KR20170037216A - 토크 벡터링이 가능한 ｅ-４ｗｄ시스템의 차동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 모터로 후륜이 구동되는 E-4WD 시스템의 차동 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차동 장치 내부의 차동기어를 구비하지 않아 부품 수 및 중량을 감소시켜 연비의 향상을 꾀할 수 있으며, 양측 바퀴로 전달되는 토크를 차등하여 배분하여 제어할 수 있으므로 정밀한 토크 벡터링이 가능하고, 차동 케이스와 감속기어를 하나의 하우징에 패키징하여 소형화에 유리한 차동 장치에 관한 것이다.

Description

토크 벡터링이 가능한 Ｅ-４ＷＤ시스템의 차동 장치{Differential apparatus for E-4WD system with torque vectoring}

본 발명은 전기 모터로 후륜이 구동되는 E-4WD 시스템의 차동 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차동 장치 내부의 차동기어를 구비하지 않아 부품 수 및 중량을 감소시켜 연비의 향상을 꾀할 수 있으며, 양측 바퀴로 전달되는 토크를 차등하여 배분하여 제어할 수 있으므로 정밀한 토크 벡터링이 가능하고, 차동 케이스와 감속기어를 하나의 하우징에 패키징하여 소형화에 유리한 차동 장치에 관한 것이다.

E-4WD(electric four wheel drive)시스템이란 전륜은 엔진에 의해 구동되고, 후륜은 전기 모터에 의해 구동되는 사륜구동 시스템으로 전기 모터의 동력 절환을 통해 차량이 이륜 구동 또는 사륜 구동으로 선택적으로 주행할 수 있게 하는 시스템이다.

도 1은 종래의 E-4WD시스템을 보여주는 것으로, 도 1을 참조하면, 종래의 E-4WD시스템은 전기에 의해 구동력을 생성하는 전기 모터(30), 등속조인트(20)를 통해 후륜의 양 바퀴로 동력을 전달하는 차동 장치(10), 상기 모터(30)의 구동력을 상기 차동 장치(10)의 링기어로 전달하는 감속기어세트(40)를 포함하여 이루어진다.

또한, 도시하지는 않았으나 상기 차동 장치(10)는 상기 링기어와 함께 회전하는 차동 케이스, 상기 차동 케이스 내부에서 공자전하며 상기 등속조인트(20)로 동력을 전달하는 차동기어를 포함하여 구성된다.

또한, 도 2는 종래의 E-4WD시스템의 감속기어세트를 보여주는 것으로 상기 감속기어세트(40)는 상기 차동 장치(10)와는 별도의 장치로 구성된다.

또한, 상기 감속기어세트(40)는 상기 모터(30)의 회전축이 결합되는 모터 결합부(41), 상기 전기 모터(30)에 의해 회전하는 인풋 샤프트(42), 상기 인풋 샤프트(42) 회전력을 감속하여 상기 차동 장치(10)로 전달하는 아웃풋 샤프트(42) 및 상기 아웃풋 샤프트(42)의 동력을 상기 차동 장치(10)로 전달하거나 차단하는 디스커넥터(45)를 포함하여 이루어진다.

즉, 종래의 E-4WD시스템은 상기 차동 장치(10)와 상기 감속기어세트(40)가 별도의 하우징에 수납되는 형태이므로 부피가 커져 설치에 공간적인 제약이 크다.

또한, 종래의 E-4WD시스템은 상기 디스커넥터(45)에 의해 상기 전기 모터(30)의 동력을 후륜에 전달하거나 차단할 수 있을 뿐, 양측바퀴에 서로 다른 크기의 토크를 전달할 수 없어 토크 벡터링(torque vectoring)이 제한적이다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 후륜의 양측 바퀴에 서로 다른 크기의 토크를 전달할 수 있어 정밀한 토크 벡터링을 수행함으로써 차량의 주행안정성 및 연비향상을 꾀할 수 있는 차동 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 종래의 차동장치와 차동기어세트를 하나의 하우징에 패키지화하여 구조를 단순화할 수 있고 설치에 공간적인 제약을 최소화할 수 있는 차동 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 디스커넥터를 이용하지 않고도 전기 모터의 동력을 전달 또는 차단할 수 있는 차동 장치를 제공하는 것이다.

