KR102644419B1 - 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치 - Google Patents

Abstract

전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치는 액추에이터의 회전력을 전달받아 포크 레일 상의 시프트 포크를 통해 기어 변속을 제어하는 시프팅 유닛과, 액추에이터의 회전력을 전달받아 파킹 스프래그를 통해 파킹기어를 정지 및 해제 제어하는 파킹 유닛을 포함하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 피동기어에 외접 기어 연결되는 구동기어를 통해 회전력을 전달하는 하나의 제어모터로 이루어지고, 상기 시프팅 유닛은 상기 포크 레일 상에 이동 가능하게 설치되어 변속용 싱크로나이저를 제어하는 시프트 포크; 상기 구동기어와 외접 치합되는 피동기어와 연결축을 통하여 연결되며, 내부에는 스크루 홀이 형성되는 스크루 하우징; 일단부에 스크루가 형성되어 상기 스크루 하우징의 스크루 홀에 체결되며, 외주면 상의 일측과 타측에 각각 제1, 제2 플런저 홈이 형성되고, 상기 제1, 제2 플런저 홈 사이의 양측에 각 플런저 홈에 이웃하여 제1, 제2 스토퍼가 형성되는 시프트 레일; 상기 시프트 레일에 평행하게 배치되어 양단이 변속기 하우징에 고정되고, 일측과 타측에 상기 제1, 제2 플런저 홈에 대향하는 제3, 제4 플런저 홈이 형성되는 가이드 레일; 상기 시프트 포크에 하단이 일체로 연결되며, 2개의 관통홀을 통해 상기 제1 스토퍼의 외측에서, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일에 이동 가능하게 삽입된 상태로, 상기 가이드 레일에 대해 상기 시프트 레일을 지지하며, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일을 연결하는 내부에 상하방향으로 제1 작동홀이 형성되는 제1 시프트 러그; 상기 제1 시프트 러그의 제1 작동홀에 삽입된 상태로, 상기 시프트 레일과 가이드 레일 사이에서, 상기 가이드 레일에 대한 상기 시프트 레일과 제1 시프트 러그의 상대적인 이동에 따라 상기 제1, 제3 플런저 홈에 양단이 선택적으로 삽입되는 제1 플런저; 및 상기 시프트 레일의 선단부에 끼워져 고정된 상태로, 상기 가이드 레일에 양측 선단이 지지되어 상기 시프트 레일의 회전을 방지하는 회전방지 가이더를 포함한다.

Description

전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치{Gear shifting device for multi-speed transmission of electric vehicles}

본 발명은 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차의 다단 변속기에서, 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 액추에이터를 하나의 제어모터로 통합하여 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있도록 하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동화 수동 변속기(AMT, Automated Manual Transmission)와 듀얼 클러치 변속기(DCT, Dual Clutch Transmission) 및 전기 자동차용 다단 변속기(Multi-Speed Transmission)는 통상적인 수동 변속기와 동일한 기어열을 갖추면서도 변속을 자동적으로 수행할 수 있도록 개발된 것으로, 자동적인 변속을 구현하기 위해 변속용 액추에이터와 함께, 자동 파킹을 위한 파킹용 액추에이터를 필요로 한다.

특히, 전기 자동차의 다단 변속기는 운전자의 변속레버 또는 변속버튼의 조작에 따른 신호를 입력 받아 전기적 신호로 변속 제어하는 시프트 바이 와이어(SBW: Shift by Wire) 방식이 적용되며, 구동모터의 출력에 의해 무단 변속이 이루어지는 전기 자동차의 특성상, 2단 이상의 많은 변속단수가 필요하지 않아 기어 변속을 위한 시프팅 유닛에 시프트 포크가 1 ~ 2개로 제한된다.

그러나 이러한 전기 자동차의 다단 변속기는 기어 변속을 위해 적용되는 변속단에 대응하는 기어 시프트 기능을 구현하기 위한 변속용 액추에이터로 적어도 하나 이상의 제어모터를 필요로 하며, 이와 별개로 파킹기어를 정지 및 해제시키도록 파킹 스프래그(Parking Sprag)의 제어하기 위한 파킹용 액추에이터로 별도의 제어모터를 더 필요로 한다.

