KR101816405B1

KR101816405B1 - 동기장치 및 단일 축 2속 구동 시스템

Info

Publication number: KR101816405B1
Application number: KR1020160064625A
Authority: KR
Inventors: 유광석; 김세정; 조영호
Original assignee: 이티알 주식회사
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2018-01-11
Also published as: EP3249255A1; CN106989114A; KR20170133629A; CN106989114B; EP3249255B1

Abstract

본 발명의 동기장치는 추진축에 장착되는 허브, 허브의 외주면에 스플라인 결합되고, 내경과 외경 사이에 형성된 복수개의 관통홀을 포함하는 슬리브 및 슬리브의 양면에 배치되고, 서로 체결되는 제1 동기 링 및 제2 동기 링을 포함하고, 2개의 동기 링은 가이드부재와 동기부재에 의해 관통홀을 통과하여 연결되며, 가이드부재는 제1 및 제2 동기 링 중 하나에 형성된 볼록형상의 걸림돌기부 및 다른 하나에 형성된 후크부 등의 상보적인 체결에 의해 형성되고, 동기부재는 제1 및 제2 동기 링 중 하나에 형성된 오목돌기부 및 다른 하나에 형성된 볼록돌기부 등의 상보적인 요철 결합에 의해 형성된다.
또한, 본 발명은 상기 동기장치를 이용한 단일 축 2속 구동 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 단일 축 2속 구동 시스템은 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템으로서, 하우징, 고정자와 회전자를 갖는 모터부, 제1 태양기어, 복수의 제1 유성기어들, 제1 링기어 및 제1 캐리어로 구성되는 제1 유성기어세트, 고정콘, 일체콘, 동기장치, 제2 태양기어, 복수의 제2 유성기어들, 제2 링기어 및 제2 캐리어로 구성되는 제2 유성기어세트, 차동 장치를 포함하되, 동기장치의 슬리브가 고정콘 방향으로 이동하여 고정콘과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 슬리브가 일체콘 방향으로 이동하여 일체콘과 결합함으로써 또 다른 변속비를 얻는 것을 포함한다.
본 발명의 단일 축 모터 2속 구동 시스템은 동일축의 중심 선상에서 구동력이 발생하고, 동기장치를 이용하여 능동적으로 감속을 구현할 수 있으므로 기존의 다축 구동시스템에 비해 소음 및 진동을 저감시킬 수 있다.

Description

동기장치 및 단일 축 2속 구동 시스템{Synchronizer and Single shaft 2 speed E-Driving System}

본 발명은 수동변속기용 동기장치 및 이를 이용한 전기자동차의 단일축 2속 구동 시스템에 관한 것으로써 동기장치, 유성기어의 감속 및 직결의 감속비를 구현하는 기술을 전기 자동차 및 유사 구동시스템에 응용하고자 하는 분야에 관한 것이다.

일반적으로, 변속기는 클러치와 추진축 사이에 설치되어 자동차의 주행상태에 따라 엔진의 회전력을 증대시키거나 감소시켜 구동바퀴에 전달하는 역할을 한다.

수동변속기의 동기장치는 주축 위를 회전하고 있는 주축기어, 주축상에 결합되는 허브, 주축기어와 허브 사이에 설치되는 기어 콘, 허브에 스플라인 결합되고 축 방향으로 이동 가능한 슬리브, 변속 시 기어 콘에 끼워져 마찰력에 의해 클러치 작용을 하는 동기 링으로 이루어진다.

동기 방식은 키 타입(Key-Type)과 핀 타입(Pin-type)으로 나뉘는데, 키 타입은 소형차량에 적용되어 변속 시 부드러운 변속감을 제공하며, 핀 타입은 큰 동기력을 얻을 수 있어 중대형 차량에 적용된다. 핀 타입 동기장치는 변속과정에서 슬리브가 단차가 있는 원형의 동기 핀을 타고 넘어가야 하므로 변속감이 부드럽지 못하다는 점과 마찰용량에 비해 공간을 많이 차지하여 효율적인 공간 활용을 할 수 없다는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위해 한국 등록특허공보 제1341384호 "2개의 동기화 링을 포함하는 어셈블리 유닛" (등록일자 : 2013.12.9)에 관한 발명이 존재한다.

도 1은 종래의 핀 타입 수동변속기의 변속감을 개선한 동기장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 동기장치는 적어도 하나의 고정개구(3)를 포함하는 트랜스미터(5), 서로에 대해 연결되는 제1 동기 링(100) 및 제2 동기 링(110)으로 구성되어 있으며, 상기 2개의 동기 링(100, 110)은 고정개구(3)를 통과하여 서로에 대해 연결되어 있다. 이와 같은 동기장치는 동기 링의 상당부분을 가공으로 완성하여야 하며, 트랜스미터(5)와 한 쌍의 동기 링 외에, 스프링 및 쓰러스트 부품(4), 2개의 트랜스미션 치형부(6), 2개의 커플링 치형부(7)가 추가로 부설되어야 한다. 따라서 부품수가 많아지고, 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 전기자동차용 드라이브 유닛은 모터를 감싸는 하우징과 별도의 축상에 배치되는 감속기와 감속기의 구동력이 전달되는 차동장치로 구성된다. 일반적으로 전기자동차용 드라이브 유닛의 동력전달 경로가 2축으로 구성된 경우를 볼 수 있다. 회전자와 고정자로 이루어진 모터가 하우징 내에 배치되며, 제1축의 일단이 회전자와 연동되도록 결합되고, 제1축의 타단이 차동장치와 동일 축 선상에서 연동되도록 결합되며, 차동장치가 다른 위상차의 제2축를 갖는 감속기와 연결되어 있다. 이와 관련하여, 한국 등록특허공보 제0195022호 "전기자동차용 구동장치" (등록일자 : 1999.2.10) 등의 선행특허가 알려져 있다. 상기와 같은 선행특허들은 감속기가 하우징의 외측에 별도로 요구되는 구조를 가지고 있으므로 감속기가 설치되는 공간적 제약이 존재하고, 전체적인 부피 및 중량이 커지게 되는 단점이 있다. 또한 기존 드라이브 유닛장치는 다축을 연결하는 연결구조의 구조적 특성상 부피 및 중량이 증가하게 되며, 이에 따라 연비 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위해 한국 등록특허공보 제1374872호 "전기자동차의 드라이브 유닛장치" (등록일자 : 2014.3.10)에 관한 발명이 존재한다. 상기 선행특허는 하나의 하우징 내에 유성기어세트와 모터 및 차동장치가 동일 축상에 밀집되도록 배치됨으로써 부피가 컴팩트화되어 설치공간의 제약이 축소되고, 부품 수가 저감되며, 중량이 감소될 뿐 아니라 동력발생과 감속동작이 하나의 동일 축 선상에서 동시에 이루어지므로 소음 및 진동이 감소된다. 다만 상기 선행특허는 유성기어세트의 본연의 특성에 맞는 감속비를 수동적으로 얻을 수 있을 밖에 없는 문제점이 있다.

1. 한국 등록특허공보 제1341384호 "2개의 동기화 링을 포함하는 어셈블리 유닛" (등록일자 : 2013.12.9) 2. 한국 등록특허공보 제1374872호 "전기자동차의 드라이브 유닛장치" (등록일자 : 2014.3.10) 3. 한국 등록특허공보 제0195022호 "전기자동차용 구동장치" (등록일자 : 1999.2.10)

본 발명은 큰 마찰력을 얻을 수 있는 핀 타입 동기 링의 장점과 부드러운 변속감을 지닌 키 타입 동기 링의 장점을 복합화하여 종래기술의 단점을 해결하고자 하는 것이다. 또한, 종래 구동시스템은 보통 감속을 실현하기 위하여 작은 기어가 축이 평행한 다른 축의 큰 기어를 회전시켜 회전비의 차이로 감속을 얻는 것이다. 본 발명에서는 유성기어의 성질을 활용하여 축을 변경하지 않으면서 동일 축 선상에서 동기장치와 유성기어세트를 이용하여 두 개의 변속비를 얻고자 하는 것이다.