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

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인풋 샤프트로부터 동력을 전달받아 회전하는 링기어; 상기 링기어와 함께 회전하는 차동 케이스; 상기 차동 케이스의 양측에 각각 체결되고 바퀴로 상기 차동 케이스의 동력을 전달하는 허브; 및 상기 허브와 상기 차동 케이스를 서로 체결하거나 체결해제하여 상기 차동 케이스에서 상기 허브로의 동력전달을 조절하는 클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 허브는 상기 차동 케이스의 회전축 방향 일측에 체결되는 제1 허브 및 타측에 체결되는 제2 허브를 포함하고, 상기 클러치는 상기 차동 케이스와 상기 제1 허브 간의 동력전달을 조절하는 제1 클러치 및 상기 차동 케이스와 상기 제2 허브 간의 동력전달을 조절하는 상기 제2 클러치를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 차동 케이스에는 상기 제1 클러치를 가압하여 상기 제1 클러치의 동력전달량을 조절하는 제1 가압 수단 및 상기 제2 클러치를 가압하여 상기 제2 클러치의 동력전달량을 조절하는 제2 가압 수단이 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 가압 수단 및 상기 제2 가압 수단은 피스톤일 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인풋 샤프트와 상기 링기어 사이에 구비되고 상기 인풋 샤프트의 동력을 감속하여 상기 링기어로 전달하는 감속기어가 구비된 아웃풋 샤프트를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하여 동력전달 여부를 결정하는 디스커넥터(disconnecter)를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인풋 샤프트를 회전시키는 전기 모터를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인풋 샤프트, 상기 링기어, 상기 차동 케이스, 상기 허브 및 상기 클러치를 내부에 수용하는 하우징을 더 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 차동 장치가 구비된 차량을 더 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 차동 장치가 구비된 전기 사륜구동 차량을 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명의 차동 장치에 의하면 종래의 차동 장치와 비교하여 차동 케이스 내부에 차동기어세트가 구비되지 않으므로 부품수와 중량을 저감하여 연비향상을 꾀할 수 있고, 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 차동 장치에 의하면, 양 바퀴로 전달되는 동력을 차등제어할 수 있으므로 정밀한 토크 벡터링을 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 차동 장치에 의하면, 차동 케이스와 감속기어가 하나의 하우징에 패키지될 수 있으므로 부피를 줄일 수 있어 설치 공간에 제약이 작다.

또한, 본 발명의 차동 장치에 의하면, 디스커넥터를 통해 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트의 동력전달을 완전히 차단할 수 있으므로 이륜구동시 전기 모터가 회전하지 않게 하여 모터의 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 종래의 E-4WD시스템을 보여주는 도면,
도 2는 종래의 E-4WD시스템의 감속기어세트를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 장치를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차동 장치를 보여주는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차동 장치는 사륜구동 차량의 차동 장치를 대체할 수 있는 장치이며, 특히, 전기 모터로 후륜이 구동되는 E-4WD시스템의 차동 장치에 유리하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 차동 장치가 구비된 완성된 사륜구동 차량, 전기 사륜구동(E-4WD) 차량으로 제공될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 장치(100)는 링기어(110), 차동 케이스(120), 허브(130) 및 클러치(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 링기어(110)는 전기 모터(150)에 의해 회전하는 인풋 샤프트(160,input shaft)의 동력을 전달받아 회전한다.

또한, 상기 인풋 샤프트(160)와 상기 링기어(110) 사이에는 상기 인풋 샤프트(160)의 구동력을 감속하여 상기 링기어(110)에 전달하기 위한 아웃풋 샤프트(170,output shaft)가 삽입될 수 있으며, 상기 아웃풋 샤프트(170)에는 감속기어(171)가 구비된다.

