KR101805100B1 - 유성기어열을 이용한 2단 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유성기어열을 이용한 2단 변속장치에 관한 것으로, 목적은 간단한 구조에 의해 선기어의 구동력이 유성기어 캐리어부를 출력부로 하여 휠에 신속하게 전달될 수 있는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 동력원의 구동력이, 입력축에 의해 선기어, 유성기어, 유성기어 캐리어부를 통해 휠에 전달되어 저속주행이 이루어지고, 클러치부의 작동시, 입력축과 일체로 선기어와 링기어부 및 유성기어 캐리어부가 회전되어 휠의 증속주행이 이루어지도록 구성되어 있다.

Description

유성기어열을 이용한 2단 변속장치{The two-speed transmission using differential gear assembly}

본 발명은 유성기어열을 이용한 2단 변속장치에 관한 것으로, 선기어를 통해 입력된 구동력이 클러치부의 작동에 의해 2단변속되어 출력축으로 전달될 수 있는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치에 관한 것이다.

최근 자동차의 배기가스로 인한 대기오염 및 지구온난화와 같은 문제로 인한 지구환경 보호와 에너지자원의 고갈에 따른 에너지 절약정책이 추진되고 있으며, 이러한 문제를 해결하고자 전기자동차, 하이브리드 전기 자동차, 연료전지 전기 자동차와 같은 친환경자동차에 대한 관심이 증대되고 있다.

일반적으로, 전기자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하고 있어 동력원으로 전기모터를 사용하고 있어, 배기가스의 배출이 전혀 없는 무공해차량으로, 초기에는 전기모터에서 발생되는 동력을 단순한 감속기로 감속하여 구동륜을 구동하도록 하는 동력전달구조가 주로 사용되었으나, 최근에는 전기모터로부터의 동력을 보다 효율적으로 구동륜으로 전달하도록 하여, 차량의 주행가능거리를 연장하고 구동성능을 향상시키는 변속시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

종래 전기자동차는 모터의 특성이 우수하여 단일기어비를 갖는 감속기가 널리 사용되어지고 있으나, 이와 같이 감속기만을 사용할 경우 상대적으로 모터의 용량이 커져야만 하는 문제점이 있어, 최근에는 모터를 최대한 효율적으로 운전할 수 있는 2단 변속 장치가 널리 사용되어지고 있다.

그러나, 종래의 2단변속장치는 2단 변속단을 구현하기 위해, 2개의 마찰클러치 또는 유체클러치를 필요로 하고 있으며, 이에 의해 변속기의 부피가 커지고, 제조원가가 증가될 뿐 아니라, 동력전달효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 2단변속장치는 다수의 외접기어와, 록킹 장치, 시프트 기구 등의 구성이 적용되고 있어, 그 구조가 매우 복잡하고, 조립성이 저하되며, 구성 부품의 수가 증가 및 복잡한 연결관계에 의해 동력원의 동력이 출력축에 신속하게 전달되지 못하는 동력손실현상이 발생되어, 변속성능이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 2단변속장치는 1단에서 2단으로의 변속시, 변속 충격과 마찰손실이 발생되어, 탑승자의 승차감을 저하시키고 안전운전을 방해하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 2단변속장치는 휠의 외측에 별도 설치되고, 출력축이 휠과 연결되는 구성으로 이루어져 있어, 프레임에 2단변속장치를 설치하기 위한 공간을 확보하여야 하며, 이로 인해 장치의 소형화에 한계가 발생되는 등 여러가지 문제점이 있었다.

공개특허공보 공개번호 10-2016-0005209(2016.01.14) 등록특허공보 등록번호 10-1532834(2015.06.24) 등록특허공보 등록번호 10-1350772(2014.01.07) 공개특허공보 공개번호 특1997-0046346(1997.07.26)

본 발명의 목적은 간단한 구조에 의해 선기어의 구동력이 유성기어 캐리어부를 통해 휠에 신속하게 전달될 수 있는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 인 휠 타입(In-wheel type) 유성기어열을 이용한 2단 변속장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 동력원의 구동력이, 입력축에 의해 선기어, 유성기어, 유성기어 캐리어부를 통해 휠에 전달되어 저속주행이 이루어지고, 클러치부의 작동시, 입력축과 일체로 선기어와 링기어부 및 유성기어 캐리어부가 회전되어 휠의 증속주행이 이루어지도록 구성되어 있다.

