KR20220141450A - 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치 - Google Patents

전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터에 의하여 구동되는 후륜 제1구동축을 프로펠러 샤프트를 매개로 후륜 제2구동축에 동력 전달 가능하게 연결시킴으로써, 하나의 모터로 제1구동축과 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축을 함께 구동시킬 수 있고, 또한 프로펠러 샤프트의 연결 유무에 따라 멀티 구동축과 단일 구동축에 공용적으로 적용할 수 있도록 한 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치{POWER TRANSMISSION DEVICE FOR VEHICLE HAVING ELECTRIC-AXLE}
본 발명은 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터에 의하여 구동되는 후륜 제1구동축을 프로펠러 샤프트를 매개로 후륜 제2구동축에 동력 전달 가능하게 연결시킨 새로운 구조의 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치에 관한 것이다.
전기자동차 및 수소 연료전지 차량 등과 같은 친환경 승용차량의 출시에 따라, 친환경 상용차량의 일종으로서 전동화 액슬(ELECTRIC-AXLE) 어셈블리가 탑재된 순수 전기트럭 또는 수소 연료전지 트럭이 개발되고 있다.
대개, 후륜구동축이 단일 구동축으로 적용된 트럭의 경우, 총바퀴수×단일 구동축과 연결된 구동바퀴수를 의미하는 4×2, 6×2 등의 바퀴 배열을 가지고, 반면 후륜 제1구동축과 후륜 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축이 적용된 트럭의 경우에는 총바퀴수×제1구동축 및 제2구동축과 연결된 구동바퀴수를 의미하는 6×4, 8×4, 10×4 등의 바퀴 배열을 갖는다.
첨부한 도 1은 전동화 액슬을 갖는 상용차량 중 수소 연료전지 트럭의 파워트레인에 대한 일례를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전동화 액슬을 갖는 상용차량 중 수소 연료전지 트럭은 전기에너지를 생성하는 연료전지(30)와, 연료전지(30)에서 생성된 전기에너지가 충전되는 배터리(40)를 포함한다.
또한, 상기 수소 연료전지 트럭은 멀티 구동축으로서 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)을 포함하고, 6×4 형태의 바퀴 배열을 갖는다.
이를 위해, 상기 수소 연료전지 트럭은 앞쪽에 배치되는 전륜 외에 뒤쪽에 구동륜인 한 쌍의 후륜이 배열된 구조를 가지며, 한 쌍의 후륜 중 앞쪽 후륜에는 제1구동축(12)에 동력을 출력하는 제1전동화 액슬(10)이 탑재되고, 뒤쪽 후륜에는 제2구동축(22)에 동력을 출력하는 제2전동화 액슬(20)이 탑재되어 있다.
상기 후륜 제1전동화 액슬(10)은 액슬하우징과, 액슬하우징 내에 장착되어 연료전지(30) 또는 배터리(40)의 전기에너지에 의하여 구동되는 제1모터(11)와, 제1모터(11)의 출력축에 연결되는 제1구동축(12)과, 제1구동축(12)의 양단부에 장착된 제1바퀴(13) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 후륜 제2전동화 액슬(20)도 액슬하우징과, 액슬하우징 내에 장착되어 연료전지(30) 또는 배터리(40)의 전기에너지에 의하여 구동되는 제2모터(21)와, 제2모터(21)의 출력축에 연결되는 제2구동축(22)과, 제2구동축(22)의 양단부에 장착된 제2바퀴(23) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1모터(11)와 제2모터(21)의 출력축에는 감속기 또는 변속기가 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2전동화 액슬을 갖는 상용차량의 경우, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 후륜 제1구동축(12)에 두 개 이상의 제1모터(11) 및 감속기가 연결됨과 함께 후륜 제2구동축(22)에도 두 개 이상의 제2모터(21) 및 감속기가 연결될 수 있다.
또는, 제1 및 제2전동화 액슬을 갖는 상용차량의 경우, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이 후륜 제1구동축(12)에 제1모터(11) 및 변속기가 연결됨과 함께 후륜 제2구동축(22)에도 제2모터(21) 및 변속기가 연결될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1전동화 액슬(10)의 제1모터(11)와 연결된 제1구동축(12)과, 상기 제2전동화 액슬(20)의 제2모터(12)와 연결된 제2구동축(22) 등 멀티 구동축을 갖는 상용차량의 경우, 제1모터(11)의 구동토크가 제1구동축(12)에 출력되는 동시에 제2모터(21)의 구동토크가 제2구동축에 출력될 수 있으므로, 운전자 요구토크를 용이하게 만족시킬 수 있다.