이와 같이, 전기 자동차의 다단 변속기에 적용되는 기어 시프팅 장치는 기어 변속을 위한 시프팅 유닛과 파킹기어를 정지 및 해제시키기 위한 파킹 유닛의 액추에이터로 각각의 제어모터를 구성하여야 함에 따라 다단 변속기의 구조가 복잡해지고, 전장 부품수 증가로 인한 제조 원가의 상승과 중량 증가의 원인이 되는 문제점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명의 실시 예는 전기 자동차의 다단 변속기에서, 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 액추에이터를 하나의 제어모터로 통합하면서도 제1, 제2 변속단 및 파킹단 제어가 가능하도록 하여 구조를 간단하게 하고, 부품수 감소로 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있도록 하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 액추에이터의 회전력을 전달받아 포크 레일 상의 시프트 포크를 통해 기어 변속을 제어하는 시프팅 유닛과, 액추에이터의 회전력을 전달받아 파킹 스프래그를 통해 파킹기어를 정지 및 해제 제어하는 파킹 유닛을 포함하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 피동기어에 외접 기어 연결되는 구동기어를 통해 회전력을 전달하는 하나의 제어모터로 이루어지고, 상기 시프팅 유닛은 상기 포크 레일 상에 이동 가능하게 설치되어 변속용 싱크로나이저를 제어하는 시프트 포크; 상기 구동기어와 외접 치합되는 피동기어와 연결축을 통하여 연결되며, 내부에는 스크루 홀이 형성되는 스크루 하우징; 일단부에 스크루가 형성되어 상기 스크루 하우징의 스크루 홀에 체결되며, 외주면 상의 일측과 타측에 각각 제1, 제2 플런저 홈이 형성되고, 상기 제1, 제2 플런저 홈 사이의 양측에 각 플런저 홈에 이웃하여 제1, 제2 스토퍼가 형성되는 시프트 레일; 상기 시프트 레일에 평행하게 배치되어 양단이 변속기 하우징에 고정되고, 일측과 타측에 상기 제1, 제2 플런저 홈에 대향하는 제3, 제4 플런저 홈이 형성되는 가이드 레일; 상기 시프트 포크에 하단이 일체로 연결되며, 2개의 관통홀을 통해 상기 제1 스토퍼의 외측에서, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일에 이동 가능하게 삽입된 상태로, 상기 가이드 레일에 대해 상기 시프트 레일을 지지하며, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일을 연결하는 내부에 상하방향으로 제1 작동홀이 형성되는 제1 시프트 러그; 상기 제1 시프트 러그의 제1 작동홀에 삽입된 상태로, 상기 시프트 레일과 가이드 레일 사이에서, 상기 가이드 레일에 대한 상기 시프트 레일과 제1 시프트 러그의 상대적인 이동에 따라 상기 제1, 제3 플런저 홈에 양단이 선택적으로 삽입되는 제1 플런저; 및 상기 시프트 레일의 선단부에 끼워져 고정된 상태로, 상기 가이드 레일에 양측 선단이 지지되어 상기 시프트 레일의 회전을 방지하는 회전방지 가이더를 포함하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치가 제공될 수 있다.

상기 파킹 유닛은 파킹기어; 선단에 형성된 치합단이 상기 파킹기어에 대응하도록 배치되고, 후단부가 스프래그 축에 끼워진 상태로, 리턴 스프링에 의해 파킹 해제 방향으로 작동하도록 설치되는 파킹 스프래그; 상기 하단에 포켓부가 일체로 형성되며, 2개의 관통홀을 통해 상기 제2 스토퍼의 외측에서, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일에 이동 가능하게 삽입된 상태로, 상기 가이드 레일에 대해 상기 시프트 레일을 지지하며, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일을 연결하는 내부에 상하방향으로 제2 작동홀이 형성되는 제2 시프트 러그; 상기 제2 시프트 러그의 제2 작동홀에 삽입된 상태로, 상기 시프트 레일과 가이드 레일 사이에서, 상기 가이드 레일에 대한 상기 시프트 레일과 제2 시프트 러그의 상대적인 이동에 따라 상기 제2, 제4 플런저 홈에 양단이 선택적으로 삽입되는 제2 플런저; 변속기 하우징에 고정된 레버 축에 중앙을 통하여 회전 가능하게 끼워진 상태로, 리턴 스프링에 의해 상단이 상기 제2 시프트 러그의 포켓부에 끼워지는 파킹 레버; 및 선단부에 캠부가 형성되어 상기 파킹 스프래그의 선단부에 대응하여 배치되고, 후단은 상기 파킹 레버의 하단부에 연결되는 파킹 로드를 포함할 수 있다.

