KR102686806B1 - 차량용 변속기 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 변속기 제어장치에 관한 것으로서, 하우징과, 하우징에 구비되는 메인 샤프트와, 메인 샤프트에 결합되고, 변속기의 변속단을 제어하기 위한 신호에 따라 구동되는 구동부와, 구동부의 내측에 수용되는 감속부 및 감속부의 회전력을 전달받아 감속된 회전력을 출력하는 출력부를 포함하며, 감속부는, 메인 샤프트에 결합되고, 제1 치형부 및 제2 치형부를 형성하는 내측기어부재 및 하우징에 고정되고, 제1 치형부에 치합되는 제1 안착 치형부를 형성하는 외측기어부재를 포함하고, 출력부는 제2 치형부에 치합되는 제2 안착 치형부를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 차량용 변속기 제어장치는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

차량용 변속기 제어장치{Controlling apparatus of automotive transmission}
본 발명은 차량용 변속기 제어장치에 관한 것으로서, 예컨대 변속기 제어장치의 소형화 및 고출력을 구현할 수 있는 차량용 변속기 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 변속기는 차량 속도에 따라 엔진의 회전 RPM을 일정하게 유지하기 위해 기어비를 달리하도록 제어될 수 있으며, 차량 내부에는 운전자가 변속기의 기어비를 바꿀 수 있도록 하는 변속 레버가 구비되어 있다.
변속기의 변속 모드로는 운전자가 수동으로 변속단을 바꿀 수 있는 수동 변속 모드와 운전자가 주행단(D)을 선택한 경우 차량 속도에 따라 자동으로 변속단이 바뀌는 자동 변속 모드가 있다.
또한, 수동 변속 모드와 자동 변속 모드를 함께 수행할 수 있는 스포츠 모드가 사용되고 있으며, 스포츠 모드는 기본적으로 자동 변속 모드를 수행하면서 운전자가 기어의 단수를 높이거나 낮추어서 수동 변속 모드를 수행하게 된다. 자동 변속 모드는 일반적으로 차량의 주정차 시에 사용되는 P단, 차량의 전진에 사용되는 D단, 차량의 후진에 사용되는 R단 및 엔진의 출력이 구동륜으로 전달되는 것을 차단하는 N단을 포함하는 변속단으로 구성된다.
최근에는 변속기와 기계적인 케이블로 연결되는 기계식 변속 레버 대신에 전자식 변속 레버를 통해 운전자의 변속 레버 조작에 따른 조작 신호를 전달하고, 조작 신호에 따라 변속기의 제어가 이루어지도록 하는 시프트 바이 와이어(Shift By Wire) 시스템이 사용되고 있다.
시프트 바이 와이어 시스템은 운전자의 변속 레버 조작력을 기계적인 연결 구조를 통해 변속기에 전달하지 않고, 전자식 변속 레버로부터 운전자의 변속 레버 조작에 따른 조작 신호를 액추에이터 등을 포함하는 변속기 제어장치가 전달받아 변속기를 제어하는 시스템을 말한다. 상기 전자식 변속 레버를 이용하는 경우 센서를 통해 레버의 이동을 감지하고, 선택된 변속단에 대응하는 신호를 TCU(Transmission Control Unit)에 전달한다. TCU가 자동 변속 장치의 변속단을 제어하는 변속기 제어장치에 제어 신호를 전달함으로써 변속단의 변화가 이루어진다. 변속기 제어장치는 TRCM(Transmission Range Control Module)이라고도 불리운다.
상기의 시프트 바이 와이어 시스템은 기계식 변속 레버와는 달리 기계적인 케이블 연결 구조가 없으며, 운전자의 변속 레버 조작을 전기적 신호로 전달하기 때문에 기계식 변속 레버와는 달리 레버 조작력이나 조작감이 우수하며 변속 조작을 위해 필요로 하는 공간이 적으며 조작이 간편한 특징을 가진다.
종래의 차량용 변속기 제어장치는 감속기의 효율성 향상을 위해 편심을 가지도록 구비될 수 있다. 이러한 편심 구동을 가지기 위해 출력기가 배치되는 모듈(감속기)과 모터가 구비되는 모듈(구동부)은 서로 이격되게 구비된다. 또한, 이로 인해 감속기의 회전축은 구동축과 서로 수직하게 배치되거나 서로 경사진 상태로 배치되어 실장 공간이 커질 수 밖에 없고, 변속기 제어장치의 크기가 커질 수 밖에 없으며, 이로 인해 변속기 제어장치의 실장 공간이 커지게 된다. 상기의 구조를 가지는 차량용 변속기 제어장치는 부품수가 많아질 수 밖에 없고, 조립성이 저하될 수 밖에 없다.
이에, 변속기 제어장치의 내부 구조물들이 동축을 가지며 구동될 수 있도록 하며, 변속기 제어장치의 실장 공간의 자유화를 구현함은 물론 소형화를 구현할 수 있는 변속기 제어장치가 요구되고 있다.
일본 공개특허 제2006-336710호(출원일: 2006.12.14)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 차량용 변속기 제어장치의 내부 구조물들, 구체적으로 모터부의 내부에 출력기가 배치되는 모듈 즉 감속기를 배치하여 동축에 배치시킬 수 있으며, 고출력 및 소형화를 구현할 수 있는 변속기 제어장치를 제공하고자 한다.
또한, 차량용 변속기 제어장치의 구조물들을 동축에 배치시키면서도 감속기 모듈을 편심 구동할 수 있도록 구비하여, 감속기 모듈의 감속 효과를 향상시킬 수 있는 차량용 변속기 제어장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치는,
하우징; 상기 하우징에 구비되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트에 결합되고, 변속기의 변속단을 제어하기 위한 신호에 따라 구동되는 구동부; 상기 구동부의 내측에 수용되는 감속부; 및 상기 감속부의 회전력을 전달받아 감속된 회전력을 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 감속부는,
상기 메인 샤프트에 결합되고, 제1 치형부 및 제2 치형부를 형성하는 내측기어부재; 및 상기 하우징에 고정되고, 상기 제1 치형부에 치합되는 제1 안착 치형부를 형성하는 외측기어부재를 포함하고,
상기 출력부는,
상기 제2 치형부에 치합되는 제2 안착 치형부를 포함할 수 있다.
상기 출력부는,
상기 제2 안착 치형부를 형성하는 출력몸체; 및 상기 출력 몸체에서 돌출되되 그 내측으로 상기 메인 샤프트가 삽입되며 상기 감속부의 회전력을 전달받아 출력하는 출력 샤프트를 포함할 수 있다.
상기 메인 샤프트는 상기 구동부의 구동에 따라 회전하며,
상기 구동부의 회전에 따라 제1 축을 중심으로 회전하는 메인 회전몸체를 포함할 수 있다.
상기 메인 샤프트에는 상기 메인 회전몸체의 외측 둘레면을 따라 구비되고, 상기 구동부의 회전에 따라 상기 제1 축에서 편심된 제2 축을 중심으로 하고, 상기 내측기어부재가 결합되는 편심 회전몸체를 포함할 수 있다.
