KR20200037194A - 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템 - Google Patents

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Abstract

후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템이 개시된다. 상기 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원; 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축; 상기 입력축에 축 연결되어 회전되는 선기어; 상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어; 상기 유성기어가 입력축에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어; 상기 유성기어 캐리어에 연결되는 출력축; 상기 유성기어 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어; 상기 링기어가 출력축에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어; 상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치; 상기 입력축에 고정 결합되어 선기어와 함께 회전하며, 유성기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부; 상기 출력축에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부; 및 1단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 2단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 후진 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하는 변속 제어부를 포함한다.

Description

후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템{SHIFT SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES CAPABLE OF BACKWARD CONTROL}
본 발명은 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템(Shift system for electric vehicles capable of backward control)에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유성기어 방식으로 전진 및 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템에 관한 것이다.
세계적인 고유가 및 규제로 연비향상 및 친환경은 차량개발의 핵심항목이 되었다. 이에 선진 자동차 메이커들은 연비향상 및 친환경 위한 기술개발에 총력을 기울이고 있다.
이 중 대표적인 예로 전기자동차를 들 수 있다. 이하에서 전기자동차란, 전기모터를 이용하여 구동되는 자동차를 나타내는 것으로서, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기배터리 자동차 등 전기를 축적하고 이를 통해 모터를 구동하여 차량에 구동력을 전달하는 개념의 차량으로 이해될 수 있다.
일반적으로 이러한 모터를 이용한 구동방식은 모터의 회전속도를 차량의 주행속도에 맞도록 감속시켜주는 감속기를 구비한다. 감속기는 모터의 입력축에 연결된 입력축 측 기어와 차륜과 연결되는 출력축 사이에 별도의 감속비가 형성되는 기어를 더 둠으로써 모터의 입력축의 회전속도가 출력축으로 감속된 상태로 출력되도록 한다.
이러한 감속기는 대한민국 등록특허 제10-1282691호(등록일 : 2013년 07월 01일, 발명의 명칭 : 전기자동차용 2단 변속기)에 개시되어 있는데, 기어열 방식의 감속 구조를 가진다.
즉 종래 전기자동차용 2단 변속기는 기어열 방식의 감속기를 채택하고 있으며, 모터의 구동력을 이러한 감속기를 통해서 1단 변속 구동력 및 2단 변속 구동력으로 발생한다.
한편, 종래 전기자동차용 2단 변속기는 모터를 역구동함으로써 전기자동차의 후진을 구현하고 있다.
하지만, 종래 전기자동차용 2단 변속기는 기어열 방식의 감속기 구조를 채택하고 있다.
즉 기어열 방식의 감속기 구조를 채택하고 있으므로, 종래 전기자동차용 2단 변속기의 크기가 커지게 되고 무게가 증가하게 된다.
이로 인하여 기어열 방식의 감속기 구조를 채택한 전기자동차의 연비효율이 저하된다는 문제가 발생한다.
이러한 연비효율 저하에 더하여, 단순히 기어열을 하나 더 추가하는 기어열 방식을 채택하고 있어서 종래 전기자동차용 2단 변속기의 생산비용측면이나 최적화 성능설계 등에 장애요인으로 작용한다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 제10-1282691호(등록일 : 2013년 07월 01일, 발명의 명칭 : 전기자동차용 2단 변속기)가 있다.
유성기어 방식의 감속기를 채택하여서 전진 및 후진 변속을 구현함으로써, 전기자동차의 연비효율을 증가하면서도 전기자동차의 생산비용을 절감할 수 있도록 한, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템이 제안된다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급한 해결 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원; 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축; 상기 입력축에 축 연결되어 회전되는 선기어; 상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어; 상기 유성기어가 입력축에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어; 상기 유성기어 캐리어에 연결되는 출력축; 상기 유성기어 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어; 상기 링기어가 출력축에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어; 상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치; 상기 입력축에 고정 결합되어 선기어와 함께 회전하며, 유성기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부; 상기 출력축에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부; 및 1단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 2단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 후진 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하는 변속 제어부를 포함한다.
