KR101909108B1 - 다단 감속 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양측 차륜 사이에 구비되는 전기모터에 결합되는 입력축과, 전기모터의 회전 구동력을 감속시키는 감속부와, 입력축에 끼워져서 로터를 관통하여 전기모터의 양측으로 돌출되는 감속부 출력축과, 감속부 출력축에 연결되는 디퍼런셜 기어부와, 디퍼런셜 기어부와 양측 차륜을 연결하여 디퍼런셜 기어부를 통해 전달되는 회전 구동력을 차륜으로 출력하는 제1,2출력축과, 감속부와 제1,2출력축의 회전을 각각 구속하기 위하여, 감속부와 차체 및 제1,2출력축과 차체에 구비되는 브레이크 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 감속 장치의 전체적인 크기를 축소시키고, 그에 따른 부품의 중량 저감과 제조 공정 단순화를 통하여 제조 원가를 절감할 수 있고, 차량의 선회시 좌/우측 차륜의 회전비율을 적절하게 배분할 수 있게 된다.

Description

다단 감속 구동장치 {Multistage Reduction Drive System}

본 발명은 다단 감속 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 구동모터로부터 제공되는 동력을 디퍼런셜 기어를 이용하여 다단의 감속비로 감속한 상태에서 좌우측 차륜으로 토크를 다르게 분배하여 구동시킬 수 있는 다단 감속 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 구동시스템은 고출력의 동력 성능을 얻기 위해 동력원으로부터 제공되는 회전 구동력을 감속하여 출력하는 감속장치를 구비하고 있다.

이와 같은 감속장치는 엔진이나 전기모터 등으로부터 발생된 동력을 제공받아 회전하는 입력축과, 감속 전이된 회전력을 외부로 출력하는 출력 사이에서 감속을 위한 다단의 기어류를 포함하여 구성된다.

일예로, WO2011-013829A1호에서, 유압제어수단은 차량이 전진 주행할 때, 2개의 전기모터가 모두 역행 구동을 수행한 경우에 유압 브레이크를 개방하고, 2개의 전기모터가 모두 회생 제동을 수행한 경우에는 유압 브레이크를 체결하여 2개의 전기모터의 한쪽이 역행 구동하고, 타방이 회생 제동한 경우에는, 역행 구동토크와 회생 제동토크에 기초하여 유압 브레이크의 계합을 제어하는 차량의 구성이 개시된다.

상기 선행문헌에서 개시하는 차량에서는 2개의 전기모터로부터 제공되는 회전 구동력을 좌/우 차륜으로 개별적으로 출력하기 때문에 전제 시스템의 구성이 복잡할 뿐만 아니라 2개의 전기모터를 개별적으로 제어함에 따라 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 선행문헌에서 개시하는 차량에서는 전기모터로부터 제공되는 회전 구동력을 유성기어에 의한 1차 감속으로 출력하도록 구성되어 있어 동력 성능의 향상을 위해서는 큰 출력의 전기모터를 사용해야 함으로 감속기의 전체 크기가 필요 이상으로 커지게 되며, 이로 인하여 점유 공간을 넓게 설정할 수 밖에 없는 문제가 있다.

