KR101156176B1 - 전기자동차용 유성기어 변속장치 - Google Patents

전기자동차용 유성기어 변속장치 Download PDF

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한국생산기술연구원
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    • F16H2200/0021—Transmissions for multiple ratios specially adapted for electric vehicles

Abstract

본 발명의 전기자동차용 유성기어 변속장치는 제1선기어, 제2선기어, 제1유성기어, 제2유성기어, 캐리어, 링기어 및 클러치 가 구비된다. 제1선기어는 구동축과 연결되어 회전하고, 제2선기어는 구동축 상에서 공회전 가능 하도록 구비된다. 1단 변속시 캐리어가 고정되어 제1유성기어 및 제2유성기어가 자전하며 링기어를 회전시키고, 2단 변속시 제2선기어가 고정되어 제1유성기어 및 제2유성기어는 캐리어에 회전 가능하게 결합되어 공전 및 가전을 함께 하며 회전하게 된다. 클러치는 제1선기어 또는 제2선기어에 구비되는 플랜지를 선택적으로 고정하여 변속을 할 수 있고, 그에 따라, 변속이 가능하며 변속에 따른 출력기어의 회전수 및 감속비가 변화한다.

Description

전기자동차용 유성기어 변속장치{Planet Gear Transmission Apparatus for Electric Vehicle}
유성기어 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 모터로 구동하여 주행하는 전기자동차에 구비되어 감속 및 증속함으로써 보다 효율적인 주행이 가능하도록 하는 전기자동차용 유성기어 변속장치에 관한 것이다.
석유를 동력원으로 구동하는 자동차는 공해를 유발할 뿐만 아니라, 화석연료의 고갈로 석유가 아닌 동력원으로 자동차를 구동 시킬 수 있는 기술이 집중되고 있으며, 그에 따라 전력을 동력원으로 하여 구동하는 전기자동차에 대한 집중이 높아지고 있다.
일정한 변속비를 갖는 모터를 사용하는 종래의 전기자동차는, 빠른 가속성능이나 빠른 등판 능력을 만족시키기 위해서는 대용량의 전기모터를 사용하여야 한다. 대용량의 전기모터를 사용할 경우, 전기자동차의 모터의 용량이 커짐으로 인하여 차량의 중량이 무겁게 되고, 큰 동력원이 필요하므로 배터리 용량 또한 커져야 하며 결국 전기자동차의 제조원가 및 운영 비용의 상승을 가져온다.
그리고, 일반적으로 전기 자동차의 경우 전기모터의 회전에 따라 속도가 결정된다. 따라서 전기모터의 효율이 좋은 RPM구간을 벗어나는 속도영역에서 주행을 하는 경우 에너지 효율이 떨어질 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
또한, 전기자동차에 구비될 수 있는 기어의 변속은 전기자동차의 동력원인 전기로 구동하는 모터 의해 구동되기 때문에 경량화 되고, 보다 간소화 된 구조를 가지는 기어 변속장치가 필요하다. 전기자동차에 석유 연료를 사용하는 내연기관에서 구비되는 일반자동차용 변속장치를 구비되어 사용할 경우, 변속장치의 부피가 커지고 무게가 증가하기 때문에 제작 등에 한계가 있으므로 전기자동차용 차별화되어 개발될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 크기가 다른 2개의 선기어, 2개의 유성기어, 링기어, 캐리어, 및 클러치가 포함되는 간단한 구성으로 하나의 선기어 및 캐리어가 클러치에 의해 선택적으로 고정됨으로써 효율적인 변속이 가능한 전기자동차용 유성기어 변속장치를 제공함에 있다.
