KR100389373B1

KR100389373B1 - 다중모드 무단변속기

Info

Publication number: KR100389373B1
Application number: KR10-2000-0054436A
Authority: KR
Inventors: 이진원; 이장무; 박영일; 조형준; 김정윤
Original assignee: 서울대학교 공과대학 교육연구재단
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2003-06-25
Also published as: KR20020021717A

Abstract

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로서, 특히 직결모드, 단순 무단변속모드 및 동력 순환/분기모드를 갖는 다중모드 무단변속기에 관한 것이다.

본 발명의 다중모드 무단변속기는, 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 한편으로 소정의 기어비()를 갖는 직결기어(D) 및 클러치(C1)를 연결하여서 구성되는 직결모드와; 상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 다른 한편으로 순차적으로 무단변속기구(T) 및 소정의 기어비()를 갖는 단순기어(D1)를 배치하고, 이들 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측과 상기 출력축(4)을 클러치(C2)로써 연결하여서 구성되는 단순 무단변속 모드와; 상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 또 다른 한편으로 순차적으로 소정의 기어비()를 가지는 단순기어(D2), 유성기어세트(P) 및 클러치(C3)를 연결하되, 상기 단순기어(D2) 쪽의 출력측을 상기 유성기어세트(P)의 링기어, 유성캐리어, 선기어 중 선택된 하나에 입력연결하고, 상기 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측을 상기 유성기어세트(P)에서 상기 단순기어(D2)가 연결되지 않은 나머지 두 축 중 선택된 하나에 입력연결하며, 상기 유성기어세트(P)의 나머지 하나의 축을 상기 클러치(C3)를 매개로하여 상기 출력축(4)에 출력연결하여서 구성되는 동력 순환 및 분기모드; 를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 동력 순환 및 분기구조에서, 상기 무단변속기구(T)와 같은축에 있는 단순기어(D1)의 기어비()와 무단변속기구(T)와 다른 축에 있는 단순기어(D2)의 기어비() 사이의 비()는 상기 무단변속기구(T)의 기어비 최소값(I_min) 또는 최대값(I_max)에 일치하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게 상기 단순기어(D1),(D2)는 둘 다 선택하여 배치되거나, 둘 중 하나만을 선택하여 배치하거나, 또는 둘 다 배치하지 않는 방식 중 하나의 방식으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서. 상기 단순기어(D1),(D2)가 둘 다 선택되어 배치된 경우에, 두 기어비(),()중 하나의 기어비가 '1'이거나, 둘 다 기어비가 '1'이거나, 또는 둘 다 기어비가 '1' 이 아닌 것들 중 선택된 하나의 기어비로 이루어질 수 있다.

이러한 본 발명은 비교적 간단한 구성에 의하여 직결구조의 장점, 단순 무단변속기의 장점 및 동력 순환 분기구조의 장점을 모두 갖는 변속기로 그 설계에 따라 출력 동력을 다양하게 변화시켜 출력시킬 수 있고, 이에따라 본 발명은 적용 차종등 장치의 요구 특성에 적합하게 응용가능하면서, 무단변속기의 전체 변속범위를 충분히 사용할 수 있는 매우 바람직한 다중모드 무단변속기를 제공한다.

Description

다중모드 무단변속기{Apparatus for Multi-mode Continuously Variable Transmission}

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직결구조의 장점, 단순 무단변속기의 장점 및 동력 순환 분기구조의 장점을 모두 갖는 변속기로 그 설계에 따라 출력 동력을 다양하게 변화시켜 출력시킬 수 있음으로써, 변속기가 적용될 차량등 장치의 요구 특성에 맞게 예컨대, 효율 향상에 적합한 구조나, 발진성능 향상에 적합한 구조나, 혹은 속도비를 확장 또는 축소하기에 적합한 구조 등 다양한 목적에 부합하게 응용가능한 다중모드 무단변속기에 관한 것이다.

일반적으로 다중모드 무단변속기는 무단변속의 핵심 요소인 무단변속기구(CVU: Continuously Variable Unit)와 동력의 순환/분기를 위한 유성기어열, 연결기어, 그리고 모드 변화시에 사용되는 클러치 등으로 이루어진다.

현재 이들의 조합에 의해 만들 수 있는 무단변속기는 매우 많으며, 지금까지 알려진 통상의 자동변속기(Automatic Transmission)와 비슷한 구조만 해도 수백가지에 이른다. 이는 무단변속기구의 종류 예를들어, 하프 토로이달 타입(Half Toroidal Type), 풀 토로이달 타입(Full Toroidal Type), 메탈 벨트 타입(Metal Velt Type), 콘 롤러 타입(Cone roller Type), 하이드로 스태틱 트랜스미션 타입(Hydro Static Transmission Type) 등에 따라서 종류가 늘어날 뿐만 아니라 동력의 순환/분기의 위치에 따라서도 그 구조 및 특성이 다른 다양한 다중모드 무단변속기를 개발할 수 있기 때문이다.

상용화 되었거나 개발이 완료된 모드변화를 하는 영국 토로트랙(Torotrak)사의 토로이달 무단변속기나 독일 보쿰(Bochum)사의 무단변속기 등이 바로 이러한 다중모드 무단변속기의 예가 된다.

현재, 이러한 다중모드 무단변속기는 구조의 확장을 통해 동력전달 경로를 설계자가 원하는 대로 선택할 수 있으므로 효율 혹은 동력전달 성능을 변화시킬 수 있는 장점 때문에 단순 무단변속기의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 고려되고 있다.

본 발명은 위와 같은 다중모드 무단변속기의 일환으로, 비교적 간단한 구성에 의하여 직결구조의 장점, 단순 무단변속기의 장점 및 동력 순환 분기구조의 장점을 모두 갖는 변속기로 그 설계에 따라 출력 동력을 다양하게 변화시켜 출력시킬 수 있음으로써, 변속기가 적용될 차량등 장치의 요구 특성에 맞게 예컨대, 효율 향상에 적합한 구조나, 발진성능 향상에 적합한 구조나, 혹은 속도비를 확장 또는 축소하기에 적합한 구조 등 다양한 목적에 부합하게 응용가능한 다중모드 무단변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기의 기본구조를 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 따른 동력 순환 및 분기 구조의 다양한 시험예를 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 동력 순환 및 분기 구조의 동력의 방향성을 예시하는 도면

도 4는 일반적인 동력전달기구의 효율을 나타내는 도면

도 5는 본 발명의 <시험예>중 <그룹 1>의 동력전달 효율곡선을 도시한 도면

도 6은 본 발명의 <시험예>중 <그룹 1>의 동력전달 효율곡선을 도시한 도면

도 7은 본 발명에 따른 동력 순환 및 분기구조의 속도비와 무단변속비의 관계를 예시하는 도면

도 8은 본 발명에 따른 동력 순환 및 분기구조의 효율와 무단변속비의 관계를 예시하는 도면

도 9는 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기의 모드 변화 시점을 설명하기 위한 총속도비와 무단변속비와의 관계를 나타내는 도면

도 10은 무단변속비 최소값에서 본 발명에 따른 무단변속기의 설계예에 대한 모드변화를 나타내는 속도비와 무단변속기구 기어비의 관계를 나타내는 도면

도 11은 무단변속비 최소값에서 본 발명에 따른 무단변속기의 설계예에 대한 모드변화를 나타내는 효율과 무단변속기구 기어비의 관계를 나타내는 도면

도 12는 무단변속비 최대값에서 본 발명에 따른 무단변속기의 설계예에 대한 모드변화를 나타내는 속도비와 무단변속기구 기어비의 관계를 나타내는 도면

도 13은 무단변속비 최대값에서 본 발명에 따른 무단변속기의 설계예에 대한 모드변화를 나타내는 효율과 무단변속기구 기어비의 관계를 나타내는 도면

도 14는 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기 구조와 기존의 단순 무단변속기의 구조를 비교하여 나타낸 도면

