KR101653636B1 - 차량용 변속 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치는, 하우징, 운전자에 의해 조작되는 노브, 상기 노브의 조작에 연동하여 이동하는 레버 및 상기 노브를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 노브를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고, 상기 리니어 구동 모터는, 상기 하우징에 고정 설치되는 리어파트 및 상기 리어파트에 대해 이동 가능하게 설치되는 헤드파트를 포함하고, 상기 헤드 파트는, 적어도 일부가 상기 리어파트와 중첩되도록 구비되는 측벽 및 상기 측벽의 일단으로부터 상기 헤드 파트의 내측을 향해 연장 형성되며 상기 측벽 보다 두꺼운 두께를 갖는 제1 커버부가 형성된 커버를 포함한다.

Description

차량용 변속 장치{Automotive transmission}

본 발명은 차량용 변속 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 실내에 위치하여 운전자가 변속단을 선택할 수 있는 차량용 변속 장치에 관한 것이다.

일정 범위 내의 rpm을 갖는 엔진을 이용해 저속부터 고속에 이르는 차량 속도를 구현하기 위해, 일반적으로 차량은 엔진의 rpm에 기어비를 변화시키며 구동륜의 회전 속도를 변화시키는 변속 장치를 장착한다. 또한 차량용 변속 장치는 엔진의 출력을 역으로 전달하여 차량을 후진하게 하는 기능도 포함한다.

운전자는 운전석 옆에 위치하는 노브를 조작하여 변속단을 선택함으로써 기어비를 변화시킬 수 있다.

변속 장치는 수동 변속 장치와 자동 변속 장치로 크게 구분된다.

수동 변속 장치는 운전자가 차량의 주행 속도에 맞추어 1단, 2단, 3단, 4단 등의 변속단을 직접 선택하는 변속 장치이고, 자동 변속 장치는 차량의 주행 속도, 엔진 부하, 스로틀 밸브의 개방량 등에 따라 차량의 ECU가 변속단을 자동으로 조절하는 장치이다.

자동 변속 장치는 일반적으로 차량의 주정차 시에 사용되는 P단, 차량의 전진에 사용되는 D단, 차량의 후진에 사용되는 R단 및 엔진의 출력이 구동륜으로 전달되는 것을 차단하는 N단을 포함하는 변속단으로 구성된다.

운전자는 노브를 이용하여 각 변속단을 선택할 수 있는데, 노브의 대표적인 종류로는 레버 타입과 다이얼 타입이 있다. 그 외에 각 변속단이 버튼 형식으로 구성된 차종도 있다.

일반적인 레버 타입은 PRND의 순서로 변속단이 일렬 배치되고 레버를 직선 방향으로 이동시켜 각 변속단을 선택할 수 있도록 구성된다. 최근에는 레버 타입으로서, PRND의 변속단 위치가 고정되어 않고 레버는 운전자의 조작에 따라 제자리에서 틸팅 후 복귀하도록 구성되어 레버의 틸팅 방향에서 따라 PRND가 차례대로 변하는 방식으로 변속단을 선택할 수 있는 변속 장치가 사용되고 있다.

한편, 다이얼 타입은 일정 각도 범위 내에서 회전하는 다이얼의 주변으로 PRND의 변속단이 위치하고 다이얼의 특정 포인트를 PRND의 각 변속단에 위치시킴으로써 변속단을 선택할 수 있도록 구성된다.

레버 타입 또는 다이얼 타입의 노브가 장착된 변속 장치는, 운전자가 PRND의 변속단을 선택하는 때에 변속단의 변화 및 노브가 각 변속단에 위치하였음을 인지할 수 있도록 절도감을 촉각적으로 전달한다. 이와 같은 절도감을 구현하기 위해 변속 장치 내에는 디던트 장치가 구비된다. 그러나, 종래의 디턴트 장치는 기구적 구성을 이용해 절도감을 구현하므로 복잡한 구조가 요구되었다.

또한, 차량의 안정적인 주행을 위해, D단에서 P단 또는 R단으로 변속단을 변경하는 경우 또는 반대로 P단 또는 R단에서 D단으로 변경하는 것은 차량이 거의 정지된 상태에서만 이루어져야 한다. 이를 위해 종래의 변속 장치는 일정한 조건이 갖추어졌을 때만 위와 같은 변속단 변경을 허용하고 그 외에는 위와 같은 변속이 불가능하도록 노브의 움직임을 막는 별도의 블로킹 장치가 구비된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보다 경량화되고 소형화된 차량용 변속 장치를 제공하는 것이다.

이에 더하여 내구성이 향상된 차량용 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속 장치는, 하우징;, 운전자에 의해 조작되는 노브;, 상기 노브의 조작에 연동하여 이동하는 레버; 및 상기 노브를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 노브를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고, 상기 리니어 구동 모터는, 상기 하우징에 고정 설치되는 리어파트; 및 상기 리어파트에 대해 이동 가능하게 설치되는 헤드파트를 포함하고, 상기 헤드 파트는, 적어도 일부가 상기 리어파트와 중첩되도록 구비되는 측벽 및 상기 측벽의 일단으로부터 상기 헤드 파트의 내측을 향해 연장 형성되며 상기 측벽 보다 두꺼운 두께를 갖는 제1 커버부가 형성된 커버를 포함한다.