상기 파킹 레버는 상기 레버 축을 중심으로 회전 작동하여 상기 파킹 로드를 수평 작동시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 파킹 로드는 선단부의 캠부가 상기 스프래그 축을 중심으로 힌지 작동하는 파킹 스프래그의 선단부를 눌러 파킹기어에 치합단이 치합되도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 플런저 홈은 각각 반구형상의 홈으로 형성되고, 상기 제1, 제2 플런저는 각 플런저 홈에 삽입되는 양단이 각각 반구면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 구동기어는 상기 피동기어에 상기 제어모터의 회전력을 감속하여 전달하도록 기어비가 설정될 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 플런저 홈 사이의 간격은 상기 제3, 제4 플런저 홈 사이의 간격과 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 스토퍼는 상기 시프트 레일 상에 각각 원형고리 형상으로 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 전기 자동차의 다단 변속기에서, 제1, 제2 변속단 및 파킹단 제어를 위한 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 액추에이터를 하나의 제어모터로 통합하면서도 제어 신뢰성을 확보하고, 구조를 간단하게 할수 있어 부품수 감소로 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 파킹 상태의 부분 단면 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 단계별 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

단, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 설명의 편의상 도 1의 좌측방향과 우측방향을 좌측과 우측으로 설명하나, 실제 장치의 좌측과 우측을 지칭하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 파킹 상태의 부분 단면 사시도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치는 기본적으로 전기 자동차의 2단 변속기에 적용되는 예를 통하여 설명한다.

물론, 본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치는 2단 변속기 이외에도 적용이 가능하며, 이때는 구현하고자 하는 변속기의 변속단에 따른 시트프 유닛(SU)과 액추에이터로 적용되는 제어모터(M)가 더 추가 될 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치는 액추에이터와, 액추에이터의 회전력을 전달받아 포크 레일(1) 상의 시프트 포크(3)를 통해 기어 변속을 제어하는 시프팅 유닛(SU), 및 액추에이터의 회전력을 전달받아 파킹 스프래그(31)를 통해 파킹기어(33)를 정지 및 해제 제어하는 파킹 유닛(PU)으로 구성된다.

여기서, 상기 액추에이터는 시프팅 유닛(SU)과 파킹 유닛(PU)의 피동기어(PG)에 외접 기어 연결되는 구동기어(DG)를 통해 회전력을 전달하는 하나의 제어모터(M)로 이루어진다.

즉, 상기 시프팅 유닛(SU)과 파킹 유닛(PU)은 하나의 제어모터(M)로부터 제공되는 회전력을 수평력으로 전환하여 상기 시프트 포크(3)와 파킹 스프래그(31)의 작동을 제어한다.

즉, 상기 제어모터(M)는 회전축(S) 선단에 상기 구동기어(DG)가 설치된다.

그리고 상기 시프팅 유닛(SU)은 시프트 포크(3), 스크루 하우징(5), 시프트 레일(7), 가이드 레일(9), 제1 시프트 러그(11), 제1 플런저(13), 회전방지 가이더(17)를 포함한다.

상기 시프트 포크(3)는 변속기 하우징(H)에 양단이 고정된 포크 레일(1) 상에 이동 가능하게 설치되며, 본 발명의 실시 예에서는 제1 변속단과 제2 변속단의 변속을 위한 싱크로나이저(미도시)의 슬리브(미도시)에 연결되어 동기 작동을 제어하도록 구성된다.

상기 스크루 하우징(5)은 내주면에 스크루가 형성된 스크루 홀(5a)이 형성되고, 상기 구동기어(DG)와 외접 치합되는 피동기어(PG)와 연결축(S1)을 통하여 일단이 연결되어 상기 제어모터(M)의 회전력을 전달받아 회전한다.

이때, 상기 구동기어(DG)와 피동기어(PG)는 상기 제어모터(M)의 회전력을 감속하여 스크루 하우징(5)에 전달하도록 감속 기어비로 설정된다.

상기 시프트 레일(7)은 원형봉의 형상으로 형성되어 상기 스크루 하우징(5)과 상기 연결축(S1)의 축선 상에 배치되며, 일단부에 일정구간 스크루(7a)가 형성되어 상기 스크루 하우징(5)의 스크루 홀(5a)에 체결된다.

또한, 상기 시프트 레일(7)은 외주면 상의 일측과 타측에 일정간격을 두고 하향하여 각각 제1, 제2 플런저 홈(G1)(G2)이 형성되고, 상기 제1, 제2 플런저 홈(G1)(G2) 사이의 양측에는 각 플런저 홈(G1)(G2)에 이웃하여 제1, 제2 스토퍼(15)(25)가 형성된다.

이때, 상기 제1, 제2 스토퍼(15)(25)는 상기 제1, 제2 플런저 홈(G1)(G2)에 각각 일정간격을 두고 형성된다.