본 발명은 선기어 입력 및 유성기어 캐리어 출력방식에 의해 동력원의 구동력이 휠로 전달되도록 되어 있어, 기존 장치에 비해 구성이 간단하고 이를 통해 동력전달효율이 우수하며, 동력손실이 적어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 제1,2프레임 사이에서 선기어, 유성기어 캐리어부, 링기어부가 연결되도록 모듈화되어 있을 뿐 아니라, 유성기어 캐리어부가 휠에 일체로 연결되어 있어, 소형화가 가능하며, 이로 인해 차량의 휠내(In wheel type)에 일체로 설치가 가능할 뿐 아니라, 휠 외측(Out wheel type)에 손쉽게 연결하여 사용할 수 있다.

본 발명은 전기차에 적용되는 경우 모터 감속기 대비 차량의 최고속 성능이 개선되고, 가속 성능, 등판 성능이 개선된 것을 물론, 구성 부품의 수를 최소화에 따라 원가가 절감되고, 중량이 최소화될 수 있다.

본 발명은 동력원이 기동되어 입력축을 회전시키면 선기어와 링기어의 기어비로 바로 손실없이 출력이 이루어지므로, 전 rpm 구간의 동력전달 효율을 높일 수 있다.

본 발명은 주행상태에 따라 다이나믹하게 2단계 변속이 이루어질 수 있어, 차량의 출력 및 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 원심력식 클러치는 회전구동되는 롤러에 의해 회전체와 클러치 하우징이 일체로 회전되도록 되어 있어, 마찰에 따른 손실이 발생되지 않으며, 이로 인해 동력손실없이 동력원의 구동력이 유성기어 캐리어부에 전달된다.

본 발명은 2단의 변속비를 제공하여 전기차량의 구동성능을 보다 향상시키며, 동력 소모를 최소화하여 전기차의 연비향상 및 주행가능 거리의 증가를 도모할 수 있다.

본 발명은 전기구동차량, 전기구동이륜차 등등 전기구동에 의해 움직이는 기기에 설치될 수 있을 뿐 아니라, 기생산된 기기에도 쉽게 적용할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 부분절개 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 연결관계를 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 선기어와 유성기어의 결합관계를 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 전자제어식 클러치의 구성을 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 원심력식 클러치의 구성을 보인 예시도
도 7 은 본 발명에 따른 원심력식 클러치의 작동상태를 보인 예시도
도 8 은 본 발명에 따른 링크부의 연결구성을 보인 예시도
도 9 는 본 발명에 따른 링크부의 작동상태를 보인 예시도
도 10은 본 발명의 구성을 간략하게 보인 예시도

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 부분절개 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 연결관계를 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 선기어와 유성기어의 결합관계를 보인 예시도를 도시한 것으로,

본 발명은 동력원(10)에 일측단이 연결되어 구동력을 전달받는 입력축(21);

입력축(21)에 일체로 설치되어 회전되는 선기어(22);

입력축(21)의 타측단에 연결설치되도록 설치되는 클러치부(30);

선기어(22)로부터 구동력을 전달받도록 설치되는 복수의 유성기어(40);

복수의 유성기어(40)가 회전가능하도록 연결지지되고 입력축(21)에 베어링 지지되며, 휠(131)이 일체로 연결설치되는 유성기어 캐리어부(50);

복수의 유성기어(40)로부터 구동력을 전달받도록 설치되고 클러치부(30)에 일체로 연결설치되며 단방향 베어링(91,95)에 의해 일측이 입력축(21)과 제2프레임(120) 사이에 지지되는 링기어부(60);를 포함하여,

동력원(10)의 구동력이, 입력축(21)에 의해 선기어(22), 유성기어(40), 유성기어 캐리어부(50)를 통해 휠(131)에 전달되어 저속주행이 이루어지고,

클러치부(30)의 작동시, 동력원(10)의 구동력에 의해 선기어(22)와 링기어부(60) 및 유성기어 캐리어부(50)가 일체로 회전되어 휠(131)의 증속주행이 이루어지도록 되어 있다.

상기 동력원(10)은 모터, 전기모터 등등 동력을 발생시키는 구동수단을 의미하며, 제1프레임(110)의 일측에 고정설치되고, 입력축(21)이 일측단이 축결합되도록 되어 있다.

상기 입력축(21)은 일측단이 동력원(10)에 연결되고 타측단이 클러치부(30)에 연결되도록 제1,2프레임(110,120), 유성기어 캐리어부(50) 및, 링기어부(60)를 관통하며 설치되어 있다. 상기 제1,2프레임(110,120)에는 입력축이 관통되는 연결홀(111,121)이 형성되어 있으며, 상기 입력축(21)은 일측이 제1프레임(110)의 연결홀(111)내에 베어링(96) 지지된다.