상기 제1 커버부의 두께는 상기 측벽의 두께의 2배 이상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 커버부의 두께와 상기 측벽의 두께는 3:1의 비율로 형성될 수 있다.

상기 커버는 상기 제1 커버부로부터 상기 헤드 파트의 내측을 향해 연장 형성되며 상기 제1 커버부보다 두께운 두께를 갖는 제2 커버부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 커버부의 일면은 상기 제1 커버부의 일면과 동일 평면을 형성하고, 상기 제2 커버부의 이면은 상기 제1 커버부의 이면과 단차를 형성하며 상기 측벽과 나란한 방향으로 돌출 형성될 수 있다.

상기 리니어 구동 모터는,

상기 헤드파트 및 상기 리어파트 중 어느 하나에 구비되는 마그넷 및 상기 헤드파트 및 상기 리어파트 중 다른 하나에 구비되는 코일을 더 포함할 수 있다.

상기 리어파트는 상기 코일이 감긴 보빈을 포함하고, 상기 보빈은, 상기 하우징에 결합되는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 일면으로부터 연장 형성되어 상기 코일이 감기는 코일 실린더를 포함하며, 상기 베이스 플레이트의 이면에는 일면 방향으로 함몰 형성된 복수의 리세스가 형성될 수 있다.

상기 레버는, 상기 하우징 내에 회동 가능하게 지지되는 회동부;, 상기 회동부로부터 일측으로 연장 형성되어 상기 노브와 결합되는 노브 결합부; 및

상기 회동부로부터 타측으로 연장 형성되되, 적어도 일부가 상기 노브 결합부보다 전방에 위치하도록 굴곡 형성된 연장부를 포함할 수 있다.

일단은 상기 연장부와 상대 회전 가능하게 결합되고 타단은 상기 헤드 파트와 결합되어 상기 헤드 파트와 일체로 상기 직선 방향으로 이동하며 상기 레버를 상기 회동부를 중심으로 회동시키는 링크 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 연장부는 상기 링크 부재의 일단과 결합되는 링크 회전축이 관통하는 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀과 상기 링크 회전축 사이에 개재되는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 헤드 파트는 S45C, 퍼멀로이(permalloy), 아몰퍼스(amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판 및 순철 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

차량용 변속 장치를 보다 경량화 및 소형화할 수 있다.

또한, 차량용 변속 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 외부 하우징을 제거한 상태를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 레버 및 탄성 부재를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 탄성 부재에 의해 탄성 지지되는 링크 회전축의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에서 내부 하우징을 제거한 상태를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 배면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 추력을 종래의 리니어 구동 모터와 비교 도시한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 상부에 돌출 형성되는 노브(10)와, 노브(10)의 하부에 위치하여 노브(10)를 둘러싸는 상부 하우징(21), 상부 하우징(21)의 일측 하부에 결합되는 제1 측부 하우징(22) 및 상부 하우징의 타측 하부에 결합되는 제2 측부 하우징(23)을 포함한다.

노브(10) 및 상부 하우징(21)은 차량 실내의 센터페시아와 센터콘솔박스 사이에서 실내에 노출되도록 설치된다. 그리고, 상부 하우징(21)의 하부에 위치하는 제1 측부 하우징(22) 및 제2 측부 하우징(23)은 차량의 실내에 노출되지 않고 센터페시아로부터 센터콘솔박스로 이어지는 공간 내에 위치하게 된다.

노브(10)는 운전자에 의해 조작되며, 전방 또는 후방으로 이동되며 PRND의 순서로 변속단을 선택할 수 있다. 수동 변속 모드를 지원하는 변속 장치의 경우에는 노브(10)을 좌측 또는 우측으로 이동된 후 전방 또는 후방으로 이동되어 1단, 2단, 3단, 4단 등의 변속단을 선택할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(21)에는 파킹 버튼(P)이 형성될 수 있다. 상부 하우징(21)의 파킹 버튼(P)은 EPB(electric parking brake)의 작동 버튼일 수 있다. 또는 P단 변속단을 설정하는 버튼일 수 있다(이 경우에는, 노브(10)에 의해 선택되는 변속단이 RND의 순서로 이루어질 수 있다).

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 측부 하우징(22)과 제2 측부 하우징(23) 사이에는 변속 장치(1)의 후방을 형성하는 내부 하우징(24)이 위치한다. 내부 하우징(24)은 내부 하우징(24) 내에 위치하는 리니어 구동 모터(80, 도 2 참고)의 보빈(850, 도 7 참고)과 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 하우징(24)은 스크류(S5, S6)를 통해 보빈(850)과 결합될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 외부 하우징을 제거한 상태를 도시한 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 내부 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. 즉, 외부 하우징(21, 22, 23)의 내부에는 노브(10)를 지지하는 레버(40), 레버(40)를 회동 가능하게 지지하는 레버 홀더(30), 레버(40)에 대해 상대 회전 가능하게 결합되는 링크 부재(70), 링크 부재(70) 및 내부 하우징(24)에 각각 결합되는 리니어 구동 모터(80)를 포함한다.

