KR102356303B1 - 이륜 차량용 2단 변속장치 - Google Patents

이륜 차량용 2단 변속장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이륜 차량용 2단 변속장치에 관한 것으로, 구동모터에 의해 정.역회전되는 입력축; 입력축과 같이 회전되게 구비되는 선기어; 선기어의 외주와 이격되게 구비되는 링기어; 선기어와 링기어 사이에 구비되어 선기어와 링기어에 각각 치합되는 다수의 더블 유성기어; 다수의 더블 유성기어에 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어; 캐리어에 구비되어 캐리어를 일방향으로만 회전시키는 원웨이클러치; 캐리어에 연결되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단하면서 변속하는 클러치; 링기어에 연결되어 링기어와 같이 회전되면서 입력축의 회전 동력을 휠에 전달하는 출력축;을 포함하여, 클러치에 의해 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 1단 주행과, 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 캐리어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 2단 주행이 가능한 2단 변속장치를 제공한다.

Description

이륜 차량용 2단 변속장치{Two-steps transmission for two-wheeled vehicles}
본 발명은 이륜 차량용 2단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더블 유성기어 세트와 습식 다판클러치로 2단 변속기를 구성한 이륜 차량용 2단 변속장치에 관한 것이다.
최근 차량의 배기가스로 인한 대기오염 및 지구 온난화와 같은 피해로 인한 지구환경 보호와 에너지 자원의 고갈에 따른 에너지 절약 정책이 추진되고 있으며, 이러한 점을 해결하고자 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 연료전지 전기 자동차와 같은 친환경 차량에 대한 관심이 증대되고 있다.
이러한 전기 자동차는 전동 자전거, 스쿠터, 오토바이 등과 같은 이륜차 뿐만 아니라 전동 휠체어, 자동차 등과 같은 사륜차를 모두 포함한다.
특히, 전기 자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하므로 동력원으로 전기 모터를 사용함으로써 배기가스의 배출이 전혀 없는 무공해 차량으로, 초기에는 전기 모터에서 출력되는 동력을 감속시키기 위한 감속기가 구비되었고, 이 감속기에 의해 전기 모터의 동력이 감속된 상태로 휠로 전달되어 휠을 구동시키는 동력전달구조가 주로 사용되었다.
그런데, 전기 모터는 회전속도(rpm)에 따라 토오크가 달라지는 특성이 있다. 즉, 초기 기동 때 가장 큰 토오크를 내는 특성이 있는데, 가속 이후 떨어지는 토오크를 보상하기 위해 전류량을 증가시키는 경우, 누수되는 열에너지가 증가하게 되므로 모터 효율이 떨어지게 되는 단점이 있다.
이에, 최근에는 전기 자동차에 변속장치를 장착하여 전기 모터로부터의 동력을 보다 효율적으로 휠로 전달하도록 하여, 전기 자동차의 주행 거리를 연장시키고 구동 성능을 향상시키는 변속 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이와 같이 전기 자동차에 감속기를 대신하여 구성되는 변속 시스템에는 모터를 최대한 효율적으로 운전할 수 있는 2단 변속장치가 널리 사용되고 있다.
하지만, 종래의 2단 변속장치는 2단 변속단을 구현하기 위해, 2개의 마찰클러치 또는 유체클러치가 필요하고, 이로 인해 변속기의 부피가 커지게 되며, 동력 단절감 즉 토오크 단절감 등으로 인해 동력전달효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 종래의 2단 변속장치는 다수의 외접기어와, 록킹 장치, 시프트 기구 등의 구성이 적용되어 있으므로, 그 구조가 매우 복잡하고, 많은 구성 부품 수 및 이에 따른 복잡한 연결구조로 인해 동력원의 동력이 출력축으로 신속하게 전달되지 못하는 동력손실현상이 발생되어, 변속성능이 저하되는 문제가 있다.
