KR20210001933A - 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 제1 요소로 입력축에 연결되고, 제2 요소로 출력축에 연결되며, 제3 요소로 고정부에 가변적으로 연결되는 유성기어; 상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 제1 커버; 상기 제1 요소 및 상기 제2 요소와 연결되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제1 출력축 속도에서 상기 제1 커버와 상기 제2 요소의 사이에 선택적으로 와전류 토크의 전달을 발생시키는 와전류 토크 발생부; 상기 제1 커버와 일체로 회전하도록 결합되는 제2 커버; 상기 제3 요소와 상기 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 제3 요소와 상기 고정부 사이에 구비되는 원웨이 클러치; 및 상기 와전류 토크 발생부와 연동되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제2 출력축 속도에서 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구; 를 포함한다.

Description

전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법 {DRY TYPE TORQUE CONVERTER FOR ELECTRIC VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기력(electromagnetic force)과 유성기어를 이용하여 구동모터의 동력을 감속기로 전달하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 토크 컨버터는 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 것이다.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차는 엔진 및 변속기를 대신하여 구동모터를 사용해 발생된 구동력을 이용하는 바, 유체의 흐름을 이용해 작동하는 종래의 토크 컨버터 적용이 어렵다.

그러나 전기자동차에 있어서도 모터의 토크를 증배할 수 있는 토크 컨버터의 개발이 요구되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전장품을 추가하지 않으므로 원가적으로 유리하고, 전기자동차의 구동모터와 인버터의 사이즈를 줄일 수 있으며, 초기 구동 시에는 구동모터의 소모전류를 감소시킬 수 있도록 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 제1 요소로 입력축에 연결되고, 제2 요소로 출력축에 연결되며, 제3 요소로 고정부에 가변적으로 연결되는 유성기어; 상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 제1 커버; 상기 제1 요소 및 상기 제2 요소와 연결되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제1 출력축 속도에서 상기 제1 커버와 상기 제2 요소의 사이에 선택적으로 와전류 토크의 전달을 발생시키는 와전류 토크 발생부; 상기 제1 커버와 일체로 회전하도록 결합되는 제2 커버; 상기 제3 요소와 상기 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 제3 요소와 상기 고정부 사이에 구비되는 원웨이 클러치; 및 상기 와전류 토크 발생부와 연동되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제2 출력축 속도에서 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구; 를 포함한다.

상기 와전류 토크 발생부는 상기 제1 커버의 반경 방향 내측에서 원주방향으로 장착되는 다수개의 영구자석; 상기 제2 요소에 구비된 장착로드에 상기 제1 커버를 향하여 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 제1 슬라이딩 부재; 상기 장착로드에 상기 제2 커버를 향하여 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 제2 슬라이딩 부재; 상기 출력축의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 반경방향 외측을 향하여 이동 가능하도록 배치되는 적어도 하나의 원심부재; 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재에 일단이 힌지 연결되고, 타단이 상기 적어도 하나의 원심부재에 힌지 연결되어, 상기 원심부재에 작용하는 원심력을 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재로 전달하는 다수개의 링크 부재; 및 도전성을 가지며, 상기 영구자석에 마주하게 배치되고, 상기 제1 슬라이딩 부재에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제1 커버에 상대 회전 가능하게 장착되는 도전체 부재; 를 포함할 수 있다.

상기 제1 요소의 회전 시, 상기 도전체 부재와 상기 영구자석의 상호 작용에 의해 상기 도전체 부재 상에 와전류에 의한 와전류 토크가 발생하고, 상기 와전류 토크에 의해 상기 도전체 부재는 상기 제1 요소의 회전속도와 동기화되도록 회전될 수 있다.

상기 제1 슬라이딩 부재가 상기 도전체 부재에 마찰 접촉되면, 상기 도전체 부재로부터 상기 제2 요소로 상기 와전류 토크가 전달될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 도전체 부재에 대응하여 상기 제1 커버의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 제1 커버의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치될 수 있다.

상기 와전류 토크 발생부는 상기 원심력에 대항하도록 상기 제1 슬라이딩 부재에 대해 탄성력을 제공하는 제1 탄성부재; 및 상기 원심력에 대항하도록 상기 제2 슬라이딩 부재에 대해 탄성력을 제공하는 제2 탄성부재; 를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재의 길이 및 탄성계수 중, 하나 이상은, 상기 제1 출력축 속도가 상기 제2 출력축 속도보다 작도록 설정될 수 있다.

상기 제1 슬라이딩 부재는 상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도 미만으로 회전될 경우, 축 방향을 기준으로 상기 도전체 부재에 접촉되지 않은 상태를 유지할 수 있다.

상기 도전체 부재는 상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 제1 슬라이딩 부재에 의해 상기 제2 요소로 와전류 토크를 전달할 수 있다.

상기 원심부재는 상기 제2 요소의 반경방향 외측에서 반경방향을 따라 다수개가 구비되며, 상기 출력축의 회전 속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 상기 제2 요소로부터 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 링크 부재를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재를 축 방향 양측을 향하여 각각 슬라이드 이동시킬 수 있다.

상기 록업 기구는 상기 제2 슬라이딩 부재에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제2 커버의 내측면에 장착되며, 상기 제2 슬라이딩 부재가 선택적으로 마찰 접촉되는 마찰부재; 를 포함할 수 있다.

상기 제2 슬라이딩 부재는 상기 출력축의 회전속도가 상기 제2 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 링크 부재에 의해 축 방향을 기준으로 상기 마찰부재를 향하여 슬라이드 이동되고, 상기 마찰부재에 마찰 접촉되면서 록업 기능을 수행할 수 있다.

상기 제1 슬라이딩 부재는 상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도로 회전될 경우, 상기 링크 부재에 의해 상기 도전체 부재에 밀착되면서 상기 도전체 부재로부터 상기 제2 요소로 와전류 토크를 전달시킬 수 있다.

상기 제2 슬라이딩 부재는 상기 출력축의 회전속도가 상기 제2 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하도록 상기 링크 부재에 의해 상기 록업기구에 밀착되면서 상기 제2 요소를 상기 제2 커버에 회전 구속시킬 수 있다.

상기 와전류 토크 발생부는 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 상기 출력축의 속도에 따라 분리, 또는 와전류 토크로 동력을 전달할 수 있다.

상기 제1 요소는 선기어이고, 상기 제2 요소는 캐리어이며, 상기 제3 요소는 링 기어일 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법은 입력축에 연결되는 제1 요소, 출력축에 연결되는 제2 요소, 고정부에 가변적으로 연결되는 제3 요소, 및 설정된 기어비에 의한 속도비를 가지는 유성기어에서, 상기 기어비에 의한 속도비에서 상기 제3 요소와 상기 고정부 사이에 구비되는 원웨이 클러치의 작동 제어로 상기 제3 요소를 고정 제어하여 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 증배하는 제1단계; 상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 기어비에 의한 속도비 이상에서 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되며, 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 동력을 전달하도록 제1 슬라이딩 부재와 도전체 부재를 포함하는 와전류 토크 발생부의 작동 제어로 상기 제1 슬라이딩 부재가 상기 도전체 부재에 밀착되면서 상기 제2 요소와 상기 도전체 부재를 함께 회전시켜 상기 제2 요소를 통해 상기 출력축으로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계; 및 상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 와전류 토크 발생부에 포함된 제2 슬라이딩 부재와, 제2 커버의 축 방향 내측면에 장착된 마찰부재로 구성된 록업 기구의 작동 제어로 상기 제2 슬라이딩 부재가 상기 마찰부재에 마찰 접촉되면서 상기 제1, 및 제2 요소를 직접 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결시키는 제3 단계; 를 포함한다.

상기 제1 단계는 상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 원웨이 클러치가 작동되면서, 상기 와전류 토크 발생부와 상기 록업 기구를 비작동 제어할 수 있다.

상기 제1 단계는 상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 상기 유성기어의 작동을 통해 증배시킬 수 있다.

상기 제2 단계는 상기 출력축의 회전속도가 증가하면서 발생된 원심력에 의해 상기 와전류 토크 발생부가 작동되며, 상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해 상기 원웨이 클러치를 비작동 제어하고, 상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 록업 기구를 비작동 제어할 수 있다.