상기 1단 변속시, 상기 원웨이 클러치는 상기 링기어의 일 방향과 다른 방향으로 회전하려는 링기어 대해서 상기 원웨이 클러치가 작동상태로 작용하여 상기 링기어의 다른 방향으로의 회전을 방해하여 상기 링기어의 회전을 고정할 수 있다.
상기 2단 변속시, 상기 원웨이 클러치는 상기 링 기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어에 대해서 비작동상태로 작용하여 상기 링기어의 일 방향으로의 회전을 허용할 수 있다.
상기 후진 변속시, 상기 전진 변속부와 유성기어 캐리어가 비결합상태이고 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어가 결합상태에서, 상기 일 방향으로 회전하려는 링기어에 대해서 원웨이 클러치가 비작동상태로 작용하여 링기어의 일 방향 회전이 허용되지만, 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어의 결합으로 링기어의 회전이 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원; 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축; 상기 입력축에 축 연결되어 회전되는 선기어; 상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어; 상기 유성기어가 입력축에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어; 상기 유성기어 캐리어에 연결되는 출력축; 상기 유성기어 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어; 상기 링기어가 출력축에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어; 상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 회전 제어부; 상기 입력축에 고정 결합되어 선기어와 함께 회전하며, 유성기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부; 상기 출력축에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부; 및 1단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향과 다른 방향으로 회전하려는 링기어 대해서 상기 링기어의 다른 방향으로의 회전을 방해하여 상기 링기어의 회전을 고정하도록 하며, 2단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용하며, 후진 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용하는 변속 제어부를 포함한다.
상기 후진 변속시 상기 링기어의 일 방향 회전이 허용되지만 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어의 결합으로 링기어의 회전이 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템에 따르면, 유성기어 방식의 감속기를 채택하여서 전진 및 후진 변속을 구현함으로써, 전기자동차의 연비효율을 증가하면서도 전기자동차의 생산비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템의 구성으로, 1단 변속 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 2단 변속 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 후진 변속 동작 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원(100), 동력원(100)으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축(112), 입력축(112)에 축 연결되어 회전되는 선기어(102), 선기어(102)의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어(104), 유성기어(104)가 입력축(112)에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어(106), 유성기어 캐리어(106)에 연결되는 출력축(114), 유성기어 캐리어(106)의 외측에 설치되며 유성기어(104)에 치합되는 링기어(108), 링기어(108)가 출력축(114)에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어(110), 링기어(108)의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치(One Way clutch)(140), 입력축(112)에 고정 결합되어 선기어(102)와 함께 회전하며 유성기어 캐리어(106)에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부(122), 출력축(114)에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어(110)에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부(130)를 포함한다.
이때, 전진 변속부(122)와 유성기어 캐리어(106)가 비결합상태이고 후진 변속부(130)와 링기어 캐리어(110)가 비결합상태에서, 원웨이 클러치(140)는 작동상태로 작용하여 링기어(108)의 일 방향과 다른 방향으로의 회전을 방해하여 링기어(108)의 회전을 고정한다.
그리고 전진 변속부(122)와 유성기어 캐리어(106)가 결합상태이고 후진 변속부(130)와 링기어 캐리어(110)가 비결합상태에서, 원웨이 클러치(140)는 비작동상태로 작용하여 링기어(108)의 일 방향 회전을 허용한다.
전진 변속부(122)와 유성기어 캐리어(106)가 비결합상태이고 후진 변속부(130)와 링기어 캐리어(110)가 결합상태에서, 원웨이 클러치(140)는 비작동상태로 작용하여 링기어(108)의 일 방향 회전을 허용한다. 하지만, 후진 변속부(130)와 링기어 캐리어(110)의 결합으로 링기어(108)의 회전이 고정된다.
