KR20200005338A - 전기차용 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터와 연결된 입력축과; 상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 제1중공축 및 제2중공축과; 상기 입력축과 제1중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제1클러치와; 상기 입력축과 제2중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제2클러치와; 상기 입력축과 제1중공축 또는 제2중공축을 치합하여 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 제3클러치와; 상기 입력축에 평행하게 설치된 출력축과; 상기 제1중공축과 출력축 사이 및 상기 제2중공축과 출력축 사이에 설치된 서로 다른 기어비를 가진 다수의 외접기어쌍과; 상기 외접기어쌍을 형성하면서 상기 출력축에 설치된 기어들을 선택적으로 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 적어도 하나 이상의 제4클러치를 포함하여 구성된다.

Description

전기차용 변속기{TRANSMISSION FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차용 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가급적 적은 용량의 구동모터를 사용하면서도 차량의 주행성능을 충분히 확보할 수 있도록 하는 파워트레인의 구성에 관한 기술이다.

전기차는 구동모터로 엔진을 대신하여 차량의 구동에 필요한 구동력을 제공하며, 상기 구동모터는 대체로 용량이나 크기에 따라 그 가격이 비례하여 증가하며, 구동모터의 크기가 증가하면, 제공할 수 있는 구동력의 범위는 넓어지지만, 차량의 중량 증가에 의해 연비를 저하시키는 요인이 되기도 한다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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 1020170018220 A

본 발명은 가급적 작은 용량의 구동모터를 사용하면서도 차량의 최고속도, 가속성능 및 등판성능 등과 같은 주행성능을 충분히 확보할 수 있도록 하여, 차량 제작에 소요되는 비용을 저감하면서도 필요한 차량의 주행성능을 확보하고, 변속기의 전체 길이를 가급적 짧게 구성하여 차량 탑재성을 향상시킬 수 있도록 한 전기차용 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차용 변속기는,

모터와 연결된 입력축과;

상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 제1중공축 및 제2중공축과;

상기 입력축과 제1중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제1클러치와;

상기 입력축과 제2중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제2클러치와;

상기 입력축과 제1중공축 또는 제2중공축을 치합하여 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 제3클러치와;

상기 입력축에 평행하게 설치된 출력축과;

상기 제1중공축과 출력축 사이 및 상기 제2중공축과 출력축 사이에 설치된 서로 다른 기어비를 가진 다수의 외접기어쌍과;

상기 외접기어쌍을 형성하면서 상기 출력축에 설치된 기어들을 선택적으로 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 적어도 하나 이상의 제4클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 모터는 감속기를 통하여 상기 입력축과 연결될 수 있다.

상기 감속기는

상기 모터의 모터축에 설치된 모터구동기어와;

상기 모터구동기어에 치합되도록 상기 입력축에 설치된 모터피동기어로 구성될 수 있다.

상기 감속기는

상기 모터의 모터축에 설치된 선기어와, 상기 입력축에 설치된 캐리어 및 변속기케이스에 고정된 링기어로 구성된 유성기어장치로 구성될 수 있다.

상기 제1클러치와 제2클러치는 마찰클러치로 구성되고;

상기 제3클러치와 제4클러치는 동기치합장치로 구성될 수 있다.

상기 제1중공축과 출력축 사이의 외접기어쌍은 상기 제1중공축의 1단구동기어와 상기 출력축의 1단피동기어 및 상기 제1중공축의 3단구동기어와 상기 출력축의 3단피동기어로 구성되고;

상기 제2중공축과 출력축 사이의 외접기어쌍은 상기 제2중공축의 2단구동기어와 상기 출력축의 2단피동기어로 구성될 수 있다.

상기 제4클러치는 상기 출력축의 1단피동기어 및 3단피동기어 사이에 설치되어 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치로 구성되고;

상기 2단구동기어는 상기 제2중공축에 회전이 구속된 상태로 설치되며;

상기 2단피동기어는 상기 출력축에 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.

상기 제4클러치는 상기 출력축의 1단피동기어 및 3단피동기어 사이에 설치되어 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 2단동기장치로 구성될 수 있다.

