WO2020197028A1 - 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법 - Google Patents

유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법 Download PDF

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electric vehicle
torque converter
planetary gear
eddy current
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주식회사 카펙발레오
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Definitions

  • the present invention relates to a planetary gear locking device, a dry torque converter for an electric vehicle having the same, and a control method for a dry torque converter for an electric vehicle, and more particularly, torque can be increased regardless of the vehicle's forward and backward movement,
  • the present invention relates to a planetary gear locking device for transmitting power of a driving motor to a speed reducer using electromagnetic force and planetary gear, a dry torque converter for an electric vehicle including the same, and a control method for a dry torque converter for an electric vehicle.
  • a torque converter is installed between an engine and a transmission of a vehicle and transmits the driving force of the engine to a transmission using a fluid.
  • a torque converter includes an impeller that rotates by receiving the driving force of an engine, a turbine that is rotated by oil discharged from the impeller, and a reactor that increases the rate of change of torque by directing the flow of oil returned to the impeller in the direction of rotation of the impeller ( Also referred to as'stator').
  • the torque converter is equipped with a lock-up clutch (also referred to as a'damper clutch'), which is a means of directly connecting the engine and the transmission, as the power transmission efficiency may decrease when the load acting on the engine increases.
  • the lock-up clutch is disposed between the turbine and the front cover directly connected to the engine so that the rotational power of the engine can be transmitted directly to the turbine.
  • eco-friendly vehicles that can substantially replace internal combustion engine vehicles.
  • These eco-friendly vehicles are usually electric vehicles driven by fuel cells or electricity as a power source.
  • an electric vehicle uses a driving force generated using a drive motor instead of an engine and a transmission, and it is difficult to apply a conventional torque converter that operates using a fluid flow.
  • a first-stage speed reducer is mainly applied to an electric vehicle due to the initial high torque of the driving motor and convenience of control. Recently, in order to reduce the size of the motor and increase the fuel efficiency, development of a multi-stage reducer is in progress.
  • the multi-stage speed reducer has a problem in that the cost increases because additional electrical equipment such as a clutch actuator, a gear actuator, and a transmission control unit (TCU) are additionally required.
  • additional electrical equipment such as a clutch actuator, a gear actuator, and a transmission control unit (TCU) are additionally required.
  • the present invention was invented to solve the above-described problems, and the problem to be solved by the present invention is advantageous in cost because no electrical equipment is added, and the size of the driving motor and inverter of the electric vehicle can be reduced. , To provide a planetary gear locking device capable of reducing current consumption of a driving motor during initial driving, a dry torque converter for an electric vehicle having the same, and a control method thereof.
  • another object of the present invention is to perform all of the torque multiplication using a planetary gear, increasing the speed ratio using an eddy current, and direct transmission of the driving force using a lock-up mechanism, regardless of the forward and backward, functions of a conventional fluid torque converter. It is intended to provide a planetary gear locking device capable of implementing all, a dry torque converter for an electric vehicle having the same, and a control method thereof.
  • the dry torque converter for an electric vehicle is connected to the input shaft as a first element, connected to the output shaft as a second element, and the present invention for achieving this object as a third element.
  • the planetary gear locking device according to the embodiment of the present invention includes a first element connected to an input shaft, a second element connected to an output shaft, and a first element variably connected to a fixed part regardless of rotation of the input shaft and rotation of the output shaft.
  • Planetary gears comprising three elements; And when the input shaft or the output shaft rotates at a low rotational speed less than or equal to a set value, the third element is coupled to the fixing part so as to be non-rotatable, and the input shaft or the output shaft rotates at a high rotational speed less than a set value.
  • a locking unit releasing the coupling of the third element and the fixing part by a moving member that is moved radially from the inside to the outside by a centrifugal force generated by rotation of the input shaft or the output shaft; Includes.
  • the locking unit is provided between the second element and the third element, the reactor housing mounted on the third element; An inner race rotatably mounted on the rotation center of the reactor housing and connected to the fixing unit; A sliding member mounted to be slidably movable in an axial direction at one end of the inner race facing the second element in the reactor housing; A first friction pad mounted on the inner circumferential surface of the reactor housing; And a second friction pad mounted on an outer circumferential surface of the sliding member in correspondence with the first friction pad and selectively in friction contact with the first friction pad.
  • the movable member is provided between the second element and the sliding member, the first and second while being moved radially from the inside to the outside by a centrifugal force acting according to the rotational speed of the output shaft It may be at least one ball for selectively releasing the connection between the third element and the inner race by moving the sliding member in a direction opposite to the second element so that the frictional contact of the friction pad is released.
  • At least one seating groove may be formed from the inner side toward the outer side in the radial direction so as to be in rolling contact with the ball in a state where a predetermined portion of the ball is inserted on one surface facing the sliding member.
  • At least one cam groove may be formed in the sliding member so that a predetermined portion of the ball is inserted on one surface facing the second element corresponding to the seating groove so as to be in rolling contact.
  • a cam surface may be formed at a position facing outward with respect to a radial direction and inclined at a set angle from the reactor housing toward the second element.
  • the inner race may include a coupling portion in which the sliding member is slidably coupled at an end inserted into the reactor housing; And a flange portion formed at a position spaced apart from the coupling portion toward the inner surface of the reactor housing based on the axial direction. It may further include.
  • At least one locking groove is formed on the inner circumferential surface of the sliding member, and at least one locking protrusion protrudes in correspondence with the locking groove on the outer circumferential surface of the coupling unit, and the sliding member coupled to the coupling unit is prevented from rotating.
  • the locking protrusion may be inserted into the locking groove.
  • a plate spring may be interposed between the sliding member and the flange portion to provide an elastic force to the sliding member.
  • the first and second friction pads may be mounted inclined at a set angle on an inner peripheral surface of the reactor housing and an outer peripheral surface of the sliding member, respectively.
  • a dry torque converter for an electric vehicle includes: a planetary gear connected to an input shaft as a first element, to an output shaft as a second element, and variably connected to a fixed part as a third element; At least one eddy current torque generator provided between the first element and the second element and generating an eddy current to be controlled by the speed of the output shaft; A front cover integrally connected to the input shaft and the first element to house the planetary gear; A back cover provided on the output shaft side and coupled to the front cover; Planetary gear comprising a locking unit provided between the second element and the third element to intercept the connection of the third element and the fixing unit according to the rotational speed of the output shaft, regardless of the rotational direction of the output shaft lock; A back cover provided on the output shaft side and coupled to the front cover; And respectively provided on both sides of the second element based on the axial direction, and selectively contacting the inner surfaces of the front cover and the back cover by a centrifugal force generated according to the rotational speed
  • the eddy current torque generator is a permanent magnet connected to the first element; And a centrifugal body disposed facing the permanent magnet to have conductivity, connected through a hinge arm hinged to the outer peripheral surface of the second element, and controlled by the speed of the output shaft. It may include.
  • the permanent magnets are disposed at a predetermined interval along the circumferential direction from the inside of the front cover in the radial direction, and the centrifugal body may be connected to the second element through an elastic member.
  • the permanent magnet may have an N-pole and an S-pole repeatedly disposed along an inner circumferential surface of the front cover.
  • the lock-up mechanism includes a lock-up plate disposed to be slidably movable in an axial direction on both sides of the second element in correspondence with inner surfaces of the front cover and the back cover based on an axial direction;
  • a pair of rollers rotatably mounted on both sides of the hinge arm, respectively;
  • a friction member mounted on inner surfaces of the front cover and the back cover corresponding to each of the lockup plates. It may include.
  • the lock-up plate may be formed in a ring shape, and at least one contact portion that is in rolling contact with the roller may protrude on one surface corresponding to the roller.
  • a plurality of the contact portions may be formed on one surface of the lock-up plate facing the second element with respect to the axial direction and at positions spaced apart from each other along the circumferential direction.
  • the contact portion may be integrally formed with an inclined surface in rolling contact with the roller.
  • the inclined surface may increase in width from a lower portion toward the center of rotation of the first element toward an upper portion toward an outer side in the radial direction.
  • a guide hole is formed in the lock-up plate, and a guide protrusion formed in the second element is inserted into the guide hole of the lock-up plate disposed toward the front cover side, and the lock-up disposed toward the back cover side.
  • An end of a hinge shaft rotatably supporting the hinge arm may be inserted into the guide hole of the plate.
  • the axial movement may be guided by the guide protrusion and the hinge shaft inserted into each of the guide holes.
  • the friction member may be mounted through mounting plates respectively mounted on the front cover and the back cover.
  • the mounting plate may be mounted in mounting grooves respectively formed on inner surfaces of the front cover and the back cover.
  • a plurality of friction members may be mounted on one surface of the mounting plate facing the lock-up plate to be spaced apart along the circumferential direction.
  • the eddy current torque generator may separate the first element and the second element according to the speed of the output shaft, or may transmit power through eddy current torque.
  • the locking unit may include a reactor housing mounted on the third element; An inner race rotatably mounted on the rotation center of the reactor housing and connected to the fixing unit; A sliding member mounted to be slidably movable in an axial direction at one end of the inner race facing the second element in the reactor housing; A first friction pad mounted on the inner circumferential surface of the reactor housing; A second friction pad mounted on an outer circumferential surface of the sliding member in correspondence with the first friction pad and selectively in friction contact with the first friction pad; And provided between the second element and the sliding member, the frictional contact between the first and second friction pads is released by moving from the radially inner side to the outer side by a centrifugal force acting according to the rotational speed of the output shaft.
  • At least one ball for selectively releasing the connection between the third element and the inner race by moving the sliding member in a direction opposite to the second element; Includes. It may include.
  • At least one seating groove may be formed from the inner side toward the outer side in the radial direction so as to be in rolling contact with the ball in a state where a predetermined portion of the ball is inserted on one surface facing the sliding member.
  • At least one cam groove may be formed in the sliding member so that a predetermined portion of the ball is inserted on one surface facing the second element corresponding to the seating groove so as to be in rolling contact.
  • a cam surface may be formed at a position facing outward with respect to a radial direction and inclined at a set angle from the reactor housing toward the second element.
  • the inner race may include a coupling portion in which the sliding member is slidably coupled at an end inserted into the reactor housing; And a flange portion formed at a position spaced apart from the coupling portion toward the inner surface of the reactor housing based on the axial direction. It may further include.
  • At least one locking groove is formed on the inner circumferential surface of the sliding member, and at least one locking protrusion protrudes in correspondence with the locking groove on the outer circumferential surface of the coupling unit, and the sliding member coupled to the coupling unit is prevented from rotating.
  • the locking protrusion may be inserted into the locking groove.
  • a plate spring may be interposed between the sliding member and the flange portion to provide an elastic force to the sliding member.
  • the first element may be a sun gear
  • the second element may be a carrier
  • the third element may be a ring gear
  • a plurality of the eddy current torque generating units may be provided at equal intervals along the circumferential direction of the second element.
  • the dry torque converter control method for an electric vehicle is based on a first element connected to an input shaft, a second element connected to an output shaft, a third element variably connected to a fixed part, and a set gear ratio.
  • operation control of a planetary gear locking device provided between the third element and the fixing part at the speed ratio due to the gear ratio depends on the rotation speed of the output shaft regardless of the rotation direction of the output shaft.
  • the eddy current torque generator and the lock-up mechanism may be deactivated due to the operation of the planetary gear locking device.
  • a part of the output shaft torque may be transferred to the second element due to the non-operation of the eddy current torque generator.
  • the planetary gear locking device and the lock-up mechanism may be deactivated.
  • the torque of the input shaft may be transmitted to the output shaft through the second element and the eddy current torque generator.
  • the planetary gear locking device may be deactivated due to the operation of the lock-up mechanism, and the eddy current torque generating unit may be deactivated.
  • the third step includes the input shaft and the output shaft so that the rotational speed of the input shaft and the output shaft is 1:1 due to the operation of the lock-up mechanism, the non-operation of the planetary gear locking device, and the non-operation of the eddy current torque generator. Can be connected directly.
  • An eddy current torque generator is provided on the output shaft to transmit power by non-connecting or eddy current torque of the first and second elements with no eddy current generated by the rotational speed of the output shaft or eddy current torque generated by the eddy current, and a third element ( Ring gear) and the fixed part are fixed or rotated with a planetary gear locking device, so the torque is multiplied at the speed ratio due to the gear ratio, and the eddy current torque is output above the speed ratio due to the gear ratio.
  • the present invention can reduce the size of the drive motor and inverter connected to the input shaft because the torque multiplication factor is large, and during initial drive, the drive motor enters a high-efficiency region through high-speed rotation to reduce the current consumption of the drive motor. There is also an effect.
  • the present invention has the effect of reducing manufacturing cost because the output torque is controlled by rotating up to 0.8 of the input/output speed ratio by the centrifugal force of the output speed without a separate actuator.
  • the present invention can directly transmit the torque of the driving motor to the transmission through the application of a lock-up mechanism, along with a function of increasing the torque using a planetary gear and increasing the speed ratio using an eddy current, so that the input and output speeds are 1:1. It can be transmitted, and there is an effect of implementing all the functions of a conventional fluid type torque converter.
