KR20140015637A - 전후진 2단 전동용 액슬장치 - Google Patents

전후진 2단 전동용 액슬장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시형태에 따른 전후진 2단 전동용 액슬장치는, 모터(120)와, 상기 모터(120)의 정역 회전력을 전달받아 휠을 정역 회전되는 메인구동축(16)과, 1단으로 연결되는 1단클러치부(20)와 2단으로 연결되는 2단클러치부(40)로 이루어져서, 상기 메인구동축(16)의 동력을 변속하는 클러치부(140)와, 상기 클러치부(140)에 의해 변속된 동력을 좌우 휠로 구동력을 배분하여 상기 메인구동축(16)에 전달하는 차동기어부(60)와, 상기 차등기어부(60)에 의해 배분되어 전달된 구동력을 감속하여 차량을 구동하도록 설치된 감속기어조립체(50)를 포함한다.
본 발명은 모터의 정역회전에 의해 전후진 구동이 가능하고, 변속 클러치부가 베벨기어와 차동피니언 기어 사이에 위치된 변속 클러치부를 운전자의 조작에 따라 고속 또는 저속의 2단으로 작동하는 것이 가능하여, 경량의 지게차에서도 고속 주행과, 고토크의 물류작업을 구분하여 에너지를 소모하는 것이 가능하여, 연료의 소모를 절감할 수 있다.

Description

전후진 2단 전동용 액슬장치{TWO-STAGE ELECTRIC AXLE APPARATUS FOR FORWARD AND BACKWARD DRIVING}
본 발명은 전동용 액슬장치에 관한 것으로, 구체적으로 지게차에서 전후진 2단으로 구동 가능한 2단 전동용 액슬장치에 관한 것이다.
일반적인 지게차라 함은 각종 산업현장에서 화물을 들어올리거나 운반하는데 이용하는 특수차량의 일종으로서, 이와 같은 지게차의 기본적인 구성은, 차량 외측에 화물을 들어올리거나 하역하기 위한 포크 또는 캐리지가 설치되고, 차체 내부에 지게차를 구동시키기 위한 엔진 또는 모터 등이 탑재된다.
이러한 지게차는 일반차량과 달리 작업특성상 고속주행을 목적으로 하지 않고, 다수의 변속을 필요로 하지 않으나, 엔진으로부터 전달되는 소음과 진동 저감, 회전 반경의 최소화와 더불어 부품수의 감소 및 원가절감 등이 주요 해결과제가 된다.
일반적으로 지게차에 적용되는 동력전달장치의 구성을 살펴보면, 변속기가 중앙부에 설치되며, 변속기의 입력축과 출력축 사이에 클러치가 설치되어 입력축의 회전력을 차단하거나 출력축으로 전달하도록 하고 있으나, 클러치와 함께 변속기가 토크컨버터와 액슬샤프트 사이에 설치되므로, 엔진과 샤프트의 길이가 길어지고 엔진에서 발생된 진동및 소음이 변속기를 통해 기게차 중앙의 운전석으로 전달되며, 동력전달방향의 변경과 기어감속을 행하는 베벨기어 전에 변속기가 설치되므로 변속으로 인한 충격이 과다하게 전달되어 변속기의 내구성 문제가 있으므로 기어 등 부품의 강도를 증가해야만 하였다.
이를 해결하고자 본 출원인의 한국특허 제425277호(등록일 2004.03.10)에는 선기어를 전진과 후진으로 나누고, 링기어는 하우징에 고정시키면서 전후진 선기어의 회전에 따라 캐리어를 구동하고, 또한 상기 특허의 개량 특허로서 제435278호(등록일 2004.03.18)에는 각각 양측에 있던 변속 클러치부를 일측으로 모으도록 형성하여 엔진에서 발생되는 소음 및 진동이 변속기로 전달되는 것을 차단하고, 양쪽 휠을 독립적으로 구동시킬 수 있도록 함에 따라, 지게차의 스핀 또는 턴의 회전반경을 최소화하면서도 콤팩트하여 엔진 마운팅과 액슬 마운팅 설계를 자유롭게 할 수 있는 중장비용 휠 트랜스미션을 개시하고 있다.
하지만, 이들 특허의 휠 트랜스미션은 스핀턴과 같은 기능이 필요없는 경우에 적용시키고자 할 때, 상기 휠 트랜스미션과 부품을 서로 공유할 수 있으면서 더욱 원가와 부품을 절감할 필요성이 있는 바, 이에 따라 본 출원인의 한국특허 제442475호(등록일 2004.07.21)호에는 베벨기어 이후 변속을 통하여 회전수가 감속된 상태에서 변속되어 변속 시의 충격의 대부분이 감속되고, 유성기어조립체와 변속 클러치부가 분리형으로 이루어져 소음진동이 감소하는 동시에, 전후진 변속시에도 베벨기어의 회전방향은 바뀌지 않음에 따라 베벨기어에서 발생하는 소음을 대폭 줄일 수 있고, 변속기어에 작용하는 충격력을 감소시키며, 변속 클러치부가 베벨기어와 차동피니어 기어 사이에 위치되어 공간확보가 가능하여 차량설계가 자유로운 트랜스미션을 개시하고 있다.
한편, 엔진 또는 모터에 지게차를 조향하거나 휠을 제어하기 위한 수단으로서 전동용 액슬장치가 연결 설치된다.
