KR20200129493A - 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

전기자동차 구동장치 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200129493A
KR20200129493A KR1020190053992A KR20190053992A KR20200129493A KR 20200129493 A KR20200129493 A KR 20200129493A KR 1020190053992 A KR1020190053992 A KR 1020190053992A KR 20190053992 A KR20190053992 A KR 20190053992A KR 20200129493 A KR20200129493 A KR 20200129493A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gear
drive
driving
clutch
speed
Prior art date
Application number
KR1020190053992A
Other languages
English (en)
Inventor
성창우
안영찬
이정구
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020190053992A priority Critical patent/KR20200129493A/ko
Priority to US16/847,787 priority patent/US20200347916A1/en
Priority to EP20169289.4A priority patent/EP3734113A1/en
Priority to CN202010349071.8A priority patent/CN111878549A/zh
Publication of KR20200129493A publication Critical patent/KR20200129493A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/10—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with one or more one-way clutches as an essential feature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/02—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of clutch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/06—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of change-speed gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2054—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed by controlling transmissions or clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/36—Inputs being a function of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/42—Clutches or brakes
    • B60Y2400/427—One-way clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/36—Inputs being a function of speed
    • F16H2059/366—Engine or motor speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

본 발명은 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 구동모터, 모터축, 제 1 모터기어 및 제 2 모터기어, 제 1 구동기어 및 제 2 구동기어, 구동축, 제 1 클러치 및 제 2 클러치가 포함된다. 상기 제 2 클러치는, 액추에이터의 작동에 따라 베어링 또는 상대속도에 따라 상기 제 2 구동기어와 상기 구동축를 구속하는 원웨이 클러치(one-way clutch)로 기능하는 선택적 원웨이 클러치(selective one-way clutch)인 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 구동장치 및 그 제어방법{Driving apparatus for electric vehicle and control method for the same}
본 발명은 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 공해를 유발하는 석유를 동력원으로 하는 자동차를 대체하여, 전력을 동력원으로 하는 전기자동차에 대한 개발이 활성화되고 있다. 또한, 석유 및 전력을 동력원으로 하는 하이브리드 자동차도 개발되고 있다. 이때, 상기 하이브리드 자동차를 전기자동차의 일 종으로 분류할 수 있다. 그에 따라, 상기 하이브리드 자동차는 상기 전기자동차에 포함되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 전기자동차에는, 전력을 공급하는 배터리 및 상기 배터리에 의해 작동되어 차축을 회전시키는 구동장치가 포함된다. 상기 구동장치에는, 상기 배터리에서 공급된 전력을 통해 동력을 발생시키는 구동모터 및 상기 구동모터와 상기 차축을 연결하는 변속장치(또는 기어박스)가 포함된다.
상기 변속장치는 감속 또는 변속을 위한 장치로 이해될 수 있다. 자세하게는, 상기 구동모터에서 발생되는 동력은 변속장치로 전달되고, 상기 변속장치에서 전달된 동력은 감속 또는 변속되어 상기 차축으로 전달된다.
상기 변속장치와 관련하여, 아래와 같은 선행문헌이 공개되어 등록된 바 있다.
1. 등록번호 : 제10-1532834호 (공개일: 2015년 01월 12일)
2. 발명의 명칭 : 하이브리드 및 전기자동차 2단 감속구동장치
상기 선행문헌에는, 구동모터에 연결되는 입력축, 중간축 및 출력축이 포함되고, 상기 출력축에 1단 기어 및 2단 기어가 구비된 하이브리드 및 전기 자동차용 2단 감속구동장치가 개시된다.
특히, 상기 출력축에는 상기 1단 기어 또는 상기 2단 기어에 선택적으로 결합되는 변속 슬리브(또는 싱크로나이저)가 제공되어, 변속 명령에 따라 상기 변속 슬리브가 슬립 이동하여 1단 또는 2단으로 변속이 가능하다.
이때, 상기 선행문헌에 개시된 감속구동장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 전기자동차 감속구동장치에는 변속 시 모터와 변속장치 사이의 동력을 차단하는 클러치가 없어서, 기어 변속을 위해 기존 맞물린 기어를 빼낼 때 모터의 입력 토크로 인한 충격이 발생하는 문제점이 있었다.
둘째, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 모터와 변속장치 사이의 동력을 차단하는 마찰클러치 등을 추가하였으나, 그 제어가 복잡하고 전체적인 부피가 커진다는 문제점이 있었다.
셋째, 종래의 변속을 위한 싱크로나이저는, 허브, 슬리브, 링, 포크(fork), 콘(cone) 및 마찰재 등 다수의 부품으로 이루어져서 구조가 복잡하고 조립이 어려운 문제점이 있었다. 그에 따라, 오조립이 발생하여 제품 불량을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 선택적 원웨이 클러치를 사용하여 변속하는 전기자동차 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 변속과정에서 구동모터의 속도를 제어함에 따라, 변속과정에서 발생되는 충격을 저감하여 변속할 수 있는 전기자동차 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 부품이 간소화되고 간략한 구조를 갖는 전기자동차 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치는 2단 기어에 선택적 원웨이 클러치를 적용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 선택적 원웨이 클러치는 원웨이 클러치 또는 베어링으로 작동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1 내지 도 10에 도시된 일 실시 예(제 1 실시 예)에는 1단 기어에 원웨이 클러치를 적용하고, 도 11에 도시된 다른 일 실시 예(제 2 실시 예)에는 1단 기어에도 선택적 원웨이 클러치를 적용한다.
본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 구동모터 및 상기 구동모터에 연결되는 모터축, 상기 모터축의 외측에 서로 이격되어 결합되는 제 1 모터기어 및 제 2 모터기어, 상기 제 1 모터기어와 상기 제 2 모터기어와 각각 맞물리도록 이격되어 배치되는 제 1 구동기어 및 제 2 구동기어, 상기 제 1 구동기어 및 상기 제 2 구동기어가 외측에 배치되고, 차축과 연결되는 구동축이 포함된다.