상기 나열된 구성 요소들 중, 우선 레버(40)에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 레버 및 탄성 부재를 도시한 측면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 레버(40)는 레버 홀더(30)에 회동 가능하게 결합되는 회동부(42), 회동부(42)로부터 일측으로 연장 형성되는 노브 결합부(41) 및 회동부(42)로부터 타측으로 연장 형성되는 연장부(43)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 노브 결합부(41)는 회동부(42)의 상단으로부터 대략 직선형으로 연장 형성되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 노브(10)의 내측으로 삽입되어 노브(10)와 결합된다.

회동부(42)는 측면에 돌출 형성되는 레버 회동축(421)을 포함한다. 레버 회동축(421)은 레버 홀더(30)에 형성된 홀더 관통홀(31)에 삽입되어 회동부(42)를 레버 홀더(30)에 회동 가능하게 결합한다.

레버 홀더(30)는 외부 하우징(21, 22, 23) 중 어느 하나에 고정 설치되어, 레버(40)가 레버 회동축(421)을 중심으로 회동 동작만 가능하도록 규제한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연장부(43)는 회동부(42)의 하단으로부터 대략적인 'S'자 형상을 이루며 연장 형성된다. 따라서, 레버(40)는 회동부(42)를 중심으로 상하 비대칭의 형상을 가지며, 연장부(43) 중 일부는 노브 결합부(41)에 비해 전방에 위치하게 된다.

연장부(43)의 위와 같은 형상으로 인해, 레버(40)와 리니어 구동 모터(80) 사이에서 리니어 구동 모터(80)의 출력을 레버(40)로 전달하는 링크 부재(70)가 회동부(42)의 아래에 위치할 수 있고, 그 결과 변속 장치(1)의 전후 방향 길이를 축소할 수 있다.

변속 장치(1)의 전후 방향 길이 축소는 변속 장치(1)가 설치되는 센터페시아와 센터콘솔박스 사이의 공간을 보다 컴팩트하게 구성할 수 있다는 점에서 남는 공간에 대한 활용성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 변속 장치(1)를 컴팩트하게 구성함에 따라 남는 공간에 다른 편의 장치를 위한 구성을 추가하는 등의 추가적인 활용이 가능하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연장부(43)의 하단에는 관통홀(433)이 형성되고 관통홀(433)의 양측으로 연장 형성되는 제1 설치단(431) 및 제2 설치단(432)이 구비된다.

관통홀(433), 제1 설치단(431) 및 제2 설치단(432)에는 탄성 부재(50)가 설치된다.

도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 탄성 부재(50)는 대략 'Ω' 형상을 갖는다. 탄성 부재(50)는 관통홀(433)의 상단에 밀착되는 제1 탄성부(51)와, 제1 설치단(431) 및 제2 설치단(432)에 고정 설치되는 고정부(54, 55) 및 제1 탄성부(51)와 고정부(54, 55)를 연결하는 제2 탄성부(52, 53)를 포함한다.

제2 탄성부(52, 53)는 제1 탄성부(51)의 일단으로부터 연장되는 제1 탄성 지지부(52)와 제1 탄성부(51)의 타단으로부터 연장되는 제2 탄성 지지부(53)를 포함한다.

그리고, 고정부(54, 55)는 제1 설치단(431) 및 제2 설치단(432)에 각각 고정되는 제1 고정부(54)와 제2 고정부(55)를 포함한다.

제1 고정부(54)는 제1 탄성 지지부(52)로부터 연장 형성되어, 관통홀(433)의 내부로부터 제1 설치단(431)을 감싸도록 형성된다. 그리고, 관통홀(433)의 반대측인 제1 설치단(431)의 외부로부터 진입하는 스크류(S1)에 의해 제1 설치단(431)에 고정된다.

제2 고정부(55)는 제2 탄성 지지부(53)로부터 연장 형성되어, 관통홀(433)의 내부로부터 제2 설치단(432)을 감싸도록 형성된다. 그리고, 관통홀(433)의 반대측인 제2 설치단(432)의 외부로부터 진입하는 스크류(S2)에 의해 제2 설치단(432)에 고정된다.

제1 고정부(54)는 제1 설치단(431)에 고정됨에 있어, 제1 탄성부(51) 및 제1 탄성 지지부(52)를 관통홀(433)의 내측으로 가압하며 고정된다. 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 탄성부(51)는 탄성 변형되어 관통홀(433)의 상단 형상에 대응하도록 가압 밀착되고, 제1 탄성 지지부(52)는 관통홀(433)로부터 이격된 관통홀(433)의 내측으로 볼록한 아크 형상이 되도록 탄성 변형된다.

제2 고정부(55) 역시 제2 설치단(432)에 고정됨에 있어, 제1 탄성부(51) 및 제2 탄성 지지부(53)를 관통홀(433)의 내측으로 가압하며 고정된다. 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 탄성부(51)는 탄성 변형되어 관통홀(433)의 상단 형상에 대응하도록 가압 밀착되고, 제2 탄성 지지부(53)는 관통홀(433)로부터 이격된 관통홀(433)의 내측으로 볼록한 아크 형상이 되도록 탄성 변형된다.

