WO2023239012A1 - 전기 차량용 변속장치 - Google Patents

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WO2023239012A1
WO2023239012A1 PCT/KR2023/002342 KR2023002342W WO2023239012A1 WO 2023239012 A1 WO2023239012 A1 WO 2023239012A1 KR 2023002342 W KR2023002342 W KR 2023002342W WO 2023239012 A1 WO2023239012 A1 WO 2023239012A1
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clutch
carrier
gear
ring gear
clutch housing
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PCT/KR2023/002342
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최우석
김수민
설진우
김한솔
강세형
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주식회사 브이디알
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    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/60—Gearings for reversal only

Definitions

  • the present invention relates to a transmission device for an electric vehicle, and more specifically, to a transmission device for an electric vehicle that consists of a double planetary gear set and a wet multi-plate clutch and is capable of reversing.
  • These electric vehicles include not only two-wheeled vehicles such as electric bicycles, scooters, and motorcycles, but also four-wheeled vehicles such as electric wheelchairs and cars.
  • electric vehicles use electricity as fuel, so they use electric motors as a power source, making them zero-emission vehicles with no exhaust gas emissions.
  • electric motors as a power source
  • a power transmission structure in which the power of the electric motor is transmitted to the wheel in a reduced state by this reducer to drive the wheel was mainly used.
  • electric motors have the characteristic that torque varies depending on rotation speed (rpm). In other words, it has the characteristic of producing the greatest torque during initial startup, but when the amount of current is increased to compensate for the torque that drops after acceleration, the leaked heat energy increases, which has the disadvantage of lowering motor efficiency.
  • Patent No. 10-2356303 (hereinafter referred to as 'prior art document') registered by the present applicant, a 'two-speed transmission device for two-wheeled vehicles' has been proposed.
  • a two-speed transmission capable of first-speed driving and second-stage driving in which the power of the drive motor is transmitted to the wheels through the input shaft, sun gear, carrier, ring gear, and output shaft is disclosed.
  • the clutch in the first-stage driving mode, the clutch is disconnected, and the power of the drive motor is transmitted to the wheel through the input shaft -> sun gear -> planetary gear -> ring gear -> output shaft while the carrier is fixed.
  • the power of the drive motor in the two-stage driving mode, as the clutch is connected, the power of the drive motor is transmitted to the wheel through input shaft -> sun gear -> carrier -> ring gear -> output shaft.
  • the drive motor 110 when the drive motor 110 is rotated in reverse for reverse in the first-stage mode in which the clutch 260 is disconnected, the power of the drive motor 110 is transferred from the input shaft 210 to the input shaft 210. It is transmitted in the order of sun gear 220 -> planet gear 230 (230a).
  • the carrier 231 equipped with planet gear 230 (230a) receives a reaction force in the direction opposite to the rotation direction of sun gear 220. A torque is applied, and a rotational force is generated to rotate the carrier 231 in a direction opposite to the rotation direction of the sun gear 220 due to the reaction torque.
  • the rotation direction of the carrier 231 due to the reaction torque is the direction in which the one-way clutch 232 is released, and the carrier 231 rotates in the forward direction as shown in the graph below in FIG. 1, and the carrier 231 slips. Because the power of the drive motor 110 is not transmitted to the ring gear 240, the ring gear 240 is stopped and the drive motor 110 spins.
  • the conventional transmission device has a structure that does not allow reverse rotation by reverse rotation of the drive motor 110, but can be reversed by pushing, so it can be applied to two-wheeled vehicles, but has the disadvantage of being difficult to apply to four-wheeled vehicles.
  • a transmission is composed of a double planetary gear set and a wet multi-plate clutch, so that the power of the motor input through the sun gear is transmitted by the operation of the wet multi-plate clutch.
  • the purpose is to provide a transmission device for electric vehicles that enables forward driving by shifting gears and transmitting them to the wheels through the output shaft, as well as backward driving.
  • the transmission device for an electric vehicle has a first-stage forward mode in which the power of the drive motor is transmitted to the wheel through the sun gear, the planet gear of the carrier, and the ring gear by a clutch, and the power of the drive motor It is a transmission capable of forward driving including a two-speed forward mode transmitted to the wheel through the sun gear, carrier, and ring gear, wherein the clutch includes a clutch housing connected to the carrier and rotated with the carrier; A clutch friction plate provided on the inner periphery of the clutch housing to rotate with the clutch housing; A clutch disc is provided on the outer periphery of the ring gear to rotate together with the ring gear and selectively contacts the clutch friction plate to connect or block the carrier and the ring gear.
  • a dog clutch is provided to fix the carrier, and in reverse mode, while the rotation of the carrier is fixed by the dog clutch, the power generated by the reverse rotation of the drive motor is transmitted to the wheel through the input shaft, sun gear, planetary gear, ring gear, and output shaft to drive backwards. It is characterized by being capable of driving.
  • the clutch housing may be serrated or splined with the carrier so that the clutch housing can be moved in the axial direction on the carrier while the clutch housing and the carrier can be rotated as one body.
  • the double planetary gear is provided with a first planetary gear meshed with the outer periphery of the sun gear and a second planetary gear meshed with the inner periphery of the ring gear, and the first planetary gear and the second planetary gear have a gear ratio of 1:1 or a low gear ratio. It may be provided by meshing to have.
  • the clutch housing may be provided with a clutch pressure plate that is connected via a bearing to move the clutch housing, and a spring may be provided between the clutch housing and the carrier to reversely move the moved clutch housing.
  • a cylinder part having a piston that is connected to the clutch pressure plate and moves the clutch pressure plate may be provided, and a master cylinder that supplies hydraulic pressure to move the piston may be connected to the cylinder part.
  • the master cylinder is equipped with a shift motor capable of rotating forward and backward, and can be operated to draw out or draw in hydraulic pressure.
  • the shift motor has a screw shaft rotatably provided at one end of the master cylinder, and is coupled to the screw shaft to rotate the screw. It includes a moving block that converts the rotational movement of the shaft into linear movement, and the moving block may be connected to a piston rod provided in the master cylinder to linearly move the piston rod in the master cylinder.
  • Figure 1 is a diagram showing a state in which reverse is impossible in a conventional transmission device.
  • Figure 2 is an enlarged configuration diagram showing the power transmission structure of the transmission device for an electric vehicle according to the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing the reverse state of the transmission device according to the present invention in first gear mode.
  • Figure 4 is a diagram of the first gear forward mode of the transmission according to the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing a state in which the transmission device according to the present invention is shifted from the first forward mode to the second forward mode.
  • This transmission 100 includes a drive motor 110 capable of forward and reverse rotation, an input shaft 210 that is connected to the drive motor 110 and rotates forward and backward to generate rotational power accordingly, and an input shaft 210.
