KR20200098785A

KR20200098785A - 전기차용 변속기

Info

Publication number: KR20200098785A
Application number: KR1020190016048A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 지성욱; 강마루; 유일한; 권순성; 조원민
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-21

Abstract

본 발명은 3개의 회전요소를 구비한 유성기어장치와; 상기 유성기어장치의 제1회전요소에 동력을 제공할 수 있도록 설치된 입력축과; 상기 입력축에 평행하게 배치된 출력축과; 상기 유성기어장치의 제2회전요소의 동력을 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 구비된 동력전달기구와; 상기 유성기어장치의 제3회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 구속수단과; 상기 유성기어장치의 제1회전요소의 동력을 감속하여 상기 유성기어장치의 제3회전요소로 전달할 수 있도록 구비된 감속전달기구와; 상기 유성기어장치의 두 회전요소를 서로 단속시킬 수 있도록 구비된 제1클러치를 포함하여 구성된다.

Description

전기차용 변속기{TRANSMISSION FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차용 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속기의 구조에 관한 기술이다.

전기차는 모터를 동력원으로 하여 차량을 구동시키도록 구성되며, 변속기를 추가하여 전기차 파워트레인을 구성함으로써, 모터의 용량을 상대적으로 축소시키면서도 차량에서 필요로 하는 동력 성능을 만족시키도록 할 수 있다.

상기와 같이 전기차에 사용되는 변속기는 기본적으로 우수한 동력전달 효율을 발휘하면서도, 부드러운 변속감을 확보할 수 있어야 하고, 변속기의 전장(全長)이 짧게 구성되어 차량에의 탑재성이 확보될 수 있어야 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 1020170052791 A

본 발명은 우수한 동력전달 효율과 부드러운 변속감을 확보할 수 있고, 변속기의 전장이 짧게 구성되어 차량에의 탑재성이 우수한 전기차용 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차용 변속기는,

3개의 회전요소를 구비한 유성기어장치와;

상기 유성기어장치의 제1회전요소에 동력을 제공할 수 있도록 설치된 입력축과;

상기 입력축에 평행하게 배치된 출력축과;

상기 유성기어장치의 제2회전요소의 동력을 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 구비된 동력전달기구와;

상기 유성기어장치의 제3회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 구속수단과;

상기 유성기어장치의 제1회전요소의 동력을 감속하여 상기 유성기어장치의 제3회전요소로 전달할 수 있도록 구비된 감속전달기구와;

상기 유성기어장치의 두 회전요소를 서로 단속시킬 수 있도록 구비된 제1클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유성기어장치는 제1회전요소가 선기어이고, 제2회전요소는 캐리어이며, 제3회전요소는 링기어인 싱글피니언 단순 유성기어장치로 구성할 수 있다.

상기 제1클러치는 상기 선기어와 링기어 사이를 단속할 수 있도록 설치될 수 있다.

상기 동력전달기구는,

상기 캐리어에 일체로 구비된 제1구동기어와;

상기 제1구동기어에 치합되고, 상기 출력축과 함께 회전하도록 구비된 제1피동기어;

로 구성될 수 있다.

상기 감속전달기구는,

상기 입력축에 평행하게 배치된 매개축과;

상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 제2구동기어와;

상기 제2구동기어에 치합되고 상기 매개축과 함께 회전하도록 설치된 제2피동기어와;

상기 매개축에 함께 회전하도록 설치된 제3구동기어와;

상기 제3구동기어에 치합되고 상기 링기어에 일체로 연결된 제3피동기어와;

상기 제2구동기어를 상기 입력축에 단속할 수 있도록 설치된 제2클러치;

를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1클러치는 마찰클러치로 구성되고;

상기 제2클러치는 기어치합식 단속장치로 이루어질 수 있다.

상기 구속수단은 상기 링기어의 회전을 구속할 수 있도록 변속기케이스와 상기 링기어 사이에 구비된 브레이크;

로 구성될 수 있다.

상기 입력축에는 모터가 직결될 수 있다.

