KR100189352B1 - 벨트풀리식 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진에서 발생된 동력을 단차없이 구동수단으로 변속전달하는 무단변속기에 관한 것으로, 엔진의 회전력을 1차적으로 변속시키는 변속기구(3)와 이 변속기구(3)에서부터 전달된 회전력과 엔진의 회전력을 동시에 전달받아 선택적으로 변속제어하는 변속제어기구(6)로 이루어지고, 상기 변속기구(3)가 1개의 유성기어유닛(4)과 2개의 클러치(C1, C2)로 구성되어, 이들 클러치(C1, C2)를 선택적으로 작동시키므로써, 상기 변속기구(3)에서 1차 변속된 회전력이 변속제어기구(6)에서 선택적으로 변속되어 출력축(5)으로 전달되어지도록 하여 무단변속이 이루어지도록 되어 있다. 이러한 본 발명의 무단변속기는 벨트(10)만으로 동력이 전달되어지지 않고, 입력축(8)의 일부 회전력이 상기 변속제어기구(6)의 유성기어유닛(4)으로 전달되어지도록 함으로써, 동력전달용량의 한계를 증대시킬 수 있고 변속범위의 한계를 극복할 수 있다는 잇점이 있는 것이다.

Description

벨트풀리식 무단변속기

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 무단변속기의 내부구조를 도시한 개략도,

제2도는 본 발명의 제2실시예에 따른 무단변속기의 내부구조를 도시한 개략도,

제3도는 본 발명에 따른 무단변속기가 중립상태에 있을 때 제1벨트풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도.

제4도는 본 발명에 따른 무단변속기가 역회전상태에 있을 때 제1벨트풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도,

제5도의 (a)는 본 발명에 따른 무단변속기가 정회전상태의 저속 1레벨일 때 제1벨트 풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도,

제5도의 (b)는 본 발명에 따른 무단변속기가 정회전상태의 저속 2레벨일 때 제1벨트 풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도,

제6도의 (a)는 본 발명에 따른 무단변속기가 정회전상태의 고속 1레벨일 때 제1벨트 풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도,

제6도의 (b)는 본 발명에 따른 무단변속기가 정회전상태의 고속 2레벨일 때 제1벨트 풀리와 벨트의 관계를 도시한 개략도,

제7도는 본 발명에 따른 무단변속기의 벨트와 풀리 및 기어의 결합관계를 도시한 측면도,

제8도는 본 발명에 따른 무단변속기가 중립일 경우와 저속 및 고속일 경우에 작동요소인 2개의 클러치가 작동하는 상태의 관계를 나타낸 표,

제9도는 본 발명의 무단변속기에서 사용하는 유성기어유닛에서 변속되는 관계식을 도시한 그래프,

제10도는 종래의 일반적인 벨트풀리식 무단변속기어 1예를 제1도 및 제2도와 동일한 상태로 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가변구동풀리 2 : 가변피동풀리

3 : 변속기구 4 : 유성기어유닛

5 : 출력축 6 : 변속제어기구

7 : 댐퍼 8 : 입력축

9 : 피동축 10 : 벨트

11 : 이동수단 12 : 이동수단

13 : 트랜스퍼 드라이브기어 14 : 트랜스퍼 드리본기어

15 : 선기어 16 : 피니언기어

17 : 마찰판 18 : 마찰판

19 : 캐리어 20 : 직결기어

21 : 고속기어 22 : 링기어

23 : 마찰판 24 : 캐리어

25 : 마찰판 26 : 캐리어

27 : 출력기어 28 : 차동기어

본 발명은 동력발생장치에서부터 구동수단으로 전달되는 동력을 벨트와 풀리를 이용해 무단으로 변속시키는 변속장치에 관한 것으로, 특히 동력전달 용량과 변속범위의 한계를 향상시킬 수 있도록 한 무단변속기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차와 같은 구동수단에서 동력발생장치에서 발생된 동력을 구동수단의 회전력과 회전속도를 구동수단의 부하와 가동상태에 알맞도록 그 출력을 조절하기 위해 변속기를 사용하고 있다.

이러한 목적으로 사용되는 변속기는 대개 구동수단의 구동상태에 따라 적절하게 수동으로 변속단을 조절하도록 된 수동변속기와, 구동장치의 구동상태에 따라 변속단이 자동으로 조절되는 자동변속기가 있는 바, 특히 자동차에 있어서는 그 조작의 편이성 때문에 자동변속기를 많이 사용하고 있는 추세에 있다.

그러나 자동변속기에서는 구동장치의 구동상태, 즉 차량등의 주행상태에 따라 소정의 변속구간을 정해두고 여러 가지의 작동요소가 선택적으로 작동하면서 자동적으로 변속이 이루어지도록 하고 있다.

따라서 대부분의 자동변속기는 다수개의 유성기어유닛과 이들 유성기어유닛의 각 구성요소에 대한 동작을 제어하는 다수개의 작동요소, 및 이들 작동요소를 제어하기 위한 복잡한 제어장치가 구비되어야 하므로 그 구성이 복잡할 뿐 만 아니라, 부피가 크기 때문에 하나의 모델로 이루어진 자동변속기를 모든 구동수단에 범용적으로 설치하기가 곤란하다는 불편함이 있고, 또한 근본적으로 자동변속기의 부피가 크기 때문에 차량과 같은 구동수단에 설치하는 경우에 설치공간을 많이 차지하게 되므로 차량의 제작과정에서 이러한 자동변속기를 설치하는데 어려움이 있었다.

또한, 대부분이 자동변속기는 그 변속과정이 선형적으로 이루어지지 않기 때문에 어느하나의 변속단에서 다른 변속단으로의 절환이 연속적으로 이루어지지 못하여 동력발생장치인 엔진에 무리가 가해지게 되고, 그 변속시에 발생하는 충격과 진동으로 인해 승차감이 좋지 않게 된다는 문제점이 있었다.