따라서 본 발명의 실시 예는 동기 링의 형상을 달리하고, 동기 링이 서로 체결되는 수동 변속기용 동기장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예는 구동시스템에서 동기장치와 유성기어세트 하나를 이용하여 2속을 구현하는 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 구동시스템에서 동기장치와 유성기어세트 두 개를 이용하여 2속을 구현하는 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면,

추진축에 장착되는 허브;

상기 허브의 외주면에 스플라인 결합되고, 상기 허브의 외주면을 따라 이동하며, 내경과 외경 사이에 복수개의 관통홀이 형성된 슬리브;

상기 슬리브의 양면에 배치되고, 서로 체결되는 제1 동기 링; 및 제2 동기 링;을 포함하는 수동 변속기용 동기장치에 있어서,

상기 제1 동기 링은,

제1 링바디에서 제2 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 볼록형상의 걸림돌기부가 형성되고,

상기 제1 링바디 일면에서 상기 걸림돌기부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디에서 상기 제2 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 오목돌기부가, 복수개 형성되고,

상기 제2 동기 링은,

제2 링바디에서 제1 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 후크부가 형성되고,

상기 제2 링바디 일면에서 상기 후크부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디에서 상기 제1 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 볼록돌기부가, 복수개 형성되고,

상기 제1 및 제2 동기 링은 상기 제1 동기 링의 볼록형상의 걸림돌기부와 상기 제2 동기 링의 후크부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링의 오목돌기부와 상기 제2 동기 링의 볼록돌기부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수동 변속기용 동기장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면,

상기 제1 동기 링은,

제1 링바디에서 제2 동기 링 방향으로 연장된 절곡부와, 상기 절곡부에서 연장되어 형성된 T 자형 돌기부가, 복수개 형성되되, 상기 T 자형 돌기부는 하단에 받침부와 상단에 챔퍼(chamfer)가 형성되며,

상기 제1 링바디 일면에서 상기 T 자형 돌기부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디에서 상기 제2 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 오목돌기부가, 복수개 형성되고,

상기 제2 동기 링은,

제2 링바디에서 제1 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 T 자형 홈부가 형성되되, 상기 T 자형 홈부는 단부에 챔퍼(chamfer)가 형성되고 하단에 단턱부가 형성되며, 상기 제2 링바디 일면에서 상기 T 자형 홈부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디에서 상기 제1 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 볼록돌기부가, 복수개 형성되고,

상기 제1 및 제2 동기 링은 상기 제1 동기 링의 T 자형 돌기부 및 받침부가 상기 제2 동기 링의 T 자형 홈부 및 단턱부와 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링의 오목돌기부와 상기 제2 동기 링의 볼록돌기부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수동 변속기용 동기장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 동기 링은 플라스틱재 또는 스탬프 된 철(stamped steel)재인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 볼록형상의 걸림돌기부 또는 T 자형 돌기부가 통과하는 슬리브의 관통홀에는 추진축의 직각방향으로 천공된 안착홈이 형성되어 볼 조립품이 안착되는 수동변속기용 동기장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 슬리브는, 상기 슬리브의 스플라인 부분은 금속재이고, 상기 슬리브의 몸체 부분은 플라스틱재인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 동기장치를 포함하는 동력발생과 감속이 하나의 구동축 상에서 진행되도록 구성되는 단일 축 2속 구동 시스템으로서,

하우징;

상기 하우징의 내주 면에 고정되고 코일이 감기는 고정자와, 상기 고정자의 외부에 배치되고 상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 회전되는 회전자를 갖는 모터부;

상기 회전자와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성되는 제1 태양기어와,

상기 제1 태양기어의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제1 유성기어들과,

내주 면에 상기 각 제1 유성기어들과 치합되는 내접기어가 형성된 제1 링기어와,

상기 복수의 제1 유성기어들이 서로 연동되도록 연결되는 제1 캐리어로

구성되는 제1 유성기어세트;

상기 제1 링기어의 외주 면에 위치하고 상기 하우징의 내주 면에 고정되는 고정콘;

상기 제1 캐리어의 외주면에 장착되는 일체콘;

상기 고정콘과 상기 일체콘 사이에 부설되는 상기 동기장치; 및

상기 일체콘의 타측면에 위치하고, 상기 제1 캐리어와 연동되도록 연결되는 차동 장치; 를 포함하되,

상기 동기장치의 상기 허브는 상기 제1 링기어 외주 면에 장착되고,

상기 동기장치의 상기 제1 동기 링은 상기 고정콘의 일측면에 위치하고, 상기 제2 동기 링은 상기 일체콘의 일측면에 위치하되,

상기 동기장치의 상기 슬리브가 상기 고정콘 방향으로 이동하여 상기 고정콘과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브가 상기 일체콘 방향으로 이동하여 상기 일체콘과 결합함으로써 감속 없는 구동력을 얻는 것을 특징으로 하는 단일 축 2속 구동 시스템을 제공한다.

상기 일체콘과 상기 차동장치 사이에 제2 유성기어세트가 추가로 설치되는 단일 축 2속 구동 시스템으로서,

상기 일체콘의 일측면에 위치하고 상기 제1 캐리어와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성된 제2 태양기어와,

상기 제2 태양기어의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제2 유성기어들과,

내주 면에 상기 각 제2 유성기어들과 치합되는 내접기어가 형성되고 상기 하우징의 내주 면에 고정되는 제2 링기어와,

상기 복수의 제2 유성기어들이 서로 연동되도록 연결되는 제2 캐리어로

구성되는 제2 유성기어세트; 및

상기 제2 캐리어와 연동되도록 연결되는 차동 장치; 를 포함하되,

상기 동기장치의 상기 슬리브가 상기 고정콘 방향으로 이동하여 상기 고정콘과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브가 상기 일체콘 방향으로 이동하여 상기 일체콘과 결합함으로써 또 다른 변속비를 얻는 것을 특징으로 하는 단일 축 2속 구동 시스템을 제공한다.

동기장치는 한 쌍의 동기 링을 서로 체결함으로써, 핀 타입 동기장치의 장점인 큰 마찰력을 지닌 동기장치를 제공할 수 있고, 키 타입 동기장치의 장점인 우수한 변속감을 지닌 동기장치를 제공할 수 있다. 동기 링에 부설되는 걸림돌기, 후크, 볼록돌기, 오목돌기를 추가 가공 없이 스틸 스탬핑(steel-stamping) 작업으로 동시 성형함으로써, 가공이 최소화되고 조립공수가 적게 소요되어 생산원가 절감이 가능한 동기장치를 제공할 수 있다.

또한, 단일 축 2속 구동 시스템 발명은 종래 기술 대비 개선된 것이다. 하나의 하우징 내에 적어도 하나의 유성기어 세트와 모터 및 차동장치가 동일 축 선상에 밀집되도록 배치됨으로써, 부피가 컴팩트화 되어 설치 공간이 축소되며, 부품 수가 줄고 가격이 저감될 뿐 아니라 중량이 감소되어 효율이 증대되고, 동력 발생과 변속 작용이 하나의 동일 축 선상에서 동시에 이루어지는 특성으로 인해 소음 및 진동이 감소되고, 감속 영역이 넓어짐에 따라 연비가 증대하는 효과가 있다. 또한 유성기어세트와 차동장치 사이에 혹은 두 개의 유성기어세트 사이에 동기 장치를 구비함으로써 감속이 능동적으로 수행될 수 있도록 하는 효과를 얻는다.

