KR20130040549A - 전기자동차용 변속기의 유성기어 방식 일체형 입출력축 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조는, 구동 모터에 연결된 입력축이 중공 형상으로 이루어지고, 출력축이 상기 입력축의 중공을 축방향으로 관통하도록 배치됨으로써, 입력축과 출력축이 동일축선상에 배치되어 입력축과 출력축간의 축간거리가 없어지게 되므로, 변속기의 크기가 줄어들 수 있는 이점이 있다. 변속기가 컴팩트화되면, 변속기의 장착공간이 줄어들게 되므로 기존 모터룸 공간을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 입력축과 출력축이 동일 축선상에 배치됨으로써, 별도의 중간축(counter shaft)가 삭제될 수 있으므로, 진동 발생 요인이 감소될 수 있다. 또한, 입력축과 출력축 사이에 유성기어세트가 구비되어, 유성기어세트를 통해 회전력을 전달함으로써, 링 기어, 유성 기어, 선 기어의 각 지름 및 기어치를 변화시킴으로써 다양한 변속비 구현이 가능해질 수 있다.

Description

전기자동차용 변속기의 유성기어 방식 일체형 입출력축 구조{Structure of integral type input-output using planet gear of transmission for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유성기어를 활용하여 입력축과 출력축을 동일 축선상에 유지시켜 보다 컴팩트해질 수 있는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조에 관한 것이다.

최근 친환경 경향과 함께 전기자동차에 관한 관심과 연구가 두드러지고 있다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 얻는 구동모터를 이용함으로써, 휘발유나 경유 등의 화석연료를 이용하여 동력을 얻는 엔진에 비해 이산화탄소의 배출이 없으므로 친환경 자동차로 각광받고 있다.

일반적인 엔진 탑재 자동차는 달리기 시작할 때에는 더 강한 토크와 낮은 회전을 필요로 하며, 속도가 빨라짐에 따라 토크보다도 회전속도가 필요하게 된다. 따라서, 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 변속레버를 사용하여 출발할 때에는 회전속도를 줄임과 동시에 토크를 늘려주고, 속도가 빨라짐에 따라 회전속도를 높이는 역할을 하는 것이 변속기이다. 이에 일반적인 엔진 탑재 자동차의 변속기는 1단에서 5단까지의 변속단계로 구성된다.

그러나, 전기자동차의 구동모터는 회전속도를 저속에서 고속에 이르기까지 무단으로 부드럽게 변환할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 특성상 반드시 변속기를 필요로 하지 않는다. 하지만, 구동모터가 일정한 속력을 유지하도록 작동되는 도중, 높은 토크를 필요로 할 경우에는 변속기를 사용하는 것이 구동모터의 안정성에 유리한 것은 사실이다. 다만, 일반적으로 전기자동차는 높은 토크가 필요할 경우에만 주로 변속기를 사용함이 바람직하다. 따라서, 전기자동차용 변속기는 무단에서 1단까지의 변속단계로 구성될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 변속기(1)를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기자동차용 변속기는 변속기 케이스(5)와, 상기 변속기 케이스(5)에 배치되고, 구동 모터(2)에 의하여 회전되는 입력축(10)과, 상기 입력축(10)에 연결된 입력 기어(12)와 맞물리도록 배치된 보조 기어(14)가 형성된 보조축(16)과, 상기 보조기어(14)의 일측에 연결된 연결기어(18)와 맞물리는 출력 기어(22)와, 상기 출력 기어(22)가 구비되고 상기 입력축(10)과 평행하도록 배치된 출력축(20a)(20b)로 구성된다. 상기 출력축(20a)(20b)는 좌우 바퀴(미도시)가 배치된 측으로 동력을 전달하게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 전기자동차용 변속기는, 상기 입력축(10)과 상기 출력축(20a)(20b)간의 축간거리(d1)를 확보해야 하므로, 변속기의 크기 및 중량이 증대되는 문제점이 있으며, 이로 인해 변속기의 장착공간이 크게 요구됨으로써 실내 공간이 좁아지게 되는 문제점이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 변속기의 입력축과 출력축간의 축간거리를 최소화하여 보다 컴팩트해질 수 있는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조는, 구동모터에 연결되고, 중공형상으로 이루어진 입력축과, 상기 입력축을 축방향으로 관통하게 배치되고, 회전력을 바퀴로 전달시키는 출력축과, 상기 입력축과 출력축을 중심으로 배치되어, 상기 입력축으로부터 전달되는 동력을 상기 출력축으로 전달하는 유성기어세트를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 유성기어세트는, 중심에 배치되는 선기어와, 상기 선기어와 맞물리도록 상기 선기어의 외주를 따라 배치되는 복수의 유성기어들과, 상기 복수의 유성기어들과 맞물리는 링 기어를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 링 기어는 변속기 케이스에 고정 장착될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 복수의 유성기어들은 상기 출력축측에 구비되어 일체로 회전할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 출력축에는 차동장치가 구비되고, 상기 복수의 유성기어들은 상기 차동장치에 결합될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 출력축에서 상기 입력축의 중공을 관통한 일측 단부는 상기 구동모터를 둘러싼 구동모터 케이스에 베어링으로 지지되고, 타측 단부에는 차동장치가 구비되고 변속기 케이스에 베어링으로 지지될 수 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조는, 구동 모터에 연결된 입력축이 중공 형상으로 이루어지고, 출력축이 상기 입력축의 중공을 축방향으로 관통하도록 배치됨으로써, 입력축과 출력축이 동일축선상에 배치되어 입력축과 출력축간의 축간거리가 없어지게 되므로, 변속기의 크기가 줄어들 수 있는 이점이 있다. 변속기가 컴팩트화되면, 변속기의 장착공간이 줄어들게 되므로 실내공간을 보다 넓힐 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 입력축과 출력축이 동일 축선상에 배치됨으로써, 별도의 중간축(counter shaft)가 삭제될 수 있으므로, 진동 발생 요인이 감소될 수 있다.

