KR100294474B1 - 차량용무단변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량엔진등으로부터 전달받은 동력을 구동축과 종동축간에서 기어의 치합에 의해 신뢰성있게 전달되도록 함과 동시에, 차량엔진 및 부하의 상태 등 시변환적으로 변환되는 환경에 적합하게 변속비를 무단으로 미세하고 유연하게 변화시킬 수 있도록 하는 차량용 무단 변속 장치에 관한 것으로, 차량의 동력발생수단에 의해 발생된 회전력을 인가받는 제 1 선기어와, 상기 제 1 선기어로부터 회전력을 인가받아 구동되는 제 1 링기어와, 상기 제 1 선기어 및 상기 제 1 링기어 간에 치합되게 설치되는 제 1 유성치차군을 구비하여, 상기 동력발생수단에 의해 발생된 동력의 회전속도를 일정비율로 감속시키는 고정 감속 수단; 상기 제 1 유성치차군을 상기 제 1 선기어의 회전방향과 동일방향으로 공전시켜, 상기 제 1 링기어로 출력되는 회전력을 유연하게 변속하는 무단 변속 수단; 및 상기 제 1 링기어로부터 출력되는 회전력을 전달받아 증속하며, 운전자의 전후진 조작에 따라 출력축의 회전방향을 바꾸어 주는 전후진 증속 수단을 포함하는 차량용 무단 변속 장치를 제공한다.

Description

차량용 무단 변속 장치

본 발명은 차량의 변속장치에 관한 것으로, 특히 엔진등으로 부터 인가되는 회전력을 무단(stepless)으로 유연하게(continuously) 변속하는 차량용 무단 변속 장치에 관한 것이다.

기존의 자동차에 사용되고 있는 변속기를 살펴보면, 크게 두 가지 방식을 들 수 있는데, 수동 5단식과 자동 4단식이 있다.

우선, 수동 5단식 변속기를 사용하는 경우는 운전자의 조작에 의해 1단에서 부터 5단까지 변속될 수 있으나 변속 시마다 클러치 페달 조작을 수반한 변속조작을 해야하는 불편한 점이 있다.

그리고, 종래의 자동 4단식은 토크컨버터와, 오일펌프, 다수의 유성기어, 매뉴얼 밸브, 수 개의 솔레노이드 밸브, 수개의 유압 클러치, 유압 브레이크, 유압회로 등으로 구성되며, 주로 동력인가위치를 선(sun) 기어축, 유성(planetary) 기어축, 또는 링(ring) 기어축으로 교차적함으로써 변속되도록 하는 방식이다. 이러한 방식의 기술에서는, 엔진출력, 속도, 온도, 스로틀밸브 상태 등을 감지하여 콘트롤러(통상적으로 "TCU"라고 함)에서 연산한 결과를 이용한 전자적인 제어로 자동변속 되도록 함으로써 수동식이 갖는 조작상의 불편성은 제거할 수 있으나, 구조가 매우 복잡하고, 제작비용이 고가이며, 수동식에 비하여 일반적으로 약 10~15% 정도의 추가적인 연료소모를 유발하여 에너지 효율이 저감시키는 단점을 갖고 있다.

특히, 상기 종래의 수동식 및 자동식 변속 장치의 변속동작은 모두 단계(step)적으로 이루어지고 있을 뿐만 아니라 각 단간의 변속비 차가 매우 커서, 다양하게 변화하는 차량운행여건에 적합하게 증속 또는 감속을 할 수 없다는 단점을 갖고 있다.

예컨대, 자동차가 임의의 경사각(tenθ)을 갖는 언덕을 거슬러 올라갈 때, 변속기어를 4단으로 하면 엔진출력이 부족하고, 반면에 3단으로 하면 출력이 남는 상황을 쉽게 상정할 수 있다. 그러나, 종래의 경우는 그에 상응하는 적절한 중간 단이 설정되어 있지 않기 때문에, 부득이하게 3단으로 운행할 수밖에 없었다.

즉, 종전의 경우는 변속의 선택 가지 수가 4가지 또는 5가지밖에 없기 때문에, 도로조건 등의 운행조건에 대한 변속비 부적합으로 인한 불필요한 연료낭비 문제를 배제할 수 없었고, 특히 정지와 발차가 반복되는 운행시의 경우는 매 출발시마다 4 내지 5회 가속하면서 변속할 뿐만 아니라, 주행 중에도 수시로 변속이 이루어지며, 가속시 연로소모가 매우 많고, 불필요한 배기가스, 소음 등 경제적 손실이 너무 크다는 단점을 내포하고 있다.

한편, 상기한 바와 같은 종래의 차량용 변속장치의 문제점을 개선하기 위하여 그동안 여러 가지 시도가 있었는데, 그 예로서, 도 1에 도시된 작동원리를 이용하는 무단 변속 장치에 대하여 간단히 살펴보기로 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 무단 변속 장치(stepless transmission)의 작동원리를 설명하는 개략도이다.

도 1에 도시된 무단 변속 장치는 벨트에 의해 동력이 전달되는 구조를 채용하고 있다. 참고적으로, 이러한 기술은 미국의 포드(Ford)사에 의해 배기량 1600cc정도의 소형 차량에 적용되기도 하였다.

이 변속기의 원리와 특징은 다음과 같다.

이 변속기는 표면의 내마모성이 아주 강한 V형의 강제 벨트(V-form steel belt)(1)를 사용하며, 상기 벨트(1)는 기관측의 구동풀리(3)의 회전력을 구동륜측의 종동풀리(5)에 전달하도록 장착된다. 그리고, 상기 구동풀리(3)와 종동풀리(5)는 주행상태와 요구출력에 따라 각각의 홈이 제어되어, 벨트(1)가 걸리는 풀리의 홈 폭을 줄이거나 늘이므로써 상기 벨트(1) 가 걸쳐지는 풀리 직경이 확대되거나 또는 축소되도록하여 변속동작을 수행한다.

즉, 구동풀리(3)측의 홈 폭이 넓어져서 상기 V벨트(1)가 걸쳐지는 풀리의 직경이 축중심 방향으로 축소됨과 동시에, 종동풀리(5)측의 홈 폭이 좁아져서 상기 V벨트가 걸쳐지는 종동풀리의 직경은 구동풀리측에서 줄어든 길이만큼 확장된다.

이와 같은 원리를 이용하여 변속비는 무단(stepless)으로, 그리고 자동적인 제어로 이루어지도록 하였던 것이다.

그러나, 이러한 종래의 무단 변속장치 역시 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.

우선, 상기한 바와 같이 벨트를 이용한 동력전달 방법은 미끄러짐 현상을 완전히 배제할 수 없어 동력손실이 발생한다는 문제점이 있다. 즉, 상기한 바와 같은 벨트를 장시간 사용하게 되면 벨트 및 풀리의 마모에 기인한 슬립(slip)현상이 발생하며, 기름, 물, 먼지 등 이물질이 상기 벨트와 풀리 사이에 유입될 경우에도 슬립현상이 발생되어 동력전달 효율을 저하시키게 된다.