전동용 액슬장치는 지게차를 형성하는 부속 장치로서, 하우징 내에 수용 설치된 모터 작동에 의해 구동축이 회전하게 되면, 그 모터 구동축에 연속적으로 연결된 베벨피니언이 헬리컬기어를 회전시키게 되고, 이와 같이 회전되는 헬리컬기어가 유성기어세트를 형성하는 선기어에 접속되어, 그 선기어에 의해 유성기어를 회전시키게 된다. 이와 같이 회전되는 유성기어는 유성기어세트 내측에서 유성기어의 중심축에 연결된 유성캐리어를 회전시키게 되며, 이렇게 회전되는 유성캐리어는 휠샤프트에 접속되어, 휠사프트에 장착된 림을 회전시킴으로써, 일련의 지게차 구동관계가 제어된다.
하지만, 이러한 종래의 전동용 액슬장치는 단순히 전후진 1단만을 지원하는 것으로, 매우 제한적이어서 성능저하의 문제점이 있으며, 지게차의 정지회전구동을 위해서는 별도의 컨트롤 장치 등을 이용해야 하는 등 상당한 효율성 저하의 문제점이 상존하고 있다.
이에 본 출원인의 한국특허 제582699호 및 제582701호(등록일 2006.05.16)에는 동력발생수단인 모터의 드라이브 샤프트에 동력전달수단인 드라이브 기어를 연결하고, 이 드라이브 기어로부터 구동력을 드리븐기어가 전달받도록 연결하여 지게차를 회전구동하고, 드리븐기어의 좌우이동에 따라 휠의 전후진 구동과 회전관계를 제어하거나, 동력전달수단으로서 선기어와, 유성기어와, 캐리어와, 링기어 등으로 구성된 출력부를 형성하고, 이 출력부로 부터 전달되는 구동력에 의해 휠의 전후진 구동과 회전관계를 제어하는 지게차용 전동드라이브 액슬장치가 개시되어 있다.
그런데, 지게차는 일반차량과 달리 작업특성상 고속주행을 목적으로 하지 않고, 다수의 변속을 필요로 하지 않을 뿐 아니라, 이산화탄소의 배출을 저감할 수 있는 에너지 효율을 고려한 친환경을 고려할 때, 동일한 성능의 지게차라 하더라도 그 크기가 작고 연료의 소모를 줄이는 것이 최근의 요구에 부합할 필요가 점증하고 있지만, 이 특허의 전동용 액슬장치는 1단으로만 작동함으로 인하여 지게차의 속도가 고정될 수 밖에 없어 토오크를 많이 필요한 물류작업 시와, 고속이 필요한 주행 시의 구분이 없이 일정한 전기에너지를 계속 소모하므로, 최근의 요구에 부합되지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 최근의 요구에 부합하고자 안출된 것으로서, 전동 모터의 정역회전으로 전후진 변속을 실행하고, 한국특허 제442475호(등록일 2004.07.21)호에 개시된 베벨기어부와 차동기어부 사이에 설치된 단순구조의 트랜스미션에 의해 가감속 변속이 수행되도록 함에 따라, 운전자가 토오크가 필요한 작업 시와 고속주행이 필요한 주행 시를 구분하여 2단으로 전기에너지의 선택 사용을 가능하도록 하는 전후진 2단 전동용 액슬장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 따른 전후진 2단 전동용 액슬장치는, 전후진 2단 전동용 액슬장치는, 모터와, 상기 모터의 정역 회전력을 전달받아 휠을 정역 회전되는 메인구동축과, 1단으로 연결되는 1단클러치부와 2단으로 연결되는 2단클러치부로 이루어져서, 상기 메인구동축의 동력을 변속하는 클러치부와, 상기 클러치부에 의해 변속된 동력을 좌우 휠로 구동력을 배분하여 상기 메인구동축에 전달하는 차동기어부와, 상기 차동기어부에 의해 배분되어 전달된 구동력을 감속하여 차량을 구동하도록 설치된 감속기어조립체를 포함한다.
본 발명에 있어서, 1단클러치부는 제2카운터기어가 치합된 1단구동기어와 결합되어 모터의 정역회전에 따라 휠을 전후진 1단으로 구동하고, 이 상태에서 2단클러치부는 제1카운터기어가 치합된 2단구동기어에 결합되어 휠을 전후진 2단으로 구동하며, 이때 제1카운터기어와 제2카운터기어는 일체로 형성될 수 있다.
1단 또는 2단 클러치부에 유압이 공급되면, 1단 또는 2단 구동기어는 서로 동일한 방향으로 회전되고, 제 1 및 제 2 카운터기어는 1단 또는 2단 구동기어와 반대방향으로 회전될 수 있다.
본 발명의 전후진 2단 전동용 액슬장치는 클러치부의 액슬하우징 내부 일측에 연결되는 하나 이상의 마찰플레이트; 상기 마찰플레이트 사이사이에 위치되는 하나 이상의 마찰디스크; 상기 마찰디스크 일단에 연결되는 보조커플링; 상기 보조커플링과 2단커플링 일측의 사이에 위치되는 일방향베어링; 및 상기 마찰플레이트와 상기 마찰디스크의 일측에 위치되는 피스톤을 포함하여 이루어지는 경사로 밀림방지클러치부를 더 포함할 수 있다.
감속기어조립체는 휠에 동력이 감속전달되도록 메인구동축에 결합된 제1선기어와, 액슬조립체에 고정된 제1링기어와, 상기 제1선기어와 상기 제1링기어에 치합되는 다수의 제1유성기어와, 상기 다수의 제1유성기어와 연결된 제1캐리어축과, 상기 제1캐리어축과 결합된 제2선기어와, 상기 액슬조립체에 고정된 제2링기어와, 상기 제2선기어와 상기 제2링기어에 치합되는 다수의 제2유성기어와, 상기 다수의 제2유성기어에 연결된 제2캐리어축으로 이루어질 수 있다.
액슬조립체에는 메인구동축을 제동하는 습식브레이크조립체 및 파킹브레이크조립체가 구비될 수 있다.
