KR102338308B1 - 변속 시스템 - Google Patents

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오상민
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 변속기는, 엔진의 출력을 전달받아 회전하는 입력 샤프트와, 상기 입력 샤프트에 연결되고 상기 입력 샤프트로부터 전달되는 동력을 선택적으로 출력하는 기어부 및 상기 기어부로부터 선택적으로 동력을 전달받아 차륜으로 출력하는 출력 샤프트를 포함하고, 상기 입력 샤프트와 상기 엔진 사이에는 상기 엔진의 속도 동기화를 위한 제 1 모터가 결합되고, 상기 출력 샤프트와 상기 차륜 사이에는 변속시 동력의 연속적 전달을 위한 제 2 모터가 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

변속 시스템{Transmission System}
본 발명은 변속 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 변속시 동력단절감을 최소화하고 회생 제동 효율을 상승시킬 수 있는 변속 시스템에 관한 것이다.
자동차에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 친환경 자동차가 제공되고 있다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 조화롭게 동작시켜 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.
일반적으로, 하이브리드 자동차는 배터리의 전력을 인버터에서 변환하여 모터에 인가함으로 모터를 작동시킨다. 이때, 모터는 높은 회전수를 가지고 회전하여 동력을 프로펠러 샤프트 또는 구동축 등에 전달한다.
한편 도 1에 도시된 종래 기술에서 하이브리드 AMT(자동화 수동 변속기) 변속 시스템의 경우, 엔진 클러치와 변속기 입력축 사이에 모터가 위치하는 구조 혹은 ISG가 추가된 구조의 시스템이다.
상기 시스템의 경우 모터를 이용하여 싱크로나이저의 결합을 위한 동기화 수행 후 싱크로나이저를 결합하고, 엔진을 이용하여 엔진 클러치의 결합을 위한 2 차 동기화를 수행한 후에 엔진 클러치를 결합함으로써 짧은 변속시간을 확보하여 변속감 향상을 달성하도록 한다.
그러나, 상기와 같은 시스템을 통해 변속 시간을 줄이더라도 동력 단절이 발생할 수 밖에 없고, 회생 제동시 변속이 제한되어 고속에서 제동시 높은 회생력을 내지 못할 가능성이 있다.
등록특허공보 제 10-1976620호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 변속시 동력단절감을 최소화하고 회생 제동 효율을 상승시킬 수 있는 변속 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속기는, 엔진의 출력을 전달받아 회전하는 입력 샤프트와, 상기 입력 샤프트에 연결되고 상기 입력 샤프트로부터 전달되는 동력을 선택적으로 출력하는 기어부 및 상기 기어부로부터 선택적으로 동력을 전달받아 차륜으로 출력하는 출력 샤프트를 포함하고, 상기 입력 샤프트와 상기 엔진 사이에는 상기 엔진의 속도 동기화를 위한 제 1 모터가 결합되고, 상기 출력 샤프트와 상기 차륜 사이에는 변속시 동력의 연속적 전달을 위한 제 2 모터가 결합되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기어부는, 제 1 기어, 제 2 기어, 제 3 기어 및 제 4 기어를 포함하고, 상기 제 1 기어 내지 제 4 기어는 전진 기어인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기어부는, 상기 제 1 기어와 상기 제 2 기어 사이에 배치되고 상기 제 1 기어 또는 상기 제 2 기어 중 어느 하나를 선택하여 상기 출력 샤프트와 함께 회전되도록 하는 제 1 싱크로 나이저와, 상기 제 3 기어와 상기 제 4 기어 사이에 배치되고 상기 제 3 기어 또는 상기 제 4 기어 중 어느 하나를 선택하여 상기 출력 샤프트와 함께 회전되도록 하는 제 2 싱크로 나이저를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 모터와 상기 차륜 사이에는 상기 출력 샤프트로부터 전달되는 동력을 감소시키는 감속 기어가 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기어부는, 상기 입력 샤프트와 연결되고, 상기 제 1 기어 내지 상기 제 4 기어의 입력측에 연결되며 상기 출력 샤프트와 대향되게 배치되는 제 1 카운터 샤프트와, 상기 출력 샤프트와 연결되고, 상기 제 1 기어 내지 상기 제 4 기어의 출력측에 연결되며 