또한 , 상기한 바와 같이, 구동측 및 종동측 풀리의 벨트접면(피치원)이 상호간에 정확하고 상반되게, 줄어들거나 또는 확대되어야 하는데, 이를 정확히 제어하기가 매우 어렵고, 벨트의 특성상 큰 동력전달을 수행하는 변속장치에는 적용이 불가능하다는 제한이 있다.

참고적으로, 이러한 원리를 이용한 발명으로는 특허공고 제93-10897호(1993. 11. 17)의 "동시 변환식 연속 가변 변속기", 특허공고 제95-2991호(1995. 3. 29)의 "무단 변속기" 등 다수가 있다.

또한, 특허공고 제96-12241호(1996. 9. 18)의 "가변피치식 무단변속장치"는 피치원을 가변 시키는 상기 도 1의 원리를 응용하되, 종전의 기술이 가지는 문제점을 개선하기 위해, 스프라켓과 체인에 의한 동력전달장치에서 스프라켓의 피치원 지름을 가변 조절함과 동시에 체인을 지지하는 양측 체인축간의 거리가 조절되도록 하여 무단변속 효과를 얻고 있다. 그러나 이 경우도, 벨트이용시의 슬립발생문제를 해결하는 데에는 기여하고 있다고 볼 수 있지만, 상기 스프라켓의 각 이(teeth)를 관통하도록 구비되어 체인을 지탱하는 피치조절 프레임과 체인가변로드를 요하는 등, 미세한 구조에 대한 정확한 조립을 전제로 하고 있어 그 제작이 매우 어려울 뿐만 아니라, 큰 동력을 오랜 동안 변속하는 장치에는 그 내구성의 한계상 적용이 부적절하다는 문제점을 여전히 내포하고 있다.

상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, 차량 엔진 등으로부터 전달받은 동력을 구동축과 종동축 간에서 기어의 치합에 의해 신뢰성있게 전달되도록 함과 동시에, 차량엔진 및 부하의 상태 등 시변환적으로 변환되는 환경에 적합하게 변속비를 무단으로 미세하고 유연하게(continuously)변화시킬 수 있도록 하는 차량용 무단(stepless) 변속 장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

제1a도 및 제1b도는 종래의 차량용 무단 변속 장치의 작동원리를 설명하는 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 차량용 무단 변속 장치의 일실시예 구조를 나타낸 개략도.

제3도는 상기 제2도의 단면도.

제4도는 상기 제2도의 무단 변속부의 작동원리 설명도.

제5도는 상기 제2도의 무단 변속부의 무단변속 원리를 설명하기 위한 개념도.

제6a도 내지 제6c도는 제2도의 무단 변속부의 변속동작을 설명하는 개략도.

제7도는 본 발명에 의한 차량용 무단 변속 장치와 종래의 무단 변속 장치의 동작특성을 나타낸 비교 그래프도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 동력전달 단속부 200 : 무단 변속부

300 : 전후진 증속부 110 : 입력축

120 : 토크 컨버터 130 : 오일펌프

210 : 콘트롤러(TCU) 220 : 스피드 콘트롤 모터

230 : 워엄 240 : 워엄기어

250 : 일방향 클러치 260 : 제 1 캐리어

261 : 캐리어 중공축 263 : 유성기어 지지축

270 : 제 1 선기어 271 : 선기어 구동축

280 : 제 1 유성기어 290 : 제 1 링기어

291 : 링기어 내주면치차 293 : 링기어 축

310 : 제 2 캐리어 311 : 캐리어 구동축

313 : 유성기어 지지축 320 : 제 2 유성기어

330 : 제 2 선기어 331 : 선기어 중공축

340 : 시린더 350 : 드럼

360 : 제 3 유성기어 370 : 제 2 링기어

373 : 링기어 중공축 380 : 시린더

390 : 제 3 선기어 410 : 솔레노이드 벨브

420 : 매뉴얼 벨브 430 : 가버너

440 : 주차록커 450 : 출력축

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 차량의 동력발생수단에 의해 발생된 회전력을 무단(stepless)으로 유연하게(continuously) 변속하는 차량용 무단 변속 장치에 있어서, 상기 동력발생수단에 의해 발생된 회전력을 인가받아 구동되는 제 1 선기어와, 상기 제 1 선기어로부터 회전력을 인가받아 구동하도록 설치되는 제 1 링기어와, 상기 제 1 선기어 및 상기 제 1 링기어 간에 치합되게 설치되어 동력전달을 매개하는 제 1 유성치차군을 구비하여, 상기 동력발생수단에 의해 발생된 동력의 회전속도를 일정비율로 감속시키는 고정 감속 수단; 출력되는 회전속도의 제어가 가능한 보조동력 제공수단; 상기 보조동력 제공수단으로부터 동력을 전달받아 회전하되, 나사기어치 비틀림각을 소정각도로 형성하여 워엄기어로부터 미치는 힘에 의해서는 회전되지 않게 셀프록킹(slef locking)이 이루어지도록 구비된 워엄; 중공축이 일체로 형성되어 있어 상기 제 1 선기어 축 상에 끼워서 설치되며, 상기 제 1 유성치차군을 공전시킬 수 있도록 지지하는 제 1 캐리어; 상기 제 1 캐리어의 중공축 상의 일측에 위치하되 상기 워엄에 치합되도록 설치되어 상기 워엄으로부터 동력을 전달받아 상기 제 1 캐리어를 회전시키는 상기 워엄기어; 상기 보조동력 제공수단의 회전력이 상기 제 1 선기어 측으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 상기 제 1 캐리어 중공축 및 상기 워엄기어 간의 결합을 일시적으로 해제하여 동력전달을 차단하는 동력전달 단속수단; 및 상기 제 1 링기어로부터 출력되는 회전력을 전달받아 증속하고, 운전자의 전후진 조작에 따라 출력축의 회전방향을 전환하는 전후진 증속 수단을 포함하는 차량용 무단 변속 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제 1 유성치차군이, 상기 제 1 선기어를 중심으로 실질적으로 120도의 각도 간격으로 배치되는 3개의 유성기어를 구비하거나, 또는 상기 제 1 유성치차군이, 상기 제 1 선기어를 중심으로 실질적으로 120도의 각도 간격으로 배치되는 3조 6개의 유성기어를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전후진 증속 수단이, 상기 제 1 링기어 축에 그 구동축이 직접 연결되어 회전하는 제 2 캐리어; 상기 제 2 캐리어의 유성기어 지지축에 의해 각각 지지되면서 회전하는 제 2 및 제 3 유성치차군; 상기 제 2 유성치차군의 유성기어들에 각각 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되는 제 2 선기어; 상기 제 2 선기어와 일체로 형성되되 중공축으로 형성되어 그 내측으로 제 2 캐리어 구동측이 관통되도록 한 제 2 선기어 축의 타측단에 일체로 결합된 드럼; 선택적으로 상기 드럼이 회전하지 못하도록 제동하는 제 1 실린더; 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기들에 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되며 상기 출력축과 일체로 결합되어 있는 제 3 선기어; 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기들의 치차에 그 내주면 치차가 치합되어 회전력을 전달받도록 결합되고 회전축은 중공축으로 형성되어 그 내측으로 상기 제 3 선기어축이 관통하도록 설치되며 그 외측면에 브레이크 드럼이 형성되어 있는 제 2 링기어; 및 선택적으로 상기 제 2 링기어가 회전하지 못하도록 제동을 하는 제 2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 무단 변속 장치의 일실시예 구조를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 상기 도 2의 단면도이다.

