KR20140010331A - 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3개의 회전부를 가지면서 그 중 어느 두 회전부를 구동입력회전부(DA',DP')로 하고, 나머지 어느 한 회전부를 구동출력회전부(DB')로 사용하는 차동기어유닛(50)과 제1 회전동력원(P1)이 전달되는 적어도 1개 이상의 제1 구동입력축(10) 및 제2 회전동력원(P2)이 전달되는 적어도 1개 이상의 제2 구동입력축(10')의 조합에 의한 기어비로 된 기어결합체(500)를 형성하고, 상기 제1 구동입력축(10)과 제2 구동입력축(10')의 축상에 각각 회전 동력원을 차단 및 해제하는 역회전방지수단을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치이다. 본 발명은 원웨이 베어링 또는 클러치와 같은 제동수단을 기어결합체에 부가하여 경사로에서 역구동력이 발생될 때 동력전달축의 회전을 강제로 정지시킴으로써 정지 또는 경사로에서 출발할 때 미끄럼을 방지 할 수 있는 효과가 나타나게 되는 것이다.

Description

역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치{SPEED CHANGE DEVICE}

본 발명은 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명의 출원인이 선 출원한 단일 종류의 회전동력원과 기어결합체를 이용한 변속장치(출원번호: 10-2010-0084504)의 계속된 발명으로서, 구동 입력축으로부터 전달되는 회전동력원의 회전수가 기어비로 변속되어 구동수단으로 전달되는 변속장치를 구성할 때, 기어결합체의 구동 입력축과 변속제어용 부축(상기 구동입력축과 일정한 기어비를 가진 서로 다른 기어의 치합에 의하여 변속비가 서로 다른 회전동력원을 변속용 제어회전부에 전달) 또는 구동출력축에 불필요한 구동력을 차단하는 적어도 한 개 이상의 역회전방지수단을 구비하여, 각종 안전사고를 예방하고, 변속비가 다른 2 개의 구동 동력원을 사용하여 구동모터를 소형화하며, 모터효율 및 밧데리의 효율을 극대화 할 수 있는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종의 산업 현장에서는 용도에 따라 산업기계나 감속기, 증속기, 호이스트, 물품이송용 컨베이어, 윈치, 엘리베이터, 에스컬레이터 및 자동차와 같은 구륜장비 등 매우 다양한 곳에서 주원동력의 입력회전수를 용도에 맞게 기어비를 통하여 변속시켜 구동축의 구동수단으로 변속된 출력회전수를 전달하는 다양한 형태의 유단변속장치와 무단변속장치들이 널리 사용되고 있다.

즉 위와 같은 유단변속장치와 무단변속장치를 이용한 운반차량의 경우, 높은 기동동력원이 요구되는 저속구간과 상대적으로 낮은 동력원으로 주행하는 고속구간에 따라 여러 개로 배열된 기어의 치합에 의한 변속비를 조절하여 동력원의 효율을 제어하고 있고, 그 변속방법에 있어서도 수동변속은 구동동력을 차단하는 클러치를 사용하고 있고 자동변속은 유압컨버터가 널리 이용되고 있으며, 경사로에서 정지 또는 정지 후 출발할 때 미끄러짐에 의한 안전운행의 위험을 방지하기 위하여 수동조작(일명 사이드)브레이크를 사용하고 있다.

그런데 운전경험이 미숙한 초보 운전자 또는 운동신경이 느린 노약자등이 경사로를 주행할 경우 변속장치의 조작미숙이 빈번하게 발생되어 미끄러짐에 의한 사고의 위험성이 상존하고 있었다.