  • a double planetary gear set provided between the output shaft 250 and linked with the input shaft 210 to transmit the power of the input shaft 210 to the output shaft 250, and a double planetary gear set and the output shaft 250 are selectively connected to the input shaft 210.
  • a wet multi-plate clutch 260 that transmits the power of the input shaft 210 to the output shaft 250 at a reduced speed or at the same speed, and an output shaft 250 that transmits the rotational power of the input shaft 210 to the wheel 140 through a double planetary gear set. ) includes.
  • the input shaft 210, the double planetary gear set, the wet multi-plate clutch 260, and the output shaft 250 are provided in the transmission housing 200, and the transmission housing 200 is filled with oil to prevent friction between each part. It cools the operating area and reduces frictional resistance, allowing smooth shifting.
  • An input shaft 210 is through-coupled to one side of the transmission housing 200, and an output shaft 250 is through-coupled to the other side of the transmission housing 200.
  • the input shaft 210 is rotatably coupled to the transmission housing 200 via an input bearing
  • the output shaft 250 is also rotatably coupled to the transmission housing 200 via an output bearing.
  • An oil seal is provided between each of these bearings and the transmission housing 200 to seal the transmission housing 200 through which the input shaft 210 and the output shaft 250 penetrate.
  • the sun gear 220 of this planetary gear set is installed on one end of the input shaft 210 and rotates with the input shaft 210.
  • These double planetary gears 230 and 230a are planetary gears composed of a plurality of gears, including a first planetary gear 230 meshed with the outer periphery of the sun gear 220 and a first planet gear meshed with the inner periphery of the ring gear 240. It is provided with two planetary gears 230a, and the first planetary gear 230 and the second planetary gear 230a are meshed to have a gear ratio of 1:1 or a low gear ratio. Meanwhile, in this embodiment, the first and second planetary gears 230 and 230a are provided meshed with a gear ratio of 1:1 as an example.
  • a plurality of double planetary gears 230 (230a) are all connected to one carrier 231, which will be described later, and each double planetary gear 230 (230a) rotates separately in the carrier 231 ( (rotation) is available in combination.
  • the carrier 231 as described above is provided with a one-way clutch 232 that rotates the carrier 231 in the forward direction (forward travel direction) and restrains the carrier 231 from rotating in the reverse direction (backward travel direction). Since this one-way clutch 232 is a technology widely known in various forms, detailed description thereof will be omitted.
  • serrations 231a are formed on the outer peripheral surface of the carrier 231 in its axial direction, and a clutch housing 261 and a serration 261a, which will be described later, are coupled to the serrations 231a of the carrier 231. and is provided.
  • the ring gear 240 is provided in a state in which the second planetary gear 230a of the double planetary gears 230 and 230a provided between the sun gear 220 is engaged and inscribed on its inner circumference.
  • the clutch housing 261 having the clutch friction plate 262 as described above is moved linearly toward the carrier 231 by the clutch pressure plate 282, which will be described later, which moves in the axial direction within the transmission housing 200, and the spring ( 266), it is moved in a straight line in the opposite direction, that is, away from the carrier 231.
  • a shift motor 300 controlled by a controller and a master cylinder 330 that is connected and operated by a link means to the shift motor 300, and within the transmission housing 200 is a master cylinder ( A piston 281 is provided that moves linearly by hydraulic pressure discharged from 330).
  • Such a cylinder unit 280 is equipped with a hydraulic sensor to detect the hydraulic pressure acting on the cylinder unit 280, and accordingly, the controller can control the hydraulic pressure through the shift motor 300 and the master cylinder 330. There will be.
  • the spring 266 that reversely moves the clutch pressure plate 282 as described above is composed of a compression coil spring provided between the clutch housing 261 and the carrier 231.
  • the master cylinder 330 as described above is operated by being connected to a shift motor 300 capable of forward and reverse rotation through a link means, and the link means is a screw shaft ( 310) and a moving block 320 that is screwed to the screw shaft 310 and moves in a straight line by converting the rotational movement of the screw shaft 310 into linear motion.
  • the shift motor 300 is equipped with an encoder, that is, a position sensor (not shown), that detects the rotation of the screw shaft 310, and the piston rod 331 of the master cylinder 330 is connected to the moving block 320. It is provided.
  • the moving block 320 moves in a direction away from the motor body on the screw shaft 310, which rotates forward, and when the shift motor 300 is driven in the reverse direction, the screw shaft (310) rotates in the reverse direction.
  • the moving block 320 moves in a direction closer to the motor body and moves the piston rod 331 of the master cylinder 330 in a straight line.
  • the power of the drive motor 110 is transmitted to the input shaft 210, the sun gear 220, the planetary gear 230, the ring gear 240, and the output shaft (
  • the first-stage driving transmitted to the wheel 140 through 250 and the power of the drive motor 110 are transmitted to the input shaft 210, sun gear 220, carrier 231, ring gear 240, and output shaft 250.
  • two-stage driving is possible, which is transmitted to the wheel 140.
  • the dog clutches 290 provided in the transmission housing 200 and the clutch housing 261 are unit dog clutches that correspond to each other, and in this embodiment, the dog clutches of the transmission housing 200 and the clutch housing 261 ( 290), the same drawing numbers will be assigned.
  • the clutch housing 261 moves toward the cylinder unit 280 due to the action of the shift motor 300, the master cylinder 330, and the spring 266, and is connected to the dog clutch 290.
  • the carrier 231 is fixed in a non-rotatable state, and the backward power due to reverse rotation of the drive motor 110 is input shaft 210 -> sun gear 220 -> planetary gear 230 (230a) - > Ring gear 240 -> It is transmitted through the output shaft 250 to reverse rotation of the wheel 140, resulting in backward travel.
  • the power of the drive motor 110 is transmitted as is to the input shaft 210, and the power of the input shaft 210 is connected to the sun gear 220 and the double planetary gear 230 (230a) as shown in the left drawing of FIG. 4. , is transmitted to the output shaft 250 through the ring gear 240, and the power transmitted to the output shaft 250 is output in a reduced state through the reduction gear 253 to rotate the wheel 140 at reduced speed.
  • the clutch housing 261 rotates integrally with the ring gear 240, and at this time, the carrier 231 locks the one-way clutch 232. As this is released and rotated in the forward direction, the carrier 231 begins to rotate in the same forward direction as the sun gear 220, and the rotational speed of the ring gear 240 gradually increases as shown in the upper and lower right drawings of FIG. 5. You can.
  • the power of the input shaft 210 is transmitted as is to the ring gear 240 by the carrier 231 by the wet multi-plate clutch 260, and the output shaft ( It is output to the wheel 140 through 250).
  • the power of the input shaft 210 is directly transmitted from the sun gear 220 to the ring gear 240 by the carrier 231, so that the sun gear 220 and the ring gear 240 operate at the same speed.