상기 메인 회전몸체는 상기 구동부의 중심에서 연장되는 가상의 제1 축을 중심으로 회전되고,
상기 편심 회전몸체는 상기 제1 축과 소정 거리 이격되어 평행을 이루는 가상의 제2 축을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 메인 샤프트의 외측에는 베어링부재가 더 구비될 수 있다.
상기 메인 샤프트의 외주면을 따라 상기 베어링부재를 고정시키기 위한 고정 돌기부가 돌출 형성될 수 있다.
상기 베어링부재는,
상기 메인 샤프트의 하단의 상기 메인 회전몸체와 상기 하우징 사이에 배치되는 제1 베어링; 상기 메인 샤프트의 상기 편심 회전몸체와 상기 내측기어부재의 내측면 사이에 배치되되, 상기 고정 돌기부에 안착되는 적어도 하나의 제2 베어링; 및 상기 메인 샤프트의 상단의 상기 메인 회전몸체와 상기 출력부 내측면 사이에 배치되는 제3 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제2 베어링은
상기 제3 베어링의 하부에 배치되는 상단 베어링; 및 상기 고정 돌기부에 안착되고, 상기 상단 베어링의 하부로 하단 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제2 베어링은 상기 내측기어부재가 상기 구동부의 회전자와 접촉되는 것을 제한하도록 상기 메인 샤프트에 억지끼움 될 수 있다.
상기 하우징은,
상기 구동부, 상기 감속부 및 상기 출력부가 실장되는 수용공간을 형성하는 본체; 및 상기 본체의 상부에 결합되어 상기 수용공간을 커버하는 커버부재를 포함할 수 있다.
상기 본체의 내부 바닥면에는 상기 메인 샤프트의 하단 및 상기 제1 베어링이 안착되는 안착부가 형성될 수 있다.
상기 본체의 일면에는 상기 구동부로 전원을 인가하며 회전을 제어하는 구동 제어부가 더 실장될 수 있다.
상기 커버부재에는 상기 출력 샤프트가 수용되어 노출되는 개구부를 형성할 수 있다.
상기 내측기어부재, 상기 외측기어부재 및 상기 출력몸체는 상기 구동부의 내측에 수용될 수 있다.
상기 제1 치형부와 상기 제1 안착 치형부의 잇수차는 4개 이하로 이루어지고, 상기 제2 치형부와 상기 제2 안착 치형부의 잇수차는 4 개 이하로 이루어질 수 있다.
상기 구동부는,
상기 하우징에 고정되는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어의 내부 둘레를 따라 배치되는 복수개의 코일을 포함하는 고정자; 및 상기 고정자의 내측에 안착되어 상기 메인 샤프트의 축과 동축 회전되게 결합되며, 상기 코일에 대응되는 마그넷을 실장하는 회전자를 포함할 수 있다.
상기 출력부와 상기 하우징 사이에는 상기 구동부의 회전 구동을 감지하고 상기 출력부의 회전을 검출하여 변속단을 감지하는 감지부재가 더 구비될 수 있다.
상기 감지부재는,
상기 감속 출력부와 상기 하우징 사이에 배치되는 기판부; 상기 감속 몸체의 일면에 구비되고, 상기 감속 몸체의 회전에 따라 회전되는 영구자석; 상기 기판부에 구비되고, 상기 영구자석의 위치를 검출하는 제1 홀센서; 및 상기 기판부에 구비되어 상기 구동부에 구비되는 회전자에 대응하여 상기 회전자의 회전을 검출하는 제2 홀센서를 포함할 수 있다.
상기 기판부와 상기 감속 출력부 사이에는 상기 기판부를 지지하는 지지부재가 더 구비되고,
상기 지지부재에는,
상기 제1 홀센서가 수용되는 제1 수용홈; 및 상기 제2 홀센서가 수용되는 제2 수용홈이 구비될 수 있다.
상기 제1 치형부와 상기 제2 치형부는 싸이클로이드 치형으로 구비되며, 상기 제1 안착 치형부와 상기 제2 안착 치형부는 상기 제1 치형부와 상기 제2 치형부에 대응되는 치형으로 구비될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치는, 감속부를 구동부의 내측 공간에 안착시켜 감속부를 구동부와 동일 축에 배치하여 차량용 변속기 제어장치의 소형화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치는, 내측기어부재가 메인 샤프트에 편심 결합되면서, 내측기어부재를 외측에 제1 치형부와 제2 치형부를 가지는 두개의 다단으로 형성하여, 외측기어부재의 제1 안착 치형부가 제1 치형부에 맞물려 결합되고, 출력몸체의 제2 안착 치형부가 제2 치형부에 맞물려 결합되어 회전되도록 하여, 구동부와 감속부의 결합이나 외측기어부재와 내측기어부재의 결합 및 감속부와 출력부의 결합의 정밀도가 향상될 수 있고, 정밀도 향상에 따른 회전력의 전달 효율이 향상되어 감속부의 출력축의 출력 토크를 향상시켜 고출력을 구현할 수 있다.
또한, 메인 샤프트의 편심 형상을 통해 내측기어부재가 메인 샤프트의 회전 시 편심 회전하는 구조(예컨대 자전하면서 공전하는 구조)를 가질 수 있어 감속부의 결합 구조를 심플하게 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기 제어장치가 도시된 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치의 일부분 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치의 개략적인 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치의 다른 방향에서의 개략적인 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 메인 샤프트 및 베어링부를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 메인 샤프트의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 구동부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 구동부 중 고정자를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 구동부의 삼상 구조에 따른 구동부의 작동을 개략적을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 구동부의 회전자 및 회전자의 회전을 검출하는 위치 감지부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 위치 제어장치가 구동부와 연결되는 상태를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 구동부의 위치 제어장치를 통해 위치 제어 방법을 개략적으로 개시한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 출력부, 감속부 및 메인 샤프트의 개략적인 분리 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 메인 샤프트에 내측기어부재가 실장되고, 출력부 및 외측기어부재의 개략적인 분리 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 감속부, 메인 샤프트 및 출력부의 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 출력 감지부를 구비한 제어장치를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 출력 감지부를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 지지부재 및 기판부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 지지부재 및 기판부가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서, 지지부재의 하면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치에서 출력부를 제외한 결합 평면도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치의 결합 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 차량용 변속기 제어장치(1) 및 그 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)가 도시된 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 차량용 변속기 제어장치(1)는 시프트 바이 와이어 시스템에서 변속 레버(2)의 조작 신호를 전달받아 변속기(3)의 변속단이 전환되도록 구비될 수 있다.
