KR20100101543A - 유성기어를 이용한 동력 전달 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유성캐리어의 일측을 연장하여 기어치를 형성한 유성기어세트와, 구동동력원으로부터 입력되는 회전속도를 감속한 후 상기 유성기어세트의 하나의 작동수단에 입력하고 변속동력원의 회전속도를 상기 유성기어세트의 다른 작동수단에 입력함으로써 복수개의 변속단을 구현할 수 있으며, 출력축에서 발전동력원을 얻고 전기를 축전하고, 그 축전된 전기에너지로 변속동력원의 제어 에너지로 활용하여 변속입력축을 쉽게 제어할 수 있도록 한 동력전달장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 동력전달장치는, 일단이 구동 동력원에 항시 연결되어 동력을 전달받으며, 구동기어가 고정적으로 장착된 입력축과; 상기 구동기어에 결합하며, 상기 입력축의 회전속도를 감속하는 감속 유닛과; 상기 감속 유닛에 결합하여 감속 유닛의 회전속도를 전달받는 제1작동수단, 변속을 위한 동력을 전달받는 제2작동수단, 그리고 출력속도가 생성되는 제3작동수단을 포함하는 유성기어세트와; 변속 동력원에 항시 연결되어 변속을 위한 동력을 전달받으며, 상기 변속을 위한 동력을 상기 제2작동수단에 전달하도록 상기 제2작동수단과 결합하는 변속 유닛; 그리고 상기 유성기어세트의 제3작동수단에 고정되어 출력속도를 전달하는 출력축을 포함하되, 상기 제2작동수단의 회전축과 상기 변속 유닛의 회전축은 서로 수직이고, 상기 제2작동수단에는 동력전달수단을 통해 제2작동수단의 회전력을 전달받는 토크제어축이 연결되고, 상기 토크제어축에는 전기를 발생시키는 발전기가 설치되고, 상기 발전기에는 상기 변속동력원으로 전원을 공급하는 축전지가 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

유성기어를 이용한 동력 전달 장치{POWER TRANSMITTING APPARATUS USING PLANETARY GEAR}
본 발명은 차량, 선박, 풍차, 그리고 컨버터 모터 등에 사용되는 동력전달장치에 관한 것으로, 특히 유성캐리어의 일측을 연장하여 기어치를 형성한 유성기어세트와, 구동동력원으로부터 입력되는 회전속도를 감속한 후 상기 유성기어세트의 하나의 작동수단에 입력하고 변속동력원의 회전속도를 상기 유성기어세트의 다른 작동수단에 입력함으로써 복수개의 변속단을 구현할 수 있으며, 출력축에서 회전 구동력 또는 발전동력원을 얻고 전기를 축전하고, 그 축전된 전기에너지로 변속동력원의 제어에너지로 활용하여 변속입력축을 쉽게 제어할 수 있도록 한 유성기어를 이용한 동력전달장치에 관한 것이다.
일반적으로 변속기는 구동 동력원으로부터 동력을 전달받아 운전 조건에 부합하는 회전속도로 변화시켜 이를 출력축에 전달하는 장치이다. 이러한 변속기에는 변속레버의 조작에 의하여 운전자가 원하는 변속단을 구현하는 수동 변속기와 차량 속도와 스로틀 밸브의 개폐정도를 기초로 변속단을 자동으로 구현하는 자동변속기가 있다. 수동 변속기는 연비가 좋은 장점이 있으나 조작이 어려운 단점이 있고, 자동변속기는 조작이 편하나 구현되는 연비가 낮다는 단점이 있다.
변속기가 구현하는 변속단의 수가 늘어날수록 차량의 연비가 높아진다. 그러나, 자동변속기는 복수개의 유성기어세트와 상기 복수개의 유성기어세트의 각 작동수단들의 작동을 조작하는 마찰요소를 포함하고 있으며, 구현되는 변속단의 수가 늘어날수록 자동변속기에서 사용되는 유성기어세트와 마찰요소의 개수가 늘어나게 된다. 또한 유성기어세트와 마찰요소의 개수가 늘어날수록 자동변속기의 무게가 증가하게 되며, 이는 연비의 저하를 가져온다. 따라서 자동변속기의 경우 구현되는 변속단의 수는 수동변속기보다 적은 것이 통상적이다.
한편, 차량 등에 사용되는 부가장치는 차량이 멈춘 상태에서도 작동하여야 하며, 이에 따라 구동동력원에 직결되어 있다. 그러나, 구동동력원과 입력축 사이에는 댐퍼 클러치가 장착되어 있으므로 부가장치는 입력축에 연결하여 사용하지 못하였다. 따라서 부가장치를 장착할 수 있는 공간이 부족하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 유성기어세트의 작동수단 중 하나에는 구동동력원의 회전속도를 입력하고 유성기어세트의 작동수단 중 다른 하나에는 변속동력원으로부터 변속을 위한 회전속도를 입력하여 복수개의 변속단을 구현하는 방법들이 제안된 바 있다.
그러나 이러한 방법들에 의하면 구동동력원의 토크가 상기 변속동력원에 가해지게 되어 토크의 손실이 심각하게 발생되었으며, 구동동력원의 회전속도가 감속되지 않은 채 유성기어세트에 입력되게 되어 강한 토크를 제공할 수 있는 변속동력원이 아니면 변속이 힘든 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 유성기어세트의 유성 캐리어로부터 변속입력축을 제어하기 위해 필요한 변속동력원의 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 유성기어를 이용한 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 유성기어세트와 변속 동력원을 이용하여 다양한 전진 변속단과 후진 변속단을 구현하는 유성기어를 이용한 동력 전달 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 입력축을 구동 동력원에 직결시켜 부가 장치를 입력축에 연결하여 상기 유성기어세트를 사용하는 유성기어를 이용한 동력 전달 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 상기 유성기어세트의 변속 과정에서 토크의 손실을 최소화하고 상대적으로 약한 토크를 제공하는 변속 동력원을 이용하여 다양한 변속이 가능하도록 유성기어를 이용한 동력전달 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 변속 동력원과 상기 유성기어세트의 작동수단을 연결하는 부위에서 발생할 수 있는 슬립을 최소화하는 유성기어를 이용한 동력 전달 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 엑셀 페달과 브레이크 페달을 이용하여 출력축의 회전수를 제어할 수 있도록 유성기어를 이용한 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치는,
일단이 구동 동력원에 항시 연결되어 동력을 전달받으며, 구동기어가 고정적으로 장착된 입력축과;
상기 구동기어에 결합하며, 상기 입력축의 회전속도를 감속하는 감속 유닛과;
상기 감속 유닛에 결합하여 감속 유닛의 회전속도를 전달받는 제1작동수단, 변속을 위한 동력을 전달받는 제2작동수단, 그리고 출력속도가 생성되는 제3작동수단을 포함하는 유성기어세트와;
변속 동력원에 항시 연결되어 변속을 위한 동력을 전달받으며, 상기 변속을 위한 동력을 상기 제2작동수단에 전달하도록 상기 제2작동수단과 결합하는 변속 유닛; 그리고
상기 유성기어세트의 제3작동수단에 고정되어 출력속도를 전달하는 출력축을 포함하되, 상기 제2작동수단의 회전축과 상기 변속 유닛의 회전축은 서로 수직이고,
상기 제2작동수단에는 동력전달수단을 통해 제2작동수단의 회전력을 전달받는 토크제어축이 연결되고, 상기 토크제어축에는 전기를 발생시키는 발전기가 설치되고, 상기 발전기에는 상기 변속동력원으로 전원을 공급하는 축전지가 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트는 선기어, 유성 캐리어, 그리고 링기어를 그 작동수단로 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트이되,
상기 링기어는 상기 제1작동수단로 작용하고, 상기 유성 캐리어는 상기 제2작동수단로 작용하고, 그리고 상기 선기어는 상기 제3작동수단로 작용할 수 있다.