특히, 종래의 2단 변속장치는 1단에서 2단으로의 변속시, 변속 충격과 마찰손실이 발생되어, 승차감을 저하시킬 뿐 아니라 부품의 수명을 저하시키게 되고, 안전운전에 방해 요인으로 작용되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0005209호 대한민국 등록특허 제10-1532834호 대한민국 등록특허 제10-1350772호 대한민국 공개특허 제10-1997-0046346호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 더블 유성기어 세트와 습식 다판클러치로 2단 변속기를 구성하여 선기어를 통해 입력된 모터의 동력이 습식 다판클러치의 작동에 의해 2단 변속되어 출력축을 통해 휠로 전달되도록 한 이륜 차량용 2단 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치는, 구동모터에 의해 정.역회전되는 입력축; 입력축과 같이 회전되게 구비되는 선기어; 선기어의 외주와 이격되게 구비되는 링기어; 선기어와 링기어 사이에 구비되어 선기어와 링기어에 각각 치합되는 다수의 더블 유성기어; 다수의 더블 유성기어에 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어; 캐리어에 구비되어 캐리어를 일방향으로만 회전시키는 원웨이클러치; 캐리어에 연결되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단하면서 변속하는 클러치; 링기어에 연결되어 링기어와 같이 회전되면서 입력축의 회전 동력을 휠에 전달하는 출력축;을 포함하여, 클러치에 의해 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 1단 주행과, 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 캐리어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 2단 주행이 가능한 2단 변속장치를 특징으로 한다.
그리고, 더블 유성기어는 선기어의 외주에 치합되는 제1 유성기어 및 링기어의 내주에 치합되는 제2 유성기어로 구비되고, 제1 유성기어와 제2 유성기어는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비될 수 있다.
또한, 클러치는 캐리어에 연결되어 캐리어와 같이 회전되는 클러치하우징; 클러치하우징의 내주에서 클러치하우징과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판; 링기어의 외주에서 링기어와 같이 회전되게 구비되는 한편 클러치마찰판과 선택적으로 접촉되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단시키는 클러치디스크;를 포함할 수 있다.
게다가, 클러치디스크는 링기어의 외주에 스플라인 또는 세레이션 결합되어 축방향으로 이동되면서 클러치마찰관과 접촉 또는 분리되게 구비될 수 있다.
또한, 클러치디스크에는 클러치디스크와 같이 회전되면서 클러치디스크를 이동시키는 클러치압력판이 구비되고, 클러치압력판과 링기어 사이에는 이동된 클러치압력판을 원위치로 복귀시키는 리턴스프링이 구비되며, 링기어에는 클러치압력판의 이동을 정지시키는 스톱퍼가 구비될 수도 있다.
이와 더불어, 클러치압력판에는 릴리즈베어링을 매개로 연결되어 클러치압력판을 이동시키는 피스톤을 갖는 실린더부가 구비되고, 실린더부에는 유압을 공급하여 피스톤을 이동시키는 마스터실린더가 연결되어 구비되며, 마스터실린더는 정.역회전 가능한 변속모터에 의해 작동되게 구비될 수도 있다.
게다가, 변속모터는 그 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축과, 스크류축에 결합되어 스크류축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 이동블록을 포함하고, 이동블록은 마스터실린더에 구비되는 피스톤로드와 연결되어 마스터실린더에서 피스톤로드를 직선 이동시키도록 구비될 수 있다.
본 발명의 이륜 차량용 2단 변속장치에 따르면, 모터의 동력이 더블 유성기어 세트의 선기어를 통해 입력되고, 입력된 동력이 습식 다판클러치에 의해 1단 또는 2단 변속되어 링기어를 통해 출력축 및 휠로 전달됨으로써 종래에 비해 구성이 간단하고, 변속과정에서 습식 다판클러치의 슬립에 의해 동력단절감 없이 동력을 전달할 수 있어 동력전달효율이 우수하게 되며, 변속 시 충격 발생이 최소화되어 승차감을 향상시킬 뿐 아니라 부품의 마모를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 기어열 구조를 보인 확대 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 1단 변속 상태의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 변속 시의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 2단 변속 상태의 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치의 구조 및 변속 과정을 도시한 도면들이다.
본 발명에 따른 이륜 차량용 2단 변속장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 동력원인 구동모터(110)와 출력단인 휠(140) 사이에 더블 유성기어 세트와, 습식 다판클러치(260)가 구성된 2단 변속기(100)로 구현된다.