본 실시예에 의한 무단자동변속 장치는, 크게 동력전달 단속부(100)와, 무단 변속부(200), 및 전후진 증속부(300)을 구비하고 있다.

상기 동력전달 단속부(100)는 입력축(110)에 연결되어 유체를 매개로 회전력을 전달해주는 공지의 토크컨버터(120) 및 오일펌프(130)를 포함한다.

상기 무단 변속부(200)는 구동축(271)으로부터 동력을 전달받는 제 1 선기(270)와, 상기 제 1 선기어 주위에 소정 간격으로 치합되게 배치된 제 1 유성치차군과, 상기 제 1 유성치차군을 형성하는 다수의 유성기어(280)들에 그 내주면치차(291)가 치합되게 설치된 제 1 링기어(290)와, 상기 제 1 유성치차군의 각 유성기어(280)들을 상기 제 1 선기어 치차 및 상기 제 1 링기어의 내주면치차(291)에 치합된 상태로 공전시키기 위한 제 1 캐리어(260)와, 상기 제 1 캐리어에 구동력을 제공하기 위한 워엄(230) 및 워엄기어(240)와, 상기 워엄(230)을 구동하기 위한 보조동력으로서 스피드 콘트롤 모터(220)를 구비하고 있다.

본 실시예의 경우는, 120도 간격으로 배치된 3개의 유성기어(280)를 제 1 유성치차군으로 취하고 있다. 상기 각 유성기어(280)는 상기 제 1 캐리어(260)에 의해 지지되면서 상기 제 1 선기어 치차 및 상기 제 1 링기어의 내주면치차(291)에 치합된 상태로 각각 회전 및 공전할 수 있도록 설치된다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 상기 각 유성기어(280)들은 상기 제 1 캐리어의 지지축(263) 상에서 자유롭게 회동될 수 있도록 상기 제 1 캐리어의 지지축(263)에 삽입설치되며, 또한 상기 지지축(263) 상에서 유성기어(280)가 회전할 때 마찰을 최소화하기 위한 베어링(도시되지 않았음)을 내장한다.

상기 제 1 캐리어(260) 축은 중공축(261)으로 형성되어 그 내측으로 상기 제 1 선기어를 구동하는 구동축(271)이 관통되도록 하고, 상기 중공축(261)과 상기 제 1 선기어 구동축(271) 사이에는 베어링(도시되지 않았음)을 삽입설치하여 마찰력을 최소화하면서 각각 별개로 회전되도록 한다.

또한, 도 2에서는 본 발명장치의 동작에 대한 이해가 보다 쉽게 이루어지도록 하기 위하여, 상기 제 1 캐리어의 유성기어 지지축(263)을 길게 인출한 형상으로 도시하고 있으나, 실제의 제품에서는 지지력을 감안하여 그 지지축(263)의 길이를 가능한한 짧게 형성하는 것이 바람직하다(도 3의 단면도 참조), 전체적인 캐리어(260) 형상도 해당 변속장치의 특성에 따라 다양하게 제작할 수 있다.

그리고, 상기 제 1 선기어(270), 상기 제 1 유성치차군의 각 유성기어(280)들 및 상기 제 1 링기어(290)가 상기 도 2에서는 일반적인 평기어로 도시되어 있으나, 이 또한 헬리컬 기어 등의 다른 기어로도 구성가능하다.

상기 워엄기어(240)는 상기 캐리어 중공축(261)상 일측에 일체로 고정설치되는데, 상기 워엄기어(240)와 상기 캐리어 중공축(261) 사이에는 베어링이 구비된 일방향클러치(250)가 삽입설치되어(도 4의 단면도 참조), 상기 스피드 콘트롤 모터(220)의 회전력이 상기 제 1 선기어 측으로 역류하는 것을 방지하도록 단속한다.

상기 워엄기어(240)와 치합된 워엄(230)은 상기 스피드 콘트롤 모터(220)로 부터 동력을 전달받아 구동된다. 그리고, 상기 스피드 콘트롤 모터(220)는 감지된 엔진의 출력, 온도, 차량속도, 및 스로틀개도 등의 상태에 따라 제어하도록 프로그램된 콘트롤러(TCU)(210)의 제어로 그 회전속도가 제어된다.

특히, 상기 무단 변속부(200)에서는, 전술한 바와 같이, 무단 변속동작을 실현하기 위해서, 상기 스피드 콘트롤 모터와 같은 별도의 보조동력을 필요로 한다.

그런데, 본 발명의 무단 변속 장치에서는 아주 작은 회전력으로도 큰 회전력을 용이하게 변속시킬 수 있는 특징이 있다.

즉, 기어치합 등을 통하여 회전력을 전달할 때, 출력축(450)에 부하가 걸리면 그 부하에 따른 반작용으로 각각의 회전력 전달부위마다 상당한 힘이 걸리게 된다. 본 발명은 이러한 힘이 상기 제 1 캐리어(260) 및 워엄기어(240)에 대해서 항상 상기 제 1 선기어(270)의 회전방향으로 작용한다는 점을 이용하고 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 워엄(230)이 상기 워엄기어(240)를 제 1 선기어(270)의 회전방향으로 회전시키는 데에는 아주 작은 힘으로도 충분히 회전시킬 수 있게 되는 것이다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

만일, 회전하는 출력축(450)에 부하가 걸리면 그 부하에 따른 반작용에 의해 미치는 힘이, 점차 약화되면서 각각의 동력전달부위에 미치게 된다. (참고적으로, 상기 실시예의 구조에서는 제 1 링기어(290)에 미치는 힘이 약 2.0857 일 때, 상기 제 1 유성치차군의 유성기어(280)에 미치는 힘은 약 1 정도됨)

그리고, 상기한 바와 같이 부하에 따른 반작용에 의해 미치는 힘은, 상기 워엄기어(240)의 회전방향으로 그에 대해 항시 작용하고 있기 때문에, 상기 스피드 콘트롤 모터(220)는 아주 작은 힘으로도 상기 워엄(230)을 원활하게 회전시킬 수 있게 되며, 결국 본 발명의 차량용 무단 변속 장치가 아주 작은 힘으로도 큰 회전력을 변속시킬 수 있게 되는 것이다. 예컨대, 약 145 마력(HP) 정도로 입력된 회전력을, 상기한 방식으로 변속하는 경우에는 보조동력으로 약 180W 정도의 직류 모터(DC Moter)를 사용하더라도 충분히 변속동작을 수행할 수 있으며, 주동력에 영양을 미치지 않으면서 변속비를 미세하고 유연하게 무단으로 변속시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 부하에 따른 반작용으로 미치는 힘이 상기 스피드 콘트롤 모터(220)에 까지는 미치지 않도록 차단하기 위해서, 일실시예로서 워엄(230) 및 워엄기어(240) 구조를 채용하고 있다.