그리고, 상기 제 1 구동기어와 상기 구동축을 연결하는 제 1 클러치 및 상기 제 2 구동기어와 상기 구동축을 연결하는 제 2 클러치가 포함된다.
이때, 상기 제 2 클러치는, 액추에이터의 작동에 따라 베어링 또는 상대속도에 따라 상기 제 2 구동기어와 상기 구동축를 구속하는 원웨이 클러치(one-way clutch)로 기능하는 선택적 원웨이 클러치(selective one-way clutch)인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제 1 클러치는 원웨이 클러치 또는 선택적 원웨이 클러치로 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
구동기어에 구비되는 클러치 및 구동모터에 의해 변속이 연속적으로 수행되어, 구동축 및 차축을 통해 사용자에게 변속충격이 전달되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 복잡한 구조의 추가 없이 원웨이 클러치를 구비하고, 구동모터의 속도를 제어에 따라, 비교적 간단한 구조를 통해 변속을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 액추에이터에 의해 선택적 원웨이 클러치가 원웨이 클러치 또는 베어링으로 변환됨에 따라, 변속에 필요한 변속시간이 대폭 단축되고 동작 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 종래의 장치에서 변속에 필요한 구성(싱크로나이저)을 생략할 수 있음으로, 변속장치의 구성이 간단해지고 변속시 발생하는 변속 충격이 최소화되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 2 구동모드를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 구동모드 변경을 위한 제어구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드에서 제 2 구동모드로 변경되는 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드에서 제 2 클러치를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 2 구동모드에서 제 2 클러치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 구동모터(10) 및 상기 구동모터(10)와 차축(5)을 연결하는 변속장치(또는 기어박스)가 포함된다.
상기 구동모터(10)는 전력을 공급하는 배터리를 통해 동력을 발생시키는 장치로 이해될 수 있다. 상기 차축(5)은 바퀴 등과 직접 연결된 부분으로 이해될 수 있다. 도 1에서는 상기 차축(5)을 상기 변속장치와 연결되는 하나의 기어와 상기 기어에서 양 측으로 연장되는 축으로 도시하였다. 이는 예시적인 것으로 상기 차축(5)은 다양한 형태로 마련될 수 있다.
상기 변속장치는 각종 기어 및 축으로 구성될 수 있다. 자세하게는, 상기 구동모터(10)에서 발생되는 동력은 상기 변속장치로 전달되고, 상기 변속장치에서 전달된 동력은 감속 또는 변속되어 상기 차축(5)으로 전달된다. 따라서, 상기 변속장치는 상기 구동모터(10)와 상기 차축(5)을 연결하는 다양한 형태로 구비될 수 있다. 이하, 본 발명의 사상에 따른 변속장치의 구성에 대하여 자세하게 설명한다.
본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 상기 구동모터(10)에 연결되는 모터축(20)과 상기 차축(5)과 연결되는 구동축(30)이 포함된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모터축(20)과 상기 구동축(30)은 서로 이격되어 축방향으로 각각 연장된다.
이때, 상기 모터축(20)과 상기 구동모터(10)은 직접적으로 연결되고, 상기 구동축(30)과 상기 차축(5)은 기어를 통해 간접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동축(30)에는 차축연결기어(32)가 구비되고, 상기 차축(5)에는 상기 차축연결기어(32)와 맞물리는 상기 구동축연결기어(7)가 구비될 수 있다.
상기 차축연결기어(32) 및 상기 구동축연결기어(7)는 상기 구동축(30) 및 상기 차축(5)과 일체로 회전되도록, 상기 구동축(30) 및 상기 차축(5)에 각각 설치된다. 상기 차축연결기어(32) 및 상기 구동축연결기어(7)를 통해, 상기 구동축(30)의 회전동력이 상기 차축(5)으로 전달될 수 있다.
이와 같은 상기 모터축(20)과 상기 구동모터(10)의 연결 및 상기 구동축(30)과 상기 차축(5)의 연결은 예시적인 것으로 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 모터축(20) 및 상기 구동모터(10)과 상기 구동축(30) 및 상기 차축(5)은 동력을 전달하는 다양한 결합형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 제 1 모터기어(22) 및 제 2 모터기어(24)와, 상기 제 1 모터기어(22)와 상기 제 2 모터기어(24)와 각각 맞물리는 제 1 구동기어(54) 및 제 2 구동기어(44)가 포함된다.
이때, 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 1 구동기어(54)를 1단 기어라 하고, 상기 제 2 모터기어(42) 및 상기 제 2 구동기어(44)를 2단 기어라 할 수 있다. 즉, 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 1 구동기어(54)와 상기 제 2 모터기어(42) 및 상기 제 2 구동기어(44)는 서로 다른 기어비로 결합된다. 이때, 1단 기어 및 2단 기어의 기어비는 설계에 따라 다르게 마련된다.
상기 제 1 모터기어(22)와 상기 제 2 모터기어(24)는 상기 모터축(20)의 외측에 서로 이격되어 결합된다. 그에 따라, 상기 구동모터(10)에 의해 상기 모터축(20), 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 2 모터기어(24)가 일체로 회전될 수 있다.
즉, 상기 모터축(20), 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 2 모터기어(24)의 속도는 동일하다. 이때, 상기 속도는 단위 시간 동안 회전한 각도에 해당되는 각속도(w)로 이해될 수 있다. 이하에서 설명하는 속도는 모두 각속도를 의미한다.
정리하면, 상기 구동모터(10)가 소정의 속도(w)로 작동되면, 상기 모터축(20), 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 2 모터기어(24)는 소정의 속도(w)로 회전되는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44)는 상기 구동축(30)의 외측에 서로 이격되어 배치된다. 이때, 상기 구동축(30), 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44)는 서로 다른 속도로 회전될 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 제 1 클러치(50) 및 제 2 클러치(60)가 포함된다.
