KR20210103726A - 기어 어셈블리 - Google Patents

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KR20210103726A
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윤진호
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Abstract

모터의 동력을 전달하는 기어를 실장하는 기어 하우징 구조에 있어서, 동력 전달 과정에서 발생하는 진동 감소를 최소화하기 위해 모터의 축 방향 일측에 구비되어 동력을 전달받는 유성기어 어셈블리, 상기 유성기어 어셈블리의 외주면이 압입 체결되고, 상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측으로 두께를 확보하며 외면을 형성하는 기어 하우징, 상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측 적어도 일 영역에 형성되는 개구 영역 및 상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리에서 상기 기어 하우징 외측으로 전달되는 진동을 감쇠하는 댐퍼를 형성하는 기어 어셈블리를 제공한다.

Description

기어 어셈블리{GEAR ASSEMBLY}
본 발명은 유성기어 어셈블리를 통해 모터의 동력을 전달하는 기어 어셈블리에 있어서, 진동 저감 구조를 갖는 기어 어셈블리에 관한 것이다.
모터(motor)란, 전류를 인가하여 로터(rotor)를 회전시키는 동력 장치이다. 로터는 스테이터(stator)와 전자기적 상호작용을 통해 회전한다. 이를 위해 스테이터에는 코일이 감겨지고, 로터에는 영구자석이 포함된다(또는 그 반대). 전류가 인가됨에 따라 코일에서 자기장이 발생하고, 이는 영구자석과 상호작용하여 기계적 부하를 구동시키기 위한 회전력이 로터에 부여된다.
모터는 다양한 분야에서 사용되는데, 특히 최근에는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차 등에 대한 필요성 및 수요가 증가함에 따라 그에 필요한 차량 모터도 많은 관심을 받고 있다.
차량 모터로부터 구동축까지의 동력 전달의 매개는 유성기어 어셈블리가 수행하는 경우가 많다. 유성기어 어셈블리는 차량 모터의 높은 분당 회전수를 낮추는데 용이하며, 상대적으로 효율적으로 공간을 차지하기 때문이다.
유성기어 어셈블리는 기어 하우징에 결합되어 실장된다. 유성기어 어셈블리는 구조적 안정성을 위해 기어 하우징에 단단히 결합될 필요가 있으며, 이러한 방법 중 하나로 압입 체결 방식이 사용될 수 있다.
압입 체결 등의 방법을 통해 기어 하우징에 단단히 결합된 유성기어 어셈블리는 모터에서 발생한 동력을 구동축으로 전달하는 과정에서 발생된 진동까지 기어 하우징으로 전달시킨다.
기어 하우징까지 전달된 진동은 차량 탑승자에게 불편함을 제공할뿐만 아니라 차량 구성들의 체결력을 약하게 하여 내구성에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 유성기어 어셈블리를 이용하는 차량 모터 구조에 있어서 발생하는 진동 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명인 기어 어셈블리의 일 측면에 따르면, 모터의 축 방향 일측에 구비되어 동력을 전달받는 유성기어 어셈블리, 상기 유성기어 어셈블리의 외주면이 압입 체결되고, 상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측으로 두께를 확보하며 외면을 형성하는 기어 하우징, 상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측 적어도 일 영역에 형성되는 개구 영역 및 상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리에서 상기 기어 하우징 외측으로 전달되는 진동을 감쇠하는 댐퍼를 형성하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개구 영역은 상기 모터와 대향하는 대향면에 노출되도록 연장되어 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 댐퍼는 수냉 댐퍼를 형성하고, 상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell) 및 상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고, 상기 제1 공간은 상기 개구 영역의 적어도 일부와 연통하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 쉘의 상기 일측 외면과 상기 기어 하우징의 대향면이 접하는 영역은 상기 개구 영역을 가두는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 접하는 영역에 대응하는 상기 제2 쉘 및 상기 기어 하우징 중 적어도 일측에 형성된 함몰부 및 상기 함몰부에 안착되는 오링을 더 포함하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 공간에는 축 방향으로 형성된 격벽이 구비되고, 상기 격벽은 상기 제1 쉘의 외주면상에서 원주 방향을 따라 상기 축 방향 일측 및 타측에 교대로 치우쳐 구비되고, 상기 개구 영역에는 상기 일측에 치우친 격벽에서 연장되도록 축 방향으로 구비되는 가이드벽을 더 포함하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 공간의 반경 방향 두께 및 상기 개구 영역의 반경 방향 두께는 동일한 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 댐퍼는 유냉 댐퍼를 형성하고, 상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell) 및 상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고, 상기 제2 공간은 상기 개구 영역의 적어도 일부와 연통하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 댐퍼는 유냉 댐퍼를 형성하고, 