습식브레이크조립체는 상기 메인구동축과 스플라인 결합된 브레이크커플링과, 상기 브레이크커플링의 외주면에 결합된 브레이크마찰디스크와, 상기 브레이크마찰디스크와 일정간격을 유지한 채 교번되게 설치되며 액슬하우징에 고정결합된 브레이크마찰플레이트와, 유압에 의해 상기 브레이크마찰디스크와 브레이크마찰플레이트를 압착시키는 브레이크피스톤과, 상기 브레이크피스톤에 복원력을 제공하는 복원스프링으로 이루어질 수 있다.
또한 파킹브레이크조립체는 상기 브레이크마찰디스크와 브레이크마찰플레이트를 압착시키는 파킹브레이트피스톤 및 상기 파킹브레이크피스톤에 탄성력을 제공하여 지지하는 스프링으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 전후진 2단 전동용 액슬장치는 모터의 정역회전에 의해 휠의 전후진이 가능하고, 변속 클러치부가 베벨기어와 차동피니언 기어 사이에 위치된 변속 클러치부를 운전자의 조작에 따라 고속 또는 저속의 2단으로 작동하는 것이 가능하여, 경량의 지게차에서도 고속 주행과, 고토크의 물류작업을 구분하여 에너지를 소모하는 것이 가능하여, 연료의 소모를 절감할 수 있으므로 에너지 효율을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전후진 2단 전동용 액슬장치의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 2는 도 1 전후진 2단 전동용 액슬장치의 단순구조 트랜스미션의 클러치부와 차동기어부 및 감속기어조립체의 전체단면도. 도 3은 도 2의 클러치부와 차동기어부의 확대단면도. 도 4는 도 3 트랜스미션에 따른 제1 및 제 2 카운터기어, 1단 및 2단구동기어의 연결관계를 도시한 단면도.
도 5은 도 2 경사로 밀림방지클러치부의 일방향베어링을 나타내는 단면도.
도 6는 차량의 1단 구동시 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도. 도 7은 차량이 언덕에서 미끄러지려고 할때 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도.
도 8은 차량의 2단 구동시 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도.
도 9는 본 발명에 따른 구동축에서 차량을 구동시키는 감속기어조립체의 구성단면도.
도 10은 본 발명에 따른 감속기어조립체에서 도 9의 B-B' 단면도 및 개략적 작동도.
도 11은 본 발명에 따른 액슬조립체의 습식브레이크조립체와 파킹브레이크조립체의 구성단면도.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따라 모터의 회전력이 베벨기어부를 거치지 않고 클러치부에 직접 전달되는 전후진 2단 전동용 액슬장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전후진 2단 전동용 액슬장치의 구성을 나타내고 있고, 도 2는 도 1 전후진 2단 전동용 액슬장치의 단순구조 트랜스미션의 클러치부와 차동기어부 및 감속기어조립체의 전체단면을 나타내고 있고, 도 3은 도 2의 클러치부와 차동기어부의 확대단면을 나타내고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전후진 2단 전동용 액슬장치(100)는 모터(120)와, 모터(120)의 회전력을 전달하는 회전축(102)과, 회전축(102)의 회전력을 전달받아 회전되는 메인구동축(16)과, 메인구동축(16)과 1단으로 연결되는 1단클러치부(20)와 2단으로 연결되는 2단클러치부(40)로 이루어져서, 상기 메인구동축(16)의 동력을 변속하는 클러치부(140)와, 상기 클러치부(140)에 의해 변속된 동력을 좌우 휠로 구동력을 배분하여 메인구동축(16)에 전달하는 차동기어부(60)와, 상기 차동기어부(60)에 의해 배분되어 전달된 구동력을 감속하여 차량을 구동하도록 설치된 감속기어조립체(50)를 포함한다.
모터(120)가 정역회전함에 따라 메인구동축(16) 역시 정역회전되어 차량을 전진 또는 후진한다. 모터(120)는 지게차 등 산업용 차량에 사용되는 모터가 사용될 수 있다.
1단클러치부(20)는 메인구동축(16)과 결합된 1단구동기어(26)를 회전구동하며, 2단클러치부(40)는 2단구동기어(46)와 결합되며, 2단구동기어(46)의 회전구동에 의해 제 1 카운터기어(48)를 회전하고, 상기 제 1 카운터기어(48)에 동축으로 일체로 형성된 제 2 카운터기어(49)를 회전하여 가속한다.
이에 따라, 모터(120)의 정역회전과 1단클러치부(20)의 작동에 의해 전후진 1단이 수행되며, 모터(120)의 정역회전과 2단클러치부(20)의 작동에 의해 전후진 2단이 수행된다.
도 3을 참조하면, 본 발명 전후진 2단 전동용 액슬장치(100)에서의 트랜스미션은 모터(120)의 회전동력을 베벨피니언기어(11)와, 이 베벨피니언기어(11)에 치합된 베벨링기어(12)를 포함하는 베벨기어부(10)로부터 직각방향으로 전달받아, 클러치부(140)를 통해 변속하고, 클러치부(140)와 연결된 차동기어부(60)를 통해 변속된 동력이 메인구동축(16)에 전달되며, 메인구동축(16)에서 액슬조립체(160)를 통해 감속된 동력이 전달되도록 구성된다.
클러치부(140)는 1단클러치부(20)와 2단클러치부(40)로 이루어지며, 1단클러치부(20)는 1단클러치드럼(21), 1단커플링(25), 피스톤(24) 및 탄성수단으로서의 스프링(도시하지 않음)을 포함하여 이루어진다.
