KR101755935B1 - 차량 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명 차량 변속기는, 3개의 회전요소 중 하나의 회전요소가 고정된 제1유성기어장치와; 상기 제1유성기어장치와 동심축을 이루어 배치되고 3개의 회전요소들 중 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 회전요소와 직결된 제2유성기어장치와; 상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 나머지 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치의 다른 한 회전요소 사이를 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 마찰클러치와; 상기 제1유성기어장치의 회전요소와 직결된 상기 제2유성기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 브레이크를 포함하여 구성된다.

Description

차량 변속기{TRANSMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량에 탑재되는 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기차 등에 탑재될 수 있는 변속기의 구조에 관한 기술이다.

전기차에 탑재되는 모터에 변속기를 연결하여 구동륜으로 동력을 인출할 수 있도록 구성하면, 모터의 용량을 상대적으로 작게 구성할 수 있는 등의 장점이 있다.

따라서, 전기차의 동력성능을 충분히 확보하면서도 모터의 비용을 저감할 수 있도록 하려면, 지나치게 복잡하거나 중량이 크지 않은 간단한 구성의 변속기가 전기차에 탑재되는 것이 바람직하다.

또한, 변속기의 제어나 변속상태 유지에 과도한 에너지가 소모되지 않도록 하는 것이 전기차의 최대 주행 거리의 확보 및 연비 측면에서 유리하다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2012-0055335 A

본 발명은 간단한 구성을 가지며, 작동에 소요되는 에너지가 비교적 작아서, 전기차 등에 적용되면, 차량의 연비 및 최대 주행 가능 거리를 크게 향상시킬 수 있도록 하는 차량 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 변속기는

3개의 회전요소 중 하나의 회전요소가 고정된 제1유성기어장치와;

상기 제1유성기어장치와 동심축을 이루어 배치되고 3개의 회전요소들 중 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 회전요소와 직결된 제2유성기어장치와;

상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 나머지 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치의 다른 한 회전요소 사이를 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 마찰클러치와;

상기 제1유성기어장치의 회전요소와 직결된 상기 제2유성기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 브레이크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 마찰클러치가 연결된 회전요소에는 차량의 구동력을 제공하는 동력원이 연결되고;

상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 마찰클러치와 브레이크가 연결된 회전요소 이외의 나머지 한 회전요소에는 출력축이 연결되어 동력을 인출하도록 구성될 수 있다.

상기 브레이크는 상기 제1유성기어장치의 회전요소와 직결된 제2유성기어장치의 회전요소의 회전 가능상태를 가능하거나 불가능한 상태로 전환할 수 있도록 설치된 도그클러치로 구성될 수 있다.

상기 제1유성기어장치는 더블피니언 유성기어장치로 구성되고;

상기 제2유성기어장치는 싱글피니언 유성기어장치로 구성될 수 있다.

상기 제1유성기어장치의 제1캐리어는 고정되고, 제1선기어는 상기 마찰클러치를 통해 상기 제2유성기어장치의 제2선기어와 단속 가능하게 연결되며, 제1링기어는 상기 제2유성기어장치의 제2링기어에 직결되고;

상기 제2유성기어장치의 제2선기어는 상기 동력원인 모터에 연결되고;

상기 제2유성기어장치의 제2캐리어는 상기 출력축에 연결된 구성으로 할 수 있다.

본 발명은 간단한 구성을 가지며, 작동에 소요되는 에너지가 비교적 작아서, 전기차 등에 적용되면, 차량의 연비 및 최대 주행 가능 거리를 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명 차량 변속기의 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 변속기의 작동모드를 설명한 도표,
도 3은 도 1의 변속기가 1단 주행시의 동력 흐름을 표시한 도면,
도 4는 도 3의 상태에서 변속기 구성요소들의 속도와 토크의 관계를 설명한 레버선도,
도 5는 도 1의 변속기가 2단 주행시의 동력 흐름을 표시한 도면,
도 6은 도 5의 상태에서 변속기 구성요소들의 속도와 토크의 관계를 설명한 레버선도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량 변속기의 실시예는, 3개의 회전요소 중 하나의 회전요소가 고정된 제1유성기어장치(PG1)와; 상기 제1유성기어장치(PG1)와 동심축을 이루어 배치되고 3개의 회전요소들 중 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어장치(PG1)의 고정되지 않은 회전요소와 직결된 제2유성기어장치(PG2)와; 상기 제1유성기어장치(PG1)의 고정되지 않은 나머지 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치(PG2)의 다른 한 회전요소 사이를 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 마찰클러치(CL)와; 상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전요소와 직결된 상기 제2유성기어장치(PG2)의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 브레이크(BK)를 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하면, 상기 본 발명의 실시예는 상기 마찰클러치(CL)와 브레이크(BK)의 작동 조합에 따라 1단과 2단의 두 변속단을 형성할 수 있다.

즉, 본 발명은 상기 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)를 서로 연결하면서 상기 하나씩의 마찰클러치(CL)와 브레이크(BK)를 사용하는 간단한 구성으로 1단과 2단의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 것이다.

상기 제2유성기어장치(PG2)의 회전요소들 중 상기 마찰클러치(CL)가 연결된 회전요소에는 차량의 구동력을 제공하는 동력원이 연결되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)의 회전요소들 중 상기 마찰클러치(CL)와 브레이크(BK)가 연결된 회전요소 이외의 나머지 한 회전요소에는 출력축(OUT)이 연결되어 동력을 인출하도록 구성된다.

상기 브레이크(BK)는 상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전요소와 직결된 제2유성기어장치(PG2)의 회전요소의 회전 가능상태를 가능하거나 불가능한 상태로 전환할 수 있도록 설치된 도그클러치로 구성된다.