또한, 상기 제1, 제2 스토퍼(15)(25)는 상기 시프트 레일(7) 상에 각각 원형고리 형상으로 일체로 형성되는데, 이때, 상기 제1 스토퍼(15)는 도 1에서와 같이, 상기 시프트 레일(7)의 축방향 우측으로 이동 시, 상기 제1 시프트 러그(11)의 좌측면을 지지하여 시프트 레일(7)과 함께 우측으로 이동할 수 있도록 하는 기능을 갖는다.

그리고 상기 가이드 레일(9)은 상기 시프트 레일(7)에 일정간격 이격되어 평행하게 배치되며, 양단이 변속기 하우징(H)에 고정된다.

또한, 상기 가이드 레일(9)은 일측과 타측에 각각 상기 제1, 제2 플런저 홈(G1)(G2)에 대향하는 제3, 제4 플런저 홈(G3)(G4)이 형성된다.

여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 플러저 홈(G1)(G2)(G3)(G4)은 각각 동일한 반구형상의 홈으로 형성되며, 상기 제1, 제2 플런저 홈(G1)(G2) 사이의 간격은 상기 제3, 제4 플런저 홈(G3)(G4) 사이의 간격과 동일하게 형성된다.

상기 제1 시프트 러그(11)는 하단이 상기 시프트 포크(3)에 일체로 연결되며, 몸체의 상부와 하부에 각각 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 방향으로 2개의 관통홀이 형성되어 상기 시프트 레일(7) 상의 상기 제1 스토퍼(15)의 외측(도면에서 우측)으로부터 상기 시프트 레일(7)과 상기 가이드 레일(9)에 이동 가능하게 삽입된다.

이때, 상기 제1 시프트 러그(11)는 변속기 하우징(H)에 고정된 상기 가이드 레일(9)에 대해 상기 시프트 레일(7)을 지지하며, 상기 시프트 레일(7)과 상기 가이드 레일(9)을 연결하는 내부에 상하방향으로 제1 작동홀(H1)이 형성된다.

즉, 상기 제1 작동홀(H1)은 상기 제1 시프트 러그(11)의 상단으로부터 상기 가이드 레일(9)이 삽입되는 하부의 관통홀까지 원형홀로 형성된다.

상기 제1 플런저(13)는 상기 제1 시프트 러그(11)의 제1 작동홀(H1)에 삽입되어 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 사이의 제1 작동홀(H1) 내부에 위치된다.

이러한 제1 플런저(13)는 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 사이에서, 상기 가이드 레일(9)에 대한 상기 시프트 레일(7)과 제1 시프트 러그(11)의 상대적인 이동에 따라 상단과 하단이 각각 상기 제1, 제3 플런저 홈(G1)(G3)에 선택적으로 삽입되도록 형성된다.

즉, 상기 제1 플런저(13)는 원형 핀의 모양으로 형성되며, 반구형상의 홈으로 형성되는 상기 제1, 제3 플런저 홈(G1)(G3)에 안정적으로 삽입되도록 양단이 각각 반구면으로 형성된다.

그리고 상기 회전방지 가이더(17)는 상기 시프트 레일(7)의 선단부에 끼워져 핀(P)에 의해 고정된 상태로, 하향 돌출된 양측 선단이 상기 가이드 레일(9)에 끼워져 상기 시프트 레일(7)을 회전방향으로 고정되도록 지지해준다.

즉, 상기 회전방지 가이더(17)는 상기 스크루 하우징(5)의 회전으로 상기 시프트 레일(7)의 스크루(7a)가 체결되는 과정에 시프트 레일(7)이 회전하는 것을 방지해주는 기능을 갖는다.

그리고 상기 파킹 유닛(PU)은 변속기 내의 출력축이나 중간축 등에 설치되는 파킹기어(33)와, 파킹 스프래그(31), 제2 시프트 러그(21), 제2 플러그(23), 파킹 레버(37), 및 파킹 로드(39)를 포함한다.

상기 파킹 스프래그(31)는 선단에 돌출되어 상기 파킹기어(33)의 치형에 치합되는 치합단(31a)이 형성되며, 이 치합단(31a)이 상기 파킹기어(33)에 대응하도록 배치된 상태로, 후단부가 스프래그 축(41)에 끼워진 상태로 설치된다.

이때, 상기 파킹 스프래그(31)는 상기 스프래그 축(41)에 끼워진 리턴 스프링(RS)에 의해 상시 파킹 해제 방향으로 작동하도록 설치된다.

