KR20220149312A - 차량의 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제1입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루며, 제2클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제2입력축; 상기 제1입력축에 평행한 회전축으로 배치되고, 차동케이스에 변속단을 구현하기 위한 서로 다른 직경의 다수의 단기어가 구비된 차동장치; 상기 제1입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제1기어열; 상기 제2입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제2기어열을 포함하여 구성된다.

Description

차량의 파워트레인{POWERTRAIN FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 파워트레인 구조에 관한 기술이다.

상용 전기차에 적용되는 파워트레인은 충분한 동력 성능의 확보를 위해 총감속비 20이상을 구현해야 하며, 이를 위해 다수의 외접기어 또는 유성기어장치를 종감속장치와 조합하여 사용하고 있다.

상용 전기차에 사용되는 파워트레인은 주로 도그클러치를 사용하여 변속이 이루어지도록 구성되므로, 변속 시 동력이 단절되는 토크인터럽션(Torque Interruption)이 발생되는 단점이 있다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위해 별도의 모터를 추가로 장착하는 경우가 있는데, 이는 비용과 부피 및 중량의 증가를 초래하는 부작용이 있다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020160051051 A

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성으로 높은 기어비를 가지는 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 하여, 비용과 중량 및 부피를 저감하여, 차량 탑재성이 우수하고, 차량의 전비 향상에 기여할 수 있으며, 차량의 동력 성능을 우수하게 확보할 수 있도록 한 차량의 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 파워트레인은,

제1클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제1입력축;

상기 제1입력축과 동심축을 이루며, 제2클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제2입력축;

상기 제1입력축에 평행한 회전축으로 배치되고, 차동케이스에 변속단을 구현하기 위한 서로 다른 직경의 다수의 단기어가 구비된 차동장치;

상기 제1입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제1기어열;

상기 제2입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제2기어열;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1기어열은,

상기 제1입력축에 회전이 구속된 제1기어;

상기 제1기어에 치합되고 상기 차동장치에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제2기어;

상기 제2기어와 일체로 연결된 제3기어;

상기 제3기어에 치합되고 상기 제1입력축에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제4기어;

상기 제4기어와 동심축을 이루어 배치되며, 상기 제4기어에 선택적으로 연결될 수 있도록 구비되고, 상기 차동장치의 단기어에 각각 치합되는 제5기어 및 제6기어;

상기 제5기어 또는 제6기어를 상기 제4기어에 선택적으로 연결시키도록 구비된 도그클러치;

를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제5기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 제7기어이고;

상기 제6기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 3단을 구현하기 위한 제8기어일 수 있다.

상기 제2기어열은,

상기 제2입력축에 회전이 구속된 제9기어;

상기 제9기어에 치합되고 상기 차동장치에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제10기어;

상기 제10기어와 일체로 연결된 제11기어;

상기 제11기어에 치합되고 상기 제2입력축에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제12기어;

상기 제12기어와 일체로 연결되며, 상기 차동장치의 단기어에 치합되는 제13기어;

를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제13기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 2단을 구현하기 위한 제14기어일 수 있다.

상기 제2기어와 제3기어 및 제10기어와 제11기어는 상기 차동장치에 결합되는 양쪽 드라이브샤프트에 각각 회전 가능하게 지지될 수 있다.

상기 제4기어, 제12기어 및 제13기어는 상기 제2입력축에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

상기 제5기어와 제6기어는 상기 제4기어의 회전축에 상대회전 가능하게 지지되고;

상기 도그클러치의 허브는 상기 제4기어의 회전축에 설치될 수 있다.