상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해, 상기 입력축의 토크를 상기 제2 요소 및 상기 와전류 토크 발생부를 통하여 상기 출력축으로 전달할 수 있다.

상기 제3 단계는 상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력의 증가에 따라 상기 록업 기구를 작동 제어하고, 상기 원웨이 클러치와 상기 와전류 토크 발생부를 비작동 제어할 수 있다.

상기 제3 단계는 상기 록업 기구의 작동, 상기 원웨이 클러치의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부의 비작동 제어하고, 상기 슬라이딩 부재를 상기 마찰부재에 마찰 접촉시켜 상기 입력축과 상기 출력축의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법을 적용하면, 유성기어의 제1 요소(선기어)와 제2 요소(캐리어) 사이에 와전류 토크 발생부를 구비하여, 출력축의 회전 속도에 따라 와전류 토크로 제1, 및 제2 요소의 비 연결 또는 와전류 토크로 동력을 전달하고, 제3 요소(링기어)와 고정부를 원웨이 클러치로 고정 또는 일방향 회전 제어하므로 기어비에 의한 속도비에서 토크를 증배하며, 기어비에 의한 속도비 이상에서 와전류 토크를 출력시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 토크 증배율이 크기 때문에 입력축에 연결되는 구동모터와 인버터의 사이즈를 줄일 수 있으며, 초기 구동 시 구동모터의 고속 회전을 통해 빠른 고효율 영역으로 진입하여 구동모터의 소모 전류를 감소시키는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 별도의 액추에이터 없이 출력 속도의 원심력으로 입출력 속도비의 0.8까지 상승 회전시켜 출력 토크를 제어하므로 제조 원가를 절감하는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 유성기어를 이용한 토크 증배, 및 와전류를 이용한 속도비 상승 기능과 함께, 록업 기구의 적용을 통해 구동모터의 토크를 직접 변속기로 직접 전달할 수 있어 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달 할 수 있으며, 종래 유체식 토크 컨버터의 기능을 모두 구현할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 부분 절개 분해 사시도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에서 차속에 따른 록업 토크, 와전류 토크, 기어 토크, 및 출력토크의 크기를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법으로 제어되는 와전류 토크 발생부, 록업 기구 및 원웨이 클러치의 작동을 나타낸 표이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법으로 제어되는 유성기어 요소들의 작동을 나타낸 표이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서에서 “포함하다”, “이루어진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉, 명세서에서 “포함하다”, “이루어진다” 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 “상부에 있다”거나 “하부에 있다”고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

편의상 이 명세서에서 방향은 다음과 같이 정의한다.

전후 방향 또는 축 방향은 회전축과 나란한 방향으로서, 전방(앞쪽)은 동력원인 어느 일 방향, 가령 엔진 쪽으로 향하는 방향을 의미하고, 후방(뒤쪽)은 다른 일 방향, 가령 변속기 쪽으로 향하는 방향을 의미한다. 따라서 전면(앞면)이란 그 표면이 전방을 바라보는 면을 의미하고, 후면(뒷면)이란 그 표면이 후방을 바라보는 면을 의미한다.

반경방향 또는 방사 방향이라 함은 상기 회전축과 수직한 평면 상에서 상기 회전축의 중심을 지나는 직선을 따라 상기 중심에 가까워지는 방향 또는 상기 중심으로부터 멀어지는 방향을 의미한다. 상기 중심으로부터 반경방향으로 멀어지는 방향을 원심방향이라 하고, 상기 중심에 가까워지는 방향을 구심방향이라 한다.

원주방향이라 함은 상기 회전축의 원주를 에워싸는 방향을 의미한다. 외주라 함은 외측 둘레, 내주라 함은 내측 둘레를 의미한다. 따라서 외주면은 상기 회전축을 등지는 방향의 면이고, 내주면은 상기 회전축을 바라보는 방향의 면을 의미한다.

원주방향 측면이라 함은 그 면의 법선이 대략적으로 원주방향을 향하는 면을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

일반적으로 유성기어는 세 가지 요소 중 한 요소를 고정 요소로 하는 경우, 나머지 두 가지 요소를 입력 요소와 출력 요소로 작동하며, 입력 요소와 출력 요소 사이에서 설정된 기어비를 가진다.

이러한 조건에서, 유성기어는 입력 요소와 출력 요소 및 고정 요소의 토크 합이 영이 되는 특성을 가지며, 설정된 기어비에 의한 속도비에서만 정상 토크를 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 부분 절개 분해 사시도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 전기 자동차의 파워트레인에서 구동모터(M)와 감속기(GB; gear box)사이에 장착된다.

전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 상기 구동모터(M)와 상기 감속기(GB) 사이에서 양자를 서로 연결하여, 상기 구동모터(M)의 출력 토크를 상기 감속기(GB)로 전달하도록 구성된다.

본 실시예에서, 건식 토크 컨버터는 입력축(1)으로 상기 구동모터(M)에 연결되고, 출력축(2)으로 상기 감속기(GB)에 연결된다. 이러한 건식 토크 컨버터는 상기 입력축(1)으로 입력되는 상기 구동모터(M)의 토크를 증배 및 전달하여 상기 감속기(GB)로 출력한다.

이와 같이 구성되는 건식 토크 컨버터는 제1 요소(11)와 제2 요소(12) 및 제3 요소(13)를 구비하고, 상기 입력축(1)과, 상기 출력축(2)에 연결되는 유성기어(10)를 포함한다.

상기 유성기어(10)에서, 상기 제1 요소(11)는 상기 입력축(1)에 연결되고, 상기 제2 요소(12)로 상기 출력축(2)에 연결되며, 상기 제3 요소(13)로 고정부(14)에 가변적으로 연결된다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 유성기어(10)에서 상기 제1 요소(11)는 선 기어(S)이고, 상기 제2 요소(12)는 피니언 기어(P)를 연결하는 캐리어(C)이며, 상기 제3 요소(13)는 링 기어(R)이다.

즉, 유성기어(10)에서, 상기 제1 요소(선 기어(S) : 11)는 상기 입력축(1)에 연결되고, 상기 제2 요소(캐리어(C) : 12)는 상기 출력축(2)에 연결되며, 상기 제3 요소(링이어(R) : 13)는 원웨이 클러치(23)를 통해 상기 고정부(14)에 연결된다.

여기서, 상기 고정부(14)는 전기 자동차의 파워트레인 또는 전기 자동차의 바디일 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 제1 커버(19), 와전류 토크 발생부(21), 원웨이 클러치(23), 제2 커버(25), 및 록업 기구(40)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 커버(19)는 상기 입력축(1)과 상기 제1 요소(11)에 일체로 연결되며, 상기 유성기어(10)를 내장할 수 있다.

여기서, 상기 제1 커버(19)는 상기 제2 커버(25) 측을 향하는 일면이 개구된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 제1 커버(19)에는 상기 출력축(2) 측에 가깝게 배치되는 상기 제2 커버(25)가 결합될 수 있다.

여기서, 상기 제2 커버(25)는 상기 제1 커버(19)와 일체로 회전하도록 결합된다.

즉, 상기 제1 커버(19)는 상기 입력축(1)과 상기 제1 요소(11)에 일체로 연결되며, 상기 출력축(2)에 가깝게 배치되는 상기 제2 커버(24)와 결합되어 상기 유성기어(10), 상기 와전류 토크 발생부(21), 상기 원웨이 클러치(23), 및 상기 록업 기구(40)를 내장할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 와전류에 의하여 발생되는 전자기력(electromagnetic force)으로 비작동, 또는 작동되는 비접촉식 전자기 커플링으로 구성된다.

이러한 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 저속 회전 시 설정된 원심력 부족으로 비작동 되어 와전류 토크를 상기 출력축(2)으로 전달하지 않는다. 이와는 반대로, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 고속 회전 시 설정된 원심력 확보로 작동되어 와전류 토크를 상기 출력축(2)으로 전달할 수 있게 된다.

즉, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 제1 요소(11) 및 상기 제2 요소(12)와 연결된다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 제2 요소(12)의 반경방향 외측에서 상기 제2 요소(12)와 연결된다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 요소(12)와 동일한 반경방향 선상이나 상기 제2 요소(12)의 반경방향 내측에서 상기 제2 요소(12)와 연결되는 구성도 가능하다.