그러나, 단일 구동축을 갖는 상용차량의 경우, 단일 모터의 구동토크만이 단일 구동축에 출력됨에 따라, 운전자 요구토크를 만족시키기 위하여 단일 모터의 사양을 상기한 제1모터(11) 및 제2모터(21)에 비하여 높은 출력을 낼 수 있는 고성능의 모델로 적용될 수 밖에 없다.
이에, 멀티 구동축에 적용되는 전동화 액슬 어셈블리와, 단일 구동축에 적용되는 전동화 액슬 어셈블리는 서로 다른 사양으로 적용될 수 밖에 없으므로, 개발 및 제작 비용 등의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
또한, 멀티 구동축을 갖는 상용차량의 경우, 제1전동화 액슬(10)에 제1모터(11)를 비롯하여 감속기 또는 변속기가 포함되고, 제2전동화 액슬(20)에도 제2모터(21)를 비롯하여 감속기 또는 변속기가 포함되는 등 부품수가 너무 많이 들어가고, 많은 부품들을 적절히 조립하기 위한 패키징 공간 확보에 어려움이 있으며, 그에 따라 조립성 및 정비성이 저하되는 문제점도 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 모터에 의하여 구동되는 후륜 제1구동축을 프로펠러 샤프트를 매개로 후륜 제2구동축에 동력 전달 가능하게 연결시킴으로써, 하나의 모터로 제1구동축과 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축을 함께 구동시킬 수 있고, 또한 프로펠러 샤프트의 연결 유무에 따라 멀티 구동축과 단일 구동축에 공용적으로 적용할 수 있도록 한 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 후륜 제1구동축에 장착되는 제1디퍼런셜 링기어; 후륜 제2구동축에 장착되는 제2디퍼런셜 링기어; 전단부에 상기 제1디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어가 연결되고, 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어가 연결된 프로펠러 샤프트; 상기 제1디퍼런셜 링기어 또는 프로펠러 샤프트에 동력전달 가능하게 연결되는 감속기; 및 상기 감속기의 입력기어에 출력축이 연결되는 모터; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 모터와 감속기가 상기 후륜 제1구동축과 평행한 방향으로 배열되는 경우, 상기 감속기는: 상기 모터의 출력축과 연결되는 입력기어인 선기어; 상기 선기어와 맞물리는 피니언; 감속기 하우징 내에 형성되어 상기 피니언과 맞물리는 링기어; 상기 피니언과 동축으로 연결되는 캐리어; 상기 캐리어와 제1디퍼런셜 링기어 간에 연결되는 제1최종 출력축; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 모터와 감속기가 상기 후륜 제1구동축과 수직한 방향으로 배열되는 경우, 상기 프로펠러 샤프트에 동력분배용 기어가 장착되고, 이 동력분배용 기어에 감속기의 출력축과 연결되는 최종 출력기어가 맞물리는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 모터와 감속기가 상기 후륜 제1구동축과 수직한 방향으로 배열되는 경우, 상기 감속기는: 상기 모터의 출력축과 연결되는 입력기어인 선기어; 상기 선기어와 맞물리는 피니언; 감속기 하우징 내에 형성되어 상기 피니언과 맞물리는 링기어; 상기 피니언과 동축으로 연결되는 캐리어; 상기 캐리어와 최종 출력기어 간에 연결되는 제2최종 출력축; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1디퍼런셜 링기어와 제2디퍼런셜 링기어는 서로 반대방향을 향하여 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 프로펠러 샤프트의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어, 그리고 상기 프로펠러 샤프트의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어는 유니버설 조인트에 의하여 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 후륜 제1구동축에 장착되는 제1디퍼런셜 링기어; 후륜 제2구동축에 장착되는 제2디퍼런셜 링기어; 전단부에 상기 제1디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어가 연결되고, 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어가 연결된 프로펠러 샤프트; 상기 프로펠러 샤프트에 장착되는 동력분배용 기어; 상기 동력분배용 기어에 맞물리는 최종 출력기어를 갖는 변속기; 상기 변속기의 입력측에 연결되어 선택적으로 동력을 출력하는 제1모터 및 제2모터; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 변속기는: 상기 제1모터의 출력축에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제1변속기어 및 제2변속기어; 상기 제1변속기어와 제2변속기어 사이에 배치되어, 제1변속기어를 제1모터의 출력축에 결합시키거나 제2변속기어를 제1모터의 출력축에 결합시키는 제1클러치; 상기 최종 출력기어와 동축으로 연결되는 동력전달축; 상기 동력전달축에 장착되어 제1변속기어와 맞물리는 제1매개기어; 및 상기 동력전달축에 장착되어 제2변속기어와 맞물리는 제2매개기어; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 변속기는: 상기 제2모터의 출력축에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제3변속기어 및 