전기자동차에 동력을 제공하는 동력원(100)은 전기의 공급으로 동작되는 전기모터일 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 동력원(100)은 전기모터와 다른 동력장치를 동시에 사용할 수도 있다. 전기모터의 동작으로 입력축(112)이 회전되어 선기어(102)를 회전시킨다.
선기어(102)는 동력원(100)의 회전력을 전달받는 입력축(112)에 직접 연결될 수도 있고, 다른 링크부재를 통해 연결될 수도 있다.
선기어(102)의 외측과 치합되는 유성기어(104)는 설정된 간격으로 이격되어 선기어(102)의 외측에 복수로 설치될 수 있다. 유성기어(104)는 선기어(102)의 외측에 맞물려서 회전하는 자전을 하는 동시에 선기어(102)의 외측을 따라 이동하는 공전을 한다.
이러한 유성기어(104)에 고정되고 입력축(112)에 회전 가능하게 연결된 유성기어 캐리어(106)는 유성기어(104)의 회전으로 회전하게 된다.
유성기어 캐리어(106)는 입력축(112)에 회전 가능하게 연결되고, 회전 중심에 출력축(114)이 고정 연결된다. 이에 따라 유성기어 캐리어(106)에 고정 연결된 출력축(114)은 유성기어 캐리어(106)의 회전에 따라 동시에 회전한다. 이때, 유성기어 캐리어(106)는 베어링 등과 같은 회전수단으로 입력축(112)에 연결될 수 있다.
유성기어 캐리어(106)의 외측에 링기어(108)가 설치되며, 링기어(108)의 내측을 따라 치형이 형성된다. 링기어(108)의 내측에 유성기어(104)가 치합된다. 선기어(102)의 회전으로 유성기어(104)가 회전하면서 링기어(108)를 따라 이동된다.
링기어(108)는 링기어(108)의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치(140)와 연결된다.
원웨이 클러치(140)는 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되어 1단 변속이 이루어지는 경우에, 작동상태로 작용하여 링기어(108)의 일 방향 회전만을 허용하므로 링기어(108)의 다른 방향 회전을 방해하여 링기어(108)를 고정한다.
예를 들어, 1단 변속이 이루어지고 동력원(100)의 회전력을 전달받은 회전축(112)이 시계방향으로 회전하는 경우, 원웨이 클러치(140)는 작동상태로 작용하여 반시계방향으로 링기어(108)의 회전을 허용하지만, 링기어(108)의 시계방향 회전을 방해하여 링기어(108)를 고정한다.
이와 같이 원웨이 클러치(140)가 작동 상태인 경우, 도 1에 도시된 원웨이 클러치(140)는 검정색 삼각형으로 표시된다.
한편, 원웨이 클러치(140)는 전진 변속부(122)와 유성기어 캐리어(106)에 결합되며 동시에 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되어 2단 변속이 이루어지는 경우와, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 결합되어 후진 변속이 이루어지는 경우에, 비작동 상태로 작용하여 링기어(108)의 일 방향 회전을 허용한다.
이때, 원웨이 클러치(140)가 비작동 상태인 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 원웨이 클러치(140)는 흰색 삼각형으로 표시된다.
이러한 원웨이 클러치(140)는 내륜과 외륜 사이에 링기어(108)의 일방향 회전을 허용하는 다수의 캠이 구비된 스프래그 클래치(sprag clutch)일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 원웨이 클러치(140)는 내륜과 외륜 사이에 링기어(108)의 시계방향 회전을 방해하는 구조, 즉 링기어(108)의 반시계방향 회전을 허용하는 구조의 다수의 캠이 구비된 스프래그 클래치일 수 있다.
