KR20160005210A - 자동차용 2단 변속기 - Google Patents

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Abstract

모터 효율 등이 개선된 자동차용 2단 변속기가 소개된다.
본 발명의 전기 자동차용 2단 변속기는 제1입력축; 모터에 연결된 제2입력축; 및 상기 제1입력축 및 제2입력축으로부터 출력축으로 상기 모터 동력을 선택적으로 전달하되, 상기 제1입력축에서 상기 출력축으로 동력 전달 시 상기 제1입력축 및 제2입력축의 회전속도를 동기화하는 클러치부를 포함한다.

Description

자동차용 2단 변속기{Two-speed transmission for vehicle}
본 발명은 자동차용 2단 변속기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전기 또는 하이브리드 차량에 적용되는 자동차용 2단 변속기에 관한 것이다.
종래 전기 자동차용 2단 변속기는 클러치 및 외접기어 등을 이용하여 고속단 및 저속단을 구현하였다.
도 1a 및 도 1b는 이러한 종래 전기 자동차용 2단 변속기의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전기차에 적용되는 2단 변속기는 마찰 클러치, 외접기어, 원웨이 클러치, 록킹 링을 포함하는바, 이러한 2단 변속기는 마찰 클러치 및 원웨이 클러치는 선택적으로 작동하면서 서로 다른 루트를 통해 동력을 전달, 저속단 및 고속단을 구현한다.
한편, 도 2는 중공의 입력축을 이용한 전기 자동차용 2단 변속기의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중공의 입력축을 이용한 전기 자동차용 2단 변속기는, 중공의 제1입력축 및 제2입력축, 마찰 클러치, 외접기어, 쉬프트 기구를 포함하는바, 쉬프트 기구의 작동에 따라 중공의 제1입력축 및 제2입력축으로부터 선택적으로 동력을 전달함으로써, 2단 변속기를 구현하게 된다.
상술한 바와 같이, 종래 전기 자동차용 2단 변속기는, 2단의 변속단을 구현하기 위하여 최소 3개 이상의 외접기어를 필요로 하는 것은 물론, 원웨이 클러치, 록킹링, 중공의 제1입력축, 제2입력축 등을 필요로 하는바, 그것을 구성하는 부품의 수가 너무 많아 원가가 증가하고, 그에 따라 중량이 증가하는 문제점이 존재한다.
또한 종래 전기 자동차용 2단 변속기를 구성하는 부품의 수가 많아짐에 따라 제어되어야 하는 부품의 수도 증가하며, 가속 성능, 등판 성능 및 최고속 성능이 기대에 미치지 못 하며, 한정된 공간에서 변속기를 구성하는 부품들을 패키징해야 한다는 측면에서 상술한 종래 변속기들은 불리한 구조를 가지고 있었다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
(선행문헌 1) 한국공개특허 제10-2013-0013283호 (선행문헌 2) 한국공개특허 제10-2011-0060523호 (선행문헌 3) 일본공개특허 제2012-0117602호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 전기차에 적용되는 경우 모터 감속기 대비 차량의 최고속 성능이 개선되고, 가속 성능, 등판 성능이 개선된 것을 물론, 구성 부품의 수를 최소화하여 원가 및 중량을 최소화한 자동차용 2단 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 2단 변속기는, 제1입력축; 모터에 연결된 제2입력축; 및 상기 제1입력축 및 제2입력축으로부터 출력축으로 상기 모터 동력을 선택적으로 전달하되, 상기 제1입력축에서 상기 출력축으로 동력 전달 시 상기 제1입력축 및 제2입력축의 회전속도를 동기화하는 클러치부를 포함한다.
상기 클러치부는, 상기 모터의 동력을 상기 제1입력축에 선택적으로 전달하는 제1클러치와, 상기 제2입력축에 설치된 제2클러치를 포함한다.
상기 제1입력축에는 제1구동기어가 장착되고, 상기 제1구동기어에는 제1클러치 기어가 장착되며, 상기 제2입력축에는 제2구동기어가 장착되고, 상기 제2구동기어에는 제2클러치 기어가 장착되며, 상기 출력축에는 제1피동기어와 제2피동기어가 장착되고, 상기 제1구동기어 및 제2구동기어는 각각 상기 제1피동기어 및 제2피동기어와 치합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2클러치는 상기 제2입력축에 결합되되, 상기 제1클러치 기어 및 제2클러치 기어 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
기준 이하의 주행 속도에서 상기 모터의 동력이 상기 제2입력축에서 상기 출력축으로 전달될 수 있도록 상기 제2클러치를 상기 제2클러치 기어에 연결하는 것을 특징으로 한다.
기준 이상의 주행 속도에서 상기 모터의 동력이 상기 제1입력축에서 상기 출력축으로 전달될 수 있도록 상기 제2클러치와 제1, 2클러치 기어의 연결을 해제한 상태에서 상기 제1클러치를 상기 모터에 연결하여 제1입력축 및 제2입력축의 회전속도를 동기화하고, 상기 제2클러치를 상기 제2클러치 기어에 연결한 후, 상기 제1클러치와 상기 모터의 연결을 해제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.
첫째, 모터의 효율이 개선되는 이점이 있다.
둘째, 모터 감속기 대비 전기차의 최고속 성능, 가속 성능, 등판 성능이 개선되는 이점이 있다.
셋째, 구성 부품 수가 최소화되는 이점이 있다.
넷째, 제어 요소가 적어지고, 제어가 간편해지는 이점이 있다.
다섯째, 원가 및 중량이 감소하는 이점이 있다.
여섯째, 2속 주행 중 클러치를 인게이지 하지 않아도 되므로, 유압 또는 모터 동력을 사용하지 않게 되므로 연비가 향상되는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 전기 자동차의 2단 변속기 레이아웃을 나타낸 도면,
도 2는 다른 종류의 종래 전기 자동차의 2단 변속기 레이아웃을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 자동차용 2단 변속기 레이아웃을 나타낸 도면,
도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 자동차용 2단 변속기 작동 상태를 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명과 종래기술의 차량 최고 속도를 비교한 그래프,
도 5b는 본 발명과 종래기술의 차량 가속 성능을 비교한 그래프,