  • the present invention has the effect of improving overall marketability by enabling torque multiplication using a planetary gear regardless of the rotation direction of the output shaft even when the vehicle is reversing.
  • FIG. 1 is a block diagram of a planetary gear locking device according to an embodiment of the present invention, and a dry torque converter for an electric vehicle having the same.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially cut-away exploded perspective view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion X of FIG. 2, and is a cross-sectional view of a planetary gear locking device applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a planetary gear locking device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view of a second element applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a sliding member applied to the planetary gear locking device according to an embodiment of the present invention.
  • 10 to 12 are diagrams showing a planetary gear operation applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, an operation of a planetary gear locking device, a non-operation of the eddy current torque generator, and a non-operation of the lock-up mechanism. .
  • FIGS. 13 to 15 are diagrams showing a non-operation of a planetary gear applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, a non-operation of the planetary gear locking device, an operation of an eddy current torque generator, and a non-operation of the lock-up mechanism. admit.
  • 16 to 18 are diagrams showing an operation of a planetary gear applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, a non-operation of a planetary gear locking device, a non-operation of an eddy current torque generator, and an operating state of a lock-up mechanism. .
  • 19 is a table showing the operation of an eddy current torque generator, a planetary gear locking device, and a lock-up mechanism controlled by the dry torque converter control method for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a table showing the operation of planetary gear elements controlled by the dry torque converter control method for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the planetary gear when one of the three elements is a fixed element, the planetary gear operates as an input element and an output element with the other two elements, and has a gear ratio set between the input element and the output element.
  • the planetary gear has a characteristic that the sum of torques of the input element, the output element, and the fixed element becomes zero, and can transmit a normal torque only at the speed ratio by the set gear ratio.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a planetary gear locking device according to an embodiment of the present invention, and a dry torque converter for an electric vehicle having the same
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a side view of a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an embodiment of the present invention It is a partially cut-away exploded perspective view of a dry torque converter for an electric vehicle according to the present invention.
  • a dry torque converter for an electric vehicle is mounted between a drive motor M and a gear box (GB) in a powertrain of an electric vehicle.
  • the dry torque converter for an electric vehicle is configured to connect both the drive motor M and the reducer GB to each other to transmit the output torque of the drive motor M to the reducer GB.
  • the dry torque converter is connected to the drive motor M through an input shaft 1, is connected to the reducer GB through an output shaft 2, and is input to the input shaft 1 ( It multiplies and transmits the torque of M) and outputs it to the reducer (GB).
  • the dry torque converter configured as described above has a first element 11, a second element 12, and a third element 13, and is connected to the input shaft 1 and the output shaft 2, and the planetary gear 10 ).
  • the first element (11) is connected to the input shaft (1), connected to the output shaft (2) by the second element (12), and to the third element (13). It is variably connected to the fixing part 14.
  • the first element 11 is a sun gear S
  • the second element 12 is a carrier C that connects the pinion gear P
  • the third element 13 is a ring gear R.
  • the first element (sun gear (S): 11) is connected to the input shaft (1), and the second element (carrier (C): 12) is connected to the output shaft (2). It is connected, and the third element (ring gear (R): 13) is variably connected to the fixing part 14.
  • the fixing part 14 may be a powertrain of an electric vehicle or a body of an electric vehicle.
  • the dry torque converter according to the embodiment of the present invention further includes an eddy current torque generator 21, a front cover 22, a back cover 24, a planetary gear locking device 30, and a lock-up mechanism 40. can do.
  • the eddy current torque generator 21 is configured as a non-contact type electromagnetic coupling that is non-operated or operated by an electromagnetic force generated by an eddy current.
  • This eddy current torque generator 21 is deactivated due to insufficient centrifugal force set when the output shaft 2 rotates at a low speed and does not generate an eddy current, and is operated by securing a set centrifugal force when the output shaft 2 rotates at a high speed. Generate torque.
  • the eddy current torque generating unit 21 is between the first element 11 connected to the input shaft 1 and the second element 12 connected to the output shaft 2 Is placed in
  • a plurality of eddy current torque generating units 21 may be provided at equal intervals along the circumferential direction of the second element 12.
  • the eddy current torque generating unit 21 may include permanent magnets 211 facing each other on both sides (relative to a radial direction) and a centrifugal body 212 having conductivity.
  • the permanent magnet 211 is connected to the first element 11.
  • the centrifugal body 212 is connected through a hinge arm 311 hinged to the outer peripheral surface of the second element 12 and may be controlled by the speed of the output shaft 2.
  • the hinge arm 311 is provided in plural and disposed on the second element 12 at equal intervals along the circumferential direction and mounted as a hinge pin 312. These hinge arms 311 are connected through an elastic member 313 at different positions of the second element 12 adjacent to one side.
  • the front cover 22 is integrally connected to the input shaft 1 and the first element 11, and may incorporate the planetary gear 10.
  • This front cover 22 is coupled with the back cover 24 provided on the output shaft 2 side, and the planetary gear 10, the eddy current torque generator 21, the planetary gear locking device 30, And the lock-up mechanism 40 may be incorporated.
  • the permanent magnets 211 are arranged at a set interval along the circumferential direction from the inside of the front cover 22 connected to the first element 11 in the radial direction.
  • N poles and S poles may be repeatedly disposed along the periphery of the inner circumferential surface of the front cover 22 (see FIG. 3).
  • the hinge arm 311 centers the hinge pin 312 by the tensile force provided from the elastic member 313
  • the centrifugal body 212 is kept away from the permanent magnet 211 by maintaining the state rotated radially inward.
  • the input torque is normally torque multiplied due to the gear ratio of the planetary gear 10 and transmitted to the reducer GB.
  • the hinge arm 311 may be rotated radially outwardly around the hinge pin 312 to allow the centrifugal body 212 to approach the permanent magnet 211.
  • an eddy current is generated between the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211, and an eddy current torque is generated by the eddy current and transmitted to the first and second elements 11 and 12.
  • the eddy current is the rotation speed of the permanent magnet 211 and the centrifugal body 212 while the front cover 22 and the centrifugal body 211 are rotated at different speeds. It is the current generated by the interaction by difference.
  • the first and second elements 11 and 12 may be powered by eddy current torque. That is, when the eddy current torque is generated, the speed ratio of the input shaft 1 and the output shaft 2 is increased above the speed ratio due to the gear.
  • the eddy current torque generated between the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211 may increase as the relative speed difference increases.
  • This eddy current torque raises the speed ratio of the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211 to a set value (eg, 0.8 or more), so that a dry torque converter for an electric vehicle can implement the function of a conventional fluid torque converter. .
  • the eddy current torque generating unit 21 configured as described above uses a magnetic force formed between the permanent magnet 211 and the centrifugal body 212 by the eddy current torque to connect the permanent magnet 211 and the centrifugal body 212 to each other. It can be separated, or can be powered by eddy current torque.
  • the eddy current torque generating unit 21 separates the first element 11 and the second element 12 from each other or transmits power by eddy current torque.
  • the planetary gear locking device 30 attaches the third element 13 to the fixed portion 14 regardless of the rotation of the input shaft 1 and the output shaft 2. Make a variable connection.
  • the planetary gear locking device 30 rotates the input shaft 1 or the output shaft 2 when the input shaft 1 or the output shaft 2 rotates at a high rotational speed below a set value.
  • the coupling of the third element 13 and the fixing part 14 can be released by a moving member that is moved radially from the inside to the outside by the centrifugal force generated by it.
  • the moving member may be a ball 34 capable of moving from the radially inner to the outer side within a space set by centrifugal force without a separate connecting member.
  • the planetary gear locking device 30 includes a locking unit provided between the second element 12 and the third element 13.
  • the planetary gear locking device 30 is the third element 13 and the high speed through the operation of the locking unit regardless of the rotation direction of the output shaft 2 according to the rotational speed of the output shaft 2
  • the government (14) can crack down on connections.
  • This planetary gear locking device 30 will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9 attached thereto.
  • FIG. 6 is an enlarged view of part X of FIG. 2, a cross-sectional view of a planetary gear locking device applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a planetary gear locking according to an embodiment of the present invention.
  • An exploded perspective view of the device Figure 8 is a partial perspective view of a second element applied to the dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is applied to the planetary gear locking device according to the embodiment of the present invention. It is a perspective view of the sliding member.
  • the locking unit includes a reactor housing 31, an inner race 32, a sliding member 33, and a first friction pad. (31a), a second friction pad (33a), and may include the ball (34).
  • the reactor housing 31 is mounted on the third element 13 which is a ring gear.
  • the reactor housing 31 may include a cylindrical body portion with open both sides and a cover bolted to close one surface disposed on the output shaft 2 of the open both surfaces of the body portion.
  • the inner race 32 is rotatably mounted at the center of rotation of the reactor housing 31 and is connected to the fixing part 14.
  • the sliding member 32 is mounted to be axially slidable to one end of the inner race 32 facing the second element 12 from the inside of the reactor housing 31.
  • first friction pad 31a is mounted on the inner peripheral surface of the reactor housing 31.
  • the second friction pad 33a is mounted on the outer circumferential surface of the sliding member 33 in correspondence with the first friction pad 31a, and may be in selective friction contact with the first friction pad 31a.
  • first and second friction pads 31a and 33a may be mounted inclined at a set angle on the inner peripheral surface of the reactor housing 31 and the outer peripheral surface of the sliding member 33, respectively.
  • the planetary gear locking device 30 provides a more stable and reliable locking function of the third element 13 by increasing the area in which the first and second friction pads 31a and 33a are in frictional contact. Can be done.
  • a plurality of the balls 34 are provided and are provided between the second element 12 and the sliding member 33.
  • the balls 34 may be disposed at positions spaced apart from each other by a set angle in the circumferential direction.
  • the balls 34 are radially inwardly in rolling contact with a certain part of the balls 34 inserted on one surface facing the sliding member 33.
  • a plurality of mounting grooves (12b) formed toward the outside from the circumferential direction may be disposed at positions spaced apart from each other by a set angle.
  • the sliding member 33 as shown in Figs. 6 to 7, and 9, the ball 34 on one surface facing the second element 12 in correspondence with the seating groove (12b)
  • a plurality of cam grooves 33b may be formed so as to be inserted into a certain portion and in rolling contact.
  • a cam surface 33c may be formed in the cam groove 33b at a position facing outward with respect to the radial direction, and inclined at a set angle from the reactor housing 31 toward the second element 12.
  • the balls 34 are in rolling contact with the seating groove 12b and the cam groove 33b, and the cam surface 33c
  • the sliding member 33 may slide in a direction opposite to the second element 12 while moving radially outward along the line.
  • the inner race 32 may include a coupling portion 32a and a flange portion 32b.
  • the sliding member 33 is slidably coupled to the coupling portion 32a at an end inserted into the reactor housing 31.
  • the flange portion 32b is formed at a position spaced apart from the coupling portion 32a toward the inner surface of the reactor housing 31 based on the axial direction.
  • At least one locking groove 33d is formed on the inner peripheral surface of the sliding member 33.
  • At least one locking protrusion 32c is protruding from the outer circumferential surface of the coupling portion 32b corresponding to the locking groove 33d.
  • the sliding member 33 coupled to the coupling portion 32a so as to be slidably movable in the axial direction is inserted into the locking groove 33d by inserting the locking protrusion 32c into the inner race 32. Rotation can be prevented.
  • a plate spring 35 may be interposed between the sliding member 33 and the flange portion 32a to provide an elastic force to the sliding member 33.
  • the balls 34 are in a state in which they are in rolling contact with the seating groove 12b and the cam groove 33b. It is located on the inside based on the radial direction.
  • the sliding member 33 maintains its initial position by the elastic force provided by the disc spring 35, and the second friction pad 33a is in frictional contact with the first friction pad 31a. You can keep the initial state.
  • the reactor housing 31 and the sliding member 33 are connected. Then, the third element 13 is prevented from rotating by maintaining a state connected to the fixing part 14 through the inner race 32 connected to the sliding member 33.
  • the balls 34 move along the cam surface 33c from the cam groove 33b, and move the sliding member 33 to the opposite side of the second element 12 based on the axial direction.
  • the sliding member 33 slides toward the second element 12 in the axial direction. Accordingly, the first and second friction pads 31a and 33a may be in frictional contact with each other.
  • the planetary gear locking device 30 is in accordance with the rotational speed of the output shaft 2, regardless of the rotation direction of the output shaft 2 according to the forward or reverse of the electric vehicle, the third element 13 and The connection of the fixing portion 14 may be selectively blocked.
  • the planetary gear locking device 30 may be configured with the third element ( The third element 13 and the fixing part 14 may be connected so that 13) is stopped.
  • the planetary gear locking device 30 is configured with the eddy current torque generating unit 21 and the third element 13 The connection between the third element 13 and the fixing part 14 may be released so that) is rotated.
  • the third element 13 is fixed by operation control of the planetary gear locking device 30, and the output of the second element 12 is normally torque multiplied.
  • the eddy current torque generator 21 is deactivated, thereby enabling normal control of the planetary gear 10.