  • the double planet gears 230 and 230a only rotate along the outer periphery of the sun gear 220 while their rotation is stopped, and the ring gear 240 moves to the upper right and upper right corners of FIG. 6. As shown in the lower drawing, it rotates at the same speed as the sun gear 220 and transmits its power to the wheel 140 through the output shaft 250, so that the wheel 140 rotates faster than the first gear.

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Abstract

본 발명은 전기 차량용 변속장치에 관한 것으로, 클러치에 의해 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어의 유성기어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 1단 전진 모드와, 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 2단 전진 모드를 포함하여 전진 주행 가능한 변속장치로서, 클러치는 캐리어에 연결되어 캐리어와 같이 회전되는 클러치하우징; 클러치하우징의 내주에서 클러치하우징과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판; 링기어의 외주에서 링기어와 같이 회전되게 구비되는 한편 클러치마찰판과 선택적으로 접촉되어 캐리어와 링기어를 연결하거나 차단시키는 클러치디스크;를 포함하고, 변속장치에는 후진 모드시 클러치하우징과 결합되어 캐리어를 고정시키는 도그클러치가 구비되어, 후진 모드시 도그클러치에 의해 캐리어의 회전이 고정된 상태에서 구동모터의 역회전에 의한 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되어 후진 주행이 가능한 변속장치를 제공한다.

Description

전기 차량용 변속장치
본 발명은 전기 차량용 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더블 유성기어 세트와 습식 다판클러치로 변속기를 구성함과 더불어 후진 가능한 전기 차량용 변속장치에 관한 것이다.
최근 차량의 배기가스로 인한 대기오염 및 지구 온난화와 같은 피해로 인한 지구환경 보호와 에너지 자원의 고갈에 따른 에너지 절약 정책이 추진되고 있으며, 이러한 점을 해결하고자 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 연료전지 전기 자동차와 같은 친환경 차량에 대한 관심이 증대되고 있다.
이러한 전기 자동차는 전동 자전거, 스쿠터, 오토바이 등과 같은 이륜차 뿐만 아니라 전동 휠체어, 자동차 등과 같은 사륜차를 모두 포함한다.
특히, 전기 자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하므로 동력원으로 전기 모터를 사용함으로써 배기가스의 배출이 전혀 없는 무공해 차량으로, 초기에는 전기 모터에서 출력되는 동력을 감속시키기 위한 감속기가 구비되었고, 이 감속기에 의해 전기 모터의 동력이 감속된 상태로 휠로 전달되어 휠을 구동시키는 동력전달구조가 주로 사용되었다.
그런데, 전기 모터는 회전속도(rpm)에 따라 토오크가 달라지는 특성이 있다. 즉, 초기 기동 때 가장 큰 토오크를 내는 특성이 있는데, 가속 이후 떨어지는 토오크를 보상하기 위해 전류량을 증가시키는 경우, 누수되는 열에너지가 증가하게 되므로 모터 효율이 떨어지게 되는 단점이 있다.
이에, 최근에는 전기 자동차에 변속장치를 장착하여 전기 모터로부터의 동력을 보다 효율적으로 휠로 전달하도록 하여, 전기 자동차의 주행 거리를 연장시키고 구동 성능을 향상시키는 변속 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이와 같이 전기 자동차에 감속기를 대신하여 구성되는 변속 시스템에는 모터를 최대한 효율적으로 운전할 수 있는 2단 변속장치가 널리 사용되고 있다.
한편, 본 출원인에 의해 특허 등록된 등록특허 제10-2356303호(이하 '선행기술문헌'이라 한다)에서는 '이륜 차량용 2단 변속장치'가 제안된 바 있다.
이러한 선행기술문헌에는 구동모터에 의해 정.역회전되는 입력축; 입력축과 같이 회전되게 구비되는 선기어; 선기어의 외주와 이격되게 구비되는 링기어; 선기어와 링기어 사이에 구비되어 선기어와 링기어에 각각 치합되는 다수의 더블 유성기어; 다수의 더블 유성기어에 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어; 캐리어에 구비되어 캐리어를 일방향으로만 회전시키는 원웨이클러치; 캐리어에 연결되어 캐리어와 링기어의 동력을 연결하거나 차단하면서 변속하는 클러치; 링기어에 연결되어 링기어와 같이 회전되면서 입력축의 회전 동력을 휠에 전달하는 출력축;을 포함하여, 클러치에 의해 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 1단 주행과, 구동모터의 동력이 입력축, 선기어, 캐리어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되는 2단 주행이 가능한 2단 변속장치가 개시되어 있다.
이와 같은 종래의 변속장치는 1단 주행모드에서는 클러치의 연결이 해제됨에 따라 캐리어가 고정된 상태에서 구동모터의 동력이 입력축 -> 선기어 -> 유성기어 -> 링기어 -> 출력축을 통해 휠에 전달되고, 2단 주행모드에서는 클러치가 연결됨에 따라 구동모터의 동력이 입력축 -> 선기어 -> 캐리어 -> 링기어 -> 출력축을 통해 휠에 전달되는 동력전달 구조를 갖는다.
하지만, 이러한 종래의 변속장치는 구동모터의 역회전시는 동력전달이 불가하여 후진이 불가하게 된다.
즉, 도 1을 참조하여 보면, 클러치(260)의 연결이 해제된 1단 모드에서 후진을 위해 구동모터(110)가 역회전될 시는 구동모터(110)의 동력이 입력축(210) -> 선기어(220) -> 유성기어(230)(230a) 순으로 전달되는데, 이 과정에서 유성기어(230)(230a)가 구비된 캐리어(231)에는 선기어(220)의 회전 방향과 반대 방향으로 반력 토오크가 작용하게 되고, 반력 토오크에 의해 캐리어(231)는 선기어(220)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되려는 회전력이 발생된다. 이때, 반력 토오크에 의한 캐리어(231)의 회전 방향은 원웨이클러치(232)가 풀리는 방향으로서 캐리어(231)는 도 1의 아래 그래프에서 보듯이 정방향으로 헛돌게 되고, 캐리어(231)의 헛돎에 의해 구동모터(110)의 동력이 링기어(240)까지 전달되지 못하므로 링기어(240)는 정지된 상태이고 구동모터(110)는 헛돌게 된다.
그리고, 클러치(260)가 연결된 2단 모드에서 후진을 위해 구동모터(110)가 역회전될 시는 구동모터(110)의 동력이 입력축(210) -> 선기어(220) -> 캐리어(231) -> 링기어(240) -> 출력축(250) 순으로 전달되는데, 이 과정에서 캐리어(231)와 링기어(240)는 클러치(260)에 의해 연결된 상태이므로 원웨이클러치(232)의 잠김 작동으로 링기어(240)의 역회전이 불가하게 되므로 후진이 불가하게 된다.