상기 제2 시프트 러그(21)는 상기 하단에 포켓부(21a)가 일체로 형성되며, 몸체의 상부와 하부에 각각 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 방향으로 2개의 관통홀이 형성되어 상기 시프트 레일(7) 상의 상기 제2 스토퍼(15)의 외측(도면에서 좌측)으로부터 상기 시프트 레일(7)과 상기 가이드 레일(9)에 이동 가능하게 삽입된다.

이때, 상기 제2 시프트 러그(21)는 변속기 하우징(H)에 고정된 상기 가이드 레일(9)에 대해 상기 시프트 레일(7)을 지지하며, 상기 시프트 레일(7)과 상기 가이드 레일(9)을 연결하는 내부에 상하방향으로 제2 작동홀(H2)이 형성된다.

즉, 상기 제2 작동홀(H2)은 상기 제2 시프트 러그(21)의 상단으로부터 상기 가이드 레일(9)이 삽입되는 하부의 관통홀까지 원형홀로 형성된다.

여기서, 상기 제2 시프트 러그(21)는 도 1에서와 같이, 상기 시프트 레일(7)의 축방향 좌측으로 이동 시, 상기 제2 스토퍼(25)에 의해 우측면이 지지되어 시프트 레일(7)과 함께 좌측으로 이동할 수 있도록 하는 기능을 갖는다.

상기 제2 플런저(23)는 상기 제2 시프트 러그(21)의 제2 작동홀(H2)에 삽입되어 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 사이의 제2 작동홀(H2) 내부에 위치된다.

이러한 제2 플런저(23)는 상기 시프트 레일(7)과 가이드 레일(9) 사이에서, 상기 가이드 레일(9)에 대한 상기 시프트 레일(7)과 제2 시프트 러그(21)의 상대적인 이동에 따라 상단과 하단이 각각 상기 제2, 제4 플런저 홈(G2)(G4)에 선택적으로 삽입되도록 형성된다.

즉, 상기 제2 플런저(23)는 원형 핀의 모양으로 형성되며, 반구형상의 홈으로 형성되는 상기 제2, 제4 플런저 홈(G2)(G4)에 안정적으로 삽입되도록 양단이 각각 반구면으로 형성된다.

그리고 상기 파킹 레버(37)는 변속기 하우징(미도시)에 고정된 레버 축(43)에 중앙을 통하여 회전 가능하게 끼워져 설치되며, 상기 레버 축(43)에 끼워져 설치된 리턴 스프링(RS)에 의해 상단이 상기 제2 시프트 러그(21)의 포켓부(21a)에 끼워진 상태를 유지하게 된다.

상기 파킹 로드(39)는 선단부에 캠부(39a)가 형성되어 상기 파킹 스프래그(31)의 선단부에 대응하여 배치되고, 후단은 상기 파킹 레버(37)의 하단부에 연결된다.

즉, 상기 파킹 레버(37)는 상기 레버 축(43)을 중심으로 회전 작동하여 상기 파킹 로드(39)를 수평 작동시키도록 구성되고, 상기 파킹 로드(39)는 선단부의 캠부(39a)가 상기 스프래그 축(41)을 중심으로 힌지 작동하는 파킹 스프래그(31)의 선단부를 눌러 파킹기어(33)에 치합단(31a)이 치합되도록 구성된다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치의 단계별 작동 상태도이다.

이하, 도 2와 함께, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치의 작동을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치는 하나의 제어모터(M)가 시프팅 유닛(SU)과, 파킹 유닛(PU)을 제어하도록 구성된다.

즉, 상기 제어모터(M)는 구동기어(DG)에 외접 기어 연결된 피동기어(PG)를 통해 감속비로 포크 레일(1) 상의 시프트 포크(3)를 통해 기어 변속을 제어하고, 동시에 파킹 스프래그(31)를 통해 파킹기어(33)를 정지 및 해제 제어하게 된다.

먼저, 도 2와 함께, 도 3 내지 도 5를 참조하여 변속단 작동을 파킹단, 플런저 매칭, 제1 변속단, 제2 변속단으로 나누어서 설명한다.

[파킹단]

도 2를 참조하면, 상기 파킹단은 상기 제어모터(M)에 의해 구동되는 스크루 하우징(5)에 시프트 레일(7)의 스크루(7a)가 완전히 체결된 상태로, 상기 시프트 레일(7)은 도 2의 좌측 방향인 스크루 하우징(5) 측으로 이동한 상태로, 제2 플런저(23)는 상단이 시프트 레일(7) 상의 제2 플런저 홈(G2)에 삽입된 상태이며, 하단이 가이드 레일(9) 상의 제4 플런저 홈(G4)의 좌측에 대응하는 외주면에 접촉된 상태가 된다.