본 실시예에서는 관통홀(433)의 타단이 개방되는 형태의 예를 도시하였으나, 제1 설치단(431)과 제2 설치단(432)의 단부가 다시 하나로 합쳐지며 대략 원형 또는 타원형의 관통홀(433)이 형성되도록 구성될 수도 있다. 이 경우에 고정부(54, 55)의 형상이 이에 대응되도록 변경될 수 있다.

도 5는 도 4의 탄성 부재에 의해 탄성 지지되는 링크 회전축의 결합 상태를 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 링크 회전축(60)은 레버(40, 도 2 참고)와 링크 부재(70, 도 2 참고)를 상대 회전 가능하게 결합하는 구성이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 링크 회전축(60)은 관통홀(433)을 통과하며, 관통홀(433) 내에서 제1 탄성 지지부(52) 및 제2 탄성 지지부(53)에 의해 협지된다.

링크 회전축(60)의 구체적인 구성으로는, 회전축 헤드(61), 축 바디(62) 및 너트 결합단(63)을 포함한다.

회전축 헤드(61)는 관통홀(433)보다 큰 직경으로 형성되어 축 바디(62)가 관통홀(433) 내에 유지되도록 하는 스토퍼의 역할을 함과 동시에, 너트(64, 도 2 참고)가 너트 결합단(63)에 조립되는 때에 너트 결합단(63)을 회전시키는 역할을 한다. 이를 위해 도 5에 도시되지 않은 회전축 헤드(61)의 반대측에는 드라이버, 드릴 등의 공구가 결합되는 십자, 일자, 또는 육각 형태의 공구결합홈(미도시)이 형성될 수 있다.

회전축 헤드(61)으로부터 연장되는 축 바디(62)는 원기둥 형상으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 일측이 제1 탄성 지지부(52)에 의해 탄성 지지되고, 타측이 제2 탄성 지지부(53)에 의해 탄성 지지된다.

너트 결합단(63)은 적어도 일부가 관통홀(433)의 외부로 노출되며, 축 바디(62) 보다 작은 직경을 갖도록 형성된다. 너트 결합단(63) 중 축 바디(62)에 인접하는 부분에는 링크 부재(70)의 일단이 회전 가능하게 결합된다. 그리고, 너트 결합단(63) 중 축 바디(62)와 이격된 단부의 외측에는 너트(64, 도 2 참고)의 나사산과 대응하는 나사산이 외측에 형성될 수 있다. 너트(64)는 너트 결합단(63)의 단부 측에 결합되어 링크 부재(70)의 이탈을 방지한다.

차량의 수명 기간 동안 노브(10)의 조작은 수만 번 내지 수십만 번 반복된다. 탄성 부재(50)가 없다면 노브(10)의 조작에 대응하여 축 바디(62)와 관통홀(433)은 직접 접촉하며 상대 회전하여 상호 마모가 진행되는데, 마모로 인해 축 바디(62)와 관통홀(433) 사이에 유격이 발생하게 된다.

그러나 본 실시예에는, 탄성 부재(50)가 관통홀(433)과 축 바디(62) 사이에 개재되어, 축 바디(62)와 관통홀(433)간의 마찰을 방지한다. 또한, 탄성 부재(50)의 제2 탄성부(52, 53)가 축 바디(62)를 탄성 지지하므로, 축 바디(62)가 점차 마모되더라도 제2 탄성부(52, 53)와 축 바디(62) 사이에 유격이 발생하는 것을 방지한다. 따라서, 수만 번 내지 수십만 번의 노브(10) 조작에도 레버(40)와 링크 부재(70) 사이의 안정적인 힘 전달을 유지하는 높은 내구성을 기대할 수 있다.

한편, 도 6은 도 2에서 내부 하우징을 제거한 상태를 도시한 측면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)는 전술한 바와 같이, 레버(40)와 상대 회전 가능하게 결합되는 링크 부재(70)와, 링크 부재(70)에 일부가 결합되고 내부 하우징(24, 도 2 참고)에 다른 일부가 결합되는 리니어 구동 모터(80)를 포함한다. 리니어 구동 모터(80) 중 링크 부재(70)와 결합되는 부분을 헤드 파트(810)라 하고, 내부 하우징(24)에 결합되는 부분을 리어 파트(850, 860)라고 한다.

링크 부재(70)는 플랜지(71)와 플랜지(71)의 일면으로부터 레버(40)의 관통홀(433)을 향해 연장 형성되는 한 쌍의 결합조(72)를 포함한다.

한 쌍의 결합조(72)는 레버(40)의 두께에 대응하는 거리를 두고 상호 이격되어 형성된다. 도 6에는 한 쌍의 결합조(72) 중 하나만 도시되었으나, 도 6을 기준으로 레버(40)의 후방에 동일한 다른 하나의 결합조(미도시)가 구비된다.

도시된 결합조(72)는 전술한 바와 같이, 너트 결합단(63)에 조립되어 너트(64)에 의해 이탈이 방지되도록 결합된다. 그리고, 도시되지 않은 결합조는 링크 회전축(60)의 회전축 헤드(61)와 레버(40) 사이에 위치하도록 조립되어 회전축 헤드(61)에 의해 이탈이 방지되도록 결합된다.