이러한 자동변속기의 문제점들을 해소시키기 위한 방안으로서, 변속이 차량의 주행상태에 따라 연속적으로 이루어지게 하여 변속시에 발생하는 충격등을 방지하게 할 수 있도록 한 여러 종류의 무단변속기가 제안되어 있는 바, 이러한 무단변속기중의 하나가 벨트와 풀리를 이용하여 변속이 무단 연속적으로 이루어지게 한 벨트풀리식 무단변속기가 있다.

그러나 종래의 벨트풀리식 무단변속기는 동력전달용량에 한계가 있기 때문에 대개 약 1800cc 급이하의 차량에서만 채택하여 사용되고 있고, 변속이 단순이 풀리와 이 풀이에 감겨져 있는 벨트만으로 이루어지도록 되어 있기 때문에 변속범위에 한계가 있었다.

즉, 제10도에 도시한 바와 같은 종래의 벨트풀리식 무단변속기는 엔진(E)으로부터 동력을 전달받아 구동하는 입력축(101)에 유성기어유닛(102)이 설치되고, 이 유성기어유닛(102)의 선기어(103)는 가변구동풀리(104)와 직접 연결되며, 상기 유성기어유닛(102)의 피니언기어(105)는 클러치(106)를 통해서 상기 가변구동풀리(104)와 연결된 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 가변구동풀리(104)는 벨트(107)를 통하여 가변종동풀리(108)와 연결되어 있고, 이 가변종동풀리(108)는 출력축(109)에 설치되어 상기 유성기어유닛(102)에서 1차적으로 변속된 회전력이 지름이 가변되어지는 가변구동풀리(104)와 가변종동풀리(108)사이에서 최종적으로 변속되어 출력축(109)으로 전달되어지게 되어 있다.

이러한, 종래의 벨트풀리식 무단변속기는 상기한 바와 같이, 가변구동풀리(104)가 작동되게 하기 위해서는 클러치(106)가 록크 작동되어야만 하므로, 이 클러치(106)의 접속과정에서 승차감이 나빠지게 되고, 모든 엔진의 동력이 풀리와 벨트를 이용한 변속장치를 통해서만 전달되어지게 되어 있으므로 벨트의 동력전달 용량에 의하여 이 벨트풀리식 무단변속기는 그 적용차량에 한계가 있다는 것이다. 즉, 통상 상기한 바와 같은 벨트풀리식 무단변속기는 차량의 엔진 용량이 대개 1800cc이하의 차량에서만 적용이 가능하였던 것이다.

그리고, 상기한 바와 같이 모든 변속이 풀리와 이 풀리에 걸쳐져 있는 벨트를 통해서만 이루어지도록 되어 있으므로, 변속범위가 좁아 무단변속기의 최대 장점인 가속, 승차감의 개선 및 연비의 향상과 같은 잇점을 발휘할 수 없다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해소시켜, 동력전달용량과 변속범위의 한계를 극복할 수 있고, 승차감과 가속성 및 연비를 향상시킬 수 있도록 한 벨트풀리식 무단변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명은 가변구동풀리와 가변종동풀리로 이루어져 엔진으로부터 전달되는 회전속도를 가변시키는 변속기구와, 이 변속기구에서 변속된 회전속도를 조건에 따라 적절하게 가변시키거나 직접 출력축으로 전달하는 변속제어기구로 이루어져 있다.

그리고, 상기 변속제어기구는 출력축에 연결설치된 1개의 유성기어유닛과 2개의 클러치로 이루어지면서, 이들 유성기어유닛과 클러치들의 조합상태에 따라 상기 변속기구에서 1차 변속된 회전력이 다시 변속되어지던지 또는, 상기 변속기구에서 1차 변속된 회전력이 그대로 출력축으로 전달되어지도록 되어 있다.

이러한 변속제어기구는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 다른 구성으로 할 수가 있는 바, 예컨데 본 발명의 제1실시예에 따른 구성에서는, 상기 변속기구와 연결되어 있는 유성기어유닛과 제1클러치를 연결시킴과 더불어 이 제1클러치를 상기 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 입력축과 연결시키고, 나머지 하나의 제2클러치는 상기 입력축과 출력축사이에 설치한 구조로 되어 있다.

이러한 구조로 이루어져 있는 본 발명의 제1실시예에 따른 변속기에 있어서는, 제1클러치를 록크 작동시키면 유성기어유닛에 변속기구에서 1차 변속된 회전력과 상기 입력축으로부터 엔진의 회전력이 동시에 전달되어지고, 상기 유성기어유닛에서 엔진의 회전력과 변속기구에서 변속된 회전력의 차이에 부합하는 최종변속이 이루어져 출력되어지도록 되어 있다.

그리고, 상기 제2클러치를 록크작동시키면 변속기구에서 이루어진 1차 변속력이 그대로 출력축으로 전달되어져 엔진의 RPM이 높아짐에 따라 출력축의 회전속도가 증가되어지도록 되어 있다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 변속기에 있어서는, 유성기어유닛이 변속기구와 연결됨과 더불어 제1클러치를 통해서 입력축과 연결되고 상기 유성기어유닛이 출력축과 연결된 구조로 되어 있다. 또한 상기 유성기어유닛가 제2클러치를 통해서 출력추과 연결되어 있는 한편, 상기 제2클러치는 유성기어유닛의 피니언기어와 링기어에 연결된 구조로 이루어져 있다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 제2실시예의 변속제어기구는, 제1클러치가 록크작동되면 제1실시예와 동일한 작동이 이루어지는 바, 즉 변속기구에서 1차 변속된 회전력과 엔진의 회전력이 동시에 상기 유성기어유닛으로 전달되어져 이들 회전력의 차이에 따른 변속을 행하여 출력축으로 출력시키도록 되어 있는 한편, 상기 제2클러치가 록크 작동되면 유성기어유닛의 피니언기어와 링기어가 제2클러치에 의해 변속기구와 연결된 선기어와 함께 회전하면서 변속기구에서 1차변속된 회전력을 그대로 출력축으로 전달하도록 되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 무단변속기는 제1클러치를 록크작동시키면, 저속에서부터 중속까지의 변속이 이루어지게 되고, 제2클러치를 록크 작동시키면 중속에서부터 고속까지의 변속이 이루어지도록 되어 있다.

