KR101601472B1

KR101601472B1 - 전기차 변속기

Info

Publication number: KR101601472B1
Application number: KR1020140109800A
Authority: KR
Inventors: 박종윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-03-09
Also published as: CN105736650A; KR20160024077A; DE102014117880A1; US20160053877A1

Abstract

본 발명은 2단의 변속비를 제공하여 전기차량의 구동성능을 보다 향상시키며, 동력 소모를 최소화하여 전기차의 연비향상 및 주행가능 거리의 증가를 도모할 수 있도록 한다.

Description

전기차 변속기{TRANSMISSION FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기모터에 의해 구동되는 전기차에서 전기모터로부터의 동력을 구동륜으로 적절히 전달하도록 하여 차량의 구동성능을 향상시킬 수 있도록 하는 변속기의 구조에 관한 기술이다.

전기차는 전기를 공급받아 구동되는 전기모터로부터 발생되는 회전력을 구동륜에 전달하여 차량의 구동이 이루어지도록 한다.

종래에는 전기모터에서 발생되는 동력을 단순한 감속기로 감속하여 구동륜을 구동하도록 하는 동력전달구조가 주로 사용되었으나, 최근에는 전기모터로부터의 동력을 보다 효율적으로 구동륜으로 전달하도록 하여, 차량의 주행가능거리를 연장하고 구동성능을 향상시키도록 하려는 노력이 이루어지고 있다.

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

KR

10-2012-0005101

A

본 발명은 2단의 변속비를 제공하여 전기차량의 구동성능을 보다 향상시키며, 동력 소모를 최소화하여 전기차의 연비향상 및 주행가능 거리의 증가를 도모할 수 있도록 한 전기차 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차 변속기는

동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축과;

상기 입력축에 평행하게 배치된 출력축과;

상기 입력축에 자유회전 가능하게 설치된 1단구동기어와;

상기 입력축에 자유회전 가능하게 설치된 2단구동기어와;

상기 출력축에 일체로 회전되게 설치되고 상기 1단구동기어와 치합되어 1단 변속비를 형성하는 1단피동기어와;

상기 출력축에 일체로 회전되게 설치되고 상기 2단구동기어와 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어와;

상기 1단구동기어 또는 2단구동기어를 상기 입력축에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 하고, 상기 연결된 각 상태를 별도의 동력소모 없이 유지할 수 있도록 구비된 제1클러치수단과;

상기 1단구동기어를 상기 입력축에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제2클러치수단과;

상기 2단구동기어를 상기 입력축에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제3클러치수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 변속기의 구성을 설명한 도면,
도 2는 도 1의 변속기가 1단 주행중인 상태를 설명한 도면,
도 3 내지 도 8은 도 2의 상태로부터 도 8의 2단 주행 상태로 변속하는 과정을 차례로 도시한 도면,
도 8은 도 1의 변속기가 2단 주행중인 상태를 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 전기차 변속기의 실시예는, 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축(IN)과; 상기 입력축(IN)에 평행하게 배치된 출력축(OUT)과; 상기 입력축(IN)에 자유회전 가능하게 설치된 1단구동기어(1)와; 상기 입력축(IN)에 자유회전 가능하게 설치된 2단구동기어(3)와; 상기 출력축(OUT)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 1단구동기어(1)와 치합되어 1단 변속비를 형성하는 1단피동기어(5)와; 상기 출력축(OUT)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 2단구동기어(3)와 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어(7)와; 상기 1단구동기어(1) 또는 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 하고, 상기 연결된 각 상태를 별도의 동력소모 없이 유지할 수 있도록 구비된 제1클러치수단(9)과; 상기 1단구동기어(1)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제2클러치수단(11)과; 상기 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제3클러치수단(13)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명 실시예는 입력축(IN)인 동력원인 전기모터(M)에 연결되어, 상기 전기모터(M)에서 발생된 동력을 전달받아 상기 1단구동기어(1) 또는 2단구동기어(3)를 회전시킴에 따라, 상기 출력축(OUT)의 1단피동기어(5) 또는 2단피동기어(7)가 구동되어 1단 변속비의 출력 또는 2단 변속비의 출력이 출력축(OUT)으로 인출되도록 구성되고, 이외에 상기 1단구동기어(1)를 상기 입력축(IN)에 연결시킬 수 있는 제2클러치수단(11)과, 상기 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결시킬 수 있는 제3클러치수단(13)이 함께 구비된 것이다.