또한, 입력축과 출력축 사이에 유성기어세트가 구비되어, 유성기어세트를 통해 회전력을 전달함으로써, 링 기어, 유성 기어, 선 기어의 각 지름 및 기어치를 변화시킴으로써 다양한 변속비 구현이 가능해질 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 변속기가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기가 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 A방향에서 본 유성기어세트가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기가 개략적으로 도시된 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기가 도시된 도면이다. 도 3은 도 2의 A방향에서 본 유성기어세트가 도시된 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기가 개략적으로 도시된 구성도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기(100)는, 구동 모터(50)에 연결된 입력축(60)과, 상기 입력축(60)을 축방향으로 관통하게 배치된 출력축(80)과, 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)사이에 배치되어 상기 입력축(60)으로부터 전달되는 동력을 상기 출력축(80)으로 전달하는 유성기어세트(70)(72)(74)를 포함한다.

상기 구동모터(50)는 전기자동차의 차체 하부에 설치되는 배터리 모듈(미도시)로부터 전원을 공급받아 구동되는 모터이다.

상기 입력축(60)의 일단은 상기 구동모터(50)의 모터 케이스(52)측에 베어링으로 회전가능하게 지지되고, 타단은 변속기 케이스(54)측에 베어링으로 회전가능하게 지지될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 입력축(60)의 양단 모두 상기 모터 케이스(52)측에 결합되는 것도 물론 가능하다.

상기 입력축(60)은 중공 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 입력축(60)에는 축방향으로 중공(60a)이 형성된다. 상기 중공(60a)에는 상기 출력축(80)이 축방향으로 배치된다.

상기 출력축(80)은 상기 입력축(60)의 중공(60a)을 관통하게 배치된다. 따라서, 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)은 서로 동일한 축선상에 배치된다. 또한, 상기 입력축(60)의 내주면과 상기 출력축(80)의 외주면은 회전시 상호 간섭되지 않도록 반경방향으로 설정간격 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 출력축(80)이 상기 입력축(60)안을 관통하도록 배치됨으로써, 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)간의 축간 거리가 없어지므로, 구조가 간단해지고 변속기(100)의 크기가 축소될 수 있다. 상기 변속기(100)의 컴팩트화가 가능해지면, 상기 변속기(100)의 장착 공간이 줄어들게 되므로, 실내 공간을 보다 넓힐 수 있는 이점이 있다.

상기 출력축(80)의 일단(80a)은 상기 모터 케이스(52)에 베어링으로 지지되고, 타단(80b)은 상기 변속기 케이스(54)에 베어링으로 지지될 수 있다.

상기 출력축(80)의 타단(80b)에는 차동장치(Differential, 90)이 구비된다. 상기 차동장치(90)는 상기 변속기 케이스(54)에 베어링으로 지지된다.

상기 유성기어세트(70)(72)(74)는, 선기어(74)와, 상기 선기어(74)와 맞물리도록 상기 선기어(74)의 외주를 따라 배치되는 복수의 유성기어들(72)과, 상기 복수의 유성기어들(72)과 맞물리도록 상기 유성기어들(72)의 외측에 배치된 링 기어(70)를 포함한다.

