KR20160082101A - 차량용 변속 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량용 변속 장치는 하우징, 변속 레버 및 상기 변속 레버를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 변속 레버를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고, 상기 리니어 구동 모터는, 상기 하우징에 고정 결합되는 고정 유닛; 상기 고정 유닛에 대해 이동 가능하게 설치되며, 적어도 일부가 상기 고정 유닛의 일부와 중첩되는 외벽 및 상기 외벽의 일단으로부터 교차되는 방향으로 연장 형성되는 커버를 포함하는 가변 유닛 및; 상기 고정 유닛과 상기 가변 유닛 중, 어느 하나의 유닛에 마련되는 코일을 포함하고, 상기 커버는, 제1커버부와, 상기 제1커버부 보다 두껍게 형성되는 제2커버부를 포함하며, 상기 가변 유닛이 상기 고정 유닛 쪽으로 더 이상 이동이 제한된 위치까지 이동한 상태에서, 상기 코일은 상기 제1커버부와 일정 간격 이격되는 구성일 수 있다.

Description

차량용 변속 장치{Automotive transmission}

본 발명은 차량용 변속 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전자가 변속단을 선택할 수 있는 차량용 변속 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 변속 장치(Transmission)는 차량의 속도에 따라 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위하여 기어비를 달리하도록 한 것으로서, 운전자는 변속 장치의 기어비를 바꾸기 위하여 변속 장치에 있는 변속 레버(Shift lever)를 조작하게 된다.

이때, 운전자는 운전석 옆에 위치하는 변속 레버를 조작하여 변속단을 선택함으로써 기어비를 변화시킬 수 있다.

변속 장치는 수동 변속 장치와 자동 변속 장치로 크게 구분된다.

수동 변속 장치는 운전자가 차량의 주행 속도에 맞추어 1단, 2단, 3단, 4단 등의 변속단을 직접 선택하는 변속 장치이고, 자동 변속 장치는 차량의 주행 속도, 엔진 부하, 스로틀 밸브의 개방량 등에 따라 차량의 ECU가 변속단을 자동으로 조절하는 장치이다.

자동 변속 장치는 일반적으로 차량의 주정차 시에 사용되는 P단, 차량의 전진에 사용되는 D단, 차량의 후진에 사용되는 R단 및 엔진의 출력이 구동륜으로 전달되는 것을 차단하는 N단을 포함하는 변속단으로 구성된다.

운전자는 변속 레버를 이용하여 각 변속단을 선택할 수 있는데, 변속 레버의 대표적인 종류로는 레버 타입과 다이얼 타입이 있다. 그 외에 각 변속단이 버튼 형식으로 구성된 차종도 있다.

일반적인 레버 타입은 P-R-N-D의 순서로 변속단이 일렬 배치되고 레버를 직선 방향으로 이동시켜 각 변속단을 선택할 수 있도록 구성된다. 최근에는 레버 타입으로서, P-R-N-D의 변속단 위치가 고정되어 있지 않고 레버는 운전자의 조작에 따라 제자리에서 틸팅 후 복귀하도록 구성되어 레버의 틸팅 방향에 따라 P-R-N-D가 차례대로 변하는 방식으로 변속단을 선택할 수 있는 변속 장치가 제공되고 있다.

한편, 다이얼 타입은 일정 각도 범위 내에서 회전하는 다이얼의 주변으로 P-R-N-D의 변속단이 위치하고 다이얼의 특정 포인트를 P-R-N-D의 각 변속단에 위치시킴으로써 변속단을 선택할 수 있도록 구성된다.

레버 타입 또는 다이얼 타입의 변속 레버가 장착된 변속 장치는, 운전자가 P-R-N-D의 변속단을 선택하는 때에 변속단의 변화 및 변속 레버가 각 변속단에 위치하였음을 인지할 수 있도록 절도감을 촉각적으로 전달한다. 이와 같은 절도감을 구현하기 위해 변속 장치 내에는 디던트(Detent) 장치가 구비된다. 그러나, 종래의 디턴트 장치는 기구적 구성을 이용해 절도감을 구현하므로 복잡한 구조가 요구되었다.

또한, 차량의 안정적인 주행을 위해, D단에서 P단 또는 R단으로 변속단을 변경하는 경우 또는 반대로 P단 또는 R단에서 D단으로 변경하는 것은 차량이 거의 정지된 상태에서만 이루어져야 한다. 이를 위해 종래의 변속 장치는 일정한 조건이 갖추어졌을 때만 위와 같은 변속단 변경을 허용하고 그 외에는 위와 같은 변속이 불가능하도록 변속 레버의 움직임을 막는 별도의 블로킹 장치가 구비된다.

