KR102628255B1 - 엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시키는 동력 인출 시스템 - Google Patents

엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시키는 동력 인출 시스템 Download PDF

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Abstract

엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시키는 동력 인출 시스템은, 차량의 동력축의 동력을 그대로 사용하면서 동력의 인출을 제어하는 동력 인출 장치와, 동력 인출 장치의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제1 구동장치와, 동력 인출 장치의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제2 구동장치와, 엔진의 분당 회전수를 제어하여 제1 구동장치 및 제2 구동장치가 동시 또는 선택적으로 사용되도록 제어하는 구동제어장치를 포함한다.

Description

엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시키는 동력 인출 시스템{A power take-off system that selectively operates a plurality of driving devices according to the engine speed}
본 발명은 동력 인출 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 엔진 회전수에 따라 유압/공압장치, 발전장치 등과 같은 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시키는 동력 인출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 구동을 위한 동력 이외에 다른 용도로 차량의 동력을 사용하기 위해서 차량의 동력축으로부터 동력을 인출하여 사용하기 위한 동력 인출 장치(power take off device, PTO)를 주로 사용하고 있다.
하지만 기존의 동력 인출 장치는 수작업으로 차량의 구동이나, 동력의 인출 중 어느 하나를 연결시키는 간단한 구조를 가지고 있으며, 작업자의 수작업에 의해 차량의 구동이나, 동력의 인출 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
이에 따라, 동력의 선택을 자동으로 실시하기 위한 기술 개발이 지속적으로 이루어지면서 한국등록실용신안 제20-0271442 호 "차량용 동력인출장치 직결형 유압펌프"과 같은 기술이 개발되었으나, 엔진의 동작을 종료시키거나, 동력축의 회전을 멈춘 후에만 동력의 인출을 위한 기어 연결이 가능한 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 다양한 시도가 이어지고 있으나, 엔진의 동작을 종료시키거나, 동력축이 회전하는 상태에서 동력 인출을 시도하기 위해서는 구조가 복잡하고, 동력전달부재의 미끄러짐으로 인하여 동력전달 효율이 낮고, 소음이 크게 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 동력 인출 장치에는 유압장치, 공압장치, 발전장치 등과 같은 복수의 구동장치가 동시에 연결될 수 있는데, 각 구동장치마다 동작에 최적화되어 있는 엔진의 분당 회전수 구간이 존재한다. 하지만, 종래에는 고정된 엔진의 분당 회전수에 단순히 구동장치를 연결하는 구조만 존재하여 구동장치의 동작효율이 낮은 문제점이 있다.
한국등록실용신안 제20-0271442 호 "차량용 동력인출장치 직결형 유압펌프"
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시켜서 각 구동장치마다 동작에 최적화되어 있는 엔진의 분당 회전수 구간을 사용하여 구동장치의 동작 효율성을 향상시킬 수 있는 동력 인출 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 동력축의 동력을 그대로 사용하면서 동력의 인출을 제어하는 동력 인출 장치와, 동력 인출 장치의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제1 구동장치와, 동력 인출 장치의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제2 구동장치와, 엔진의 분당 회전수를 제어하여 제1 구동장치 및 제2 구동장치가 동시 또는 선택적으로 사용되도록 제어하는 구동제어장치를 포함하는 동력 인출 시스템이 제공된다.
상기 제1 구동장치는 유압 또는 공압장치이고, 상기 제2 구동장치는 발전장치인 것을 특징으로 하는 동력 인출 시스템.
또한, 본 발명에 포함되는 구동제어장치는, 엔진의 분당 회전수를 제1 범위로 조절하여 제1 구동장치가 사용되도록 제어하고, 엔진의 분당 회전수를 제1 범위보다 빠른 제2 범위로 조절하여 제2 구동장치가 사용되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 동력 인출 장치는 동력축 상에 배치되는 클러치 몸체와, 클러치 몸체에 축 결합되는 제1 기어와, 제1 기어에 맞물려 인출축으로 동력을 전달하기 위한 제2 기어와, 클러치 몸체를 동력축에 선택적으로 연결시키기 위한 시프팅 레버를 포함한다.
