KR20170047453A - 차량용 변속기 - Google Patents

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KR20170047453A
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최재영
박종윤
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 기어짝들의 기어비 차이에 의해 저단부의 회전속도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 차량용 변속기에 관한 것으로, 구동원의 회전동력을 제1클러치 및 제2클러치에 의해 선택적으로 제공받는 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축과 나란하게 배치된 출력축; 상기 제1입력축과 출력축 및 제2입력축과 출력축에 기어비를 달리하여 치합 결합된 복수의 변속기어짝; 및 상기 변속기어짝 중에서 상대적으로 기어비가 큰 변속기어짝의 동력전달 경로 상에 마련되어, 해당 변속기어짝의 입력기어에서 출력기어 방향으로의 동력전달만을 허용하도록 구비된 원웨이클러치;를 포함하여 구성되는 차량용 변속기가 소개된다.

Description

차량용 변속기{TRANSMISSION FOR VEHICLES}
본 발명은 전기 차량의 변속기에 관한 것으로, 기어짝들의 기어비 차이에 의해 저단부의 회전속도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 차량용 변속기에 관한 것이다.
전기 자동차는 휘발유나 경유 등의 화석연료를 이용하여 동력을 얻는 엔진이 아닌, 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 얻는 모터로 작동하는 자동차로서, 이산화탄소의 배출이 없고 엔진보다 에너지효율이 높아 친환경 자동차로 각광받고 있다.
그러나, 모터는 엔진에 비해 발생 동력이 매우 작기 때문에 단일기어비를 갖는 기존의 감속기만으로는, 운전자가 요구하는 차량의 성능을 충분히 확보하지 못하는 문제가 있었다. 다만, 모터의 용량을 증대하여 이를 해소할 수 있기는 하지만, 차량의 성능만을 고려하여 모터의 용량을 증대시키는 것은 차량의 중량 및 원가 측면에서 한계가 있었다.
이에, 전기자동차의 경우, 모터의 동력을 최대한 효율적으로 활용하기 위해 주로 2단 변속기 구조를 채용하고 있는 실정에 있다.
예컨대, 상기 2단 변속기는 수동변속 메커니즘을 기반으로 한 듀얼클러치 변속기 구조일 수 있는 것으로, 구동원으로부터 입력되는 회전력을 듀얼클러치 방식으로 이루어진 2개의 클러치를 이용하여 2개의 입력축에 선택적으로 전달하고, 이러한 2개의 입력축 상에 기어비를 달리하는 1단 및 2단 기어짝을 각각 배치하여, 차량의 주행속도에 따라 2개의 기어짝 중 하나를 선택하여 변속이 이루어질 수 있도록 구성한다.
그러나, 상기한 종래의 2단 변속기는 2개의 기어짝 중에서 상대적으로 기어비가 작은 2단 기어짝을 선택하여 주행하는 경우, 1단 기어짝이 함께 회전하게 되는데, 이때에 1단 기어짝의 입력기어와 함께 회전하는 클러치의 회전속도가 지나치게 높아지면서 클러치 및 베어링의 파손이 발생할 수 있는 문제가 있었다.
상기의 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.
KR 10-2012-0138193 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기어짝들의 기어비 차이에 의해 저단부의 회전속도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 차량용 변속기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 구동원의 회전동력을 제1클러치 및 제2클러치에 의해 선택적으로 제공받는 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축과 나란하게 배치된 출력축; 상기 제1입력축과 출력축 및 제2입력축과 출력축에 기어비를 달리하여 치합 결합된 복수의 변속기어짝; 및 상기 변속기어짝 중에서 상대적으로 기어비가 큰 변속기어짝의 동력전달 경로 상에 마련되어, 해당 변속기어짝의 입력기어에서 출력기어 방향으로의 동력전달만을 허용하도록 구비된 원웨이클러치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 변속기어짝은, 상기 제1입력축과 출력축에 치합 결합된 저단 변속기어짝; 상기 제2입력축과 출력축에 치합 결합되고, 상기 저단 변속기어짝보다 작은 기어비를 갖는 고단 변속기어짝;을 포함할 수 있다.
상기 저단 변속기어짝을 이루는 입력기어와 출력기어 중 하나는 제1입력축 또는 출력축에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 구비하되, 나머지 하나는 원웨이클러치에 의해 제1입력축 또는 출력축에 대해 상대 회전이 가능한 상태로 구비하고; 상기 고단 변속기어짝을 이루는 입력기어와 출력기어는 제2입력축 및 출력축에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 각각 구비할 수 있다.
상기 원웨이클러치는, 저단 변속기어짝의 출력기어와 출력축 사이에 구비될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 출력축과 1단 출력기어 사이에 원웨이클러치를 적용함으로써, 2단 주행시 1단 출력기어가 출력축에 대해 헛돌게 되어 제1클러치의 회전속도가 한계 회전속도 이상으로 회전하는 것을 방지하게 되는바, 클러치의 파손 발생 우려를 방지하는 효과가 있고, 또한 웬웨이클러치가 저단부의 회전을 차단하여 드래그를 개선하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 차량용 변속기의 1단 주행시 동력 전달 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 변속기의 2단 주행시 동력 전달 흐름을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 변속기는 크게, 제1입력축(INPUT1) 및 제2입력축(INPUT2)과, 출력축(OUTPUT)과, 복수의 변속기어짝 및 원웨이클러치(OWC)를 포함하여 구성할 수 있다.