2단 변속기(100)는 정.역회전이 가능한 구동모터(110)와, 구동모터(110)에 연결되어 정.역회전되면서 이에 따른 회전 동력을 발생시키는 입력축(210)과, 입력축(210)과 출력축(250) 사이에 구비되어 입력축(210)과 연동되면서 입력축(210)의 동력을 출력축(250)으로 전달하는 더블 유성기어 세트와, 더블 유성기어 세트와 출력축(250)을 선택적으로 연결시켜 입력축(210)의 동력을 출력축(250)으로 감속 또는 동일한 속도로 전달하는 습식 다판클러치(260)와, 더블 유성기어 세트를 통해 입력축(210)의 회전 동력을 휠(140)에 전달하는 출력축(250)을 포함한다.
구동모터(110)는 전기를 에너지로 사용하는 전기 모터로 구비되고, 이는 컨트롤러(150)에 의해 제어되어 구동된다.
즉, 구동모터(110)를 제어하기 위해서는, 구동모터(110)에 이의 회전속도를 감지하여 컨트롤러(150)로 출력하는 속도센서(111)가 구비되고, 속도센서(111)를 통해 구동모터(110)의 회전속도가 입력된 컨트롤러(150)에서는 차량의 주행상태(즉, 주행 모드나 운전 모드)에 따라 구동모터(110)를 제어하게 된다.
그리고, 입력축(210)과, 더블 유성기어 세트, 습식 다판클러치(260), 출력축(250) 등은 변속기 하우징(200) 내에 구비되고, 변속기 하우징(200) 내에는 오일이 충진돼 있어 각 부품 간의 작동 부위를 냉각시킴과 동시에 마찰 저항을 줄여 주므로 변속이 원활히 이루어지게 된다.
이러한 변속기 하우징(200)의 일측에는 입력축(210)이 관통 결합되고, 반대편의 타측에는 출력축(250)이 관통 결합되어 구비된다.
입력축(210)은 변속기 하우징(200)에 입력단 베어링을 매개로 관통 결합되어 회전 가능하게 구비되고, 출력축(250) 역시도 변속기 하우징(200)에 출력단 베어링을 매개로 관통 결합되어 회전 가능하게 구비된다. 이러한 각각의 베어링과 변속기 하우징(200) 사이에는 오일실이 구비되어 입력축(210) 및 출력축(250)이 관통된 변속기 하우징(200)을 실링하게 된다.
이러한 입력축(210)은 그 일측부에는 구동모터(110)가 연결되고 타측부에는 더블 유성기어 세트의 선기어(220)가 구비된다.
특히, 더블 유성기어 세트는 하나의 선기어(220)와, 다수의 더블 유성기어(230)(230a), 하나의 링기어(240), 하나의 캐리어(231)를 포함한다.
즉, 더블 유성기어 세트는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력축(210)과 같이 회전되게 구비되는 선기어(220)와, 선기어(220)의 외주와 이격되게 구비되는 링기어(240)와, 선기어(220)와 링기어(240) 사이에 구비되어 선기어(220)와 링기어(240)에 각각 치합되어 구비되는 다수의 더블 유성기어(230)(230a)와, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)에 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어(231)를 포함한다.
이러한 유성기어 세트에 구성되는 선기어(220)는 입력축(210)의 일단부에 설치되어 입력축(210)과 같이 회전되게 구비된다.
이때, 선기어(220)는 입력축(210)에 일체로 형성될 수도 있고, 또는 별개로 독립되게 형성된 후 키 결합 등과 같은 결합수단으로 고정되게 구비될 수도 있다.
그리고, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)는 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 선기어(220)를 중심으로 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 치합되는 4개의 외접 기어로 구비된다.
이러한 더블 유성기어(230)(230a)는 복수의 기어가 한 조로 구성된 유성기어로서, 선기어(220)의 외주에 치합되는 제1 유성기어(230) 및 링기어(240)의 내주에 치합되는 제2 유성기어(230a)로 구비되고, 제1 유성기어(230)와 제2 유성기어(230a)는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비된다. 한편, 본 실시예에서는 제1,2 유성기어(230)(230a)가 1:1의 기어비로 치합되어 구비된 것을 일례로 예시하여 설명한다.