상기 유성기어를 이용한 동력전달장치는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 출력축의 속도와 브레이크의 작동 정도에 따라 변속 동력원의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 변속 동력원의 회전속도를 변화시킴으로써 출력축의 회전속도를 제어하고 제동을 수행할 수 있다.
상기 변속 동력원은 모터일 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치에서, 상기 감속 유닛은 입력축과 평행하게 배치되어 있는 감속축; 상기 감속축에 고정 부착되어 있으며 상기 구동기어에 기어 결합하는 감속 기어; 상기 감속축을 기준으로 회전 가능하게 장착되어 있는 전진 기어와 후진 기어; 그리고 상기 전진 기어와 후진 기어를 상기 감속축에 선택적으로 고정시켜 일체로 회전하도록 하는 싱크로나이저;를 포함하되, 상기 전진 기어는 항시 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 감속 유닛은 상기 후진 기어의 회전속도를 전달받아 회전하는 아이들 축; 상기 아이들 축에 고정 장착되며 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 제1매개 기어; 그리고 상기 아이들 축에 고정 장착되며 상기 후진 기어에 기어 결합하는 제2매개 기어;를 더 포함할 수 있다.
상기 싱크로나이저는 작동 레버의 위치에 따라 동작될 수 있다.
상기 입력축의 타단과 상기 감속 유닛 중 적어도 한 곳에는 부가 장치가 연결된다.
상기 변속 유닛은 일단이 상기 변속 동력원에 연결되어 변속을 위한 동력을 전달 받는 변속 입력축; 그리고 상기 변속 입력축의 타단에 형성되어 있으며, 상기 제2작동수단과 기어 결합하는 웜기어;를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치에서, 상기 감속 유닛은 상기 입력축과 평행하게 배치되어 있는 복수개의 축과 상기 복수개의 축에 장착되어 있는 복수개의 기어들을 포함하되, 상기 복수개의 축 하나당 기어치의 개수가 서로 다른 두 개의 기어들이 장착되어 있으며, 한 축에 형성된 두 개의 기어 중 하나는 다른 축에 형성된 두 개의 기어 중 하나에 기어 결합함으로써 동력이 입력축으로부터 유성기어세트까지 전달되도록 되어 있고, 상기 복수개의 기어들 중 하나는 상기 구동 기어에 기어 결합하고, 상기 복수개의 기어들 중 다른 하나는 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 축에 형성된 두 개의 기어 중 기어치의 개수가 작은 기어는 동력 전달 라인 상에서 구동 동력원에 가까운 축의 기어와 기어 결합하고, 기어치의 개수가 많은 기어는 동력 전달 라인 상에서 유성기어세트와 가까운 축의 기어와 기어 결합할 수 있다.
상기 변속 유닛은 서로 각각 직각으로 배치되어 있으며, 상기 출력축에도 직각으로 배치된 복수개의 변속 입력축; 상기 각각의 변속 입력축에 장착되어 변속 입력축을 기준으로 회전하며, 상기 제2작동수단과 기어 결합하는 제1기어; 그리고 상기 각각의 변속 입력축에 장착되어 변속 입력축을 기준으로 회전하는 제2기어;를 포함하되, 하나의 변속 입력축에 장착된 제2기어는 다른 변속 입력축에 장착된 제2기어와 기어 결합하고, 상기 변속 입력축 중 하나는 변속 동력원에 연결되어 변속을 위한 동력을 전달 받을 수 있다.
상기 제1기어는 웜기어이고, 상기 제2기어는 헬리컬기어일 수 있다.
본 발명에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치는, 외주면에 기어치가 형성되어 있으며, 회전축에 부착되어 회전축으로부터 동력을 전달받거나 회전축에 동력을 전달하는 선기어; 상기 선기어를 둘러싸서 선기어와 상대 회전하며, 그 내주면에 기어치가 형성되어 있는 링기어; 상기 선기어의 외주면 기어치와 상기 링기어의 내주면 기어치에 기어 결합하는 복수개의 피니언기어; 그리고 상기 복수개의 피니언 기어가 회전 가능하게 장착되어 상기 피니언 기어의 회전에 따라 회전하는 유성 캐리어;를 포함하되, 상기 유성 캐리어의 일측부에는 회전축 방향으로 연장된 연장부가 구비되어 있으며, 상기 연장부의 외주면에는 웜기어 또는 헬리컬 기어가 결합되도록 상기 회전축에 대하여 비스듬하게 기어치가 형성되고, 부가적으로 유성 캐리어의 회전력 일부를 인출해내기 위해 상기 연장부에 제2헬리컬기어 또는 제2베벨기어가 이맞물림되도록 결합되도록 제2기어치가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 링기어의 외주면에도 기어치가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치는, 일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
상기 구동기어와 기어 결합되는 감속기어가 형성된 감속축을 포함하는 감속유닛;
상기 감속기어와 외접하도록 외주면에 기어가 형성된 링기어;
상기 링기어의 내주면에 형성된 기어와 외접하는 복수개의 피니언기어들;
상기 피니언기어들과 외접하는 하나의 선기어가 장착되는 출력축;
상기 피니언기어들의 중심축들과 연결되되, 상기 피니언기어들의 회전에 따라서 상기 출력축을 중심으로 회전하는 유성캐리어;
상기 유성캐리어에서 상기 출력축의 축방향으로 연장되는 연장부;
상기 연장부의 외주면에 형성된 웜기어와 구동 헬리컬기어;
상기 웜기어에 결합되는 웜휠이 외주면에 형성되고 상기 출력축과 수직하게 배치되어 변속동력원에 의해서 회전하는 변속입력축;
상기 변속입력축의 회전속도를 제어하는 제어부;
상기 연장부의 구동 헬리컬기어에 외접하는 피동 헬리컬기어를 갖는 토크제어축; 및
상기 토크제어축으로 구동되는 발전기, 감속장치, 유압펌프 중에서 하나 이상 택일된 토크 감속수단;을 포함한다.
상기 감속유닛은 상기 감속축에 형성되는 제1감속기어; 및 상기 제1감속기어와 이격되어 상기 감속축에 형성되는 제2감속기어를 포함할 수 있다.
상기 제1감속기어는 상기 구동기어와 연결되고, 상기 제2감속기어는 상기 링기어의 외주면에 형성된 기어와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치는,
일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
상기 구동기어와 기어결합되는 감속기어가 형성된 감속축;
상기 감속축의 일단부에 형성된 구동베벨기어;
일측에 상기 구동베벨기어와 기어결합되는 피동피벨기어가 형성된 링기어;
상기 링기어의 내주면에 형성된 기어와 외접하는 복 수 개의 피니언기어들;
상기 피니언기어들과 외접하는 하나의 선기어가 장착되어 함께 회전하는 출력축;
상기 피니언기어들의 중심축들과 연결되되, 상기 피니언기어들의 회전에 따라서 상기 출력축을 중심으로 회전하는 유성캐리어;
상기 유성캐리어에서 상기 출력축의 축방향으로 연장되는 연장부;
상기 연장부의 외주면에 형성된 웜기어 및 구동베벨기어;
상기 웜기어에 결합되는 웜휠이 외주면에 형성되고 상기 출력축과 수직하게 배치되어 동력원에 의해서 회전하는 변속입력축; 및
상기 출력축의 회전속도와 브레이크이 작동에 따라서 상기 변속입력축의 회전속도를 제어하는 제어부;
상기 연장부의 구동 헬리컬기어에 외접하는 피동 헬리컬기어를 갖는 토크제어축;
상기 토크제어축에 연결되어 전기를 발생시키는 발전기; 및
상기 발전기에 전기적으로 연결되어 상기 변속동력원으로 전원을 공급하는 축전지;를 포함한다.
