KR100194729B1 - 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템 - Google Patents

Abstract

전기자동차용 2단 변속기의 자동시프트를 실현하기 위하여 본 발명은 변속기의 변속기구와, 상기 변속기구의 기어치합여부를 감지하는 감지수단과, 변속조작수단과, 상기 변속조작수단에 의해 회전방향을 달리하고 상기 감지수단의 신호에 따라 회전과 정지작용을 하는 모터와, 상기 모터에 의해 상기 변속기구를 이동시키는 이송수단을 포함하는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템을 제공하는 바, 이 시스템은 간단하여 탈착이 용이하고 경제적인 잇점이 있다.

Description

전지자동차용 시프트액츄에이터시스템

본 발명은 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반자동 변속기의 시프트 포크와 같은 변속기구를 자동으로 작동시키는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템에 관한 것이다.

전기자동차는 배기가스로 인한 공해문제와 에너지문제등을 고려할 때 차세대 자동차로 유력시되고 있으나, 아직 전기자동차 전용 변속기의 개발이 미흡하여 현재 기존의 5단수동변속기를 사용하거나 자동변속기를 사용하는 실정에 있다.

그러나, 5단 수동변속기의 경우, 쓸데없이 다단이어서 무겁고 부피가 크며, 자동변속기의 경우 토크컨버터(torque converter) 때문에 한정된 에너지를 사용하는 전기자동차에서는 효율측면에서 매우 불리하다.

따라서, 전기자동차의 모터특성을 고려할 경우 2단기어면 충분하고 또한 토크컨버터도 필요없기 때문에 운전의 편의성과 경량, 저가격을 고려할 때 전기자동차 전용 2단 변속기의 개발이 요구된다.

상기와 같은 요구에 부응하여 종래의 일예로 대한 민국 공개 특허 공개번호 94-13931호(출원인 : 현대자동차 주식회사)에서는 전진 2속 후진 1속으로 전기자동차용 수동변속기를 제안하고 있다.

제1도에서 도시하고 있는 바와 같이, 이 변속기는 모터와 같이 회전하는 주축(2)(primary shaft)에 1속스피드기어(11) 및 2속스피드기어(12)를 장착하고 부축(3)(secondary shaft)에 상기 기어(11)(12)들에 각각 치합되는 1속, 2속 기어(13)(14)가 있고 기어 변속은 상기 1속스피드기어(11)와 2속스피드기어(12) 사이의 동기장치(10)에 의해서 실현하고 있다.

그러나, 이 공개 특허는 후진 변속을 실현하는 데 중점을 둔 기술로서 변속기구를 자동으로 움직일 수 있는 자동변속을 실현하기 위한 장치를 두고 있지 않고 여전히 변속레버에 의한 수동시프트장치에 의존하고 있다.

따라서, 자동시프트를 실현하기 위하여 시프트액츄에이터시스템이 요청되고 있고, 이러한 장치가 실현되면 실질적으로 전기자동차용 반자동(semi-automatic)변속기라고 정의할 수 있다.

한편, 기존의 내영 기관자동차에서 반자동을 구현하기 위하여 유압액츄에이터를 사용한 경우가 있으나, 유압액츄에이터는 유압펌프, 실린더, 탱크 등의 구성이 필수적으로 시스템이 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 요청과 문제점을 감안하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은 전기자동차용 2단 변속기에 적용하기 위하여 구조가 간단하여 제작비용이 적게 들고 장착 및 탈거가 용이한 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템을 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 전기자동차용 수동변속기를 개략적으로 나타내는 구성도이고,

제2도는 본 발명에 의한 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템의 일실시예를 나타내는 구성도이고,

제3도는 본 발명에 의한 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

50 : 모터 60 : 봉

61 : 볼스크류 62 : 변속스위치

100 : 변속기구 102 : 스프트포크

105 : 1속감지센서 106 : 2속감지센서

108 : 중립감지센서 110 : 시스템컨트롤러

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 변속기구와, 상기 변속기구의 기어치합여부를 감지하는 감지수단과, 변속조작수단과, 상기 변속조작수단에 의해 회전방향을 달리하고 상기 감지수단의 신호에 따라 회전과 정지작용을 하는 모터와, 상기 모터에 의해 상기 변속기구를 이동시키는 이송수단을 포함하는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템을 제공한다.

상기와 같이 구성을 가진 본 발명은 변속조작수단을 작동하여 중립에서 1속으로 시프트하면 전원에 의해 구동하는 모터가 회전하고 모터의 회전은 이동수단으로 전달되고 이동수단은 변속기구를 작동하여 1속으로 기어를 치합하게 된다.

이때 변속기구가 1속변속을 하기에 충분할 만큼 이동되었다는 것을 감안한 감지수단은 모터에 신호를 보내어 더 이상 회전되지 않게 함으로써 이송수단도 정지시키게 된다.

한편, 1속에서 2속으로 변속하고자 변속조작수단을 작동하는 경우 변속조작수단의 작동으로 모터는 역회전하여 이송수단에 의해 변속기구를 움직여 2속변속을 이루게 한다.

