KR102150871B1 - 2단 변속 액슬장치 - Google Patents

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KR102150871B1
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이윤석
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현대트랜시스 주식회사
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Abstract

본 발명은 일측 단부에 제1 피니언 기어가 구비되는 제1 피니언 샤프트; 및 일측 단부에 제2 피니언 기어가 구비되고 상기 제1 피니언 샤프트가 내부의 중공부에 동심을 이루도록 삽입되는 제2 피니언 샤프트; 를 포함하고, 상기 제1 피니언 기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에 위치하면서 일측 부위가 제1 링기어와 치합되며, 상기 제2 피니언 기어는 일측 부위가 제2 링기어와 치합되고, 상기 제1 링기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에서 상기 제2 피니언 기어 및 디프런셜 케이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치를 제공한다.

Description

2단 변속 액슬장치{TWO SPEED AXLE DEVICE}
본 발명은 액슬에 2단 변속기능을 추가한 2단 변속 액슬장치에 관한 것이다.
일반적으로 FR(Front-engine Rear-drive)방식은 자동차 추진방식 가운데 뒤쪽 두 바퀴에 동력이 전달되는 자동차 구동방식이다. 뒷바퀴굴림이라고도 한다. 자동차의 추진방식에는 이륜구동(2WD)과 사륜구동(4WD)이 있는데, 이륜구동은 다시 전륜구동과 후륜구동으로 나뉜다. 이륜구동은 동력을 전달받는 바퀴가 2개인 경우로, 전륜구동은 앞바퀴가, 후륜구동은 뒷바퀴가 동력을 전달받아 차량을 앞으로 나아가게 한다. 전륜이나 후륜 모두 동력전달 구조가 비교적 간단하기 때문에 차량을 가볍게 할 수 있다는 특징이 있다. 그러나 일반적으로 후륜구동 차량은 변속기와 액셀러레이터 축을 별도로 설치하고, 추진축을 사용하며, 냉각팬이 항상 회전하고 엔진을 세로방향으로 설치한다.
FR 차량에서 동력을 바퀴에 전달하는 액슬은 프로펠러 샤프트에서 받은 동력을 하이포이드 기어를 통해 기어비에 해당되는 토크 증대 및 회전수 감소, 회전축의 방향을 차량 길이방향에서 바퀴 축방향으로 변경하여 차량 구동력을 전달한다.
그런데 차량 구동조건에 따라 고토크(HIGH TORQUE)가 필요한 경우가 있는데 기존 액슬은 입력 받은 토크를 하이포이드 기어비 만큼만 변경하는 1단 변속 기능을 가지고 있어 고토크를 얻기 불가능하다. 4륜 구동 차량의 경우 트랜스퍼의 2단 변속 기능을 통해 토크를 증대하고 있으며, 2륜 구동 차량에서는 엔진 및 변속기 성능에 의해 토크가 결정된다.
이에 대하여, 본 발명은 액슬에 2단 변속기능을 추가하여 주행 조건에 따라 필요한 구동 토크를 얻을 수 있도록 한 메커니즘을 제시하고자 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-0809812호(2008.03.04. 공고)
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 액슬에 2단 변속이 가능하도록 제1 피니언 샤프트를 중공축인 제2 피니언 샤프트의 중공부에 동심 구조를 이루도록 장착함으로써 주행 조건에 따라 필요한 구동 토크를 얻을 수 있는 2단 변속 액슬장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 일측 단부에 제1 피니언 기어가 구비되는 제1 피니언 샤프트; 및 일측 단부에 제2 피니언 기어가 구비되고 상기 제1 피니언 샤프트가 내부의 중공부에 동심을 이루도록 삽입되는 제2 피니언 샤프트; 를 포함하고, 상기 제1 피니언 기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에 위치하면서 일측 부위가 제1 링기어와 치합되며, 상기 제2 피니언 기어는 일측 부위가 제2 링기어와 치합되고, 상기 제1 링기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에서 상기 제2 피니언 기어 및 디프런셜 케이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 링기어는 상기 제2 링기어와 마주보는 일측 부위에 구비되는 수용단부가 상기 제2 링기어의 돌출단부와 연결되고, 상기 디프런셜 케이스와 마주보는 타측 부위가 상기 디프런셜 케이스의 일측 부위와 연결될 수 있다.
또한, 상기 디프런셜 케이스는 상기 제1 피니언 샤프트 및 제2 피니언 샤프트와 직각을 이루는 드라이브 샤프트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 피니언 샤프트 및 제2 피니언 샤프트는 동력절환장치와 연결되고 상기 동력절환장치의 선택에 따라 상기 제1 피니언 샤프트 또는 제2 피니언 샤프트가 작동할 수 있다.