다만, 종래의 변속장치는 구동모터(110)의 역회전에 의한 후진이 불가한 구조이나, 밀어서 후진은 가능하므로 이륜 차량에는 적용 가능하지만, 4륜 차량에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
대한민국 등록특허 제10-2356303호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 더블 유성기어 세트와 습식 다판클러치로 변속기를 구성하여 선기어를 통해 입력된 모터의 동력이 습식 다판클러치의 작동에 의해 변속되어 출력축을 통해 휠로 전달하여 전진 주행이 가능하도록 함과 더불어 후진 주행 역시도 가능한 전기 차량용 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 차량용 변속장치는, 클러치에 의해 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어의 유성기어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 1단 전진 모드와, 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 2단 전진 모드를 포함하여 전진 주행 가능한 변속장치로서, 클러치는 캐리어에 연결되어 캐리어와 같이 회전되는 클러치하우징; 클러치하우징의 내주에서 클러치하우징과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판; 링기어의 외주에서 링기어와 같이 회전되게 구비되는 한편 클러치마찰판과 선택적으로 접촉되어 캐리어와 링기어를 연결하거나 차단시키는 클러치디스크;를 포함하고, 변속장치에는 후진 모드시 클러치하우징과 결합되어 캐리어를 고정시키는 도그클러치가 구비되어, 후진 모드시 도그클러치에 의해 캐리어의 회전이 고정된 상태에서 구동모터의 역회전에 의한 동력이 입력축, 선기어, 유성기어, 링기어, 출력축을 통해 휠에 전달되어 후진 주행이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 클러치하우징은 캐리어와 세레이션 또는 스플라인 결합되어 클러치하우징이 캐리어에서 축방향으로 이동되는 한편 클러치하우징과 캐리어가 일체로 회전되게 구비될 수 있다.
또한, 더블 유성기어는 선기어의 외주에 치합되는 제1 유성기어 및 링기어의 내주에 치합되는 제2 유성기어로 구비되고, 제1 유성기어와 제2 유성기어는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비될 수 있다.
이에 더하여, 클러치하우징에는 베어링을 매개로 연결되어 클러치하우징을 이동시키는 클러치압력판이 구비되고, 클러치하우징과 캐리어 사이에는 이동된 클러치하우징을 역 이동시키는 스프링이 구비될 수 있다.
게다가, 클러치압력판이 연결되어 클러치압력판을 이동시키는 피스톤을 갖는 실린더부가 구비되고, 실린더부에는 유압을 공급하여 피스톤을 이동시키는 마스터실린더가 연결되어 구비될 수 있다.
또한, 마스터실린더에는 정.역회전 가능한 변속모터가 구비되어, 유압이 인출 또는 인입되도록 작동되도록 구비될 수 있으며, 변속모터는 그 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축과, 스크류축에 결합되어 스크류축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 이동블록을 포함하고, 이동블록은 마스터실린더에 구비되는 피스톤로드와 연결되어 마스터실린더에서 피스톤로드를 직선 이동시키도록 구비될 수 있다.
본 발명의 전기 차량용 변속장치에 따르면, 모터의 동력이 더블 유성기어 세트의 선기어를 통해 입력되고, 입력된 동력이 습식 다판클러치에 의해 변속되어 링기어를 통해 출력축 및 휠로 전달되어 전진 주행이 가능하고, 후진 주행시엔 도그클러치가 캐리어의 정방향 회전을 방지하여 후진 주행이 가능함으로써 변속장치를 다양한 전기 차량에 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 변속장치에서 후진이 불가한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 차량용 변속장치의 동력전달구조를 보인 확대 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 변속장치의 1단 모드에서 후진되는 상태의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 변속장치의 1단 전진 모드 상태의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 변속장치의 1단 전진 모드에서 2단 전진 모드로 변속되는 상태의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 변속장치의 2단 전진 모드 상태의 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 전기 차량용 변속장치의 구조 및 각 변속 과정을 도시한 도면들이다.
본 발명에 따른 전기 차량용 변속장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 동력원인 구동모터(110)와 출력단인 휠(140) 사이에 더블 유성기어 세트와, 습식 다판클러치(260)가 구성된 변속기(100)로 구현된다.
특히, 본 발명에서의 변속기(100)는 전기 차량을 전진 주행시킬 뿐 아니라 후진 주행도 가능하도록 구성된다.
이러한 변속기(100)는 정.역회전이 가능한 구동모터(110)와, 구동모터(110)에 연결되어 정.역회전되면서 이에 따른 회전 동력을 발생시키는 입력축(210)과, 입력축(210)과 출력축(250) 사이에 구비되어 입력축(210)과 연동되면서 입력축(210)의 동력을 출력축(250)으로 전달하는 더블 유성기어 세트와, 더블 유성기어 세트와 출력축(250)을 선택적으로 연결시켜 입력축(210)의 동력을 출력축(250)으로 감속 또는 동일한 속도로 전달하는 습식 다판클러치(260)와, 더블 유성기어 세트를 통해 입력축(210)의 회전 동력을 휠(140)에 전달하는 출력축(250)을 포함한다.
구동모터(110)는 전기를 에너지로 사용하는 전기 모터로 구비되고, 이는 컨트롤러(미도시)에 의해 제어되어 구동된다.
즉, 구동모터(110)를 제어하기 위해서는, 구동모터(110)에 이의 회전속도를 감지하여 컨트롤러로 출력하는 속도센서(미도시)가 구비되고, 속도센서를 통해 구동모터(110)의 회전속도가 입력된 컨트롤러에서는 차량의 주행상태(즉, 주행 모드나 운전 모드)에 따라 구동모터(110)를 제어하게 된다.
그리고, 입력축(210)과, 더블 유성기어 세트, 습식 다판클러치(260), 출력축(250) 등은 변속기 하우징(200) 내에 구비되고, 변속기 하우징(200) 내에는 오일이 충진돼 있어 각 부품 간의 작동 부위를 냉각시킴과 동시에 마찰 저항을 줄여 주므로 변속이 원활히 이루어지게 된다.
이러한 변속기 하우징(200)의 일측에는 입력축(210)이 관통 결합되고, 반대편의 타측에는 출력축(250)이 관통 결합되어 구비된다.
입력축(210)은 변속기 하우징(200)에 입력단 베어링을 매개로 관통 결합되어 회전 가능하게 구비되고, 출력축(250) 역시도 변속기 하우징(200)에 출력단 베어링을 매개로 관통 결합되어 회전 가능하게 구비된다. 이러한 각각의 베어링과 변속기 하우징(200) 사이에는 오일실이 구비되어 입력축(210) 및 출력축(250)이 관통된 변속기 하우징(200)을 실링하게 된다.
이러한 입력축(210)은 그 일측부에는 구동모터(110)가 연결되고 타측부에는 더블 유성기어 세트의 선기어(220)가 구비된다.
