KR102532461B1

KR102532461B1 - 전기자동차용 변속장치

Info

Publication number: KR102532461B1
Application number: KR1020190114974A
Authority: KR
Inventors: 박승욱; 나병철; 김진용; 조성광
Original assignee: 한국자동차연구원
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2023-05-12
Also published as: KR20210033349A

Abstract

본 발명은 전기자동차용 변속장치에 관한 것으로, 동력입력부와, 동력입력부가 관통되는 제1변속부와, 동력입력부가 관통되고 제1변속부와 일직선상에 배치되는 제2변속부와, 제1변속부와 제2변속부 사이에 배치되고 동력입력부와 연결되어 회전되는 동력전달부와, 동력전달부와 연동되고 제1변속부와 제2변속부 중 어느 하나와 연결되어 동력을 제공하는 동력전환부와, 동력전환부가 제1변속부 또는 제2변속부와 연결되기 전 제1변속부 또는 제2변속부와의 동기화를 유도하는 동력예비부와, 제1변속부 또는 제2변속부의 회전력을 출력하는 동력배출부를 포함하여, 변속 충격을 줄일 수 있다.

Description

전기자동차용 변속장치{SHIFT DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE TRANSMISSION}

본 발명은 전기자동차용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동력손실과 변속충격이 적은 전기자동차용 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하고, 동력원으로 전기모터를 사용한다. 이러한 전기자동차는 배기가스의 배출이 전혀 없는 무공해차량으로 최근에 각광을 받고 있다. 전기자동차는 모터의 특성이 우수하여 단일 기어비를 갖는 감속기를 사용하여 차량의 속도를 조절한다.

기존의 전기자동차는 모터의 동력특성이 차량의 구동륜에 요구되는 특성과 유사하여 변속기를 적용하지 않고 있으나, 최근에는 모터의 높은 전력소비효율 영역에서의 운전시간을 늘리고 모터 및 주변장치의 부하를 낮추기 위해 변속기의 사용이 검토되고 있다.

한편, 전기자동차의 동력원인 모터는 자체적으로 차량의 출발이 가능하게 하고, 동력의 특성이 회전속도의 변화에 따라 일정한 출력을 내며, 고효율 운전 범위가 넓기 때문에 내연기관용 변속기처럼 다단화 보다는 저/고속으로 구성된 2단 변속기가 적합하며 수동변속기 방식의 간단하고 동력손실이 적은 구조가 요구된다.

기존의 수동변속기는 변속과정에서 메인클러치를 이용하여 주 동력원과 변속기의 연결을 차단한 상태에서 변속을 수행하며, 변속 후 메인클러치를 적절히 연결하여 변속시 발생하는 충격을 줄이는 과정을 거친다.

