KR20190135667A - 전기자동차용 변속 시스템 - Google Patents

전기자동차용 변속 시스템 Download PDF

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KR20190135667A
KR20190135667A KR1020180060948A KR20180060948A KR20190135667A KR 20190135667 A KR20190135667 A KR 20190135667A KR 1020180060948 A KR1020180060948 A KR 1020180060948A KR 20180060948 A KR20180060948 A KR 20180060948A KR 20190135667 A KR20190135667 A KR 20190135667A
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최윤용
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드라이브텍 주식회사
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Abstract

전기자동차용 변속 시스템이 개시된다. 상기 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원, 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축, 상기 입력축에 연결되어 입력축의 회전에 따라 회전하는 링기어 캐리어, 상기 링기어 캐리어에 연결되어 링기어 캐리어의 회전에 따라 회전하는 링기어, 상기 링기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하는 유성기어, 상기 유성기어에 연결되어 유성기어 회전에 따라 회전하는 유성기어 캐리어, 상기 유성기어 캐리어에 연결되어 유성기어 캐리어와 같이 회전하는 출력축, 상기 유성기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하고 상기 출력축이 회전가능하게 상기 출력축과 연결되는 선기어, 선기어와 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동력원의 일 방향 회전력을 전달받은 입력축이 일 방향으로 회전하고 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어가 일 방향으로 회전하며 이로 인해 링기어가 일 방향 회전을 하며 링기어의 일 방향에 회전에 따라 유성기어가 일 방향과 다른 방향으로 자전하면서 상기 회전이 고정된 선기어를 따라 일 방향으로 속도가 감속되어 공전하고 감속된 일 방향의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어 전달되어 출력축이 감속된 일 방향으로 회전하면서 1단 변속이 이루어지도록 하는 1단 변속부, 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하여 상기 입력축에 전달된 동력원의 일 방향으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로, 유성기어에 전달되어 유성기어가 회전이 비고정된 선기어와 맞물려서 일 방향으로 회전하고 유성기어의 일 방향 회전력이 유성기어 캐리어를 통해 출력축에 전달되면서 2단 변속이 이루어지도록 하는 2단 변속부를 포함한다.

Description

전기자동차용 변속 시스템{SHIFT SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기자동차용 변속 시스템(Shift system for electric vehicles)에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유성기어 방식으로 1단 변속, 2단 변속 또는 후진 변속 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템에 관한 것이다.
세계적인 고유가 및 규제로 연비향상 및 친환경은 차량개발의 핵심항목이 되었다. 이에 선진 자동차 메이커들은 연비향상 및 친환경 위한 기술개발에 총력을 기울이고 있다.
이 중 대표적인 예로 전기자동차를 들 수 있다. 이하에서 전기자동차란, 전기모터를 이용하여 구동되는 자동차를 나타내는 것으로서, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기배터리 자동차 등 전기를 축적하고 이를 통해 모터를 구동하여 차량에 구동력을 전달하는 개념의 차량으로 이해될 수 있다.
일반적으로 이러한 모터를 이용한 구동방식은 모터의 회전속도를 차량의 주행속도에 맞도록 감속시켜주는 감속기를 구비한다. 감속기는 모터의 입력축에 연결된 입력축 측 기어와 차륜과 연결되는 출력축 사이에 별도의 감속비가 형성되는 기어를 더 둠으로써 모터의 입력축의 회전속도가 출력축으로 감속된 상태로 출력되도록 한다.
이러한 감속기는 대한민국 등록특허 제10-1282691호(등록일 : 2013년 07월 01일, 발명의 명칭 : 전기자동차용 2단 변속기)에 개시되어 있는데, 기어열 방식의 감속 구조를 가진다.
즉 종래 전기자동차용 2단 변속기는 기어열 방식의 감속기를 채택하고 있으며, 모터의 구동력을 이러한 감속기를 통해서 1단 변속 구동력 및 2단 변속 구동력으로 발생한다.
한편, 종래 전기자동차용 2단 변속기는 모터를 역구동함으로써 전기자동차의 후진을 구현하고 있다.
하지만, 종래 전기자동차용 2단 변속기는 기어열 방식의 감속기 구조를 채택하고 있다.
즉 기어열 방식의 감속기 구조를 채택하고 있으므로, 종래 전기자동차용 2단 변속기의 크기가 커지게 되고 무게가 증가하게 된다.
이로 인하여 기어열 방식의 감속기 구조를 채택한 전기자동차의 연비효율이 저하된다는 문제가 발생한다.
이러한 연비효율 저하에 더하여, 단순히 기어열을 하나 더 추가하는 기어열 방식을 채택하고 있어서 종래 전기자동차용 2단 변속기의 생산비용측면이나 최적화 성능설계 등에 장애요인으로 작용한다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 제10-1282691호(등록일 : 2013년 07월 01일, 발명의 명칭 : 전기자동차용 2단 변속기)가 있다.