이러한 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 회전속도에 의해 제어되면서 제1 출력축 속도에서 상기 제1 커버(19)와 상기 제2 요소(12)의 사이에 선택적으로 와전류 토크를 전달시킬 수 있다.

즉, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)를 상기 출력축(2)의 속도에 따라 분리, 또는 와전류 토크로 동력을 전달할 수 있다.

여기서, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 다수개의 영구자석(211), 제1 슬라이딩 부재(212), 제2 슬라이딩 부재(213), 적어도 하나의 원심부재(214), 다수개의 링크 부재(215), 및 도전체 부재(216)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 영구자석(211)들은 상기 제1 요소(11)에 연결되도록 상기 제1 커버(19)의 반경 방향 내측에서 원주방향으로 장착된다.

여기서, 상기 영구자석(211)은 상기 도전체 부재(216)에 대응하여 상기 제1 커버(19)의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 영구자석(211)은 상기 제1 커버(19)의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치될 수 있다.

한편, 상기 영구자석(211)은 상기 제1 커버(19)에 축 방향을 기준으로 설정된 길이를 갖는 장착 링(211a)을 통해 장착될 수 있다.

즉, 상기 장착 링(211a)은 그 외주면이 상기 제1 커버(19)의 내측면에 장착되고, 상기 장착 링(211a)의 내주면에는 상기 영구자석(211)이 장착될 수 있다.

이에 따라, 상기 영구자석(211)은 상기 도전체 부재(216)를 향하는 상기 장착 링(211a)의 내주면에 N 극과 S 극이 교대로 반복되도록 원주 방향을 따라 이격되어 복수개가 장착된다.

본 실시예에서, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 제2 요소(12)에 구비된 장착로드(12a)에 상기 제1 커버(19)를 향하여 축 방향으로 각각 왕복 슬라이드 이동 가능하게 장착된다.

상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 장착로드(12a)에 상기 제2 커버(25)를 향하여 축 방향으로 왕복 슬라이드 이동 가능하게 장착된다.

본 실시예에서, 상기 적어도 하나의 원심부재(214)는 상기 출력축(2)의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 상기 제2 요소(12)로부터 반경방향 외측을 향하여 이동 가능하도록 배치된다.

여기서, 상기 적어도 하나의 원심부재(214)는 반경방향을 따라 다수개가 구비되며, 설정된 무게를 갖는 원통형상으로 형성될 수 있다.

다수개로 구성된 상기 링크 부재(215)의 일단은 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)에 힌지 연결되고, 상기 링크 부재(215)의 타단은 상기 적어도 하나의 원심부재(214)에 힌지 연결된다.

이러한 링크 부재(215)는 상기 원심부재(214)에 작용하는 원심력을 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)로 전달할 수 있다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)에는 상기 링크 부재(215)들이 각각 힌지 연결되도록 상호 마주하는 면에 원주방향으로 각각 형성되는 적어도 하나 이상의 제1, 및 제2 링크돌기(212a, 213a)가 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 적어도 하나 이상의 제1, 및 제2 링크돌기(212a, 213a)들은 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격된 위치에 각각 형성된다.

즉, 상기 링크 부재(215)의 일단은 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212)에 형성된 상기 제1, 및 제2 링크돌기(212a, 213a)에 각각 힌지 연결될 수 있다. 그리고 상기 링크 부재(215)의 타단은 반경 방향을 기준으로 상기 원심부재(214)의 양단에서 중심에 힌지 연결될 수 있다.

이러한 링크 부재(213)는 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)에 대응하여 2 개를 하나의 셋트로 하여 다수개의 셋트로 구성될 수 있다.

이에 따라, 상기 원심부재(214)가 원심력에 의해 상기 제2 요소(12)로부터 반경 방향 외측을 향하여 이동되면, 상기 링크 부재(213)는 각각의 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)를 축 방향 양측을 향하여 각각 이동시킬 수 있다.

즉, 상기 원심부재(214)는 상기 출력축(2)의 회전 속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 상기 제2 요소(12)로부터 반경방향 외측을 향하여 이동되면서, 상기 링크 부재(213)를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)를 축 방향 양측을 향하여 각각 슬라이드 이동시킬 수 있다.

그리고 상기 도전체 부재(216)는 도전성을 가지며, 상기 영구자석(211)에 마주하게 배치된다. 이러한 도전체 부재(216)는 상기 제1 슬라이딩 부재(212)에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제1 커버(19)에 상대 회전 가능하게 장착된다.

일 실시예에서, 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1 커버(19)에 형성된 장착부(9a)의 외주면과 상기 도전체 부재(216)의 내주면 사이에 장착되는 제1 베어링(217)에 의해 상기 제1 커버(19)에 자유 회전 가능하게 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1 커버(19)에는 상기 도전체 부재(216)의 자유 회전을 지지하도록 축 방향으로 상기 도전체 부재(216)의 외측면에 대응하여 제2 베어링(218)이 장착될 수 있다.

이에 따라, 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1, 및 제2 베어링(217, 218)에 의해 상기 제1 커버(19)에 대해 상대 회전 가능하게 연결된다.

따라서, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 후술하는 바와 같이, 상기 도전체 부재(216)에 밀착되기 전의 상태에서, 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1 커버(19)와 다른 속도로 회전하게 될 수 있다(예를 들어, 구동모터(M)가 구동되기 시작한 상태에서 상기 제1 커버(19)가 회전하고, 상기 도전체 부재(216)는, 예를 들어 관성력으로 인해 회전하지 않는 상황).

이러한 경우에 상기 영구자석(211)과 상기 도전체 부재(216) 사이에는 상대적이 회전 속도 차이에 의해 와전류가 발생하게 된다. 이러한 와전류에 의한 와전류 토크에 의해 상기 영구자석(211), 따라서 상기 제1 요소(11)는 상기 도전체 부재(216)를 상기 구동모터(M)의 구동방향(본 실시예에서는 정방향)으로 회전시키게 된다.

한편, 상기 도전체 부재(216)에는 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작용하는 원심력으로 이동된 상기 적어도 하나의 원심부재(214)에 의해 상기 제1 커버(19)를 향하여 슬라이드 이동되는 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 선택적으로 마찰 접촉되도록 축 방향으로 상기 제1 슬라이딩 부재(212)에 대응하는 위치에 접촉 패드(219)가 장착된다.

상기 접촉 패드(219)에 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 마찰 접촉되면, 상기 도전체 부재(216)는 상기 제2 요소(12)로 와전류 토크를 전달할 수 있다.

즉, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 출력축(2)의 회전속도가 제1 출력축 속도로 회전될 경우, 반경방향 외측으로 이동된 상기 원심부재(214)와, 축 방향 양측을 향하여 각각 이동되는 상기 링크부재(215)에 의해 상기 도전체 부재(216)에 밀착되면서 상기 제2 요소(12)가 상기 도전체 부재(216)와 함께 회전되게 할 수 있다.

다시 말해, 상기 도전체 부재(216)는 상기 출력축(2)의 회전 속도가 제1 출력축 속도 미만으로 회전될 경우, 상기 제1 커버(19)의 영구자석(211)과의 상대회전에서 발생된 와전류 토크에 의해 구동되지만, 이를 상기 제1 슬라이딩 부재(212)로 전달하지는 않게 된다.

이와 반대로, 상기 출력축(2)의 회전속도가 제1 출력축 속도 이상으로 회전될 경우에는, 이러한 와전류 토크를 상기 제1 슬라이딩 부재(212)를 통해 상기 제2 요소(12)로 전달할 수 있다.

따라서, 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1, 및 제2 베어링(217, 218)에 의해 상기 제1 커버(19)에 상대 회전 가능하게 장착된 상태에서, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 접촉 패드(219)에 마찰 접촉될 경우, 상기 영구자석(211)과의 사이에서 발생된 와전류 토크를 상기 제2 요소(12)로 전달할 수 있다.