도 15는 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기와 기존의 단순 무단변속기의 성능을 비교하여 나타낸 도면

도 16은 본 발명의 다중모드 무단변속기의 한 실시예를 나타내는 도면

도 17은 본 발명의 다중모드 무단변속기의 다른 실시예를 나타내는 도면

도 18은 본 발명의 다중모드 무단변속기의 또 다른 실시예를 나타내는 도면

도 19는 본 발명의 다중모드 무단변속기의 또 다른 실시예를 나타내는 도면

도 20은 본 발명의 다중모드 무단변속기의 또 다른 실시예를 나타내는 도면

도 21은 본 발명에서 채용한 구체 무단변속기구를 나타내는 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 입력축 32 : 제1축

34 : 링기어 36 : 피니언기어

38 : 유성캐리어 40 : 선기어

42 : 제1클러치 44 : 제2클러치

46 : 제3클러치 48 : 직결기어

50 : 구동베벨기어 52 : 피동베벨기어

56 : 제4클러치 58 : 제5클러치

60 : 제6클러치

C1,C2,C3 : 클러치 D : 직결기어

D1,D2 : 단순기어 P : 유성기어세트

T : 무단변속기구

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기는, 입력축과 출력축 사이의 한편으로 소정의 기어비()를 갖는 직결기어(D1) 및 클러치(C1)를 연결하여서 구성되는 직결모드와; 상기 입력축과 출력축 사이의 다른 한편으로 순차적으로 무단변속기구(T) 및 소정의 기어비()를 갖는 단순기어(D1)를 배치하고, 이들 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측과 상기 출력축을 클러치(C2)로써 연결하여서 구성되는 단순 무단변속 모드와; 상기 입력축과 출력축 사이의 또 다른 한편으로 순차적으로 소정의 기어비()를 가지는 단순기어(D2), 유성기어세트(P) 및 클러치(C3)를 연결하되, 상기 단순기어(D2) 쪽의 출력측을 상기 유성기어세트(P)의 링기어, 유성캐리어, 선기어 중 선택된 하나에 입력연결하고, 상기 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측을 상기 유성기어세트(P)에서 상기 단순기어(D2)가 연결되지 않은 나머지 두 축 중 선택된 하나에 입력연결하며, 상기 유성기어세트(P)의 나머지 하나의 축을 상기 클러치(C3)를 매개로하여 상기 출력축(4)에 출력연결하여서 구성되는 동력 순환 및 분기모드; 를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기이다.

바람직하게, 상기 동력 순환 및 분기구조에서, 상기 무단변속기구(T)와 같은 축에 있는 단순기어(D1)의 기어비()와 무단변속기구(T)와 다른 축에 있는 단순기어(D2)의 기어비() 사이의 비()는 상기 무단변속기구(T)의 기어비 최소값(I_min) 또는 최대값(I_max)에 일치하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 한 방향에 따르면, 동력원으로부터의 입력축 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하면서 무단변속기구(T)의 출력측을 유성기어세트(P)의 유성캐리어 전측부에 직결하고, 유성캐리어의 후측부를 제1클러치를 매개로 출력축에 연결하며, 상기 입력축 단부를 상기 유성기어세트(P)의 링기어에 직결하고, 유성기어세트(P)의 선기어를 제2클러치를 매개로 상기 출력축에 연결하며, 상기 입력축과 상기 출력축을 제3클러치를 매개로 직결기어(D)로써 연결한 구성으로 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 방향에 따르면, 동력원으로부터의 입력축 중간을 무단변속기구의 입력측에 연결하면서 무단변속기구의 출력측 제1축을 유성기어세트의 링기어에 연결하고, 상기 입력축 단부를 상기 유성기어세트의 유성캐리어의 전측부에직결하고, 유성캐리어의 후측부는 제1클러치를 매개로 상기 출력축 중간에 연결하며, 유성기어세트의 선기어는 제2클러치를 매개로 상기 출력축 전단에 연결하고, 상기 입력축 중간과 상기 출력축 후측부를 제4클러치를 매개로 직결기어로써 연결한 구성을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 방향에 따르면, 동력원으로부터의 입력축 중간을 무단변속기구의 입력측에 연결하면서 무단변속기구의 출력측 제1축을 유성기어세트의 선기어 전측부에 연결하고, 선기어의 후측부를 제2클러치를 매개로 출력축 전단부에 연결하며, 상기 입력축 단부에 유성기어세트 링기어를 직결하고, 상기 유성기어세트의 유성캐리어 후측부를 제1클러치를 매개로 상기 출력축 중간에 연결하며, 상기 입력축 중간과 상기 출력축의 후측부를 제3클러치를 매개로 직결기어로써 연결한 구성을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 방향에 따르면, 동력원으로부터의 입력축 중간을 무단변속기구의 입력측에 연결하고 무단변속기구의 출력측 제1축을 유성기어세트의 링기어에 연결하면서 상기 제1축을 제5클러치를 매개로 출력축에 연결하며, 상기 입력축 단부를 상기 유성기어세트의 선기어 전측에 직결하고, 유성캐리어의 후측부를 제1클러치를 매개로 상기 출력축 전측부에 연결하며, 상기 입력축 중간과 상기 출력축 후측부를 제4클러치를 매개로 직결기어로써 연결한 구성을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 방향에 따르면, 동력원으로부터의 입력축 중간을 무단변속기구의 입력측에 연결하면서 무단변속기구의 출력측 제1축을 유성캐리어 측부에 직결하고, 상기 유성캐리어의 후측부는 제1클러치를 매개로 출력축의 전측부에 연결하며, 상기 입력축 단부를 상기 유성기어세트의 선기어에 직결하고, 유성기어세트의 링기어 후측부를 제6클러치를 매개로 상기 출력축 중간에 연결하며, 상기 입력축 중간과 상기 출력축 후측부를 제4클러치를 매개로 직결기어로 연결한 구성을 제공한다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기의 기본 구조도이다.

도 1에서 도면부호 2는 입력축이고, 도면부호 4는 출력축으로서, 본 발명의 다중모드 무단변속기는 상기 입력축(2)과 출력축(4)을 한편으로는 직결기어(D), 다른 한편으로는 무단변속기구(T), 또 다른 한편으로는 상기 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)의 조합으로 연결하고, 그리고 각각에 대응하는 클러치(C1,C2,C3)를 갖춘다.

즉, 상기 직결모드는 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 한편으로 소정의 기어비()를 갖는 직결기어(D) 및 클러치(C1)를 연결하여서 구성되고, 상기 단순 무단변속모드는 상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 다른 한편으로 순차적으로 무단변속기구(T) 및 소정의 기어비()를 갖는 단순기어(D1)를 배치하고, 이들 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측과 상기 출력축(4)을 클러치(C2)로써 연결하여서 구성되며, 상기 동력 순환 및 분기 모드는 상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 또 다른 한편으로 순차적으로 소정의 기어비()를 가지는 단순기어(D2), 유성기어세트(P) 및 클러치(C3)를 연결하되, 상기 단순기어(D2) 쪽의 출력측을 상기 유성기어세트(P)의 링기어, 유성캐리어, 선기어 중 선택된 하나에 입력연결하고, 상기 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측을 상기 유성기어세트(P)에서 상기 단순기어(D2)가 연결되지 않은 나머지 두 축 중 선택된 하나에 입력연결하며, 상기 유성기어세트(P)의 나머지 하나의 축을 상기 클러치(C3)를 매개로하여 상기 출력축(4)에 출력연결하여서 구성된다.

이러한 다중모드 무단변속기는 도면을 통하여 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기 클러치(C1)를 연결하여 입력축(2)의 동력을 직결기어(D)를 통하여 직접 출력축(4)으로 전달함으로써 직결모드(이하, 모드A)로써 동작되고, 상기 클러치(C3)를 연결하여 입력축(2)의 동력을 무단변속기구(T)만을 통하여 출력축(4)으로 전달함으로써 단순 무단변속모드(이하, 모드B)로 동작되며, 상기 클러치(C2)를 연결하여 입력축(2)의 동력을 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)를 통하여 순환/분기시켜 출력축(4)으로 전달함으로써 동력 순환/분기모드(이하, 모드B)로 동작된다.

