KR20240020816A - 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 및 대용량으로 동력 전달 능력을 향상시켜서 전기 자동차용 변속기 등에 활용할 수 있게 하는 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법에 관한 것으로서, 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 동력축의 축방향으로 전후진이 가능하게 설치되고, 외경면에 외치가 형성되며, 상기 동력축과 함께 회전되는 슬리브; 상기 슬리브가 제 1 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 부분적으로 맞물려서 회전이 시작될 수 있도록 내경면에 제 1 내치가 형성되는 클러치 이너 하우징; 및 상기 슬리브가 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리만큼 전진되어 상기 클러치 이너 하우징과 회전 속도가 동기화되고, 상기 슬리브가 상기 제 2 거리 보다 먼 제 3 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 전체적으로 맞물려서 회전될 수 있도록 내경면에 제 2 내치가 형성되는 클러치 아우터 하우징;을 포함할 수 있다.

Description

변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법{High-speed high-capacity synchronizer for transmission and its synchronizing method}

본 발명은 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고속 및 대용량으로 동력 전달 능력을 향상시켜서 전기 자동차용 변속기 등에 활용할 수 있게 하는 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진에 의해 회전되는 변속기의 주축과 부축은 기어의 물림이 갑자기 발생하면 회전 속도가 맞지 않기 때문에 기어가 잡음을 발생하거나 파손될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 기어 물림방식이 사용되어 왔다.

변속기의 기어 물림방식에는 섭동 기어식과, 상시 물림식, 그리고 동기 물림식이 있는데, 최근의 변속기는 대개 섭동 물림식과 상시 물림식의 단점을 보완할 수 있도록 싱크로나이저 콘이나 싱크로나이저 링 등을 클러치로서 사용하여 기어의 회전을 일치시킨 후 싱크로나이저 슬리브에 의하여 기어를 상호 결합시켜 회전을 전달하는 동기 물림식이 주로 사용된다.

이러한 동기 물림식에 사용되는 동기 물림 기구를 싱크로나이저라고 한다.

종래의 싱크로나이저의 구성을 살펴보면, 변속기의 주축에 싱크로나이저 허브가 스플라인 결합되고, 싱크로나이저 허브의 외주에 방사상으로 형성된 다수의 홈에 싱크로나이저 키가 배치되며, 그 외측으로는 싱크로나이저 슬리브가 축 방향 이동이 가능하도록 결합되어 있다.