특히 석유에너지 전동모터의 경우 다단 변속기 없이 모터의 힘만으로 저속의 고토오크 구간을 동작함으로써 구동모터가 고토오크를 감당하는 크기로 커져야 하고 이에 따른 밧데리의 용량 및 모터의 용량 또한 크게 설정되어야 한다. 따라서 이와 같은 문제점으로 밧데리 용량 및 모터용량 증대에 따른 전체적인 중량이 늘어나게 됨으로써 엄청난 제작비용이 소모되는 문제점이 있었고, 나아가 현재 출시되고 있는 차량에 장착된 전동모터는 일정용량의 밧데리로 1회 충전으로 항속거리가 160Km 이하로 기술적인 한계가 있었던 바, 이로 인하여 충전소의 인프라 구축 및 밧데리 용량증대, 모터의 대형화 등으로 제작과정에 엄청난 비용이 들어가는 문제점이 있었던 것이다.

또한 저속차량의 경우 고비율 감속을 위해 기어의 다단배열을 하고 있으나, 이 또한 기어의 다단배열에 따른 체적이 커질 수 밖에 없어 상술한 문제점이 나타나게 되었던 것이다.

따라서 기동토오크를 높이면서 고속주행을 소망하는 현대사회에서는 대용량의 고효율 모터 및 고효율 밧데리에 대한 개발이 요구되어 많은 연구비를 투자하고 있는 실정에 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제1 구동입력축과 차동기어유닛과 및 제2 구동입력축의 조합에 의하여 기어비가 확장된 또 다른 기어결합체를 형성하고, 상기 두 구동입력축의 각 축상에 각 구동축의 회전력을 제어하는 적어도 1개 이상의 역회전방지수단을 구비하여 구동출력축에 불필요한 구동력을 차단함으로써 각종 안전사고를 예방할 수 있고, 저속 및 고속구간 운전시 모터효율과 밧데리효율을 증대시킬 수 있는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에 의한 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치에 사용되는 기어결합체는 동력원으로 되는 제1 회전동력원(P1) 및 제2 회전동력원이 전달되는 구동입력축(10,10')을 각각 적어도 1개 이상으로 형성하고, 3개의 회전부를 가지면서 어느 두 회전부를 구동입력회전부(DA', DP')로 하고 나머지 한 회전부를 구동출력회전부(DB')로 사용하는 차동기어유닛(50)의 조합에 의한 기어비로 된 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)로 구성되어 있다.

본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)에 각각 구비되는 역회전방지수단은 구동입력축(10,10')의 축상에 각 동력원의 정지시 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 제동수단이 부가된 구조로 되어 있고, 그 제동수단은 브레이크, 전자브레이크, 클러치 등이 포함되어 있다.

여기서 본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)를 이용한 변속장치는 각 3개의 회전부(구성요소)를 가진 차동기어유닛에서 나타나는 일반적인 성질을 이용한 것이다.

즉 각 3개의 회전부가 서로 기어로 연결된 차동기어유닛의 일반적인 성질에 의하면, 차동기어유닛의 구동입력회전부와 인접한 어느 한 회전부는 구동입력회전부의 회전방향을 따라 동일방향으로 회전하려는 성질이 나타나게 되고, 구동입력회전부와 떨어진 나머지 한 회전부는 구동입력회전부의 회전방향과 반대방향으로 회전하려는 성질이 나타나게 되는 것이다.

따라서 차동기어유닛에 대한 각 구성요소[차동A축(DA), 차동B축(DB), 피니언기어하우징(DP)]들 중, 어느 하나의 구성요소를 구동입력회전부로 하고, 다른 구성요소를 변속제어회전부로 하며, 나머지 한 구성요소를 구동출력회전부로 구성할 때, 구동출력회전부의 회전수가 구동입력회전부와 구동출력회전부의 기어비 및 나머지 한 회전부의 구동조건에 따라 나머지 한 회전부와 구동출력회전부의 기어비가 조합되어 구동출력회전부의 회전수로 결정되어 짐은 이미 본 출원인이 선 출원하여 등록된 발명기술에서 널리 알려진 바와 같다.

상기와 같이 된 본 발명은 원웨이 베어링 또는 클러치와 같은 제동수단을 기어결합체에 부가하여 경사로에서 역구동력이 발생될 때 동력전달축의 회전을 강제로 정지시킴으로써 정지 또는 경사로에서 출발할 때 미끄럼을 방지 할 수 있는 효과가 나타나게 되는 것이다.

