KR101765400B1

KR101765400B1 - 변속기의 액추에이터

Info

Publication number: KR101765400B1
Application number: KR1020150185360A
Authority: KR
Inventors: 이만복; 강승익
Original assignee: 현대다이모스(주)
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-08-04
Also published as: KR20170075553A

Abstract

본 발명은 변속기의 액추에이터에 관한 것으로, 모터(10)로 구동되는 컨트롤샤프트(30)에 시프트러그와 동수의 컨트롤핑거(41a,42a,51a,51b)가 구비되어 각각 시프트러그의 중간 홈부에 삽입되며, 컨트롤핑거(41a,42a,51a,51b)는 MR유체(70)의 상전이에 의해 컨트롤샤프트(30)에 고정된다. 모든 변속단의 셀렉팅 및 시프팅이 하나의 액추에이터에 의해서 이루어질 수 있어서 액추에이터의 수를 크게 감소시킬 수 있게 되므로 변속기를 컴팩트하게 구성할 수 있다.

Description

변속기의 액추에이터{Actuator of transmission}

본 발명은 변속기의 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컨트롤핑거의 셀렉트와 시프트 작동에 동력을 제공하는 액추에이터에 관한 것이다.

전자 제어 기술이 발달하면서 수동변속기를 기반으로 한 듀얼클러치 변속기(DCT)나 자동화 수동변속기(AMT) 등에서는 변속에 필요한 기구 작동이 전자 제어되는 액추에이터에 의해 실시하고 있다.

도 1에 그러한 종래 기술의 예가 도시되어 있다. 도시된 예는 한 쌍의 셀렉트 솔레노이드(2a,2b)와 한 쌍의 시프트모터(3a,3b) 등 총 4개의 액추에이터를 구비한 변속 작동 기구의 예이다.

상하 이동 및 회동 가능하게 설치된 컨트롤샤프트(1)에 홀수단용 시프트핑거(6a)가 형성된 시프트핑거부재(6)와, 짝수단용 시프트핑거(7a)가 형성된 시프트핑거부재(7)가 장착되어 있다.

셀렉트솔레노이드(2a,2b)들은 회동아암(4a)과 승강블록(4b)을 매개로 컨트롤샤프트(1)를 상하 이동시켜 시프트핑거(6a,7a)를 상하 이동(화살표 A)시킴으로써 시프트러그 셀렉트가 이루어지도록 하고, 시프트모터(3a,3b)들은 시프트너트(5)를 매개로 컨트롤샤프트(1)를 회동시켜 시프트핑거(6a,7a)를 회동(화살표 B)시킴으로써 시프트러그를 밀거나 당겨 변속하고자 하는 변속단으로 시프팅이 이루어지도록 한다.

도 2에는 1-3단시프트러그(8a)와 5-7단시프트러그(8b)로 이루어진 홀수단 시프트러그와 2-4단시프트러그(9a)와 6-R단시프트러그(9b)로 이루어진 짝수단 시프트러그가 도시되어 있다. 홀수단 시프트러그와 짝수단 시프트러그가 각각 모여 있으며, 홀수단 시프트러그 중 하나에 홀수단용 시프트핑거(6a)가 위치하고 짝수단 시프트러그 중 하나에 짝수단용 시프트핑거(7a)가 위치하고 있다.

셀렉트솔레노이드(2a,2b) 작동시 시프트핑거(6a,7a)가 상하 이동하면서 여러 시프트러그 중 변속하고자 하는 단이 포함된 시프트러그를 선택(셀렉트)하게 되고, 시프트모터(3a,3b) 작동시 시프트핑거(6a,7a)가 회동되면서 시프트러그를 변속하고자 하는 단쪽으로 밀어줌으로써 시프트러그가 장착된 시프트포크가 시프트레일 위에서 해당 변속 방향으로 시프트되면서 기어 변속이 이루어지게 된다.

그런데 상기와 같은 종래 기술은 셀렉트 솔레노이드 2개, 시프트모터 2개 등 변속을 위해 모두 4개의 액추에이터가 필요하여 장치의 구성이 복잡하고 크기가 커지는 문제점이 있었다.

또한 시프트모터의 경우 고가의 BLDC모터를 사용하므로 제조 비용 증가의 원인이 되고 있다.