특히, 최근 대형 상업용 트럭이나 트레일러차나 중장비 등에 적용되는 전기차나 수소연료전지차의 경우, 종래의 키 결합 방식의 싱크로나이저는 대용량 모터의 동력축에서 전달되는 회전 속도의 한계가 있어서 전기차나 수소연료전지차에는 고속 대용량의 변속기를 적용하기가 어려웠었던 문제점들이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함한 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 내연기관용 변속기는 물론이고, 전기차나 수소연료전지차에 적용된 변속기의 변속에 필요한 마찰 토크 및 모터 구동력의 전달 능력을 극대화하여 마찰클러치와 토크클러치의 특성이 모두 필용한 기구에 폭넓게 적용할 수 있으며, 다판 클러치 조합을 이용하여 슬리브의 지름을 줄여 고속 회전 구동계에 적용할 수 있고, 구름 베어링을 이용하여 슬리브와 시프트 포크 사이의 마찰을 크게 줄일 수 있게 하는 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저 및 싱크로나이징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저는, 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 동력축의 축방향으로 전후진이 가능하게 설치되고, 외경면에 외치가 형성되며, 상기 동력축과 함께 회전되는 슬리브; 상기 슬리브가 제 1 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 부분적으로 맞물려서 회전이 시작될 수 있도록 내경면에 제 1 내치가 형성되는 클러치 이너 하우징; 및 상기 슬리브가 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리만큼 전진되어 상기 클러치 이너 하우징과 회전 속도가 동기화되고, 상기 슬리브가 상기 제 2 거리 보다 먼 제 3 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 전체적으로 맞물려서 회전될 수 있도록 내경면에 제 2 내치가 형성되는 클러치 아우터 하우징;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 외치는, 상기 클러치 이너 하우징의 상기 제 1 내치와 먼저에 접촉되어 회전 동력이 부분적으로 전달될 수 있도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 삼각 형상으로 형성되는 선단부; 및 상기 클러치 아우터 하우징의 상기 제 2 내치와 나중에 접촉되어 회전 동력이 전체적으로 전달될 수 있도록 상기 선단부에 후방으로 연장되게 전체적으로 축방향으로 길게 형성되는 후단부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 내치는, 상기 외치의 상기 선단부와 대응되도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 역삼각 형상으로 형성되고, 상기 제 2 내치는, 상기 외치와 상기 선단부 및 상기 후단부와 대응되고, 상기 외치와 맞물리도록 상기 외치와 대칭적으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 슬리브를 전진시키는 시프트 포크와 상기 슬리브 사이에 구름 베어링이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 구름 베어링은, 상기 시프트 포크와 접촉되는 외륜; 상기 슬리브의 외경면에 설치되는 내륜; 및 마찰력을 줄이기 위해서 상기 외륜과 내륜 사이에 형성되는 볼;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 슬리브에 상기 구름 베어링이 조립된 다음, 상기 구름 베어링 및 상기 슬리브의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 슬리브에 설치되는 슬리브 커버;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징이 1차로 서로 마찰 접촉된 다음, 2차로 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전속도가 동기화될 수 있도록 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징 사이에 복수개의 디스크들로 이루어지는 다판 클러치 조합이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 외치와 상기 제 1 내치 간의 위상차를 유지하거나 줄일 수 있도록 상기 외치의 후단부와 대응되고, 상기 제 1 내치와 연결되어 함께 회전되는 스토퍼가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 클러치 이너 하우징의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 클러치 아우터 하우징에 설치되는 클러치 하우징 커버;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 동력축은 전기차 또는 수소연료전지차의 구동 모터의 동력 전달축과 연결될 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법은, (a) 동력축 및 상기 동력축과 스플라인 결합되어 후진된 상태인 슬리브가 회전되고, 클러치 아우터 하우징은 무부하 상태로 회전되거나 또는 정지되는 단계; (b) 시프트 포크에 의해 상기 슬리브가 상기 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 동력축의 축방향으로 제 1 거리만큼 전진하면, 상기 슬리브의 외경면에 형성된 외치가 클러치 이너 하우징의 내경면에 형성된 제 1 내치와 부분적으로 맞물리는 단계; (c) 상기 시프트 포크에 의해 상기 슬리브가 상기 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리만큼 전진하면, 상기 슬리브의 상기 외치가 상기 클러치 아우터 하우징의 내경면에 형성된 제 2 내치와 맞물려서 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전 속도가 동기화되는 단계; 및 (d) 상기 슬리브가 상기 제 2 거리 보다 먼 제 3 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치가 상기 클러치 아우터 하우징의 상기 제 2 내치와 전체적으로 맞물려서 상기 슬리브에서 상기 클러치 아우터 하우징으로 대용량의 회전 동력이 전달되는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 (b) 단계에서, 상기 시프트 포크는 구름 베어링을 이용하여 상기 슬리브를 전진시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 (c) 단계에서, 다판 클러치 조합을 이용하여 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전 속도를 동기화시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 여러 실시예들에 따르면, 내연기관용 변속기는 물론이고, 전기차나 수소연료전지차에 적용된 변속기의 변속에 필요한 마찰 토크 및 모터 구동력의 전달 능력을 극대화하여 마찰클러치와 토크클러치의 특성이 모두 필용한 기구에 폭넓게 적용할 수 있으며, 다판 클러치 조합을 이용하여 슬리브의 지름을 줄여 고속 회전 구동계에 적용할 수 있고, 구름 베어링을 이용하여 슬리브와 시프트 포크 사이의 마찰을 크게 줄일 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저를 나타내는 부분 절개 단면도이다.
도 3은 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 7은 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저의 동작 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 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.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)를 나타내는 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)를 나타내는 부분 절개 단면도이고, 도 3은 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)를 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)는, 크게 슬리브(10)(Sleeve)와 클러치 이너 하우징(20)(Clutch inner housing) 및 클러치 아우터 하우징(30)(Clutch outer housing)를 포함할 수 있다.

예컨대, 슬리브(10)는 동력축(1)에 형성된 스플라인홈(1a)을 따라 동력축(1)의 축방향으로 전후진이 가능하게 설치되고, 외경면에 외치(11)가 형성되며, 상기 동력축(1)과 함께 회전되는 일종의 동력축(1)을 따라 회전하면서 전후진할 수 있는 전후진 가동체일 수 있다.

