KR102654380B1 - 변속용 클러치 팩 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 푸쉬로드 어셈블리; 상기 푸쉬로드 어셈블리로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 피스톤; 상기 클러치 피스톤으로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 마찰판; 및 상기 클러치 마찰판으로부터 압력을 통해 아웃터 드럼과 연결되는 아웃터 허브를 포함한다.

Description

변속용 클러치 팩 시스템{CLUTCH PACK SYSTEM FOR TRANSMISSION}
본 발명의 실시예들은 변속용 클러치 팩 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기차용 파워트레인은 단일 모터와 단일 감속기를 사용하여 모터의 회전 속도를 제어하거나 또는 듀얼 모터를 사용하여 저속 영역과 고속 영역의 속도 및 토크를 변경하는 방식이 사용된다.
단일 모터와 단일 감속기를 사용하는 전기차는 고정된 기어비로 인해 고속 영역과 저속 영역에서의 배터리 효율이 저하된다. 듀얼 모터를 사용하는 전기차는 고속 영역과 저속 영역을 담당하는 모터가 다르고, 모터의 추가에 따른 차량 중량 증가 및 복잡한 시스템에 의해 배터리 효율이 저하된다.
일부 다단화된 전기차용 파워트레인의 변속 방법은 싱크로나이져, 클러치기어, 싱크로나이져 슬리브, 시프트 포크 등이 사용되는 방식으로, 변속시 시프트 포크에 의해 싱크로나이져 슬리브를 이동시키고, 싱크로나이져를 밀면서 싱크로나이져 내부의 마찰콘을 접촉시켜 동기화 되면 클러치 기어에 맞물려 동력을 전달한다.
이때, 싱크로나이져 내부의 마찰콘은 샤프트의 강한 토크를 전달하기에 마찰면적이 적어 적절한 동기화가 어렵고 이로 인해 클러치 기어의 물림이 원활하지 않게되면 변속부의 파손을 유발할 수 있다.
또한 변속에 많은 힘이 필요하고, 그 힘은 시프트 포크와 고속으로 회전하는 싱크로나이져 슬리브 사이에서 강한 마찰력이 발생하여 시프트 포크와 상크로나이져 슬리브의 과열, 소착 또는 파손을 유발할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부품의 파손이 발생하지 않고 안정적으로 변속기능을 수행할 수 있는 것을 목적으로 한다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 푸쉬로드 어셈블리; 상기 푸쉬로드 어셈블리로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 피스톤; 상기 클러치 피스톤으로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 마찰판; 및 상기 클러치 마찰판으로부터 압력을 통해 아웃터 드럼과 연결되는 아웃터 허브를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템에서, 엑츄에이터 모터; 상기 엑츄에이터 모터와 연결된 리드 스크류 샤프트; 및 상기 리드 스크류 샤프트를 통해 직선 운동하는 스크류 렉기어를 더 포함하고, 상기 스크류 렉기어는 상기 푸쉬로드 어셈블리와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템에서, 상기 클러치 피스톤, 상기 클러치 마찰판, 상기 아웃터 드럼 및 상기 아웃터 허브는 상기 푸쉬로드 어셈블리를 중심으로 양측에 각각 배치되고, 상기 푸쉬로드 어셈블리는 푸쉬로드 핀을 중심으로 상기 클러치 피스톤에 압력을 가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템에서, 상기 아웃터 드럼은 클러치팩 케이스에 고정되고, 상기 아웃터 허브는 회전 샤프트와 결합되고, 상기 아웃터 드럼과 상기 아웃터 허브가 연결되면 상기 회전 샤프트는 정지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템에서, 상기 클러치 피스톤과 상기 아웃터 허브 사이에 배치된 리턴 스프링을 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 기존 싱크로나이져 방식 대비 소착, 발열, 파손의 위험이 없어 안정성 및 내구성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 리드 스크류와 랙기어 방식으로 변속 체결시 밀림현상이 없어 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 기존 다판 클러치 기술의 적용으로 제작성이 용이하고, 클러치팩 시스템으로 조립이 용이하며, 다양한 크기에 적용이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 푸쉬로드 어셈블리에서 푸쉬로드 핀의 지렛대 원리를 이용한 구조로 작은 힘으로 충분한 압력을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 시프트 포크 방식 대비 변속 속도가 빠르며 동기화가 필요없어 변속 충격의 최소화가 가능하여 변속용 클러치 팩 시스템의 내구성이 확보되며, 중립 위치에서 동력 전달 차단이 가능하므로 트랙션 모터의 이상 발생시 안전한 제동이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예예 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 중립 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 1단 체결 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 구조 및 작동에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 단면으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예예 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 중립 상태를 나타낸 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템의 1단 체결 상태를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속용 클러치 팩 시스템은, 푸쉬로드 어셈블리(200), 푸쉬로드 어셈블리(200)로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 피스톤(300), 클러치 피스톤으로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 마찰판(400) 및 클러치 마찰판(400)으로부터 압력을 통해 아웃터 드럼(700)과 연결되는 아웃터 허브(600)를 포함한다.