한국공개특허 제2014-0108555호

본 발명의 이루고자 하는 기술적 과제는 변속 레버의 추력(推力)을 향상시켜서 변속 시 운전자로 하여금 조작감을 향상시킴에 따라 변속 오작동을 예방할 수 있는 차량용 변속 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 변속 장치의 중량을 줄인 차량용 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치는, 하우징, 변속 레버 및 상기 변속 레버를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 변속 레버를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고, 상기 리니어 구동 모터는, 상기 하우징에 고정 결합되는 고정 유닛; 상기 고정 유닛에 대해 이동 가능하게 설치되며, 적어도 일부가 상기 고정 유닛의 일부와 중첩되는 외벽 및 상기 외벽의 일단으로부터 교차되는 방향으로 연장 형성되는 커버를 포함하는 가변 유닛 및; 상기 고정 유닛과 상기 가변 유닛 중, 어느 하나의 유닛에 마련되는 코일을 포함하고, 상기 커버는, 제1커버부와, 상기 제1커버부 보다 두껍게 형성되는 제2커버부를 포함하며, 상기 가변 유닛이 상기 고정 유닛 쪽으로 더 이상 이동이 제한된 위치까지 이동한 상태에서, 상기 코일은 상기 제1커버부와 일정 간격 이격되는 구성으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 코일과, 상기 제1커버부 사이의 상기 이격된 간격은 1~2mm인 것이 바람직하다.

상기 고정 유닛은 상기 코일이 감긴 보빈을 포함하고, 상기 보빈은, 상기 하우징에 결합되는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 일면으로 연장 형성되어 상기 코일이 감기는 코일 실린더를 포함하며, 상기 베이스 플레이트의 이면에는 일면 방향으로 함몰 형성된 복수의 살 빼기 홈이 형성될 수 있다

또한, 상기 제2커버부는 상기 제1커버부로부터 상기 가변 유닛의 내측을 향해 연장 형성되어 단차를 형성하며, 상기 단차만큼 상기 제1커버부보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1커버부의 두께는 상기 외벽의 두께보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제1커버부의 두께와 상기 외벽의 두께는 3 : 1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가변 하우징은, S45C, 퍼멀로이(permalloy), 아몰퍼스(amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판 및 순철 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에 의하면, 변속 레버의 추력(推力)이 향상됨에 따라 변속 시 운전자로 하여금 향상된 조작감을 제공하게 됨으로써, 변속 오작동이 예방되는 효과가 제공될 수 있다.

또한, 변속 장치의 중량을 줄일 수 있는 효과도 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 2에서 리니어 구동 모터가 드러나도록 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에 적용되는 리니어 구동 모터 구성을 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 분리 사시도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치의 변속에 따라 리니어 구동 모터가 작동되는 상태를 순차적으로 도시한 단면 구성도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에서, 리니어 구동 모터의 중량을 줄이도록 살 빼기 된 상태를 도시한 배면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속장치에서, 리니어 구동 모터의 추력을 종래의 VCM과 비교 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에서, 리니어 구동 모터의 코일 길이가 조정된 상태를 도시한 단면 구성도.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에서, 리니어 구동 모터의 코일 길이를 달리 함에 따른 추력 변이량을 도시한 그래프.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 2에서 리니어 구동 모터가 드러나도록 도시한 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)는, 변속 레버(10), 변속 레버(10)의 하부에 위치하여 변속 레버(10)를 둘러싸는 상부 하우징(21), 상부 하우징(21)의 일측 하부 및 타측 하부에 각각 결합되는 제1측부 하우징(22) 및 제2측부 하우징(23)을 포함할 수 있다.

변속 레버(10) 및 하우징(21,22,23)은 차량 실내의 센터페시아(Center fascia)와 센터콘솔박스 (Center console box)사이에서 실내에 노출되도록 설치되고, 제1측부 하우징(22) 및 제2측부 하우징(23)은 차량의 실내에 노출되지 않고 센터페시아로부터 센터콘솔박스로 이어지는 공간 내에 위치될 수 있다.

변속 레버(10)는 운전자에 의해 조작되며, 전방 또는 후방으로 이동되면서 P-R-N-D의 순서로 변속단을 선택할 수 있다. 한편, 수동 변속 모드를 지원하는 변속 장치(1)의 경우에는 변속 레버(10)를 좌측 또는 우측으로 이동시키거나 전방 또는 후방으로 이동시킴으로써, 1단, 2단, 3단 4단 등의 변속단을 선택할 수 있다.

