KR20230086910A

KR20230086910A - 전기 자동차의 동력 전달 장치

Info

Publication number: KR20230086910A
Application number: KR1020210175334A
Authority: KR
Inventors: 채민호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-06-16
Also published as: US20230184310A1; US11796037B2

Abstract

구동 모터의 토크를 변속하여 전륜 및 후륜 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치로서, 구동 모터에 고정 연결되어 구동 모터의 토크를 전달받는 모터축; 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 모터축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 제1 입력축과 동심으로 배치되며, 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 모터축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 전륜을 구동하도록 구성되는 전륜 구동 기구; 후륜을 구동하도록 구성되는 후륜 구동 기구; 제1 입력축의 토크를 다단 변속하여 전륜 구동 기구에 선택적으로 전달하도록 구성되는 제1 변속부; 제2 입력축의 토크를 다단 변속하여 선택적으로 출력하도록 구성되는 제2 변속부; 및 제2 변속부의 출력 토크를 전륜 구동 기구 및 후륜 구동 기구 중 하나 이상에 전달하도록 구성되는 모드 전환 유닛;을 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치를 제공한다.

Description

전기 자동차의 동력 전달 장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS OF ELECTRIC VEHICLE}

본 개시는 전기자동차의 동력 전달 장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 해소하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

이러한 친환경 자동차의 예로서, 내연기관을 구비하지 않고 전기 모터를 사용하여 자동차를 구동하는 전기 자동차가 출시되고 있다.

이러한 전기 자동차의 예로는, 배터리에 충전된 전기를 사용하여 자동차를 구동하는 배터리 전기 자동차, 연료를 사용하여 발전되는 전기를 사용하여 자동차를 구동하는 연료 전지 전기 자동차 등을 예로 들 수 있다.

본 개시에서 "전기 자동차"의 용어는, 내연기관을 사용하지 않고 구동 모터로 구동되는 자동차(예컨데, 배터리 전기 자동차, 연료전지 자동차 등)를 의미한다.

전기 자동차에 다단 변속 기구가 구비되면, 여러가지 장점이 구현될 수 있다. 예를 들어, 구동 모터에 의한 발진 토크를 증가시킬 수 있고, 같은 구동 토크를 발휘하기 위해 모터 사이즈를 축소할 수 있어 원가를 절감할 수 있고, 변속을 통해 모터를 효과적인 운전점으로 운용할 수 있어 전비를 개선할 수 있다.

한편, 다단 변속 기구가 구비되면, 차량 중량이 증가하게 되고 원가가 상승하므로, 간단한 구조의 다단 변속 기구가 유리하게 된다.

또한, 전기 자동차에서도 4륜 구동의 필요성 및 장점(예컨대, 험로 탈출, 오프로드 성능 등)이 있는데, 이러한 4륜 구동을 효과적으로 제공할 수 있는 동력 전달 장치는 전기 자동차의 거동 및 상품성 개선에 도움되는 일이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 개시는 전륜 구동 모드, 후륜 구동 모드, 및 4륜 구동 모드를 보다 효율적으로 구현할 수 있는 전기 자동차의 동력 전달 장치를 제공한다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 구동 모터의 토크를 변속하여 전륜 및 후륜 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치로서, 상기 구동 모터에 고정 연결되어 상기 구동 모터의 토크를 전달받는 모터축; 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 동심으로 배치되며, 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축; 상기 전륜을 구동하도록 구성되는 전륜 구동 기구; 상기 후륜을 구동하도록 구성되는 후륜 구동 기구; 상기 제1 입력축의 토크를 다단 변속하여 상기 전륜 구동 기구에 선택적으로 전달하도록 구성되는 제1 변속부; 상기 제2 입력축의 토크를 다단 변속하여 선택적으로 출력하도록 구성되는 제2 변속부; 및 상기 제2 변속부의 출력 토크를 상기 전륜 구동 기구 및 상기 후륜 구동 기구 중 하나 이상에 전달하도록 구성되는 모드 전환 유닛;을 포함한다.

상기 제1 변속부는, 상기 제1 입력축 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가지는 제1속 구동 기어 및 제3속 구동 기어; 상기 제1 입력축과 이격되어 평행하게 배치되는 제1 중간축; 각각 상기 제1 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 상기 제1속 구동 기어 및 상기 제3속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1속 피동 기어 및 제3속 피동 기어; 상기 제1 중간축을 상기 제1속 피동 기어 또는 상기 제3속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저; 및 상기 제1 변속부의 출력 토크를 상기 전륜 구동 기구로 전달하는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어;를 포함할 수 있다.

상기 제2 변속부는, 상기 제2 입력축 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어 및 제4속 구동 기어; 상기 제2 입력축과 이격되어 평행하게 배치되는 제2 중간축; 각각 상기 제2 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 상기 제2속 구동 기어 및 상기 제4속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어 및 제4속 피동 기어; 및 상기 제2 중간축을 상기 제2속 피동 기어 또는 상기 제4속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저;를 포함할 수 있다.

상기 모드 전환 유닛은, 상기 제2 변속부의 출력축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 전륜 구동 기구와 외접 기어 연결되는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어; 상기 제2 변속부의 출력축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 후륜 구동 기구와 외접 기어 연결되는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어; 및 상기 제2 변속부의 출력축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어 및 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 토크 연결 기구;를 포함할 수 있다.

상기 토크 연결 기구는, 상기 제2 변속부의 출력축 상에 배치되고, 상기 제2 변속부의 출력축을 따라 동작하는 슬리이브를 포함하는 도그 클러치를 포함하되, 상기 도그 클러치는, 상기 슬리이브의 동작에 따라, 상기 제2 변속부의 출력축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하거나, 상기 제2 변속부의 출력축을 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하도록 구성될 수 있다.