상기 링 기어(70)의 내주면에는 기어치가 형성되고, 상기 링 기어(70)의 중심에는 상기 선 기어(74)가 배치된다. 상기 선 기어(74)는 외주면에 기어치가 형성된다. 상기 링 기어(70)와 상기 선 기어(74) 사이에는 상기 복수의 유성기어들(72)이 배치되고, 상기 유성기어들(72)은 동시에 상기 링 기어(70) 및 상기 선 기어(74)의 기어치와 맞물리도록 배치된다. 상기 복수의 유성기어들(72)은 서로 소정각도 이격된 위치에 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 유성기어들(72)은 3개인 것으로 한정하여 설명한다.

상기 링 기어(70)는 상기 변속기 케이스(54)에 결합되어, 회전되지 않고 고정 상태를 유지한다.

상기 선 기어(74)는 상기 입력축(60)과 결합되어, 상기 입력축(60)이 상기 구동모터(50)에 의해 회전되면, 상기 선 기어(74)가 연동하여 회전된다.

상기 선 기어(74)가 회전되면, 상기 링 기어(70)와 맞물려 있는 상기 유성 기어들(72)이 회전하게 된다.

상기 유성 기어(72)는 상기 출력축(80) 측에 구비되어, 상기 출력축(80)에 회전력을 전달한다. 상기 유성 기어(72)는 상기 출력축(80)에 직접 고정되는 것도 가능하고, 상기 출력축(80)의 일측에 결합된 차동장치(90)에 고정되는 것도 물론 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 유성 기어(72)는 상기 차동장치(90)에 고정되어, 상기 차동장치(90)와 일체로 회전하는 것으로 설명한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기자동차용 변속기(100)는 상기 입력축(60)의 중공(60a)에 상기 출력축(80)이 관통하도록 구비되기 때문에, 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)이 동일축선상에 배치되어 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)간의 축간거리가 없어지게 되므로, 변속기가 컴팩트화될 수 있고 진동이 감소될 수 있다.

또한, 상기 유성기어세트(70)(72)(74)를 이용하여 회전력을 전달함으로써, 상기 링 기어(70), 상기 유성 기어(72), 상기 선 기어(74)의 각 지름 및 기어치를 변화시킴으로써, 다양한 변속비 구현이 가능해질 수 있다.

또한, 상기 입력축(60)과 상기 출력축(80)이 동일 축선상에 배치되고, 별도의 중간축(counter shaft)가 삭제될 수 있으므로, 진동 발생 요인이 감소될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속기(100)의 동력전달과정을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 전기자동차의 작동으로 상기 변속기(100)에 소정의 작동 신호가 인가되면, 상기 구동 모터(50)가 회전하게 된다.

상기 구동모터(50)의 회전시 상기 입력축(60)이 회전하게 된다. 상기 입력축(60)의 회전시 상기 선 기어(74)가 연동되어 회전하게 된다.

상기 선 기어(74)가 회전되면, 상기 선 기어(74)의 내측에 기어 물림되는 상기 유성기어들(72)이 회전된다.

상기 유성기어들(72)의 회전력은 상기 차동장치(90)로 전달되어, 상기 출력축(80)으로 전달될 수 있다. 상기 차동장치(90)를 통해 상기 출력축의 양단(80a)(80b)로 전달되어, 전기자동차의 좌,우측 바퀴로 전달될 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

50: 구동모터 52: 구동모터 케이스
60: 입력축 60a; 중공
70: 링 기어 72: 유성 기어
74: 선 기어 80: 출력축
90: 차동장치

Claims (6)

1. 구동모터에 연결되고, 중공형상으로 이루어진 입력축과;
   상기 입력축을 축방향으로 관통하게 배치되고, 회전력을 바퀴로 전달시키는 출력축과;
   상기 입력축과 출력축을 중심으로 배치되어, 상기 입력축으로부터 전달되는 동력을 상기 출력축으로 전달하는 유성기어세트를 포함하는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유성기어세트는,
   중심에 배치되는 선기어와, 상기 선기어와 맞물리도록 상기 선기어의 외주를 따라 배치되는 복수의 유성기어들과, 상기 복수의 유성기어들과 맞물리는 링 기어를 포함하는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 링 기어는 케이스에 장착되어 회전하지 않는 고정 상태의 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 복수의 유성기어는 상기 출력축측에 구비되어 일체로 회전하는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력축에는 차동장치가 구비되고, 상기 복수의 유성기어는 상기 차동장치에 결합된 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.
6. 청구항 1에 있어서,'
   상기 출력축에서 상기 입력축의 중공을 관통한 일측 단부는 상기 구동모터를 둘러싼 구동모터 케이스에 베어링으로 지지되고,
   타측 단부에는 차동장치가 구비되고 변속기 케이스에 베어링으로 지지되는 전기자동차용 변속기의 유성기어방식 일체형 입출력축 구조.

Images