KR101610510B1 - 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조로 형성되어, 하나의 모터가 복수의 변속단에 대한 조작을 담당할 수 있도록 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터는, 차량의 변속기에서 기어의 변속을 위해 도그클러치를 조작하기 위한 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 있어서, 구동모터에 연결된 회전축(11)과, 상기 회전축(11)에 일체로 고정되고, 상기 회전축(11)의 축방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 회전중심으로부터 최대로 이격된 노우즈(21a)가 서로 다른 각도로 배치되는 복수의 변속캠(21)과, 일단은 상기 변속캠(21)에 연결되어 상기 변속캠(21)이 회전하면 슬라이딩되고, 타단은 도그클러치(41)에 연결되며, 상기 변속캠(21) 마다 설치되어 상기 도그클러치(41)를 작동시키는 복수의 도그클러치 포크를 포함한다.

Description

하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터{Shift actuator for transmission in hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 변속기에서 변속기의 도그클러치를 조작하는 쉬프트 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조를 단순화하고, 하나의 구동모터로 복수의 도그클러치를 조작할 수 있도록 한 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 관한 것이다.

친환경 자동차인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)은 엔진과 모터를 함께 구동원으로 사용하기 때문에 엔진의 기어단과 함께 모터의 기어단을 두는 경우가 있다.

최근에는 연비향상과 변속성능향상을 위하여 고단 변속기가 장착되는 사례가 늘어나고 있는데, 이와 더불어 모터의 작동에 필요한 기어단을 구비하므로, 각 변속단마다 상기 도그클러치의 조작에 필요한 메커니즘이 필요한 문제점이 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진의 기어단이 7속(전진 6속, 후진 1속)이고, 모터의 기어단이 2단인 경우, 각 변속단에 따라 도그클러치를 작동시키기 위해서 총 5개의 모터를 포함한 기구가 필요해진다. 7속인 엔진의 기어단에 대하여 4개의 기구, 즉 2개의 쉬프트 기구와 2개의 셀렉트 기구가 필요하고, 모터의 기어단에 대하여 1개의 기구, 즉 쉬프트 기구가 필요하므로, 변속기 내부의 구조가 복잡해진다.

도 2 및 도 3에는 각각 쉬프트기구(110)와 셀렉트기구(120)의 일례가 각각 도시되어 있다. 쉬프트기구(110)는 쉬프트모터(111)에 의해 회전하는 스크류(112)가 쉬프트너트(113)를 슬라이딩 시키면, 콘트롤샤프트(114)가 회전하면, 상기 콘트롤샤프트(114)에 형성된 핑거(115)가 도그클러치를 작동시킨다. 한편 셀렉트기구(120)는 셀렉트 솔레노이드(121)가 왕복운동하여 셀렉트레버(122)를 회전시키고, 상기 셀렉트레버(122)에 의해 회전하는 셀렉트샤프트(123)가 도그클러치를 작동시킨다. 이렇게 개별적으로도 복잡한 구성을 갖는 쉬프트기구(110) 및 셀렉트기구(120)가 수가 증가함에 따라 그 복잡도는 기하급수적으로 늘어나게 되어, 설계 과정에서 각 부품의 배치가 어려워지고, 부품의 수의 증가로 인하여 중량 및 생산원가를 증가시키는 요인이 된다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는 '수동변속기의 도그클러치'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-2011-0058483A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 간단한 구조로 형성되어, 하나의 모터가 복수의 변속단에 대한 조작을 담당할 수 있도록 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터는, 차량의 변속기에서 기어의 변속을 위해 도그클러치를 조작하기 위한 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 있어서, 구동모터에 연결된 회전축과, 상기 회전축에 일체로 고정되고, 상기 회전축의 축방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 회전중심으로부터 최대로 이격된 노우즈가 서로 다른 각도로 배치되는 복수의 변속캠과, 일단은 상기 변속캠에 연결되어 상기 변속캠이 회전하면 슬라이딩되고, 타단은 도그클러치에 연결되며, 상기 변속캠 마다 설치되어 상기 도그클러치를 작동시키는 복수의 도그클러치 포크를 포함한다.

