KR101350772B1 - 전기자동차용 2단 변속장치 - Google Patents

전기자동차용 2단 변속장치 Download PDF

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Abstract

전기자동차용 2단 변속장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 전기자동차용 2단 변속장치는: 동력을 제공하는 구동부와, 구동부와 축 연결되어 회전되는 선기어와, 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하는 캐리어와, 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어 및 구동부에 축 연결되어 선기어와 함께 회전하며 캐리어에 결합 및 해제되어 변속을 조절하는 싱크로나이저부를 포함한다.

Description

전기자동차용 2단 변속장치{TWO STAGE VARIABLE SPEED TYPE TRANSMISSION DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 2단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단 변속에 사용되는 부품 수가 감소되어 유지보수 비용을 절감하며, 생산성을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 2단 변속장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하고, 동력원으로 축전지를 사용한다.
이러한 전기 자동차는, 배기가스의 배출이 전혀 없는 무공해차량으로 최근에 각광을 받고 있다.
전기자동차는 모터의 특성이 우수하여 단일 기어비를 갖는 감속기를 사용하여 차량의 속도를 조절한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 2004-0033701호(2004.04.28 공개, 발명의 명칭: 하이브리드 전기 차량의 변속 장치)에 개시되어 있다.
모터의 토크만을 사용하여 동작하거나, 전기 감속기만을 사용할 경우 상대적으로 모터의 용량이 커지며, 이에 따른 생산비용도 상승한다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 전기자동차의 주행 조건을 만족하면서도 용량이 작은 모터를 사용하여 생산비용을 절감할 수 있는 전기자동차용 2단 변속장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전기자동차용 2단 변속장치는: 동력을 제공하는 구동부와, 구동부와 축 연결되어 회전되는 선기어와, 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어와, 유성기어를 회전 가능하게 지지하는 캐리어와, 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어 및 구동부에 축 연결되어 선기어와 함께 회전하며 캐리어에 결합 및 해제되어 변속을 조절하는 싱크로나이저부를 포함한다.
또한 구동부는, 전기의 공급으로 동작되는 전기모터 및 전기모터에 연결되어 회전하는 구동축을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 전기모터와 선기어의 사이에 설치되며, 구동축을 통한 동력의 전달을 제어하는 클러치부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 제어부의 제어신호에 의해 클러치부를 동작시키는 클러치 액추에이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 싱크로나이저부는, 캐리어와 이격되어 구동축에 연결되며 선기어와 같이 회전되는 싱크로나이저 허브 및 싱크로나이저 허브의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며 싱크로나이저 허브와 캐리어에 연결되어 싱크로나이저 허브와 캐리어의 회전을 동기화시키는 싱크로나이저 슬리브를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 제어부의 제어신호에 의해 싱크로나이저 슬리브를 이동시키는 쉬프트 액추에이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 링기어에 연결되어 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 원웨이 클러치부는, 싱크로나이저부가 캐리어에 결합되는 경우에만 링기어의 회전을 허용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기자동차용 2단 변속장치는, 유성기어를 적용하여 변속기의 부피와 무게가 감소되어 전기자동차의 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 선기어와 캐리어 및 링기어의 형상과 위치 등을 조절하여 변속이 이루어지는 공간을 최소화할 수 있으므로, 전기자동차에 대한 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 싱크로나이저부와 원웨이 클러치부가 동작되어 변속 충격을 줄여서 변속이 용이하게 이루어지므로, 차량의 주행성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 2단 변속장치를 사용하여 전기자동차의 주행 조건을 만족하면서도 용량이 작은 모터를 사용하므로, 생산비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기자동차용 2단 변속장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)는, 동력을 제공하는 구동부(10)와, 구동부(10)와 축 연결되어 회전되는 선기어(20)와, 선기어(20)의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어(25)와, 유성기어(25)를 회전 가능하게 지지하는 캐리어(30)와, 캐리어(30)의 외측에 설치되며 유성기어(25)에 치합되는 링기어(40) 및 구동부(10)에 축 연결되어 선기어(20)와 함께 회전하며 캐리어(30)에 결합 및 해제되어 변속을 조절하는 싱크로나이저부(50)를 포함한다.
