KR102080773B1 - 차량의 관통형 헬리컬 기어구조 - Google Patents

차량의 관통형 헬리컬 기어구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력발생부로부터 발생된 동력을 액슬을 통해 다수의 바퀴로 전달하는 차량의 동력발생부 및 액슬 사이에 장착되는 기어구조에 있어서, 상기 동력발생부의 구동축과 나란하게 결합되어 회전력을 전달받는 메인샤프트, 상기 메인샤프트와 연결되어 상기 동력발생부와 인접한 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제1차동기어 및 상기 메인샤프트와 연결되어 다른 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제2차동기어를 포함하여, 에너지손실을 줄이면서도 기어 간의 물림율이 높아져 보다 내구성이 향상되는 차량의 관통형 헬리컬 기어구조에 관한 것이다.

Description

차량의 관통형 헬리컬 기어구조{THROUGH TYPE HELICAL GEAR STRUCTURE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 헬리컬 기어구조에 관한 것으로, 보다 상세히는 4륜 이상의 구동 차량에서 모터로부터 발생되는 동력이 바퀴들로 분배되도록 하는 차량의 기어구조에 관한 것이다.
자동차는 동력원에서 발생되는 동력을 통해 장착된 바퀴가 구동되어 지상에서 이동되는 차량이다. 이때 상기 자동차는 용도나 마력, 구동방식 등 여러 기준을 통해 분류된다, 이 중에서 구동방식은 바퀴가 4개인 사륜 차량의 경우, 크게 이륜구동 및 사륜구동으로 나뉠 수 있으며, 상기 이륜구동 또한 전륜구동 및 후륜구동으로 나뉠 수 있다.
일반적으로 자동차는 4개의 바퀴로 구성되며, 동력원에서 발생된 동력이 4개의 바퀴로 모두 전달되는 경우는 사륜구동, 4개 중 전방 또는 후방에 위치한 2개의 바퀴로 전달되는 경우는 이륜구동이라 정의된다. 여기서 사륜구동 방식은 4개의 바퀴 각각에 동력이 나누어지므로, 구동력이 뛰어나 주행성이 향상되는 장점이 있다. 여기서 사륜구동은 세부적으로 4개의 바퀴 각각에 1/4씩 동력이 나누어지는 방식과, 전륜 및 후륜으로 구분하여 동력을 나누는 방식과 이륜구동과 변환이 가능한 방식 등 다양한 방식을 포함할 수 있다.
이와 같은 사륜구동 차량은 한국공개특허공보 제10-2016-0045832호("드라이브라인 및 드라이브라인 제어 방법", 2016.04.27. 공개)를 포함하여 많은 문헌 상에 개시되어 있다. 이때 도 1을 참조하여 종래 사륜구동 차량을 간략히 설명하자면 다음과 같다.
도 1에서 도시된 바와 같이 종래의 사륜구동 차량(1)은 원동기(2)에서 발생되는 동력이 샤프트(3)를 통해 원동기(2)와 상대적으로 이격된 한 쌍의 바퀴(5)로 전달이 된다. 이때 상기 샤프트(3)의 단부에는 원추형의 베벨 기어(4)가 배치되어, 링기어와의 치합을 통해 상기 한 쌍의 바퀴(5)로 동력 전달이 이루어진다.
하지만 위와 같은 구조로 구성되는 사륜구동 차량은, 베벨 기어 및 링 기어 사이의 물림율이 낮아 동력손실이 높은 단점이 있다. 아울러 종래의 사균구동 차량은 원동기와 인접한 한 쌍의 바퀴로 동력을 전달하는 기어구조 및 상대적으로 이격된 다른 한 쌍의 바퀴로 동력을 전달하는 기어구조에 대해서 각각 제작 및 조립이 이루어져 하므로, 제작 비용이 과도하게 높은 문제점이 있다.