위의 도 1에서 사용하고 있는 기호를 포함하여 본 발명에 의한 다중모드 무단변속기를 설명하기 위하여 이하에서 사용되는 기호들을 정리한다.

: 회전토크

: 유성기어 기어비(Z : 기어 잇수)

: 무단변속기구와 같은 축에 있는 기어 감속비

: 무단변속 기구와 다른 축에 있는 기어 감속비

: 직결 기어 감속비

: 종감속비

: 무단변속기의 감속비

: 효율

첨자 s : 선기어

첨자 r : 링기어

첨자 c : 캐리어

<시험예>

도 2에는 상기한 본 발명의 다중모드 무단변속기의 기본구조를 이용한 다양한 시험예를 나타내고 있다.

여기서, 상기한 3가지 모드중 직결모드(모드 A)와 단순 무단변속모드(모드 C)는 기존의 변속기와 동일하게 작동하므로 동력 순환/분기 모드(모드 B)에 대한 시험예만을 설명한다.

즉, 도시된 시험예는 발명에 따라 한 개의 무단변속기구(T)와 한개의 유성기어세트(P)를 사용할 때 생각할 수 있는 동력 순환/분기구조는 모두 12가지의 경우로 나누어진다. 이는 유성기어세트(P)의 세개의 축을 각각 두 개, 한 개로 분할한 뒤 무단변속기구(P)의 위치와 입력과 출력을 선택하는 조합의 수로부터 계산된 것이다.

상기 12가지의 동력 순환/분기 구조는 다시 입력이 유성기어세트(P)의 두 개의 축으로 분기되는 구조의 <그룹 1>과 출력이 유성기어세트(P)의 두 개의 축과 연결되는 <그룹 2>로 양분할 수 있게 된다.

본 발명에서는 도시된 동력 순환/분기구조에 대한 시험예들의 특성을 살펴보고, 실질적으로 다중모드 무단변속기에 적용이 용이한 시험예를 살펴본다.

상기한 시험예들의 동력 순환/분기 구조를 정량적으로 해석하기 위하여 유성기어세트의 수학적인 모델링을 시도하였으며, 본 발명에서는 아래의 [수학식 1]과같은 정상상태 모델링을 사용하였다.

여기서, 상기 동력 순환 및 분기구조의 기계적인 효율은 구동축과 피구동축이 구분된 상태에서 정의되므로 동력이 재순환되며 기어비가 변하는 구조처럼 구동축과 피구동축을 미리 알 수 없는 경우에는 그 관계식을 정의하기가 모호하다.

똑 같은 구조라도 무단변속기구의 변속비(i)에 따라 도 3의 (b)와 (c)의 경우처럼 무단 변속기구에 전달되는 동력의 방향이 변화하는 경우가 있다.

따라서, 효율인 동력전달장치(예, 외접기어)가 전달하는 양단의 토크 사이의 관계는 동력의 전달방향에 따라 아래의 [수학식 2]와 같이 주어진다.

만약 단순 기어의 경우처럼 동력전달과정에서 속도의 손실이 없고 동력손실은 마찰 토크의 손실로만 일어난다고 가정하면 아래의 [수학식 3]이 성립한다.

일반적으로 무단변속기구 및 기어계의 동력전달효율은 첨부도면 도 4와 같이 구동축으로 전달되는 동력이 어느 한계 이상이 되어야 상수값에 도달하며, 입력축의 속력이 작은 경우 효율도 떨어지게 된다. 즉, 효율는 입력속도 혹은 입력토크의 함수가 된다.

위의 [표 1]에는 전술한 유성기어에 관한 식과 동력방향에 관한 개념을 바탕으로 입력축과 출력축 사이의 속도비와 토크비를 계산한 것이다.

전술한 도 2에서 특별히 화살표로 명시되지 않으면 동력은 좌측에서 우측으로 흐르는 것을 양(+)의 방향으로 정의하였다. 또한, 일반적으로 무단변속기구의 효율에 비해 다른 기어는 매우 높은 효율을 가지므로 [표 1]에서는 1로 가정하였다. 또한 [표 1]에서 정리한 속도비와 토크비로부터 전체 변속기의 효율도 [표 1]에서와 같이 정리된다.

예를들어 <시험예 1>과 같은 구조의 경우 [표 1]로부터 효율은,로 주어지고, 만약 구조인자인를 묶어로 정의하면 효율은 아래의 [수학식 4]와 같은 간략한 형태를 갖는다.

같은 방법으로 아래의 [표 2]와 같이 각 구조인자만의 함수로 K를 정의하면 <그룹 1> 의 경우 전체 동력효율은 아래의 [수학식 4]와 같이 무단변속기구의 효율로 서술할 수 있으며 <그룹 2>의 경우 [수학식 5]와 같이 서술할 수 있다.

즉, 한 개의 무단변속기구와 한 개의 유성기어세트로 이루어지는 다중모드 무단변속기의 효율은 상기 [수학식 4]와 [수학식 5]와 같은 구조를 갖게된다. 이때 다중모드 무단변속기 전체 효율은 기어비 R, α, β, i의 함수인 특정한 K값과 무단변속기구의 효율만으로 특징지워진다.

즉, 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기는 상기 [표 2]에서 정의한 K값에 따라 그 많은 성능이 결정되며, 이로써 이러한 K 인자의 사용으로 여러개의 설계인자 대신 하나의 인자로 무단변속기의 성능을 파악할 수 있다.

이하에서는 K인자를 사용하여 전술한 <그룹 1> 및 <그룹 2>의 성능과 기본 특성을 설명한다.

무단 변속기구의 기어비가 결정되면 <그룹 1> 구조의 무단 변속기는 동력이양의 방향으로 전달되는 경우와 음의 방향으로 전달되는 두 경우 중 한가지로 방향이 결정되며 전체효율은 0과 1 사이에 있게 된다. 또한 무단 변속기구의 기어비가 결정되면 <그룹 2> 구조의 무단변속기는 동력이 양의 방향으로 전달되는 경우와 음의 방향으로 전달되는 두 경우 중 한 가지로 방향이 결정되나 동력이 전달되지 않는 경우가 있다.

즉, 무단변속기구와 유성기어열을 조합한 전체 동력전달 효율은 미끄러짐이없고 토크만 손실된다고 가정하면 [표 1]로부터 전체 변속기의 동력 전달 효율을 전술한 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 일반형으로 쓸 수 있다. 이때 K는 [표 2]에 주어진 바와 같이 각각의 구조, 즉 기어비 α,β,R과 무단변속기구의 기어비(i)에 의해 계산되는 값으로 설계 인자가 된다. 예를들어, <시험예 1>과 같은 구조의 경우에는 K값은이므로 무단변속기구의 기어비가 제한되면 어느 일정한 범위의 값을 갖는다.는 무단 변속기구의 효율로 0과 1 사이의 값이 된다.

이때, <그룹 1>에 대하여 K값을, -1보다 작은 경우, -1과 0 사이에 있는 경우, 0보다 더 큰 경우로 나누어 전체효율을 무단변속기구의 효율에 따라 그려보면 도 5와 같다.

도 5에서, 어느 경우에 대해서도 무단 변속기구의 효율이 0과 1 사이에서 변할 때 전체 효율이 0과 1 사이에 있는 동력의 전달 방향은 한 가지만 존재하는 것을 알 수 있다. 즉, K값이 -1 보다 작거나 0 보다 크면 동력의 흐름은 양의 방향이 되고 그렇지 않으면 음의 방향이 된다.