플랜지(71)의 이면에는 리니어 구동 모터(80)의 헤드 파트(810)가 설치된다. 헤드 파트(810)와 플랜지(71)는 스크류(S3, S4)에 의해 결합된다.

리니어 구동 모터(80)의 리어 파트(850, 860)는 고정 설치되는 내부 하우징(24, 도 2 참고)에 결합된다. 헤드 파트(810)는 내부 하우징(24)와 함께 고정되는 리어 파트(850, 860)로부터 직선 방향(도 6을 기준으로 좌우방향)으로 일정 거리 범위 내에서 이동 가능하게 설치된다.

따라서, 운전자가 노브(10)를 조작하면, 레버(40)는 회동부(42)를 중심으로 회동하게 되고, 그에 따라 링크 부재(70) 및 헤드 파트(810)는 직선 방향으로 이동하게 된다. 반대로, 헤드 파트(810)가 직선 방향으로 이동하게 되면, 링크 부재(70)는 헤드 파트(810)와 일체로 직선 방향으로 이동하고, 그에 따라 레버(40) 및 노브(10)가 회동하게 된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 리니어 구동 모터(80)에 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 분해 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 배면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 리니어 구동 모터(80)는 헤드 파트(810), 마그넷(820), 요크(830), 모터 샤프트(840), 보빈(850), 코일(860) 및 부쉬들(871, 872)을 포함한다. 본 실시예에 따른 리니어 구동 모터(80)는 기본적으로 코일(860)에 인가되는 전류의 변화에 의해 형성되는 자기장에 영향을 받아 마그넷(820)이 이동하며 헤드 파트(810)를 직선 방향으로 이동시키는 구동 원리를 갖는다.

도 9에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(840)는 리니어 구동 모터(80)의 중심축을 형성하며, 일단은 헤드 파트(810)의 전방으로 노출되고, 타단은 보빈(850)의 베이스 플레이트(851)에 형성되는 모터 샤프트 수용단(851a)에 고정된다.

헤드 파트(810)의 전방으로 노출된 모터 샤프트(840)의 일단은 링크 부재(70)의 플랜지(71)를 관통한다.

모터 샤프트(840)는 리어 파트(850, 860)에 대해 상대 이동하는 헤드 파트(810), 마그넷(820), 요크(830) 및 링크 부재(70)의 이동 방향을 가이드한다.

보빈(850)과 코일(860)은 리니어 구동 모터(80)의 리어 파트를 형성한다.

보빈(850)은 내부 하우징(24, 도 2 참고)과 결합되는 베이스 플레이트(851)와 베이스 플레이트(851)의 일면으로부터 연장 형성되는 코일 실린더(852)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 베이스 플레이트(851)의 중심에는 모터 샤프트(840)의 타단을 고정하는 모터 샤프트 수용단(851a)이 형성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트 수용단(851a)은 모터 샤프트(840)의 타단 일부가 노출되도록 베이스 플레이트(851)의 이면에 돌출 형성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(851)의 이면에는 내부 하우징(24)과 베이스 플레이트(851)를 고정하는 스크류(S5, S6; 도 1 참고)가 진입하는 스크류 홀(851b)들이 형성된다.

또한, 베이스 플레이트(851)의 이면에는 복수의 리세스(851c)들이 모터 샤프트 수용단(851a)과 스크류 홀(851b) 사이에 형성된다. 복수의 리세스(851c)들은 베이스 플레이트(851)의 이면과 단차를 두고 일면 방향으로 함몰 형성되거나, 베이스 플레이트(851)의 이면을 관통하도록 형성될 수 있다. 복수의 리세스(851c)들은 리니어 구동 모터(80)의 경량화를 위한 것이다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 코일 실린더(852)는 베이스 플레이트(851)와 단차를 형성하며 연장 형성된다. 코일 실린더(852)의 외측면에는 코일(860)이 감기게 된다. 코일 실린더(852)의 내측은 빈 공간을 형성하여, 모터 샤프트(840)와, 헤드 파트(810) 내에 설치되는 마그넷(820) 및 요크(830) 등이 수용되거나 이동하는 공간을 형성한다.

한편, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 헤드 파트(810)는 적어도 일부가 코일(860) 외측을 둘러싸는 측벽(811)과 측벽(811)의 일단을 거의 폐쇄하는 커버(812, 813)를 포함한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 커버(812, 813)는 제1 커버부(812)와 제2 커버부(813)로 구분된다. 제1 커버부(812)는 측벽(811)과 대략 직각이 되도록 측벽(811)의 일단으로부터 연장 형성되어 커버(812, 813)의 주변부를 형성하고, 제2 커버부(813)는 제1 커버부(812)로부터 내측으로 연장 형성되어 커버(812, 813)의 중앙부를 형성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 커버부(813)의 직경은 마그넷(820)의 직경과 대응되도록 형성될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제2 커버부(813)는 제1 커버부(812)보다 두꺼운 두께로 형성된다. 본 실시예에 따른 헤드 파트(810)의 일면은 링크 부재(70)의 이면과 결합되므로 제1 커버부(812)와 제2 커버부(813)의 일면은 거의 동일한 평면을 형성하고, 제2 커버부(813)의 이면은 제1 커버부(812)의 이면과 단차를 형성하며 측벽(811)과 대략 나란한 방향으로 돌출 형성된다.

