KR101467058B1 - 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치에 관한 것으로, 구동원(3)으로부터 입력축(11)을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축(27)을 통해 차축(5)으로 출력하는 감속기(7)를 포함하여 이루어지는 변속장치(1)에 있어서, 상기 감속기(7)는, 상기 입력축(11)을 통해 입력되는 회전 구동력을 변속하여 감속하는 감속기어부(10); 및 상기 감속기어부(10)에서 변속이 이루어지는 동안 상기 입력축(11)으로 입력된 회전 구동력이 단절없이 상기 출력축(27)을 통해 출력되도록 하는 구동속계부(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서 변속동작 시 감속기어부의 싱크로 기구(23)와 입력축의 결합이 일시 해제되더라도, 구동속계부가 동작됨으로써 입력축의 회전 구동력이 감속기어부를 우회하여 출력축에 전달되도록 하므로, 회전 구동력의 단절로 인한 토크 드롭과 그에 따른 변속감 저하를 방지할 수 있게 된다.

Description

변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치{Transmission apparatus preventing a torque drop during shifting}

본 발명은 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 싱크로 기구(23)를 통해 변속단 기어쌍 간의 변속동작이 이루어지는 동안 기어쌍과 싱크로 기구(23) 사이에 동력전달의 단절이 발생하여도, 구동속계부를 통해 우회적으로 회전 구동력의 전달을 유지할 수 있도록 한 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기자동차는 구동원으로서 엔진을 대신하여 구동모터를 사용하는 바, 대부분의 구동모터는 저속에서 고속까지 원활한 변속이 가능하므로, 반드시 변속기나 감속기를 구비하지 않아도 된다.

그러나, 종래의 전기자동차는 위와 같이 차륜에 전달되는 구동력과 회전속도를 구동모터를 통해 조절하며, 감속기의 감속비가 고정되어 있으므로, 최고출력이나 최고속도 등과 같은 차량성능을 만족하기 위해서는 가능한 한 구동모터의 용량을 증대시킬 수밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 구동모터의 용량이 작은 경우, 차량이 요구하는 큰 출력을 맞추기 위해서는 감속기의 감속비를 크게 하여야 하는 바, 큰 감속비로 인해 차량의 최고속도가 낮아져 마찬가지로 차량의 성능이 요구수준에 부합하지 못하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같은 2속 변속장치가 제안된 바 있다.

이 2속 변속장치(101)는 도시된 것처럼, 저속 및 고속 기어쌍(15,17)(111,113)(115,117) 및 싱크로기구(123) 등의 기어열로 이루어진 감속기어부(110)와 이 감속기어부(110)를 변속 동작시키는 변속동작부 등을 포함하여 이루어진다.

따라서, 위와 같은 종래의 변속장치(101)에 의하면, 구동모터(103) 등 구동원으로부터 입력축(121)을 통해 입력된 회전 구동력이 싱크로 기구(23)(123)의 선택에 따라 저속 기어쌍(115) 또는 고속 기어쌍(15,17)(117)에서 출력축(127)을 통해 차축(105)으로 전달되는 바, 싱크로 기구(23)(123)의 변속동작은 변속동작부의 변속포크에 의해 이루어진다. 이때, 카운터축(119) 상에 장착된 고속 종동기어(117)는 출력기어(125)와 맞물림되어 감속기어부(110)에서 출력되는 회전 구동력을 출력축(127)을 통해 차축(105)으로 전달한다.

그런데, 위와 같이 싱크로 기구(23)(123)를 통해 변속이 이루어지기 위해서는, 변속포크와 같은 변속동작부에 의해 싱크로 기구(23)(123)의 슬리브가 도 1의 좌우로 이동하여야 하는 바, 슬리브는 저속 및 고속 기어쌍(15,17)(111,113)(115,117) 중 현재 결합되어 있는 한 쪽 기어쌍에서 다른 쪽 기어쌍으로 이동하게 된다.