특히, 상기 제 1 클러치(50) 및 상기 제 2 클러치(60)를 통해, 상기 구동축(30)은 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44) 중 전기자동차와 일체로 회전될 수 있다. 이때, 상기 구동축(30)이 상기 제 1 구동기어(54)와 일체로 회전되는 경우를 제 1 구동모드 또는 1단 구동모드라 한다. 또한, 상기 구동축(30)이 상기 제 2 구동기어(44)와 일체로 회전되는 경우를 제 2 구동모드 또는 2단 구동모드라 한다.
이하, 상기 제 1 구동모드 및 상기 제 2 구동모드에 대하여 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 2 구동모드를 도시한 도면이다. 이해의 편의상, 도 2 및 도 3에서 동력의 전달 경로를 빗금으로 표시하였다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 구동모드에는 1단 기어를 통해 동력이 전달되고, 제 2 구동모드에는 2단 기어를 통해 동력이 전달된다. 자세하게는, 도 2에 도시된 제 1 구동모드에서는 상기 구동축(30)이 상기 제 1 구동기어(54)와 일체로 회전되고, 도 3에 도시된 제 2 구동모드에서는 상기 구동축(30)이 상기 제 2 구동기어(44)와 일체로 회전된다.
상기 제 1 클러치(50)는 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 1 구동기어(54)의 동력을 상기 구동축(30)으로 전달하는 기능을 한다. 또한, 상기 제 2 클러치(40)는 상기 제 2 구동모드에서 상기 제 2 구동기어(44)의 동력을 상기 구동축(30)으로 전달하는 기능을한다.
이때, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 클러치(50)는 원웨이 클러치(one-way clutch)로 구비되고, 제 2 클러치(40)는 선택적 원웨이 클러치(selective one-way clutch)로 구비된다. 상기 원웨이 클러치는 한 방향 클러치로, 동력의 전달이 한 방향으로 이루어지는 연결부재를 의미한다.
상기 원웨이 클러치는 다양한 형태 및 기능을 하도록 구비될 수 있다. 본 발명에서 상기 원웨이 클러치는, 하나의 축과 기어를 연결하도록 구비된다. 그리고, 기어의 속도가 축의 속도보다 빠른 경우 구속되고, 축의 속도가 기어의 속도보다 빠른 경우 구속되지 않도록 구비된다. 이때, 구속되는 것은 동력이 전달되는 것, 즉, 축과 기어가 일체로 회전되는 것을 의미한다.
그리고, 선택적 원웨이 클러치는 상기 원웨이 클러치로 기능하거나 기능하지 않거나 선택할 수 있는 연결부재를 의미한다. 즉, 상기 원웨이 클러치로 기능하는 경우 축과 기어의 속도에 따라 동력을 전달한다. 반면, 상기 원웨이 클러치로 기능하지 않는 경우에는 축과 기어의 속도와 무관하게 동력을 전달하지 않는다.
상기 제 1 클러치(50)는 원웨이 클러치로, 동력의 전달이 한 방향으로 이루지도록 구비된다. 즉, 상기 제 1 구동모드 및 상기 제 2 구동모드에서 상기 제 1 클러치(50)는 동력의 전달이 한 방향으로 이루어지도록 구비된다.
자세하게는, 상기 제 1 클러치(50)는 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 1 구동기어(54)에서 상기 구동축(30)으로 동력이 전달되도록 구비된다. 즉, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 1 구동기어(54)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 빨라 서로 구속되어 일체로 회전된다.
한편, 상기 제 1 클러치(50)는 상기 제 2 구동모드에서는 상기 제 1 구동기어(54)에서 상기 구동축(30)으로 동력이 전달되지 않도록 구비된다. 즉, 상기 제 2 구동모드에서는 상기 제 1 구동기어(54)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느리기 때문에 서로 구속되지 않고 서로 다른 속도로 회전된다. 이때, 상기 제 1 구동기어(54)는 동력을 전달하지 않고 공회전되는 것으로 이해될 수 있다.
그러고, 상기 제 2 클러치(40)는 상기 제 1 클러치(50)와 같이 동력의 전달이 한 방향으로 이루어지거나, 동력이 전달되지 않도록 구비된다. 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 클러치(40)는 동력이 전달되지 않도록 구비되고, 상기 제 2 구동모드에서 상기 제 2 클러치(40)는 동력의 전달이 한 방향으로 이루어지도록 구비된다.
이때, 상기 제 2 클러치(40)가 동력이 전달되지 않도록 구비되는 경우, 상기 제 2 클러치(40)는 베어링으로 기능하는 것으로 이해될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제 1 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능하지 않는 경우는 베어링으로 기능하는 것에 해당된다. 이를 구별하기 위해, 도 2 및 도 3에서 상기 제 2 클러치(40)를 서로 다른 형상으로 도시하였다. 이는 이해의 편의상 도시된 것으로 이에 제한되지 않는다.
자세하게는, 상기 제 2 클러치(40)는 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 2 구동기어(44)에서 상기 구동축(30)으로 동력이 전달되지 않도록 구비된다. 이때, 상기 제 2 클러치(40)는 원웨이 클러치로 기능하지 않는 상태, 즉, 베어링으로 기능하는 상태에 해당된다.
즉, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 2 구동기어(44) 및 상기 구동축(30)의 속도와 무관하게, 상기 제 2 구동기어(44)와 상기 구동축(30)은 서로 구속되지 않고 서로 다른 속도로 회전된다. 이때, 상기 제 2 구동기어(44)는 동력을 전달하지 않고 공회전되는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 상기 제 2 클러치(40)는 상기 제 2 구동모드에서는 상기 제 2 구동기어(44)에서 상기 구동축(30)으로 동력이 전달되도록 구비된다. 이때, 상기 제 2 클러치(40)는 원웨이 클러치로 기능한다. 즉, 상기 제 2 구동모드에서는 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 빨라 서로 구속되어 일체로 회전된다.