상기 입력축에 평행하게 배치된 모터의 모터축에는 모터구동기어가 구비되고;

상기 입력축에는 상기 모터구동기어에 치합된 모터피동기어가 일체로 구비되도록 구성할 수 있다.

본 발명은 우수한 동력전달 효율과 부드러운 변속감을 확보할 수 있고, 변속기의 전장이 짧게 구성되어 차량에의 탑재성이 우수한 전기차용 변속기를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제1실시예를 도시한 구성도,
도 2는 도 1의 제1실시예가 1단을 형성하는 것을 설명한 도면,
도 3 내지 도 5는 도 2의 1단 상태로부터 2단으로 변속하는 과정을 차례로 설명한 도면,
도 6은 도 1의 제1실시예가 3단을 형성하는 것을 설명한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제2실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 전기차용 변속기의 제3실시예를 도시한 도면,
도 9는 제1실시예 및 제2실시예의 유성기어장치의 작용을 설명한 레버선도이다.

도 1과 도 7을 참조하면, 본 발명 전기차용 변속기의 제1실시예 및 제2 실시예는 공통적으로, 3개의 회전요소를 구비한 유성기어장치(PG)와; 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소에 동력을 제공할 수 있도록 설치된 입력축(IN)과; 상기 입력축(IN)에 평행하게 배치된 출력축(OUT)과; 상기 유성기어장치(PG)의 제2회전요소의 동력을 상기 출력축(OUT)으로 전달할 수 있도록 구비된 동력전달기구와; 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 구속수단과; 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소의 동력을 감속하여 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소로 전달할 수 있도록 구비된 감속전달기구와; 상기 유성기어장치(PG)의 두 회전요소를 서로 단속시킬 수 있도록 구비된 제1클러치(CL1)를 포함하여 구성된다.

상기 유성기어장치(PG)는 제1회전요소가 선기어(S)이고, 제2회전요소는 캐리어(C)이며, 제3회전요소는 링기어(R)인 싱글피니언 단순 유성기어장치로 구성된다.

상기 입력축(IN)에는 모터(M)가 연결되어 동력을 전달하도록 구성되는 바, 제1실시예에서는 모터(M)가 상기 입력축(IN)에 직결되어 있고, 제2실시예에서는 상기 입력축(IN)에 평행하게 배치된 모터(M)의 모터축에는 모터구동기어(MD)가 구비되고, 상기 입력축(IN)에는 상기 모터구동기어(MD)에 치합된 모터피동기어(MP)가 일체로 구비되어, 모터(M)의 동력이 상기 모터구동기어(MD)와 모터피동기어(MP)에서 1차적으로 변속된 후 입력축(IN)으로 공급될 수 있도록 하고 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들은 상기 모터(M)에서 제공되는 동력을 상기 입력축(IN)을 통해 상기 유성기어장치(PG)로 전달하고, 상기 유성기어장치(PG)의 3개의 회전요소들의 연결 또는 구속상태를 조절함에 의해 1단과 2단 및 3단의 총 3개의 변속단을 구현할 수 있도록 구성된 것이다.

상기 제1클러치(CL1)는 상기 선기어(S)와 링기어(R) 사이를 단속할 수 있도록 설치되어 있고, 상기 입력축(IN)은 상기 선기어(S)에 직결되어 있다.

상기 동력전달기구는, 상기 캐리어(C)에 일체로 구비된 제1구동기어(D1)와; 상기 제1구동기어(D1)에 치합되고, 상기 출력축(OUT)과 함께 회전하도록 구비된 제1피동기어(P1)로 구성되어, 상기 캐리어(C)의 동력을 상기 출력축(OUT)으로 전달할 수 있도록 되어 있으며, 상기 출력축(OUT)에는 출력기어(OG)가 구비되어, 상기 출력기어(OG)에 치합된 디퍼렌셜(DF)을 통해 구동륜으로 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