그러나, 전기자동차는 주동력원이 전기모터이므로 부드러운 출발이 가능하기 때문에 구조의 단순화를 위하여 메인클러치와 같은 큰 용량의 클러치 기구가 불필요하다는 문제점이 있다. 그리고, 메인클러치가 삭제되면 수동변속기에 적용되는 싱크로나이저 기구만으로는 전기모터와 같은 큰 회전 관성 질량체의 빠른 회전속도 변화의 대응에 토크용량이 크게 부족하다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2004-0033701호(2004.04.28. 공개, 발명의 명칭 : 하이브리드 전기 차량의 변속 장치)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 동력손실과 변속충격이 적은 전기자동차용 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 변속장치는: 동력입력부; 상기 동력입력부가 관통되는 제1변속부; 상기 동력입력부가 관통되고, 상기 제1변속부와 일직선상에 배치되는 제2변속부; 상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 동력입력부와 연결되어 회전되는 동력전달부; 상기 동력전달부와 연동되고, 상기 제1변속부와 상기 제2변속부 중 어느 하나와 연결되어 동력을 제공하는 동력전환부; 상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되기 전 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와의 동기화를 유도하는 동력예비부; 및 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부의 회전력을 출력하는 동력배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1변속부는 상기 동력입력부가 관통되는 제1변속관부; 내주면이 상기 제1변속관부와 스플라인 결합되고, 외주면이 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 제1변속연결부; 상기 제1변속관부와 상기 동력전달부에 번갈아 스플라인 결합되는 복수개의 제1변속클러치부; 및 상기 제1변속관부의 외측에 형성되고, 상기 동력배출부에 저속 변속단을 제공하는 제1변속기어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2변속부는 상기 동력입력부가 관통되는 제2변속관부; 내주면이 상기 제2변속관부와 스플라인 결합되고, 외주면이 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 제2변속연결부; 상기 제2변속관부와 상기 동력전달부에 번갈아 스플라인 결합되는 복수개의 제2변속클러치부; 및 상기 제2변속관부의 외측에 형성되고, 상기 동력배출부에 고속 변속단을 제공하는 제1변속기어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력전달부는 상기 동력입력부와 결합되는 전달관부; 상기 전달관부의 외주면에 복수개가 이격되도록 배치되고, 상기 제1변속부와 상기 제2변속부의 스플라인 결합을 유도하는 전달걸림부; 및 상기 전달걸림부의 외주면에 형성되고, 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 전달돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력전환부는 상기 동력전달부를 감싸는 전환관부; 상기 전환관부를 축방향으로 이동시키는 전환구동부; 및 상기 전환관부의 내주면에 형성되어 상기 동력전달부와 스플라인 결합되고, 상기 전환구동부가 작동됨에 따라 축방향으로 이동되면서 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 스플라인 결합되는 전환걸림부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력예비부는 상기 동력전환부와 연동되는 예비조작부; 상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 예비조작부에 의해 이동되는 예비가압부; 및 상기 예비가압부에 의해 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 압착되는 예비압착부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 예비조작부는 상기 동력전환부에 결합되는 조작고정부; 및 상기 조작고정부에서 돌출되고, 상기 예비가압부와 간섭되는 조작돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 예비가압부는 상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 예비조작부와 간섭되지 않는 가압이동부; 상기 가압이동부를 관통하여 상기 예비조작부의 이동경로 상에 배치되고, 상기 예비조작부에 밀려 이동되면서 상기 가압이동부를 이동시킬 수 있는 가압걸림부; 및 상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되기 전까지 상기 가압걸림부를 지지하여 상기 가압걸림부와 상기 예비조작부 간의 간섭 상태를 유지시키는 가압지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압이동부는 상기 동력전달부에 삽입되어 이동 가능하고, 한 쌍이 마주보도록 배치되는 이동다리부; 및 상기 이동다리부를 연결하고, 상기 가압걸림부가 관통되도록 덮개홀부가 형성되며, 상기 예비조작부와 간섭되지 않는 이동덮개부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압걸림부는 상기 가압이동부를 관통하여 상부가 상기 예비조작부와 간섭되며, 단면이 원 형상을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압지지부는 상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되면 상기 가압걸림부에 대한 지지를 해제하여 상기 가압걸림부와 상기 예비조작부 간의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압지지부는 상기 동력전달부에 고정 설치되는 지지고정부; 및 상기 지지고정부의 상단부에 형성되고, 중앙부에 평탄면이 형성되고, 평탄면 양측으로 하향 경사를 갖는 경사면이 형성되어 상기 가압걸림부가 안착되는 지지받침부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 예비압착부는 상기 예비가압부의 양측에 각각 배치되고, 상기 예비가압부에 밀려 이동 가능한 압착돌기부; 및 상기 압착돌기부에 형성되고, 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부를 압착시키는 압착밀착부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력예비부는 상기 예비가압부와 상기 예비압착부 사이에 배치되고, 상기 예비가압부에 복원력을 제공하는 예비복원부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 변속장치는 1단 변속 또는 2단 변속 전 예비단계에서 동력예비부가 제1변속부 또는 제2변속부와 압착되어 동력전달부의 회전속도에 일치되도록 제1변속부 또는 제2변속부를 회전시킬 수 있다. 이로 인해 변속 중 중립 단계에서 모터 회전속도를 다음 단에서 요구되는 속도로 일치시키지 않더라도 변속 과정에서 기계적으로 일치될 수 있으므로, 변속 시점에서 변속 충격을 제거할 수 있고 원활한 변속이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1변속부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2변속부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전환부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력예비부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치의 중립단계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에서 1단 예비단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에서 1단으로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에서 중립단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에서 2단 예비 단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에서 2단으로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치의 모터속도를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 예비가압부를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기자동차용 변속장치의 실시예를 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 용어들로서, 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 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치(1)는 동력입력부(10)와, 제1변속부(20)와, 제2변속부(30)와, 동력전달부(40)와, 동력전환부(50)와, 동력예비부(60)와, 동력배출부(70)를 포함한다.

동력입력부(10)는 전기자동차에 동력을 제공한다. 일예로, 동력입력부(10)는 전기의 공급으로 동작되는 입력모터부(11)와, 입력모터부(11)가 구동됨에 따라 회전되는 입력축부(12)를 포함할 수 있다.