상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell) 및 상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고, 상기 개구 영역은, 상기 제1 공간과 연통하는 제1 개구 영역 및 상기 제2 공간과 연통하는 제2 개구 영역을 포함하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리의 둘레 전 영역에 걸쳐 환형으로 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리의 회전축 중심을 포함하는 수평면을 기준으로 상기 수평면의 상측에 형성되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개구 영역 및 상기 유성기어 어셈블리는 축 방향에 대해 적어도 일 영역이 겹치도록 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개구 영역은 축 방향에 대해 상기 유성기어 어셈블리 영역을 모두 커버하도록 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 기어 하우징은 상기 유성기어 어셈블리를 윤활하기 위한 윤활 공간을 형성하고, 상기 개구 영역은 상기 윤활 공간과 연통되도록 형성되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 댐퍼는 MR 댐퍼(magnetorheological fluid damper)인 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 MR 댐퍼는 상기 유성기어 어셈블리의 외주면 둘레를 따라 환형으로 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 MR 댐퍼는 상기 유성기어 어셈블리의 외주면 둘레를 따라 복수로 분할되어 구비되는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 복수로 분할된 MR 댐퍼의 점성력을 독립적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 기어 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 유성기어 어셈블리는, 상기 모터의 동력을 전달받는 선기어, 상기 선기어의 외주면에 외측에 구비되어 상기 유성기어 어셈블리의 외주면을 형성하는 링기어 및 상기 선기어 및 링기어 사이에 맞물려 구비되는 유성기어를 포함하는 기어 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터의 진동 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터 냉각 효율도 함께 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 댐퍼에 사용되는 유체가 외부로 세어나가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 차량 탑승자에 전달되는 진동 및 소음을 특히 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 차량의 속도에 따라 적절한 댐핑 값을 설정함으로써 공진 등의 진동 발생 억제 효율을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 종단면을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 종단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 모터 대향면을 도시한 것이다.
도 5및 도 6은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리 및 모터, 그리고 모터 하우징의 단면을 각각 도시한 것이다.
도 7은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 종단면 및 모터 대향면을 각각 도시한 것이다.
도 8은 도 7과 유사한 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 9는 도 6에 대응하는 실시 예와 관련된 또 다른 실시 예로서, 외측에서 바라본 모터 하우징 및 기어 어셈블리의 모터 대향면을 도시한 것이다.
도 10은 기어 하우징의 모터 하우징 대향면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 종단면 일 실시 예이다.
도 12는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리의 종단면 일 실시 예이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기어 어셈블리의 종단면을 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기어 어셈블리의 모터 대향면을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 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.
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 목적으로만 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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 종단면을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 사시도이다.
본 발명에서의 기어 어셈블리(100)는 차량 구동을 담당하는 모터(210)로부터 동력을 전달받아 구동축(123)으로 이를 전달하는 경로 상에 구비되는 적어도 하나의 기어의 집합 및 기어의 집합을 실장하는 기어 하우징(130)을 포함하는 개념이다. 기어를 포함하는 기어 하우징(130)은 모듈 단위로 구비되어 차량에 설치될 수 있다.
기어 하우징(130)에 구비되는 적어도 하나의 기어는 유성기어 어셈블리(110)를 포함할 수 있다. 유성기어 어셈블리(110)는 모터(210)의 축 방향 일측에 구비되어 동력을 전달받고, 전달받은 동력을 다시 상술한 구동축(123)까지 전달시킬 수 있다.
