KR20180052808A - 차량용 변속기 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 변속기 구조는 엔진으로부터 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되고, 모터로부터 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행하게 배치된 출력축; 상기 제1입력축에 자유회전하도록 배치된 1단구동기어; 상기 제2입력축에 구비된 2단구동기어; 상기 제2입력축에 자유회전하도록 배치된 3단구동기어; 상기 제1입력축에 구비되어, 상기 제2입력축 또는 1단구동기어 중 하나를 선택적으로 제1입력축에 연결하는 제1동기장치; 상기 제2입력축에 구비되어, 상기 제2입력축과 3단구동기어를 선택적으로 연결하는 제2동기장치; 상기 출력축에 배치되고, 각각 1단구동기어와 3단구동기어에 치합되어 1단 및 3단 변속비를 형성하는 1단피동기어와 3단피동기어; 및 상기 출력축에 원웨이클러치를 매개로 설치되고, 상기 2단구동기어에 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 변속기 구조 {STRUCTURE FOR TRANSMISSION OF VEHICLE}
본 발명은 엔진 3단, 모터 2단의 변속단을 구현하면서도 부품수를 최소화함으로써 경량화되고 연비가 개선되는 차량용 변속기 구조에 관한 것이다.
전기차는 전기를 공급받아 구동되는 전기 모터로부터 발생되는 회전력을 구동륜에 전달하여 차량의 구동이 이루어지도록 한다.
종래에는 전기 모터에서 발생되는 동력을 단순히 감속기로 감속하여 구동륜을 구동하도록 하는 동력전달구조가 주로 사용되었으나, 최근에는 전기 모터로부터의 동력을 보다 효율적으로 구동륜에 전달하여, 차량의 주행가능거리를 연장하고 구동성능을 향상시키기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.
하지만, 변속기 효율을 증대시키기 위해 변속기어를 과도하게 적용하게 되면, 변속기의 무게와 부피가 증가하여 차량의 연비를 저감시키는 결과를 가져온다. 또한, 차량 변속시 토크 인터럽션이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0005101 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 3단과 모터 3단을 구현하되, 부품수를 최소화함으로써 변속기를 경량화하고 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 변속기 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 변속기 구조는 엔진으로부터 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되고, 모터로부터 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행하게 배치된 출력축; 상기 제1입력축에 자유회전하도록 배치된 1단구동기어; 상기 제2입력축에 구비된 2단구동기어; 상기 제2입력축에 자유회전하도록 배치된 3단구동기어; 상기 제1입력축에 구비되어, 상기 제2입력축 또는 1단구동기어 중 하나를 선택적으로 제1입력축에 연결하는 제1동기장치; 상기 제2입력축에 구비되어, 상기 제2입력축과 3단구동기어를 선택적으로 연결하는 제2동기장치; 상기 출력축에 배치되고, 각각 1단구동기어와 3단구동기어에 치합되어 1단 및 3단 변속비를 형성하는 1단피동기어와 3단피동기어; 및 상기 출력축에 원웨이클러치를 매개로 설치되고, 상기 2단구동기어에 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어;를 포함할 수 있다.
상기 제2입력축에 구비되어, 상기 제3구동기어와 제2입력축을 선택적으로 연결하는 클러치;를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진과 제1입력축 사이를 선택적으로 연결하는 엔진클러치;를 더 포함할 수 있다.
상기 원웨이클러치는 2단피동기어에서 출력축 방향으로만 동력을 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1동기장치는 싱크로나이저이고, 상기 제2동기장치는 도그클러치인 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 변속기 구조에 따르면 변속기의 부품수를 최소화할 수 있는바, 변속기 경량화를 구현할 수 있고, 이에 따라 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 차량의 EV모드 변속시 토크인터럽션이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 변속충격이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 구조를 도시한 도면,
도 2 내지 도 4는 엔진주행모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면,
도 5 내지 도 6은 EV모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면,
도 7 내지 도 10은 HEV모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 변속기 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요 변속기 구조에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량용 변속기 구조는 엔진(E)으로부터 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축(IS1); 상기 제1입력축(IS1)과 동심축을 이루어 배치되고, 모터(M)로부터 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축(IS2); 상기 제1입력축(IS1) 및 제2입력축(IS2)과 평행하게 배치된 출력축(OS); 상기 제1입력축(IS1)에 자유회전하도록 배치된 1단구동기어(1D); 상기 제2입력축(IS2)에 구비된 2단구동기어(2D); 상기 제2입력축(IS2)에 자유회전하도록 배치된 3단구동기어(3D); 상기 제1입력축(IS1)에 구비되어, 상기 제2입력축(IS2) 또는 1단구동기어(1D) 중 하나를 선택적으로 제1입력축(IS1)에 연결하는 제1동기장치(S1); 상기 제2입력축(IS2)에 구비되어, 상기 제2입력축(IS2)과 3단구동기어(3D)를 선택적으로 연결하는 제2동기장치(S2); 상기 출력축(OS)에 배치되고, 각각 1단구동기어(1D)와 3단구동기어(3D)에 치합되어 1단 및 3단 변속비를 형성하는 1단피동기어(1P)와 3단피동기어(3P); 및 상기 출력축(OS)에 원웨이클러치(OWC)를 매개로 설치되고, 상기 2단구동기어(2D)에 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어(2P);를 포함할 수 있다.