여기서, 슬리브(10)는 도 1의 시프트 포크(3)에 의해 강제로 전후진될 수 있는 것으로서, 시프트 포크(3)는 변속 레버나, 클러치 페달이나, 클러치 조작부나 유압 장치나 전동 장치 등과 연결되어 수동 또는 자동으로 변속되기 전에 회전하면서 동시에 전후진 동작될 수 있다.

또한, 예컨대, 슬리브(10)의 내경면에는 동력축(1)의 스플라인홈(1a)과 대응되는 스플라인돌기(10a)가 형성되어 시프트 포크(3)에 의해 동력축(1)을 따라 회전하면서 전후진될 수 있다.

여기서, 동력축(1)은 일측에 허브 기어(2)(Hub Gear)가 형성될 수 있는 것으로서, 기존의 내연 기관의 동력 전달축과 연결되거나 또는 고속 대용량의 동력을 전달해야 하는 전기차 또는 수소연료전지차의 구동 모터의 동력 전달축과 연결될 수 있다.

또한, 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 외치(11)는 클러치 이너 하우징(20)의 상기 제 1 내치(21)와 먼저에 접촉되어 회전 동력이 부분적으로 전달될 수 있도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 삼각 형상으로 형성되는 선단부(111) 및 클러치 아우터 하우징(30)의 제 2 내치(31)와 나중에 접촉되어 회전 동력이 전체적으로 전달될 수 있도록 선단부(111)에 후방으로 연장되게 전체적으로 축방향으로 길게 형성되는 후단부(112)를 포함할 수 있다.

그러나, 이러한 외치(11)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 고속으로 대용량의 회전 동력을 전달할 수 있는 매우 다양한 형상의 기어 이빨이 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 슬리브(10)를 전진시키는 시프트 포크(3)와 슬리브(10) 사이에 구름 베어링(12)이 설치되어 고속 회전에 대비할 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 구름 베어링(12)은, 시프트 포크(3)와 접촉되는 외륜(121)과, 슬리브(10)의 외경면에 설치되는 내륜(122) 및 마찰력을 줄이기 위해서 외륜(121)과 내륜(122) 사이에 형성되는 볼(123)을 포함하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링일 수 있다.

여기서, 시뮬레이션과 반복적인 실험을 통해서 예컨대, 대략 10,000 rpm 수준의 고속 회전시 기계적인 한계에서도 고속으로 작동될 수 있도록 구름 베어링(12)의 내경은 적어도 40 mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 50 mm 정도로 제작될 수 있다.

그러나, 이러한 구름 베어링(12)은 여기에만 국한되지 않는 것으로서, 시프트 포크(3)와 슬리브(10) 사이에서 고속 회전시 마찰력을 감소시킬 있는 다양한 종류의 베어링들이 모두 적용될 수 있다.

또한, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)는, 슬리브(10)에 구름 베어링(12)이 조립된 다음, 구름 베어링(12) 및 슬리브(10)의 이탈을 방지할 수 있도록 슬리브(10)에 설치되는 슬리브 커버(13)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 슬리브 커버(13)를 이용하여 슬리브(10)와 구름 베어링(12)의 조립성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 클러치 이너 하우징(20)은 슬리브(10)가 도 5의 제 1 거리(L1)만큼 전진되면, 슬리브(10)의 외치(11)와 부분적으로 맞물려서 회전이 시작될 수 있도록 내경면에 제 1 내치(21)가 형성되는 일종의 중간 회전체일 수 있다.

여기서, 제 1 내치(21)는, 외치(11)의 선단부(111)와 대응되도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 역삼각 형상으로 형성될 수 있다.

그러나, 이러한 제 1 내치(21)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 외치(11)와 임시적으로 맞물릴 수 있는 매우 다양한 형상의 기어 이빨이 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 클러치 이너 하우징(20)과 클러치 아우터 하우징(30)이 1차로 서로 마찰 접촉된 다음, 2차로 클러치 이너 하우징(20)과 클러치 아우터 하우징(30)의 회전속도가 동기화될 수 있도록 클러치 이너 하우징(20)과 클러치 아우터 하우징(30) 사이에 복수개의 디스크(D)들로 이루어지는 다판 클러치 조합(22)이 설치될 수 있다.