유성기어 어셈블리(110)는 주로 모터(210)의 회전을 감속시키는 역할을 하며, 이러한 기능을 수행한다는 점에서 모터(210)를 동력으로 사용하는 차량, 즉 하이브리드, 전기, 또는 수소 차량과 같은 xEV에 구비될 수 있다. 유성기어 어셈블리(110)는 다른 기어들과 함께 맞물려 구비됨으로써 기어 어셈블리(100)의 기어비를 결정한다.
유성기어 어셈블리(110)는 선기어(111), 링기어(112) 및 유성기어(113)로 구성된다. 선기어(111)는 모터(210)의 동력을 전달받아 회전하고, 링기어(112)는 선기어(111)의 외주면 둘레 외측에 구비된다. 유성기어(113)는 선기어(111)와 링기어(112) 사이에서 선기어(111) 및 링기어(112)와 맞물리도록 구비된다. 선기어(111), 링기어(112) 및 유성기어(113)는 이렇게 상호 작용하여 회전한다.
링기어(112)가 회전하지 않고 상대물에 고정되는 경우 선기어(111)의 회전에 따라 유성기어(113)가 자전 및 공전을 하게 된다. 특히 유성기어(113)의 공전은 선기어(111)를 중심으로 이루어진다. 본 발명의 유성기어 어셈블리(110)는 기어 하우징(130)에 실장되며 특히, 유성기어 어셈블리(110)의 외주면(1101)이 기어 하우징(130)의 안착 영역 내주면(1301)에 압입 체결됨으로써 실장될 수 있다. 이 경우 링기어(112)의 외주면(1121)이 기어 하우징(130)의 안착 영역 내주면(1301)과 직접 맞물리게 된다.
유성기어(113)의 공전은 동력을 외부로 직접 전달한다. 예를 들어, 적어도 하나의 유성기어(113) 각각의 중심이 연결되는 캐리어(114)에 체결되면 유성기어(113)의 공전 속도는 캐리어(114)의 회전속도가 되고, 이는 유성기어 어셈블리(110)의 회전속도가 되어 외부로 동력을 전달한다.
유성기어 어셈블리(110)로부터 전달된 동력은 제1 기어(121)로 전달되며, 제1 기어(121)에 전달된 동력은 제1 기어(121)와 맞물려 구비되는 제2 기어(122)에 전달될 수 있다. 제2 기어(122)는 구동축(123)과 고정되어 구동축(123)을 회전시킬 수 있다. 구동축(123)은 제2 기어(122)의 양측에 결합하여 일측은 차량의 좌측 바퀴, 타측은 차량의 우측 바퀴와 연결될 수 있다.
기어 하우징(130)은 유성기어 어셈블리(110), 제1 기어(121) 및 제2 기어(122)를 모두 실장한다. 기어 하우징(130)은 차량에 장착되어 고정된다. 전술한 바와 같이, 모터(210)로부터 유성기어 어셈블리(110), 제1 기어(121), 제2 기어(122) 및 구동축(123)으로의 동력 전달 과정에서 발생한 소음 및 진동은 기어 하우징(130)을 통해서 외부로 전달된다.
특히 발생한 진동 및 소음은 유성기어 어셈블리(110)의 반경 방향으로 기어 하우징(130)을 통과하여 전달된다.
도 3 및 도 4는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 종단면 및 모터 대향면(1001)을 도시한 것이다.
본 발명은 상술한 유성기어 어셈블리(110)로부터의 반경 방향으로의 진동 전달을 최소화하기 위해 해당 부분의 진동이 전달되는 경로의 기어 하우징(130)에 댐퍼(140)를 구비시킨다.