상기 전륜 구동 기구는, 상기 전륜에 구동 토크를 전달하는 전륜 출력축과, 상기 전륜 출력축 상에 고정 배치되는 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어를 포함하고, 상기 후륜 구동 기구는, 상기 후륜에 구동 토크를 전달하는 후륜 출력축과, 상기 후륜 출력축 상에 고정 배치되는 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 상기 모터축과 상기 제1 입력축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 및 상기 모터축과 상기 제2 입력축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 상기 제1 클러치, 상기 제2 클러치, 상기 제1 변속부, 상기 제2 변속부, 및 상기 모드 전환 유닛의 작동에 따라, 복수의 전륜 구동 모드 변속단, 복수의 후륜 구동 모드 변속단, 및 복수의 4륜 구동 모드 변속단을 구현할 수 있다.

상기 모드 전환 유닛은, 상기 제2 변속부를 기준으로 상기 구동 모터와 같은 방향에 배치될 수 있다.

상기 모드 전환 유닛은, 상기 제2 변속부를 기준으로 상기 구동 모터와 반대 방향에 배치될 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 구동 모터의 토크를 변속하여 전륜 및 후륜 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치로서, 상기 구동 모터에 고정 연결되어 상기 구동 모터의 토크를 전달받는 모터축; 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제1속 구동 기어 및 제3속 구동 기어가 고정 배치되는 제1 입력축; 중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 동심으로 배치되며, 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어 및 제4속 구동 기어가 각각 고정 배치되는 제2 입력축; 상기 제1 입력축과 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 제1속 구동 기어 및 상기 제3속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1속 피동 기어 및 제3속 피동 기어가 각각 회전 가능하게 배치되는 제1 중간축; 상기 제2 입력축과 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 제2속 구동 기어 및 상기 제4속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어 및 제4속 피동 기어가 각각 회전 가능하게 배치되는 제2 중간축; 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어가 고정 배치되고 상기 전륜을 구동하도록 구성되는 전륜 출력축; 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어가 고정 배치되고 상기 후륜을 구동하도록 구성되는 후륜 출력축; 상기 제1 중간축 상에 고정 배치되고 상기 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어; 상기 제2 중간축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어; 및 상기 제2 중간축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어;를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 상기 모터축과 상기 제1 입력축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 모터축과 상기 제2 입력축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 상기 제1 중간축을 상기 제1속 피동 기어 또는 상기 제3속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저; 상기 제2 중간축을 상기 제2속 피동 기어 또는 상기 제4속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저; 및 상기 제2 중간축 상에 배치되고, 상기 제2 중간축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어 및 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 도그 클러치;를 더 포함할 수 있다.

상기 도그 클러치는, 상기 제2 중간축을 따라 동작하는 슬리이브를 포함하되, 상기 도그 클러치는, 상기 슬리이브의 동작에 따라, 상기 제2 중간축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하거나, 상기 제2 중간축을 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 클러치, 상기 제2 클러치, 상기 제1 싱크로나이저, 상기 제2 싱크로나이저, 및 상기 도그 클러치의 작동에 따라, 전륜 구동 모드, 4륜 구동 모드, 및 후륜 구동 모드를 구현할 수 있다.

상기 전륜 구동 모드는 4개 이상의 전륜 구동 모드 변속단을 포함하고, 상기 후륜 구동 모드는 2개 이상의 후륜 구동 모드 변속단을 포함하고, 상기 4륜 구동 모드는 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단을 포함할 수 있다.

상기 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단 각각에서, 상기 전륜에 인가되는 회전 속도와 상기 후륜에 인가되는 회전 속도가 동일하도록 구성될 수 있다.

상기 도그 클러치는, 상기 제2 싱크로나이저를 기준으로 상기 구동 모터와 같은 방향에 배치될 수 있다.

상기 도그 클러치는, 상기 제2 싱크로나이저를 기준으로 상기 구동 모터와 반대 방향에 배치될 수 있다.

본 개시의 실시예에 따르면, 전륜 구동 모드, 후륜 구동 모드, 및 4륜 구동 모드를 효율적으로 구현할 수 있으며, 각 구동 모드에서 다단 변속이 수행될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시예에 따르면, 4륜 구동 모드에서 클러치의 슬립 손실이 최소화할 수 있다.

그 외에 본 개시의 실시예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 개시의 실시예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 개시의 실시예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 작동표이다.
도 3은 본 개시의 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.
도 4은 본 개시의 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 작동표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.

본 개시에서 "모터"는, 특별히 반대되는 기재가 명시되지 않는 한, 모터와 제너레이터 기능을 수행하는 모터-제너레이터를 의미하는 것으로 의도된다.

이제 본 개시의 실시예에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서는, 주로 전기 자동차를 구동하는 관점에서 동력의 흐름에 관해 설명하나, 예컨대 회생 제동 등에서, 동력은 설명된 반대의 방향으로 흐를 수 있음을 이해할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.

본 개시의 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 동력원으로서 구동 모터(M)의 토크를 변속하여 전륜(FW) 및 후륜(RW) 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치이다.

도 1을 참조하면, 본 개시의 제1 실시예에 따른 동력 전달 장치는, 모터축(MS), 제1 입력축(IS1), 제2 입력축(IS2), 전륜 구동 기구(FWDD), 후륜 구동 기구(RWDD), 제1 변속부(SP1), 제2 변속부(SP2), 및 모드 전환 유닛(MCU)을 포함한다.

모터축(MS)은 구동 모터(M)에 고정 연결되어 구동 모터(M)의 토크를 전달받는다.

제1 입력축(IS1)은 모터축(MS)과 동일 축선 상에 배치되고 모터축(MS)에 선택적으로 연결된다. 모터축(MS)과 제1 입력축(IS1)은 제1 클러치(C1)를 통해 선택적으로 연결된다.

제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 제1 입력축(IS1)과 동심으로 배치되며, 모터축(MS)과 동일 축선 상에 배치되고 모터축(MS)에 선택적으로 연결된다. 모터축(MS)과 제2 입력축(IS2)은 제2 클러치(C2)를 통해 선택적으로 연결된다.