유성기어 방식의 감속기를 채택하여서 1단 변속, 2단 변속 또는 후진 변속을 구현함으로써, 전기자동차의 연비효율을 증가하면서도 전기자동차의 생산비용을 절감할 수 있도록 한, 후진 제어가 가능한 전기자동차용 변속 시스템이 제안된다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급한 해결 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원; 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축; 상기 입력축에 연결되어 입력축의 회전에 따라 회전하는 링기어 캐리어; 상기 링기어 캐리어에 연결되어 링기어 캐리어의 회전에 따라 회전하는 링기어; 상기 링기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하는 유성기어; 상기 유성기어에 연결되어 유성기어 회전에 따라 회전하는 유성기어 캐리어; 상기 유성기어 캐리어에 연결되어 유성기어 캐리어와 같이 회전하는 출력축; 상기 유성기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하고 상기 출력축이 회전가능하게 상기 출력축과 연결되는 선기어; 선기어와 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동력원의 일 방향 회전력을 전달받은 입력축이 일 방향으로 회전하고 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어가 일 방향으로 회전하며 이로 인해 링기어가 일 방향 회전을 하며 링기어의 일 방향에 회전에 따라 유성기어가 일 방향과 다른 방향으로 자전하면서 상기 회전이 고정된 선기어를 따라 일 방향으로 속도가 감속되어 공전하고 감속된 일 방향의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어 전달되어 출력축이 감속된 일 방향으로 회전하면서 1단 변속이 이루어지도록 하는 1단 변속부; 및 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하여 상기 입력축에 전달된 동력원의 일 방향으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로, 유성기어에 전달되어 유성기어가 회전이 비고정된 선기어와 맞물려서 일 방향으로 회전하고 유성기어의 일 방향 회전력이 유성기어 캐리어를 통해 출력축에 전달되면서 2단 변속이 이루어지도록 하는 2단 변속부를 포함한다.
1단 변속시, 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부가 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 비결합하며, 2단 변속시, 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하며 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부를 비결합되도록 하는 변속 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 변속 제어부는, 후진 변속시, 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부가 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 비결합한 상태에서 동력원을 제어하여 동력원의 다른 방향의 회전력이 입력축에 전달되게 하거나,
또는 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하며 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부를 비결합되도록 한 상태에서 동력원을 제어하여 동력원의 다른 방향의 회전력이 입력축에 전달되게 할 수 있다.
상기 1단 변속부는, 선기어에 고정 연결된 슬리브 가이드; 상기 슬리브 가이드와 이격되어 설치되는 고정 슬리브 가이드; 고정 슬리브 가이드 상에서 슬라이딩 이동되어 슬리브 가이드에 결합 또는 결합해제되는 1단변속 슬리브; 1단변속 슬리브와 회전가능하게 연결되어 있는 1단변속 포크; 1단변속 포크가 직선 이동 가능하게 1단변속 포크와 연결된 1단변속 포크 구동축; 및 1단변속 포크 구동축을 회전시키는 1단변속 액추에이터 모터를 포함할 수 있다.
상기 2단 변속부는, 유성기어 캐리어에 고정된 2단변속 허브; 2단변속 허브 상에서 슬라이딩 이동되어 링기어 캐리어에 결합 또는 결합 해제되는 2단변속 슬리브; 2단변속 슬리브와 회전가능하게 연결되어 있는 2단 변속 포크; 2단 변속 포크가 직선 이동 가능하게 2단변속 포크와 연결된 2단변속 포크 구동축; 및 2단변속 포크 구동축을 회전시키는 2단변속 액추에이터 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템에 따르면, 유성기어 방식의 감속기를 채택하여서 전진 및 후진 변속을 구현함으로써, 전기자동차의 연비효율을 증가하면서도 전기자동차의 생산비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 구성으로, 1단 변속 동작 상태 및 1단 변속을 통한 후진 변속 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 2단 변속 동작 상태 및 2단 변속 동작을 통한 후진 변속 동작 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 동력을 제공하는 동력원(100), 동력원(100)으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축(102), 입력축(102)에 연결된 링기어 캐리어(104), 링기어 캐리어(104)에 연결된 링기어(106), 링기어(106)의 내측에 맞물려 설치되어 회전하는 유성기어(108), 유성기어(108)에 연결된 유성기어 캐리어(112), 유성기어 캐리어(112)에 축 연결된 출력축(114), 유성기어(108)의 내측에 맞물려 설치되어 회전하고 출력축(114)이 회전가능하게 출력축(114)과 연결되는 선기어(110), 선기어(110)와 결합하여 선기어(110)의 회전을 고정하여서 동력원(100)의 일 방향 회전력이 입력축(102), 회전이 비고정된 링기어 캐리어(104), 링기어(108), 유성기어(108), 회전이 비고정된 유성기어 캐리어(112)를 통해 감속되어 출력축(114)에 전달되어 출력축(114)이 일 방향으로 회전되도록 하여서 1단 변속이 이루어지도록 하는 1단 변속부(220)와, 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여, 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하여 입력축(102)에 전달된 동력원의 일 방향 회전력이 감속되지 않으면서 방향이 바뀌지 않은 상태로, 출력축(114)에 전달되어 2단 변속이 이루어지도록 하는 2단 변속부(300)를 포함한다.