상기 실시예에서는 상기 반작용에 의한 힘을 상기 워엄(230) 및 워엄기어(240)의 결합특성을 이용하여 차단하고 있다. 즉, 상기 실시예에서는 상기 워엄(230)의 진행각치면이 마찰각보다 작아 셀프록킹(self locking)이 이루어지도록 함으로써, 상기 워엄기어(240)가 워엄(230)을 회전시지 못하도록 하고 있다.

한편, 상기 전후진 증속부(300)는, 상기 제 1 링기어축(293)에 그 구동축(311)이 직접 연결되어 회전하는 제 2 캐리어(310)와, 상기 제 2 캐리어(310)의 유성기어 지지축(313)에 의해 각각 지지되면서 회전하는 제 2 및 제 3 유성치차군과, 상기 제 2 유성치차군의 유성기어(320)들에 각각 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되는 제 2 선기어(330)와, 상기 제 2 선기어(330)와 일체로 형성되되 중공축으로 형성되어 그 내측으로 제 2 캐리어 구동축이 관통되도록한 제 2 선기어축(331)의 타측단에 일체로 결합된 드럼(350)과, 매뉴얼밸브(420)의 제어에 따라 선택적으로 상기 드럼(350)이 회전하지 못하도록 제동하는 제 1 실린더(340)을 구비하고 있다.

또한, 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어(360)들에 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되며 상기 출력축(450)과 일체로 결합되어 있는 제 3 선기어(390)와, 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어(360)들의 치차에 그 내주면치차(371)가 치합되어 회전력을 전달받도록 결합되고 회전축(373)은 중공축으로 형성되어 그 내측으로 상기 제 3 선기어축(출력축)이 관통하도록 설치되며 그 외측면에 브레이크 드럼이 형성되어 있는 제 2 링기어(370)와, 상기 매뉴얼밸브(420)의 제어에 따라 선택적으로 상기 제 2 링기어(370)가 회전하지 못하도록 제동을 하는 제 2 실린더(380)를 구비하고 있다.

도 2 에서는, 상기 제 2 캐리어의 유성기어 지지축(313)을 길게 인출한 형상으로 도시하고 있을 뿐만아니라, 상기 제 2 유성치차군과 상기 제 3 유성치차군의 120。간격으로 대향되게 배치된 각 유성기어(320, 360)들이 분리형성된 것으로 도시되어 있는데, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시이다. 상기 유성기어 지지축(313)의 길이는 가능한한 짧게 형성하는 것이 바람직하며, 또한 동일간격으로 서로 대향되게 배치된 각각의 제 2 유성치차군 유성기어(320) 및 제 3 유성치차군 유성기어(360)들은 일체로 형성하여 한조를 이루도록 하는 것이 바람직하다(도 3의 320 및 360 참조).

그리고, 상기 일체로 형성된 각조의 유성기어들은 상기 제 2 캐리어(310)의 유성기어 지지축(313)에 각각 설치되며, 상기 지지축(313) 상에서 회전할 때 마찰을 최소화하도록 베어링(도시되지 않았음)을 내장하고 있다.

또한, 상기 제 2 캐리어 구동축(311)이 관통되도록 형성된 상기 제 2 선기어 중공축(331)과 상기 제 2 캐리어 구동축(311) 간에도 마찰력을 최소화하기 위한 베어링(도시되지 않았음)이 내장되며, 상기 제 3 선기어축(출력축)이 관통되게형성된 제 2 링기어 중공축(373)에도 마찰력을 최소화하기 위한 베어링(도시되지 않았음)이 내장된다.

전술한 실시예에서는 제 1 유성치차군의 유성기어를 3조(3개)의 유성기어로 구성하고, 제 1 선기어를 중심으로 120도 각도 간격으로 배치되도록 하여, 상기 제 1 선기어의 회전방향과 제 1 링기어의 회전방향이 반대가 되도록 하였다.

그러나 이와 같은 유성기어 배치 각도 및 유성기어 사용갯수 등은 설계상의 문제로서, 필요에 따라 얼마든지 변경할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1 유성치차군의 유성기어를 한조당 2개씩 그리고 그 배치각도를 90도 간격으로 하면, 4조 8개의 유성치차군이 형성되며, 상기 제 1 선기어의 회전방향과 상기 제 1 링기어의 회전방향이 일치된다.

또한, 전술한 실시예에서는 상기 제 2 및 3 유성치차군의 유성기어를 3조(3개)의 유성기어로 구성하면서 상기 제 2 및 제 3 선기어를 중심으로 각각 120도 각도 간격으로 배치되도록 하였는데, 이는 단지 본 발명의 작동원리가 보다 쉽게 이해되도록 단순화한 예시이며, 상기 제 1 유성치차군의 경우와 마찬가지로 유성기어 배치각도 및 사용갯수 등은 필요에 따라 얼마든지 변경할 수 있다.

특히, 상기 제 3 유성치차군의 경우는, 상기 도 2에 도시된 구조와는 달리 한 조당 2개씩의 유성기어를 상호 치합되게 배치구성하여, 즉 3조 6개의 유성기어로 구성하여, 상기 제 1 링기어와 상기 제 3 선기어의 회전방향이 일치되도록 하는 것이 바람직하다.

도면에서 미설명 부호 440는 주차로커이고, 430은 가버너이며, 410은 솔레노이드 벨브이다. 그리고, 매뉴얼밸브(420)는 선택레버 조작위치(예로서, "P"(parking), "R"(rear), "N"(normal), "D"(drive), 등)에 의해 그 제어대상이 결정되며, 전진동작시는 오일압력이 토크컨버터(120) 및 시린더(380)에 작용하며, 후진동작시에는 시린더(340)에 각각 작용하여 제어되도록 한다.

이제, 본 발명의 요부인 상기 무단변속부(200)와 상기 전후진 증속부(300)의 동작을 살펴보기로 한다.

상기 무단 변속부(200)의 작동과정을 살펴보면, 도면에 도시된 바와 같이, 제일먼저 상기 구동축(271)에 일체로 연결된 제 1 선기어(270)가 직접적으로 회전력을 전달받아 구동된다.