도 5c는 본 발명과 종래기술의 차량 등판 성능을 비교한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동차용 2단 변속기를 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 모터 감속기를 대체한 자동차용 2단 변속기에 관한 것으로, 2개의 입력축 및 클러치부를 이용하여 모터 효율, 차량의 최고속 성능, 가속 성능 및 등판 성능 등을 개선한 것이다.
본 발명의 자동차용 2단 변속기는, 모터(M), 제1입력축(10), 제2입력축(20) 및 클러치부(30)를 포함한다.
제1입력축(10) 및 제2입력축(20)은 모터(M)에서 발생한 동력을 공급받는 별개의 축으로, 제1입력축(10)은 중공 형상으로 형성되고, 제2입력축(20)은 모터(M)와 직결되는 구조를 갖는다.
제2입력축(20)은 중공이 제1입력축(10)을 통과할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
클러치부(30)는 제1입력축(10) 및 제2입력축(20)으로부터 출력축(40)으로 모터(M)의 동력을 선택적으로 전달하는 기능을 한다.
이러한 클러치부(30)는 모터(M)와 직결되는 구조를 갖는 제2입력축(20)을 통해 출력축(40)으로 모터의 동력을 전달하는 경우에는 제2입력축(20)에 설치된 제2구동기어(22)와 제2입력축(20)을 연결하고, 중공의 제1입력축(10)을 통해 출력축으로 모터(M)의 동력을 전달하는 경우에는 제1입력축(10) 및 제2입력축(20)의 회전속도를 동기화한 후 제1입력축(10)에 설치된 제1구동기어(12)를 제2입력축(20)에 연결한다.
클러치부(30)는 모터(M)의 동력을 제1입력축(10)에 선택적으로 전달하는 제1클러치(32)와, 제2입력축(20)에 설치된 제2클러치(34)를 포함하는 것이 바람직하다.
제1클러치(32)는 모터(M)로부터 전달되는 동력을 제1입력축(10)에 선택적으로 전달하는 기능을 한다.
제2클러치(34)는 제1구동기어(12)에 설치된 제1클러치 기어(12a)와, 제2구동기어(22)에 설치된 제2클러치 기어(22a) 사이에 설치되어 상황에 따라 제1클러치 기어(12a) 또는 제2클러치 기어(22a)에 연결된다.
제1클러치(32)는 건식 클러치, 제2클러치(34)는 도그 클러치를 사용할 수도 있다.
제2클러치(34)가 제1클러치 기어(12a)에 연결되는 경우에는 제1구동기어(12) 및 제1피동기어(42)를 거쳐 동력을 출력축으로 전달하게 되고, 제2클러치 기어(22a)에 연결되는 경우에는 제2구동기어(22) 및 제2피동기어(44)를 거쳐 동력을 출력하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 자동차용 2단 변속기의 제1입력축(10)에는 제1구동기어(12)가 장착되고, 제1구동기어(12)에는 제1클러치 기어(12a)가 장착되며, 제2입력축(20)에는 제2구동기어(22)가 장착되고, 제2구동기어(22)에는 제2클러치 기어(22a)가 장착된다.
출력축(40)에는 제1피동기어(42) 및 제2피동기어(44)가 설치되는바, 제1피동기어(42)는 제1구동기어(12)와 치합하고, 제2피동기어(44)는 제2구동기어(22)와 치합된다.
본 발명의 전기 자동차용 2단 변속기는 기준 이하의 주행 속도에서 모터(M)의 동력이 제2입력축(20)에서 출력축(40)으로 전달될 수 있도록 제2클러치(34)가 제2클러치 기어(22a)에 연결되고, 기준 이상의 주행 속도에서는 모터(M)의 동력이 제1입력축(10)에서 출력축(40)으로 전달될 수 있도록 제2클러치(34)와 제1, 2클러치 기어(12a, 22a)의 연결을 해제한 상태에서 제1클러치(32)를 모터에 연결, 제1입력축(10) 및 제2입력축(20)의 회전속도를 동기화하고, 제2클러치(34)를 제2클러치 기어(22a)에 연결한 후, 제1클러치(32)와 모터(M)의 연결을 해제한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 자동차용 2단 변속기의 구체적인 작동 과정을 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동차용 2단 변속기는 저속에서 제2클러치(34)가 제2입력축(20)과 제2구동기어(22)를 연결한다.
즉, 제2클러치(34)를 도그 클러치로 구성하는 경우 도그 클러치의 슬리브가 제2구동기어(22)에 설치된 제2클러치 기어(22a)와 제2입력축(20)을 연결하게 되는바, 모터(M)로부터 전달된 동력은 제2피동기어(44)로 전달되어, 최종 출력축(40)으로 전달되는 것이다.
이때 제1클러치(32)는 모터(M)와 연결되지 않은 상태이므로, 제1입력축(10)으로는 동력이 전달되지 않는다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 저속에서 고속으로 변속이 이루어지는 경우, 먼저 제2클러치(34)는 제2구동기어(22)와 연결 관계를 해제한다.
즉, 제2클러치(34)를 도그 클러치로 구성하는 경우 도그 클러치의 슬리브가 제2구동기어(22)에 설치된 제2클러치 기어(22a)와 연결 상태를 해제하게 되는 것이다.
이 상태에서 제1클러치(32)가 인게이지(engage)되어 모터(M)의 동력이 제1입력축(10)으로 전달된다. 이로 인해 제1입력축(10) 및 제2입력축(20)의 회전 속도는 동기화된다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1입력축(10) 및 제2입력축(20)의 회전 속도가 동기화된 상태에서 도그 클러치의 슬리브가 이동하여 제1클러치 기어(12a)에 연결되고, 제1클러치(32)가 디스 인게이지(disengage)되면 변속이 완료된다.
한편 도 5a는 종래 감속기 대비 본 발명의 차량 최고속 성능을 비교한 그래프이고, 도 5b는 종래 감속기 대비 본 발명의 차량 가속 성능을 비교한 그래프이며, 도 5c는 종래 감속기 대비 본 발명의 차량 등판 성능을 비교한 그래프이다.
도 5a, 5b, 5c에 도시된 바와 같이, 기존 감속기 사용시 차량의 최고 속도는 약 159km/h 였으나, 본 발명에 따르면 193km/h 까지 개선되었고, 차량의 가속 성능 및 등판 성능 역시 짐을 실은 상태, 짐을 싣지 않은 상태 모두에서 개선됨을 알 수 있었다.
본 발명은 특정한 실시 예에 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.
10 : 제1입력축 12 : 제1구동기어
20 : 제2입력축 22 : 제2구동기어
30 : 클러치부 32 : 제1클러치
12a : 제1클러치 기어 34 : 제2클러치
22a : 제2클러치 기어 40 : 출력축
42 : 제1피동기어 44 : 제2피동기어
M : 모터