따라서, 더블 유성기어(230)(230a) 중 제1 유성기어(230)는 선기어(220)의 회전에 의한 동력을 전달받아 선기어(220)와 반대 방향으로 회전(자전)되면서 선기어(220)의 외주를 따라 이동되는 공전을 하게 되고, 제2 유성기어(230a)는 제1 유성기어(230)와 링기어(240)에 치합된 상태로 제1 유성기어(230)의 회전에 의해 선기어(220)와 동일한 방향으로 회전(자전)되면서 링기어(240)의 내주를 따라 이동되는 공전을 하게 된다.
이때, 더블 유성기어(230)(230a)의 공전 방향은 후술될 캐리어(231)에 의해 선기어(220)의 회전 방향과 동일한 방향으로 이동된다.
특히, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)는 후술될 하나의 캐리어(231)로 모두 연결되게 구비되고, 캐리어(231)에는 각각의 더블 유성기어(230)(230a)가 별개로 회전(자전) 가능하게 결합되어 구비된다.
이로써, 더블 유성기어(230)(230a)는 캐리어(231)에서 각각 회전(자전)되면서 캐리어(231)에 의해 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 원주 방향을 따라 이동되는 공전을 하게 됨으로써 캐리어(231)는 더블 유성기어(230)(230a)의 공전 방향 즉 선기어(220)와 회전 방향과 동일한 방향으로 회전된다.
한편, 상기와 같이 유성기어를 더블 유성기어(230)(230a)로 구성함으로써 협소한 구조적 한계에도 불구하고 단일 유성기어보다 낮은 기어비를 구현할 수 있으므로 단일 유성기어에 비해 동일 속도에서 구동모터(110)의 회전수가 낮아 구동모터(110)의 부하를 현저히 줄일 수 있고, 구동시 기어소음 역시도 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.
게다가, 더블 유성기어의 제1 유성기어(230)와 제2 유성기어(230a)의 기어비를 낮은 기어비로 설정하면 전술한 장점을 더욱 극대화할 수 있다. 즉, 제1 유성기어(230)를 제2 유성기어(230a)보다 큰 지름을 갖는 기어로 구비하여 낮은 기어비를 갖도록 구비할 수 있다.
또한, 캐리어(231)는 입력축(210)의 동력을 더블 유성기어(230)(230a)와 링기어(240)를 통해 출력축(250)에 감속 또는 동일한 속도로 전달하기 위한 장치로서, 그 외측 단부에는 더블 유성기어(230)(230a)가 각각 회전(자전) 가능하게 결합되어 구비된다. 즉, 캐리어(231)가 회전되는 2단을 제외한 1단 모드나 변속 모드에서는 모두 입력축(210)의 동력이 감속되어 출력축(250)으로 전달된다.
한편, 상기와 같은 캐리어(231)에는 캐리어(231)를 정방향(전진 주행 방향)으로는 회전시키고, 역방향(후진 주행 방향)의 회전은 불가하도록 구속하는 원웨이클러치(232)가 구비된다. 이러한 원웨이클러치(232)는 이미 당업계에서 다양한 형태로 널리 알려져 있는 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
게다가, 캐리어(231)에는 후술될 습식 다판클러치(260)의 클러치하우징(261)이 연결되게 구비되어, 원웨이클러치(232)와 상호 작용을 하게 된다.
즉, 캐리어(231)는 1단 모드에서 선기어(220)가 정방향으로 회전됨에 불구하고 클러치(260)의 연결이 해제돼 있으므로 회전이 정지되고, 클러치(260)가 연결되는 변속 모드 및 2단 모드에서는 캐리어(231)가 선기어(220)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전(자전)된다.
이러한 캐리어(231)는 선기어(220)의 역방향 회전시는 원웨이클러치(232)에 의해 회전 불가한 상태로 고정된다.
그리고, 링기어(240)는 선기어(220)와의 사이에 구비되는 더블 유성기어(230)(230a) 중 제2 유성기어(230a)가 그 내주에 치합되어 내접된 상태로 구비된다.
이러한 링기어(240)에는 출력축(250)이 고정되게 연결됨으로써, 입력축(210)의 동력은 링기어(240)를 통해 출력축(250)으로 전달되어 휠(140)을 회전시키게 된다.
한편, 출력축(250)은 그 일측부에 링기어(240)가 고정되게 연결되고 타측부에는 휠(140)이 연결되게 구비됨으로써, 입력축(210)의 동력을 휠(140)에 전달하여 휠(140)을 회전시키도록 구비된다.