상기에서 제1 싱크로나이저(S1) 및 제2 싱크로나이저(S2)는 공지의 구성에 따라 구성될 수 있으므로 추가적으로 상세한 설명은 생략하며, 이들의 슬리이브는 별도의 액추에이터를 통해 작동될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전륜 구동 기구(FWDD)는 전륜(FW)을 구동하도록 구성된다. 구체적으로, 전륜 구동 기구(FWDD)는, 전륜(FW)에 구동 토크를 전달하는 전륜 출력축(FOS)과, 전륜 출력축(FOS) 상에 고정 배치되는 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 포함한다.

후륜 구동 기구(RWDD)는 후륜(RW)을 구동하도록 구성된다. 구체적으로, 후륜 구동 기구(RWDD)는, 후륜(RW)에 구동 토크를 전달하는 후륜 출력축(ROS)과, 후륜 출력축(ROS) 상에 고정 배치되는 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)를 포함한다.

제1 변속부(SP1)는 제1 입력축(IS1)의 토크를 다단 변속하여 전륜 구동 기구(FWDD)에 선택적으로 전달하도록 구성된다.

구체적으로, 제1 변속부(SP1)는, 제1속 구동 기어(DG1), 제1속 피동 기어(DP1), 제3속 구동 기어(DG3), 제3속 피동 기어(DP3), 제1 중간축(IMS1), 제1 싱크로나이저(S1), 및 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)를 포함한다.

제1속 구동 기어(DG1) 및 제3속 구동 기어(DG3)는 제1 입력축(IS1) 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가진다. 제1 중간축(IMS1)은 제1 입력축(IS1)과 이격되어 평행하게 배치된다. 제1속 피동 기어(DP1) 및 제3속 피동 기어(DP3)는 각각 제1 중간축(IMS1) 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 제1속 구동 기어(DG1) 및 제3속 구동 기어(DG3)에 각각 외접 기어 연결된다. 제1 싱크로나이저(S1)는 제1 중간축(IMS1)을 제1속 피동 기어(DP1) 또는 제3속 피동 기어(DP3)에 선택적으로 연결한다. 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)는 제1 변속부(SP1)의 출력 토크를 전륜 구동 기구(FWDD)로 전달한다.

제2 변속부(SP2)는 제2 입력축(IS2)의 토크를 다단 변속하여 선택적으로 출력하도록 구성된다.

구체적으로, 제2 변속부(SP2)는, 제2속 구동 기어(DG2), 제2속 피동 기어(DP2), 제4속 구동 기어(DG4), 제4속 피동 기어(DP4), 제2 중간축(IMS2), 및 제2 싱크로나이저(S2),를 포함한다.

제2속 구동 기어(DG2) 및 제4속 구동 기어(DG4)는 각각 제2 입력축(IS2) 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가진다. 제2 중간축(IMS2)은 제2 입력축(IS2)과 이격되어 평행하게 배치된다. 제2속 피동 기어(DP2) 및 제4속 피동 기어(DP4)는 각각 제2 중간축(IMS2) 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 제2속 구동 기어(DG2) 및 제4속 구동 기어(DG4)에 각각 외접 기어 연결된다. 제2 싱크로나이저(S2)는 제2 중간축(IMS2)을 제2속 피동 기어(DP2) 또는 제4속 피동 기어(DP4)에 선택적으로 연결한다.

모드 전환 유닛(MCU)은 제2 변속부(SP2)의 출력 토크를 전륜 구동 기구(FWDD) 및 후륜 구동 기구(RWDD) 중 하나 이상에 전달하도록 구성된다.

구체적으로, 모드 전환 유닛(MCU)은, 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG), 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG), 및 토크 연결 기구(TCD)를 포함한다.

전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)는 제2 변속부(SP2)의 출력축(본 실시예에서는 제2 중간축(IMS2)과 동일함) 상에 회전 가능하게 배치되고, 전륜 구동 기구(FWDD)와 외접 기어 연결된다. 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)는 제2 변속부(SP2)의 출력축 상에 회전 가능하게 배치되고, 후륜 구동 기구(RWDD)와 외접 기어 연결된다. 토크 연결 기구(TCD)는 제2 변속부(SP2)의 출력축을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG) 및 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG) 중 어느 하나에 선택적으로 연결한다.

구체적으로, 토크 연결 기구(TCD)는, 제2 변속부(SP2)의 출력축 상에 배치되고, 제2 변속부(SP2)의 출력축을 따라 동작하는 슬리이브(SL)를 포함하는 도그 클러치(S3)를 포함한다.

도그 클러치(S3)는 치 결합에 의해 동력 연결을 가능하게 하는 클러치를 적용하여 동력전달효율을 높이고, 싱크로나이저나 일반 습식 클러치에 비하여 변속기의 전장을 축소할 수 있다.

도그 클러치(S3)는, 슬리이브(SL)의 동작에 따라, 제2 변속부(SP2)의 출력축을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)에 연결하거나, 제2 변속부(SP2)의 출력축을 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)에 연결하도록 구성된다.

즉, 도그 클러치(S3)의 슬리이브(SL)는, 도면에서 왼쪽, 가운데, 및 오른쪽 위치에 위치할 수 있다.

도그 클러치(S3)의 슬리이브(SL)가 도면에서 왼쪽 위치에 위치하는 경우, 제2 중간축(IMS2)을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)에 연결하고 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)에는 연결하지 않는다. 이 상태에서는 제2 중간축(IMS2)의 토크가 전륜(FW)에만 전달되어 전륜 구동 모드로 작동하게 된다.

도그 클러치(S3)의 슬리이브(SL)가 도면에서 오른쪽 위치에 위치하는 경우, 제2 중간축(IMS2)을 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)에 연결하고 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)에는 연결하지 않는다. 이 상태에서는 제2 중간축(IMS2)의 토크가 후륜(RW)에 전달된다. 따라서, 이러한 상태에서는, 후륜 구동 모드를 구현할 수 있게 된다. 한편, 제1 변속부(SP1)의 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)가 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)와 외접 기어 연결되어 있으므로, 제1 변속부(SP1)의 출력 토크가 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)를 통해 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)로 전달되면 4륜 구동 모드를 구현할 수 있게 된다.