  • the first element 11 and the second element 12 transmit eddy current torque, and the output of the second element 12 transmits the torque.
  • the eddy current torque may increase the speed ratio more than the speed ratio due to the gear ratio, and the planetary gear locking device 30 may be deactivated so that the third element 13 of the planetary gear 10 is rotated. have.
  • the locking unit of the planetary gear locking device 30 is provided between the second element 12 and the third element 13, depending on the rotational speed of the output shaft 2 It has been described as an exemplary embodiment that the fixed part 14 is not rotated or is coupled to the fixed part 14 while being operated, but is not limited thereto.
  • the planetary gear locking device 30 is connected to the first element 11 and the first element 11 through the back cover 24 connected to the input shaft 1 so as to operate according to the rotational speed of the input shaft 1. It may be provided between the third elements 13.
  • the lock-up mechanism 40 is provided on both sides of the second element 12 with respect to the axial direction, as shown in FIGS. 1 to 5. This lockup mechanism 40 may be interlocked with the eddy current torque generator 21.
  • the lock-up mechanism 40 may operate in conjunction with the operation or non-operation of the eddy current torque generating unit 21.
  • the lock-up mechanism 40 is an inner surface of the front cover 22 and the back cover 24 by a centrifugal force transmitted to the eddy current torque generator 21 according to the rotational speed of the output shaft 2 (
  • the input shaft 1 and the output shaft 2 are directly connected to each other while selectively contacting the axial direction).
  • the lock-up mechanism 40 may include a lock-up plate 41, a roller 42, and a friction member 43.
  • the lockup plate 41 can slide in the axial direction on both sides of the second element 12 in correspondence with the inner surfaces of the front cover 22 and the back cover 24 based on the axial direction. Arranged in a way.
  • the rollers 42 are configured as a pair, and when the hinge arm 311 is moved radially outward by a centrifugal force generated according to the rotational speed of the output shaft 2, the lockup plate 41 Mounted rotatably on both sides of the hinge arm 311 between each of the lock-up plate 41 and the hinge arm 311 to move toward the front cover 22 and the back cover 23, respectively Can be.
  • rollers 42 are respectively disposed on both sides of the hinge arm 311 based on the axial direction. That is, the roller 42 may be configured as a plurality of pairs by making a pair of one pair corresponding to the hinge arm 311 formed of a plurality.
  • the lock-up plate 41 may be formed in a ring shape, and at least one contact portion 41a which is in rolling contact with the roller 42 may protrude on one surface corresponding to the roller 42.
  • a plurality of the contact portions 41a may be formed on one surface of the lock-up plate 41 facing the second element 12 based on the axial direction, and at positions spaced apart from each other along the circumferential direction.
  • An inclined surface 41b that rolls into contact with the roller 42 is integrally formed on the contact portion 41a (see FIG. 8 ).
  • the length of the inclined surface 41b may increase from a lower portion toward the center of rotation of the first element 11 toward an upper portion toward an outer side in the radial direction.
  • a plurality of guide holes 41c may be formed in the lock-up plate 41, respectively.
  • a guide protrusion 12a formed in the second element 12 is inserted into the guide hole 41c of the lock-up plate 41 disposed toward the front cover 22 side.
  • an end of the hinge shaft 312 rotatably supporting the hinge arm 311 may be inserted into the guide hole 41c of the lockup plate 41 disposed toward the back cover 24 side.
  • the lock-up plate 41 slides in the axial direction by the roller 42, which is moved together while the hinge arm 311 rotates radially outward around the hinge pin 312,
  • the axial movement may be stably guided by the guide protrusion 12a and the hinge shaft 312 inserted into each of the guide holes 41c.
  • the friction member 43 is mounted on the inner surfaces of the front cover 22 and the back cover 24 corresponding to each of the lock-up plates 41.
  • This friction member 43 is in frictional contact with the lock-up plate 41 when the lock-up plate 41 is close to the inner surfaces of the front cover 22 and the back cover 24 based on the axial direction. I can.
  • the friction member 43 is mounted through a mounting plate 44 mounted on the front cover 22 and the back cover 24, respectively.
  • the mounting plate 44 may be mounted in mounting grooves 22a and 24a respectively formed on inner surfaces of the front cover 22 and the back cover 24.
  • a plurality of friction members 43 may be mounted on one surface of the mounting plate 44 facing the lockup plate 41 to be spaced apart along the circumferential direction.
  • the eddy current torque generator 21 when the centrifugal force increases according to the rotational speed of the output shaft 2, the eddy current torque generator 21 generates the eddy current torque by the eddy current generated as the centrifugal body 212 approaches the permanent magnet 211. Can occur.
  • the roller 42 is in rolling contact with the inclined surface 41b of the contact portion 41a provided on the lockup plate 41, and moves radially outward with the hinge arm 311
  • the lockup plate 41 is moved toward the front cover 22 and the back cover 24.
  • the lock-up plate 41 is moved toward the inner side surfaces of the front cover 22 and the back cover 24 by the roller 42, and is in frictional contact with the friction member 43.
  • the eddy current torque generating unit 21 is deactivated, and the lockup mechanism 40 is operated to perform a lockup function.
  • the lock-up mechanism 40 configured as described above is interlocked with the operation of the eddy current torque generating unit 21, and during operation, the first and second elements 11 and 12, the front cover 22, And by connecting the back cover 24, the input shaft 1 and the output shaft 2 can be directly connected.
  • 10 to 12 are diagrams showing a planetary gear operation applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, an operation of a planetary gear locking device, a non-operation of the eddy current torque generator, and a non-operation of the lock-up mechanism.
  • 13 to 15 illustrate non-operation of a planetary gear applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, a non-operation of the planetary gear locking device, an operation of an eddy current torque generator, and a non-operation of the lock-up mechanism.
  • 16 to 18 illustrate the operation of a planetary gear applied to a dry torque converter for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, a non-operation of the planetary gear locking device, a non-operation of the eddy current torque generator, and an operation state of the lock-up mechanism. These are the drawings shown.
  • the hinge arm 311 is rotated radially inward around the hinge pin 312 by the tensile force provided from the elastic member 313 Keep it. Accordingly, the centrifugal body 212 maintains an initial state away from the permanent magnet 211.
  • the sliding member 33 maintains its initial position by the elastic force provided by the disc spring 35, and the second friction pad 33a is in frictional contact with the first friction pad 31a. You can keep the initial state.
  • the reactor housing 31 and the sliding member 33 are connected. Then, the third element 13 is prevented from rotating by maintaining a state connected to the fixing part 14 through the inner race 32 connected to the sliding member 33.
  • the planetary gear locking device 30 is operated to stop the third element 13 as the eddy current torque generating unit 21 is deactivated.
  • the input torque is normally torque multiplied due to the gear ratio of the planetary gear 10 and transmitted to the reducer GB.
  • the hinge arm 311 may be rotated radially outwardly around the hinge pin 312 to allow the centrifugal body 212 to approach the permanent magnet 211.
  • the eddy current torque generator 21 operates (A2) to generate an eddy current between the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211, and the eddy current torque generated by the eddy current is the first, And to the second element 11, 12.
  • the first and second elements 11 and 12 may be powered by eddy current torque. That is, when the eddy current torque is generated, the speed ratio of the input shaft 1 and the output shaft 2 is increased above the speed ratio due to the gear.
  • the eddy current torque generated between the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211 may increase as the relative speed difference increases.
  • the dry torque converter for an electric vehicle functions as a conventional fluid torque converter. Can be implemented.
  • the balls 34 are in rolling contact with the seating groove 12b and the cam groove 33b. It is moved outward (top based on FIG. 14) based on the radial direction.
  • the balls 34 move along the cam surface 33c from the cam groove 33b, and move the sliding member 33 to the opposite side of the second element 12 based on the axial direction.
  • the connection between the reactor housing 31 and the sliding member 33 is released, and the third element 13 is disconnected from the fixing part 14, thereby operating the planetary gear 10 Accordingly, it may rotate together with the reactor housing 31.
  • the planetary gear locking device 30 may release the connection between the third element 13 and the fixing unit 14 so that the eddy current torque generating unit 21 and the third element 13 rotate. have.
  • the lock-up plates 41 rolling in contact with the roller 42 by rotating the hinge arm 311 toward the outer side in the radial direction around the hinge axis 312
  • the front and back covers 22 and 24 are moved in the axial direction by a predetermined distance toward the inner side.
  • the lock-up plate 41 maintains a certain distance between the friction member 43 and does not contact with friction. By not doing, it can be disabled.
  • the hinge arm 311 is rotated radially outward around the hinge pin 312 to bring the centrifugal body 212 closer to the permanent magnet 211.
  • the planetary gear locking device 30 may maintain a state in which the connection between the third element 13 and the fixing part 14 is released so that the third element 13 is rotated.
  • the roller 42 of the lock-up mechanism 40 is in rolling contact with the inclined surface 41b of the contact portion 41a formed on the lock-up plate 41, and is radially outward by the hinge arm 311 Is moved toward.
  • the dry torque converter for an electric vehicle may be integrally mounted on the drive motor M or integrally mounted on the reducer GB.
  • the dry torque converter for an electric vehicle configured as described above includes an input assembly, an output assembly, and a reactor assembly.
  • the input assembly includes the input shaft (1), the first element (11) connected to the input shaft (1), the front cover (22), the back cover (24), the front cover (22). It may include a permanent magnet 211.
  • the output assembly is disposed on the output shaft (2), the second element (12) connected to the output shaft (2), the pinion gear (P), and the second element (12), and the permanent magnet (211) ) Facing the centrifugal body 212, and the lock-up mechanism 40 may be included.
  • the reactor assembly may include the planetary gear locking device 30 interconnecting the third element 13 and the fixing part 14.
  • FIG. 19 is a table showing the operation of an eddy current torque generator, a planetary gear locking device, and a lock-up mechanism controlled by the dry torque converter control method for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. This is a table showing the operation of planetary gear elements controlled by the dry torque converter control method for electric vehicles.
  • a normal torque output to the second element 12 at a speed ratio (at the time of initial driving) by a gear ratio is In the first step of multiplying, the second step of transmitting the torque output to the second element 12 at more than the speed ratio due to the gear ratio (when the centrifugal force increases), and the speed ratio more than the speed ratio due to the gear ratio (when the centrifugal force further increases)
  • the first and second elements (11, 12) are directly connected to the front cover (22) and the back cover (24) while contacting the inner surfaces of the front cover (22) and the back cover (24).
  • the first step is the output shaft 2 by controlling the operation of the planetary gear locking device 30 provided between the third element 13 and the fixing part 14 at a speed ratio (at the time of initial driving) by a gear ratio. Regardless of the rotation direction of ), the torque output to the second element 12 is multiplied by selectively fixing and controlling the third element 13 according to the rotational speed of the output shaft 2.
  • the eddy current torque generator 21 and the lock-up mechanism 40 are deactivated (see FIGS. 10 and 12) due to the operation of the planetary gear locking device 30 (see FIG. 11). do. Due to this, the third element 13 is fixed to the fixing part 14.
  • the operation of the planetary gear locking device 30 is the sliding member 33 relative to the axial direction so that the first and second friction pads 31a and 33a are in frictional contact with each other. It is positioned close to element 12.
  • the eddy current is not generated due to the non-operation of the eddy current torque generator 21, and thus, the torque output to the second element 12 is applied to the operation of the planetary gear 10. It can be multiplied through.
  • the dry torque converter according to the embodiment of the present invention is input while the first element 11 is rotated in the forward direction due to the speed ratio due to the gear ratio of the planetary gear 10 when the electric vehicle equipped with it is initially driven.
  • the second element 12 multiplies the input torque and outputs it to the reducer GB.
  • the third element 13 is fixed to the fixing part 14 by the planetary gear fixing device.
  • the centrifugal body 212 when the electric vehicle is initially driven, the centrifugal body 212 is not operated because the output speed is low and the centrifugal force is insufficient. Then, the permanent magnet 211 may maintain a state spaced apart from the centrifugal body 212 (see FIG. 10).
  • the eddy current torque generating unit 21 does not generate a transmission torque due to the eddy current between the centrifugal body 212 and the permanent magnet 211.
  • the eddy current torque provided between the first element 11 and the second element 12 is greater than or equal to the speed ratio due to the gear ratio (when centrifugal force increases) as the speed of the output shaft 2 increases. Eddy current is generated by operation control of the generator 21 (see Fig. 13).
  • This eddy current generates an eddy current torque, and the first element (sun gear: 11) and the second element (carrier: 12) transmit power with the generated eddy current torque to transmit power through the second element 12 through the output shaft ( 2) can transmit the output torque.
  • the planetary gear locking device 30 and the lock-up mechanism 40 are deactivated due to the operation of the eddy current torque generator 21 (see FIGS. 14 to 15). Accordingly, the third element 13, which is disconnected from the fixing portion 14, may rotate in the same direction as the rotating first and second elements 11 and 12.
  • the torque of the input shaft 1 is reduced to the second element 12 and the eddy current torque generating unit 21. It can be transmitted to the output shaft 2 through.