전진 변속부(122)는 동력원(100)의 회전력을 전달받는 입력축(112)에 고정 연결되는 전진변속 허브(116), 전진변속 허브(116)에서 슬라이딩 이동되어 유성기어 캐리어(106)에 결합 또는 해제되는 전진변속 슬리브(118), 전진변속 슬리브(118)와 회전가능하게 연결되어 있는 전진변속 포크(120), 전진변속 포크(120)가 직선 이동 가능하게 전진변속 포크(120)와 연결된 전진변속 포크 구동축(134), 전진변속 포크 구동축(134)을 회전시키는 전진변속 액추에이터 모터(132)를 포함한다.
이때, 전진변속 액추에이터 모터(132)의 회전력을 전달받아 회전하는 전진변속 포크 구동축(134)과 전진변속 포크(120)는 볼스크류 방식 또는 사다리꼴 나사 결합방식으로 체결될 수 있다. 이에 따라 전진변속 포크(120)는 회전하는 전진변속 포크 구동축(134)을 따라 직선 이동할 수 있게 된다. 볼스크류 방식은 정밀 변속을 필요로 하는 전기자동차의 변속 시스템에 사용될 수 있으며, 사다리꼴 나사 결합방식은 고출력 변속을 필요로 하는 전기자동차의 변속 시스템에 사용될 수 있다.
전진변속 허브(116)는 유성기어 캐리어(106)와 이격된 전방에 설치되어 입력축(112)에 고정 연결되며, 입력축(112)의 회전으로 선기어(102)와 같이 회전한다.
전진변속 슬리브(118)는 전진변속 허브(116)의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.
전진변속 슬리브(118)는 내측에 치형이 형성되고, 전진변속 허브(116) 및 유성기어 캐리어(106)는 외측에 치형이 형성된다. 이에 따라 전진변속 슬리브(118)는 전진변속 포크(120)가 전진변속 포크 구동축(134)에 직선 이동함으로써, 전진변속 허브(116)와 유성기어 캐리어(106)가 결합 또는 결합 해제되도록 한다.
이때, 전진변속 허브(116) 및 유성기어 캐리어(106)는 전진변속 슬리브(118)에 의해서 결합되는데, 그 결합방식으로 도그 타입 또는 싱크로 타입 방식이 이용될 수 있다.
후진 변속부(130)는 유성기어 캐리어(106)에 고정 연결되어 회전하는 출력축(114)에 회전 가능하게 연결되는 후진변속 허브(124), 후진변속 허브(124)에서 슬라이딩 이동되어 링기어 캐리어(110)에 결합 또는 결합 해제되는 후진변속 슬리브(126), 후진변속 슬리브(126)와 회전가능하게 연결되어 있는 후진변속 포크(128), 후진변속 포크(128)가 직선 이동 가능하게 후진변속 포크(128)와 연결된 후진변속 포크 구동축(136), 후진변속 포크 구동축(136)을 회전시키는 후진변속 액추에이터 모터(138)를 포함한다.
이때, 후진변속 액추에이터 모터(138)의 회전력을 전달받아 회전하는 후진변속 포크 구동축(136)과 후진변속 포크(128)는 볼스크류 방식 또는 사다리꼴 나사 결합방식으로 체결될 수 있다. 이에 따라 후진변속 포크(128)는 회전하는 후진변속 포크 구동축(136)을 따라 직선 이동할 수 있게 된다. 볼스크류 방식은 정밀 변속을 필요한 전기자동차의 변속시스템에 사용될 수 있으며, 사다리꼴 나사 결합방식은 고출력 변속을 필요로 하는 전기자동차의 변속시스템에 사용될 수 있다.
후진변속 허브(124)는 링기어 캐리어(110)와 이격된 후방에 설치되어 출력축(114)에 회전가능하게 연결된다. 이때, 후진변속 허브(124)는 베어링 등과 같은 회전수단으로 출력축(114)에 연결될 수 있다.
후진변속 슬리브(126)는 후진변속 허브(124)의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.