한편, 도그 클러치(S3)의 슬리이브(SL)가 도면에서 가운데 위치에 위치하는 경우, 이는 중립 위치로서, 제2 중간축(IMS2)을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG) 및 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG) 중 어디에도 연결하지 않는다. 이 상태는, 예컨대 전륜 구동 모드로부터 후륜 구동 모드 또는 4륜 구동 모드로, 혹은 그 반대로 모드 변환을 하는 과정에서 중간 위치로 작용할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성을 세부 구성요소 별로 다시 살펴보면, 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 모터축(MS), 제1 입력축(IS1), 제2 입력축(IS2), 제1 중간축(IMS1), 제2 중간축(IMS2), 전륜 출력축(FOS), 및 후륜 출력축(ROS)을 포함한다.

제1 입력축(IS1)은 모터축(MS)과 동일 축선 상에 배치되고 모터축(MS)에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제1속 구동 기어(DG1) 및 제3속 구동 기어(DG3)가 고정 배치된다.

제2 입력축(IS2)은 중공축으로 이루어져 제1 입력축(IS1)과 동심으로 배치되며, 모터축(MS)과 동일 축선 상에 배치되고 모터축(MS)에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어(DG2) 및 제4속 구동 기어(DG4)가 각각 고정 배치된다.

제1 중간축(IMS1)은 제1 입력축(IS1)과 이격되어 평행하게 배치되며, 제1속 구동 기어(DG1) 및 제3속 구동 기어(DG3)에 각각 외접 기어 연결되는 제1속 피동 기어(DP1) 및 제3속 피동 기어(DP3)가 각각 회전 가능하게 배치된다.

제2 중간축(IMS2)은 제2 입력축(IS2)과 이격되어 평행하게 배치되며, 제2속 구동 기어(DG2) 및 제4속 구동 기어(DG4)에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어(DP2) 및 제4속 피동 기어(DP4)가 각각 회전 가능하게 배치된다.

전륜 출력축(FOS)은 전륜(FW)을 구동하도록 구성된다. 구체적으로, 전륜 출력축(FOS)은, 전륜 출력축(FOS)의 회전을 감속하여 전륜(FW)으로 전달하는 전륜 종감속기(FFRG)를 통해 전륜(FW)과 연결된다.

한편, 전륜 출력축(FOS)에는, 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)가 고정 배치되어 동력을 전달받는다.

후륜 출력축(ROS)은 후륜(RW)을 구동하도록 구성된다. 구체적으로, 후륜 출력축(ROS)은, 후륜 출력축(ROS)의 회전을 감속하여 후륜(RW)으로 전달하는 후륜 종감속기(RFRG)를 통해 후륜(RW)과 연결된다.

한편, 후륜 출력축(ROS)에는, 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)가 고정 배치되어 동력을 전달받는다

그리고, 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 제1 중간축(IMS1) 상에 고정 배치되고 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)와 외접 기어 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1), 제2 중간축(IMS2) 상에 회전 가능하게 배치되고, 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)와 외접 기어 연결되는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG), 및 제2 중간축(IMS2) 상에 회전 가능하게 배치되고, 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)와 외접 기어 연결되는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)를 더 포함한다.

이러한 기계적인 구성의 동력 전달 장치를 운용하기 위한 작동요소로서, 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 제1 클러치(C1), 제2 클러치(C2), 제1 싱크로나이저(S1), 제2 싱크로나이저(S2), 및 도그 클러치(S3)를 포함한다.

제1 클러치(C1)는 모터축(MS)과 제1 입력축(IS1)을 선택적으로 연결한다. 제2 클러치(C2)는 모터축(MS)과 제2 입력축(IS2)을 선택적으로 연결한다. 제1 싱크로나이저(S1)는 제1 중간축(IMS1)을 제1속 피동 기어(DP1) 또는 제3속 피동 기어(DP3)에 선택적으로 연결한다. 제2 싱크로나이저(S2)는 제2 중간축(IMS2)을 제2속 피동 기어(DP2) 또는 제4속 피동 기어(DP4)에 선택적으로 연결한다. 도그 클러치(S3)는 제2 중간축(IMS2) 상에 배치되고, 제2 중간축(IMS2)을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG) 및 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG) 중 어느 하나에 선택적으로 연결한다.

구체적으로, 도그 클러치(S3)는, 제2 중간축(IMS2)을 따라 동작하는 슬리이브(SL)를 포함한다.

도그 클러치(S3)는, 슬리이브(SL)의 동작에 따라, (슬리이브(SL)가 도면에서 왼쪽으로 이동하는 경우) 제2 중간축(IMS2)을 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)에 연결하거나, (슬리이브(SL)가 도면에서 오른쪽으로 이동하는 경우) 제2 중간축(IMS2)을 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)에 연결하도록 구성된다.

이러한 도그 클러치(S3)의 세부 구성과 동작에 관하여는 전술한 설명을 참조한다.

도 1을 참조하면, 제 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치에서, 모드 전환 유닛(MCU)은, 제2 변속부(SP2)를 기준으로 구동 모터(M)와 같은 방향에 배치된다. 달리 말하면, 제 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치에서, 도그 클러치(S3)는, 제2 싱크로나이저(S2)를 기준으로 구동 모터(M)와 같은 방향에 배치된다.

이러한 구성에서, 도 1을 참조하면, 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG) 및 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 기준으로 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG) 및 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)는 구동 모터(M)와 반대 방향에 배치된다.

이러한 배치에 의하면, 전륜(FW) 구동 토크는 구동 모터(M)와 같은 방향(도면에서 왼쪽)으로 전달되고, 후륜(RW) 구동 토크는 구동 모터(M)와 반대 방향(도면에서 오른쪽)으로 전달된다.