상기 입력 샤프트와 대향되게 배치되는 제 2 카운터 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변속기의 변속시, 상기 제 1 모터의 회전에 의해 상기 엔진의 토크가 상쇄되고, 상기 제 2 모터의 회전에 의해 상기 차륜에 전달되는 동력이 유지되면서 상기 제 1 모터와 상기 엔진의 회전에 의해 상기 엔진 축과 상기 기어부의 기어 중 어느 하나가 동기화되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변속기는 HEV 모드로 작동가능하고, 상기 HEV 모드 작동시, 상기 제 1 모터와 상기 엔진의 회전에 의해 상기 엔진 축과 상기 기어부의 기어 중 어느 하나가 동기화되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변속기는 EV 모드로 작동가능하고, 상기 EV 모드 작동시, 상기 제 1 모터의 회전에 의해 상기 엔진의 토크가 상쇄되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변속기는 후진시 상기 제 2 모터의 역회전으로 후진하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래 기술에 비해 변속기 동력단절감이 감소되고 회생 제동 효율이 상승될 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 기술 대비 후진기어와 엔진 클러치가 요구되지 않으므로 원가가 절감되고 변속기의 중량이 저감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 변속 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 시스템을 나타낸 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 시스템은, 엔진(200)의 출력을 전달받아 회전하는 입력 샤프트(10)와, 입력 샤프트(10)에 연결되고 입력 샤프트(10)로부터 전달되는 동력을 선택적으로 출력하는 기어부와, 기어부로부터 선택적으로 동력을 전달받아 차륜(600)으로 출력하는 출력 샤프트(20)를 구비하는 변속기(100)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 변속기(100)는 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)의 변속기일 수 있고, 변속기(100)는 또한 자동화 수동 변속기(AMT)일 수 있다.
한편 전술한 기어부는 제 1 기어(G1), 제 2 기어(G2), 제 3 기어(G3) 및 제 4 기어(G4)를 포함할 수 있고, 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)는 전진 기어일 수 있다.
입력 샤프트(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)의 입력측에 연결되어 엔진(200)으로부터 전달되는 동력을 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)에 전달할 수 있다.
또한, 기어부는 제 1 기어(G1)와 제 2 기어(G2) 사이에 배치되고 제 1 기어(G1) 또는 제 2 기어(G2) 중 어느 하나를 선택하여 출력 샤프트(20)와 함께 회전되도록 하는 제 1 싱크로 나이저(40)와, 제 3 기어(G3)와 제 4 기어(G4) 사이에 배치되고 제 3 기어(G3) 또는 제 4 기어(G4) 중 어느 하나를 선택하여 출력 샤프트(20)와 함께 회전되도록 하는 제 2 싱크로 나이저(50)를 더 포함할 수 있다.
또한, 기어부는 입력 샤프트(10)와 연결되고, 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)의 입력측에 연결되며 출력 샤프트(20)와 대향되게 배치되는 제 1 카운터 샤프트(30)와, 출력 샤프트(20)와 연결되고, 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)의 출력측에 연결되며 입력 샤프트(10)와 대향되게 배치되는 제 2 카운터 샤프트(60)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)의 입력측은 입력 샤프트(10)와 연결된 제 1 카운터 샤프트(30)를 축으로 회전할 수 있고, 제 1 기어(G1) 내지 제 4 기어(G4)의 출력측은 출력 샤프트(20)와 연결된 제 2 카운터 샤프트(60)를 축으로 회전할 수 있다.
한편, 입력 샤프트(10)와 엔진(200) 사이에는 제 1 모터(300)가 결합되고, 출력 샤프트(20)와 차륜(600) 사이에는 제 2 모터(400)가 결합될 수 있다.