동력입력부(10)는 저속단인 제1변속단을 구현하는 제1변속부(20)를 관통하고, 고속단인 제2변속단을 구현하는 제2변속부(30)를 관통한다. 이때, 제1변속부(20)와 제2변속부(30)는 일직선상에 배치된다. 일예로, 입력축부(12)가 제1변속부(20)와 제2변속부(30)를 관통할 수 있다.

동력전달부(40)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30) 사이에 배치되고, 동력입력부(10)와 연결되어 회전된다. 일예로, 동력전달부(40)는 입력축부(12)와 직접 결합되거나, 내측이 입력축부(12)와 스플라인 결합될 수 있다.

동력전환부(50)는 동력전달부(40)와 연동되고, 제1변속부(20)와 제2변속부(30) 중 어느 하나와 연결되어 동력을 제공한다. 일예로, 동력전환부(50)는 동력전달부(40)와 스플라인 결합되어 함께 회전될 수 있다. 동력전환부(50)는 입력축부(12)의 길이 방향으로 이동되면서 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 스플라인 결합되고, 회전력을 택일하여 전달할 수 있다.

동력예비부(60)는 동력전환부(50)가 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 연결되기 전 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와의 동기화를 유도한다. 즉, 동력전환부(50)가 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 완전하게 스플라인 결합되어 동기화되기 전에 동력예비부(60)는 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)가 동력전환부(50)의 회전속도에 근접되도록 유도할 수 있다. 이로 인해 동력전환부(50)가 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 스플라인 결합되어 완전하게 동기화되더라도 변속 충격을 억제할 수 있다.

동력배출부(70)는 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)의 회전력을 출력한다. 일예로, 동력배출부(70)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30)에 기어 결합되어 회전력을 바퀴에 전달할 수 있다.

한편, 하우징부(80)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30)가 내장되고, 차체에 장착될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1변속부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1변속부(20)는 제1변속관부(21)와, 제1변속연결부(22)와, 제1변속클러치부(23)와, 제1변속기어부(24)를 포함한다.

동력입력부(10)가 관통되는 제1변속관부(21)는 원통 형상을 하여 입력축부(12)가 관통할 수 있다.

제1변속연결부(22)는 내주면이 제1변속관부(21)와 스플라인 결합되고, 외주면이 동력전환부(50)와 스플라인 결합된다. 이로 인해 동력전환부(50)와 제2변속연결부(32)가 스플라인 결합되면, 입력축부(12)의 회전력이 제1변속관부(21)에 전달될 수 있다.

복수개의 제1변속클러치부(23)는 제1변속관부(21)와 동력전달부(40)에 번갈아 스플라인 결합된다. 이로 인해 외력에 의해 이격된 제1변속클러치부(23)들이 압착되면, 동력전달부(40)의 회전력이 제1변속관부(21)에 전달될 수 있다. 제1변속클러치부(23)는 외력이 제거되면 서로 이격된 상태로 복원될 수 있다.

제1변속기어부(24)는 제1변속관부(21)의 외측에 형성되고, 동력배출부(70)에 저속 변속단을 제공한다. 일예로, 동력전달부(40)의 좌측에 제1변속부(20)가 배치되는 경우, 제1변속연결부(22)를 기준으로 우측에 제1변속클러치부(23)가 배치되고, 좌측에 제1변속기어부(24)가 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2변속부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2변속부(20)는 제2변속관부(31)와, 제2변속연결부(32)와, 제2변속클러치부(33)와, 제2변속기어부(34)를 포함한다.

동력입력부(10)가 관통되는 제2변속관부(31)는 원통 형상을 하여 입력축부(12)가 관통할 수 있다.

제2변속연결부(32)는 내주면이 제2변속관부(31)와 스플라인 결합되고, 외주면이 동력전환부(50)와 스플라인 결합된다. 이로 인해 동력전환부(50)와 제2변속연결부(32)가 스플라인 결합되면, 입력축부(12)의 회전력이 제2변속관부(31)에 전달될 수 있다.

복수개의 제2변속클러치부(33)는 제2변속관부(31)와 동력전달부(40)에 번갈아 스플라인 결합된다. 이로 인해 외력에 의해 이격된 제2변속클러치부(33)들이 압착되면, 동력전달부(40)의 회전력이 제2변속관부(31)에 전달될 수 있다. 제2변속클러치부(33)는 외력이 제거되면 서로 이격된 상태로 복원될 수 있다.

제2변속기어부(34)는 제2변속관부(31)의 외측에 형성되고, 동력배출부(70)에 고속 변속단을 제공한다. 일예로, 동력전달부(40)의 우측에 제2변속부(30)가 배치되는 경우, 제2변속연결부(32)를 기준으로 좌측에 제2변속클러치부(33)가 배치되고, 우측에 제2변속기어부(34)가 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부(40)는 전달관부(41)와, 전달걸림부(42)와, 전달돌기부(43)를 포함한다.