또한, 가장 효율이 좋은 RPM구간에서 다양한 속도를 구현할 수 있는 전기자동차용 유성기어 변속장치를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 전기자동차용 유성기어 변속장치는 구동 장치에 의해 회전되는 구동축, 상기 구동축의 회전 방향에 따라 회전하도록 상기 구동축에 결합되는 제1선기어, 상기 구동축을 중심으로 공회전 가능하도록 구비되고. 상기 제1선기어보다 큰 지름으로 형성되는 제2선기어, 상기 제1선기어와 치합되어 자전 또는 상기 제1선기어의 원주방향을 따라 공전하는 복수 개의 제1유성기어, 상기 제1유성기어 및 상기 제2선기어와 치합되어 자전 또는 상기 제2선기어의 원주 방향을 따라 공전하는 복수 개의 제2유성기어, 상기 제1유성기어 및 상기 제2유성기어가 회전 가능하도록 결합되는 캐리어, 상기 제2유성기어와 치합되어 회전하는 링기어 및 상기 캐리어 및 상기 제2선기어를 선택적으로 고정시키는 클러치를 포함한다.
상기 제2선기어는 상기 캐리어의 내측에 위치하는 제2선기어부, 상기 제2선기어부에서 상기 캐리어의 외측으로 돌출되도록 연장 형성되는 연장부 및 상기 캐리어와 일정거리 이격되도록 상기 연장부에 결합되는 플랜지를 포함하고, 상기 클러치는 상기 캐리어와 상기 플랜지 사이의 이격된 공간에서 구동축 방향으로 이동하면서 상기 캐리어 및 플랜지를 선택적으로 고정할 수 있다.
상기 클러치는 외부 입력에 따라 축방향을 따라 이동하는 이동부, 상기 이동부에 연결되어 상기 이동부의 이동을 따라 축방향을 따라 이동하면서 상기 캐리어 및 제2선기어를 선택적으로 고정하는 클러치판을 포함할 수 있다.
상기 클러치판의 일면 및 상기 클러치판의 일면과 대향되는 플랜지 중 어느 하나에는 제1고정돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 제1고정돌기가 삽입되는 제1고정홈이 형성되고, 상기 클러치판의 타면 및 상기 클러치판의 타면과 대향되는 캐리어 중 어느 하나에는 제2고정돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 제2고정돌기가 삽입되는 제2고정홈이 형성되며, 상기 클러치판의 이동에 따라 제1고정돌기가 제1고정홈에 결합되거나, 상기 제2고정돌기가 제2고정홈에 결합될 수 있다.
한편, 상기 구동축과 상기 제1유성기어의 회전축이 형성하는 방향은 상기 구동축 및 상기 제2유성기어의 회전축이 형성하는 방향과 일정 각도를 형성될 수 있다.
그리고 상기 제2유성기어의 폭은 상기 제2선기어 및 상기 제1유성기어의 폭의 합보다 크게 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기자동차용 유성기어 변속장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 반지름이 다른 2 개의 선기어를 구비하고, 어느 하나의 선기어 및 캐리어를 선택적으로 고정을 함으로써 변속을 한다. 따라서 소형, 경량으로 제작될 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 반지름이 다른 두 개의 선기어를 이용하여 링기어의 회전수를 낮출 수 있으므로 회전수에 대한 감속비가 높아져 높은 토크를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
셋째, 전기모터의 효율이 가장 좋은 RPM구간에서 변속을 할 수 있다. 따라서 고효율 RPM구간에서 다양한 속도를 구현할 수 있어, 전체 전기자동차의 에너지 효율을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 유성기어 변속장치의 전체적인 모습을 나타낸 사시분해도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 유성기어 변속장치의 단면을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유성기어 및 제2유성기어가 회전하는 공간인 캐리어의 내부를 나타낸 투시도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치판의 고정돌기가 캐리어에 형성되는 고정홈에 삽입되어 캐리어를 고정하는 모습을 나타낸 단면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어가 고정되는 1단 변속시 선기어, 유성기어 및 링기어의 회전방향을 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치판의 고정돌기가 제2선기어의 플랜지에 형성되는 고정홈에 삽입되어 제2선기어를 고정하는 모습을 나타낸 단면도; 및
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2선기어가 고정되는 2단 변속시 선기어, 유성기어, 캐리어 및 링기어의 회전방향을 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 유성기어 변속장치의 전체적인 모습을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 유성기어 변속장치의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 유성기어 변속장치는 구동축(미도시), 제1선기어(100), 제2선기어(200), 제1유성기어(160), 제2유성기어(260), 캐리어(300), 링기어(400), 클러치(500)를 포함한다.