  • the permanent magnet 211 and the centrifugal body 212 that are close to each other may generate an eddy current due to an interaction due to a speed difference (see FIG. 13 ).
  • the eddy current torque generator 21 provided in the second element 12 is interlocked with the Controls the operation of the lock-up mechanism 40 (see Fig. 18).
  • the friction member 43 provided on the axial inner surface of the front cover 22 and the back cover 24
  • the first and second elements 11 and 12 may be directly connected to each other to directly connect the input shaft 1 and the output shaft 2.
  • the planetary gear locking device 30 may be deactivated due to the operation of the lock-up mechanism 40, and the eddy current torque generating unit 21 may be deactivated. See Fig. 17).
  • the third element 13 can be rotated in the same direction (forward direction) as the first and second elements 11 and 12 rotating in a forward direction, and the second element 12 is the first element. It can be rotated at the same speed as (11).
  • the third step is the input shaft 1 and the output shaft due to the operation of the lock-up mechanism 40, the non-operation of the planetary gear locking device 30, and the non-operation of the eddy current torque generator 21
  • the input shaft 1 and the output shaft 2 can be directly connected so that the rotational speed of (2) is 1:1.
  • the torque of the driving motor M can be directly transmitted to the transmission, and the input and output speeds can be transmitted at 1:1.
  • the dry torque converter according to the present embodiment is mounted between the drive motor M and the reducer GB in the electric vehicle powertrain, and at the time of initial driving, the torque of the drive motor M is normalized.
  • the torque of the driving motor M is multiplied by more than the speed by the gear ratio by the eddy current torque and transmitted to the reducer GB.
  • the first and second elements 11 and 12 are directly connected through the operation of the lock-up mechanism 40, and the input shaft 1 and the output shaft 2 ) By direct connection, the input and output speed can be delivered 1:1.
  • the planetary gear locking device 30 a dry torque converter for an electric vehicle having the same, and a control method thereof are the first element (11: sun gear) and the second element of the planetary gear 10. (12: carrier) is provided with the eddy current torque generating unit 21 between the first and second elements (with no eddy current generated by the rotational speed of the output shaft 2 or eddy current torque generated by the eddy current) ( 11, 12) to transmit power by the non-connected or eddy current torque, and the third element (13: ring gear) and the fixing part 14 are fixed or rotated by the planetary gear locking device 30 to control the gear ratio.
  • the torque is multiplied at the speed ratio due to the gear ratio, and the eddy current torque can be output above the speed ratio due to the gear ratio.
  • the present invention can reduce the size of the drive motor (M) and the inverter connected to the input shaft (1) because the torque multiplication factor is large, and fast, high efficiency through high-speed rotation of the drive motor (M) during initial driving. By entering the area, current consumption of the driving motor M may be reduced.
  • the present invention controls the output torque by rotating up to 0.8 of the input/output speed ratio by the centrifugal force of the output speed without a separate actuator, manufacturing cost can be reduced.
  • the present invention provides a function of increasing the torque using the planetary gear 10 and increasing the speed ratio using the eddy current of the eddy current torque generating unit 21, and the driving motor ( Since the torque of M) can be directly transmitted to the transmission, the input and output speeds can be transmitted 1:1, and all functions of a conventional fluid torque converter can be implemented.
  • the present invention provides the planetary gear 10 through the planetary gear locking device 30 operating according to the rotational speed of the output shaft 2 regardless of the rotation direction of the output shaft 2 even when the vehicle is reversing.
  • the used torque can be multiplied and the overall marketability can be improved.

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Abstract

유성기어 잠금장치, 이를 구비한 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 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되며, 상기 출력축의 속도에 의해 제어되도록 와전류를 발생시키는 적어도 하나의 와전류 토크 발생부; 상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 프론트 커버; 상기 출력축 측에 구비되어 상기 프론트 커버와 결합되는 백 커버; 상기 출력축의 회전 속도에 따라, 상기 출력축의 회전방향에 관계없이 상기 제3 요소와 상기 고정부의 연결을 단속하도록 상기 제2 요소와 상기 제3 요소의 사이에 구비되는 록킹유닛을 포함하는 유성기어 잠금장치; 및 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소의 양측에 각각 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 각각 선택적으로 접촉되면서, 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구;를 포함한다.

Description

유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법
본 발명은 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 전진 및 후진에 관계없이 토크를 증배시킬 수 있고, 전자기력(electromagnetic force)과 유성기어를 이용하여 구동모터의 동력을 감속기로 전달하는 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 토크 컨버터는 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 것이다. 이러한 토크 컨버터는, 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러, 이 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 리엑터('스테이터' 라고도 함)를 포함한다.
토크 컨버터는 엔진에 작용하는 부하가 커지면 동력전달 효율이 저하될 수 있으므로 엔진과 변속기 사이를 직접 연결하는 수단인 록업 클러치(Lock-up clutch, 또는 '댐퍼 클러치'라고도 함)를 갖추고 있다. 록업 클러치는 엔진과 직결된 프론트 커버와 터빈 사이에 배치되어 엔진의 회전 동력이 직접 터빈으로 전달될 수 있도록 한다.
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.
이로 인해, 전기자동차에는 구동모터의 초기 고토크 및 제어의 편의성으로 인하여 내연기관 자동차와 달리, 1단 감속기를 주로 적용하고 있는 실정이다. 최근에는 모터 사이즈 축소 및 연비 상승을 위하여, 다단 감속기의 개발이 진행되고 있다.
그러나 다단 감속기는 클러치 액추에이터, 기어 액추에이터 및 변속기 제어유닛(TCU) 등의 부가적인 전장품이 추가적으로 필요하기 때문에 비용이 증가되는 문제점이 있다.
이에 따라, 전기자동차에서 감속기를 대신하여 유체 유동방식이 아닌 건식 토크 컨버터의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
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 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전진 및 후진에 관계없이 유성기어를 이용한 토크 증배, 와전류를 이용한 속도비 상승, 및 록업 기구를 이용한 구동력의 직접 전달을 모두 수행함으로써, 종래의 유체식 토크 컨버터의 기능을 모두 구현할 수 있는 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 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 요소로이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치는 입력축에 연결되는 제1 요소와, 출력축에 연결되는 제2 요소와, 상기 입력축의 회전 및 상기 출력축의 회전과 무관하게 고정된 고정부에 가변적으로 연결되는 제3 요소를 포함하는 유성기어; 및 상기 입력축 또는 상기 출력축이 설정치 이하의 낮은 회전속도로 회전하는 경우 상기 제3 요소를 상기 고정부와 상대회전 불가능하게 결합하고, 상기 입력축, 또는 상기 출력축이 설정치 이하의 높은 회전속도로 회전하는 경우 상기 입력축, 또는 상기 출력축의 회전에 의해 발생한 원심력으로 반경방향 내측에서 외측을 향해 이동되는 이동부재에 의해 상기 제3 요소와 상기 고정부의 결합을 해제하는 록킹유닛; 을 포함한다.
상기 록킹유닛은 상기 제2 요소와 상기 제3 요소 사이에 구비되며, 상기 제3 요소에 장착되는 리엑터 하우징; 상기 리엑터 하우징의 회전 중심에 회전 가능하게 장착되며, 상기 고정부에 연결되는 인너 레이스; 상기 리엑터 하우징의 내부에서 상기 제2 요소를 향하는 상기 인너 레이스의 일단부에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 슬라이딩 부재; 상기 리엑터 하우징의 내주면에 장착되는 제1 마찰패드; 및 상기 제1 마찰패드에 대응하여 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 장착되고, 상기 제1 마찰패드와 선택적으로 마찰 접촉되는 제2 마찰패드; 를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 제2 요소와 상기 슬라이딩 부재의 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 반경방향 내측에서 외측을 향하여 이동되면서 상기 제1, 및 제2 마찰패드의 마찰 접촉이 해제되도록 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 이동시켜 상기 제3 요소와 상기 인너 레이스의 연결을 선택적으로 해제하는 적어도 하나의 볼일 수 있다.
상기 제2 요소에는 상기 슬라이딩 부재를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입된 상태로 구름 접촉되도록 반경방향 내측으로부터 외측을 향하여 적어도 하나의 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 슬라이딩 부재에는 상기 안착홈에 대응하여 상기 제2 요소를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입되어 구름 접촉되도록 적어도 하나의 캠홈이 형성될 수 있다.
상기 캠홈에는 반경방향을 기준으로 외측을 향하는 위치에 형성되며, 상기 리엑터 하우징으로부터 상기 제2 요소를 향하여 설정각도로 경사진 캠면이 형성될 수 있다.
상기 볼은 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력이 커질 경우, 상기 안착홈과 상기 캠홈에 구름 접촉된 상태로, 상기 캠면을 따라 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 슬라이드 이동시킬 수 있다.
상기 인너 레이스는 상기 리엑터 하우징의 내부로 삽입된 단부에서 상기 슬라이딩 부재가 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 결합부; 및 축 방향을 기준으로 상기 결합부로부터 상기 리엑터 하우징의 내측면을 향하여 이격된 위치에 형성되는 플랜지부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩 부재의 내주면에는 적어도 하나의 걸림홈이 형성되고, 상기 결합부의 외주면에는 상기 걸림홈에 대응하여 적어도 하나의 걸림돌기가 돌출 형성되며, 상기 결합부에 결합된 상기 슬라이딩 부재의 회전을 방지하도록 상기 걸림홈에 상기 걸림돌기가 삽입될 수 있다.
상기 슬라이딩 부재와 상기 플랜지부의 사이에는 상기 슬라이딩 부재에 탄성력을 제공하도록 접시 스프링이 개재될 수 있다.
상기 제1, 및 제2 마찰패드는 상기 리엑터 하우징의 내주면과 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 각각 설정각도로 경사지게 장착될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 제1 요소로 입력축에 연결되고, 제2 요소로 출력축에 연결되며, 제3 요소로 고정부에 가변적으로 연결되는 유성기어; 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되며, 상기 출력축의 속도에 의해 제어되도록 와전류를 발생시키는 적어도 하나의 와전류 토크 발생부; 상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 프론트 커버; 상기 출력축 측에 구비되어 상기 프론트 커버와 결합되는 백 커버; 상기 출력축의 회전 속도에 따라, 상기 출력축의 회전방향에 관계없이 상기 제3 요소와 상기 고정부의 연결을 단속하도록 상기 제2 요소와 상기 제3 요소의 사이에 구비되는 록킹유닛을 포함하는 유성기어 잠금장치; 상기 출력축 측에 구비되어 상기 프론트 커버와 결합되는 백 커버; 및 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소의 양측에 각각 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 각각 선택적으로 접촉되면서, 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구; 를 포함한다.
상기 와전류 토크 발생부는 상기 제1 요소에 연결되는 영구자석; 및 상기 영구자석에 마주하게 배치되어 도전성을 가지며, 상기 제2 요소의 외주면에 힌지 연결되는 힌지 암을 통해 연결되고, 상기 출력축의 속도에 의해 제어되는 원심체; 를 포함할 수 있다.
상기 영구자석은 상기 프론트 커버의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치되며, 상기 원심체는 상기 제2 요소에 탄성부재를 통해 연결될 수 있다.
상기 영구자석은 상기 프론트 커버의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치될 수 있다.
상기 록업 기구는 축 방향을 기준으로 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 대응하여 상기 제2 요소의 양측에 각각 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 록업 플레이트; 상기 출력축의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 힌지 암이 반경 방향 외측을 향하여 이동될 경우, 상기 록업 플레이트를 상기 프론트 커버와 상기 백 커버 측으로 각각 이동시키도록 각각의 상기 록업 플레이트와 상기 힌지 암의 사이에서 상기 힌지 암의 양측에 각각 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 롤러; 및 각각의 상기 록업 플레이트에 대응하여 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 장착되는 마찰부재; 를 포함할 수 있다.
상기 록업 플레이트는 링 형상으로 형성되며, 상기 롤러에 대응하는 일면에는 상기 롤러에 구름 접촉되는 적어도 하나의 접촉부가 돌출 형성될 수 있다.
상기 접촉부는 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소를 향하는 상기 록업 플레이트의 일면에 원주방향을 따라 다수개가 이격된 위치에 각각 형성될 수 있다.
상기 접촉부에는 상기 롤러에 구름 접촉되는 경사면이 일체로 형성될 수 있다.
상기 경사면은 상기 제1 요소의 회전 중심을 향하는 하부로부터 반경방향 외측을 향하는 상부로 갈수록 폭 길이가 길어질 수 있다.
상기 록업 플레이트에는 가이드 홀이 각각 형성되며, 상기 프론트 커버 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트의 상기 가이드 홀에는 상기 제2 요소에 형성되는 가이드 돌기가 삽입되고, 상기 백 커버 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트의 상기 가이드 홀에는 상기 힌지 암을 회전 가능하게 지지하는 힌지 축의 단부가 삽입될 수 있다.
상기 록업 플레이트는 상기 롤러에 의해 축 방향으로 슬라이드 이동될 경우, 각각의 상기 가이드 홀에 삽입되는 상기 가이드 돌기와 상기 힌지 축에 의해 축 방향 이동이 가이드 될 수 있다.