WO2011-013829A1

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 단일의 동력원으로부터 제공되는 회전 구동력을 디퍼런셜 기어를 이용하여 좌/우측 차륜으로 전달하도록 구성하여 사이즈 축소 및 구조를 단순화할 수 있도록 한 다단 감속 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다단 감속 구동장치는, 양측 차륜 사이에 구비되는 전기모터의 로터에 결합되어 회전하는 입력축; 입력축의 단부에 결합되되, 전기모터의 회전 구동력을 감속시키는 감속부; 입력축과 로터를 관통하여 전기모터의 양측으로 돌출되게 배치되고, 감속부와 연결되어 감속부로부터 감속된 회전 구동력을 전달받아 회전하는 감속부 출력축; 감속부 출력축의 일측에 연결되어 감속부 출력축과 함께 회전하는 디퍼런셜 기어부; 감속부 출력축을 관통하여 배치되고, 일측단은 디퍼런셜 기어부에 연결되고 타측단은 어느 하나의 차륜에 체결되어 디퍼런셜 기어부의 회전 동력을 전달받아 차륜을 회전시키는 제1출력축; 일측단은 디퍼런셜 기어부에 연결되고 타측단은 다른 하나의 차륜에 체결되어 디퍼런셜 기어부의 회전 동력을 전달받아 차륜을 회전시키는 제2출력축; 및 감속부와 제1,2출력축의 회전을 각각 구속하기 위하여, 감속부와 차체 및 제1,2출력축과 차체에 구비되는 브레이크 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 감속부는, 양측 차륜 중 일측 차륜으로 돌출된 입력축의 일측단부에 구비되는 선기어와, 선기어에 외접하여 방사상으로 배치되는 복수의 제1피니언과, 복수의 제1피니언에 대해 동축상에서 개별적으로 구비되는 복수의 제2피니언과, 복수의 제2피니언에 외접하는 링기어와, 복수의 제1피니언과 복수의 제2피니언을 각각 개별적으로 연결하는 피니언 샤프트를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 감속부 출력축은 전기모턱의 일측으로 돌출되는 일측단부가 방상상으로 배치되는 피니언 샤프트에 연결되도록 분지되는 방사형 연결부재를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 방사형 연결부재는, 피니언 샤프트에 결합될 때, 복수의 피니언 샤프트가 복수의 방사형 연결부재의 단부에 대해 회전되도록 지지하는 지지부재를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 디퍼런셜 기어부는, 감속부 출력축에 결합되는 디프 하우징과, 디프 하우징의 내측에서 차량의 전후 방향으로 고정되는 디프 샤프트와, 디프 샤프트에 회전 가능하게 결합되되, 서로 마주보고 이격되어 구비되는 한 쌍의 디프 피니언과, 한 쌍의 디프 피니언에 직교되는 방향으로 치합되고, 제1,2출력축에 각각 설치되는 한 쌍의 디프 사이드 기어를 포함하여 구성되이 바람직하다.

또한, 브레이크 유닛은, 감속부와 차체에 설치되어 감속부의 회전을 구속하기 위한 메인 브레이크와, 제1,2출력축과 차체에 설치되며, 제1,2출력축의 회전을 구속하기 위한 한 쌍의 보조 브레이크를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 단일의 동력원으로부터 입력축으로 전달되는 회전 구동력을 제1감속부와 제2감속부를 통해 감속 전이된 상태로 전환한 다음 출력축을 통해 외부로 출력될 수 있으므로 출력축 동력 성능을 크게 향상시킬 수 있고, 감속 장치의 전체적인 크기를 축소시키고, 그에 따른 부품의 중량 저감과 제조 공정 단순화를 통하여 제조 원가를 절감할 수 있다.

또한, 모터의 우측에서 입력축과 제1감속부에 구비되는 디퍼런셜 기어부를 통하여 우측 차륜으로 회전 구동력을 출력하도록 구성됨으로써, 차량의 선회시 좌/우측 차륜의 회전비율을 적절하게 배분할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 다단 감속 구동장치에서 디퍼런셜 기어부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동 장치에서 직진 주행과 선회 주행 및 고속 주행시 좌/우측 다판 클러치의 체결 및 해제상태를 나타내는 작동표이다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 다단 감속 구동장치에서 디퍼런셜 기어부를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동 장치에서 직진 주행과 선회 주행 및 고속 주행시 좌/우측 다판 클러치의 체결 및 해제상태를 나타내는 작동표이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치는 입력축(110), 감속부(120), 감속부 출력축(130), 브레이크 유닛, 디퍼런셜 기어부(150), 제1,2출력축(160)(161)을 포함하여 구성된다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치(100)는 동력을 발생시키는 동력원을 하나의 전기모터(50)로 구성하되, 통상적인 내연기관으로 구성될 수도 있다. 동력원인 전기모터(50)는 로터(51)와 스테이터(52)로 구성되며, 양측 차륜(이하에서는 차륜이라고 한다) 사이에 구비된다. 로터(51)는 그 중앙에 관통홀이 형성되며, 이 관통홀을 통하여 후술하는 감속부 출력축(130)과 좌측 차륜에 연결되는 제1출력축(160)이 관통하게 된다.