1단클러치드럼(21)은 베벨링기어(12)에 일체로 연결되면서 액슬하우징(76) 내부에 위치되며, 그 내주면에 하나 이상의 마찰플레이트(22)가 결합된다. 1단커플링(25)은 1단클러치드럼(21) 내부에 위치하며 그 외주면에는 하나 이상의 마찰디스크(23)가 결합된다. 마찰플레이트(22)와 마찰디스크(23)는 서로 사이사이에 겹쳐져 위치된다.
한편 1단클러치드럼(21) 내부 일측에 실린더(21')가 형성되고, 마찰플레이트(22)와 마찰디스크(23)의 일측에 피스톤(24)이 위치한다. 피스톤(24)은 1단클러치드럼(21)에 연결된 유로(17)를 따라 유입된 작동유에 의해 실린더(21') 내부에서 좌측으로 위치 이동되어 마찰플레이트(22)와 마찰디스크(23)를 압착시킨다. 피스톤(24) 일측에는 복원력을 제공하는 탄성수단으로서의 스프링(도시 생략)이 연결된다.
1단클러치부(20)와 유사하게 2단클러치부(40)도 2단클러치드럼(41), 2단커플링(45), 피스톤(44) 및 탄성수단으로서의 스프링(도시 생략)을 포함하여 이루어진다.
2단클러치드럼(41)은 액슬하우징(76) 내부의 1단클러치드럼(21)의 일측에 위치되며, 그 내주면에 하나 이상의 마찰플레이트(42)가 결합된다. 2단커플링(45)은 2단클러치드럼(41) 내부에 위치하며 그 외주면에는 하나 이상의 마찰디스크(43)가 결합된다. 마찰플레이트(42)와 마찰디스크(43)는 서로 사이사이에 겹쳐져 위치된다.
한편 2단클러치드럼(41) 내부 일측에 실린더(41')가 형성되고, 마찰플레이트(42)와 마찰디스크(43)의 일측에 피스톤(44)이 위치한다. 피스톤(44)은 2단클러치드럼(41)에 연결된 유로(19)를 따라 유입된 작동유에 의해 실린더(41') 내부에서 좌측으로 위치 이동되어 마찰플레이트(42)와 마찰디스크(43)를 압착시킨다. 피스톤(44) 일측에는 복원력을 제공하는 탄성수단으로서의 스프링(도시 생략)이 연결된다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 카운터기어와, 1단 및 2단구동기어의 연결관계를 도시한 도 3의 A-A 단면도이다. 도 4을 참고하여 설명하면 1단구동기어(26)와 2단구동기어(46)는 1:4의 구동속도가 바람직하다. 2단구동기어(46)가 회전하게 되면 2단구동기어(46)와 치합된 제1카운터기어(48) 및 제1카운터기어(48)와 일체로 형성된 제2카운터기어(49)는 2단구동기어(46)의 회전방향과 반대의 방향으로 회전하게 된다.
이에 따라 제2카운터기어(49)와 치합된 1단구동기어(26)는 2단구동기어(46)와 동일한 방향으로 회전하게 되고 1단구동기어(26)와 볼트로 체결된 차동기어부(60)의 케이스(61)도 1단구동기어(26)와 동일한 방향으로 회전되며 케이스(61)에 결합되어 함께 회전하는 차동피니언기어(62)가 동일한 방향으로 회전한다.
따라서 차동사이드기어(63)와 스플라인 결합된 메인구동축(16) 역시 동일한 방향으로 회전됨에 따라 이 회전력이 메인구동축(16)에 전달되어 차량이 가속된다.
통상의 중장비에서는 오르막 경사로에서 일시정지하거나 정지상태에서 작업을 수행할 때 브레이크를 사용하여 정지한 후 제한된 엔진출력으로 인해 전진클러치부에 전달되는 유압을 차단하고 엔진에서 별도로 공급되는 동력에 의해 작업을 수행하였고, 또한 정지 후 다시 오르막 경사로를 오르기 위해서는 작동유가 전진클러치부에 유입되어 피스톤을 이동시켜 클러치 팩을 가압함으로써 구동축으로 동력을 전달시켜야 한다.
그런데, 클러치부에 유입된 작동유의 압력이 동력을 구동축으로 전달시킬 수 있을 정도의 충분한 압력으로 회복되는 시간동안 오르막 경사로에 있는 중장비는 중력의 작용을 받아 뒤로 밀리는 현상이 발생되고, 일단 오르막 경사로에서 뒤로 밀린 중장비를 다시 전진시키기 위해서는 엔진출력이 많이 소모되어 연료소모량이 크게 증대되며 동력전달 구성품 상호간에도 많은 부하가 걸리게 되어 트랜스미션의 사용수명이 단축되는 문제점이 있었기에, 이를 해소하고자 본 출원인은 한국특허 제771961호(등록일 2007.11.01)에 오르막 경사로에서 정지시 전진클러치부에 유압이 차단되기 이전에 전진보조클러치부에 별도의 유압이 공급되어 오르막 경사로에서 뒤로 밀리지 않을 만큼의 동력을 전진방향으로 전달하고, 재출발시에도 전진클러치부와 전진보조클러치부에 각각 별도로 유압이 공급됨에 따라 변속충격이 현저히 감소되며, 마찰플레이트와 피스톤 사이에 베어링을 없애면서 전진보조클러치부를 보다 단순한 구조로 구성하여 제작공정을 단순화시키면서 제작단가를 절감시키며 작동과정을 단순화시켜 고장의 우려를 줄이는 오르막 경사로 밀림방지용 단순구조 트랜스미션 내장형 액슬장치을 개시하고 있으며, 본 발명의 전후진 2단 전동용 액슬장치에서 이를 채택하고 있는 바, 클러치부(140)에 경사로 밀림방지클러치부(30)가 추가로 형성될 수 있다.