이와 같은 구성을 바탕으로, 상기 구동축(30)은 상기 제 1 구동기어(54) 또는 상기 제 2 구동기어(44)로 동력을 전달받을 수 있다. 즉, 상기 전기자동차 구동장치는 서로 다른 속도로 구동, 즉, 변속될 수 있다. 이하, 제 1 구동모드 및 제 2 구동모드의 변경에 해당되는 변속에 대하여 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 구동모드 변경을 위한 제어구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는 제어부(100)가 구비된다. 상기 제어부(100)는 상기 전기자동차 구동장치가 설치되는 전기자동차에 구비되거나, 외부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 전기자동차 구동장치를 위해 별도로 구비될 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 구동모터(10)를 제어할 수 있다. 자세하게는, 상기 제어부(100)는 상기 구동모터(10)의 ON/OFF를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(100)는 상기 구동모터(10)를 작동 및 작동정지시킴에 따라, 전기자동차 구동장치의 ON/OFF를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(100)는 상기 구동모터(10)의 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(100)는 상기 구동모터(10)를 제 1 속도(W1), 제 2 속도(W2) 및 제 3 속도(W3) 중 어느 하나에서 다른 어느 하나로 변경하여 작동시킬 수 있다. 이때, 상기 제 1 속도(W1), 상기 제 2 속도(W2) 및 상기 제 3 속도(W3)는 서로 다른 속도 수치로 이해될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는 상기 제 2 클러치(40)에 구비되는 액추에이터(400)가 더 포함된다. 상기 액추에이터(400)는 상기 제 2 클러치(40)의 일부로 이해될 수 있다. 상기 액추에이터(400)는 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능하거나, 베어링으로 기능하도록 구비되는 부재로 이해될 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 액추에이터(400)의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(100)는 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능하거나, 베어링으로 기능하도록 제어할 수 있다. 이를 통해 상기 제어부(100)는 상기 제 1 구동모드 및 상기 제 2 구동모드를 전환시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치에는, 전원부(110), 변환부(120), 제 1 센서(130) 및 제 2 센서(140)가 포함된다. 상기 전원부(110), 상기 변환부(120), 상기 제 1 센서(130) 및 상기 제 2 센서(140)는 상기 제어부(100)에 소정의 신호 또는 정보를 전달하는 구성에 해당된다. 이와 같은 구성은 설명의 편의상 구분된 것으로, 다양한 형태로 구비될 수 있다.
상기 전원부(110)는 전기자동차 구동장치의 ON/OFF 신호를 입력받아 상기 제어부(100)에 전달하는 구성으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 전원부(110)는 상기 전기자동차 구동장치가 설치된 전기자동차의 시동장치에 해당될 수 있다.
상기 변환부(120)는 상기 제 1 구동모드 및 상기 제 2 구동모드의 전환신호, 즉, 변속신호를 입력받아 상기 제어부(100)에 전달하는 구성으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 변환부(120)는 상기 전기자동차 구동장치가 설치된 전기자동차의 변속장치에 해당될 수 있다.
상기 제 1 센서(130) 및 상기 제 2 센서(140)는 속도를 측정하는 속도센서에 해당될 수 있다. 자세하게는, 상기 제 1 센서(130)는 상기 구동축(30)의 속도를 축정하는 센서에 해당되고, 상기 제 2 센서(140)는 상기 제 2 구동기어(44)의 속도를 축정하는 센서에 해당될 수 있다.
상기 제 1 센서(130) 및 상기 제 2 센서(140)는 다양한 형태로 구비되어 속도를 측정할 수 있다. 이는 일반적인 속도센서에 관한 내용으로 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 전기자동차 구동장치에는 다양한 센서들이 구비될 수 있다.
이하, 상기 구성들을 바탕으로 변속 과정에 대하여 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드에서 제 2 구동모드로 변경되는 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(10)가 제 1 속도(W1)로 작동되고(S10), 상기 제 1 구동모드로 동작된다(S20). 다시 말하면, 상기 제 1 구동모드로 동작되는 경우, 상기 구동모터(10)가 상기 제 1 속도(W1)로 작동되는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 상기 제 1 속도(W1)는 1단 기어에 맞는 토크 및 속도로 결정될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 제 1 구동모드는 상기 구동모터(10), 상기 제 1 모터기어(22), 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 구동축(30)을 통해 상기 차축(5)으로 동력이 전달된다. 즉, 상기 제 1 클러치(50)에 의해 상기 제 1 구동기어(54)와 상기 구동축(30)이 구속되어 일체로 회전된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 클러치(40)는 베어링으로 기능하기 때문에, 상기 구동축(30)은 상기 제 2 구동기어(44)와 무관하게 회전된다. 이를 상기 액추에이터(400)가 작동되지 않은 상태 또는 상기 액추에이터(400) OFF상태로 이해될 수 있다.
그리고, 상기 변속부(120)를 통해 변속신호가 입력되는 경우, 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로의 변환이 시작된다. 우선, 상기 구동모터(10)가 상기 제 1 속도(W1)에서 상기 제 1 속도(W1)보다 느린 제 2 속도(W2, W2<W1)로 변경되어 작동된다(S40). 즉, 상기 구동모터(10)가 상기 제 1 구동모드보다 감속되어 작동된다.
상기 구동모터(10)의 감속에 의해, 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 1 구동기어(54)도 감속된다. 이때, 상기 구동축(30)은 관성에 의해서 원래 속도로 유지된다. 즉, 상기 제 1 구동기어(54)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느려진다. 그에 따라, 상기 제 1 클러치(50)에 의해 상기 제 1 구동기어(54)와 상기 구동축(30)이 구속되지 않고 서로 다른 속도로 회전된다.
이때, 상기 구동모터(10)의 감속에 의해, 상기 제 2 모터기어(24) 및 상기 제 2 구동기어(44)도 감속된다. 상기 제 2 구동기어(44)는 상기 제 1 구동기어(54)보다 더 빠른 속도를 갖도록 구비된다.(제 2 구동기어의 속도 > 제 1 구동기어의 속도)
예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 구동기어(54)는 상기 제 1 모터기어(22)에 비하여 큰 기어로 구비될 수 있다. 한편, 상기 제 2 구동기어(44)는 상기 제 2 모터기어(24)와 비슷한 기어로 구비될 수 있다. 그에 따라, 상기 제 1 모터기어(22) 및 상기 제 2 모터기어(24)가 동일한 속도로 구동되어도, 상기 제 2 구동기어(44)는 상기 제 1 구동기어(54)보다 빠르게 회전된다.