본 기술에서 엔진(E)과 모터(M)의 동력은 제1,2동기장치(S1,S2)의 제어에 따라 상기 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P), 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P) 또는 3단구동기어(3D)와 3단피동기어(3P) 세트를 통해서 출력축(OS)으로 전달된다.
여기서, 상기 제1동기장치(S1)는 싱크로나이저이고, 상기 제2동기장치(S2)는 도그클러치이다.
도 2 내지 도 4는 엔진주행모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면이다.
예를 들어, 차량이 엔진주행모드로 1단 주행을 하려면, 도 2에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)가 제1입력축(IS1)과 1단구동기어(1D)를 연결시키도록 동작해야 한다. 이에 따라 엔진(E)의 동력이 제1입력축(IS1), 제1동기장치(S1), 1단구동기어(1D), 1단피동기어(1P), 출력축(OS) 순으로 전달되고, 출력축(OS)에 구비된 출력기어를 통해 차동기어까지 엔진 동력이 전달되어 차량을 엔진 1단모드로 주행시킬 수 있다.
만약, 차량이 엔진주행모드로 2단 주행을 하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 제2입력축(IS2)을 연결시키되, 제2동기장치(S2)는 중립상태를 유지시켜야 한다. 이에 따라 엔진(E)의 동력이 제1입력축(IS1), 제1동기장치(S1), 제2입력축(IS2), 2단구동기어(2D), 2단피동기어(2P), 출력축(OS) 순으로 전달되어 엔진 2단모드를 구현할 수 있다.
차량이 엔진주행모드로 3단 주행을 하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 제2입력축(IS2)을 연결시키고, 제2동기장치(S2)로 제2입력축(IS2)과 3단구동기어(3D)를 연결시켜야 한다. 따라서, 엔진(E)의 동력이 제1입력축(IS1), 제1동기장치(S1), 제2입력축(IS2), 제2동기장치(S2), 3단구동기어(3D), 3단피동기어(3P), 출력축(OS) 순으로 전달되어 엔진 3단모드를 구현할 수 있다.
이 경우에 3단구동기어(3D)와 3단피동기어(3P) 세트가 2단구동기어(2D)와 3단피동기어(2P) 세트에 보다 변속비가 더 낮게 형성되는바, 엔진토크가 3단구동기어(3D)와 3단피동기어(3P)를 통해 출력축(OS)으로 전달될 것이다.
아울러, 2단피동기어(2P)는 출력축(OS)에 원웨이클러치(OWC)를 매개로 연결된다. 따라서, 3단피동기어(3P)를 통해 출력축(OS)으로 전달된 엔진동력이 다시 2단피동기어(2P) 측으로 전달되어 인터락 현상이 발생하거나 변속기가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 상기 원웨이클러치(OWC)는 2단피동기어(2P)에서 출력축(OS) 방향으로만 동력을 전달하도록 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 도 5 내지 도 6은 EV모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면이다.
차량이 EV모드로 1단 주행을 하려면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)와 제2동기장치(S2)를 모두 중립상태로 유지하여야 한다. 즉, 모터(M)의 동력이 제2입력축(IS2), 2단구동기어(2D), 2단피동기어(2P), 출력축(OS) 순으로 전달된다. 여기서, EV모드 시 1단 주행은 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P) 세트를 통해 모터동력이 구동륜으로 전달되는 경우라 칭한다.
도 6은 EV모드의 2단 시 동력흐름을 나타낸 것으로, 제2동기장치(S2)로 제2입력축(IS2)와 3단구동기어(3D)를 연결시킨다. 따라서, 모터(M)의 동력이 제2입력축(IS2), 제2동기장치(S2), 3단구동기어(3D), 3단피동기어(3P), 출력축(OS) 순으로 전달되어 모터 2단 주행모드를 실시할 수 있다. 이때, EV모드 시 2단 주행은 3단구동기어(3D)와 3단피동기어(3P) 세트를 통해 모터 동력이 구동륜으로 전달되도록 하는 경우를 칭한다.
도 7 내지 도 10은 HEV모드 중 변속단에 따른 차량용 변속기의 동력흐름을 도시한 도면이다.
만약, 엔진 1단, 모터 1단의 변속단을 구현하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 1단구동기어(1D)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 엔진(E)의 동력은 1단기어세트를 통해 출력축(OS)으로 전달되고, 모터(M)의 동력은 2단기어세트를 통해 출력축(OS)으로 전달되어 엔진 1단, 모터 1단의 변속단 모드를 구현할 수 있다.