전기자동차에 동력을 제공하는 동력원(100)은 전기의 공급으로 동작되는 전기모터일 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 동력원(100)은 전기모터와 다른 동력장치를 동시에 사용할 수도 있다. 전기모터의 동작으로 입력축(102)이 회전되어 링기어 캐리어(104)를 회전시킨다.
링기어 캐리어(104)는 동력원(100)의 회전력을 전달받는 입력축(102)에 직접 연결되거나 또는 다른 링크부재를 통해 연결될 수 있다.
링기어(106)는 링기어 캐리어(104)에 연결되어 링기어 캐리어(104)의 회전에 따라 회전을 한다.
유성기어(108)는 링기어(106)의 내측에 맞물려 설치되어 회전한다.
이때, 선기어(110)의 외측과 치합되는 유성기어(108)는 설정된 간격으로 이격되어 선기어(108)의 외측에 복수로 설치될 수 있다. 유성기어(108)는 선기어(110)의 외측에 맞물려서 자전을 하는 동시에 선기어(110)의 외측을 따라 이동하는 공전을 한다. 자전 방향과 공전 방향은 서로 상이하다.
유성기어 캐리어(112)는 유성기어(108)에 연결되어 유성기어(108) 회전에 따라 회전한다. 이때 유성기어 캐리어(112)은 유성기어(108)에 직접 연결될 수도 있거나 또는 다른 링크부재를 통해 연결될 수 있다.
출력축(114)은 유성기어 캐리어(112)에 연결되어 유성기어 캐리어(112)와 같이 회전한다. 이때 출력축(114)은 유성기어 캐리어(112)에 직접 연결되거나 또는 다른 링크부재를 통해 연결될 수 있다.
선기어(110)는 유성기어(108)의 내측에 맞물려 설치되어 회전하고 출력축(114)이 회전가능하게 출력축(114)과 연결된다.
이때, 선기어(110)는 베어링 등과 같은 회전수단으로 출력축(114)과 연결될 수 있다.
1단 변속부(200)는 선기어(110)와 결합하여 선기어(110)의 회전을 고정하고, 선기어(110)의 회전이 고정된 상태에서 1단 변속이 이루어지도록 한다.
즉 선기어(110)의 회전이 고정된 상태에서 동력원(100)의 일 방향 회전력을 전달받은 입력축(102)이 일 방향으로 회전하고 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어(104)가 일 방향으로 회전하고 이로 인해 링기어 캐리어(104)에 연결된 링기어(106)가 일 방향으로 회전한다. 이에 링기어(106)의 일 방향 회전에 따라 유성기어(108)는 일 방향과 다른 방향으로 자전하게 된다. 이 자전으로 인하여 상기 링기어(106)의 일 방향 회전속도의 감속이 이루어지게 되며, 이 감속된 일 방향 회전속도로 유성기어(108)는 상기 회전이 고정된 선기어(110)를 따라 일 방향으로 공전한다. 상기 감속된 일 방향의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어(112)에 전달되고, 유성기어 캐리어(112)에 연결된 출력축(114)이 감속된 일 방향으로 회전하면서 1단 변속이 이루어지게 된다.
이러한 1단 변속이 이루어지게 하는 1단 변속부(200)는 선기어(110)에 고정 연결된 슬리브 가이드(202), 슬리브 가이드(202)와 이격되어 설치되는 고정 슬리브 가이드(204), 고정 슬리브 가이드(204) 상에서 슬라이딩 이동되어 슬리브 가이드(202)에 결합 또는 결합해제되는 1단변속 슬리브(206), 1단변속 슬리브(206)와 회전가능하게 연결되어 있는 1단변속 포크(208)와, 1단변속 포크(208)가 직선 이동 가능하게 1단변속 포크(208)와 연결된 1단변속 포크 구동축(210)과, 1단변속 포크 구동축(210)을 회전시키는 1단변속 액추에이터 모터(212)를 포함한다.