상기 선기어(22)는 제1,2프레임(110,120) 사이에 위치하도록 입력축(21)에 일체로 설치되어 있으며, 동력원(10)으로부터 입력축(21)에 구동력이 전달될 경우, 입력축(21)과 일체로 회전구동된다.

상기 클러치부(30)는 전자제어식 클러치(70)로 이루어지거나, 원심력식 클러치(80)로 이루어질 수 있다.

상기 전자제어식 클러치(70)는 디스크에 패드가 밀착접촉되어 동력이 전달되도록 구성된 공지의 클러치장치 또는, 일정속도 이상이면 디스크에 패드가 자동밀착되어 동력이 전달되도록 구성된 공지의 클러치장치를 모두 포함할 수 있다.

이와 같은 전자제어식 클러치(70)는 일 예로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 링기어부(60)에 일체로 연결되는 클러치 케이스(71)와, 상기 클러치 케이스(71)에 연결되는 복수의 클러치 플레이트(73)와, 복수의 클러치 플레이트(73)에 대응하여 소정거리 이격되도록 설치되는 복수의 클러치 디스크(74)와, 상기 클러치 디스크(74)가 연결설치되고 입력축(21)에 일체로 연결되어 동심원 회전되는 회전체(75)를 포함할 수 있으며, 입력축(21)과 일체로 회전되는 회전체(75)에 설치된 클러치 디스크(74)가 클러치 케이스(71)에 설치된 클러치 플레이트(73)에 밀착접촉되면, 입력축(21)의 구동력이 클러치 케이스(71)를 통해 링기어부(60)로 전달되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 전자제어식 클러치의 구성 및 작동은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 원심력식 클러치(80)는 원심력에 의해 작동되어 동력이 전달되도록 하는 것으로, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 입력축(21)에 일체로 회전되도록 설치되는 회전체(81)와, 회전체(81)와 사이공간(82)을 구비하도록 링기어부(60)에 일체로 연결설치되는 클러치 하우징(83)와, 클러치 하우징(83)와 회전체(81) 사이에서 작동되도록 회전체(81)에 연결설치되는 롤러클러치부(84)를 포함한다.

상기 회전체(81)는 동심원으로 회전되도록 입력축(21)이 중심에 연결 설치되어 있으며, 외주면에는 지지면(85a)과 경사면(85b)을 구비하는 밀착부(85)가 형성되고, 롤러클러치부(84)가 연결설치되는 설치홀(86)이 소정길이를 구비하며 내부에 형성되어 있다.

상기 지지면(85a)은 상측이 회전체의 외주면(81a)에 연결되고, 하단이 경사면(85b)에 연결되도록 형성되어 있으며, 회전체(81)의 중심을 향하도록 수직면으로 이루어지거나, 소정의 오목한 곡률을 구비하는 곡면으로 이루어질 수 있다.

상기 지지면(85a)은 롤러클러치부(84)의 안정적인 안착을 위하여 오목한 곡률의 곡면으로 이루어지는 것이 바람직하며, 지지면의 높이(h)는 롤러클러치부의 롤러 직경(D)보다 크도록 형성되어 있다.

상기 경사면(85b)은 회전체(81)의 회전력에 의해 롤러클러치부(84)의 롤러(84a)가 외측방향으로 이동될 수 있도록 곡선형 또는 직선형으로 형성될 수 있다. 상기 경사면(85b)은 일 예로, 인벌류트 곡선형 또는 테이퍼형으로 형성되어 있으며, 바람직하게는 인벌류트 곡선형으로 형성된다.

즉, 상기 경사면(85b)은 일측단이 지지면(85a)에 연결되고 타측단이 회전체의 외주면(81a)에 연결되도록 형성되어, 회전체(81)의 회전력에 의해 롤러클러치부의 롤러(84a)가 회전체의 외주면(81a)방향으로 이동될 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 밀착부(85)는 회전체의 외주면(81a)에 하나 이상이 형성되어 있으며, 회전체(81)의 외주면 전체둘레에 일방향을 향하도록 복수개가 연속하여 형성될 경우, 상기 회전체(81)는 복수의 밀착부(85)에 의해 톱니형상으로 이루어지게 된다. 즉, 회전체의 외주면 전체 둘레를 따라 복수의 밀착부(85)가 연속하여 형성될 경우, 상기 밀착부(85)는 지지면의 상단(851a)이 일측 경사면의 외측단(851b)에 연결되고, 지지면의 하단(852a)이 이웃하는 또다른 경사면의 내측단(852b)에 연결되는 형상이 반복적으로 이루어지도록 형성되게 되므로, 회전체(81)는 전체적으로 톱니형상을 이루게 된다.