위와 같이 이동하는 동안 슬리브는 저속 및 고속 기어쌍(15,17)(111,113)(115,117)의 구동기어(111,115) 어느 쪽과도 결합되지 않고, 그 동안 입력축(121)에서 출력축(127)으로 전달되는 회전 구동력은 단절되며, 따라서 변속감이 저하되고, 결과적으로 차량 성능이 악화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 변속장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 싱크로 기구(23)를 통해 변속동작을 하는 변속장치에 있어서 싱크로 기구(23)의 슬리브가 한 쪽 싱크로콘에서 다른 쪽 싱크로콘으로 이동하는 동안 단절되는 회전 구동력을 구동속계부를 통해 우회적으로 연결하여 유지함으로써, 토크 드롭으로 인한 변속감 저하를 방지하고, 따라서 차량의 주행성능을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동원으로부터 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축을 통해 차축으로 출력하는 감속기를 포함하여 이루어지는 변속장치에 있어서, 상기 감속기는, 상기 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 변속하여 감속하는 감속기어부; 및 상기 감속기어부에서 변속이 이루어지는 동안 상기 입력축으로 입력된 회전 구동력이 단절없이 상기 출력축을 통해 출력되도록 하는 구동속계부;를 포함하여 이루어지는 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치를 제공한다.

또한, 상기 감속기어부는, 상기 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 변속하도록 복수의 변속단을 이루는 복수의 기어쌍; 및 상기 복수의 기어쌍 중 각 변속단의 구동기어 사이에 배치되어, 변속동작에 따라 변속단을 선택하는 싱크로 기구;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동속계부는, 상기 입력축 상에 동기 회전하도록 태양기어가 장착되고, 캐리어 외주에 중계 구동기어가 가공된 유성기어유닛; 상기 유성기어유닛의 링기어 외주면에 형성된 중계 구동기어; 상기 감속기어부의 카운터축 일단에 장착되어, 상기 중계 구동기어에 맞물림되는 중계 종동기어; 및 상기 유성기어유닛의 링기어를 구속하여 정지시키는 동작유닛;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 동작유닛은 상기 감속기 일측에 고정되어, 상기 링기어에서 연장된 링기어 디스크를 잠금 또는 해제함으로써, 상기 링기어의 회전을 구속 또는 해방하는 링기어 클러치인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 변속장치에 의하면, 변속이 개시되어 감속기어부의 싱크로 기구(23)가 변속동작부에 의해 저속에서 고속 변속단으로 또는 고속에서 저속 변속단으로 이동하는 동안, 입력축이 저속 및 고속 변속단 어느 쪽과도 결합되지 않더라도, 변속동작이 개시되는 순간 구동속계부가 동작되어 입력축의 회전 구동력이 우회적으로 감속기어부의 카운터축을 회전 구동시킬 수 있으므로, 변속동작 시 싱크로 기구(23)로 인한 토크 드롭을 방지하여 변속감 저하를 막고, 더 나아가 차량의 주행성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 2속 변속장치를 개략 도시한 선도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2속 변속장치를 개략 도시한 선도.
도 3은 도 2에 도시된 감속기어부의 정면도.
도 4는 도 2의 구동속계부를 도시한 평면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 변속기는 도 2에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 구동원(3)으로부터 입력축(11)을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하는 감속기(7)를 포함한다. 따라서 변속기(1)는 이 감속기(7)를 통해 회전 구동력을 감속할 수 있을 뿐 아니라, 다단으로 변속하여 출력축(27)을 통해 차축(5)으로 출력한다.

또한, 위와 같은 본 발명의 감속기(7)는 구동원으로부터 입력축(11)을 통해 입력되는 회전 구동력을 저속단 또는 고속단 등 소정의 변속단으로 감속하여 출력축(27)을 통해 차축(5)으로 출력하는 기어열로서, 도 2에 도시된 것처럼, 크게 감속기어부(10)와 구동속계부(20)로 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 감속기어부(10)는 감속기(7)에 의한 감속 및 기어 변속이 수행되도록 하는 부분으로, 도시된 것처럼 다시 복수의 기어쌍(11,13)(15,17)과 싱크로 기구(23)로 이루어진다. 이때, 감속기어부(10)는 기어 변속을 위해 쌍을 이루는 둘 이상, 복수의 변속단(12,16)을 구비하는 바, 본 실시예와 같은 2속 변속장치에 있어서는 도 2에 도시된 것처럼, 저속 및 고속으로 된 한 쌍의 변속단(12,16)을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 본 실시예의 감속기어부(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 구동기어(11)와 종동기어(13)가 쌍을 이룬 저속 기어쌍(11,13), 구동기어(15)와 종동기어(17)가 쌍을 이룬 고속 기어쌍(15,17), 및 이들 기어쌍(11,13)(15,17) 중에서 각 변속단(12,16)의 구동기어(11,15) 사이에 장착되는 싱크로 기구(23)로 이루어진다.