또한, 무단변속기구의 입출력 양단에서 속도와 토크로부터 전체효율은로 주어진다. 이때 효율은 0과 1 사이의 범위에 있어야 하므로 [표 1]의 관계식으로부터 동력방향이 양,음 모든 경우에 대해 효율을 먼저 계산한 뒤 0과 1 사이 범위에 있는 해를 선택하면 선택된 해로부터 동력의 전달방향과 토크비를 알 수 있는 것이다.

또한, 상기한 도 5에서 양의 방향곡선에서 최소값은 1+K 이므로 <그룹 1>의 변속기는 K 값을 -1 과 0 사이로 설계하면 전체 변속기의 효율은 최소 1+K 이상이 된다.

같은 방법으로 <그룹 2> 에 대해서도 K의 범위에 따라 효율을 그려 보면 도 6을 얻을 수 있다. <그룹 2>의 경우에는 언제나 효율이 0과 1 사이에 있지 않다. 만약 K<-1 사이라면 무단변속기구의 효율이 -1/K 보다 커야만 동력이 원하는 대로 전달되고, K가 -1과 0 사이의 값으로 설계되었다면 무단변속기구의 효율은 -K보다 커야만 동력이 전달된다.

또한, 위의 도 5 및 도 6으로부터 <그룹 2>의 변속기는 K값이 0 보다 크게 설계되면 전체 변속기 효율은 1/(1+K)보다 크게되며, <그룹 1>과 <그룹 2> 모두 K값이 -1 보다 작으면 동력이 양의 방향으로 흐르나 -1 과 0 사이에 있으면 음의 방향으로, 0 보다 크면 다시 양의 방향으로 흐르게 된다.

다음, 도 7과 도 8은 상기 12가지의 기본형 중 대표적인 특징을 가지는 4가지 경우에 대해 그 특징을 도시한 것이다.

먼저 도 7에서 <시험예 1>의 경우 무단변속비가 1.5인 점에서 속도비가 0인 점을 지남을 알 수 있다. 이는 별도의 시동장치가 없이도 출발 및 후진이 변속기구의 조작만으로 이루어짐을 의미한다. <시험예 3>의 경우는 단순히 무단변속기구만으로 만들어낸 속도비와 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 동력 분기구조의 큰 특징중의 하나이다. <시험예 7>의 경우는 동력은 순환되어 출력되지만 얻는 속도비의 범위는 역시 무단변속기구만으로 얻는 속도비와 비슷함을 알 수 있다. <시험예 12>는 유성기어를 통해 극적으로 넓은 속도비의 범위를 얻는 구조를 예시하고 있다. 하지만 무단변속기구가 어느 일정한 값을 지나면 속도가 크게 양에서 음으로 변하므로 기계적으로 불안정한 시스템임을 알 수 있다.

도 8은 각각의 경우에 대하여 전체 효율을 도시한 것인데, IVT(Infinitely Variable Transmission)가 구현되는 <시험예 1>의 경우는 그 속도가 0 으로 감에 따라 효율이 0 이 됨을 알 수 있으며, 앞에서 설명한 바와 같이 동력의 흐름이 양에서 음으로 바뀌는 것을 알 수 있다. <시험예 3>의 경우는 전체 기계효율이 무단변속기구의 효율(80%로 가정)에 비해 향상된 경우로 무단변속기구를 통과하는 동력에 비해 직결기어를 통해 캐리어로 전달되는 동력이 훨씬 크기 때문이며 동력도 재순환되지 않음을 그 방향으로부터 알 수 있다. 하지만 <시험예 1>의 경우는 무단 변속기구의 변속비가 1.5보다 작은 경우 동력이 분기되어 링기어와 캐리어로 각각 분기 되어 전달 되나, 무단변속기구의 변속비가 1.5가 되면 링기어를 통해 전달된 토크와 무단변속기구를 통해 캐리어로 전달된 토크가 평형을 이루고 있으며 출력축은 회전하지 않게 된다. 기어비가 조금 더 커짐에 따라 무단 변속기구로 전달되는 동력의 방향이 바뀌게 되고, 이 때는 동력이 재순환 되며 출력됨을 알 수 있다. <시험예 7>의 경우는 동력이 방향이 음의 방향으로 일정하게 유지되는 경우를 나타내며, <시험예 12>의 사역(Dead zone)은 정리 2에 의해 설명된 바와 같이 동력전달이 불가능한 구간이 생기도록 설계가 잘못된 경우를 뜻한다.

<실시예>

상기와 같은 동력 순환/분기구조의 특징에 따라 본 발명의 실질적인 직격모드, 동력 순환/분기모드, 단순무단변속기 모드가 혼재하는 경우에 나타나는 특징 및 설계조건, 그리고 실질적인 설계예를 설명한다.

<그룹 1>의 경우 도 1에서 이미 설명한 바와 같이 입력축의 동력을 클러치를 사용하여 직접 출력 축으로 전달하는 직결모드와 무단변속기구만을 거쳐 출력 축으로 전달하는 단순무단변속모드 그리고 유성기어를 통해 동력을 순환 혹은 분기 시켜 출력 축에 전달하는 동력순환/분기모드의 세가지 모드를 만들 수 있다.

이 같은 분류는 특히 단순기어의 위치를 변화함으로써 다소 변화할 수 있지만 다중모드 구조의 기본이 된다. 모드 A는 출력속도가 일정할 때 더 이상 효율이 낮은 모드 B혹은 모드 C를 통해 동력을 전달하지 않고 직결시켜 전체 시스템 사용 효율을 극대화 시킬 수 있다.

<그룹 2>의 경우는 동력원이 직접 무단변속기구에 전달되지 않으므로 동력원으로부터 직접 출력축으로 전달되는 모드 A와 순환 및 분기구조를 거쳐 전달하는 모드 B 만 형성되므로 <그룹 1>의 구조를 사용할 때보다 그 운용 및 설계가 제한적이어서 다중모드 무단변속기의 이점을 얻기 어렵게 된다. 따라서 다중모드 무단변속기의 설계는 <그룹 1>의 6가지의 기본 동력 전달경로를 기초로 설계하는 것이 보다 바람직하다. 물론 유성기어열을 두 세트이상 사용하게 되면 자동변속기의 경우와 마찬가지로 더욱 많은 모드를 만들 수 있으며, 무단변속기구의 개수를 증가시켜도 더욱 다양한 무단변속기를 설계할 수 있으나 그 구조가 점점 복잡해 지므로 실용성이 떨어지게 된다.

상기 6개의 기본 동력흐름구조가 무단변속기가 되기 위해서는 각각의 모드가 변하는 순간의 클러치의 양단의 속도차가 영(0)이 되어야 충격이 없이 부드러운 모드변화를 만들 수 있다. 따라서 그 구조 선정에는 제한 조건이 생겨야만 한다. 이러한 제한 조건은 무단변속기구의 기어비 범위 (최소값:Imin , 최대값: Imax)에 의해 결정되며 최소값 혹은 최대값이 무단변속기구와 유성기어의 한 축에 연결된 단순기어의 비(α/β) 즉, 동력분배 기어비에 의해 결정된다.

즉, 모드 B에서 모드 C 혹은 모드 C에서 모드 B로의 모드변화가 충격이 없이 수행되기 위한 다중모드 무단변속기의 모드변화 시기(변속시기)는 유성기어와는 상관없이 동력 분배기어의 비(α/β) 에 의해서만 결정된다.

이는 <시험예 1>의 경우 동력순환을 거친(모드 B) 총 기어비의 역수는 [표 1]에서 보는 바와 같이이고, 무단변속기구만의 기어비는이며, 직결된 경우(모드 A)는의 기어비를 가진다.

여기서, 모드 변화는 도 9에서 보는 바와 같이 무단변속기구의 최소값(좌측도면) 혹은 최대값(우측 도면)에서 모드 B와 모드 C 사이의 전환(c 점)과 모드 B(혹은 모드 C)와 모드 A 사이의 전환(d 점)이 일어나야 한다. 즉, 도 9에서 c점에서 모드 B와 모드 C가 서로 바뀌는 과정을 거치며 이때 <시험예 1>의 경우 양단의 속도비가 같아야 하므로 아래의 [수학식 6]이 성립하고 간단한 식의 정리를 통해 [수학식 7]을 얻을 수 있다.