상기 설치홀(86)은 롤러클러치부(84)가 연결설치되는 것으로, 일측(86a)이 회전체의 내측을 향하고, 타측(86b)이 회전체의 외측을 향하도록 소정길이를 구비하며 형성되어 있다.

상기 설치홀(86)은 직선형 장홀형상을 구비하거나, 곡선형 장홀형상을 구비할 수 있으며, 바람직하게는 직선형 장홀형상으로 형성된다.

상기 클러치 하우징(83)은 회전체(81)가 내부에 위치하도록 수용홈(83a)을 구비하고, 상기 수용홈(83a)의 둘레를 따라 롤러클러치부의 롤러(84a)가 접촉지지되는 내주면(83b)이 형성되어 있다.

상기 사이공간(82)은 클러치 하우징의 수용홈(83a)내로 회전체(81)가 위치하도록 조립될 경우, 수용홈의 내주면(83b)에서 회전체 밀착부의 경사면(85b)까지의 사이간격에 의해 형성되는 공간을 의미하며, 상기 사이공간(82)은 수용홈의 내주면(83b)과 회전체의 경사면(85b) 사이간격이 점진적으로 좁아지는 형상을 이루게 된다.

즉, 클러치 하우징의 수용홈(83a)내로 회전체(81)가 위치하도록 조립될 경우, 밀착부의 경사면(85b) 형상에 의해, 클러치 하우징의 내주면(83b)에서 내측회전체의 경사면 타측단(또는 경사면 외측단)까지의 사이간격은, 롤러클러치부의 롤러 직경(D)보다 작고, 클러치 하우징의 내주면에서 회전체의 경사면 일측단(또는 경사면내측단) 까지의 사이간격은 롤러클러치부의 롤러 직경(D)보다 크도록 사이공간(82)이 형성된다.

상기 롤러클러치부(84)는 회전체(81)의 회전력에 의해 작동되어, 회전체(81)와 클러치 하우징(83)이 일체로 회전될 수 있도록 밀착접촉시키는 작동을 수행하는 것으로, 이와 같이 구성된 롤러클러치부(84)는 마찰에 따른 손실발생이 없는 특징을 구비하고 있다.

상기 롤러클러치부(84)는 회전체의 밀착부(85)내에 위치하도록 설치되는 롤러(84a)와, 롤러(84a)의 양단이 회전가능하도록 일측에 연결설치되는 지지대(84b)와, 회전체의 설치홀(86)을 관통하여 지지대(84b)의 타측에 연결설치되는 힌지축(84c)과, 상기 힌지축(84c)와 설치홀의 타측(86b) 사이에 위치하도록 설치홀(86)내에 설치되어 힌지축(84c)를 설치홀의 일측(86a) 방향으로 이동시키는 지지스프링(84d)을 포함한다.

즉, 상기 롤러클러치부(84)는 지지대(84b)의 일측에 롤러(84a)가 회전가능하게 연결되고, 설치홀(86)을 관통하는 힌지축(84c)의 양단에 지지대(84b)의 타측이 회전가능하게 연결되며, 상기 힌지축(84c)은 설치홀(86)내에서 지지스프링(84d)에 의해 지지되도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 롤러클러치부(84)는 회전체(81)의 회전력이 일정값 미만에서는 미작동되어 입력축과 일체로 회전체(81)만이 회전되도록 하고, 회전체(81)의 회전력이 일정값 이상으로 높아지게 되면 원심력에 의해 작동되어, 롤러클러치부의 롤러(84a)에 의해 회전체(81)와 클러치 하우징(83)이 일체로 회전되도록 하는 기능을 수행하게 된다.

즉, 상기 롤러클러치부(84)는, 회전체(81)의 회전력이 일정값 미만에서는 지지스프링(84d)에 의해 힌지축(84c)이 설치홀의 일측(86a)에 위치하게 되며, 힌지축(84c)가 지지대(84b)에 의해 연결된 롤러(84a)는 밀착부(85)의 지지면(85a)과 경사면(85b)에 동시접촉된 상태를 유지하게 되어, 회전체(81)가 롤러(84a)로 인한 간섭현상없이 회전되게 된다.