전기자동차에 동력을 제공하는 구동부(10)는, 전기의 공급으로 동작되는 전기모터(12) 및 전기모터(12)에 연결되어 회전하는 구동축(14)을 포함한다.
본 실시예에서 구동부(10)는 전기모터(12)를 사용할 수 있으며, 전기모터(12)와 다른 동력장치를 동시에 사용할 수 있다. 구동축(14)은 전기모터(12)에 연결되며, 전기모터(12)의 동작으로 구동축(14)이 회전되어 선기어(20)를 회전시킨다.
선기어(20)는 구동부(10)와 축 연결되어 회전되는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 선기어(20)는 구동부(10)와 직접 축 연결될 수도 있고, 다른 링크부재를 통해 축 연결될 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
선기어(20)의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어(25)는 설정된 간격으로 이격되어 선기어(20)의 외측에 복수로 설치된다. 유성기어(25)는 선기어(20)의 외측에 맞물려서 회전하는 동시에 선기어(20)의 외측을 따라 이동한다. 이러한 유성기어(25)는 캐리어(30)에 회전 가능하게 설치되므로, 유성기어(25)의 회전으로 캐리어(30)도 회전된다.
캐리어(30)는 유성기어(25)를 회전 가능하게 지지하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 캐리어(30)는, "ㄷ"자 단면 형상으로 형성되어 유성기어(25)가 회전 가능하게 설치되는 몸체부재(32) 및 몸체부재(32)의 회전 중심에 연결되는 출력축(34)을 포함한다.
몸체부재(32)와 출력축(34)은 동시에 회전되며, 몸체부재(32)의 내측에 선기어(20)가 설치되며, 몸체부재(32)의 개구된 부분에 싱크로나이저부(50)가 설치된다.
캐리어(30)의 외측에 링기어(40)가 설치되며, 이러한 링기어(40)의 내측을 따라 치형이 형성된다. 링기어(40)의 내측에 유성기어(25)가 치합되며, 선기어(20)의 회전으로 유성기어(25)가 회전하면서 링기어(40)를 따라 이동된다.
싱크로나이저부(50)는 선기어(20)와 캐리어(30)의 회전을 동기화시킨다. 싱크로나이저부(50)는, 구동부(10)에 축 연결되어 선기어(20)와 함께 회전하며, 캐리어(30)에 결합 및 해제되어 변속을 조절하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 동기화 장치가 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 싱크로나이저부(50)는, 캐리어(30)의 구동축(14)에 연결되는 싱크로나이저 허브(52) 및 싱크로나이저 허브(52)에서 슬라이딩 이동되어 캐리어(30)에 연결되는 싱크로나이저 슬리브(54)를 포함한다.
싱크로나이저 허브(52)는, 캐리어(30)와 이격된 전방에 설치되어 구동축(14)에 고정되며, 구동축(14)의 회전으로 선기어(20)와 같이 회전된다.
싱크로나이저 슬리브(54)는, 싱크로나이저 허브(52)의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.
싱크로나이저 허브(52)와 마주하는 싱크로나이저 슬리브(54)의 내측에 치형이 형성되며, 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)의 외측에도 치형이 형성되어 싱크로나이저 슬리브(54)와 결합된다.
싱크로나이저 슬리브(54)는, 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)를 연결하여 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)의 회전을 동기화시키는 기술사상 안에서 다양한 이음장치가 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)는 링기어(40)에 연결되어 링기어(40)의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치부(90)를 더 구비한다. 원웨이 클러치부(90)는, 싱크로나이저부(50)가 캐리어(30)에 결합되어 2단 변속이 이루어지는 경우에만 링기어(40)의 회전을 허용한다.
이러한 원웨이 클러치부(90)는, 싱크로나이저부(50)가 캐리어(30)에 결합되지 않는, 1단 변속이 이루어지는 경우에는 링기어(40)의 회전을 구속한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 싱크로나이저부(50)가 캐리어(30)에서 이격되면, 선기어(20)가 시계 방향으로 회전할 때 링기어(40)도 시계 방향으로 회전하려 하며, 이러한 링기어(40)의 시계방향 회전은 원웨이 클러치부(90)에 의해 구속된다.
한편, 전기모터(12)의 동작으로 구동축(14)이 시계방향으로 회전한다고 가정하면, 구동축(14)과 함께 선기어(20)도 시계방향으로 회전한다. 이때, 선기어(20)에 맞물려 있는 유성기어(25)는 반시계 방향으로 회전하는 자전운동을 한다.
유성기어(25)가 반시계 방향으로 회전하면, 유성기어(25)에 맞물려 있는 링기어(40)가 원웨이 클러치부(90)에 의해 고정된 상태이므로, 유성기어(25)는 링기어(40)를 따라 움직일 수 밖에 없다. 즉, 유성기어(25)는 시계방향으로 공전운동을 하며, 유성기어(25)와 함께 캐리어(30)도 유성기어(25)의 공전 방향과 같은 방향으로 회전한다.
유성기어(25)가 반시계 방향으로 자전운동을 하면서 선기어(20)의 외측을 공전하므로, 유성기어(25)와 함께 회전되는 캐리어(30)의 회전 속도는 선기어(20)의 회전속도보다 느리게 된다. 즉, 링기어(40)의 회전이 구속된 상태에서 선기어(20)를 구동하면, 캐리어(30)에 구비된 구동축(14)도 같은 방향으로 감속되면서 회전하므로, 전기자동차용 2단 변속장치(1)의 1단 변속이 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 싱크로나이저 슬리브(54)가 이동되어 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)의 몸체부재(32)를 연결하면, 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)가 같이 회전된다.