상기 링기어의 일측면에 상기 피동베벨기어가 형성되고, 반대측면에 상기 연장부가 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치는,
일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
상기 구동기어에 외주면의 치형과 이맞물림된 링기어;
상기 링기어의 내주면 치형과 이맞물림된 다수의 피니언기어를 원주상에 구비하고, 일측단에 웜휠과 타측단에 베벨 치형을 갖는 제2기어치가 형성되어 있는 유성캐리어;
상기 다수의 피니언기어와 치형으로 외접되어 이맞물림된 선기어;
상기 유성캐리어에 삽입됨과 동시에 상기 선기어에 축설되어 선기어와 일체로 회전되는 아이들 축;
상기 웜휠에 이맞물려진 웜기어를 갖는 변속입력축;
상기 제2기어치와 이맞물려져 회전되는 베벨 치형을 갖는 토크제어축을 포함한다.
또한 본 발명의 유성기어를 이용한 동력전달장치는,
상기 입력축을 회전시키는 메인모터;
상기 변속입력축의 회전 구동을 제어하기 위한 서브모터를 더 포함한다.
또한 본 발명의 유성기어를 이용한 동력전달장치는,
상기 메인모터와 상기 서브모터의 구동을 제어하기 위한 모터제어부와;
상기 제어부에 전기적으로 연결된 엑셀페달 및 브레이크 페달이 더 포함되고,
상기 모터제어부는,
엑셀 페달을 밟을 경우 메인모터의 회전수를 증가시키고 동시에 서브모터의 회전수를 감소시켜 출력축의 회전속도를 증가시키며,
브레이크 페달을 밟을 경우 서브모터의 회전수를 증가시켜 출력축의 회전수를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유성기어를 이용한 동력전달장치에 의하면, 유성기어세트와 변속 동력원을 이용하여 다양한 전진 변속단과 후진 변속단을 구현할 수 있다. 특히, 후진 변속단을 구현하기 위하여 아이들러 축에 장착된 제1,2매개 기어를 사용하므로 전진 변속단과 동일한 방법으로 후진 변속단을 구현할 수 있다.
입력축뿐만 아니라 감속축에도 부가장치를 연결하여 사용하므로 각 부가장치에 필요한 다양한 회전속도가 제동될 수 있다.
또한, 별도의 제동 시스템이 없이 변속을 위한 변속 동력원을 이용하여 제동을 하므로 그 구성이 단순해지며, 제작단가를 줄일 수 있다.
또한, 변속 동력원으로부터 입력되는 변속을 위한 동력이 웜기어를 통해 유성기어세트에 입력되므로 변속 동력원으로의 토크의 손실이 줄어든다.
또한, 구동 동력원의 회전 속도가 감속된 후 유성기어세트에 입력되므로 회전 속도가 낮은 변속 동력원을 사용하여도 변속이 가능하다.
또한, 복수개의 웜기어를 이용하여 변속 동력원의 동력을 유성기어세트로 입력시키므로 변속 동력원과 유성기어세트의 결합 부위에서 발생할 수 있는 슬립이 최소화된다.
또한, 유성기어세트의 유성캐리어로 발생된 회전력의 일부를 인출하여 발전기를 통해 발전이 이루어지도록 함으로써 유성캐리어의 토그가 작아져 출력축의 회전 제어를 쉽게 할 수 있다.
또한, 유성캐리어에 연결된 발전기로부터 발전된 전기에너지로 축전기에 축전을 하고, 그 축전된 전기에너지를 변속동력원에 공급함으로써 변속입력축을 제어하기 위해 필요한 전원공급이 스스로 해결되는 이점을 제공한다.
또한 엑셀 페달과 브레이크 페달에 연동하여 출력단의 회전 및 토크를 제어할 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 동력 전달 장치의 구성을 보인 개략도이다.
도 2는 도 1의 동력 전달 장치에서 아이들 축을 제거한 상태를 보인 개략도이다.
도 3은 도 2의 동력 전달 장치에서 변속 입력축을 제거한 상태를 보인 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 동력 전달 장치에서 전진 변속단이 형성되는 것을 도시한 속도선도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치의 구성을 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치의 구성을 보인 후면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 사용되는 유성기어세트의 분해 조립도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력 전달 장치의 전체적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력 전달 장치의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 동력 전달 장치의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 동력 전달 장치의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이다.
도 13는 본 발명의 제6실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 적용된 유성캐리어의 부분 절단된 면을 보여주는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제8실시예에 따른 동력전달장치의 부분 절단된 사시도이다.
도 17은 본 발명에 따른 동력전단장치에서 출력단의 변속을 제어하기 위한 블록도이다.
도 18은 본 발명에 따른 동력전단장치에서 가속시 엑셀 페달 출력 전압에 따른 메인모터와 컨트롤 모터의 회전 속도 그래프.
도 19는 본 발명에 따른 동력전단장치에서 제동시 브레이크 페달 출력 전압에 따른 메인모터와 컨트롤 모터의 회전 속도 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 동력전달장치의 구성을 보인 개략도이고, 도 2는 도 1의 동력전달장치에서 아이들 축을 제거한 상태를 보인 개략도이고, 도 3은 도 2의 동력전달장치에서 변속입력축을 제거한 상태를 보인개략도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 동력전달장치는 입력축(20), 감속유닛(190), 유성기어세트(PG1), 출력축(120), 변속유닛(200), 그리고 제어부(160)를 포함한다.
입력축(20)은 그 일단이 구동 동력원(10)에 직결되어 구동 동력원(10)의 회전속도를 전달받는다. 상기 입력축(20)에는 구동기어(30)가 고정적으로 장착되어 상기 입력축(20)과 구동기어(30)는 같은 회전속도로 회전한다. 상기 구동동력원(10)으로는 가솔린, 디젤, LPG, 수소엔진, 전기 및 유·공압모터, 풍력 또는 조력을 받아 회전하는 터빈 등일 수 있다.
감속유닛(190)은 감속축(40), 감속기어(50), 전진기어(60), 후진기어(80), 싱크로나이저(70), 아이들 축(90), 그리고 제1,2매개기어(100,110)를 포함한다.
상기 감속축(40)에는 감속기어(50), 전진기어((60) 후진기어(80), 그리고 싱크로나이저(70)가 장착되어 있다.
감속기어(50)는 상기 감속축(40)에 고정적으로 장착되어 있으며, 상기 구동기어(30)에 치형 결합된다. 상기 감속기어(50)의 기어치의 개수는 상기 구동기어(30)의 기어치의 개수보다 많아 입력축(20)의 회전속도는 감속되어 상기 감속축(40)에 전달된다.
전진기어(60)와 후진기어(80)는 상기 감속축(40)을 기준으로 회전 가능하도록 장착되어 있다.