또한, 상기 롤러클러치부(84)는, 회전체(81)의 회전력이 일정값 이상으로 상승하게 되면, 원심력에 의해 롤러(84a)가 밀착부의 경사면(85b)을 따라 이동됨과 동시에, 힌지축(84c)은 지지스프링(84d)을 압축하며 설치홀의 일측(86a)에서 타측(86b) 방향으로 이동되고, 롤러(84a)는 밀착부의 경사면을 따라 이동되어, 경사면과 클러치 하우징의 내주면의 사이간격이 점차 좁아져 롤러의 직경보다 작아지는 부분에서 밀착부의 경사면(85b)과 클러치 하우징의 내주면(83b) 사이에 끼게되므로써, 회전체(81)의 회전력을 클러치 하우징(83)으로 전달하게 된다.

상기 롤러클러치부(84)가 작동되도록 하는 회전체(81) 회전력의 일정값은, 동력원의 용량, 필요 출력량을 고려하여 지지스프링(84d)의 탄성력, 힌지축(84c)과 롤러(84a)의 중량에 따른 계산 또는 프로그램에 의한 산출되는 것이므로, 특별히 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 상기 롤러클러치부(84)는 동력원 최대출력속도의 약 30% 이상도달시 작동될 수 있도록 일정값이 설정될 수 있으며, 더욱 구체적으로는 회전체의 회전력이 1,000∼5,000rpm 구간내에서 설정된 일정값에 도달되면 작동되도록 설계될 수 있다.

상기 유성기어(40)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 선기어(22)를 중심으로 설치되어 있으며, 선기어(22)로부터 구동력을 전달받아, 선기어(22)와 반대되는 방향으로 회전(자전)하면서, 선기어(22)를 중심으로 회전(공전)하여, 유성기어 캐리어부(50)를 선기어(22)와 동일한 방향으로 회전시킨다. 상기 유성기어(40)의 배열은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 유성기어 캐리어부(50)는 동력원(10)의 구동력을 전달받아 휠(131)로 출력하는 출력부에 해당되는 것으로, 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 복수의 유성기어(40)가 회전(자전)가능하도록 연결지지되는 유성기어 지지체(51)와, 상기 유성기어 지지체(51)의 중심에 일측이 일체로 연결되고 타측단이 휠(131)의 중심에 일체로 연결되는 중공의 중앙지지체(52)를 포함하되, 상기 유성기어 지지체(51)와 중앙지지체(52)는 입력축(21)에 베어링(93,94) 지지되도록 되어 있다.

상기 유성기어 지지체(51)는 입력축(21)에 베어링(94)지지되는 제1지지체(53)와, 중앙지지체(52)가 중심에 일체로 연결설치되는 제2지지체(54)가 유성기어의 회전축(41)에 의해 일체로 연결되도록 되어 있다.

상기 중앙지지체(52)는 일측단이 유성기어 지지체의 제2지지체(54)에 일체로 연결되고, 타측단이 휠(131)에 일체로 연결되며, 베어링(93)에 의해 내부를 관통하는 입력축(21)에 내주면(52a)이 지지됨과 동시에, 외주면(52b)이 또다른 베어링(92)에 의해 링기어부(60)에 지지되도록 설치된다.

즉, 상기 유성기어 캐리어부(50)는, 유성기어 지지체(51)에 복수의 유성기어(40)가 회전가능하도록 연결되고, 상기 유성기어 지지체(51)는 링기어부(60)내에 위치하도록 설치되며, 양끝단이 유성기어 지지체(51)의 중심과 휠(131)의 중심에 일체로 연결되도록 설치된 중앙지지체(52)는 링기어부(60)를 관통하도록 설치된다.

상기 링기어부(60)는 복수의 유성기어(40)에 치합되는 링기어(61)와, 상기 링기어(61)가 일체로 형성되고 유성기어캐리어부(50)에 베어링(92)에 의해 지지되도록 설치되는 기어하우징(62)과, 기어하우징(62)에 일측단이 연결되고 타측단이 클러치부(30)에 연결되며 입력축(21) 및 제2프레임(120)에 단방향 베어링(91,95)에 의해 지지되는 하우징 허브(63)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 링기어부(60)는 단방향 베어링(95)에 의해 역방향(선기어의 회전방향의 반대방향)의 회전(자전)이 구속되고, 또다른 단방향 베어링(91)에 의해 정방향(선기어의 회전방향과 동일방향) 회전시, 입력축(21)과 일체로 회전되도록 되어 있다.