댐퍼(140)의 구비를 위해, 기어 하우징(130)은 유성기어 어셈블리(110)의 반경 외측 방향 영역에 두께를 확보할 수 있도록 거리가 결정된 외면(1302)을 형성한다. 즉, 유성기어 어셈블리(110)의 외주면(1101)과 맞닿는 기어 하우징(130)의 안착 영역 내주면(1301)으로부터 반경 외측 방향의 외면(1302)까지의 거리는 기어 하우징(130)의 다른 영역의 두께보다 두껍게 구비될 수 있다. 이는 해당 영역에 댐퍼(140)가 구비되기 위한 공간을 마련하기 위함이다. 이 영역을 댐퍼 확보 영역(1303)이라 정의한다. 댐퍼 확보 영역(1303) 중 적어도 일부에는 댐퍼(140)를 형성하는 위한 개구 영역(131)이 구비된다. 개구 영역(131)이 형성하는 댐퍼(140)는 유성기어 어셈블리(110)에서 기어 하우징(130) 외측으로 전달되는 진동 및 소음을 감쇠시키며, 특히 유성기어 어셈블리(110)로부터 반경 외측 방향으로 전달되는 진동 및 소음을 특히 감쇠시킨다.
개구 영역(131)은 유성기어 어셈블리(110)의 외주면(1101)으로부터 일정 거리 이격되어 형성되는 환형의 영역(1311), 또는 분절된 환형의 영역(1312)이 될 수 있다. 종단면을 기준으로 개구 영역(131)은 직사각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
반경 방향을 기준으로 개구 영역(131)은 댐퍼 확보 영역(1303)의 중심에 위치하거나 또는 반경 외측 방향에 치우쳐 구비되는 것이 바람직하다. 즉 안착 영역 내주면(1301)으로부터 가까운 개구 영역(131)까지의 거리를 t1으로, 기어 하우징 외면(1302)로부터 가까운 개구 영역(131)까지의 거리를 t2로 정의하면, t1은 t2와 같거나 큰 것이 바람직하다. 이는 유성기어 어셈블리(110)에 인접할수록 유성기어 어셈블리(110)에서 전달되는 진동에 의한 스트레스가 큰데, 반경 방향 내측의 두께가 외측의 두께보다 얇은 경우 파손의 위험이 발생할 수 있기 때문이다.
특히, 개구 영역(131)은 모터 대향면(1001)에 노출되도록 연장되어 구비될 수 있다. 이는 댐퍼(140)가 개구 영역(131)에 용이하게 접근할 수 있도록 하며, 나아가 댐퍼(140)가 개구 영역(131)뿐만 아니라 다른 영역을 순환할 수 있도록 하는 전제를 형성한다. 이에 관한 댐퍼(140)의 몇 가지 태양은 후술한다.
도 5 및 도 6은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100) 및 모터(210), 그리고 모터 하우징(220)의 단면을 각각 도시한 것이다.
모터 하우징(220)은 모터(210)를 실장하고, 기어 하우징(130)과 결합하여 모터(210)와 유성기어 어셈블리(110)가 안정적으로 결합상태를 유지할 수 있도록 한다. 또, 모터 하우징(220)은 모터(210)의 냉각 기능을 수행할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 모터 하우징(220)은 모터(210) 외부에 적어도 하나의 공간(230)을 형성시켜 해당 공간에 냉각 유체를 구비하는 냉각 구조를 구현할 수 있다. 모터(210)의 냉각은 수냉으로 구현되거나, 유냉으로 구현되거나, 또는 수냉 및 유냉으로 구현될 수 있다.
모터 하우징(220)이 형성하는 냉각 유체 구비 공간(230)은, 상술한 기어 하우징(130)의 개구 영역(131)과 연통하여 개구 영역(131)까지 냉각 유체가 유입될 수 있다.
개구 영역(131)에 유입된 냉각 유체는 유성기어 어셈블리(110)에서 기어 하우징(130)을 통해 외부로 전달되는 진동을 감쇠시키는 역할을 함께 수행한다. 이를 냉각 유체 댐퍼(141)로 정의한다.