또한, 본 발명에 포함되는 동력 인출 장치는, 동력축으로부터 동력을 전달받는 회전축 상에 설치되는 제1 폴리와, 회전축 상에 이송가능하도록 배치되는 클러치 몸체와, 회전축 상에 회전 가능하게 설치되는 제2 폴리와, 클러치 몸체를 이송시켜 제2 폴리의 측면에 형성된 돌출단에 맞물리도록 선택적으로 연결시키기 위한 시프팅 레버를 포함한다.
또한, 본 발명에 포함되는 동력축은 차량의 후방 차축과 프로펠러 샤프트 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 동력 인출 시스템은 엔진 회전수에 따라 복수의 구동장치를 선택적으로 동작시켜서 각 구동장치마다 동작에 최적화되어 있는 엔진의 분당 회전수 구간을 사용하여 구동장치의 동작 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 동력 인출 시스템(1000)의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 설치예를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 동력 인출 장치를 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 내부를 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 동력 인출 장치를 도시한 종단면도
도 6은 본 발명에 따른 동력 인출 장치가 동작하는 형태를 도시한 종단면도
도 7은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 밀착부재를 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 밀착부재가 동작하는 형태를 도시한 도면
도 9는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예를 도시한 도면
도 10은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예에 따른 동력 연결전 상태를 도시한 도면
도 11은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예에 따른 동력 연결후 상태를 도시한 도면
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 동력 인출 시스템(100)의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 설치예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 동력 인출 장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 내부를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 동력 인출 장치를 도시한 종단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 동력 인출 장치가 동작하는 형태를 도시한 종단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 밀착부재를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 밀착부재가 동작하는 형태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예에 따른 동력 연결전 상태를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 동력 인출 장치의 다른 실시예에 따른 동력 연결후 상태를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 동력 인출 시스템(1000)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 동력 인출 시스템(1000)은 동력 인출장치(101), 유압/공압장치(102), 발전장치(103), 구동제어장치(104), 엔진컨트롤유닛(201)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 동력 인출 시스템(1000)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
동력 인출 장치(101)에는 유압장치, 공압장치, 발전장치 등과 같은 복수의 구동장치가 동시에 연결될 수 있는데, 각 구동장치마다 동작에 최적화되어 있는 엔진의 분당 회전수 구간이 존재한다.
제안된 동력 인출 시스템(1000)은 유압장치, 공압장치, 발전장치 등과 같은 구동장치마다 동작에 최적화되어 있는 엔진의 분당 회전수 구간을 사용하여 구동장치의 동작 효율성을 향상시킬 수 있다.
우선 동력 인출장치(101)는 차량의 동력축의 동력을 그대로 사용하면서 동력의 인출을 제어한다.
제1 구동장치(102)는 동력 인출 장치(101)의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는데 본 실시예에서는 유압/공압장치(102)라고 가정한다.
또한, 제2 구동장치(103)는 동력 인출 장치(101)의 인출축과 연결되어 인출축의 회전력에 의해 동작하는데 본 실시예에서는 발전장치(103)라고 가정한다.
구동제어장치(104)는 엔진컨트롤유닛(201)을 통해 엔진의 분당 회전수를 제어하고 제1 구동장치(102) 및 제2 구동장치(103)가 동시 또는 선택적으로 사용되도록 제어한다.
즉, 구동제어장치(104)는 PTO(동력 인출장치(101))의 동력을 이용하여 발전 시스템(103) 및 유압 공압 등의 동력 시스템(102)을 동시 또는 선택적 사용하도록 제어할 수 있다.
하나의 실시예로서 유압/공압장치(102)는 평균적으로 1500 RPM(엔진 분당 회전수) 내외 일 때 구동효율이 가장 좋으며, 발전장치(103)는 평균적으로 3600 RPM(엔진 분당 회전수) 내외 일 때 구동효율이 가장 좋다.