이때, 차량용 변속기 제어장치(1)는 하우징(100)(도 2 및 도 3을 통해 후술함) 내부에 수용되도록 위치하며, 변속기(3)는 하우징(100) 외부로 노출되어 변속기(3)와 연결되는 차량용 변속기 제어장치(1)의 출력부(500)의 회전에 따라 변속단이 전환될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 변속 레버(2)로서 다이얼 조작 방식의 변속 레버를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 변속 레버(2)는 다이얼 조작 방식뿐만 아니라 조이스틱 조작 방식 또는 이들의 조합을 가지는 조작 방식을 가지는 변속 레버가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 변속 레버(2)에 의해 선택 가능한 변속단은 주차단(P), 후진단(R), 중립단(N), 적어도 하나의 주행단(D)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하며, 구체적으로 주차단(P), 후진단(R), 중립단(N), 주행단 및 저단을 포함하는 것을 예를 들어 설명할 수 있다. 그러나 변속단은 이에 한정되지 않고 차량, 운전자의 니즈 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대 변속 레버가 수납 위치로 안착되어 수납되는 포지션('스토우 포지션' 이라고도 하며 수납 포지션'이라고도 함.)이나, 스포츠 모드에 따른 수동 변속 모드 등에 따라 다양한 변속단을 구비할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)의 일부분 분리 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)의 개략적인 분리 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)의 다른 방향 개략적인 분리 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)의 개략적인 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)는 변속장치(10)와 구동 제어부(20)를 포함할 수 있고, 상기 변속 장치(10)는 하우징(100), 메인 샤프트(200), 구동부(400), 감속부(300) 및 출력부(500)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)은 상기 메인 샤프트(200), 구동부(400), 감속부(300) 및 출력부(500)를 실장하는 수용공간(S1)을 형성하는 본체(110)와, 상기 본체(110)의 일면에 결합되어 상기 수용공간(S1)을 커버하는 커버부재(120)를 포함할 수 있다. 상기 차량용 변속기 제어장치(1)는 본체(110)가 하단을 향하도록 배치되거나, 이와는 달리 상기 커버부재(120)가 하단을 향하도록 배치될 수 있다. 다만, 상기 차량용 변속기 제어장치(1)의 실장 위치는 배치되는 공간이나 다른 구조물들과의 관계를 통해 얼마든지 다양하게 변경이나 변형될 수 있을 것이다.
상기 본체(110)의 내부 바닥면에는 후술하는 메인 샤프트(200)의 하단 및 상기 메인 샤프트(200)의 하단 외주면에 실장되는 제1 베어링(651)이 안착되도록 홈 형상 또는 실장공간을 가진 안착부(111)가 형성될 수 있다.
상기 커버부재(120)에는 후술하는 출력부(500), 구체적으로 출력부(500)에서 일 방향으로 돌출되는 출력 샤프트(510)가 실장되어 외측으로 노출될 수 있도록 개구부(121)를 형성할 수 있다.
상기 커버부재(120)는 상기 본체(110)의 오픈된 수용공간(S1)을 커버하도록 구비되고, 상기 본체(110)의 다른 일면에는 후술하는 구동부(400)로 전원을 인가하며 상기 구동부(400)의 회전을 제어하는 구동 제어부(20)가 실장될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 메인 샤프트(200) 및 베어링부재(650)를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 메인 샤프트(200)의 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 메인 샤프트(200)는 상기 하우징(100), 구체적으로 상기 본체(110)의 상기 수용공간(S1)의 중앙 부분에 형성된 안착부(111)에 실장될 수 있다. 상기 메인 샤프트(200)에는 상기 구동부(400), 상기 감속부(300) 및 상기 출력부(500)가 순차적으로 끼워져 동일한 방향으로 축 결합되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 메인 샤프트(200)는 상기 구동부(400), 상기 감속부(300) 및 상기 출력부(500)의 회전축(ax1, ax2)을 형성할 수 있다. 다만 상기 메인 샤프트(200)는 상기 구동부(400)의 구동에 따라 제1 축(ax1)을 중심으로 회전하는데, 후술하는 상기 감속부(300), 구체적으로 내측기어부재(310)는 상기 메인 샤프트(200)의 회전축인 상기 제1 축(ax1)에서 소정 이격된 제2 축(ax2)을 중심으로 편심된 편심 회전축을 중심으로 회전되도록 축 결합될 수 있다. 즉, 상기 메인 샤프트(200)가 상기 구동부(400)의 구동에 의해 회전되면, 상기 메인 샤프트(200)는 제1 축(ax1)을 중심으로 회전되나, 상기 감속부(300)의 상기 내측기어부재(310)는 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)에서 소정 이격되어 편심된 회전축인 제2 축(ax2)을 중심으로 회전하는 구동을 수행할 수 있다.
앞서 언급했듯이, 상기 메인 샤프트(200)는 상기 수용공간(S1)의 중앙 부분에 실장되어 상기 구동부(400)의 구동에 따라 회전하도록 구비되되, 메인 회전몸체(210)와, 편심 회전몸체(220)를 포함할 수 있다.
상기 메인 회전몸체(210)는 상기 구동부(400)의 회전 시 제1 축(ax1)을 중심으로 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 메인 회전몸체(210)의 하단은 상기 안착부(111)에 실장되고, 상기 메인 회전몸체(210)의 상단은 상기 커버부재(120)의 개구부(121)에 실장될 수 있다.
상기 편심 회전몸체(220)는 상기 메인 회전몸체(210)의 상단(211) 과 하단(212) 사이에 구비될 수 있고, 상기 메인 회전몸체(210)에서 돌출되어 상기 메인 회전몸체(210)의 직경보다 크면서 상기 메인 회전몸체(210)의 제1 축(ax1)에서 편심된 제2 축(ax2)을 형성할 수 있다. 상기 편심 회전몸체(220)는 상기 메인 회전몸체(210)에 일체형으로 형성되거나 또는 결합되어 마치 하나의 형상으로 형성될 수 있고, 상기 구동부(400)의 회전에 따라 제1 축(ax1)에서 편심된 상기 제2 축(ax2)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 편심 회전몸체(220)에는 상기 내측기어부재(310)가 결합될 수 있다. 따라서, 상기 메인 샤프트(200)의 회전 시, 상기 내측기어부재(310)는 상기 편심 회전몸체(220)의 회전축, 즉, 제1 축(ax1)에서 편심된 제2 축(ax2)을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 메인 샤프트(200)의 외측에는 상기 메인 샤프트(200)의 회전 시 회전을 용이하게 하도록 베어링부재(700)가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 메인 샤프트(200)의 외주면을 따라, 구체적으로 상기 편심 회전몸체의 단부(220)로 상기 베어링부재(700)를 고정시키기 위한 고정 돌기부(201)가 돌출 형성될 수 있다.
상기 베어링부재(700)는 제1 베어링(710), 제2 베어링(720) 및 제3 베어링(730)을 포함할 수 있다.
상기 제1 베어링(710)은 상기 메인 샤프트(200)의 하단의 상기 메인 회전몸체(210)와 상기 하우징(100) 사이, 구체적으로 상기 안착부(111) 사이에 배치되어, 상기 메인 샤프트(200)의 하단의 상기 메인 회전몸체(210)가 상기 안착부(111)에서 회전 시, 미끄럼 구동을 가능하게 하여 회전을 용이하게 할 수 있다.
