KR100409192B1

KR100409192B1 - 복합가변속장치

Info

Publication number: KR100409192B1
Application number: KR10-2001-0022143A
Authority: KR
Inventors: 송창준
Original assignee: 송창준
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2003-12-18
Also published as: KR20020082592A

Abstract

본 발명은 산업용 또는 자동차용 등으로 사용 할 수 있는 복합가변속장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 기존 무단변속기의 여러 가지 문제점을 해결하고, 무단 변속 기능에 에너지 축척 기능을 부가한 복합가변속장치이다.

본 발명의 복합가변속장치는 차동장치와 유성기어열을 직결하고, 가변유체브레이크와 일반 브레이크를 사용하여 기능을 전환하고, 기어열의 변환 과정이 없는 운전 상태에서 출력축의 구동 상태를 정 회전 무단변속, 역회전, 중립, 엔진 브레이크 기능 상태로 원활한 전환이 가능하고, 축압기를 사용하여 제동 에너지를 회수 할 수 있는 기능을 부가하였다.

특히 단순한 구조에 의해서 기계의 신뢰성을 확보 할 수 있으며, 설치 장소에 제약 없이 넓은 범위의 동력 전달부위에 적용이 가능하며, 운전 중 신속한 변속 및 회전 방향 전환이 요구되거나 급 가속이 요구되는 군용장비 등에서 효과적인 응용이 가능하다.

Description

복합가변속장치{Multi Variable Speed Drive}

본 발명은 산업용과 자동차용 등으로 개발된 CVT(Continuously Variable transmission)에 관한 것으로서, 종래 기술에서 실용화된 방식에는 마찰력을 이용한 방식과 금속제 체인과 특수 기어를 이용한 방식 등이 개발되어 있고, 일본 실용신안 공고번호 50-35964호 및 국내 실용신안 공고번호 95-002198호에 차동장치를 이용한 방식이 제안되어 있고, 독일에서는 산업용으로 유체커플링과 유체토오크컨버터 및 유성기어열의 조합으로 개발된 제품에는 복합가변속커플링(Multi Stage Variable Speed Drive)이 있다.

상기 무단변속기의 변속 방식에 있어서, 마찰력을 이용한 방식의 문제점은

동력 전달의 불확실성, 마찰력을 얻기위한 예압의 필요성, 신뢰성, 내구성 등의 문제가 있으며, 기 제안된 차동창치를 이용한 방식에 있어서는 동작이 제한적이며, 클러치를 사용하여야하고, 독일에서 개발된 복합가변속장치의 경우 기능을 만족시키기 위하여 기능별 장치가 다단계로 복잡하고, 이에 따라 부피가 커지는 문제와 가격이 높아지는 문제가 있으므로 새로운 개선이 요구되어 왔다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 차동장치와 유성기어열을 조합하고, 차동장치와 유성기어열의 고유 특성을 얻기 위하여 유량을 교축하여 브레이크력을 조절 할 수 있는 수단을 사용하여 용이하게 무단변속을 얻고, 구조를 단순화하여 자동차와 일반 산업용 무단변속기 또는 증속기로 사용 할 수 있도록 하고, 특히 유체 축압 기능을 부가하여 자동차 등에서 잉여 에너지를 회수하여 재사용 할 수 있도록 하고, 기어열의 변환 과정이 없이 역회전 출력이 가능 하도록 하여 운전 중 신속한 발진과 신속한 역회전 동작이 요구되는 군용장비 선박 등에 응용이 가능한 복합가변속 장치를 제공하는 것이다.