즉, 상기 제1 요소(11)의 회전 시, 상기 도전체 부재(216)와 상기 영구자석(211)의 상호 작용에 의해 상기 도전체 부재(216) 상에 와전류에 의한 와전류 토크가 발생하고, 상기 와전류 토크에 의해 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1 요소(211)의 회전속도와 동기화되도록 회전될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 도전체 부재(216)에 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 마찰 접촉되는 상기 접촉 패드(219)가 장착되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 제2 요소(12)와 상기 도전체 부재(216)가 함께 회전되도록 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 도전체 부재(216)에 직접 마찰 접촉되면서 밀착될 수도 있다.

즉, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 도전체 부재(216)에 마찰 접촉되면, 상기 도전체 부재(216)로부터 상기 제2 요소(12)로 상기 와전류 토크가 전달될 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 와전류 토크 발생부(21)는 제1 탄성부재(221)와 제2 탄성부재(222)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 탄성부재(221)는 상기 제2 요소(12)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이에서 상기 장착로드(12a)에 끼워지며, 상기 제2 요소(12)로부터 상기 제1 슬라이딩 부재(212)에 탄성력을 제공한다.

즉, 상기 제1 탄성부재(221)는 상기 원심력에 대항하도록 상기 제1 슬라이딩 부재(212)에 탄성력을 제공할 수 있다.

그리고 상기 제2 탄성부재(222)는 상기 제2 요소(12)와 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 사이에서 상기 장착로드(12a)에 끼워지며, 상기 제2 요소(12)로부터 상기 제2 슬라이딩 부재(213)에 탄성력을 제공할 수 있다.

즉, 상기 제2 탄성부재(222)는 상기 원심력에 대항하도록 상기 제2 슬라이딩 부재(213)에 탄성력을 제공할 수 있다.

이러한 제1 탄성부재(221)는 상기 도전체 부재(216)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이의 길이(D1)와 상기 제2 커버(25)와 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 사이의 길이(D2)에 대응하여 상기 제2 탄성부재(222)의 길이보다 짧은 길이로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)는 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 상기 원심부재(214)에 작용하는 원심력이 커지면, 축 방향 양측으로 각각 슬라이드 이동된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)에 의해 압축 변형된 상태로, 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)를 탄성 지지할 수 있다.

이러한 상태에서, 상기 출력축(2)의 회전속도가 낮아지면서 상기 원심부재(214)에 작용하는 원심력이 작아지면, 상기 제1, 및 제2 탄성부재(216)는 인장 변형되면서 상기 슬라이딩 부재(212)에 탄성력을 제공함으로써, 축 방향 양측을 향하여 각각 슬라이드 이동되었던 한 쌍의 상기 슬라이딩 부재(212)를 초기위치로 신속하게 복귀시킬 수 있다.

한편, 상기 도전체 부재(216)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이의 길이(D1)는 상기 제2 커버(25)와 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 사이의 길이(D2) 보다 짧은 길이(D1＜D2)로 설정될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 상기 원심부재(214)의 반경방향 외측으로 이동되면, 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 보다 먼저 상기 도전체 부재(216)의 접촉 패드(219)에 마찰 접촉된다.

이러한 상태에서, 상기 출력축(2)의 회전속도가 더욱 증가되면, 상기 원심부재(214)의 반경방향 외측을 향하여 더욱 이동되고, 동시에, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 축 방향으로 상기 제2 커버(25)를 향하여 슬라이드 이동되면서, 후술할 상기 록업 기구(40)에 마찰 접촉될 수 있다.

즉, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 출력축(2)의 회전속도가 제2 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결하도록 반경방향 외측으로 이동된 상기 원심부재(14)와, 축 방향 양측을 향하여 각각 이동되는 상기 링크부재(215)에 의해 상기 록업 기구(40)에 밀착되면서 상기 제1 요소(11)에 연결된 상기 제2 커버(25)를 상기 제2 요소(12)에 직접 연결할 수 있다.

대안적으로, 상기 도전체 부재(216)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이의 길이(D1)는 상기 제2 커버(25)와 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 사이의 길이(D2)와 동일하거나 더 긴 길이로 설정될 수도 있다.

이러한 경우에는, 제1 슬라이딩 부재(212)가 제2 슬라이딩 부재(213)보다 적은 상기 출력축(2) 설정 속도에서 상기 도전체 부재(216)의 접촉 패드(219)에 마찰 접촉될 수 있도록 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 피쳐(feature)(예를 들어, 길이, 탄성계수 등)가 선택될 수 있을 것이다.

즉, 상기 제1 탄성부재(221) 및 상기 제2 탄성부재(222)의 길이 및 탄성계수 중, 하나 이상은, 제1 출력축 속도가 후술할 제2 출력축 속도보다 작도록 설정될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 출력축(2)의 회전속도가 제1 출력축 속도 이하로 회전될 경우, 상기 영구자석(211)과 상기 도전체 부재(216)의 사이에서 발생된 와전류 토크가 상기 제2 요소(12)로 전달되지 않도록 축 방향을 기준으로 상기 도전체 부재(216)에 장착된 상기 접촉 패드(219)에 접촉되지 않은 상태를 유지할 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동은 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 전기 자동차의 초기 구동 시에 상기 출력축(2)의 출력속도에서 원심력이 부족하면, 상기 원심부재(214)는 초기 위치를 유지하게 된다.

그러면, 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212)는 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)로부터 제공된 압축력에 의해 축 방향을 기준으로 상기 도전체 부재(216)와 상기 제2 커버(25)로부터 이격된 초기상태를 유지한다.

이러한 상태에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 도전체 부재(216)과 상기 영구자석(211) 사이에서 발생한 와전류 토크에 의해 상기 도전체 부재(216)는 상기 제1 커버(19), 따라서 상기 제1 요소(11)의 회전 속도에 동기화된 상태로 회전하고 있게 된다(예를 들어, 동기화된 상태에서 상기 제1 요소(11)와 상기 도전체 부재(216)의 속도비는 1:0.9일 수 있다).

따라서, 전기 자동차에서 초기 구동 시에는 와전류 토크로 인한 동력 전달이 발생하지 않게 되고, 상기 유성기어(10)의 기어비로 인해 입력 토크가 정상으로 토크 증배되어 상기 감속기(GB)로 전달될 수 있다.

이와는 반대로, 전기 자동차의 속도 증가로 상기 출력축(2)의 출력속도가 증가되어 원심력이 증가하게 되면, 상기 원심부재(214)의 원심력이 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 탄성력을 극복하게 된다.

그러면, 상기 원심부재(214)는 제2 요소(12)의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이동된다. 이와 동시에, 상기 원심부재(214)와 상기 링크 부재(215)를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)는 상기 도전체 부재(216)와 상기 제2 커버(25)를 향하여 각각 축 방향 양측으로 슬라이드 이동된다.

여기서, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 축 방향으로 슬라이드 이동되어 상기 접촉 패드(219)에 마찰 접촉된다. 이에 따라, 초기에는 슬립의 발생으로 인해 상기 제2 요소(12)가 상기 도전체 부재(216)에 비해 상대적으로 낮은 속도록 회전하나, 상기 원심 부재(214)에 작용하는 원심력의 증가에 따라 슬립이 점차 줄어들고, 마침내 상기 제2 요소(12)는 상기 도전체 부재(216), 따라서 상기 제1 커버(19)의 속도에 근접한 속도(예를 들어, 약 0.8 ~ 0.9의 속도비)로 동기화될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12) 사이에는 와전류 토크를 통해 동력이 전달될 수 있게 된다. 또한, 와전류 토크에 의해 동력이 전달되면, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 속도비는 상기 유성기어(10)에 의한 속도비 이상으로 상승할 수 있게 된다.

이러한 작동을 통해 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 속도에 따라 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)를 서로 분리, 또는 와전류 토크를 통해 동력을 전달할 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 원웨이 클러치(23)는 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 일방향 연결을 단속한다.

즉, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 제3 요소(13)를 일방향(예, 정방향)으로 회전 가능하게 연결하고, 반대방향(예, 역방향) 회전을 차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 구동모터(M)가 정방향으로 회전하고 있다고 가정할 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동 될 경우, 상기 제3 요소(13)는 상기 원웨이 클러치(23)에 의해 역방향 회전이 차단된다. 즉, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 제3 요소(13)를 정지시키도록 작동된다.