상기 제3 베어링(730)은 상기 메인 샤프트(200)의 상단(211)의 상기 메인 회전몸체(210)와 상기 출력부(500) 내측면 사이에 배치되어, 상기 메인 샤프트(200)의 상단(211)의 상기 메인 회전몸체(210)가 상기 출력부(500)의 내측면에서 회전 시, 미끄럼 구동을 가능하게 하여 회전을 용이하게 할 수 있다.
상기 제2 베어링(720)은 상기 제1 베어링(710)과 상기 제3 베어링(730) 사이에 실장될 수 있고, 상기 메인 샤프트(200)의 상기 편심 회전몸체(220)와 상기 내측기어부재(310)의 내측면 사이에 배치될 수 있다. 상기 메인 샤프트(200)의 회전 시, 상기 메인 샤프트(200)의 상기 편심 회전몸체(220)와 상기 내측 기어부재 사이에서 미끄럼 구동되어 회전을 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 제2 베어링(720)은 상단 베어링(722)과 하단 베어링(721)으로 분리되어 구비되거나, 또는 상기 상단 베어링(722)과 상기 하단 베어링(721)이 일체로 형성될 수 있다.
상기 상단 베어링(722)은 상기 제1 베어링(710)의 하부에 배치될 수 있고, 상기 하단 베어링(721)은 상기 고정 돌기부(201)에 안착되고, 상기 상단 베어링(722)의 하부로 구비될 수 있다.
상기 제2 베어링(720)은 상기 내측기어부재(310)가 상기 구동부(400)의 회전자(420)와 접촉되는 것을 제한하도록 상기 메인 샤프트(200)에 억지끼움 될 수 있다.
이하에서는 먼저 도 10 내지 도 15를 참조하여 상기 구동부(400)를 구체적으로 설명할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 구동부(400)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 구동부(400) 중 고정자(410)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 구동부(400)의 삼상 구조에 따른 구동부(400)의 작동을 개략적을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(400)는 상기 메인 샤프트(200)에 결합되어 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)을 중심으로 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 구동부(400)는 상기 변속기의 변속단을 제어하기 위한 신호에 따라 구동될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(400)는 BLDC 모터를 포함하여 구비되는 것을 예를 들어 설명할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 구동부(400)는 고정자(410)와 회전자(420)를 구비할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 고정자(410)는 고정자(410) 코어(411)와 복수개의 코일(412)을 포함할 수 있다. 상기 고정자(410) 코어(411)는 중공의 원통형상을 가지며, 상기 하우징(100)에 고정되는 구성이다. 상기 고정자(410) 코어(411)에는 내측 돌기들(411a)이 형성될 수 있다. 상기 내측 돌기들(411a)은 상기 고정자(410) 코어(411)의 내부 둘레를 따라 상기 메인 샤프트(200) 방향으로 돌출되면서 후술하는 복수개의 코일(412)이 실장될 수 있다. 일 실시예에 따른 내측 돌기들(411a)은 상기 고정자(410) 코어(411)에서 15개 구비되는 것을 예를 들어 설명한다. 또한, 후술하는 복수개의 코일(412)도 15개 구비되는 것을 예를 들어 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 상기 코일(412)은 삼상을 가지도록 구비될 수 있다. 예를 들어 본 발명에 구비된 15개의 코일(412)들 중 상기 메인 샤프트(200)를 중심으로 120도 범위 내에 서로 인접한 5개가 하나의 상을 형성하여 세개의 상을 형성할 수 있다. 상기 코일(412)들은 120도를 기준으로 삼상을 형성하여 서로 다르게 전류를 인가 받아 여자됨으로써, 후술하는 상기 회전자(420)의 마그넷과 대응하여 상기 회전자(420)를 회전시키도록 형성될 수 있다. 상기 코일(412)의 삼상에 따른 회전자(420)의 회전 구동은 상기 회전자(420) 설명 후 구체적으로 설명할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 회전자(420)는 상기 고정자(410)의 내측, 예컨대 상기 고정자(410) 코어(411)의 내측 둘레를 따라 배치된 코일(412)들에 의해 형성된 공간(이하 '회전공간(S2)'이라 함)에 안착되도록 구비될 수 있다. 상기 회전자(420)는 상기 메인 샤프트(200)에 동축 결합될 수 있으며, 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ac1)을 회전축으로 하여 회전되도록 구비될 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 회전자(420)는 중공(후술하는 감속부(300)가 안착되는 공간이며, 이하 '수납공간(S3)'이라 함.)을 형성하며, 바닥면의 중앙에는 상기 메인 샤프트(200)가 끼워지는 회전개구(421)가 형성될 수 있다. 상기 회전 개구(421)는 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)에 대응되어 상기 메인 샤프트(200)의 회전에 따라 제1 축(ax1)을 중심으로 회전되도록 구비될 수 있다.
상기 회전자(420)는 회전공간(S2)에 실장되며, 상술하였듯이 상기 회전 공간(S2)에서 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)을 중심으로 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 회전자(420)의 외측면, 둘레에는 상기 코일(412)에 대응되도록 복수개의 마그넷이 실장될 수 있다.
상기 메인 샤프트(200)와 상기 회전자(420)의 내측 사이에는 상기 감속부(300)를 안착할 수 있는 수납공간(S3)이 형성될 수 있다. 상기 수납공간(S3)의 상측으로 상기 본체(110)와 상기 커버부재(120) 사이에는 상기 감속부(300) 및 상기 출력부(500)의 회전을 지지할 수 있는 지지부재(130)가 더 구비될 수 있다. 상기 지지부재(620)는 상기 커버부재(120)의 하단과 상기 수납 공간(S3) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 지지부재(620)의 일면에는 후술하는 출력 감지부(600), 구체적으로 홀 센서(621)가 실장되는 기판부(630)가 배치될 수 있다.