본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 제1 클러치(C1),제2 클러치(C2),제1 싱크로나이저(S1),제2 싱크로나이저(S2), 및 도그 클러치(S3)의 작동에 따라, 전륜 구동 모드, 4륜 구동 모드, 및 후륜 구동 모드를 구현하게 된다.

전륜 구동 모드는 4개 이상의 전륜 구동 모드 변속단을 포함한다. 후륜 구동 모드는 2개 이상의 후륜 구동 모드 변속단을 포함한다. 그리고 4륜 구동 모드는 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단을 포함한다.

달리 말하면, 본 개시의 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 제1 클러치(C1), 제2 클러치(C2), 제1 변속부(SP1), 제2 변속부(SP2), 및 모드 전환 유닛(MCU)의 작동에 따라, 복수의 전륜 구동 모드 변속단, 복수의 후륜 구동 모드 변속단, 및 복수의 4륜 구동 모드 변속단을 구현하게 된다.

이들 각각의 구동 모드에서 구현되는 각각의 변속단에 관하여는 뒤에 더욱 상세히 설명한다.

한편, 4륜 구동 모드에서는 전륜(FW)의 회전 속도와 후륜(RW)의 회전 속도가 동일할 필요가 있으므로, 본 개시의 실시예에서는, 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단 각각에서, 전륜(FW)에 인가되는 회전 속도와 후륜(RW)에 인가되는 회전 속도가 동일하도록 구성된다. 이에 대하여는 4륜 구동 모드의 동작에 관해 설명하면서 함께 후술하기로 한다.

이하에서는, 본 개시의 실시예에 따른 자동 변속기의 동력 전달 장치에서 구현되는 각 구동 모드 및 각각의 변속단에 관해 도 2를 참조로 설명한다.

먼저 전륜 구동 모드에 관해 설명한다. 전륜 구동 모드에서는 도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치된다.

[전륜 구동 모드 - 제1속]

전륜 구동 모드 제1속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1)가 작동하고, 제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 왼쪽으로 작동한다.

도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되므로, 후륜 구동 기구(RWDD)의 후륜 출력축(ROS)에는 동력이 전달되지 않는다.

제1 클러치(C1)가 작동하므로 구동 모터(M)의 토크는 제1 입력축(IS1)으로 전달된다. 이 때, 제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 왼쪽으로 작동하므로, 제1 중간축(IMS1)은 제1속 피동 기어(DP1)와 연결된다.

이에 따라 제1 입력축(IS1)의 토크는 제1속 구동 기어(DG1), 제1속 피동 기어(DP1), 제1 중간축(IMS1), 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

이러한 전륜 구동 모드 제1속의 총 기어비는, 제1속 피동 기어(DP1)와 제1속 구동 기어(DG1) 사이의 기어비와, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[전륜 구동 모드 - 제2속]

전륜 구동 모드 제2속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되고, 제2 클러치(C2)가 작동하고, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 왼쪽으로 작동한다.

도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되므로, 후륜 구동 기구(RWDD)의 후륜 출력축(ROS)에는 동력이 전달되지 않는다. 한편, 제2 중간축(IMS2)의 토크는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)를 통해 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)로 전달될 수 있다.

제2 클러치(C2)가 작동하므로 구동 모터(M)의 토크는 제2 입력축(IS2)으로 전달된다. 이 때, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 왼쪽으로 작동하므로, 제2 중간축(IMS2)은 제2속 피동 기어(DP2)와 연결된다.

이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제2속 구동 기어(DG2), 제2속 피동 기어(DP2), 제2 중간축(IMS2), 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

이러한 전륜 구동 모드 제2속의 총 기어비는, 제2속 피동 기어(DP2)와 제2속 구동 기어(DG2) 사이의 기어비와, 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[전륜 구동 모드 - 제3속]

전륜 구동 모드 제3속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1)가 작동하고, 제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 오른쪽으로 작동한다.

제1 클러치(C1)가 작동하므로 구동 모터(M)의 토크는 제1 입력축(IS1)으로 전달된다. 이 때, 제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 오른쪽으로 작동하므로, 제1 중간축(IMS1)은 제3속 피동 기어(DP3)와 연결된다.

이에 따라 제1 입력축(IS1)의 토크는 제3속 구동 기어(DG3), 제3속 피동 기어(DP3), 제1 중간축(IMS1), 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

이러한 전륜 구동 모드 제3속의 총 기어비는, 제3속 피동 기어(DP3)와 제3속 구동 기어(DG3) 사이의 기어비와, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[전륜 구동 모드 - 제4속]

전륜 구동 모드 제4속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 왼쪽 위치에 배치되고, 제2 클러치(C2)가 작동하고, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 오른쪽으로 작동한다.

제2 클러치(C2)가 작동하므로 구동 모터(M)의 토크는 제2 입력축(IS2)으로 전달된다. 이 때, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 오른쪽으로 작동하므로, 제2 중간축(IMS2)은 제4속 피동 기어(DP4)와 연결된다.

이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제4속 구동 기어(DG4), 제4속 피동 기어(DP4), 제2 중간축(IMS2), 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

이러한 전륜 구동 모드 제4속의 총 기어비는, 제4속 피동 기어(DP4)와 제4속 구동 기어(DG4) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[후륜 구동 모드 - 제1속]

전륜 구동 모드 제1속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 오른쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1)는 작동하지 않고, 제2 클러치(C2)가 작동하고, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 왼쪽으로 작동한다.

도그 클러치(S3)가 도면에서 오른쪽 위치에 배치되므로, 제2 중간축(IMS2)으로부터 전륜 구동 기구(FWDD)의 전륜 출력축(FOS)에는 동력이 전달되지 않는다. 한편, 제2 중간축(IMS2)의 토크는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)를 통해 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)로 전달될 수 있다.

제1 클러치(C1)가 작동하지 않으므로, 구동 모터(M)의 토크는 제1 입력축(IS1)으로 전달되지 않으며, 따라서 제1 변속부(SP1)는 차량의 구동 토크 형성에 기여하지 않게 된다.