또한 엑츄에이터 모터(100), 엑츄에이터 모터(100)와 연결된 리드 스크류 샤프트(110) 및 리드 스크류 샤프트(110)를 통해 직선 운동하는 스크류 렉기어(120)를 포함하고, 스크류 렉기어(120)는 푸쉬로드 어셈블리(200)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클러치 작동으로 변속 체결시, 엑츄에이터 모터(100)가 작동하고, 엑츄에이터 모터(100)와 연결된 리드 스크류 샤프트(110)가 회전할 수 있다. 리드 스크류 샤프트(110)와 연결된 스크류 랙기어(120)는 리드 스크류 샤프트의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하여 직선 이동 할 수 있다.
스크류 랙기어(120)는 직선 이동을 통해 푸쉬로드 어셈블리(200)에 압력을 제공할 수 있다. 이때 푸쉬로드 어셈블리(200)는 가운데 부분에 배치된 푸쉬로드 핀(210)을 힘의 작용점으로 하여 푸쉬로드 핀(210)을 중심으로 지렛대 운동을 통해 이동함으로써 클러치 피스톤(300)에 압력을 가할 수 있다.
압력을 받은 클러치 피스톤(300)은 클러치 마찰판(400)에 압력을 제공하고, 클러치 피스톤(300)으로부터 압력을 받은 클러치 마찰판(400)은 아웃터 허브(600)를 이동시켜 클러치 마찰판(400)의 내치와 연결된 아웃터 허브(600)와, 클러치 마찰판(400)의 외치와 연결된 아웃터 드럼(700)을 고정시킬 수 있다.
이때, 아웃터 드럼(700)은 클러치팩 케이스(미도시)에 고정되어 있으며, 아웃터 허브(600)는 회전하는 샤프트(미도시)와 결합되어 있다. 따라서, 아웃터 허브(600)는 샤프트에 의해 회전하다가, 아웃터 허브(600)가 아웃터 드럼(700)과 연결되면, 아웃터 허브(600)가 아웃터 드럼(700)에 의해 고정되면서 샤프트의 회전이 멈출 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치 작동으로 시스템 중립 작동시, 엑츄에이터 모터(100)가 역방향으로 작동하고, 엑츄에이터 모터(100)와 연결된 리드 스크류 샤프트(110)도 역방향으로 회전할 수 있다.
이때 리드 스크류 샤프트(110)는 스크류 렉기어(120)에 동력을 제공하고, 스크류 렉기어(120)는 직선 이동하여 푸쉬로드 어셈블리(200)를 변속용 클러치 팩 시스템의 정중앙에 위치시키도록 푸쉬로드 어셈블리(200)를 작동시킬 수 있다.
푸쉬로드 어셈블리(200)가 변속용 클러치 팩 시스템의 정중앙에 위치하도록 함으로써 클러치 피스톤(300)에 가해졌던 압력은 해제되고, 리턴 스프링(500)에 의해 아웃터 허브(600)가 아웃터 드럼(700)이 위치한 방향과 반대 방향으로 밀림으로써 클러치 마찰판(400)은 아웃터 허브(600)와 아웃터 드럼(700)의 결합이 해제될 수 있다. 이를 통해 클러치 마찰판(400)으로 고정되었던 아웃터 허브(600)와 아웃터 드럼(700)이 결합이 해제되면서 아웃터 허브(600)에 결합된 샤프트는 회전 상태가 될 수 있다.
클러치 피스톤(300), 클러치 마찰판(400), 리턴 스프링(500), 아웃터 허브(600), 아웃터 드럼(700)은 푸쉬로드 어셈블리(200)를 중심으로 양쪽에 각각 대칭으로 배치될 수 있다.