또한, 상기 제1 피니언 샤프트는 상기 제2 피니언 샤프트의 중공부에 구비되는 베어링에 의해 중공부 내부에서 회전 가능하도록 지지될 수 있다.
또한, 상기 제1 피니언 기어는 상기 제2 피니언 기어보다 피치원의 지름이 더 작다.
본 발명은 액슬에 2단 변속이 가능하도록 제1 피니언 샤프트를 중공축인 제2 피니언 샤프트의 중공부에 동심 구조를 이루도록 장착함으로써 주행 조건에 따라 필요한 구동 토크를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 FR 2륜 구동 차량에서 다른 부품의 변경 없이 2단 변속기능을 가진 액슬 장착만으로 고토크 주행이 가능하게 함으로써 차량 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 양산 차량의 1단 액슬을 2단 변속 액슬로 변경하여 고토크 주행이 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 피니언 샤프트의 작동에 따른 제1 동력전달경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 피니언 샤프트의 작동에 따른 제2 동력전달경로를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
기존 액슬(AXLE)은 입력 받은 토크를 하이포이드 기어비 만큼만 변경하는 1단 변속 기능을 가지고 있어 고토크를 얻기 불가능하다. 4륜 구동 차량의 경우 트랜스퍼의 2단 변속 기능을 통해 토크를 증대하고 있으며, 2륜 구동 차량에서는 엔진 및 변속기 성능에 의해 토크가 결정된다. 이에 대하여, 본 발명은 액슬에 2단 변속기능을 추가하여 주행 조건에 따라 필요한 구동 토크를 얻을 수 있도록 한 메커니즘을 제시하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 피니언 샤프트의 작동에 따른 제1 동력전달경로를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 피니언 샤프트의 작동에 따른 제2 동력전달경로를 나타내는 도면이다.
본 발명은 제1 피니언 샤프트(10) 및 내부의 중공부(22)에 제1 피니언 샤프트(10)가 삽입되는 제2 피니언 샤프트(20)를 포함한다.
구체적으로 제1 피니언 샤프트(10)는 일측 단부에 동력 전달을 위한 제1 피니언 기어(11)가 구비된다. 제1 피니언 기어(11)는 동력 전달 방향을 향한다. 제1 피니언 샤프트(10)는 중실축(solid shaft)일 수 있다.
제1 피니언 샤프트(10)는 제2 피니언 샤프트(20)와 동심 구조를 이루도록 제2 피니언 샤프트(20)의 내부 중공부(22)에 삽입 결합된다. 제1 피니언 샤프트(10)는 제2 피니언 샤프트(20)의 중공부(22)에 구비되는 베어링(70)에 회전 가능하도록 지지될 수 있다. 제1 피니언 샤프트(10)는 제2 피니언 샤프트(20)의 중공부(22)에 삽입된 상태로 회전한다. 제1 피니언 기어(11)는 제2 피니언 샤프트(20)의 외측에 위치한다.
제1 피니언 샤프트(10)의 타측 단부는 동력절환장치(60)와 연결되어 동력절환장치(60)의 선택에 의해 동력이 연결되어 구동한다. 동력절환장치(60)는 공지 구성으로 이루어질 수 있다. 동력절환장치(60)는 차량의 동력 절환이 가능한 장치이면 모두 가능하다. 예컨대, 동력절환장치(60)는 싱크로나이져(synchronizer) 등일 수 있다.
제2 피니언 샤프트(20)는 중공축(hollow shaft)일 수 있다. 제2 피니언 샤프트(20)는 하우징(1)에 구비되는 베어링에 의해 회전 가능하도록 지지될 수 있다.
제2 피니언 샤프트(20)는 중심축이 내부 중공부(22)에 삽입 결합되는 제1 피니언 샤프트(10)의 중심축과 일치하는 동심 구조를 이루도록 구성된다. 제2 피니언 샤프트(20)의 타측 끝단은 동력절환장치(60)와 연결된다.
동력절환장치(60)의 선택에 의해 제1 피니언 샤프트(10) 또는 제2 피니언 샤프트(20)에 선택적으로 동력이 전달될 수 있다.
제2 피니언 샤프트(20)의 일측 단부에 동력 전달을 위한 제2 피니언 기어(21)가 구비된다. 제2 피니언 기어(21)는 제1 피니언 기어(11)보다 피치원의 지름(PCD : Pitch Circle Diameter)이 더 큰 기어일 수 있다.