구동축(미도시)은 전기모터에 의해 회전하며, 구동축은 제1선기어(100)를 회전시킨다.
제1선기어(100)는 구동축을 따라 회전을 하고, 제1선기어부(140) 및 연장부(120)를 포함한다.
제1선기어부(140)는 후술하는 캐리어(300)의 내부에 위치하고, 캐리어(300)에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 제1유성기어(160)와 치합된다. 따라서 제1유성기어(160)는 제1선기어부(140)의 회전을 따라 회전을 하게 된다.
제1선기어의 연장부(120)는 원통형으로 형성되고, 내부에 원통의 축방향을 따라 개구홀이 형성된다. 그리고 연장부(120)는 제1선기어부(140)에 결합이 되고, 일부가 캐리어(300)의 외부로 돌출되는 길이로 형성된다. 그리고 개구홀에는 구동축이 결합되고, 연장부(120)는 구동축의 회전을 따라 회전하면서 제1선기어부(140)를 회전시킨다.
제2선기어(200)는 구동축(미도시)를 중심으로 공회전 가능하도록 구비될 수 있고, 본 실시예에서는 제1선기어(100)의 연장부(120)의 상에 공회전 가능하도록 결합될 수 있다.
그리고 제2선기어(200)는 제1선기어(100)의 지름보다 큰 지름으로 형성된다. 따라서 후술하는 바와 같이 제2유성기어(260)은 제2선기어(200) 및 제1선기어(100)에 치합되는 제1유성기어(160)에 동시에 치합될 수 있게 된다.
본 발명의 제2선기어(200)는 제2선기어부(240), 연장부(220) 및 플랜지(280)을 포함한다.
제2선기어부(240)는 후술하는 캐리어(300)의 내부에 위치하고, 캐리어(300)에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 제2유성기어(260)와 치합된다. 따라서 제2유성기어(260)는 제2선기어부(240)의 회전을 따라 회전을 하게 된다.
제2선기어의 연장부(220)는 원통형으로 형성되고, 내부에 원통의 축방향을 따라 개구홀이 형성된다. 그리고 상기 개구홀에 제1선기어(100)의 연장부(120)가 삽입되고, 상기 제2선기어부의 연장부(220)는 제1선기어의 연장부(220)의 둘레에 공회전 가능하도록 결합될 수 있다.
제2선기어의 연장부(220)는 제2선기어부(240)에서 캐리어(300)의 외부로 돌출되도록 연장 형성된다. 그리고 플랜지(280)는 캐리어(300)와 일정 거리 이격되도록 연장부(220)에 결합된다.
결국 플랜지(280)와 캐리어(300)의 사이에는 이격된 공간이 형성되고, 후술하는 클러치(500)가 상기 이격된 공간에서 구동축 방향을 따라 이동하면서 캐리어(300) 또는 플랜지(280)를 선택적으로 고정을 하게 된다. 그리고 플랜지(280)의 고정되면, 결국 제2선기어(200)가 고정이 되어 회전을 하지 않게 된다.
한편, 플랜지(280)에는 후술하는 클러치(500)의 제1고정돌기(522)가 삽입되는 제1고정홈(282)이 형성되고, 이에 대하여는 후술한다.
제1유성기어(160)는 복수 개가 구비되고, 제1선기어(100)와 치합되어 자전 또는 제1선기어(100)의 원주방향을 따라 공전한다. 구체적으로 본 실시예에서의 3개의 제1유성기어(160)는 제1선기어부(140)와 등간격으로 치합되어 제1선기어부(140)의 회전을 따라 회전을 한다.
그리고 제1유성기어(160)는 캐리어(300)에 회전 가능하도록 결합이 되고, 후술하는 바와 같이 캐리어(300)가 클러치(500)에 의해서 고정되는 경우 자전을 한다. 그리고 제2유성기어(200)가 고정되고, 캐리어(300)가 회전을 하는 경우 캐리어(300)의 회전에 따라 자전을 하면서, 제1선기어부(140)의 둘레를 공전하게 된다.