도 1은 종래기술로서 핀 타입과 키 타입을 혼용한 동기장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치를 나타내는 사시도이다.
도 3a은 도 2에서 제1 동기 링과 제2 동기 링이 결합하기 전의 상태를 나타낸다.
도 3b는 도 3a에서 제1 동기 링과 제2 동기 링이 결합한 후의 상태를 나타낸다.
도 3c은 도 3a에서 가이드부재가 통과하는 슬리브의 제1 관통홀의 단면도이다.
도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치에서 볼 조립품의 위치를 도시한 단면도이다.
도 3e는 도 3d에서의 볼 조립품의 위치를 도시한 사시도이다.
도 4a은 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치에서 동기 링의 다른 형상을 나타내는 사시도로써 제1 동기 링과 제2 동기 링이 결합하기 전의 상태를 나타낸다.
도 4b는 도 4a에서 제1 동기 링과 제2 동기 링이 결합한 후의 상태를 나타낸다.
도 5는 도 4a의 제1 동기 링과 제2 동기 링의 구체적인 조립방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치에서 서로 체결되는 제1 및 제2 동기 링의 T 자형 돌기부와 T 자형 홈부를 나타낸다.
도 7은 제1 및 제2 동기 링이 플라스틱 재질인 경우의 본 발명의 실시 예인 T 자형 돌기부와 T 자형 홈부를 나타낸다.
도 8a은 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치에서 슬리브의 몸체는 플라스틱 재질이고, 슬리브 내측 스플라인은 금속 재질을 나타내는 사시도이다.
도 8b는 도 8a에 나타난 슬리브의 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 두개의 유성기어세트와 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 유성기어세트와 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 평면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 두개의 유성기어세트와 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 12의 평면 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 동기장치 및 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 본 발명은 동기장치 및 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템에 대하여 설명한다. 이하 설명에서 사용되는 동기장치 및 단일 축 2속 구동 시스템의 구성 요소(component)를 지칭하는 용어나 구동특성을 설명하기 위한 용어 등은 설명의 편의를 위한 것이다. 따라서 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치를 나타내는 사시도이다. 도 3a은 도 2에서 제1 동기 링(100)과 제2 동기 링(110)이 결합하기 전의 상태를 나타내고, 도 3b는 도 3a에서 제1 동기 링(100)과 제2 동기 링(110)이 결합한 후의 상태를 나타낸다.

상기 도 2를 참고하면, 동기장치(115)는 추진축에 장착되는 허브(80), 상기 허브(80)의 외주면에 스플라인 결합되고, 상기 허브(80)의 외주면을 따라 이동하며, 내경과 외경 사이에 복수개의 관통홀(95)이 형성된 슬리브(90), 상기 슬리브(90)의 양면에 배치되고, 서로 체결되는 제1 동기 링(100) 및 제2 동기 링(110)을 포함한다.

상기 도 3a 및 도 3b를 참고하면, 상기 제1 동기 링(100)은 제1 링바디(103)에서 제2 동기 링(110) 방향으로 연장된 복수개의 볼록형상의 걸림돌기부(105)가 형성되고, 상기 제1 링바디(103) 일면에서 상기 걸림돌기부(105)의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디(103)에서 상기 제2 동기 링(110) 방향으로 연장된 단차부(107)와 상기 단차부(107)에서 연장되어 형성된 오목돌기부(109)가, 복수개 형성된다.

상기 제2 동기 링(110)은 제2 링바디(113)에서 제1 동기 링(100) 방향으로 연장된 복수개의 후크부(114)가 형성되고, 상기 제2 링바디(113) 일면에서 상기 후크부(114)의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디(113)에서 상기 제1 동기 링(100) 방향으로 연장된 단차부(107)와, 상기 단차부(107)에서 연장되어 형성된 볼록돌기부(119)가, 복수개 형성된다.

상기 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 상기 제1 동기 링(100)의 볼록형상의 걸림돌기부(105)와 상기 제2 동기 링(110)의 후크부(114)가 상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링(100)의 오목돌기부(109)와 상기 제2 동기 링(110)의 볼록돌기부(119)가 상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결된다.

상기 제1 동기 링(100)의 볼록형상의 걸림돌기부(105)와 상기 제2 동기 링의 후크부(114)가 상보적으로 체결된 것을 가이드부재(123)라 하고, 상기 제1 동기 링(100)의 오목돌기부(109)와 상기 제2 동기 링(110)의 볼록돌기부(119)가 상보적인 요철결합에 의해 체결된 것을 동기부재(125)라 한다.

상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)은 주연부를 따라 등간격 또는 일정간격으로 형성될 수 있으며, 복수개가 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통홀(95)은 가이드부재(123)가 통과하는 제1 관통홀과 동기부재(125)가 통과하는 제2 관통홀로 구분할 수 있으며, 제1 관통홀과 제2 관통홀은 교대로 형성될 수 있다. 도 2, 도 3a 및 도 3b에서는 상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)의 수를 6개로 하고, 제1 및 제2 동기 링(100, 110)이 체결되어 형성된 가이드부재(123)와 동기부재(125)가 원주 방향을 따라 각각 3개씩 일정간격으로 형성된 도면을 예시한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따라 관통홀(95), 가이드부재(123) 및 동기부재(125)의 수를 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 제1 동기 링(100) 및 제2 동기 링(110)을 편의상 구별하고 있다. 예를 들면, 제1 동기 링(100)에 후크부(114)가, 제2 동기 링(110)에 볼록형상의 걸림돌기부(105)가 형성될 수 있고, 제1 동기 링(100)에 볼록돌기부(119), 제2 동기 링(110)에 오목돌기부(109)가 형성될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 많은 실시 예 중 하나에 해당한다.

제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 및 슬리브(90)의 구체적인 조립방법에 대해서는 도 3c를 참고하여 상세하게 설명한다. 도 3c는 가이드부재(123)가 통과하는 슬리브(90)의 제1 관통홀의 단면도이다. 상기 도 3c를 참고하면, 제1 동기 링(100)은 상기 제1 동기 링(100)에 일체로 형성된 걸림돌기부(105)에 의해 상기 슬리브(90)의 제1 관통홀을 통과하여 제2 동기 링(110)의 후크부(114)와 결합된다.

상기 슬리브(90)의 제1 관통홀은 상기 슬리브(90)의 내경과 외경 사이에 형성되며, 상기 제1 동기 링(100)의 가이드부재(123)가 통과된다. 상기 슬리브(90)의 제1 관통홀에는 안착홈(126)이 형성되어 상기 안착홈(126)에 볼 조립품(127)이 안착된다. 구체적으로 안착홈(126)은 관통홀(95)의 중간부분에 추진축의 직각방향으로 천공되어 함몰된 부분이며, 안착홈(126)은 가이드부재(123)가 통과하는 상기 슬리브(90)의 제1 관통홀에 형성되어 있다. 상기 볼 조립품(127)은 볼과 스프링으로 구성되어 있으며, 기존에 볼 조립품을 지지하고, 습동을 하도록 부설된 동기 키가 없는 간소화된 구조이다. 상기 볼 조립품(127)은 볼과 스프링이 스탬프로 일체화된 날개 없는 볼 조립품을 포함하며, 볼과 스프링을 별도 부품으로 하여 상기 안착홈(126)에 조립할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서는 상기 볼 조립품(127)의 기능을 수행하는 볼과 스프링으로 이루어진 여타 다른 형태의 볼 조립품도 포함한다. 볼과 스프링으로 구성된 볼 조립품(127)의 형상과 위치를 본 발명의 실시 예인 도 3d 및 도 3e에 도시하였다.