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성으로 높은 기어비를 가지는 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 하여, 비용과 중량 및 부피를 저감하여, 차량 탑재성이 우수하고, 차량의 전비 향상에 기여할 수 있으며, 차량의 동력 성능을 우수하게 확보할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 파워트레인을 도시한 구성도,
도 2는 도 1의 파워트레인의 작동표,
도 3은 도 1의 파워트레인이 1단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 2단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 5은 도 1의 파워트레인이 3단을 구현하는 상태를 설명한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명 파워트레인의 실시예는, 제1클러치(CL1)를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제1입력축(IN1); 상기 제1입력축(IN1)과 동심축을 이루며, 제2클러치(CL2)를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제2입력축(IN2); 상기 제1입력축(IN1)에 평행한 회전축으로 배치되고, 차동케이스에 변속단을 구현하기 위한 서로 다른 직경의 다수의 단기어가 구비된 차동장치(DF); 상기 제1입력축(IN1)의 동력을 상기 차동장치(DF)의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제1기어열; 상기 제2입력축(IN2)의 동력을 상기 차동장치(DF)의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제2기어열을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 모터(MG)로부터 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)를 통해 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)으로 각각 입력된 동력을 상기 제1기어열과 제2기어열을 통해 필요한 변속비로 변속한 후 상기 차동장치(DF)로 출력하도록 구성하고, 상기 차동장치(DF)의 차동케이스에 일련의 변속단들을 구현하기 위한 단기어들을 일체로 구비하도록 함으로써, 컴팩트한 구성을 가지면서도 상대적으로 매우 큰 감속비를 가지는 다수의 변속단을 제공할 수 있도록 함으로써, 차량 탑재성이 우수하고, 차량의 전비 향상에 기여할 수 있으며, 차량의 동력 성능을 우수하게 확보할 수 있도록 하는 것이다.

본 실시예에서, 상기 제1기어열은, 상기 제1입력축(IN1)에 회전이 구속된 제1기어(G1); 상기 제1기어(G1)에 치합되고 상기 차동장치(DF)에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제2기어(G2); 상기 제2기어(G2)와 일체로 연결된 제3기어(G3); 상기 제3기어(G3)에 치합되고 상기 제1입력축(IN1)에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제4기어(G4); 상기 제4기어(G4)와 동심축을 이루어 배치되며, 상기 제4기어(G4)에 선택적으로 연결될 수 있도록 구비되고, 상기 차동장치(DF)의 단기어에 각각 치합되는 제5기어(G5) 및 제6기어(G6); 상기 제5기어(G5) 또는 제6기어(G6)를 상기 제4기어(G4)에 선택적으로 연결시키도록 구비된 도그클러치(DC)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제5기어(G5)에 치합되는 상기 차동장치(DF)의 단기어는 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 제7기어(G7)이고; 상기 제6기어(G6)에 치합되는 상기 차동장치(DF)의 단기어는 일련의 변속단들 중 3단을 구현하기 위한 제8기어(G8)이다.

즉, 상기 제1기어열은 동력이 상기 제1기어(G1)로부터 제2기어(G2), 제3기어(G3), 및 제4기어(G4)까지 통과하면서 변속된 후, 상기 제5기어(G5)와 제7기어(G7)를 통해 상기 차동장치(DF)로 전달되면, 1단 동력이 되며, 상기 제6기어(G6)와 제8기어(G8)를 통해 상기 차동장치(DF)로 전달되면 3단 동력이 되는 것이며, 상기 1단과 3단의 선택은 상기 도그클러치(DC)에 의해 이루어지도록 구성된 것이다.

한편, 상기 제2기어열은, 상기 제2입력축(IN2)에 회전이 구속된 제9기어(G9); 상기 제9기어(G9)에 치합되고 상기 차동장치(DF)에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제10기어(G10); 상기 제10기어(G10)와 일체로 연결된 제11기어(G11); 상기 제11기어(G11)에 치합되고 상기 제2입력축(IN2)에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제12기어(G12); 상기 제12기어(G12)와 일체로 연결되며, 상기 차동장치(DF)의 단기어에 치합되는 제13기어(G13)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제13기어(G13)에 치합되는 상기 차동장치(DF)의 단기어는 일련의 변속단들 중 2단을 구현하기 위한 제14기어(G14)이다.