제2유성기어(260)는 복수 개가 구비되고, 제1유성기어(160) 및 제2선기어(200)와 치합되어 자전 또는 제2선기어(200)의 원주 방향을 따라 공전한다. 구체적으로 본 실시예에서는 3개의 제2유성기어(260)가 제2선기어부(240)의 둘레를 따라 등간격으로 이격되어 제2선기어부(240)의 회전을 따라 회전을 한다.
그리고 제2유성기어(260)는 캐리어(300)에 회전 가능하도록 결합이 되고, 후술하는 바와 같이 캐리어(300)가 클러치(500)에 의해서 고정되는 경우 자전을 한다. 그리고 제2유성기어(200)가 고정되고, 캐리어(300)가 회전을 하는 경우 캐리어(300)의 회전에 의하여 자전을 하면서, 제2선기어부(240)의 둘레를 따라 공전을 하게 된다.
캐리어(300)는 제1유성기어(160) 및 제2유성기어(260)가 치합되어 회전할 수 있도록 회전축을 제공한다.
그리고 캐리어(300)는 후술하는 클러치(500)에 의해서 고정될 수 있다. 이 경우 캐리어(300)에 회전 가능하도록 결합된 제1유성기어(160)는 제1선기어(100)의 회전을 따라 자전을 하게 된다. 그리고 캐리어(300)에 회전 가능하도록 결합된 제2유성기어(260) 역시 제2선기어(200)의 회전을 따라 자전을 하게 된다.
한편, 제2선기어(200)가 클러치(500)에 의해서 고정이 되는 경우, 상기 설명한 바와 같이 제1유성기어(160)는 제1선기어(100) 둘레를 공전하고, 제2유성기어(260)는 제2선기어(200) 둘레를 공전한다. 그리고 이에 따라 캐리어(300) 역시 구동축(미도시)를 중심으로 공회전을 한다. 즉 캐리어(300)는 제1선기어(100)의 회전에 따라 감속이 되고, 링기어(400)는 캐리어(300)의 회전에 따라 증속이 된다. 그리고 본 실시예의 캐리어(300)에는 클러치(500)에 의해서 고정이 되는 제2고정홈(320)이 형성된다. 구체적인 감속, 증속과정 및 고정홈에 대한 보다 구체적인 설명은 후술한다.
링기어(400)는 링 형태로 형성되고, 링 형태의 내주면에 복수 개의 제2유성기어(260)가 치합된다. 그리고 제2유성기어(260)의 자전 또는 공전을 따라 서로 다른 회전수로 회전을 하게 되고, 이에 따라 본 발명의 변속장치가 변속을 하게 된다.
클러치(500)는 캐리어(300) 및 제2선기어(200)를 선택적으로 고정시키고, 이에 따라 제2유성기어(260)가 자전 또는 공전을 하고, 링기어(400)의 출력 회전수가 변동된다.
클러치(500)는 다양한 구성에 의하여, 캐리어(300) 및 제2선기어(200)를 선택적으로 고정을 할 수 있고, 본 발명에서의 클러치(500)는 클러치판(520) 및 이동부(540)을 포함한다.
클러치판(520)은 중심부가 관통된 원반형태로 형성된다. 그리고 관통된 중심부에는 제2선기어(200)의 연장부(220)가 삽입된다. 결국 클러치(520)은 제2선기어(200)의 연장부(220)를 따라 구동축 방향으로 이동을 하면서 플랜지(280) 및 캐리어(400)을 선택적으로 고정을 하게 된다.
그리고 이동부(540)은 본 발명의 변속장치를 둘러싸는 하우징(미도시) 등에 이동 가능하도록 고정이 되어 외부 입력에 의해서 클러치판(520)을 구동축 방향으로 이동시킨다.
한편, 클러치판(522)은 다양한 방식으로 제2선기어(200)의 연장부(220)를 따라 이동하면서 플랜지(280) 또는 캐리어(300)를 고정할 수 있고, 본 발명에서의 클러치판(522)의 양면에는 고정돌기가 형성되고, 상기 고정돌기는 클러치판(522)의 구동축방향 이동에 따라 플랜지(280)의 제1고정홈(282)에 삽입되면서 플랜지(280)를 고정하거나, 캐리어(300)의 제2고정홈(320)에 삽입되면서 캐리어(300)를 고정하게 된다.