제 1도는 본 발명에 적용되는 제 1 실시예의 평면 구성도

제 2도는 본 발명에 적용되는 제 1 실시예의 가변유체브레이크 구성도

제 3도는 본 발명에 적용되는 제 1 실시예의 사시도

제 4도는 본 발명에 적용되는 증속 실시예의 평면 구성도

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A:차동장치, B:유성기어열, C:가변유체브레이크, 1:케이스, 2:입력축, 3:출력축, 4:차동장치케이스, 5-1:피니언, 5-2:피니언, 6:출력기어, 7:출력기어, 8:선기어, 9:케리어, 10:링기어, 11:제동기어, 12-1:피동기어, 12-2:피동기어, 13:유실, 14:유실, 15:유실, 16:유실, 17:토출유로, 18:유체, 19:제어변, 20:유조, 21:제어변, 22:축압기, 23:체크밸브, 24:흡입유로, 25:제어변, 26:센서, 27:센서, 28:전선, 29:전선, 30:조정기, 31:전선, 32:전선, 33:전선, 34:역전브레이크, 35:중립브레이크.

일반적으로 차동장치에 있어서는 입력축으로부터 전달되는 차동장치케이스 토크를 Td, 구조상 결정되는 값(이 값은 일정)을 α라고하면, 출력기어의 회전속도 차의 대소에 관계없이 빠른 쪽 출력기어에- α, 느린 쪽 출력기어에+ α의 토크가 전달되게 되어있다.

본 발명에서는 차동장치와 유성기어를 직결시키고, 입력축의 구동력은 차동장치에서 2개의 경로를 통하여 유성기어열로 전달되도록 하고, 그중 한 경로에 가변유체브레이크를 구성하고, 가변유체브레이크를 사용하여 구조상 결정되는 값 α를 연속적으로 변경시켜 무단변속을 얻고, 다른 한 경로에는 일반적인 브레이크를 구비하여 역회전 동작과 축압 기능의 전환을 하도록 구성하였다.

상기 축압 기능은 가변유체브레이크의 유압 경로에 축압기를 구성하여 유압 에너지를 축척한 후, 필요한 시점에 재사용이 가능하도록 하였다.

이하 첨부 도면에 의거해서 제 1 실시 예를 설명한다.

도1, 도2, 도3 에 도시한 제 1 실시 예에서 외부로부터 동력을 입력축으로 입력받은 후, 변속 과정을 거치고, 출력축으로 출력하는 복합가변속장치에 있어서, 케이스(1) 내측에 입력축(2)과 출력축(3)을 구성하고, 입력축(2)과 출력축(3)사이에는 차동장치(A)와 유성기어열(B)을 직결로 구성하고, 케이스(1)에는 차동장치(A)와 유성기어열(B) 사이의 2개의 동력 전달 경로 중 한쪽 경로를 통해서 가변 유체브레이크(C)를 공유하도록 구성하였다.

입력축(2)과 한 몸체로 차동장치(A)의 차동장치케이스(4)를 구성하여, 입력축(2)으로 입력된 동력은 피니언(5-1)(5-2)을 통하여 출력기어(6)(7)로 차동되고, 유성기어열(B)의 선기어(8)와 케리어(9)로 전달되어 출력축(3)과 일체인 링기어 (10)로 변속되어 출력될 수 있도록 구성하였다.

차동장치(A)의 출력기어(6)는 유성기어열(B)의 선기어(8)와 동일한 부재로 구성하고, 일부를 돌출 시켜 가변유체브레이크(C)의 제동기어(11)를 구성하고, 케이스(1)에는 피동기어(12-1)(12-2)를 구성하여 제동기어(11)와 피동기어(12-1) (12-2)는 맞물린 상태로 자유롭게 회전이 가능하도록 하였다.

상기, 가변유체브레이크(C)는 제동기어(11)와 피동기어(12-1)(12-2)를 수용하는 유실(13)(14)(15)(16)과, 유실(13)(15)과 유조(20) 사이를 연결하는 토출유로 (17)를 구성하고, 유실(14)(16)과 유조(20) 사이를 연결하는 흡입유로(24)를 구성하여 유체(18)가 제어변(19)(25)를 경유하여 유실(13)(14)(15)(16)에 출입 할 수 있도록 구성하고, 토출유로(17)와 흡입유로(24)사이에 제어변(21)과 축압기(22) 및 체크밸브(23)를 구성하여, 축압 기능을 하도록 구성하였다.