전기모터(12)가 동작되어 구동축(14)이 시계방향으로 회전한다고 가정하면, 구동축(14), 싱크로나이저 허브(52)와 함께 선기어(20)가 회전한다. 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)의 몸체부재(32)가 싱크로나이저 슬리브(54)에 의해 연결되므로, 싱크로나이저 허브(52)와 싱크로나이저 슬리브(54)도 같이 회전된다.
싱크로나이저부(50)의 동작으로 선기어(20)와 캐리어(30)가 결합된 상태에서, 선기어(20)를 시계방향으로 회전시키면, 선기어(20)에 맞물려 있는 유성기어(25)가 반시계 방향으로 자전하면서 공전하려고 하여도, 캐리어(30)가 선기어(20)에 결합되어 움직이지 못하므로, 유성기어(25)의 자전운동 및 공전운동이 구속된다. 즉, 선기어(20)와 유성기어(25)와 캐리어(30) 및 싱크로나이저 허브(52)는 한 몸체가 되어 선기어(20)와 함께 회전하므로, 전기자동차용 2단 변속장치(1)의 2단 변속이 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)를 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 본 발명의 제1실시예와 구성 및 작용이 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호로 인용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 전기모터(12)와 선기어(20)의 사이에 클러치부(60)가 설치되어 구동축(14)을 통한 동력의 전달을 제어한다.
전기자동차용 2단 변속장치(1)가 변속되는 경우, 클러치부(60)가 동작되어 구동축(14)을 통한 동력의 전달을 차단하므로, 변속충격을 감소시킬 수 있다. 즉, 싱크로나이저부(50)가 캐리어(30)에서 이격된 1단 변속에서 싱크로나이저부(50)와 캐리어(30)가 연결된 2단 변속으로 변속이 이루어지는 경우, 클러치부(60)가 구동축(14)을 통한 동력 전달을 차단한다.
2단 변속이 완료되면, 클러치부(60)가 동작되어 구동축(14)을 통한 동력전달을 허용하여, 구동축(14)의 회전으로 선기어(20)가 회전한다. 이러한 클러치부(60)는, 사용자의 조작력을 이용한 수동모드로 동작되거나, 구동장치를 이용한 자동모드로 동작될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)를 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 본 발명의 제1 및 제2실시예와 구성 및 작용이 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호로 인용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 1단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치가 2단으로 동작되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속장치의 블록도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 클러치부(60)에는 클러치 액추에이터(65)가 설치되어 클러치부(60)의 동작을 자동으로 제어할 수 있다. 클러치 액추에이터(65)는 전기로 동작되는 모터를 사용하며, 제어부(80)의 제어신호에 의해 동작되어 클러치부(60)를 동작시키므로, 구동축(14)을 통한 동력전달을 차단하거나 허용한다.
클러치 액추에이터(65)의 동력원을 모터에 한정하는 것은 아니며, 유압식 액추에이터를 포함한 다양한 종류의 구동장치가 클러치 액추에이터(65)의 동력원으로 사용될 수 있다.
또한 싱크로나이저 허브(52)와 캐리어(30)의 몸체부를 연결하는 싱크로나이저 슬리브(54)도, 사용자의 조작력을 이용한 수동모드로 동작되거나, 구동장치를 이용한 자동모드로 동작될 수 있다. 싱크로나이저 슬리브(54)에는 쉬프트 액추에이터(70)가 설치되어, 싱크로나이저 슬리브(54)의 이동을 자동으로 제어할 수 있다.
쉬프트 액추에이터(70)는 전기로 동작되는 모터나 직선 구동장치를 사용할 수 있으며, 제어부(80)의 제어신호에 의해 동작되어 싱크로나이저 슬리브(54)를 이동시킨다.
쉬프트 액추에이터(70)의 동력원을 모터에 한정하는 것은 아니며, 유압식 액추에이터를 포함한 다양한 종류의 구동장치가 쉬프트 액추에이터(70)의 동력원으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 2단 변속장치(1)는, 유성기어(25)를 적용하여 변속기의 부피와 무게가 감소되어 전기자동차의 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 선기어(20)와 캐리어(30) 및 링기어(40)의 형상과 위치 등을 조절하여 변속이 이루어지는 공간을 최소화할 수 있으므로, 전기자동차에 대한 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 싱크로나이저부(50)와 원웨이 클러치부(90)가 동작되어 변속 충격을 줄여서 변속이 용이하게 이루어지므로, 차량의 주행성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 2단 변속장치를 사용하여 전기자동차의 주행 조건을 만족하면서도 용량이 작은 모터를 사용하므로, 생산비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 출력이 비교적 적은 전기 자동차에서 사용되는 전기자동차용 2단 변속장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 전기모터를 사용하는 다른 종류의 기계장치에도 본 발명에 의한 전기자동차용 2단 변속장치가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 전기자동차용 2단 변속장치
10: 구동부 12: 전기모터
14: 구동축 20: 선기어
25: 유성기어 30: 캐리어
32: 몸체부재 34: 출력축
40: 링기어 50: 싱크로나이저부
52: 싱크로나이저 허브 54: 싱크로나이저 슬리브
60: 클러치부 65: 클러치 액추에이터
70: 쉬프트 액추에이터 80: 제어부
90: 원웨이 클러치부