제4변속기어; 상기 제3변속기어와 제4변속기어 사이에 배치되어, 제3변속기어를 제2모터의 출력축에 결합시키거나 제4변속기어를 제2모터의 출력축에 결합시키는 제2클러치; 및 상기 동력전달축에 장착되어 제3변속기어와 맞물리는 제3매개기어; 를 더 포함하여 구성되고, 상기 제4변속기어는 상기 최종 출력기어에 직접 맞물리도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제1디퍼런셜 링기어와 제2디퍼런셜 링기어는 서로 반대방향을 향하여 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 프로펠러 샤프트의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어, 그리고 상기 프로펠러 샤프트의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어는 유니버설 조인트에 의하여 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 기존에 후륜 제1구동축과 제2구동축에 모두 모터 및 감속기 등을 연결하는 것과 달리, 후륜 제1구동축에만 모터 및 감속기(또는 변속기)를 연결하고, 후륜 제1구동축의 동력이 프로펠러 샤프트를 통하여 후륜 제2구동축으로 전달될 수 있도록 함으로써, 하나의 모터로 제1구동축과 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축을 함께 구동시킬 수 있고, 또한 기존에 후륜 제2구동축에 연결되던 모터 및 감속기(또는 변속기) 등의 부품수를 절감하여 패키징 공간 확보에 유리할 뿐만 아니라 조립성 및 정비성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 후륜 제1구동축과 후륜 제2구동축 간을 연결하는 프로펠러 샤프트만을 탈거하면, 모터 동력이 인가되는 후륜 제1구동축이 단일 구동축이 되므로, 결국 프로펠러 샤프트의 연결 유무에 따라 멀티 구동축과 단일 구동축에 공용화가 가능한 전동식 액슬을 제공할 수 있다.
도 1은 전동화 액슬을 갖는 상용차량 중 수소 연료전지 트럭의 파워트레인에 대한 일례를 도시한 개략도,
도 2a 및 도 2b는 상용차량 중 수소 연료전지 트럭의 전동화 액슬에 포함된 모터 및 감속기의 배열 예를 도시한 개략도,
도 2c 및 도 2d는 상용차량 중 수소 연료전지 트럭의 전동화 액슬에 포함된 모터 및 변속기의 배열 예를 도시한 개략도,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도,
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달경로를 표시한 동력전달계통도,
도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도,
도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달경로를 표시한 동력전달계통도,
도 5는 본 발명에 따른 상용차량의 동력 전달 장치 구성 중 모터 및 감속기 등을 배제한 상태를 도시한 평면도,
도 6a는 본 발명의 제3실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도,
도 6b는 본 발명의 제3실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달 예를 도시한 동력전달계통도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
제1실시예
첨부한 도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달경로를 표시한 동력전달계통도이다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 수소 연료전지 트럭과 같은 상용차량의 후륜 제1구동축(12)에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 동시 회전 가능하게 장착되고, 후륜 제2구동축(22)에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 동시 회전 가능하게 장착되며, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(110)는 프로펠러 샤프트(100)에 의하여 동력 전달 가능하게 연결된다.
이를 위해, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부에는 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)가 연결되고, 그 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 연결된다.
이에, 상기 후륜 제1구동축(12)의 회전 동력이 상기 제1디퍼런셜 링기어(110) 및 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)를 통하여 프로펠러 샤프트(100)로 전달된 후, 상기 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)와 제2디퍼런셜 링기어(120)를 통하여 후륜 제2구동축(22)으로 전달될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 평행한 방향으로 배열된다.
즉, 상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 평행한 방향으로 배열된 상태에서, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)에 모터 동력을 감속하여 출력하는 감속기(130)가 연결되고, 이 감속기(130)의 입력기어에 모터(140)의 출력축(140-1)이 연결된다.