이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제2속 구동 기어(DG2), 제2속 피동 기어(DP2), 제2 중간축(IMS2), 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG), 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)를 통해 후륜 출력축(ROS)으로 전달된다.

이러한 후륜 구동 모드 제1속의 총 기어비는, 제2속 피동 기어(DP2)와 제2속 구동 기어(DG2) 사이의 기어비와, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[후륜 구동 모드 - 제2속]

전륜 구동 모드 제2속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 오른쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1)는 작동하지 않고, 제2 클러치(C2)가 작동하고, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 오른쪽으로 작동한다.

이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제4속 구동 기어(DG4), 제4속 피동 기어(DP4), 제2 중간축(IMS2), 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG), 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)를 통해 후륜 출력축(ROS)으로 전달된다.

이러한 후륜 구동 모드 제2속의 총 기어비는, 제4속 피동 기어(DP4)와 제4속 구동 기어(DG4) 사이의 기어비와, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

[4륜 구동 모드 - 제1속]

4륜 구동 모드 제1속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 오른쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)가 모두 작동하고, 제1 싱크로나이저(S1) 및 제2 싱크로나이저(S2)가 모두 도면에서 왼쪽으로 작동한다.

제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)가 모두 작동하므로, 구동 모터(M)의 토크는 제1 입력축(IS1) 및 제2 입력축(IS2) 모두에 전달된다. 또한, 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)가 모두 작동하므로, 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)의 슬립 손실이 최소화될 수 있음을 이해할 수 있다.

제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 왼쪽으로 작동하므로, 제1 중간축(IMS1)은 제1속 피동 기어(DP1)와 연결되고, 이에 따라 제1 입력축(IS1)의 토크는 제1속 구동 기어(DG1), 제1속 피동 기어(DP1), 제1 중간축(IMS1), 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

한편, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 왼쪽으로 작동하므로, 제2 중간축(IMS2)은 제2속 피동 기어(DP2)와 연결된다. 이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제2속 구동 기어(DG2), 제2속 피동 기어(DP2), 제2 중간축(IMS2), 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG), 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)를 통해 후륜 출력축(ROS)으로 전달된다.

이와 같은 동작을 참고하면, 4륜 구동 모드 제1속에서, 전륜(FW)에는 전륜 구동 모드 제1속의 회전 속도가 전달되고, 후륜(RW)에는 후륜 구동 모드 제1속의 회전 속도가 전달된다.

한편, 4륜 구동 모드에서는 전륜(FW)의 회전 속도와 후륜(RW)의 회전 속도가 동일할 필요가 있으므로, 본 개시의 실시예에서는, 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단 각각에서, 전륜(FW)에 인가되는 회전 속도와 후륜(RW)에 인가되는 회전 속도가 동일하도록 구성됨을 앞서 설명한 바 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 이러한 전륜 구동 모드 제1속의 총 기어비는, 제1속 피동 기어(DP1)와 제1속 구동 기어(DG1) 사이의 기어비와, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

그리고 후륜 구동 모드 제1속의 총 기어비는, 제2속 피동 기어(DP2)와 제2속 구동 기어(DG2) 사이의 기어비와, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

따라서, 제1속 피동 기어(DP1)와 제1속 구동 기어(DG1) 사이의 기어비, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)를 모두 곱한 값이, 제2속 피동 기어(DP2)와 제2속 구동 기어(DG2) 사이의 기어비, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)를 모두 곱한 값과 같도록 각 기어비를 설정함으로써, 4륜 구동 모드 제1속에서 전륜(FW) 및 후륜(RW)의 회전 속도가 동일해질 수 있다. 이와 같은 조건이 성립하도록 각 기어비를 설정하는 것은 설계자의 의도에 따라 자유롭게 설정할 수 있다.

[4륜 구동 모드 - 제2속]

4륜 구동 모드 제2속에는, 도그 클러치(S3)가 도면에서 오른쪽 위치에 배치되고, 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)가 모두 작동하고, 제1 싱크로나이저(S1) 및 제2 싱크로나이저(S2)가 모두 도면에서 오른쪽으로 작동한다.

제1 싱크로나이저(S1)가 도면에서 오른쪽으로 작동하므로, 제1 중간축(IMS1)은 제3속 피동 기어(DP3)와 연결되고, 이에 따라 제1 입력축(IS1)의 토크는 제3속 구동 기어(DG3), 제3속 피동 기어(DP3), 제1 중간축(IMS1), 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1), 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 통해 전륜 출력축(FOS)으로 전달된다.

한편, 제2 싱크로나이저(S2)가 도면에서 오른쪽으로 작동하므로, 제2 중간축(IMS2)은 제4속 피동 기어(DP4)와 연결된다. 이에 따라 제2 입력축(IS2)의 토크는 제4속 구동 기어(DG4), 제4속 피동 기어(DP4), 제2 중간축(IMS2), 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG), 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)를 통해 후륜 출력축(ROS)으로 전달된다.

이와 같은 동작을 참고하면, 4륜 구동 모드 제2속에서, 전륜(FW)에는 전륜 구동 모드 제3속의 회전 속도가 전달되고, 후륜(RW)에는 후륜 구동 모드 제2속의 회전 속도가 전달된다.

전륜 구동 모드 제3속의 총 기어비는, 제3속 피동 기어(DP3)와 제3속 구동 기어(DG3) 사이의 기어비와, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

후륜 구동 모드 제2속의 총 기어비는, 제4속 피동 기어(DP4)와 제4속 구동 기어(DG4) 사이의 기어비와, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)에 의해 결정된다.