그러면, 상기 제 1 선기와(270)와 치합되어 있는 3개의 유성기어(280)가 회전하면서, 상기 제 1 링기어(290)가 회전된다. 이때, 상기 제 1 선기어 치차수와 상기 제 1 링기어의 치차수 비에 따라 일정한 비율로 감속이 이루어진다.

즉, 제 1 선기어 치차수(ZA)가 35이고, 제 1 유성치차군의 유성기어 치차수(ZS)가 19이며, 제 1 링기어 치차수(ZC)가 73인 경우에, 고정 감속비는 다음의 [수식 1]과 같다.

이때, 상기 유성기어는 상기 제 1 선기어(270)의 회전력을 단순히 상기 제 1 링기어(290)에 전달하기만 하는 아이들기어(idle gear)로만 기능한다.

참고적으로, 본 발명에서는 이 경우에서와 같이, 상기 유성기어가 상기 선기어 및 링기어 사이에서 치합된 상태로, 단순히 상기 선기어의 회전에 순응하여 상기 링기어의 내주면으로 회전력을 전달하면서 따라 돌게 되는 현상을 "회전"이라 명명한다.

반면에, 상기 유성기어가 상기 선기어 및 링기어 사이에 치합된 상태에서, 외부로부터 별도의 구동력을 전달받아 스스로 상기 선기어 외주면을 따라 돌면서 상기 링기어의 내주면으로 회전력을 전달하는 경우를 "공전"이라 명명한다.

또한, 본 발명에서는 스피드 콘트롤 모터(220)를 차량의 콘트롤러(TCU)가 제어하도록 함으로써, 상기한 바와 같은 고정 감속동작 이외에, 무단(stepless)의 유연한 변속이 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같이 일정한 고정감속비로 고정감속이 이루어지는 동안에, 상기 스피드 콘트롤 모터(220)는 작은 동력으로도 상기 워엄(230) 및 워엄기어(240)를 구동할 수 있는데, 상기 워엄(230) 및 워엄기어(240)가 구동되면, 상기 제 1 캐리어(260)가 상기 제 1 선기어(270)에 치합되어 회전하고 있는 상기 제 1 유성치차군의 유성기어(280)들을 선기어 회전방향으로 공전시키게 된다. 이때, 상기 제 1 링기어(290)에 전달되는 회전력이 유연하게 변속되며, 그 변속비는 상기 제 1 유성치차군 유성기어(280)들의 공전운동 속도에 비례하여 증가된다. 본 발명에서는 이를 "1차 무단변속"이라 칭한다.

또한, 위에서 설명한 바와 같이 고정감속 및 1차 무단변속이 이루어지는 동안에, 상기 입력축(110)으로 전달되는 구동력의 회전수 증가에 따라 변속비가 감소(즉, 입력 대 출력 회전수의 감속율이 줄어듬)하게 되는데, 본 발명에서는 이를 "2차 무단변속"이라 칭한다.

상기 1차 및 2차 무단변속 원리에 대해서는 후술되는 도 4 내지 도 6의 설명란에서 좀더 쉽게 이해되도록 설명하기로 하다.

차량은 주행상태에 따라 저속주행에서부터 고속주행까지 적정한 토르크 및 회전속도를 필요로 하는데, 위에서 언급한 바와 같이 차량의 엔진출력에 대한 회전속도를 감속하기만 하는 변속동작 만으로는, 일반적으로 차량에서 요구하는 회전속도를 맞출 수 없다. 예컨대, 고속주행의 경우에는 오히려 엔진출력에 대한 본래의 회전속도보다도 더 큰 회전속도를 요한다. 그런데, 상기 실시예에서 제시된 무단 변속부(200)는 그 최소변속비(상기 유성치차군이 선기어 회전방향으로 공전하지 않는 경우임)가 약 1/2.0857 이기 때문에, 앞에서 언급한 차량에서의 요건을 충족시킬 수 없어, 별도의 증속부가 필요하다.

따라서, 상기 무단 변속부(200) 후단에 전후진 증속부(300)를 두어, 상기 무단 변속부(200)에서 변속된 회전력에 대해 일정한 증속을 수행하도록 할 뿐만아니라, 운전자의 운전조작에 따라 전후진 동작이 이루어지도록 한다.

이제 상기 전후진 증속부(300)의 작동과정에 대하여 살펴보면, 우선 상기 제 1 링기어 축(293)으로부터 동력을 전달받는 제 2 캐리어(310)가 회전된다. 그러면 상기 제 2 캐리어(310)에 의해 각각 지지되는 제 2 및 제 3 유성치차군 회전하면서, 그에 치합되어 있는 상기 제 2 선기어(330) 및 제 3 선기어(390) 회전시킨다.

이때, 상기 제 1 실린더(340)가 상기 드럼(350)을 회전하지 못하게 제동하거나, 또는 상기 제 2 실린더(380)가 상기 제 2 링기어(370)를 제동함에 따라, 차량의 진행방향이 바뀌게 된다. 즉 전자의 경우에는 차량의 후진동작이 이루어지고, 후자의 경우는 차량의 전진동작이 각각 이루어진다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 상기 후진동작의 경우는, 상기 제 1 실린더(340)가 상기 드럼(350)을 제동하고 있기 때문에 상기 제 2 선기어(330)는 회전할 수 없게 되고, 상기 제 2 캐리어(310)가 상기 제 2 유성치차군을 치합되어 있는 상기 제 2 선기어 주위로 회전시킨다.

이때, 상기 제 2 유성치차군의 각 유성기어(320)들과 일체로 결합된 제 3 유성치차군의 각 유성기어(360)들이 함께 회전함에 따라, 상기 제 3 유성치차군에 치합된 제 3 선기어(390)가 회전되어 차량이 후진되도록 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서는 상기 제 2 유성치차군의 각 유성기어(320)와 제 2 선기어(330)의 치차수비를 19 : 35 로 하여, 후진동작시에 약 1.842배의 증속이 이루어지도록 하였다.([수식 2] 참조).

반면에, 상기 전진동작의 경우는, 상기 제 2 실린더(380)가 상기 링기어(370)를 제동하고 있기 때문에, 상기 링기어(370)는 회전할 수 없게 된 상태에서, 상기 제 2 캐리어(310)가 상기 제 2 및 제 3 유성치차군을 회전시키게 되며, 이때 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어(360)들이 상기 링기어 내주면치차(371)에 치합된 상태로 회전하기 때문에, 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어(360)들과 치합되어 있는 상기 제 3 선기어(390)가 회전하여 차량을 전진시킨다.

이와 같은 전진동작의 경우에, 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 약 2.842배의 증속이 이루어지도록 하였다([수식 3] 참조).

결과적으로, 상기 실시예에 따른 무단 변속장치의 경우는, 무단 변속부(200)의 최소 변속비가 2.0857이고, 증속부(300)의 전진시 고정 증속비가 2.842이므로, 최고속 주행시의 입력축(110)에 대한 출력축(450)의 변속비는 0.733으로 오버드라이브(over drive)하게 됨을 알 수 있다([수식 4] 참조).