KR 10-2016-0045832 A ("드라이브라인 및 드라이브라인 제어 방법") 2016.04.27. 공개
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 동력발생부의 구동축과 나란하게 연결되는 메인샤프트 상에 나선형 헬리컬 기어가 전방 및 후방측에 각각 형성되어, 동력손실을 줄여 보다 효율적인 차량의 기어구조를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 동력발생부로부터 발생된 동력을 액슬을 통해 다수의 바퀴로 전달하는 차량의 동력발생부 및 액슬 사이에 장착되는 기어구조에 있어서, 상기 동력발생부의 구동축과 나란하게 결합되어 회전력을 전달받는 메인샤프트; 상기 메인샤프트와 연결되어 상기 동력발생부와 인접한 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제1차동기어; 및 상기 메인샤프트와 연결되어 다른 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제2차동기어;를 포함할 수 있다.
이때 상기 메인샤프트는, 일단이 상기 구동축과 결합되는 제1샤프트; 일단이 상기 제1샤프트의 타단에 결합되는 추진축; 및 일단이 상기 추진축의 타단에 결합되는 제2샤프트;를 포함하며, 상기 제1샤프트에 기어가 형성되어 상기 제1차동기어로 동력을 전달하고, 상기 제2샤프트에 기어가 형성되어 상기 제2차동기어로 동력을 전달할 수 있다.
여기서 상기 제1차동기어는, 상기 제1샤프트의 일측방향에 배치되되, 타측면에 기어 이(Gear Tooth)가 형성되어 상기 제1샤프트의 기어와 치합되는 링기어; 상기 링기어 상에 고정되어 상기 링기어의 회전 중심을 기준으로 공전 운동하는 유성기어; 및 상기 유성기어와 치합되되 바퀴의 액슬과 연결되는 태양기어;를 포함하며, 상기 태양기어는 한 쌍으로 이루어져 2개의 바퀴 각각의 액슬과 연결되되, 한 쌍의 상기 태양기어는 상기 링기어의 양측방향에 각각 배치될 수 있다.
그리고 상기 제2차동기어는, 상기 제2샤프트의 일측방향에 배치되되, 타측면에 기어 이가 형성되어 상기 제2샤프트의 기어와 치합되는 링기어; 상기 링기어 상에 고정되어 상기 링기어의 회전 중심을 기준으로 공전 운동하는 유성기어; 및 상기 유성기어와 치합되되 바퀴의 액슬과 연결되는 태양기어;를 포함하며, 상기 태양기어는 한 쌍으로 이루어져 2개의 바퀴 각각의 액슬과 연결되되, 한 쌍의 상기 태양기어는 상기 링기어의 양측방향에 각각 배치될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제1샤프트의 기어 및 제2샤프트의 기어와, 상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어와 맞물리는 상기 제1차동기어 및 제2차동기어의 기어가 헬리컬 기어(Helical Gear)인 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어는 축 방향을 따라 나선형으로 형성될 수 있다.
또한 상기 동력발생부는 모터로 구성되되, 상기 메인샤프트는 상기 동력발생부의 모터축과 나란하게 연결되되 전후방향으로 연장될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 차량 기어구조는, 동력발생부의 구동축과 나란하게 연결된 메인샤프트 상에 나선형의 헬리컬 기어가 형성되어 차동기어와의 물림율이 높아지는 장점이 있다. 이에 따라 본 발명은 내구성이 향상됨과 더불어 에너지손실 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 하나의 메인샤프트 상에 적어도 2개의 헬리컬 기어가 형성되어 프런트 및 리어 측 바퀴들에 동력을 전달할 수 있으므로, 생산 비용이 절감되고 부품의 경량화를 통해 차체무게 또한 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 사륜구동 차량의 기어구조.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사륜구동 차량의 사시도.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1차동기어를 확대한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 제1차동기어 기어케이스를 제거한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 측면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1차동기어의 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1차동기어 링기어를 제거한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 제2차동기어 기어케이스를 제거한 부분확대도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 육륜구동 차량의 사시도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량의 관통형 헬리컬 기어구조를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 것으로, 도 2는 사륜구동 차량의 사시도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 사륜구동 차량은, 동력발생부(10), 바퀴(20) 및 액슬(30)을 포함할 수 있다. 이때 상기 동력발생부(10)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 모터를 포함하여 다양한 내연기관으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 동력부(10)에서 출력되는 에너지는 기어와 액슬(30)을 거쳐 바퀴(20)로 전달될 수 있다.