도 3c에서 도시한 바와 같이, 제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 및 상기 슬리브(90)의 구체적인 조립방법은 핀(129)를 이용해 상기 볼 조립품(127)을 축의 중심방향으로 살짝 누르고, 상기 볼 조립품(127)의 스프링이 수축된 상태에서 제1 동기 링(100)에 일체로 형성된 걸림돌기부(105)를 상기 슬리브(90)의 제1 관통홀에 삽입하고, 밀어 넣는다(S10). 상기 S10 단계가 완료되고, 상기 걸림돌기부(105)가 더이상 밀리지 않을 때, 다시 한 번 핀(129)을 살짝 누르면서, 상기 걸림돌기부(105)를 제1 관통홀로 밀어 넣는다(S20). 상기 S20 단계가 완료되면, 핀(129)을 제거하고, 상기 걸림돌기부(105)를 제1 관통홀로 더 밀어 넣는다(S30). 이 때, 걸림돌기부(105)의 볼록형상이 상기 볼 조립품(127) 위에 위치하면, 상기 걸림돌기부(105)를 제2 동기 링의 후크부(114)와 체결한다(S40).

제1 및 제2 동기 링(100, 110)이 1개의 가이드부재(123)에 의해 상기 슬리브(90)의 제1 관통홀을 통과하여 체결되면, 나머지 2개의 가이드부재(123)도 위와 같은 방법으로 조립된다.

도 3d 및 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치(115)에서 볼과 스프링으로 구성된 볼 조립품(127)의 위치를 도시한 단면도 및 사시도이다.

도 3d를 참조하면, 가이드부재(123)는 슬리브(90)의 제1 관통홀에 관통되어 제1 및 제2 동기 링(100, 110)과 일체로 형성되며, 볼 조립품(127)은 상기 걸림돌기부(105)의 볼록형상과 인접하여, 슬리브(90) 내에 안착된다.

도 3d를 참조하여 동기장치(115)의 작동 과정을 설명하면, 운전자가 변속 의지에 따라 시프트 포크(shift fork)(도시되어 있지 않음)를 밀면 슬리브(90)는 변속하려는 동기 콘(128)쪽으로 움직이게 된다. 이때, 슬리브(90)의 안착홈(126)에 안착된 볼 조립품(127)이 상기 슬리브(90)와 함께 이동되고, 상기 볼 조립품(127)은 작은 회전력을 부여하여 동기 링(100, 110)의 마찰면이 동기 콘(128)의 면과 마찰을 일으킬 수 있도록 한다. 이때, 작은 회전력에 의하여 동기부재(125)가 회전하게 되고, 슬리브(90)에 가공된 챔퍼(도시되어 있지 않음)와 동기부재(125)에 설치된 단차부(107)끼리 맞대게 된다. 이 힘은 밀면 밀수록 강한 마찰을 일으켜 동기 콘(128)과 슬리브(90)의 회전 속도가 일치되는 순간까지 계속된다. 회전속도가 동기화되면 동기부재(125)의 단차부(107)를 슬리브(90)의 챔퍼(도시되어 있지 않음)가 타고 넘어간다. 슬리브(90)는 동기화하려는 기어(도시되어 있지 않음)의 도그 치(도시되어 있지 않음)와 결합화여 동기화를 완료한다.

상기 걸림돌기부(105)의 볼록형상은 변속 초기 시점에 작은 마찰력을 유도하여 인덱싱할 수 있도록 절곡되어 있으며, 걸림돌기부(105)의 볼록형상에 삽입되는 볼 조립품(127)은 슬리브(90)의 안착홈(126)에 안착되도록 코킹(caulking)된다. 또한, 상기 볼록형상은 변속감이 우수한 키 타입 동기장치의 동기 키를 형상화하여 부드러운 변속을 할 수 있게 설계된 것이다. 안착홈(126)은 철판 절곡에 의하여 포켓모양으로 성형할 수 있고, 과도한 변속을 제한하는 스토퍼 역할을 병행할 수 있다.

상기 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 마찰반경이 크고 서로 체결되어 있어, 동기 시 큰 동기력을 부여할 수 있다. 구체적으로 기존의 키 타입은 슬리브보다 작은 반경을 지닌 한 개의 동기 링으로 클러치 작용을 하기 때문에 큰 동기력을 얻을 수 없었으나, 본 발명의 실시 예에서는, 2개의 동기 링(100, 110)을 슬리브(90)의 관통홀(95)을 통해 체결함으로써 키 타입보다 큰 마찰반경과 증대된 마찰면을 얻을 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치(115)에서 제1 및 제2 동기 링(100, 110)의 형상을 달리하는 또 다른 실시 예를 나타내는 사시도로써 제1 동기 링(100)과 제2 동기 링(110)이 결합하기 전의 상태를 나타낸다. 도 4b는 도 4a에서 제1 동기 링(100)과 제2 동기 링(110)이 결합한 후의 상태를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치(115)에서 서로 체결되는 제1 및 제2 동기 링(100, 110)의 T 자형 돌기부(133)와 T 자형 홈부(135)를 나타낸다.

상기 도 4a, 도 4b 및 도 6을 참고하면, 상기 제1 동기 링(100)은 제1 링바디(103)에서 제2 동기 링 (110)방향으로 연장된 절곡부(137)와, 상기 절곡부(137)에서 연장되어 형성된 T 자형 돌기부(133)가, 복수개 형성되되, 상기 T 자형 돌기부(133)는 하단에 받침부(139)와 상단에 챔퍼(chamfer)(141)가 형성되며, 상기 제1 링바디(103) 일면에서 상기 T 자형 돌기부(133)의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디(103)에서 상기 제2 동기 링(110) 방향으로 연장된 단차부(107)와, 상기 단차부(107)에서 연장되어 형성된 오목돌기부(109)가, 복수개 형성된다.

상기 제2 동기 링(110)은 제2 링바디(113)에서 제1 동기 링(100) 방향으로 연장된 복수개의 T 자형 홈부(135)가 형성되되, 상기 T 자형 홈부(135)는 단부에 챔퍼(141)가 형성되고 하단에 단턱부(143)가 형성되며, 상기 제2 링바디(113) 일면에서 상기 T 자형 홈부(135)의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디(113)에서 상기 제1 동기 링(100) 방향으로 연장된 단차부(107)와, 상기 단차부(107)에서 연장되어 형성된 볼록돌기부(119)가, 복수개 형성된다.

상기 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 상기 제1 동기 링(100)의 T 자형 돌기부(133) 및 받침부(139)가 상기 제2 동기 링(110)의 T 자형 홈부(135) 및 단턱부(143)와 상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링(100)의 오목돌기부(109)와 상기 제2 동기 링(110)의 볼록돌기부(119)가 상기 슬리브(90)의 상기 관통홀(95)을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결된다.

상기 제1 동기 링(100)의 T 자형 돌기부(133) 및 받침부(139)가 상기 제2 동기 링(110)의 T 자형 홈부(135) 및 단턱부(143)와 상보적으로 체결된 것을 가이드부재(123)라 하고, 상기 제1 동기 링(100)의 오목돌기부(109)와 상기 제2 동기 링(110)의 볼록돌기부(119)가 상보적인 요철결합에 의해 체결된 것을 동기부재(125)라 한다.

도 2, 도 3a 및 도 3b에서와 마찬가지로, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 슬리브(90)의 관통홀(95), 가이드부재(123) 및 동기부재(125)의 수와 간격을 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 제1 동기 링(100) 및 제2 동기 링(110)을 편의상 구별하고 있다. 예를 들면, 제1 동기 링(100)에 T 자형 홈부(135) 및 단턱부(143)가, 제2 동기 링(110)에 T 자형 돌기부(133) 및 받침부(139)가 형성될 수 있고, 제1 동기 링(100)에 볼록돌기부(119), 제2 동기 링(110)에 오목돌기부(109)가 형성될 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 많은 실시 예 중 하나에 해당한다.