따라서, 전체적으로 부품의 직경을 크게 늘리지 않더라도 복수개의 디스크(D)들을 이용하여 마찰 접촉 면적을 늘림으로써 대용량의 회전 동력을 용이하게 전달할 수 있다.

또한, 외치(11)와 제 1 내치(21) 간의 위상차를 유지하거나 줄일 수 있도록 외치(11)의 후단부(112)와 대응되고, 제 1 내치(21)와 연결되어 함께 회전되는 스토퍼(23)가 형성될 수 있다.

따라서, 스토퍼(23)에 의해서, 외치(11)의 경사진 선단부(111)와 제 1 내치(21)의 경사진 부분이 서로 접촉되어 블록킹을 통한 동기화 과정이 정상적으로 수행될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 클러치 아우터 하우징(30)은 슬리브(10)가 도 5의 제 1 거리(L1) 보다 먼 도 6의 제 2 거리(L2)만큼 전진되어 클러치 이너 하우징(20)과 회전 속도가 동기화되고, 슬리브(10)가 도 6의 제 2 거리(L2) 보다 먼 도 7의 제 3 거리(L3)만큼 전진되면, 슬리브(10)의 상기 외치(11)와 전체적으로 맞물려서 회전될 수 있도록 내경면에 제 2 내치(31)가 형성되는 일종의 최종 가동 회전체일 수 있다.

여기서, 제 2 내치(31)는, 외치(11)의 선단부(111) 후단부(112)와 대응되고, 전체적으로 외치(11)와 맞물리도록 외치(11)와 대칭적으로 형성될 수 있다.

그러나, 이러한 제 2 내치(31)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 외치(11)와 전체적으로 맞물릴 수 있는 매우 다양한 형상의 기어 이빨이 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)는, 클러치 이너 하우징(20)의 이탈을 방지할 수 있도록 클러치 아우터 하우징(30)에 설치되는 클러치 하우징 커버(32)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 동력축(1)과 함께 회전되던 슬리브(10)가 시프트 포크(3)에 의해 클러치 이너 하우징(20) 방향으로 전진되면 먼저, 클러치 이너 하우징(20)에 회전력이 전달되고, 클러치 이너 하우징(20)과 클러치 아우터 하우징(30)의 회전 속도가 동기화되면 최종적으로 슬리브(10)와 클러치 이너 하우징(20) 및 클러치 아우터 하우징(30)이 모두 결합되어 동력축(1)에 인가되는 고속 대용량의 회전 동력이 클러치 아우터 하우징(30)을 통해 상기 클러치 아우터 하우징(30)과 연결되는 메쉬 기어(40)(Mesh Gear)로 전달될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 도 1의 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)의 동작 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저(100)의 동작 과정을 단계적으로 설명하면, 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 동력축(1) 및 동력축(1)과 스플라인 결합되어 후진된 상태인 슬리브(10)가 회전되고, 클러치 아우터 하우징(30)은 무부하 상태로 회전되거나 또는 정지될 수 있다. 여기서, 동력축(1)의 고속 대용량 회전 동력은 아직 클러치 아우터 하우징(30)에 전달되지 않은 상태일 수 있다.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 시프트 포크(3)에 의해 슬리브(10)가 동력축(1)에 형성된 스플라인홈(1a)을 따라 동력축(1)의 축방향으로 제 1 거리(L1)만큼 전진하면, 슬리브(10)의 외경면에 형성된 외치(11)가 클러치 이너 하우징(20)의 내경면에 형성된 제 1 내치(21)와 부분적으로 맞물리기 시작할 수 있다.

이 때, 시프트 포크(3)는 구름 베어링(12)을 이용하여 마찰력을 크게 줄여서 고속으로 회전하는 슬리브(10)를 안정적으로 전진시킬 수 있다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 시프트 포크(3)에 의해 슬리브(10)가 동력축(1)에 형성된 스플라인홈(1a)을 따라 제 1 거리(L1) 보다 먼 제 2 거리(L2)만큼 전진하면, 슬리브(10)의 외치(11)가 클러치 아우터 하우징(30)의 내경면에 형성된 제 2 내치(31)와 맞물려서 클러치 이너 하우징(20)과 상기 클러치 아우터 하우징(30)의 회전 속도가 동기화될 수 있다.