또한 상기 셀렉트 솔레노이드는 작동시 매우 빠른 속도로 플런저가 이동하므로 플런저가 최종지점에서 멈출 때 발생하는 충돌 소음의 정도가 과도한 문제점이 있었다. 이는 변속기가 적용된 차량이 하이브리드 또는 전기 차량인 경우 더욱 심각하다.

또한 시프트핑거가 시프트러그 사이를 이동하면서 변속단 셀렉팅이 이루어지므로 시프트핑거가 정확히 이동하지 않은 경우에는 셀렉팅이 부정확하여 시프팅도 부정확하게 이루어짐으로써 원하는 변속이 이루어지지 않게 되는 오작동의 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 하나의 액추에이터로 짝수단과 홀수단의 셀렉팅 및 시프팅을 모두 실시할 수 있게 됨으로써 변속기의 구성이 간단해지고 컴팩트해지며, 제조 비용이 절감되고, 셀렉트 솔레노이드 작동시 발생하는 충돌소음이 방지되며, 오작동이 방지되어 항상 정확한 변속이 이루어질 수 있도록 해 주는 변속기의 액추에이터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터와, 상기 모터에 연결된 감속기어셀과, 상기 감속기어셀에 연결된 컨트롤샤프트와, 상기 컨트롤샤프트에 설치되고 MR유체의 상전이에 의해 컨트롤샤프트에 회동방향으로 고정되는 시프트핑거를 포함한다.

상기 시프트핑거는 시프트러그와 같은 수로 설치되어, 모든 시프트핑거가 해당 변속단의 시프트러그 중간 홈부에 삽입되어 있다.

상기 컨트롤샤프트의 외주에 플랜지가 돌출 형성되고, 상기 플랜지를 감싸는 시프트휠이 구비되며, 시프트휠은 컨트롤샤프트의 주변부를 둘러싸는 컨트롤부하우징에 컨트롤샤프트의 축방향을 따른 이동은 불가하고 회동은 가능하게 설치되고, 시프트휠의 내부에 상기 MR유체가 충진되며, 시프트휠의 외주면에 상기 시프트핑거가 일체로 형성된다.

상기 시프트휠에 인접하여 솔레노이드코일이 설치되고, 솔레노이드코일은 상기 컨트롤부하우징에 장착된다.

상기 플랜지의 외주면과 시프트휠의 일단부에 씰링이 설치된다.

상기 플랜지의 MR유체 접촉면에 직육면체 블록 형상의 도그가 다수 개 돌출 형성된다.

상기 감속기어셀은 상기 모터의 샤프트 일단부에 장착된 선기어와, 그 선기어와 모터 하우징에 설치된 링기어의 사이에 치합된 복수의 유성기어와, 그 유성기어들을 연결하는 캐리어로 이루어지고, 그 캐리어와 상기 컨트롤샤프트가 일체로 형성된다.

상기 모터의 하우징과 감속기어셀의 커버가 상호 체결되고, 감속기어셀의 커버가 변속기케이스에 형성된 액추에이터 장착부에 삽입 장착된다.

상기 컨트롤샤프트의 타단은 변속기케이스에 마련된 동심 가이드부에 삽입 장착된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 짝수단과 홀수단 시프트러그의 셀렉팅과 시프팅이 하나의 액추에이터에 의해 모두 가능하게 된다. 따라서 변속기에 1개의 액추에이터만 장착할 수 있게 되므로 변속기의 구성이 간단해지고 크기가 감소하는 효과가 있다.

또한 종래에 시프트모터로 사용되던 고가의 BLDC모터를 사용하지 않게 됨으로써 제조 비용이 크게 절감되는 효과가 있다.

또한 종래의 셀렉트 솔레노이드를 사용하지 않게 됨으로써 셀렉트 작동시 플런저 충돌 소음이 발생하지 않게 됨으로써 불쾌감을 유발하는 변속 소음이 발생하지 않게 된다.

또한 본 발명의 액추에이터는 시프트러그수와 동일한 시프트핑거를 구비하여 각각 시프트러그와 1대1로 매칭되어 있으므로 실제 시프트핑거가 이동하던 종래와 달리 별도의 셀렉팅 작동이 필요 없게 된다. 단지, 각 솔레노이드코일이 MR유체를 상전이시켜 순식간에 변속하고자 하는 해당 변속단의 시프트핑거가 컨트롤샤프트에 직결된다.