구체적으로 본 실시예에서는 일면에는 캐리어(300)를 고정시킬 수 있도록 제1고정돌기(524)가 형성될 수 있고, 타면에는 플랜지(280)를 고정시킬 수 있도록 제2고정돌기(522)가 돌출 형성된다.
그리고 캐리어(300)의 클러치판(522)과 대향되는 면에는 제2고정돌기(524)와 대응되는 제2고정홈(320)이 형성된다. 그리고 이동부(540)가 클러치판(520)을 이동시켜 제2고정돌기(522)가 제2고정홈(282)에 삽입되면서 캐리어(300)가 고정된다.
그리고 플랜지(280)의 클러치판(522)과 대향되는 면에 클러치판(522)에 형성된 제1고정돌기(522)와 대응되는 제1고정홈(282)이 형성된다. 그리고 이동부(540)가 클러치판(520)을 이동시켜 제1고정돌기(522)가 제1고정홈(282)에 삽입되면서 플랜지(280)가 고정된다.
한편, 본 실시예와 달리 플랜지(280) 및 캐리어(300)에 고정돌기가 형성되고, 클러치판의 양면에 고정돌기가 삽입되는 고정홈이 형성될 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유성기어 및 제2유성기어가 회전하는 공간인 캐리어의 내부를 나타낸 투시도이다. 도3을 참조하여, 본 발명의 제1유성기어(160), 제2유성기어(260) 및 캐리어(300)의 결합관계를 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 제2선기어(200)는 제1선기어(100)보다 큰 지름으로 형성된다. 그리고 제1유성기어(160)는 제1선기어(100)에 치합되고, 제2유성기어(260)는 제2선기어(200)에 치합되면서 제1유성기어(160)에도 각각 치합된다.
결국 제1유성기어(160)는 제1선기어(100) 및 제2선기어(200)의 지금의 차이에 해당하는 지름으로 형성될 수 있고, 이 경우 구동축(미도시), 제1유성기어(160)의 회전축 및 제2유성기어(260)의 회전축은 동일 직선상에 있게 된다.
그리고 본 발명의 구동축(미도시)과 제1유성기어(160)의 회전축이 형성하는 방향은 구동축과 제2유성기어(260)의 회전축이 형성하는 방향과 일정 각도를 형성할 수도 있다.
이 경우 제1유성기어(160)의 지름의 크기를 제1선기어(100) 및 제2선기어(200)의 지름의 차이에 해당하는 지름으로 형성하지 않고도 제2유성기어(260)를 제1유성기어(160) 및 제2선기어(200)와 치합시킬 수 있다.
결국 제1유성기어(160)의 크기를 조절하거나, 구동축(미도시)과 제1유성기어(160)의 회전축이 형성하는 방향과 구동축 및 제2유성기어(260)의 회전축이 형성하는 방향이 형성하는 각도를 조절함에 따라 서로 다른 토크 또는 회전수를 형성하는 유성기어 어셈블리를 구현할 수 있게 된다.
그리고 본 발명에서의 제1선기어(100) 및 제2선기어(200)는 일정 간격 이격되어 형성된다. 이에 따라 제1유성기어(160) 및 제2선기어(200)도 일정 간격 이격되게 된다. 따라서 제2유성기어(260)의 폭을 제1유성기어(160) 및 제2선기어(200)의 폭의 합보다 보다 큰 폭으로 형성하는 경우, 제2유성기어(260)는 제1유성기어(160) 및 제2선기어(200)를 동시에 안정적으로 치합되어 회전할 수 있게 된다.
한편, 상술한 제1선기어(100), 제2선기어(200), 제1유성기어(160) 및 제2유성기어(260)가 평기어로 이루어져 있지만, 이에 한정하지 않고 상기 기어들은 각각의 기어가 서로 치합될 수 있는 형태로 다양하게 구비될 수 있다.
이하 본 발명의 캐리어(300)가 고정된 경우 및 제2선기어(200)가 고정된 경우의 변속장치의 구동에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치판의 고정홈이 캐리어에 형성되는 고정홈에 삽입되어 캐리어를 고정하는 모습을 나타낸 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어가 고정되는 1단 변속시 선기어, 유성기어 및 링기어의 회전방향을 나타낸 단면도이다.
