KR20140025870A - 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼 - Google Patents

하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진과 모터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 연비 향상을 위한 토셔널 댐퍼에 관한 것으로,
프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지는 슬라이딩 베어링; 상기 슬라이딩 베어링을 개재하여 프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지며, 상기 슬라이딩 베어링의 외주면에 끼워지는 탄성부재와 이 탄성부재의 방사방향에 배치되는 질량체를 갖는 고정부; 상기 고정부의 일단부에 고정되는 접촉부재와 상기 프로펠러 샤프트의 일측 외주면에 고정되는 마찰부재를 가지며, 외부에서 전기 공급시 상기 마찰부재와 접촉부재가 접합하게 되는 전자클러치;를 포함하여 구성되며, 상기 전자클러치는 모터 단독에 의한 구동시에만 전기 공급이 차단되도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼를 제공한다.

Description

하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼 {Torsional damper for hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진과 모터를 동력원으로 하는 하이브리드 전기자동차의 연비 향상을 위한 토셔널 댐퍼에 관한 것이다.
일반적으로 후륜구동 차량이나 4륜구동 차량의 구동계통은 엔진의 구동력을 변속기 및 트랜스퍼에서 차량의 운행조건에 맞게 변속을 행한 후 프로펠러 샤프트를 경유하여 후륜에 전달한다.
이때 엔진 각속도 변동에 의해 프로펠러 샤프트가 가진되어 공진을 발생시키게 되어 차량의 진동 및 소음을 유발하게 되므로, 이를 저감하기 위하여 토셔널 댐퍼(Torsional Damper)를 사용하고 있다.
상기 토셔널 댐퍼는 토크 변동에 따라 회전축의 비틀림진동을 흡수하는 장치로, 회전축 주위에 고무(고무 댐퍼)나 실리콘 오일(오일 댐퍼) 등을 거쳐 질량(質量)이 되는 강철제의 링을 설치하여 고무의 탄성이나 오일의 점도를 이용하여 비틀림진동을 흡수한다.
도 1은 종래의 토셔널 댐퍼를 장착한 프로펠러 샤프트를 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1의 A-A에서 본 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 토셔널 댐퍼는 축회전 방향의 공진을 이용하여 엔진 각속도 변동량을 흡수하여 프로펠러 샤프트의 각속도 변동량을 저감하는 것으로, 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 끼워지는 고정부(11)와, 이 고정부(11)의 내측에서 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 끼워져 프로펠러 샤프트(P)의 회전방향 진동을 전달받는 탄성부재(12)와, 상기 고정부(11)의 내측에서 탄성부재(12)의 방사방향에(바깥쪽에) 설치되어 탄성부재(12)를 통해 전달되는 진동을 흡수하여 진동하는 일정 질량을 갖는 질량체(13), 및 상기 고정부(11)를 프로펠러 샤프트(P)에 밀착 고정시키는 고정밴드(14)로 이루어진다.
여기서, 상기 탄성부재(12)는 프로펠러 샤프트(P)에 장착하기 용이하도록 고무재질로 이루어지고, 상기 프로펠러 샤프트(P)에 의해 관통되는 고정부(11)는 중심부가 프로펠러 샤프트(P)의 축선방향으로 연장되고 그 연장된 양단부의 외주면에 고정밴드(14)가 장착되어 고정부(11)(또는 토셔널 댐퍼)를 프로펠러 샤프트(P)에 고정하게 된다.
이러한 토셔널 댐퍼는 프로펠러 샤프트에서 발생되는 각속도 변동량이 상기 탄성부재(12)를 통하여 질량체(13)로 전달되면 상기 질량체(13)가 프로펠러 샤프트(P)의 고유진동을 흡수하여 진동하게 되어 프로펠러 샤프트(P)의 각속도 변동량을 저감하게 된다.