그리고, 출력축(250)과 휠(140) 사이에는 구동모터(110)에 의해 입력축(210)의 동력을 휠(140)에 감속 전달하기 위한 감속기어(253)가 구비된다.
게다가, 출력축(250)에는 이의 회전속도를 감지하여 컨트롤러(150)로 출력하는 출력 속도센서(252)가 구비되고, 출력 속도센서(252)를 통해 컨트롤러(150)가 구동모터(110)를 차량의 주행상태(즉, 주행 모드나 운전 모드)에 따라 제어하게 된다.
한편, 캐리어(231)에는 클러치 즉 습식 다판클러치(260)가 연결되어 구비되고, 습식 다판클러치(260)는 1단 모드에서는 클러치 연결이 차단(해제)되고, 변속 모드 및 2단 모드에서는 클러치가 연결되어 캐리어(231)를 선기어(220)와 동일한 방향으로 회전시키며, 이에 따라 2단 모드에서는 선기어(220)의 동력이 링기어(240)에 그대로 전달되어 선기어(220)와 동일한 속도로 출력하게 된다.
습식 다판클러치(260)는 변속기 하우징(200) 내에서 캐리어(231)에 연결되어 변속 모드 및 2단 모드에서 입력축(210)과 같이 회전되는 클러치하우징(261)과, 클러치하우징(261)의 내주에서 클러치하우징(261)과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판(262)과, 링기어(240)의 외주에서 링기어(240)와 같이 회전되게 구비되고 클러치마찰판(262)과 선택적으로 접촉되어 링기어(240)로 동력을 전달하거나 차단시키는 클러치디스크(263)를 포함한다.
클러치하우징(261)은 그 일면이 개구된 "⊂"자 형상으로 형성되고, 클러치하우징(261) 내부에는 유성기어 세트가 삽입되어 구비된다.
이러한 클러치하우징(261)의 중앙에는 입력축(210)이 관통되어 선기어(220)에 결합 고정되고, 클러치하우징(261)의 일면에는 캐리어(231)가 연결되어 고정되며, 링기어(240)의 외주와 마주하는 클러치하우징(261)의 내주에는 클러치마찰판(262)이 구비되며, 클러치마찰판(262)은 등간격으로 이격된 다판 구조로 구비된다.
그리고, 링기어(240)의 외주에는 클러치마찰판(262)에 대응한 다판 구조의 클러치디스크(263)가 구비된다.
이러한 클러치디스크(263)는 링기어(240)의 외주에 스플라인 결합되어 링기어(240)와 같이 회전되면서 링기어(240)의 축방향으로 이동 가능하게 구비된다. 특히, 클러치디스크(263)는 링기어(240)에 세레이션 결합될 수도 있으나, 세레이션 구조보다 가공성이나 내구성이 더 우수한 스플라인 구조로 형성하는 것이 더 바람직하다.
따라서, 클러치디스크(263)는 링기어(240)의 외주에서 축방향으로 이동되면서 클러치마찰판(262)과 접촉되거나 또는 분리되게 구비된다.
이때, 링기어(240)의 외주에는 클러치디스크(263)의 이동을 제한하는 스톱퍼(242)가 돌출되게 구비되고, 스톱퍼(242)는 링기어(240)의 외주에 결합 고정되는 스냅링으로 구성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 클러치디스크(263)는 변속기 하우징(200) 내에서 축방향으로 이동되는 클러치압력판(264)에 의해 이동되고, 리턴스프링(266)에 의해 원위치로 복귀된다.
이를 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(150)에 의해 제어되는 변속모터(120)와, 변속모터(120)와 링크수단으로 연결되어 작동되는 마스터실린더(130)가 구성되고, 변속기 하우징(200) 내에는 마스터실린더(130)에서 토출되는 유압에 의해 직선 이동되는 피스톤(271)이 구비된다.
특히, 출력축(250)이 있는 변속기 하우징(200)의 내측에는 중공의 실린더부(270)가 형성되고, 실린더부(270)에는 피스톤(271)이 이동되어 출입되게 구비된다.