다만, 이는 예시적인 것으로 상기 제 2 구동기어(44)가 상기 제 1 구동기어(54)에 비하여 빠른 속도를 갖는 다양한 형태로 구비될 수 있다. 다르게 설명하면, 상기 제 1 구동기어(54)는 상기 제 2 구동기어(44)보다 더 큰 감속비를 가질 수 있다.
따라서, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 구동축(30)의 속도가 상기 제 2 구동기어(44)의 속도보다 느리다. 다만, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 2 클러치(40)가 베어링으로 기능하기 때문에 상기 제 2 구동기어(44)와 상기 구동축(30)이 구속되지 않는다.
그리고, 변속신호가 입력되고 상기 구동모터(10)의 속도가 점점 감속됨에 따라, 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느려질 수 있다. 다시 말하면, 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느려지도록 상기 구동모터(10)를 감속시킬 수 있다. 따라서, 상기 제 2 속도(W2)는 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느려지는 상기 구동모터(10)의 속도로 이해될 수 있다.
그리고, 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 느려지면(S55), 상기 액추에이터(400)를 작동시킨다(S60). 즉, 상기 액추에이터(400)에 의해, 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능한다.
그리고, 상기 구동모터(10)가 상기 제 2 속도(W2)에서 상기 제 2 속도(W2)보다 빠른 제 3 속도(W3, W2<W3)로 변경되어 작동된다(S70). 즉, 상기 구동모터(10)가 증속되어 작동된다.
상기 구동모터(10)의 증속에 의해, 상기 제 2 모터기어(24) 및 상기 제 2 구동기어(44)도 증속된다. 그에 따라, 상기 제 2 구동기어(44)가 상기 구동축(30) 보다 빠르게 회전되며, 상기 제 2 클러치(40)에 의해 상기 제 2 구동기어(44)와 상기 구동축(30)이 구속되어 일체로 회전된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 구동기어(54)는 상기 제 2 구동기어(44)보다 느리게 회전되도록 설계된다. 그에 따라, 상기 제 1 클러치(50)에 의해 상기 제 1 구동기어(54)와 상기 구동축(30)이 구속되지 않고 서로 다른 속도로 회전된다.
결과적으로, 상기 구동모터(10)가 제 3 속도(W3)로 작동되고(S70), 상기 제 2 구동모드로 동작된다(S80). 다시 말하면, 상기 제 2 구동모드로 동작되는 경우, 상기 구동모터(10)가 상기 제 3 속도(W3)로 작동되는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 상기 제 3 속도(W3)는 2단 기어에 맞는 토크 및 속도로 결정될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 제 2 구동모드는 상기 구동모터(10), 상기 제 2 모터기어(24), 상기 제 2 구동기어(44) 및 상기 구동축(30)을 통해 상기 차축(5)으로 동력이 전달된다. 즉, 상기 제 2 클러치(40)에 의해 상기 제 2 구동기어(44)와 상기 구동축(30)이 구속되어 일체로 회전된다.
이와 같은 과정을 통해 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로 변환될 수 있다. 이때, 상기 구동축(30)의 회전을 살펴보면, 상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로 변경되는 과정에서 감속이 없이 연속적으로 증속된다. 즉, 상기 구동축(30) 및 상기 차축(5)에는 변속 충격이 전달되지 않을 수 있다.
또한, 상기 제 2 구동모드에서 상기 제 1 구동모드로의 변환도 이와 반대로 동일하게 이루어질 수 있다. 즉, 상기 구동축(30)에 변속 충격이 전달되지 않으며, 연속적으로 감속될 수 있다.
또한, 상기 구동모터(10)의 작동을 살펴보면, 모터 토크를 빼지 않고 연속적으로 변속된다. 특히, 상기 구동모터(10)의 속도를 적절하게 제어함에 따라 보다 연속적인 변속, 즉, 변속충격의 저감이 수행될 수 있다.
이하, 선택적 원웨이 클러치에 해당되는 상기 제 2 클러치(40)에 대하여 자세하게 설명한다. 이때, 원웨이 클러치에 해당되는 상기 제 1 클러치(50)는 일반적인 구성으로 그 설명을 생략한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 구동모드에서 제 2 클러치를 도시한 도면이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치의 제 2 구동모드에서 제 2 클러치를 도시한 도면이다. 이해의 편의상 상기 제 2 클러치(40)와 상기 제 2 구동기어(44)를 함께 도시하였다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 클러치(40)에는, 상기 액추에이터(400)가 구비된다. 이때, 상기 액추에이터(400)는, 상기 구동축(30)의 일 측에 결합될 수 있다. 즉, 상기 액추에이터(400)는 상기 구동축(30)에 고정되어 함께 회전될 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 구동축(30)은 축방향으로 연장되어, 일 단에는 상기 차축(5)과 연결되는 차축연결기어(32)가 구비된다. 그리고, 상기 구동축(30)의 반경방향 외측에는 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44)가 축방향으로 이격되어 배치된다.
이때, 상기 제 1 구동기어(54)는 상기 제 2 구동기어(44)보다 상기 차축연결기어(32)와 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 차축연결기어(32), 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44)가 축방향으로 차례로 배치된다. 그리고, 상기 액추에이터(40)는 상기 제 2 구동기어(44)와 인접하게 상기 구동축(30)의 타 단에 결합된다.
또한, 상기 제 2 클러치(40)에는 상기 제 2 구동기어(44)의 반경방향 내측에 배치되는 아우터 레이스(440, outer race) 및 이너 레이스(420, inner race)가 포함된다. 이때, 상기 아우터 레이스(440)는 링형상으로 구비되어 상기 제 2 구동기어(44)의 내주면에 고정된다. 즉, 상기 아우터 레이스(440)는 상기 제 2 구동기어(44)와 일체로 회전된다.