특히, 더블 유성기어 세트는 하나의 선기어(220)와, 다수의 더블 유성기어(230)(230a), 하나의 링기어(240), 하나의 캐리어(231)를 포함한다.
즉, 더블 유성기어 세트는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력축(210)과 같이 회전되게 구비되는 선기어(220)와, 선기어(220)의 외주와 이격되게 구비되는 링기어(240)와, 선기어(220)와 링기어(240) 사이에 구비되어 선기어(220)와 링기어(240)에 각각 치합되어 구비되는 다수의 더블 유성기어(230)(230a)와, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)가 각각 회전 가능한 상태로 연결되는 캐리어(231)를 포함한다.
이러한 유성기어 세트에 구성되는 선기어(220)는 입력축(210)의 일단부에 설치되어 입력축(210)과 같이 회전되게 구비된다.
이때, 선기어(220)는 입력축(210)에 일체로 형성될 수도 있고, 또는 별개로 독립되게 형성된 후 키 결합 등과 같은 결합수단으로 고정되게 구비될 수도 있다.
그리고, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)는 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 선기어(220)를 중심으로 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 치합되는 4개의 외접 기어로 구비된다.
이러한 더블 유성기어(230)(230a)는 복수의 기어가 한 조로 구성된 유성기어로서, 선기어(220)의 외주에 치합되는 제1 유성기어(230) 및 링기어(240)의 내주에 치합되는 제2 유성기어(230a)로 구비되고, 제1 유성기어(230)와 제2 유성기어(230a)는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비된다. 한편, 본 실시예에서는 제1,2 유성기어(230)(230a)가 1:1의 기어비로 치합되어 구비된 것을 일례로 예시하여 설명한다.
따라서, 더블 유성기어(230)(230a) 중 제1 유성기어(230)는 선기어(220)의 회전에 의한 동력을 전달받아 선기어(220)와 반대 방향으로 회전(자전)되면서 선기어(220)의 외주를 따라 이동되는 공전을 하게 되고, 제2 유성기어(230a)는 제1 유성기어(230)와 링기어(240)에 치합된 상태로 제1 유성기어(230)의 회전에 의해 선기어(220)와 동일한 방향으로 회전(자전)되면서 링기어(240)의 내주를 따라 이동되는 공전을 하게 된다.
이때, 더블 유성기어(230)(230a)의 공전은 후술될 캐리어(231)에 의해 선기어(220)의 회전 방향과 동일한 방향으로는 이동되지만, 반대 방향으로는 후술될 원웨이클러치(232)에 의해 불가하게 된다.
특히, 다수의 더블 유성기어(230)(230a)는 후술될 하나의 캐리어(231)로 모두 연결되게 구비되고, 캐리어(231)에는 각각의 더블 유성기어(230)(230a)가 별개로 회전(자전) 가능하게 결합되어 구비된다.
이로써, 더블 유성기어(230)(230a)는 캐리어(231)에서 각각 회전(자전)되면서 캐리어(231)에 의해 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 원주 방향을 따라 이동되는 공전을 하게 됨으로써 캐리어(231)는 더블 유성기어(230)(230a)의 공전 방향 즉 선기어(220)와 회전 방향과 동일한 방향으로 회전된다.
한편, 상기와 같이 유성기어를 더블 유성기어(230)(230a)로 구성함으로써 협소한 구조적 한계에도 불구하고 단일 유성기어보다 낮은 기어비를 구현할 수 있으므로 단일 유성기어에 비해 동일 속도에서 구동모터(110)의 회전수가 낮아 구동모터(110)의 부하를 현저히 줄일 수 있고, 구동시 기어소음 역시도 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.
게다가, 더블 유성기어의 제1 유성기어(230)와 제2 유성기어(230a)의 기어비를 낮은 기어비로 설정하면 전술한 장점을 더욱 극대화할 수 있다. 즉, 제1 유성기어(230)를 제2 유성기어(230a)보다 큰 지름을 갖는 기어로 구비하여 낮은 기어비를 갖도록 구비할 수 있다.
또한, 캐리어(231)는 입력축(210)의 동력을 더블 유성기어(230)(230a)와 링기어(240)를 통해 출력축(250)에 감속 또는 동일한 속도로 전달하기 위한 장치로서, 그 외측 단부에는 더블 유성기어(230)(230a)가 각각 회전(자전) 가능하게 결합되어 구비된다. 즉, 캐리어(231)가 회전되는 2단을 제외한 1단 모드나 변속 모드에서는 모두 입력축(210)의 동력이 감속되어 출력축(250)으로 전달된다.
한편, 상기와 같은 캐리어(231)에는 캐리어(231)를 정방향(전진 주행 방향)으로는 회전시키고, 역방향(후진 주행 방향)의 회전은 불가하도록 구속하는 원웨이클러치(232)가 구비된다. 이러한 원웨이클러치(232)는 다양한 형태로 널리 알려져 있는 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
게다가, 캐리어(231)에는 후술될 습식 다판클러치(260)의 클러치하우징(261)이 연결되게 구비되어, 원웨이클러치(232)와 상호 작용을 하게 된다.
즉, 캐리어(231)는 1단 모드에서 선기어(220)가 정방향으로 회전됨에도 불구하고 클러치(260)의 연결이 해제돼 있으므로 회전이 정지되고, 클러치(260)가 연결되는 변속 모드 및 2단 모드에서는 캐리어(231)가 선기어(220)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전(자전)된다.
이러한 캐리어(231)는 선기어(220)의 역방향 회전시는 원웨이클러치(232)에 의해 회전 불가하게 되고, 오히려 반력 토오크의 작용으로 인해 캐리어(231)가 선기어(220)의 역방향과 반대 방향인 정방향으로 회전된다.
또한, 캐리어(231)의 외주면에는 이의 축방향으로 세레이션(231a)이 형성되고, 캐리어(231)의 세레이션(231a)에는 후술될 클러치하우징(261)과 세레이션(261a)이 세레이션 결합되어 구비된다.
그리고, 링기어(240)는 선기어(220)와의 사이에 구비되는 더블 유성기어(230)(230a) 중 제2 유성기어(230a)가 그 내주에 치합되어 내접된 상태로 구비된다.
이러한 링기어(240)에는 출력축(250)이 고정되게 연결됨으로써, 입력축(210)의 동력은 링기어(240)를 통해 출력축(250)으로 전달되어 휠(140)을 회전시키게 된다.
한편, 출력축(250)은 그 일측부에 링기어(240)가 고정되게 연결되고 타측부에는 휠(140)이 연결되게 구비됨으로써, 입력축(210)의 동력을 휠(140)에 전달하여 휠(140)을 회전시키도록 구비된다.
그리고, 출력축(250)과 휠(140) 사이에는 구동모터(110)에 의해 입력축(210)의 동력을 휠(140)에 감속 전달하기 위한 감속기어(253)가 구비된다.