상기 마찰부재는 상기 프론트 커버와 상기 백 커버에 각각 장착되는 장착 플레이트를 통해 장착될 수 있다.
상기 장착 플레이트는 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 각각 형성되는 장착홈에 장착될 수 있다.
상기 마찰부재는 상기 록업 플레이트를 향하는 상기 장착 플레이트의 일면에 원주 방향을 따라 이격되어 복수개가 장착될 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 록킹유닛은 상기 제3 요소에 장착되는 리엑터 하우징; 상기 리엑터 하우징의 회전 중심에 회전 가능하게 장착되며, 상기 고정부에 연결되는 인너 레이스; 상기 리엑터 하우징의 내부에서 상기 제2 요소를 향하는 상기 인너 레이스의 일단부에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 슬라이딩 부재; 상기 리엑터 하우징의 내주면에 장착되는 제1 마찰패드; 상기 제1 마찰패드에 대응하여 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 장착되고, 상기 제1 마찰패드와 선택적으로 마찰 접촉되는 제2 마찰패드; 및 상기 제2 요소와 상기 슬라이딩 부재의 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 반경방향 내측에서 외측을 향하여 이동되면서 상기 제1, 및 제2 마찰패드의 마찰 접촉이 해제되도록 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 이동시켜 상기 제3 요소와 상기 인너 레이스의 연결을 선택적으로 해제하는 적어도 하나의 볼; 을 포함한다. 을 포함할 수 있다.
상기 제2 요소에는 상기 슬라이딩 부재를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입된 상태로 구름 접촉되도록 반경방향 내측으로부터 외측을 향하여 적어도 하나의 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 슬라이딩 부재에는 상기 안착홈에 대응하여 상기 제2 요소를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입되어 구름 접촉되도록 적어도 하나의 캠홈이 형성될 수 있다.
상기 캠홈에는 반경방향을 기준으로 외측을 향하는 위치에 형성되며, 상기 리엑터 하우징으로부터 상기 제2 요소를 향하여 설정각도로 경사진 캠면이 형성될 수 있다.
상기 볼은 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력이 커질 경우, 상기 안착홈과 상기 캠홈에 구름 접촉된 상태로, 상기 캠면을 따라 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 슬라이드 이동시킬 수 있다.
상기 인너 레이스는 상기 리엑터 하우징의 내부로 삽입된 단부에서 상기 슬라이딩 부재가 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 결합부; 및 축 방향을 기준으로 상기 결합부로부터 상기 리엑터 하우징의 내측면을 향하여 이격된 위치에 형성되는 플랜지부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩 부재의 내주면에는 적어도 하나의 걸림홈이 형성되고, 상기 결합부의 외주면에는 상기 걸림홈에 대응하여 적어도 하나의 걸림돌기가 돌출 형성되며, 상기 결합부에 결합된 상기 슬라이딩 부재의 회전을 방지하도록 상기 걸림홈에 상기 걸림돌기가 삽입될 수 있다.
상기 슬라이딩 부재와 상기 플랜지부의 사이에는 상기 슬라이딩 부재에 탄성력을 제공하도록 접시 스프링이 개재될 수 있다.
상기 제1 요소는 선기어이고, 상기 제2 요소는 캐리어이며, 상기 제3 요소는 링기어 일 수 있다.
상기 와전류 토크 발생부는 상기 제2 요소의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격되어 복수개가 구비될 수 있다.
또한, 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 유성기어 잠금장치의 작동 제어로 상기 출력축의 회전방향에 관계없이 상기 출력축의 회전 속도에 따라 상기 제3 요소를 선택적으로 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 구비되는 와전류 토크 발생부의 작동 제어로 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 동력을 전달하여 상기 제2요소로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계; 및 상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 제2 요소에 구비되어 상기 와전류 토크 발생부와 연동되는 록업 기구의 작동 제어로 프론트 커버와 백 커버의 축 방향 내측면에 각각 접촉되면서 상기 제1, 및 제2 요소를 직접 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직결시키는 제3 단계; 를 포함한다.
상기 제1 단계는 상기 유성기어 잠금장치의 작동으로 인해 상기 와전류 토크 발생부와 상기 록업 기구를 비작동 제어할 수 있다.
상기 제1 단계는 상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 출력축 토크의 일부를 상기 제2 요소로 전달할 수 있다.
상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해, 상기 유성기어 잠금장치와 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 록업 기구의 작동으로 인해 상기 유성기어 잠금장치를 비작동 제어하고, 상기 와전류 토크 발생부를 비작동 제어할 수 있다.
상기 제3 단계는 상기 록업 기구의 작동, 상기 유성기어 잠금장치의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 입력축과 상기 출력축의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축과 상기 출력축을 직결할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법에 의하면, 유성기어의 제1 요소(선기어)와 제2 요소(캐리어) 사이에 와전류 토크 발생부를 구비하여, 출력축의 회전 속도에 의한 와전류의 비발생 또는 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 제1, 및 제2 요소의 비연결 또는 와전류 토크로 동력을 전달하고, 제3 요소(링기어)와 고정부를 유성기어 잠금장치로 고정 또는 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.
또한, 본 발명은 차량의 후진 시에도 출력축의 회전방향에 관계없이 유성기어를 이용한 토크 증배가 가능하여 전체적인 상품성을 향상시키는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치, 및 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 측면도이다.
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 6은 도 2의 X 부분에 대한 확대도로, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 잠금장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 제2 요소의 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치에 적용되는 슬라이딩 부재의 사시도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 작동, 유성기어 잠금장치 작동, 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 비작동, 유성기어 잠금장치 비작동, 와전류 토크 발생부의 작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 작동, 유성기어 잠금장치 비작동, 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 작동 상태를 나타낸 도면들이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법으로 제어되는 와전류 토크 발생부, 유성기어 잠금장치, 및 록업 기구의 작동을 나타낸 표이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법으로 제어되는 유성기어 요소들의 작동을 나타낸 표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 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 유성기어 잠금장치, 및 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 측면도이고, 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 연결되어, 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 구비하여 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 선기어(S)이고, 상기 제2 요소(12)는 피니언 기어(P)를 연결하는 캐리어(C)이며, 상기 제3 요소(13)는 링기어(R)이다.
즉, 유성기어(10)에서, 상기 제1 요소(선기어(S) : 11)는 상기 입력축(1)에 연결되고, 상기 제2 요소(캐리어(C) : 12)는 상기 출력축(2)에 연결되며, 상기 제3 요소(링기어(R) : 13)는 상기 고정부(14)에 가변적으로 연결된다.
상기 고정부(14)는 전기 자동차의 파워트레인 또는 전기 자동차의 바디일 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 와전류 토크 발생부(21), 프론트 커버(22), 백 커버(24), 유성기어 잠금장치(30), 및 록업 기구(40)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 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 와전류를 발생시키지 않고, 상기 출력축(2)의 고속 회전 시 설정된 원심력 확보로 작동되어 와전류에 의한 와전류 토크를 발생시킨다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 입력축(1)에 연결되는 상기 제1 요소(11)와 상기 출력축(2)에 연결되는 상기 제2 요소(12) 사이에 배치된다.
이러한 와전류 토크 발생부(21)는 상기 제2 요소(12)의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격되어 복수개가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 양측(반경방향 기준)으로 서로 마주하는 영구자석(211)과 도전성을 가지는 원심체(212)를 포함할 수 있다.
상기 영구자석(211)은 제1 요소(11)에 연결된다. 상기 원심체(212)는 상기 제2 요소(12)의 외주면에 힌지 연결되는 힌지 암(311)을 통해 연결되며, 상기 출력축(2)의 속도에 의해 제어될 수 있다.
여기서, 상기 힌지 암(311)은 복수로 구비되어 상기 제2 요소(12)에 원주방향을 따라 등 간격으로 배치되어 힌지핀(312)으로 장착된다. 이러한 힌지 암(311)들은 일측으로 인접하는 상기 제2 요소(12)의 다른 위치에서 탄성부재(313)를 통해 연결된다.
이와 같이 구성된 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동은 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 상기 프론트 커버(22)는 상기 입력축(1)과 상기 제1 요소(11)에 일체로 연결되며, 상기 유성기어(10)를 내장할 수 있다.
이러한 프론트 커버(22)는 상기 출력축(2) 측에 구비되는 상기 백 커버(24)와 결합되어 상기 유성기어(10), 상기 와전류 토크 발생부(21), 상기 유성기어 잠금장치(30), 및 상기 록업 기구(40)를 내장할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 영구자석(211)은 상기 제1 요소(11)에 연결되는 상기 프론트 커버(22)의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치된다. 여기서, 상기 영구자석(211)은 상기 프론트 커버(22)의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치될 수 있다(도 3 참조).
이에 따라, 전기 자동차의 초기 구동 시, 상기 출력축(2)의 출력속도에서 원심력이 부족하면, 상기 힌지 암(311)은 상기 탄성부재(313)로부터 제공된 인장력에 의해 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경방향 내측으로 선회된 상태를 유지하여 상기 원심체(212)를 상기 영구자석(211)으로부터 멀어지게 한다.
즉, 전기 자동차에서 초기 구동 시에는 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 원심체(212)의 원심력이 상기 탄성부재(313)의 탄성력을 극복하게 된다.
그러면, 상기 힌지 암(311)은 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경 방향 외측으로 선회되면서 상기 원심체(212)를 상기 영구자석(211)에 접근시킬 수 있다.
이 때, 상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211) 사이에는 와전류가 발생하고, 이 와전류에 의해 와전류 토크가 발생되어 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)로 전달된다.
여기서, 와전류는 상기 영구자석(211)이 구비된 상기 프론트 커버(22)와 상기 원심체(211)가 서로 다른 속도로 회전되면서, 상기 영구자석(211)과 상기 원심체(212)의 회전속도 차이에 의한 상호작용으로 인해 발생되는 전류이다.
이에 따라, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)는 와전류 토크로 동력이 전달될 수 있다. 즉, 와전류 토크가 발생되면, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 속도비를 기어에 의한 속도비 이상으로 상승시킨다.
상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211) 사이에서 발생되는 와전류 토크는 상대 속도 차이가 클수록 크게 발생할 수 있다.
이러한 와전류 토크는 상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211)의 속도비를 설정치(예, 0.8 이상)로 상승시키므로 전기 자동차용 건식 토크 컨버터는 종래의 유체식 토크 컨버터의 기능을 구현할 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 와전류 토크 발생부(21)는 와전류 토크에 의해 상기 영구자석(211)과 상기 원심체(212) 사이에 형성된 자기력으로 상기 영구자석(211)과 상기 원심체(212)를 서로 분리하거나, 또는 와전류 토크로 동력 전달할 수 있다.
이러한 작동을 통해, 상기 와전류 토크 발생부(21)는 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)를 서로 분리, 또는 와전류 토크로 동력 전달한다.
한편, 본 실시예에서, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 입력축(1), 및 상기 출력축(2)의 회전과 무관하게 고정된 상기 고정부(14)에 상기 제3 요소(13)를 가변적으로 연결하도록 한다.
이러한 유성기어 잠금장치(30)는 상기 입력축(1) 또는 상기 출력축(2)이 설정치 이하의 낮은 회전속도로 회전하는 경우, 상기 제3 요소(13)를 상기 고정부(14)와 상대회전 불가능하게 결합할 수 있다.
이와는 반대로, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 입력축(1), 또는 상기 출력축(2)이 설정치 이하의 높은 회전속도로 회전하는 경우, 상기 입력축(1), 또는 상기 출력축(2)의 회전에 의해 발생한 원심력으로 반경방향 내측에서 외측을 향해 이동되는 이동부재에 의해 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 결합을 해제할 수 있다.
여기서, 상기 이동부재는 별도의 연결부재 없이도 원심력에 의해 설정된 공간 내에서 반경방향 내측에서 외측을 향해 이동이 가능한 볼(34)일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 제2 요소(12)와 상기 제3 요소(13)의 사이에 구비되는 록킹유닛을 포함한다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 출력축(2)의 회전 속도에 따라, 상기 출력축(2)의 회전방향에 관계없이 상기 록킹유닛의 작동을 통해 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 연결을 단속할 수 있다.
이러한 유성기어 잠금장치(30)를 첨부한 도 6 내지 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 도 2의 X 부분에 대한 확대도로, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 잠금장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치의 분해 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 제2 요소의 부분 사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치에 적용되는 슬라이딩 부재의 사시도이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치(30)에서 상기 록킹유닛은 리엑터 하우징(31), 인너 레이스(32), 슬라이딩 부재(33), 제1 마찰패드(31a), 제2 마찰패드(33a), 및 상기 볼(34)을 포함할 수 있다.
먼저, 상기 리엑터 하우징(31)은 링 기어인 상기 제3 요소(13)에 장착된다.
이러한 리엑터 하우징(31)은 양면이 개구된 원통 형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 개구된 양면 중, 상기 출력축(2) 측에 배치된 일면을 폐쇄하도록 볼트 체결되는 커버로 구성될 수 있다.