그리고, 실린더부(270)에서 출입되는 피스톤(271)에는 클러치압력판(264)이 릴리즈베어링(265)을 매개로 결합되어 구비됨으로써 클러치압력판(264)이 회전되어도 피스톤(271)은 회전되지 않고 클러치압력판(264)을 직선 이동시킬 수 있게 된다.
이때, 실린더부(270)에는 유압이 인입 및 인출되는 하나의 포트만이 구비되어, 마스터실린더(130)에 의한 유압의 공급시는 피스톤(271)이 인출되면서 클러치압력판(264)을 밀어 클러치디스크(263)를 클러치마찰판(262)에 접촉시키고, 리턴스프링(266)에 의한 클러치압력판(264)의 복귀시는 실린더부(270) 내의 유압이 배출되어 마스터실린더(130)로 공급된다.
이에, 클러치압력판(264)을 밀고 있던 가압력이 해제됨에 따라 클러치디스크(263)는 클러치마찰판(262)과 밀착된 상태로 회전되는 원심력에 의해 클러치마찰판(262)에서 자연적으로 분리되어 동력전달이 차단된다.
이와 같은 실린더부(270)에는 유압센서(272)가 구비되어 실린더부(270)에 작용하는 유압을 감지할 수 있고, 이에 따라 컨트롤러(150)가 변속모터(120) 및 마스터실린더(130)를 통해 유압을 제어할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 클러치압력판(264)을 원위치로 이동시키는 리턴스프링(266)은 링기어(240)와 클러치압력판(264) 사이에 구비되는 압축 코일스프링으로 구성된다.
따라서, 피스톤(271)에 의한 클러치압력판(264)의 이동시는 리턴스프링(266)이 링기어(240)와 클러치압력판(264) 사이에서 압축되고, 리턴스프링(266)의 인장시는 이동돼 있던 클러치압력판(264)이 반대 방향으로 이동되어 원위치로 복귀된다.
그리고, 마스터실린더(130)는 그 일측에 피스톤로드(131)가 출입되게 구비되고, 타측에는 실린더부(270)의 포트와 유압호스로 연결되는 포트가 구비된다.
이에 따라, 피스톤로드(131)가 마스터실린더(130) 내로 인입되면 마스터실린더(130) 내의 유압이 실린더부(270)로 공급되어 피스톤(271)을 인출시키게 되고, 피스톤로드(131)가 마스터실린더(130)에서 인출되면 피스톤(271)을 이동시킨 압력이 해제됨에 따라 리턴스프링(266)에 의해 피스톤(271)이 실린더부(270) 내로 인입되면서 실린더부(270) 내의 유압이 마스터실린더(130) 측으로 리턴 공급된다.
한편, 상기와 같은 마스터실린더(130)는 정.역회전 가능한 변속모터(120)와 링크수단으로 연결되어 작동되는 바, 링크수단은 변속모터(120)의 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축(121)과, 스크류축(121)에 나사 결합되어 스크류축(121)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 직선 이동되는 이동블록(122)을 포함한다.
그리고, 변속모터(120)에는 스크류축(121)의 회전을 감지하는 엔코더 즉 위치센서(123)가 구비되고, 이동블록(122)에는 마스터실린더(130)의 피스톤로드(131)가 연결되어 구비된다.
이로써, 변속모터(120)의 정방향 구동시엔 정회전되는 스크류축(121)에서 이동블록(122)이 모터 본체와 먼 방향으로 이동되고, 변속모터(120)의 역 구동시엔 역회전되는 스크류축(121)에서 이동블록(122)이 모터 본체에 근접되는 방향으로 이동되면서 마스터실린더(130)의 피스톤로드(131)를 직선 이동시키게 된다.
따라서, 상기와 같은 2단 변속기(100)는 습식 다판클러치(260)에 의해 구동모터(110)의 동력이 입력축(210), 선기어(220), 유성기어(230), 링기어(240), 출력축(250)을 통해 휠(140)에 전달되는 1단 주행과, 구동모터(110)의 동력이 입력축(210), 선기어(220), 캐리어(231), 링기어(240), 출력축(250)을 통해 휠(140)에 전달되는 2단 주행이 가능하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 차량용 2단 변속장치의 작동관계를 설명한다.