*변속부 최소변속비/증속부 고정증속비 = 2.0857/2.842

= 0.733 ---[수식 4]

이상의 내용에서 살펴본 바와 같이, 도 2 에 도시된 본 발명의 차량용 무단 변속 장치의 가장 큰 특징으로는, 무단 변속부(200)의 선기어 및 링기어의 치차수비에 기인하는 고정감속 동작 이외에, 유성기어 공전수 증가에 비례하여 그 변속비가 증가하는 1차 무단변속 동작과, 입력축의 회전수 증가에 비례하여 그 변속비가 감소하는 2차 무단변속 동작이 복합적으로 이루어짐을 들 수 있다. 즉, 단일의 유단변속과 2중의 유연한 무단변속이 복합적으로 이루어지는 것이라 할 수 있다.

통상적으로, 차량 운행시 저속에서 고속으로 속도를 증가시킬 때, 입력축(110)에 전달되는 회전수가 주행속도에 비례하여 증가하게 되는데, 본 발명의 차량용 무단 변속 장치에서는 특히 상기 2차 무단변속 동작에 의해 입력축(110)의 회전수 증가에 비례하여 그 변속비를 감속시킴으로써, 외부로부터 별도의 제어동작이 가해지지 않더라도 상기 입력축 회전수의 증가에 따라 자동적으로 주행속도가 증가하는 방향으로 변속시키는 특징이 있다.

그러므로, 본 발명은 저속에서는 큰 변속비가 필요하지만, 속도를 증가시키면서 변속비를 감소시키는 것이 요구되는 차량 등의 변속장치로 아주 적합한 것이다.

도 4는 본 발명의 무단 변속 부(200)의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다.

무단 변속부의 작동 원리를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해서, 도면에 도시된 바와 같은 시스템을 상정할 수 있다.

W(도 2의 "워엄 기어"와 상응함)를 고정시키고 A(도 2의 "선 기어"와 상응함)를 구동시키면, S(도 2의 "유성 기어"와 상응함)가 회전되면서 C(도 2의 "링 기어"와 상응함)의 랙을 "F" 방향으로 이송시킨다. 이때, 이송속도가 1분당 10m이고, 상기 W(워엄 기어)를 회전시켜 S(유성 기어)를 "0"방향으로 1분에 2m 이동시켰다고 가정하면, 상기 C(링 기어)랙의 이송거리는 8m가 된다.

즉, A(선 기어)가 일정한 회전수를 유지한다 하더라도, 상기 S(유성 기어)가 회전하면서 이동되면, 이송거리는 짧아지고 이송력은 증가하게 된다. 다시 말해서, 출력축 회전수는 감소하고 회전력은 증가하는 변속이 이루어진다.

결론적으로, S(유성 기어)를 회전시키기 위한 W(워엄 기어)의 회전속도에 따라, 상기 C(링 기어)랙의 이송거리는 유연하게 증가 또는 감소되며, 이때 상기 W(워엄 기어)의 회전수에 이송거리는 반비례하고 이송력은 비례한다.

또한, 상기 W(워엄 기어)를 역방향으로 회전시키면 상기 C(링 기어)랙의 이송거리는 상기 W(워엄 기어)의 회전수에 비례하고 이송력은 그에 반비례하며, 상기 W(워엄 기어)를 구동시키기 위하여 더 큰 구동력을 요한다. 그리고, 상기 C(링 기어)랙을 "F"방향으로 이송시킬 때, "0"방향으로 나가려는 힘이 발생되므로 아주 적은힘으로 큰 이송력을 증·감속시킬 수 있는 특징을 갖고 있다.

이와같은 원리를 이용하는 본 발명의 무단 변속부(200)는, 차량의 주 동력원으로부터 동력을 전달받는 구동축의 선 기어(도 4의 "A"와 상응함)가 회전하면, 그에 치합된 유성기어(도 4의 "S"와 상응함)가 회전되면서, 상기 유성기어에 치합된 링 기어(도 4의 "C"와 상응함)에 회전력이 전달되도록 한다. 이때, 상기 선 기어 및 링 기어의 기어수 비에 의해 고정된 감속이 이루어진다.

그리고, 상기 유성 기어를 상기 선 기어 주위로 공전시키기 위해, 워엄기어(도 4의 "W"와 상응함)를 구동시켜 상기 유성기어를 "0" 방향으로 공전시키면, 그 공전 회전수(이동거리)에 비례하여 상기 링 기어의 회전수는 감소하고 회전력(torque)은 증가하면서 유연한(continuous) 1차 변속이 이루어진다.

한편, 상기 워엄 기어의 회전수를 일정하게 고정시키고, 즉 상기 유성기어를 일정한 회전수로 공전시키면서, 상기 구동축의 선(sun) 기어 회전수를 증,감속시키면 그에 의해서도 또다시 2차적인 유연한 변속이 이루어진다.

본 발명의 무단 변속부(200)는 위와 같은 원리로 고정감속 및 2중의 무단변속(double Variable speed)을 수행하는 것이다.

도 5는 도 2의 무단 변속부(200)의 무단변속 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

상기 무단 변속부(200)의 무단변속 원리를 도 4에 도시된 개념으로 설명할 수도 있다.

선기어의 치차수를 35, 유성기어의 치차수를 19, 링기어의 치차수를 73으로 각각 설정하고, 상기 선기어를 구동시킨다고 가정하면, 유성기어가 회전하면서 링기어를 회전시켜 일정한 비율의 고정 감속이 이루어진다.

이때 고정감속비는 상기 [수식 1]과 마찬가지로

이 된다.

그러나, 위에서와 같이 고정감속이 이루어지는 과정에서 스피드 콘트롤 모터를 구동시켜, 상기 선기어 회전방향으로 상기 캐리어를 회전시키면, 상기 선기어와 링기어 사이에서 치합된 상태로 회전하던 유성기어가 상기 선기어 회전방향으로 관성공간에서 공전운동(orbital motion)을 한다.

이와 같이, 상기 유성기어가 회전력 전달을 매개하는 과정에서 회전과 공전을 하게 되는데, 이때 상기 유성기어가 공간이동을 하면서 변화된 회전력을 링기어에 전달하므로써 변속이 이루어진다.

즉, 캐리어가 정지된 상태에서는 1치합 대 1치합으로 회전력이 전달된다. 그러나, 유성기어가 상기 관성공간에서 회전 및 공전을 하여 공간이동을 하면, 유성기어가 공간이동한 거리 만큼 즉, 도면에 도시된 부등변 삼각형의 밑변길이에 상응하는 "공간이동"양 만큼 회전력을 삼각형 꼭지점에 전달하는 원리고, 회전수가 감소하면서 회전력은 증가하게 된다.