이 때, 제 2 모터(400)와 차륜(600) 사이에는 출력 샤프트(20)로부터 전달되는 동력을 감소시키는 감속 기어(500)가 연결될 수 있다.
제 1 모터(300)는 도 1에 도시된 기존의 AMT 하이브리드 차량에 장착된 엔진 클러치를 대신하여 차량의 변속과정에서 엔진(200)의 속도와 타겟 기어의 축의 속도를 동기화하기 위해 구비되는 구성일 수 있고, 제 2 모터(400)는 동력의 연속적 전달을 통해 차량의 변속과정에서 발생할 수 있는 동력 단절감을 감소시키기 위한 구성일 수 있다.
이 때, 제 1 모터(300)와 제 2 모터(400)는 하이브리드 차량에 사용되는 전기 모터(electric motor)일 수 있다.
또한 차량의 후진시 변속기(100)는 후진시 제 2 모터(400)의 역회전으로 후진이 가능할 수 있어 별도의 후진 기어가 요구되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속기(100)의 변속시, 사용자가 변속하고자 하는 타겟 기어로 변속 레버를 작동시키면, 제 1 모터(300)의 회전에 의해 엔진(200)의 토크가 빠르게 상쇄될 수 있다.
이 때, 별도의 엔진 클러치 없이 제 1 모터(300)의 회전에 의해 엔진(200)의 토크가 빠르게 상쇄되므로 제 1 모터(300)의 회전에 의해 발생된 에너지를 통해 차량의 배터리(미도시)를 빠르게 충전할 수 있어 추후 회생제동시 회생 제동 효율이 상승될 수 있다.
이후, 현재 설정된 기어에 연결된 싱크로 나이저가 분리되고, 제 2 모터(400)가 회전되면서 제 2 모터(400)의 회전에 의해 엔진(200)으로부터 차륜(600)에 전달되는 동력이 유지될 수 있다. 이 때, 제 2 모터(400)의 회전에 의해 차량은 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행될 수 있다.
제 2 모터(400)의 회전에 의해 차륜(600)에 전달되는 동력을 유지하는 동안, 제 1 모터(300)와 엔진(200)의 회전에 의해 엔진(200) 축과 기어부의 기어(타겟 기어) 중 어느 하나의 축의 속도가 동기화 될 수 있다.
이후, 타겟 기어에 분리된 싱크로 나이저를 결합하여 타겟 기어로의 변속을 완료할 수 있다.
상기 변속 과정에 대해 예시적으로, 현재 설정된 기어가 제 1 기어(G1)일 때, 사용자가 제 2 기어(G2) 방향으로 변속 레버를 작동시키면 제 1 모터(300)의 회전에 의해 엔진(200)의 토크가 빠르게 상쇄될 수 있다.
이후, 현재 설정된 제 1 기어(G1)에 연결된 제 1 싱크로 나이저(40)가 분리되고, 제 2 모터(400)가 회전되면서 제 2 모터(400)의 회전에 의해 엔진(200)으로부터 차륜(600)에 전달되는 동력이 유지될 수 있다.
제 2 모터(400)의 회전에 의해 차륜(600)에 전달되는 동력을 유지하는 동안, 제 1 모터(300)와 엔진(200)의 회전에 의해 엔진(200) 축과 제 2 기어(G2) 축의 속도가 동기화 될 수 있다.
이후, 제 2 기어(G2)에 분리된 제 1 싱크로 나이저(40)를 결합하여 제 2 기어(G2)로의 변속을 완료할 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기(100)는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 또는 EV(Electric Vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
예를 들어 EV 모드에서 HEV 모드로 전환시, 제 1 모터(300)와 엔진(200)의 회전에 의해 엔진(200) 축과 기어부의 기어 중 어느 하나의 축의 속도가 동기화될 수 있다. 이후, 타겟 기어에 분리된 싱크로 나이저를 결합하여 HEV 모드로의 전환을 완료할 수 있다.