상기 인너 레이스(32)는 상기 리엑터 하우징(31)의 회전 중심에 회전 가능하게 장착되며, 상기 고정부(14)에 연결된다.
본 실시예에서, 상기 슬라이딩 부재(32)는 상기 리엑터 하우징(31)의 내부에서 상기 제2 요소(12)를 향하는 상기 인너 레이스(32)의 일단부에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착된다.
그리고 상기 제1 마찰패드(31a)는 상기 리엑터 하우징(31)의 내주면에 장착된다. 상기 제2 마찰패드(33a)는 상기 제1 마찰패드(31a)에 대응하여 상기 슬라이딩 부재(33)의 외주면에 장착되며, 상기 제1 마찰패드(31a)와 선택적으로 마찰 접촉될 수 있다.
여기서, 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)는 상기 리엑터 하우징(31)의 내주면과 상기 슬라이딩 부재(33)의 외주면에 각각 설정각도로 경사지게 장착될 수 있다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)들이 마찰 접촉되는 면적을 증가시킴으로써, 보다 안정적이고 신뢰성 있는 상기 제3 요소(13)의 잠금 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 볼(34)은 복수개로 구성되어 상기 제2 요소(12)와 상기 슬라이딩 부재(33)의 사이에 구비된다. 여기서, 상기 볼(34)들은 원주방향으로 설정각도 이격된 위치에 배치될 수 있다.
이러한 볼(34)들은 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 반경방향 내측에서 외측을 향하여 이동되면서 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)의 마찰 접촉이 해제되도록 상기 슬라이딩 부재(33)를 상기 제2 요소(12)의 반대방향으로 이동시켜 상기 인너 레이스(32)를 통해 연결된 상기 고정부(14)와 상기 제3 요소(13)의 연결을 선택적으로 해제할 수 있다.
여기서, 상기 제2 요소(12)에는, 도 6과 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 슬라이딩 부재(33)를 향하는 일면에 상기 볼(34)들이 일정부분 삽입된 상태로 구름 접촉되도록 반경방향 내측으로부터 외측을 향하여 형성된 복수개의 안착홈(12b)이 원주방향을 따라 설정각도 이격된 위치에 각각 배치될 수 있다.
한편, 상기 슬라이딩 부재(33)에는, 도 6 내지 도 7, 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 안착홈(12b)에 대응하여 상기 제2 요소(12)를 향하는 일면에 상기 볼(34)이 일정부분 삽입되어 구름 접촉되도록 복수개의 캠홈(33b)이 형성될 수 있다.
상기 캠홈(33b)에는 반경방향을 기준으로 외측을 향하는 위치에 형성되며, 상기 리엑터 하우징(31)으로부터 상기 제2 요소(12)를 향하여 설정각도로 경사진 캠면(33c)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 볼(34)들은 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작용하는 원심력이 커질 경우, 상기 안착홈(12b)과 상기 캠홈(33b)에 구름 접촉된 상태로, 상기 캠면(33c)을 따라 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 슬라이딩 부재(33)를 상기 제2 요소(12)의 반대방향으로 슬라이드 이동시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 인너 레이스(32)는 결합부(32a)와 플랜지부(32b)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(32a)는 상기 리엑터 하우징(31)의 내부로 삽입된 단부에서 상기 슬라이딩 부재(33)가 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 그리고 상기 플랜지부(32b)는 축 방향을 기준으로 상기 결합부(32a)로부터 상기 리엑터 하우징(31)의 내측면을 향하여 이격된 위치에 형성된다.
여기서, 상기 슬라이딩 부재(33)의 내주면에는 적어도 하나의 걸림홈(33d)이 형성된다. 상기 결합부(32b)의 외주면에는 상기 걸림홈(33d)에 대응하여 적어도 하나의 걸림돌기(32c)가 돌출 형성된다.
이에 따라, 상기 결합부(32a)에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합된 상기 슬라이딩 부재(33)는 상기 걸림홈(33d)에 상기 걸림돌기(32c)가 삽입됨으로써, 상기 인너 레이스(32)에서 회전이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 슬라이딩 부재(33)와 상기 플랜지부(32a)의 사이에는 상기 슬라이딩 부재(33)에 탄성력을 제공하도록 접시 스프링(35)이 개재될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 유성기어 잠금장치(30)의 록킹유닛의 작동을 설명한다.
먼저, 전기 자동차의 전진 또는 후진 주행에 관계없이 상기 출력축(2)의 회전속도가 설정속도 미만일 경우, 상기 볼(34)들은 상기 안착홈(12b)과 상기 캠홈(33b)에 구름 접촉된 상태에서 반경방향을 기준으로 내측에 위치된다.
이 경우, 상기 슬라이딩 부재(33)는 상기 접시 스프링(35)이 제공하는 탄성력에 의해 초기 위치를 유지하게 되고, 상기 제2 마찰패드(33a)는 상기 제1 마찰패드(31a)에 마찰 접촉된 초기 상태를 유지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리엑터 하우징(31)과 상기 슬라이딩 부재(33)는 연결된다. 그러면, 상기 제3 요소(13)는 상기 슬라이딩 부재(33)에 연결된 상기 인너 레이스(32)를 통해 상기 고정부(14)에 연결된 상태를 유지함으로써, 회전이 방지된다.
이와는 반대로, 전기 자동차의 전진 또는 후진 주행에 관계없이 상기 출력축(2)의 회전속도가 설정속도 이상일 경우, 상기 볼(34)들은 상기 안착홈(12b)과 상기 캠홈(33b)에 구름 접촉된 상태에서 반경방향을 기준으로 외측(도 6을 기준으로 상부)으로 이동된다.
이 때, 상기 볼(34)들은 상기 캠홈(33b)으로부터 상기 캠면(33c)을 따라 이동하면서, 축 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 부재(33)를 상기 제2 요소(12)의 반대측으로 이동시킨다.
이 경우, 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)의 마찰 접촉이 해제되고, 동시에, 상기 접시 스프링(35)은 압축된 상태가 된다.
이에 따라, 상기 리엑터 하우징(31)과 상기 슬라이딩 부재(33)의 연결이 해제된다. 그러면, 상기 제3 요소(13)는 상기 고정부(14)와 연결이 해제됨으로써, 상기 유성기어(10)의 작동에 따라 상기 리엑터 하우징(31)과 함께 회전할 수 있다.
한편, 상기 출력축(2)의 회전속도가 다시 설정속도 미만으로 회전되면, 상기 볼(34)들은 반경방향 외측에서 내측으로 이동되면서, 상기 캠면(33c)으로부터 상기 캠홈(33b)으로 이동된다.
이 때, 압축된 상기 접시 스프링(35)으로부터 제공된 탄성력이 원심력을 극복함에 따라, 상기 슬라이딩 부재(33)는 상기 제2 요소(12)를 향하여 축 방향으로 슬라이드 이동된다. 이에 따라, 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)는 서로 마찰 접촉될 수 있다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 전기 자동차의 전진 또는 후진에 따른 상기 출력축(2)의 회전방향에 관계없이, 상기 출력축(2)의 회전 속도에 따라, 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 연결을 선택적으로 차단할 수 있다.
예를 들어, 전기 자동차가 전진 또는 후진 시에 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동 될 경우, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 제3 요소(13)가 정지되도록 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)를 연결시킬 수 있다.
이와는 반대로, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동될 경우, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 와전류 토크 발생부(21)와 상기 제3 요소(13)가 회전되도록 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 연결을 해제시킬 수 있다.
즉, 기어비에 의한 속도비 구동 시에는 상기 유성기어 잠금장치(30)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 유성기어 잠금장치(30)의 작동 제어로 상기 제3 요소(13)의 고정이 해제되며, 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 와전류에 의한 와전류 토크가 발생된다.
이에 따라, 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12)가 와전류 토크를 전달하여, 상기 제2 요소(12)의 출력은 토크를 전달시킨다.
여기서, 상기 와전류 토크는 기어비에 의한 속도비보다 속도비를 더 상승시킬 수 있고, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 유성기어(10)의 제3 요소(13)가 회전되도록 비작동 될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 유성기어 잠금장치(30)의 록킹유닛이 상기 제2 요소(12)와 상기 제3 요소(13)의 사이에 구비되며, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작동하면서 상기 고정부(14)에 대해 상대회전 불가능 또는 가능하게 결합되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
예를 들어, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 입력축(1)의 회전속도에 따라 작동하도록 상기 입력축(1)과 연결된 상기 백 커버(24) 등을 통하여 상기 제1 요소(11)와 상기 제3 요소(13)의 사이에 구비될 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 록업 기구(40)는, 도 1 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소(12)의 양측에 각각 구비된다. 이러한 록업 기구(40)는 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 작동할 수 있다.
여기서, 상기 록업 기구(40)는 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 상기 와전류 토크 발생부(21)에 전달되는 원심력에 의해 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면(축 방향 기준)에 선택적으로 접촉되면서, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결한다.
여기서, 상기 록업 기구(40)는 록업 플레이트(41), 롤러(42), 및 마찰부재(43)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 록업 플레이트(41)는 축 방향을 기준으로 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면에 대응하여 상기 제2 요소(12)의 양측에 각각 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치된다.
상기 롤러(42)는 한 쌍으로 구성되며, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 힌지 암(311)이 반경 방향 외측을 향하여 이동될 경우, 상기 록업 플레이트(41)를 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(23) 측으로 각각 이동시키도록 각각의 상기 록업 플레이트(41)와 상기 힌지 암(311)의 사이에서 상기 힌지 암(311)의 양측에 각각 회전 가능하게 장착될 수 있다.
이러한 롤러(42)는 축 방향을 기준으로 상기 힌지 암(311)의 양측에 각각 배치된다. 즉, 상기 롤러(42)는 복수개로 구성된 상기 힌지 암(311)에 대응하여 한 쌍을 1 조로 하여 복수개의 조로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 록업 플레이트(41)는 링 형상으로 형성되며, 상기 롤러(42)에 대응하는 일면에는 상기 롤러(42)에 구름 접촉되는 적어도 하나의 접촉부(41a)가 돌출 형성될 수 있다.
상기 접촉부(41a)는 축 방향을 기준으로 상기 제2 요소(12)를 향하는 상기 록업 플레이트(41)의 일면에 원주방향을 따라 다수개가 이격된 위치에 각각 형성될 수 있다.
이러한 접촉부(41a)에는 상기 롤러(42)에 구름 접촉되는 경사면(41b)이 일체로 형성된다(도 8 참조).
상기 경사면(41b)은 상기 제1 요소(11)의 회전 중심을 향하는 하부로부터 반경방향 외측을 향하는 상부로 갈수록 폭 길이가 길어질 수 있다.
또한, 상기 록업 플레이트(41)에는 복수개의 가이드 홀(41c)이 각각 형성될 수 있다.
먼저, 상기 프론트 커버(22) 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트(41)의 상기 가이드 홀(41c)에는 상기 제2 요소(12)에 형성되는 가이드 돌기(12a)가 삽입된다.
그리고 상기 백 커버(24) 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트(41)의 상기 가이드 홀(41c)에는 상기 힌지 암(311)을 회전 가능하게 지지하는 상기 힌지 축(312)의 단부가 삽입될 수 있다.
이에 따라, 상기 록업 플레이트(41)는 상기 힌지 암(311)이 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경 방향 외측으로 선회되면서 함께 이동되는 상기 롤러(42)에 의해 축 방향으로 슬라이드 이동될 경우, 각각의 상기 가이드 홀(41c)에 삽입되는 상기 가이드 돌기(12a)와 상기 힌지 축(312)에 의해 축 방향 이동이 안정적으로 가이드 될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 마찰부재(43)는 각각의 상기 록업 플레이트(41)에 대응하여 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면에 장착된다.
이러한 마찰부재(43)는 상기 록업 플레이트(41)가 축 방향을 기준으로 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면에 근접될 경우, 상기 록업 플레이트(41)와 마찰 접촉될 수 있다.
여기서, 상기 마찰부재(43)는 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)에 각각 장착되는 장착 플레이트(44)를 통해 장착된다. 상기 장착 플레이트(44)는 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면에 각각 형성되는 장착홈(22a, 24a)에 장착될 수 있다.
또한, 상기 마찰부재(43)는 상기 록업 플레이트(41)를 향하는 상기 장착 플레이트(44)의 일면에 원주 방향을 따라 이격되어 복수개가 장착될 수 있다.
즉, 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 원심력이 증가되면, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 상기 영구자석(211)에 상기 원심체(212)가 근접되면서 발생되는 와전류에 의해 와전류 토크를 발생시킬 수 있다.
이러한 상태에서 상기 출력축(2)의 회전속도가 더욱 증가하게 되면, 상기 힌지 암(311)이 반경 방향 외측을 향하여 이동하면서 상기 원심체(212)를 상기 영구자석(211)에 근접시키게 된다.
이 때, 상기 롤러(42)는 상기 록업 플레이트(41)에 구비된 상기 접촉부(41a)의 경사면(41b)에 구름 접촉된 상태에서, 상기 힌지 암(311)과 함께 반경 방향 외측으로 이동되면서 상기 록업 플레이트(41)를 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24) 측으로 이동시키게 된다.