상기 변속캠들은 상기 노우즈가 서로 동일한 각도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 변속캠은 하나의 회전축에 3개가 설치되고, 상기 변속캠들은 상기 노우즈가 120도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 변속캠은 둘레를 따라 안내홈이 형성되고, 상기 안내홈에 상기 도그클러치 포크로부터 돌출된 핀이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 안내홈은 상기 변속캠의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 변속캠의 둘레와 상기 회전축과 결합되는 부위 사이에는 상기 도그클러치 포크가 회전축을 향해 이동가능하게 형성되는 자유홈이 형성되고, 상기 안내홈은 상기 자유홈과 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 따르면, 하나의 모터를 이용하여 3개 이상의 변속 조작을 할 수 있어 하이브리드 차량 변속기의 구조가 간단해진다.

또한, 변속조작을 하기 위한 모터의 수가 줄어들고, 쉬프트 액츄에이터의 구조가 단순화되어 차량의 생산원가를 낮출 수 있다.

도 1은 종래기술에 따라 하이브리드 차량의 변속 과정을 도식화한 개략도.
도 2는 종래기술에 따라 하이브리드 차량의 변속기에 적용된 쉬프트 기구의 일례를 도시한 사시도.
도 3은 종래기술에 따라 하이브리드 차량의 변속기에 적용된 셀렉트 기구의 일례를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터의 작동상태를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터가 적용된 하이브리드 차량 변속기의 변속동작을 설명하기 위한 블록도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에서 변속캠의 상부면에 자유홈이 형성된 상태를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터는, 차량의 변속기에서 기어의 변속을 위해 도그클러치를 조작하기 위한 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 있어서, 구동모터에 연결된 회전축(11)과, 상기 회전축(11)에 일체로 고정되고, 상기 회전축(11)의 축방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 회전중심으로부터 최대로 이격된 노우즈(21a)가 서로 다른 각도로 배치되는 복수의 변속캠(21)과, 일단은 상기 변속캠(21)에 연결되어 상기 변속캠(21)이 회전하면 슬라이딩되고, 타단은 도그클러치(41)에 연결되며, 상기 변속캠(21) 마다 설치되어 상기 도그클러치(41)를 작동시키는 복수의 도그클러치 포크를 포함한다.

회전축(11)은 구동모터(미도시)에 연결되고, TCU(Transmission Control Unit)의 신호에 따라 변속을 위해 상기 구동모터가 회전하면, 상기 구동모터와 함께 회전한다.

변속캠(21)은 복수로 마련되어 상기 회전축(11)에 상기 회전축(11)의 축방향을 따라 간격을 두고 배치된다. 이때, 상기 변속캠(21)은 상기 변속캠(21)의 회전중심으로부터 최대로 이격된 부위, 즉 노우즈(21a)가 서로 다른 방향으로 배치되도록 한다.

특히, 상기 변속캠(21)들은 상기 노우즈(21a)가 서로 같은 간격으로 배치되도록 한다. 예컨대, N개의 변속캠(21)이 설치된다면, 상기 변속캠(21)들은 노우즈(21a)가 N/360도의 간격을 두고 배치되도록 설치된다.

바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 변속캠(21)이 상기 회전축(11)에 설치되는 것이 좋다. 상기 변속캠(21)의 4개 이상으로 설치될 수도 있지만, 도그클러치를 작동시키는 동작들이 서로 중첩될 수 있으므로, 바람직하게는 상기 변속캠(21)은 3개가 설치되고, 노우즈(21a)들이 120도의 간격을 갖도록 상기 회전축(11)에 서로 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.

상기 변속캠(21)의 상부면에는 상기 변속캠(21)의 둘레를 따라 안내홈(21b)이 형성된다. 상기 상부면의 둘레를 따라 일정한 깊이로 형성되는 안내홈(21b)은 상기 도그클러치 포크(31)의 일측을 구속한다.