상기 고정자(410)는 상기 하우징(100)의 수용공간(S1)에 안착되어 고정되고, 상기 회전자(420)는 상기 고정자(410)의 회전공간(S2)에 안착되며, 상기 회전자(420)는 상기 메인 샤프트(200)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상술하였듯이 상기 구동부(400)는 삼상을 가지도록 형성할 수 있다. 상기 고정자(410)의 코일(412)들이 반복적으로 여자되어, 상기 회전자(420)는 상기 고정자(410)에 대해서 회전될 수 있다. 구체적으로 상기 코일(412)은 상기 메인 샤프트(200)를 중심으로 회전 방향을 따라 제1 상을 형성하는 제1 영역(Ⅰ)과, 제2 상을 형성하는 제2 영역(Ⅱ) 및 제3 상을 형성하는 제3 영역(Ⅲ)으로 구획될 수 있다. 상기 삼상을 가지는 코일(412)들에 전압 인가 여부에 따라 전류의 흐름이 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 상을 형성하는 제1 영역(Ⅰ)의 코일(412)들에 +전압을 걸어주고, 제2 상을 형성하는 제2 영역(Ⅱ)의 코일(412)들에 -전압을 걸어주면(STEP 1의 상태) 전류는 ①과 같이 흐를 수 있다. 이 상태에서 전류는 ②와 같이 흐를 수 있다. 이와 같은 상태를 정리하면, 도 12의 (d)와 같은 상태로 정리될 수 있을 것이다. 여기서 '전압이 비인가(X)'는 '나중에 올릴 전압 인버터 회로에서 하이사이드(high-side)와 로우사이드(low-side) 모스펫(MOSFET) 둘 다 전압을 인가하지 않아 하이 임피던스(high-z) 상태로 만들어 놓는다'라는 의미일 수 있다. 상기의 '전압 비인가'의 의미는 도 12의 (c)의 STEP에서의 그래프를 풀어서 설명한 것이다. 상기와 같이 구동부(400)는 총 6-STEP으로 이루어질 수 있을 것이다. 이와 같이 120도 범위에서 삼상 형상을 가지는 코일(412)에 전류를 인가하면, 구동부(400)는 마그넷(회전체)이 순서대로 전자석에게 밀리고 당겨지면서 회전자(420)가 회전하게 되는 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 구동부(400)의 회전자(420) 및 회전자(420)의 회전을 검출하는 위치 감지부(800)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 상기 구동부(400)와 상기 하우징(100) 사이에는 상기 구동부(400)의 회전을 감지하는 위치 감지부(800)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 상기 위치 감지부(800)는 상기 하우징(100), 예컨대 상기 본체(110)의 저면에 구비되는 홀 센서(812)를 부착한 기판부(811)와, 상기 홀 센서(812)와 대응되도록 상기 회전자(420)의 저면으로 영구자석(820)을 포함할 수 있다. 상기 회전자(420)가 회전되면 상기 회전자(420)의 저면의 영구자석(820)이 회전되면서 상기 하우징(100)의 바닥면에 구비된 홀 센서(812)가 상기 영구자석(520)을 감지하면서 상기 회전자(420)의 회전수를 검출 할 수 있게 되는 것이다. 상기 위치 감지부(800), 구체적으로 상기 홀 센서(812)는 상기 메인 샤프트(200)를 기준으로 상기 제1 영역(Ⅰ), 상기 제2 영역(Ⅱ) 및 상기 제 3 영역(Ⅲ)의 위치에 대응되도록 상기 기판부(811)에 120도 간격으로 세 개가 배치될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 상기 구동부와 상기 하우징 사이로 상기 구동부의 회전을 감지하는 위치 감지부가 구비될 수 있으나, 상기 위치 감지부는 후술하는 감지부재로 대체될 수 있을 것이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 위치 제어장치(80)가 구동부(400)와 연결되는 상태를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 구동부(400)의 위치 제어장치(80)를 통해 위치 제어 방법을 개략적으로 개시한 순서도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 위치 제어장치(80)는 위치 감지부(800)와 인코딩부(850) 및 디코딩부(870)와 제어부(860)를 포함할 수 있다. 상기 위치 감지부(800)는 상기 구동부(400)의 회전자(420) 위치에 따른 제 1 위치 신호를 감지하여 출력할 수 있다. 상술하였듯이, 상기 위치 감지부(800)는 제 1 위치 신호를 감지하여 출력할 때에, 120도 간격으로 설치된 3개의 홀 센서(812)를 제 1 위치 신호를 감지하여 출력할 수가 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 출력부(500), 감속부(300) 및 메인 샤프트(200)의 개략적인 분리 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 메인 샤프트(200)에 내측기어부재(310)가 실장되고, 출력부(500) 및 외측기어부재(320)의 개략적인 분리 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 감속부(300), 메인 샤프트(200) 및 출력부(500)의 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 감속부(300)는 상기 구동부(400)의 내측으로 안착되면서 상기 메인 샤프트(200)에 결합되고, 상기 구동부(400)의 회전을 전달받아 회전력을 감속시키기 위한 기능을 수행할 수 있다. 상기 감속부(300)는 상기 메인 샤프트(200)에 결합되면서 상기 구동부(400)에 의해 회전하는 상기 메인 샤프트(200)에 정축(제1 축에 대응됨) 또는 편축(제2 축에 대응됨) 결합되어 고정될 수 있다. 또한, 상기 구동부(400)는 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)을 회전축(ax1)으로 하여 회전하나, 상기 감속부(300)는 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1) 및 제2 축(ax2)을 회전축으로 하여 회전할 수 있다. 상술하였듯이 상기 감속부(300)는 상기 메인 샤프트(200)에 정축(제1 축(ax1)) 또는 편축(제2 축(ax2)) 결합되면서 상기 회전자(420)의 내측면에 형성된 상기 구동부(400)의 수납 공간(224)에 안착되어 실장될 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 감속부(300)는 내측기어부재(310) 및 외측기어부재(320)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 감속부(300)에 끼워지는 출력부(500)는 상기 감속부(300)의 감속된 회전력을 출력할 수 있다.
상기 내측기어부재(310)는 상기 메인 샤프트(200) 편심 결합될 수 있다. 구체적으로 상기 메인 샤프트(200)의 상기 편심 회전몸체(220)에 결합되어 상기 편심 회전몸체(220)의 회전축, 즉 제2 축(ax2)을 회전축으로 하여, 상기 메인 샤프트(200)의 회전에 따라 편심 회전되도록 구비될 수 있다. 상기 내측기어부재(310)는 다단, 구체적으로 2단으로 단차진 원판형의 링 기어 형상으로 형성될 수 있다. 상기 내측기어부재(310)에서 원판형상의 제1 단과, 상기 제1 단의 상단으로 원판 형상의 가지는 제2 단을 포함할 수 있다. 상기 제1 단의 외측에는 톱니 형상의 제1 치형부(311)가 형성될 수 있고, 상기 제2 단의 외측에는 톱니 형상의 제2 치형부(312)가 형성될 수 있다.
상기 외측기어부재(320)는 상기 하우징(100)에 고정되도록 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 외측기어부재(320)는 서로 대향한 면이 오픈된 파이프 형상을 가질 수 있고, 상기 외측기어부재(320)의 외측 주변부는 지지부재(620)에 회동 불간ㅡㅇ하게 구성될 수 있다.상기 외측기어부재(320)의 내측 중앙부에는 상기 내측기어부재(310)의 중앙의 회전 개구를 통해 삽입된 상기 메인 샤프트(200)가 안착될 수 있다. 상기 외측기어부재(320)의 내측 하단 둘레면에는 상기 내측기어부재(310)의 제1 단이 안착되되, 상기 제1 단의 외주면에 형성된 상기 제1 치형부(311)에 맞물려 결합되는 제1 안착 치형부(321)가 형성될 수 있다.