경사로 밀림방지클러치부(30)는 클러치부(140)의 액슬하우징(76) 내부 일측에 하나 이상 연결된 마찰플레이트(32)와, 마찰플레이트(32) 사이사이에 위치되는 하나 이상의 마찰디스크(33)와, 마찰디스크(33)의 일단에 연결된 보조커플링(35a)과, 보조커플링(35a)과 2단커플링(45) 일측의 사이에 위치되는 일방향베어링(36) 및 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)의 일측에 위치되는 피스톤(34)을 포함하여 이루어진다.
1단커플링(25)은 1단구동기어(26)와 스플라인 결합되는 것이 바람직하다. 이에 따라 1단커플링(25)과 1단구동기어(26)는 일체로 회전하고 1단구동기어(26)도 차동기어부(60)의 케이스(61)에 볼트로 체결되어 일체로 회전한다. 차동기어부(60)의 케이스(61)와 결합되어 함께 회전하는 차동피니언기어(62)는 차동사이드기어(63)와 치합되고 차동사이드기어(63)는 메인구동축(16)과 스플라인 결합되어 일체로 회전된다.
즉 차동기어부(60)의 케이스(61)와 일체로 회전하는 1단구동기어(26)는 1단커플링(25)을 통해 전달받은 동력을 차동피니언기어(62)와 차동사이드기어(63)를 거쳐 메인구동축(16)으로 전달한다.
2단클러치부(40)의 2단커플링(45)은 마찰디스크(43)가 외주면에 결합되어 있으며, 2단구동기어(46)와 일체 연결된다.
도 3에서 보는 바와 같이 보조커플링(35a)과 2단커플링(26)의 일측 사이에 일방향베어링(36)이 위치된다. 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)의 일측에 피스톤(34)이 위치된다. 도 5는 본 발명에 따른 경사로 밀림방지클러치부(30)의 일방향베어링(36)을 나타내는 단면도이다.
피스톤(34)은 액슬하우징(76)의 일측에 연결된 유로(18 ; 점선부분)를 따라 유입된 작동유에 의해 실린더(31') 내부에서 좌측으로 위치 이동되어 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)를 압착시킨다. 피스톤(34) 일측에는 복원력을 제공하는 탄성수단(도시 생략)이 연결된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 트랜스미션의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 6은 차량의 1단 구동시 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도이다. 도 6에서 보는 바와 같이 차량의 1단방향 시동시를 먼저 살펴보면 다음과 같다.
모터(120)의 동력은 베벨피니언기어(11)를 통해 베벨링기어(12)로 전달된 후 베벨링기어(12)와 일체로 형성된 클러치부(140)에 전달된다.
모터(120)의 회전력이 전달되는 형태이므로, 본 발명에서는 모터(120)의 정역회전에 따라 베벨피니언기어(11)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하면서 동력을 전달하고 상기 베벨피니언기어(11)에 치합되는 베벨링기어(12) 역시 시계방향또는 반시계방향으로 회전하면서 클러치부(140)에 동력을 전달한다.
예컨대 모터(120)가 정역회전하여 차량의 전진 또는 후진방향으로 구동시에는 유압이 1단클러치부(20)와 경사로 밀림방지클러치부(30)에 함께 공급된다.
1단클러치부(20)에 유압이 공급되면 피스톤(24)이 이동하여 마찰플레이트(22)와 마찰디스크(23)를 압착시켜 1단클러치드럼(21)의 회전력이 1단커플링(25)에 전달되고 1단커플링(25)이 회전하게 되는데, 모터(120)가 정회전하면 시계방향으로 회전하여 차량은 전진하고, 역회전하면 반시계방향으로 회전하여 차량은 후진하게 된다.
이때 1단클러치부(20)에 유압이 공급되지 않는 상태에서는 마찰디스크(23)와 마찰플레이트(22)가 일정간격을 유지한 상태이므로 1단클러치드럼(21)의 회전력이 1단커플링(25)을 통해 1단구동기어(26)로 전달되지 않고 공회전 상태를 유지한다.
1단커플링(25)에 스플라인으로 결합된 1단구동기어(26)도 시계 또는 반시계방향으로 회전하게 되고, 1단구동기어(26)와 볼트로 체결된 차동기어부(60)의 케이스(61)도 시계 또는 반시계방향으로 회전하면서 동력이 전달된다.
케이스(61)와 일체 형성된 차동피니언기어(62)가 시계 또는 반시계방향으로 회전됨에 따라 차동사이드기어(63)가 시계 또는 반시계방향으로 회전하게 되고 차동사이드 기어(63)와 스플라인 결합된 메인구동축(16)이 시계 또는 반시계방향으로 회전하므로, 모터(120)의 정역회전에 따라 차량은 전후진 1단으로 진행하게 된다.
1단구동기어(26)에 치합된 제2카운터기어(49)는 도 6에서 보는 바와 같이 1단구동기어(26)의 회전방향과 반대의 방향으로 회전하게 되고 제2카운터기어(49)와 일체 형성된 제1카운터기어(48) 역시 반대의 방향으로 회전하게 된다. 제1카운터기어(48)와 치합된 2단구동기어(46)는 결국 1단구동기어(26)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하게 되므로, 전후진 1단으로 구동하는 상태에서 2단구동기어(46)가 작동하게 되면 차량을 가속하게 된다.
한편 경사로 밀림방지클러치부(30)에 유압이 공급되면 피스톤(34)이 이동하여 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)를 압착시켜 액슬하우징(76)에 보조커플링(35a)이 고정된다. 보조커플링(35a)이 고정된 상태에서 일방향베어링(36)에 의해 2단구동기어(46)는 반시계방향으로 회전하는 오버런닝상태가 된다.