먼저, 2단 변속기(100)에 의한 1단 주행은 도 3에 도시된 바와 같이, 습식 다판클러치(260)에 의해 클러치디스크(263)와 클러치마찰판(262)이 분리된 상태로서 캐리어(231)와 링기어(240)의 동력전달은 차단된 상태가 된다.
이 상태에서 구동모터(110)의 동력은 입력축(210)으로 그대로 전달되고, 입력축(210)의 동력은 도 3의 왼쪽 도면에서와 같이 선기어(220)와, 더블 유성기어(230)(230a), 링기어(240)를 통해 출력축(250)으로 전달되며, 출력축(250)으로 전달된 동력은 감속기어(253)를 통해 감속된 상태로 출력되어 휠(140)을 감속 회전시키게 된다.
이때, 클러치(260)의 클러치디스크(263)와 클러치마찰판(262)이 분리되어 동력전달이 차단된 상태이므로 입력축(210)의 동력이 선기어(220)를 통해 링기어(240)로 전달될 때, 더블 유성기어(230)(230a)는 서로 반대되는 방향으로 회전(자전)되면서 링기어(240)를 회전시키지만, 캐리어(231)는 도 3의 오른쪽 하부 도면에서와 같이 무부하 상태로서 회전되지 않고 정지된 상태를 유지하게 된다.
즉, 더블 유성기어(230)(230a)는 캐리어(231)에 의해 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 공전이 정지된 상태로서 서로 반대 방향으로 자전된다. 더블 유성기어(230)(230a) 중 제1 유성기어(230)는 도 3의 오른쪽 상부 도면에서와 같이 선기어(220)에 의해 반시계 방향으로 회전되고, 제2 유성기어(230a)는 제1 유성기어(230)에 의해 시계 방향으로 회전되면서 링기어(240)를 선기어(220)와 동일한 시계 방향(정방향)으로 회전시키게 되며, 이때 링기어(240)는 더블 유성기어(230)(230a)에 의해 감속 회전된다.
이후, 1단에서 2단으로의 변속시는 도 4의 왼쪽 도면에서와 같이, 마스터실린더(130)에 의해 실린더부(270)의 피스톤(271)이 인출되면서 클러치압력판(264)을 밀어 이송시키게 된다.
그러면, 클러치압력판(264)이 클러치디스크(263)에 접한 상태로 클러치디스크(263)를 링기어(240)의 외주에서 클러치마찰판(262) 측으로 이동시키게 되고, 이동되는 클러치디스크(263)는 회전되는 클러치마찰판(262)과 슬립되면서 밀착될 때까지 이동되어 접하게 된다.
그리고, 클러치디스크(263)가 회전되는 클러치마찰판(262)에 밀착되면, 클러치디스크(263)가 클러치마찰판(262)과 일체로 회전되고, 이에 캐리어(231)의 원웨이클러치(232)가 해제되어 캐리어(231)가 선기어(220)와 동일한 정방향으로 회전되기 시작하면서 도 4의 오른쪽 상부 및 하부 도면에 나타난 바와 같이 링기어(240)의 회전속도가 점차 증속됨을 알 수 있다.
게다가, 이러한 변속과정에서 발생되는 클러치디스크(263)와 클러치마찰판(262)의 슬립 현상과 더불어 더블 유성기어비에 의해 선기어(220)의 외주를 따라 공전되는 더블 유성기어(230)(230a)의 자전속도는 점차 감속된다.
따라서, 상기와 같은 변속과정에서 클러치디스크(263)와 클러치마찰판(262) 간의 슬립 토오크는 발생되지만, 토오크 단절로 인한 동력 단절감은 완전히 방지되므로 안정적인 동력전달이 가능하게 된다.
이후, 2단 변속 후에는 더블 유성기어(230)(230a)의 자전은 완전히 정지되고 공전만 이루어지는 상태가 된다.
이와 같이 2단으로 변속된 후에는 도 5의 왼쪽 도면에서와 같이, 습식 다판클러치(260)에 의해 입력축(210)의 동력이 캐리어(231)에 의해 링기어(240)로 그대로 전달되어 출력축(250)을 통해 휠(140)로 출력된다.