따라서, 상기 제1유성기어장치(PG1)의 회전요소와 직결된 제2유성기어장치(PG2)의 회전요소의 회전 가능상태를 전환할 때에는 동력이 소모될 것이지만, 일단 회전 가능한 상태로 전환이 완료되거나, 회전이 불가능한 상태로 전환이 완료된 후에는 별도의 동력을 소모하지 않도록 구성된 것이다.

본 실시예에서, 상기 제1유성기어장치(PG1)는 더블피니언 유성기어장치로 구성되고, 상기 제2유성기어장치(PG2)는 싱글피니언 유성기어장치로 구성된다.

상기 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)는 고정되고, 제1선기어(S1)는 상기 마찰클러치(CL)를 통해 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)와 단속 가능하게 연결되며, 제1링기어(R1)는 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)에 직결되고; 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)는 상기 동력원인 모터(M)에 연결되고; 상기 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)는 상기 출력축(OUT)에 연결된 구성이다.

상기한 바와 같이 구성된 변속기는 도 2의 작동모드표에 따라 구동됨에 의해 도 3과 도 4에 표현된 1단의 상태 또는 도 5와 도 6에 표현된 2단의 상태를 구현할 수 있다.

먼저, 1단의 상태는, 상기 브레이크(BK)인 도그클러치를 체결하고 상기 마찰클러치(CL)는 해제하여 구현하는 바, 이 상태에서 상기 동력원이 모터(M)의 동력은 상기 제2유성기어장치(PG2)만을 통해 감속되어 상기 출력축(OUT)으로 인출되는 상태가 된다.

참고로, 도 4와 도 6에서 토크는 실선으로 표시되고, 속도는 점선으로 표시되어 있다.

도 3 및 도 4에서, 상기 제2링기어(R2)가 고정되어 있으므로, 상기 모터(M)의 동력은 상기 제2선기어(S2)로 입력되어 상기 제2캐리어(C2)로 감속되어 출력되며, 이 상태를 유지하기 위한 별도의 동력 소모는 없다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 도그클러치는 해제하고 상기 마찰클러치(CL)를 결합하여 2단을 구현하고 있다. 이 상태에서 상기 모터(M)로부터의 동력은 상기 제1유성기어장치(PG1) 및 제2유성기어장치(PG2) 모두를 통해 상기 출력축(OUT)으로 인출된다.

상기 마찰클러치(CL)가 결합되어 있어서 상기 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)는 도 6에 도시된 바와 같이 4개의 운동점을 가진 하나의 막대의 움직임으로 표현될 수 있고, 이때의 각 운동점에 배치되는 구성요소들의 속도와 토크의 관계는 도 6에 도시된 바와 같다.

이때, 상기와 같은 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)의 거동을 안정되게 확보할 수 있는 상기 마찰클러치(CL)의 결합토크는 다음과 같은 수식으로 계산될 수 있다.

마찰클러치 결합토크 = (N1/(N1+N2))*Tm = 0.5*Tm

여기서, N1=Zr1/Zs1, N2=Zr2/Zs1

Zs1: 제1유성기어장치의 선기어 잇수

Zr1: 제1유성기어장치의 링기어 잇수

Zs2: 제2유성기어장치의 선기어 잇수

Zr2: 제2유성기어장치의 링기어 잇수

Tm: 모터토크

즉, 본 발명과 같은 구성의 변속기에서는 2단의 상태를 유지하기 위해 상기 마찰클러치(CL)가 모터토크의 절반 이상의 토크만 제공하면 충분하므로, 다른 구성의 변속기에 비해 동력을 적게 소모하여, 궁극적으로 차량의 연비를 향상시키고 최대 주행 가능 거리를 극대화할 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
CL; 마찰클러치
BK; 브레이크

Claims (5)

1. 3개의 회전요소 중 하나의 회전요소가 고정된 제1유성기어장치와;
   상기 제1유성기어장치와 동심축을 이루어 배치되고 3개의 회전요소들 중 하나의 회전요소가 상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 회전요소와 직결된 제2유성기어장치와;
   상기 제1유성기어장치의 고정되지 않은 나머지 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치의 다른 한 회전요소 사이를 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 마찰클러치와;
   상기 제1유성기어장치의 회전요소와 직결된 상기 제2유성기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 브레이크;를 포함하여 구성되고,
   상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 마찰클러치가 연결된 회전요소에는 차량의 구동력을 제공하는 동력원이 연결되고;
   상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 마찰클러치와 브레이크가 연결된 회전요소 이외의 나머지 한 회전요소에는 출력축이 연결되어 동력을 인출하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량 변속기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 브레이크는 상기 제1유성기어장치의 회전요소와 직결된 제2유성기어장치의 회전요소의 회전 가능상태를 가능하거나 불가능한 상태로 전환할 수 있도록 설치된 도그클러치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량 변속기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유성기어장치는 더블피니언 유성기어장치로 구성되고;
   상기 제2유성기어장치는 싱글피니언 유성기어장치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량 변속기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1유성기어장치의 제1캐리어는 고정되고, 제1선기어는 상기 마찰클러치를 통해 상기 제2유성기어장치의 제2선기어와 단속 가능하게 연결되며, 제1링기어는 상기 제2유성기어장치의 제2링기어에 직결되고;
   상기 제2유성기어장치의 제2선기어는 상기 동력원인 모터에 연결되고;
   상기 제2유성기어장치의 제2캐리어는 상기 출력축에 연결된 것
   을 특징으로 하는 차량 변속기.

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