그러면, 상기 록업 플레이트(41)는 상기 롤러(42)에 의해 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 내측면을 향하여 이동되면서, 상기 마찰부재(43)에 마찰 접촉된다.
이에 따라, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동되고, 상기 록업 기구(40)가 작동되면서 록업 기능을 수행할 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 록업 기구(40)는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동과 연동되며, 작동 시에는 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)와, 상기 프론트 커버(22), 및 상기 백 커버(24)를 연결함으로써, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결할 수 있다.
이에 따라, 상기 록업 기구(40)가 작동될 경우, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달하게 되며, 상기 구동모터(M)의 토크를 변속기로 직접 전달할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 작동을 첨부한 도 10 내지 도 18을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 작동, 유성기어 잠금장치 작동, 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이고, 도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 비작동, 유성기어 잠금장치 비작동, 와전류 토크 발생부의 작동, 및 록업 기구의 비작동 상태를 나타낸 도면들이며, 도 16 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터에 적용되는 유성기어 작동, 유성기어 잠금장치 비작동, 와전류 토크 발생부의 비작동, 및 록업 기구의 작동 상태를 나타낸 도면들이다.
먼저, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 전기 자동차의 초기 구동 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) 와전류를 발생시키지 않게 된다(도 10 참조). 따라서 와전류에 의한 토크가 발생되지 않는다.
즉, 상기 출력축(2)의 회전속도에서 원심력이 부족하면, 상기 힌지 암(311)은 상기 탄성부재(313)로부터 제공된 인장력에 의해 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경방향 내측으로 선회된 상태를 유지한다. 이에 따라, 상기 원심체(212)는 상기 영구자석(211)으로부터 멀어진 초기상태를 유지하게 된다.
여기서, 상기 유성기어 잠금장치(30)에서는, 도 11에서 도시한 바와 같이, 상기 출력축(2)의 회전속도에서 원심력이 부족함에 따라, 상기 록킹유닛의 볼(34)들이 상기 안착홈(12b)과 상기 캠홈(33b)에 구름 접촉된 상태에서 반경방향을 기준으로 내측에 위치된다.
이 경우, 상기 슬라이딩 부재(33)는 상기 접시 스프링(35)이 제공하는 탄성력에 의해 초기 위치를 유지하게 되고, 상기 제2 마찰패드(33a)는 상기 제1 마찰패드(31a)에 마찰 접촉된 초기 상태를 유지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리엑터 하우징(31)과 상기 슬라이딩 부재(33)는 연결된다. 그러면, 상기 제3 요소(13)는 상기 슬라이딩 부재(33)에 연결된 상기 인너 레이스(32)를 통해 상기 고정부(14)에 연결된 상태를 유지함으로써, 회전이 방지된다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)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, 도 12와 같이, 상기 록업 플레이트(41)를 축 방향을 기준으로 외측을 향하여 이동시키지 않음으로써, 비작동 상태를 유지할 수 있다.
그러면, 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 13 내지 도 15에서 도시한 바와 같이, 상기 원심체(212)의 원심력이 상기 탄성부재(313)의 탄성력을 극복하게 된다.
그러면, 상기 힌지 암(311)은 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경 방향 외측으로 선회되면서 상기 원심체(212)를 상기 영구자석(211)에 접근시킬 수 있다.
이 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)가 작동하여(A2) 상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211) 사이에는 와전류가 발생하고, 이 와전류에 의해 발생된 와전류 토크가 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)에 전달된다.
이에 따라, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)는 와전류 토크로 동력이 전달될 수 있다. 즉, 와전류 토크가 발생되면, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 속도비를 기어에 의한 속도비 이상으로 상승시킨다.
상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211) 사이에서 발생되는 와전류 토크는 상대 속도 차이가 클수록 크게 발생할 수 있다.
본 실시예에서 와전류 토크는 상기 원심체(212)와 상기 영구자석(211)의 속도비를 설정치(예, 0.8 이상)로 상승시키므로 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 유성기어 잠금장치(30)에서는 상기 볼(34)들이 상기 안착홈(12b)과 상기 캠홈(33b)에 구름 접촉된 상태에서 반경방향을 기준으로 외측(도 14를 기준으로 상부)으로 이동된다.
이 때, 상기 볼(34)들은 상기 캠홈(33b)으로부터 상기 캠면(33c)을 따라 이동하면서, 축 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 부재(33)를 상기 제2 요소(12)의 반대측으로 이동시킨다.
그러면, 상기 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)의 마찰 접촉이 해제되고, 동시에, 상기 접시 스프링(35)은 압축된 상태가 된다.
이에 따라, 상기 리엑터 하우징(31)과 상기 슬라이딩 부재(33)의 연결이 해제되고, 상기 제3 요소(13)는 상기 고정부(14)와 연결이 해제됨으로써, 상기 유성기어(10)의 작동에 따라 상기 리엑터 하우징(31)과 함께 회전할 수 있다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 와전류 토크 발생부(21)와 상기 제3 요소(13)가 회전되도록 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 연결을 해제할 수 있다.
여기서, 상기 록업 기구(40)에서는 상기 힌지 암(311)이 상기 힌지 축(312)을 중심으로 반경 방향 외측을 향하여 회전되는 것에 의해 상기 롤러(42)에 구름 접촉되는 상기 록업 플레이트(41)들이 상기 프론트 및 백 커버(22, 24)의 내측면을 향하여 일정거리 만큼 축 방향으로 이동된다.
그러나, 상기 원심체(212)가 상기 영구자석(211)에 완전히 접촉되지 않은 상태를 유지함에 따라, 상기 록업 플레이트(41)는 상기 마찰부재(43)와의 사이에 일정간격을 유지하여 마찰 접촉되지 않음으로써, 비작동 될 수 있다.
그리고 상기 출력축(2)의 출력속도가 계속해서 증가되면, 도 16 내지 도 18에서 도시한 바와 같이, 상기 원심체(212)의 원심력이 상기 탄성부재(313)의 탄성력을 더욱 극복하게 된다.
그러면, 상기 힌지 암(311)은 상기 힌지핀(312)을 중심으로 반경 방향 외측으로 선회되면서 상기 원심체(212)를 상기 영구자석(211)에 더욱 근접시키게 된다.
여기서, 상기 유성기어 잠금장치(30)는 상기 제3 요소(13)가 회전되도록 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)의 연결이 해제된 상태를 유지할 수 있다.
이 때, 상기 록업 기구(40)의 롤러(42)는 상기 록업 플레이트(41)에 형성된 상기 접촉부(41a)의 경사면(41b)에 구름 접촉된 상태에서 상기 힌지 암(311)에 의해 반경 방향 외측을 향하여 이동된다.
그러면, 상기 록업 플레이트(41)는 도 18을 기준으로 상부로 이동하는 상기 롤러(42)에 의해 상기 프론트 및 백 커버(22, 24)의 내측면을 향하여 이동되고, 상기 마찰부재(42)에 마찰 접촉된다.
이와 같이, 상기 록업 기구(40)가 작동(A3)되면, 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)를 통해 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직접 연결한다. 이 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)가 일체로 회전됨에 따라, 와전류의 발생이 중단된다.
따라서, 상기 록업 기구(40)가 작동되면(A3) 상기 와전류 토크 발생부(21)가 비작동 되면서, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)와, 상기 프론트 커버(22) 및 상기 백 커버(24)를 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 직결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달하게 되며, 상기 구동모터(M)의 토크를 변속기로 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 프론트 커버(22), 상기 백 커버(24), 상기 프론트 커버(22)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 배치되어 상기 영구자석(211)에 마주하는 상기 원심체(212), 및 상기 록업 기구(40)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 리엑터 어셈블리는 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14)를 상호 연결하는 상기 유성기어 잠금장치(30)를 포함할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법으로 제어되는 와전류 토크 발생부, 유성기어 잠금장치, 및 록업 기구의 작동을 나타낸 표이고, 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법으로 제어되는 유성기어 요소들의 작동을 나타낸 표이다.
도 19 내지 도 20을 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 단계, 기어비에 의한 속도비 이상(원심력 증가 시)에서 상기 제2 요소(12)로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계, 및 기어비에 의한 속도비 이상(원심력 더욱 증가 시)에서 상기 록업 기구(40)의 작동 제어로 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 축 방향 내측면에 각각 접촉되면서 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직결시키는 제3 단계를 포함한다.
제1 단계는 기어비에 의한 속도비(초기 구동 시)에서, 상기 제3 요소(13)와 상기 고정부(14) 사이에 구비되는 상기 유성기어 잠금장치(30)의 작동 제어로 상기 출력축(2)의 회전방향에 관계없이 상기 출력축(2)의 회전 속도에 따라 상기 제3 요소(13)를 선택적으로 고정 제어하여 상기 제2 요소(12)로 출력되는 토크를 증배한다.
상기 제1 단계는 상기 유성기어 잠금장치(30)의 작동(도 11 참조)으로 인하여 상기 와전류 토크 발생부(21)와 상기 록업 기구(40)를 비작동(도 10, 및 도 12 참조) 제어한다. 이로 인해, 상기 제3 요소(13)는 상기 고정부(14)에 고정된다.
즉, 상기 유성기어 잠금장치(30)의 작동은 제1, 및 제2 마찰패드(31a, 33a)가 서로 마찰 접촉된 상태를 유지하도록 축 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 부재(33)가 상기 제2 요소(12)에 근접하게 위치된 상태이다.
여기서, 상기 제1 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 비작동으로 인해 와전류가 발생되지 않게 되고, 이로 인해, 상기 제2 요소(12)로 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, 상기 제3 요소(13)는 상기 유성기어 고정장치에 의해 상기 고정부(14)에 고정된다.
즉, 전기 자동차의 초기 구동 시에는 출력속도가 낮아 원심력이 부족하므로 상기 원심체(212)가 작동하지 않게 되다. 그러면, 상기 영구자석(211)은 상기 원심체(212)와 이격된 상태를 유지할 수 있다(도 10 참조).
이에 따라, 상기 와전류 토크 발생부(21)에서는 원심체(212)와 영구자석(211) 사이에서 와전류에 의한 전달 토크가 발생되지 않는다.
상기 제2 단계는 상기 출력축(2)의 속도 증가에 따라 기어비에 의한 속도비 이상(원심력 증가 시)에서, 상기 제1 요소(11)와 상기 제2 요소(12) 사이에 구비된 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동 제어로 와전류가 발생된다(도 13 참조).
이러한 와전류는 와전류 토크를 발생시키고, 상기 제1 요소(선기어 : 11)와 상기 제2 요소(캐리어 : 12)는 발생된 와전류 토크로 동력을 전달하여 상기 제2 요소(12)를 통해 상기 출력축(2)으로 출력되는 토크를 전달할 수 있다.
여기서, 상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 인해 상기 유성기어 잠금장치(30)와 상기 록업 기구(40)를 비작동 제어한다(도 14 내지 15 참조). 이로 인해, 상기 고정부(14)와 연결이 해제된 상기 제3 요소(13)는 회전하는 제1, 제2 요소(11, 12)와 같은 방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 제2 단계는 상기 와전류 토크 발생부(21)의 작동으로 발생된 와전류 토크로 인해, 상기 입력축(1)의 토크를 상기 제2 요소(12) 및 상기 와전류 토크 발생부(21)를 통하여 상기 출력축(2)으로 전달할 수 있다.
즉, 전기 자동차의 속도 증가로 인해 건식 토크 컨버터의 출력 회전속도가 증가하면, 상기 출력축(2)의 원심력이 증가되어 상기 원심체(212)가 반경 방향 외측을 향하여 이동된다.
이러한 작동을 통해 서로 가까워진 상기 영구자석(211)과 상기 원심체(212)는 속도 차이에 의한 상호작용으로 인하여 와전류를 발생시킬 수 있다(도 13 참조).
이와 같이, 상기 영구자석(211)의 자기력과 와전류의 영향으로 와전류 토크가 발생되고, 발생된 와전류 토크는 속도비를 상승시킬 수 있다. 이때, 상기 제3 요소(13)는 입력 방향으로 회전하게 된다.
그리고 상기 제3 단계는 상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축(2)의 속도가 더욱 증가함에 따라, 상기 제2 요소(12)에 구비된 상기 와전류 토크 발생부(21)와 연동되는 상기 록업 기구(40)의 작동을 제어한다(도 18 참조).
이 때, 상기 와전류 토크 발생부(21)에 의해 작동된 상기 록업 기구(40)에서는 상기 프론트 커버(22)와 상기 백 커버(24)의 축 방향 내측면에 구비된 상기 마찰부재(43)에 상기 록업 플레이트(41)가 각각 마찰 접촉되면서, 상기 제1, 및 제2 요소(11, 12)를 직접 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직결시킬 수 있다.
여기서, 상기 제3 단계는 상기 록업 기구(40)의 작동으로 인해 상기 유성기어 잠금장치(30)를 비작동 제어하고, 상기 와전류 토크 발생부(21)를 비작동 제어할 수 있다(도 16 내지 도 17 참조).