도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 제1입력축(INPUT1)은 구동원(1)의 회전동력을 제1클러치(CL1)에 의해 선택적으로 제공받도록 구성되고, 제2입력축(INPUT2)은 구동원(1)의 회전동력을 제2클러치(CL2)에 의해 선택적으로 제공받도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)는 듀얼클러치 변속기(DCT)에 적용되는 클러치의 구조로 이루어질 수 있다.
이때에, 상기 제1입력축(INPUT1)은 중공축으로 형성되어, 상기 제2입력축(INPUT2)이 제1입력축(INPUT1)에 삽입되는 형태로 구성할 수 있다. 그리고, 상기 구동원(1)은 모터일 수 있다.
출력축(OUTPUT)은, 상기 제1입력축(INPUT1) 및 제2입력축(INPUT2)과 나란하게 배치될 수 있다.
복수의 변속기어짝은, 상기 제1입력축(INPUT1)과 출력축(OUTPUT) 및 제2입력축(INPUT2)과 출력축(OUTPUT)에 기어비를 달리하여 각각 치합 결합될 수 있다.
구체적으로, 상기 변속기어짝은, 상기 제1입력축(INPUT1)과 출력축(OUTPUT)에 치합 결합된 저단 변속기어짝(G1)과, 상기 제2입력축(INPUT2)과 출력축(OUTPUT)에 치합 결합되고 상기 저단 변속기어짝(G1)보다 작은 기어비를 갖는 고단 변속기어짝(G2)을 포함하여 구성할 수 있다.
예컨대, 상기 저단 기어짝은 상대적으로 기어비가 높은 1단 기어짝일 수 있고, 고단 기어짝은 상대적으로 기어비가 작은 2단 기어짝일 수 있다.
아울러, 원웨이클러치(OWC)는 상기 변속기어짝 중에서 상대적으로 기어비가 큰 변속기어짝의 동력전달 경로 상에 마련되어, 해당 변속기어짝의 입력기어에서 출력기어 방향으로의 동력전달만을 허용하도록 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 저단 변속기어짝(G1)을 이루는 입력기어(G1i)와 출력기어(G1o) 중 하나는 제1입력축(INPUT1) 또는 출력축(OUTPUT)에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 구비하되, 나머지 하나는 원웨이클러치(OWC)에 의해 제1입력축(INPUT1) 또는 출력축(OUTPUT)에 대해 상대 회전이 가능한 상태로 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 원웨이클러치(OWC)가 저단 변속기어짝(G1)의 출력기어(G1o)와 출력축(OUTPUT) 사이에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 고단 변속기어짝(G2)을 이루는 입력기어(G2i)와 출력기어(G2o)는 제2입력축(INPUT2) 및 출력축(OUTPUT)에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 각각 구비할 수 있다.
예컨대, 상기 1단 기어짝을 이루는 1단 입력기어(G1i)와 제1입력축(INPUT1)이 상대 회전이 구속된 상태로 구비되고, 상기 1단 기어짝을 이루는 1단 출력기어(G1o)와 출력축(OUTPUT)이 원웨이클러치(OWC)에 의해 상대 회전 가능하게 구비될 수 있다.
또한, 상기 2단 기어짝을 이루는 2단 입력기어(G2i)와 제2입력축(INPUT2)이 상대 회전이 구속된 상태로 구비되고, 상기 2단 기어짝을 이루는 2단 출력기어(G2o)와 출력축(OUTPUT) 역시 상대 회전이 구속된 상태로 구비될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 차량용 변속기의 1단 주행시 동력 전달 흐름을 나타낸 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 1단 기어짝의 기어비가 4 : 1이고, 2단 기어짝의 기어비가 2 : 1인 것으로 가정하고, 듀얼 클러치에 입력되는 구동원(1)의 회전속도를 10000RPM으로 가정한다.
이에, 1단 주행을 위해 제1클러치(CL1)를 결합하면, 구동원(1)의 동력이 제1클러치(CL1)를 매개로 1단 기어짝에 전달되어 차량을 1단 기어비에 맞추어 주행할 수 있게 된다.
이때에, 상기 1단 기어짝과 2단 기어짝의 기어비에 의해 2단 기어짝의 입력기어(G2i)와 함께 회전하는 제2클러치(CL2)의 회전속도는 5000RPM으로 감소하게 되는바, 클러치의 고속 회전이 근본적으로 방지된다.
다만, 도 2는 본 발명에 의한 차량용 변속기의 2단 주행시 동력 전달 흐름을 나타낸 도면으로, 2단 주행시에 원웨이클러치(OWC)가 제1클러치(CL1)의 고속 회전을 제한하게 된다.
도면을 참조하여 설명하면, 2단 주행을 위해 제2클러치(CL2)를 결합하면, 구동원(1)의 동력이 제2클러치(CL2)를 통해 2단 기어짝에 전달되어 차량을 2단 기어비에 맞추어 주행할 수 있게 된다.
다만, 이 경우에 본 발명과 같이 원웨이클러치(OWC)가 설치되어 있지 않으면, 1단 기어짝 및 2단 기어짝의 기어비에 따라 1단 기어짝의 입력기어(G1i)와 함께 제1클러치(CL1)가 20000RPM의 회전속도로 회전하게 되어 클러치의 허용 한계 회전속도를 초과하게 되는바, 클러치의 파손이 발생하게 된다.
이에, 본 발명에서는, 원웨이클러치(OWC)를 통해 출력축(OUTPUT)에서 1단 기어짝의 출력기어(G1o)로 전달되는 회전속도를 흡수하게 됨으로써, 클러치가 과도하게 회전하는 것을 방지하고, 이에 클러치 및 베어링의 파손을 방지하게 되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 출력축(OUTPUT)과 1단 출력기어(G1o) 사이에 원웨이클러치(OWC)를 적용함으로써, 2단 주행시 1단 출력기어(G1o)가 출력축(OUTPUT)에 대해 헛돌게 되고, 이에 1단 기어짝을 포함하는 제1클러치(CL1)의 회전속도가 한계 회전속도 이상으로 회전하는 것을 방지하게 된다.
더욱이, 원웨이클러치(OWC)를 통해 DCT타입의 2단 감속기를 실제로 구현 가능할 뿐만 아니라, 2단 주행시 웬웨이클러치가 저단부의 회전을 차단함으로써 드래그 손실을 개선하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 구동원 G1 : 저단 변속기어짝
G2 : 고단 변속기어짝 CL1 : 제1클러치
CL2 : 제2클러치 INPUT1 : 제1입력축
INPUT2 : 제2입력축 OUTPUT : 출력축
OWC : 원웨이클러치