즉, 상기 제2기어열은, 상기 제2입력축(IN2)의 동력을 상기 제9기어(G9), 제10기어(G10), 제11기어(G11), 제12기어(G12), 제13기어(G13), 및 제14기어(G14)를 통해 상기 차동장치(DF)로 전달하도록 구성되어, 상기 제1클러치(CL1)를 체결하면, 상기 모터(MG)의 동력이 위 기어들을 통해 상기 차동장치(DF)로 바로 전달되면서 2단이 구현되도록 구성된 것이다.

본 실시예에서, 상기 제2기어(G2)와 제3기어(G3) 및 제10기어(G10)와 제11기어(G11)는 상기 차동장치(DF)에 결합되는 양쪽 드라이브샤프트(DS)에 각각 회전 가능하게 지지된 구성이다.

또한, 상기 제4기어(G4), 제12기어(G12) 및 제13기어(G13)는 상기 제2입력축(IN2)에 회전 가능하게 지지된 구조이다.

상기 제5기어(G5)와 제6기어(G6)는 상기 제4기어(G4)의 회전축에 상대회전 가능하게 지지되고; 상기 도그클러치(DC)의 허브는 상기 제4기어(G4)의 회전축에 설치되어, 상기 도그클러치(DC)의 슬리브가 상기 제5기어(G5)에 일체로 구비된 클러치기어에 치합되면, 상기 제4기어(G4)와 제5기어(G5)가 서로 연결되며, 상기 슬리브가 상기 제6기어(G6)에 일체로 구비된 클러치기어에 치합되면, 상기 제4기어(G4)와 제6기어(G6)가 서로 연결되는 것이다.

물론, 상기 도그클러치(DC)는 싱크로나이저링을 더 구비하는 동기장치로 대체될 수도 있을 것이다.

한편, 본 실시예에서 상기 제1기어열과 달리 상기 제2기어열은 도그클러치(DC)를 구비하지 않고, 상술한 바와 같이 상기 제9기어(G9), 제10기어(G10), 제11기어(G11), 제12기어(G12), 제13기어(G13), 및 제14기어(G14)를 통하여 상기 차동장치(DF)로 연결되는 하나의 동력 전달 경로만을 형성하고 있으나, 상기 제2기어열도 상기 제12기어(G12)의 동력을 서로 다른 두 경로를 통해 상기 차동장치(DF)로 전달하도록 하는 별도의 도그클러치를 구비하도록 하고, 상기 차동장치(DF)에 4단을 구현하기 위한 단기어를 추가함으로써, 2단 이외에 4단의 변속단도 구현하도록 할 수 있을 것이다.

도 2는 도 1의 실시예가 1단 내지 3단의 일련의 변속단을 구현하기 위한, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2) 및 도그클러치(DC)의 작동을 정리한 작동표이다.

상기 파워트레인은 1단 구현 시, 상기 제1클러치(CL1)를 체결하고, 상기 도그클러치(DC)는 도면상 좌측인 a측의 제5기어(G5)를 상기 제4기어(G4)에 연결시킨다.

따라서, 모터(MG)에서 상기 제1클러치(CL1)를 통해 제1입력축(IN1)으로 전달된 동력은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1기어(G1), 제2기어(G2), 제3기어(G3), 제4기어(G4), 제7기어(G7)를 통해 상기 차동장치(DF)로 전달되면서 1단의 변속비를 형성하게 된다.

1단에서 2단으로의 변속은 상기 제1클러치(CL1)를 해제하면서, 상기 제2클러치(CL2)를 체결하여 구현하며, 이 변속과정에서는 토크인터럽션이 발생하지 않는다.

2단 상태는 도 4에 도시된 바와 같이 구현되며, 이 때, 상기 도그클러치(DC)는 중립상태로 해제된 상태로 유지할 수도 있지만, 다음 변속할 목표단을 미리 선택하는 프리셀렉팅(Pre Selecting)을 수행하여, 다음 변속을 신속하게 수행할 수 있도록 준비할 수 있다.