개구 영역(131)으로 유입되는 냉각 유체는 수냉을 구현하는 냉각수가 될 수도 있고, 또는 유냉을 구현하는 냉각유가 될 수도 있다. 전자의 형태로 구현되는 댐퍼(140)를 냉각수 댐퍼(141-2), 후자의 형태로 구현되는 댐퍼(140)를 냉각유 댐퍼(141-1)로 정의한다.
예를 들어, 모터 하우징(220)은 1차적으로 냉각유를 통해 냉각을 구현하고, 2차적으로 냉각수를 통해 냉각을 구현하는 2중의 냉각 구조를 가질 수 있다. 모터 하우징(220) 중 제1 쉘(shell, 221)은 모터(210)를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간(231)을 형성하고, 제2 쉘(shell, 222)은 제1 쉘(221)로부터 이격된 제2 공간(232)을 형성하여 모터(210)를 2차적으로 감쌀 수 있다. 제1 공간(231)에는 냉각유가, 제2 공간(232)에는 냉각수가 구비되어 냉각을 구현할 수 있다.
개구 영역(131)은 도 5와 같이 제1 공간(231)과 연통할 수 있고, 또는 개구 영역(131)은 도 6과 같이 제2 공간(232)과 연통할 수 있다. 개구 영역(131)의 전부가 제1 공간(231) 또는 제2 공간(232)과 연통될 수도 있으나 경우에 따라 개구 영역(131)의 일부만 제1 공간(231) 또는 제2 공간(232)과 연통될 수도 있다.
또는, 도시하지 않았지만 개구 영역(131)의 일부는 제1 공간(231)과 연통되고, 다른 일부는 제2 공간(232)과 연통되도록 구비될 수도 있다. 이 경우 유성기어 어셈블리(110)의 반경 외측 방향으로 2중의 개구 영역(131)을 가질 수 있어 진동 감쇠 효과를 증가시킬 수 있다.
개구 영역(131)을 통해 냉각 유체가 지나가도록 하는 도 5 및 도 6 등의 형태는 진동 감쇠 효과뿐만 아니라 냉각 효율을 증가시킨다. 즉 개구 영역(131)으로 인해 냉각 유체가 구비될 수 있는 총량 및 냉각 면적이 넓어지므로 이로 인해 방열 효율이 상승하게 된다.
개구 영역(131)의 반경 방향 두께는 연통된 제1 공간(231), 또는 제2 공간(232)의 두께와 연속면을 형성하여 냉각 유체의 흐름이 방해 받지 않도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 종단면을 기준으로 제1 공간(231) 또는 제2 공간(232)의 일측 반경 방향 폭 T1 또는 T2는 개구 영역(131)의 폭 T3과 동일한 두께로 만날 수 있다.
축 방향을 기준으로, 개구 영역(131)과 유성기어 어셈블리(110)는 적어도 일 영역이 겹치도록 구비되는 것이 진동 감쇠에 있어 적절하며, 가능한 경우 개구 영역(131)이 유성기어 어셈블리(110) 영역을 모두 커버하도록 구비되는 것이 바람직하다. 다만, 개구 영역(131)이 기어 하우징(130)의 모터 대향면(1001) 부터 모터 대향면(1001)의 축 방향 반대 끝까지 형성되는 경우 댐퍼(140)를 가둘 공간을 마련하기 어려우므로, 모터 대향면(1001)의 축 방향 반대 끝면으로부터 일정 거리 전까지 여유 두께 T4를 확보하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 종단면 및 모터 대향면(1001)을 각각 도시한 것이다.
제1 공간(231) 또는 제2 공간(232)과 개구 영역(131)이 연통하여 냉각 유체가 냉각 기능 및 댐퍼 기능을 수행하기 위해서는 냉각 유체가 하우징(130, 220) 외부로 유출되지 않도록 형성되어야 한다. 이를 위해, 횡단면을 기준으로, 모터 하우징(220)과 기어 하우징(130)이 접하는 영역(132)은 개구 영역(131)을 가두도록 형성되어야 한다. 즉 접하는 영역(132)은 개구 영역(131)을 개구 영역(131)의 반경 방향 내측 및 반경 외측 방향에서 가둬야 한다.