같은 방법으로 <시험예 2>로부터 <시험예 6>까지의 경우에 모드 변화 조건을 계산하면 위의 [수학식 7]은 <그룹 1>의 모든 경우에 대해 성립하며 모드 변화는 유성기어와는 상관없이 동력 분배 기어비에 의해서만 결정됨을 알 수 있다

마찬가지로 모드 C(단순 무단변속모드)에서 모드 A(직결모드)로 변화하기 위해서는 아래의 [수학식 8]을 만족하도록 직결 기어비를 선정하여야 한다

하지만, 모드 B(동력 순환/분기모드)에서 모드 A(직결모드)로 변화할 경우는일반적이고 간단한 규칙이 존재하지 않으므로 각 구조마다 같은 속도비를 갖는 직결 기어비값을 선택하여야 한다. 예를 들어 <시험예 1>의 경우 무단변속기구의 최소 변속비에서 모드 변화를 선택하게 되면 무단변속기구의 최소 기어비 Imin에서 각각의 모드 변화 시 기어비가 같아야 하므로 아래의 [수학식 9]가 성립해야 하고 이로부터 직결 기어비를 구할 수 있다.

또한, 무단변속기를 IVT로 설계하면 무단변속기구가 동력을 전달하는 방향은 양에서 음 혹은 음에서 양으로 변한다.

즉, IVT는 속도비가 0 이 되는 점을 지나도록 무단변속기의 기어비를 설계할 때 만들어 진다. 일반적인 속도비는로 주어지므로 무단 변속비(i)가 i=-K'를 지나면 IVT가 된다. 이는 K값이 -1을 거친다는 뜻이므로 동력의 방향이 바뀌게 된다.

또한, 다중모드 무단변속기의 전체 효율은 K>-1이 되게 설계하면 무단변속기구의 효율(최소)와 유성기어의 효율(최대) 사이가 되므로 단순 무단변속기에 비하여 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 동력의 전달은 K값의 범위에 따라 그 방향이 결정되므로 K값이 구간 a와 구간 b, 구간 c에 속하는 각 경우에 대하여 무단변속기구와 전체효율을 비교해 보면 다음의 [수학식 10] 및 [수학식 11]과 같이 된다.

따라서, K>-1이면 효율이 향상됨을 알 수 있다.

동력전달 방향이 일정한 경우 무단변속기구에 전달되는 토크 용량은 단순무단변속기구에 비해 유성기어비의 함수로 변화 시킬 수 있다. 각각의 무단변속기가 양의 방향으로 동력을 전달하게 설계되었다고 가정하고 <그룹 1>의 6가지의 동력순환 구조에 대해 전달 토크계수(전달토크=계수×출력토크)를 구해보면 [표 3]과 같다.

무단변속기구에 연결된 단순 기어비 α를 1 로 설정하면(단순기어를 배제하여도 기어비는 1 이됨), R은 1 보다 작은 값이므로 최소 R/(1+R)만큼 전달용량을감소시킬 수 있는 것이다. 즉, 전달토크가 증폭된다.

이러한 바에 따라, 본 발명에서는 다중모드 무단변속기가 적용되는 장치의 요구특성에 따라서 무단변속기와 같은 축에 있는 단순기어와 다른 축에 있는 단순기어를 둘 다 선택하여 배치하는 방식을 취할 수도 있고, 둘 중 하나만을 선택하여 배치하는 방식을 취할 수도 있으며, 또는 둘 다 배치하지 않는 방식을 취할 수도 있다. 예컨대, 무단변속기와 같은 축에 있는 단순기어가 배제되고() 다른 축에 있는 단순기어만 배치된 경우()에는 단순기어들 간의 기어비는 당연히 ()이 된다.

또한, 상기 단순기어들을 모두 채택한 경우에는 각각의 기어비(),()중 하나의 기어비를 '1'로 설정하거나, 둘 다 기어비를 '1'로 설정하거나, 또는 둘 다 기어비가 '1' 이 아닌 것으로 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 기어비()를 갖는 단순기어의 입력측기어와 출력측기어의 잇수를 동일하게 설정하면 이의 기어비()는 '1'이 되고, 잇수를 다르게 설정하면 '1'이 되지 않는다. 이때 당연히 '0'이 되는 경우도 없다.

상술한 바와 같은 본 발명의 보다 바람직한 실시예에 의한 6가지의 다중모드 무단변속기의 실질적인 설계예를 설명하면서, 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기와 종래의 단순 무단변속기의 차이점을 설명한다.

첨부도면 도 10과 도 11은 <그룹 1>의 기본구조 6가지의 경우에 대해 무단변속기구의 최소 기어비 시점에서 모드 B와 모드 C가 변하도록 설계한 경우, 모드 B와 모드 C의 속도비와 그 때의 효율을 도시한 것이고, 도 12 및 도 13은 무단변속기구의 최대 기어비 점에서 모드 B, 모드 C가 변하도록 설계한 경우를 도시한 것이다.

도 10과 도 11의 <시험예 2>와 <시험예 5>의 경우는 속도비가 확장된 형태로 나타나고 나머지 경우는 속도비가 오히려 줄어든 경우를 나타내고 있다. 그러나 이때 효율은 전술한 바와 같이 일반적으로 속도비의 범위가 좁을수록 높아지지만 <시험예 5>와 같이 그 구조에 따라 속도비의 범위를 늘리면서도 높은 효율을 얻을 수 있고 이것이 바로 본 발명에 따른 다중 모드 무단 변속기가 가질 수 있는 이점인 것이다.

또한, 무단변속기구의 최대 변속비 값에서 모드 변화가 일어나게 설계한 경우도 비슷한 결과를 얻을 수 있으며, 이 경우 역시 <시험예 2> 와 <시험예 5>의 경우 속도비 범위가 넓게 확장되며 IVT가 구현됨을 알 수 있다. 그러나 이 경우 효율은 IVT의 특징으로 매우 낮아짐도 알 수 있다.

첨부도면 도 14는 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기(도 1과 동일)과 단순무단변속기 구조를 비교하는 도면이다. 여기서, 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기와 종래의 단순 무단변속기를 비교하기 위하여 총 감속비 범위가 4에서 12까지(종감속비 포함)의 범위를 갖는 변속기를 각각 설계한다고 가정하고, <시험예 5>에 의한 동력순환/분기 구조로 무단변속기구의 최소 변속비 값 Imin에서 모드 변화가 일어나도록 설계한 경우를 대상으로, 무단변속기구 하나와 감속기어 하나만을 사용한 종래의 무단변속기(도 14의 우측도면)와 본 발명에 따른 다중모드변화 무단변속기(도 14의 좌측도면)를 비교하면 다음과 같은 정성/정량적인 결과를 얻을 수 있다.

비슷한 동력성능(속도비 범위)를 갖도록 본 발명의 다중모드 무단변속는 앞서 설명한 바와 같이를. 단순 무단변속기는값을 선정할 수 있다. 예를들어 모드 B와 모드 C의 변화조건으로부터 아래의 [수학식 12]가 성립하고 모드 B와 모드 A의 변화 조건으로부터 [수학식 13]이 성립한다. 최고 감속비와 최저 감속비 조건을 각각 만족하여야 하므로 [수학식 14]와 [수학식 15]를 만족해야 한다. 또한, 어느 효율이상의 기구를 설계하기 위하여 [수학식 16]도 만족하여야 한다.

최대 속도비 조건(오버드라이브)

최소 속도비 조건

위의 제한조건 [수학식 12] 내지 [수학식 16]을 만족하도록 설계하였을 때 아래의 [표 4]와 같은 설계인자(설계예)가 얻어 진다.