이러한 상태에서는 시프트 레일(7)이 축방향 우측으로 이동하면, 제2 플런저(23)가 제2 시프트 러그(21)의 축방향 이동을 가능하게 하는 분력을 제공한다.

이때, 파킹 로드(39)는 파킹 레버(37)의 회전 위치에 의해 도 2의 우측으로 전진한 상태로, 파킹 로드(39)의 선단부에 형성된 캠부(39a)가 파킹 스프래그(31)의 선단부를 눌러 파킹기어(33)에 파킹 스프래그(31)의 치합단(31a)이 치합된 상태를 유지하여 파킹기어(33)를 회전방향으로 고정하는 파킹 상태를 이룬다.

그리고 상기 시프트 레일(7)은 스크루 하우징(5)으로부터 도 2의 좌측 방향으로 이동한 상태로, 제1 플런저(13)는 하단이 가이드 레일(9) 상의 제3 플런저 홈(G3)에 삽입된 상태이며, 상단이 시프트 레일(7) 상의 제1 플런저 홈(G1)의 우측에 대응하는 외주면에 접촉된 상태로, 이러한 상태에서는 시프트 레일(7)이 축방향으로 이동하더라도 제1 플런저(13)가 각각 제1 시프트 러그(11)의 축방향 이동을 가능하게 하는 분력을 전달할 수 없는 상태이다.

[플런저 매칭]

도 3을 참조하면, 상기 플런저 매칭은 상기 제어모터(M)에 의해 구동되는 스크루 하우징(5)에 시프트 레일(7)의 스크루(7a)가 풀리면서 상기 시프트 레일(7)은 도 2의 우측 방향인 스크루 하우징(5)의 반대측으로 일정구간 이동한다.

그러면, 상기 파킹 레버(37)는 상단이 제2 시프트 러그(21)의 포켓부(21a)에 의해 이동하면서 레버 축(43)을 중심으로 회전한다.

이때, 파킹 레버(37)의 회전에 의해 파킹 로드(39)는 도 3의 좌측으로 이동한 상태로, 파킹 로드(39)의 선단부에 형성된 캠부(39a)가 파킹 스프래그(31)의 선단부로부터 이탈하여 파킹기어(33)로부터 파킹 스프래그(31)의 치합단(31a)이 치합 해제되며, 파킹기어(33)는 회전방향으로 자유로운 파킹해제 상태가 된다.

그리고 상기 시프트 레일(7)은 스크루 하우징(5)의 반대측으로 일정구간 이동한 상태에서, 상기 제1 플런저(13)는 하단이 가이드 레일(9) 상의 제3 플런저 홈(G3)에 삽입된 상태를 유지하며, 상단이 시프트 레일(7) 상의 제1 플런저 홈(G1)에 대응하여 매칭된 상태가 된다.

또한, 상기 제2 플런저(23)는 하단이 자중에 의해 가이드 레일(9) 상의 제4 플런저 홈(G4)에 삽입된 상태가 되며, 상단이 시프트 레일(7) 상의 제2 플런저 홈(G2)에 대응하여 매칭된 상태가 된다.

또한, 시프트 레일(7) 상의 제1 스토퍼(15)는 상기 제1 시프트 러그(11)의 좌측면에 접촉된 상태가 되어 제1 시프트 러그(11)를 지지 가능하게 된다.

이러한 상태에서는 시프트 레일(7)이 축방향 우측으로 이동하면, 제1 스토퍼(15)에 의해 제1 시프트 러그(11)의 좌측면에 힘이 전달되고, 제1 시프트 러그(11)에 전달된 힘은 작동홀(H1) 내부의 제1 플런저(13)의 좌측 접촉면으로도 전달되는 상태가 된다.

[제1 변속단]

도 4를 참조하면, 상기 제1 변속단은 상기 플런저 매칭 상태에서, 상기 제어모터(M)에 의해 구동되는 스크루 하우징(5)의 더 회전하여 시프트 레일(7)이 풀리면서 도 4의 우측 방향으로 일정 스트로크 더 이동한 상태가 된다.

이때, 시프트 레일(7)의 우측 방향 이동에 따라 제1 스토퍼(15)는 상기 제1 시프트 러그(11)의 좌측면에 접촉된 상태로, 제1 시프트 러그(11)를 시프트 레일(7)과 동일한 스트로크로 이동시키게 된다. 이때, 제1 플런저(13)는 제1 시프트 러그(11)의 상승 이동하여 하단이 가이드 레일(9)의 제3 플런저 홈(G3)으로부터 벗어나게 하려는 분력에 의해 상승하여 상단이 시프트 레일(7)의 제1 플런저 홈(G1)으로 삽입된 상태가 된다.