즉, 상기 링기어부(60)는 단방향 베어링(95)에 의해 역방향(선기어의 회전방향의 반대방향)의 회전(자전)이 구속되도록 되어 있어, 클러치부(30)의 미작동시에는 선기어(22)의 구동력이 유성기어(40)를 통해 유성기어 캐리어부(50)로 전달되어 휠(131)의 출력이 이루어지고,

클러치부(30)의 작동시에는, 입력축(21)과의 사이에 설치된 단방향 베어링(91)에 의해 링기어부(60)가 입력축(21)과 일체로 정방향 회전되므로, 선기어(22)와 1 : 1 로 회전작동되어 휠(131)의 출력을 증대시키게 된다.

상기 링기어(61)는 복수의 유성기어(40)가 동시에 치합되도록 기어하우징(62)의 내측에 형성되어 있다.

상기 기어하우징(62)은 일측이 유성기어 캐리어부의 중앙지지체(52) 외주면(52b)에 베어링(92) 지지되도록 설치되고, 타측에 하우징 허브(63)가 일체로 연결설치되어 있다.

상기 하우징 허브(63)는 일측단이 기어하우징(62)에 연결되고 타측단이 클러치부(30), 일예로 클러치부(30)가 원심력식 클러치(80)로 이루어질 경우, 클러치 하우징(83)에, 클러치부(30)가 전자제어식 클러치(70)로 이루어질 경우, 클러치 케이스(71)에 연결되며, 내부로 입력축(21)이 삽입관통되는 중공형상을 구비한다. 이와 같은 하우징 허브(63)는 내부면(63a)이 단방향 베어링(91)에 의해 입력축(21)에 지지되고, 외부면(63b)이 단방향 베어링(95)에 의해 제2프레임의 연결홀(121)내에 지지된다.

즉, 본 발명은 단방향 베어링(91)에 의해, 입력축(21)의 정방향 회전은 자유롭게 이루어지고, 역방향 회전은 링기어부(60)에 구속되어 방지되도록 되어 있으며, 링기어부 보다 회전수가 작지 않게 구속되어 선기어보다 링기어의 회전이 높아질 경우, 같은 회전수로 회전할 수 있도록 되어 있다. 또한 링기어부(60)는 또다른 단방향 베어링(95)에 의해 역방향 회전이 구속되도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 아래 [표1]에서과 같이, 변속조건 및 감속조건을 설정하여 제어할 수 있다.

[표1]

또한, 본 발명의 선기어와 링기어는 2단 변속기의 초기 저 rpm에서의 고정된 기어비로 결정될 수 있다.

예를 들어 선기어 : 링기어 = 1 : 2 일 경우, 2단 유성기어 캐리어부의 출력용 변속기의 총감속비는 3 배의 감속을 한다(링기어 고정시). 그러므로 이들의 기어비를 임의로 변경 조합하여 초기 저rpm 구간의 기어비를 사용자에 맞추어 조정 할 수 있다.

상기 유성기어 구성품들의 회전수 공식은 S＝선기어 회전수, C＝유성기어 캐리어 회전수, R＝링기어 회전수, A＝링기어 잇수/선기어 잇수로 표시하면 다음과 같은 [식1]로 회전이 발생되며, 이와 같은 [식1]은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

[식1] 링기어 회전수＝((1+A)C-S)/A, 선기어 회전수＝(1+A)C-R x A

이하, 본 발명의 클러치부(30)를 원심력식 클러치(80)로 설정하여 그 작동관계를 상세히 설명한다. 이때, 상기 원심력식 클러치(80)는 최고출력속도 100㎞/ｈ에 대하여 30㎞/ｈ에서 작동되어 변속이 이루어지도록 가정하여 설명한다.

클러치부 미작동(저속)

동력원의 구동력이 입력축(21)을 통해 선기어(22)에 전달되어 유성기어(40)가 회전되고, 링기어부의 기어하우징(62)은 제2프레임(120)에 역방향 회전이 구속되도록 단방향 베어링(95)에 의해 지지되어 있으므로, 유성기어(40)의 회전에 의해 유성기어 캐리어부(50)가 선기어(22)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전되며, 상기 유성기어 캐리어부(50)의 회전에 의해 휠(131)이 일체로 회전구동되게 된다. 이때, 상기 휠(131)은 30㎞/ｈ미만으로 구동된다.

또한, 입력축(21)이 회전될 경우, 선기어(22)와 함께 클러치부의 회전체(81)가 회전되나, 클러치부의 클러치 하우징(83)이 일체로 연결된 링기어부(60)는 입력축(21) 및 제2프레임(120)에 단방향 베어링(91,95) 지지되도록 되어 있으며, 회전체(81)의 회전력이 일정값 미만에서는 원심력식 클러치(80)가 작동되지 않으므로, 입력축(21)에 의해 회전체(81)만 회전작동되게 된다.