상부 하우징(21)에는 파킹 버튼(P)이 형성될 수 있다. 파킹 버튼은 EPB(Electric Parking Brake)의 작동 버튼일 수 있고, 또는 P단 변속단을 설정하는 버튼일 수도 있는데, 이 경우에는 변속 레버(10)에 의해 선택되는 변속단이 R-N-D의 순서로 이루어질 수 있다.

제1측부 하우징(22)과 제2측부 하우징(23) 사이에는 변속 장치(1)의 후방을 형성하는 내부 하우징(24)이 위치될 수 있다. 내부 하우징(24)은 그 내부에 위치하는 리니어 구동 모터(80)의 보빈(850)과 결합될 수 있으며, 이때 내부 하우징(24)은 스크류(S5, S6)에 의해 보빈(850)과 결합될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)의 내부 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. 즉, 하우징의 내부에는 변속 레버(10)를 지지하는 변속 레버 샤프트(40), 변속 레버 샤프트(40)를 회동 가능하게 지지하는 샤프트 홀더(30), 변속 레버 샤프트(40)에 대하여 상대 회전 가능하게 결합되는 링크 부재(70), 링크 부재(70) 및 내부 하우징(24)에 각각 결합되는 리니어 구동 모터(80)를 포함할 수 있다.

여기서, 샤프트 홀더(30)는 하우징(21,22,23) 중, 어느 하나의 하우징에 고정 설치되어, 변속 레버 샤프트(40)가 샤프트 회동축(421)을 중심으로 회동 동작만 가능하도록 규제한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)는, 앞서 언급한 바와 같이 변속 레버 샤프트(40)와 상대 회전 가능하게 결합되는 링크 부재(70)와, 링크 부재(70)에 일부가 결합되고 내부 하우징(24)에 다른 일부가 결합되는 리니어 구동 모터(80)를 포함한다.

여기서, 리니어 구동 모터(80) 중, 링크 부재(70)와 결합되는 부분을 가변 유닛이라 하고, 내부 하우징(24)에 결합되는 부분을 고정 유닛이라 하기로 한다.

링크 부재(70)는 플랜지(71)와 플랜지(71)의 일면으로부터 변속 레버 샤프트(40)의 관통홀을 향해 연장 형성되는 한 쌍의 결합조(72)를 포함할 수 있다.

플랜지(71)의 이면에는 리니어 구동 모터(80)의 가변 유닛이 설치되고, 가변 유닛과 플랜지(71)는 스크류(S3, S4)에 의해 결합될 수 있다.

리니어 구동 모터(80)의 고정 유닛은 고정 설치되는 내부 하우징(24)에 결합되고, 가변 유닛은 내부 하우징(24)과 함께 고정되는 고정 유닛으로부터 직선 방향(도 3을 기준으로 좌우방향)으로 일정 간격 범위 내에서 이동 가능하게 설치될 수 있다.

따라서, 운전자가 변속 레버(10)를 조작하면, 변속 레버 샤프트(40)는 회동부를 중심으로 회동하게 되고, 그에 따라 링크 부재(70) 및 가변 유닛은 직선 방향으로 이동하게 된다. 반대로, 가변 유닛이 직선 방향으로 이동하게 되면, 링크 부재(70)는 가변 유닛과 함께 직선 방향으로 이동하고, 그에 따라 변속 레버 샤프트(40) 및 변속 레버(10)가 회동하게 된다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터(80)에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에 적용되는 리니어 구동 모터 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 분리 사시도이며, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치의 변속에 따라 리니어 구동 모터가 작동되는 상태를 순차적으로 도시한 단면 구성도이다.

또한, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에서, 리니어 구동 모터의 중량을 줄이도록 살 빼기 된 상태를 도시한 배면도.

먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 리니어 구동 모터(80)는, 가변 하우징(810), 마그넷(820), 요크(830)를 포함하는 가변 유닛과, 모터 샤프트(840), 보빈(850), 코일(860)을 포함하는 고정 유닛으로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 적용되는 리니어 구동 모터(80)는 기본적으로 코일(860)에 인가되는 전류의 변화에 의해 형성되는 자기장에 영향을 받아 마그넷(820)이 이동하며 이에 따라 가변 유닛이 고정 유닛에 대하여 직선 방향으로 이동되는 구동 원리를 갖는다.

모터 샤프트(840)는 리니어 구동 모터(80)의 중심축을 형성하며, 일단은 가변 유닛의 전방으로 노출되고, 타단은 보빈(850)의 베이스 플레이트(851)에 형성되는 모터 샤프트 수용단(851a)에 고정될 수 있다.