이하 본 발명에 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 제1실시예를 도시한 개략도이고, 제2도는 본 발명에 따른 제2실시예를 도시한 개략도로서, 본 발명의 무단 변속기를 이루는 기본적인 구성은 가변구동풀리(1)와 가변종동풀리(2)로 이루어져 엔진(E)의 회전력을 1차 변속시키는 변속기구(3)와, 1개의 유성기어유닛(4)과 2개의 클러치(C1, C2)로 이루어져 상기 변속기구(3)로부터 전달되어온 회전력을 최종변속시켜 출력축(5)으로 전달하는 변속제어기구(6)로 이루어져 있다.

여기서, 상기 변속기구(3)의 가변구동풀리(1)는 엔진(E)과 댐퍼(7)를 매개하여 연결되어 엔진의 회전력을 전달받도록 된 구동축(8)에 설치되고, 상기 가변종동풀리(2)는 종동축(9)에 설치되어 있으면서, 이들 가변구동풀리(1)와 가변종동풀리(2)가 벨트(10)에 의해 서로 연결되어 있으며, 이들 가변풀리(1, 2)의 한쪽 휠(1a, 2a)는 이동수단(11, 12)에 각각 연결되어 이들 이동수단(11, 12)이 작동됨에 따라 상기 각 풀리(1, 2)의 폭이 가변되면서 이들 풀리(1, 2)에 걸려지는 벨트(10)의 지름이 가변되어지게 되어 있다.

따라서, 상기 가변풀리(1, 2)중의 한쪽은 이동수단(11, 12)의 작동에 의해 폭이 좁아지고 다른 한쪽은 폭이 넓어지면, 이 풀리(1, 2)사이에 걸쳐져 있는 벨트(10)의 지름이 바뀌어지면서 가변구동풀리(1)에서부터 가변종동풀리(2)로 전달되는 회전속도가 가변되어지게 하여 변속이 이루어지게 하는 것이다.

즉, 제7도에 도시된 바와 같이 (ㄱ)의 상태에서 (ㄴ)의 상태로 이동하거나 (ㄴ)의 상태에서 (ㄱ)의 상태로 이동하면, 가변구동풀리(1)에서 가변피동풀리(2)로 전달되는 회전속도가 달라지게 되어 이들 2개의 풀리(1, 2)사이에서 변속이 이루어지게 되는 것이다. 그리고 이와 같이 상기 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)의 지름은 이동수단(11, 12)에 의해서 선형적으로 가변되어지게 되기 때문에, 궁극적으로 엔진(E)에서부터 가변피동풀리(2)로 전달되는 회전속도가 선형적으로 가변되어지게 되고, 이러한 속도를 전달받아 변속하는 변속제어기구(6)의 출력속도도 선형적으로 가변되어 무단변속의 실현이 가능하게 되는 것이다.

그리고, 상기 종동축(9)에 트랜스퍼 드라이브기어(13 : transfer drive gear)가 설치되어 이 변속기구(3)에서 1차 변속된 회전력을 상기 변속제어기구(6)로 전달하도록 되어 있다.

한편, 상기 변속제어기구(6)는 출력축(5)에 설치된 트랜스퍼 드리븐 기어(14 : transfer driven gear)와, 유성기어장치(4) 및 2개의 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)로 이루어져 있는데, 이들 유성기어장치(4)와 각 클러치(C1, C2)의 조합상태에 따라 본 발명의 제1실시예와 제2실시예로 구분되어 진다.

즉, 제1도는 본 발명에 따른 제1실시예를 도시한 것으로서, 이 실시예에 따른 구조는, 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)가 저속용 제어수단을 이루는 유성기어유닛(4)과 고속용 제어수단을 이루는 제2클러치(C2)와 각각 서로 병렬연결된 구조로 이루어져 있고, 여기서 상기 유성기어유닛(4)은 그 선기어(15)가 상기 트랜스퍼 드리븐기어(14)와 직접 연결되며, 그 피니언기어(16)는 제1클러치(C1)의 한쪽 마찰판(17)과 연결되어 있는 한편, 상기 제1 클러치(C1)의 다른쪽 마찰판(18)은 캐리어(19)와 직결기어(20)를 통해서 입력축(8)에 설치된 고속기어(21)와 직접연결되어 있고, 상기 유성기어유닛(4)의 링기어(22)는 출력축(5)와 연결된 구조로 되어 있다.

따라서, 상기 유성기어유닛(4)은 구동력을 전달받은 입력단이 상기 선기어(15)와 피니언기어(16)의 2개 요소로 이루어져 있고, 그 출력단은 출력축(5)과 연결된 링기어(22)가 되는 것이다.

그러므로, 상기 변속기구(3)에서 1차 변속되어 유성기어유닛(4)의 선기어(15)로 입력되는 회전속도와 상기 입력축(8)에서부터 고속기어(21)와 직결기어(20) 및 제1클러치(C1)를 통해서 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)로 입력된 회전속도사이의 속도차에 따라 상기 유성기어유닛(4)의 선기어(15)와 피니언기어(20) 및 링기어(22)의 상호작동에 의해 변속되게 되고, 이렇게 변속된 회전속도가 링기어(22)를 통해서 출력축(5)로 전달되어지게 되는 것이다.