게다가, 출력축(250)에는 이의 회전속도를 감지하여 컨트롤러로 출력하는 출력 속도센서(미도시)가 구비되고, 출력 속도센서를 통해 컨트롤러가 구동모터(110)를 차량의 주행상태(즉, 주행 모드)에 따라 제어하게 된다.
한편, 캐리어(231)에는 클러치 즉 습식 다판클러치(260)가 연결되어 구비되고, 습식 다판클러치(260)는 1단 모드에서는 클러치 연결이 차단(해제)되고, 변속 모드 및 2단 모드에서는 클러치가 연결되어 캐리어(231)를 선기어(220)와 동일한 방향으로 회전시키며, 이에 따라 2단 모드에서는 선기어(220)의 동력이 링기어(240)에 그대로 전달되어 선기어(220)와 동일한 속도로 출력하게 된다.
습식 다판클러치(260)는 변속기 하우징(200) 내에서 캐리어(231)에 연결되어 변속 모드 및 2단 모드에서 입력축(210)과 같이 회전되는 클러치하우징(261)과, 클러치하우징(261)의 내주에서 클러치하우징(261)과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판(262)과, 링기어(240)의 외주에서 링기어(240)와 같이 회전되게 구비되고 클러치마찰판(262)과 선택적으로 접촉되어 링기어(240)로 동력을 전달하거나 차단시키는 클러치디스크(263)를 포함한다.
클러치하우징(261)은 그 일면이 개구된 "⊂"자 형상으로 형성되고, 클러치하우징(261) 내부에는 유성기어 세트가 삽입되어 구비되며, 클러치하우징(261)의 중앙 내주면에는 세레이션(261a)이 클러치하우징(261)의 축방향을 따라 형성되고, 클러치하우징(261)의 세레이션(261a)에는 캐리어(231)의 세레이션(231a)이 세레이션 결합된다.
따라서, 클러치하우징(261)은 캐리어(231)의 외주면에 세레이션 결합되어 축방향으로는 이동되면서 캐리어(231)와 함께 일체로 회전되게 구비된다.
이러한 클러치하우징(261)의 중앙에는 입력축(210)이 관통되어 선기어(220)에 결합 고정되고, 클러치하우징(261)의 일면에는 캐리어(231)가 연결되어 고정되며, 링기어(240)의 외주와 마주하는 클러치하우징(261)의 내주에는 등간격으로 이격된 다판 구조의 클러치마찰판(262)이 고정되게 구비된다.
그리고, 링기어(240)의 외주에는 클러치마찰판(262)에 대응한 다판 구조의 클러치디스크(263)가 고정되게 구비된다.
한편, 상기와 같은 클러치마찰판(262)을 갖는 클러치하우징(261)은 변속기 하우징(200) 내에서 축방향으로 이동되는 후술될 클러치압력판(282)에 의해 캐리어(231) 측으로 직선 이동되고, 스프링(266)에 의해 반대 방향 즉 캐리어(231)에서 멀어지는 방향으로 직선 이동된다.
이를 구체적으로 설명하면, 컨트롤러에 의해 제어되는 변속모터(300)와, 변속모터(300)와 링크수단으로 연결되어 작동되는 마스터실린더(330)가 구성되고, 변속기 하우징(200) 내에는 마스터실린더(330)에서 토출되는 유압에 의해 직선 이동되는 피스톤(281)이 구비된다.
특히, 입력축(210)이 있는 변속기 하우징(200)의 내측에는 중공의 실린더부(280)가 형성되고, 실린더부(280)에는 피스톤(281)이 이동되어 출입되게 구비된다.
그리고, 실린더부(280)에서 출입되는 피스톤(281)에는 클러치압력판(282)이 릴리즈베어링(265)을 매개로 결합되어 구비됨으로써 클러치압력판(282)이 회전되어도 피스톤(281)은 회전되지 않고 클러치압력판(282)을 직선 이동시킬 수 있게 된다.
이때, 실린더부(280)에는 유압이 인입 및 인출되는 하나의 포트만이 구비되어, 마스터실린더(330)에 의한 유압의 공급시는 피스톤(281)이 인출되면서 클러치압력판(282)을 통해 클러치하우징(261)을 전진 이동시켜 클러치마찰판(262)을 클러치디스크(263)에 접촉시키고, 후술될 스프링(266)에 의한 클러치압력판(282)의 역 이동시는 실린더부(280) 내의 유압이 배출되어 마스터실린더(330)로 공급된다.
이에, 클러치압력판(282)을 밀고 있던 가압력이 해제됨에 따라 클러치마찰판(262)은 클러치디스크(263)와 밀착된 상태로 회전되는 원심력에 의해 클러치디스크(263)에서 자연적으로 분리되어 동력전달이 차단된다.
이와 같은 실린더부(280)에는 유압센서가 구비되어 실린더부(280)에 작용하는 유압을 감지할 수 있고, 이에 따라 컨트롤러가 변속모터(300) 및 마스터실린더(330)를 통해 유압을 제어할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 클러치압력판(282)을 역 이동시키는 스프링(266)은 클러치하우징(261)과 캐리어(231) 사이에 구비되는 압축 코일스프링으로 구성된다.
따라서, 피스톤(281)에 의한 클러치압력판(282)의 이동시는 스프링(266)이 클리치하우징(261)과 캐리어(231) 사이에서 압축되고, 스프링(266)의 인장시는 역 이동되는 클러치하우징(261)에 의해 이동돼 있던 클러치압력판(282)이 반대 방향으로 이동된다.
그리고, 마스터실린더(330)는 그 일측에 피스톤로드(331)가 출입되게 구비되고, 타측에는 실린더부(280)의 포트와 유압호스로 연결되는 포트가 구비된다.
이에 따라, 피스톤로드(331)가 마스터실린더(330) 내로 인입되면 마스터실린더(330) 내의 유압이 실린더부(280)로 공급되어 피스톤(281)을 인출시키게 되고, 피스톤로드(331)가 마스터실린더(330)에서 인출되면 피스톤(281)을 이동시킨 압력이 해제됨과 동시에 스프링(266)의 인장력에 의해 피스톤(281)이 실린더부(280) 내로 인입되면서 실린더부(280) 내의 유압이 마스터실린더(330) 측으로 리턴 공급된다.
한편, 상기와 같은 마스터실린더(330)는 정.역회전 가능한 변속모터(300)와 링크수단으로 연결되어 작동되는 바, 링크수단은 변속모터(300)의 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축(310)과, 스크류축(310)에 나사 결합되어 스크류축(310)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 직선 이동되는 이동블록(320)을 포함한다.
그리고, 변속모터(300)에는 스크류축(310)의 회전을 감지하는 엔코더 즉 위치센서(미도시)가 구비되고, 이동블록(320)에는 마스터실린더(330)의 피스톤로드(331)가 연결되어 구비된다.