또한, 상기와 같은 클러치부 미작동에 따른 저속주행은, 클러치부(30)를 전자제어식 클러치(70)로 설정할 경우도 입력축(21)에서 유성기어 캐리어부(50)를 통한 휠(131)로의 동력전달과정은 동일하게 이루어진다.

클러치부 작동(증속)

동력원(10)에 의해 입력축(21)의 회전력이 증대되어, 30㎞/ｈ이상으로 출력속도가 도달될 경우, 회전체(81)의 회전력 증대에 의해 원심력식 클러치(80)에 원심력이 작동되어, 롤러(84a)가 밀착부의 경사면(85b)을 따라 외측회전체의 내주면 방향으로 사이공간(82)을 따라 이동됨과 동시에, 힌지축(84c)이 지지스프링(84d)을 압축하며 설치홀(86)을 따라 이동되어, 회전체 밀착부의 경사면(85b)과 클러치 하우징 수용홈의 내주면 사이간격이 롤러의 직경보다 작아지는 부분에서 밀착부의 경사면(85b)과 외측회전체의 내주면(83b) 사이에서 롤러(84a)의 낌현상이 발생된다.

이와 같이, 클러치부의 롤러(84a)가 회전체의 밀착부 경사면(85b)과 클러치 하우징의 수용홈 내주면(83b) 사이에 끼게 되면, 회전체(81)와 클러치 하우징(83)은 롤러(84a)의 낌현상에 의해 일체로 함께 회전되게 되며, 클러치 하우징(83)과 일체로 연결된 링기어부(60)가 단방향 베어링(91)에 의해 입력축(21)에 지지되어 있어, 클러치 하우징(83)의 회전에 의해 링기어부(60)와 유성기어 캐리어부(50) 및 선기어(22)가 동일한 방향으로 일체로 회전됨으로써, 선기어(22)의 출력이 1 : 1 의 비율로 휠(131)에 전달된다. 이때, 링기어부(60)와 선기어(22) 사이에 위치하는 복수의 유성기어(40)는 자전운동은 하지 않고 선기어(22)를 중심으로 하는 공전운동만을 하게 된다.

주행중 가속패달 미작동(회생제동력 생성)

주행 중, 가속패달을 작동하지 않게 되면, 유성기어 캐리어부(50)가 동력입력부분이 되므로, 유성기어 캐리어부(50)에서 회전력이 입력되고, 유성기어 캐리어부의 회전력에 의해 링기어부가 유성기어 캐리어부와 동일방향(정방향)으로 회전하게 된다.

이때, 상기 링기어부의 기어하우징(62)은 입력축(21)에 단방향 베어링(91) 으로 구속되도록 되어 있어, 링기어부의 회전시, 입력축(21)도 정방향으로 회전되게 되며, 이로 인하여 링기어부(60)와 입력축(21)은 1 : 1 의 회전비로 동력원(10)을 강제구동하여 발전시키게 된다.

즉, 유성기어 캐리어부(50)를 통해 회전력이 입력되면, 링기어부(60)는 프리상태에서 정방향으로 아이들링 회전을 하게 되며, 이때 입력축의 선기어는 역방향으로 회전을 할 수도 있으나, 동력원은 회생제동을 위한 역방향 힘에 부하가 걸리게 되어 점차적으로 회전이 멈추게 된다. 이러한 조건에서는 링기어부의 프리 회전량으로 아이들링 상태가 되어 회생제동력이 생성되지 않게 된다. 그러나, 본 발명은 링기어부(60)와 입력축(21) 사이에 단방향베어링(91)이 설치되어 있어, 링기어부의 회전수가 선기어의 회전수보다 더 커질 때, 단방향베어링(91)에 의해 링기어부와 선기어가 1 : 1 의 회전비로 같이 회전되어 동력원을 강제 구동시킴으로써, 회생제동으로 동력원을 통해 에너지가 생성되도록 되어 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 동력원 (21) : 입력축
(22) : 선기어 (30) : 클러치부
(40) : 유성기어 (41) : 회전축
(50) : 유성기어 캐리어부 (51) : 유성기어 지지체
(52) : 중앙지지체 (52a) : 내부면
(52b) : 외부면 (53) : 제1지지체
(54) : 제2지지체 (60) : 링기어부
(61) : 링기어 (62) : 기어하우징
(63) : 하우징 허브 (63a) : 내부면
(63b) : 외부면 (70) : 전자제어식 클러치
(71) : 클러치 케이스 (73) : 클러치 플레이트
(74) : 클러치 디스크 (75) : 회전체
(80) : 원심력식 클러치 (81) : 내측회전체
(81a) : 외주면 (82) : 사이공간
(83) : 외측회전체 (83a) : 수용홈
(83b) : 내주면
(84) : 롤러클러치부 (84a) : 롤러
(84b) : 지지대 (84c) : 힌지축
(84d) : 지지스프링 (85) : 밀착부
(85a) : 지지면 (85b) : 경사면
(851a): 상단 (851b): 하단
(852a): 외측단 (852b): 내측단
(86) : 설치홀 (86a) : 일측
(86b) : 타측 (91,95): 단방향 베어링
(100) : 2단변속장치 (110) : 제1프레임
(120) : 제2프레임 (131) : 휠
(132) : 바퀴