다음으로, 엔진 2단, 모터 1단의 변속단을 구현할 수도 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 제2입력축(IS2)를 연결시키면 된다. 이에 따라 엔진(E)과 모터(M)의 동력이 모두 2단기어세트를 통해 출력축(OS)으로 전달되는바, 엔진 2단 및 모터 1단의 변속단 모드를 구현할 수 있다.
도 9는 엔진 1단 및 모터 2단의 변속단 모드를 나타낸다. 이때, 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 1단구동기어(1D)를 연결하고, 제2동기장치(S2)로 제2입력축(IS2)과 3단구동기어(3D)를 연결시킨다. 따라서, 엔진(E)의 동력은 1단기어세트, 모터(M)의 동력은 3단기어세트를 통해 출력축(OS)으로 전달되는바, 엔진 1단 및 모터 2단의 변속단 모드를 구현할 수 있다.
도 10은 엔진 3단 및 모터 2단의 변속단 모드를 나타낸다. 이를 위해, 제1동기장치(S1)로 제1입력축(IS1)과 제2입력축(IS2)를 연결시키고, 제2동기장치(S2)로 제2입력축(IS2)과 3단구동기어(3D)를 연결시킨다. 따라서, 엔진(E)와 모터(M)의 동력은 3단기어세트를 통해 출력축(OS)으로 전달되는바, 엔진 3단 및 모터 2단의 변속단을 구현할 수 있다.
이와 같이 본 기술의 차량용 변속기는 다양한 변속모드를 구현할 수 있는바, 다양한 주행조건에 대응되는 차량 성능을 구현할 수 있어 차량 상품성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 기술은 상기 제2입력축(IS2)에 구비되어, 상기 제3구동기어(3D)와 제2입력축(IS2)을 선택적으로 연결하는 클러치(C);를 더 포함할 수 있다.
이는 차량 EV모드 시에 1단에서 2단 주행모드로 변속할 시 동력이 단절되는 느낌인 토크인터럽션(torque interruption)이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 2단기어세트를 이용한 모터 1단 주행을 실시하다가, 클러치(C)의 마찰력을 점차 증가시켜 2단기어세트를 통해 출력축으로 전달되던 모터 동력이 점차 3단기어세트를 통해 출력축으로 전달되도록 유도한다. 이때, 2단기어세트보다 3단기어세트 측의 변속비가 더 낮기 때문에 모터토크가 3단구동기어(3D)로 점차 전달되는 것이다. 이후, 제2동기장치(S2)로 제2입력축(IS2)과 3단구동기어(3D)를 연결함으로써 모터 동력이 3단기어세트로 전달되도록 한다. 이후, 클러치(C)를 해제함으로써 토크 인터럽션의 발생을 막을 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 변속기 구조를 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 본 기술의 차량변속기는 상기 엔진(E)과 제1입력축(IS1) 사이를 선택적으로 연결하는 엔진클러치(EC);를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 제1동기장치(S1) 동작 시 충격이 발생하는 것을 막을 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 변속기 구조에 따르면 변속기의 부품수를 최소화할 수 있는바, 변속기 경량화를 구현할 수 있고, 이에 따라 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 차량의 EV모드 변속시 토크인터럽션이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 변속충격이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 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.
E: 엔진 M: 모터
IS1: 제1입력축 IS2: 제2입력축
OS: 출력축 1D: 1단구동기어
1P: 1단피동기어 2D: 2단구동기어
2P: 2단피동기어 3D: 3단구동기어
3P: 3단피동기어 S1: 제1동기장치
S2: 제2동기장치 C: 클러치
EC: 엔진클러치 OWC: 원웨이클러치

Claims (5)

  1. 엔진으로부터 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축;
    상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되고, 모터로부터 동력을 전달받도록 설치된 제2입력축;
    상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행하게 배치된 출력축;
    상기 제1입력축에 자유회전하도록 배치된 1단구동기어;
    상기 제2입력축에 구비된 2단구동기어;
    상기 제2입력축에 자유회전하도록 배치된 3단구동기어;
    상기 제1입력축에 구비되어, 상기 제2입력축 또는 1단구동기어 중 하나를 선택적으로 제1입력축에 연결하는 제1동기장치;
    상기 제2입력축에 구비되어, 상기 제2입력축과 3단구동기어를 선택적으로 연결하는 제2동기장치;
    상기 출력축에 배치되고, 각각 1단구동기어와 3단구동기어에 치합되어 1단 및 3단 변속비를 형성하는 1단피동기어와 3단피동기어; 및
    상기 출력축에 원웨이클러치를 매개로 설치되고, 상기 2단구동기어에 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어;를 포함하는 차량용 변속기 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력축에 구비되어, 상기 제3구동기어와 제2입력축을 선택적으로 연결하는 클러치;를 더 포함하는 차량용 변속기 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진과 제1입력축 사이를 선택적으로 연결하는 엔진클러치;를 더 포함하는 차량용 변속기 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원웨이클러치는 2단피동기어에서 출력축 방향으로만 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1동기장치는 싱크로나이저이고,
    상기 제2동기장치는 도그클러치인 것을 특징으로 하는 차량용 변속기 구조.
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