이로써, 변속모터(300)의 정방향 구동시엔 정회전되는 스크류축(310)에서 이동블록(320)이 모터 본체와 먼 방향으로 이동되고, 변속모터(300)의 역 구동시엔 역회전되는 스크류축(310)에서 이동블록(320)이 모터 본체에 근접되는 방향으로 이동되면서 마스터실린더(330)의 피스톤로드(331)를 직선 이동시키게 된다.
따라서, 상기와 같은 변속기(100)는 습식 다판클러치(260)에 의해 구동모터(110)의 동력이 입력축(210), 선기어(220), 유성기어(230), 링기어(240), 출력축(250)을 통해 휠(140)에 전달되는 1단 주행과, 구동모터(110)의 동력이 입력축(210), 선기어(220), 캐리어(231), 링기어(240), 출력축(250)을 통해 휠(140)에 전달되는 2단 주행이 가능하게 된다.
한편, 변속기 하우징(200) 내에는 도 2 및 도 3에서와 같이 도그클러치(290)가 고정되어 구비되고, 클러치하우징(261)의 외주면에도 변속기 하우징(200)의 도그클러치(290)에 대응한 도그클러치(290)가 구비된다.
여기서, 변속기 하우징(200) 및 클러치하우징(261)에 각각 구비되는 도그클러치(290)는 서로 대응되는 단위 도그클러치로서, 본 실시예에서는 변속기 하우징(200) 및 클러치하우징(261)의 도그클러치(290)를 설명함에 있어 동일한 도면번호를 부여하여 설명하기로 한다.
이러한 도그클러치(290)에는 스프링(266)에 의해 역 이동되는 클러치하우징(261)이 체결되어 결합되고, 이러한 클러치하우징(261)의 체결과정은 도 3에 도시된 바와 같이 1단 주행 모드에서 후진 모드로의 변속시 이루어지게 된다.
따라서, 도그클러치(290)에 클러치하우징(261)이 체결되어 결합되면, 반력 토오크에 의한 캐리어(231)의 반대 회전이 차단되어 고정됨으로써 후진이 가능하게 된다.
즉, 변속기(100)의 후진 모드시 변속모터(300)와 마스터실린더(330) 및 스프링(266)의 작용으로 인해 클러치하우징(261)이 실린더부(280) 측으로 이동되면서 도그클러치(290)에 체결됨에 따라 캐리어(231)가 회전 불가한 상태로 고정되고, 구동모터(110)의 역회전에 의한 후진 동력이 입력축(210) -> 선기어(220) -> 유성기어(230)(230a) -> 링기어(240) -> 출력축(250)을 통해 휠(140)의 역회전으로 전달되어 후진 주행이 이루어지게 된다.
이때, 선기어(220)의 역회전에 의해 캐리어(231)에는 반력 토오크에 의한 반대 방향(원웨이클러치(232)가 풀리는 방향)으로의 회전력이 발생될 수 있으나, 도그클러치(290)에 체결된 클러치하우징(261)에 의해 캐리어(231)가 회전 불가한 상태로 고정되기 때문에 고정된 캐리어(231)를 기준으로 링기어(240)가 역회전되어 후진이 이루어지게 된다.
그리고, 클러치(260)가 연결된 2단 주행 모드에서는 선기어(220), 캐리어(231), 링기어(240)가 모두 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전되는 상태로서, 이 상태에서 후진을 위해 구동모터(110)가 역회전될 시는 원웨이클러치(232)에 의해 캐리어(231)의 역회전(후진으로의 회전)이 불가하므로 인해 후진 주행은 불가하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 전기 차량용 변속장치의 작동관계를 설명한다.
먼저, 변속기(100)에 의한 1단 주행은 도 4에 도시된 바와 같이, 습식 다판클러치(260)에 의해 클러치마찰판(262)과 클러치디스크(263)가 분리된 상태로서 캐리어(231)와 링기어(240)는 동력 전달이 차단된 상태가 된다.
이 상태에서 구동모터(110)의 동력은 입력축(210)으로 그대로 전달되고, 입력축(210)의 동력은 도 4의 왼쪽 도면에서와 같이 선기어(220)와, 더블 유성기어(230)(230a), 링기어(240)를 통해 출력축(250)으로 전달되며, 출력축(250)으로 전달된 동력은 감속기어(253)를 통해 감속된 상태로 출력되어 휠(140)을 감속 회전시키게 된다.
이때, 클러치(260)의 클러치마찰판(262)과 클러치디스크(263)가 분리되어 동력 전달이 차단된 상태이므로 입력축(210)의 동력이 선기어(220)를 통해 링기어(240)로 전달될 때, 더블 유성기어(230)(230a)는 서로 반대되는 방향으로 회전(자전)되면서 링기어(240)를 회전시키지만, 캐리어(231)는 도 4의 오른쪽 하부 도면에서와 같이 무부하 상태로서 회전되지 않고 정지된 상태를 유지하게 된다.
즉, 더블 유성기어(230)(230a)는 캐리어(231)에 의해 선기어(220)와 링기어(240) 사이에서 공전이 정지된 상태로서 서로 반대 방향으로 자전된다. 더블 유성기어(230)(230a) 중 제1 유성기어(230)는 도 4의 오른쪽 상부 도면에서와 같이 선기어(220)에 의해 반시계 방향으로 회전되고, 제2 유성기어(230a)는 제1 유성기어(230)에 의해 시계 방향으로 회전되면서 링기어(240)를 선기어(220)와 동일한 시계 방향(정방향)으로 회전시키게 되며, 이때 링기어(240)는 더블 유성기어(230)(230a)에 의해 감속 회전된다.
한편, 상기와 같은 1단 주행 모드 상태에서 후진 모드로의 변속이 가능하게 된다.
즉, 변속모터(300)에 의한 스크류축(310)의 역회전에 의해 이동블록(320)이 변속모터(300) 측으로 이동되어 오면, 실린더부(280) 내의 유압이 마스터실린더(330) 내로 유입되면서 실린더부(280)의 피스톤(281)이 실린더부(280) 내로 인입됨과 동시에 클러치하우징(261)과 캐리어(231) 사이에서 압축돼 있던 스프링(266)이 인장되면서 클러치하우징(261)을 입력축(210) 측으로 이동시키게 된다.
그러면, 클러치하우징(261)이 입력축(210) 측으로 이동되면서 도 3에서와 같이 변속기 하우징(200)에 고정된 도그클러치(290)에 체결되어 결합됨으로써 클러치하우징(261)과 이에 세레이션 결합된 캐리어(231)는 회전 불가한 상태로 고정된다.