따라서 구동제어장치(104)는 유압/공압장치(102)를 동작시킬 때는 엔진컨트롤유닛(201)을 통해 엔진의 분당 회전수를 1500 RPM으로 조절하고, 발전장치(103)를 동작시킬 때는 엔진컨트롤유닛(201)을 통해 엔진의 분당 회전수를 3600 RPM으로 조절한다. 참고적으로 구동제어장치(104)는 발전장치(103)를 동작시킬 때 유압/공압장치(102)의 릴리프 밸브제어를 차단하여 유압/공압장치(102)의 동작을 정지시킬 수 있다.
즉, 구동제어장치(104)는 엔진의 분당 회전수를 제1 범위로 조절하여 제1 구동장치가 사용되도록 제어하고, 엔진의 분당 회전수를 제1 범위보다 빠른 제2 범위로 조절하여 제2 구동장치가 사용되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 구동제어장치(104)는 1단 제어를 통해 아이들 상태를 유지하고, 2단 제어를 통해 유압/공압(일반 동력 상태)장치를 동작시키고, 3단 제어를 통해 발전기 동력장치를 동작시킬 수 있다.
구동제어장치(104)는 다양한 실시예에 따라 차량 엔진컨트롤유닛(ECU, 201)의 RPM 조절 및 풀리비를 이용하거나, 클러치 이송방식을 이용하거나, 수동 핀 적용방식을 이용하여 복수의 구동장치의 선택적 사용 및 공용 사용을 제어할 수 있다.
한편, 구동제어장치(104)는 발전장치(103)가 동작할 때, 발전장치(103)로부터 무부하 상태 구동전력 및 부하 상태 구동전력을 피드백 받아 엔진의 분당 회전수를 조절하고 이력을 기록함으로써 최적의 제2 범위(엔진 회전수 범위)를 확보할 수 있다.
또한, 하나의 예시로써 트리밍 모드에서 발전장치(103)에 모터를 연결하여 일정한 부하상태의 구동전력이 소비되도록 유지하면서, 제2 범위(엔진 회전수 범위)를 일정부분 초과하도록 엔진의 분당 회전수를 조절하는 동시에 피드백 받은 구동전력의 변화량을 토대로 최적의 제2 범위(엔진 회전수 범위)를 확보할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 동력 인출 장치는 차량의 후방 차축(100)과 프로펠러 샤프트 사이에 연결되도록 설치되며, 차량의 후방 차축(100)과 프로펠러 샤프트 사이에 연결되는 동력축(1)으로부터 시프팅 레버(6)의 동작에 따라 인출축(2)으로 동력을 선택적으로 인출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 후방 차축의 동력 인출 장치는 차량의 후방 차축(100)과 일체형으로 구성되거나, 개별로 분리된 형태로 설치되도록 구성될 수도 있다.
보다 상세하게는, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동력 인출 장치는 차량의 동력축(1) 상에 배치되는 클러치 몸체(3)와 상기 클러치 몸체(3)에 축 결합되는 제1 기어(4)와 상기 제1 기어(4)에 맞물려 인출축(2)으로 동력을 전달하기 위한 제2 기어(5)와 상기 클러치 몸체(3)를 동력축(1)에 선택적으로 연결시키기 위한 시프팅 레버(6)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 클러치 몸체(3)는 동력축(1) 상에 축결합되어 축방향으로 자유이동이 가능하게 축결합되어 이동에 의해 동력축(1)으로부터 동력이 전달되도록 연결되거나, 연결이 해제되게 된다.
즉, 상기 시프팅 레버(6)에 의해 클러치 몸체(3)는 동력축(1) 상에서 이동되면서 동력축(1)과 연결 또는 해제되는 동작이 실시되는 것이다.
또한, 상기 시프팅 레버(6)는 작업자에 의해 동작될 수 있으나, 실린더 또는 모터에 의해 동작되도록 구성됨이 바람직하다.
