KR20120138193A - 전기자동차용 2단 변속기유닛 - Google Patents

전기자동차용 2단 변속기유닛 Download PDF

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Abstract

동심을 이루는 1단입력축 및 2단입력축에 각각 연결된 1단기어 및 2단기어; 상기 1단입력축과 2단입력축에 각각 마련되어 1단 입력축과 2단 입력축을 독립적으로 제어하는 1단클러치 및 2단클러치; 상기 1단기어 및 2단기어와 연결되어 구동력을 전달받는 아웃풋샤프트; 및 상기 아웃풋샤프트로부터 구동력을 전달받아 구동축에 전달하는 디퍼렌셜;을 포함하는 전기자동차용 2단 변속기유닛이 소개된다.

Description

전기자동차용 2단 변속기유닛 {TWO-STEP TRANSMISSION UNIT FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 2 개의 클러치와 2 개의 기어만을 이용하여 저렴하게 제작될 수 있는 전기자동차용 2단 변속기유닛에 관한 것이다.
세계적인 고유가 및 규제로 연비향상 및 친환경은 차량개발의 핵심항목이 되었고 선진 자동차 메이커들은 이러한 목표를 달성하기 위해 연료저감을 위한 기술개발에 총력을 기울이고 있다. 이 중 대표적인 예로 전기자동차를 들 수 있는데, 이하에서 언급되는 전기자동차란, 전기모터를 이용하여 구동되는 자동차를 말하는 것으로서, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기배터리 자동차 등 전기를 축적하고 이를 통해 모터를 구동하여 차량에 구동력을 전달하는 개념의 차량으로 이해될 수 있다.
도 1은 이러한 종래의 전기자동차용 1단 감속기를 나타내고, 도 2는 2단 변속기를 나타낸다. 1단 감속기(10)는 입력축(12)을 통해 구동모터의 출력이 전달되고 이를 디퍼렌셜(14)을 통해 차량의 구동축(16)에 전달하는 구조이다. 현재의 전기자동차는 도 1의 1단 감속기(10)로 차량의 요구성능을 맞추기 위해서는 구동모터, 인버터 및 배터리 등이 커져야 한다. 이에, 구동모터 등 전기 부품의 소형화 및 원가 절감을 위해 2단 변속기가 필요한 실정이다.
그러나 도 2의 2단 변속기(20)의 경우 구동모터로부터 변속캠(22)으로 동력이 전달되고 슬리브(24)를 통해 기어를 변경하여 전달함으로써 디퍼렌셜(26)과 구동축(28)으로 동력을 전달하는 구조로서, 이러한 싱크로 변속기의 경우에는 토크의 저감이 없는 변속을 실현하기가 매우 어렵고, 그에 따라 친환경 차량의 이점을 극대화하지 못하는 경우가 발생된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 2개의 클러치와 2개의 기어를 이용하여 토크의 저감이 없고 변속감이 부드러운 전기자동차용 2단 변속기유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 2단 변속기유닛은, 동심을 이루는 1단입력축 및 2단입력축에 각각 연결된 1단기어 및 2단기어; 상기 1단입력축과 2단입력축에 각각 마련되어 1단 입력축과 2단 입력축을 독립적으로 제어하는 1단클러치 및 2단클러치; 상기 1단기어 및 2단기어와 연결되어 구동력을 전달받는 아웃풋샤프트; 및 상기 아웃풋샤프트로부터 구동력을 전달받아 구동축에 전달하는 디퍼렌셜;을 포함한다.
상기 1단입력축 및 2단입력축은 동심을 이루며 구동모터의 출력축에 연결될 수 있다.
상기 1단클러치 및 2단클러치의 동작을 각각 독립적으로 제어하는 액츄에이터 및 그 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 아웃풋샤프트에는 1단입력기어부 및 2단입력기어부가 구비되어 1단기어 및 2단기어로부터 동력을 전달받고, 출력기어부가 구비되어 디퍼렌셜에 동력을 전달하도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차용 2단 변속기유닛에 따르면, 1단 변속기에 비해 구동 모터의 효율이 좋은 구간에서 사용이 가능하다. 또한 1단 감속기 대비 기어비를 2단으로 함으로써 부품의 크기 및 용량을 줄여 원가절감이 가능하다. 그리고 싱크로를 이용한 2단 변속기 대비 변속감이 우수하고 토크의 저감이 없는 변속이 가능하다.
도 1은 종래의 전기자동차용 1단 감속기를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 전기자동차용 2단 변속기를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속기유닛을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 2단 변속기유닛에 대하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 2단 변속기유닛을 나타낸 도면으로서, 그 전기자동차용 2단 변속기유닛은, 동심을 이루는 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)에 각각 연결된 1단기어(442) 및 2단기어(444); 상기 1단입력축(423)과 2단입력축(425)에 각각 마련되어 1단입력축(423)과 2단입력축(425)을 독립적으로 제어하는 1단클러치(422) 및 2단클러치(424); 상기 1단기어(442) 및 2단기어(444)와 연결되어 구동력을 전달받는 아웃풋샤프트(447); 및 상기 아웃풋샤프트(447)로부터 구동력을 전달받아 구동축에 전달하는 디퍼렌셜(448);을 포함한다.