도 5는 도 4a의 제1 동기 링(100)과 제2 동기링(110)의 구체적인 조립방법을 나타낸다. 상기 도 5 및 도 6을 참고하면, 제1 및 제2 동기 링(100, 110)을 상기 슬리브(90)의 관통홀(95)에 삽입하고 프레스 장비로 압력을 가하여 결합시킨다. 제1 및 제2 동기 링(100, 110)의 T 자형 돌기부(133)와 T 자형 홈부(135)가 맞대는 면의 챔퍼(141)를 타고 변형을 일으키며 삽입이 되고 나면 전용공구로 확실히 결합을 시킨다. 제1 및 제2 동기 링(100, 110)이 금속인 경우 엠보싱 작업의 난이성을 고려하여 받침부(139)의 크기를 적게 설계할 수 있다. 또한, 챔퍼(141)를 형성함으로써 제1 및 제2 동기 링(100, 110) 삽입시 프레스 압입하면 별도의 조립 공구 없이 체결이 가능하며, 체결을 위한 두께 및 챔퍼(141)의 형상은 T 자형 돌기부(133)의 재질의 강성을 고려하여 다양한 실시 예로 나타낼 수 있고 도 6의 실시 예에 적용될 수 있다. 일반적으로 동기 링은 황동이나 철 등 금속재로 형성된다. 본 발명의 경우 실시 예에 따라 황동이나 철 등 금속재를 사용할 수 있다. 또한 스탬프 된 철(stamped steel)을 사용할 수 있다. 스탬프 된 철을 사용하는 경우 가공이 용이하고 대량생산이 가능하며, 변속기내 공간 확보가 유리하고, 생산 원가 절감 및 제품 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 7은 제1 및 제2 동기 링(100, 110)이 플라스틱재인 경우의 본 발명의 실시 예인 T 자형 돌기부(133)와 T 자형 홈부(135)를 나타낸다. 제1 및 제2 동기 링(100, 110)을 플라스틱재인 경우 강성을 고려하여 받침부(139)의 크기를 크게 설계할 수 있다. 또한, 챔퍼(141)를 형성함으로써 제1 및 제2 동기 링(100, 110) 삽입시 프레스 압입하면 별도의 조립 공구 없이 체결이 가능하며, 체결을 위한 두께 및 챔퍼(141)의 형상은 T 자형 돌기부(133)의 재질의 강성을 고려하여 다양한 실시 예로 나타낼 수 있고, 도 7의 실시 예에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예인 도 4a 및 도 4b의 경우, 제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 및 슬리브(90)의 구체적인 조립방법은 본 발명의 실시 예인 상기 도 3c에서 설명한 내용과 동일하다. 또한, 볼 조립품(127)의 위치와 동기장치(115)의 작동과정에 대한 설명은 본 발명의 실시 예인 상기 도 3d에서 설명한 내용과 동일하다.

상기 T 자형 돌기부(133) 및 받침부(139)가 통과하는 슬리브(90)의 관통홀(95)에는 추진축의 직각방향으로 천공된 안착홈(126)이 형성되어 볼 조립품(127)이 안착된다. 상기 받침부(139)가 동기 기능을 하며, 챔퍼가 형성되어 T 자형 돌기부(133)가 인덱싱 기능을 하도록 되어 있다.

도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 동기장치(115)에서 상기 슬리브(90)의 내측 스플라인(93)은 금속재이고, 상기 슬리브(90)의 몸체(97)는 플라스틱재를 나타내는 사시도이다. 도 8b는 도 8a에 나타난 상기 슬리브(90)의 사진이다. 상기 슬리브(90)의 몸체(97)를 플라스틱재로 할 경우 동기장치(115)의 무게를 경감시킬 수 있고, 가공 및 원가절감에 용이한 이점이 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 두개의 유성기어세트와 상기 동기장치(115)를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸다. 유성기어세트와 동기장치(115)로 이루어진 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 쉽게 이해할 수 있도록 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 유성기어세트와 동기장치(115)를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 나타낸다. 도 11은 도 10의 단면도를 나타낸다. 도 9 내지 도 11에서 기어 이의 도시는 생략하였다.

상기 도 2, 도 10 및 도 11을 참고하면, 단일 축 2속 구동 시스템은 하우징(400), 모터부(25), 제1 유성기어세트(200), 고정콘(70), 동기장치(115), 일체콘(120) 및 차동 장치(170)를 포함한다.

상기 모터부(25)는 고정자(10)와 회전자(20)를 포함하며, 상기 제1 유성기어세트(200)는 제1 태양기어(30), 복수의 제1 유성기어(40), 제1 링기어(60) 및 제1 캐리어(50)를 포함한다. 상기 동기장치(115)는 허브(80), 슬리브(90), 제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 등을 포함한다.

상기 모터부(25)는 상기 하우징(400)의 내주 면에 볼트 등의 체결부재로 고정되고, 외주면에 코일이 감기는 고정자(10)와 상기 고정자의 외부에 배치되고 상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 회전되는 회전자(20)를 포함한다. 실시 예에 따라 상기 모터부(25)는 도 10에서 도시된 바와 달리 고정자의 내부에 배치되는 회전자를 가질 수 있고, 일반적으로 사용되는 모터부를 포함하며, 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기 제1 유성기어세트(200)는 상기 회전자(20)와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성되는 제1 태양기어(30)와, 상기 제1 태양기어(30)의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제1 유성기어(40)들과, 내주 면에 상기 각 제1 유성기어(40)들과 치합되는 내접기어가 형성된 제1 링기어(60)와, 상기 복수의 제1 유성기어(40)들이 서로 연동되도록 연결되는 제1 캐리어(50)를 포함하는 구성을 가진다. 상기 제1 유성기어(40)들은 상기 제1 캐리어(50)에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제1 캐리어(50)는 상기 제1 유성기어(40)들의 구속력에 의해 회전된다.

상기 고정콘(70)은 제1 링기어(60)의 외주 면에 위치하고 상기 하우징(400)의 내주 면에 고정된다. 상기 고정콘(70)은 본 발명의 실시 예에 따라 다양한 형상을 가질 수 있고, 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기 일체콘(120)은 제1 캐리어(50)의 외주면에 장착된다. 상기 일체콘(120)은 본 발명의 실시 예에 따라 다양한 형상을 가질 수 있고, 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기 동기장치(115)는 상기 고정콘(70)과 상기 일체콘(120) 사이에 부설되며, 상기 동기장치(115)의 허브(80)는 제1 링기어(60) 외주면에 장착되고, 상기 동기장치(115)의 슬리브(90)는 상기 허브(80)의 외주면에 스플라인 결합되고, 상기 허브(80)의 외주면을 따라 좌우로 움직인다. 상기 동기장치(115)의 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 상기 슬리브(90)의 양면에 배치되며, 상기 제1 동기 링(100)은 상기 고정콘(70)의 일측면에 위치하고, 상기 제2 동기 링(110)은 상기 일체콘(120)의 일측면에 위치한다.

상기 동기장치(115)는 허브(80), 슬리브(90), 제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 등을 포함하는 일반적인 구조의 동기장치를 나타내며, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따라 상기 동기장치(115)의 허브(80), 슬리브(90), 제1 및 제2 동기 링(100, 110) 등의 형상 및 구조를 달리 할 수 있고, 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기 동기장치(115)의 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 본 발명의 실시 예에 따른 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에서 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있고, 상기 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에서 도시되지 아니하였지만 일반적으로 사용되는 동기 링 및 다양한 형상을 가진 동기 링의 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따라 상기 동기장치(115)의 제1 및 제2 동기 링(100, 110)은 다양한 형상 뿐 아니라, 제1 동기 링(100) 과 제2 동기 링(110)이 다양하게 체결되는 구조를 가질 수도 있으며, 제1 동기 링(100) 및 제2 동기 링(110)의 개수를 각각 여러 개 가질 수도 있다. 이들 또한 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기 제1 및 제2 동기 링(100, 110)의 일반적인 역할은 동기 링의 내주면 또는 외주면에 마찰재가 부착되어 있어 브레이크와 같이 강력한 마찰력을 이용하여 서로 다른 회전수로 회전하는 상대 기어를 강제로 붙잡아 감속하거나 증속시키므로 두 기어의 회전수를 동일하게 맞추어 주는 역할을 한다. 본 발명의 실시 예에 있어서는, 상기 제1 동기 링(100)은 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하는 경우 상기 고정콘(70)과 결합하여 마찰작용을 하게 되고, 상기 제2 동기 링(110)은 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하는 경우 상기 일체콘(120)과 결합하여 마찰작용 하게 된다.