따라서, 제3속 피동 기어(DP3)와 제3속 구동 기어(DG3) 사이의 기어비, 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TG1)와 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP) 사이의 기어비, 그리고 전륜 종감속비(즉, 전륜 종감속기(FFRG)의 기어비)를 모두 곱한 값이,

제4속 피동 기어(DP4)와 제4속 구동 기어(DG4) 사이의 기어비, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)와 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP) 사이의 기어비, 그리고 후륜 종감속비(즉, 후륜 종감속기(RFRG)의 기어비)를 모두 곱한 값과 같도록 각 기어비를 설정함으로써, 4륜 구동 모드 제2속에서 전륜(FW) 및 후륜(RW)의 회전 속도가 동일해질 수 있다. 이와 같은 조건이 성립하도록 각 기어비를 설정하는 것은 설계자의 의도에 따라 자유롭게 설정할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 개시의 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치에서, 모드 전환 유닛(MCU)은, 제2 변속부(SP2)를 기준으로 구동 모터(M)와 반대 방향에 배치된다. 달리 말하면, 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치에서, 도그 클러치(S3)는, 제2 싱크로나이저(S2)를 기준으로 구동 모터(M)와 반대 방향에 배치된다.

이러한 구성에서, 도 3을 참조하면, 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG) 및 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어(FTP)를 기준으로 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG) 및 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어(RTP)는 구동 모터(M)와 같은 방향에 배치된다.

그리고 도그 클러치(S3)를 기준으로, 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어(RTG)는 모터(M)와 같은 방향에 배치되고, 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어(FTG)는 모터(M)와 반대 방향에 배치된다.

즉, 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치에 대비하여, 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 모드 전환 유닛(MCU)의 배치 관계(구체적으로, 도그 클러치(S3) 및 전륜/후륜 트랜스퍼 드라이브/드리븐 기어의 배치 관계)에 차이가 있다.

이러한 차이에 의해, 제1 실시예에서는 구동 모터(M)와 같은 방향으로 전륜(FW) 구동 토크가 전달되는 반면, 제2 실시예에서는 구동 모터(M)와 반대 방향으로 전륜(FW) 구동 토크가 전달되게 된다.

이를 위해, 제1 실시예와는 반대로, 도그 클러치(S3)가 전륜 구동 모드와 후륜 구동 모드(또는 사륜 구동 모드)를 선택적으로 구현함에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬리이브(SL)가 도면에서 오른쪽 위치에 위치하는 경우 전륜 구동 모드를 구성하게 되며, 슬리이브(SL)가 도면에서 왼쪽 위치에 위치하는 경우 후륜 구동 모드 또는 사륜 구동 모드를 구성하게 된다.

도 4에 도시된 본 개시의 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 작동표는, 본 개시의 제1 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치의 작동표인 도 2와 대비하면, 전술한 도그 클러치(S3)의 동작 방향 외에는 동일함을 알 수 있다.

즉, 제2 실시예에 따른 전기 자동차의 동력 전달 장치는, 도 2와 유사한 도 4에 도시된 작동표에 의해 작동하여 제1 실시예와 동일한 구동 모드 및 각 구동 모드에서 동일한 변속단을 구현할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

M: 구동 모터 MS: 모터축
IS1: 제1 입력축 IS2: 제2 입력축
FW: 전륜 RW: 후륜
FWDD: 전륜 구동 기구 RWDD: 후륜 구동 기구
FFRG: 전륜 종감속기 RFRG: 후륜 종감속기
FOS: 전륜 출력축 ROS: 후륜 출력축
FTG: 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어 RTG: 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어
FTP: 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어 RTP: 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어
TG1: 제1 트랜스퍼 드라이브 기어
SP1: 제1 변속부 SP2: 제2 변속부
MCU: 모드 전환 유닛 TCD: 토크 연결 기구
IMS1: 제1 중간축 IMS2: 제2 중간축
DG1: 제1속 구동 기어 DP1: 제1속 피동 기어
DG2: 제2속 구동 기어 DP2: 제2속 피동 기어
DG3: 제3속 구동 기어 DP3: 제3속 피동 기어
DG4: 제4속 구동 기어 DP4: 제4속 피동 기어
C1: 제1 클러치 C2: 제2 클러치
S1: 제1 싱크로나이저 S2: 제2 싱크로나이저
S3: 도그 클러치 SL: 슬리이브