상기 제1 치형부(311)와 상기 제1 안착 치형부(321)의 잇수차는 4개 이하, 바람직하게는 1 또는 2로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 안착 치형부(321)의 잇수가 상기 제1 치형부(311)의 잇수보다 4개 이하, 바람직하게는 1개 또는 2개 더 많게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 치형부(311)의 잇수는 15개 형성되고, 상기 제1 안착 치형부(321)의 잇수는 16개로 형성되어, 상기 제1 치형부(311)와 상기 제1 안착 치형부(321)의 기어비는 1/15로 형성될 수 있다.
상기 출력부(500)는 출력몸체(520)와 출력 샤프트(510)를 포함할 수 있다.
상기 출력몸체(520)는 상기 제1 치형부(311) 상부, 즉 상기 제1 단 상측에 안착될 수 있다. 상기 출력몸체(520)의 내측에는 상기 내측기어부재(310)의 상단 및 상기 메인 샤프트(200)의 상단이 안착되는 공간이 형성될 수 있다. 상기 출력몸체(520)의 공간 내측 둘레면에는 상기 제2 단의 주변둘레에 형성된 상기 제2 치형부(312)에 맞물려 결합되는 제2 안착 치형부(511)가 형성될 수 있다.
상기 제2 치형부(312)와 상기 제2 안착 치형부(511)의 잇수차는 1 또는 2로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제2 안착 치형부(511)의 잇수가 상기 제2 치형부(312)의 잇수보다 1개 또는 2개 더 많게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 치형부(312)의 잇수는 13개 형성되고, 상기 제2 안착 치형부(511)의 잇는 14개로 형성되어, 상기 제2 치형부(312)와 상기 제2 안착 치형부(511)의 기어비는 1/13로 형성될 수 있다.
상기 감속부(300)는 상기 내측기어부재(310)와 상기 외측기어부재(320)의 기어 잇수 비 상기 내측기어부재(310)와 상기 출력부(500)의 기어 잇수 비를 통해 감속비가 결정될 수 있을 것이다. 즉, 15개의 기어 잇수를 가지는 상기 제1 치형부(311)와 16개의 기어 잇수를 가지는 상기 제1 안착 치형부(321)의 경우, 상기 제1 치형부(311)와 상기 제1 안착 치형부(321)의 기어비 '(16-15)/15=1/15'가 감속비가 될 수 있을 것이다.
또한, 13개의 기어 잇수를 가지는 제2 치형부(312)와 14개의 기어 잇수를 가지는 제2 안착 치형부(511)의 경우, 상기 제2 치형부(312)와 상기 제2 안착 치형부(511)의 기어비 '(16-15)/15=1/15'가 감속비가 될 수 있을 것이다.
상기와 같이 제1 단의 감속비와 상기 제2 단의 감속비에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 감속비는 '((1/제1 안착 치형부의 기어비(321))*((1/제2 안착 치형부(511)의 기어비)+1))/((1/제1 안착 치형부(321)의 기어비)-(1/제2 안착 치형부(511)의 기어비))의 역수로 구현될 수 있을 것이다. 즉, 상기와 같이 재1 안착 치형부(321)의 기어비가 1/15이고, 제2 안착 치형부(511)의 기어비가 1/13인 경우, 최종 감속비는 '15*(13+1)/(15-13)=105'의 역수인 1/105의 감속비를 가질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 치형부(311)와 상기 제1 안착 치형부(321)의 기어이의 수 및 상기 제2 치형부(312)와 상기 제2 안착 치형부(511)의 기어이의 수는 상기의 개수에 한정되는 것은 아니며, 상기 구동부(400)의 회전력에서 감속되어야 하는 비율에 따라 얼마든지 변경이나 변형이 가능할 것이다.
또한, 상기 제1 치형부(311)와 상기 제2 치형부(312)는 싸이클로이드 치형으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 안착 치형부(321)와 상기 제2 안착 치형부(511)는 상기 제1 치형부(311) 및 상기 제2 치형부(312)에 대응되도록 싸이클로이드 치형으로 형성되거나, 또는 상기 제 1 치형부(311) 및 상기 제2 치형부(312)의 싸이클로이드 치형에 맞물리는 기어 치형, 예를 들어 스퍼 기어로 구비될 수 있다.
여기서, 싸이클로이드 치형은 일반 스퍼 기어보다 물림률이 크고 항상 접촉해 있는 형상으로, 충격에 강하며, 이로 인해 마모라 일정하게 발생될 수 있고, 내구성이 좋은 강점을 가지고 있다. 또한, 싸이클로이드 치형은 물림률이 크기 때문에 일반 스퍼기어보다 높은 효율로 힘을 전달 할 수 있는 이점도 있다. 또한, 상기 싸이클로이드 치형은 항상 접촉되어 있는 구조를 가짐에 따라 소음이 적고 백래쉬가 거의 없는 이점도 있다.
상기 출력 샤프트(510)는, 상기 출력몸체(520)에서 돌출되되 그 내측으로 상기 메인 샤프트(200), 구체적으로 상기 메인 샤프트(200)의 메인 회전몸체(211, 212)의 상단(211)이 삽입되며 상기 감속부(300)의 회전력을 전달받아 감속된 회전력을 출력하도록 구비될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 출력 감지부를 구비한 제어장치(1)를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 출력 감지부를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 지지부재 및 기판부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 지지부재 및 기판부가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서, 지지부재의 하면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19 내지 도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에는 감지부재(600)가 더 구비될 수 있다.
상기 감지부재(600)는, 상기 출력부(500)와 상기 하우징(100) 사이에 구비될 수 있고, 상기 구동부(400)의 회전 구동을 감지함과 아울러 상기 출력부의 회전을 검출하여 변속단을 감지하도록 구비될 수 있다.
상기 감지부재(600)는 상기 구동부(400)의 회전을 검출하기 위한 부재 및 상기 출력부(500)의 회전을 감지하기 위한 부재를 포함하는데, 구체적으로 기판부(630), 영구자석(610), 제1 홀센서(632), 제2 홀센서(633) 및 지지부재(620)를 포함할 수 있다. 상기 감지부재(600)는 상기 출력부(500)와 상기 하우징(100) 사이에 배치될 수 있다.
먼저, 상기 기판부(630)는 상기 출력부(500)와 상기 하우징(100) 사이, 구체적으로 상기 출력부(500)와 상기 커버 부재 사이에 구비될 수 있다. 상기 기판부(630)의 일면에는 상기 제1 홀센서(632)와 상기 제2 홀센서(633)가 실장될 수 있다.
상기 제1 홀센서(632)는 후술하는 영구자석(610)과 반응하여 자력을 검출하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 홀센서(633)는 상술한 상기 구동부(400)의 회전자(320), 즉 회전자(320)의 주변부에 실장되는 마그넷(423)과 반응하여 자력을 검출하도록 구비될 수 있다.
상기 출력 몸체(520)의 일면에는 상기 감속 몸체(520)의 회전에 따라 회전되는 영구자석(610)이 실장될 수 있다.