이때, 가변 유닛의 전방으로 노출되는 모터 샤프트(840)의 일단은 링크 부재(70)의 플랜지(71)를 관통할 수 있다.

모터 샤프트(840)는 고정 유닛에 대하여 상대 이동하는 가변 유닛 및 링크 부재(70)의 이동 방향을 가이드 할 수 있다.

보빈(850)은 내부 하우징(24)과 결합되는 베이스 플레이트(851)와, 베이스 플레이트(851)의 일면으로부터 연장 형성되는 코일 실린더(852)를 포함할 수 있다.

베이스 플레이트(851)의 중심에는, 전술한 바와 같이 모터 샤프트(840)의 타단을 고정하는 모터 샤프트 수용단(851a)이 형성될 수 있는데, 모터 샤프트 수용단(851a)은 모터 샤프트(840)의 타단 일부가 노출되도록 베이스 플레이트(851)의 이면에 돌출 형성될 수 있다.

또한, 베이스 플레이트(851)의 이면에는 내부 하우징(24)과 베이스 플레이트(851)를 고정하는 스크류가 삽입되는 스크류 홀(851b)들이 형성될 수 있다.

또, 베이스 플레이트(851)의 이면에는, 모터 샤프트 수용단(851a)과 스크류 홀(851b) 사이에 복수의 살 빼기 홈(851c)이 형성될 수 있다. 여기서 복수의 살 빼기 홈(851c)은 베이스 플레이트(851)의 이면과 단차를 두고 일면 방향으로 함몰 형성되거나, 베이스 플레이트(851)의 이면을 관통하도록 형성될 수 있는데, 이러한 복수의 살 빼기 홈(851c)들은 리니어 구동 모터(80)의 경량화를 위하여 형성될 수 있다.(도 7 참조)

한편, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 코일 실린더(852)는 베이스 플레이트(851)의 외면과 단차를 형성하여 연장 형성될 수 있으며, 코일 실린더(852)의 외측면에는 코일(860)이 감기게 된다.

코일 실린더(852)의 내측에는 빈 공간이 형성되고, 이 빈 공간에 모터 샤프트(840)와, 가변 유닛을 이루는 마그넷(820) 및 요크(830) 등이 수용될 수 있으며, 가변 유닛은 모터 샤프트(840)를 따라 직선 방향으로 이동할 수 있게 되는데, 이에 대한 작동관계는 후에 상세히 설명하기로 한다.

가변 유닛을 이루는 가변 하우징(810)은, 대략 통 형상으로 이루어지고, 적어도 일부가 코일(860) 외측을 둘러싸는 외벽(811)과, 이 외벽(811)과 교차되는 방향으로 연장 형성되어 한쪽 개구 부위를 차폐하는 커버(812,813)를 포함할 수 있다.

여기서 커버는, 제1커버부(812)와 제2커버부(813)로 구분될 수 있다. 이 경우 제1커버부(812)는 외벽(811)과 대략 직각이 되도록 외벽(811)의 일단으로부터 교차되는 방향으로 연장 형성되어 커버의 주변부를 형성하고, 제2커버부(813)는 제1커버부(812)로부터 내측으로 연장 형성되어 커버의 중앙부를 형성할 수 있다. 이때 제2커버부(813)의 직경은 마그넷(820)의 직경과 대응되도록 형성될 수 있다.

특히, 제2커버부(813)는 제1커버부(812) 보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이때 가변 하우징(810)의 일면은 링크 부재(70)의 이면과 결합되므로 제1커버부(812)와 제2커버부(813)의 일면은 동일한 평면을 이루도록 형성되고, 제2커버부(813)의 이면은 제1커버부(812)의 이면과 단차를 형성하여 외벽(811)과 나란한 방향으로 돌출 형성됨으로써 제2커버부(813)는 단차의 두께만큼 제1커버부(812) 보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다.

커버는, 마그넷(820)이 자력에 의해 이동하거나 제자리를 유지함에 따라 발생하는 추력을 링크 부재(70)에 직접적으로 전달하게 된다. 추력은 마그넷(820)과 코일(860) 간에 작용하는 자력 외에 커버의 중량과 비례하는 상관 관계를 갖는다.

그러나, 추력의 향상을 위하여 커버의 직경 또는 두께를 증가시키면 리니어 구동 모터(80)의 전체적인 크기가 커지게 되고 이에 따라 중량도 증가하게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터(80)는, 마그넷(820)과 직접 맞닿아 마그넷(820)에 의해 발생하는 추력을 직접적으로 전달하는 제2커버부(813)의 두께는 상대적으로 두껍게 형성하여 제2커버부(813)의 중량을 보다 무겁게 가져가 추력을 향상시키는 반면, 제2커버부(813)와 외벽(811)을 연결하는 제1커버부(812)의 두께는 상대적으로 얇게 형성하여 제1커버부(812)의 중량은 보다 가볍게 가져가 리니어 구동 모터(80)의 경량화를 추구할 수 있다.