본 실시예에서, 상기 제1클러치수단(9)은 상기 1단구동기어(1) 또는 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결한 상태에서 별도의 동력을 소모하지 않는 도그클러치로 구성된다.

즉, 상기 도그클러치는 슬리브(S)가 중립상태로부터 1단구동기어(1) 쪽으로 이동되어 1단구동기어(1)의 클러치기어(C1)에 결합되면, 1단구동기어(1)를 허브를 통해 입력축(IN)에 연결한 상태를 별도의 추가적인 동력 없이 지속적으로 유지할 수 있으며, 상기 슬리브(S)가 2단구동기어(3)의 클러치기어(C2)에 결합되면, 2단구동기어(3)를 허브를 통해 입력축(IN)에 연결한 상태를 별도의 추가적이 동력 없이 지속적으로 유지할 수 있는 것이다.

물론, 상기 제1클러치수단(9)으로는 상기 도그클러치의 기능과 더불어 동기작용을 함께 할 수 있는 싱크로기구를 사용하는 것도 가능할 것이다.

한편, 본 실시예에서, 상기 제2클러치수단(11)은 동력을 전달하는 접촉면이 원추형상으로 이루어지는 원추형클러치로 구성된다.

상기 원추형클러치는 상기 1단구동기어(1)로부터 측방으로 돌출되고 외주면이 원추면을 형성하는 메일원추체(15)와, 상기 입력축(IN)에 대하여 축방향으로 슬라이딩 가능하며 상기 메일원추체(15)의 외주면에 면접촉하도록 내주면이 원추면을 형성하는 피메일원추체(17)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같이 원추형클러치로 제2클러치수단(11)을 구성한 것은, 후술하는 바와 같이 1단에서 2단 변속시 상기 도그클러치의 슬리브(S)가 1단구동기어(1)의 클러치기어(C1)로부터 이탈되어 상기 1단구동기어(1)가 1단피동기어(5)를 통해 출력축(OUT)으로 동력을 전달하지 못하는 토크 단절 상황이 발생할 때, 원추형클러치가 대신하여 출력축(OUT)으로 지속적인 토크를 공급하도록 할 때, 상대적으로 적은 부피를 차지하면서도 큰 클러치용량으로 충분한 동력전달이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

한편, 상기 제3클러치수단(13)은 건식 디스크타입 마찰클러치로 이루어져 있는데, 이는 습식클러치에 비하여 간단한 구성과 적은 중량으로 구성이 가능하고, 작동에 소요되는 에너지의 양도 작아서, 결과적으로 전기차의 주행가능거리를 증대시키고 연비를 향상시키는 데에 기여하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 전기차 변속기의 작용을 도 2 내지 도 8을 참조하여 살펴본다.

도 2의 상태는 1속 변속단을 구현하여 전기차가 1속으로 주행하는 상황을 설명한 것으로, 차량이 정지상태에서 상기 도그클러치의 슬리브(S)를 중립상태로부터 좌측으로 이동시켜 1단구동기어(1)의 클러치기어(C1)에 결합시킨 후, 상기 전기모터(M)를 구동하면, 1단 변속단이 구현되는 것이다.

즉, 상기 전기모터(M)로부터의 동력은 상기 입력축(IN)에 설치된 허브(H)를 통해 상기 슬리브(S)를 거쳐 상기 1단구동기어(1)로 전달되고, 1단피동기어(5)로 전달되면서 변속이 이루어져서 출력축(OUT)으로 1단 출력이 인출되는 것이다.

참고로, 이 상태에서 상기 전기모터(M)를 역회전시키면, 후진단이 구현된다.

한편, 도 8의 상태는 2단 변속단이 구현되어 2단으로 주행하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 도그클러치의 슬리브(S)는 2단구동기어(3)의 클러치기어(C2)를 허브(H)와 연결한 상태로서, 상기 전기모터(M)에서 제공된 동력은 상기 2단구동기어(3)와 2단피동기어(7)를 통해 2단 변속단을 형성하여 출력축(OUT)으로 인출되게 된다.

상기한 바와 같은 도 2의 상태로부터 도 8의 상태로 변속하는 과정이 도 3 내지 도 7에 차례로 도시되어 있는 바, 이들을 살펴본다.

도 2의 상태로부터 상기 제2클러치수단(11)인 원추형클러치를 접속하여 도 3과 같은 상태가 되도록 하면, 상기 원추형클러치와 입력축(IN) 및 상기 1단구동기어(1)는 일체로 구동되면서 상기 1단피동기어(5)로 1단변속비를 형성하도록 하여 출력축(OUT)으로 인출하는 상태를 유지한다.