도 8은 도 7과 유사한 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
모터 하우징(220)과 기어 하우징(130)의 경계면인 모터 대향면(1001)에서 냉각 유체가 세어 나갈 가능성을 최소화하기 위해, 두 하우징(130, 220)의 접하는 영역(132)에는 오링(O-ring, 134)이 구비될 수 있다. 즉, 모터 하우징(220)과 기어 하우징(130)이 접하는 영역(132)에 대응하여 적어도 일측 하우징에 함몰부(133)를 형성하고, 함몰부(133)에 오링(134)이 안착될 수 있다. 오링(134)은 탄성을 갖는 소재로서 고무 등의 물질을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만 도 5의 실시 예의 경우에도 동일한 원리로 함몰부(133) 및 오링(134)이 구비되어 두 하우징 사이의 틈으로 냉각 유체가 세어 나가는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 도 6에 대응하는 실시 예와 관련된 또 다른 실시 예로서, 외측에서 바라본 모터 하우징(220) 및 기어 어셈블리(100)의 모터 대향면(1001)을 도시한 것이다.
모터 하우징(220)의 제2 공간(232)에는 격벽(233)이 구비될 수 있다. 격벽(233)은 제2 공간(232)을 지나는 냉각 유체, 특히 물이 골고루 순환할 수 있도록 경로를 형성해준다. 격벽(233)은 축 방향으로 형성되어 제1 쉘(221)의 외주면(2211) 상에서 원주 방향을 따라 축 방향 일측 및 타측에 교대로 치우쳐 구비될 수 있다.
개구 영역(131)이 제2 공간(232)과 연통되는 경우, 개구 영역(131)에는 일측에 치우친 격벽(233)에서 연장되도록 축 방향으로 구비되는 가이드벽(135)을 형성할 수 있다. 가이드벽(135)은 격벽(233)과 함께 연속면을 형성하여 냉각 유체가 모터 하우징(220)부터 기어 하우징(130)까지 크게 순환할 수 있도록 한다.
도 10은 기어 하우징(130)의 모터 하우징 대향면(1001)을 도시한 것이다.
개구 영역(131)은 상술한 바와 같이 환형의 개구 영역(1311), 또는 분절된 환형의 개구 영역(1312)으로 형성될 수도 있고, 이에 더하여 일부에만 형성될 수도 있다. 특히, 차량에 있어서 기어 하우징(130)을 통해 외부로 전달되는 진동은 하측보다는 차량 탑승자가 위치하는 상측으로 전달되지 않도록 하는 것이 더 적절하다. 따라서, 유성기어 어셈블리(110)의 회전축 중심을 지나는 수평면 H를 기준으로, 개구 영역(131)은 수평면의 상측에만 형성되도록 할 수도 있다.
도 11은 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 종단면 일 실시 예이다.
상술한 것과 달리, 개구 영역(131)은 모터 하우징(220)의 냉각 유체가 구비되는 공간(230)과 연통되지 않고 독립적인 공간을 형성하고, 댐퍼(140)는 개구 영역(131)이 형성하는 폐공간에 구비될 수 있다. 이때의 개구 영역(131)의 특징은 상술한 개구 영역(131)의 특징들과 저촉되지 않는 범위 내에서 동일한 특징을 가질 수 있다.
개구 영역(131)이 독립적인 공간으로 형성되는 경우 개구 영역(131)의 유체가 외부로 빠져나가지 않도록 방수하는 구조가 단순화될 수 있으며, 제1 공간(231) 또는 제2 공간(232)의 냉각 유체와 다른 유체를 선택하여 적용할 수 있어, 냉각 성능과 관계없이 진동 감쇠에 최적의 물질을 선택할 수 있다는 장점이 있다.
도 12는 본 발명과 관련된 기어 어셈블리(100)의 종단면 일 실시 예이다.