도4를 참조하면, 이동부(540)가 축 방향으로 이동할 경우, 이동부(540)와 결합된 원판의 형태의 클러치판(520)이 이동할 수 있다.
클러치판(520)의 이동에 따라 제2고정돌기(524)가 캐리어(300)에 형성된 제2고정홈(320)에 삽입되고, 캐리어(300)는 고정이 된다. 이 때 제2선기어(200)의 플랜지(280)는 클러치(500)와 분리되고, 그에 따라 제2선기어(200)는 자유롭게 제1선기어(100)의 연장부(120) 상에서 공회전 할 수 있다.
도5를 참조하면, 제1선기어의 연장부(120)는 구동축(미도시)의 회전에 따라 회전을 하게 된다. 그에 따라, 제1선기어부(140)는 구동축과 같은 방향으로 회전할 수 있다. 그리고 제1유성기어(160)은 제1선기어(100)의 회전에 따라 구동축과 반대방향으로 회전을 하게 된다. 이 때 캐리어(300)는 고정이 되어 있으므로, 제1유성기어(160)는 제자리에서 자전을 하게 된다.
그리고 제2유성기어(260)는 제1유성기어(160)의 회전에 따라 구동축과 같은 방향으로 자전을 하게 된다. 그리고 제2유성기어(260)의 자전에 따라 제2선기어(200)는 구동축 상에서 구동축과 반대방향으로 공회전을 하게 된다. 그리고 자전하는 제2유성기어(260)는 링기어(400)를 구동축의 회전과 같은 방향으로 회전을 시키면서 구동축의 동력을 링기어(400)의 연결되는 종동축으로 전달을 하면서 변속이 되게 된다.
그리고 캐리어가 고정된 경우의 구동축 및 종동축의 변속비는 제2선기어(200)의 공회전 및 제1유성기어(160) 및 제2유성기어(260)의 자전에 따라 제1선기어(100) 및 링기어(400)간의 잇수에 의해서 결정된다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 제1선기어(100)에 형성된 잇수가 10T, 이를 구동기어 ZS1 이라 하고, 링기어(400)에 형성된 잇수가 40T, 이를 피동기어 ZR 이라 할 경우, 1단 변속을 할 경우의 감속비 값은 ZR /ZS1와 같은 식으로 산출할 수 있다.
상기와 같은 식을 사용하여 감속비를 산출할 경우, 1단 변속에서의 감속비는 4가 될 수 있어, 적은 회전수를 가짐과 동시에 높은 토크를 구현할 수 있다. 본 실시예는, 위와 같이 감속비 값을 입력기어/출력기어로 산출하였지만, 감속비 값 산출에 대한 수식은 이에 한정되지 않고, 다양하게 변형 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치판의 고정홈이 제1선기어의 플랜지에 형성되는 고정홈에 삽입되어 제1선기어를 고정하는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2선기어가 고정되는 2단 변속시 선기어, 유성기어, 캐리어 및 링기어의 회전방향을 나타낸 단면도이다.
도6 및 도7를 참조하면, 유성기어 변속장치가 2단 변속을 수행 할 경우, 이동부(540)가 이동하여 클러치판(520)의 일면에 형성되는 제1고정돌기(522)는 플랜지(280)에 형성되는 제1고정홈(282)에 삽입되어 플랜지(280)가 고정된다.
이에 따라, 플랜지(280)에 결합된 제2선기어(200)의 연장부(220)가 고정되고, 연장부(220)에 연결된 제2선기어부(240)도 고정이 되어 회전을 하지 않게 된다. 결국 제2선기어(200)는 고정이 되게 된다. 그리고 클러치판(520) 및 플랜지(280)의 결합에 따라 캐리어(300)는 클러치판(520)과 분리되고, 구동축에 공회전을 하게 된다.
2단 변속시 전체적인 구동을 살펴보면, 제1선기어(100)의 회전을 따라 제1유성기어(160)가 회전을 한다. 그리고 제1유성기어(160)의 회전을 따라 제2유성기어(260)가 회전을 하게 된다.