후진변속 슬리브(126)는 내측에 치형이 형성되고, 후진변속 허브(124) 및 링기어 캐리어(110)는 외측에 치형이 형성된다. 이에 따라 후진변속 슬리브(126)는 후진변속 포크(128)가 후진변속 포크 구동축(136)에 직선 이동함으로써, 후진변속 허브(124)와 링기어 캐리어(110)가 결합 또는 결합 해제되도록 한다.
이때, 후진변속 허브(124) 및 링기어 캐리어(110)는 후진변속 슬리브(128)에 의해서 결합되는데, 그 결합방식으로 도그 타입 또는 싱크로 타입 방식이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 전진변속 액추에이터 모터(132)와 후진변속 액추에이터 모터(138)의 2개의 액추에이터 모터를 이용하여 전진 또는 후진 변속을 위해 전진변속 슬리브(118)와 후진변속 슬리브(126)의 직선 이동을 구현하였다.
이에 국한되지 않고서, 전진변속 액추에이터 모터(132)와 후진변속 액추에이터 모터(138)의 2개의 액추에이터 모터 대신에, 하나의 액추에이터 모터를 이용하여 전진변속 슬리브(118)와 후진변속 슬리브(126)의 직선 이동을 구현할 수 있다.
즉 하나의 액추에이터 모터에 2개의 구동축 즉 전진변속 포크 구동축(134)과 후진변속 포크 구동축(136)을 구비하고, 상기 하나의 액추에이터 모터는 변속 제어부(150)의 제어에 따라 전진 변속 즉 1단 변속 또는 2단 변속시와 후진 변속시에 전진변속 포크 구동축(134) 상에서의 전진변속 포크(120)와 후진변속 포크 구동축(136) 상에서의 후진변속 포크(128)를 직선 이동 시킨다.
이에 따라 전진변속 포크(120)에 연결된 전진변속 슬리브(118)의 직선 이동이 이루어지고 후진변속 포크(128)에 연결된 후진변속 슬리브(126)의 직선 이동이 이루어져서 전진변속(1단 변속 또는 2단 변속) 또는 후진변속이 이루어지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 변속 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
변속 제어부(150)는 1단 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합 되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합 되도록 제어한다.
구체적으로 변속 제어부(150)는 1단 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 하며, 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 제어를 한다.
이때, 1단 변속시, 원웨이 클러치(140)는 도 1에 도시된 바와 같이 작동 상태(원웨이 클러치(140)가 검정색 삼각형으로 표시됨)일 수 있다.
그리고 변속 제어부(150)는, 2단 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 결합되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합 되도록 제어한다.
구체적으로 변속 제어부(150)는 2단 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 결합되게 하며 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 제어를 한다.
이때, 2단 변속시, 원웨이 클러치(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 비작동상태(원웨이 클러치(140)가 흰색 삼각형으로 표시됨)일 수 있다.
마지막으로 변속 제어부(150)는, 후진 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 결합되도록 제어한다.
구체적으로 변속 제어부(150)는, 후진 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 하며, 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 결합되게 제어한다.
이때, 후진 변속시, 원웨이 클러치(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 비작동태(원웨이 클러치(140)가 흰색 삼각형으로 표시됨)일 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템의 동작 즉 1단 변속, 2단 변속 및 후진 변속 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
먼저 1단 변속 동작에 대해서 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 변속 제어부(150)는 1단 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합 되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합 되도록 제어한다.
구체적으로 변속 제어부(150)는 1단 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 하며, 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 제어를 한다.
이 상태에서, 동력원(100)의 동작으로 입력축(112)이 시계방향으로 회전하면, 입력축(112)과 함께 선기어(102)는 시계방향으로 회전한다. 선기어(102)에 맞물려 있는 유성기어(104)는 반시계 방향으로 자전한다. 유성기어(104)에 맞물려 있는 링기어(108)는 유성기어(104)의 반시계 방향의 자전운동에 대해서 시계방향으로 회전하려고 한다. 하지만, 링기어(108)의 시계방향으로의 회전을 방해하는 구조, 즉 링기어(108)의 반시계방향의 회전을 허용하는 구조를 가진 원웨이 클러치(140)가, 작동상태로 작용하여 링기어(108)의 시계방향 회전을 방해하여 링기어(108)의 회전이 이루어지지 않게 한다.