이 때, 다판 클러치 조합(22)을 이용하여 클러치 이너 하우징(20)과 클러치 아우터 하우징(30)의 회전 속도를 신속하게 동기화시킬 수 있다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 슬리브(10)가 제 2 거리(L2) 보다 먼 제 3 거리(L3)만큼 전진되면, 슬리브(10)의 외치(11)가 클러치 아우터 하우징(30)의 제 2 내치(31)와 전체적으로 맞물려서 슬리브(10)에서 클러치 아우터 하우징(30)으로 대용량의 회전 동력이 전달될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 동력전달력이 우수한 외치(11)와 내치(21)(31)의 결합 방식을 이용하여 내연기관용 변속기는 물론이고, 전기차나 수소연료전지차에 적용된 변속기의 변속에 필요한 마찰 토크 및 모터 구동력의 전달 능력을 극대화하여 마찰클러치와 토크클러치의 특성이 모두 필용한 기구에 폭넓게 적용할 수 있으며, 다판 클러치 조합(22)을 이용하여 슬리브의 지름을 줄여 고속 회전 구동계에 적용할 수 있고, 구름 베어링(12)을 이용하여 슬리브(10)와 시프트 포크(3) 사이의 마찰을 크게 줄여서 고속으로 대용량의 회전 동력을 안정적으로 전달할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법은, (a) 동력축(1) 및 상기 동력축(1)과 스플라인 결합되어 후진된 상태인 슬리브(10)가 회전되고, 클러치 아우터 하우징(30)은 무부하 상태로 회전되거나 또는 정지되는 단계와, (b) 시프트 포크(3)에 의해 상기 슬리브(10)가 상기 동력축(1)에 형성된 스플라인홈(1a)을 따라 상기 동력축(1)의 축방향으로 제 1 거리(L1)만큼 전진하면, 상기 슬리브(10)의 외경면에 형성된 외치(11)가 클러치 이너 하우징(20)의 내경면에 형성된 제 1 내치(21)와 부분적으로 맞물리는 단계와, (c) 상기 시프트 포크(3)에 의해 상기 슬리브(10)가 상기 동력축(1)에 형성된 스플라인홈(1a)을 따라 상기 제 1 거리(L1) 보다 먼 제 2 거리(L2)만큼 전진하면, 상기 슬리브(10)의 상기 외치(11)가 상기 클러치 아우터 하우징(30)의 내경면에 형성된 제 2 내치(31)와 맞물려서 상기 클러치 이너 하우징(20)과 상기 클러치 아우터 하우징(30)의 회전 속도가 동기화되는 단계 및 (d) 상기 슬리브(10)가 상기 제 2 거리(L2) 보다 먼 제 3 거리(L3)만큼 전진되면, 상기 슬리브(10)의 상기 외치(11)가 상기 클러치 아우터 하우징(30)의 상기 제 2 내치(31)와 전체적으로 맞물려서 상기 슬리브(10)에서 상기 클러치 아우터 하우징(30)으로 대용량의 회전 동력이 전달되는 단계를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 (b) 단계에서, 상기 시프트 포크(3)는 구름 베어링(12)을 이용하여 상기 슬리브(10)를 전진시킬 수 있다.

또한, 예컨대, 상기 (c) 단계에서, 다판 클러치 조합(22)을 이용하여 상기 클러치 이너 하우징(20)과 상기 클러치 아우터 하우징(30)의 회전 속도를 동기화시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 동력축
1a: 스플라인홈
2: 허브 기어
3: 시프트 포크
10: 슬리브
10a: 스플라인돌기
11: 외치
111: 선단부
112: 후단부
12: 구름 베어링
121: 외륜
122: 내륜
123: 볼
13: 슬리브 커버
L1: 제 1 거리
L2: 제 2 거리
L3: 제 3 거리
20: 클러치 이너 하우징
21: 제 1 내치
22: 다판 클러치 조합
D: 디스크
23: 스토퍼
30: 클러치 아우터 하우징
31: 제 2 내치
32: 클러치 하우징 커버
40: 메쉬 기어
100: 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저

Claims (13)