이와는 반대로, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동될 경우, 상기 제1 요소(11)로부터 상기 제2 요소(12)로 와전류 토크가 전달되고, 따라서 상기 제3 요소(13)의 정방향 회전은 허용하므로, 상기 제3 요소(13)의 정방향 회전은 차단되지 않게 된다. 즉, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 제3 요소(13)가 정방향으로 회전되도록 비작동 될 수 있다.

이에 따라, 기어비에 의한 속도비 구동 시에는 상기 원웨이 클러치(23)의 작동 제어로 상기 제3 요소(13)가 고정되며, 상기 제2 요소(12)의 출력은 정상으로 토크 증배된다. 이 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 비작동 됨으로써, 상기 유성기어(10)의 정상 제어를 가능케 한다.

반대로, 기어비에 의한 속도비 이상 구동 시에는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 와전류에 의한 와전류 토크의 전달이 이루어진다. 이에 따라, 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12) 사이에 와전류 토크가 전달되어, 이렇게 전달된 토크가 상기 제2 요소(12)의 출력으로서 전달된다.

여기서, 상기 와전류 토크는 기어비에 의한 속도비보다 속도비를 더 상승시킬 수 있고, 이를 위해 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 유성기어(10)의 제3 요소(13)가 정방향으로 회전되도록 비작동 될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 록업 기구(40)는 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소(12)와 상기 제2 커버(25)의 사이에서 상기 와전류 토크 발생부(21)와 연동될 수 있다.

즉, 상기 록업 기구(40)는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동 또는 비작동에 연동하여 선택적으로 작동할 수 있다.

이러한 록업 기구(40)는 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 발생된 원심력으로 작동하는 상기 와전류 토크 발생부(21)에 의해 상기 제2 커버(25)의 축 방향 내측에 선택적으로 접촉되면서, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결한다.

여기서, 상기 록업 기구(40)는, 도 1 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제2 커버(25)의 내측면에 각각 장착되며, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 선택적으로 마찰 접촉되는 마찰부재(41)를 포함할 수 있다.

상기 마찰부재(41)는 상기 제2 커버(25)에 장착되는 장착 플레이트(43)를 통해 장착된다. 상기 장착 플레이트(43)는 상기 제2 커버(25)의 내측면에 형성되는 장착홈(25a)에 장착될 수 있다.

이에 따라, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 발생된 원심력에 의해 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동되면, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 축 방향으로 상기 제2 커버(25)를 향하여 슬라이드 이동되면서, 상기 제2 커버(25)의 내측면을 향하여 접근할 수 있다.

이러한 상태에서, 상기 마찰부재(41)는 상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 축 방향으로 상기 제2 커버(25)를 향하여 각각 이동되어 상기 제2 커버(25)의 내측면에 근접될 경우, 축 방향으로 상기 제2 슬라이딩 부재(213)와 마찰 접촉될 수 있다.

즉, 상기 록업 기구(40)는 상기 와전류 토크 발생부(21)와 연동하여 작동한다.

여기서, 상기 제2 커버(25)와 제2 슬라이딩 부재(213) 사이의 길이(D2)가 상기 도전체 부재(216)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이의 길이(D1) 보다 긴 길이로 설정된다.

대안적으로, 상기 도전체 부재(216)와 상기 제1 슬라이딩 부재(212) 사이의 길이(D1)가 상기 제2 커버(25)와 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 사이의 길이(D2)와 동일하거나 더 긴 길이로 설정될 수도 있다.

이러한 경우에는, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 제2 슬라이딩 부재(213)보다 적은 상기 출력축(2) 설정 속도에서 상기 도전체 부재(216)의 접촉 패드(219)에 마찰 접촉될 수 있도록 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 피쳐(feature)(예를 들어, 길이, 탄성계수 등)가 선택될 수 있을 것이다.

이에 따라, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 제2 슬라이딩 부재(213) 보다 먼저 상기 접촉 패드(219)에 밀착되면서 상기 제2 요소(12)를 상기 도전체 부재(216)와 함께 회전시킨다.

이러한 상태에서, 상기 출력축(2)의 회전속도가 더욱 증가되면서 원심력이 더 크게 작용하면, 상기 원심부재(214)가 상기 제2 요소(12)로부터 반경 방향 외측으로 더욱 이동되고, 동시에, 상기 링크 부재(215)를 통해 연결된 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제2 커버(25)를 향하여 축 방향으로 더 이동된다.

그러면, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 마찰부재(41)에 마찰 접촉되면서 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)를 직접 연결할 수 있다.

즉, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 접촉 패드(219)에 밀착된 상태에서 상기 출력축(2)의 회전속도가 제1 출력축 속도 이상(제2 출력축 속도)으로 회전될 경우, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결하도록 반경방향 외측으로 이동된 상기 원심부재(214)와, 축 방향 양측을 향하여 이동되는 상기 링크 부재(213)에 의해 상기 록업 기구(40)에 밀착되면서 상기 제1 요소(11)에 연결된 상기 제2 커버(25)를 상기 제2 요소(12)에 직접 연결할 수 있다.

이에 따라, 상기 록업 기구(40)가 작동될 경우, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달하게 되며, 이때, 상기 도전체 부제(216)와 상기 영구자석(211) 사이에는 더 이상 속도차가 발생하지 않게 되어 와전류 토크가 0이 되므로, 상기 구동모터(M)의 토크를 변속기로 직접 전달할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 작동을 첨부한 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이고, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이며, 도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 작동 상태를 나타낸 도면들이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에서 차속에 따른 록업 토크, 와전류 토크, 기어 토크, 및 출력토크의 크기를 도시한 그래프이다.

먼저, 도 6 내지 도 7을 참조하여, 전기 자동차의 초기 구동(전진) 시에 대한 작동을 설명한다.

전기 자동차가 초기 구동될 경우, 상기 유성기어(10)는 작동되지만, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 저속 회전으로 인해 원심력 부족으로 비작동 되어(A1) 와전류 토크를 전달하지 않게 된다(도 6, 및 도 7 참조).

즉, 전기 자동차의 초기 구동에서 차속이 증가할 경우, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 도전체 부재(216)와 영구자석(211)이 근접한 상태에서 와전류가 발생하지만, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)와 상기 도전체 부재(216)가 비접촉됨에 따라, 와전류 토크가 상기 제2 요소(12)로 전달되지 않는다(도 12의 제1 영역 참조).즉, 상기 출력축(2)의 출력속도에서 원심력이 부족하면, 상기 원심부재(214)는 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)로부터 제공된 인장력에 의해 상기 제2 요소(12)의 외주면에 근접된 초기 상태를 유지한다.

이 때, 상기 도전체 부재(216)는 상기 영구자석(211)과의 상호 작용에 의해 발생한 와전류 토크에 의해 상기 제1 요소(11)에 회전 구속되어 함께 회전한다.

여기서, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동 됨에 따라, 상기 제3 요소(13)를 정지시키도록 작동된다.

이 때, 상기 록업 기구(40)는 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동되지 않은 초기상태를 유지함에 따라, 비작동 상태를 유지할 수 있다.

이에 따라, 기어비에 의한 속도비(초기 구동 시)에서, 상기 원웨이 클러치(23)의 작동으로 상기 제3 요소(13)를 고정 제어하여 상기 제2 요소(12)로 출력되는 정상의 토크를 증배한다(도 7, 및 도 12의 제1 영역 참조).

이 때, 상기 출력축(2)의 토크는 상기 제2 요소(12)로부터 전달되며, 상기 유성기어(10)의 기어비에 의한 속도비로 인해 상기 제1 요소(11)가 정방향으로 회전되면서 입력되는 입력 토크를 상기 제2 요소(12)가 증배하여 상기 감속기(GB)로 출력한다.

전술한 바와 같이, 전기 자동차에서 초기 구동 시에는 상기 유성기어(10)의 기어비로 인해 입력 토크가 정상으로 토크 증배되어 상기 감속기(GB)로 전달될 수 있다.

이러한 상태에서, 상기 출력축(2)의 출력속도가 증가되어 원심력이 증가하게 되면, 도 8 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 원심부재(214)의 원심력이 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 탄성력을 극복하게 된다.

그러면, 상기 원심부재(214)는 제2 요소(12)의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이동된다(A2). 이와 동시에, 상기 원심부재(214)와 상기 링크부재(215)를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)는 상기 제1 커버(19)와 상기 제2 커버(25)를 향하여 각각 축 방향 양측으로 슬라이드 이동된다.