도그클러치 포크(31)는 상기 변속캠(21)과 상기 도그클러치(41)를 연결한다. 상기 도그클러치 포크(31)는 상기 변속캠(21)마다 연결되도록 설치된다.

상기 도그클러치 포크(31)는 단부에 상기 도그클러치 포크(31)로부터 돌출된 핀(31a)이 형성되어 있어서, 상기 핀(31a)이 상기 변속캠(21)의 안내홈(21b) 또는 후술되는 자유홈(21c)에 삽입되어, 상기 변속캠(21)이 회전함에 따라 상기 도그클러치 포크(31)는 상기 슬라이딩하여 도그클러치를 작동시킨다.

한편, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 변속캠(21)의 상부면에는 상기 안내홈(21b)과 연통되고, 상기 변속캠(21)의 기초원 부위가 제거되는 형태로 자유홈(21c)이 형성된다. 상기 자유홈(21c)은 상기 변속캠(21)의 둘레로부터 상기 변속캠(21)이 상기 회전축(11)과 결합되는 부위 사이에 형성되는 것으로서, 상기 자유홈(21c)은 중립시 상기 도그클러치 포크(31)가 상기 회전축(11)으로도 이동가능토록 한다. 즉, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 변속캠(21)에서는 도그클러치 포크(31)가 회전축(11)을 향하도록 화살표 방향으로 이동할 수 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 쉬프트 액츄에이터(1A, 1B, 1C)를 조합하여 사용하는 경우에 적용할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터는 구동모터에 의해 회전하면, 회전축(11)에 설치된 복수의 변속캠(21) 중에 어느 하나의 변속캠(21)의 노우즈(21a)가 다른 변속캠(21)의 노우즈(21a)에 비하여 돌출되면서, 상기 변속캠(21)에 설치된 도그클러치 포크(31)를 작동시킨다.

즉, 도 6에서는 최상단에 위치한 변속캠(21)에 의해서 최상단에 위치한 도그클러치 포크(31)를 나머지 도그클러치(41)에 비하여 좌측으로 슬라이딩된 상태이다. 상기 최상단의 변속캠(21)의 노우즈(21a)가 돌출되고, 나머지 변속캠(21)의 노우즈는 돌출되지 않은 상태가 되어, 최상단의 도그클러치 포크(31)는 변속조작을 하고, 나머지 도그클러치 포크(31)는 변속조작에 사용되지 않는다.

한편, 도 7에는 상기와 같은 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터를 복수로 마련하고, 이를 하이브리드 차량의 변속기에 연결하여 조작되도록 한 구성이 개시되어 있다.

도 7을 보면, 엔진(E/G)의 변속단은 전진 6단, 후진1단이고, 모터(M)의 변속단은 2단이어서, 상기 하이브리드 변속기(T/M)에는 모두 9개의 변속단이 존재한다.

이를 3개의 변속캠(21)을 갖는 쉬프트 액츄이어터(1A, 1B, 1C)를 3개 조합하여, 모두 9개의 변속단 조작이 가능하도록 한다.

상기 변속기에는 각 변속단별로 해당 변속단에 해당하는 숫자가 기재되어 있는데, 1단 조작을 하기 위해서는 1A로 도시된 시트프 액츄에이터가 작동하여 도그클러치를 우측으로 이동시켜야 한다. 즉, 1A로 도시된 쉬프트 액츄에이터에서 중간부분의 변속캠(21)이 회전하여 중간의 도그클러치 포크(31)를 우측으로 밀어서(화살표 A 참조) 도그클러치가 우측으로 작동되도록 하여 1단 변속이 가능하도록 한다.

한편, 3단 변속을 하기 위해서는 1A로 도시된 쉬프트 액츄에이터에서 변속캠(21)들이 회전하여 하단의 도그클러치 포크(31)가 우측으로 이동되도록 하여, 3단 변속과 5단 변속에 관여하는 도그클러치를 우측으로 이동시켜야 한다. 따라서 3단 변속을 위해 상기 1A의 쉬프트 액츄에이터에서 하부의 도그클러치(41)가 우측으로 이동(화살표 B 참조)하도록 변속캠(21)들이 회전함으로써, 3단 변속이 가능해진다.