입력축(110)은 동력원과 연결되어 동력원으로부터 제공되는 회전 구동력에 의해 회전되는 것으로, 로터(51)의 관통홀에 끼워져 전기모터(50)의 일측으로만 돌출된다. 즉, 입력축(110)은 로터(51)의 관통홀에 끼워져 결합되며, 양측 차륜 중 일측 차륜(도면에서 우측) 측으로 돌출된다. 입력축(110)은 파이프 형상의 부재로 형성되며, 그 내측으로 후술하는 감속부 출력축(130)과 좌측 차륜의 제1출력축(160)이 관통되어 결합되도록 구성된다.

감속부(120)는 우측 차륜 쪽으로 돌출된 입력축(110)의 일측단부에 구비되는 선기어(121)와, 선기어(121)에 대해 외접하여 방사상으로 배치되는 복수의 제1피니언(122)과, 복수의 제1피니언(122)에 대해 동축상에서 개별적으로 각각 구비되는 복수의 제2피니언(123)과, 복수의 제2피니언(123)에 외접하도록 배치되는 링기어(124)와, 복수의 제1피니언(122)과 복수의 제2피니언(123)을 각각 개별적으로 연결하는 피니언 샤프트(125)을 포함하여 구성된다.

따라서, 감속부(120)에서 복수의 제1피니언(122)은 선기어(121)보다 큰 직경으로 형성되어 1차 감속을 수행한다. 복수의 제2피니언(123)은 복수의 제1피니언(122)보다 작은 직경으로 형성되며, 링기어(124)에 내접하여 회전하면서 2차 감속을 수행한다. 복수의 제1피니언(122)과 복수의 제2피니언(123)은 각각 별도의 캐리지(미도시)에 의해 일체로 구성된 후에 각각 선기어(121)에 외접하여 일체로 회전하거나 링기어(124)에 내접하여 일체로 회전된다. 복수의 제1피니언(122)과 복수의 제2피니언(123)은 입력축(110)을 중심으로 입력축(110)의 외측에서 방사상으로 배치되도록 구성된다.

감속부 출력축(130)은 입력축(110)의 내측에 관통하여 끼워진 상태에서 전기모터(50)의 중심을 관통하여 전기모터(50)의 양측으로 돌출되어 감속부(120)에 의해 감속되어 전달된 회전 구동력을 디퍼런셜 기어부(150)로 전달한다.

따라서, 감속부 출력축(130)은 전기모터(50)의 일측(우측 차륜 쪽)으로 돌출되는 일측단부가 방사상으로 배치된 피니언 샤프트(125)에 연결되도록 분지되는 방사형 연결부재(131)를 구비한다.

방사형 연결부재(131)는 피니언 샤프트(125)에 결합될 때, 복수의 피니언 샤프트(125)가 방사형 연결부재(131)의 단부에 대해 회전될 수 있도록 지지하는 지지부재(132)를 구비한다. 지지부재(132)는 일예로 베어링으로 구성된다.

브레이크 유닛은 감속부(120) 및 양측 차륜에 연결되는 제1,2출력축의 회전을 각각 선택적으로 구속하기 위한 것으로, 메인 브레이크(140), 한 쌍의 보조 브레이크(141)로 구성된다. 메인 및 한 쌍의 보조 브레이크(141)는 각각이 다수의 가동 플레이트와 다수의 고정 플레이트로 구성된다.

메인 브레이크(140)는 감속부(120)와 차체에 설치되어 감속부(120)의 회전를 구속하기 위한 것으로, 다수의 가동 플레이트가 감속부(120)의 링기어(124) 외주면에 설치되고, 다수의 고정 플레이트가 차체에 설치된다.

한 쌍의 보조 브레이크(141)는 좌측 차륜(전기모터의 타측)에 연결되는 제1출력축(160)과 차체 및 우측 차륜에 연결되는 제2출력축(161)과 차체에 각각 설치되어 양측 차륜에 대해 회전을 구속하는 것으로, 다수의 가동 플레이트가 제1출력축(160) 및 제2출력축(161)에 각각 별도의 결합하우징에 의해 설치되고, 다수의 고정 플레이트가 차체에 결합된다.