또 다른 예로, 개구 영역(131)은 유성기어 어셈블리(110), 제1 기어(121), 또는 제2 기어(122) 중 적어도 하나의 윤활을 위한 공간과 연통하도록 구비될 수 있다. 이 경우에는 기어 하우징(130) 내부의 윤활을 위한 윤활유가 개구 영역(131)까지 유입되어 진동 감쇠의 역할을 보조적으로 수행할 수 있다. 이 개구 영역(131)의 댐퍼(140)를 윤활유 댐퍼(142)로 정의한다. 기어 하우징(130) 내부의 윤활 공간은 유성기어 어셈블리 윤활 공간(115)이 될 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기어 어셈블리(100)의 종단면 및 모터 대향면(1001)을 도시한 것이다.
개구 영역(131)이 형성하는 댐퍼(140)는 자기유변 유체(Magnetorheological Fluid) 댐퍼(이하 'MR 댐퍼(143)'라고 한다.)가 될 수 있다. MR 댐퍼(143)는 반능동 제어장치의 일종으로써, 자기유변 유체를 이용하여 댐퍼의 점성력을 변화시킨다.
MR 댐퍼(143)는 상술한 개구 영역(131)의 형상 및 배치 등의 특성을 따른다. 따라서 MR 댐퍼(143)는 유성기어 어셈블리(110)의 외주면(1101) 둘레를 따라 환형(1311)으로 구비될 수 있다. 특히, MR 댐퍼(143)는 복수로 구비되어 분할된 환형(1312)의 형태로 구비될 수 있다. 분할된 복수의 MR 댐퍼(143)는 개별적으로 제어되어 서로 다른 점성력을 가질 수 있다. 유성기어 어셈블리(110), 모터(210) 또는 기어 하우징(130) 등은 각 재료 물성, 결합 형태 등에 의해 진동이 발생하는 구간이 복합적으로 구현되거나 특정하기 쉽지가 않다. 또한 모터(210)의 회전 속도는 계속 변경되므로 진동이 주로 발생하는 지점이 일정하지도 않다. 따라서, MR 댐퍼(143)의 점성력 변화를 통해 고유진동수를 바꾸어 줌으로써 진동 감쇠 효과를 얻을 수 있다.
제어부는 복수로 분할된 MR 댐퍼(143)의 점성력을 독립적으로 제어할 수 있다. 제어부는 MR 댐퍼(143)의 적절한 점성력 부여를 위해, 완성된 기어 어셈블리(100) 및 모터(210)의 결합 상태에서의 모터(210)의 회전 속도에 따른 진동 결과 값을 저장하거나 얻을 수 있다. 이는 실험 결과 값에 해당하거나, 또는 실제 차량의 주행 중에서의 센싱 값이 될 수도 있다. 제어부는 상기 진동 결과 값 및 현재 차량의 속도를 고려하여 각 MR 댐퍼(143)의 점성력을 변화시켜 진동을 감쇠시킬 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 기어 어셈블리 1001: 모터 대향면
110: 유성기어 어셈블리 1101: 유성기어 어셈블리 외주면
111: 선기어 112: 링기어
1121: 링기어 외주면 113: 유성기어
114: 캐리어 115: 유성기어 어셈블리 윤활 공간
121: 제1 기어 122: 제2 기어
123: 구동축 130: 기어 하우징
1301: 안착 영역 내주면 1302: 반경 방향 외측 외면
1303: 댐퍼 확보 영역 131: 개구 영역
1311: 환형 개구 영역 1312: 분절된 개구 영역
132: 접하는 영역 133: 함몰부
134: 오링 135: 가이드벽
140: 댐퍼 141: 냉각 유체 댐퍼
141-1: 냉각유 댐퍼 141-2: 냉각수 댐퍼
142: 윤활유 댐퍼 143: MR댐퍼
210: 모터 220: 모터 하우징
221: 제1 쉘 2211: 제1 쉘 외주면
222: 제2 쉘 230: 냉각 유체 구비 공간
231: 제1 공간 232: 제2 공간
233: 격벽

Claims (19)

  1. 모터의 축 방향 일측에 구비되어 동력을 전달받는 유성기어 어셈블리;
    상기 유성기어 어셈블리의 외주면이 압입 체결되고, 상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측으로 두께를 확보하며 외면을 형성하는 기어 하우징;
    상기 유성기어 어셈블리의 반경 방향 외측 적어도 일 영역에 형성되는 개구 영역; 및
    상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리에서 상기 기어 하우징 외측으로 전달되는 진동을 감쇠하는 댐퍼를 형성하는 기어 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 개구 영역은 상기 모터와 대향하는 대향면에 노출되도록 연장되어 구비되는 기어 어셈블리.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 수냉 댐퍼를 형성하고,
    상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell); 및
    상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고,