상기 이너 레이스(420)는 상기 아우터 레이스(440)의 반경방향 내측에 이격되어 배치된다. 또한, 상기 이너 레이스(420)는 상기 구동축(420)의 반경방향 외측에 이격되어 배치된다. 그리고, 상기 이너 레이스(420)는 상기 액추에이터(400)에 의해 축방향으로 이동가능하게 마련된다.
또한, 상기 제 2 클러치(40)에는 상기 아우터 레이스(440)와 상기 이너 레이스(420)의 사이에 배치되는 볼베어링(430)이 더 포함된다. 상기 볼베어링(430)은 상기 아우터 레이스(440)와 상기 이너 레이스(420)의 사이에 원주방향으로 이격되어 복수 개가 구비될 수 있다. 도면에서는 6개의 볼베어링(430)을 도시하였으나 이는 예시적인 것이 불과하다.
상기 볼베어링(430)에 의해, 상기 이너 레이스(420)는 상기 아우터 레이스(440)와 서로 다른 속도로 회전될 수 있다. 정리하면, 상기 이너 레이스(420)는 상기 액추에이터(400)와 연결되기 때문에 상기 구동축(30)과 일체로 회전된다. 그리고, 상기 아우터 레이스(440)는 상기 제 2 구동기어(44)와 일체로 회전된다.
따라서, 상기 볼베어링(430)에 의해 상기 구동축(30)과 상기 제 2 구동기어(44)가 서로 다른 속도로 회전될 수 있다. 즉, 상기 제 2 클러치(40)가 베어링으로 기능하는 상태에 해당된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 볼베어링(430)에 의해 상기 구동축(30)과 상기 제 2 구동기어(44)가 자유회전되도록 연결된다.
그리고, 상기 액추에이터(400)가 동작됨에 따라, 상기 이너 레이스(420)가 이동되어 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능한다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 이너 레이스(420)가 상기 제 2 구동기어(44)를 관통하여 삽입된다. 그에 따라, 상기 볼베어링(430)이 도 10과 같이 배치된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 이너 레이스(420)에는 상기 볼베어링(430)이 안착되는 볼베어링 안착부(424)와 상기 볼베어링 안착부(424)를 구분하는 볼베어링 돌출부(422)가 형성된다. 또한, 상기 이너 레이스(420)에는 상기 볼베어링(430)을 탄성지지하는 볼베어링 지지부(450)가 구비된다.
상기 볼베어링 돌출부(422)는 일방향으로 구부러져 형성된다. 그에 따라, 상기 볼베어링 안착부(424)의 일 측와 타 측은 서로 다른 각도를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 볼베어링 지지부(450)는 비스듬하게 배치되어 상기 볼베어링(430)을 지지할 수 있다.
이때, 상기 아우터 레이스(440)가 A방향으로 회전되는 경우 상기 이너 레이스(420)와 구속되고, B방향으로 회전되는 경우 상기 이너 레이스(420)와 구속되지 않을 수 있다. 상기 A방향 및 상기 B방향은 회전합계로 상대회전을 나타내는 것이다.
예를 들어, 상기 아우터 레이스(440) 및 상기 이너 레이스(420)가 모두 A방향으로 회전되는 경우, 상기 아우터 레이스(440)의 속도가 더 빠르면 A방향으로 회전되는 것으로 표시된다. 한편, 상기 이너 레이스(420)의 속도가 더 빠르면 B방향으로 회전되는 것으로 표시한다.
상기 A방향으로 회전되는 경우, 상기 볼베어링(430)이 상기 볼베어링 지지부(450)와 이격되어 배치된다. 그리고, 상기 볼베어링(430)이 상기 아우터 레이스(440)와 상기 이너 레이스(420)의 사이에 끼워져 배치된다. 그에 따라, 상기 아우터 레이스(440)의 회전에 따라 상기 볼베어링(430)을 통해 상기 이너 레이스(420)로 회전력이 전달될 수 있다.
한편, 상기 B방향으로 회전되는 경우, 상기 볼베어링(430)이 상기 볼베어링 지지부(450)에 의해 탄성지지된다. 그리고, 상기 아우터 레이스(440)의 회전에 따라 상기 볼베어링(430)이 상기 볼베어링 지지부(450)를 압축하는 방향으로 이동되며 회전될 수 있다. 즉, 상기 아우터 레이스(440)의 회전력이 상기 이너 레이스(420)로 전달되지 않는다.
정리하면, 상기 제 1 구동모드에서는 도 6 및 도 7과 같이 배치되어 상기 제 2 클러치(40)는 베어링으로 기능한다. 그리고, 상기 제 2 구동모드에서는 도 8 내지 도 10과 같이 배치되어 상기 제 2 클러치(40)는 원웨이 클러치로 기능한다. 그에 따라, 상기 제 2 구동모드에서 상기 제 2 구동기어(44)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 빠른 경우 서로 구속되어 일체로 회전될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 전기자동차 구동장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 전기자동차 구동장치의 제 1 클러치(50) 및 제 2 클러치(40)는 모두 선택적 원웨이 클러치로 구비될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 11에서 설명한 바와 달리, 상기 제 1 클러치(40)도 원웨이 클러치가 아닌 선택적 원웨이 클러치로 구비될 수 있다. 이하, 앞서 설명한 바와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 모순되지 않은 내용은 모두 인용한다.
선택적 원웨이 클러치로 기능하는 상기 제 1 클러치(50)는 원웨이 클러치 또는 베어링으로 기능할 수 있다. 이때, 상기 제 1 클러치(50)는 상기 제 1 구동모드에서는 원웨이 클러치로 기능한다. 그에 따라, 상기 제 1 구동기어(54)의 속도가 상기 구동축(30)의 속도보다 빠른 경우, 서로 구속되어 일체로 회전될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 클러치(50)는 상기 제 2 구동모드에서는 베어링 또는 원웨이 클러치로 기능한다. 상기 제 1 클러치(50)가 베어링으로 기능하는 경우, 속도와 무관하게 상기 제 1 클러치(50)와 상기 구동축(30)은 구속되지 않는다.
