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KR102465412B1 - 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구 - Google Patents

자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구 Download PDF

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KR102465412B1
KR102465412B1 KR1020210144022A KR20210144022A KR102465412B1 KR 102465412 B1 KR102465412 B1 KR 102465412B1 KR 1020210144022 A KR1020210144022 A KR 1020210144022A KR 20210144022 A KR20210144022 A KR 20210144022A KR 102465412 B1 KR102465412 B1 KR 102465412B1
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KR
South Korea
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speed
clutch
cam
gear
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KR1020210144022A
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English (en)
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김정윤
하승홍
우혜성
한무성
김형준
황승욱
Original Assignee
대구가톨릭대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구에 관한 것으로, 한 개의 라비뉴 유성기어세트와 한 개의 감속기어, 클러치, 로딩캠, 그리고 원웨이 클러치를 포함하여 속도에 따른 로딩캠 및 클러치의 작동에 의하여 자동으로 2단 변속을 구현함을 특징으로 한다.

Description

자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구{AUTOMATIC SHIFT ENGAGING 2-SPEED TRANSMISSION FOR A LIGHT VEHICLE}
본 발명은 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한 개의 라비뉴 유성기어세트와 한 개의 감속기어, 클러치, 로딩캠, 그리고 원웨이 클러치를 포함하여 속도에 따라서 자동으로 2단 변속을 구현하는 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차는 가솔린을 이용하는 가솔린 차량이나 디젤을 이용하는 디젤 차량과는 달리 전기를 동력원으로 사용함에 따라, 배기사스의 배출이 전혀 없는 친환경 차량을 말한다. 최근 중국을 비롯한 세계 여러 선진 자동차 메이커들은 이러한 전기자동차 개발을 위하여 많은 노력을 기울이고 있다.
이러한 전기자동차는 동력원이 고압 배터리로 이루어져 있으며, 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등과 같은 이차전지를 사용하고 있다.
전기자동차의 동력원인 구동모터는 상기 고압 배터리의 전기 에너지를 통해 회전 구동되므로, 구동모터의 회전력 및 회전속도는 차량 제어부를 통해 직접 제어되고 이에 따라 차량 속도를 변속할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 전기자동차는 내연기관 차량과는 달리 구동모터에 대한 제어가 용이하기 때문에, 별도의 변속장치가 없어도 구동모터에 대한 제어를 통해 차량 속도를 원활하게 변속할 수 있다.
한편, 구동모터에 대한 제어를 통해 차량 속도를 제어하게 되면, 구동모터에 부하가 많이 걸려 전기 에너지 소비량이 증가하고 이에 따라 1회 충전을 통한 주행거리가 짧아지게 되며, 구동모터 제어를 위한 제어부 및 구동모터의 구성이 복잡해지고 용량이 커지는 등의 문제가 있었다.
차량 속도가 증가함에 따라 구동모터의 속도도 따라서 증가해야 되고, 저속에서는 고토크가 필요하며, 고속에는 저토크가 필요하게 되므로 전기자동차에도 에너지 효율 측면에서 적합한 변속기가 요구되고 있으나, 전기자동차용 변속기에 대한 연구개발은 기존의 가솔린 차량이나 디젤 차량의 자동변속기 또는 수동변속기를 개량해서 사용하고 있는 실정이다.
이러한 자동변속기 또는 수동변속기는 상대적으로 부피가 큰 유압 습식 다판 클러치를 사용하거나, 마모 및 소음 발생 가능성이 높은 싱크로나이저를 사용하여 장치의 크기가 크거나 변속이 복잡하다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1282691호(발명의 명칭 : 전기자동차용 2단 변속기, 2013. 07. 05. 공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한 개의 라비뉴 유성기어세트와 한 개의 감속기어, 클러치, 로딩캠, 그리고 원웨이 클러치를 포함하여 속도에 따른 로딩캠 및 클러치의 작동에 의하여 자동으로 2단 변속을 구현하는 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 동력원으로부터 동력이 유입되는 입력축과, 상기 입력축과 연결되는 감속기어와, 상기 감속기어와 연결되는 라비뉴 유성기어세트와, 상기 입력축으로부터 분기되는 로딩캠축과, 상기 로딩캠축과 일측이 연결되는 로딩캠 및 상기 로딩캠의 타측과 일측이 연결되는 클러치를 포함하되, 상기 클러치의 타측 및 출력축은 상기 라비뉴 유성기어세트와 연결되며, 상기 입력축의 회전속도에 따라서 상기 로딩캠의 동작으로 상기 클러치가 결합 및 해제된다.