싱크로나이저(70)는 도면에서 좌측 또는 우측으로 움직이며 상기 전진기어(60) 또는 후진기어(80)를 상기 감속축(40)에 선택적으로 고정시킨다. 즉, 상기 싱크로나이저(70)가 도면에서 좌측으로 움직이면 상기 전진기어(60)가 상기 감속축(40)에 고정되어 함께 회전하며, 상기 싱크로나이저(70)가 도면에서 우측으로 움직이면 상기 후진기어(80)가 상기 감속축(40)에 고정되어 함께 회전한다. 만일 싱크로나이저(70)가 중심 위치에 있으면 아이들 상태가 된다. 상기 싱크로나이저(70)는 전자식 또는 기계식이 사용될 수 있다. 기계식 싱크로나이저(70)의 경우에는 작동레버(도시하지 않음)에 케이블로 연결된 포크(도시하지 않음)에 의하여 그 작동이 조절되나, 전자식 싱크로나이저(70)의 경우에는 상기 제어부(160)의 신호에 따라 그 작동이 제어된다. 이러한 싱크로나이저(70)는 수동변속기에 널리 사용되고 있으며 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기서는 상세한 설명은 생략한다.
아이들 축(90)에는 제1,2매개기어(100,110)가 고정적으로 장착되어 있다. 상기 제2매개기어(110)는 상기 후진기어(80)에 기어 결합한다.
상기 유성기어세트(PG1)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 선기어(S1), 유성캐리어(PC1), 그리고 링기어(R1)를 그 작동수단로 포함한다. 상기 유성캐리어(PC1)에는 상기 링기어(R1)와 선기어(S1)에 치형 결합하는 피니언기어(P1)가 피니언샤프트(325)에 의하여 회전가능하게 장착되어 있다. 상기 각 작동수단들(S1,PC1,R1)은 서로 상대 회전한다.
또한, 상기 유성기어세트(PG1)의 양측에는 유성기어세트(PG1)의 조립을 위한 조립디스크(340) 및 허브(345,350)들이 각각 장착되어 있다.
상기 링기어(R1)는 그 내주면과 외주면에 기어치가 형성되어 있으며, 상기 내주면의 기어치에는 상기 피니언기어(P1)와 슬리브(335)가 기어 결합한다. 또한, 상기 링기어(R1)는 제1작동수단로 작용하여 상기 링기어(R1)의 외주면 기어치에는 상기 전진기어(60)와 제1매개기어(100)가 이물림 결합된다. 따라서, 상기 싱크로나이저(70)가 상기 전진기어(60)와 감속축(40)을 고정하면 구동동력원(100)의 동력은 상기 전진기어(60)를 통해 상기 링기어(R1)에 입력되고, 상기 싱크로나이저(70)가 상기 후진기어(80)와 감속축(40)을 고정하며 구동 동력원(10)의 동력은 상기 후진기어(80), 제2매개기어(110) 그리고 제1매개기어(100)를 순차적으로 통하여 상기 링기어(R1)에 입력된다.
상기 유성캐리어(PC1)는 서로 고정적으로 부착된 캐리어 컵(320)과 캐리어커버(315)를 포함한다. 상기 캐리어 컵(320)과 캐리어 커버(315) 사이에는 피니언기어(P1)가 회전 가능하게 장착되어 있어 상기 피니언기어(P1)의 회전에 따라 유성캐리어(PC1)가 회전한다. 또한, 상기 캐리어커버(315)와 슬리브(335) 사이에는 회전 시 발생하는 마찰을 줄이기 위해 베어링(330)이 개재된다. 상기 캐리어 컵(320)은 상기 캐리어 커버(315)의 반대쪽 회전축(310) 방향으로 연장된 연장부가 구비되어 있으며 상기 연장부의 외주면에는 기어치가 형성되어 있다. 상기 연장부 외주면 기어치는 웜기어 또는 헬리컬 기어와 치형 결합하여 역전을 방지하도록 회전축에 대하여 비스듬히 형성되어 있다. 따라서, 상기 유성캐리어(PC1)는 제2작동수단로 작용하여 상기 변속 입력축(130)으로부터 변속을 위한 동력을 전달받는다. 상기 변속을 위한 동력은 웜기어 또는 헬리컬 기어에 의하여 상기 연장부 외주면의 웜휠(302)에 전달된다.
상기 선기어(S1)는 외주면에 기어치가 형성되어 있으며, 제3작동수단로 작용하여 상기 출력축(120; 여기에서는 회전축(310))에 고정적으로 장착되어 있다. 따라서, 상기 선기어(S1)는 회전축(310)으로부터 동력을 전달받거나 회전축(310)에 동력을 전달할 수 있다.
상기와 같은 유성기어세트(PG1)는 감속축(40)의 회전속도와 변속입력축(130)의 회전속도를 이용하여 출력축의 회전속도를 변화시킨다.
상기 출력축(120)은 디퍼런샬(도시하지 않음)에 연결되어 바퀴(도시하지 않음)를 회전시킨다.
변속유닛(200)은 변속 입력축(130)과 웜기어(140)를 포함한다.
변속입력축(130)은 그 일단이 변속 동력원(150)에 연결되어 변속을 위한 동력을 전달받으며 그 중간부에 웜기어(140)가 고정적으로 장착되어 있다. 상기 웜기어(140)는 상기 유성캐리어(PC1)에 기어 결합하여 동력을 전달하므로 변속입력축(130)을 통한 구동 동력원(10) 토크의 손실이 줄어들게 된다. 또한 구동 동력원(10)의 회전속도가 감속기어(50)를 통해 감속된 후 유성기어세트(PG1)에 입력되므로 목표로 하는 출력축(120)의 회전속도를 얻기 위하여 변속 입력축(130)의 회전속도를 무리하게 키울 필요가 없다. 상기 웜기어(140)를 사용하는 대신 유성 캐리어(PC1)의 기어치를 헬리컬 형태로 형성하고 헬리컬 기어(도시하지 않음)를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 유성 캐리어(PC1)의 상하로 한 쌍의 변속 입력축(130)이 장착되어 있을 수 있으며, 상기 한 쌍의 변속 입력축(130)은 벨트 또는 체인 등의 동력전달 수단에 의하여 연결되어 있을 수 있다.
상기 변속 동력원(150)으로는 DC모터, 유압모터 등 다양한 종류의 회전속도 생성수단이 연결되어 있을 수 있으며, 제어부(160)의 제어에 의하여 회전속도를 용이하게 조절할 수 있는 회전속도 생성 수단이 유리하다.
제어부(160)는 상기 변속 동력원(150)의 작동을 제어하는 목표 변속단으로의 변속을 제어한다. 상기 제어부(160)는 브레이크 위치센서(170), 출력축 속도센서(180), 그리고 작동레버 위치센서(181)를 포함하며, 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있다.
브레이크 위치센서(170)는 브레이크 페달의 작동 정도를 검출하며, 출력축 속도 센서(180)는 출력축(120)의 회전속도를 검출하고, 작동레버 위치센서(181)는 작동레버(도시하지 않음)의 위치를 검출한다.
따라서, 상기 제어부(160)는 브레이크의 위치와 출력축(120)의 속도와 작동레버의 위치로부터 목표 변속단 또는 목표 제동력을 계산하고 이에 따라 상기 변속 동력원(150)의 회전속도를 조절한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동력전달장치에서 전진 변속단이 형성되는 것을 도시한 속도선도이다. 도 4에서 선기어(S1)의 회전속도는 수평축의 아래가 양이고 수평축의 위가 음인 것으로 한다.