엔진 각속도 변경에 따른 프로펠러 샤프트의 가진을 저감하기 위하여 토셔널 댐퍼를 적용하고 있는 종래의 하이브리드 전기자동차의 경우, 구동원으로 엔진을 사용할 때에는 엔진 각속도 변동량을 저감시키는 본래의 기능을 발휘하게 되나, 구동원으로 전기모터를 사용할 때에는 엔진 각속도 변동량이 미미함에도 불구하고 각속도 변동량의 저감을 위한 토셔널 댐퍼가 프로펠러 샤프트에 연결되어 있음으로 축관성 중량이 증가하여 가속시 관성력에 의한 저항이 발생하여 차량의 응답성이 저하되고 연료소모가 증가하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 전자클러치를 이용하여서 엔진에 의한 구동 또는 엔진과 모터에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 연결되고 모터 단독에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 분리되도록 구성됨으로써 모터 단독 구동시에만 프로펠러 샤프트와 분리되어 상기 프로펠러 샤프트가 독립적으로 축회전할 수 있도록 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지는 슬라이딩 베어링; 상기 슬라이딩 베어링을 개재하여 프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지며, 상기 슬라이딩 베어링의 외주면에 끼워지는 탄성부재와 이 탄성부재의 방사방향에 배치되는 질량체를 갖는 고정부; 상기 고정부의 일단부에 고정되는 접촉부재와 상기 프로펠러 샤프트의 일측 외주면에 고정되는 마찰부재를 가지며, 외부에서 전기 공급시 상기 마찰부재와 접촉부재가 접합하게 되는 전자클러치;를 포함하여 구성되며, 상기 전자클러치는 모터 단독에 의한 구동시에만 전기 공급이 차단되도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼를 제공한다.
바람직하게, 상기 슬라이딩 베어링은 축선방향 이동을 방지하기 위한 고정클립에 의해 프로펠러 샤프트의 일측에 고정되며, 상기 슬라이딩 베어링의 양끝단에는 각각 유막 보호를 위한 오일링이 장착되어 구성된다.
본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼는 전자클러치를 이용하여서 엔진에 의한 구동 또는 엔진과 모터에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 연결되어 엔진 각속도 변동량을 저감시키는 기능을 수행하고 전기모터 단독에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 분리되어 프로펠러 샤프트가 토셔널 댐퍼에 대해 독립적으로 축회전하도록 함으로써 토셔널 댐퍼의 회전관성모멘트에 의한 영향을 제거하여 차량 연비 및 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 토셔널 댐퍼를 장착한 프로펠러 샤프트를 도시한 개략도,
도 2는 도 1의 A-A에서 본 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼를 도시한 단면구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼의 작동형태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전자클러치의 동작에 의한 토셔널 댐퍼와 프로펠러 샤프트의 연결관계를 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
본 발명은 하이브리드 전기자동차용 프로펠러 샤프트의 회전에 따른 비틀림진동을 억제하기 위한 토셔널 댐퍼에 관한 것으로, 엔진 또는 엔진과 모터에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 연결되어 프로펠러 샤프트의 비틀림진동을 억제하는 기본성능을 유지하고, 모터 단독에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와 연결을 해제하여 연비 향상을 도모하는데 특징이 있다.
이에 본 발명에서는 전자클러치를 이용하여 엔진 또는 엔진과 모터에 의한 구동시에만 프로펠러 샤프트와 연결되고, 모터 단독에 의한 구동시에는 프로펠러 샤프트와의 연결을 차단할 수 있도록 한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전자클러치(1)는 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 결합되어 고정되는 마찰부재(2), 이 마찰부재(2)와 접합 또는 접합해제되는 접촉부재(3)를 포함하여 구성되는 것을 채택한다.
상기 전자클러치(1)는 온(ON) 되는 경우, 마찰부재(2)와 일정 간격으로 이격되어 있던 접촉부재(3)가 외부로부터 전기가 공급됨에 의해 발생하는 전자기력에 의해 마찰부재(2) 측으로 이동하여 마찰부재(2)와 일체로 접합하게 된다.
이러한 전자클러치(1)는 접촉부재(3)가 고정부(4)의 일단에 결합 고정되어 구성된다.
상기 고정부(4)는 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 끼워지는 구성요소로, 프로펠러 샤프트(P)와의 사이에 금속 재질의 슬라이딩 베어링(5)을 개재하고 있다.