또한, 상기 제 1 클러치(50)가 원웨이 클러치로 기능하는 경우에도, 상기 구동축(30)은 상기 제 1 구동기어(54)에 구속되지 않는다. 이는 상기 제 2 구동기어(44)에 구속된 상기 구동축(30)이 상기 제 1 구동기어(54)보다 빠르게 회전되기 때문이다.
정리하면, 상기 제 1 구동모드에서는 상기 제 1 클러치(50)는 원웨이 클러치로 기능하고, 상기 제 2 클러치(40)는 베어링으로 기능한다. 그리고, 상기 제 2 구동모드에서는 상기 제 1 클러치(50)는 원웨이 클러치 또는 베어링으로 기능하고, 상기 2 클러치(40)는 원웨이 클러치로 기능한다.
다르게 말하면, 상기 제 1 클러치(50)가 베어링, 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능하는 경우, 상기 제 2 구동모드로 동작된다. 그리고, 상기 제 1 클러치(50)가 원웨이 클러치, 상기 제 2 클러치(40)가 베어링으로 기능하는 경우, 상기 제 1 구동모드로 동작된다. 상기 제 1 클러치(50) 및 상기 제 2 클러치(40)가 원웨이 클러치로 기능하는 경우, 상기 제 2 구동모드로 동작된다.
또한, 상기 제 1 클러치(50) 및 상기 제 2 클러치(40)가 모두 베어링으로 기능할 수 있다. 즉, 상기 구동축(30)이 상기 제 1 구동기어(54) 및 상기 제 2 구동기어(44)와 구속되지 않은 상태에 해당된다. 이와 같은 상태는 제 3 구동모드 또는 중립상태로 이해될 수 있다.
10 : 구동모터 20 : 모터축
22 : 제 1 모터기어 24 : 제 2 모터기어
30 : 구동축 40 : 제 2 클러치
44 : 제 2 구동기어 50 : 제 1 클러치
54 : 제 1 구동기어 400 : 액추에이터

Claims (20)

  1. 구동모터 및 상기 구동모터에 연결되는 모터축;
    상기 모터축의 외측에 서로 이격되어 결합되는 제 1 모터기어 및 제 2 모터기어;
    상기 제 1 모터기어와 상기 제 2 모터기어와 각각 맞물리도록 이격되어 배치되는 제 1 구동기어 및 제 2 구동기어;
    상기 제 1 구동기어 및 상기 제 2 구동기어가 외측에 배치되고, 차축과 연결되는 구동축;
    상기 제 1 구동기어와 상기 구동축을 연결하는 제 1 클러치; 및
    상기 제 2 구동기어와 상기 구동축을 연결하는 제 2 클러치가 포함되고,
    상기 제 2 클러치는, 액추에이터의 작동에 따라 베어링 또는 상대속도에 따라 상기 제 2 구동기어와 상기 구동축를 구속하는 원웨이 클러치(one-way clutch)로 기능하는 선택적 원웨이 클러치(selective one-way clutch)인 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동기어에서 상기 구동축으로 동력이 전달되는 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동기어에서 상기 구동축으로 동력이 전달되는 제 2 구동모드로 전환되는 경우, 상기 제 2 클러치가 원웨이 클러치로 기능하도록 상기 액추에이터를 작동시키는 제어부가 포함되는 전기자동차 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 구동모드에는 제 1 속도(W1)로 작동되고, 상기 제 2 구동모드에는 제 3 속도(W3)로 작동되도록 상기 구동모터를 제어하고,
    상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로 전환될 때, 상기 제어부는 상기 제 1 속도 및 상기 제 3 속도보다 느린 제 2 속도(W2<W1, W2<W3)로 작동되도록 상기 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로 전환될 때, 상기 제 2 구동기어보다 상기 구동축의 속도가 빠르면 상기 제어부는 상기 액추에이터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 클러치는 상대속도에 따라 상기 제 1 구동기어와 상기 구동축을 구속하는 원웨이 클러치(one-way clutch)인 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치에는,
    상기 제 2 구동기어에 고정되는 아우터 레이스;
    상기 아우터 레이스와 이격되어 배치되고, 상기 액추에이터에 의해 축방향으로 이동가능하게 마련되는 이너 레이스; 및
    상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스의 사이에 배치되는 볼베어링이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이너 레이스에는,
    상기 볼베어링이 안착되는 볼베어링 안착부; 및
    상기 볼베어링 안착부를 구분하는 볼베어링 돌출부가 포함되고,
    상기 액추에이터의 동작에 의해 상기 볼베어링 안착부에 상기 볼베어링이 배치되도록 상기 이너 레이스가 이동되는 경우, 상기 제 2 클러치가 원웨이 클러치로 기능하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이너 레이스에는 상기 볼베어링을 탄성지지하는 볼베어링 지지부가 더포함되고,
    상기 액추에이터의 동작에 의해 상기 볼베어링 안착부에 상기 볼베어링이 배치되면, 일 방향으로 회전되는 경우 상기 볼베어링이 상기 볼베어링 지지부를 탄성압축하여 자유회전되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 속도(W1), 제 2 속도(W2) 및 제 3 속도(W3) 중 어느 하나에서 다른 어느 하나로 변경하여 작동되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기자동차 구동장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동축의 일 단은 상기 차축과 연결되고, 상기 구동축의 타 단은 상기 액추에이터가 설치되고,
    상기 제 2 구동기어는 상기 액추에이터와 인접하게 상기 구동축의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 구동축과 일체로 회전되도록 상기 구동축의 타 단에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 클러치는, 베어링 또는 상대속도에 따라 상기 제 2 구동기어와 상기 구동축를 구속하는 원웨이 클러치(one-way clutch)로 기능하는 선택적 원웨이 클러치(selective one-way clutch)인 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 클러치 및 상기 제 2 클러치가 베어링으로 기능하는 경우, 상기 구동축은 상기 제 1 구동기어 및 상기 제 2 구동기어와 서로 다른 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치.