싱크로나이저(70)가 감속축(40)과 전진 기어(60)를 고정 결합하는 전진 변속단의 경우에는, 입력축(20)의 회전속도가 감속기어(50)에 의하여 감속되어 링기어(R1)에 입력되는 회전속도를 1이라 하고, 변속동력원(150)으로부터 유성캐리어(PC1)에 입력되는 회전 속도를 제1회전속도(X1)라고 하면, 선기어(S1)를 통해 출력축(120)에 전달되는 회전속도는 제1출력속도(Y1)가 된다. 이러한 상태에서, 제어부(150)가 제2출력속도(Y2)의 회전 속도가 출력되어야 한다고 판단하면, 변속 동력원(150)으로부터 유성 캐리어(PC1)에 입력되는 회전 속도를 제2회전속도(X2)로 제어한다. 따라서, 변속 동력원(150)으로부터 유성 캐리어(PC1)에 입력되는 회전 속도를 변화시킴으로써 목표 변속단을 구현할 수 있다.
후진 변속단은 상기 변속 동력원(150)의 회전속도를 키움으로써 구현될 수 있으나, 이러한 경우에는 변속 동력원(150)이 무리한 회전속도로 회전할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 동력 전달 장치는 아이들 축(90)과 제1,2매개 기어(100, 110)를 이용하여 후진 변속단을 구현한다. 즉, 싱크로나이저(70)가 감속축(40)과 후진 기어(80)를 고정 결합하면 감속축(40)의 회전속도가 직접 링기어(R1)에 전달되는 대신 아이들 축(90)을 통하여 간접적으로 전달된다. 이 과정에서, 링기어(R1)에 전달되는 회전 속도는 그 방향이 반대로 역전되게 된다. 따라서, 상기 전진 변속단을 구현하는 경우와 마찬가지로 후진 변속단이 구현된다.
후진 변속단을 구현하는 다른 방법은 유성 캐리어(PC1)에 입력되는 회전 속도를 증가시키면 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 동력 전달 장치는 바퀴에 브레이크를 설치하여 제동을 할 수도 있으나, 변속 동력원(150)의 회전속도를 제어함으로써 제동을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 만일 차량이 전진 변속단으로 운행하는 상태에서 제동이 필요한 경우 변속 동력원(150)의 회전속도를 증가시키면 출력축(60)에 역회전력이 작용하게 된다. 따라서, 제동에 대한 응답성이 빨라지게 된다.
이하, 도 5 및 도 6을 참고로, 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치의 구성을 보인 후면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치는 본 발명의 제1실시예에 따른 동력 전달 장치와 유사하다. 따라서, 동일한 구성 요소에 동일한 도면 부호를 사용하며 상세한 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치는 입력축(20), 감속 유닛(190), 유성기어세트(PG1), 출력축(120), 변속 유닛(200), 그리고 제어부(160; 도 1 및 도 2 참조)를 포함한다.
입력축(20), 유성기어세트(PG1), 출력축(120), 그리고 제어부(160)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 동력 전달 장치에서, 감속 유닛(190)은 입력축(20)과 평행하게 배치된 4개의 축(211, 212, 213, 214)과 상기 각 축(211, 212, 213, 214)에 두 개씩 장착되어 있는 8개의 기어(191, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198)를 포함한다.
제1축(211)에는 기어치의 개수가 서로 다른 제1,2기어(191, 192)가 장착되어 있으며, 상기 제1기어(191)는 입력축(20)의 구동 기어(30)와 기어 결합한다. 제1기어(191)의 기어치의 개수는 제2기어(192)의 기어치의 개수보다 적다.
제2축(212)에는 기어치의 개수가 서로 다른 제3,4기어(193, 194)가 장착되어 있으며, 상기 제3기어(193)는 제1축(211)의 제2기어(192)와 기어 결합한다. 제3기어(193)의 기어치의 개수는 제4기어(194)의 기어치의 개수보다 적다.
제3축(213)에는 기어치의 개수가 서로 다른 제5,6기어(195, 196)가 장착되어 있으며, 상기 제5기어(195)는 제2축(212)의 제4기어(194)와 기어 결합한다. 제5기어(195)의 기어치의 개수는 제6기어(196)의 기어치의 개수보다 적다.
제4축(214)에는 기어치의 개수가 서로 다른 제7,8기어(197, 198)가 장착되어 있으며, 상기 제7기어(197)는 제3축(213)의 제6기어(196)와 기어 결합하고, 상기 제8기어(198)는 유성기어세트(PG1)의 링기어(R1)와 기어 결합한다. 제7기어(197)의 기어치의 개수는 제8기어(198)의 기어치의 개수보다 적다.
또한, 상기 각각의 축에 형성된 두 개의 기어 중 기어치의 개수가 작은 기어는 동력 전달 라인 상에서 구동 동력원에 가까운 축의 기어와 기어 결합하고, 기어치의 개수가 많은 기어는 동력 전달 라인 상에서 유성기어세트와 가까운 축의 기어와 기어 결합한다. 예를 들어, 제2축(212)에서 기어치의 개수가 작은 제3기어(193)는 동력 전달 라인 상에서 구동 동력원(10)에 가까운 제1축(211)의 제2기어(192)와 기어 결합한다. 따라서, 입력축(20)의 회전 속도는 각각의 축을 통과할 때마다 그 회전속도가 감소되고 최종적으로 감소된 회전 속도는 유성기어세트(PG1)의 제1작동수단(R1)에 전달된다.
본 발명의 제2실시예에서는 4개의 축과 8개의 기어를 사용하여 감속하는 것을 예시하였으나 이에 한정되지 않고, 감속을 위해서 적어도 하나 이상의 축과 적어도 둘 이상의 기어를 사용하면 된다.
변속 유닛(200)은 변속 입력축(130), 제1기어(140), 그리고 제2기어(201)를 포함한다. 여기에서는, 4개의 변속 입력축(130), 4개의 제1기어(140), 그리고 8개의 제2기어(201)를 사용하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 아니한다.
복수개의 변속 입력축(130)은 서로 각각 직각으로 배치되어 있으며, 상기 출력축(120)에도 직각으로 배치되어 있다.
제1기어(140)는 각각의 변속 입력축(130)에 장착되어 변속 입력축(130)을 기준으로 회전하며, 유성기어세트(PG1)의 제2작동수단(PC1)에 기어 결합한다. 또한, 변속 입력축(130)과 출력축(120)이 수직으로 형성되어 있으므로, 제1기어(140)과 제2작동수단(PC1)는 그 회전축이 서로 수직이다. 따라서, 제1기어(140)로는 웜기어 또는 헬리컬 기어가 사용될 수 있다.
제2기어(201)는 각각의 변속 입력축(130)에 장착되어 변속 입력축(130)을 기준으로 회전한다. 어느 하나의 변속 입력축(130)에 장착된 제2기어(201)는 다른 하나의 변속 입력축(130)에 장착된 제2기어(201)와 기어 결합함으로써 변속 동력을 전달한다. 또한, 각각의 변속 입력축(130)이 서로 수직이므로 제2기어(201)들의 회전축 역시 서로 수직이다. 따라서, 제2기어(140)로는 웜기어 또는 헬리컬 기어가 사용될 수 있다.
또한, 복수개의 제1기어(140)가 제2작동수단(PC1)에 기어 결합하여 변속 동력을 전달하므로 변속 동력원(150)과 제2작동수단(PC1)를 연결하는 부위에서 발생할 수 있는 슬립을 최소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력 전달 장치의 전체적인 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력 전달 장치의 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 동력 전달 장치는 입력축(20), 구동기어(30), 감속축(40), 제1감속기어(800), 제2감속기어(805), 링기어(R1), 웜휠(305), 출력축(310), 제1출력기어(815), 차동기어(820), 변속입력축(130), 웜기어(140), 변속입력축기어(810), 및 캐리어연장부(900)를 포함한다.