여기서 본 발명의 사륜구동 차량은, 4개의 바퀴(21,22,23,24)와 상기 4개의 바퀴(21,22,23,24) 각각에 연결되는 4개의 액슬(31,32,33,34)로 구성될 수 있다. 이때 본 발명은 상기 동력발생부(10)에 인접한 두 바퀴에 대해서는 제1바퀴(21) 및 제2바퀴(22)로, 상기 제1바퀴(21) 및 제2바퀴(22) 각각에 연결되는 액슬은 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)로 명명한다. 그리고 본 발명은 상기 동력발생부(10)에 상대적으로 이격된 두 바퀴에 대해서는 제3바퀴(23) 및 제4바퀴(24)로, 상기 제3바퀴(23) 및 제4바퀴(24) 각각에 연결되는 액슬은 제3액슬(33) 및 제4액슬(34)로 명명하여 보다 명확하게 설명한다.
또한 본 발명은 기어의 회전 축을 고정하고 차체 상에 설치되는 기어케이스(40)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 기어케이스(40)는 상기 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)로 동력을 전달하는 기어가 내장되는 제1기어케이스(41) 및 상기 제3액슬(33) 및 제4액슬(34)로 동력을 전달하는 기어가 내장되는 제2기어케이스(42)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 것으로, 도 3은 도 2의 제1차동기어 부분을 확대한 도면을, 도 4는 도 3에서 제1차동기어 케이스를 제거한 도면을 각각 나타낸다.
먼저 도 3을 참조하면, 상기 제1기어케이스(41)에 내장되는 기어는 상기 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)로 동력을 전달할 수 있으며, 상기 메인샤프트(100)를 통해 다른 액슬로 동력이 전달되도록 구성될 수 있다. 도 4를 참조하여 이를 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다.
우선 상기 메인샤프트(100)는 제1샤프트(110) 및 추진축(120)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1샤프트(110)는 상기 동력발생부(10)로부터 출력되는 회전력을 전달받도록, 상기 동력발생부(10)의 구동축과 나란하게 연결될 수 있다. 그리고 상기 추진축(120)은 상기 제1샤프트(110)에 연결되어 회전력을 전달받을 수 있다.
상기 동력발생부(10)에서는 기계에너지가 구동축이 회전함으로써 출력되고, 상기 구동축의 회전력은 상기 제1샤프트(110)로 전달될 수 있다. 이때 본 발명은 상기 제1샤프트(110)의 회전력을 상기 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)로 전달하는 제1차동기어(200)를 포함할 수 있다. 여기서 본 발명은 상기 제1샤프트(110)에 기어가 형성되고, 상기 제1차동기어(200)는 상기 제1샤프트(110)의 기어가 맞물리는 링기어(210)를 포함할 수 있다.
상기 링기어(210)는 상기 제1샤프트(110)의 좌우 양측 중에서 일측 상에 배치될 수 있으며, 상기 링기어(210)의 타측면 상에는 상기 제1샤프트(110)의 기어와 치합되는 기어가 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1샤프트(110)의 회전력의 일부는 상기 링기어(210)로 분산되고, 나머지 일부는 상기 추진축(120)으로 분산되도록 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 것으로, 도 5는 도 4의 측면도를, 도 6은 제1차동기어의 사시도를, 도 7은 링기어를 제거한 도면을 각각 나타낸다.