참고로, 제1커버부(812)에는 링크 부재(70)와 결합되기 위해 사용되는 스크류가 진입하는 스크류 홀(812a)들이 형성될 수 있다.

커버의 제2커버부(813)에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제1샤프트 홀(813b)이 형성된다. 이때 제1샤프트 홀(813b)의 내경 일부는 모터 샤프트(840)의 외경보다 크게 형성되어 제1샤프트 홀(813b)과 모터 샤프트(840) 사이에 제1부쉬(871)가 삽입되어 설치될 수 있다.

제1부쉬(871)는 제1샤프트 홀(813b)과 모터 샤프트(840)의 직접적인 접촉을 방지하고, 가변 하우징(810)이 모터 샤프트(840)를 따라 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

또한, 제2커버부(813)의 이면에는 제1샤프트 홀(813b)을 중심으로 돌출 형성되는 제1조립단(813a)이 형성될 수 있는데, 이 제1조립단(813a)은 후술되는 마그넷(820)의 제2조립단(822)과 끼워 맞춤이 이루어져서 제2커버부(813)와 마그넷(820)의 밀착 조립이 용이하게 이루어지도록 하는 기능을 갖는다.

이상에서 설명한 가변 하우징(810)은, 마그넷(820)과 코일(860) 사이에 자력이 효과적으로 전달되도록 S45C, 퍼멀로이(Permalloy), 아몰퍼스(Amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판, 순철 등으로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제2커버부(813)의 이면에는 마그넷(820)이 밀착되어 배치되는데, 마그넷(820)은 네오디뮴(Neodymium)과 같은 강자력의 자성체가 적용될 수 있다.

마그넷(820)은 고정 유닛의 코일(860)에 인가되는 전류 변화에 따라 형성되는 자기장에 반응하여 모터 샤프트(840)를 따라 직선 방향으로 이동하거나 제자리를 유지하게 된다.

따라서, 마그넷(820)의 중심부에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제2샤프트 홀(821)이 형성된다.

마그넷(820)의 일면에는 제2샤프트 홀(821)을 중심으로 제2커버부(813)의 제1조립단(813a)에 대응하여 함몰 형성되는 제2조립단(822)이 형성될 수 있다. 여기서, 제2커버부(813)의 제1조립단(813a)은 돌출 형성되고 마그넷(820)의 제2조립단(822)은 함몰 형성되는 것을 일 예로 설명하였으나 양자의 암수 관계는 바뀔 수도 있음은 물론이다.

또한, 마그넷(820)의 이면에는 제2샤프트 홀(821)을 중심으로 제3조립단(도면부호 미부여)이 함몰 형성될 수 있다.

한편, 마그넷(820)의 이면에는 요크(830)가 배치될 수 있으며, 요크(830)는 마그넷(820)과 코일(860) 간에 형성되는 자기장의 자속 분포를 마그넷(820) 및 코일(860)에 대략 수직하게 형성시켜서 불필요한 자속을 최소화하는 기능을 담당한다.

요크(830)의 중심부에는 모터 샤프트(840)가 관통하는 제3샤프트 홀(831)이 형성되고, 요크(830)의 일면에는 제3샤프트 홀(831)을 중심으로 마그넷(820)의 제3조립단(에 대응하여 돌출 형성되는 제4조립단(832)이 형성될 수 있다. 여기서, 마그넷(820)의 제3조립단은 함몰 형성되고 요크(830)의 제4조립단(831)은 돌출 형성되는 것을 일 예로 설명하였으나 양자의 암수 관계는 바뀔 수도 있다.

또한, 요크(830)의 이면에는 제3샤프트 홀(831)의 내경 일부가 확장된 부쉬 설치홈(833)이 형성될 수 있는데, 이 부쉬 설치홈(833)에는 제2부쉬(872)가 삽입되어 설치될 수 있다. 즉, 요크(830)의 제3샤프트 홀(831)과 모터 샤프트(840)에 제2부쉬(872)가 개재될 수 있으며, 이러한 제2부쉬(872)는 앞서 설명한 제1부쉬(871)와 유사하게, 요크(830)와 모터 샤프트(840)의 직접적인 접촉을 방지하고, 요크(830)가 모터 샤프트(840)를 따라 용이하게 이동하도록 하는 기능을 제공한다.