상기 감속전달기구는, 상기 입력축(IN)에 평행하게 배치된 매개축(IS)과; 상기 입력축(IN)에 회전 가능하게 설치된 제2구동기어(D2)와; 상기 제2구동기어(D2)에 치합되고 상기 매개축(IS)과 함께 회전하도록 설치된 제2피동기어(P2)와; 상기 매개축(IS)에 함께 회전하도록 설치된 제3구동기어(D3)와; 상기 제3구동기어(D3)에 치합되고 상기 링기어(R)에 일체로 연결된 제3피동기어(P3)와; 상기 제2구동기어(D2)를 상기 입력축(IN)에 단속할 수 있도록 설치된 제2클러치(CL2)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 제2클러치(CL2)를 체결하면, 상기 선기어(S)와 일체로 연결된 상기 입력축(IN)을 통해 상기 제2구동기어(D2)가 선기어(S)와 함께 회전되고, 상기 제2구동기어(D2)에서 제2피동기어(P2)로 1차 감속되면서 상기 매개축(IS)으로 전달된 동력은 다시 상기 제3구동기어(D3)와 제3피동기어(P3)에서 2차 감속되면서 상기 링기어(R)로 전달되어, 결국 상기 링기어(R)의 속도가 상기 선기어(S)보다는 느리게 되도록 하는 것이다.

상기 제1클러치(CL1)는 마찰클러치로 구성되고; 상기 제2클러치(CL2)는 기어치합식 단속장치로 이루어진다. 상기 기어치합식 단속장치는 종래 싱크로메시 타입 변속기에 사용되는 동기장치나, 도그클러치 등이 사용될 수 있을 것이다.

따라서, 상기 제2클러치(CL2)를 체결하기 위해서는 상기 모터(M)가 상기 입력축(IN) 속도와 상기 제2구동기어(D2)의 속도를 동기시키도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구속수단은 상기 링기어(R)의 회전을 구속할 수 있도록 변속기케이스(CS)와 상기 링기어(R) 사이에 구비된 브레이크(BK)로 구성된다.

상기 제1실시예를 기준으로 각 변속단을 구현하는 것을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 중립상태를 도시한 것이고, 도 2는 1단 변속단이 구현된 상태로서, 상기 브레이크(BK)를 체결하여 1단을 구현한다.

이때, 상기 모터(M)의 동력은 상기 선기어(S)로 입력되고, 상기 링기어(R)는 상기 브레이크(BK)에 의해 고정되므로 상기 캐리어(C)로 감속되어 출력되어 도 9와 같이 1속을 형성하고, 이 동력은 상기 제1구동기어(D1)와 제1피동기어(P1)를 통해 상기 출력축(OUT)으로 인출된다.

물론, 상기와 같은 변속기를 탑재한 차량의 최종적인 감속비는 상기 유성기어장치(PG)에서 형성되는 감속비와 상기 제1구동기어(D1)와 제1피동기어(P1) 사이의 기어비 및 상기 출력기어(OG)와 디퍼렌셜(DF)의 링기어(R) 사이의 기어비를 모두 곱한 값으로 결정된다.

도 5는 2단 구현상태를 도시한 것으로서, 도 2의 1단으로부터 도 3 및 도 4와 같은 상태를 거쳐서 변속이 이루어진다.

즉, 도 2의 상태로부터 도 3과 같이 상기 브레이크(BK)를 해제시키면서 상기 제1클러치(CL1)의 슬립시키기 시작하고, 이후 도 4와 같이 상기 브레이크(BK)는 완전히 해제하고 상기 제1클러치(CL1)의 슬립량을 조절하여, 상기 입력축(IN)과 제2구동기어(D2)의 속도가 같아지도록 한 후, 상기 제2클러치(CL2)를 체결하여, 상기 제2구동기어(D2)를 상기 입력축(IN)에 연결한 후, 도 5와 같이 상기 제1클러치(CL1)를 해제하면, 상기 모터(M)의 동력은 상기 입력축(IN)에서 상기 선기어(S)로 입력된 후 캐리어(C)로 인출되는데, 이때 상기 링기어(R)는 상기 감속전달기구에 의해 상기 선기어(S) 보다 느리게 감속되어 구동되므로, 도 9에 표시된 바와 같이 상기 캐리어(C)로는 2단의 출력이 인출되게 되는 것이다.