상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 평행한 방향으로 배열됨에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 감속기(130)는, 상기 모터(140)의 출력축(140-1)과 연결되는 입력기어인 선기어(131)와, 이 선기어(131)와 맞물리는 복수개의 피니언(132)과, 감속기 하우징(138) 내에 형성되어 상기 피니언(132)과 맞물리는 링기어(133)와, 상기 피니언(132)과 동축으로 연결되는 캐리어(134)와, 이 캐리어(134)와 제1디퍼런셜 링기어(110) 간에 동력 전달 가능하게 연결되는 제1최종 출력축(135)으로 구성될 수 있다.
따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 모터(140)가 구동되면, 모터의 출력축(140-1)과 연결된 선기어(131)가 회전하는 동작과, 선기어(131)의 외주부 및 링기어(133)의 내주부를 따라 피니언(132)이 회전하며 이동하는 동작과, 피니언(132)과 동축으로 연결된 캐리어(134)가 회전하는 동작과, 캐리어(134)와 연결된 제1최종 출력축(135)이 회전하는 동작이 이루어지고, 연이어 제1최종 출력축(135)의 회전동력이 제1디퍼런셜 링기어(110)로 전달되는 동시에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 장착된 후륜 제1구동축(12)으로 전달됨으로써, 후륜 제1구동축(12) 및 이와 연결된 후륜 앞바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이와 함께, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)의 회전 동력이 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)와 프로펠러 샤프트(100)와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)를 통하여 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)로 전달되면, 제2디퍼런셜 링기어(120)가 장착된 후륜 제2구동축(22) 및 이와 연결된 후륜 뒷바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이때, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전하도록 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 반대방향을 향하여 배열된다.
예를 들어, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)는 차체 폭방향에서 좌측방향을 향하여 배열되고, 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)는 차체 폭방향에서 우측방향을 향하여 배열되도록 함으로써, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
바람직하게는, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 회전시 진동, 소음, 충격 등을 흡수할 수 있도록 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)는 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되고, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)도 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되도록 한다.
이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따르면, 기존에 후륜 제1구동축과 제2구동축에 모두 모터 및 감속기 등을 연결하는 것과 달리, 후륜 제1구동축(12)에만 모터(140) 및 감속기(130)를 연결하고, 후륜 제1구동축(12)의 동력이 프로펠러 샤프트(100)를 통하여 후륜 제2구동축(22)으로 전달될 수 있도록 함으로써, 하나의 모터로 제1구동축과 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축을 용이하게 함께 구동시킬 수 있다.
또한, 기존에 후륜 제2구동축에 연결되던 모터 및 감속기 등의 부품수를 절감할 수 있으므로, 후륜 전동화 액슬의 장착을 위한 패키징 공간 확보에 유리한 점을 제공할 수 있고, 조립성 및 정비성을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22) 간을 연결하는 프로펠러 샤프트(100)만을 탈거한다면, 모터 동력이 인가되는 후륜 제1구동축(12)이 단일 구동축이 되므로, 결국 프로펠러 샤프트의 연결 유무에 따라 멀티 구동축과 단일 구동축에 공용화가 가능한 전동식 액슬을 제공할 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도이고, 도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달경로를 표시한 동력전달계통도이다.
본 발명의 제2실시예도 마찬가지로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 수소 연료전지 트럭과 같은 상용차량의 후륜 제1구동축(12)에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 동시 회전 가능하게 장착되고, 후륜 제2구동축(22)에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 동시 회전 가능하게 장착되며, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(110)는 프로펠러 샤프트(100)에 의하여 동력 전달 가능하게 연결된다.
이를 위해, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부에는 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)가 연결되고, 그 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 연결된다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 수직한 방향으로 배열된다.
즉, 상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 수직한 방향으로 배열된 상태에서, 상기 프로펠러 샤프트(100)에 모터 동력을 감속하여 출력하는 감속기(130)가 연결되고, 이 감속기(130)의 입력기어에는 모터(140)의 출력축(140-1)이 연결된다.
이를 위해, 상기 프로펠러 샤프트(100)에는 동력분배용 기어(104)가 장착되고, 이 동력분배용 기어(104)에는 감속기(130)의 출력축과 연결되는 최종 출력기어(137)가 맞물리게 된다.