이때 변속기구가 2속변속을 하기에 충분할 만큼 이동되었다는 것을 감지한 감지수단은 신호를 보내어 더 이상 회전되지 않게 함으로써 이송수단도 정지시키게 된다.

한편, 1속이나, 2속에서 중립을 선택하면 모터는 변속기구를, 1·2속기어에서 분리되는 방향으로 회전하여 이송수단을 중립위치에 두게 된다.

[실시예]

이하, 본 발명에 따르는 전기자동차용 시프트엑츄에이터시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 본 발명의 첫 번째 실시예를 나타내는 구성도로서, 변속기는 2단변속기로서 변속기구(100)는 출력축인 부축(90)(secondary shaft)에 위치하고 있으며, 상기 변속기구(100)는 싱크로나이저타입의 경우, 일반적으로 시프트포크(102)(shift fork)와 싱크로나이징 등을 포함하고 있고 선택기어식인 경우에는 시프트포크를 포함하고 있다.

본 실시예에서 상기 변속기구(100)를 이송시키기위한 수단으로는 변속기구(100)의 시프트포크(102)에 결합된 봉(60)과, 상기 봉(60)과 나사결합된 볼스크류(61)를 채택하고 있으며, 상기 볼스큐류(61)는 모터(50)에 의해 회전되고 상기 모터(50)는 전원(40)으로 구동된다.

상기 모터(50)는 예를 들어 변속스위치(62)에 의해 정회전과 역회전이 가능하며, 상기 변속기구(100)에는 상기 변속기구(100)의 치합상태를 센싱하는 센서(105)가 설치되어 있다.

상시 센서(105)는 변속기구(100)의 치합이 1속 도는 중립 또는 2속임을 감지하여 상기 모터(50)와 연결된 시스템컨트롤러(110)로 신호를 보내도록 구성되므로 여기서는 변속센서라 정의한다.

여기서 시스템컨트롤러(system controller)는 내연기관의 전자제어유닛(electronic control unit)과 같은 역할을 하는 요소로서 모터시스템을 감지하여 운전자에게 각종 경고시그날이나 그밖의 신호를 보내준다.

한편, 전기자동차에서는 배터리(E)가 핵심적인 문제로서 주행거리와 차량의 총 중량과 관계되므로 새로운 모터(50)(51)의 선택에는 신중을 기해야 할 것이나, 본 실시예에서와 같이 변속기의 변속기구(100)를 이송시키는 볼스큐류(61)를 회전하는 데는 최소한의 전원으로 충분하며 예를 들어 12V(볼트)의 보조전원을 사용한다.

미설명부호 '80'은 변속기 구동모터축이고, '82', '83'은 각각 1속 스피드기어, 2속스피드기어이고, '84', '85'는 각각 상기 1속스피드기어(82)와 2속스피드기어(83)와 치합되는 1속기어 및 2속기어를, 그리고 '51'은 주축(81)을 회전시키는 주축모터를 지칭한다.

상기와 같이 구성된 본 실시예의 시프트액츄에이터시스템의 작용을 설명하면, 상기 모터(50)에 의해 회전되는 상기 볼스큐류(61)는 모터(50)축과 직렬되어 회전하고 상기 볼스큐류(61)의 회전에 의해 상기 변속기구(100)와 결합된 봉(60)이 부축(90)을 따라 이동하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 변속스위치(62)가 1속을 선택할 경우 상기 봉(60)이 오른쪽(1속기어(82)쪽)으로 이동하도록 상기 모터(50)가 회전하여 변속기구(100)를 1속기어(84)에 결합시켜 1속변속을 행한다. 이때 변속센서(109)는 1속기어(84)와 부축(90)이 치합되었다는 것을 감지하여 시스템컨트롤러(110)로 신호를 보내고 시수템컨트롤러(110)는 이 신호를 받아 상기 모터(50)(51)를 정지시킨다.

또한 1속에서 2속으로 변속할 경우 상기 봉(60)을 왼쪽의 2속기어(85)쪽으로 이동시키기 위하여 모터(50)를 역회전시키면 변속기구(100)는 2속기어(85)쪽으로 이동하고 변속기구(100)가 2속기어(85)와 결합하면 변속센서(109)는 이를 감지하여 컨트롤러시스템(110)으로 신호를 보내어 모터(50)(51)를 정지시킨다.

중립으로 변속할 경우에는 1속기어(84) 또는 2속기어(85)와 결합된 변속기구(100)는 각각 2속기어(85) 또는 1속기어(84)쪽으로 이동하다가 중립이 실현되어 변속센서(109)가 이를 감지하여 시스템커트롤러(100)로 신호를 보내어 모터(50)(51)를 정지시켜 본 실시예의 시프트액츄에이터의 작동을 멈춘다.

한편, 후진할 경우에는 주축(80) 모터(51)의 회전방향을 반대로 하고 후진변속을 1속변속으로 할 경우에는 1속변속과 같이 본 실시예의 시프트액츄에이터시스템을 작동하면 된다.

제3도는 본 발명에 따른 시프트액츄에이터시스템의 두 번째 실시예를 도시하고 있으며, 상기 첫 번째 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호로 설명함과 동시에 중복되는 부분은 일부 생략하기로 한다.