여기에서, 저속 기어쌍(11,13)은 감속기어부(10)의 저속 변속단(12)을 이루는 바, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 입력축(11) 상에 상대 회전 가능하게 장착되는 상대적으로 소직경인 저속 구동기어(11)와, 카운터축(19) 상에 장착되는 상대적으로 대직경인 저속 종동기어(13)가 서로 맞물림되어 이루어지는 바, 입력축(11)의 회전력을 감속하여 저속의 변속단(12)을 형성하도록 저속 구동기어(11)에 비해 저속 종동기어(13)의 직경이 감속비에 따라 배 이상 크게 되어 있다. 또한, 고속 기어쌍(15,17)도 도 2에 도시된 바와 같이, 입력축(11) 상에 상대 회전 가능하게 장착되는 상대적으로 대직경인 고속 구동기어(15)와, 카운터축(19) 상에 장착되는 상대적으로 소직경인 고속 종동기어(17)가 서로 맞물림되어 이루어진다. 이때, 복수의 기어쌍(11,13)(15,17) 중 어느 한 쪽의, 예컨대, 본 실시예에서는 고속 기어쌍(15,17)의 고속 종동기어(17)에 출력기어(25)가 맞물림되는 바, 이 출력기어(25)는 기어쌍(11,13)(15,17)의 어느 기어보다도 직경이 크기 때문에 출력기어(25)와 직결된 출력축(27)을 통해서 출력되는 회전 구동력은 모두 소정의 감속비로 감속이 이루어진다.

또한, 싱크로 기구(23)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 입력축(11)이 저속 기어쌍(11,13)의 저속 구동기어(11) 또는 고속 기어쌍(15,17)의 고속 구동기어(15) 중 어느 하나와 선택적으로 체결되어 체결된 변속단(12,16)으로 변속이 이루어지도록 하는 변속수단으로서, 일반적인 싱크로 기구(23)와 마찬가지로 도 3에 도시된 바와 같이, 입력축(11) 상에 동기 회전하도록 장착되는 허브, 입력축(11) 상에 상대 회전 가능하게 끼워져 있는 저속 및 고속 구동기어(15)의 허브 상에 동기 회전하도록 각각 스플라인 결합된 저속 및 고속 싱크로콘(24,26), 및 허브와 저속 및 고속 싱크로콘(24,26)의 외주 스플라인 상에 선택적으로 스플라인 결합되는 슬리브(29) 등을 포함하여 구성된다. 따라서, 별도의 변속동작수단에 의해 슬리브(29)가 미끄럼 이동하여 저속 싱크로콘(24)에 스플라인 결합된 때, 저속 변속단(12)으로 변속이 이루어지고, 고속 싱크로콘(26)에 스플라인 결합된 때, 고속 변속단(16)으로 변속이 이루어진다.

상기 구동속계부(20)는 변속 동작 중 회전 구동력이 단절없이 출력축(27)을 통해 출력되도록 하는 부분으로, 위와 같이 감속기어부(10)가 싱크로 기구(23)에 의해 변속동작을 하는 동안, 슬리브(29)가 어느 쪽 싱크로콘(24,26)에도 물리지 않을 때 동작하여 입력축(11)으로 입력된 회전 구동력이 단절되는 일없이 출력축(27)을 통해 출력되도록 한다.

이를 위해, 구동속계부(20)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유성기어유닛(31), 중계 구동기어(39), 중계 종동기어(43), 및 동작유닛(41)으로 이루어진다.

여기에서, 먼저 유성기어유닛(31)은 도시된 것처럼, 입력축(11) 상에 동기 회전하도록 장착되는 태양기어(32), 이 태양기어(32)의 외주면에 맞물림되어 이 외주면을 따라 공전하는 복수의 유성기어(33), 이들 복수의 유성기어(33)를 내접 상태로 둘러싸는 링기어(35), 그리고 복수의 유성기어(33)의 중심을 연결하여 하나로 묶어 주는 캐리어(37)로 이루어진다.