전달관부(41)는 동력입력부(10)와 결합된다. 일예로, 전달관부(41)는 입력축부(12)와 볼트 결합되거나, 스플라인 결합되어 입력축부(12)와 일체로 회전될 수 있다.

전달걸림부(42)는 전달관부(41)의 외주면에 복수개가 이격되도록 배치된다. 이러한 전달걸림부(42)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30)의 스플라인 결합을 유도한다. 일예로, 전달걸림부(42)의 축방향 길이는 전달관부(41)의 축방향 길이보다 더 길어, 전달관부(41)의 양측으로 전달걸림부(42)가 돌출될 수 있다. 전달걸림부(42)는 서로 이격되고, 이격된 공간으로 제1변속클러치부(23)와 제2변속클러치부(33)가 배치되어 동력이 전달될 수 있다.

전달돌기부(43)는 전달걸림부(42)의 외주면에 형성되고, 동력전환부(50)와 스플라인 결합된다. 이러한 전달돌기부(43)는 동력전환부(50)에 동력을 전달할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전환부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전환부(50)는 전환관부(51)와, 전환구동부(52)와, 전환걸림부(53)를 포함한다.

전환관부(51)는 동력전달부(40)를 감싸도록 원통 형상을 한다. 일예로, 전환관부(51)는 제1변속연결부(22) 또는 제2변속연결부(32)와 전달돌기부(43)를 동시에 커버할 수 있는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.

전환구동부(52)는 전환관부(51)를 축방향으로 이동시킨다. 일예로, 전환구동부(52)는 하우징부(80)에 고정 설치되고 전환관부(51)와 연결된다. 전환구동부(52)에 전원이 인가되면 자체 길이가 가변되어 전환관부(51)를 이동시킬 수 있다. 전환구동부(52)에 의해 전환관부(51)는 제1변속연결부(22)와 제2변속연결부(32) 사이에 배치되거나, 제1변속연결부(22)를 커버하거나, 제2변속연결부(32)를 커버할 수 있다.

전환걸림부(53)는 전환관부(51)의 내주면에 형성되어 동력전달부(40)와 스플라인 결합된다. 전환걸림부(53)는 전환구동부(52)가 작동됨에 따라 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 스플라인 결합된다. 일예로, 전환걸림부(53)는 전달돌기부(43)와 맞물린 상태를 유지하면서 제1변속연결부(22) 또는 제2변속연결부(32)와 맞물릴 수 있다. 전환걸림부(53)는 전달돌기부(43)와 대응되는 위치에 배치되므로, 전달걸림부(42) 사이 공간에는 전환걸림부(53)가 생략될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력예비부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력예비부(60)는 예비조작부(61)와, 예비가압부(62)와, 예비압착부(63)를 포함한다.

예비조작부(61)는 동력전환부(50)와 연동된다. 일예로, 예비조작부(61)는 전환관부(51)의 내주면에 장착되어 전환관부(51)와 일체로 이동될 수 있다.

예비가압부(62)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30) 사이에 배치되고, 예비조작부(61)에 의해 이동된다. 일예로, 전환걸림부(53)가 제1변속연결부(22) 또는 제2변속연결부(32)에 스플라인 결합되기 전까지 예비가압부(62)는 예비조작부(61)에 의해 이동될 수 있다.

예비압착부(63)는 예비가압부(62)에 의해 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와 압착된다. 이러한 예비압착부(63)는 제1변속클러치부(23) 또는 제2변속클러치부(33)를 압착시켜 동력전달부(40)와 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)의 회전속도가 동기화되도록 유도할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 예비조작부(61)는 조작고정부(611)와 조작돌기부(612)를 포함한다.

조작고정부(611)는 동력전환부(50)에 결합된다. 일예로, 조작고정부(611)는 전환관부(51)의 축방향으로 길이를 가지며, 전환관부(51)의 내측에 결합될 수 있다. 조작고정부(611)는 전달걸림부(42) 사이 이격된 공간에 각각 배치되어, 전달걸림부(42)와 간섭되지 않고 이동될 수 있다.

조작돌기부(612)는 조작고정부(611)에서 돌출되고, 예비가압부(62)와 간섭된다. 일 예로, 조작돌기부(612)는 조작고정부(611)의 중앙부에서 하방으로 연장될 수 있다. 조작돌기부(612)는 단면이 뒤집힌 이등변삼각형 형상을 하여 저점이 중심부에 배치되고 양측면이 경사를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 예비가압부(62)는 가압이동부(621)와, 가압걸림부(622)와, 가압지지부(623)를 포함한다.