상기 모터(140)와 감속기(130)가 상기 후륜 제1구동축(12)과 수직한 방향으로 배열됨에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 상기 감속기(130)는, 상기 모터(140)의 출력축(140-1)과 연결되는 입력기어인 선기어(131)와, 이 선기어(131)와 맞물리는 복수개의 피니언(132)과, 감속기 하우징(138) 내에 형성되어 상기 피니언(132)과 맞물리는 링기어(133)와, 상기 피니언(132)과 동축으로 연결되는 캐리어(134)와, 이 캐리어(134)와 상기 최종 출력기어(137) 간에 동력 전달 가능하게 연결되는 제2최종 출력축(136)으로 구성될 수 있다.
따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 모터(140)가 구동되면, 모터의 출력축(140-1)과 연결된 선기어(131)가 회전하는 동작과, 선기어(131)의 외주부 및 링기어(133)의 내주부를 따라 피니언(132)이 회전하며 이동하는 동작과, 피니언(132)과 동축으로 연결된 캐리어(134)가 회전하는 동작과, 캐리어(134)와 연결된 제2최종 출력축(136)이 회전하는 동작과, 제2최종 출력축(136)에 장착된 최종 출력기어(137)가 회전하면서 상기 동력분배용 기어(104)에 회전력을 전달하는 동작이 순차적으로 이루어짐으로써, 상기 동력분배용 기어(104)가 장착된 프로펠러 샤프트(100)가 회전하게 된다.
연이어, 상기 프로펠러 샤프트(100)가 회전하게 되면, 그 전단부 및 후단부에 연결된 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 함께 회전하게 된다.
이와 동시에, 상기 제1디퍼런션 드라이브 기어(101)의 회전력이 이와 맞물린 제1디퍼런셜 링기어(110)로 전달되는 동시에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 장착된 후륜 제1구동축(12)으로 전달됨으로써, 후륜 제1구동축(12) 및 이와 연결된 후륜 앞바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이와 함께, 상기 제2디퍼런션 드라이브 기어(102)의 회전력이 이와 맞물린 제2디퍼런셜 링기어(120)로 전달되는 동시에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 장착된 후륜 제2구동축(22)으로 전달됨으로써, 후륜 제2구동축(22) 및 이와 연결된 후륜 뒷바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이때, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전하도록 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 반대방향을 향하여 배열된다.
예를 들어, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)는 차체 폭방향에서 좌측방향을 향하여 배열되고, 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)는 차체 폭방향에서 우측방향을 향하여 배열되도록 함으로써, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
바람직하게는, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 회전시 진동, 소음, 충격 등을 흡수할 수 있도록 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)는 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되고, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)도 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되도록 한다.
이와 같은 본 발명의 제2실시예에 따르면, 기존에 후륜 제1구동축과 제2구동축에 모두 모터 및 감속기 등을 연결하는 것과 달리, 프로펠러 샤프트(100)에 전달되는 하나의 모터(140) 동력에 의하여 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 함께 회전될 수 있도록 함으로써, 하나의 모터로 제1구동축과 제2구동축을 포함하는 멀티 구동축을 용이하게 함께 구동시킬 수 있다.
또한, 기존에 후륜 제2구동축에 연결되던 모터 및 감속기 등의 부품수를 절감할 수 있으므로, 후륜 전동화 액슬의 장착을 위한 패키징 공간 확보에 유리한 점을 제공할 수 있고, 조립성 및 정비성을 향상시킬 수 있다.
제3실시예
첨부한 도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치를 도시한 동력전달계통도이고, 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치의 동력전달 예를 도시한 동력전달계통도이다.
본 발명의 제3실시예는 제1모터와 제2모터의 각 동력이 변속기를 통하여 변속된 후 더해져서 프로펠러 샤프트로 전달될 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
본 발명의 제3실시예도 마찬가지로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 수소 연료전지 트럭과 같은 상용차량의 후륜 제1구동축(12)에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 동시 회전 가능하게 장착되고, 후륜 제2구동축(22)에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 동시 회전 가능하게 장착되며, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(110)는 프로펠러 샤프트(100)에 의하여 동력 전달 가능하게 연결된다.
이를 위해, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부에는 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)가 연결되고, 그 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 연결된다.