Claims (4)

  1. 구동원의 회전동력을 제1클러치 및 제2클러치에 의해 선택적으로 제공받는 제1입력축 및 제2입력축;
    상기 제1입력축 및 제2입력축과 나란하게 배치된 출력축;
    상기 제1입력축과 출력축 및 제2입력축과 출력축에 기어비를 달리하여 치합 결합된 복수의 변속기어짝; 및
    상기 변속기어짝 중에서 상대적으로 기어비가 큰 변속기어짝의 동력전달 경로 상에 마련되어, 해당 변속기어짝의 입력기어에서 출력기어 방향으로의 동력전달만을 허용하도록 구비된 원웨이클러치;를 포함하는 차량용 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기어짝은,
    상기 제1입력축과 출력축에 치합 결합된 저단 변속기어짝;
    상기 제2입력축과 출력축에 치합 결합되고, 상기 저단 변속기어짝보다 작은 기어비를 갖는 고단 변속기어짝;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저단 변속기어짝을 이루는 입력기어와 출력기어 중 하나는 제1입력축 또는 출력축에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 구비하되, 나머지 하나는 원웨이클러치에 의해 제1입력축 또는 출력축에 대해 상대 회전이 가능한 상태로 구비하고;
    상기 고단 변속기어짝을 이루는 입력기어와 출력기어는 제2입력축 및 출력축에 대해 상대 회전이 구속된 상태로 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 원웨이클러치는, 저단 변속기어짝의 출력기어와 출력축 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
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