Claims (6)

  1. 제1입력축;
    모터에 연결된 제2입력축; 및
    상기 제1입력축 및 제2입력축으로부터 출력축으로 상기 모터 동력을 선택적으로 전달하되, 상기 제1입력축에서 상기 출력축으로 동력 전달 시 상기 제1입력축 및 제2입력축의 회전속도를 동기화하는 클러치부를 포함하는, 자동차용 2단 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치부는, 상기 모터의 동력을 상기 제1입력축에 선택적으로 전달하는 제1클러치와, 상기 제2입력축에 설치된 제2클러치를 포함하는, 자동차용 2단 변속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1입력축에는 제1구동기어가 장착되고, 상기 제1구동기어에는 제1클러치 기어가 장착되며,
    상기 제2입력축에는 제2구동기어가 장착되고, 상기 제2구동기어에는 제2클러치 기어가 장착되며,
    상기 출력축에는 제1피동기어와 제2피동기어가 장착되고,
    상기 제1구동기어 및 제2구동기어는 각각 상기 제1피동기어 및 제2피동기어와 치합되는 것을 특징으로 하는, 자동차용 2단 변속기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2클러치는 상기 제2입력축에 결합되되, 상기 제1클러치 기어 및 제2클러치 기어 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 2단 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    기준 이하의 주행 속도에서 상기 모터의 동력이 상기 제2입력축에서 상기 출력축으로 전달될 수 있도록 상기 제2클러치를 상기 제2클러치 기어에 연결하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 2단 변속기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    기준 이상의 주행 속도에서 상기 모터의 동력이 상기 제1입력축에서 상기 출력축으로 전달될 수 있도록 상기 제2클러치와 제1, 2클러치 기어의 연결을 해제한 상태에서 상기 제1클러치를 상기 모터에 연결하여 제1입력축 및 제2입력축의 회전속도를 동기화하고, 상기 제2클러치를 상기 제2클러치 기어에 연결한 후, 상기 제1클러치와 상기 모터의 연결을 해제하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 2단 변속기.

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