그러나, 상기 아웃풋 샤프트(170)는 필수적인 구성요소가 아니며, 상기 인풋 샤프트(160)의 회전동력이 직접 상기 링기어(110)로 전달될 수 있다.

그러나, 상기 감속기어(171)를 구비하여 토크 전달의 효율성을 높이는 것이 바람직하다.

상기 차동 케이스(120)는 상기 링기어(110)의 내측에 결합하며, 상기 링기어(110)의 회전에 의해 함께 회전한다.

또한, 상기 차동 케이스(120)는 종래의 차동장치의 차동 케이스와 비교하여 내부에 차동기어세트가 존재하지 않으며, 단지, 상기 링기어(110)와 함께 회전하는 블럭이다.

또한, 상기 차동 케이스(120)의 회전축 방향 양 측방에는 링형의 홈(a)이 형성된다.

상기 허브(130)는 상기 차동 케이스(120)의 양측에 각각 체결되며, 등속조인트(21,22)를 통해 상기 차동 케이스(120)의 동력을 바퀴로 전달한다.

또한, 상기 허브(130)는 상기 차동 케이스(120)의 홈(a)에 일측이 삽입된다.

또한, 상기 허브(130)는 상기 차동 케이스(120)의 일측에 체결되는 제1 허브(131)와 타측에 체결되는 제2 허브(132)를 포함한다.

상기 클러치(140)는 상기 차동 케이스(120)와 상기 허브(130)를 서로 체결하거나 체결해제하여 상기 차동 케이스(120)의 동력이 상기 허브(130)로 전달되는 것을 조절한다.

또한, 상기 클러치(140)는 상기 홈(a)의 내측에 삽입된다.

또한, 상기 클러치(140)는 링 형상으로 서로 이격된 복수개의 제1 클러치 플레이트와 제1 클러치 플레이트들 각 사이에 삽입되어 위치하는 제2 클러치 플레이트들을 포함한다.

또한, 상기 제1 클러치 플레이트는 상기 차동 케이스(120)에 고정되어, 상기 차동 케이스(120)와 함께 회전하며, 상기 제2 클러치 플레이트는 상기 허브(130)에 고정되어 상기 허브(130)와 함께 회전한다.

또한, 상기 클러치(130)는 상기 제1 허브(131)로의 동력전달을 제어하는 제1 클러치(141)와 상기 제2 허브(132)로의 동력전달을 제어하는 제2 클러치(142)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 클러치들(141,142)의 마찰력은 각각 제어되며, 이는 양측 바퀴로 전달되는 동력에 차등을 두어 토크 벡터링을 수행하기 위함이다.

즉, 본 발명의 차동 장치(100)에 의하면, 후륜으로의 동력 전달 및 차단 제어뿐만 아니라 후륜의 양측 바퀴에 서로 다른 동력을 전달할 수 있으므로 정밀한 토크 벡터링을 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 차동 케이스(120)에는 상기 제1 클러치(141)를 가압하여 상기 제1 허브(131)로의 동력전달을 제어하는 제1 가압 수단(141a) 및 상기 제2 클러치(132)를 가압하여 상기 제2 허브(132)로의 동력전달을 제어하는 제2 가압 수단(142a)이 구비된다.

또한, 상기 가압 수단들(141a,142a)은 차량의 전자 제어장치에 의해 제어될 수 있다.

예를 들면, 상기 가압 수단들(141a,142a) 각각 유압이나 공압에 의해 압력을 발생하는 피스톤일 수 있다.

그러나, 상기 피스톤은 상기 클러치들(141,142)로 압력을 가할 수 있다면, 다양한 형태의 액츄에이터로 대체될 수 있다.