도 7은 차량이 언덕에서 미끄러지려고 할때 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도이다. 도 7에서 보는 바와 같이 차량이 언덕에서 1단 구동 중 미끄러지려고 할 때를 살펴보면 다음과 같다.
모터(120)의 동력 전달은 차량의 1단 구동 시와 동일하게 전달되고, 차량의 1단구동 중 미끄러질 시에는 유압이 1단클러치부(20)에 차단되며 경사로 밀림방지클러치부(30)에만 공급된다.
1단클러치부(20)에 유압이 차단되면 피스톤(24)이 복귀하여 마찰플레이트(22)와 마찰디스크(23)를 이격시켜 1단클러치드럼(21)과 1단커플링(25)도 이격된다. 1단클러치드럼(21)과 1단커플링(25)도 이격되면 1단커플링(25)에 회전력이 전달되지 않는다. 1단커플링(25)에 스플라인으로 결합된 1단구동기어(26)에도 회전력이 전달되지 않는다.
이때 차량이 미끄러짐에 따라 메인구동축(16)이 반시계방향으로 회전하고, 메인구동축(16)의 회전에 따라 차동사이드기어(63), 차동피니언기어(62) 및 케이스(61)도 반시계방향으로 회전한다. 차동기어부(60)의 케이스(61)와 볼트로 체결된 1단구동기어(26)가 반시계방향으로 회전한다.
1단구동기어(26)에 치합된 제2카운터기어(49)는 도 6에서 보는 바와 같이 시계방향으로 회전하게 되고, 제2카운터기어(49)와 일체 형성된 제1카운터기어(48) 역시 시계방향으로 회전하게 된다. 제1카운터기어(48)와 치합된 2단구동기어(46)는 반시계방향으로 회전하게 된다.
아울러 경사로 밀림방지클러치부(30)에 유압이 계속 공급되면 피스톤(34)이 이동된 상태로 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)를 계속 압착시켜 액슬하우징(76)에 보조커플링(35a)이 고정된다. 보조커플링(35a)이 고정된 상태에서 2단구동기어(46)는 반시계방향으로 회전하려다가 일방향베어링(36)에 의해 고정되고 언덕에서 미끄러지려던 차량은 정지된다.
도 8은 차량의 2단 구동시 본 발명에 따른 트랜스미션의 동력전달상태도이다. 도 8에서 보는 바와 같이 차량이 2단으로 구동할 때를 살펴보면 다음과 같다.
모터(120)의 동력 전달은 차량의 1단 구동 시와 동일하게 전달되고, 차량이 2단 구동 시에는 유압이 2단클러치부(40)에 공급되고 경사로 밀림방지클러치부(30)에는 차단된다.
2단클러치부(40)에 유압이 공급되면 피스톤(44)이 이동하여 마찰플레이트(42)와 마찰디스크(43)를 압착시켜 2단클러치드럼(41)의 회전력이 2단커플링(45)에 전달된다. 2단커플링(45)에 일체 형성된 2단구동기어(46)에도 회전력이 전달된다.
2단구동기어(46)는 도 4에서 보는 바와 같이 어느 한방향으로 회전하면, 제1카운터기어(48)는 반대 방향으로 회전하고, 또한 제2카운터기어(49)도 반대 방향으로 회전하며, 1단구동기어(26)는 2단구동기어(46)와 동일한 방향으로 회전한다.
이와 같이 1단구동기어(26)가 2단구동기어(46)와 동일 방향으로 회전하면 일체 연결된 차동기어케이스(61), 차동피니언기어(62) 및 차동사이드기어(63)도 동일 방향으로 회전하여 차동사이드기어(63)와 스플라인 결합된 메인구동축(16)이 동일방향으로 회전하게 되므로 2단구동기어(26)의 기어비로서 차량이 가속된다.
이때 경사로 밀림방지클러치부(30)에 유압이 차단되면 피스톤(34)이 복귀하여 마찰플레이트(32)와 마찰디스크(33)가 서로 이격되고 액슬하우징(76)에서 보조커플링(35a)이 자유롭게 된다. 보조커플링(35a)이 자유상태에서는 2단구동기어(46)가 시계방향으로 회전하더라도 2단구동기어(46)는 일방향베어링(36)에 의해 저지되지 않고 시계방향으로 회전하여 차량을 2단으로 가속한다.
본 발명에서 2단커플링(45)과 2단구동기어(46)가 일체 연결되므로 2단커플링(45)이 회전됨은 곧 2단구동기어(46)가 회전되는 것임은 물론이다.
이와 반대로, 2단클러치부(40)에서 1단클러치부(20)로 변속되면, 2단클러치부(40)에 공급되는 유압은 차단되고, 1단클러치부(20)로 공급되어, 차량이 전후진 1단으로 구동되도록 감속된다.
도 9는 메인구동축(16)에 연결되어 차량을 구동시키는 감속기어조립체(50)의 단면도이다.
여기에서는 감속기어조립체(50)로서 유성기어조립체를 도시하였으나 상기 감속기어조립체가 반드시 유성기어조립체에 한정되는 것은 아니다. 감속을 위해 일반기어감속을 비롯해 다양한 변형이 있을 수 있으며 이러한 단순한 변형은 당업자에게 자명한 것이므로 본 권리의 범주에 있는 것이다.
감속기어조립체(50)는 메인구동축(16)의 동력을 대략 13:1의 비율로 감속하여 차량을 구동시키기 위한 것으로, 메인구동축(16)의 회전은 상기 메인구동축(16)에 스플라인 결합된 제1선기어(51)로 전달된다.
또한 제1선기어(51)는 다수의 제1유성기어(52)와 치합되며 상기 다수의 제1유성기어(52)는 액슬조립체(160)의 하우징에 고정결합된 제1링기어(53)의 내측과 치합되고, 상기 제1유성기어(52)의 중심회전축(55)은 제1캐리어축(54)과 일체로 결합된다.