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 유성기어 잠금장치(30)의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부(21)의 비작동으로 인해 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)을 직결할 수 있다.
즉, 상기 입력축(1)과 상기 출력축(2)이 직결됨으로써, 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 직결시킴으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 잠금장치(30), 이를 구비한 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 의한 와전류의 비발생 또는 와전류에 의하여 발생되는 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 유성기어 잠금장치(30)로 고정 또는 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 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.
또한, 본 발명은 차량의 후진 시에도 상기 출력축(2)의 회전방향에 관계없이 상기 출력축(2)의 회전속도에 따라 작동하는 상기 유성기어 잠금장치(30)를 통하여 상기 유성기어(10)를 이용한 토크 증배가 가능하여 전체적인 상품성을 향상시킬 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.

Claims (42)

  1. 입력축에 연결되는 제1 요소와, 출력축에 연결되는 제2 요소와, 상기 입력축의 회전 및 상기 출력축의 회전과 무관하게 고정된 고정부에 가변적으로 연결되는 제3 요소를 포함하는 유성기어; 및
    상기 입력축 또는 상기 출력축이 설정치 이하의 낮은 회전속도로 회전하는 경우 상기 제3 요소를 상기 고정부와 상대회전 불가능하게 결합하고, 상기 입력축, 또는 상기 출력축이 설정치 이하의 높은 회전속도로 회전하는 경우 상기 입력축, 또는 상기 출력축의 회전에 의해 발생한 원심력으로 반경방향 내측에서 외측을 향해 이동되는 이동부재에 의해 상기 제3 요소와 상기 고정부의 결합을 해제하는 록킹유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 록킹유닛은 상기 제2 요소와 상기 제3 요소 사이에 구비되며,
    상기 제3 요소에 장착되는 리엑터 하우징;
    상기 리엑터 하우징의 회전 중심에 회전 가능하게 장착되며, 상기 고정부에 연결되는 인너 레이스;
    상기 리엑터 하우징의 내부에서 상기 제2 요소를 향하는 상기 인너 레이스의 일단부에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 슬라이딩 부재;
    상기 리엑터 하우징의 내주면에 장착되는 제1 마찰패드; 및
    상기 제1 마찰패드에 대응하여 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 장착되고, 상기 제1 마찰패드와 선택적으로 마찰 접촉되는 제2 마찰패드; 를 포함하고,
    상기 이동부재는 상기 제2 요소와 상기 슬라이딩 부재의 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 반경방향 내측에서 외측을 향하여 이동되면서 상기 제1, 및 제2 마찰패드의 마찰 접촉이 해제되도록 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 이동시켜 상기 제3 요소와 상기 인너 레이스의 연결을 선택적으로 해제하는 적어도 하나의 볼인 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 요소에는
    상기 슬라이딩 부재를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입된 상태로 구름 접촉되도록 반경방향 내측으로부터 외측을 향하여 적어도 하나의 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재에는
    상기 안착홈에 대응하여 상기 제2 요소를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입되어 구름 접촉되도록 적어도 하나의 캠홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캠홈에는
    반경방향을 기준으로 외측을 향하는 위치에 형성되며, 상기 리엑터 하우징으로부터 상기 제2 요소를 향하여 설정각도로 경사진 캠면이 형성되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼은
    상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력이 커질 경우, 상기 안착홈과 상기 캠홈에 구름 접촉된 상태로, 상기 캠면을 따라 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 슬라이드 이동시키는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 인너 레이스는
    상기 리엑터 하우징의 내부로 삽입된 단부에서 상기 슬라이딩 부재가 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 결합부; 및
    축 방향을 기준으로 상기 결합부로부터 상기 리엑터 하우징의 내측면을 향하여 이격된 위치에 형성되는 플랜지부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재의 내주면에는 적어도 하나의 걸림홈이 형성되고,
    상기 결합부의 외주면에는 상기 걸림홈에 대응하여 적어도 하나의 걸림돌기가 돌출 형성되며,
    상기 결합부에 결합된 상기 슬라이딩 부재의 회전을 방지하도록 상기 걸림홈에 상기 걸림돌기가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재와 상기 플랜지부의 사이에는 상기 슬라이딩 부재에 탄성력을 제공하도록 접시 스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 및 제2 마찰패드는
    상기 리엑터 하우징의 내주면과 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 각각 설정각도로 경사지게 장착되는 것을 특징으로 하는 유성기어 잠금장치.
  11. 제1 요소로 입력축에 연결되고, 제2 요소로 출력축에 연결되며, 제3 요소로 고정부에 가변적으로 연결되는 유성기어;
    상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되며, 상기 출력축의 속도에 의해 제어되도록 와전류를 발생시키는 적어도 하나의 와전류 토크 발생부;
    상기 입력축과 상기 제1 요소에 일체로 연결되어 상기 유성기어를 내장하는 프론트 커버;
    상기 출력축의 회전 속도에 따라, 상기 출력축의 회전방향에 관계없이 상기 제3 요소와 상기 고정부의 연결을 단속하도록 상기 제2 요소와 상기 제3 요소의 사이에 구비되는 록킹유닛을 포함하는 유성기어 잠금장치;
    상기 출력축 측에 구비되어 상기 프론트 커버와 결합되는 백 커버; 및
    축 방향을 기준으로 상기 제2 요소의 양측에 각각 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 각각 선택적으로 접촉되면서, 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 와전류 토크 발생부는
    상기 제1 요소에 연결되는 영구자석; 및
    상기 영구자석에 마주하게 배치되어 도전성을 가지며, 상기 제2 요소의 외주면에 힌지 연결되는 힌지 암을 통해 연결되고, 상기 출력축의 속도에 의해 제어되는 원심체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 프론트 커버의 반경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 설정된 간격으로 배치되며,
    상기 원심체는 상기 제2 요소에 탄성부재를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 영구자석은
    상기 프론트 커버의 내주면 둘레를 따라 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 록업 기구는
    축 방향을 기준으로 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 대응하여 상기 제2 요소의 양측에 각각 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 록업 플레이트;
    상기 출력축의 회전속도에 따라 발생되는 원심력에 의해 상기 힌지 암이 반경 방향 외측을 향하여 이동될 경우, 상기 록업 플레이트를 상기 프론트 커버와 상기 백 커버 측으로 각각 이동시키도록 각각의 상기 록업 플레이트와 상기 힌지 암의 사이에서 상기 힌지 암의 양측에 각각 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 롤러; 및
    각각의 상기 록업 플레이트에 대응하여 상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 장착되는 마찰부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 록업 플레이트는
    링 형상으로 형성되며, 상기 롤러에 대응하는 일면에는 상기 롤러에 구름 접촉되는 적어도 하나의 접촉부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접촉부는
    축 방향을 기준으로 상기 제2 요소를 향하는 상기 록업 플레이트의 일면에 원주방향을 따라 다수개가 이격된 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 접촉부에는
    상기 롤러에 구름 접촉되는 경사면이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 경사면은
    상기 제1 요소의 회전 중심을 향하는 하부로부터 반경방향 외측을 향하는 상부로 갈수록 폭 길이가 길어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 록업 플레이트에는 가이드 홀이 각각 형성되며,
    상기 프론트 커버 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트의 상기 가이드 홀에는 상기 제2 요소에 형성되는 가이드 돌기가 삽입되고,
    상기 백 커버 측을 향하여 배치된 상기 록업 플레이트의 상기 가이드 홀에는 상기 힌지 암을 회전 가능하게 지지하는 힌지 축의 단부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 록업 플레이트는
    상기 롤러에 의해 축 방향으로 슬라이드 이동될 경우, 각각의 상기 가이드 홀에 삽입되는 상기 가이드 돌기와 상기 힌지 축에 의해 축 방향 이동이 가이드 되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 마찰부재는
    상기 프론트 커버와 상기 백 커버에 각각 장착되는 장착 플레이트를 통해 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 장착 플레이트는
    상기 프론트 커버와 상기 백 커버의 내측면에 각각 형성되는 장착홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 마찰부재는
    상기 록업 플레이트를 향하는 상기 장착 플레이트의 일면에 원주 방향을 따라 이격되어 복수개가 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  25. 제11항에 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.
  26. 제11항에 있어서,
    상기 록킹유닛은
    상기 제3 요소에 장착되는 리엑터 하우징;
    상기 리엑터 하우징의 회전 중심에 회전 가능하게 장착되며, 상기 고정부에 연결되는 인너 레이스;
    상기 리엑터 하우징의 내부에서 상기 제2 요소를 향하는 상기 인너 레이스의 일단부에 축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 슬라이딩 부재;
    상기 리엑터 하우징의 내주면에 장착되는 제1 마찰패드;
    상기 제1 마찰패드에 대응하여 상기 슬라이딩 부재의 외주면에 장착되고, 상기 제1 마찰패드와 선택적으로 마찰 접촉되는 제2 마찰패드; 및
    상기 제2 요소와 상기 슬라이딩 부재의 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력에 의해 반경방향 내측에서 외측을 향하여 이동되면서 상기 제1, 및 제2 마찰패드의 마찰 접촉이 해제되도록 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 이동시켜 상기 제3 요소와 상기 인너 레이스의 연결을 선택적으로 해제하는 적어도 하나의 볼;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 요소에는
    상기 슬라이딩 부재를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입된 상태로 구름 접촉되도록 반경방향 내측으로부터 외측을 향하여 적어도 하나의 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재에는
    상기 안착홈에 대응하여 상기 제2 요소를 향하는 일면에 상기 볼이 일정부분 삽입되어 구름 접촉되도록 적어도 하나의 캠홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 캠홈에는
    반경방향을 기준으로 외측을 향하는 위치에 형성되며, 상기 리엑터 하우징으로부터 상기 제2 요소를 향하여 설정각도로 경사진 캠면이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 볼은
    상기 출력축의 회전속도에 따라 작용하는 원심력이 커질 경우, 상기 안착홈과 상기 캠홈에 구름 접촉된 상태로, 상기 캠면을 따라 반경방향 외측을 향하여 이동하면서, 상기 슬라이딩 부재를 상기 제2 요소의 반대방향으로 슬라이드 이동시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 인너 레이스는
    상기 리엑터 하우징의 내부로 삽입된 단부에서 상기 슬라이딩 부재가 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 결합부; 및
    축 방향을 기준으로 상기 결합부로부터 상기 리엑터 하우징의 내측면을 향하여 이격된 위치에 형성되는 플랜지부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재의 내주면에는 적어도 하나의 걸림홈이 형성되고,
    상기 결합부의 외주면에는 상기 걸림홈에 대응하여 적어도 하나의 걸림돌기가 돌출 형성되며,
    상기 결합부에 결합된 상기 슬라이딩 부재의 회전을 방지하도록 상기 걸림홈에 상기 걸림돌기가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재와 상기 플랜지부의 사이에는 상기 슬라이딩 부재에 탄성력을 제공하도록 접시 스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  34. 제1항 또는 제11항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 요소는 선기어이고,
    상기 제2 요소는 캐리어이며,
    상기 제3 요소는 링기어 인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  35. 제11항에 있어서,
    상기 와전류 토크 발생부는
    상기 제2 요소의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격되어 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터.
  36. 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 유성기어 잠금장치의 작동 제어로 상기 출력축의 회전방향에 관계없이 상기 출력축의 회전 속도에 따라 상기 제3 요소를 선택적으로 고정 제어하여 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 증배하는 제1 단계;
    상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 기어비에 의한 속도비 이상에서 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이에 구비되는 와전류 토크 발생부의 작동 제어로 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 와전류에 의하여 발생되는 와전류 토크로 동력을 전달하여 상기 제2 요소로 출력되는 토크를 전달하는 제2 단계; 및
    상기 기어비에 의한 속도비 이상인 상태에서 상기 출력축의 속도 증가에 따라 상기 제2 요소에 구비되어 상기 와전류 토크 발생부와 연동되는 록업 기구의 작동 제어로 프론트 커버와 백 커버의 축 방향 내측면에 각각 접촉되면서 상기 제1, 및 제2 요소를 직접 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직결시키는 제3 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    상기 유성기어 잠금장치의 작동으로 인해 상기 와전류 토크 발생부와 상기 록업 기구를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 출력축 토크의 일부를 상기 제2 요소로 전달하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 제2 단계는
    상기 와전류 토크 발생부의 작동으로 인해, 상기 유성기어 잠금장치와 상기 록업 기구를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
  40. 제39항에 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.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 록업 기구의 작동으로 인해 상기 유성기어 잠금장치를 비작동 제어하고, 상기 와전류 토크 발생부를 비작동 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터의 제어방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 록업 기구의 작동, 상기 유성기어 잠금장치의 비작동, 및 상기 와전류 토크 발생부의 비작동으로 인해 상기 입력축과 상기 출력축의 회전속도가 1:1이 되도록 상기 입력축과 상기 출력축을 직결하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 건식 토크 컨버터 제어방법.
PCT/KR2019/015377 2019-03-22 2019-11-12 유성기어 잠금장치, 이를 구비한 전기 자동차용 건식 토크 컨버터, 및 그 제어방법 WO2020197028A1 (ko)

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