가압이동부(621)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30) 사이에 배치되고, 예비조작부(61)와 간섭되지 않는다. 일예로, 가압이동부(621)는 전달걸림부(42) 사이로 노출된 전달판부(41) 외측에 배치되어 이동될 수 있다. 가압이동부(621)의 상측은 이동되는 조작돌기부(612)와 간섭되지 않는다.

가압걸림부(622)는 가압이동부(621)를 관통하여 예비조작부(61)의 이동경로 상에 배치되고, 예비조작부(61)에 밀려 이동되면서 가압이동부(621)를 이동시킬 수 있다. 일예로, 가압걸림부(622)의 상부는 예비조작부(61)에 걸려 외력을 가압이동부(621)에 전달할 수 있다.

가압지지부(623)는 동력전환부(50)가 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)에 연결되기 전까지 가압걸림부(622)를 지지하여 가압걸림부(622)와 예비조작부(61) 간의 간섭 상태를 유지시킨다. 이로 인해, 가압이동부(611)는 예비압착부(63)에 대한 가압 상태를 유지할 수 있다.

보다 구체적으로, 가압이동부(621)는 이동다리부(6211)와 이동덮개부(6212)를 포함한다.

이동다리부(6211)는 동력전달부(40)에 삽입되어 이동 가능하고, 한 쌍이 마주보도록 배치된다. 일예로, 한 쌍의 이동다리부(6211)는 전달걸림부(42) 사이에 삽입될 수 있다.

이동덮개부(6212)는 이동다리부(6211)를 연결하고, 가압걸림부(622)가 관통되도록 덮개홀부(6213)가 형성되며, 예비조작부(61)와 간섭되지 않는다. 일예로, 이동덮개부(6212)는 이동다리부(6211)의 상단부를 연결하고, 상측면은 조작돌기부(612) 보다 저점에 배치될 수 있다.

가압걸림부(622)는 가압이동부(621)를 관통하여 상부가 예비조작부(61)와 간섭되며, 단면이 원 형상을 한다. 일예로, 가압걸림부(622)는 구 또는 누운 원기둥 형상을 할 수 있다.

가압지지부(623)는 동력전환부(50)가 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)에 연결되면 가압걸림부(622)에 대한 지지를 해제하여 가압걸림부(622)와 예비조작부(61) 간의 접촉을 차단한다.

보다 구체적으로, 가압지지부(623)는 지지고정부(6231)와 지지받침부(6232)를 포함할 수 있다.

지지고정부(6231)는 동력전달부(40)에 고정 설치된다. 일예로, 지지고정부(6231)는 전달걸림부(42) 사이로 노출된 전달관부(41)에 형성되는 관삽입홈부(411)에 삽입될 수 있다.

지지받침부(6232)는 지지고정부(6231)의 상단부에 형성된다. 지지받침부(6232)의 단면은 중앙부에 평탄면이 형성되고, 평탄면 양측으로 하향 경사를 갖는 경사면이 형성되어 가압걸림부(622)가 안착될 수 있다. 일예로, 가압걸림부(622)가 지지받침부(6232)에서 벗어나면 가압걸림부(622)가 하방 이동되어 예비조작부(61)와의 접촉이 차단될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 예비압착부(63)는 압착돌기부(631)와 압착밀착부(632)를 포함한다.

압착돌기부(631)는 예비가압부(62)의 양측에 각각 배치되고, 예비가압부(62)에 밀려 이동 가능하다. 일예로, 압착돌기부(631)는 이동다리부(6211)의 이동경로 상에 배치될 수 있다.

압착밀착부(632)는 압착돌기부(631)에 형성되고, 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)를 압착시킨다. 일예로, 압착밀착부(632)는 동력전달부(40)와 스플라인 결합되고, 제1변속클러치부(23) 및 제2변속클러치부(33)와 마주보도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력예비부(60)는 예비복원부(64)를 더 포함할 수 있다. 예비복원부(64)는 예비가압부(62)와 예비압착부(63) 사이에 배치된다. 예비복원부(64)는 예비가압부(62)의 축방향 이동거리에 비례하여 예비압착부(63)를 밀어주는 기능을 수행하고, 예비가압부(62)에 대한 외력이 제거되면 예비가압부(62)에 복원력을 제공한다. 일예로, 예비복원부(64)는 코일스프링 형상을 하고, 각각의 압착돌기부(631)를 감싸며, 전달관부(41)의 단부에 형성되는 관안착홈부(412)에 안착될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치의 중립단계를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 전환관부(51)가 제1변속연결부(22)와 제2변속연결부(32) 사이에 배치되어 동력전달부(40)와 스플라인 결합된 동력전환부(50)만 회전되는 중립 상태가 된다.