여기서, 먼저, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 도전체 부재(216)에 장착된 상기 접촉 패드(219)에 마찰 접촉되면서, 상기 제2 요소(12)를 상기 도전체 부재(216)와 함께 회전시키게 된다.

즉, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동하여(A2) 상기 도전체 부재(216)와 상기 영구자석(211) 사이에서 발생된 와전류 토크가 상기 제2 요소(12)로 전달된다.

여기서, 차속이 점점 증가되면, 원심력이 증가되고, 이에 따라 상기 제1 슬라이딩 부재(212)와 상기 접촉 패드(219) 사이의 슬립이 점점 줄어들어서, 와전류 토크 전달이 더 증가한다(도 12의 제2 영역 참조).

와전류 토크가 상기 제2 요소(12)로 전달되면, 입출력 속도의 동기화가 발생하게 되고, 따라서 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 속도비는 상기 유성기어(10)에 의한 속도비 이상으로 상승하게 된다.

본 실시예에서 와전류 토크는 상기 도전체 부재(216)와 상기 영구자석(211)의 속도비를 설정치(예, 0.8 이상)로 상승시켜 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 종래의 유체식 토크 컨버터의 기능을 구현할 수 있다.

또한, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동(A2)될 경우, 상기 원웨이 클러치(23)는 상기 와전류 토크 발생부(21)와 상기 제3 요소(13)가 정방향으로 회전되도록 비작동 될 수 있다.

한편, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제2 커버(25)에 각각 장착된 상기 록업 기구(40)의 마찰부재(41)를 향하여 슬라이드 이동된다.

그러나, 상기 출력축(2)의 회전속도에 의해 발생된 원심력이 설정 크기(상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 마찰부재(41)에 접촉하게 하는 크기) 이상으로 작용하지 못하는 경우, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 마찰부재(41)에 접촉되지 않은 상태를 유지함으로써, 상기 록업 기구(40)는 비 작동될 수 있다.

한편, 상기 출력축(2)과 연결된 상기 제2 요소(12)의 회전속도가 증가하여 최대 와전류 토크가 발생되면, 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)는 비접촉 동력전달 상태에서 입력속도와 출력속도가 동기화 될 수 있다(도 12의 제3 영역 참조).

이러한 상태에서 상기 출력축(2)의 출력속도가 계속해서 증가되면, 도 10 내지 도 11에서 도시한 바와 같이, 상기 원심부재(214)의 원심력이 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 탄성력을 더욱 극복하게 된다.

그러면, 상기 원심부재(214)는 제2 요소(12)의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 더욱 이동된다(A3). 이와 동시에, 상기 원심부재(214)와 상기 링크 부재(215)를 통해 연결된 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제2 커버(25)의 내측면을 향하여 축 방향을 따라 더욱 슬라이드 이동된다.

즉, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 도전체 부재(216)의 접촉 패드(219)에 밀착된 상태에서, 축 방향으로 상기 제2 커버(25)를 향하여 슬라이드 이동된다. 그러면, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제2 커버(25)의 내측면을 향하여 접근할 수 있다.

마침내 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 제2 커버(25)에 장착된 상기 록업 기구(40)의 마찰부재(41)에 슬립 접촉되면서, 록업 토크가 출력 토크에 대응해 급격히 증가되고, 와전류 토크는 급격히 감소된다(도 12의 제4 영역 참조).

이러한 상태에서, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 원심부재(214)에 의해 축 방향으로 상기 제2 커버(25)를 향하여 더욱 이동되면서, 상기 마찰부재(41)에 밀착된다.

그러면, 상기 와전류 토크 발생부(21)와 함께 상기 제2 요소(12)가 상기 제1 커버(19)와 연결된 상기 제2 커버(25)와 일체로 회전되면서, 와전류의 발생이 중단된다.

또한, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 록업 기구(40)를 통해 상기 제2 요소(12)를 상기 제1 요소(11)에 연결된 상기 제2 커버(25)에 록업 시킬 수 있다.

즉, 상기 록업 기구(40)가 작동(A3)되면, 상기 제2 요소(12)가 상기 제1 요소(11)에 연결된 상기 제2 커버(25)에 연결됨으로써, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)이 직접 연결된다.

이 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)가 동일한 속도로 회전됨에 따라, 상기 영구자석(211)과 상기 도전체 부재(216)의 사이에서 와전류의 발생이 중단된다. 그러면, 출력토크와 록업 토크가 동일해지고, 와전류 토크는 발생되지 않게 된다(도 12의 제5 영역 참조).

따라서, 상기 록업 기구(40)가 작동되면(A3) 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동 되면서, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결함으로써, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결할 수 있다.

즉, 상기 록업 기구(40)가 작동될 경우, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달하게 되며, 상기 구동모터(M)의 토크를 상기 감속기(GB)로 직접 전달할 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 상기 구동모터(M)에 일체로 장착되거나, 또는 상기 감속기(GB)에 일체로 장착될 수 있다.

이와 같이 구성되는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 입력 어셈블리, 출력 어셈블리 및 리엑터 어셈블리를 포함한다.

상기 입력 어셈블리는 상기 입력축(1), 상기 입력축(1)에 연결되는 상기 제1 요소(11), 상기 제1 커버(19), 상기 제2 커버(25), 및 상기 제1 커버(19)에 설치되는 상기 영구자석(211)을 포함할 수 있다.

상기 출력 어셈블리는 상기 출력축(2), 상기 출력축(2)에 연결되는 상기 제2 요소(12), 및 상기 피니언 기어(P), 및 상기 제2 요소(12)에 연결되는 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213), 상기 원심부재(214), 상기 링크 부재(215), 및 상기 록업 기구(40)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 리엑터 어셈블리는 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)를 선택적으로 연결하는 상기 원웨이 클러치(23)를 포함할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법으로 제어되는 와전류 토크 발생부, 록업 기구 및 원웨이 클러치의 작동을 나타낸 표이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법으로 제어되는 유성기어 요소들의 작동을 나타낸 표이다.

도 13 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법은 기어비에 의한 속도비(초기 구동 시)에서 상기 제2 요소(12)로 출력되는 정상의 토크를 증배하는 제1 단계와, 상기 출력축(2)의 속도 증가에 따라 상기 기어비에 의한 속도비 이상에서 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12) 사이에 구비되며, 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)를 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 동력을 전달하도록 상기 제1 슬라이딩 부재(212)와 상기 도전체 부재(216)를 포함하는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동 제어로 상기 제1 슬라이딩 부재(212)가 상기 도전체 부재(216)에 밀착되면서 상기 제2 요소(12)와 상기 도전체 부재(216)를 함께 회전시켜 상기 제2 요소(12)를 통해 상기 출력축(2)으로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계를 포함한다.

또한, 건식 토크 컨버터 제어방법은 기어비에 의한 속도비 이상(원심력 더욱 증가 시)인 상태에서 상기 제2 슬라이딩 부재(213)와, 상기 제2 커버(25)의 축 방향 내측면에 장착된 상기 마찰부재(41)로 구성된 상기 록업 기구(40)의 작동 제어로 상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 상기 마찰부재(41)에 마찰 접촉되면서, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결시키는 제3 단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 단계는 기어비에 의한 속도비(초기 구동 시)에서, 상기 출력축(2)의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 원웨이 클러치(23)가 작동된다.

이에 따라, 상기 제1 단계는 상기 원웨이 클러치(23)의 작동 제어로 상기 제3 요소(13)를 고정 제어하여 상기 제2 요소(12)로 출력되는 정상의 토크를 증배한다(도 6, 및 도 12의 제1 영역 참조).

또한, 상기 제1 단계는 상기 원웨이 클러치(23)가 작동되면서, 상기 와전류 토크 발생부(21)와 상기 록업 기구(40)를 비작동 제어한다. 이로 인해, 상기 제3 요소(13)는 상기 고정부(14)에 고정된다.