Claims (8)

  1. 동력을 제공하는 구동부;
    상기 구동부와 축 연결되어 회전되는 선기어;
    상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어;
    상기 유성기어를 회전 가능하게 지지하는 캐리어;
    상기 캐리어의 외측에 설치되며, 상기 유성기어에 치합되는 링기어; 및
    상기 구동부에 축 연결되어 상기 선기어와 함께 회전하며, 상기 캐리어에 결합 및 해제되어 변속을 조절하는 싱크로나이저부;를 포함하며,
    상기 구동부는, 전기의 공급으로 동작되는 전기모터; 및
    상기 전기모터에 연결되어 회전하는 구동축을 포함하며,
    상기 싱크로나이저부는, 상기 캐리어와 이격되어 상기 구동축에 연결되며, 상기 선기어와 같이 회전되는 싱크로나이저 허브; 및
    상기 싱크로나이저 허브의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 상기 싱크로나이저 허브와 상기 캐리어에 연결되어 상기 싱크로나이저 허브와 상기 캐리어의 회전을 동기화시키는 싱크로나이저 슬리브를 포함하며,
    제어부의 제어신호에 의해 상기 싱크로나이저 슬리브를 이동시키는 쉬프트 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기모터와 상기 선기어의 사이에 설치되며, 상기 구동축을 통한 동력의 전달을 제어하는 클러치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제어부의 제어신호에 의해 상기 클러치부를 동작시키는 클러치 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 링기어에 연결되어 상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치부는, 상기 싱크로나이저부가 상기 캐리어에 결합되는 경우에만 상기 링기어의 회전을 허용하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속장치.
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