따라서, 본 발명의 차동 장치(100)에 의하면, 종래의 차동 장치(10)와 비교하여 차동 케이스(120) 내부에 차동기어세트가 구비되지 않으므로 부품수와 중량을 저감하여 연비향상을 기대할 수 있고, 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있으며, 양 바퀴로 전달되는 동력을 차등제어할 수 있으므로 정밀한 토크 벡터링을 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 차동 장치(100)는 상기 링기어(110), 상기 차동 케이스(120), 상기 인풋 샤프트(160), 상기 감속기어(171) 및 상기 허브(130)를 내부 공간에 수용할 수 있는 하우징(180)을 포함한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 장치(100)는 상기 감속기어(171)와 상기 차동 케이스(120)가 서로 다른 수용공간에 수용되는 것이 아니라 상기 하우징(180)에 의해 하나의 수용공간에 패키징되므로 부피를 줄일 수 있어 공간제약이 적은 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차동 장치(200)를 보여주는 것으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 차동 장치(200)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 장치(100)와 비교하여, 상기 링기어(110), 상기 차동 케이스(120), 상기 허브(130), 상기 클러치(140), 상기 가압수단(141a,141b), 상기 인풋 샤프트(160), 상기 아웃풋 샤프트(170), 상기 감속기어(171) 및 상기 하우징(180)은 동일하게 포함되며, 추가로 디스커넥터(210)를 더 포함한다.

또한, 상기 디스커넥터(210)는 상기 인풋 샤프트(160)와 상기 아웃풋 샤프트(170)를 서로 체결하거나 체결해제하는 장치로써, 이륜구동시 바퀴의 회전력이 상기 전기 모터(150)로 역으로 전달되는 것을 방지한다.

한편, 상기 클러치(140)가 체결해제될 경우, 상기 디스커넥터(210)와 동일한 기능을 수행할 수 있으나, 상기 클러치(140)의 경우 내부 오일의 회전에 의해 미세하게 동력전달이 이루어질 수 있으므로 상기 아웃풋 샤프트(170)와 상기 인풋 샤프트(160)의 동력을 완전히 차단하여 상기 전기 모터(150)를 보호하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100,200:차동 장치 110:링기어
120:차동 케이스 130:허브
131:제1 허브 132:제2 허브
140:클러치 141:제1 클러치
142:제2 클러치 141a:제1 가압 수단
142a:제2 가압 수단 150:모터
160:인풋 샤프트 170:아웃풋 샤프트
171:감속 기어 180:하우징
210:디스커넥터

Claims (10)

1. 인풋 샤프트로부터 동력을 전달받아 회전하는 링기어;
   상기 링기어와 함께 회전하는 차동 케이스;
   상기 차동 케이스의 양측에 각각 체결되고 바퀴로 상기 차동 케이스의 동력을 전달하는 허브; 및
   상기 허브와 상기 차동 케이스를 서로 체결하거나 체결해제하여 상기 차동 케이스에서 상기 허브로의 동력전달을 조절하는 클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 허브는 상기 차동 케이스의 회전축 방향 일측에 체결되는 제1 허브 및 타측에 체결되는 제2 허브를 포함하고,
   상기 클러치는 상기 차동 케이스와 상기 제1 허브 간의 동력전달을 조절하는 제1 클러치 및 상기 차동 케이스와 상기 제2 허브 간의 동력전달을 조절하는 상기 제2 클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 차동 케이스에는 상기 제1 클러치를 가압하여 상기 제1 클러치의 동력전달량을 조절하는 제1 가압 수단 및 상기 제2 클러치를 가압하여 상기 제2 클러치의 동력전달량을 조절하는 제2 가압 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 가압 수단 및 상기 제2 가압 수단은 피스톤인 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인풋 샤프트와 상기 링기어 사이에 구비되고 상기 인풋 샤프트의 동력을 감속하여 상기 링기어로 전달하는 감속기어가 구비된 아웃풋 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트를 서로 체결하거나 체결해제하여 동력전달 여부를 결정하는 디스커넥터(disconnecter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인풋 샤프트를 회전시키는 전기 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인풋 샤프트, 상기 링기어, 상기 차동 케이스, 상기 허브 및 상기 클러치를 내부에 수용하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
   
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 차동 장치가 구비된 차량.
   
10. 제 7 항의 차동 장치가 구비된 전기 사륜구동 차량.
    
    

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