상기 변속원리를 좀 더 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여 도 4에는 정해진 소정 시간동안에 유성기어 공전수가 1회전 증가하는 경우의 변화를 도시하고 있는데, 유성기어 공전이동거리에 비례하여 링기어의 원주길이(도 5의 일점쇄선 참조)가 서서히 나선형으로 늘어나는 것으로 변속에 따른 변화를 표현하고 있다.

결론적으로, 유성기어의 공전수 증가에 따라 공간이동거리가 길어지면 링기어 원주길이가 더욱 길어져서 변속비가 증가하고, 반면에 공전수가 감소함에 따라 공간이동거리가 짧아지면 링기어 원주 길이가 짧아져 변속비가 감소한다.

도면에 도시된 바와 같은 경우를 예로들면, 공전속도 1회전 증가시마다 상기회전속도는 1.497 rpm 씩 더 감소하며 변속비가 증가하는 1차 무단 변속운동이 이루어지는 것이다.

도 6a 내지 6c는 도 2의 무단 변속부(200)의 변속동작을 설명하는 개략도이다.

도 6a는 입력축 선기어 회전수가 100 rpm이고, 유성기어 공전수는 0 rpm일 때, 링기어 회전수가 47.945 rpm으로 고정감속되는 동작 설명도이다.

도 6b는 1차 무단변속 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 입력축 선기어 회전수가 100 rpm이고, 유성기어 공전속도는 10 rpm일 때, 링기어 회전수가 33.151 rpm으로 변속되어, 상기 도 6a의 경우보다도 더 속도가 줄어듬을 설명하고 있다.

그리고, 도 6c는 2차 무단변속 동작을 설명하기 위한 설명도로서, 입력축 선기어 회전수는 101 rpm로 상기 도 6b의 경우보다 1 % 증가되고, 유성기어 공전수는 상기 도 6b와 동일하게 10 rpm일 때, 링기어 회전수가 33.630 rpm으로 변속되어, 상기 도 6a의 경우보다는 변속비가 증가되었지만, 상기 도 6b의 경우보다는 증속(변속비가 줄어든 상태를 말함)되는 현상을 설명하고 있다.

[ 1 차 무단변속]

1차 무단변속에 대하여 살펴보면, 각속도

이고,

이며, 입력축 선기어 회전속도가 100 rpm 이고, 유성기어의 공전속도가 각각 10 rpm, 또는 11 rpm 일 때, 각각의 변속비는 다음의 [수식 5] 및 [수식 6]과 같다.

상기의 계산결과로 부터, 상기 조건에서 유성기어의 공전수가 1회전증가할 때에 약 1.479 rpm씩 감소하며, 변속비가 증가하는 변속이 이루어짐을 알 수 있으며, 변속비를 구함에 있어서는 입력축 회전수와 유성기어 공전수가 고려됨을 알 수 있다.

[제 2 차 무단변속]

이제 2차 무단변속에 대하여 살펴보면, 위의 1차 무단변속 설명란의 [수식 75 및 [수식 6] 조건에서 입력축 회전, 즉 선기어 회전수를 각각 100 rpm에서 101 rpm으로 증가시키면 아래의 [수식 7] 및 [수식 8]과 같이, 상기 1차 무잔 변속 운동과는 별개의 2차 무단변속 운동이 이루어짐을 확인할 수 있다.

즉, 상기 [수식 5]와 [수식 7]을 대비하고, 상기 [수식 6]와 [수식 8]을 대비하여 보면, 상기 조건에서 선기어 회전수가 100 rpm에서 101 rpm으로 증가할 때, 유성기어의 공간이동거리가 짧아지면서 링기어 원주길이가 짧아져, 출력축 회전수는 각각 약 0.479 rpm씩 증가하며, 변속비는 감소하는 2차 무단변속 운동을 한다.

따라서, 어떤 시점에서 변속비를 정하기 위해서는, 입력축(선기어) 회전속도와, 유성기어 공전수를 고려하여야 함을 알 수 있다. 특히, 상기한 바와 같은 무단변속부(200)는, 상기 입력축(선기어) 회전속도와, 유성기어 공전수가 달라지면 그에 따라 변속비가 계속적으로 변화되는 특징이 있다. 즉, 상기 입력축(선기어) 회전수 및 유성기어 공전수가 동일 비율로 변화한다 하더라도 변속비는 고정된 값을 유지하는 것이 아니라, 계속 달라지게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 무단 변속 장치의 연속적인 변속동작중에서 소정간격으로 샘플링한 결과를 표시하면, 다음의 [표 1]과 같다.

[표 1]에서 "1차 변속비"는 무단 변속부(200)의 변속비이고, "최종변속비"는 입력축(110) 및 출력축(450) 간의 변속비이며, 비고란의 기재내용은 종래의 차량에서 유한된 단(1단, 2단, 3단, 4단, 5단)만으로 변속하는 경우와 본 발명을 대비할 수 있도록 참고적으로 표시한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 차량용 무단 변속 장치와 종래의 무단 변속 장치의 동작특성을 나타낸 비교 그래프이다.

도시된 그래프를 참조하면, 본 발명의 차량용 무단 변속 장치는 저속 출발에서부터 고속주행시까지 그때그때 마다, 도로조건 등의 운행조건과 엔진출력에 대하여 최적의 변속비를 제공하므로써, 기존의 경우에 비해서 약 15 내지 20% 내외의 연료를 절감할 수 있으며, 약 5 내지 7%의 엔진출력을 향상시킬 수 있음을 쉽게 알 수 있다.

전자 및 소프트웨어 분야에서, 예정해 놓은 조건에 따라 전자적인 제어신호를 출력하도록 프로그래밍하는 것은 일반적인 기술로서 잘 알려져 있다.

따라서, 차량의 주행환경에 따라 원하는 바 대로 상기 무단 감속부(200)의 제 1 캐리어를 구동하기 위한 작은 보조동력과, 상기 제 1 선기어를 구동시키기 위한 차량엔진출력은 각각 소프트웨어적으로 유연하게 콘트롤할 수 있음이 자명하다. 즉, 차량의 주행시 예측되는 모든 경우에 대하여 미리 각 경우에 대한 바람직한 변속비를 예정해 놓을 수 있으며, 그 결과대로 변속할 수 있도록 제어 프로그램을 차량의 콘트롤러(TCU)에 내장하여 그 프로그램대로 자동제어가 이루어지도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 차량용 무단 변속 장치를 이용하는 차량의 경우는, 주행 중 수시로 변화하는 입력신호들을 콘트롤러(TCU)에서 입력받아, 내장된 제어 소프트웨어를 이용하여 최적 변속비를 산출하고, 상기 무단 변속부(200)의 스피드 콘트롤 모터(220)의 분당 회전수를 적절히 제어함으로서, 동력사용효율면에서 최적효율을 달성할 수 있게 한다.