따라서 제1선기어(51)로 입력된 모터(120)의 회전이 다수의 제1유성기어(52)에 의해 1차 감속되어 제1캐리어축(54)을 통해 출력된다.
그리고 상기 제1캐리어축(54)은 제2선기어(51')와 스플라인결합되어 1차감속된 회전을 전달하고 제2선기어(51')는 다수의 제2유성기어(52')와 치합되며 상기 다수의 제2유성기어(52')는 액슬조립체(160)의 하우징에 고정된 제2링기어(53')의 내측과 치합되고, 상기 제2유성기어(52')의 중심회전축(55')은 제2캐리어축(54')과 일체로 결합된다.
즉 제1캐리어축(54)을 통해 제2선기어(51')로 입력된 모터(120)의 회전력이 다수의 제2유성기어(52')에 의해 2차 감속되며 제2캐리어축(54')을 통해 출력된 최종 회전력에 의해 차량의 휠이 구동된다.
한편 본 실시예에서 상기 제1링기어(53)와 제2링기어(53')는 일체로 제작되어 제1유성기어(52)와 제2유성기어(52')가 치합될 수 있도록 내주면을 형성하였으나 제1링기어(53)와 제2링기어(53')가 각각 별도로 제작되어 볼트로 체결될 수도 있다.
도 10은 메인구동축(16)과 일체 형성된 선기어(51, 51')가 다수의 유성기어(52, 52')와 링기어(53, 53')에 의해 감속되는 도 9의 B-B' 단면도와 사시도이다.
즉, 다수의 유성기어(52, 52')는 그 중심회전축(55, 55')이 캐리어축(54, 54')과 일체로 형성되어 유성기어의 공전에 따라 휠에 동력을 전달한다.
도 11은 메인구동축(16)의 회전을 제동하는 습식브레이크조립체(70)와 파킹시 메인구동축(16)의 회전을 제동하는 파킹브레이크조립체(80)로 구성된 브레이크조립체의 단면도이다.
습식브레이크조립체(70)는 메인구동축(16)과 스플라인 결합된 브레이크커플링(71)과 상기 브레이크커플링(71)의 외주면에 결합된 브레이크마찰디스크(73)와 액슬하우징(76)에 고정결합되며, 상기 브레이크마찰디스크(73)와 일정간격을 유지한 채 교번되게 설치된 브레이크마찰플레이트(72)와 유압에 의해 상기 브레이크마찰디스크(73)와 브레이크마찰플레이트(72)를 압착시키는 브레이크피스톤(74)과 상기 브레이크피스톤(74)에 복원력을 제공하는 복원스프링(75)으로 이루어진다.
따라서 차량 구동시 메인구동축(16)의 회전에 의해 상기 메인구동축(16)과 스플라인 결합된 브레이크커플링(71)은 상기 메인구동축(16)과 함께 회전하며 상기 브레이크커플링(71)의 외주면에 결합된 브레이크 디스크(73)도 회전하게 된다.
그러나 차량 제동시 브레이크피스톤(74)에 유압이 공급되면 상기 브레이크피스톤(74)이 좌측으로 이동하여 액슬하우징(76)에 고정결합된 브레이크마찰플레이트(72)와 회전하는 브레이크마찰디스크(73)를 압착하여 상기 브레이크마찰디스크(73)의 회전이 제한되어 차량이 정지하게 된다.
또한 상기 파킹브레이크조립체(80)는 상기 브레이크마찰디스크(73)와 브레이크마찰플레이트(72)를 압착시키는 파킹브레이크피스톤(81) 및 상기 파킹브레이크피스톤(81)에 탄성력을 제공하여 지지하는 스프링(82)으로 이루어진다.
한편 차량 이동시에는 상기 파킹브레이크피스톤(81)에 유압이 공급되어 상기 파킹브레이크피스톤(81)가 좌측으로 이동하여 브레이크마찰디스크(73)와 브레이크마찰플레이트(72)를 압착하지 않으며, 파킹시에는 유압이 제거되어 스프링(82)의 탄성력에 의해 브레이크마찰디스크(73)와 브레이크마찰플레이트(72)를 압착하게 된다.
이와 같이 본 발명의 전후진 2단 전동용 액슬장치(100)는 모터(120)에 의해 동력이 발생되므로, 모터(120)의 정역회전에 의해 전후진이 이루어지고, 변속 클러치부가 베벨기어와 차동피니언 기어 사이에 위치된 변속 클러치부를 운전자의 조작에 따라 고속 또는 저속의 2단으로 작동하는 것이 가능하여, 경량의 지게차에서도 고속 주행과, 고토크의 물류작업을 구분하여 에너지를 소모하는 것이 가능하여, 연료의 소모를 절감할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 모터의 회전력이 베벨기어부를 거치지 않고 클러치부에 직접 전달되는 전후진 2단 전동용 액슬장치의 구성을 나타내고 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전후진 2단 전동용 액슬장치는 도 1의 실시예에서 처럼 모터(120)의 회전력이 베벨피니언기어(1)와 베벨링기어(2)로 구성된 베벨기어부에서 직각방향으로 전달되지 않고, 1단 구동 시 1단클러치부(20)와, 2단 구동 시 2단클러치부(40)로 직접 전달되도록 구성될 수 있으며, 그 작동은 도 1의 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 공간확보가 가능하여 차량설계가 자유로운 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 트랜스미션은 종래의 일체형이었던 감속기어조립체와 클러치부가 분리형으로 이루어져 소음진동이 감소되면서 베벨기어의 회전시 발생하는 소음까지 감소시킬 수 있고, 변속클러치부가 베벨기어와 차동피니언기어 사이에 위치되어 공간확보가 가능하면서 차량설계에 있어 엔진 및 엑슬의 마운팅 설계가 자유로워지면서 베벨기어 이후 변속을 통하여 회전수가 감속된 상태에서 변속되므로 변속시 충격의 상당부분이 감소된다.