그리고 동력전달과정에 높은 토오크를 필요로 하는 저속단과 낮은 토오크를 필요로 하는 고속단을 별도로 선택할 수 있는 기어결합체의 구조를 제공함으로써 대용량 모터의 개발에 따른 연구개발비를 현저하게 줄일 수 있는 매우 큰 이점이 나타나게 되는 것이다.

또한 본 발명의 기어결합체에 의해 적은 용량의 전동모터를 사용함으로써 밧데리의 효율증대에 따른 용량을 줄일 수 있게 되어 차체 중량감소와 제작비의 절감효과가 있음은 물론이고, 1회 충전 항속거리를 증대시킬 수 있게 되어 전체적인 운행효율의 증대 및 충전소와 같은 각종 부대설비 투자를 절감할 수 있는 매우 큰 효과가 나타나게 되는 것이다.

더 나아가 유성기어유닛이 포함된 본 발명의 기어결합체의 경우, 선기어, 링기어가 베어링으로 일체가 됨으로써 선기어, 유성기어, 링기어의 자중에 의한 처짐으로 발생되는 진동, 마모 및 동력손실을 줄어들게 함은 물론이고 소음도 줄일 수 있는 효과가 동시에 나타나게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체를 도시한 각 실시예도

이하에서는 상기와 같은 구성 및 효과를 극명하여 나타내어 주는 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도1은 본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합으로 이루어진 역회전방지수단이 구비된 기어결합체(500)에 관한 결합도이다.

본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)는 도1에 도시한 바와 같이 제1 구동입력축(10)과 차동기어유닛(50) 및 제2 구동입력축(10')의 결합으로 구성되어 있되, 제1 구동입력축(10)에는 기어(A) 및 제1 구동입력축(10)의 선상으로 제1 회전동력원(P1)의 정지시 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 브레이크(CH)가 부가되고, 제2 구동입력축(10')에는 기어(F) 및 제2 구동입력축(10')의 선상으로 제2 회전동력원(P2)의 정지시 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 또 다른 브레이크(CH')가 부가되며, 차동기어유닛(50)의 어느 한 구동입력회전부(DA)에는 제1 구동입력축(10)에 부가된 기어(A)와 치합되는 기어(B)가 부가되고 다른 어느 한 구동입력회전부(DP)에는 제2 구동입력축(10')에 부가된 기어(F)와 치합되는 기어(E)가 부가되며 나머지 한 회전부에 해당하는 구동출력회전부(DB)에는 상기 구동출력회전부(DB)의 회전수를 감지하는 제1 센서(S1)가 부가되어 제1 회전동력원(P1)과 제2 회전동력원(P2)과 제1 브레이크(CH) 및 제2 브레이크(CH')의 작동을 제어하는 콘트롤제어부(T)가 부가된 구조를 포함하고 있다.

위와 같이 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)의 제1 구동입력축(10)과 제2 구동입력축(10')에는 각 구동 선상으로 제1 회전동력원(P1)과 제2 회전동력원(P2)의 정지시 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 브레이크(CH, CH')와 같은 제동수단(60)이 각각 축설되어 있으므로, 구동출력회전부(DB)에 불필요한 역회전력이 발생하게 되거나 제1 회전동력원(P1) 및 제2 회전동력원(P2)이 각기 구동될 때, 각 구동력이 다른 구동입력축으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있는 구조가 나타나게 된다.

그리고 차동기어유닛(50)의 어느 한 입력회전부(DA)에는 제1 구동입력축(10)에 축설된 기어(A)와 일정한 기어비를 가진 기어(B)가 치합되어 있고, 또 다른 어느 한 회전부(DP)에는 제2 구동입력축(10')에 축설된 기어(E)와 일정한 기어비를 가진 기어(F)로 치합되어 있으므로, 차동기어유닛(50)의 구동출력회전부(DB)에 나타나는 입력 회전수에 대한 출력 회전수의 변속범위는 제1 구동입력축(10)과 제2 구동입력축(10')을 서로 일정한 기어비로 치합하고 있는 기어(AB,EF)의 기어비 및 차동기어유닛(50)의 3회전부간 상호 기어비에 의해서 입력 회전수에 대한 출력 회전수의 변속범위를 임의적으로 확장할 수 있게 되는 것이다.