이 실시예가 상기 첫 번째 실시예와 다른 점은 본 발명이 감지수단을 변형한 것으로 상기 첫 번째 실시예에서 본 발명의 감지수단을 변속센서(109)와 시스템컨트롤러(110)를 채택한데 반하여 이 실시예에서는 변속기구(100)의 위치에 따라 온/오프되는 스위치가 내장된 센서를 채택한다.

즉, 1속감지센서(105)는 1속기어(84)와 부축(90)이 치합되는 부위에 연결되어 1속기어 변속시 전기적인 신호를 시스템 콘크롤러(110)에 출력하고 2속감지스위치(106)는 2속기어(85)와 부축이 치합되는 부위에 연결되어 2속기어 변속시 전기적인 신호를 출력할 수 있도록 하며 부축 중앙의 중립위치에 중립감지센서(108)를 연결하여 중립변속을 전기적인 신호로 출력할 수 있도록 되어 있다.

변속스위치(62)는 첫 번째 실시예에 도시된 위치와 동일한 부위에 연결되어 있다.

먼저 변속스위치(62)를 입력하여 1속, 2속 및 중립으로 변속시키고자 하게 되면, 변속스위치(62)에서 입력되는 전원으로 모터(50)가 구동하여 봉(60)이 오른쪽(1속기어(84)쪽)으로 이동하거나 왼쪽(2속기어(85)쪽)으로 이동하게 되면서 변속기구(100)를 1속기어(84)에 결합시켜 1속변속을 행하거나 2속기어(85)에 결합시켜 2속변속이 행하게 되는 것이다.

이때 1속감지센서(105), 2속감지센서(106)는 1속기어(84) 및 2속기어(85)가 부축(90)에 치합될 때 이를 감지하여 감지한 신호를 시스템컨트롤러(110)로 신호를 보냄으로서 시스템컨트롤러(110)는 이 신호를 받아 상기 모터(50)(51)를 정지시킨다.

한편, 중립으로 변속할 경우에는 1속기어(84) 또는 2속기어(85)와 결합된 변속기구(100)는 각각 2속기어(85) 또는 1속기어(84)쪽으로 이동하다가 중립이 실현되어 중립감지센서(108)가 이를 감지하여 시스템커트롤러(100)로 신호를 보내어 모터(50)(51)를 정지시켜 본 실시예의 시프트액츄에이터의 작동을 멈추게 되는 것이다.

그외, 또 다른 실시예로서 첫 번째 실시예의 봉(60)과 볼스큐류(61)를 일체화시키고 볼스큐류(61)가 모터(50)축의 안쪽으로 이동되는 것을 고려할 수도 있다.

상기 실시예에서 본 발명의 정신에 따라 몇가지 예를 제시하였으나, 또 다른 변경이 가능함은 이 분야의 통상의 지식인은 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어 변속기구로서 동시치합식이나 선택기어식을 사용한다든지 또는 변속기구가 주축상에 장착되어 있는 변속기 등에도 적용될 수 있음은 물론이지만 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속하게 됨은 첨부된 특허청구의 범위에 의해 명확해 질 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 전기자동차용 변속기의 시프트액츄에이터는 종래에 내영기관자동차에서 자동시프트를 구현하기 위하여 유압액츄에이터를 사용하던 것에 비하여 구성이 간단하여 경제적이다.

또한 적은 용량의 모터와 이동수단 등을 사용하므로 탈거 및 장착이 용이하게 되는 잇점이 있다.

Claims (7)

1. 변속기의 변속기구와, 상기 변속기구의 기어치합여부를 감지하는 감지수단과, 변속조작수단과, 상기 변속조작수단에 의해 회전방향을 달리하고 상기 감지수단의 신호에 따라 회전과 정지작용을 하는 모터와, 상기 모터에 의해 상기 변속기구를 이동시키는 이송수단을 포함하는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.
2. 제1항에 있어서, 변속기구는 시프트포크와 상크로나이저를 포함하는 동기치합기구인 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.
3. 제1항에 있어서, 변속기구는 선택기어식 변속기에 사용되는 시프트포크(102)인 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.
4. 제1항에 있어서, 감지수단은 상기 변속기구의 위치를 파악하는 센서와, 상기 센서의 신호를 받아 상기 모터를 정지시키는 시스템컨트롤러를 포함하는 전기자동차용 액츄에이터시스템.
5. 제1항에 있어서, 감지수단은 상기 변속기구의 위치를 파악하여 변속이 완료되면 상기 모터의 전원을 차단하는 스위치인 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.
6. 제1항에 있어서, 이송수단은 모터와 같이 회전하는 볼스큐류와, 상기 볼스크류와 나사결합하고 상기 변속기구와 결합된 봉을 포함하는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.
7. 제1항에 있어서, 이송수단은 모터의 회전에 따라 이송되는 볼스큐류와, 상기 볼스큐류에 일체로 결합되고 상기 변속기구와 결합된 봉을 포함하는 전기자동차용 시프트액츄에이터시스템.