참고로, 본 발명의 실시 예에서는 마그넷(820)이 가변 유닛에 배치되고, 코일(860)은 고정 유닛에 배치되는 것을 일 예로 들어 설명하였으나, 반대로 마그넷(820)이 고정 유닛에 배치되고 코일(860)이 가변 유닛에 배치될 수도 있다.

한편, 가변 하우징(810)의 제2커버부(813), 마그넷(820) 및 요크(830)는 대략 동일한 직경을 갖도록 형성되어 가변 하우징(810)의 외벽(811)과 일정한 간격을 유지할 수 있다.

따라서, 가변 하우징(810)의 제2커버부(813), 마그넷(820) 및 요크(830)와, 외벽(811) 사이에는 일정공너비의 공간부(814)가 형성될 수 있으며, 이 공간부(814)에는 코일(860) 및 코일 실린더(852)가 이동 가능하게 위치될 수 있다.

즉, 코일(860) 및 코일 실린더(852)는 가변 하우징(810), 마그넷(820) 및 요크(830)가 일체화되어 모터 샤프트(840)를 따라 슬라이딩 이동할 때, 공간부(814) 내에서 진퇴를 반복하면서 이동이 이루어질 수 있다.

참고로, 공간부(814)의 너비는 가변 하우징(810) 커버 중, 제1커버부(812)의 너비와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 적용되는 리니어 구동 모터(80)는, 외벽(811)의 두께와 제1커버부(812)의 두께 비율이 대략 1:3이 되도록 형성될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 제2커버부(813)의 두께(t2)를 상대적으로 두껍게 형성하고, 제1커버부(812)의 두께(t3)를 상대적으로 얇게 형성함에 따라 리니어 구동 모터(80)의 추력을 향상시키면서도 경량화가 가능하게 된다.

또한, 경량화를 위한 최적화된 제1커버부(812)의 두께(t3)를 찾기 위하여 다양한 실험을 실시하였으며, 그 결과 제1커버부(812)의 두께(t3)를 외벽(811)의 두께(t1)의 약 3배가 되도록 형성하는 경우, 최대의 추력을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치에서, 리니어 구동 모터의 추력을 다양한 실험 예와 비교 도시한 그래프이다.

도 8에 도시된 그래프 중, G1은 종래 VCM(Voice coil motor)의 추력 추이를 나타내고 있다.

그리고, G2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 리니어 구동 모터(80)와 동일 또는 유사한 구성으로 제1커버부(812)의 두께(t3)와 외벽(811)의 두께(t1)를 모두 1t로 설계한 경우의 추력 추이를 나타낸 것이다.

그리고, G3는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 리니어 구동 모터(80)와 동일 또는 유사한 구성으로 제1커버부(812)의 두께(t3)를 2t로 설계하고, 외벽(811)의 두께(t2)는 1t로 설계한 경우의 추력 추이를 나타낸 것이다.

그리고, G4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 리니어 구동 모터(80)와 동일 또는 유사한 구성으로 제1커버부(812)의 두께(t3)를 3t로 설계하고, 외벽(811)의 두께(t1)를 1t로 설계한 경우의 추력 추이를 나타낸 것이다.

참고로, G2, G3 및 G4는 가변 하우징(810)을 S45C로 형성한 리니어 구동 모터(80)를 이용하여 실험을 실시하였다.

도시된 바와 같이, 종래의 VCM은 추력이 40N 미만에서 형성되어 차량용 변속 장치(1)에 실제 적용하기 어려움을 확인하였다.(G1 참고)

예를 들어, 차량의 주행 중에, 운전자가 D단에서 P단 또는 R단으로 변속단을 변경하거나 반대로 P단 또는 R단에서 D단으로 변속단 변경을 시도하는 경우, 차량의 안정적인 주행을 위하여 위와 같은 변속이 이루어지지 않도록 변속 레버(10)의 움직임을 제한하는 반력이 발생되어야 한다.

이러한 요구를 안정적으로 구현하기 위해서는 VCM의 추력이 최소한 40N 이상으로 출력되어야 하나, 종래의 VCM은 유효 거리 내에서 40N 미만의 추력을 제공할 뿐이어서 차량용 변속 장치(1)에 실제 적용하기 어렵게 된다.

그리고, G2의 경우에는, 종래의 VCM에 비하여 월등히 향상된 추력 추이를 나타내기는 하지만, 유효 거리 내 일부 구간에서 40N 미만의 추력이 나타남을 확인할 수 있었다.