보다 상세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 시프팅 레버(6)에는 클러치 몸체(3)에 걸쳐지는 시프팅 포크(7)가 배치되며, 상기 시프팅 포크(7)가 삽입되는 홈(8)이 외주면을 따라 링 형태로 형성되어 도 6에 도시된 바와 같은 시프팅 레버(6)의 동작에 따라 시프팅 포크(7)를 통해 클러치 몸체(3)를 이송시켜 클러치 몸체(3)를 챠량의 동력축(1)상에 연결하거나, 연결을 해제시키게 된다.
또한, 상기 클러치 몸체(3)의 내주면에는 동력축(1)의 테이퍼진 외주면(1a)에 대응하는 테이퍼진 접촉면(3a)이 형성되어 시프팅 레버(7)에 의해 클러치 몸체(3)의 테이퍼진 접촉면(3a)이 동력축(1)의 테이퍼진 외주면(1a)에 밀착되어 연결된다.
이를 통해, 클러치 몸체(3)의 제1 기어(4)가 제2 기어(5)와 동력전달이 가능하도록 연결되며, 클러치 몸체(3)와 제1 기어(4)는 체결에 의해 결합되거나, 일체형으로 구성될 수도 있다.
다른 실시예로써, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 클러치 몸체(3)에 회동 가능하게 배치되어 탄성체(10)에 탄성지지되는 복수 개의 밀착부재(9)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 밀착부재(9)는 동력축의 외주면에 밀착 또는 해제(이격)되는 일측 단부와 원심력에 의해 밀착부재(9)를 회동시키기 위한 반대측의 중량부(9a)로 구성된다.
상기 밀착부재(9)는 도 8에 도시된 바와 같이 클러치 몸체(3)의 내주면(3a)가 동력축의 외주면(1a)에 밀착되어 회전을 시작하면, 원심력에 의해 중량부(9a)가 외측을 향하면서 밀착부재(9)가 회동되어 일측 단부가 동력축의 외주면(1a)에 밀착되며, 회전속도가 높아질수록 보다 강하게 발생되는 원심력을 바탕으로 밀착부재(9)가 동력축의 외주면(1a)에 밀착되는 힘이 더 강해지므로 동력축과 클러치 몸체(3) 사이의 슬립현상을 효과적으로 방지하게 된다.
다른 실시예로써, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 차량의 후방 차축(100)과 프로펠러 샤프트 사이에 연결되는 동력축(1)과 상기 동력축(1)으로부터 동력을 전달받는 회전축(1a) 상에 설치되는 제1 폴리(1b)와 상기 회전축(1a) 상에 이송가능하도록 배치되는 클러치 몸체(3)와 상기 회전축(1a) 상에 회전 가능하게 설치되는 제2 폴리(1c)와 상기 클러치 몸체(3)를 이송시켜 제2 폴리(1c)의 측면에 형성된 돌출단(3b)에 맞물리도록 선택적으로 연결시키기 위한 시프팅 포크(7)을 포함하도록 구성될 수도 있다.
이를 통해, 제1 폴리(1b)는 회전축(1a)으로부터 상시 동력을 전달받을 수 있으며, 제2 폴리(1c)는 시프팅 포크(7)의 동작에 의해 선택적으로 동력을 전달받아 인출축(미도시)로 동력을 인출하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 폴리(1b), 제2 폴리(1c), 클러치 몸체(3)는 동력축(1)으로부터 동력을 전달받는 회전축(1a)에 배치되는 것으로 설명하였으나, 회전축(1a) 대신 동력축(1) 상에 직접 설치될 수도 있다.
또 다른 실시예로써, 상기 클러치 몸체(3)는 동력축(1) 또는 회전축(1a)으로부터 상시 동력을 전달받으면서 시프팅 포크(7)의 이송 방향에 따라 제1 폴리(1b)와 제2 폴리(1c) 중 어느 하나와 체결되어 동력을 전달하도록 구성될 수도 있다.
예를 들면, 상기 클러치 몸체(3)가 일측으로 이송되어 제1 폴리(1b)와 체결되어 제1 폴리(1b)로 동력을 전달하거나, 클러치 몸체(3)가 타측으로 이송되어 제2 폴리(1c)와 체결되어 제2 폴리(1c)로 동력을 전달하도록 구성될 수 있는 것이다.