1단변속 액추에이터 모터(212)의 회전력을 전달받아 회전하는 1단변속 포크 구동축(210)과 1단변속 포크(208)는 볼스크류 방식 또는 사다리꼴 나사 결합방식으로 체결될 수 있다. 이에 따라 1단변속 포크(208)는 회전하는 1단변속 포크 구동축(210)을 따라 직선 이동할 수 있게 된다. 볼스크류 방식은 정밀 변속을 필요로 하는 전기자동차의 변속 시스템에 사용될 수 있으며, 사다리꼴 나사 결합방식은 고출력 변속을 필요로 하는 전기자동차의 변속 시스템에 사용될 수 있다.
1단변속 슬리브(206)는 슬리브 가이드(202) 및 고정 슬리브 가이드(204) 각각의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.
1단변속 슬리브(206)는 내측에 치형이 형성되고, 슬리브 가이드(202) 및 고정 슬리브 가이드(204) 각각은 외측에 치형이 형성된다. 이에 따라 1단변속 슬리브(206)는 1단변속 포크(208)가 1단변속 포크 구동축(210)에 직선 이동함으로써, 슬리브 가이드(202)와 고정 슬리브 가이드(204)가 결합 또는 결합 해제되도록 한다. 슬리브 가이드(202)와 고정 슬리브 가이드(204)의 결합시 선기어(110)의 회전이 고정되며 슬리브 가이드(202)와 고정 슬리브 가이드(204)의 결합 해제시 선기어(110)의 회전이 가능하게 된다.
이때, 슬리브 가이드(202)와 고정 슬리브 가이드(204)는 1단변속 슬리브(206)에 의해서 결합되는데, 그 결합방식으로 도그 타입 또는 싱크로 타입 방식이 이용될 수 있다.
한편, 2단 변속부(300)는 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여, 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하여 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 일 방향 회전력이 감속되지 않은 상태로 회전방향이 바뀌지 않고서 그대로 출력축(114)에 전달됨으로써, 2단 변속이 이루어지게 한다.
이때, 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되는 경우, 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 일 방향으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로 유성기어(108)에 전달된다. 유성기어(108)가 회전이 비고정된 선기어(110)와 맞물려서 일 방향으로 회전하고 유성기어(108)의 일 방향 회전력이 유성기어 캐리어(112)를 통해 출력축(114)에 방향이 전환되지 않고서 그대로 전달되면서 2단 변속이 이루어지게 된다.
이러한 2단 변속부(300)는 유성기어 캐리어(112)에 고정된 2단변속 허브(302), 2단변속 허브(302) 상에서 슬라이딩 이동되어 링기어 캐리어(104)에 결합 또는 결합 해제되는 2단변속 슬리브(304), 2단변속 슬리브(304)와 회전가능하게 연결되어 있는 2단 변속 포크(306), 2단 변속 포크(306)가 직선 이동 가능하게 2단변속 포크(306)와 연결된 2단변속 포크 구동축(308), 2단변속 포크 구동축(308)을 회전시키는 2단변속 액추에이터 모터(310)를 포함한다.
2단변속 액추에이터 모터(310)의 회전력을 전달받아 회전하는 2단변속 포크 구동축(308)과 2단변속 포크(306)는 볼스크류 방식 또는 사다리꼴 나사 결합방식으로 체결될 수 있다. 이에 따라 2단변속 포크(306)는 회전하는 2단변속 포크 구동축(308)을 따라 직선 이동할 수 있게 된다.
2단변속 허브(302)는 링기어 캐리어(104)와 이격된 후방에 설치되어 유성기어 캐리어(112)에 고정 연결된다.
2단변속 슬리브(304)는 2단변속 허브(302)의 외측에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.
2단변속 슬리브(304)는 내측에 치형이 형성되고, 2단변속 허브(302) 및 링기어 캐리어(104)는 각각 외측에 치형이 형성된다. 이에 따라 2단변속 슬리브(304)는 2단변속 포크(306)가 2단변속 포크 구동축(308)에 직선 이동함으로써, 2단변속 허브(302)와 링기어 캐리어(104)가 결합 또는 결합 해제되도록 한다.
이때, 2단변속 허브(302) 및 링기어 캐리어(104)는 2단변속 슬리브(304)에 의해서 결합되는데, 그 결합방식으로 도그 타입 또는 싱크로 타입 방식이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 변속 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
변속 제어부(500)는 1단 변속시, 1단 변속부(200)를 제어하여 선기어(110)와 1단 변속부(200)가 결합되게 하여 선기어(110)의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)가 비결합되도록 한다.
변속 제어부(500)는 2단 변속시, 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여, 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하며 1단 변속부(200)를 제어하여 선기어(110)와 1단 변속부(200)를 비결합되도록 하여서 선기어(110)의 회전이 비고정되도록 한다.