여기서, 상기 라비뉴 유성기어세트는 제1 선기어, 제2 선기어, 캐리어 및 링기어를 포함하되, 상기 제1 선기어는 상기 감속기어와 연결되고, 상기 링기어는 상기 클러치의 타측과 연결되며, 상기 캐리어는 상기 출력축과 연결되고, 상기 링기어와 연결되는 제1 원웨이클러치를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 상기 감속기어에 연결되는 카운터기어를 더 포함하고, 상기 라비뉴 유성기어세트는 제1 선기어, 제2 선기어, 캐리어 및 링기어를 포함하되, 상기 제1 선기어는 상기 카운터기어와 연결되고, 상기 제2 선기어는 상기 클러치의 타측과 연결되며, 상기 캐리어는 상기 출력축과 연결되고, 일측은 상기 제1 선기어와 연결되고, 타측은 상기 제2 선기어와 연결되는 제2 원웨이클러치를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 상기 로딩캠은, 상기 로딩캠축과 연결되는 제1 캠 플랜지와, 상기 클러치의 일측과 연결되는 제2 캠 플랜지 및 상기 제1 캠 플랜지와 상기 제2 캠 플랜지 사이에 개재된 캠롤러를 포함하되, 상기 제1 캠 플랜지와 상기 제2 캠 플랜지는 상기 로딩캠축의 회전속도가 증가할수록 상기 캠롤러가 외측으로 이동하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 본 발명에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 변속시에 별도의 액츄에이터가 필요하지 않아 구성이 간단하며, 부피가 작고 단가가 낮은 효과가 있다.
둘째, 로딩캠에 의하여 회전속도에 따라서 자동으로 변속이 이루어지므로 복잡한 제어장치가 필요없어 고장이 없고 불필요한 동력을 사용하지 않아 차량의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
셋째, 로딩캠의 경사판의 각도를 최적화하여 클러치 결합 및 해제 간극 조정 프로파일을 만들 수 있어 변속충격을 최소화하고 변속기구의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 라비뉴 유성기어세트의 구성(도 2의 (a)) 및 로딩캠의 구성(도 2의 (b))을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 1단 주행시 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 2단 주행시 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
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 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 하면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의 상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 각 구성요소가 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭한 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구를 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 동력원으로부터 동력이 유입되는 입력축(100), 상기 입력축과 연결되는 감속기어(200), 상기 감속기어와 연결되는 라비뉴 유성기어세트(300), 상기 입력축(100)으로부터 분기되는 로딩캠축(400), 상기 로딩캠축(400)과 일측이 연결되는 로딩캠(500) 및 상기 로딩캠(500)의 타측과 일측이 연결되는 클러치(600)를 포함하되, 상기 클러치(600)의 타측 및 출력축(700)은 상기 라비뉴 유성기어세트(300)와 연결되며, 상기 입력축(100)의 회전속도에 따라서 상기 로딩캠(500)의 동작으로 상기 클러치(600)가 결합 및 해제되는 것을 특징으로 한다.
동력원에서 출력되는 동력은 입력축(100)에 의하여 감속기어(200)로 전달되고 감속기어(200)에서 일정 속도로 감속되어 라비뉴 유성기어세트(300)로 입력된다.