상기 차동 장치(170)는 상기 일체콘(120)의 타측면에 위치하고 상기 제1 캐리어(50)와 연동되도록 연결되어진다. 상기 차동장치(170)는 구동시스템에서 일반적으로 사용되는 차동장치를 포함하며, 차동장치 기능을 수행하는 다른 차동장치들도 본 발명의 실시 예에 포함되고, 도 10의 실시 예에 적용될 수 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시 예는 다음과 같다.

코일에 전원이 인가되면 회전자(20)가 회전한다. 상기 회전자(20)는 제1 태양기어(30)와 치합되어 있으므로 회전자(20)의 회전시 회전력이 제1 태양기어(30)에 전달되어 제1 태양기어(30)를 회전시킨다. 상기 제1 태양기어(30)는 치합된 제1 유성기어(40)들을 회전시킨다. 제1 태양기어(30)와 제1 유성기어(40)들은 서로 반대방향으로 회전되고, 제1 유성기어(40)들과 제1 캐리어(50)는 서로 동일한 방향으로 회전된다. 제1 유성기어(40)들은 내측이 제1 태양기어(30)와 치합되고 외측이 제1 링기어(60)의 내접기어와 치합되어 있으므로 공전(revolution : 公轉 ) 및 자전(rotation : 自轉) 운동을 하게 된다. 상기 제1 캐리어(50)는 차동장치(170)와 연동되도록 연결되어 있다.

본 발명의 제1 실시 예는 상기 회전자(20)의 회전력이 제1 유성기어세트(200)를 통해 차동장치(170)에 전달되는 동력 전달 경로를 갖는다. 이때, 회전력은 제1 유성기어세트(200)를 통해 차동장치(170)로 전달되는 과정에서 상기 동기장치(115)의 슬리브(90)의 좌우 움직임에 따라 감속비가 다르게 나타난다. 그 감속비를 아래에 설명한다.

도 10에 나타나는 본 발명의 실시 예인 단일 축 2속 구동 시스템은 상기 동기장치(115)의 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하여 상기 고정콘(70)과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하여 상기 일체콘(120)과 결합함으로써 감속 없는 구동력을 얻는 것을 특징으로 한다.

다음은 도 10에 나타나는 본 발명의 실시 예로 유성기어세트가 한 개인 경우 즉, 제1 유성기어세트(200)만 있는 경우에 감속비가 다르게 나타나는 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다.

상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하는 경우로써, 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하여 상기 고정콘(70)과 결합하면 제1 링기어(60)가 정지한다. 이때 제1 태양기어(30)의 구동이 제1 캐리어(50)의 출력이 된다. 따라서 제1 캐리어(50)의 회전수는 제1 태양기어(30)의 회전수에 비해 일반적으로 3-4:1로 감속한다.

수학식으로 설명하면,

제1 링기어 회전수(

)를 0으로 대입하고 정리하면,

가 된다.

<수학식 2>에서 예를 들어 제1 태양기어 잇수(

)=30, 제1 링기어 잇수(

)=60을 대입하면, 제1 캐리어 회전수(

)는 제1 태양기어 회전수(

)의

이 된다. 이와 같이 제1 태양기어 잇수(

)와 제1 링기어 잇수(

)를 달리하면 그에 맞는 감속비가 형성될 수 있다. 통상적으로 제1 캐리어 회전수(

)는 제1 태양기어 회전수(

)에 비해 3-4:1로 감속한다.

또한, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하는 경우로써, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하여 상기 일체콘(120)과 결합하면 제1 태양기어(30)와 제1 링기어(60)가 직결되어 감속 없이 1:1로 구동된다. 즉, 제1 태양기어(30)와 제1 링기어(60)가 일체화되어 모터의 속도가 차동장치에 그대로 전달되므로 감속 없이 고속회전이 된다.

따라서 도 10에 나타난 본 발명의 실시 예로 제1 유성기어세트(200)만 있는 경우에 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하는 경우에는 제1 태양기어 잇수(

)와 제1 링기어 잇수()에 따라 감속비가 형성되고, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하는 경우에는 제1 태양기어(30)와 제1 링기어(60)가 일체화되어 감속없이 회전하게 된다. 본 발명의 실시 예와 같이 유성기어세트 하나만으로 2속이 가능한 단일 축 2속 구동 시스템을 만들 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예는 동일축의 중심 선상에서 구동력이 발생하고 고정콘(70), 동기장치(115), 일체콘(120)을 구비하여 능동적으로 감속되어 전달되므로 고속회전시 작동 소음 및 진동이 증가하는 기존의 다축 구동시스템에 비해 소음 및 진동을 저감시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 두개의 유성기어세트와 동기장치를 포함하는 단일 축 2속 구동 시스템의 구조를 나타낸다. 도 13은 도 12의 평면 단면도이다. 도 12 및 도 13에서 기어 이의 도시는 생략하였다.

상기 도 12를 참고하면, 단일 축 2속 구동 시스템은 하우징(400), 모터부(25), 제1 유성기어세트(200), 고정콘(70), 동기장치(115), 일체콘(120), 제2 유성기어세트(300) 및 차동 장치(170)를 포함한다.

도 12의 본 발명의 실시 예는 도 10의 본 발명의 실시 예에서 유성기어세트가 하나 더 추가되는 경우이며, 도 10에서 일체콘(120)과 차동장치(170) 사이에 제2 유성기어세트(300)가 동일축 선상에 추가로 설치되는 단일 축 2속 구동 시스템이다.

도 12의 본 발명의 실시 예는 도 10의 본 발명의 실시 예에서 설명된 모터부(25), 제1 유성기어세트(200), 고정콘(70), 동기장치(115), 일체콘(120) 및 차동장치(170)를 모두 포함하고, 제2 유성기어세트(300)는 상기 일체콘(120)과 상기 차동장치(170) 사이에 추가로 설치된다.

상기 모터부(25)는 고정자(10)와 회전자(20)를 포함하며, 상기 제1 유성기어세트(200)는 제1 태양기어(30), 복수의 제1 유성기어(40), 제1 링기어(60) 및 제1 캐리어(50)를 포함하고, 상기 동기장치(115)는 허브(80), 슬리브(90), 제1 동기 링(100), 제2 동기 링(110) 등을 포함한다. 상기 제2 유성기어세트(300)는 제2 태양기어(130), 복수의 제2 유성기어(140), 제2 링기어(160) 및 제2 캐리어(150)를 포함한다.

도 12의 본 발명의 실시 예에서 상기 모터부(25), 상기 제1 유성기어세트(200), 상기 고정콘(70), 상기 동기장치(115), 상기 일체콘(120) 및 상기 차동장치(170)는 도 10의 본 발명의 실시 예에서 설명한 내용과 동일하다.

상기 제2 유성기어세트(300)는 상기 일체콘(120)의 타측면에 위치하고 상기 제1 캐리어(50)와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성된 제2 태양기어(130)와, 상기 제2 태양기어(130)의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제2 유성기어(140)들과, 내주 면에 상기 각 제2 유성기어(140)들과 치합되는 내접기어가 형성되고 상기 하우징(400)의 내주 면에 고정되는 제2 링기어(160)와, 상기 복수의 제2 유성기어(140)들이 서로 연동되도록 연결되는 제2 캐리어(150)를 포함하는 구성을 가진다. 상기 제2 유성기어(140)들은 상기 제2 캐리어(150)에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제2 캐리어(150)는 상기 제2 유성기어(140)들의 구속력에 의해 회전된다.