도 9는 도 8에서 1단 예비단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 도 8의 중립 상태에서 차량이 출발하기 위해 전환구동부(52)가 작동되면 전환관부(51)가 제1변속부(20) 방향으로 이동된다. 이때, 전환관부(51)에 결합된 예비조작부(61)가 이동되면서 예비가압부(62)를 제1변속부(20) 방향으로 이동시킨다. 이로 인해 예비압착부(63)가 제1변속클러치부(23)와 압착되어, 동력전달부(40)와 제1변속부(20)가 동기화된다.

도 10은 도 9에서 1단으로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 도 9 상태에서 전환구동부(52)에 의해 전환관부(51)가 제1변속부(20) 방향으로 추가 이동되면, 전환관부(51)가 제1변속연결부(22)와 스플라인 결합된다. 이로 인해 동력전달부(40)와 제1변속부(20)가 일체로 회전되어 저속단이 구현된다. 그리고, 동력전달부(40)와 제1변속부(20)가 일체로 결합되기 직전, 예비조작부(61)에 의한 예비가압부(62)의 가압이 해제되고, 예비복원부(64)에 의해 제1변속클러치부(23)에 대한 압착이 해제된다. 이로 인해 전환걸림부(53)와 제1변속연결부(22)의 스플라인 위상이 정렬되지 않은 상태에서도 원활한 결합이 이루어질 수 있다.

도 11은 도 10에서 중립단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 전환구동부(52)에 의해 전환관부(51)가 제1변속연결부(22)와 제2변속연결부(32) 사이에 배치되어 동력전달부(40)와 스플라인 결합된 동력전환부(50)만 회전되는 중립 상태가 된다.

도 12는 도 11에서 2단 예비 단계로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 도 11의 중립 상태에서 전환구동부(52)가 작동되면 전환관부(51)가 제2변속부(30) 방향으로 이동된다. 이때, 전환관부(51)에 결합된 예비조작부(61)가 이동되면서 예비가압부(62)를 제2변속부(30) 방향으로 이동시킨다. 이로 인해 예비압착부(63)가 제2변속클러치부(33)와 압착되어, 동력전달부(40)와 제2변속부(30)가 동기화된다.

도 13은 도 12에서 2단으로 변경된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하면, 도 12 상태에서 전환구동부(52)에 의해 전환관부(51)가 제2변속부(30) 방향으로 추가 이동되면, 전환관부(51)가 제2변속연결부(32)와 스플라인 결합된다. 이로 인해 동력전달부(40)와 제2변속부(30)가 일체로 회전되어 고속단이 구현된다. 이때, 예비조작부(61)에 의한 예비가압부(62)의 가압이 해제되고, 예비복원부(64)에 의해 제2변속클러치부(33)에 대한 압착이 해제된다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 변속장치의 모터속도를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 가로축은 시간, 세로축은 동력입력부(10)인 모터의 회전속도 및 동력전환부(50)의 위치를 나타낸다. 1단에서 2단으로 변속하는 경우를 예로 나타내었으며, 2단에서 1단으로의 과정은 동일한 원리로 작동하므로 생략한다. 변속은 크게 두 단계(b, c)로 구분할 수 있다. 변속 전 1단(a)으로 차량이 주행하고 있는 상태이며, 이 때 모터의 회전속도는 (a-m)이고 동력전환부(50)의 위치는 (a-s)이며, 이때 변속기구의 상태는 도 10과 같다. 변속을 위해 동력전환부(50)를 이동시켜 (b-s)에 위치시키면 모터의 동력이 더 이상 바퀴에 전달되지 않으며 변속기는 중립 상태가 된다. 이때 모터의 회전속도를 제어하여 2단으로 변속할 경우 필요한 회전속도 (d-m)에 가깝게 한다. 2단으로의 변속에 필요한 모터의 회전속도 (d-m)은 변속 직전의 차량 속도와 2단 기어비를 이용하여 추정이 가능하며, 차량의 속도가 주변 환경에 의하여 변하고 있기 때문에 정확한 값은 이에 따라 계속 바뀌고 있다. 이때 변속기구의 상태는 도 11과 같다. 다음 단계로써 동력전환부(50)를 제2변속부(30) 쪽으로 더욱 이동시켜 (c-s)에 위치시키면 제2변속부(30)의 제2변속클러치부(33)의 압착이 발생하고, 이의 마찰토크에 의하여 2단 기어의 회전속도와 모터의 회전속도가 일치하게 된다(c-m). 이때 변속기구의 상태는 도 12와 같다. 최종적으로 동력전환부(50)를 더욱 이동시켜 (d-m)에 위치시키면 동력전달부(40)와 제2변속부(30)가 완전히 결합되어 변속이 완료된다. 이때 가압이동부(621)와 가압걸림부(622)는 예비복원부(64)에 의해 초기 상태로 복귀하게 되며 더 이상 제2변속클러치부(33)를 압착하지 못하게 된다. 이는 동력전환부(50)의 전환걸림부(53)와 제2변속부(30)의 제2변속연결부(32)의 위상이 일치하지 않아도 원활하게 맞물리게 하는 역할을 수행한다. 이 때 변속기구의 상태는 도 13과 같다.