상기 입력축(20)은 동력원(10, 도 1)에 의해서 회전하고, 그 일측 외주면에는 상기 구동기어(30)가 형성된다. 상기 감속축(40)은 상기 입력축(20)과 거리를 두고 평행하게 배치되고, 그 일측에는 상기 구동기어(30)와 외접하는 상기 제1감속기어(800)가 형성된다. 아울러, 상기 감속축(40)에는 제1감속기어(800)와 이격되어 상기 제2감속기어(805)가 더 형성된다.
상기 제1감속기어(800)의 반경은 상기 구동기어(30)의 그것 보다 커서 상기 입력축(20)의 회전속도를 효과적으로 감속시키고, 토크를 증가시킨다. 아울러, 상기 제2감속기어(805)의 반경은 상기 제1감속기어(800)의 반경보다 작다.
상기 출력축(310)은 상기 감속축(40)과 이격되어 평행하게 상기 감속축(40)의 하부에 배치되고, 상기 출력축(310)에는 선기어(S1, 도 7)가 장착된다. 상기 출력축(310) 일측에는 상기 선기어(S1)가 내부에 설치되는 상기 링기어(R1)가 배치되고, 상기 링기어(R1)의 외주면에 형성된 기어는 상기 제2감속기어(805)와 외접한다.
상기 제2감속기어(805)의 반경은 상기 제1감속기어(800) 및 상기 링기어(R1)의 반경보다 작아서 상기 입력축(20)의 회전속도를 효과적으로 감속시키고 토크를 증가시킨다.
상기 링기어(R1)의 안쪽 공간에 선기어(S1, 도 7)와 유성기어(P1, 도 7)가 배치되어 유성기어세트구조를 형성한다.
아울러, 상기 유성기어(P1)의 회전축을 연결하는 유성캐리어(C1, 도 7)에는 상기 출력축(310)의 길이 방향으로 연장된 연장부(900, 도 9)가 형성되며, 상기 연장부(900)의 외주면에는 상기 웜휠(302)이 형성된다.
상기 출력축(310)과는 수직하게 상기 변속입력축(130)이 배치되고, 상기 변속입력축(130)에는 상기 웜휠(302)에 대응하여 상기 웜기어(140)가 형성된다. 또한, 상기 변속입력축(130)의 일단에는 상기 변속입력축기어(810)가 형성된다.
상기 변속입력축기어(810)는 변속동력원(150, 도 1)으로부터 동력을 전달받아서 상기 웜기어(140), 상기 웜휠(302), 및 유성캐리어(C1, 도 7)를 회전시킨다.
전술한 바와 같이, 상기 변속입력축(130)의 회전속도, 정지, 정회전, 및 역회전에 따라서 상기 선기어(S1)와 연결된 상기 출력축(310)의 회전속도가 조절되고, 아울러 브레이크의 작동여부에 따라서 상기 변속입력축(130)의 회전이 조절된다.
상기 링기어(R1)와 이와 관련된 유성기어세트의 내부 구조는 도 7을 참조하며, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 동력 전달 장치의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 동력 전달 장치의 평면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 동력 전달 장치는 입력축(20), 구동기어(30), 감속기어(50), 구동베벨기어(1000), 피동베벨기어(1005), 링기어(R1), 캐리어연장부(1010), 웜휠(302), 웜기어(140), 변속입력축(130), 및 변속입력축기어(810)를 포함한다.
상기 입력축(20)의 일단부에는 상기 구동기어(30)가 형성되고, 상기 구동기어(30)는 상기 감속기어(50)와 외접하고 있다.
상기 감속기어(50)의 측면에는 상기 구동베벨기어(1000)가 형성되고, 상기 링기어(R1)의 일측면에는 상기 구동베벨기어(1000)에 대응하여 상기 피동베벨기어(1005)가 형성된다.
상기 구동베벨기어(1000)와 상기 피동베벨기어(1005)에 의해서, 상기 입력축(20)의 회전이 상기 감속기어(50) 및 상기 링기어(R1)가 회전하게 되는 것이다.
상기 링기어(R1)와 이와 관련된 유성기어세트의 내부 구조는 도 7을 참조하며, 그 상세한 설명은 생략한다.
캐리어(C1, 도 7)의 일측면에는 상기 캐리어연장부(1010)가 상기 출력축(310)의 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 연장부(1010)의 외주면에는 상기 웜휠(302)이 형성된다.
상기 웜휠(302)에 대응하여 외주면에 상기 웜기어(140)가 형성된 상기 변속입력축(130)이 배치되고, 상기 변속입력축(130)의 일측에는 상기 변속입력축기어(140)가 형성된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 동력 전달 장치에서, 상기 입력축(20)과 상기 출력축(310)은 서로 수직하게 배치되고, 상기 변속입력축(130)과 상기 입력축(20)은 서로 평행하게 배치된다.
상기 캐리어(C1)에서 상기 출력축(310)의 일방향으로 연장된 상기 캐리어연장부(1010)와 상기 출력축(310) 사이에는 베어링이 개재되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 상기 입력축(20)에서 상기 링기어(R1)로 회전력을 효과적으로 전달하기 위해서, 베벨기어 구조를 이용한다.
아울러, 상기 캐리어연장부(1010)에 형성된 상기 웜휠(302)과 상기 변속입력축(130)에 형성된 상기 웜기어(140)를 이용하여 상기 캐리어연장부(1010)의 회전특성(속도 및 방향)을 조절함으로써 상기 출력축(310)의 회전속도를 용이하게 조절할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이고,
도 13은 본 발명의 제6실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이고,
도 14는 도 12 및 도 13에 적용된 유성캐리어의 부분 절단된 면을 보여주는 사시도이고,
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 동력전달장치의 사시도이다.
도 1, 도 12 내지 도 15에서와 같이 상기 유성기어세트(PG1)의 제2작동수단에는 치형 결합을 통해 제2작동수단의 회전력을 전달받는 토크제어축(2010)이 연결되고, 상기 토크제어축(2010)에는 전기를 발생시키는 발전기(2020)가 설치되고, 상기 발전기(2020)에는 상기 변속동력원(150)으로 전원을 공급하는 축전지(2030)가 연결된다. 발전기(2020)는 주지된 바와 같이 유도기전력을 이용한 것으로, 고정자, 회전자 및 여자기를 포함한 것이 된다. 축전지(2030)는 예로, 통상의 차량용 배터리가 될 수 있다.
제2작동수단가 되는 유성 캐리어(PC1)에는 유성 캐리어(PC1)의 회전력 일부를 인출해내기 위해 상기 연장부에 제2헬리컬기어(2011)가 이맞물림되도록 제2기어치(144)가 형성되어 있고, 제2기어치(144)는 도 12 및 도 13와 같이 유성캐리어(PC1)의 웜휠(142)과 이웃하게 배치되거나 도 15의 실시예와 같이 링기어(R1)를 중앙에 두고 웜휠(142)의 반대쪽에 배치시킬 수 있고, 제2헬리컬기어(2011)는 토크제어축(2010)에 고정 장착되어 있다.
이때 토크제어축(2010)은 변속입력축(130)과 평행하게 배치되고, 도 12와 같이 웜기어(140)와 제2헬리컬기어(2011)는 모두 상방 또는 모두 하방의 동일 평면상에 배치되거나 도 13과 같이 동일 평면이 아닌 위,아래에 각각 배치될 수 있다.
도 13 및 도 15의 실시예에서 도시는 되지 않았지만 발전기(2020) 및 축전지(2030)가 도 12의 실시예와 같이 동일하게 구성됨은 물론이다. 또한 도 12 내지 도 15에서 입력축(20)은 상기 감속축(40) 또는 출력축(120)으로 대치될 수도 있다.