상기 차동장치(170)는 상기 제2 캐리어(150)와 연동되도록 연결되어진다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시 예는 다음과 같다.

코일에 전원이 인가되면 회전자(20)가 회전한다. 상기 회전자(20)는 제1 태양기어(30)와 치합되어 있으므로 회전자(20)의 회전시 회전력이 제1 태양기어(30)에 전달되어 제1 태양기어(30)를 회전시킨다. 상기 제1 태양기어(30)는 치합된 제1 유성기어(40)들을 회전시킨다. 제1 태양기어(30)와 제1 유성기어(40)들은 서로 반대방향으로 회전되고, 제1 유성기어(40)들과 제1 캐리어(50)는 서로 동일한 방향으로 회전된다. 제2 태양기어(130)는 상기 제1 캐리어(50)와 연동하여 회전되고, 상기 제2 태양기어(130)는 치합된 제2 유성기어(140)들을 회전시킨다. 제2 링기어(160)는 상기 하우징(400)의 내주 면에 고정되어 있어 회전하지 않는다. 제2 태양기어(130)와 제2 유성기어(140)들은 서로 반대방향으로 회전되고, 제2 유성기어(140)들과 제2 캐리어(150)는 서로 동일한 방향으로 회전된다.

본 발명의 제2 실시 예는 상기 회전자(20)의 회전력이 상기 제1 유성기어세트(200) 및 제2 유성기어세트(300)를 통해 차동장치(170)에 전달되는 동력 전달 경로를 갖는다. 이때, 회전력은 상기 제1 유성기어세트(200) 및 제2 유성기어세트(300)를 통해 차동장치(170)로 전달되는 과정에서 상기 동기장치(115)의 슬리브(90)의 좌우 움직임에 따라 감속비가 다르게 나타난다. 그 감속비를 아래에 설명한다.

도 12에 나타나는 본 발명의 실시 예인 단일 축 2속 구동 시스템은 상기 동기장치(115)의 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하여 상기 고정콘(70)과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하여 상기 일체콘(120)과 결합함으로써 또 다른 변속비를 얻는 것을 특징으로 한다.

다음은 도 12에 나타나는 본 발명의 실시예로 유성기어세트가 두 개인 경우 즉, 제1 유성기어세트(200)에 제2 유성기어세트(300)가 추가되는 경우에 대한 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다.

수학식으로 설명하면,

제1 링기어 회전수(

)를 0으로 대입하고 정리하면,

가 된다.

<수학식 4>에서 예를 들어 제 1태양기어 잇수(

)=30, 제1 링기어 잇수(

)=60을 대입하면, 제1 캐리어 회전수(

)는 제1 태양기어 회전수(

)의

이 된다. 이와 같이 제1 태양기어 잇수(

)와 제1 링기어 잇수(

)는 제1 태양기어 회전수(

)에 비해 3-4:1로 감속한다.

다음으로, 제1 캐리어의 회전수(

)가 제2 태양기어의 회전수(

)가 되고, 제2 링기어(160)가 하우징벽에 고정되어 있으므로 제2 태양기어(130)의 구동이 제2 캐리어(150)의 출력이 된다. 이때 제2 캐리어의 회전수(

)는 제2 태양기어의 회전수(

)에 비해 일반적으로 3-4:1로 감속한다.

수학식으로 설명하면,

제2 링기어 회전수(

)를 0으로 대입하고 정리하면,

가 된다.

<수학식 6>에서 예를 들어 제2 태양기어 잇수(

)=30, 제2 링기어 잇수(

)=60을 대입하면, 제2 캐리어 회전수(

)는 제2 태양기어 회전수(

)의

이 된다. 이와 같이 제2 태양기어 잇수(

)와 제2 링기어 잇수(

)를 달리하면 그에 맞는 감속비가 형성될 수 있다. 통상적으로 제2 캐리어 회전수(

)는 제2 태양기어 회전수(

)에 비해 3-4:1로 감속한다.

따라서 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하는 경우에, 제1 태양기어(30)의 회전수(

)에 비해 제1 캐리어(50)의 회전수(

)가 일반적으로 3-4배 감소하고, 3-4배 감소한 제1 캐리어(50)의 회전수(

)는 제2 태양기어(130)의 회전수(

)가 된다. 그리고 제2 태양기어(130)의 회전수(

)에 비해 제2 캐리어(150)의 회전수(

)는 일반적으로 3-4배 감소한다. 최종적으로, 제1 태양기어(30)의 회전수(

)에 비해 제2 캐리어(150)의 회전수()는 일반적으로 9-16배 감소하게 된다. 본 발명의 실시 예에 따라 제1 태양기어 잇수(

), 제1 링기어 잇수(

), 제2 태양기어 잇수(

) 및 제2 링기어 잇수(

)를 달리하면 그에 맞는 감속비가 형성될 수 있다.

또한, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하는 경우로써, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하여 상기 일체콘(120)과 결합하면 제1 캐리어(50)와 제1 링기어(60)가 직결되어 감속없이 1:1로 구동하므로 제1 태양기어(30)의 회전수가 제2 태양기어(130)의 입력이 된다. 따라서 제1 태양기어(30)의 회전수(

)가 제2 태양기어(130)의 회전수(

)가 되고, 제2 링기어(160)가 하우징벽에 고정되어 있으므로 제2 태양기어(130)의 구동이 제2 캐리어(150)의 출력이 된다. 이때 제2 캐리어(150)의 회전수(

)는 제2 태양기어(130)의 회전수(

)에 비해 일반적으로 3-4:1로 감속한다.

수학식으로 설명하면,

제2 링기어 회전수(

)를 0으로 대입하고 정리하면,

가 된다.

<수학식 8>에서 예를 들어 제2 태양기어 잇수(

)=30, 제2 링기어 잇수(

)=60을 대입하면, 제2 캐리어(150)의 회전수(

)는 제2 태양기어(130)의 회전수(

)의

이 된다. 이와 같이 제2 태양기어 잇수(

)와 제2 링기어 잇수(

)는 제2 태양기어 회전수(

)에 비해 3-4:1로 감속한다.

정리하면, 도 12에 나타난 본 발명의 실시 예로 두 개의 유성기어세트를 포함하는 경우, 상기 슬리브(90)가 상기 고정콘(70) 방향으로 이동하는 경우에는 제1 태양기어(30)의 회전수(

)에 비해 제2 캐리어(150)의 회전수(

)는 일반적으로 9-16배 감소하게 되고, 상기 슬리브(90)가 상기 일체콘(120) 방향으로 이동하는 경우에는 제1 태양기어(30)의 회전수(

)에 비해 제2 캐리어(150)의 회전수(

)는 일반적으로 3-4배 감소하게 된다. 본 발명의 제2 실시 예는 모터부(25)의 구동력이 제1 및 제2 유성기어세트(200, 300)와 동기장치(115)를 통해 차동장치(170)에 전달될 경우, 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예보다 더욱 증가된 감속비를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 제1 태양기어 잇수(

), 제1 링기어 잇수(

), 제2 태양기어 잇수(

) 및 제2 링기어 잇수(

)를 달리하면 그에 맞는 감속비가 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예와 같이 두 개의 유성기어세트와 동기장치를 사용하여 감속이 크게 되는 경우와 작게 되는 경우를 구현하는 2속이 가능한 단일 축 2속 구동 시스템을 만들 수 있다. 이러한 본 발명의 제2 실시 예는 제1 실시 예가 갖는 장점 외에 감속비가 더욱 증가되는 이점을 더 갖게 된다.