이때, 3단과 5단은 하나의 도그클러치(41)를 공유하기 때문에 5단 조작의 위해 상기 도그클러치(41)가 우측으로 이동하면, 1B의 쉬프트 액츄에이터의 중간의 도그클러치 포크(31)도 화살표 B방향으로 이동해야 한다. 만약 1A의 쉬프트 액츄에이터에서 하부의 도그클러치 포크(31)가 우측으로 이동하려고 하여도, 1B의 쉬프트 액츄에이터에서 중간의 도그클러치 포크(31)가 우측으로 이동하지 못한다면, 변속조작은 불가능하다.

따라서, 이를 위하여, 복수의 쉬프트 액츄에이터들이 서로 조합되는 경우에는 도 8a 또는 도 8b에 도시된 바와 같이, 변속캠(21)의 상부면에 자유홈(21c)이 형성된 변속캠(21)을 사용하도록 한다. 상기와 같이 상기 변속캠(21)에 자유홈(21c)이 적용되면, 3단 조작시 1A의 쉬프트 액츄에이터에서 도그클러치 포크(31)가 우측(화살표 B방향)으로 이동하려 할 때, 1B 쉬프트 액츄에이터의 도그클러치 포크(31)도 함께 이동(화살표 B방향)할 수 있으므로 3단 변속이 가능해진다.

만약 5단변속을 한다면 1B의 쉬프트 액츄에이터와 1A의 쉬프트 액츄에이터의 도그클러치 포크(31)는 모두 화살표 B방향의 반대방향으로 이동하면서 도그클러치(41)가 5단 쪽에 물리도록 한다.

상기와 같이, 서로 다른 두 변속단이 도그클러치(41)를 공유하는 하이브리브 차량 변속기(T/M)에서는 쉬프트 액츄에이터에 상기 자유홈(21c)을 갖는 변속캠(21)을 적용토록 한다.

11 : 회전축 21 : 변속캠
21a : 노우즈 21b : 안내홈
21c : 자유홈 31 : 도그클러치 포크
31a : 핀 41, 41' : 도그클러치
110 : 쉬프트기구 111 : 쉬프트모터
112 : 스크류 113 : 쉬프트너트
114 : 컨트롤샤프트 115 : 핑거
120 : 셀렉트기구 121 : 셀렉트모터
122 : 셀렉트레버 123 : 셀렉트샤프트

Claims (6)

1. 차량의 변속기에서 기어의 변속을 위해 도그클러치를 조작하기 위한 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터에 있어서,
   구동모터에 연결된 회전축과,
   상기 회전축에 일체로 고정되고, 상기 회전축의 축방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 회전중심으로부터 최대로 이격된 노우즈가 서로 다른 각도로 배치되는 복수의 변속캠과,
   일단은 상기 변속캠에 연결되어 상기 변속캠이 회전하면 슬라이딩되고, 타단은 도그클러치에 연결되며, 상기 변속캠 마다 설치되어 상기 도그클러치를 작동시키는 복수의 도그클러치 포크를 포함하고,
   상기 변속캠은 둘레를 따라 안내홈이 형성되고, 상기 안내홈에 상기 도그클러치 포크로부터 돌출된 핀이 삽입되며,
   상기 변속캠의 둘레와 상기 회전축과 결합되는 부위 사이에는 상기 도그클러치 포크가 회전축을 향해 이동가능하게 형성되는 자유홈이 형성되고,
   상기 안내홈은 상기 자유홈과 연통되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 변속캠들은 상기 노우즈가 서로 동일한 각도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 변속캠은 하나의 회전축에 3개가 설치되고, 상기 변속캠들은 상기 노우즈가 120도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 안내홈은 상기 변속캠의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량 변속기용 쉬프트 액츄에이터.
   
6. 삭제

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