한편, 제2도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서 이 실시예에 따른 구조는 상기 제1실시예의 구조와 일부 다른 바, 즉 제1실시예에서는 상기 제2클러치(C2)가 트랜스퍼 드리븐기어(14)와 출력축(5)을 곧바로 연결시키도록 구성되어 있는데 반하여, 이 제2실시예에서는 상기 제2클러치(C2)의 한쪽 마찰판(23)이 제1클러치(C1)와 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)를 연결시키는 캐리어(24)와 연결되어, 상기 제2클러치(C2)의 다른 쪽 마찰판(25)은 유성기어유닛(4)의 링기어(22)를 출력축(5)에 연결시키는 캐리어(26)의 중간에 연결된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 제1실시예에서는 고속기어(21)가 엔진(E)과 벨트풀리(1)사이에 설치된 구조로 되어 있는데 반해, 제2실시예에서는 고속기어(21)가 벨트풀리(1)뒷족의 입력축(8)선단에 설치되어 있는 구조이나, 이러한 차이는 본 발명의 변속기를 구성시키는 필요에 따라 얼마든지 변경시킬 수 있는 것에 불과한 것이고, 이러한 차이로 인해 기능적인 차이가 전혀 없는 것이다.

이상에서와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 변속기가 무단으로 변속과정이 이루어지는 각단계의 과정은 다음과 같다.

여기서 변속기가 중립일 경우와 저속, 고속 및 역회전하도록 하는 경우에 작동하는 각 작동요소의 작동관계는 제8도에 도시한 표와 같다.

즉, 본 발명에 따른 무단변속기는 엔진(E)의 구동력이 상기 변속기구(3)에서 1차적으로 변속이 이루어지게 하고, 이 1차 변속된 회전속도가 상기 변속제어기구(6)로 전달되어지게 하여 상기 변속제어기구(6)에서 원하는 바의 최종 변속을 얻도록 되어 있는 바, 이러한 변속과정에서 중립과 저속에서부터 중속에 이르는 과정은 상기 제1클러치(C1)를 록크작동시켜서 이루어지게 하고, 중속에서부터 고속까지의 과정은 상기 제1클러치(C1)는 해제시키면서 그 대신 상기 제2클러치(C2)를 록크작동시키는 경우에 이루어지도록 되어 있다.

그리고, 상기 제1클러치(C1)를 록크 작동시키는 경우에 작동하게 되는 유성기어유닛(4)은 상기한 바와 같이 구동력이 전달되는 입력단이 2개요소 즉, 선기어(15)와 피니언기어(16)으로 이루어져 있으므로, 그에 따른 특정 속도관계식이 성립되어지는 바, 즉 상기한 바와 같이 선기어(15)와 피니언기어(16)에 구동력이 동시에 입력되고 링기어(22)를 통해서 그 변속된 출력이 전달되어지는 유성기어유닛(4)에서 얻어지는 속도관계식은,

(1+λ)ω_C=λω_S+ω_R....................................(1)

여기서, λ = 선기어의 이빨수/링기어의 이빨수

ω_C= 피니언기어를 연결시키는 캐리어의 회전속도

ω_S= 선기어의 회전속도

ω_R= 링기어의 회전속도

으로 표현되어 진다.

이러한 유성기어의 속도관계식을 다시 정리하면,

로 나타내어진다.

제9도에 상기 관계식을 그래프로 나타낸 것이 도시되어 있는 바, 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 상기한 바와 같은 구동력의 입력단과 출력단을 갖는 유성기어유닛(4)에서는 피니언기어((16)의 속도(ω_C)가 일정하므로, 상기 ω_S즉 선기어(15)의 속도가 증가하면 ω_R즉 링기어(22)의 속도가 줄어 들게 되고, 이와 반대로 선기어(15)의 속도가 줄어들면 링기어(22)의 회전속도가 증가하게 되는 것이다.

그리고, 상기 피니언에 대한 선기어(15)의 회전속도비, 즉이상이 되면값이 음의 값이 된다. 이는 상기 ω_C즉 피니언기어(16)의 회전속도값을 공통분모로 하고 있으므로 상기 선기어(15)의 속도 ω_S의 값이 소정치 이상으로 증가하면 ω_R가 음의 값으로 된다는 것을 나타내고, 이와 같이 상기 ω_R이 음의 값으로 된다는 것은 상기 링기어(31)의 회전이 반대로 되어진다는 것을 뜻한다. 이러한 상태는 제9도의 그래프로부터 쉽게 인식할 수 있다.

본 발명에 사용하는 유성기어유닛(4)은 상기한 바와 같은 작동상의 특징이 있는 것으로서, 이러한 유성기어유닛(4)과 변속기구(3) 및 상기한 바와 같이 제1클러치 또는 제2클러치를 선택적으로 작동시키므로써, 출력측(5)으로 동력이 전달되지 않는 중립상태에서부터 저속과 고속으로 무단변속이 이루어지게 되는데, 이하에서 각 변속상태에 따른 작동과정을 구체적으로 설명한다.

중립상태(초기상태)

본 발명에 따른 무단변속기의 중립상태는 2가지의 과정으로 이루어질 수 있는 바, 그 첫 번째 작동과정은 제5도의 표에서 나타낸 바와 같이 상기 출력축(5)에 설치된 2개의 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2) 전부가 록크작동되지 않고 해제되어 있는 경우에, 상기 변속기구(3)의 트랜스퍼 드라이브 기어(13)를 통해서 변속제어기구(6)의 트랜스퍼 드리븐기어(14)로 동력이 전달되어도, 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 각각 동력을 전달하지 않도록 해제되어 있는 상태이므로, 상기 트랜스퍼 드리븐기어(14)가 공회전하게 되어 출력축(5)으로 동력이 전달되어지지 않게 된다.