이와 같이 작동상태에서 원웨이 클러치(140)에 의해서 시계방향으로 링기어(108)의 회전이 고정되므로, 링기어(108)와 치합된 유성기어(104)는 반시계방향으로 자전하면서 링기어(108)를 따라 시계방향으로 공전운동을 한다. 유성기어(104)에 고정된 유성기어 캐리어(106)도 유성기어(104)의 공전 방향과 같은 방향(시계 방향)으로 회전한다.
유성기어(104)가 반시계방향으로 자전하면서 링기어(108)를 따라 시계방향으로 공전하므로, 유성기어(104)의 공전속도는 유성기어(104)의 반시계방향으로의 자전으로 인해서 감속되어 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 된다. 유성기어(104)에 고정된 유성기어 캐리어(106)는 감속된 유성기어(104)의 공전방향 회전속도와 같은 속도로 시계방향으로 회전하며, 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 된다.
즉 링기어(108)의 회전이 구속된 상태에서 선기어(102)를 구동하면, 유성기어 캐리어(102)의 회전 중심에 고정 연결된 출력축(114)의 회전속도는 유성기어(104)의 반시계방향의 자전으로 인하여 감속된 유성기어(104)의 공전속도와 같게 되며, 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 되어, 전기자동차의 1단 변속이 이루어지게 되는 것이다.
이제 2단 변속 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 변속 제어부(150)는, 2단 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 결합되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 비결합 되도록 제어한다. 구체적으로 변속 제어부(150)는 2단 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 결합되게 하며 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 제어를 한다.
변속 제어부(150)의 제어에 따라, 전진변속 슬리브(118)가 이동되어 전진변속 허브(116)와 유성기어 캐리어(106)가 결합됨으로써, 입력축(112), 선기어(102), 전진변속 허브(116), 전진변속 슬리브(118), 유성기어 캐리어(106) 및 유성기어(104)는 한 몸체가 된다.
이러한 상태에서, 동력원(100)이 동작되어 입력축(112)이 시계방향으로 회전하면, 입력축(112), 선기어(102), 전진변속 허브(116), 전진변속 슬리브(118), 유성기어 캐리어(106) 및 유성기어(104)는 모두 시계방향으로 회전한다.
즉 시계방향으로 회전하는 선기어(102)에 맞물려 있는 유성기어(104) 및 유성기어 캐리어(106)는 선기어(102)의 회전속도와 같은 속도로 시계방향으로 회전한다. 이러한 상태에서 시계방향으로 회전하는 유성기어(104)에 맞물려 있고 반시계방향의 회전을 허용하는 원웨이 클러치(140)에 결합된 링기어(108)는 반시계방향으로 회전한다. 이에 따라 유성기어(104)와 함께 시계방향으로 회전하는 유성기어 캐리어(106)에 고정 연결된 출력축(114)의 회전속도는 감속되지 않고, 전기자동차의 2단 변속이 이루어지게 되는 것이다.
마지막으로, 후진 변속 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 변속 제어부(150)는, 후진 변속시, 전진 변속부(122)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되도록 제어하고 후진 변속부(130)가 링기어 캐리어(110)에 결합되도록 제어한다.
구체적으로 변속 제어부(150)는, 후진 변속시, 전진 변속부(122)의 전진 변속 슬리브(118)가 유성기어 캐리어(106)에 비결합되는 중립상태를 유지하도록 하며, 후진 변속부(130)의 후진 변속 슬리브(126)가 링기어 캐리어(110)에 결합되게 제어한다.
동력원(100)의 동작으로 입력축(112)이 반시계 방향으로 회전하면, 입력축(112)과 함께 선기어(102)는 반시계 방향으로 회전한다. 선기어(102)에 치합되어 있는 유성기어(104)는 시계 방향으로 자전한다.