Claims

구동 모터의 토크를 변속하여 전륜 및 후륜 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치로서,
상기 구동 모터에 고정 연결되어 상기 구동 모터의 토크를 전달받는 모터축;
상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 동심으로 배치되며, 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되는 제2 입력축;
상기 전륜을 구동하도록 구성되는 전륜 구동 기구;
상기 후륜을 구동하도록 구성되는 후륜 구동 기구;
상기 제1 입력축의 토크를 다단 변속하여 상기 전륜 구동 기구에 선택적으로 전달하도록 구성되는 제1 변속부;
상기 제2 입력축의 토크를 다단 변속하여 선택적으로 출력하도록 구성되는 제2 변속부; 및
상기 제2 변속부의 출력 토크를 상기 전륜 구동 기구 및 상기 후륜 구동 기구 중 하나 이상에 전달하도록 구성되는 모드 전환 유닛;을 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에서,
상기 제1 변속부는,
상기 제1 입력축 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가지는 제1속 구동 기어 및 제3속 구동 기어;
상기 제1 입력축과 이격되어 평행하게 배치되는 제1 중간축;
각각 상기 제1 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 상기 제1속 구동 기어 및 상기 제3속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1속 피동 기어 및 제3속 피동 기어;
상기 제1 중간축을 상기 제1속 피동 기어 또는 상기 제3속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저; 및
상기 제1 변속부의 출력 토크를 상기 전륜 구동 기구로 전달하는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어;를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에서,
상기 제2 변속부는,
상기 제2 입력축 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어 및 제4속 구동 기어;
상기 제2 입력축과 이격되어 평행하게 배치되는 제2 중간축;
각각 상기 제2 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 상기 제2속 구동 기어 및 상기 제4속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어 및 제4속 피동 기어; 및
상기 제2 중간축을 상기 제2속 피동 기어 또는 상기 제4속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저;를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제2항에서,
상기 제2 변속부는,
상기 제2 입력축 상에 각각 고정 배치되고 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어 및 제4속 구동 기어;
상기 제2 입력축과 이격되어 평행하게 배치되는 제2 중간축;
각각 상기 제2 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 상기 제2속 구동 기어 및 상기 제4속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어 및 제4속 피동 기어; 및
상기 제2 중간축을 상기 제2속 피동 기어 또는 상기 제4속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저;를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 모드 전환 유닛은,
상기 제2 변속부의 출력축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 전륜 구동 기구와 외접 기어 연결되는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어;
상기 제2 변속부의 출력축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 후륜 구동 기구와 외접 기어 연결되는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어; 및
상기 제2 변속부의 출력축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어 및 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 토크 연결 기구;를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제5항에서,
상기 토크 연결 기구는,
상기 제2 변속부의 출력축 상에 배치되고, 상기 제2 변속부의 출력축을 따라 동작하는 슬리이브를 포함하는 도그 클러치를 포함하되,
상기 도그 클러치는, 상기 슬리이브의 동작에 따라, 상기 제2 변속부의 출력축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하거나, 상기 제2 변속부의 출력축을 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하도록 구성되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에서,
상기 전륜 구동 기구는, 상기 전륜에 구동 토크를 전달하는 전륜 출력축과, 상기 전륜 출력축 상에 고정 배치되는 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어를 포함하고,
상기 후륜 구동 기구는, 상기 후륜에 구동 토크를 전달하는 후륜 출력축과, 상기 후륜 출력축 상에 고정 배치되는 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에서,
상기 모터축과 상기 제1 입력축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 및
상기 모터축과 상기 제2 입력축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;를 더 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제8항에서,
상기 제1 클러치, 상기 제2 클러치, 상기 제1 변속부, 상기 제2 변속부, 및 상기 모드 전환 유닛의 작동에 따라, 복수의 전륜 구동 모드 변속단, 복수의 후륜 구동 모드 변속단, 및 복수의 4륜 구동 모드 변속단을 구현하게 되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 모드 전환 유닛은, 상기 제2 변속부를 기준으로 상기 구동 모터와 같은 방향에 배치되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 모드 전환 유닛은, 상기 제2 변속부를 기준으로 상기 구동 모터와 반대 방향에 배치되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
구동 모터의 토크를 변속하여 전륜 및 후륜 중 하나 이상에 전달하는 전기 자동차의 동력 전달 장치로서,
상기 구동 모터에 고정 연결되어 상기 구동 모터의 토크를 전달받는 모터축;
상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제1속 구동 기어 및 제3속 구동 기어가 고정 배치되는 제1 입력축;
중공축으로 이루어져 상기 제1 입력축과 동심으로 배치되며, 상기 모터축과 동일 축선 상에 배치되고 상기 모터축에 선택적으로 연결되며, 서로 다른 반경을 가지는 제2속 구동 기어 및 제4속 구동 기어가 각각 고정 배치되는 제2 입력축;
상기 제1 입력축과 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 제1속 구동 기어 및 상기 제3속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1속 피동 기어 및 제3속 피동 기어가 각각 회전 가능하게 배치되는 제1 중간축;
상기 제2 입력축과 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 제2속 구동 기어 및 상기 제4속 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제2속 피동 기어 및 제4속 피동 기어가 각각 회전 가능하게 배치되는 제2 중간축;
전륜 트랜스퍼 드리븐 기어가 고정 배치되고 상기 전륜을 구동하도록 구성되는 전륜 출력축;
후륜 트랜스퍼 드리븐 기어가 고정 배치되고 상기 후륜을 구동하도록 구성되는 후륜 출력축;
상기 제1 중간축 상에 고정 배치되고 상기 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어;
상기 제2 중간축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 전륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어; 및
상기 제2 중간축 상에 회전 가능하게 배치되고, 상기 후륜 트랜스퍼 드리븐 기어와 외접 기어 연결되는 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어;를 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제12항에서,
상기 모터축과 상기 제1 입력축을 선택적으로 연결하는 제1 클러치;
상기 모터축과 상기 제2 입력축을 선택적으로 연결하는 제2 클러치;
상기 제1 중간축을 상기 제1속 피동 기어 또는 상기 제3속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제1 싱크로나이저;
상기 제2 중간축을 상기 제2속 피동 기어 또는 상기 제4속 피동 기어에 선택적으로 연결하는 제2 싱크로나이저; 및
상기 제2 중간축 상에 배치되고, 상기 제2 중간축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어 및 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 도그 클러치;를 더 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제13항에서,
상기 도그 클러치는, 상기 제2 중간축을 따라 동작하는 슬리이브를 포함하되,
상기 도그 클러치는, 상기 슬리이브의 동작에 따라, 상기 제2 중간축을 상기 전륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하거나, 상기 제2 중간축을 상기 후륜 트랜스퍼 드라이브 기어에 연결하도록 구성되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제13항에서,
상기 제1 클러치, 상기 제2 클러치, 상기 제1 싱크로나이저, 상기 제2 싱크로나이저, 및 상기 도그 클러치의 작동에 따라, 전륜 구동 모드, 4륜 구동 모드, 및 후륜 구동 모드를 구현하게 되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제15항에서,
상기 전륜 구동 모드는 4개 이상의 전륜 구동 모드 변속단을 포함하고,
상기 후륜 구동 모드는 2개 이상의 후륜 구동 모드 변속단을 포함하고,
상기 4륜 구동 모드는 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단을 포함하는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제16항에서,
상기 2개 이상의 4륜 구동 모드 변속단 각각에서, 상기 전륜에 인가되는 회전 속도와 상기 후륜에 인가되는 회전 속도가 동일하도록 구성되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에서,
상기 도그 클러치는, 상기 제2 싱크로나이저를 기준으로 상기 구동 모터와 같은 방향에 배치되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에서,
상기 도그 클러치는, 상기 제2 싱크로나이저를 기준으로 상기 구동 모터와 반대 방향에 배치되는, 전기 자동차의 동력 전달 장치.