    상기 제1 공간은 상기 개구 영역의 적어도 일부와 연통하는 기어 어셈블리.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 쉘의 상기 일측 외면과 상기 기어 하우징의 대향면이 접하는 영역은 상기 개구 영역을 가두는 기어 어셈블리.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 접하는 영역에 대응하는 상기 제2 쉘 및 상기 기어 하우징 중 적어도 일측에 형성된 함몰부; 및
    상기 함몰부에 안착되는 오링을 더 포함하는 기어 어셈블리.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 공간에는 축 방향으로 형성된 격벽이 구비되고, 상기 격벽은 상기 제1 쉘의 외주면상에서 원주 방향을 따라 상기 축 방향 일측 및 타측에 교대로 치우쳐 구비되고,
    상기 개구 영역에는 상기 일측에 치우친 격벽에서 연장되도록 축 방향으로 구비되는 가이드벽을 더 포함하는 기어 어셈블리.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 공간의 반경 방향 두께 및 상기 개구 영역의 반경 방향 두께는 동일한 기어 어셈블리.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 유냉 댐퍼를 형성하고,
    상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell); 및
    상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고,
    상기 제2 공간은 상기 개구 영역의 적어도 일부와 연통하는 기어 어셈블리.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 유냉 댐퍼를 형성하고,
    상기 모터를 1차적으로 감싸 내부 제1 공간을 형성하는 제1 쉘(shell); 및
    상기 제1 쉘로부터 이격된 제2 공간을 형성하여 상기 모터를 2차적으로 감싸는 제2 쉘(shell)을 포함하고,
    상기 개구 영역은,
    상기 제1 공간과 연통하는 제1 개구 영역; 및
    상기 제2 공간과 연통하는 제2 개구 영역을 포함하는 기어 어셈블리.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리의 둘레 전 영역에 걸쳐 환형으로 구비되는 기어 어셈블리.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 개구 영역은 상기 유성기어 어셈블리의 회전축 중심을 포함하는 수평면을 기준으로 상기 수평면의 상측에 형성되는 기어 어셈블리.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 개구 영역 및 상기 유성기어 어셈블리는 축 방향에 대해 적어도 일 영역이 겹치도록 구비되는 기어 어셈블리.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 개구 영역은 축 방향에 대해 상기 유성기어 어셈블리 영역을 모두 커버하도록 구비되는 기어 어셈블리.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기어 하우징은 상기 유성기어 어셈블리를 윤활하기 위한 윤활 공간을 형성하고,
    상기 개구 영역은 상기 윤활 공간과 연통되도록 형성되는 기어 어셈블리.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 MR 댐퍼(magnetorheological fluid damper)인 기어 어셈블리.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 MR 댐퍼는 상기 유성기어 어셈블리의 외주면 둘레를 따라 환형으로 구비되는 기어 어셈블리.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 MR 댐퍼는 상기 유성기어 어셈블리의 외주면 둘레를 따라 복수로 분할되어 구비되는 기어 어셈블리.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수로 분할된 MR 댐퍼의 점성력을 독립적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 기어 어셈블리.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 유성기어 어셈블리는,
    상기 모터의 동력을 전달받는 선기어;
    상기 선기어의 외주면에 외측에 구비되어 상기 유성기어 어셈블리의 외주면을 형성하는 링기어; 및
    상기 선기어 및 링기어 사이에 맞물려 구비되는 유성기어를 포함하는 기어 어셈블리.
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