이와 같이 항상 정확한 시프트러그 셀렉팅이 이루어져 있어서 셀렉팅 오류에 의한 오작동이 발생하지 않게 됨으로써 항상 정확한 변속이 이루어지게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술로서 다수의 액추에이터를 구비한 변속 조작 장치의 사시도.
도 2는 시프트러그 배치 및 종래 기술에 따른 시프트핑거의 작동예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 변속기 액추에이터의 단면도.
도 4는 도 3의 시프트 컨트롤부 확대도.
도 5는 도 2의 대응도로서 시프트러그 배치 및 본 발명에 따른 시프트핑거의 작동예를 도시한 도면.
도 6은 컨트롤샤프트에 형성된 플랜지의 평면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 변속기 액추에이터의 단면도이고, 도 4는 도 3의 홀수단 시프트컨트롤부(40) 확대도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변속기의 액추에이터는, 모터(10)와, 모터(10)에 연결된 감속기어셀(20)와, 감속기어셀(20)에 연결된 컨트롤샤프트(30)와, 컨트롤샤프트(30)에 시프트러그와 동수로 설치되고 MR유체(70)의 상전이에 의해 컨트롤샤프트(30)에 회동방향으로 고정되는 시프트핑거(41a,42a,51a,52a)를 포함한다.

상기 모터(10)는 하우징(11)의 내부에 스테이터(12)가 설치되고, 스테이터(12)의 내부에 로터(13)가 설치되며, 로터(13)의 중심에 샤프트(14)가 설치된 일반적인 구조의 모터이다. 상기 샤프트(14)는 베어링(B1,B2)에 의해 지지된다.

상기 감속기어셀(20)은 모터(10)의 회전수를 감소시키고 전달 토크를 증대시키기 위한 유성기어세트로서 모터(10)의 샤프트(14) 단부에 장착된 선기어(21)와, 선기어(21)와 링기어 사이에 치합된 복수의 유성기어(22)와, 유성기어(22)들을 연결하는 캐리어(23) 및 이들을 둘러싸고 상기 모터(10)의 하우징(11)과 체결되는 커버(24)를 포함한다.

상기 커버(24)는 변속기케이스의 액추에이터 장착부(110)에 형성된 관통홀에 삽입 장착된다.

상기 캐리어(23)는 컨트롤샤프트(30)의 일단에 일체로 형성된다. 컨트롤샤프트(30)의 타단은 변속기케이스에 형성된 동심가이드부(120)에 삽입된다. 컨트롤샤프트(30)의 양단부는 각각 베어링(B3,B4)에 의해 지지된다.

상기 컨트롤샤프트(30)에는 홀수단 시프트컨트롤부(40)와 짝수단 시프트컨트롤부(50)가 각각 구비된다.

홀수단 시프트컨트롤부(40)와 짝수단 시프트컨트롤부(50)는 동수의 시프트핑거(41a,42a)(51a,52a)를 구비하고 그 작동 구조도 같으므로 도 4를 참조하여 홀수단 시프트컨트롤부(40)에 대해서만 설명하기로 한다.

시프트컨트롤부(40)는 컨트롤샤프트(30)의 외주면에 돌출 형성된 원판형의 플랜지(33,34)와, 그 플랜지(33,34)들을 감싸는 시프트휠(41,42)과, 시프트휠(41,42)의 내부에 충진되는 MR유체(70)와, 시프트휠(41,42)의 외주면 일측에 돌출 형성된 시프트핑거(41a,42a) 및 상기 각각의 시프트휠(41,42)에 인접하여 설치된 솔레노이드코일(43,44)을 포함한다.

상기 시프트휠(41,42)과 솔레노이드코일(43,44)은 감속기어셀(20)의 커버(24)에 장착되어 컨트롤샤프트(30)의 주변을 둘러싸고 있는 컨트롤부하우징(60)의 내측에 설치된다. 이중 솔레노이드코일(43,44)은 컨트롤부하우징(60)에 고정 상태로 설치되고, 시프트휠(41,42)은 상하 이동은 불가하나 회동은 자유로운 상태로 설치된다.

상기 시프트휠(41,42)에 일체로 형성된 시프트핑거(41a,42a)들은 각각 5-7단 시프트러그(82)와 1-3단시프트러그(81)의 중간 홈부에 삽입되어 있다.(이와 동일하게 짝수단 컨트롤부(50)의 시프트핑거(51a,52a)들은 각각 6-R단시프트러그(92)와 2-4단시프트러그(91)의 중간 홈부에 삽입되어 있다.)