한편 변속 제어부(500)는 후진 변속시, 일 실시예로 1단 변속부(200)를 제어하여 선기어(110)와 1단 변속부(200)가 결합되도록 하여 선기어(110)의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 비결합되도록 한 상태에서, 동력원(100)을 제어하여 동력원(100)의 다른 방향의 회전력이 입력축(102)에 전달되게 할 수 있다.
다른 실시예로, 후진 변속시, 변속 제어부(500)는 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여, 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하며, 이와 동시에 1단 변속부(200)를 제어하여 선기어(110)와 1단 변속부(200)를 비결합되도록 한 상태에서, 동력원(100)을 제어하여 동력원(100)의 다른 방향의 회전력이 입력축(102에 전달되게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템은, 1단변속 액추에이터 모터(212)와 2단변속 액추에이터 모터(310)의 2개의 액추에이터 모터를 이용하여 1단, 2단 또는 후진 변속을 위해 1단변속 슬리브(202)와 2단변속 슬리브(306)의 직선 이동을 구현하였다.
이에 국한되지 않고서, 1단변속 액추에이터 모터(212)와 2단변속 액추에이터 모터(310)의 2개의 액추에이터 모터 대신에, 하나의 액추에이터 모터를 이용하여 1단변속 슬리브(202)와 2단변속 슬리브(306)의 직선 이동을 구현할 수 있다.
즉 하나의 액추에이터 모터에 2개의 구동축 즉 1단변속 포크 구동축(210)과 2단변속 포크 구동축(308)을 구비하고, 상기 하나의 액추에이터 모터는 변속 제어부(500)의 제어에 따라 1단 변속, 2단 변속 또는 후진 변속시에 1단변속 포크 구동축(210) 상에서의 1단변속 포크(208)와 2단변속 포크 구동축(308) 상에서의 2단변속 포크(306)를 직선 이동 시킨다.
이에 따라 1단변속 포크(208)에 연결된 1단변속 슬리브(202)의 직선 이동이 이루어지고 2단변속 포크(306)에 연결된 2단변속 슬리브(304)의 직선 이동이 이루어져서 1단 변속, 2단 변속 또는 후진변속이 이루어지게 된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 변속 시스템의 동작 즉 1단 변속, 2단 변속 및 후진 변속 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
먼저 1단 변속 동작에 대해서 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 변속 제어부(500)는 1단 변속시, 1단 변속부(200)를 제어하여 1단 변속부(200)와 선기어(110)를 결합하여 선기어(110)의 회전을 고정하고 동시에 2단 변속부(200)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)의 결합을 해제하여서 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)가 회전 가능하게 해준다.
즉 변속 제어부(500)의 제어에 따라 1단 변속 액추에이터 모터(212)는 1단변속 포크 구동축(210)을 회전시켜서 1단변속 포크(208)가 1단변속 포크 구동축(210)에서 직선 이동하게 되고, 1단변속 포크(208)와 회전 가능하게 연결된 1단변속 슬리브(206)가 고정 슬리브 가이드(204)에서 슬리브 가이드(202)로 이동하여 브고정 슬리 가이드(204)와 슬리브 가이드(202)가 결합된다. 이로 인하여 슬리브 가이드(202)에 연결된 선기어(110)가 고정 슬리브 가이드(204)에 고정되어, 결국 선기어(110)의 회전이 고정된다
그리고 변속 제어부(500)의 제어에 따라 2단변속 액추에이터 모터(310)는 구동하지 않아서 2단변속 포크 구동축(308)이 회전하지 않게 되어, 2단변속 포크(306)가 2단변속 포크 구동축(308)에서 직선 이동을 하지 않는다. 결국 2단변속 포크(306)에 회전 가능하게 연결된 2단변속 슬리브(304)는 2단변속 허브(302)에서 슬라이딩 이동하지 않는다. 2단변속 허브(302)에 연결된 유성기어 캐리어(112)와 링기어 캐리어(104)는 결합하지 않는다. 이에 따라 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)의 회전이 고정되지 않는다.
이러한 상태에서 변속 제어부(500)는 동력원(100)이 일 방향(A)으로 회전하도록 제어한다. 이에 동력원의 일 방향 회전력이 선기어(110)의 회전이 고정된 상태에서 입력축(102)으로 전달되어 입력축(102)이 일 방향(A)으로 회전하게 된다. 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어(104)가 일 방향(A)으로 회전하고 이로 인해 링기어 캐리어(104)에 연결된 링기어(106)가 일 방향(A)으로 회전한다. 링기어(106)의 일 방향(A) 회전에 따라 유성기어(108)는 일 방향(A)과 다른 방향(B)으로 자전하게 된다. 이 자전으로 인하여 상기 링기어(106)의 일 방향 회전속도의 감속이 이루어지게 되며, 이 감속된 일 방향 회전속도로 유성기어(108)는 상기 회전이 고정된 선기어(110)를 따라 일 방향(A)으로 공전한다. 상기 감속된 일 방향(A)의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어(112)에 전달되고, 유성기어 캐리어(112)에 연결된 출력축(114)이 감속된 일 방향(A)으로 회전하면서 1단 변속이 이루어지게 된다.