예컨대, 현재 2단으로 주행 중 3단으로의 변속이 이루어질 것으로 예상되면, 상기 프리셀렉팅을 수행하여 상기 도그클러치(DC)의 슬리브를 b 측으로 이동시켜 상기 제6기어(G6)의 클러치기어에 미리 체결하여 두고, 3단 변속 명령이 하달되면, 상기 제2클러치(CL2)를 해제하면서 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 토크인터럽션 없이 3단으로의 변속을 구현한다.

물론, 2단으로 주행 중, 1단으로의 변속이 이루어질 것으로 예상되면, 1단을 상기한 바와 같은 방법으로 프리셀렉팅하고, 상기 제2클러치(CL2)를 해제하면서, 제1클러치(CL1)를 체결하면, 역시 토크인터럽션 없이 1단으로의 변속이 구현된다.

이상과 같이 본 발명은 변속 시 토크인터럽션이 발생하지 않아, 부드럽고 원활한 변속감을 얻을 수 있으며, 상기한 바와 같이 상기 제1클러치(CL1) 또는 제2클러치(CL2)를 통해 입력된 동력은 다수의 기어들을 통해 변속되어 높은 감속비를 얻을 수 있으면서도, 차동장치(DF)와 함께 2축 구조의 간단한 구성으로 이루어짐으로써, 부피와 중량을 저감하여, 차량 탑재성 및 전비 향상에 유리하다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
IN1; 제1입력축
IN2; 제2입력축
DF; 차동장치
DC; 도그클러치
MG; 모터
DS; 드라이브샤프트

Claims (8)

1. 제1클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제1입력축;
   상기 제1입력축과 동심축을 이루며, 제2클러치를 통해 동력을 입력 받도록 설치된 제2입력축;
   상기 제1입력축에 평행한 회전축으로 배치되고, 차동케이스에 변속단을 구현하기 위한 서로 다른 직경의 다수의 단기어가 구비된 차동장치;
   상기 제1입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제1기어열;
   상기 제2입력축의 동력을 상기 차동장치의 단기어들 중 적어도 하나에 전달하도록 설치된 제2기어열;
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1기어열은,
   상기 제1입력축에 회전이 구속된 제1기어;
   상기 제1기어에 치합되고 상기 차동장치에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제2기어;
   상기 제2기어와 일체로 연결된 제3기어;
   상기 제3기어에 치합되고 상기 제1입력축에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제4기어;
   상기 제4기어와 동심축을 이루어 배치되며, 상기 제4기어에 선택적으로 연결될 수 있도록 구비되고, 상기 차동장치의 단기어에 각각 치합되는 제5기어 및 제6기어;
   상기 제5기어 또는 제6기어를 상기 제4기어에 선택적으로 연결시키도록 구비된 도그클러치;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제5기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 제7기어이고;
   상기 제6기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 3단을 구현하기 위한 제8기어인 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2기어열은,
   상기 제2입력축에 회전이 구속된 제9기어;
   상기 제9기어에 치합되고 상기 차동장치에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제10기어;
   상기 제10기어와 일체로 연결된 제11기어;
   상기 제11기어에 치합되고 상기 제2입력축에 대해 상대회전 가능하도록 동심축을 이루어 배치된 제12기어;
   상기 제12기어와 일체로 연결되며, 상기 차동장치의 단기어에 치합되는 제13기어;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제13기어에 치합되는 상기 차동장치의 단기어는 일련의 변속단들 중 2단을 구현하기 위한 제14기어인 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2기어와 제3기어 및 제10기어와 제11기어는 상기 차동장치에 결합되는 양쪽 드라이브샤프트에 각각 회전 가능하게 지지된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 제4기어, 제12기어 및 제13기어는 상기 제2입력축에 회전 가능하게 지지된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 제5기어와 제6기어는 상기 제4기어의 회전축에 상대회전 가능하게 지지되고;
   상기 도그클러치의 허브는 상기 제4기어의 회전축에 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 파워트레인.
   
   

Images