또한, 상기 클러치 몸체(3)가 제1 폴리(1b)와 제2 폴리(1c) 사이에 위치하여 동력을 전달하지 않는 중립 상태로 동작할 수도 있다.
한편, 동력 인출 시스템(1000)에는 사용자 단말기가 추가로 구비되어 구동제어장치(104)를 제어하도록 구성될 수 있다.
여기에서 사용자 단말기는 휴대폰, 스마트폰, 스마트 패드 등과 같이 사용자가 휴대하면서 사용할 수 있는 기기를 총칭하는 것이며, 본 실시예에서는 스마트폰으로 구성된 사용자 단말기로 가정하고 설명하기로 한다.
동력 인출 시스템(1000)에서 사용자 단말기는 챗봇 형태로 필요한 정보를 대화형으로 처리하여 구동제어장치(104)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 사용자 단말기의 애플리케이션에 동력 인출장치(101)의 구조도가 표시되고 구조도상의 마커가 해당 사용자에게 강조해야하는 부분일 경우 가상객체로 표시될 수 있다. 즉, 실제영상정보에 대응되는 가상객체가 표시되며 가상객체가 터치될 경우, 미리 설정된 가상객체의 정보가 상세히 표시될 수 있다. 예를 들면, 알림 아이콘이 가상객체로 표시되고 해당부분을 터치하면 사용자에게 제공할 상세한 정보(각 부품의 정상, 불량동작 여부)가 표시된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 동력축
2 : 인출축
3 : 클러치 몸체
4 : 제1 기어
5 : 제2 기어
6 : 시프팅 레버
7 : 시프팅 포크
8 : 홈
9 : 밀착부재
10 : 탄성체
100 : 후방 차축
101 : 동력 인출장치
102 : 유압/공압장치
103 : 발전장치
104 : 구동제어장치
201 : 엔진컨트롤유닛
1000 : 동력 인출 시스템

Claims (6)

  1. 차량의 동력축의 동력을 그대로 사용하면서 동력의 인출을 제어하는 동력 인출 장치;
    상기 동력 인출 장치의 인출축과 연결되어 상기 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제1 구동장치;
    상기 동력 인출 장치의 상기 인출축과 연결되어 상기 인출축의 회전력에 의해 동작하는 제2 구동장치; 및
    엔진의 분당 회전수를 제어하여 상기 제1 구동장치 및 상기 제2 구동장치가 동시 또는 선택적으로 사용되도록 제어하는 구동제어장치;를 포함하고,
    상기 동력 인출 장치는. 상기 동력축 상에 배치되는 클러치 몸체와; 상기 클러치 몸체에 축 결합되는 제1 기어와; 상기 제1 기어에 맞물려 인출축으로 동력을 전달하기 위한 제2 기어와; 상기 클러치 몸체를 동력축에 선택적으로 연결시키기 위한 시프팅 레버; 상기 클러치 몸체에 회동 가능하게 배치되어 탄성체에 탄성지지되는 밀착부재;를 포함하며,
    상기 클러치 몸체의 내주면에는 동력축의 테이퍼진 외주면에 대응하는 테이퍼진 접촉면이 형성되어 시프팅 레버에 의해 동력축의 테이퍼진 외주면에 밀착되어 연결되고,
    상기 밀착부재는 클러치 몸체가 동력축에 밀착되어 회전하면, 원심력에 의해 단부가 동력축에 밀착되는 것을 특징으로 하는 동력 인출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동장치는 유압 또는 공압장치이고, 상기 제2 구동장치는 발전장치인 것을 특징으로 하는 동력 인출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동제어장치는,
    엔진의 분당 회전수를 제1 범위로 조절하여 상기 제1 구동장치가 사용되도록 제어하고,
    엔진의 분당 회전수를 상기 제1 범위보다 빠른 제2 범위로 조절하여 상기 제2 구동장치가 사용되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 동력 인출 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동력축은 차량의 후방 차축과 프로펠러 샤프트 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 동력 인출 시스템.
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