본 발명은 가급적 작은 용량의 구동모터를 사용하면서도 차량의 최고속도, 가속성능 및 등판성능 등과 같은 주행성능을 충분히 확보할 수 있도록 하여, 차량 제작에 소요되는 비용을 저감하면서도 필요한 차량의 주행성능을 확보하고, 변속기의 전체 길이를 가급적 짧게 구성하여 차량 탑재성을 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 높은 동력전달효율을 가지는 싱크로메시 방식의 변속구조를 가지면서도, 변속 시에 구동륜으로 전달되는 토크가 단절되는 토크인터럽션이 발생하지 않고, 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 일단 변속이 완료된 상태에서는 해당 변속단을 유지하기 위한 별도의 동력소모가 없도록 하여, 궁극적으로 차량의 연비 및 주행거리를 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제1실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 변속기가 중립상태인 N단으로부터 1단을 구현하는 과정을 설명한 도면,
도 3은 도 1의 변속기가 1단으로부터 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 4는 도 1의 변속기가 2단으로부터 3단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제2실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제3실시예를 도시한 도면이다.

도 1, 5, 6을 참조하면, 본 발명 전기차용 변속기의 실시예들은 공통적으로, 모터와 연결된 입력축(IN)과; 상기 입력축(IN)에 회전 가능하게 설치된 제1중공축(HS1) 및 제2중공축(HS2)과; 상기 입력축(IN)과 제1중공축(HS1) 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제1클러치(CL1)와; 상기 입력축(IN)과 제2중공축(HS2) 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제2클러치(CL2)와; 상기 입력축(IN)과 제1중공축(HS1) 또는 제2중공축(HS2)을 치합하여 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 제3클러치(CL3)와; 상기 입력축(IN)에 평행하게 설치된 출력축(OUT)과; 상기 제1중공축(HS1)과 출력축(OUT) 사이 및 상기 제2중공축(HS2)과 출력축(OUT) 사이에 설치된 서로 다른 기어비를 가진 다수의 외접기어쌍과; 상기 외접기어쌍을 형성하면서 상기 출력축(OUT)에 설치된 기어들을 선택적으로 상기 출력축(OUT)에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 적어도 하나 이상의 제4클러치(CL4)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 모터로부터 입력되는 동력을 상기 입력축(IN)으로 전달받아서, 상기 제1중공축(HS1)과 제2중공축(HS2)을 통해 상기 출력축(OUT)으로 전달하는 과정에서 변속이 이루어지도록 구성된 것이다.

상기 출력축(OUT)에는 출력기어(OG)가 일체로 구비되어 디퍼렌셜(DF)을 통해 구동륜으로 동력을 인출할 수 있도록 되어 있다.

상기 모터는 감속기를 통하여 상기 입력축(IN)과 연결될 수 있다.

도 1의 제1실시예 및 도 5의 제2실시예에서 상기 감속기는 상기 모터의 모터축에 설치된 모터구동기어(MD)와; 상기 모터구동기어(MD)에 치합되도록 상기 입력축(IN)에 설치된 모터피동기어(MP)로 구성된다.

한편, 도 7의 제3실시예에서 상기 감속기는 상기 모터의 모터축에 설치된 선기어(S)와, 상기 입력축(IN)에 설치된 캐리어(C) 및 변속기케이스(CS)에 고정된 링기어(R)로 구성된 유성기어장치(PG)로 구성된다.

상기와 같이 입력축(IN)으로 전달되는 모터의 동력이 일차적으로 감속기를 통하여 입력되도록 하면, 구동륜에 원하는 동일한 수준의 구동력을 제공하는 것을 기준으로 할 때, 모터의 용량을 상대적으로 더 작게 구성할 수 있고, 또한 변속기의 1단기어비를 상대적으로 작게 함으로써, 1단구동기어와 1단피동기어 사이의 축간거리를 단축시켜서 궁극적으로 변속기의 부피 및 중량을 저감시키는 데에 도움이 될 수 있다.

상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)는 마찰클러치로 구성되고, 상기 제3클러치(CL3)와 제4클러치(CL4)는 동기치합장치로 구성된다.

즉, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)는 액츄에이터에 의한 가압력의 증감에 따라 클러치에서 발생하는 마찰력이 연속적으로 변화하는 형식의 마찰클러치로 구성되어, 후술하는 바와 같이 변속 시, CLUTCH TO CLUTCH 변속의 구현이 가능하게 하여 토크인터럽션(TORQUE INTERUPPTION)을 방지하고 부드러운 변속감을 형성할 수 있게 하는 역할을 한다.