따라서 상기한 바와 같이 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 록크해제되어 있는 경우에는 출력축(5)으로 동력이 전달되지 않는 중립상태가 된다.

한편, 중립상태를 이루는 2번째의 작동과정은 상기 제2클러치(C2)가 록크해제되고 저속용의 제1클러치(C1)만이 록크되어 있는 상태에서, 제3도에 도시한 바와 같이 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)에 표시된 중립선(C)상에 위치하게 되면, 상기 변속기구(3)의 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)사이에서 1차 변속된 회전력이 상기 트랜스퍼 드라이브기어(13)와 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해서 상기 유성기어유닛(4)의 선기어(15)로 입력되어지고, 이와 동시에 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되어 있는 상태이므로 상기 입력축(8)의 회전력이 고속기어(21)와 직결기어(20) 및 상기 제1클러치(C1)를 통해서 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)로 입력되어져, 상기 선기어(15)의 구동속도와 피니언기어(16)의 구동속도가 평형을 이루게 되는 한편, 상기 링기어(22)는 출력축(5)과 연결되어 부하가 걸려 있는 상태이기 때문에 상기 선기어(15)와 피니언기어(16)가 함께 회전하면서 바깥쪽의 링기어(22)에는 구동력을 전달하지 않게 된다.

따라서, 이 링기어(22)가 출력축(5)으로 동력을 전달하지 않게 되므로 출력축(5)이 구동되지 않는 중립상태가 되는 것이다.

즉, 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되어 있고 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 중립선(C)에 위치하게 되면, 이러한 상태의 변속기구(3)에서 1차 변속된 엔진의 회전력이 피동축(9)에 설치된 트랜스퍼 드라이브기어(13)와 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해서 유성기어유닛(4)의 선기어(15)로 입력됨과 더불어, 상기 입력축(8)에 설치된 고속기어(21)와 직결기어(20) 및 제1클러치(C1)를 통해서 엔진의 회전력이 그대로 상기 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)에 입력되게 되는데, 이와 같이 변속기구(3)에서 1차 변속이 이루어진 회전력과 엔진의 회전력을 동시에 전달받은 상기 유성기어유닛(4)에서는 선기어(15)의 회전속도와 이 선기어(15)의 주위에서 회전하는 피니언기어(16)의 회전속도를 조합변속하여 상기 선기어(15)와 피니언기어(16)가 함께 회전하면서 피니언기어(16)의 주위를 둘러싸고 있는 링기어(22)에는 회전력을 전달하지 않게 된다. 따라서 상기 링기어(22)가 출력축(5)을 구동시키지 않게 되므로 중립상태가 되는 것이다.

상기한 바와 같은 중립상태를 상기의 식(1)과 제9도의 그래프를 참조하여 설명하자면, 유성기어유닛(4)에서값이 제로(ZERO)가 된다.

이러한 상태는 상기 피니언기어(22)로 입력되는 회전속도 ω_C가 양자 동일한 조건이므로, 결국 선기어(15)이 속도에 따라 출력속도가 결정되어지게 된다. 따라서, 상기 변속기구(3)에서 벨트(10)가 상기 임계선(C)위에 위치하게 되면 이 변속기구(3)에서부터 회전력을 전달받아 회전하는 선기어(15)의 회전속도와 고속기어(20)로부터 캐리어를 통하여 회전력을 전달받아 회전하는 피니언기어(22)의 호전속도 차이에 의하여 링기어(22)는 회전되지 않고 정지되어 있게 되는 것이다.

그리고, 상기한 바와 같이 제1클러치(C1)가 록크된 상태에서 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 중립선(C)에서부터 지름이 작아기는 쪽으로 이동하면 정방향으로 변속이 이루어지고, 상기 벨트(10)가 중립선(C)을 중심으로 하여 가변구동풀리(1)의 지름이 커지는 쪽으로 이동하면 역방향의 변속이 이루어지게 되는데, 이러한 정. 역방향의 방향절환과정에 대해서는 나중에 다시 자세히 설명되어질 것이다.

저속에서 중속까지(전진)

먼저, 이 단계의 변속과정을 설명하기 이전에 저속에서 중속까지의 변속과정은 상기한 바와 같은 제1실시예와 제2실시예에서 모두 동일한 과정으로 이루어지게 되는데, 그 이유는 상기에서 설명한 바와 같이 저속에서 중속까지의 변속과정은 2개의 실시예에서 모두 제1클러치(C1)가 록크 작동되는 경우에 이루어지기 때문인 것이다.

이와 같이 상기의 중립상태에서 상기 제1클러치(C1)가 록크작동되고, 제5도의 (a)와 (b)에서 도시한 바와 같이, 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 지름이 가장 큰쪽의 선단에 위치한 상태에서 지름이 작은 쪽으로 이동해 가면 가변피동풀리(2)의 작동지름이 점진적으로 크지게 되므로, 이들 풀리(1, 2)의 지름차이에 비례하여 동일한 속도로 회전하고 있는 가변구동풀리(1)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 가변피동풀리(2)의 회전속도가 점진적으로 작아지게 된다.

따라서, 이와 같이 변속된 가변피동풀리(2)의 회전속도가 피동축(9)에 설치된 트랜스퍼 드라이브기어(13)와 변속제어기구(6)에 설치된 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해서 상기 유성기어유닛(4)의 선기어(15)의 입력되게 된다.