또는 HEV 모드에서 EV 모드로 전환시, 제 1 모터(300)의 회전에 의해 엔진(200)의 토크가 빠르게 상쇄될 수 있다. 이후, 현재 설정된 기어에 연결된 싱크로 나이저가 분리되면서 EV 모드로의 전환을 완료할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래 기술에 비해 변속기 동력단절감이 감소되고 회생 제동 효율이 상승될 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 기술 대비 후진기어와 엔진 클러치가 요구되지 않으므로 원가가 절감되고 변속기의 중량이 저감되는 효과가 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.
100 : 변속기
10 : 입력 샤프트
20 : 출력 샤프트
30 : 제 1 카운터 샤프트
40 : 제 1 싱크로 나이저
50 : 제 2 싱크로 나이저
60 : 제 2 카운터 샤프트
200 : 엔진
300 : 제 1 모터
400 : 제 2 모터
500 : 감속기어
600 : 차륜
G1 : 제 1 기어
G2 : 제 2 기어
G3 : 제 3 기어
G4 : 제 4 기어

Claims (9)

  1. 엔진의 출력을 전달받아 회전하는 입력 샤프트;
    상기 입력 샤프트에 연결되고 상기 입력 샤프트로부터 전달되는 동력을 선택적으로 출력하는 기어부; 및
    상기 기어부로부터 선택적으로 동력을 전달받아 차륜으로 출력하는 출력 샤프트;를 포함하고,
    상기 입력 샤프트와 상기 엔진 사이에는 상기 엔진의 속도 동기화를 위한 제 1 모터가 결합되고, 상기 출력 샤프트와 상기 차륜 사이에는 변속시 동력의 연속적 전달을 위한 제 2 모터가 결합되고,
    상기 기어부는, 제 1 기어, 제 2 기어, 제 3 기어 및 제 4 기어를 포함하고,
    상기 제 1 기어 내지 제 4 기어는 전진 기어인 것을 특징으로 하는 변속기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 제 1 기어와 상기 제 2 기어 사이에 배치되고 상기 제 1 기어 또는 상기 제 2 기어 중 어느 하나를 선택하여 상기 출력 샤프트와 함께 회전되도록 하는 제 1 싱크로 나이저와,
    상기 제 3 기어와 상기 제 4 기어 사이에 배치되고 상기 제 3 기어 또는 상기 제 4 기어 중 어느 하나를 선택하여 상기 출력 샤프트와 함께 회전되도록 하는 제 2 싱크로 나이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 모터와 상기 차륜 사이에는 상기 출력 샤프트로부터 전달되는 동력을 감소시키는 감속 기어가 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 입력 샤프트와 연결되고, 상기 제 1 기어 내지 상기 제 4 기어의 입력측에 연결되며 상기 출력 샤프트와 대향되게 배치되는 제 1 카운터 샤프트와,
    상기 출력 샤프트와 연결되고, 상기 제 1 기어 내지 상기 제 4 기어의 출력측에 연결되며 상기 입력 샤프트와 대향되게 배치되는 제 2 카운터 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 변속기의 변속시,
    상기 제 1 모터의 회전에 의해 상기 엔진의 토크가 상쇄되고,
    상기 제 2 모터의 회전에 의해 상기 차륜에 전달되는 동력이 유지되면서 상기 제 1 모터와 상기 엔진의 회전에 의해 상기 엔진 축과 상기 기어부의 기어 중 어느 하나가 동기화되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 변속기는 HEV 모드로 작동가능하고,
    상기 HEV 모드 작동시, 상기 제 1 모터와 상기 엔진의 회전에 의해 상기 엔진 축과 상기 기어부의 기어 중 어느 하나가 동기화되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 변속기는 EV 모드로 작동가능하고,
    상기 EV 모드 작동시, 상기 제 1 모터의 회전에 의해 상기 엔진의 토크가 상쇄되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 변속기는 후진시 상기 제 2 모터의 역회전으로 후진하는 것을 특징으로 하는 변속기.
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