이제 2단 변속 동작을 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 변속 제어부(500)는 2단 변속시, 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하고, 동시에 1단 변속부(200)를 제어하여 1단 변속부(200)와 선기어(110)가 결합되지 않도록 하여 선기어(110)의 회전이 고정되지 않도록 한다
즉 변속 제어부(500)의 제어에 따라 2단 변속 액추에이터 모터(310)는 2단변속 포크 구동축(308)을 회전시켜서 2단변속 포크(306)가 2단변속 포크 구동축(308)에서 직선 이동하게 되고, 2단변속 포크(306)와 회전 가능하게 연결된 2단변속 슬리브(304)가 2단변속 허브(302)에서 링기어 캐리어(104)로 이동하여 링기어 캐리어(104)와 2단변속 허브(302)에 고정된 유성기어 캐리어(112)가 결합된다. 이로 인하여 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 된다.
그리고 변속 제어부(500)의 제어에 따라 1단변속 액추에이터 모터(212)는 구동하지 않아서 1단변속 포크 구동축(210)이 회전하지 않게 되어, 1단변속 포크(208)가 1단변속 포크 구동축(210)에서 직선 이동을 하지 않는다. 결국 1단변속 포크(208)에 회전 가능하게 연결된 1단변속 슬리브(206)는 고정 슬리브 가이드(204)에서 슬라이딩 이동하지 않는다. 이로 인하여 고정 슬리브 가이드(204)와 슬리브 가이드(202)에 연결된 선기어(110)는 결합하지 않게 된다. 결국 선기어(110)의 회전이 고정되지 않는다.
이러한 상태에서 변속 제어부(500)는 동력원(100)이 일 방향(A)으로 회전하도록 제어한다.
입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체를 이루므로, 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 일 방향 회전력이 감속되지 않은 상태로 회전방향이 바뀌지 않고서 그대로 출력축(114)에 전달됨으로써, 2단 변속이 이루어지게 한다.
즉 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되는 경우, 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 일 방향(A)으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로 유성기어(108)에 전달된다. 유성기어(108)가 회전이 비고정된 선기어(110)와 맞물려서 일 방향(A)으로 회전하고 유성기어(108)의 일 방향 회전력이 유성기어 캐리어(112)를 통해 출력축(114)에 방향이 전환되지 않고서 그대로 전달되면서 2단 변속이 이루어지게 된다.
마지막으로 후진 변속 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
후진 변속 동작은 전기자동차의 전진을 위한 1단 변속 또는 2단 변속시 동력원(100)의 회전력 방향인 일 방향(A)과 다른 방향(B)으로 동력원(100)의 회전력을 입력축(102)에 전달하면 된다.
즉 1단 변속을 통해 후진 변속을 수행하거나 또는 2단 변속을 통해 후진 변속을 수행할 수 있다.
먼저 1단 변속을 통해 후진 변속하는 과정에 대해서 살펴보기로 한다.
변속 제어부(500)는 1단 변속을 통해 후진 변속시, 1단 변속부(200)를 제어하여 1단 변속부(200)와 선기어(110)를 결합하여 선기어(110)의 회전을 고정하고 동시에 2단 변속부(200)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)의 결합을 해제하여서 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)가 회전 가능하게 해준다.
즉 변속 제어부(500)의 제어에 따라 1단 변속 액추에이터 모터(212)는 1단변속 포크 구동축(210)을 회전시켜서 1단변속 포크(208)가 1단변속 포크 구동축(210)에서 직선 이동하게 되고, 1단변속 포크(208)와 회전 가능하게 연결된 1단변속 슬리브(206)가 고정 슬리브 가이드(204)에서 슬리브 가이드(202)로 이동하여 브고정 슬리 가이드(204)와 슬리브 가이드(202)가 결합된다. 이로 인하여 슬리브 가이드(202)에 연결된 선기어(110)가 고정 슬리브 가이드(204)에 고정되어, 결국 선기어(110)의 회전이 고정된다
그리고 변속 제어부(500)의 제어에 따라 2단변속 액추에이터 모터(310)는 구동하지 않아서 2단변속 포크 구동축(308)이 회전하지 않게 되어, 2단변속 포크(306)가 2단변속 포크 구동축(308)에서 직선 이동을 하지 않는다. 결국 2단변속 포크(306)에 회전 가능하게 연결된 2단변속 슬리브(304)는 2단변속 허브(302)에서 슬라이딩 이동하지 않는다. 2단변속 허브(302)에 연결된 유성기어 캐리어(112)와 링기어 캐리어(104)는 결합하지 않는다. 이에 따라 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)의 회전이 고정되지 않는다.