여기서, 라비뉴 유성기어세트(300)에 대해서 도 2의 (a)를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
라비뉴 유성기어세트(300)는 기본적으로 지름이 다른 두 개의 선기어(제1 선기어, 제2 선기어)와, 이들과 각각 연결된 피니언(제1 피니언, 제2 피니언), 그리고 피니언 2개의 중심축과 연결되어 하나의 회전체를 형성하는 캐리어 및 캐리어와 연결된 링기어로 이루어져 있다. 이러한 라비뉴 유성기어세트(300)는 두 개의 선기어와 캐리어, 링기어가 각각 입출력 중 어느 하나가 될 수 있으며, 나머지는 고정되거나, 또는 자유회전하거나 서로 연결되어 같이 회전할 수 있다. 예를 들어, 라비뉴 유성기어세트의 구성요소인 제1 선기어가 제1 입력, 제2 선기어가 제2 입력, 캐리어가 출력 및 링기어가 변속기 하우징에 클러치로 결합/해제와 같은 구성을 가질 수 있다.
라비뉴 유성기어세트(300)의 경우 도 2의 (a)를 참조하면, 아래와 같이 기어비에 따른 속도식을 구할 수 있다.
(1-Rss)Wc = Wr - RssWss (수식1)
(1+Rls)Wc = Wr + RlsWls (수식2)
(1-Rlp)Wc = Wr - RlpWlp (수식3)
(1+Rsp)Wc = Wr + RspWsp (수식4)
여기서 R(도 2 (a)에서 r은 반지름을 의미한다.)은 기어비를 의미하는 것으로 Rss는 링기어의 기어비 대비 제1 선기어(small sun gear) 기어비, 즉 Zss/Zr을 의미한다. (Zr은 링기어의 기어수, Zss는 제1 선기어의 기어수, 도 2 (a)에서 기어치의 크기가 동일할 경우 r(반지름)의 비와 동일하다.)
마찬가지로, Rls는 링기어의 기어비 대비 제2 선기어(large sun gear)의 기어비, Rsp는 링기어의 기어비 대비 제1 피니언(small pinion)의 기어비, Rlp는 링기어의 기어비 대비 제2 피니언(large pinion)의 기어비를 의미한다.
또한, Wc는 캐리어의 회전속도, Wss는 제1 선기어(small sun gear)의 회전속도, Wls는 제2 선기어(large pinion)의 회전속도, Wsp는 제1 피니언(small pinion)의 회전속도, Wlp는 제2 피니언(large pinion)의 회전속도, Wr은 링기어의 회전속도를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 이러한 라비뉴 유성기어세트(300)의 입력으로 동력원으로부터 나오는 입력이 입력축(100) 및 로딩캠(500)과 클러치(600)를 거쳐 들어오게 되고, 출력은 출력축(700)을 통하여 나가게 된다.
상술한 바와 같이 입력은 라비뉴 유성기어세트(300)의 제1 선기어, 제2 선기어, 캐리어, 링기어 등 어느 두 개가 될 수 있고, 출력은 나머지 중 어느 하나가 될 수 있으며, 관련 속도식은 수식1 내지 수식4로부터 결정되게 된다.
이하에서는 상기 클러치(500)와 상기 로딩캠(600)의 동작에 대해서 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이 동력원으로부터의 출력되는 동력은 입력축(100)을 거친 후 감속기어(200)를 거쳐서 입력이 되며(제1 입력), 중간에 분기가 되어 로딩캠축(400)을 거쳐서 로딩캠(500)으로도 입력이 된다.
로딩캠(500)으로 입력된 동력은 로딩캠(500)을 거쳐 클러치(600)로 전달되며, 로딩캠(500)이 어떠한 상태인지에 따라서 클러치(600)의 결합 및 해제가 결정되어 동력이 라비뉴 유성기어세트(300)로 제2 입력이 되어 들어가게 된다.
로딩캠(500)은 상기 로딩캠축(400)과 연결되는 제1 캠 플랜지(510)와, 상기 클러치(500)의 일측과 연결되는 제2 캠 플랜지(520) 및 상기 제1 캠 플랜지(510)와 상기 제2 캠 플랜지(520) 사이에 개재된 캠롤러(530)를 포함한다.
상기 제1 캠 플랜지(510)와 상기 제2 캠 플랜지(520)는 상기 로딩캠축(400)의 회전속도가 증가할수록 상기 캠롤러(520)가 외측으로 이동하도록 형성된다.