상기 솔레노이드코일(43,44)들은 변속기제어유니트(TCU)에 의해 전류 공급이 제어된다.

상기 시프트휠(41,42)의 내부에는 컨트롤샤프트(30)의 플랜지(33,34)와의 사이에 MR유체(70)가 충진되어 있다. 플랜지(33,34)의 외주면과 시프트휠(41,42)의 일측 단부에는 각각 씰링(75)이 설치되어 MR유체(70)가 시프트휠(41,42)의 외부로 누출되는 것을 방지하고 있다.

상기 MR유체(Magneto-rheological Fluid)(70)는 나노 사이즈의 철가루에 특수 화학 코팅을 하여 비중을 오일과 비슷하게 조절한 것으로, 평상시에는 액체인 일반 오일의 성질을 가지지만, 자기장이 가해지면 입자들이 규칙적으로 배열하여 체인을 형성함으로써 오일이 체인 사이에 갇히고 배열된 입자 사이에 작용하는 힘에 의해 마치 고체처럼 단단해지는 유체이다. 즉, 보통때는 액체와 같은 거동을 보이고 자기장이 가해지면 점성이 점차 증가하여 최종적으로는 고체와 같은 특성을 보이는 유체이다.

한편, 본 발명에 따른 액추에이터는 상기 모터(10)의 타단에 엔코더(80)가 더 구비될 수 있다. 상기 변속기제어유니트는 엔코더(80)를 통해 모터 샤프트(14)의 회동각을 감지함으로써 모터(10)의 전류 공급을 정확히 제어할 수 있다.

이제 본 발명의 작용 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 액추에이터가 변속기케이스의 정위치에 설치되면 시프트핑거(41a,42a,51a,52a)들은 도 5와 같이 각각 대응하는 시프트러그(81,82,91,92)들의 중간 홈부에 정확히 삽입되어 있게 된다.

그 상태에서 변속제어유니트는 변속하고자 하는 변속단에 해당되는 솔레노이드코일(43,44,53,54 중 하나)에 전류를 공급하여 자기장을 발생시킨다.

솔레노이드코일에서 자기장이 발생되면 그에 인접한 시프트휠(41,42,51,52 중 하나)내에 충진된 MR유체(70)가 고체화된다.

따라서 시프트휠과 그에 내장된 플랜지(33,34,31,32중 하나)가 일체화되어 시프트휠이 컨트롤샤프트(30)에 고정된다. 즉, 시프트휠이 컨트롤샤프트(30)와 일체로 회동되는 상태가 된다.

상기와 같이 변속하고자 하는 단수의 시프트휠 즉, 시프트핑거(41a,42a,51a,52a 중 하나)가 컨트롤샤프트(30)와 일체로 회전될 수 있는 상태에서 변속기제어유니트는 상기 모터(10)에 전류를 공급하여 샤프트(14)를 회전시켜 컨트롤샤프트(60)를 동일 방향으로 회전시킨다. 이때 감속기어셀(20)의 유성기어세트의 작용으로 모터(10)의 회전수와 토크는 컨트롤샤프트(60)를 변속 조작에 적합한 정도로 회동시킨다.

컨트롤샤프트(60)가 회동되면 그와 일체로 시프트핑거가 회동되며, 이에 그 회동 방향에 따라 시프트핑거가 시프트러그를 밀게 되고, 이때 시프트포크가 시프트레일 위에서 동일 방향으로 밀려서 원하는 변속단으로 변속이 이루어진다.

도 5와 같이, 본 발명은 시프트러그(81,82,91,92)의 수와 같은 수로 시프트핑거(41a,42a,51a,52a)가 구비되어 시프트핑거(41a,42a,51a,52a)가 각각 시프트러그(81,82,91,92)에 중간 홈부에 정확히 삽입되어 있기 때문에 변속시 시프팅 전에 별도의 셀렉트 작동이 필요 없게 된다. 즉, 운전자의 변속레버 조작에 따른 변속단 셀렉트는 단지 변속기제어유니트가 변속레버 조작을 감지하는 것으로 끝나고 실제 변속기의 변속조작기구 부분에서는 별다른 셀렉트 작동이 존재하지 않는다.

따라서 셀렉팅 오류에 의한 오작동이 근본적으로 방지되고 항상 정확한 시프팅이 이루어지며, 이에 항상 정확한 변속이 이루어지는 효과가 있다.