한편, 상기 제3클러치(CL3)와 제4클러치(CL4)는 싱크로나이저링과 슬리브 및 클러치기어 등을 구비한 동기치합장치로 구성됨으로써, 일단 슬리브가 클러치기어에 치합된 상태에서는 별도의 액츄에이터 동력을 인가하지 않아도 치합된 상태를 지속적으로 유지할 수 있어서, 후술하는 바와 같이 변속이 완료된 후에 해당 변속단을 지속적으로 유지하기 위한 액츄에이터 구동력을 필요로 하지 않게 함에 의해, 궁극적으로 차량의 연비와 주행거리를 증대시킬 수 있도록 한다.

상기 제1중공축(HS1)과 출력축(OUT) 사이의 외접기어쌍은 상기 제1중공축(HS1)의 1단구동기어(D1)와 상기 출력축(OUT)의 1단피동기어(P1) 및 상기 제1중공축(HS1)의 3단구동기어(D3)와 상기 출력축(OUT)의 3단피동기어(P3)로 구성되고;

상기 제2중공축(HS2)과 출력축(OUT) 사이의 외접기어쌍은 상기 제2중공축(HS2)의 2단구동기어(D2)와 상기 출력축(OUT)의 2단피동기어(P2)로 구성된다.

물론, 이와는 반대로, 상기 2단구동기어(D2)와 2단피동기어(P2)를 각각 상기 제1중공축(HS1)과 출력축(OUT)에 설치하고, 상기 1단구동기어(D1)와 3단구동기어(D3)는 상기 제2중공축(HS2)에 설치하고, 1단피동기어(P1)와 3단피동기어(P3)는 상기 출력축(OUT)에 설치할 수도 있을 것이다.

도 1의 제1실시예에서, 상기 제4클러치(CL4)는 상기 출력축(OUT)의 1단피동기어(P1) 및 3단피동기어(P3) 사이에 설치되어 상기 1단피동기어(P1) 또는 3단피동기어(P3)를 상기 출력축(OUT)에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치(1&3S)로 구성되고; 상기 2단구동기어(D2)는 상기 제2중공축(HS2)에 회전이 구속된 상태로 설치되며; 상기 2단피동기어(P2)는 상기 출력축(OUT)에 회전이 구속된 상태로 설치된다.

한편, 도 5의 제2실시예에서 상기 제4클러치(CL4)는 상기 출력축(OUT)의 1단피동기어(P1) 및 3단피동기어(P3) 사이에 설치되어 상기 1단피동기어(P1) 또는 3단피동기어(P3)를 상기 출력축(OUT)에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치(1&3S)와, 상기 2단피동기어(P2)를 상기 출력축(OUT)에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 2단동기장치(2S)로 구성된다.

이하에서는, 도 1의 제1실시예의 변속과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 살펴본다.

도 2는 중립상태인 N단으로부터 1단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, 2-1의 중립상태로부터 2-2와 같이 1&3단동기장치(1&3S)로 1단피동기어(P1)를 출력축(OUT)에 연결한 후, 2-3과 같이 제1클러치(CL1)를 체결하고, 2-4와 같이 모터를 구동하면, 동력은 상기 입력축(IN)과 제1클러치(CL1), 제1중공축(HS1), 1단구동기어(D1), 1단피동기어(P1)를 통해 출력축(OUT)으로 전달되면서 1단 변속단을 형성하여 출력기어(OG)를 통해 디퍼렌셜(DF)로 인출된다.

2-4와 같은 상태를 지속적으로 유지하면 1단 변속단을 지속적으로 유지할 수 있지만, 본 발명에서는 2-5와 같이 동기치합장치인 제3클러치(CL3)로 제1중공축(HS1)을 입력축(IN)에 연결한 후, 2-6과 같이 제1클러치(CL1)를 해제함으로써, 상기 제1클러치(CL1)를 체결 상태로 유지하기 위해 소모되던 액츄에이터 작동력을 해제하면서도 지속적으로 1단 변속단을 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 3은 1단 상태로부터 2단으로의 변속과정을 도시한 것으로서, 3-1과 같은 2단 주행상태로부터, 3-2와 같이 제1클러치(CL1)를 체결한 후 상기 제3클러치(CL3)를 중립으로 해제한다.

이어 상기 제1클러치(CL1)는 해제하면서 상기 제2클러치(CL2)를 체결하는 CLUTCH TO CLUTCH 변속을 통해 토크인터럽션 없이 2단으로의 변속을 완료하여 3-3과 같은 상태가 된다.

이후, 3-4와 같이 상기 제3클러치(CL3)로 상기 입력축(IN)에 상기 제2중공축(HS2)을 연결시키고 상기 제2클러치(CL2)를 해제하면, 2단 상태를 유지하기 위해 제2클러치(CL2)를 구동하는 액츄에이터의 작동력 소모 없이 2단 상태가 안정적으로 유지되게 된다.