또한, 상기 프로펠러 샤프트(100)에는 동력분배용 기어(104)가 장착되고, 이 동력분배용 기어(104)에는 변속기(150)의 최종 출력기어(159)가 맞물리게 된다.
또한, 상기 변속기(150)의 입력측에는 제1모터(141)와 제2모터(142)가 동시에 또는 선택적으로 구동력을 출력할 수 있게 연결된다.
이를 위해, 상기 변속기(150)는 제1모터(141)의 출력을 변속시키기 위하여, 상기 제1모터(141)의 출력축(141-1)에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제1변속기어(151) 및 제2변속기어(152)와, 상기 제1변속기어(151)와 제2변속기어(152) 사이에 배치되어 제1변속기어(151)를 제1모터(141)의 출력축(141-1)에 결합시키거나 제2변속기어(152)를 제1모터(141)의 출력축(141-1)에 결합시키는 제1클러치(155)와, 상기 최종 출력기어(159)와 동축으로 연결되는 동력전달축(156)과, 상기 동력전달축(156)에 장착되어 제1변속기어(151)와 맞물리는 제1매개기어(157)와, 상기 동력전달축(156)에 장착되어 제2변속기어(152)와 맞물리는 제2매개기어(158)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 변속기(150)는 제2모터(142)의 출력을 변속시키기 위하여, 상기 제2모터(142)의 출력축(142-1)에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제3변속기어(153) 및 제4변속기어(154)와, 상기 제3변속기어(153)와 제4변속기어(154) 사이에 배치되어, 제3변속기어(153)를 제2모터(142)의 출력축(142-1)에 결합시키거나 제4변속기어(154)를 제2모터(142)의 출력축(142-1)에 결합시키는 제2클러치(160)와, 상기 동력전달축(156)에 장착되어 제3변속기어(153)와 맞물리는 제3매개기어(161)를 더 포함하여 구성되고, 상기 제4변속기어(154)는 상기 최종 출력기어(159)에 직접 맞물리게 된다.
이때, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전하도록 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)와 제2디퍼런셜 링기어(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 반대방향을 향하여 배열된다.
예를 들어, 상기 제1디퍼런셜 링기어(110)는 차체 폭방향에서 좌측방향을 향하여 배열되고, 상기 제2디퍼런셜 링기어(120)는 차체 폭방향에서 우측방향을 향하여 배열되도록 함으로써, 상기 후륜 제1구동축(12)과 후륜 제2구동축(22)이 주행을 위하여 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
바람직하게는, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 회전시 진동, 소음, 충격 등을 흡수할 수 있도록 상기 프로펠러 샤프트(100)의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)는 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되고, 상기 프로펠러 샤프트(100)의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)도 유니버설 조인트(103)에 의하여 연결되도록 한다.
여기서, 본 발명의 제3실시예에 따른 동력 전달 장치의 작동 흐름에 대한 이해를 돕기 위하여, 제1모터의 출력이 제1변속기어를 통하여 프로펠러 샤프트로 전달되는 동시에 제2모터의 출력이 제3변속기어를 통하여 프로펠러 샤프트로 전달되는 예를 설명하기로 한다.
첨부한 도 6b는 본 발명의 제3실시예에 따른 동력 전달 장치의 제1모터 및 제2모터 동력이 변속기를 통하여 프로펠러 샤프트로 전달되는 예를 도시한 동력전달계통도이다.
상기 제1클러치(155)가 제1변속기어(151)를 제1모터(141)의 출력축(141-1)에 결합시키는 작동을 한 후, 상기 제1모터(141)가 구동되면, 제1모터의 회전 동력이 제1변속기어(151)와 제1매개기어(157)를 통하여 변속되어 동력전달축(156)으로 전달된 후, 이 동력전달축(156)과 동축으로 연결된 최종 출력기어(159)으로부터 상기 프로펠러 샤프트(100)의 동력분배용 기어(104)로 전달된다.
이어서, 상기 동력분배용 기어(104)가 장착된 프로펠러 샤프트(100)가 회전하게 되어, 그 전단부 및 후단부에 연결된 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 함께 회전하게 된다.