한편, 도 6과 같이, 상기 플랜지(33; 일 예로서 33번 플랜지만을 도시하였으나 모든 플랜지에 동일하게 적용된다.)에는 MR유체(70)가 접하는 면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 다수의 도그(33a)가 돌출 형성될 수 있다.

상기 도그(33a)들은 직육면체의 블록 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 도그(33a)들에 의해 MR유체(70)가 고체화되었을 때 플랜지(33)와 시프트휠(41)의 구속력이 더욱 배가된다. 따라서 시프트휠(41)이 컨트롤샤프트(30)에 더욱 견고하게 구속됨으로써 컨트롤샤프트(30) 회동이 정확하게 시프트핑거로 전달될 수 있다.

상기와 같이 본 발명은, 모든 변속단의 시프팅이 하나의 액추에이터에 의해 이루어질 수 있게 되어, 변속기에 1개의 액추에이터만 장착할 수 있게 됨으로써 변속기의 구성이 간단해지고 크기가 감소된다.

또한 고가의 BLDC모터가 다수 사용되지 않게 됨으로써 제조 비용이 크게 절감된다.

또한 종래의 온/오프 작동을 하는 셀렉트 솔레노이드를 사용하지 않게 됨으로써 셀렉트 작동시 플런저 충돌 소음이 발생하지 않게 됨으로써 불쾌감을 유발하는 변속 소음이 발생하지 않게 된다. 이러한 장점은 하이브리드 및 전기 차량에서 더욱 진가를 발휘하게 된다.

또한 본 발명의 액추에이터는 시프트러그 수와 동일한 시프트핑거를 구비하여 각각 시프트러그와 1대1로 매칭되어 있으므로 별도의 셀렉팅 작동이 필요 없게 된다. 따라서 항상 정확한 셀렉팅이 이루어져 있게 되는 바, 종래와 같이 셀렉팅 오류에 의한 오작동이 발생하지 않게 됨으로써 변속 정확성이 향상되는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 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. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 모터 20 : 감속기어셀
30 : 컨트롤샤프트 31,32,33,34 : 플랜지
40 : 홀수단 시프트컨트롤부 50 : 짝수단 시프트컨트롤부
41,42,51,52 : 시프트휠 41a,42a,51a,52a : 시프트핑거
43,44,53,54 : 솔레노이드코일 60 : 컨트롤부하우징
70 : MR유체 75 : 씰링
81,82,91,92 : 시프트러그

Claims

모터와,
상기 모터에 연결된 감속기어셀과,
상기 감속기어셀에 연결된 컨트롤샤프트와,
상기 컨트롤샤프트에 설치되고 MR유체의 상전이에 의해 컨트롤샤프트에 회동방향으로 고정되는 시프트핑거를 포함하며,
상기 컨트롤샤프트의 외주에 플랜지가 돌출 형성되고, 상기 플랜지를 감싸는 시프트휠이 구비되며, 시프트휠은 컨트롤샤프트의 주변부를 둘러싸는 컨트롤부하우징에 컨트롤샤프트의 축방향을 따른 이동은 불가하고 회동은 가능하게 설치되고, 시프트휠의 내부에 상기 MR유체가 충진되며, 시프트휠의 외주면에 상기 시프트핑거가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 시프트핑거는 시프트러그와 같은 수로 설치되어, 모든 시프트핑거가 해당 시프트러그의 중간 홈부에 삽입되는 구조로 시프트핑거와 시프트러그가 일대일 매칭되는 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 시프트휠에 인접하여 솔레노이드코일이 설치되고, 솔레노이드코일은 상기 컨트롤부하우징에 장착된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 플랜지의 외주면과 시프트휠의 일단부에 씰링이 설치된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 플랜지의 MR유체 접촉면에 직육면체 블록 형상의 도그가 다수 개 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 감속기어셀은 상기 모터의 샤프트 일단부에 장착된 선기어와, 그 선기어와 모터 하우징에 설치된 링기어의 사이에 치합된 복수의 유성기어와, 그 유성기어들을 연결하는 캐리어로 이루어지고, 그 캐리어와 상기 컨트롤샤프트가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 모터의 하우징과 감속기어셀의 커버가 상호 체결되고, 감속기어셀의 커버가 변속기케이스에 형성된 액추에이터 장착부에 삽입 장착된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.
청구항 8에 있어서,
상기 컨트롤샤프트의 타단은 변속기케이스에 마련된 동심 가이드부에 삽입 장착된 것을 특징으로 하는 변속기의 액추에이터.