제1 피니언 기어(11)는 제2 피니언 기어(21)와 디프런셜 케이스(50) 사이에 위치한다. 제1 피니언 기어(11)는 일측 부위가 제1 링기어(31)와 치합된다. 제1 피니언 기어(11)와 제1 링기어(31)는 하이포이드 기어(hypoid gear) 세트를 구성할 수 있다. 제1 링기어(31)는 제2 링기어(42) 내부에 위치한다.
제2 피니언 기어(21)는 일측 부위가 제2 링기어(42)와 치합된다. 제2 피니언 기어(21)와 제2 링기어(42)는 하이포이드 기어(hypoid gear) 세트를 구성할 수 있다. 제2 링기어(42)는 제1 링기어(31)보다 직경이 큰 기어이다.
제1 링기어(31)는 제2 링기어(42)와 디프런셜 케이스(50) 사이에서 제1 피니언 기어(11) 및 디프런셜 케이스(50)와 연결된다.
더욱 구체적으로 제1 링기어(31)에 수용단부(32)가 구비된다. 수용단부(32)는 제2 링기어(42)와 마주보는 일측 부위에 구비된다.
제2 링기어(42)에는 수용단부(32)와 대응하는 돌출단부(43)가 마련된다. 돌출단부(43)와 수용단부(32)는 용접(welding)에 의해 견고하게 연결될 수 있다.
제1 링기어(31)와 디프런셜 케이스(50)의 서로 마주보는 부위는 용접(welding)에 의해 견고하게 연결(33)될 수 있다.
디프런셜 케이스(50)에는 디프런셜 기어(differential gear)가 장착될 수 있다. 디프런셜 케이스(50)의 양측으로 드라이브 샤프트(51)가 구비된다. 드라이브 샤프트(51)는 제1 피니언 샤프트(10) 및 제2 피니언 샤프트(20)와 직각을 구조를 이룬다. 드라이브 샤프트(51)의 동력은 좌, 우 양측의 구동륜으로 전달된다.
도면상에 도시되어 있지 않은 프로펠러 샤프트(propeller shaft)로부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)는 일상 주행시 1단 변속 샤프트인 제1 피니언 샤프트(10)와 치합 연결되어 동력을 제1 피니언 샤프트(10)에 전달한다.
도면상에 도시되어 있지 않은 프로펠러 샤프트로부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)는 고토크 필요시 2단 변속 샤프트인 제2 피니언 샤프트(20)와 치합 연결되어 동력을 제2 피니언 샤프트(20)로 전달한다.
일상 주행용인 1단 변속시 동력절환장치(60)와 제1 피니언 샤프트(10)가 연결됨에 따라 제2 피니언 기어(21)보다 피지원의 지름이 작은 제1 피니언 기어(11)가 작동한다. 도 2의 제1 동력전달경로(81)와 같이 제1 피니언 샤프트(10)에 전달된 동력은 제1 피니언 기어(11)와 디프런셜 케이스(50) 및 드라이브 샤프트(51)를 거쳐 좌, 우 양측 구동륜을 전달된다.
2단 변속시 동력절환장치(60)와 제2 피니언 샤프트(20)가 연결됨에 따라 제1 피니언 기어(11)보다 피지원의 지름이 큰 제2 피니언 기어(21)가 작동한다. 도 3의 제2 동력전달경로(82)와 같이 제2 피니언 샤프트(20)에 전달된 동력은 제2 피니언 기어(21)와 디프런셜 케이스(50) 및 드라이브 샤프트(51)를 거쳐 좌, 우 양측 구동륜을 전달된다.
다음은 본 발명의 제1 피니언 샤프트의 작동에 따른 동력전달 과정에 대해 설명한다.
프로펠러 샤프트(미도시)로 부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)는 일상 주행시 변속 1단 하이포이드 기어인 제1 피니언 샤프트(10)에 치합 연결된다.
프로펠러 샤프트로부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)와 제1 피니언 샤프트(10)가 치합 연결될 경우 제1 피니언 샤프트(10)의 동력 전달은 도 2의 화살표와 같이 제1 동력전달경로(81)를 따라 동력 전달이 이루어진다.
구체적으로 제2 피니언 샤프트(20) 내부의 중공부(22)에서 제1 피니언 샤프트(10)가 회전함에 따라 제1 피니언 기어(11)도 회전하게 된다. 제1 피니언 샤프트(10)는 제2 피니언 샤프트(20)의 중공부(22)에 구비된 베어링(70)에 지지되어 회전이 원활하게 이루어질 수 있다.
제1 피니언 기어(11)의 회전력은 제1 링기어(31)에 전달된다. 이때, 제1 피니언 기어(11)는 제2 피니언 기어(21)에 비해 기어의 피지원 지름이 작기 때문에 제2 피니언 기어(21)에 비해 낮은 토크시 사용할 수 있다.