그리고, 상기한 바와 같이 변속기구(3)에서 출력되는 속도가 점진적으로 감소함에 따라 유성기어유닛(4)의 선기어(15)가 점진적으로 천천히 회전하게 되는데 비해, 상기 입력축(5)에서부터 피니언기어(16)로 입력되는 회전속도는 중간에서 변속되지 않은 상태이기 때문에, 그 결과 이 유성기어(4)에서는 상기 식(2)와 제9도의 그래프에서부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 피니언기어(16)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되는 링기어(22)의 회전속도가 점진적으로 빨라지게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 벨트(10)가 가변구동기어(1)의 지름이 가장 작은 쪽에 위치하게 되면 가변피동풀리(2)에서는 가장 지름이 큰쪽에 벨트(10)가 걸려 있는 상태이므로, 이러한 경우에 저속레벨에서의 최고속 상태가 되는데 이 경우가 바로 중속상태인 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 무단변속기가 저속에서부터 중속까지 변속되는 과정은, 상기에서 설명한 바와 같이 벨트(10)가 걸려져 작동되는 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)의 지름이 선형적으로 가변되어지므로, 이에 따라 상기 가변피동풀리(2)에 연결된 유성기어장치(4)를 통해서 배출되는 회전속도로 점진적으로 증가되어지게 되어, 저속상태에서부터 중속까지의 변속이 무단으로 이루어지게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 저속에서 중속까지의 변속은 반드시 제1클러치(c1)를 록크 작동시키므로써, 이 제1클러치(C1)에 엔진으로부터 직접전달되는 회전력이 직접전달되어져서 상기 유성기어유닛(4)이 작동하기 때문에 이루어지게 되는 것이다.

중속에서 고속까지(전진)

중속에서 고속까지의 변속은 상기한 바와 같이 유성기어유닛(4)이 작동하면서 상기에서 설명한 바와 같은 식(1)과 제9도의 그래프와 같은 적용을 받지 않게 되고, 단지 상기 변속기구(3)에서부터 변속제어기구(6)로 전달되어 온 회전속도를 가능한 그대로 출력축(5)으로 전달하는 과정으로 이루어지기 때문에 근본적으로 상기의 저속에서부터 중속까지의 변속과정과는 다른 것이다.

상기한 바와 같이 중속까지의 과정을 거치면 제5도의 (b)에서 도시한 바와 같이, 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 지름이 가장 작은쪽에 위치하게 되고 상기 가변피동풀리(2)에서는 벨트(10)가 지름이 가장 큰쪽 거의 선단부에 위치하게 된다.

이러한 상태에서 상기 제1클러치(C1)의 록크작동을 해제시킴과 동시에 상기 제2클러치(C2)를 록크작동시킨 후, 상기 가변구동풀리(1)의 이동수단(11)과 가변피동수단(2)의 이동수단(12)을 작동시켜서 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 지름이 큰쪽으로 점진적으로 이동하게 함과 더불어, 상기 가변피동풀리(2)에 걸쳐져 있는 벨트(10)부분이 이 풀리(2)의 지름이 작은쪽으로 점진적으로 이동하게 하면, 상기 가변피동풀리(2)의 회전속도 점차적으로 증가하게 되어 이 변속기구(3)에서부터 변속제어기구(6)의 유성기어유닛(4)으로 전달되는 회전속도가 점차적으로 증가하게 되는 것이다.

이러한 상태로 작동되는 상기 변속기구(3)와 연결되어 변속제어하는 변속제어기구(6)의 유성기어유닛(4)에서부터 출력되는 회전속도는 더욱 증가하게 되어 상기 출력축(5)로 배출되는 회전속도가 고속으로 변속되어지게 되는 데 이러한 작동과정은 각 실시예에서 약간씩 다르기 때문에 이의 자세한 작동과정을 각 실시예 별로 설명한다.

먼저, 제1실시예에서는 상기 제1클러치(C1)의 록크작동을 해제시킴과 동시에 상기 제2클러치(C2)를 록크작동시키면, 제1클러치(C1)의 물림이 해제되어 있기 때문에 상기 입력축(8)에서부터 고속기어(21)와 직결기어(20)를 통해 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)로 회전력이 전달되어지지 않게 되고, 단지 상기 트랜스퍼 드리븐기어(16)와 항시 맞물림되어 있는 유성기어유닛(4)의 선기어(15)는 계속하여 회전하면서 피니언기어(16)를 구동시키게 되지만, 이 피니언기어(16)가 제1클러치(C1)의 마찰판(17)과 연결되어 자유회전하게 되기 때문에 유성기어유닛(4)이 전체적으로 아이들링상태가 되어 링기어(22)로 구동력이 전달되지 않게 된다.

그리고, 상기한 바와 같은 상태에서 상기 변속기구(3)의 회전력이 트랜스퍼 드리븐기어(14)와 록크작동된 제2클러치(C2)를 통해서 출력축(5)로 전달되어지게 되는데, 이러한 과정에서는 상기 변속기구(3)에서 변속된 회전력이 상기 저속과정에서와 같이 재변속되지 않고 그대로 상기 제2클러치(C2)를 통해서 출력축(5)로 전달되어지기 때문에, 상기 변속기구(3)에서 출력되는 회전속도가 증가하면 제2클러치(C2)를 통해서 회전력을 전달받는 출력축(5)의 회전속도가 동일한 비율로 증가하게 되는 것이다.

그리고, 제2실시예에 있어서는, 제2클러치(C2)가 록크작동되고 제1클러치(C1)가 해제 작동되면 상기 입력축(8)에 설치된 고속기어(21)를 통해서 엔진(E)의 회전력이 유성기어유닛(4)으로 전달되어지지 않고, 단지 이 유성기어유닛(4)에는 상기 변속기구(3)에서 변속된 회전력만이 전달되어지게 된다.

따라서, 상기 유성기어유닛(4)의 선기어(15)가 변속기구(3)에서부터 회전력을 전달받아 회전하게 되고, 이와 동시에 상기 제2클러치(C2)가 록크작동되어 있으므로 이 제2클로치(C2)를 통해서 상기 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)와 링기어(22)가 함께 회전하도록 록크되어지게 된다.