이와 같이 구성된 도 12 내지 도 15의 동력전달장치의 작용을 도 12를 가지고 설명한다.
먼저, 전술한 바와 같이 입력축(20)의 회전력을 전달받는 유성기어세트(PG1)의 작동에 의해 유성캐리어(PC1)가 회전하여 회전토크가 발생된다. 이때 유성캐리어(PC1)의 연장부에 형성된 제2기어치(144)에 이맞물림된 제2헬리컬기어(2100)(도 16에서는 종동 베벨기어 임)를 통해 토크제어축(2010)이 회전한다.
따라서 토크제어축(2010)에 직결된 발전기(2020)에서 발전을 하게 되고, 발전기(2020)에서 발전된 전기에너지는 축전기(2030)에 공급되어 축전이 일어난다.
이같이 유성기어세트(PG1)에서는 유성캐리어(PC1)의 회전토크가 토크제어축(2010)을 구동시키는데 소모되므로 유성캐리어(PC1)의 회전토크를 감소시키게 된다.
상기 제어부(160)의 구동 제어를 받는 변속동력원(150)은 축전기(2030)에서 축전된 전기에너지로 구동하여 변속입력축(130)을 제어한다.
이같이 변속동력원(150)이 유성캐리어(PC1)로부터 동력을 얻어 발생된 발전에너지로 동작하므로 별도의 외부 전원 공급이 필요없는 이점을 갖게 된다.
한편, 도 16에서와 같이 상기 제2헬리컬기어(2011)에 대치하여 제2베벨기어로 구성될 수 있다. 따라서 유성캐리어(PC1)의 연장부에 형성된 제2기어치(144)도 베벨기어치 형태로 구성될 수 있는 것이다.
다른 한편, 토크제어축(2010)과 발전기(2020)의 사이에는 감속장치(gear box)(2015)가 더 설치될 수 있다. 감속장치(2015)는 기본적으로 다수의 축과 각 축에 회전수를 감속시키는 기어들의 이맞물림으로 감속된 회전출력을 얻도록 구성된 것이다. 따라서 감속장치(2015)는 감속을 하는 과정에서 유성캐리어(PC1)의 회전 토크를 감소시키게 된다.
또한 토크제어축(2010)에는 유압펌프(도시안됨)를 추가 연결하거나 독립적으로 연결하여 유성캐리어(PC1)의 회전 토크를 감소시키도록 구성할 수도 있다. 이때 유압펌프에서 나오는 유압은 예로, 차량의 조향을 구동시키는 유압원으로 사용될 수 있다.
다른 한편, 본 발명은 도 16 및 도 17에서와 같이 상기 입력축(20)을 회전시키는 메인모터(M1)와, 상기 변속입력축(130)의 회전 구동을 제어하기 위한 컨트롤 모터(M2)를 구비하고, 상기 메인모터(M1)와 상기 컨트롤 모터(M2)의 구동을 제어하기 위한 모터제어부(170)가 포함될 수 있다. 상기 모터제어부(170)에는 전기적으로 엑셀페달(172) 및 브레이크 페달(174)이 연결된다.
상기 모터제어부(170)는 엑셀 페달(172)을 밟을 경우 도 18과 같이 메인모터(M1)의 회전수를 증가시키고 동시에 컨트롤 모터(M2)의 회전수를 감소시켜 출력축(120)의 회전속도를 증가시키도록 되어 있다.
또한 모터제어부(170)는 도 19와 같이 브레이크 페달(174)을 밟을 경우 메인모터(M1)의 회전수가 감소됨과 동시에 컨트롤 모터(M2)의 회전수를 증가시켜 출력축(120)의 회전수를 감소시키게 되어 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
20: 입력축
PG1: 유성기어세트
S1: 선기어
PC1: 유성캐리어
R1: 링기어
P1: 피니언기어
120: 출력축
130: 변속입력축
140: 웜기어
2010: 토크제어축

Claims (24)

  1. 일단이 구동 동력원에 항시 연결되어 동력을 전달받으며, 구동기어가 고정적으로 장착된 입력축과;
    상기 구동기어에 결합하며, 상기 입력축의 회전속도를 감속하는 감속 유닛과;
    상기 감속 유닛에 결합하여 감속 유닛의 회전속도를 전달받는 제1작동수단, 변속을 위한 동력을 전달받는 제2작동수단, 그리고 출력속도가 생성되는 제3작동수단을 포함하는 유성기어세트와;
    변속 동력원에 항시 연결되어 변속을 위한 동력을 전달받으며, 상기 변속을 위한 동력을 상기 제2작동수단에 전달하도록 상기 제2작동수단과 결합하는 변속 유닛; 그리고
    상기 유성기어세트의 제3작동수단에 고정되어 출력속도를 전달하는 출력축을 포함하되, 상기 제2작동수단의 회전축과 상기 변속 유닛의 회전축은 서로 수직이고,
    상기 제2작동수단에는 동력전달수단을 통해 제2작동수단의 회전력을 전달받는 토크제어축이 연결되고, 상기 토크제어축에는 상기 제2작동수단의 회전 토크를 감소시키는 토크 감소수단으로, 발전기, 감속장치, 유압펌프 중 하나 이상이 설치된 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유성기어세트는 선기어, 유성 캐리어, 그리고 링기어를 그 작동수단로 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트이되,
    상기 링기어는 상기 제1작동수단로 작용하고, 상기 유성 캐리어는 상기 제2작동수단로 작용하고, 그리고 상기 선기어는 상기 제3작동수단로 작용하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 동력 전달 장치는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 출력축의 속도와 브레이크의 작동 정도에 따라 변속 동력원의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 변속 동력원의 회전속도를 변화시킴으로써 출력축의 회전속도를 제어하고 제동을 수행하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  5. 제 1항 내지 제4항에 있어서,
    상기 변속 동력원은 모터인 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 감속 유닛은,
    입력축과 평행하게 배치되어 있는 감속축;
    상기 감속축에 고정 부착되어 있으며 상기 구동기어에 기어 결합하는 감속 기어;
    상기 감속축을 기준으로 회전 가능하게 장착되어 있는 전진 기어와 후진 기어; 그리고
    상기 전진 기어와 후진 기어를 상기 감속축에 선택적으로 고정시켜 일체로 회전하도록 하는 싱크로나이저;
    를 포함하되,
    상기 전진 기어는 항시 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 감속 유닛은,
    상기 후진 기어의 회전속도를 전달받아 회전하는 아이들 축;
    상기 아이들 축에 고정 장착되며 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 제1매개 기어; 그리고
    상기 아이들 축에 고정 장착되며 상기 후진 기어에 기어 결합하는 제2매개 기어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 싱크로나이저는 작동 레버의 위치에 따라 동작되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 입력축의 타단과 상기 감속 유닛 중 적어도 한 곳에는 부가 장치가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 변속 유닛은,
    일단이 상기 변속 동력원에 연결되어 변속을 위한 동력을 전달 받는 변속 입력축; 그리고
    상기 변속 입력축의 타단에 형성되어 있으며, 상기 제2작동수단과 기어 결합하는 웜기어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 감속 유닛은 상기 입력축과 평행하게 배치되어 있는 복수개의 축과 상기 복수개의 축에 장착되어 있는 복수개의 기어들을 포함하되,
    상기 복수개의 축 하나당 기어치의 개수가 서로 다른 두 개의 기어들이 장착되어 있으며, 한 축에 형성된 두 개의 기어 중 하나는 다른 축에 형성된 두 개의 기어 중 하나에 기어 결합함으로써 동력이 입력축으로부터 유성기어세트까지 전달되도록 되어 있고,