도 4는 2단 상태로부터 3단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, 4-1과 같은 2단상태로부터 4-2와 같이 상기 제2클러치(CL2)를 체결함과 아울러 1&3단동기장치(1&3S)로 상기 제3피동기어를 출력축(OUT)에 연결시킨다.

이어, 도 4-3과 같이 상기 제3클러치(CL3)를 중립으로 해제시킨 후, 상기 제2클러치(CL2)는 해제하면서 제1클러치(CL1)는 체결하는 CLUTCH TO CLUTCH 변속을 통해 토크인터럽션 없이 3단으로 변속하여 4-4와 같은 상태가 된다.

이후, 상기 제3클러치(CL3)로 상기 제1중공축(HS1)을 입력축(IN)과 연결시켜서 4-5와 같은 상태로 하면 상기 제1클러치(CL1)를 해제하여도 지속적으로 3단 변속단 상태가 유지되어, 제1클러치(CL1)를 작동시키는 액츄에이터의 동력 소모 없이, 3단 주행이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 싱크로메시 방식의 변속메커니즘을 사용하여 동력전달효율이 매우 높게 확보되면서도, 변속 시 토크인터럽션이 방지되어 부드러운 변속감의 확보가 가능하고, 변속이 완료된 후에는 별도의 액츄에이터 구동 동력의 소모가 없어도 해당 변속단이 지속적으로 유지되므로 차량의 주행거리 및 연비가 향상될 수 있는 것이다.

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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

IN; 입력축
HS1; 제1중공축
HS2; 제2중공축
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
CL4; 제4클러치
OUT; 출력축
MD; 모터구동기어
MP; 모터피동기어
CS; 변속기케이스
PG; 유성기어장치
D1; 1단구동기어
P1; 1단피동기어
D2; 2단구동기어
P2; 2단피동기어
D3; 3단구동기어
P3; 3단피동기어
1&3S; 1&3단동기장치
2S; 2단동기장치

Claims (8)

1. 모터와 연결된 입력축과;
   상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 제1중공축 및 제2중공축과;
   상기 입력축과 제1중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제1클러치와;
   상기 입력축과 제2중공축 사이의 마찰력을 연속적으로 조절할 수 있도록 설치된 제2클러치와;
   상기 입력축과 제1중공축 또는 제2중공축을 치합하여 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 제3클러치와;
   상기 입력축에 평행하게 설치된 출력축과;
   상기 제1중공축과 출력축 사이 및 상기 제2중공축과 출력축 사이에 설치된 서로 다른 기어비를 가진 다수의 외접기어쌍과;
   상기 외접기어쌍을 형성하면서 상기 출력축에 설치된 기어들을 선택적으로 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 적어도 하나 이상의 제4클러치;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터는 감속기를 통하여 상기 입력축과 연결된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 감속기는
   상기 모터의 모터축에 설치된 모터구동기어와;
   상기 모터구동기어에 치합되도록 상기 입력축에 설치된 모터피동기어;
   로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 감속기는
   상기 모터의 모터축에 설치된 선기어와, 상기 입력축에 설치된 캐리어 및 변속기케이스에 고정된 링기어로 구성된 유성기어장치;
   로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1클러치와 제2클러치는 마찰클러치로 구성되고;
   상기 제3클러치와 제4클러치는 동기치합장치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1중공축과 출력축 사이의 외접기어쌍은 상기 제1중공축의 1단구동기어와 상기 출력축의 1단피동기어 및 상기 제1중공축의 3단구동기어와 상기 출력축의 3단피동기어로 구성되고;
   상기 제2중공축과 출력축 사이의 외접기어쌍은 상기 제2중공축의 2단구동기어와 상기 출력축의 2단피동기어로 구성된 것
   을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제4클러치는 상기 출력축의 1단피동기어 및 3단피동기어 사이에 설치되어 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치로 구성되고;
   상기 2단구동기어는 상기 제2중공축에 회전이 구속된 상태로 설치되며;
   상기 2단피동기어는 상기 출력축에 회전이 구속된 상태로 설치된 것
   을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 제4클러치는 상기 출력축의 1단피동기어 및 3단피동기어 사이에 설치되어 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 1&3단동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 출력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 설치된 동기치합장치인 2단동기장치로 구성된 것
   을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
   
   

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