한편, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 예비가압부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예비가압부(62)는 가압작동부(625)와 가압회전부(626)를 더 포함할 수 있다.

가압작동부(625)는 제1변속부(20)와 제2변속부(30) 사이에 배치되어 이동 가능하고, 예비조작부(61)와 간섭되지 않는다. 일예로, 가압작동부(625)는 전달걸림부(42) 사이로 노출된 전달판부(41) 외측에 배치되어 이동될 수 있다. 가압작동부(625)의 상측은 이동되는 조작돌기부(612)와 간섭되지 않는다.

보다 구체적으로, 가압작동부(625)는 작동다리부(6251)와 작동덮개부(6252)를 포함한다.

작동다리부(6251)는 동력전달부(40)에 삽입되어 이동 가능하고, 한 쌍이 마주보도록 배치된다. 일예로, 한 쌍의 작동다리부(6251)는 전달걸림부(42) 사이에 삽입될 수 있다.

작동덮개부(6252)는 작동다리부(6251)를 연결하고, 가압회전부(626)가 관통되도록 작동덮개홀부(6253)가 형성되며, 예비조작부(61)와 간섭되지 않는다. 일예로, 작동덮개부(6252)는 작동다리부(6251)의 상단부를 연결하고, 상측면은 조작돌기부(612) 보다 저점에 배치될 수 있다.

가압회전부(626)는 동력전달부(40)에 회전 가능하도록 장착되고, 가압작동부(625)를 관통하며, 예비조작부(61)에 밀려 회전되면서 가압작동부(625)를 이동시킬 수 있다. 일예로, 가압회전부(626)는 전달판부(41)의 외측에 하단부가 회전 가능하도록 장착되고, 작동덮개홀부(6253)를 관통하여 상단부가 예비조작부(61)에 걸려 외력을 가압작동부(625)에 전달할 수 있다.

즉, 예비조작부(61)에 걸려 가압작동부(625)가 회전되면서 가압작동부(625)를 일방향으로 이동시킬 수 있고, 이동된 가압작동부(625)는 예비압착부(63)를 압박하여 동력입력부(10)와 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)와의 동기화를 유도할 수 있다. 그리고, 가압회전부(626)가 예비조작부(61) 보다 저점에 위치되도록 회전되면, 예비조작부(61)는 가압회전부(626)의 상단부를 통과하고, 동력전환부(50)와 제1변속부(20) 또는 제2변속부(30)가 스플라인 결합된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 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.

10 : 동력입력부 20 : 제1변속부
21 : 제1변속관부 22 : 제1변속연결부
23 : 제1변속클러치부 24 : 제1변속기어부
30 : 제2변속부 31 : 제2변속관부
32 : 제2변속연결부 33 : 제2변속클러치부
34 : 제2변속기어부 40 : 동력전달부
41 : 전달관부 42 : 전달걸림부
43 : 전달돌기부 50 : 동력전환부
51 : 전환관부 52 : 전환구동부
53 : 전환걸림부 60 : 동력예비부
61 : 예비조작부 62 : 예비가압부
63 : 예비압착부 64 : 예비복원부