이 때 제2선기어(200)가 고정이 되어 있으므로, 제2유성기어(260)는 자전을 하면서, 제2선기어(200)의 둘레를 따라 공전을 하게 된다. 그리고 제2유성기어(260)의 공전에 의해서 제1유성기어(160) 역시 자전을 하면서, 제1선기어(100) 둘레를 따라 공전을 하게 된다.
한편, 캐리어(300)는 구동축에 공회전 가능하도록 구비되고, 캐리어(300)가 클러치판(520)과 분리된 상태이므로 캐리어(300) 역시 제1유성기어(160) 및 제2유성기어(260)의 공전에 따라 회전을 하게 된다.
결국 제2유성기어(260)에 치합된 링기어(400)는 제2유성기어(260)의 제2선기어(200) 둘레를 따른 공전에 따라 회전을 하게 된다.
상술한 2단 변속에 대한 감속비를 산출하면, 본 실시예에서의 2단 변속은 감속과정 및 증속과정을 거치면서 1단 변속보다 적은 감속비로 변속이 된다.
본 발명의 감속과정에서 제1선기어(100)는 구동축의 회전을 따라 회전한다. 그리고 제1선기어(100)의 회전을 따라 캐리어(300)가 감속된다. 구체적으로 제1선기어(100)의 회전을 따라 제1유성기어(160)가 구동축의 회전방향과 반대방향으로 회전을 한다. 그리고 제1유성기어(160)의 회전을 따라 제2유성기어(260)가 구동축의 회전 방향으로 자전을 하면서, 고정된 제2선기어(200)의 둘레를 구동축의 회전 방향으로 공전하게 된다. 그리고 제2유성기어(260)의 자전 및 공전에 따라 캐리어(300)가 구동축의 회전 방향과 같은 방향으로 회전을 하면서 감속된다.
일반적인 유성기어의 감속과정에서 선기어(ZS)가 회전을 하고, 링기어(ZR)가 고정이 되면, 캐리어는 속도가 줄면서 구동된다. 이 때 유성기어는 자전 및 공전을 하게 되고, 캐리어는 선기어보다 천천히 회전을 하게 된다. 이 때의 캐리어의 감속비는 (ZS + ZR)/ZS 로 구해진다.
본 발명의 감속과정에서 고정된 제2선기어(200: ZS2)는 링기어의 역할을 한다. 따라서 감속과정에서 제1선기어(100: ZS1)의 회전에 따른 캐리어(300)의 감속비는 상기 식에 따라 (ZS1+ZS2)/ZS1로 구해진다.
즉 제1선기어(100)에 형성된 잇수가 10T, 제2선기어(200)에 형성된 잇수가 20T인 경우 캐리어(300)의 감속비는 3이 된다.
그리고 본 발명의 증속과정에서는 상기 감속과정에서 감속된 캐리어(300)의 회전에 따라 링기어(400)가 증속된다. 구체적으로 캐리어(300)의 구동축과 같은 방향으로의 회전에 따라 고정된 제2선기어(200)에 치합된 제2유성기어(260)가 구동축의 회전 방향과 같은 방향으로 자전 및 공전을 한다. 그리고 제2유성기어(260)의 자전 및 공전에 따라 링기어(400)가 구동축의 회전 방향과 같은 방향으로 회전을 하면서 증속이 되게 된다.
일반적인 유성기어의 증속과정에서 선기어(ZS)가 고정되고, 캐리어가 회전을 하면, 캐리어의 회전을 따라 유성기어가 자전 및 공전을 하게 된다. 그리고 링기어는 유성기어의 자전에 의해서 회전을 하면서 유성기어의 공전에 의해서 회전을 하기 때문에 증속이 되게 된다. 이 때 캐리어의 구동에 따른 링기어의 증속비는 ZR/(ZS+ZR)으로 구해진다.
본 발명의 증속과정에서 고정된 제2선기어(200: ZS2)는 선기어의 역할을 한다. 따라서 증속과정에서 캐리어의 회전에 따른 링기어(400:ZR) 감속비는 상기 식에 따라 ZR/(ZS2+ZR)으로 구해진다.