제1 링기어(31)의 회전력은 디프런셜 케이스(50)로 전달되고 디프런셜 케이스(50)에 장착된 디프런셜 기어 등과 같은 디프런셜 메커니즘에 의해 양측 드라이브 샤프트(51)로 동력이 전달된다. 양측 드라이브 샤프트(51)의 동력은 좌, 우 양측의 구동륜으로 전달된다.
다음은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 피니언 샤프트의 작동에 따른 동력전달 과정을 설명한다.
프로펠러 샤프트(미도시)로 부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)는 변속 2단 하이포이드 기어인 제2 피니언 샤프트(20)에 치합 연결된다.
프로펠러 샤프트로부터 동력을 전달받은 동력절환장치(60)와 제2 피니언 샤프트(20)가 치합 연결될 경우 제2 피니언 샤프트(20)의 동력 전달은 도 3의 화살표와 같이 제2 동력전달경로(82)를 따라 동력 전달이 이루어진다.
구체적으로 제2 피니언 샤프트(20)에 동력이 전달되어 제2 피니언 샤프트(20)가 회전함에 따라 제2 피니언 기어(21)도 회전하게 된다.
제2 피니언 기어(21)의 회전력은 제2 링기어(42)에 전달된다. 이때, 제2 피니언 기어(21)는 제1 피니언 기어(11)에 비해 기어의 피지원 지름이 크기 때문에 제1 피니언 기어(11)에 비해 높은 토크시 사용할 수 있다.
제2 링기어(42)의 회전력은 제1 링기어(31)를 거쳐 디프런셜 케이스(50)로 전달되고 디프런셜 케이스(50)에 장착된 디프런셜 기어 등과 같은 디프런셜 메커니즘에 의해 양측 드라이브 샤프트(51)로 동력이 전달된다. 양측 드라이브 샤프트(51)의 동력은 좌, 우 양측의 구동륜으로 전달된다.
살펴본 바와 같이 본 발명은 액슬에 2단 변속이 가능하도록 제1 피니언 샤프트를 중공축인 제2 피니언 샤프트의 중공부에 동심 구조를 이루도록 장착함으로써 주행 조건에 따라 필요한 구동 토크를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 FR 2륜 구동 차량에서 다른 부품의 변경 없이 2단 변속기능을 가진 액슬 장착만으로 고토크 주행이 가능하게 함으로써 차량 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 기존 양산 차량의 1단 액슬을 2단 변속 액슬로 변경하여 고토크 주행이 가능하게 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 하우징
10 : 제1 피니언 샤프트
11 : 제1 피니언 기어
20 : 제2 피니언 샤프트
21 : 제2 피니언 기어
22 : 중공부
31 : 제1 링기어
32 : 수용단부
33 : 연결
42 : 제2 링기어
43 : 돌출단부
50 : 디프런셜 케이스
51 : 드라이브 샤프트
60 :동력절환장치
70 : 베어링
81 : 제1 동력전달경로
82 : 제2 동력전달경로

Claims (6)

  1. 일측 단부에 제1 피니언 기어가 구비되는 제1 피니언 샤프트; 및
    일측 단부에 제2 피니언 기어가 구비되고 상기 제1 피니언 샤프트가 내부의 중공부에 동심을 이루도록 삽입되는 제2 피니언 샤프트;
    를 포함하고,
    상기 제1 피니언 기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에 위치하면서 일측 부위가 제1 링기어와 치합되며,
    상기 제2 피니언 기어는 일측 부위가 제2 링기어와 치합되고,
    상기 제1 링기어는 상기 제2 피니언 기어와 디프런셜 케이스 사이에서 상기 제2 피니언 기어 및 디프런셜 케이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 링기어는,
    상기 제2 링기어와 마주보는 일측 부위에 구비되는 수용단부가 상기 제2 링기어의 돌출단부와 연결되고, 상기 디프런셜 케이스와 마주보는 타측 부위가 상기 디프런셜 케이스의 일측 부위와 연결되는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디프런셜 케이스는,
    상기 제1 피니언 샤프트 및 제2 피니언 샤프트와 직각을 이루는 드라이브 샤프트를 구비하는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 피니언 샤프트 및 제2 피니언 샤프트는 동력절환장치와 연결되고 상기 동력절환장치의 선택에 따라 상기 제1 피니언 샤프트 또는 제2 피니언 샤프트가 작동하는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 피니언 샤프트는,
    상기 제2 피니언 샤프트의 중공부에 구비되는 베어링에 의해 중공부 내부에서 회전 가능하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 피니언 기어는 상기 제2 피니언 기어보다 피치원의 지름이 더 작은 것을 특징으로 하는 2단 변속 액슬장치.
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