도 4에서는 상기 도그클러치를 해제하였는데, 이때, 상기 원추형클러치는 지속적으로 연결되어 있어서, 상기 입력축(IN)으로부터의 동력이 상기 1단구동기어(1)로 계속 전달되도록 하여 출력축(OUT)에는 지속적으로 동력이 제공되는 상태를 유지한다.

도 5에서는 2단으로의 변속을 위해 상기 제3클러치수단(13)인 건식 디스크타입 마찰클러치를 결합하기 시작하면서, 도 6과 같이 상기 원추형클러치를 해제하여, 전기모터(M)로부터의 동력은 이제 상기 제3클러치수단(13)을 통해 2단구동기어(3)로 전달되고, 다시 2단피동기어(7)를 통해 출력축(OUT)으로 인출되는 상태가 되어 실질적인 2단변속이 완료된다.

상기 도 5와 도 6의 과정에서, 상기 제3클러치수단(13)은 체결하면서, 상기 제2클러치수단(11)은 해제하여 상호 간섭은 회피하면서도 지속적으로 출력축(OUT)으로 동력이 제공되는 상태를 구현하도록 하여, 차량의 변속감을 향상시킨다.

도 7에서는 상기 도그클러치의 슬리브(S)가 상기 2단구동기어(3)의 클러치기어(C2)로 결합되도록 하고, 도 8에서 상기 제3클러치수단(13)을 해제하여, 더 이상 상기 제3클러치수단(13)을 체결상태로 유지하기 위한 동력을 소모하지 않으면서도, 상기 도그클러치에 의해 2단 변속상태가 안정적으로 유지되도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 전기차 변속기는 변속이 이루어지는 동안에만 일시적으로 상기 제2클러치수단(11) 및 제3클러치수단(13)이 작동하는 데에 동력을 소모하도록 하고, 변속이 이루어진 상태는 상기 도그클러치에 의해 별도의 동력 소모 없이 안정되게 유지하도록 함으로써, 에너지 소비를 최소화하여 차량의 주행 가능 거리를 연장시키고, 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기한 바와 같이 전기모터(M)의 동력을 2개의 변속단으로 변속하여 구동륜으로 제공할 수 있도록 함에 의해, 종래 단순한 감속기에 의해 전기모터(M)의 동력을 감속시켜서 구동륜으로 제공하던 것에 비하여, 전기모터(M)의 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 전기차의 가속 및 등판성능의 향상을 도모할 수 있다.

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

IN; 입력축
OUT; 출력축
1; 1단구동기어
3; 2단구동기어
5; 1단피동기어
7; 2단피동기어
9; 제1클러치수단
11; 제2클러치수단
13; 제3클러치수단
M; 전기모터
S; 슬리브
C1, C2; 클러치기어
15; 메일원추체
17; 피메일원추체
H; 허브

Claims

동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축(IN)과;
상기 입력축(IN)에 평행하게 배치된 출력축(OUT)과;
상기 입력축(IN)에 자유회전 가능하게 설치된 1단구동기어(1)와;
상기 입력축(IN)에 자유회전 가능하게 설치된 2단구동기어(3)와;
상기 출력축(OUT)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 1단구동기어(1)와 치합되어 1단 변속비를 형성하는 1단피동기어(5)와;
상기 출력축(OUT)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 2단구동기어(3)와 치합되어 2단 변속비를 형성하는 2단피동기어(7)와;
상기 1단구동기어(1) 또는 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 하고, 상기 연결된 각 상태를 별도의 동력소모 없이 유지할 수 있도록 구비된 제1클러치수단(9)과;
상기 1단구동기어(1)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제2클러치수단(11)과;
상기 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 제3클러치수단(13);
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1클러치수단(9)은 상기 1단구동기어(1) 또는 2단구동기어(3)를 상기 입력축(IN)에 연결한 상태에서 별도의 동력을 소모하지 않는 도그클러치로 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제2클러치수단(11)은 동력을 전달하는 접촉면이 원추형상으로 이루어지는 원추형클러치로 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 원추형클러치는
상기 1단구동기어(1)로부터 측방으로 돌출되고 외주면이 원추면을 형성하는 메일원추체(15)와;
상기 입력축(IN)에 대하여 축방향으로 슬라이딩 가능하며 상기 메일원추체(15)의 외주면에 면접촉하도록 내주면이 원추면을 형성하는 피메일원추체(17);
를 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 제3클러치수단(13)은 건식 디스크타입 마찰클러치로 이루어진 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기.