즉, 클러치 피스톤(300)은 제1,2 클러치 피스톤(310, 320), 클러치 마찰판(400)은 제1,2 클러치 마찰판(410, 420), 리턴 스프링(500)은 제1,2 리턴 스프링(510, 520), 아웃터 허브(600)는 제1,2 아웃터 허브(610, 620), 아웃터 드럼(700)은 제1,2 아웃터 드럼(710, 720)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 변속용 클러치 팩 시스템이 축방향의 대칭으로 구성되어, 회전하는 이너 샤프트와 아웃터 샤프트를 각각 정지시키므로 이너 샤프트와 아웃터 샤프트에 연결된 1단 썬기어와 2단 썬기어의 회전을 각각 정지시켜 변속을 발생시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엑츄에이터 모터(100)에서 발생한 동력이 리드 스크류 샤프트(110)와 직선 운동으로 변환된 스크류 렉기어(120)를 통해 푸쉬로드 어셈블리(200)에 전달되는 구조로서, 변속 체결 후 밀림 현상이 없는 이점이 있다.
또한 지렛대의 원리를 이용하여 클러치 피스톤(300)을 푸쉬하는 푸쉬로드 어셈블리(200) 구조를 통해 작은 힘으로도 충분한 압력을 클러치 피스톤(300)에 작용함으로써 클러치 마찰판(400)의 압착이 가능한 효과가 있다.
또한 푸쉬로드 어셈블리(200)를 중심으로 한 대칭 구조를 통한 1단, 중립, 2단의 구성을 가짐으로써, 중립 위치에서 동력 전달의 차단이 가능해 트랙션 모터의 이상 발생시에도 안정성이 확보될 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
100: 엑츄에이터 모터
110: 리드 스크류 샤프트
120: 스크류 렉기어
200: 푸쉬로드 어셈블리
210: 푸쉬로드 핀
300: 클러치 피스톤
310: 제1 클러치 피스톤
320: 제2 클러치 피스톤
400: 클러치 마찰판
410: 제1 클러치 마찰판
420: 제2 클러치 마찰판
500: 리턴 스프링
510: 제1 리턴 스프링
520: 제2 리턴 스프링
600: 아웃터 허브
610: 제1 아웃터 허브
620: 제2 아웃터 허브
700: 아웃터 드럼
710: 제1 아웃터 드럼
720: 제2 아웃터 드럼

Claims (5)

  1. 푸쉬로드 어셈블리;
    상기 푸쉬로드 어셈블리로부터 받은 압력을 전달하는 클러치 마찰판;
    상기 푸쉬로드 어셈블리 및 상기 클러치 마찰판 사이에 배치되고, 상기 푸쉬로드 어셈블리로부터 받은 압력을 상기 클러치 마찰판에 전달하는 클러치 피스톤; 및
    상기 클러치 마찰판으로부터 압력을 통해 아웃터 드럼과 연결되는 아웃터 허브를 포함하고,
    상기 클러치 피스톤, 상기 클러치 마찰판, 상기 아웃터 드럼 및 상기 아웃터 허브는 상기 푸쉬로드 어셈블리를 중심으로 양측에 각각 배치되고,
    상기 푸쉬로드 어셈블리는 푸쉬로드 핀을 힘의 작용점으로 하여 상기 푸쉬로드 핀을 중심으로 지렛대 운동을 통해 상기 클러치 피스톤에 압력을 가하는 변속용 클러치 팩 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    엑츄에이터 모터;
    상기 엑츄에이터 모터와 연결된 리드 스크류 샤프트; 및
    상기 리드 스크류 샤프트를 통해 직선 운동하는 스크류 렉기어를 더 포함하고,
    상기 스크류 렉기어는 상기 푸쉬로드 어셈블리와 연결된 변속용 클러치 팩 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 아웃터 드럼은 클러치팩 케이스에 고정되고, 상기 아웃터 허브는 회전 샤프트와 결합되고,
    상기 아웃터 드럼과 상기 아웃터 허브가 연결되면 상기 회전 샤프트는 정지되는 변속용 클러치 팩 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 클러치 피스톤과 상기 아웃터 허브 사이에 배치된 리턴 스프링을 더 포함하는 변속용 클러치 팩 시스템.
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