다중모드 무단변속기	α	β	χ	R	I_min	I_max
다중모드 무단변속기	7.2	4.68	4.0114	0.25	0.65	1.95
단순무단변속기		I_min	I_max
단순무단변속기	6.1538	0.65	1.95

이상의 결과를 살펴보면 같은 무단변속기구를 사용할 때 단순 무단변속기보다 다중모드 무단변속기는 같은 최고속도와 더 우수한 가속성능을 얻으면서도 효율은 설계단계에서 고려되어 단순 무단변속기와 같거나 더 우수하다. 또한, 이 때 무단변속기구가 전달하는 토크량도 감소시킬 수 있다.

첨부도면 도 15는 이러한 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기와 단순 무단변속기의 성능을 비교하여 나타내고 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기는 직결구조의 장점, 단순 무단변속기의 장점, 그리고 동력 순환 및 분기 구조의 장점을 모두 갖는 변속기로 그 설계에 따라 출력 동력을 다양하게 변화시켜 출력시킬 수 있다. 특히 본 발명에 따른 동력 순환 및 분기구조는 종래의 무단변속기에서는 무단변속기의 속도범위(통상 0.4~2.0)를 충분히 사용하지 못하는 것과는 달리 무단변속기의 속도범위 전체를 충분히 효율적으로 사용할 수 있으며, 각 무단변속기 시험예별 구조에 따라 결정되는 K상수에 의하여 예컨대, 효율향상을 위한 구조, 발진성능을 포함하는 구조, 속도비를 확장 또는 축소하는 구조 등 여러가지 목적에 따라 기어비를 선정할 수 있다. 또한 무단변속기구에 걸리는 부하를 감소시킬 수도 있는 것이다.

첨부도면 도 16 내지 도 20은 상기와 같은 본 발명의 다중모드 무단변속기의 실시예를 보다 구체적으로 구현한 예를 나타내고 있다.

앞서 설명한 내용에 상응하는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

구체적인 설명에 앞서 먼저, 도 21을 참조하여 본 실시예에서 채택한 바람직한 무단변속기구에 대하여 설명한다.

도면을 통하여 보는 바와 같이 본 발명에 의하여 채택된 바람직한 무단변속기구는 공지의 구체 무단변속기구(T)로서, 구체(10)와, 이 구체(10)에 마찰접촉하면서 입력축과 연결되어 상기 구체(10)를 회전구동시키는 입력디스크(12)와, 상기 구체(10)의 다른 한편에 마찰접촉하면서 출력축과 연결되어 상기 입력디스크(12)에 의한 구체(10)의 회전에 의해 종동회전하는 출력디스크(14)와, 그리고 상기 구체(10)의 또 다른 한편에 마찰접촉하여 그 접촉각(θ)를 변화시켜 구체(10)의 회전방향을 변화시키는 베리에이터 디스크(20)로 구성된다.

이러한 구체 무단변속기(T)는 베리에이터 디스크(20)의 접촉각(θ)을 변화시킴에 따라 입력디스크(12)와 출력디스크(14)의 접촉접과 구체(10)의 회전축(X1) 사이의 거리(R₁, r₁)의 변화에 따라 가,감속 및 중립을 구현하게 된다.

다시 도 16 내지 도 20을 통하여 본 발명을 설명한다.

먼저, 도 16은 전술한 본 발명의 <시험예 1>을, 도 17은 <시험예 2>를, 도 18은 <시험예 3>을, 도 19는 <시험예 4>를, 도 20은 <시험예 6>을 응용한 다중모드 무단변속기를 나타내고 있다.

먼저, 도 16에서 보는 바와 같이, 엔진등 동력원(E)으로부터의 입력축(30)에 유성기어세트(P)의 링기어(34)를 직결하고, 무단변속기구 즉, 구체 무단변속기구(T)의 출력측 즉, 출력디스크(14)의 제1축(32)을 피니언기어(36)들을 연결하는 유성캐리어(38)의 전측부에 직결하고, 이 유성캐리어(38)의 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 출력축(100)에 연결하며, 유성기어세트(P)의 선기어(40)를 제2클러치(44)를 매개로 상기 출력축(100)에 연결한 구조로 되어 있고, 나아가, 상기 입력축(30)과 상기 출력축(100)을 제3클러치(46)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하고 있다.

또한, 바람직하게 상기 입력축(30)과 무단변속기구(T)를 연결하는 방식으로는, 상기 입력축(30) 중간에 구동베벨기어(50)를 갖추고, 이의 구동베벨기어(50)에 피동베벨기어(52)를 갖추며, 이의 피동베벨기어(52)를 무단변속기구(T)의 입력측 즉, 입력디스크(12)에 연결한 구조로 되어 있다.

이와 같은 구조로된 본 발명의 다중모드 무단변속기의 동작과정은, 먼저 제1클러치(42)가 결합하고 제2클러치(44) 및 제3클러치(46)가 해제된 상태에서는, 입력축(30)으로부터 링기어(34)로 입력되는 동력은 피니언기어(36)를 거쳐 선기어(40)로 전달되는데, 선기어(40)와 출력축(100)을 연결하는 제2클러치(44)가 해제되어 있기 때문에 무부하로 공회전하게 되고, 무단변속기구(T)로 입력되어 출력디스크(14)의 제1축(32)으로 전달되는 동력은 제1클러치(42)가 연결되어 있기 때문에 유성캐리어(38)를 거쳐 출력축(100)을 회전시킨다. 즉, 동력원(E)으로부터 입력된 동력은 무단변속기구(T)만을 거쳐 출력축(100)으로 전달되므로, 기존의 단순 무단변속기구와 같은 방식 즉, 무단변속기구(T)가 갖는 감속비로만 동작하고 나머지 축은 부하없이 회전하게 된다.

다음, 제2클러치(44)가 결합하고, 제1클러치(42)와 제3클러치(46)가 해제된 상태에서는 동력원(E)으로부터의 동력은 입력축(30)에 직결된 링기어(34)에 전달되는 한편, 입력축(30)으로부터의 동력이 무단변속기구(T)를 거쳐 유성캐리어(38)에 전달됨으로써 동력이 순환 또는 분기되어 선기어(40)를 통하여 출력된다.

또한, 제3클러치(46)가 결합하고, 제1클러치(42) 및 제2클러치(44)가 해제된 상태에서는 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)를 통하여는 동력의 전달이 이루어지지 않고, 입력축(30)의 동력이 단순 직결기어(D)를 통해 직접 출력축(100)로 전달되게 된다.

다음, 도 17에 의한 실시예는, 무단변속기구(T)의 출력디스크(14)의 제1축(32)을 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 연결한 구조이다. 바람직하게는 상기 제1축(32) 단부에 별도의 구동기어(54)를 갖추어 이를 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 외접연결한 구조이다.

그리고, 동력원으로부터의 입력축(30)을 상기 유성캐리어(38)의 전측부에 직결하고, 유성캐리어(38)의 후측부는 제1클러치(42)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결하며, 유성기어세트(P)의 선기어(40)는 제2클러치(44)를 매개로 상기 출력축(100) 전단에 연결한 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100) 후측부를 제4클러치(56)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하고, 아울러 상기 입력축(30)과 무단변속기구(T)의 입력측을 연결하는 구성으로서, 상기 동력원(E)과 유성기어세트(P)를 직결하는 입력축(30) 중간에 구동베벨기어(50)를 구비하고, 이 구동베벨기어(50)에 종동하는 피동베벨기어(52)를 상기 무단변속기구(T)의 입력측 즉, 입력디스크(12)에 연결한 구조로 되어 있다.