1. 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 동력축의 축방향으로 전후진이 가능하게 설치되고, 외경면에 외치가 형성되며, 상기 동력축과 함께 회전되는 슬리브;
   상기 슬리브가 제 1 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 부분적으로 맞물려서 회전이 시작될 수 있도록 내경면에 제 1 내치가 형성되는 클러치 이너 하우징; 및
   상기 슬리브가 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리만큼 전진되어 상기 클러치 이너 하우징과 회전 속도가 동기화되고, 상기 슬리브가 상기 제 2 거리 보다 먼 제 3 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치와 전체적으로 맞물려서 회전될 수 있도록 내경면에 제 2 내치가 형성되는 클러치 아우터 하우징;
   을 포함하는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외치는,
   상기 클러치 이너 하우징의 상기 제 1 내치와 먼저에 접촉되어 회전 동력이 부분적으로 전달될 수 있도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 삼각 형상으로 형성되는 선단부; 및
   상기 클러치 아우터 하우징의 상기 제 2 내치와 나중에 접촉되어 회전 동력이 전체적으로 전달될 수 있도록 상기 선단부에 후방으로 연장되게 전체적으로 축방향으로 길게 형성되는 후단부;
   를 포함하는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 내치는, 상기 외치의 상기 선단부와 대응되도록 전체적으로 뾰족하게 돌출된 역삼각 형상으로 형성되고,
   상기 제 2 내치는, 상기 외치와 상기 선단부 및 상기 후단부와 대응되고, 상기 외치와 맞물리도록 상기 외치와 대칭적으로 형성되는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬리브를 전진시키는 시프트 포크와 상기 슬리브 사이에 구름 베어링이 설치되는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구름 베어링은,
   상기 시프트 포크와 접촉되는 외륜;
   상기 슬리브의 외경면에 설치되는 내륜; 및
   마찰력을 줄이기 위해서 상기 외륜과 내륜 사이에 형성되는 볼;
   을 포함하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링인, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 슬리브에 상기 구름 베어링이 조립된 다음, 상기 구름 베어링 및 상기 슬리브의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 슬리브에 설치되는 슬리브 커버;
   를 더 포함하는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징이 1차로 서로 마찰 접촉된 다음, 2차로 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전속도가 동기화될 수 있도록 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징 사이에 복수개의 디스크들로 이루어지는 다판 클러치 조합이 설치되는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 외치와 상기 제 1 내치 간의 위상차를 유지하거나 줄일 수 있도록 상기 외치의 후단부와 대응되고, 상기 제 1 내치와 연결되어 함께 회전되는 스토퍼가 형성되는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 클러치 이너 하우징의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 클러치 아우터 하우징에 설치되는 클러치 하우징 커버;
   를 더 포함하는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력축은 전기차 또는 수소연료전지차의 구동 모터의 동력 전달축과 연결되는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이저.
11. (a) 동력축 및 상기 동력축과 스플라인 결합되어 후진된 상태인 슬리브가 회전되고, 클러치 아우터 하우징은 무부하 상태로 회전되거나 또는 정지되는 단계;
    (b) 시프트 포크에 의해 상기 슬리브가 상기 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 동력축의 축방향으로 제 1 거리만큼 전진하면, 상기 슬리브의 외경면에 형성된 외치가 클러치 이너 하우징의 내경면에 형성된 제 1 내치와 부분적으로 맞물리는 단계;
    (c) 상기 시프트 포크에 의해 상기 슬리브가 상기 동력축에 형성된 스플라인홈을 따라 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리만큼 전진하면, 상기 슬리브의 상기 외치가 상기 클러치 아우터 하우징의 내경면에 형성된 제 2 내치와 맞물려서 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전 속도가 동기화되는 단계; 및
    (d) 상기 슬리브가 상기 제 2 거리 보다 먼 제 3 거리만큼 전진되면, 상기 슬리브의 상기 외치가 상기 클러치 아우터 하우징의 상기 제 2 내치와 전체적으로 맞물려서 상기 슬리브에서 상기 클러치 아우터 하우징으로 대용량의 회전 동력이 전달되는 단계;
    를 포함하는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 시프트 포크는 구름 베어링을 이용하여 상기 슬리브를 전진시키는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    다판 클러치 조합을 이용하여 상기 클러치 이너 하우징과 상기 클러치 아우터 하우징의 회전 속도를 동기화시키는, 변속기용 고속 대용량 싱크로나이징 방법.

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