즉, 상기 로딩캠축(400)의 회전속도, 즉 입력축(100)의 회전속도가 일정기준보다 낮을 때에는 캠롤러(530)는 제1 캠플랜지(510) 및 제2 캠플랜지(520)의 중심부에 위치하게 되고, 이 때 제1 캠플랜지(510) 대비 제2 캠플랜지(520)의 상대적 거리는 제1 캠플랜지(510)와 제2 캠플랜지(520)의 형상에 따라서 가깝게 된다.
상기 로딩캠축(400)의 회전속도가 일정기준보다 높게 되면, 캠롤러(530)는 원심력에 의하여 외측으로 이동하게 되고, 외측으로 이동할수록 제1 캠플랜지(510) 대비 제2 캠플랜지(520)의 상대적 거리는 멀어지게 되어 상기 클러치(600)를 구동하게 된다. 즉, 클러치(600)의 구동부를 가압하게 되어 클러치(600)가 결합하게 된다.
이러한 로딩캠(400)의 동작에 의하여 입력축(100)의 속도가 일정기준(일정속도)에 이르게 되면, 클러치(600)가 동작하여 제2 입력으로 상기 라비뉴 유성기어세트(300)로 동력이 입력되게 된다.
즉, 일정기준(일정속도) 이전에는 1단으로 변속기구가 동작하게 되며, 일정기준(일정속도) 이상이 되면 2단으로 변속기구가 동작하게 된다.
라비뉴 유성기어세트(300)에서 입력이 1개로 들어오다가 클러치의 동작에 의하여 입력이 2개로 변경되며, 이에 따라서 라비뉴 유성기어세트(300)의 기어비가 변경되게 된다.
이러한 동작의 실시예는 여러 가지가 존재할 수 있는데, 본 발명에서는 2개의 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 입력축(100)을 거쳐서 들어오는 동력은 감속기어(200)을 거쳐 라비뉴 유성기어세트(300)의 제1 선기어(310)로 들어온다.
한편, 클러치(600)의 타측은 라비뉴 유성기어세트(300)의 링기어(340)로 연결되며, 출력축(700)은 캐리어(330)와 연결된다.
또한, 상기 링기어(340)는 제1 원웨이 클러치(800)에 의하여 변속기 하우징(도면부호 미도시)에 추가로 연결된다.
이러한 구성에서, 1단일 경우에는 로딩캠(500)의 회전속도가 일정기준에 이르지 않았으므로 클러치(600)가 해제되어 있고, 링기어(340)에 연결되어 있는 제1 원웨이 클러치(800)는 변속기 하우징에 잠금 결합되어 회전하지 않게 된다.
2단에서는 로딩캠(500)의 회전속도가 일정기준에 이르러 클러치(600)를 가압하여 결합시킨다. 즉, 제2 입력이 클러치(600)를 통하여 링기어(340)에 전달되며, 이 때, 제1 원웨이 클러치(800)는 회전방향으로 인하여 변속기 하우징으로부터 풀림 결합되어 자유회전할 수 있게 된다.
감속기어(200)의 기어비를 N으로 표시하면(N은 입력기어수 대비 출력기어수로 감속이 될 경우에는 1보다 작은 값을 갖게 된다.), 속도식은 다음과 같이 구할 수 있다.
1단에서는 클러치(600)가 해제되고 제1 원웨이 클러치(800)가 결합되었으므로 Wr=0가 되어 상술한 수식1은 다음과 같이 된다.
(1-Rss)Wc = - RssWss (수식5)
여기서, 동력원의 회전속도를 Wm으로 표시하면, 감속기어(200)를 거쳐 Wss에 전달되므로 속도식은 아래와 같이 된다.
Wss = -NWm (수식6)
감속기어(200)는 회전속도를 반대방향으로 변경하기 때문에 마이너스(-)가 되며, 수식5와 수식6을 결합하면, 아래와 같이 된다.
(1-Rss)Wc = NRssWm (수식7)
여기서, Rss = 0.2, N = 0.8라 가정하면, Wc는 0.2Wm이 되어서 감속되어 운전되게 된다.