도시된 바와 같이, 전기자동차용 2단 변속기유닛(400)은 변속부(420)와 파워트레인부(440)로 구성되고, 파워트레인부(440)는 기어로 직접 연결되어 있고 구동 모터(100)와 변속기 사이에 클러치를 2개 적용함으로써 변속시 토크 저감이 없는 부드러운 변속감 실현이 가능하다. 구동모터(100)와 변속기(420) 사이의 클러치에는 건식 또는 습식이 적용 가능하며, 액츄에이터는 유압 또는 모터를 이용하여 제어가 가능하다.
2단 변속기는 기계적인 부분과 제어 부분 2개의 부분으로 나누어져 있다. 기계적인 부분은 변속부(420)와 파워트레인부(440)로 나누어져 있다. 변속부(420)는 클러치 2개가 적용되어 변속시 사용된다. 파워트레인부(440)는 1축(입력축), 2축(아웃풋샤프트) 및 3축(출력축)으로 구성되어 있고, 기어로 연결되어 있고, 연결된 기어를 통해 동력을 전달한다. 제어부(200)는 액츄에이터(300)가 변속 명령에 따라 클러치(422,424)를 슬립/제어하여 부드러운 변속을 하게 한다.
구체적으로, 이하에서 언급되는 전기자동차란, 전기모터를 이용하여 구동되는 자동차를 말하는 것으로서, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기배터리 자동차 등 전기를 축적하고 이를 통해 모터를 구동하여 차량에 구동력을 전달하는 개념의 차량으로 이해될 수 있다.
이러한 전기자동차는 구동모터(100)를 이용하여 차량에 구동력을 제공하는데, 구동모터는 출력축(120)을 통하여 동심을 이루는 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)에 연결된다. 이러한 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)은 동심을 이루며 구동모터의 출력축(120)에 연결될 수 있다.
동심을 이루는 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)은 각각 1단클러치(424) 및 2단클러치(422)에 의해 제어된다. 그리고 1단기어(442) 및 2단기어(444)에 각각 연결된다.
액추에이터는 상기 1단클러치(424) 및 2단클러치(422)의 동작을 각각 독립적으로 제어하고, 그 액츄에이터(300)의 작동은 제어부(200)에서 제어하도록 한다. 따라서, 1단과 2단의 제어는 액추에이터(300)에 의한 클러치(422,424)의 슬립에 의해 일어나고, 전기적인 제어를 통해 1단과 2단이 구현되는 것이다.
그러한 1단기어(442) 및 2단기어(444)에는 아웃풋샤프트(447)가 연결되어 구동력을 전달받고, 디퍼렌셜은 아웃풋샤프트(447)로부터 구동력을 전달받아 구동축에 전달하도록 하는 것이다.
이러한 아웃풋샤프트(447)에는 1단입력기어부(443) 및 2단입력기어부(445)가 구비되어 1단기어(442) 및 2단기어(444)로부터 동력을 전달받고, 출력기어부(446)가 구비되어 디퍼렌셜(448)에 동력을 전달하도록 한다.
이와 같은 본 발명의 전기자동차용 2단 변속기유닛에 따르면, 전자적인 제어를 통해 2 개의 클러치를 독립적으로 제어가 가능하고, 따라서 이를 통해 토크의 저감이 없는 2단 변속을 이루게 된다. 또한, 클러치의 독립제어를 통해 변속감이 부드러워지도록 향상할 수 있으며, 구성이 비교적 간단하여 제조원가 역시 절감된다고 볼 수 있다.
그리고, 아웃풋샤프트(447)는 하나의 축으로 구성될 수 있는데, 이 경우 2 개의 기어로부터 동력을 동시에 전달받지만, 두 기어간의 토크/속도차이는 슬립이 일어나는 클러치(422,424)에서 역으로 흡수가 가능한바, 별도의 제어기구를 채택하지 않더라도 자연스러운 변속동작을 행할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 구동모터 422 : 1단클러치
424 : 2단클러치 423 : 1단입력축
425 : 2단입력축 442 : 1단기어
444 : 2단기어 447 : 아웃풋샤프트
448 : 디퍼렌셜

Claims (4)

  1. 동심을 이루는 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)에 각각 연결된 1단기어(442) 및 2단기어(444);
    상기 1단입력축(423)과 2단입력축(425)에 각각 마련되어 1단입력축(423)과 2단입력축(425)을 독립적으로 제어하는 1단클러치(422) 및 2단클러치(424);
    상기 1단기어(442) 및 2단기어(444)와 연결되어 구동력을 전달받는 아웃풋샤프트(447); 및
    상기 아웃풋샤프트(447)로부터 구동력을 전달받아 구동축에 전달하는 디퍼렌셜(448);을 포함하는 전기자동차용 2단 변속기유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단입력축(423) 및 2단입력축(425)은 동심을 이루며 구동모터의 출력축(120)에 연결된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속기유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단클러치(424) 및 2단클러치(422)의 동작을 각각 독립적으로 제어하는 액츄에이터(300) 및 그 액츄에이터(300)의 작동을 제어하는 제어부(200);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속기유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아웃풋샤프트(447)에는 1단입력기어부(443) 및 2단입력기어부(445)가 구비되어 1단기어(442) 및 2단기어(444)로부터 동력을 전달받고, 출력기어부(446)가 구비되어 디퍼렌셜(448)에 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 2단 변속기유닛.
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