이 상태에서 구동모터(110)가 역회전되면, 구동모터(110)의 후진 동력이 입력축(210) -> 선기어(220) -> 유성기어(230)(230a) -> 링기어(240) -> 출력축(250)을 통해 휠(140)의 역회전으로 전달되어 후진 주행이 이루어지게 된다.
이때, 캐리어(231)는 도그클러치(290)에 체결된 클러치하우징(261)에 의해 회전 불가한 상태로 고정돼 있기 때문에, 캐리어에서 자전되는 더블 유성기어(230)(230a)에 의해 링기어(240)가 역회전되어 후진이 이루어지게 된다.
이후, 1단 모드에서 2단 모드로의 변속시는 도 5의 왼쪽 도면에서와 같이, 마스터실린더(330)에 의해 실린더부(280)의 피스톤(281)이 인출되는 방향으로 이동되면서 클러치압력판(282)을 밀어 전진 이동시키게 된다.
그러면, 클러치압력판(282)이 클러치하우징(261)에 접한 상태로 클러치하우징(261)을 캐리어(231)와의 세레이션 결합을 통해 캐리어(231)의 외주에서 전진 이동시키게 되고, 전진 이동되는 클러치하우징(261)의 클러치마찰판(262)은 회전되는 클러치디스크(263)와 슬립되면서 접할 때까지 이동되어 밀착된다.
그리고, 클러치마찰판(262)이 회전되는 클러치디스크(263)에 밀착되면, 클러치하우징(261)이 링기어(240)와 일체로 회전되고, 이때 캐리어(231)는 원웨이클러치(232)의 잠금이 해제되는 정방향으로 회전됨에 따라 캐리어(231)가 선기어(220)와 동일한 정방향으로 회전되기 시작하면서 도 5의 오른쪽 상부 및 하부 도면에 나타난 바와 같이 링기어(240)의 회전속도가 점차 증속됨을 알 수 있다.
게다가, 이러한 변속과정에서 발생되는 클러치마찰판(262)과 클러치디스크(263)의 슬립 현상과 더불어 더블 유성기어비에 의해 선기어(220)의 외주를 따라 공전되는 더블 유성기어(230)(230a)의 자전속도는 점차 감속된다.
따라서, 상기와 같은 변속과정에서 클러치마찰판(262)과 클러치디스크(263) 간의 슬립 토오크는 발생되지만, 토오크 단절로 인한 동력 단절은 완전히 방지되므로 안정적인 동력전달이 가능하게 된다.
이후, 2단 변속 후에는 더블 유성기어(230)(230a)의 자전은 완전히 정지되고 공전만 이루어지는 상태가 된다.
이와 같이 2단으로 변속된 후에는 도 6의 왼쪽 도면에서와 같이, 습식 다판클러치(260)에 의해 입력축(210)의 동력이 캐리어(231)에 의해 링기어(240)로 그대로 전달되어 출력축(250)을 통해 휠(140)로 출력된다.
따라서, 2단으로의 변속 후에는 입력축(210)의 동력이 캐리어(231)에 의해 선기어(220)에서 링기어(240)로 그대로 전달되어 선기어(220)와 링기어(240)가 동일한 속도와 방향으로 회전됨에 따라 더블 유성기어(230)(230a)는 자전이 정지된 상태로 선기어(220)의 외주를 따라 이동되는 공전만 이루어지게 되고, 이에 링기어(240)는 도 6의 오른쪽 상부 및 하부 도면에 나타난 바와 같이 선기어(220)와 동일한 속도로 회전되면서 이의 동력을 출력축(250)을 통해 휠(140)로 전달하게 됨으로써 휠(140)은 1단보다 빠른 회전 주행을 하게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
(부호의 설명)
100 : 변속기 110 : 구동모터
140 : 휠 200 : 변속기 하우징
210 : 입력축 220 : 선기어
230,230a : 유성기어 231 : 캐리어
231a : 세레이션 232 : 원웨이클러치
240 : 링기어 250 : 출력축
253 : 감속기어 260 : 클러치
261 : 클러치하우징 261a : 세레이션
262 : 클러치마찰판 263 : 클러치디스크
265 : 릴리즈베어링 266 : 스프링
280 : 실린더부 281 : 피스톤
282 : 클러치압력판 290 : 도그클러치
300 : 변속모터 310 : 스크류축
320 : 이동블록 330 : 마스터실린더
331 : 피스톤로드

Claims (7)

  1. 클러치에 의해 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어의 유성기어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 1단 전진 모드와, 구동모터의 동력이 선기어, 캐리어, 링기어를 통해 휠에 전달되는 2단 전진 모드를 포함하여 전진 주행 가능한 변속장치로서,
    클러치는 캐리어에 연결되어 캐리어와 같이 회전되는 클러치하우징; 클러치하우징의 내주에서 클러치하우징과 같이 회전되게 구비되는 클러치마찰판; 링기어의 외주에서 링기어와 같이 회전되게 구비되는 한편 클러치마찰판과 선택적으로 접촉되어 캐리어와 링기어를 연결하거나 차단시키는 클러치디스크;를 포함하고,
    변속장치에는 후진 모드시 클러치하우징과 결합되어 캐리어를 고정시키는 도그클러치가 구비되어,
    후진 모드시 도그클러치에 의해 캐리어의 회전이 고정된 상태에서 구동모터의 역회전에 의한 동력이 선기어, 유성기어, 링기어를 통해 휠에 전달되어 후진 주행이 가능한 변속장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    클러치하우징은 캐리어와 세레이션 또는 스플라인 결합되어 클러치하우징이 캐리어에서 축방향으로 이동되는 한편 클러치하우징과 캐리어가 일체로 회전되게 구비되는 변속장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    더블 유성기어는 선기어의 외주에 치합되는 제1 유성기어 및 링기어의 내주에 치합되는 제2 유성기어로 구비되고,
    제1 유성기어와 제2 유성기어는 1:1의 기어비 또는 낮은 기어비를 갖도록 치합되어 구비되는 변속장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    클러치하우징에는 베어링을 매개로 연결되어 클러치하우징을 이동시키는 클러치압력판이 구비되고,
    클러치하우징과 캐리어 사이에는 이동된 클러치하우징을 역 이동시키는 스프링이 구비되는 변속장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    클러치압력판이 연결되어 클러치압력판을 이동시키는 피스톤을 갖는 실린더부가 구비되고,
    실린더부에는 유압을 공급하여 피스톤을 이동시키는 마스터실린더가 연결되어 구비되는 변속장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    마스터실린더에는 정.역회전 가능한 변속모터가 구비되어, 유압이 인출 또는 인입되도록 작동되는 변속장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    변속모터는 그 일단부에 회전되게 구비되는 스크류축과, 스크류축에 결합되어 스크류축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 이동블록을 포함하고,
    이동블록은 마스터실린더에 구비되는 피스톤로드와 연결되어 마스터실린더에서 피스톤로드를 직선 이동시키게 되는 변속장치.
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