디퍼런셜 기어부(150)는 양측 차륜의 회전 비율을 적절하게 배분하기 위한 것으로, 전기모터(50)의 일측(좌측 차륜 쪽)에 설치된다.

디퍼런셜 기어부(150)는 감속부 출력축(130)에 결합되는 디프 하우징(151)과, 디프 하우징(151)의 내측에서 차량의 전후 방향으로 고정되는 디프 샤프트(152)와, 디프 샤프트(151)에 회전 가능하게 결합되되 서로 마주보고 이격되어 구비되는 한 쌍의 디프 피니언(153)과, 한 쌍의 디프 피니언(152)에 직교되는 방향으로 치합되고, 양측 차륜에 연결되는 제1,2출력축(160)(161)에 설치되는 한 쌍의 디프 사이드기어(154)를 포함한다.

디프 하우징(151)은 좌측 차륜 쪽으로 돌출되는 파이프 형상으로 형성되는 감속부 출력축(130)의 단부에 일체로 형성되거나 별도의 부재로 고정되되, 내부에 디프 샤프트(152), 디프 피니언(153), 디프 사이드기어(154)가 설치되도록 공간부가 형성되는 사각 형상의 박스로 형성된다.

디프 샤프트(152)는 디프 하우징(151)의 내측에 고정되되, 차량의 전후방향으로 배치되어 고정된다.

디프 피니언(153)는 원뿔 형상으로 형성되어 디프 샤프트(152)에 회전 가능하게 결합되되, 뾰족한 부분이 서로 마주보고 이격되어 구비되다.

디프 사이드기어(154)는 한 쌍으로 구성되되, 각각이 제1출력축(160)과 제2출력축(161)에 고정되어 회전하면서 디프 피니언(153)에 치합된다. 이 디프 사이드기어(154)도 디프 피니언(153)과 같은 원뿔 형상으로 형성되되, 디프 피니언(153)이 배치되는 방향에 대하여 직교되는 방향으로 배치된 상태로 디프 피니언(153)에 치합되어 회전되도록 구성된다.

제1,2출력축(160)(161)은 디퍼런셜 기어부(150)의 한 쌍의 피프 사이드 기어(154)와 좌/우측 차륜을 각각 연결하여 차륜으로 감속된 전기모터(50)의 회전 구동력을 출력한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치(100)는 하나의 동력원인 전기모터(50)로부터 입력축(110)에 제공되는 회전 구동력을 입력축(110)의 일단부에 연결되는 감속부(120)를 통해 1,2차 감속이 이루어진다.

이후에 감속부(120)를 통해 감속된 회전 구동력은 디퍼런셜 기어부(150)를 통하여 좌우측 차륜에 연결되는 제1,2출력축(160)(161)을 통하여 좌우측 차륜으로 출력되는 것이다.

이 과정에서 좌우측 차륜에 연결되는 제1,2출력축(160)(161)과 감속부(120)의 링기어(124)는 브레이크 유닛에 의해 회전이 구속되거나 회전될 수 있는 바, 도 2에 도시한 바와 같이, 직진 주행시 메인 브레이크(140)는 체결되고, 양측 보조 브레이크(141)는 체결되거나 해제되어 좌/우측 제1,2출력축(160)(161)을 통해 양측 차륜으로 정상적인 동력 전달이 이루어진다.

또한, 좌측 선회 또는 우측 선회시에는 메인 브레이크(140)는 체결되고, 좌/우측 보조 브레이크(141) 중 해당하는 보조 브레이크(141)만이 체결되고, 반대쪽 보조 브레이크(141)는 해제됨으로 제1,2출력축(160)(161) 중 보조 브레이크(141)가 체결된 출력축 즉, 좌측 차륜 쪽의 제1출력축(160)으로만 회전 구동력이 제공되는 것에 반하여, 보조 브레이크(141)가 해제된 제2출력축(161)은 공회전하게 됨으로써 차동 기능을 수행하게 된다. 아울러, 고속의 2륜 구동시에는 내륜기관과 직결되는 차륜만이 구동되고, 메인 브레이크(140)와 보조 브레이크(141)는 모두 해제되는 상태로 전환되어 고속 주행에 적합한 상태로 전환될 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 다단 감속 구동장치는 전기모터(50)의 우측에서 감속부(120)에 구비되는 디퍼런셜 기어부(150)를 통하여 우측 차륜으로 회전 구동력을 출력하도록 구성됨으로써, 차량의 선회시 좌/우측 차륜의 회전비율을 적절하게 배분할 수 있게 된다.