또한, 중계 구동기어(39) 및 중계 종동기어(43)는 유성기어유닛(31)이 동작된 때 캐리어(37)를 통해 유성기어유닛(31)으로부터 출력되는 구동속계 회전력을 감속기어부(10)로 전달하여, 회전 구동력의 출력이 속계될 수 있도록 하는 연결부분으로, 중계 구동기어(39)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유성기어유닛(31)의 링기어(35) 외주면에 원주방향을 따라 외접기어 형태로 형성된다. 또한, 중계 종동기어(43)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 감속기어부(10)의 카운터축(19) 일단에 장착되는 바, 캐리어(37) 외주면에 가공된 중계 구동기어(39)와 맞물림됨으로써 유성기어유닛(31)과 감속기어부(10)를 동력전달 상태로 연결한다.

끝으로, 동작유닛(41)은 구동속계부(20)를 동작 또는 해제시키는 스위칭수단으로서, 구동속계부(20)를 동작시키기 위해, 유성기어유닛(31)의 링기어(35)를 구속하여 정지시킬 수 있는 것이면, 어떤 구조로도 적용이 가능한 바, 도 2 및 도 4에 도시된 것처럼, 링기어와 연결된 클러치로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 링기어 클러치(41)는 도 2 및 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 감속기(7) 등 고정프레임의 일측에 고정되는 몸체와, 이 몸체 내에 장착되는 복수의 클러치 패드, 그리고 이들 클러치 패드 사이에 끼워지도록 링기어(35) 일측에서 연장된 링기어 디스크(51)로 이루어진다. 따라서, 링기어 클러치(41)는 동작명령에 따라 온오프되어 클러치 패드에 의해 링기어 디스크(51)를 잠금 또는 해제함으로써, 링기어(35)의 회전을 구속하거나 해방시키게 된다.

이제, 위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 변속장치(1)는 전기자동차 등 모터를 구동원으로 하는 차량의 일반적인 변속장치와 마찬가지로, 변속단에 따른 복수단의 변속이 이루어지는 바, 본 실시예에서와 같이 2속 변속에 적용되는 경우 저속과 고속, 2 속의 변속이 이루어진다.

즉, 저속 변속단(12)으로 변속되는 경우, 변속동작부에 의해 싱크로 기구(23)의 슬리브(29)가 도 3의 좌측으로 이동하여 저속 싱크로콘(24)에 물리면, 입력축(11)의 회전 구동력이 허브와 슬리브(29) 그리고 저속 싱크로콘(24)을 거쳐 저속 변속단(12)의 저속 구동기어(11)로 전달되고, 이어서 저속 종동기어(13)를 회전시킨다. 이에 따라 카운터축(19)을 통해 회전하게 된 고속 종동기어(17)가 출력기어(25)를 회전시켜 감속된 회전 구동력을 출력축(27)을 통해 차축(5)으로 출력한다.

반대로, 고속 변속단(16)으로 변속되는 경우에는, 싱크로 기구(23)가 고속 기어쌍(15,17)으로 회전 구동력을 전달하여 고속 종동기어(17)와 출력기어(25)를 통해 출력축(27)으로 회전 구동력을 출력하게 된다.

그런데, 본 발명의 변속장치(1)에 의하면, 위와 같이 싱크로 기구(23)를 통해 변속을 수행하기 위해, 입력축(11)이 이동하여 구동기어(11,15) 어느 쪽에도 물리지 않고 공회전할 때, 구동속계부(20)가 동작하여 회전 구동력의 전달을 유지하게 된다.

즉, 싱크로 기구(23)에 의해 변속을 하기 위해서는, 슬리브(29)가 저속 또는 고속 싱크로콘(24,26) 중 어느 한 쪽에서 풀려 다른 한 쪽에 물리도록 이동하여야 하는 바, 도 3에 도시된 바와 같이, 저속 또는 고속 싱크로콘(24,26) 어느 쪽에도 물리지 않는 구간이 발생되며, 이에 따라 구동기어(11,15)을 통한 회전 구동력의 전달은 단절된다.