상기 제1 홀센서(632)는 상기 영구자석(610)의 위치에 대응되도록 상기 기판부(630)에 적어도 하나 구비될 수 있고, 상기 제2 홀센서(633)는 상기 회전자(320)의 마그넷(423)의 위치에 대응되도록 적어도 하나 이상, 예컨대 세 개가 구비될 수 있다.
상기 지지부재(620)는 상기 기판부(630)와 상기 출력부(500) 사이에 구비되어 상기 기판부(630)를 상기 커버부재(120)에 위치 고정되도록 구비될 수 있으며, 상기 기판부(630)를 지지하도록 구비될 수 있다.
상기 지지부재(620)에는 제1 수용홈(621)과 제2 수용홈(622)이 구비될 수 있다.
상기 제1 수용홈(621)과 상기 제2 수용홈(622)은 상기 지지부재(620)의 일면에서 상기 지지부재(620)의 하측 방향으로 향하여 돌출될 수 있고, 상기 제1 홀센서(632) 및 상기 제2 홀센서(633)가 각각 수용되도록 구비될 수 있다.
상기 제1 수용홈(621)과 상기 제2 수용홈(622)은 바닥면이 막혀있는 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 홀센서(632) 및 상기 제2 홀센서(633)는 상기 기판부(630)의 일면에서 상기 하우징(100)의 바닥면을 향하여 구비된다. 이때, 상기 제1 홀센서(632) 및 상기 제2 홀센서(633)가 상기 기판부(630)에서 분리될 수 있는데, 상기 제1 수용홈(621) 및 상기 제2 수용홈(622)에서 이탈되지 않도록 하며, 상기 제1 홀센서(632) 및 상기 제2 홀센서(633)가 상기 기판부(630)에서 체결된 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)에서 출력부(500)를 제외한 결합 평면도이다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)의 결합 평면도이다.
도 24 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기 제어장치(1)는 상기 하우징(100), 예컨대 본체(110)의 수용공간(S1) 중앙 부분에서 상기 메인 샤프트(200)가 돌출 구비될 수 있다. 상기 메인 샤프트(200)를 축으로 하여, 상기 위치 감지부(800)의 기판부(811)가 상기 하우징(100)의 저면에 배치될 수 있다. 상기 기판부(811) 상으로 회전자(420)가 안착된 고정자(410)가 수용공간(S1)에 안착될 수 있다. 상기 고정자(410)는 상기 하우징(100)에 회전 불가능하게 고정 결합될 수 있다. 또한, 상기 회전자(420)는 상기 메인 샤프트(200)의 제1 축(ax1)을 회전축(ax1)으로 하여 회전될 수 있다. 상기 감속부(300)는 상기 회전자(420)의 내측 수용 공간으로 안착될 수 있고, 상기 메인 샤프트(200), 구체적으로 상기 메인 샤프트(200)의 편심 회전몸체(220) 및 메인 회전몸체(210)의 상단에 끼워져 제1 축(ax1) 및 제2 축(ax2)을 회전축으로 회전될 수 있다. 즉, 상기 내측기어부재(310)는 상기 메인 샤프트(200)의 편심 회전몸체(220)에 안착되고, 상기 내측기어부재(310)의 제1 치형부(311)에는 상기 외측기어부재(320)의 제1 안착 치형부(321)가 맞물리게 구비될 수 있다. 상기 메인 샤프트(200)의 상단으로 상기 메인 회전몸체(210)에 결합되도록 구비될 수 있다.
상기 출력부(500)는 상기 내측기어부재(310)의 상면으로 안착되되, 상기 제1 단의 상면으로 제2 단의 주변 맞물리도록 결합되면서 상기 메인 샤프트(200)에 끼워져 결합될 수 있다. 이때, 상기 출력부(500) 중 상기 출력몸체(520)의 공간 내측 둘레면의 상기 제2 안착 치형부(511)가 상기 내측기어부재(310)의 제2 단의 주변 둘레에 형성된 상기 제2 치형부(312)에 맞물려 결합될 수 있다. 상기 출력부(500)와 상기 지지부 사이에는 출력 감지부(600)가 배치될 수 있다. 상기 본체(110)의 수용공간(S1)에 상기 구동부(400)가 안착된 후 상기 구동부(400)의 수납 공간으로 상기 감속부(300), 출력부(500) 및 메인 샤프트(200)가 안착되도록 구비될 수 있다.
상기와 같이 메인 샤프트(200)의 대략 동축이고, 회전자의 반경 내측 방향에 위치 감지부(800), 구동부(400), 감속부(300), 출력부(500) 및 출력 감지부(600)가 구비된 상태에서 상기 커버부재(120)가 상기 본체(110)에 결합될 수 있다. 상기 출력부(500)는 상기 커버부재(120)의 중앙에서 돌출되어 노출될 수 있다.
상기와 같이 결합된 차량용 변속기 제어장치(1)의 구동을 보면, 삼상을 형성하는 코일(412)로 전원이 인가되어 삼상의 코일(412)들이 반복적으로 여자되면서 상기 회전자(420)는 상기 메인 샤프트(200)를 제1 축(ax1)을 회전축(ax1)으로 회전한다. 상기 감속부(300), 예컨대 상기 내측기어부재(310)는 상기 편심 회전몸체(220)의 중심축(ax2)을 회전축으로 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 내측기어부재(310)의 제1 단의 제1 치형부(311) 및 제2 단의 제2 치형부(312)에 각각 결합된 상기 외측기어부재(320)의 제1 안착 치형부(321)와 상기 출력부(500)의 제2 안착 치형부(511)의 잇수비에 의해 상기 출력부(500)의 감속비가 정해질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 하우징(100)의 수용공간(S1)에 상기 구동부(400)가 안착되고, 상기 구동부(400)의 수납 공간(S3)내측으로 상기 감속부(300) 및 상기 출력부(500)가 대략 동축 상에 결합됨에 따라 상기 차량용 변속기 제어장치(1)의 크기가 소형화될 수 있다. 또한, 상기 내측기어부재(310)를 2단의 다단형상을 가지도록 하면서 제1 단의 제1 치형부(311)와 제2 단의 제2 치형부(312)에 각각 외측기어부재(320)의 제1 안착 치형부(321) 및 상기 출력부(500)의 제2 안착 치형부(511)가 맞물려 감속되는 구조를 가져, 기존에 사선이나 이축으로 결합되는 구조에 대비하여 출력부(500)의 출력 토크가 향상될 수 있다. 상기 구동부(400)의 수용공간(S3)에 상기 감속부(300)가 실장됨에 따라 상기 차량용 변속기 제어장치(1)를 경량화도 구현할 수 있는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 차량용 변속기 제어장치 10: 변속장치
80: 위치 제어장치 11: 본체
12: 커버부재 20: 구동 제어부
100: 하우징 110: 본체
120: 커버부재 130: 지지부재
200: 메인 샤프트 210: 메인 회전몸체
220: 편심 회전몸체 300: 감속부
400: 구동부 410: 고정자
420: 회전자 500: 출력부
600: 출력 감지부 610: 영구자석
620: 기판부 621: 홀 센서
700: 베어링부재 800: 위치 감지부
811: 기판부 812: 홀센서
815: 위상검출센서 820: 영구자석
850: 인코딩부 860: 제어부
870: 디코딩부

Claims (21)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 구비되는 메인 샤프트;