또한, 상기 제1 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 비작동으로 인해 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12) 사이에서 와전류 토크의 전달이 이루어지지 않게 되고, 이로 인해, 상기 제2 요소(12)를 통해 상기 출력축(2)으로 출력되는 토크를 상기 유성기어(10)의 작동을 통해 증배시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 이를 장착한 전기 자동차의 초기 구동 시, 상기 유성기어(10)의 기어비에 의한 속도비로 인해 상기 제1 요소(11)가 정방향으로 회전되면서 입력되는 입력 토크를 상기 제2 요소(12)가 증배하여 상기 감속기(GB)로 출력한다. 이때, 토크가 증배될 수 있도록 상기 제3 요소(13)는 상기 원웨이 클러치(23)의 작동에 의해 고정된다.

즉, 전기 자동차의 초기 구동 시에는 출력속도가 낮아 원심력이 부족하므로 상기 원심부재(214)가 작동하지 않게 된다(도 6, 및 도 7 참조).

여기서, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 도전체 부재(216)와 영구자석(211)이 근접한 상태에서 상기 도전체 부재(216)에 와전류 토크가 발생하지만, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)와 상기 도전체 부재(216)가 비접촉됨에 따라, 전달 토크가 발생되지 않는다(도 12의 제1 영역 참조).

상기 제2 단계는 상기 출력축(2)의 속도 증가에 따라 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동 제어로 와전류 토크의 전달이 발생하기 시작한다.

즉, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 출력축(2)의 회전속도가 증가하면서 발생된 원심력에 의해 와전류 토크를 전달하도록 작동할 수 있다.

이 때, 상기 제1 요소(선기어 : 11)와 상기 제2 요소(캐리어 : 12)는 상기 입력축(1)의 토크를 상기 와전류 토크 발생부(21)를 통해 상기 출력축(2)으로 전달할 수 있다.

여기서, 상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 인해 상기 원웨이 클러치(23)를 비작동 제어하고, 상기 출력축(2)의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 록업 기구(40)를 비작동 제어한다.

이로 인해, 상기 제3 요소(13)는 정방향으로 회전하는 제1, 제2 요소(11, 12)와 같은 방향(정방향)으로 회전할 수 있다.

또한, 상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 인해, 상기 입력축(1)의 토크를 상기 제2 요소(12) 및 상기 와전류 토크 발생부(21)를 통하여 상기 출력축(2)으로 전달한다.

즉, 전기 자동차의 속도 증가로 인해 건식 토크 컨버터의 출력 회전속도가 증가하면, 상기 출력축(2)의 원심력이 증가되고, 상기 원심부재(214)가 상기 제1, 및 제2 탄성부재(221, 222)의 탄성력을 극복하면서 반경 방향 외측을 향하여 이동된다.

그러면, 상기 원심부재(214)는 제2 요소(12)의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이동된다. 이와 동시에, 상기 원심부재(214)와 상기 링크부재(215)를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)는 상기 제1 커버(19)와 상기 제2 커버(25)를 향하여 각각 축 방향 양측으로 슬라이드 이동된다.

여기서, 상기 제1 슬라이딩 부재(212)는 상기 도전체 부재(216)에 장착된 상기 접촉 패드(219)에 마찰 접촉되면서, 상기 제2 요소(12)를 상기 도전체 부재(216)와 함께 회전시키게 된다.

그리고 상기 제3 단계는 상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축(2)의 속도가 더욱 증가함에 따라, 원심력이 증가되고, 상기 와전류 토크 발생부(12)와 연동되며 상기 와전류 토크 발생부(21)에 포함된 상기 제2 슬라이딩 부재(213)와, 상기 제2 커버(25)의 축 방향 내측면에 장착된 상기 마찰부재(41)로 구성된 상기 록업 기구(40)의 작동을 제어한다.

이 때, 상기 출력축(2)과 연결된 상기 제2 요소(12)의 회전속도가 증가되면, 원심력도 증가된다.

여기서, 최대 와전류 토크의 전달이 발생되며, 최대 와전류 토크에 의해 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)는 비접촉 동력전달 상태에서 입력속도와 출력속도가 동기화 될 수 있다(도 12의 제3 영역 참조).

그런 후, 상기 록업 기구(40)는 증가된 원심력에 의해 상기 원심부재(214)가 반경방향 외측을 향하여 이동됨에 따라, 상기 제2 커버(25)에 각각 장착된 상기 마찰부재(41)에 상기 제2 슬라이딩 부재(213)가 슬립되면서, 록업 토크가 출력 토크에 대응해 급격히 증가되고, 와전류 토크는 급격히 감소된다(도 12의 제4 영역 참조).

이러한 상태에서, 상기 제2 슬라이딩 부재(213)는 상기 마찰부재(41)에 밀착되면서 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결시킬 수 있다. 그러면, 출력토크와 록업 토크가 동일해지고, 와전류 토크는 발생되지 않게 된다(도 12의 제5 영역 참조).

여기서, 상기 제3 단계는 상기 출력축(2)의 회전속도에 의한 원심력의 증가에 따라 상기 록업 기구(40)를 작동 제어하고, 상기 원웨이 클러치(23)와 상기 와전류 토크 발생부(21)를 비작동 제어할 수 있다.

이로 인해, 상기 제3 요소(13)는 정방향으로 회전하는 제1, 제2 요소(11, 12)와 같은 방향(정방향)으로 회전할 수 있으며, 상기 제2 요소(12)는 상기 제1 요소(11)와 동일 속도로 회전될 수 있다.

또한, 상기 제3 단계는 상기 록업 기구(40)의 작동, 상기 원웨이 클러치(23)의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부(21)의 비작동 제어하고, 상기 록업 기구(40)의 작동을 통해 상기 제2 요소(12)를 상기 제2 커버(25)에 연결시켜 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결할 수 있다.

즉, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)이 직접 연결됨으로써, 상기 구동모터(M)의 토크를 직접 변속기로 직접 전달할 수 있어 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 전기 자동차용 파워트레인에서 상기 구동모터(M)와 상기 감속기(GB) 사이에 장착되며, 초기 구동 시에는 상기 구동모터(M)의 토크를 정상으로 증배 전달하고, 출력속도의 증가 시에는 와전류 토크에 의하여 상기 구동모터(M)의 토크를 기어비에 의한 속도 이상으로 증배하여 감속기(GB)로 전달한다.

또한, 출력속도가 설정속도 이상으로 증가될 경우에는 상기 록업 기구(40)의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 및 그 제어방법은 상기 유성기어(10)의 제1 요소(11 : 선기어)와 제2 요소(12 : 캐리어) 사이에 상기 와전류 토크 발생부(21)를 구비하여 상기 출력축(2)의 회전 속도에 따라 와전류 토크로 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)의 비연결 또는 와전류 토크로 동력을 전달하고, 상기 제3 요소(13 : 링기어)와 상기 고정부(14)를 상기 원웨이 클러치(23)로 고정 또는 일방향 회전 제어하므로 기어비에 의한 속도비에서 토크를 증배하며, 기어비에 의한 속도비 이상에서 와전류 토크를 출력시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 토크 증배율이 크기 때문에 상기 입력축(1)에 연결되는 상기 구동모터(M)와 인버터의 사이즈를 줄일 수 있으며, 초기 구동 시 상기 구동모터(M)의 고속 회전을 통해 빠른 고효율 영역으로 진입하여 상기 구동모터(M)의 소모 전류를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 액추에이터 없이 출력 속도의 원심력으로 입출력 속도비의 0.8까지 상승 회전시켜 출력 토크를 제어하므로 제조 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재(212, 213)의 축 방향 이동을 제어하는 상기 원심부재(214)를 이용해 와전류 토크 전달, 및 록업 기능을 동시에 수행하도록 함으로써, 토크 컨버터의 협소한 내부 공간에서 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유성기어(10)를 이용한 토크 증배, 및 상기 와전류 토크 발생부(21)의 와전류를 이용한 속도비 상승 기능과 함께, 상기 록업 기구(40)의 적용을 통해 상기 구동모터(M)의 토크를 직접 변속기로 직접 전달할 수 있어 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달 할 수 있으며, 종래 유체식 토크 컨버터의 기능을 모두 구현할 수 있다.