상기 슬라이딩 베어링(5)은 고정부(4) 내부에 삽입되어 고정부(4)의 내주면에 면접촉 형태로 결합되고, 프로펠러 샤프트(P)에 독립적으로 자유롭게 축회전할 수 있도록 끼워지며, 축선방향 이동을 방지하기 위한 고정클립(6)에 의해 프로펠러 샤프트(P)의 일측에 위치 고정된다.
그리고, 슬라이딩 베어링(5)의 양끝단에는 각각 슬라이딩 베어링(5)과 프로펠러 샤프트(P) 사이의 유막 보호를 위하여 슬라이딩 베어링(5)과 프로펠러 샤프트(P) 사이에 위치되는 오일링(7)이 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 끼워져 장착된다.
상기 고정부(4)의 양끝단에는 외주면에 각각 고정밴드(8)가 끼워져서 장착되고, 고정부(4)는 이 고정밴드(8)에 의해 슬라이딩 베어링(5)의 외주면에 면접촉 형태로 밀착하게 된다.
이에 슬라이딩 베어링(5)은 프로펠러 샤프트(P)의 외주면 상에 고정부(4)를 안착시켜 지지해주게 된다.
또한, 상기 고정부(4)의 내측에는 슬라이딩 베어링(5)을 개재하여 프로펠러 샤프트(P)의 외주면에 끼워지는(혹은 슬라이딩 베어링(5)의 외주면에 끼워지는) 탄성부재(9)가 구성되고, 이 탄성부재(9)의 바깥쪽에서 방사방향에 배치되는 일정 질량의 질량체(10)가 구성된다.
상기 탄성부재(9)는 전자클러치(1)의 접합시(혹은 온(ON) 동작시) 프로펠러 샤프트(P)의 회전방향의 고유진동을 전달받게 되고, 질량체(10)는 탄성부재(9)를 통해 전달되는 프로펠러 샤프트(P)의 고유진동을 흡수하여 진동하게 되어 프로펠러 샤프트(P)의 비틀림진동을 저감하게 된다.
여기서, 상기 탄성부재(9)는 슬라이딩 베어링(5) 상에 장착하기 용이하도록 고무재질로 이루어지고, 프로펠러 샤프트(P)에 의해 관통되는 고정부(4)는 중심부가 프로펠러 샤프트(P)의 축선방향으로 연장되고 그 연장된 양단부의 외주면에 고정밴드(8)가 장착되어 고정부(4)를 슬라이딩 베어링(5) 상에 밀착시키게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 토셔널 댐퍼는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 엔진 또는 엔진과 전기모터에 의한 차량 구동시 전자클러치(1)가 온(ON) 되어 마찰부재(2)와 접촉부재(3)가 접합됨에 의해 프로펠러 샤프트(P)와 연결되어 프로펠러 샤프트(P)에서 발생되는 엔진구동에 의한 각속도 변동량을 저감하게 되고, 전기모터 단독에 의한 차량 구동시에는 전자클러치(1)가 오프(OFF) 되어 마찰부재(2)와 접촉부재(3)가 접합해제됨에 의해 프로펠러 샤프트(P)와 분리되어 불필요한 연결을 차단하게 된다.
전기모터 단독에 의한 차량 구동시에는 엔진구동에 의한 각속도 변동이 거의 발생하지 않으므로 프로펠러 샤프트와 분리시켜 토셔널 댐퍼에 기인한 회전관성모멘트를 저감함으로써 차량 연비 및 응답성 향상을 도모할 수 있다.
상기의 전자클러치(1)는 엔진과 전기모터 중 구동원(혹은 메인 구동원)을 인지한 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 외부의 전기를 공급받거나 외부의 전기 공급이 차단되어 온/오프 작동하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 전자클러치
2 : 마찰부재
3 : 접촉부재
4 : 고정부
5 : 슬라이딩 베어링
6 : 고정클립
7 : 오일링
8 : 고정밴드
9 : 탄성부재
10 : 질량체

Claims (3)

  1. 프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지는 슬라이딩 베어링;
    상기 슬라이딩 베어링을 개재하여 프로펠러 샤프트의 외주면에 끼워지며, 상기 슬라이딩 베어링의 외주면에 끼워지는 탄성부재와 이 탄성부재의 방사방향에 배치되는 질량체를 갖는 고정부;
    상기 고정부의 일단부에 고정되는 접촉부재와 상기 프로펠러 샤프트의 일측 외주면에 고정되는 마찰부재를 가지며, 외부에서 전기 공급시 상기 마찰부재와 접촉부재가 접합하게 되는 전자클러치;
    를 포함하여 구성되며, 상기 전자클러치는 모터 단독에 의한 구동시에만 전기 공급이 차단되도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라이딩 베어링은 축선방향 이동을 방지하기 위한 고정클립에 의해 프로펠러 샤프트의 일측에 고정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라이딩 베어링의 양끝단에는 각각 유막 보호를 위한 오일링이 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 토셔널 댐퍼.
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