    상기 복수개의 기어들 중 하나는 상기 구동 기어에 기어 결합하고, 상기 복수개의 기어들 중 다른 하나는 상기 제1작동수단에 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 각각의 축에 형성된 두 개의 기어 중 기어치의 개수가 작은 기어는 동력 전달 라인 상에서 구동 동력원에 가까운 축의 기어와 기어 결합하고, 기어치의 개수가 많은 기어는 동력 전달 라인 상에서 유성기어세트와 가까운 축의 기어와 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 변속 유닛은,
    서로 각각 직각으로 배치되어 있으며, 상기 출력축에도 직각으로 배치된 복수개의 변속 입력축;
    상기 각각의 변속 입력축에 장착되어 변속 입력축을 기준으로 회전하며, 상기 제2작동수단과 기어 결합하는 제1기어; 그리고
    상기 각각의 변속 입력축에 장착되어 변속 입력축을 기준으로 회전하는 제2기어;
    를 포함하되,
    하나의 변속 입력축에 장착된 제2기어는 다른 변속 입력축에 장착된 제2기어와 기어 결합하고,
    상기 변속 입력축 중 하나는 변속 동력원에 연결되어 변속을 위한 동력을 전달 받는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1기어는 웜기어이고, 상기 제2기어는 헬리컬기어인 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  15. 외주면에 기어치가 형성되어 있으며, 회전축에 부착되어 회전축으로부터 동력을 전달받거나 회전축에 동력을 전달하는 선기어;
    상기 선기어를 둘러싸서 선기어와 상대 회전하며, 그 내주면에 기어치가 형성되어 있는 링기어;
    상기 선기어의 외주면 기어치와 상기 링기어의 내주면 기어치에 기어 결합하는 복수개의 피니언기어; 그리고
    상기 복수개의 피니언 기어가 회전 가능하게 장착되어 상기 피니언 기어의 회전에 따라 회전하는 유성 캐리어;
    를 포함하되,
    상기 유성 캐리어의 일측부에는 회전축 방향으로 연장된 연장부가 구비되어 있으며,
    상기 연장부의 외주면에는 웜기어 또는 헬리컬 기어가 결합되도록 상기 회전축에 대하여 비스듬하게 기어치가 형성되고,
    부가적으로 유성 캐리어의 회전력 일부를 인출해내기 위해 상기 연장부에 제2헬리컬기어 또는 제2베벨기어가 이맞물림되도록 결합되도록 제2기어치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 유성기어세트.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 링기어의 외주면에도 기어치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성기어세트.
  17. 일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
    상기 구동기어와 기어 결합되는 감속기어가 형성된 감속축을 포함하는 감속유닛;
    상기 감속기어와 외접하도록 외주면에 기어가 형성된 링기어;
    상기 링기어의 내주면에 형성된 기어와 외접하는 복수개의 피니언기어들;
    상기 피니언기어들과 외접하는 하나의 선기어가 장착되는 출력축;
    상기 피니언기어들의 중심축들과 연결되되, 상기 피니언기어들의 회전에 따라서 상기 출력축을 중심으로 회전하는 유성캐리어;
    상기 유성캐리어에서 상기 출력축의 축방향으로 연장되는 연장부;
    상기 연장부의 외주면에 형성된 웜기어와 구동 헬리컬기어;
    상기 웜기어에 결합되는 웜휠이 외주면에 형성되고 상기 출력축과 수직하게 배치되어 변속동력원에 의해서 회전하는 변속입력축;
    상기 변속입력축의 회전속도를 제어하는 제어부;
    상기 연장부의 구동 헬리컬기어에 외접하는 피동 헬리컬기어를 갖는 토크제어축; 및
    상기 토크제어축으로 구동되는 발전기, 감속장치, 유압펌프 중에서 하나 이상 택일된 토크 감속수단;을 포함하는 동력 전달 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 감속유닛은,
    상기 감속축에 형성되는 제1감속기어; 및
    상기 제1감속기어와 이격되어 상기 감속축에 형성되는 제2감속기어를 포함하는 동력 전달 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1감속기어는 상기 구동기어와 연결되고, 상기 제2감속기어는 상기 링기어의 외주면에 형성된 기어와 연결되는 동력 전달 장치.
  20. 일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
    상기 구동기어와 기어결합되는 감속기어가 형성된 감속축;
    상기 감속축의 일단부에 형성된 구동베벨기어;
    일측에 상기 구동베벨기어와 기어결합되는 피동피벨기어가 형성된 링기어;
    상기 링기어의 내주면에 형성된 기어와 외접하는 복 수 개의 피니언기어들;
    상기 피니언기어들과 외접하는 하나의 선기어가 장착되어 함께 회전하는 출력축;
    상기 피니언기어들의 중심축들과 연결되되, 상기 피니언기어들의 회전에 따라서 상기 출력축을 중심으로 회전하는 유성캐리어;
    상기 유성캐리어에서 상기 출력축의 축방향으로 연장되는 연장부;
    상기 연장부의 외주면에 형성된 웜기어 및 구동베벨기어;
    상기 웜기어에 결합되는 웜휠이 외주면에 형성되고 상기 출력축과 수직하게 배치되어 동력원에 의해서 회전하는 변속입력축; 및
    상기 출력축의 회전속도와 브레이크이 작동에 따라서 상기 변속입력축의 회전속도를 제어하는 제어부;
    상기 연장부의 구동 헬리컬기어에 외접하는 피동 헬리컬기어를 갖는 토크제어축;
    상기 토크제어축에 연결되어 전기를 발생시키는 발전기; 및
    상기 발전기에 전기적으로 연결되어 상기 변속동력원으로 전원을 공급하는 축전지;를 포함하는 동력 전달 장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 링기어의 일측면에 상기 피동베벨기어가 형성되고, 반대측면에 상기 연장부가 연장되어 형성되는 동력 전달 장치.
  22. 일측 외주면에 구동기어가 형성된 입력축;
    상기 구동기어에 외주면의 치형과 이맞물림된 링기어;
    상기 링기어의 내주면 치형과 이맞물림된 다수의 피니언기어를 원주상에 구비하고, 일측단에 웜휠과 타측단에 베벨 치형을 갖는 제2기어치가 형성되어 있는 유성캐리어;
    상기 다수의 피니언기어와 치형으로 외접되어 이맞물림된 선기어;
    상기 유성캐리어에 삽입됨과 동시에 상기 선기어에 축설되어 선기어와 일체로 회전되는 출력축;
    상기 웜휠에 이맞물려진 웜기어를 갖는 변속입력축;
    상기 제2기어치와 이맞물려져 회전되는 베벨 치형을 갖는 토크제어축을 포함하는 동력 전달 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 입력축을 회전시키는 메인모터;
    상기 변속입력축의 회전 구동을 제어하기 위한 컨트롤 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 메인모터와 상기 컨트롤 모터의 구동을 제어하기 위한 모터제어부와;
    상기 모터제어부에 전기적으로 연결된 엑셀페달 및 브레이크 페달이 더 포함되고,
    상기 모터제어부는,
    엑셀 페달을 밟을 경우 메인모터의 회전수를 증가시키고 동시에 컨트롤 모터의 회전수를 감소시켜 출력축의 회전속도를 증가시키며,
    브레이크 페달을 밟을 경우 메인모터의 회전수를 감소시킴과 동시에 컨트롤 모터의 회전수를 증가시켜 출력축의 회전수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
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