먼저 도 5를 참조하면, 상기 동력발생부(10)의 구동축(11)과 상기 제1샤프트(110) 및 추진축(120)은 일직선 상에 나란하도록 연결되어, 출력되는 기계에너지를 통해 회전될 수 있다. 그리고 상기 제1샤프트(110)에는 기어가 형성될 수 있다. 상기 제1샤프트(110)의 기어는 전후방향(도면 상에서는 좌우방향)으로 나선형으로 권회된 나선형 기어(111)로 구성될 수 있다.
그리고 상기 구동축(11), 제1샤프트(110) 및 추진축(120)은 전후방향으로 연장되는 가상의 축을 기준으로 회전하도록 마련될 수 있으며, 상기 링기어(210)는 좌우방향(도면 상에서는 관통방향)으로 연장되는 가상의 축을 기준으로 회전될 수 있다. 이에 상기 제1샤프트(110)의 일부 외주면에 나선형 기어(111)가 형성되고 상기 링기어(210)가 상기 나선형 기어(111)에 치합되어 전후방향 중심 회전이 좌우방향 중심 회전으로 변경될 수 있다. 이때 상기 링기어(210) 및 나선형 기어(111)는 헬리컬 기어(Helical Gear)로 구성될 수 있으며, 상기 나선형 기어(111)는 웜(Worm) 형태로 구성될 수 있다.
이어 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1차동기어(200)는 상술한 제1샤프트(110)의 일측방향에 배치되되, 타측면에 기어 이(Gear Tooth)가 형성되어 상기 제1샤프트(110)의 기어와 치합되는 링기어(210), 상기 링기어(210) 상에 고정되어 상기 링기어(210)의 회전 중심을 기준으로 공전 운동하는 유성기어(220) 및 상기 유성기어(220)와 치합되되 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)과 연결되는 태양기어(230)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 유성기어(220)는 단일 또는 복수로 구성될 수 있으며, 상기 링기어(210)의 중심을 향해 기어 이가 형성될 수 있다. 그리고 상기 태양기어(230)는 한 쌍으로 형성되어 상기 제1액슬(31) 및 제2액슬(32) 각각에 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 링기어(210)의 회전력은 상기 유성기어(220)를 통해 상기 태양기어(230)로 전달할 수 있으며, 상기 태양기어(230)와 제1액슬(31) 및 제2액슬(32)로 연결된 제1바퀴(21) 및 제2바퀴(32)가 회전하여 구동될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 것으로, 도 8은 도 2의 제2차동기어 기어케이스를 제거한 부분확대도를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 상기 메인샤프트(100)는 상기 추진축(120)의 단부에 연결되는 제2샤프트(130)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 추진축(120)의 회전력은 상기 제2샤프트(130)로 전달될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제2샤프트(130)의 회전력을 상기 제3액슬(33) 및 제4액슬(34)로 전달하는 제2차동기어(300)를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2차동기어(300)는 상기 제2샤프트(130)의 일측에 배치되되 타측면에 기어 이가 형성된 링기어(310)를 포함하여 상기 제2샤프트(130) 상에 형성된 기어 이로부터 회전력을 전달받을 수 있다. 또한 도시되지는 않았으나 상기 제2차동기어 또한 유성기어 및 태양기어를 포함하여 상기 제3액슬(33) 및 제4액슬(34) 각각에 동력을 전달할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 도 9는 차량의 기어박스를 제거한 육륜구동 차량의 사시도를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 본 발명은 메인샤프트(100)의 길이조절과 상기 메인샤프트(100) 상에 형성된 헬리컬기어(G1)의 수를 조절하여 4륜구동 차량을 포함하여, 6륜구동 차량, 8륜구동 차량 및 다륜구동 차량 등 다양한 구동방식의 차량에 접목할 수 있다. 도 9의 경우에는 이에 대한 일 예로, 동력발생부(10)가 전방에 배치된 경우, 전륜(21,22) 및 후륜(23,24) 사이에 한 쌍의 추가바퀴(25,26)가 더 마련된 6륜 차량의 사시도를 나타내고 있다. 이때 본 발명은 상기 추가바퀴(25,26)의 액슬로 동력을 분배하는 제3차동기어(400)를 더 포함할 수 있으며, 상기 메인샤프트(100) 상에 형성된 헬리컬기어(G1)와 상기 제3차동기어(400)의 링기어(G2)가 서로 맞물려 동력이 전달될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 동력발생부 11 : 구동축