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.

50 : 모터
51 : 로터 52 : 스테이터
100 : 다단 감속 구동장치
110 : 입력축
120 : 감속부
121 : 선기어 122 : 제1피니언
123 : 제2피니언 124 : 링기어
125 : 피니언 샤프트
130 : 감속부 출력축
131 : 방사형 연결부재 132 : 지지부재
140 : 메인 브레이크 141 : 보조 브레이크
150 : 디퍼런셜 기어부
151 : 디프 하우징 152 : 디프 샤프트
153 : 디프 피니언 154 : 디프 사이드기어
160,161 : 제1,2출력축

Claims (6)

1. 양측 차륜 사이에 구비되는 전기모터의 로터에 결합되어 회전하는 입력축;
   입력축의 단부에 결합되되, 전기모터의 회전 구동력을 감속시키는 감속부;
   입력축과 로터를 관통하여 전기모터의 양측으로 돌출되게 배치되고, 감속부와 연결되어 감속부로부터 감속된 회전 구동력을 전달받아 회전하는 감속부 출력축;
   감속부 출력축의 일측에 연결되어 감속부 출력축과 함께 회전하는 디퍼런셜 기어부;
   감속부 출력축을 관통하여 배치되고, 일측단은 디퍼런셜 기어부에 연결되고 타측단은 어느 하나의 차륜에 체결되어 디퍼런셜 기어부의 회전 동력을 전달받아 차륜을 회전시키는 제1출력축;
   일측단은 디퍼런셜 기어부에 연결되고 타측단은 다른 하나의 차륜에 체결되어 디퍼런셜 기어부의 회전 동력을 전달받아 차륜을 회전시키는 제2출력축; 및
   감속부와 제1,2출력축의 회전을 각각 구속하기 위하여, 감속부와 차체 및 제1,2출력축과 차체에 구비되는 브레이크 유닛;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
2. 제1항에 있어서,
   감속부는,
   양측 차륜 중 일측 차륜으로 돌출된 입력축의 일측단부에 구비되는 선기어와,
   선기어에 외접하여 방사상으로 배치되는 복수의 제1피니언과,
   복수의 제1피니언에 대해 동축상에서 개별적으로 구비되는 복수의 제2피니언과,
   복수의 제2피니언에 외접하는 링기어와,
   복수의 제1피니언과 복수의 제2피니언을 각각 개별적으로 연결하는 피니언 샤프트;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   감속부 출력축은
   전기모턱의 일측으로 돌출되는 일측단부가 방사상으로 배치되는 피니언 샤프트에 연결되도록 분지되는 방사형 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   방사형 연결부재는,
   피니언 샤프트에 결합될 때, 복수의 피니언 샤프트가 복수의 방사형 연결부재의 단부에 대해 회전되도록 지지하는 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
5. 제1항에 있어서,
   디퍼런셜 기어부는,
   감속부 출력축에 결합되는 디프 하우징과,
   디프 하우징의 내측에서 차량의 전후 방향으로 고정되는 디프 샤프트와,
   디프 샤프트에 회전 가능하게 결합되되, 서로 마주보고 이격되어 구비되는 한 쌍의 디프 피니언과,
   한 쌍의 디프 피니언에 직교되는 방향으로 치합되고, 제1,2출력축에 각각 설치되는 한 쌍의 디프 사이드 기어;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
6. 제1항에 있어서,
   브레이크 유닛은,
   감속부와 차체에 설치되어 감속부의 회전을 구속하기 위한 메인 브레이크;
   제1,2출력축과 차체에 설치되며, 제1,2출력축의 회전을 구속하기 위한 한 쌍의 보조 브레이크;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 감속 구동장치.
   

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