    상기 메인 샤프트에 결합되고, 상기 메인 샤프트를 중심으로 회전하며 수납공간을 형성하는 회전자를 포함하며, 변속기의 변속단을 제어하기 위한 신호에 따라 구동되는 구동부;
    상기 구동부의 내측에 수용되며, 상기 메인 샤프트와 상기 회전자의 내측 사이에 형성되는 상기 수납공간에 안착되는 감속부; 및
    상기 감속부의 회전력을 전달받아 감속된 회전력을 출력하는 출력부를 포함하며,
    상기 감속부는,
    상기 메인 샤프트에 결합되고, 제1 치형부 및 제2 치형부를 형성하는 내측기어부재; 및
    상기 하우징에 고정되고, 상기 제1 치형부에 치합되는 제1 안착 치형부를 형성하는 외측기어부재를 포함하고,
    상기 출력부는,
    상기 제2 치형부에 치합되는 제2 안착 치형부를 형성하는 출력 몸체를 포함하며,
    상기 외측 기어 부재는,
    상기 수납 공간 내에 수용되고,
    상기 내측 기어 부재 및 상기 출력 몸체는,
    상기 외측 기어 부재 내에 수용되며,
    상기 출력 몸체의 외측면은,
    상기 제2 치형부가 상기 제2 안착 치형부에 내접되도록 치합되어 상기 외측 기어 부재의 내측면과 대향되도록 위치하는 차량용 변속기 제어장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 제2 안착 치형부를 형성하는 출력몸체; 및
    상기 출력 몸체에서 돌출되되 그 내측으로 상기 메인 샤프트가 삽입되며 상기 감속부의 회전력을 전달받아 출력하는 출력 샤프트를 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트는 상기 구동부의 구동에 따라 회전하며,
    상기 구동부의 회전에 따라 제1 축을 중심으로 회전하는 메인 회전몸체를 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트에는 상기 메인 회전몸체의 외측 둘레면을 따라 구비되고, 상기 구동부의 회전에 따라 상기 제1 축에서 편심된 제2 축을 중심으로 하고, 상기 내측기어부재가 결합되는 편심 회전몸체를 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 메인 회전몸체는 상기 구동부의 중심에서 연장되는 가상의 제1 축을 중심으로 회전되고,
    상기 편심 회전몸체는 상기 제1 축과 소정 거리 이격되어 평행을 이루는 가상의 제2 축을 중심으로 회전되는 차량용 변속기 제어장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트의 외측에는 베어링부재가 더 구비되는 차량용 변속기 제어장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트의 외주면을 따라 상기 베어링부재를 고정시키기 위한 고정 돌기부가 돌출 형성되는 차량용 변속기 제어장치
  8. 제7 항에 있어서, 상기 베어링부재는,
    상기 메인 샤프트의 하단의 상기 메인 회전몸체와 상기 하우징 사이에 배치되는 제1 베어링;
    상기 메인 샤프트의 상기 편심 회전몸체와 상기 내측기어부재의 내측면 사이에 배치되되, 상기 고정 돌기부에 안착되는 적어도 하나의 제2 베어링; 및
    상기 메인 샤프트의 상단의 상기 메인 회전몸체와 상기 출력부 내측면 사이에 배치되는 제3 베어링을 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제2 베어링은
    상기 제3 베어링의 하부에 배치되는 상단 베어링; 및
    상기 고정 돌기부에 안착되고, 상기 상단 베어링의 하부로 하단 베어링을 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 베어링은 상기 내측기어부재가 상기 구동부의 회전자와 접촉되는 것을 제한하도록 상기 메인 샤프트에 억지끼움 되는 차량용 변속기 제어장치.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 구동부, 상기 감속부 및 상기 출력부가 실장되는 수용공간을 형성하는 본체; 및
    상기 본체의 상부에 결합되어 상기 수용공간을 커버하는 커버부재를 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 본체의 내부 바닥면에는 상기 메인 샤프트의 하단 및 상기 제1 베어링이 안착되는 안착부가 형성되는 차량용 변속기 제어장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 본체의 일면에는 상기 구동부로 전원을 인가하며 회전을 제어하는 구동 제어부가 더 실장되는 차량용 변속기 제어장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 커버부재에는 상기 출력 샤프트가 수용되어 노출되는 개구부를 형성하는 차량용 변속기 제어장치.
  15. 삭제
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 치형부와 상기 제1 안착 치형부의 잇수차는 4개 이하로 이루어지고,
    상기 제2 치형부와 상기 제2 안착 치형부의 잇수차는 4 개 이하로 이루어지는 차량용 변속기 제어장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 구동부는 고정자를 더 포함하고,
    상기 고정자는 상기 하우징에 고정되는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어의 내부 둘레를 따라 배치되는 복수개의 코일을 포함하고,
    상기 회전자는 상기 고정자의 내측에 안착되어 상기 메인 샤프트의 축과 동축 회전되게 결합되며, 상기 코일에 대응되는 마그넷을 실장하는 차량용 변속기 제어장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 출력부와 상기 하우징 사이에는 상기 구동부의 회전 구동을 감지하고 상기 출력부의 회전을 검출하여 변속단을 감지하는 감지부재가 더 구비되고,
    상기 감지부재는 상기 출력부와 상기 하우징 사이에 배치되는 기판부를 포함하며,
    상기 기판부와 상기 감속부 사이에는 상기 기판부를 지지하는 지지부재가 구비되는 차량용 변속기 제어장치.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 감지부재는,
    상기 제2 안착 치형부를 형성하는 출력 몸체의 일면에 구비되고, 상기 출력 몸체의 회전에 따라 회전되는 영구자석;
    상기 기판부에 구비되고, 상기 영구자석의 위치를 검출하는 제1 홀센서; 및
    상기 기판부에 구비되어 상기 구동부에 구비되는 회전자에 대응하여 상기 회전자의 회전을 검출하는 제2 홀센서를 더 포함하는 차량용 변속기 제어장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 지지부재에는,
    상기 제1 홀센서가 수용되는 제1 수용홈; 및
    상기 제2 홀센서가 수용되는 제2 수용홈이 구비되는 차량용 변속기 제어장치.
  21. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 치형부와 상기 제2 치형부는 싸이클로이드 치형으로 구비되며,
    상기 제1 안착 치형부와 상기 제2 안착 치형부는 상기 제1 치형부와 상기 제2 치형부에 대응되는 치형으로 구비되는 차량용 변속기 제어장치.
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