20 : 구동바퀴
21 : 제1바퀴 22 : 제2바퀴
23 : 제3바퀴 24 : 제4바퀴
30 : 액슬
31 : 제1액슬 32 : 제2액슬
33 : 제3액슬 34 : 제4액슬
40 : 기어케이스
41 : 제1기어케이스 42 : 제2기어케이스
100 : 메인샤프트
110 : 제1샤프트 111 : 나선형 기어
120 : 추진축
130 : 제2샤프트 131 : 나선형 기어
200 : 제1차동기어
210 : 링기어 220 : 유성기어
230 : 태양기어
300 : 제2차동기어
310 : 링기어 320 : 유성기어
330 : 태양기어

Claims (7)

  1. 동력발생부로부터 발생된 동력을 액슬을 통해 다수의 바퀴로 전달하는 차량의 동력발생부 및 액슬 사이에 장착되는 기어구조에 있어서,
    상기 동력발생부의 구동축과 나란하게 결합되어 회전력을 전달받는 메인샤프트;
    상기 메인샤프트와 연결되어 상기 동력발생부와 인접한 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제1차동기어; 및
    상기 메인샤프트와 연결되어 다른 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제2차동기어;
    를 포함하고,
    상기 메인샤프트는,
    일단이 상기 구동축과 결합되는 제1샤프트;
    일단이 상기 제1샤프트의 타단에 결합되는 추진축; 및
    일단이 상기 추진축의 타단에 결합되는 제2샤프트;
    를 포함하며,
    상기 제1샤프트에 기어가 형성되어 상기 제1차동기어로 동력을 전달하고, 상기 제2샤프트에 기어가 형성되어 상기 제2차동기어로 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1차동기어는,
    상기 제1샤프트의 일측방향에 배치되되, 타측면에 기어 이(Gear Tooth)가 형성되어 상기 제1샤프트의 기어와 치합되는 링기어;
    상기 링기어 상에 고정되어 상기 링기어의 회전 중심을 기준으로 공전 운동하는 유성기어; 및
    상기 유성기어와 치합되되 바퀴의 액슬과 연결되는 태양기어;
    를 포함하며,
    상기 태양기어는 한 쌍으로 이루어져 2개의 바퀴 각각의 액슬과 연결되되,
    한 쌍의 상기 태양기어는 상기 링기어의 양측방향에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2차동기어는,
    상기 제2샤프트의 일측방향에 배치되되, 타측면에 기어 이가 형성되어 상기 제2샤프트의 기어와 치합되는 링기어;
    상기 링기어 상에 고정되어 상기 링기어의 회전 중심을 기준으로 공전 운동하는 유성기어; 및
    상기 유성기어와 치합되되 바퀴의 액슬과 연결되는 태양기어;
    를 포함하며,
    상기 태양기어는 한 쌍으로 이루어져 2개의 바퀴 각각의 액슬과 연결되되,
    한 쌍의 상기 태양기어는 상기 링기어의 양측방향에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1샤프트의 기어 및 제2샤프트의 기어와,
    상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어와 맞물리는 상기 제1차동기어 및 제2차동기어의 기어가 헬리컬 기어(Helical Gear)인 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어는 축 방향을 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 동력발생부는 모터로 구성되되,
    상기 메인샤프트는 상기 동력발생부의 모터축과 나란하게 연결되되 전후방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 기어구조.
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