유성기어(104)에 맞물려 있는 링기어(108)는 유성기어(104)의 시계 방향의 자전에 대해서 반시계방향으로 회전하려고 한다. 이에 대해서 원웨이 클러치(140)는 링기어(104)의 반시계 방향을 허용하는 비작동상태로 동작하지만, 링기어(108)는 후진 변속 슬리브(126)와 링기어 캐리어(110)의 결합에 의해서 고정된다. 이로 인하여 링기어(108)의 반시계방향 회전이 이루어지지 않게 된다.
이렇게 링기어(108)가 고정된 상태에서, 링기어(108)와 맞물려 있는 유성기어(104)는 시계방향으로 자전하면서 링기어(108)를 따라 반시계방향으로 공전한다. 유성기어(104)에 고정된 유성기어 캐리어(106)도 유성기어(104)의 공전 방향과 같은 방향(반시계 방향)으로 회전한다.
유성기어(104)가 시계방향으로 자전하면서 링기어(108)를 따라 반시계방향으로 공전하므로, 유성기어(104)의 공전속도는 유성기어(104)의 시계방향으로의 자전으로 인해서 감속되어 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 된다. 유성기어(104)에 고정된 유성기어 캐리어(106)는 감속된 유성기어(104)의 공전방향 회전속도와 같은 속도로 반시계방향으로 회전하며, 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 된다.
즉 링기어(108)의 회전이 구속된 상태에서 선기어(102)를 구동하면, 유성기어 캐리어(102)의 회전 중심에 고정 연결된 출력축(114)의 회전속도는 유성기어(104)의 시계방향의 자전으로 인하여 감속된 유성기어(104)의 공전속도와 같게 되며, 선기어(102)의 회전속도보다 느리게 되어, 전기자동차의 후단 변속이 이루어지게 되는 것이다.
도 1 내지 도 3에서 링기어(108)의 회전 구속이 원웨이 클러치(140)에 의해서 구속되는 것을 예시로 들어서 설명이 되었다. 링기어(108)의 회전 구속은 원웨이 클러치(140) 이외에도 브레이크 시스템(미도시) 또는 액추에이터 등을 포함하는 회전 제어부에 의해서도 이루어질 수 있다. 즉 브레이크 시스템 또는 액추에이터는 원웨이 클러치(140)와 같이 링기어(108)의 일 방향 회전만을 허용할 수 있는데, 도 1 내지 도 3에 개시된 변속 제어부(150)의 제어하에 링기어(108)의 일 방향 회전만을 허용할 수 있다.
다시 말해서, 도 1 내지 도 3의 구성에서 원웨이 클러치(140)를 브레이크 시스템 또는 액추에이터로 대체하여 1단 변속시, 2단 변속시 및 후진 변속시 링기어(108)의 회전을 제어할 수 있다.
1단 변속시, 변속 제어부(150)는 전진 변속부가 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 후진 변속부가 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 회전 제어부를 제어하여 링기어의 일 방향과 다른 방향으로 회전하려는 링기어에 회전 제어부가 접촉하여 링기어의 다른 방향으로의 회전을 방해함으로써 상기 링기어의 회전을 고정할 수 있다.
2단 변속시, 변속 제어부(150)는 전진 변속부가 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 후진 변속부가 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 회전 제어부가 링기어에 접촉하지 않도록 함으로써 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용할 수 있다.