즉 제2선기어(200)에 형성된 잇수가 20T이고, 링기어(400)에 형성된 잇수가 40T인 경우 캐리어의 구동에 따른 링기어(400)의 감속비는 2/3이 된다. 즉 캐리어(300)의 회전에 따라 링기어(400)는 증속되게 된다.
결국 본 발명의 2단변속의 감속 및 증속과정에 따른 최종 감속비는 (ZS1+ZS2)/ZS1*ZR/(ZS2+ZR)와 같은 식으로 산출될 수 있고, 이에 따르면 최종 감속비는 2가 된다. 그리고 이는 제1선기어(100) 및 제2선기어(200)의 잇수가 같은 상기 제1단 변속시의 감속비 4보다 2배 증속이 되는 결과를 확인할 수 있다.
결국 1단 변속에서는 낮은 회전수로 회전하며 높은 토크를 구현할 수 있고, 2단 변속에서는 1단에 비하여 높은 회전수로 회전하며 보다 따른 속도로 링기어(400)를 회전시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 제1선기어 120: 연장부
140: 제1선기어부 160: 제1유성기어
200: 제2선기어 220: 연장부
240: 제2선기어부 260: 제2유성기어
280: 플랜지 282: 제1고정홈
300: 캐리어 320: 제2고정홈
400: 링기어 500: 클러치
520: 클러치판 522: 제1고정돌기
524: 제2고정돌기 540: 이동부

Claims (6)

  1. 구동 장치에 의해 회전되는 구동축;
    상기 구동축의 회전 방향에 따라 회전하도록 상기 구동축에 결합되는 제1선기어;
    상기 구동축을 중심으로 공회전 가능하도록 구비되고. 상기 제1선기어보다 큰 지름으로 형성되는 제2선기어;
    상기 제1선기어와 치합되어 자전 또는 상기 제1선기어의 원주방향을 따라 공전하는 복수 개의 제1유성기어;
    상기 제1유성기어 및 상기 제2선기어와 치합되어 자전 또는 상기 제2선기어의 원주 방향을 따라 공전하는 복수 개의 제2유성기어;
    상기 제1유성기어 및 상기 제2유성기어가 회전 가능하도록 결합되는 캐리어;
    상기 제2유성기어와 치합되어 회전하는 링기어; 및
    상기 캐리어 및 상기 제2선기어를 선택적으로 고정시키는 클러치;
    를 포함하는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2선기어는 상기 캐리어의 내측에 위치하는 제2선기어부, 상기 제2선기어부에서 상기 캐리어의 외측으로 돌출되도록 연장 형성되는 연장부 및 상기 캐리어와 일정거리 이격되도록 상기 연장부에 결합되는 플랜지를 포함하고,
    상기 클러치는 상기 캐리어와 상기 플랜지 사이의 이격된 공간에서 구동축 방향으로 이동하면서 상기 캐리어 및 플랜지를 선택적으로 고정하는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클러치는 외부 입력에 따라 축방향을 따라 이동하는 이동부, 상기 이동부에 연결되어 상기 이동부의 이동을 따라 축방향을 따라 이동하면서 상기 캐리어 및 제2선기어를 선택적으로 고정하는 클러치판을 포함하는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 클러치판의 일면 및 상기 클러치판의 일면과 대향되는 플랜지 중 어느 하나에는 제1고정돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 제1고정돌기가 삽입되는 제1고정홈이 형성되고,
    상기 클러치판의 타면 및 상기 클러치판의 타면과 대향되는 캐리어 중 어느 하나에는 제2고정돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 제2고정돌기가 삽입되는 제2고정홈이 형성되며,
    상기 클러치판의 이동에 따라 제1고정돌기가 제1고정홈에 결합되거나, 상기 제2고정돌기가 제2고정홈에 결합되는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동축과 상기 제1유성기어의 회전축이 형성하는 방향은 상기 구동축 및 상기 제2유성기어의 회전축이 형성하는 방향과 일정 각도를 형성하는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2유성기어의 폭은 상기 제2선기어 및 상기 제1유성기어의 폭의 합보다 크게 형성되는 전기자동차용 유성기어 변속장치.
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