따라서, 2단으로의 변속 후에는 입력축(210)의 동력이 캐리어(231)에 의해 선기어(220)에서 링기어(240)로 그대로 전달되어 선기어(220)와 링기어(240)가 동일한 속도와 방향으로 회전됨에 따라 더블 유성기어(230)(230a)는 자전이 정지된 상태로 선기어(220)의 외주를 따라 이동되는 공전만 이루어지게 되고, 이에 링기어(240)는 도 5의 오른쪽 상부 및 하부 도면에 나타난 바와 같이 선기어(220)와 동일한 속도로 회전되면서 이의 동력을 출력축(250)을 통해 휠(140)로 전달하게 됨으로써 휠(140)은 1단보다 빠른 회전 주행을 하게 된다.
한편, 본 발명의 2단 변속기(100)에서는 클러치(260)가 차단된 1단 모드 및 클러치(260)가 연결된 2단 모드 모두에서 구동모터(110)의 역회전 즉 후진 동력은 전달이 불가하게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 2단 변속기 110 : 구동모터
111 : 속도센서 120 : 변속모터
121 : 스크류축 122 : 이동블록
123 : 위치센서 130 : 마스터실린더
131 : 피스톤로드 140 : 휠
150 : 컨트롤러 200 : 변속기 하우징
210 : 입력축 220 : 선기어
230,230a : 유성기어 231 : 캐리어
232 : 원웨이클러치 240 : 링기어
242 : 스톱퍼 250 : 출력축
252 : 출력 속도센서 253 : 감속기어
260 : 클러치 261 : 클러치하우징
262 : 클러치마찰판 263 : 클러치디스크
264 : 클러치압력판 265 : 릴리즈베어링
266 : 리턴스프링 270 : 실린더부
271 : 피스톤 272 : 유압센서

Claims (7)

  1. 구동모터에 의해 정.역회전되는 입력축; 입력축과 같이 회전되게 구비되는 선기어; 선기어의 외주와 이격되게 구비되는 링기어; 선기어와 링기어 사이에 구비되어 선기어와 링기어에 각각 치합되는 다수의 더블 유성기어; 다수의 더블 유성기어에 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어; 캐리어에 구비되어 캐리어를 일방향으로만 회전시키는 원웨이클러치; 캐리어에 연결되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단하면서 변속하는 클러치; 링기어에 연결되어 링기어와 같이 회전되면서 입력축의 회전 동력을 휠에 전달하는 출력축;을 포함하고,
    클러치는 캐리어에 연결되어 캐리어와 같이 회전되는 클러치하우징; 클러치하우징의 내주에서 클러치하우징과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판; 링기어의 외주에서 링기어와 같이 회전되게 구비되는 한편 클러치마찰판과 선택적으로 접촉되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단시키는 클러치디스크;를 포함하며,
    클러치디스크에는 클러치디스크와 같이 회전되면서 클러치디스크를 이동시키는 클러치압력판이 구비되고, 클러치압력판에는 릴리즈베어링을 매개로 연결되어 클러치압력판을 이동시키는 피스톤을 갖는 실린더부가 구비되며, 실린더부에는 유압을 공급하여 피스톤을 이동시키는 마스터실린더가 연결되게 구비되어,
    클러치에 의해 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 1단 주행과, 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 캐리어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 2단 주행이 가능한 2단 변속장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    더블 유성기어는 선기어의 외주에 치합되는 제1 유성기어 및 링기어의 내주에 치합되는 제2 유성기어로 구비되고,
    제1 유성기어와 제2 유성기어는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비되는 2단 변속장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    클러치디스크는 링기어의 외주에 스플라인 또는 세레이션 결합되어 축방향으로 이동되면서 클러치마찰관과 접촉 또는 분리되게 구비되는 2단 변속장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    클러치압력판과 링기어 사이에는 이동된 클러치압력판을 원위치로 복귀시키는 리턴스프링이 구비되며,
    링기어에는 클러치압력판의 이동을 정지시키는 스톱퍼가 구비되는 2단 변속장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    마스터실린더에는 정.역회전 가능한 변속모터가 구비되어, 유압이 인출 또는 인입되도록 작동되는 2단 변속장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    변속모터는 그 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축과, 스크류축에 결합되어 스크류축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 이동블록을 포함하고,
    이동블록은 마스터실린더에 구비되는 피스톤로드와 연결되어 마스터실린더에서 피스톤로드를 직선 이동시키게 되는 2단 변속장치.
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