2단에서는 동력원의 회전속도(Wm)가 올라감에 따라서 상기 로딩캠(500)이 동작하여 클러치(600)를 결합시켜 Wm과 Wr이 같아지게 된다. 이 때 제1 원웨이 클러치(800)는 해제(프리휠, 자유회전)된다.
이럴 경우에 수식1은 아래와 같이 변경된다.
(1-Rss)Wc = Wm + NRssWm (수식8)
위와 같이 Rss = 0.2, N = 0.8일 경우에는 Wc = (0.8/1.16)Wm 으로 Wc = 0.69Wm으로 1단에 비하여 높은 회전속도가 된다.
한편, 이와 같이 구성될 경우에는 제2 선기어(320)는 자유회전을 하게 되며, 위의 속도식에 따라서 회전속도가 결정되게 된다. 또한, 제1 피니언과 제2 피니언은 상술한 수식(속도식)에 따라서 속도가 결정되게 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구은 다음과 같은 구성을 갖는다. 라비유 유성기어세트(300)의 제1 선기어(310)가 상기 감속기어(200)와 연결되고, 제2 선기어(320)는 상기 클러치(600)의 타측과 연결되며, 캐리어(330)는 상기 출력축(700)과 연결되고, 링기어(340)는 자유회전한다, 여기서, 제2 실시예에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는, 일측이 상기 제1 선기어(310)와 연결되고 타측은 상기 제2 선기어(320)와 연결되는 제2 원웨이클러치(350)를 더 포함한다.
이러한 제2 실시예에서는 감속기어(200)에 카운터기어(210)가 더 포함되어 감속기어(200)를 거쳐서 제1 선기어(310)에 동력이 입력될 경우에 회전방향이 동일하게 된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 1단 주행시 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 1단에서는 동력원의 회전속도(Wm)가 빠르지 않아 로딩캠(500)이 저속으로 회전하게 되고, 이에 따라서 클러치(600)가 결합되지 않는다. 이 때, 제1 선기어(310)와 제2 선기어(320) 사이에 결합되어 있는 제1 원웨이 클러치(350)가 작동되어 제1 선기어(310)와 제2 선기어(320)가 일체로 회전하게 된다. 즉, 제1 원웨이 클러치(350)는 제1 선기어(310)의 회전방향으로는 잠김이 일어나 제2 선기어(320)가 같이 결합되서 회전하게 된다. 링기어(340)에는 아무런 구성요소도 연결되어 있지 않아 자유회전하게 되므로, 제1 선기어(310)와 제2 선기어(320)가 일체로 회전하면서 전달된 동력은 모두 캐리어(330)로 나가게 된다.
상술한 수식2에서 수식1을 차감하면,
(Rls + Rss)Wc = RlsWls + RssWss (수식9)
이 되며, 여기서, Wss = Wls가 되므로, 결국 Wss = Wls = Wc가 되어 모두 같은 속도로 회전하게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구의 2단 주행시 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하여, 2단 주행을 설명하기 전에, 1단에서 2단의 변속과정을 설명하면 다음과 같다.
동력원의 회전속도(Wm)가 증가하여 일정기준(일정속도)에 이르면, 로딩캠(500)으로부터 가해지는 축방향 힘에 의하여 클러치(600)가 결합을 시작하면서 제1 선기어(310)와 제2 선기어(320)의 속도가 변하게 되는데, 제1 선기어(310)는 감속기어(200)가 연결되어 있어 상대적으로 속도가 느리게 되어 제2 원웨이 클러치(350)가 해제(프리휠, 자유회전)되게 된다.
도 6을 참조하여 2단 주행을 설명하면, 클러치(600)는 결합되어 있고, 원웨이 클러치(350)는 해제되어 있으므로 동력원으로부터의 동력은 제1 선기어(310) 및 제2 선기어(320) 모두를 통해서 입력된다. 여전히 링기어(330)는 자유회전하기 때문에, 수식9와 같이 회전속도가 결정되어 캐리어(330)의 회전속도는 제1 선기어(310) 및 제2 선기어(320)의 회전속도와 기어비에 의하여 결정된다.