본 발명의 상세한 설명에서는 기재된 실시 예들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 수정 및 변경 가능함은 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 청구범위와 균등한 것들에 속한다고 해야 할 것이다.

10 : 고정자 20 : 회전자
25 : 모터부 30 : 제1 태양기어
40 : 제1 유성기어 50 : 제1 캐리어
60 : 제1 링기어 70 : 고정콘
80 : 허브 90 : 슬리브
93 : 슬리브 내측 스플라인 95 : 관통홀
97 : 슬리브의 몸체 100 : 제1 동기 링
103 : 제1 링바디 105 : 걸림돌기부
107 : 단차부 109 : 오목돌기부
110 : 제2 동기 링 113 : 제2 링바디
114 : 후크부 115 : 동기장치
119 : 볼록돌기부 120 : 일체콘
123 : 가이드부재 125 : 동기부재
126 : 안착홈 127 : 볼 조립품
129 : 핀 130 : 제2 태양기어
133 : T 자형 돌기부 135 : T 자형 홈부
137 : 절곡부 139 : 받침부
140 : 제2 유성기어 141 : 챔퍼
143 : 단턱부 150 : 제2 캐리어
160 : 제2 링기어 170 : 차동장치
200 : 제1 유성기어세트 300 : 제2 유성기어세트
400 : 하우징 500 : 구동축

Claims

추진축에 장착되는 허브;
상기 허브의 외주면에 스플라인 결합되고, 상기 허브의 외주면을 따라 이동하며, 내경과 외경 사이에 복수개의 관통홀이 형성된 슬리브;
상기 슬리브의 양면에 배치되고, 서로 체결되는 제1 동기 링; 및 제2 동기 링;을 포함하는 수동 변속기용 동기장치에 있어서,
상기 제1 동기 링은,
제1 링바디에서 제2 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 볼록형상의 걸림돌기부가 형성되고,
상기 제1 링바디 일면에서 상기 걸림돌기부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디에서 상기 제2 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 오목돌기부가, 복수개 형성되고,
상기 제2 동기 링은,
제2 링바디에서 제1 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 후크부가 형성되고,
상기 제2 링바디 일면에서 상기 후크부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디에서 상기 제1 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 볼록돌기부가, 복수개 형성되고,
상기 제1 및 제2 동기 링은 상기 제1 동기 링의 볼록형상의 걸림돌기부와 상기 제2 동기 링의 후크부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링의 오목돌기부와 상기 제2 동기 링의 볼록돌기부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결되고,
상기 제1 동기 링은,
제1 링바디에서 제2 동기 링 방향으로 연장된 절곡부와, 상기 절곡부에서 연장되어 형성된 T 자형 돌기부가, 복수개 형성되되, 상기 T 자형 돌기부는 하단에 받침부와 상단에 챔퍼(chamfer)가 형성되며,
상기 제1 링바디 일면에서 상기 T 자형 돌기부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제1 링바디에서 상기 제2 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 오목돌기부가, 복수개 형성되고,
상기 제2 동기 링은,
제2 링바디에서 제1 동기 링 방향으로 연장된 복수개의 T 자형 홈부가 형성되되, 상기 T 자형 홈부는 단부에 챔퍼(chamfer)가 형성되고 하단에 단턱부가 형성되며,
상기 제2 링바디 일면에서 상기 T 자형 홈부의 원주방향으로 이격되어 형성되되, 상기 제2 링바디에서 상기 제1 동기 링 방향으로 연장된 단차부와, 상기 단차부에서 연장되어 형성된 볼록돌기부가, 복수개 형성되고,
상기 제1 및 제2 동기 링은 상기 제1 동기 링의 T 자형 돌기부 및 받침부가 상기 제2 동기 링의 T 자형 홈부 및 단턱부와 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적으로 체결되고, 상기 제1 동기 링의 오목돌기부와 상기 제2 동기 링의 볼록돌기부가 상기 슬리브의 상기 관통홀을 통과하여 상보적인 요철결합에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수동 변속기용 동기장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 동기 링은 스탬프 된 철(stamped steel)재인 것을 특징으로 하는 수동변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 동기 링은 플라스틱재인 것을 특징으로 하는 수동변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 볼록형상의 걸림돌기부가 통과하는 슬리브의 관통홀에는 추진축의 직각방향으로 천공된 안착홈이 형성되어 볼 조립품이 안착되는 수동변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 T 자형 돌기부 및 받침부가 통과하는 슬리브의 관통홀에는 추진축의 직각방향으로 천공된 안착홈이 형성되어 볼 조립품이 안착되는 수동변속기용 동기장치.
제1항 있어서,
상기 슬리브는, 상기 슬리브의 스플라인 부분은 금속재이고, 상기 슬리브의 몸체 부분은 플라스틱재인 것을 특징으로 하는 수동변속기용 동기장치.
제1항 있어서,
상기 동기장치를 포함하는 동력발생과 감속이 하나의 구동축 상에서 진행되도록 구성되는 단일 축 2속 구동 시스템으로서,
하우징;
상기 하우징의 내주 면에 고정되고 코일이 감기는 고정자와, 상기 고정자의 외부에 배치되고 상기 코일에 전원이 인가됨에 따라 회전되는 회전자를 갖는 모터부;
상기 회전자와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성되는 제1 태양기어와,
상기 제1 태양기어의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제1 유성기어들과,
내주 면에 상기 각 제1 유성기어들과 치합되는 내접기어가 형성된 제1 링기어와,
상기 복수의 제1 유성기어들이 서로 연동되도록 연결되는 제1 캐리어로
구성되는 제1 유성기어세트;
상기 제1 링기어의 외주 면에 위치하고 상기 하우징의 내주 면에 고정되는 고정콘;
상기 제1 캐리어의 외주면에 장착되는 일체콘;
상기 고정콘과 상기 일체콘 사이에 부설되는 상기 동기장치; 및
상기 일체콘의 타측면에 위치하고, 상기 제1 캐리어와 연동되도록 연결되는 차동 장치; 를 포함하되,
상기 동기장치의 상기 허브는 상기 제1 링기어 외주 면에 장착되고,
상기 동기장치의 상기 제1 동기 링은 상기 고정콘의 일측면에 위치하고, 상기 제2 동기 링은 상기 일체콘의 일측면에 위치하되,
상기 동기장치의 상기 슬리브가 상기 고정콘 방향으로 이동하여 상기 고정콘과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브가 상기 일체콘 방향으로 이동하여 상기 일체콘과 결합함으로써 감속 없는 구동력을 얻는 것을 특징으로 하는 단일 축 2속 구동 시스템.
제8항에 있어서,
상기 일체콘과 상기 차동장치 사이에 제2 유성기어세트가 추가로 설치되는 단일 축 2속 구동 시스템으로서,
상기 일체콘의 일측면에 위치하고 상기 제1 캐리어와 연동하여 회전되고 외주 면에 다수의 기어이가 형성된 제2 태양기어와,
상기 제2 태양기어의 기어 이와 치합되어 연동되는 복수의 제2 유성기어들과,
내주 면에 상기 각 제2 유성기어들과 치합되는 내접기어가 형성되고 상기 하우징의 내주 면에 고정되는 제2 링기어와,
상기 복수의 제2 유성기어들이 서로 연동되도록 연결되는 제2 캐리어로
구성되는 제2 유성기어세트; 및
상기 제2 캐리어와 연동되도록 연결되는 차동 장치; 를 포함하되,
상기 동기장치의 상기 슬리브가 상기 고정콘 방향으로 이동하여 상기 고정콘과 결합함으로써 한 개의 감속비를 얻고, 상기 슬리브가 상기 일체콘 방향으로 이동하여 상기 일체콘과 결합함으로써 또 다른 변속비를 얻는 것을 특징으로 하는 단일 축 2속 구동 시스템.