그러므로, 상기 피니언기어(16)와 링기어(22)가 상기 선기어(15)의 주위를 함께 회전하게 되는데, 이때 상기 피니언기어(16)는 선기어(15)로부터 회전력을 전달받아 이 선기어(15)를 중심으로 하여 자전하면서 공전하게 되고, 상기 링기어(22)는 피니언기어(22)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 따라서 이러한 링기어(22)의 회전력이 캐리어(26)를 통해서 출력축(5)으로 전달되어지게 되는 것이다.

그리고, 상기한 바와 같이 선기어(15)를 중심으로 하여 피니언기어(16)가 자전하면서 공전하게 되고, 이 피니언기어(16)로부터 회전력을 전달받아 링기어(22)가 회전하기 때문에 이들 기어들의 지름 차이에 따라 소정의 변속이 이루어지게 되지만, 이러한 변속은 상기 선기어(15)로 입력되는 회전속도의 크기에 따라 항상 일정하게 변속되어지게 되므로, 결국 상기 선기어(15)로 입력되는 회전속도가 빨라지면 그 만큼 링기어(22)의 회전속도가 빨라져서 출력축(5)으로 전달되는 회전속도가 증가하게 되는 것이다.

그러므로, 제6도의 (a)와 (b)에서 도시한 바와 같이 벨트(10)가 가변 구동풀리(1)의 지름이 큰쪽으로 이동함과 더불어 가변피동풀리(2)의 지름이 작은쪽으로 이동해 가면, 동일한 엔진의 회전수에서도 가변피동풀리(2)의 회전속도가 점진적으로 증가하게 되므로, 이 가변피동풀리(2)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 유성기어유닛(4)의 선기어(15)가 점진적으로 빠른 속도로 회전하게 되어 이에 따라 출력되는 링기어(22)의 회전속도가 점진적으로 증가하게 되는 것이다.

이러한 고속으로의 변속과정에서도 상기 벨트(10)가 걸리는 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)의 지름이 선형적으로 증가되어지기 때문에, 이 가변 구동풀리(2)의 출력을 전달받아 회전하는 유성기어유닛(4)에서 일정한 비율로 변속되어 출력되는 회전속도가 점진적으로 증가되어지게 되어 무단변속이 이루어지게 되는 것이다.

역회전상태(후진)

본 발명에 따른 무단변속기의 출력축(5)이 역회전하도록 하기 위해서는, 상기 제1실시예와 제2실시예 모두에서 제8도의 표에서 나타낸 바와 같이, 제2클러치(C2)의 록크를 해제시키고 제1클러치(C1)를 록크작동시키므로써 이루어지게 되는 바, 따라서 제1실시예와 제2실시예에서는 동일한 과정으로 작동되어지게 된다.

즉, 출력축(5)을 역회전시키고자 하는 경우에는 제1클러치(C1)를 록크작동시키고 상기 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)를 작동시키는 이동수단(11, 12)를 작동시켜서, 벨트(10)가 제4도에 도시한 바와 같이 가변구동풀리(1)의 중립선(C)에서부터 지름이 커지는 쪽으로 이동시키면, 가변피동풀리(2)의 회전속도가 증가하게 되고, 이와 같이 변속기구(3)에서 증가된 회전속도가 트랜스퍼 드라이브기어(13)와 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해서 유성기어유닛(4)의 선기어(15)로 입력됨과 더불어, 상기 입력축(8)의 회전력이 고속기어(21)와 직결기어(20) 및 제1클러치(C1)를 통해서 유성기어유닛(4)이 피니언기어(16)로 입력되어지게 된다.

따라서, 상기 식(2)에서 유성기어유닛(4)에서 작동하게 되는 피니언기어(16)의 회전속도 ω_C는 동일한 조건이므로, 상기 선기어(27) 속도 ω_S가 소정치 이상으로 증가하여,값이 음의 값이 된다.

이러한 상태는 상기 피니언기어(16)로 입력되는 회전속도 ωc 가 양자 동일한 조건이므로, 결국 선기어(15)의 속도에 따라 링기어(22)로 출력되는 회전속도와 그 회전방향이 결정되어지게 되는 것이다. 따라서, 상기 링기어(22)의 정회전과 역회전의 임계선이 바로 상기 유성롤러(6)에 표시한 중립선(C)이 되어지는 것이다. 그러므로 상기 변속기구(3)의 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 중립선(C)을 넘어서 지름이 큰쪽으로 이동해 가면, 이 벨트(10)를 매개로 연결된 가변피동풀리(2)의 회전속도가 그 작동지름에 비례하여 증가하게 된다.

따라서, 상기 가변피동풀리(2)의 회전속도가 트랜스퍼 드라이브기어(13)가 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해서 유성기어유닛(4)의 선기어(15)로 전달되어지게 되면서, 이 선기어(15)의 회전속도가 상기한 임계치 이상으로 증대되어지게 되고, 이러한 선기어(15)의 회전속도와 상기 입력축(3)에서부터 고속기어(21)와 직결기어(20)를 통해서 전달되는 엔진의 회전속도가 유성기어 유닛(4)에 함께 입력되어져서, 이들 회전속도에 따라 변속 조합되어져 링기어(22)를 통해서 출력되는 회전력의 회전방향이 역방향으로 되어지게 되는 것이다.