이때, 구동속계부(20)가 동작 개시되면, 링기어 클러치(41)가 온되면서 링기어 디스크(51)를 파지하여 잠금하고, 이에 따라 링기어(35)의 회전이 정지된다. 이와 같이 링기어(35)의 회전이 멈추면, 도 4에 도시된 것처럼 입력축(11)을 따라 화살표(A) 방향으로 회전하는 태양기어(32)에 의해 유성기어(33)들이 화살표(B) 방향으로 회전한다. 이때, 링기어(35)가 정지되어 있으므로, 유성기어(33)들은 태양기어(32) 주위를 빠르게 공전하게 되며, 이에 따라 캐리어(37)도 화살표(C) 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 캐리어(37)의 중계 구동기어(39)에 물려 있는 중계 종동기어(43)가 화살표(D) 방향으로 회전하게 되고, 카운터축(19)을 통해 중계 종동기어(43)와 동기 회전하는 고속 종동기어(17)도 화살표(E) 방향으로 회전한다. 이렇게 해서, 고속 종동기어(17)에 의해 출력기어(25)가 화살표(F) 방향으로 회전함으로써 출력축(27)이 회전하면, 구동속계부(20)에 의한 회전 구동력의 속계가 완료된다.

이어서, 싱크로 기구(23)에 의한 변속이 완료되면, 구동기어(11,15)에 의한 회전 구동력이 전달이 재개되므로, 구동속계부(20)는 동작을 멈추고, 링기어 클러치(41)를 오프시킨다. 이때에도, 태양기어(32)는 여전히 입력축(11)과 동기 회전하나, 링기어(35)가 링기어 클러치(41)로부터 해방되어 자유 회전하므로, 구동속계부(20)로부터 중계 종동기어(43)를 통해 카운터축(19)으로 전달되는 회전력은 저속 기어쌍(11,13)을 통해 카운터축(19)에 전달되는 회전 구동력에 의해 영향을 받을 뿐 영향을 미치지는 못한다.

1 : 변속장치 3 : 구동원
5 : 차축 7 : 감속기
10 : 감속기어부 11, 13 : 저속 기어쌍
12 : 저속 변속단 15, 17 : 고속 기어쌍(15,17)(15,17)
16 : 고속 변속단 19 : 카운터축
20 : 구동속계부 21 : 입력축
23 : 싱크로 기구 24 : 저속 싱크로콘
25 : 출력기어 26 : 고속 싱크로콘
27 : 출력축 29 : 슬리브
31 : 유성기어유닛 32 : 태양기어
33 : 유성기어 35 : 링기어
37 : 캐리어 39 : 중계 구동기어
41 : 동작유닛(링기어 클러치) 43 : 중계 종동기어
51 : 링기어 디스크 55 : 변속캠
57 : 동력인출캠 59 : 오목홈
60 : 캠홈 61, 63 : 경사부분
65 : 직선부분 71 : 몸체
73 : 가압스프링 75 : 스프링 케이싱
77 : 종동롤러

Claims (4)

1. 구동원으로부터 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축을 통해 차축으로 출력하는 감속기를 포함하여 이루어지는 변속장치에 있어서,
   상기 감속기는,
   상기 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 변속하여 감속하는 감속기어부; 및
   상기 감속기어부에서 변속이 이루어지는 동안 상기 입력축으로 입력된 회전 구동력이 단절없이 상기 출력축을 통해 출력되도록 하는 구동속계부;를 포함하고,
   상기 감속기어부는,
   상기 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 변속하도록 복수의 변속단을 이루는 복수의 기어쌍; 및
   상기 복수의 기어쌍 중 각 변속단의 구동기어 사이에 배치되어, 변속동작에 따라 변속단을 선택하는 싱크로 기구;를 포함하며
   상기 구동속계부는 상기 싱크로 기구가 상기 구동기어 사이에서 변속동작 하지 않는 경우 동작하는 것을 특징으로 하는 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동속계부는,
   상기 입력축 상에 동기 회전하도록 태양기어가 장착되고, 캐리어 외주에 중계 구동기어가 가공된 유성기어유닛;
   상기 유성기어유닛의 링기어 외주면에 형성된 중계 구동기어;
   상기 감속기어부의 카운터축 일단에 장착되어, 상기 중계 구동기어에 맞물림되는 중계 종동기어; 및
   상기 유성기어유닛의 링기어를 구속하여 정지시키는 동작유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 동작유닛은 상기 감속기 일측에 고정되어, 상기 링기어에서 연장된 링기어 디스크를 잠금 또는 해제함으로써, 상기 링기어의 회전을 구속 또는 해방하는 링기어 클러치인 것을 특징으로 하는 변속 시 토크 드롭이 방지된 변속장치.
   
   

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