커버(812, 813)는 마그넷(820)이 자력에 의해 이동하거나 제자리를 유지함에 따라 발생하는 추력을 링크 부재(70)에 직접적으로 추력을 전달한다. 실험에 따르면, 추력은 마그넷(820)과 코일(860) 간에 작용하는 자력 외에 커버(820)의 중량에도 어느 정도 영향을 받아, 커버(820)의 중량이 증가함에 따라 추력도 어느 정도 증가하는 양상을 보인다. 커버(820)의 중량은 재질이 변하지 않는 이상 크기와 비례하다. 그런데 크기가 감소할수록 마그넷(820)의 양 극에서 각각 방출 및 인입되는 자기선속의 흐름에 장애가 되고, 자기선속의 누설량이 증가하므로 자기장이 감소하기 때문이다. 이와 반대로, 리니어 구동 모터의 크기가 증가할수록 자기선속의 누설량은 감소하며 자기장이 증가한다. 그러나, 추력의 향상을 위해 커버(812, 813)의 직경 또는 두께를 증가시키면 리니어 구동 모터(80)의 전체적인 크기가 커지게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 리니어 구동 모터(80)는 마그넷(820)과 직접 맞닿아 마그넷(820)에 의해 발생하는 추력을 직접적으로 전달하는 제2 커버부(813)의 두께는 상대적으로 두껍게 형성하여 제2 커버부(813)의 중량을 보다 무겁게 가져가 추력을 향상시킨 반면, 제2 커버부(813)와 측벽(811)을 연결하는 제1 커버부(812)의 두께는 상대적으로 얇게 형성하여 커버(812, 813)의 중량은 보다 가볍게 가져가 리니어 구동 모터(80)의 경량화를 추구한다.

제1 커버부(812)에는 링크 부재(70)와 결합되기 위해 사용되는 스크류(S3, S4)가 진입하는 스크류 홀(812a)들이 형성된다.

제2 커버부(813)에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제1 샤프트 홀(813b)이 형성된다. 제1 샤프트 홀(813b)의 내경은 모터 샤프트(840)의 외경보다 크게 형성되고 제1 샤프트 홀(813b)과 모터 샤프트(840) 사이에는 제1 부쉬(871)가 개재될 수 있다.

제1 부쉬(871)는 제1 샤프트 홀(813b)과 모터 샤프트(840)의 직접적인 접촉을 방지하고, 헤드 파트(810)가 모터 샤프트(840)를 따라 원활하게 이동하도록 한다.

제2 커버부(813)의 이면에는 제1 샤프트 홀(813b)을 중심으로 돌출 형성되는 제1 조립단(813a)이 형성될 수 있다.

이상 설명한 헤드 파트(810)는 마그넷(820)과 코일(860) 사이에 자력이 효과적으로 전달되도록 S45C, 퍼멀로이(permalloy), 아몰퍼스(amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판, 순철 등으로 형성될 수 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 커버부(813)의 이면에는 마그넷(820)이 배치된다. 마그넷(820)은 네오디움과 같은 강자력의 자석체가 사용될 수 있다.

마그넷(820)은 리어 파트(850, 860)의 코일에 인가되는 전류 변화에 따라 형성되는 자기장에 반응하여 모터 샤프트(840)를 따라 직선 방향으로 이동하거나 제자리를 유지하게 된다.

마그넷(820)의 중심부에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제2 샤프트 홀(821)이 형성된다.

마그넷(820)의 일면에는 제2 샤프트 홀(821)을 중심으로 제1 조립단(813a)에 대응하여 함몰 형성되는 제2 조립단(822)이 형성될 수 있다. 도 8 및 도 9에는 제1 조립단(813a)이 돌출 형성되고 제2 조립단(822)이 함몰 형성되는 타입을 도시하였으나, 양자의 암수 관계는 바뀔 수 있다.

마그넷(820)의 이면에는 제2 샤프트 홀(821)을 중심으로 제3 조립단(미부호)이 함몰 형성될 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 마그넷(820)의 이면에는 요크(yoke)(830)가 배치된다. 요크(830)는 마그넷(820)과 코일(860) 간에 형성되는 자기장의 자속 분포를 마그넷(820) 및 코일(860)에 대략 수직하게 형성시켜 불필요한 누설 자속을 최소화 한다.

요크(830)의 중심부에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제3 샤프트 홀(831)이 형성된다.

요크(830)의 일면에는 제3 샤프트 홀(831)을 중심으로 제3 조립단에 대응하여 돌출 형성되는 제4 조립단(832)이 형성될 수 있다. 도 8 및 도 9에는 제3 조립단이 함몰 형성되고 제4 조립단(832)이 돌출 형성되는 타입을 도시하였으나, 양자의 암수 관계는 바뀔 수 있다.