후진 변속시, 변속 제어부(150)는 전진 변속부가 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 후진 변속부가 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 회전 제어부가 링기어에 접촉하지 않도록 함으로써 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용할 수 있다. 하지만 후진 변속시 링기어의 일 방향 회전이 허용되지만 후진 변속부와 링기어 캐리어의 결합으로 링기어의 회전이 고정될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 원웨이 클러치(140)가 회전 제어부로 대체되고 나머지 구성은 동일하므로 이에 대한 동작설명은 생략하기로 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100 : 동력원
102 : 선기어
104 : 유성기어
106 : 유성기어 캐리어
108 : 링기어
110 : 링기어 캐리어
112 : 입력축
114 : 출력축
116 : 전진변속 허브
118 : 전진변속 슬리브
120 : 전진변속 포크
122 : 전진 변속부
124 : 후진변속 허브
126 : 후진변속 슬리브
128 : 후진변속 포크
130 : 후진 변속부
132 : 전진 변속 액추에이터 모터
134 : 전진 변속 포크 구동축
136 : 후진 변속 포크 구동축
138 : 후진 변속 액추에이터 모터
140 : 원웨이 클러치
150 : 변속 제어부

Claims (5)

  1. 동력을 제공하는 동력원;
    상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축;
    상기 입력축에 축 연결되어 회전되는 선기어;
    상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어;
    상기 유성기어가 입력축에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어;
    상기 유성기어 캐리어에 연결되는 출력축;
    상기 유성기어 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어;
    상기 링기어가 출력축에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어;
    상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 원웨이 클러치;
    상기 입력축에 고정 결합되어 선기어와 함께 회전하며, 유성기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부;
    상기 출력축에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부; 및
    1단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 2단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며, 후진 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하는 변속 제어부를 포함하는, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단 변속시, 상기 원웨이 클러치는 상기 링기어의 일 방향과 다른 방향으로 회전하려는 링기어 대해서 상기 원웨이 클러치가 작동상태로 작용하여 상기 링기어의 다른 방향으로의 회전을 방해하여 상기 링기어의 회전을 고정하는, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단 변속시, 상기 원웨이 클러치는 상기 링 기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어에 대해서 비작동상태로 작용하여 상기 링기어의 일 방향으로의 회전을 허용하는, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 후진 변속시, 상기 전진 변속부와 유성기어 캐리어가 비결합상태이고 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어가 결합상태에서, 상기 일 방향으로 회전하려는 링기어에 대해서 원웨이 클러치가 비작동상태로 작용하여 링기어의 일 방향 회전이 허용되지만, 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어의 결합으로 링기어의 회전이 고정되는, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템.
  5. 동력을 제공하는 동력원;
    상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축;
    상기 입력축에 축 연결되어 회전되는 선기어;
    상기 선기어의 외측에 맞물려 설치되는 유성기어;
    상기 유성기어가 입력축에서 회전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어;
    상기 유성기어 캐리어에 연결되는 출력축;
    상기 유성기어 캐리어의 외측에 설치되며 유성기어에 치합되는 링기어;
    상기 링기어가 출력축에서 회전 가능하게 지지하는 링기어 캐리어;
    상기 링기어의 일 방향 회전만을 허용하는 회전 제어부;
    상기 입력축에 고정 결합되어 선기어와 함께 회전하며, 유성기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 전진 변속을 조절하는 전진 변속부;
    상기 출력축에 회전 가능하게 결합되며 링기어 캐리어에 결합 또는 해제되어 후진 변속을 조절하는 후진 변속부; 및
    1단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하고 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향과 다른 방향으로 회전하려는 링기어 대해서 상기 링기어의 다른 방향으로의 회전을 방해하여 상기 링기어의 회전을 고정하도록 하며,
    2단 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 비결합 되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용하며,
    후진 변속시, 상기 전진 변속부가 상기 유성기어 캐리어에 비결합되도록 제어하고 상기 후진 변속부가 상기 링기어 캐리어에 결합되도록 제어하며 회전 제어부를 제어하여 상기 링기어의 일 방향으로 회전하려는 링기어의 회전을 허용하는 변속 제어부를 포함하며,
    상기 후진 변속시 상기 링기어의 일 방향 회전이 허용되지만 상기 후진 변속부와 링기어 캐리어의 결합으로 링기어의 회전이 고정되는, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템.
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