한편, 이상의 설명에서는 상기 제1 커버(19)에 상기 도전체 부재(216) 및 상기 영구자석(211)이 위치하고 상기 제2 커버(25)에 상기 록업 기구(40)가 위치하는 것을 기준으로 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 반대의 구성도 포함할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 입력축
2 : 출력축
10 : 유성기어
11 : 제1 요소(선 기어)
12 : 제2 요소(캐리어)
12a : 장착 링
13 : 제3 요소(링 기어)
14 : 고정부
19 : 제1 커버
21 : 와전류 토크 발생부
23 : 원웨이 클러치
25 : 제2 커버
40 : 록업 기구
41 : 마찰부재
43 : 장착 플레이트
211 : 영구자석
212 : 제1 슬라이딩 부재
213 : 제2 슬라이딩 부재
214 : 원심부재
215 : 링크 부재
216 : 도전체 부재
217 : 제1 베어링
218 : 제2 베어링
219 : 접촉 패드
221 : 제1 탄성부재
222 : 제2 탄성부재
GB: 감속기(gear box)
M: 구동모터
P : 피니언 기어

Claims (24)

1. 제1 요소로 입력축에 연결되고, 제2 요소로 출력축에 연결되며, 제3 요소로 고정부에 가변적으로 연결되는 유성기어;
   상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 제1 커버;
   상기 제1 요소 및 상기 제2 요소와 연결되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제1 출력축 속도에서 상기 제1 커버와 상기 제2 요소의 사이에 선택적으로 와전류 토크의 전달을 발생시키는 와전류 토크 발생부;
   상기 제1 커버와 일체로 회전하도록 결합되는 제2 커버;
   상기 제3 요소와 상기 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 제3 요소와 상기 고정부 사이에 구비되는 원웨이 클러치; 및
   상기 와전류 토크 발생부와 연동되고, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 제2 출력축 속도에서 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 와전류 토크 발생부는
   상기 제1 커버의 반경 방향 내측에서 원주방향으로 장착되는 다수개의 영구자석;
   상기 제2 요소에 구비된 장착로드에 상기 제1 커버를 향하여 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 제1 슬라이딩 부재;
   상기 장착로드에 상기 제2 커버를 향하여 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 제2 슬라이딩 부재;
   상기 출력축의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 반경방향 외측을 향하여 이동 가능하도록 배치되는 적어도 하나의 원심부재;
   상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재에 일단이 힌지 연결되고, 타단이 상기 적어도 하나의 원심부재에 힌지 연결되어, 상기 원심부재에 작용하는 원심력을 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재로 전달하는 다수개의 링크 부재; 및
   도전성을 가지며, 상기 영구자석에 마주하게 배치되고, 상기 제1 슬라이딩 부재에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제1 커버에 상대 회전 가능하게 장착되는 도전체 부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 요소의 회전 시, 상기 도전체 부재와 상기 영구자석의 상호 작용에 의해 상기 도전체 부재 상에 와전류에 의한 와전류 토크가 발생하고, 상기 와전류 토크에 의해 상기 도전체 부재는 상기 제1 요소의 회전속도와 동기화되도록 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 슬라이딩 부재가 상기 도전체 부재에 마찰 접촉되면, 상기 도전체 부재로부터 상기 제2 요소로 상기 와전류 토크가 전달되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
5. 제2항에 있어서,
   상기 영구자석은
   상기 도전체 부재에 대응하여 상기 제1 커버의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
6. 제2항에 있어서,
   상기 영구자석은
   상기 제1 커버의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
7. 제2항에 있어서,
   상기 와전류 토크 발생부는
   상기 원심력에 대항하도록 상기 제1 슬라이딩 부재에 대해 탄성력을 제공하는 제1 탄성부재; 및
   상기 원심력에 대항하도록 상기 제2 슬라이딩 부재에 대해 탄성력을 제공하는 제2 탄성부재;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재의 길이 및 탄성계수 중, 하나 이상은, 상기 제1 출력축 속도가 상기 제2 출력축 속도보다 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
9. 제2항에 있어서,
   상기 제1 슬라이딩 부재는
   상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도 미만으로 회전될 경우, 축 방향을 기준으로 상기 도전체 부재에 접촉되지 않은 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
10. 제12항에 있어서,
    상기 도전체 부재는
    상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 제1 슬라이딩 부재에 의해 상기 제2 요소로 와전류 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
11. 제2항에 있어서,
    상기 원심부재는
    상기 제2 요소의 반경방향 외측에서 반경방향을 따라 다수개가 구비되며, 상기 출력축의 회전 속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 상기 제2 요소로부터 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 링크 부재를 통해 연결된 상기 제1, 및 제2 슬라이딩 부재를 축 방향 양측을 향하여 각각 슬라이드 이동시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
12. 제2항에 있어서,
    상기 록업 기구는
    상기 제2 슬라이딩 부재에 대응하는 위치에서 축 방향을 기준으로 상기 제2 커버의 내측면에 장착되며, 상기 제2 슬라이딩 부재가 선택적으로 마찰 접촉되는 마찰부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 슬라이딩 부재는
    상기 출력축의 회전속도가 상기 제2 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 링크 부재에 의해 축 방향을 기준으로 상기 마찰부재를 향하여 슬라이드 이동되고, 상기 마찰부재에 마찰 접촉되면서 록업 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 슬라이딩 부재는
    상기 출력축의 회전속도가 상기 제1 출력축 속도로 회전될 경우, 상기 링크 부재에 의해 상기 도전체 부재에 밀착되면서 상기 도전체 부재로부터 상기 제2 요소로 와전류 토크를 전달시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
15. 제2항에 있어서,
    상기 제2 슬라이딩 부재는
    상기 출력축의 회전속도가 상기 제2 출력축 속도 이상으로 회전될 경우, 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하도록 상기 링크 부재에 의해 상기 록업기구에 밀착되면서 상기 제2 요소를 상기 제2 커버에 회전 구속시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
16. 제1항에 있어서,
    상기 와전류 토크 발생부는
    상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 상기 출력축의 속도에 따라 분리, 또는 와전류 토크로 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 요소는 선기어이고,
    상기 제2 요소는 캐리어이며,
    상기 제3 요소는 링 기어인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
18. 입력축에 연결되는 제1 요소, 출력축에 연결되는 제2 요소, 고정부에 가변적으로 연결되는 제3 요소, 및 설정된 기어비에 의한 속도비를 가지는 유성기어에서,
    상기 기어비에 의한 속도비에서 상기 제3 요소와 상기 고정부 사이에 구비되는 원웨이 클러치의 작동 제어로 상기 제3 요소를 고정 제어하여 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 증배하는 제1단계;
    상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 기어비에 의한 속도비 이상에서 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되며, 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 동력을 전달하도록 제1 슬라이딩 부재와 도전체 부재를 포함하는 와전류 토크 발생부의 작동 제어로 상기 제1 슬라이딩 부재가 상기 도전체 부재에 밀착되면서 상기 제2 요소와 상기 도전체 부재를 함께 회전시켜 상기 제2 요소를 통해 상기 출력축으로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계; 및
    상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 와전류 토크 발생부에 포함된 제2 슬라이딩 부재와, 제2 커버의 축 방향 내측면에 장착된 마찰부재로 구성된 록업 기구의 작동 제어로 상기 제2 슬라이딩 부재가 상기 마찰부재에 마찰 접촉되면서 상기 제1, 및 제2 요소를 직접 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결시키는 제3 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 원웨이 클러치가작동되면서, 상기 와전류 토크 발생부와 상기 록업 기구를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 상기 유성기어의 작동을 통해 증배시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
21. 제18항에 있어서,
    상기 제2 단계는
    상기 출력축의 회전속도가 증가하면서 발생된 원심력에 의해 상기 와전류 토크 발생부가 작동되며, 상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해 상기 원웨이 클러치를 비작동 제어하고, 상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력 부족으로 인해 상기 록업 기구를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 단계는
    상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해, 상기 입력축의 토크를 상기 제2 요소 및 상기 와전류 토크 발생부를 통하여 상기 출력축으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
23. 제18항에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 출력축의 회전속도에 의한 원심력 증가에 따라 상기 록업 기구를 작동 제어하고, 상기 원웨이 클러치와 상기 와전류 토크 발생부를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 록업 기구의 작동, 상기 원웨이 클러치의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부의 비작동 제어하고, 상기 슬라이딩 부재를 상기 마찰부재에 마찰 접촉시켜 상기 입력축과 상기 출력축의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
    

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