요크(830)의 이면에는 제3 샤프트 홀(831)의 내경이 확장된 부쉬 설치홈(833)이 형성된다. 부쉬 설치홈(833)과 모터 샤프트(840) 사이에는 제2 부쉬(872)가 개재될 수 있다.

제2 부쉬(872) 역시 제1 부쉬(871)와 유사하게, 요크(830)와 모터 샤프트(840)의 직접적인 접촉을 방지하고, 요크(830)가 모터 샤프트(840)를 따라 원활하게 이동하도록 한다.

본 실시예에서는, 마그넷(820)이 헤드 파트(810) 내에 장착되고 코일(860)이 보빈(850)에 장착되는 예를 채택하였으나, 반대로 마그넷(820)이 보빈(850)에 설치되고 코일(860)이 헤드 파트(810)에 장착될 수도 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제2 커버부(813), 마그넷(820) 및 요크(830)는 대략 동일한 직경을 갖도록 형성되어 측벽(811)과 일정한 거리를 유지하도록 구비된다.

이 때, 제2 커버부(813), 마그넷(820) 및 요크(830)와 측벽(811)이 형성하는 사이 공간(814)는 코일(860) 및 코일 실린더(852)가 위치한다. 코일(860) 및 코일 실린더(852)는 헤드 파트(810), 마그넷(820) 및 요크(830)가 일체로 모터 샤프트(840)를 따라 슬라이딩 이동함에 따라 사이 공간(814) 내에서 진퇴를 반복하게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 구동 모터(80)는 측벽(811)의 두께(t1)와 제1 커버부(812)의 두께(t2)의 비율이 대략 1:3이 되도록 형성된다(도 9 참고).

전술한 바와 같이, 제2 커버부(813)의 두께를 상대적으로 두껍게 형성하고, 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 상대적으로 얇게 형성하여, 리니어 구동 모터(80)의 추력을 향상시키면서도 경량화를 가능하게 하였다.

경량화를 위한 최적화된 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 찾기 위해 다양한 실험을 실시하였고, 그 결과 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 측벽(811)의 두께(t1)의 약 3배가 되도록 형성하는 때에 최대의 추력을 얻을 수 있음을 확인하였다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터의 추력을 다양한 실험예와 비교 도시한 그래프이다.

도 11에 도시된 그래프 중, G1은 종래의 VCM(voice coil motor)의 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터(80)와 유사한 구성으로 제1 커버부(812)의 두께(t2)와 측벽(811)의 두께(t1)를 모두 1T로 설계한 경우의 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G3는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 리니어 구동 모터(80)와 유사한 구성으로 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 2T로 설계하고, 측벽(811)의 두께(t1)를 1T로 설계한 경우의 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속 장치의 리니어 구동 모터(80)의 추력 추이를 표시한 그래프로서, 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 3T로 설계하고, 측벽(811)의 두께(t1)를 1T로 설계한 경우의 추력 추이를 표시한 그래프이다.

G2, G3 및 G4는 헤드 파트(810)를 S45C로 형성한 리니어 구동 모터(80)를 이용하여 실험하였다.

도시된 바와 같이, 종래의 VCM은 추력이 40N 미만에서 형성되어 차량용 변속 장치에 실제 적용되지 못했다(G1 참고).

예를 들어, 차량의 주행 중에, 운전자가 D단에서 P단 또는 R단으로 변속단을 변경하거나 반대로 P단 또는 R단에서 D단으로 변경하는 시도를 하는 경우, 차량의 안정적인 주행을 위해 위와 같은 변속이 이루어지지 않도록 노브의 움직임을 제한하는 반력이 발생되어야 한다.

이러한 요구를 안정적으로 구현하기 위해서는 VCM의 추력이 최소한 40N 이상으로 출력되어야 한다. 그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 종래의 VCM은 유효 거리 내에서 40N 미만의 추력을 제공할 뿐이었다.

G2의 경우는 종래의 VCM에 비해 월등한 추력 추이를 나타내지만, 유효 거리 내 일부 구간에서 40N 미만의 추력이 나타난다.

그리고, G3 및 G4의 경우에는 유효 거리 내에서 40N 이상의 추력 추이를 보이지만, G4의 경우가 G3에 비해 짧은 유효거리에서 더 우월한 추력 추이를 보임을 확인할 수 있다.

한편, 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 4T로 설계하고 측벽(811)의 두께(t1)를 1T로 설계한 경우의 추력 추이는 도 11의 그래프 상에 도시하지는 않았지만, 전체적으로 G4와 대동소이한 추력 추이를 나타내었다. 다만, 제1 커버부(812)의 두께(t2)를 4T로 설계하는 경우에는, 중량이 증가하고 커버(812, 813)의 두께가 증가하여 리니어 구동 모터(80)의 소형화 및 경량화의 실현에 배치되어 본 실시예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서는 G4의 경우를 이상적인 케이스로 적용할 수 있다.

특히, G4의 경우에는 유효 거리의 시작 시점부터 45N 이상의 추력을 보이므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 장치(1)는 주행 상황에서 특정 변속단 간의 변속을 막도록 노브(10)의 조작을 방해하는 반력을 제공하여 변속 블로킹을 실제적으로 구현할 수 있다.