위와 같은 구조로 된 본 발명의 동작과정은, 먼저 제1클러치(42)가 결합하고 제2클러치(44) 및 제4클러치(56)가 해제된 상태에서는, 무단변속기구(T)의 출력축인 제1축(32)으로 출력되는 동력은 이에 직결된 구동기어(54)와 이의 구동기어(54)에 외접치합된 링기어(34)에 전달되고, 링기어(34)에 전달된 동력은 피니언기어(36)를 거쳐 선기어(40)에 전달되는데, 선기어(40)와 출력축(100)을 연결하는 제2클러치(44)가 해제되어 있으므로 무부하 공회전하게 되는 한편, 동력원(E)으로부터 입력축(30)에 전달된 동력은 이에 직결된 유성캐리어(38)에 전달되는데, 이 유성캐리어(38)와 출력축(100)을 단속하는 제1클러치(42)가 결합되어 있기 때문에 유성캐리어(38)를 통하여 직접 출력축(100)으로 출력되게 된다. 즉, 기존의 단순 무단변속기구와 같은 방식으로 동작한다.

다음, 제2클러치(44)가 결합하고, 제1클러치(42) 및 제4클러치(56)가 해제된 상태에서는, 동력원(E)으로부터의 동력은 무단변속기구(T)를 거쳐 제1축(32)에 연결된 구동기어(54)와 이의 구동기어(54)에 외접치합된 링기어(34)에 전달되는 한편, 입력축(30)으로부터의 동력이 유성캐리어(38)를 통하여 직접 유성기어세트(P)로 입력된다. 따라서, 상기 무단변속기구(T)를 거쳐 링기어(34)로 입력된 동력과 입력축(30)으로부터 유성캐리어(38)로 입력된 동력이 분기 혹은 순환되어 상기 선기어(40)를 거쳐 출력축(100)으로 출력되게 된다.

다음, 제4클러치(56)가 결합하고 제1클러치(42) 및 제2클러치(44)가 해제된 경우에는, 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)을 통하여는 동력의 전달이 이루어지지 않고, 입력축(30)의 동력이 직결기어(D)를 통해 직접 출력축(100)로 전달되게 된다.

다음, 도 18에 의한 실시예는, 유성기어세트(P)의 링기어(34)를 상기 동력원(E)으로부터의 입력축(30)에 직결하고, 선기어(40)의 전측부를 상기 무단변속기구(T) 출력디스크(14)의 제1축(32)에 직결하고, 선기어(40)의 후측부를 제2클러치(44)를 매개로 출력축(100) 전단부에 연결하며, 유성캐리어(38)의 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결한 구조로 된다.

그리고, 동력원(E)과 상기 유성기어세트(P)의 링기어(34)를 직결하는 상기 입력축(30)의 중간과 상기 출력축(100)의 후측부를 직결기어(D)로써 연결하면서, 이들의 연결을 제3클러치(46)가 단속하도록 하고 있으며, 상기 입력축(30)과 무단변속기구(T)를 연결하는 방식으로는, 상기 입력축(30) 중간에 구동베벨기어(50)를 갖추고 있고, 이의 구동베벨기어(50)에 피동베벨기어(52)를 갖추고 있으며, 이의 피동베벨기어(52)를 상기 구체 무단변속기구(T)의 입력디스크(12)에 연결한 구조로 되어 있다.

이와 같은 구조로된 본 발명의 동작과정은, 먼저, 제1클러치(42)가 결합하고 제2클러치(44) 및 제3클러치(46)가 해제된 상태에서는, 동력원(E)으로부터의 동력은 입력축(30)에 직결된 링기어(34)에 전달되고, 링기어(34)에 전달된 동력은 피니언기어(36)를 통하여 선기어(40)에 전달되는 한편, 무단변속기구(T)의 출력축인 제1축(32)으로부터 상기 선기어(40)로도 동력이 전달되므로, 상기 링기어(34)및 선기어(40) 두축을 통하여 입력된 동력이 분기 혹은 순환되어 상기 유성캐리어(38)를 회전시키면서 제1클러치(42)를 통하여 출력축(100)을 통해 출력되게 된다.

다음, 제2클러치(44)가 결합하고, 제1클러치(42)와 제3클러치(46)가 해제된 상태에서는, 링기어(34)에 전달되는 동력은 피니언기어(36)에 전달되는데, 피니언기어(36)의 유성캐리어(38)과 출력축(100)을 연결하는 제1클러치(42)가 해제되어 있기 때문에 이의 피니언기어(36)를 무부하로 공회전시키게 되고, 무단변속기구(T)로 입력되어 출력디스크(14)의 제1축(32)으로 전달된 동력은 선기어(40)로 직접전달되는데, 이 선기어(40)의 후측부에 있는 제2클러치(44)가 결합되어 있기 때문에 선기어(40)를 거쳐 출력축(100)으로 직접 출력된다. 즉, 동력원(E)으로부터 입력된 동력은 무단변속기구(T)만을 거쳐 기존의 단순 무단변속기구와 같은 방식으로 출력된다.

다음, 제3클러치(46)가 결합하고, 제1클러치(42) 및 제2클러치(44)가 해제된 상태에서는 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)를 통하여는 동력의 전달이 이루어지지 않고, 입력축(30)의 동력이 직결기어(D)를 통해 직접 출력축(100)로 전달되게 된다.

다음, 도 19에 의한 실시예는, 무단변속기구(T)의 출력디스크(14)가 형성되는 제1축(32) 단부에 별도의 구동기어(54)를 갖추어, 이를 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 외접연결하고, 동력원(E)으로부터의 입력축(30)을 선기어(40)의 전측에 직결하고, 유성캐리어(38)의 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 출력축(100) 전측부에 연결하며, 상기 구동기어(54)의 후측을 제5클러치(58)를 매개로 출력축(100) 중간부에 연결한 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100) 후측부는 제4클러치(56)를 매개로 직결기어(D)로써 연결되고, 아울러 상기 입력축(30)과 무단변속기구(T)를 연결하는 구성으로서, 상기 동력원(E)과 유성기어세트(P)을 직결하는 입력축(30) 중간에 구동베벨기어(50)를 구비하고, 이 구동베벨기어(50)에 종동하는 피동베벨기어(52)를 상기 무단변속기구(T)의 입력디스크(12)에 연결한 구조로 되어 있다.

위와 같은 구조로 된 본 발명의 동작과정을 설명하면, 먼저 제1클러치(42)가 결합하고 제4클러치(56) 및 제5클러치(58)가 해제된 상태에서는, 무단변속기구(T)의 출력디스크(14)로부터 출력되는 동력은 상기 출력디스크(14)와 제1축(32)으로써 직결된 구동기어(54) 및 이의 구동기어(54)에 외접치합된 링기어(34)에 전달되는 한편, 입력축(30)으로부터의 동력은 이에 직결된 선기어(40)로 전달되어 선기어(40)에 의하여 피니언기어(36)로 전달되고 있으므로, 동력이 분기 혹은 순환되어 상기 유성캐리어(38)를 거쳐 출력축(100)으로 출력되게 된다.

다음, 제4클러치(56)를 결합하고, 제1클러치(42) 및 제5클러치(58)를 해제한 경우에는 상기 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)을 통하여는 동력의 전달이 이루어지지 않고, 입력축(30)의 동력이 직결기어(D)를 통해 직접 출력축(100)로 전달되게 된다.

다음, 제5클러치(58)가 결합하고 제1클러치(42) 및 제4클러치(56)가 해제된 경우에는, 입력축(30)에 직결된 선기어(40)로 전달되는 동력과, 구동기어(54)를 거쳐 링기어(34)로 전달되는 동력은 피니언기어(36) 및 유성캐리어(38)에 무부하로 작용하게 되고, 무단변속기(T)의 출력수단(14)으로부터 구동기어(54)에 전달되는 동력만이 제5클러치(58)를 통하여 출력축(100)에 전달됨으로써, 기존의 단순 무단변속기구와 같은 방식으로 동작한다.

다음, 도 20에 도시된 실시예는, 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성캐리어(38) 전측부에 직결하고, 동력원(E)으로부터의 입력축(30)을 선기어(40)에 직결하고, 상기 유성캐리어(38)의 후측부는 제1클러치(42)를 매개로 출력축(100)의 전측부에 연결하고, 링기어(34)의 후측부를 제6클러치(60)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결한 구조로 되어 있다.