연이어, 상기 제1디퍼런션 드라이브 기어(101)의 회전력이 이와 맞물린 제1디퍼런셜 링기어(110)로 전달되는 동시에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 장착된 후륜 제1구동축(12)으로 전달됨으로써, 후륜 제1구동축(12) 및 이와 연결된 후륜 앞바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이와 함께, 상기 제2디퍼런션 드라이브 기어(102)의 회전력이 이와 맞물린 제2디퍼런셜 링기어(120)로 전달되는 동시에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 장착된 후륜 제2구동축(22)으로 전달됨으로써, 후륜 제2구동축(22) 및 이와 연결된 후륜 뒷바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
물론, 상기 제1클러치(155)가 제2변속기어(152)를 제1모터(141)의 출력축(141-1)에 결합시키는 작동을 한 경우, 제2변속기어(152)의 기어비에 해당하는 동력이 최종 출력기어(159)을 통하여 상기 프로펠러 샤프트(100)의 동력분배용 기어(104)로 전달될 수 있다.
이와 같이 제1모터(141)의 동력이 변속기를 통하여 프로펠러 샤프트(100)로 분배되는 동시에 제2모터(142)의 동력이 변속기를 통하여 프로펠러 샤프트(100)로 분배될 수 있다.
이를 위해, 상기 제2클러치(160)가 제3변속기어(153)를 제2모터(142)의 출력축(142-1)에 결합시키는 작동을 한 후, 상기 제2모터(142)가 구동되면, 제2모터의 회전 동력이 제3변속기어(153)와 제3매개기어(161)를 통하여 변속되어 동력전달축(156)으로 전달된 후, 이 동력전달축(156)과 동축으로 연결된 최종 출력기어(159)으로부터 상기 프로펠러 샤프트(100)의 동력분배용 기어(104)로 전달된다.
이어서, 상기 동력분배용 기어(104)가 장착된 프로펠러 샤프트(100)가 회전하게 되어, 그 전단부 및 후단부에 연결된 제1디퍼런셜 드라이브 기어(101)와 제2디퍼런셜 드라이브 기어(102)가 함께 회전하게 된다.
연이어, 상기 제1디퍼런션 드라이브 기어(101)의 회전력이 이와 맞물린 제1디퍼런셜 링기어(110)로 전달되는 동시에 제1디퍼런셜 링기어(110)가 장착된 후륜 제1구동축(12)으로 전달됨으로써, 후륜 제1구동축(12) 및 이와 연결된 후륜 앞바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
이와 함께, 상기 제2디퍼런션 드라이브 기어(102)의 회전력이 이와 맞물린 제2디퍼런셜 링기어(120)로 전달되는 동시에 제2디퍼런셜 링기어(120)가 장착된 후륜 제2구동축(22)으로 전달됨으로써, 후륜 제2구동축(22) 및 이와 연결된 후륜 뒷바퀴가 주행을 위한 회전을 하게 된다.
물론, 상기 제2클러치(160)가 제4변속기어(154)를 제2모터(142)의 출력축(142-1)에 결합시키는 작동을 한 경우, 제4변속기어(154)의 기어비에 해당하는 동력이 최종 출력기어(159)을 통하여 상기 프로펠러 샤프트(100)의 동력분배용 기어(104)로 전달될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제3실시예에 따르면, 후륜 전동화 액슬에 최소 2단 이상의 다단 변속이 가능한 변속기를 채택하여, 주행 성능을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명을 하나의 실시예로서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 하나의 실시예에 한정되지 않으며, 하기의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다 할 것이다.