이러한 상태에서 변속 제어부(500)는 동력원(100)이 상기 일 방향(A)인 아니 다른 방향(B)으로 회전하도록 제어한다. 이에 동력원의 다른 방향 회전력이 선기어(110)의 회전이 고정된 상태에서 입력축(102)으로 전달되어 입력축(102)이 다른 방향으로 회전하게 된다. 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어(104)가 다른 방향(B)으로 회전하고 이로 인해 링기어 캐리어(104)에 연결된 링기어(106)가 다른 방향(B)으로 회전한다. 링기어(106)의 다른 방향(B) 회전에 따라 유성기어(108)는 다른 방향(B)이 아닌 일 방향(A)으로 자전하게 된다. 이 자전으로 인하여 상기 링기어(106)의 다른 방향 회전속도의 감속이 이루어지게 되며, 이 감속된 다른 방향 회전속도로 유성기어(108)는 상기 회전이 고정된 선기어(110)를 따라 다른 방향(B)으로 공전한다. 상기 감속된 다른 방향(B)의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어(112)에 전달되고, 유성기어 캐리어(112)에 연결된 출력축(114)이 감속된 다른 방향(B)으로 회전하면서 후진 변속이 이루어지게 된다.
이제 2단 변속 동작을 통해 후진 변속이 이루어지는 과정에 대해서 살펴보기로 한다.
변속 제어부(500)는 2단 변속을 통해 후진 변속시, 2단 변속부(300)를 제어하여 링기어 캐리어(104)와 유성기어 캐리어(112)를 결합하여 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되게 하고, 동시에 1단 변속부(200)를 제어하여 1단 변속부(200)와 선기어(110)가 결합되지 않도록 하여 선기어(110)의 회전이 고정되지 않도록 한다
즉 변속 제어부(500)의 제어에 따라 2단 변속 액추에이터 모터(310)는 2단변속 포크 구동축(308)을 회전시켜서 2단변속 포크(306)가 2단변속 포크 구동축(308)에서 직선 이동하게 되고, 2단변속 포크(306)와 회전 가능하게 연결된 2단변속 슬리브(304)가 2단변속 허브(302)에서 링기어 캐리어(104)로 이동하여 링기어 캐리어(104)와 2단변속 허브(302)에 고정된 유성기어 캐리어(112)가 결합된다. 이로 인하여 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 된다.
그리고 변속 제어부(500)의 제어에 따라 1단변속 액추에이터 모터(212)는 구동하지 않아서 1단변속 포크 구동축(210)이 회전하지 않게 되어, 1단변속 포크(208)가 1단변속 포크 구동축(210)에서 직선 이동을 하지 않는다. 결국 1단변속 포크(208)에 회전 가능하게 연결된 1단변속 슬리브(206)는 고정 슬리브 가이드(204)에서 슬라이딩 이동하지 않는다. 이로 인하여 고정 슬리브 가이드(204)와 슬리브 가이드(202)에 연결된 선기어(110)는 결합하지 않게 된다. 결국 선기어(110)의 회전이 고정되지 않는다.
이러한 상태에서 변속 제어부(500)는 동력원(100)이 상기 일 방향(A)이 아닌 다른 방향(B)으로 회전하도록 제어한다.
입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체를 이루므로, 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 다른 방향 회전력이 감속되지 않은 상태로 회전방향이 바뀌지 않고서 그대로 출력축(114)에 전달됨으로써, 후진 변속이 이루어지게 한다.
즉 입력축(102), 링기어 캐리어(104), 링기어(106), 유성기어(108), 유성기어 캐리어(112) 및 출력축(114)이 하나의 몸체가 되는 경우, 입력축(102)에 전달된 동력원(100)의 다른 방향(B)으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로 유성기어(108)에 전달된다. 유성기어(108)가 회전이 비고정된 선기어(110)와 맞물려서 다른 방향(B)으로 회전하고 유성기어(108)의 다른 방향 회전력이 유성기어 캐리어(112)를 통해 출력축(114)에 방향이 전환되지 않고서 그대로 전달되면서 후진 변속이 이루어지게 된다.