Claims

동력입력부;
상기 동력입력부가 관통되는 제1변속부;
상기 동력입력부가 관통되고, 상기 제1변속부와 일직선상에 배치되는 제2변속부;
상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 동력입력부와 연결되어 회전되는 동력전달부;
상기 동력전달부와 연동되고, 상기 제1변속부와 상기 제2변속부 중 어느 하나와 연결되어 동력을 제공하는 동력전환부;
상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되기 전 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와의 동기화를 유도하는 동력예비부; 및
상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부의 회전력을 출력하는 동력배출부;를 포함하고,
상기 동력예비부는
상기 동력전환부와 연동되는 예비조작부;
상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 예비조작부에 의해 이동되는 예비가압부;
상기 예비가압부에 의해 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 압착되는 예비압착부; 및
상기 예비가압부와 상기 예비압착부 사이에 배치되고, 상기 예비가압부에 복원력을 제공하는 예비복원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1변속부는
상기 동력입력부가 관통되는 제1변속관부;
내주면이 상기 제1변속관부와 스플라인 결합되고, 외주면이 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 제1변속연결부;
상기 제1변속관부와 상기 동력전달부에 번갈아 스플라인 결합되는 복수개의 제1변속클러치부; 및
상기 제1변속관부의 외측에 형성되고, 상기 동력배출부에 저속 변속단을 제공하는 제1변속기어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 제2변속부는
상기 동력입력부가 관통되는 제2변속관부;
내주면이 상기 제2변속관부와 스플라인 결합되고, 외주면이 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 제2변속연결부;
상기 제2변속관부와 상기 동력전달부에 번갈아 스플라인 결합되는 복수개의 제2변속클러치부; 및
상기 제2변속관부의 외측에 형성되고, 상기 동력배출부에 고속 변속단을 제공하는 제1변속기어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 동력전달부는
상기 동력입력부와 결합되는 전달관부;
상기 전달관부의 외주면에 복수개가 이격되도록 배치되고, 상기 제1변속부와 상기 제2변속부의 스플라인 결합을 유도하는 전달걸림부; 및
상기 전달걸림부의 외주면에 형성되고, 상기 동력전환부와 스플라인 결합되는 전달돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 동력전환부는
상기 동력전달부를 감싸는 전환관부;
상기 전환관부를 축방향으로 이동시키는 전환구동부; 및
상기 전환관부의 내주면에 형성되어 상기 동력전달부와 스플라인 결합되고, 상기 전환구동부가 작동됨에 따라 축방향으로 이동되면서 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 스플라인 결합되는 전환걸림부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 예비조작부는
상기 동력전환부에 결합되는 조작고정부; 및
상기 조작고정부에서 돌출되고, 상기 예비가압부와 간섭되는 조작돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 예비가압부는
상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되고, 상기 예비조작부와 간섭되지 않는 가압이동부;
상기 가압이동부를 관통하여 상기 예비조작부의 이동경로 상에 배치되고, 상기 예비조작부에 밀려 이동되면서 상기 가압이동부를 이동시킬 수 있는 가압걸림부; 및
상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되기 전까지 상기 가압걸림부를 지지하여 상기 가압걸림부와 상기 예비조작부 간의 간섭 상태를 유지시키는 가압지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 8항에 있어서, 상기 가압이동부는
상기 동력전달부에 삽입되어 이동 가능하고, 한 쌍이 마주보도록 배치되는 이동다리부; 및
상기 이동다리부를 연결하고, 상기 가압걸림부가 관통되도록 덮개홀부가 형성되며, 상기 예비조작부와 간섭되지 않는 이동덮개부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 8항에 있어서, 상기 가압걸림부는
상기 가압이동부를 관통하여 상부가 상기 예비조작부와 간섭되며, 단면이 원 형상을 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 8항에 있어서, 상기 가압지지부는
상기 동력전환부가 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부와 연결되면 상기 가압걸림부에 대한 지지를 해제하여 상기 가압걸림부와 상기 예비조작부 간의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 11항에 있어서, 상기 가압지지부는
상기 동력전달부에 고정 설치되는 지지고정부; 및
상기 지지고정부의 상단부에 형성되고, 중앙부에 평탄면이 형성되며, 평탄면 양측으로 하향 경사를 갖는 경사면이 형성되어 상기 가압걸림부가 안착되는 지지받침부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 예비가압부는
상기 제1변속부와 상기 제2변속부 사이에 배치되어 이동 가능하고, 상기 예비조작부와 간섭되지 않는 가압작동부; 및
상기 동력전달부에 회전 가능하도록 장착되고, 상기 가압작동부를 관통하며, 상기 예비조작부에 밀려 회전되면서 상기 가압작동부를 이동시킬 수 있는 가압회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
제 1항에 있어서, 상기 예비압착부는
상기 예비가압부의 양측에 각각 배치되고, 상기 예비가압부에 밀려 이동 가능한 압착돌기부; 및
상기 압착돌기부에 형성되고, 상기 제1변속부 또는 상기 제2변속부를 압착시키는 압착밀착부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속장치.
삭제