10 : 후륜 제1전동화 액슬 11 : 제1모터
12 : 제1구동축 13 : 제1바퀴
20 : 후륜 제2전동화 액슬 21 : 제2모터
22 : 제2구동축 23 : 제2바퀴
30 : 연료전지 40 : 배터리
100 : 프로펠러 샤프트 101 : 제1디퍼런셜 드라이브 기어
102 : 제2디퍼런셜 드라이브 기어 103 : 유니버설 조인트
104 : 동력분배용 기어 110 : 제1디퍼런셜 링기어
120 : 제2디퍼런셜 링기어 130 : 감속기
131 : 선기어 132 : 피니언
133 : 링기어 134 : 캐리어
135 : 제1최종 출력축 136 : 제2최종 출력축
137 : 최종 출력기어 140 : 모터
140-1 : 출력축 141 : 제1모터
141-1 : 출력축 142 : 제2모터
142-1 : 출력축 150 : 변속기
151 : 제1변속기어 152 : 제2변속기어
153 : 제3변속기어 154 : 제4변속기어
155 : 제1클러치 156 : 동력전달축
157 : 제1매개기어 158 : 제2매개기어
159 : 최종 출력기어 160 : 제2클러치
161 : 제3매개기어

Claims (11)

  1. 후륜 제1구동축에 장착되는 제1디퍼런셜 링기어;
    후륜 제2구동축에 장착되는 제2디퍼런셜 링기어;
    전단부에 상기 제1디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어가 연결되고, 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어가 연결된 프로펠러 샤프트;
    상기 제1디퍼런셜 링기어 또는 프로펠러 샤프트에 동력전달 가능하게 연결되는 감속기; 및
    상기 감속기의 입력기어에 출력축이 연결되는 모터;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터와 감속기가 상기 후륜 제1구동축과 평행한 방향으로 배열되는 경우,
    상기 감속기는:
    상기 모터의 출력축과 연결되는 입력기어인 선기어;
    상기 선기어와 맞물리는 피니언;
    감속기 하우징 내에 형성되어 상기 피니언과 맞물리는 링기어;
    상기 피니언과 동축으로 연결되는 캐리어; 및
    상기 캐리어와 제1디퍼런셜 링기어 간에 연결되는 제1최종 출력축;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터와 감속기가 상기 후륜 제1구동축과 수직한 방향으로 배열되는 경우, 상기 프로펠러 샤프트에 동력분배용 기어가 장착되고, 이 동력분배용 기어에 감속기의 출력축과 연결되는 최종 출력기어가 맞물리는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 감속기는:
    상기 모터의 출력축과 연결되는 입력기어인 선기어;
    상기 선기어와 맞물리는 피니언;
    감속기 하우징 내에 형성되어 상기 피니언과 맞물리는 링기어;
    상기 피니언과 동축으로 연결되는 캐리어;
    상기 캐리어와 최종 출력기어 간에 연결되는 제2최종 출력축;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1디퍼런셜 링기어와 제2디퍼런셜 링기어는 서로 반대방향을 향하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로펠러 샤프트의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어, 그리고 상기 프로펠러 샤프트의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어는 유니버설 조인트에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  7. 후륜 제1구동축에 장착되는 제1디퍼런셜 링기어;
    후륜 제2구동축에 장착되는 제2디퍼런셜 링기어;
    전단부에 상기 제1디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제1디퍼런셜 드라이브 기어가 연결되고, 후단부에 상기 제2디퍼런셜 링기어와 맞물리는 제2디퍼런셜 드라이브 기어가 연결된 프로펠러 샤프트;
    상기 프로펠러 샤프트에 장착되는 동력분배용 기어;
    상기 동력분배용 기어에 맞물리는 최종 출력기어를 갖는 변속기;
    상기 변속기의 입력측에 연결되어 동력을 출력하는 제1모터 및 제2모터;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 변속기는:
    상기 제1모터의 출력축에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제1변속기어 및 제2변속기어;
    상기 제1변속기어와 제2변속기어 사이에 배치되어, 제1변속기어를 제1모터의 출력축에 결합시키거나 제2변속기어를 제1모터의 출력축에 결합시키는 제1클러치;
    상기 최종 출력기어와 동축으로 연결되는 동력전달축;
    상기 동력전달축에 장착되어 제1변속기어와 맞물리는 제1매개기어; 및
    상기 동력전달축에 장착되어 제2변속기어와 맞물리는 제2매개기어;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 변속기는:
    상기 제2모터의 출력축에 회전 가능하게 나란히 장착되는 제3변속기어 및 제4변속기어;
    상기 제3변속기어와 제4변속기어 사이에 배치되어, 제3변속기어를 제2모터의 출력축에 결합시키거나 제4변속기어를 제2모터의 출력축에 결합시키는 제2클러치; 및
    상기 동력전달축에 장착되어 제3변속기어와 맞물리는 제3매개기어;
    를 더 포함하여 구성되고, 상기 제4변속기어는 상기 최종 출력기어에 직접 맞물리도록 한 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1디퍼런셜 링기어와 제2디퍼런셜 링기어는 서로 반대방향을 향하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 프로펠러 샤프트의 전단부와 제1디퍼런셜 드라이브 기어, 그리고 상기 프로펠러 샤프트의 후단부와 제2디퍼런셜 드라이브 기어는 유니버설 조인트에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 전동화 액슬을 갖는 상용차량의 동력 전달 장치.
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