이와 같이, 제1 시프트 러그(11)의 축방향 우측으로의 이동에 의해 시프트 포크(3)를 이동시켜 제1 변속단으로 변속을 가능하게 한다.

한편, 상기 제2 시프트 러그(21)는 제2 플런저 홈(G2)로부터 제2 플런저(23)의 상단이 이탈하여 하단이 제4 플런저 홈(G4)에 삽입된 상태로, 시프트 레일(7)의 우측 방향 이동에도 분력이 전달되지 않아 가이드 레일(9) 상의 상기 플런저 매칭 때와 동일한 위치에 유지된다. 이에 따라 파킹기어(33)는 파킹해제 상태를 유지하게 된다.

[제2 변속단]

도 5를 참조하면, 상기 제2 변속단은 상기 제1 변속단의 상태에서, 상기 제어모터(M)에 의해 구동되는 스크루 하우징(5)의 더 회전하여 시프트 레일(7)이 풀리면서 도 5의 우측 방향으로 제1 변속단보다 일정 스트로크 더 이동한 상태가 된다.

이때, 시프트 레일(7)의 제1 변속단보다 더 좌측 방향 이동에 따라 제1 스토퍼(15)는 상기 제1 시프트 러그(11)의 좌측면에 접촉된 상태로, 제1 시프트 러그(11)를 시프트 레일(7)과 동일한 스트로크로 이동시키게 된다.

이와 같이, 제1 변속단에 비하여 제1 시프트 러그(11)의 축방향 우측으로의 추가 이동으로 시프트 포크(3)를 이동시켜 제2 변속단으로 변속을 가능하게 한다.

한편, 상기 제2 시프트 러그(21)는 제2 플런저 홈(G2)로부터 제2 플런저(23)의 상단이 이탈하여 하단이 제4 플런저 홈(G4)에 삽입된 상태를 계속 유지하여 시프트 레일(7)의 우측 방향 이동에도 분력이 전달되지 않아 가이드 레일(9) 상의 상기 플런저 매칭 때와 동일한 위치에 유지된다. 이에 따라 파킹기어(33)는 게속 파킹해제 상태를 유지하게 된다.

단, 본 발명의 실시 예에서는 상기 시프트 포크(3)의 축방향 우측으로 위치 변화에 따라 제1, 제2 변속단이 선택되는 것으로만 설명되었으나, 동력 연결을 위한 싱크로 나이저, 클러치 등의 동력연결요소를 이에 맞게 구성하기에 따라 2단 변속단의 구현은 가능할 것이다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기어 시프팅 장치에 의하면, 전기 자동차의 다단 변속기에서, 시프팅 유닛(SU)과 파킹 유닛(PU)의 액추에이터를 하나의 제어모터(M)로 통합하면서도 제1, 제2 변속단 및 파킹단 제어가 가능하도록 하여 구성 부품수를 최소화하고, 구조를 간단하게 하여 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

M: 제어모터
SU: 시프팅 유닛
PU: 파킹 유닛
1: 포크 레일
3: 시프트 포크
5: 스크루 하우징
7: 시프트 레일
9: 가이드 레일
11, 21: 제1, 제2 시프트 러그
13, 23: 제1, 제2 플런저
15, 25: 제1, 제2 스토퍼
17 : 회전방지 가이더
G1,G2,G3,G4: 제1, 제2, 제3, 제4 플런저 홈
H1,H2: 제1, 제2 작동홀
31: 파킹 스프래그
31a: 치합단
33: 파킹기어
35: 파킹 캠
37: 파킹 레버
39: 파킹 로드
39a: 캠부
41: 스프래그 축
43: 레버 축

Claims (8)