도 5 및 도 6에 도시된 도면, 그리고 상술한 수식을 참조하여, 1단과 2단에서의 속도를 계산하면 아래와 같다.
1단에서는 동력원의 회전속도(Wm)가 감속기어(200)를 거쳐 카운터기어(210)를 지나 제1 선기어(310)로 전달되므로, 감속기어(200)의 감속비를 N으로 하였을 때, Wss = Wls = NWm이 된다. 즉, 제1 선기어(310)와 제2 선기어(320)의 회전속도는 동일하고, 동력원으로부터 감속비만큼 감속되어 회전하게 된다.
앞에서 살펴본 바와 같이 캐리어(330)의 회전속도가 제1 선기어(310) 및 제2 선기어(320)의 회전속도와 동일하므로 출력축속도는 Wc = Wss = Wls = NWm이 된다. 일 예로 감속비가 0.5일 경우에, N = 0.5가 되고, 1단의 출력축속도는 0.5Wm이 된다.
2단의 경우에는 앞의 수식9로써 Wc의 회전속도가 결정되는데, 일 예로 Rss = 0.2 이고, Rls = 0.4일 경우에(N=0.5 동일함), 아래와 같이 1단의 속도보다 증가하게 된다.
Wc = (RssWss + RlsWls) / (Rss + Rls) (수식10)
Wc = (0.2NWm + 0.4Wm) / (0.2 + 0.4) = (0.1Wm + 0.4Wm)/0.6 = 5/6Wm = 0.83Wm
즉, 본 발명에 따른 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구는 동력원의 회전속도에 따라서, 로딩캠의 캠플랜지(제1, 제2)의 프로파일을 일정기준(일정속도)에 클러치가 결합되도록 설정할 경우, 별다른 기구없이 자동으로 2단으로 변속이 수행되며, 라비뉴 유성기어세트의 기어비 및 감속기어의 기어비를 적절히 조절하면, 동력원에 매칭되어 최적의 2단 변속기를 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100 : 입력축
200 : 감속기어
300 : 라비뉴 유성기어세트
400 : 로딩캠축
500 : 로딩캠
600 : 클러치
700 : 출력축
800 : 제1 원웨이 클러치
210 : 카운터기어
310 : 제1 선기어
320 : 제2 선기어
330 : 캐리어
340 : 링기어
350 : 제2 원웨이 클러치

Claims (3)

  1. 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구에 있어서,
    동력원으로부터 동력이 유입되는 입력축;
    상기 입력축과 연결되는 감속기어;
    상기 감속기어와 연결되는 라비뉴 유성기어세트;
    상기 입력축으로부터 분기되는 로딩캠축;
    상기 로딩캠축과 일측이 연결되는 로딩캠; 및
    상기 로딩캠의 타측과 일측이 연결되는 클러치를 포함하되,
    상기 클러치의 타측 및 출력축은 상기 라비뉴 유성기어세트와 연결되며, 상기 입력축의 회전속도에 따라서 상기 로딩캠의 동작으로 상기 클러치가 결합 및 해제되는 것을 특징으로 하는 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라비뉴 유성기어세트는 제1 선기어, 제2 선기어, 캐리어 및 링기어를 포함하되,
    상기 제1 선기어는 상기 감속기어와 연결되고,
    상기 링기어는 상기 클러치의 타측과 연결되며,
    상기 캐리어는 상기 출력축과 연결되고,
    상기 링기어와 연결되는 제1 원웨이클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로딩캠은,
    상기 로딩캠축과 연결되는 제1 캠 플랜지;
    상기 클러치의 일측과 연결되는 제2 캠 플랜지; 및
    상기 제1 캠 플랜지와 상기 제2 캠 플랜지 사이에 개재된 캠롤러를 포함하되,
    상기 제1 캠 플랜지와 상기 제2 캠 플랜지는 상기 로딩캠축의 회전속도가 증가할수록 상기 캠롤러가 외측으로 이동하도록 형성된 것을 특징으로 하는 자동변속제어가 가능한 초소형차량용 2단 변속기구.
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