도 6은 3단을 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 제1클러치(CL1)를 슬립시키면서 상기 제2클러치(CL2)를 해제한 후, 상기 제1클러치(CL1)를 완전히 체결하여 구현하며, 이때, 상기 제1클러치(CL1)에 의해 상기 선기어(S)와 링기어(R)가 일체화되면, 상기 캐리어(C)도 상기 선기어(S) 및 링기어(R)와 동일한 속도로 회전되므로, 결국 상기 입력축(IN)의 동력은 변속되지 않고 그대로 상기 제1구동기어(D1)를 통해 출력축(OUT)으로 인출되면서 3단을 형성하게 된다(도 9 참조).

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 전기차용 변속기는 1단에서 2단으로의 변속 도중 및 2단에서 3단으로의 변속 도중에 상기 제1클러치(CL1)를 슬립시키면서 지속적으로 상기 출력축(OUT)으로 동력을 전달하여, 변속 중 토크인터럽션(TORQUE INTERRUPTION)이 발생하지 않고 부드러운 변속이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명은 유성기어장치(PG)를 사용하여 축방향 길이가 비교적 짧게 구성되면서도 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 하여, 변속기의 전장을 상대적으로 짧게 구성함으로써, 변속기의 차량 탑재성을 향상시킨다.

참고로, 도 8의 제3실시예는 다른 구성은 도 1의 제1실시예와 동일하고, 상기 감속전달기구를 삭제함으로써, 2단 변속기를 구성한 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.

PG; 유성기어장치
IN; 입력축
OUT; 출력축
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
BK; 브레이크
CS; 변속기케이스
M; 모터
OG; 출력기어
DF; 디퍼렌셜
IS; 매개축
D1; 제1구동기어
P1; 제1피동기어
D2; 제2구동기어
P2; 제2피동기어
D3; 제3구동기어
P3; 제3피동기어
MD; 모터구동기어
MP; 모터피동기어

Claims

3개의 회전요소를 구비한 유성기어장치와;
상기 유성기어장치의 제1회전요소에 동력을 제공할 수 있도록 설치된 입력축과;
상기 입력축에 평행하게 배치된 출력축과;
상기 유성기어장치의 제2회전요소의 동력을 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 구비된 동력전달기구와;
상기 유성기어장치의 제3회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 설치된 구속수단과;
상기 유성기어장치의 제1회전요소의 동력을 감속하여 상기 유성기어장치의 제3회전요소로 전달할 수 있도록 구비된 감속전달기구와;
상기 유성기어장치의 두 회전요소를 서로 단속시킬 수 있도록 구비된 제1클러치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 유성기어장치는 제1회전요소가 선기어이고, 제2회전요소는 캐리어이며, 제3회전요소는 링기어인 싱글피니언 단순 유성기어장치인 것
을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1클러치는 상기 선기어와 링기어 사이를 단속할 수 있도록 설치된 것
을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 동력전달기구는,
상기 캐리어에 일체로 구비된 제1구동기어와;
상기 제1구동기어에 치합되고, 상기 출력축과 함께 회전하도록 구비된 제1피동기어;
로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 감속전달기구는,
상기 입력축에 평행하게 배치된 매개축과;
상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 제2구동기어와;
상기 제2구동기어에 치합되고 상기 매개축과 함께 회전하도록 설치된 제2피동기어와;
상기 매개축에 함께 회전하도록 설치된 제3구동기어와;
상기 제3구동기어에 치합되고 상기 링기어에 일체로 연결된 제3피동기어와;
상기 제2구동기어를 상기 입력축에 단속할 수 있도록 설치된 제2클러치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 5에 있어서,
상기 제1클러치는 마찰클러치로 구성되고;
상기 제2클러치는 기어치합식 단속장치로 이루어진 것
을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 구속수단은 상기 링기어의 회전을 구속할 수 있도록 변속기케이스와 상기 링기어 사이에 구비된 브레이크;
로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 입력축에는 모터가 직결된 것
을 특징으로 하는 전기차용 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 입력축에 평행하게 배치된 모터의 모터축에는 모터구동기어가 구비되고;
상기 입력축에는 상기 모터구동기어에 치합된 모터피동기어가 일체로 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차용 변속기.