  14. 구동모터 및 상기 구동모터와 연결된 1단 기어 및 2단 기어가 포함되는 전기자동차 구동장치의 제어방법에 있어서,
    상기 구동모터가 작동되어, 제 1 클러치를 통해 상기 1단 기어에서 구동축으로 동력이 전달되는 제 1 구동모드로 동작되고,
    구동모드의 전환을 요구하는 변속신호가 입력되고,
    상기 구동모터가 감속되어, 상기 구동축으로 동력의 전달이 중지되고,
    상기 구동모터가 증속되어, 제 2 클러치를 통해 상기 2단 기어에서 상기 구동축으로 동력이 전달되는 제 2 구동모드로 동작되고,
    상기 구동모터가 감속되어 상기 구동축으로 동력의 전달이 중지되면, 상기 제 2 클러치는 원웨이 클러치로 기능하도록 적어도 일부가 이동되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 구동모드에서 상기 구동모터는 제 1 속도(W1)로 작동되고,
    상기 제 2 구동모드에서 상기 구동모터는 제 3 속도(W3)로 작동되며,
    상기 제 1 구동모드에서 상기 제 2 구동모드로 전환되는 경우, 상기 구동모터는 상기 제 1 속도 및 상기 제 3 속도보다 느린 제 2 속도(W2<W1, W2<W3)로 작동되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 1단 기어에는 상기 제 1 클러치에 의해 상기 구동축으로 동력을 전달하는 제 1 구동기어가 포함되며,
    상기 2단 기어에는 상기 제 2 클러치에 의해 상기 구동축으로 동력을 전달하는 제 2 구동기어가 포함되고,
    상기 구동모터가 감속되어 상기 구동축으로 동력의 전달이 중지되면, 상기 구동축은 상기 제 1 구동기어 및 상기 제 2 구동기어와 서로 다른 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 구동모터가 감속되어 상기 구동축으로 동력의 전달이 중지되면, 상기 구동축 및 상기 제 2 구동기어의 속도를 판단하고,
    상기 구동축의 속도가 상기 제 2 구동기어의 속도보다 빠른 경우, 상기 제 2 클러치는 원웨이 클러치로 기능하도록 적어도 일부가 이동되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 클러치가 원웨이 클러치로 기능하도록 적어도 일부가 이동된 후, 상기 구동모터가 증속되어, 상기 제 2 클러치를 통해 상기 제 2 구동기어에서 상기 구동축으로 동력이 전달되는 제 2 구동모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 구동모드에서 상기 2단 기어에서 상기 구동축으로 동력의 전달을 방지하도록, 상기 제 2 클러치는 베어링으로 기능하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 1단 기어에 포함되는 제 1 구동기어의 속도가 상기 구동축의 속도보다 빠른 경우, 상기 제 1 클러치에 의해 상기 제 1 구동기어와 상기 구동속이 서로 구속되어 일체로 회전되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 구동장치의 제어방법.
KR1020190053992A 2019-05-02 2019-05-08 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법 KR20200129493A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190053992A KR20200129493A (ko) 2019-05-08 2019-05-08 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법
US16/847,787 US20200347916A1 (en) 2019-05-02 2020-04-14 Apparatus for driving electric vehicle and method of controlling the same
EP20169289.4A EP3734113A1 (en) 2019-05-02 2020-04-14 Apparatus for driving electric vehicle and method of controlling the same
CN202010349071.8A CN111878549A (zh) 2019-05-02 2020-04-28 用于驱动电动车辆的设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190053992A KR20200129493A (ko) 2019-05-08 2019-05-08 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200129493A true KR20200129493A (ko) 2020-11-18

Family

ID=73697791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190053992A KR20200129493A (ko) 2019-05-02 2019-05-08 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200129493A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230144135A (ko) 2022-04-06 2023-10-16 강명구 원웨이 클러치가 적용된 전기 자동차용 자동화 수동 다단변속기 및 그 변속 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230144135A (ko) 2022-04-06 2023-10-16 강명구 원웨이 클러치가 적용된 전기 자동차용 자동화 수동 다단변속기 및 그 변속 제어방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10086841B2 (en) Control apparatus for transmission
US7249532B2 (en) Double clutch transmission
US20200347916A1 (en) Apparatus for driving electric vehicle and method of controlling the same
JPH1163137A (ja) 車両用トロイダル型無段変速機
WO2012127656A1 (ja) 車両用駆動装置
US9193345B2 (en) Automatic transmission and method for controlling the same
JP2004526915A (ja) 乗物用の自動パワーシフト変速装置
JP6783996B2 (ja) レンジセレクタ装置を有する自動車用ギアボックス
US20090306864A1 (en) Transmission and control method thereof
KR20200129493A (ko) 전기자동차 구동장치 및 그 제어방법
JP2002349698A (ja) 車両用変速機のギア変速装置
JP4932362B2 (ja) 自動車の制御装置，制御方法及び変速システム
JP2001099312A (ja) 自動車用変速機
JP5081744B2 (ja) 車両の駆動装置
JP2010247603A (ja) 変速機ユニットの制御装置
KR100446989B1 (ko) 수동변속기 장착용 자동변속장치
US20010037698A1 (en) Shift-assisting device for a transmission
JP2001099317A (ja) 自動車用変速機
JP2008190646A (ja) 変速制御装置
JP4593253B2 (ja) 自動車の駆動装置
JP2013079686A (ja) 車両の変速装置
JP2010144800A (ja) ワンウェイクラッチの支持装置
JP2018141495A (ja) 車両用自動変速装置
KR20200127410A (ko) 전기자동차 구동장치
JP2005047491A (ja) 車両用多段変速機の減速歯車装置