또한 차동기어유닛(50)의 구동출력회전부(DB)의 축선상에 부가되어 있는 상기 제1 센서(S1)에 의한 제1 회전동력원(P1)과 제2 회전동력원(P2)과 제1 브레이크(CH) 및 제2 브레이크(CH')의 작동을 제어하는 콘트롤제어부(T)가 부가되어 있는 바, 이는 곧 제1 회전동력원(P1)에서 부가되는 제1 동력원 또는 제2 회전동력원(P2)에서 부가되는 제2 동력원의 불필요한 구동을 차단할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)는 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2) 중 어느 하나의 동력원에는 변속비를 크게 하여 임의의 저속구간 및 후진구간에서 구동하고, 다른 하나의 동력원에는 변속비를 적게 하여 임의의 고속구간에서 별도로 구동하는 구조와, 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2) 중 어느 하나의 동력원은 후진 및 모든 구간에서 구동하고 다른 하나의 동력원은 임의의 일정구간에서 구간 구동하는 구조와, 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2)의 두 동력원이 후진 및 모든 구간에서 동시 구동하는 구조를 포함하고 있다.

따라서 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)는 제1 또는 제2 회전동력원에 대한 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 브레이크(CH1, CH2)의 장착구조에 의하여, 구동출력회전부(DB)에는 제1 회전동력원(P1)에서 부가되는 제1 동력원과 제2 회전동력원(P2)에서 부가되는 제2 동력원이 조합되어 임의의 저속 및 후진구간과 고속구간으로 별도구동 또는 동시구동 내지 임의의 구간 구동할 수 있게 함으로써 제1 회전동력원(P1)과 제2 회전동력원(P2)의 정격용량과 부피를 줄일 수 있게 되고, 정격용량과 부피가 줄어든 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2)으로도 입력 회전수에 대한 출력 회전수의 변속범위를 임의적으로 확장할 수 있게 되는 것이다.

다음으로 본 발명의 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)는 제1 구동입력축(10)과 차동기어유닛(50) 및 제2 구동입력축(10')의 결합으로 구성되어 있되, 차동기어유닛(50)의 구동출력회전부(DB)가 차동축A(DA) 내지 차동축B(DB)로 사용될 때에는 두 입력회전부에 치합된 기어의 입력회전방향이 서로 반대방향으로 회전되고, 구동출력회전부(DB)가 피니언기어하우징(DP)로 사용될 때에는 두 입력 회전부에 치합된 기어의 입력회전방향이 서로 동일한 방향으로 회전되게 하는 구조를 포함하고 있다.

즉, 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체(500)를 구성하고 있는 상기 기어(AB, EF)들이 치합된 기어비에 의하여, 위에서 살펴본 차동기어유닛의 일반적인 성질에 따라 구동출력회전부(DB)의 회전방향은 구동입력회전부(DA)의 회전방향과 동일 또는 반대방향으로 회전을 하게 되는 것이다.

이때 상기 설정예에 한정되지 않고 결합형태의 구조 및 주축으로 사용되는 기어유닛의 각 회전부의 회전비, 제1 구동입력축과 제2 구동입력축 및 유성기어유닛 내지 차동기어유닛에 축설된 기어비를 임의적으로 변화시키게 되면 해당 조합조건에 부합하는 변속비가 나타나게 되는 것이므로, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 실시할 수 있음은 물론이다.