또한, 전술한 본 발명에 따르면, 다양한 환경에 대한 적합한 변속비를 제공을 용이하게 구현할 수 있고 소프트웨어적으로 제어가능하기 때문에, 출발시부터 종착시까지의 주행동안 예견가능한 모든 환경변화에 대처할 수 있는 변속 제어 알고리즘을 미리 프로그램밍하여 소정의 제어장치가 그를 운용하도록 하는 방법으로, 궤도차량 등에서는 운전조작까지도 무인화할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 무단 변속 장치의 또 다른 특징은 차량 등의 제작회사에 관계없이 범용적으로 모두 적용 가능하다는 점이다.

자동차의 경우, 각 제작회사마다 서로 다른 엔진출력 특성 및 독자적인 설계등에 기인하는 문제로, 변속장치의 각 단(1, 2, 3, 4, 및 5단)에 대한 감속비가 서로 달라 호환성이 없었다. 따라서, 현재까지는 각 제작사별로 변속장치들을 별도로 설계하여 제작하였는데, 본 발명에 따르면, 각종차량에 장착된 콘트롤 장치의 소프트웨어의 변경만으로 모든 사양에 대하여 적합한 변속비를 제공할 수 있게 된다.

그리고, 전술한 본 발명의 무단 변속 장치는, 주 동력원에 의해 발생된 동력을, 상황에 따라 변속시켜 사용하는 것이 요구되는 모든 기기에 적용할 수 있는 것으로서, 차량의 변속장치 이외에도, 예컨대 중장비, 기관차, 선박, 항공기 등에 모두 적용 가능하다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면은 그것으로 권리범위를 한정하기 위해 제시된 것이 아니라 단지 본 발명의 기술요지를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 제시된 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하므로, 그러한 여러 가지 치환물, 변형물 및 변경물도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 종전에 각종차량에서 고속단으로의 변속 시에 요구되었던 가속이 필요 없고, 언제나 엔진출력과 도로상태 등의 운행조건에 따른 부하의 상태, 등을 고려한 최적의 변속비를 무단(stepless)으로 제공함으로써 엔진출력을 향상시키고 연료소모를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 배기가스 감소, 소음감소, 차량 운행의 편리성을 제고 등의 효과가 매우 클 뿐만 아니라, 기어 치합에 의한 동력전달로서 신뢰성을 현저히 제고시키면서도 간단한 구조로 이루어져 있어 제작비용을 절감시키는 매우 우수한 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 차량의 동력발생수단에 의해 발생된 회전력을 무단(stepless)으로 유연하게(continuously) 변속하는 차량용 무단 변속 장치에 있어서, 상기 동력발생수단에 의해 발생된 회전력을 인가받아 구동되는 제 1 선기어와, 상기 제 1 선기어로부터 회전력을 인가받아 구동하도록 설치되는 제 1 링기어와, 상기 제 1 선기어 및 상기 제 1 링기어 간에 치합되게 설치되어 동력전달을 매개하는 제 1 유성치차군을 구비하여, 상기 동력발생수단에 의해 발생된 동력의 회전속도를 일정비율로 감속시키는 고정 감속 수단; 출력되는 회전속도의 제어가 가능한 보조동력 제공수단; 상기 보조동력 제공수단으로부터 동력을 전달받아 회전하되, 나사기어치 비틀림조각을 소정각도로 형성하여 워엄기어로부터 미치는 힘에 의해서는 회전되지 않게 셀프록킹(slef-locking)이 이루어지도록 구비된 워엄; 중공축이 일체로 형성되어 있어 상기 제 1 선기어 축 상에 끼워서 설치되며, 상기 제 1 유성치차군을 공전시킬 수 있도록 지지하는 제 1 캐리어; 상기 제1 캐리어의 중공측 상의 일측에 위치하되 상기 워엄에 치합되도록 설치되어 상기 워엄으로부터 동력을 전달받아 상기 제 1 캐리어를 회전시키는 상기 워엄기어; 상기 보조동력 제공수단의 회전력이 상기 제 1 선기어 측으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 상기 제 1 캐리어 중공축 및 상기 워엄기어 간의 결합을 일시적으로 해제하여 동력전달을 차단하는 동력전달 단속수단; 및 상기 제 1 링기어로부터 출력되는 회전력을 전달받아 증속하고, 운전자의 전후진 조작에 따라 출력축의 회전방향을 전환하는 전후진 증속 수단을 포함하는 차량용 무단 변속 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 동력전달 단속수단은, 상기 워엄기어와 상기 제 1 캐리어 축 사이에 삽입 설치되는 일방향 클러치를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 무단 변속 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전후진 증속 수단은, 상기 제 1 링기어 축에 그 구동축이 직접 연결되어 회전하는 제 2 캐리어; 상기 제 2 캐리어의 유성기어 지지축에 의해 각각 지지되면서 회전하는 제 2 및 제 3 유성치차군; 상기 제 2 유성치차군의 유성기어들에 각각 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되는 제 2 선기어; 상기 제 2 선기어와 일체로 형성되되 중공축으로 형성되어 그 내측으로 제 2 캐리어 구동축이 관통되도록한 제 2 선기어 축의 타측단에 일체로 결합된 드럼; 선택적으로 상기 드럼이 회전하지 못하도록 제동하는 제 1 실린더(340); 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어들에 치합되어 회전력을 전달받도록 그 중심부에 위치되며 상기 출력축과 일체로 결합되어 있는 제 3 선기어; 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어들의 치차에 그 내주면치차가 치합되어 회전력을 전달받도록 결합되고 회전축은 중공축으로 형성되어 그 내측으로 상기 제 3 선기어축이 관통하도록 설치되며 그 외측면에 브레이크 드럼이 형성되어 있는 제 2 링기어; 및 선택적으로 상기 제 2 링기어가 회전하지 못하도록 제동을 하는 제 2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무단 변속 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전후진 증속 수단은, 상기 제 1 실린더가 상기 드럼을 제동하여 상기 제 2 선기어가 회전할 수 없게 된 경우에, 상기 제 2 캐리어가 상기 제 2 및 제 3 유성치차군을 회전시킴에 따라, 상기 제 3 유성치차군에 치합된 제 3 선기어가 회전하여, 차량을 후진시키며, 상기 제 2 실린더가 상기 링기어를 제동하여 상기 제 2 링기어가 회전할 수 없게 된 경우에, 상기 제 2 캐리어가 상기 제 2 및 제 3 유성치차군을 회전시켜 상기 제 3 유성치차군의 각 유성기어들이 상기 제 2 링기어 내주면치차에 치합된 상태로 회전하며, 상기 제 3 선기어가 회전하여, 차량을 전진시키는 것을 특징으로 하는 차량용 무단 변속 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제 1 캐리어 중공축, 상기 제 2 선기어 중공축, 및 상기 제 2 링기어 중공축에 각각 회전시 마찰을 최소화하도록 베어링을 내장하고, 상기 제 1 내지 제 3 유성치차군의 각 유성기어들과 상기 제 1 및 제 2 캐리어 지지축 간에 각각 회전시 마찰을 최소화하도록 베어링을 내장한 것을 특징으로 하는 차량용 무단 변속 장치.

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