도 1 및 도 2에서 도시된 일 방향(A) 및 다른 방향(B)은 서로 반대 방향을 나타내며, 하나의 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다. 즉 도 1 및 도 2에서 도시된 일 방향(A)이 시계방향이라고 가정하면 다른 방향(B)은 반시계 방향이 되며, 만약 일 방향(A)이 반시계 방향이라고 가정하면 다른 방향(B)은 시계 방향이 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100 : 동력원
102 : 입력축
104 : 링기어 캐리어
106 : 링기어
108 : 유성기어
110 : 선기어
112 : 유성기어 캐리어
114 : 출력축
116 : 전진변속 허브
200 : 1단 변속부
202 : 슬리브 가이드
204 : 고정 슬리브 가이드
206 : 1단변속 슬리브
208 : 1단변속 포크
210 : 1단변속 포크 구동축
212 : 1단변속 액추에이터 모터
300 : 2단 변속부
302 : 2단변속 허브
304 : 2단변속 슬리브
306 : 2단변속 포크
308 : 2단변속 포크 구동축
310 : 2단 변속 액추에이터 모터
500 : 변속 제어부

Claims (5)

  1. 동력을 제공하는 동력원;
    상기 동력원으로부터 회전력을 전달받도록 설치된 입력축;
    상기 입력축에 연결되어 입력축의 회전에 따라 회전하는 링기어 캐리어;
    상기 링기어 캐리어에 연결되어 링기어 캐리어의 회전에 따라 회전하는 링기어;
    상기 링기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하는 유성기어;
    상기 유성기어에 연결되어 유성기어 회전에 따라 회전하는 유성기어 캐리어;
    상기 유성기어 캐리어에 연결되어 유성기어 캐리어와 같이 회전하는 출력축;
    상기 유성기어의 내측에 맞물려 설치되어 회전하고 상기 출력축이 회전가능하게 상기 출력축과 연결되는 선기어;
    선기어와 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동력원의 일 방향 회전력을 전달받은 입력축이 일 방향으로 회전하고 이에 회전이 비고정된 링기어 캐리어가 일 방향으로 회전하며 이로 인해 링기어가 일 방향 회전을 하며 링기어의 일 방향 회전에 따라 유성기어가 일 방향과 다른 방향으로 자전하면서 상기 회전이 고정된 선기어를 따라 일 방향으로 속도가 감속되어 공전하고 감속된 일 방향의 회전력이 회전이 비고정된 유성기어 캐리어 전달되어 출력축이 감속된 일 방향으로 회전하면서 1단 변속이 이루어지도록 하는 1단 변속부; 및
    링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하여 상기 입력축에 전달된 동력원의 일 방향으로의 회전력이 감속되지 않은 상태로, 유성기어에 전달되어 유성기어가 회전이 비고정된 선기어와 맞물려서 일 방향으로 회전하고 유성기어의 일 방향 회전력이 유성기어 캐리어를 통해 출력축에 전달되면서 2단 변속이 이루어지도록 하는 2단 변속부를 포함하는, 전기자동차용 변속시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    1단 변속시, 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부가 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 비결합하며,
    2단 변속시, 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하며 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부를 비결합되도록 하는 변속 제어부를 더 포함하는, 전기자동차용 변속시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 변속 제어부는,
    후진 변속시,
    1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부가 결합하여 선기어의 회전을 고정하며 동시에 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 비결합한 상태에서 동력원을 제어하여 동력원의 다른 방향의 회전력이 입력축에 전달되게 하거나,
    또는 2단 변속부를 제어하여 링기어 캐리어와 유성기어 캐리어를 결합하여, 입력축, 링기어 캐리어, 링기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 출력축이 하나의 몸체가 되게 하며 1단 변속부를 제어하여 선기어와 1단 변속부를 비결합되도록 한 상태에서 동력원을 제어하여 동력원의 다른 방향의 회전력이 입력축에 전달되게 하는, 전기자동차용 변속 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단 변속부는,
    선기어에 고정 연결된 슬리브 가이드;
    상기 슬리브 가이드와 이격되어 설치되는 고정 슬리브 가이드;
    고정 슬리브 가이드 상에서 슬라이딩 이동되어 슬리브 가이드에 결합 또는 결합해제되는 1단변속 슬리브;
    1단변속 슬리브와 회전가능하게 연결되어 있는 1단변속 포크;
    1단변속 포크가 직선 이동 가능하게 1단변속 포크와 연결된 1단변속 포크 구동축; 및
    1단변속 포크 구동축을 회전시키는 1단변속 액추에이터 모터를 포함하는, 전기자동차용 변속 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단 변속부는,
    유성기어 캐리어에 고정된 2단변속 허브;
    2단변속 허브 상에서 슬라이딩 이동되어 링기어 캐리어에 결합 또는 결합 해제되는 2단변속 슬리브;
    2단변속 슬리브와 회전가능하게 연결되어 있는 2단 변속 포크;
    2단 변속 포크가 직선 이동 가능하게 2단변속 포크와 연결된 2단변속 포크 구동축; 및
    2단변속 포크 구동축을 회전시키는 2단변속 액추에이터 모터를 포함하는, 전기자동차용 변속 시스템.
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