그리고, G3 및 G4의 경우에는, 유효 거리 내에서 모두 40N 이상의 추력 추이를 나타내고는 있지만, G4의 경우가 G3에 비하여 짧은 유효거리에서 더 우월한 추력 추이를 나타냄을 확인할 수 있었다.

특히, G4의 경우에는 유효 거리의 시작 시점부터 45N 이상의 추력을 나타내므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속 장치(1)는, 주행 상황에서 특정 변속단 간의 변속을 막도록 변속 레버(10)의 조작을 방해하는 반력을 제공하여 변속 블로킹을 실제적으로 구현할 수도 있다.

한편, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 변속 레버(10)의 작동에 의해 리니어 구동 모터(80)의 가변 유닛은 고정 유닛에 대하여 일정 간격만큼 전후진이 이루어지게 된다.

이때, 가변 유닛의 가변 하우징(810) 커버(812,813)는, 앞서 설명한 바와 같이, 제1커버부(812)의 두께(t3)가 얇게 형성되고, 제2커버부(813)의 두께(t2)는 상대적으로 두껍게 형성되어 있으므로, 제1커버부(812)와 제2커버부(813)의 두께 차이(t2-t1)만큼 코일(860)이 이동하는 공간부가 더 형성됨으로써, 가변 부재가 고정 부재 안쪽으로 이동하는 경우, 코일(860)의 단부는 제1커버부(812)의 이면과 밀착이 이루어지게 된다.(도 6c 참조)

따라서, 코일(860)은 마그넷(820)과 중첩이 이루어짐과 더불어 그 단부 측 일부가 마그넷(820)과의 중첩 부위를 벗어나 제2커버부(813)와도 중첩이 이루어짐으로써, 역방향 자속 밀도 영향을 받게 될 수 있다.

따라서, 역방향 자속 밀도 영향을 받지 않도록 하여 변속 레버(10)의 작동시 추력을 향상시키도록 하는 방안을 강구한 결과, 코일(860)과 제2커버부(813)의 중첩되는 간격을 조절하면 역방향 자속 밀도의 영향을 받지 않아 추력이 향상됨을 다양한 실험을 통해 확인할 수 있었다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 리니어 구동 모터(80)의 코일(860) 길이가 조정된 상태를 도시한 단면 구성도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 변속을 위한 변속 레버(10)의 작동에 의해 가변 유닛이 고정 유닛 쪽으로 이동하여, 코일(860)이 마그넷(820) 전체 길이에 대하여 중첩이 이루어진 경우, 코일(860)의 단부는 제1커버부(812)의 이면과 일정 간격만큼 이격된 상태를 이룸으로써, 제2커버부(813)와의 중첩 부위가 줄어들게 된다.

이와 같이, 코일(860)이 제2커버부(813)와 중첩 부위가 줄어들도록 하기 위해서는, 코일(860)과 이 코일(860)이 감기는 코일 실린더(852)의 길이를 보다 짧게 형성함으로써 달성될 수 있다.

즉, 가변 유닛이 고정 유닛 쪽으로 향하여 이동된 상태에서, 코일(860)이 제1커버부(812)의 이면과 밀착되는 경우와, 코일(860)의 길이를 조금씩 줄여서 제1커버부(812) 이면과 일정 간격만큼 이격되도록 하는 다양한 경우에 각각 추력을 테스트하였으며, 그 결과는 도 10에 나타난 바와 같다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에서, 리니어 구동 모터(80)의 코일(860) 길이를 달리 함에 따른 추력 변이량을 도시한 그래프이다.

도 10을 참조하면, G-a는 종래의 VCM의 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G-b는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터(80)와 동일 또는 유사한 구성으로, 코일(860)의 단부가 제1커버부(812) 이면과 밀착되도록 설계된 상태에서, 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G-c는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터(80)와 동일 또는 유사한 구성으로, 코일(860)의 길이를 1mm 짧게 형성하여, 코일(860) 단부와 제1커버부(812) 이면과의 사이에 1mm 간격이 형성되도록 설계된 상태에서, 추력 추이를 표시한 그래프이다.

또한, G-d는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터와 동일 또는 유사한 구성으로, 코일(860)의 길이를 2mm 짧게 형성하여, 코일(860) 단부와 제1커버부(812) 이면과의 사이에 2mm 간격이 형성되도록 설계된 상태에서, 추력 추이를 표시한 그래프이다.

그리고, G-e ~ G-g는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터와 동일 또는 유사한 구성으로, 코일(860)의 길이를 각각 3~5mm 짧게 형성하여, 코일(860) 단부와 제1커버부(812) 이면과의 사이에 각각 3~5mm 간격이 형성되도록 설계된 상태에서, 추력 추이를 표시한 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치(1)에 적용되는 리니어 구동 모터(80)의 경우, 종래의 VCM에 비하여 추력이 현저하게 향상됨을 알 수 있었다.