또한, 필요한 경우에는 노브(10)를 강제적으로 이동시켜 차량의 운행 안정성을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 운전자가 변속단을 D단 또는 R단에 위치시킨 채 차량의 시동을 끈 경우에는 리니어 구동 모터(80)가 노브(10)를 P단으로 강제 위치시켜 P단으로 변속되도록 할 수 있다.

또한, 코일(860)에 인가되는 전류값을 제어하여 운전자가 노브(10)를 통해 변속하는 경우, 노브(10)을 조작하는 힘에 대한 적절한 반력을 제공하여 운전자가 변속 시에 절도감을 느낄 수 있도록 추력을 조절할 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 차량용 변속 장치 10: 노브
21: 상부 하우징 22: 제1 측부 하우징
23: 제2 측부 하우징 24: 내부 하우징
30: 레버 홀더 31: 홀더 관통홀
40: 레버 41: 노브 결합부
42: 회동부 43: 연장부
50: 탄성 부재 51: 제1 탄성부
52: 제1 탄성 지지부 53: 제2 탄성 지지부
54: 제1 고정부 55: 제2 고정부
60: 링크 회전축 61: 회전축 헤드
62: 축 바디 63: 너트 결합단
64: 너트 70: 링크 부재
71: 플랜지 72: 결합조
80: 리니어 구동 모터 421: 레버 회동축
431: 제1 설치단 432: 제2 설치단
433: 관통홀 810: 헤드 파트
811: 측벽 812: 제1 커버부
813: 제2 커버부 820: 마그넷
830: 요크 840: 모터 샤프트
850: 보빈 851: 베이스 플레이트
852: 코일 실린더 860: 코일
S1, S2, S3, S4, S5, S6: 스크류

Claims (11)

1. 하우징;
   운전자에 의해 조작되는 노브;
   상기 노브의 조작에 연동하여 이동하는 레버; 및
   상기 노브를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 노브를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고,
   상기 리니어 구동 모터는,
   상기 하우징에 고정 설치되는 리어파트; 및
   상기 리어파트에 대해 이동 가능하게 설치되는 헤드파트를 포함하고,
   상기 헤드 파트는,
   적어도 일부가 상기 리어파트와 중첩되도록 구비되는 측벽 및
   상기 측벽의 일단으로부터 상기 헤드 파트의 내측을 향해 연장 형성되며 상기 측벽 보다 두꺼운 두께를 갖는 제1 커버부가 형성된 커버를 포함하고,
   S45C, 퍼멀로이(permalloy), 아몰퍼스(amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판 및 순철 중 적어도 하나로 형성되는, 차량용 변속 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 커버부의 두께는 상기 측벽의 두께의 2배 이상으로 형성되는, 차량용 변속 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 커버부의 두께와 상기 측벽의 두께는 3:1의 비율로 형성되는, 차량용 변속 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 커버는 상기 제1 커버부로부터 상기 헤드 파트의 내측을 향해 연장 형성되며 상기 제1 커버부보다 두께운 두께를 갖는 제2 커버부를 더 포함하는, 차량용 변속 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 커버부의 일면은 상기 제1 커버부의 일면과 동일 평면을 형성하고, 상기 제2 커버부의 이면은 상기 제1 커버부의 이면과 단차를 형성하며 상기 측벽과 나란한 방향으로 돌출 형성되는, 차량용 변속 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 리니어 구동 모터는,
   상기 헤드파트 및 상기 리어파트 중 어느 하나에 구비되는 마그넷 및
   상기 헤드파트 및 상기 리어파트 중 다른 하나에 구비되는 코일을 더 포함하는, 차량용 변속 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 리어파트는 상기 코일이 감긴 보빈을 포함하고,
   상기 보빈은,
   상기 하우징에 결합되는 베이스 플레이트 및
   상기 베이스 플레이트의 일면으로부터 연장 형성되어 상기 코일이 감기는 코일 실린더를 포함하며,
   상기 베이스 플레이트의 이면에는 일면 방향으로 함몰 형성된 복수의 리세스가 형성된, 차량용 변속 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 레버는,
   상기 하우징 내에 회동 가능하게 지지되는 회동부;
   상기 회동부로부터 일측으로 연장 형성되어 상기 노브와 결합되는 노브 결합부; 및
   상기 회동부로부터 타측으로 연장 형성되되, 적어도 일부가 상기 노브 결합부보다 전방에 위치하도록 굴곡 형성된 연장부를 포함하는, 차량용 변속 장치.
9. 제8항에 있어서,
   일단은 상기 연장부와 상대 회전 가능하게 결합되고 타단은 상기 헤드 파트와 결합되어 상기 헤드 파트와 일체로 이동하며 상기 레버를 상기 회동부를 중심으로 회동시키는 링크 부재를 더 포함하는, 차량용 변속 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 링크 부재의 일단과 결합되는 링크 회전축이 관통하는 관통홀을 포함하고,
    상기 관통홀과 상기 링크 회전축 사이에 개재되는 탄성 부재를 더 포함하는, 차량용 변속 장치.
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