500: 차동기어유닛 및 2개 이상의 구동축의 결합에 의한 기어결합체
10: 제1 구동입력축 10': 제2 구동입력축
A ~ F: 기어 S1: 센스
CH,CH': 브레이크
DA': 제1 구동입력회전부 DP': 제2 구동입력회전부
DB': 구동출력회전부
P1: 제1 회전동력원 P2: 제2 회전 동력원

Claims (8)

1. 3개의 회전부를 가지면서 그 중 어느 두 회전부를 구동입력회전부(DA',DP')로 하고, 나머지 어느 한 회전부를 구동출력회전부(DB')로 사용하는 차동기어유닛(50)과 제1 회전동력원(P1)이 전달되는 적어도 1개 이상의 제1 구동입력축(10) 및 제2 회전동력원(P2)이 전달되는 적어도 1개 이상의 제2 구동입력축(10')의 조합에 의한 기어비로 된 기어결합체(500)를 형성하고, 상기 제1 구동입력축(10)과 제2 구동입력축(10')의 축상에 각각 회전 동력원을 차단 및 해제하는 역회전방지수단을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
2. 제1항에 있어서, 역회전방지수단은 제1 회전동력원(P1) 및 제2 회전동력원(P2)의 정지시 제1 구동입력축(10) 및 제2 구동입력축(10')의 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 제동수단을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
3. 제2항에 있어서, 제동수단은 브레이크, 전자브레이크, 클러치를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기어결합체(500)는 제1 회전동력원(P1)이 전달되는 적어도 1개 이상의 제1 구동입력축(10)과 차동기어유닛(50) 및 적어도 1개 이상의 제2 구동입력축(10')의 결합으로 구성되어 있되, 제1 구동입력축(10)에는 기어(A) 및 제1 구동입력축(10)의 선상으로 제1 회전동력원(P1)의 정지시 제1 구동입력축(10)의 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 제1 브레이크(CH)가 부가되고, 제2 구동입력축(10')에는 기어(F) 및 제2 구동입력축(10')의 선상으로 제2 회전동력원(P2)의 정지시 제2 구동입력축(10')의 회전구동력을 차단 및 해제가 가능한 제2 브레이크(CH')가 부가되며, 차동기어유닛(50)의 구동입력회전부(DA')에는 제1 구동입력축(10)에 부가된 기어(A)와 치합되는 기어(B)가 부가되고 다른 구동입력부(DP')에는 제2 구동입력축(10')에 부가된 기어(F)와 치합되는 기어(E)가 부가되며 차동기어유닛(50)의 구동출력회전부(DB') 선상에는 상기 구동출력회전부(DB')의 회전수를 감지하는 제1 센서(S1)가 부가되어 제1 회전동력원(P1)과 제2 회전동력원(P2)과 제1 브레이크(CH) 및 제2 브레이크(CH')의 작동을 제어하는 콘트롤제어부(T)가 부가된 구조를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기어결합체(500)는 적어도 1개 이상의 제1 구동입력축(10)과 차동기어유닛(50) 및 적어도 1개 이상의 제2 구동입력축(10')의 결합으로 구성되어 있되, 차동기어유닛(50)의 구동출력회전부(DB')로 차동축A(DA') 내지 차동축B(DB')가 사용될 때에는 두 입력회전부에 부가된 각 기어(B,E)의 회전방향이 서로 반대방향으로 회전되고, 구동출력회전부(DB')로 피니언기어하우징(DP)이 사용될 때에는 두 입력회전부에 부가된 각 기어(B,DB')의 회전방향이 서로 동일한 방향으로 회전되게 하는 구조를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
6. 제1항에 있어서, 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2) 중 어느 하나의 동력원에는 변속비를 크게 하여 임의의 저속구간 및 후진구간에서 구동하고, 다른 하나의 동력원에는 변속비를 적게 하여 임의의 고속구간에서 각각 별도로 구동하는 구조를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
7. 제1항에 있어서, 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2) 중 어느 하나의 동력원은 후진 및 모든 구간에서 구동하고, 다른 하나의 동력원은 임의의 저속구간에서 구동하는 구조를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.
8. 제1항에 있어서, 제1 회전동력원(P1) 내지 제2 회전동력원(P2)은 각각 모든 구간에서 동시 구동하는 구조를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 역회전방지수단이 구비된 기어결합체를 이용한 변속장치.

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