또한 트랜스미션하우징, 액슬하우징, 그리고 파이널드라이부하우징으로 분리함으로써 차량을 해체하지 않고 액슬조립체만을 분해하여 변속기부분을 정비할 수 있으면서 다양한 차량의 장착조건을 유연하게 만족시킬 수 있다.
아울러 클러치부가 감속기어조립체와 분리되어 간략해지면서 전체 중량 감소함은 물론 트랜스미션 구조단순화와 이를 통한 부품감소로 원가가 절감되는 효과를 제공한다.
더구나, 모터에 의해 전후진을 수행하면서, 가감속을 수행할 수 있으므로, 경량의 지게차에서도 고속 주행과, 고토크의 물류작업을 구분하여 에너지를 소모하는 것이 가능하여, 연료의 소모를 절감할 수 있으므로 에너지 효율이 향상된다.
이상 본 발명의 구체적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 구성요소들은 공지된 다양한 구성들로 구현 또는 대체될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 각 구성요소들은 공지된 다양한 소자들로 구현 또는 대체될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.
11 : 베벨피니언기어 12 : 베벨링기어
16: 메인구동축 20 : 1단클러치부
30 : 전진보조클러치부 40 : 2단클러치부
21, 31, 41 : 클러치드럼 21', 31', 41' : 실린더
22, 32, 42 : 마찰플레이트 23, 33, 43 : 마찰디스크
24, 34, 44 : 피스톤 25 : 1단커플링
26 : 1단구동기어 35a : 보조커플링
36 : 일방향베어링 45 : 2단커플링
46 : 2단구동기어 48 : 제1카운터기어
49 : 제2카운터기어 50 : 감속기어조립체
60 : 차동기어부 70 : 습식브레이크
80 : 파킹브레이크조립체 102 : 회전축
120 : 모터 140 : 클러치부
160 : 액슬조립체

Claims (6)

  1. 전후진 2단 전동용 액슬장치는,
    모터와,
    상기 모터의 정역 회전력을 전달받아 휠을 정역 회전되는 메인구동축과,
    1단으로 연결되는 1단클러치부와 2단으로 연결되는 2단클러치부로 이루어져서, 상기 메인구동축의 동력을 변속하는 클러치부와,
    상기 클러치부에 의해 변속된 동력을 좌우 휠로 구동력을 배분하여 상기 메인구동축에 전달하는 차등기어부와,
    상기 차등기어부에 의해 배분되어 전달된 구동력을 감속하여 차량을 구동하도록 설치된 감속기어조립체를 포함하는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1단클러치부는 제2카운터기어가 치합된 1단구동기어와 결합되어 상기 모터의 정역회전에 따라 상기 휠을 전후진 1단으로 구동하고,
    이 상태에서 상기 2단클러치부는 제1카운터기어가 치합된 2단구동기어에 결합되어 상기 휠을 전후진 2단으로 구동하며,
    상기 제1카운터기어와 상기 제2카운터기어는 일체로 형성되는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1단 또는 2단 클러치부에 유압이 공급되면, 상기 1단 또는 2단 구동기어는 서로 동일한 방향으로 회전되고, 상기 제 1 및 제 2 카운터기어는 상기 1단 또는 2단 구동기어와 반대방향으로 회전되는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러치부의 액슬하우징 내부 일측에 연결되는 하나 이상의 마찰플레이트; 상기 마찰플레이트 사이사이에 위치되는 하나 이상의 마찰디스크; 상기 마찰디스크 일단에 연결되는 보조커플링; 상기 보조커플링과 2단커플링 일측의 사이에 위치되는 일방향베어링; 및 상기 마찰플레이트와 상기 마찰디스크의 일측에 위치되는 피스톤을 포함하여 이루어지는 경사로 밀림방지클러치부를 더 포함하는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속기어조립체는
    상기 휠에 동력이 감속전달되도록 상기 메인구동축에 결합된 제1선기어와, 액슬조립체에 고정된 제1링기어와, 상기 제1선기어와 상기 제1링기어에 치합되는 다수의 제1유성기어와, 상기 다수의 제1유성기어와 연결된 제1캐리어축과, 상기 제1캐리어축과 결합된 제2선기어와, 상기 액슬조립체에 고정된 제2링기어와, 상기 제2선기어와 상기 제2링기어에 치합되는 다수의 제2유성기어와, 상기 다수의 제2유성기어에 연결된 제2캐리어축으로 이루어지는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액슬조립체에는 상기 메인구동축을 제동하는 습식브레이크조립체 및 파킹브레이크조립체가 구비되며,
    상기 습식브레이크조립체는 상기 메인구동축과 스플라인 결합된 브레이크커플링과, 상기 브레이크커플링의 외주면에 결합된 브레이크마찰디스크와, 상기 브레이크마찰디스크와 일정간격을 유지한 채 교번되게 설치되며 액슬하우징에 고정결합된 브레이크마찰플레이트와, 유압에 의해 상기 브레이크마찰디스크와 브레이크마찰플레이트를 압착시키는 브레이크피스톤과, 상기 브레이크피스톤에 복원력을 제공하는 복원스프링으로 이루어지며,
    상기 파킹브레이크조립체는 상기 브레이크마찰디스크와 브레이크마찰플레이트를 압착시키는 파킹브레이트피스톤 및 상기 파킹브레이크피스톤에 탄성력을 제공하여 지지하는 스프링으로 이루어지는
    전후진 2단 전동용 액슬장치.
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