한편, 고속정회전의 경우에도 제6도의 (b)에서와 같이 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 중립선(C)을 넘어서 지름이 큰쪽으로 이동하지만, 이와 같이 고속정회전의 경우에는 제2클러치(C2)가 록크작동되어지고 제1클러치(C1)는 해제작동되어지는데 반해, 역회전 작동시에는 상기 제1클러치 (C1)가 록크 작동되고 제2클러치(C2)는 해제 작동되어지기 때문에. 엔진(E)의 회전력이 고속기어(21)와 직결기어(20)를 통해서 유성기어유닛(4)으로 전달되어지지 않는다는 점에서 양자 전혀 상이하며, 따라서, 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되지 않으면 상기 유성기어유닛(4)에서는 식(1)과 같은 공식이 적용되어지지 않게 되므로, 비록 벨트(10)가 상기 중립선(C)을 넘어서 지름이 큰쪽으로 이동하여도 링기어(22)가 역회전하는 현상이 발생하지 않게 되는 것이다. 이러한 점에서 양자 차이가 있는 것이고, 전진 고속시에는 상기 벨트(10)가 가변구동풀리(1)의 지름이 큰쪽으로 이동함에 따라 가변피동풀리(2)에서 증가되는 출력속도가 그대로 출력축(5)로 전달되어져 궁극적으로 속도가 고속으로 증대되어지는 것이다.

이와같이, 본 발명에 따른 무단변속기는 정역회전의 절환을 위한 별도의 방향전환수단등을 사용하지 않고서, 단지 변속기구(3)에서 출력되는 회전속도만을 제어함으로써 정역회전의 절환이 이루어지게 되므로, 정역회전의 절환이 간단하고 부드러워지며, 또한 전체적으로 변속기의 구조가 간단해지며 컴팩트하게 할 수가 있는 것이다.

상기한 바와 같이 변속이 이루어져 출력되는 회전력은 출력축(5)의 선단에 구비되어 있는 출력기어(27)를 통해서 구동시키고자 하는 구동수단의 차동기어(28)등으로 전달되어져서, 차량등과 같은 구동수단에 부가된 부하의 상태에 따라 적절한 속도로 구동시키게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 무단변속기는 벨트(10)와 가변구동풀리(1) 및 가변피동풀리(2)로 구성된 변속기구(3)와, 이 변속기구(3)에 제1클러치(C1)와 유성기어유닛(4) 및 제2클러치(C2)로 이루어진 변속제어기구(6)가 연결되어 이루어진 구조로 되어 잇으면서, 간단히 상기 변속기구(3)의 벨트(10)를 가변구동풀리(10)와 가변피동풀리(2)의 작동지름을 상대적으로 가변시키기만 하면, 그에 따라 상기 변속제어기구(6)에서 무단으로 출력속도가 변속되어지게 되고, 또한 정회전과 역회전의 절환이 별도의 다른 기구를 추가적으로 설치하지 않고, 단지 제1클러치(C1)를 록크 작동시킴과 더불어 상기 벨트(10)의 위치를 가변구동풀리(1)의 중립선(C)을 지나서 지름이 큰쪽으로 이동시키기만 하면, 출력축(5)으로 출력되는 회전방향이 정회전과 역회전으로의 절환이 이루어지게 되어 있기 때문에, 전체적으로 그 구조가 극히 간단해지게 되는 것이다.

그리고, 무단으로 변속이 이루어지게 하는 상기 변속기구(3)가 벨트(10)와 가변구동풀리(1) 및 가변피동풀리(2)로 이루어진 구조로 되어 있어서, 동력전달이 벨트(10)를 통하여서만 이루어지지 않고, 저속영역에서 엔진의 동력의 일부가 고속기어(21)와 직결기어(20)를 통해서 변속제어기구(6)의 유성기어유닛(4)으로 전달되어지도록 되어 있기 때문에, 동력전달이 벨트(10)를 통하여서만 이루어지지 않으므로 동력전달용량의 한계가 적어지는등의 문제가 발생하지 않게 되는 것이다.

그리고, 상기한 바와 같이 벨트(10)와 가변풀리(1, 2)를 이용함과 더불어 유성기어유닛(4)을 사용하여 최종적으로 회전력을 변속시키도록 되어 있으므로, 변속범위가 넓어지게 되며, 가속 및 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 엔진(E)으로부터 동력을 전달받는 입력축(8)에 설치된 가변구동풀리(1)와, 이 가변구동풀리(1)로부터 동력을 전달받아 회전하는 가변피동풀리(2) 및 상기 가변구동풀리(1)에서부터 가변피동풀리(2)로 동력을 전달하는 매개체인 벨트(10)로 이루어져, 상기 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)가 각각의 이동수단(11, 12)에 의해 벨트(10)가 걸려져 작동하는 작동지름이 가변되어지면서 변속하도록 된 변속기구(3)와; 1개의 유성기어 유닛(4)과 이 유성기어유닛(4)의 작동을 제어하는 다수개의 제어요소로 이루어진 변속제어기구(6)를 포함하여 구성되어져, 상기 가변구동풀리(1)와 가변피동풀리(2)의 작동지름을 가변시키면서 상기 유성기어유닛(4)의 동작을 제어하는 제어요소를 선택적으로 작동시킴에 따라 출력축(5)으로 전달되는 회전속도가 무단으로 변속되어짐과 더불어, 그 회전방향이 정역회전 및 중립으로 제어되어지도록 된 무단변속기에 있어서, 상기 변속제어기구(6)를 구성하는 유성기어유닛의 작동을 제어하는 제어요소가 제1 및 제2클러치(C1, C2)로 구성되고, 상기 제1클러치(C1)와 유성기어유닛(4)의 선기어(15)가 변속기구(3)에 직접 병렬연결되고, 상기 유성기어유닛(4)의 피니언기어(15)가 제2클러치(C2)를 매개하여 입력측(3)과 연결되어 있으며, 이 윳엉기어유닛(4)의 링기어(16)가 출력측(5)과 연결된 것을 특징으로 하는 무단변속기
2. 제1항에 있어서, 상기 변속제어기구(6)를 구성하는 유성기어유닛(4)의 선기어(15)가 변속기구(3)에 직접연결되고, 이 유성기어유닛(4)의 피니언기어(16)에 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 함께 병렬연결됨과 더불어, 상기 제2클러치(C2)의 다른쪽선단이 링기어(22)와 출력축(5)을 연결시키는 캐리어(26)에 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 무단변속기