위와 같은 구조로 된 본 발명의 동작과정은, 먼저, 제1클러치(42)가 결합하고 제4클러치(56) 및 제6클러치(60)가 해제된 상태에서는, 입력축(30)의 동력은 이에 직결된 선기어(40)를 거쳐 피니언기어(36)를 거쳐 링기어(34)를 무부하 공전회전시키고, 무단변속기구(T)로부터 출력되는 동력이 이에 직결된 유성캐리어(38)를 통하여서 출력축(100)으로 출력되게 된다. 즉, 기존의 단순 무단변속기구와 같은 방식으로 동작하게 된다.

다음, 제4클러치(56)가 결합하고, 제1클러치(42)및 제6클러치(60)가 해제된 상태에서는, 상기 무단변속기구(T)와 유성기어세트(P)을 통하여는 동력의 전달이 이루어지지 않고, 입력축(30)의 동력이 직결기어(D)를 통해 직접 출력축(100)로 전달되게 된다.

다음, 제6클러치(60)가 결합하고, 제1클러치(42) 및 제4클러치(56)가 해제된 상태에서는 입력축(30)으로부터의 동력이 선기어(40)로 직접 전달되는 한편, 무단변속기구(T)로부터의 동력도 이에 직결된 유성캐리어(38)로 전달되므로, 동력이 분기 혹은 순환되어 링기어(34)를 통하여 제6클러치(60)를 거쳐 출력축(100)으로 출력되게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다중모드 무단변속기는, 예컨대 차량에 적용하는 경우를 고려할 경우, 소형차, 중형차, 대형차등 적용하고자 하는 차량의 특성 혹은 요구 토오크 특성에 따라서 상술한 시험예, 보다 바람직하게는 실시예로 설명한 무단변속기중 최적의 것을 선택하여 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다중모드 무단변속기는 비교적 간단한 구성에 의하여 직결구조의 장점, 단순 무단변속기의 장점 및 동력 순환 및 분기구조의 장점을 모두 갖는 변속기로 그 설계에 따라 출력 동력을 다양하게 변화시켜 출력시킬 수 있다.

이에따라 본 발명은 적용 차종등 장치의 요구 특성에 적합하게 응용가능하면서, 무단변속기의 전체 변속범위를 충분히 사용할 수 있는 매우 바람직한 다중모드 무단변속기를 제공한다.

Claims

입력축(2)과 출력축(4) 사이의 한편으로 소정의 기어비()를 갖는 직결기어(D) 및 클러치(C1)를 연결하여서 구성되는 직결모드와;

상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 다른 한편으로 순차적으로 무단변속기구(T) 및 소정의 기어비()를 갖는 단순기어(D1)를 배치하고, 이들 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측과 상기 출력축(4)을 클러치(C2)로써 연결하여서 구성되는 단순 무단변속 모드와;

상기 입력축(2)과 출력축(4) 사이의 또 다른 한편으로 순차적으로 소정의 기어비()를 가지는 단순기어(D2), 유성기어세트(P) 및 클러치(C3)를 연결하되, 상기 단순기어(D2) 쪽의 출력측을 상기 유성기어세트(P)의 링기어, 유성캐리어, 선기어 중 선택된 하나에 입력연결하고, 상기 무단변속기구(T) 및 단순기어(D1)열의 출력측을 상기 유성기어세트(P)에서 상기 단순기어(D2)가 연결되지 않은 나머지 두 축 중 선택된 하나에 입력연결하며, 상기 유성기어세트(P)의 나머지 하나의 축을 상기 클러치(C3)를 매개로하여 상기 출력축(4)에 출력연결하여서 구성되는 동력 순환 및 분기모드; 를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 1에 있어서,

상기 동력 순환 및 분기구조에서, 상기 무단변속기구(T)와 같은 축에 있는 단순기어(D1)의 기어비()와 무단변속기구(T)와 다른 축에 있는 단순기어(D2)의 기어비() 사이의 비()는 상기 무단변속기구(T)의 기어비 최소값(I_min) 또는 최대값(I_max)에 일치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 단순기어(D1),(D2)는 둘 다 선택하여 배치되거나, 둘 중 하나만을 선택하여 배치하거나, 또는 둘 다 배치하지 않는 방식 중 하나의 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 3에 있어서,

상기 단순기어(D1),(D2)가 둘 다 선택되어 배치된 경우에, 두 기어비(),()중 하나의 기어비가 '1'이거나, 둘 다 기어비가 '1'이거나, 또는 둘 다 기어비가 '1' 이 아닌 것들 중 선택된 하나의 기어비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하면서 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성기어세트(P)의 유성캐리어(38) 전측부에 직결하고, 유성캐리어(38)의 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 출력축(100)에 연결하며, 상기 입력축(30) 단부를 상기 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 직결하고, 유성기어세트(P)의 선기어(40)를 제2클러치(44)를 매개로 상기 출력축(100)에 연결하며, 상기 입력축(30)과 상기 출력축(100)을 제3클러치(46)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하면서 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 연결하고, 상기 입력축(30) 단부를 상기 유성기어세트(P)의 유성캐리어(38)의 전측부에 직결하고, 유성캐리어(38)의 후측부는 제1클러치(42)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결하며, 유성기어세트(P)의 선기어(40)는 제2클러치(44)를 매개로 상기 출력축(100) 전단에 연결하고, 상기 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100) 후측부를 제4클러치(56)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하면서 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성기어세트(P)의 선기어(40) 전측부에 연결하고, 선기어(40)의 후측부를 제2클러치(44)를 매개로 출력축(100) 전단부에 연결하며, 상기 입력축(30) 단부에 유성기어세트(P)의 링기어(34)를 직결하고, 상기 유성기어세트(P)의 유성캐리어(38) 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결하며, 상기 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100)의 후측부를 제3클러치(46)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하고 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 연결하면서 상기 제1축(32)을 제5클러치(58)를 매개로 출력축(100)에 연결하며, 상기 입력축(30) 단부를 상기 유성기어세트(P)의 선기어(40) 전측에 직결하고, 유성캐리어(38)의 후측부를 제1클러치(42)를 매개로 상기 출력축(100) 전측부에 연결하며, 상기 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100) 후측부를 제4클러치(56)를 매개로 직결기어(D)로써 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 6 또는 청구항 8에 있어서,

무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)과 상기 유성기어세트(P)의 링기어(34)및 출력축(100)의 연결에 있어서, 상기 제1축(32) 단부에 별도의 구동기어(54)를 갖추어 이의 구동기어(54)를 상기 유성기어세트(P)의 링기어(34)에 외접연결하고, 상기 무단변속기구(T)의 제1축(32)에 연결된 구동기어(54)의 후측을 제5클러치(58)를 매개로 상기 출력축(100)에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
동력원(E)으로부터의 입력축(30) 중간을 무단변속기구(T)의 입력측에 연결하면서 무단변속기구(T)의 출력측 제1축(32)을 유성캐리어(38) 전측부에 직결하고, 상기 유성캐리어(38)의 후측부는 제1클러치(42)를 매개로 출력축(100)의 전측부에 연결하며, 상기 입력축(30) 단부를 상기 유성기어세트(P)의 선기어(40)에 직결하고, 유성기어세트(P)의 링기어(34) 후측부를 제6클러치(60)를 매개로 상기 출력축(100) 중간에 연결하며, 상기 입력축(30) 중간과 상기 출력축(100) 후측부를 제4클러치(58)를 매개로 직결기어(D)로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입력축(32) 중간에 구동베벨기어(50)를 구비하고, 이 구동베벨기어(50)에 종동하는 피동베벨기어(52)를 상기 무단변속기구(T)의 입력측에 연결구성한 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.
청구항 1 또는 청구항 5 또는 청구항 6 또는 청구항 7 또는 청구항 8 또는 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,

상기 무단변속기구(T)는 구체 무단변속기구인 것을 특징으로 하는 다중모드 무단변속기.