또한, 코일(860)의 길이를 점차적으로 줄여서, 코일(860)의 단부와 제1커버부(812) 이면과의 사이에 일정 간격이 조금씩 늘어날수록 다시 말해서, 코일(860) 단부 측 일부가 마그넷(820)과의 중첩 부위를 벗어나 제2커버부(813)와 중첩 되는 부위가 줄어들수록 유효 거리의 시작 시점에서 추력이 일정 부분 향상됨을 알 수 있었다.

다만, 코일(860)과 제1커버부(812)와의 간격이 늘어나도록 코일(860)의 전체 길이를 축소시킬수록 유효 거리의 말단 부위에서 추력이 더 감소되는 영향이 발생될 수 있으므로, 코일(860)과 제1커버부(812)와의 간격은 1~2mm정도 이격이 이루어지도록 길이가 조절되는 것이 가장 바람직함을 확인할 수 있었다.

따라서, 코일(860)과 제1커버부(812)와의 사이에 일정 간격이 형성되도록 하여, 코일(860)과 제2커버부(813)와의 중첩 부위를 줄임에 따라 유효 거리의 시작 시점부터 향상된 추력을 나타내게 됨으로, 본 발명의 실시 예에 따른 변속 장치(1)는 주행 상황에서 특정 변속단 간의 변속을 막도록 변속 레버(10)의 조작을 방해하는 반력을 제공하여 변속 블로킹을 실제적으로 구현할 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 차량용 변속 장치 10: 변속 레버
21: 상부 하우징 22: 제1측부 하우징
23: 제2 측부 하우징 24: 내부 하우징
30: 샤프트 홀더 40 : 변속 레버 샤프트
70 : 링크 부재 71 : 플랜지
72 : 결합조 80 : 리니어 구동 모터
810 : 가변 하우징 811 : 외벽
812 : 제1커버부 813 : 제2커버부
814 : 공간부 820 : 마그넷
830 : 요크 840 : 모터 샤프트
850 : 보빈 851 : 베이스 플레이트
852 : 코일 실린더 860 : 코일

Claims (7)

1. 하우징, 변속 레버 및 상기 변속 레버를 이동시키거나 상기 운전자가 상기 변속 레버를 조작하는 힘에 반력을 제공하는 리니어 구동 모터를 포함하고,
   상기 리니어 구동 모터는,
   상기 하우징에 고정 결합되는 고정 유닛;
   상기 고정 유닛에 대해 이동 가능하게 설치되며, 적어도 일부가 상기 고정 유닛의 일부와 중첩되는 외벽 및 상기 외벽의 일단으로부터 교차되는 방향으로 연장 형성되는 커버를 포함하는 가변 유닛 및;
   상기 고정 유닛과 상기 가변 유닛 중, 어느 하나의 유닛에 마련되는 코일을 포함하고,
   상기 커버는, 제1커버부와, 상기 제1커버부 보다 두껍게 형성되는 제2커버부를 포함하며,
   상기 가변 유닛이 상기 고정 유닛 쪽으로 더 이상 이동이 제한된 위치까지 이동한 상태에서, 상기 코일은 상기 제1커버부와 일정 간격 이격되는 차량용 변속 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 코일과, 상기 제1커버부 사이의 상기 이격된 간격은 1~2mm인 차량용 변속 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 고정 유닛은 상기 코일이 감긴 보빈을 포함하고,
   상기 보빈은,
   상기 하우징에 결합되는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 일면으로 연장 형성되어 상기 코일이 감기는 코일 실린더를 포함하며,
   상기 베이스 플레이트의 이면에는 일면 방향으로 함몰 형성된 복수의 살 빼기 홈이 형성된 차량용 변속 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제2커버부는 상기 제1커버부로부터 상기 가변 유닛의 내측을 향해 연장 형성되어 단차를 형성하며, 상기 단차만큼 상기 제1커버부보다 두꺼운 두께를 갖는 차량용 변속 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1커버부의 두께는 상기 외벽의 두께보다 두꺼운 두께로 형성되는 차량용 변속 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1커버부의 두께와 상기 외벽의 두께는 3 : 1의 비율로 형성되는 차량용 변속 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가변 하우징은, S45C, 퍼멀로이(permalloy), 아몰퍼스(amorphous), 방향성 전자강판, 무방향성 전자강판 및 순철 중 적어도 하나로 형성되는 차량용 변속 장치.

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