1. 액추에이터의 회전력을 전달받아 포크 레일 상의 시프트 포크를 통해 기어 변속을 제어하는 시프팅 유닛과, 액추에이터의 회전력을 전달받아 파킹 스프래그를 통해 파킹기어를 정지 및 해제 제어하는 파킹 유닛을 포함하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 시프팅 유닛과 파킹 유닛의 피동기어에 외접 기어 연결되는 구동기어를 통해 회전력을 전달하는 하나의 제어모터로 이루어지고,
   상기 시프팅 유닛은
   상기 포크 레일 상에 이동 가능하게 설치되어 변속용 싱크로나이저를 제어하는 시프트 포크;
   상기 구동기어와 외접 치합되는 피동기어와 연결축을 통하여 연결되며, 내부에는 스크루 홀이 형성되는 스크루 하우징;
   일단부에 스크루가 형성되어 상기 스크루 하우징의 스크루 홀에 체결되어 상기 스크루 하우징의 회전에 따라 축방향으로 이동 가능하며, 외주면 상의 일측과 타측에 각각 제1, 제2 플런저 홈이 형성되고, 상기 제1, 제2 플런저 홈 사이의 양측에 각 플런저 홈에 이웃하여 제1, 제2 스토퍼가 형성되는 시프트 레일;
   상기 시프트 레일에 평행하게 배치되어 양단이 변속기 하우징에 고정되고, 일측과 타측에 상기 제1, 제2 플런저 홈에 대향하여 동일 간격의 제3, 제4 플런저 홈이 형성되며, 상기 시프트 레일의 축방향 이동에 따라 상기 제1, 제2 플런저 홈에 제3, 제4 플런저 홈이 각각 매칭되도록 구성되는 가이드 레일;
   상기 시프트 포크에 하단이 일체로 연결되며, 2개의 관통홀을 통해 상기 제1 스토퍼의 외측에서, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일에 이동 가능하게 삽입된 상태로, 상기 가이드 레일에 대해 상기 시프트 레일을 지지함과 동시에, 상기 제1 스토퍼에 일방향으로 지지되어 이동 가능하며, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일을 연결하는 내부에 상하방향으로 제1 작동홀이 형성되는 제1 시프트 러그;
   상기 제1 시프트 러그의 제1 작동홀에 삽입된 상태로, 상기 시프트 레일과 가이드 레일 사이에서, 상기 가이드 레일에 대한 상기 시프트 레일과 제1 시프트 러그의 상대적인 이동에 의한 분력에 따라 상기 제1, 제3 플런저 홈에 양단이 선택적으로 삽입되는 제1 플런저; 및
   상기 시프트 레일의 선단부에 끼워져 고정된 상태로, 상기 가이드 레일에 양측 선단이 지지되어 상기 시프트 레일의 회전을 방지하는 회전방지 가이더를 포함하고,
   상기 파킹 유닛은
   파킹기어;
   선단에 형성된 치합단이 상기 파킹기어에 대응하도록 배치되고, 후단부가 스프래그 축에 끼워진 상태로, 리턴 스프링에 의해 파킹 해제 방향으로 작동하도록 설치되는 파킹 스프래그;
   상기 하단에 포켓부가 일체로 형성되며, 2개의 관통홀을 통해 상기 제2 스토퍼의 외측에서, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일에 이동 가능하게 삽입된 상태로, 상기 가이드 레일에 대해 상기 시프트 레일을 지지함과 동시에, 상기 제2 스토퍼에 타방향으로 지지되어 이동 가능하며, 상기 시프트 레일과 상기 가이드 레일을 연결하는 내부에 상하방향으로 제2 작동홀이 형성되는 제2 시프트 러그;
   상기 제2 시프트 러그의 제2 작동홀에 삽입된 상태로, 상기 시프트 레일과 가이드 레일 사이에서, 상기 가이드 레일에 대한 상기 시프트 레일과 제2 시프트 러그의 상대적인 이동에 의한 분력에 따라 상기 제2, 제4 플런저 홈에 양단이 선택적으로 삽입되는 제2 플런저;
   변속기 하우징에 고정된 레버 축에 중앙을 통하여 회전 가능하게 끼워진 상태로, 리턴 스프링에 의해 상단이 상기 제2 시프트 러그의 포켓부에 끼워지는 파킹 레버; 및
   선단부에 캠부가 형성되어 상기 파킹 스프래그의 선단부에 대응하여 배치되고, 후단은 상기 파킹 레버의 하단부에 연결되는 파킹 로드를 포함하는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 파킹 레버는
   상기 레버 축을 중심으로 회전 작동하여 상기 파킹 로드를 수평 작동시키도록 구성되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 파킹 로드는
   선단부의 캠부가 상기 스프래그 축을 중심으로 힌지 작동하는 파킹 스프래그의 선단부를 눌러 파킹기어에 치합단이 치합되도록 구성되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2, 제3, 제4 플런저 홈은 각각 반구형상의 홈으로 형성되고,
   상기 제1, 제2 플런저는 각 플런저 홈에 삽입되는 양단이 각각 반구면으로 형성되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 구동기어는
   상기 피동기어에 상기 제어모터의 회전력을 감속하여 전달하도록 기어비가 설정되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 플런저 홈 사이의 간격은 상기 제3, 제4 플런저 홈 사이의 간격과 동일하게 형성되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 스토퍼는
   상기 시프트 레일 상에 각각 원형고리 형상으로 일체로 형성되는 전기 자동차의 다단 변속기용 기어 시프팅 장치.

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