Claims (7)

1. 동력원(10)에 일측단이 연결되어 구동력을 전달받는 입력축(21);
   입력축(21)에 일체로 설치되어 회전되는 선기어(22);
   입력축(21)의 타측단에 연결설치되도록 설치되는 클러치부(30);
   선기어(22)로부터 구동력을 전달받도록 설치되는 복수의 유성기어(40);
   복수의 유성기어(40)가 회전가능하도록 연결지지되고 입력축(21)에 베어링 지지되며, 휠(131)이 일체로 연결설치되는 유성기어 캐리어부(50);
   복수의 유성기어(40)로부터 구동력을 전달받도록 설치되고 클러치부(30)에 일체로 연결설치되며 단방향 베어링(91,95)에 의해 일측이 입력축(21) 및 제2프레임(120)에 지지되는 링기어부(60);를 포함하되,
   상기 클러치부(30)는, 입력축(21)에 일체로 회전되도록 설치되는 회전체(81)와, 회전체(81)와 사이공간(82)을 구비하도록 링기어부(60)에 일체로 연결설치되는 클러치 하우징(83)와, 클러치 하우징(83)와 회전체(81) 사이에서 작동되도록 회전체(81)에 연결설치되는 롤러클러치부(84)를 포함하는 원심력식 클러치(80)로 이루어져, 동력원(10)의 구동력이, 입력축(21)에 의해 선기어(22), 유성기어(40), 유성기어 캐리어부(50)를 통해 휠(131)에 전달되어 저속주행이 이루어지고,
   클러치부(30)의 작동시, 입력축(21)과 일체로 선기어(22)와 링기어부(60) 및 유성기어 캐리어부(50)가 회전되어 휠의 증속주행이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1 에 있어서;
   클러치 하우징(83)은, 회전체(81)가 내부에 위치하도록 수용홈(83a)을 구비하고, 상기 수용홈(83a)의 둘레를 따라 롤러클러치부의 롤러(84a)가 접촉지지되는 내주면(83b)이 형성되어 있으며,
   회전체(81)는, 외주면에 지지면(85a)과 경사면(85b)을 구비하는 밀착부(85)가 형성되고, 롤러클러치부(84)가 연결설치되는 설치홀(86)이 소정길이를 구비하며 내부에 형성되어 있으며,
   사이공간(82)은, 수용홈의 내주면(83b)과 회전체의 경사면(85b) 사이간격이 점진적으로 좁아지는 형상을 구비하도록 형성된 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치.
   
6. 청구항 1 에 있어서;
   롤러클러치부(84)는, 회전체의 밀착부(85)내에 위치하도록 설치되는 롤러(84a)와, 롤러(84a)의 양단이 회전가능하도록 일측에 연결설치되는 지지대(84b)와, 회전체의 설치홀(86)을 관통하여 지지대(84b)의 타측에 연결설치되는 힌지축(84c)과, 상기 힌지축(84c)와 설치홀의 타측(86b) 사이에 위치하도록 설치홀(86)내에 설치되어 힌지축(84c)를 설치홀의 일측(86a) 방향으로 이동시키는 지지스프링(84d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치.
   
7. 청구항 1 에 있어서;
   단방향 베어링(91)에 의해, 입력축(21)의 정방향 회전은 자유롭게 이루어지고, 역방향 회전은 링기어부(60)에 구속되어 방지되도록 되어 있으며, 링기어부 보다 회전수가 작지 않게 구속되어 선기어보다 링기어의 회전이 높아질 경우, 선기어와 링기어는 동일 회전수로 회전되며,
   또다른 단방향 베어링(95)에 의해 링기어부(60)의 역방향 회전이 구속되도록 한 것을 특징으로 하는 유성기어열을 이용한 2단 변속장치.

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