또한, 복합가변속장치의 효과적인 출력 제어를 위하여 출력축(3)의 상태를 감시 할 수 있는 센서(26)와 축압기(22) 내부 압력을 감지 할 수 있는 센서(27)를 구성하고, 입력 신호를 전선(28)(29)을 통해서 입력 받은 후 제어변(19)(21)(25)로 출력하도록 조정기(30) 및 전선(31)(32)(33)을 구성하였다.

다음, 역회전 출력을 얻기 위하여, 차동장치(A)의 출력기어(7)는 출력기어(6)의 내부를 관통하여 유성기어열(B)의 케리어(9)와 동일한 부재로 구성하고, 일부를 돌출킨 후 케이스(1)와 케리어(9) 사이에 역전브레이크(34)를 구성하였다.

다음, 중립 상태 및 출력축(3)의 제동 상태를 얻기 위하여 유성기어열(B)의 링기어(10)와 케이스(1) 사이에는 중립브레이크(35)를 구성하였다.상기 케이스(1) 내부에는 차동장치(A), 유성기어열(B), 가변유체브레이크(C) 등이 설치된다.

중립 상태의 경우, 가변유체브레이크(C) 및 역전브레이크(34)를 개방하고 중립브레이크(35)를 구속한 상태에서 입력축(2)으로 구동력이 입력되어 화살표 방향으로 회전하면, 구동력은 차동장치(A)에서 차동되고 출력기어(6)(7)를 통하여 유성기어열(B)로 전달되며, 중립브레이크(35)에 의해서 제동된 링기어(10)에 의해서 케리어(9)가 입력축(2)과 반대로 역회전하고, 구동력은 출력축(3)으로 출력되지 않고 내부에서 공회전한다.

정회전 무단변속 출력의 경우, 상기 중립 상태에서 중립브레이크(35)를 개방하고, 가변유체브레이크(C)의 토출측 제어변(19)을 서서히 교축하면 선기어(8)와 일체인 제동기어(11)의 제동력이 선형적으로 증가하여 케리어(9)측 회전수가 증가하고, 선기어(8) 측 회전수는 감소하여 링기어(10)는 증속 출력 상태로 되고, 제어변(19)를 완전히 닫으면 링기어(10)는 최대 증속 출력 상태가 된다.

다음 역회전 출력의 경우, 가변유체브레이크(C)와 중립브레이크(35)를 개방 한 상태에서 역전브레이크(34)를 구속하면 입력축(2)의 구동력은 차동장치(A)에서 선기어(8)로 출력되고, 역전브레이크(34)에 구속된 케리어(9)에 의해서 링기어(10)는 최저 감속비의 역회전 상태로 출력되어 링기어(10)와 일체인 출력축(3)은 입력축(2)과 반대로 회전한다.

다음 에너지 축척 모드의 경우, 입력축(2)과 출력축(3)이 동일한 방향인 화살표 방향으로 회전하고, 제어변(21)이 닫힌 상태에서 입력축(2)보다 출력축(3)이 속도가 증가하여 제동이 필요 할 경우, 역전브레이크(34)를 제동하고 제어변(19)을 개방한 상태에서 제어변(25)을 교축하면, 링기어(10)의 구동력은 제동된 케리어(9)에 의해서 선기어(8)는 역회전하고, 제동기어(11)는 입력축(2)과 반대방향으로 회전하며, 가변유체브레이크(C) 내의 유체(18)의 방향을 역으로 흐르게하고, 제어변(25)의 교축 정도에 따라서 유체(18)는 체크밸브(23)를 경유하여 축압기(22)에 축압되며, 축압 상태는 입력축(2)이 정지 할 때 까지 계속된다.

축압기(22)에 축압된 유체(18)를 재 사용 할 경우, 역전브레이크(34)를 제동 한 상태에서 제어변(19)을 닫고, 제어변(21)을 개방하면 제동기어(11)는 입력축(2)과 반대 방향으로 회전하며 동일 부재인 선기어(8)도 역회전하며, 링기어(10)는 제동된 케리어(9)에 의해서 입력축(2)과 동일 방향으로 구동력을 받는다.

이때, 입력축(2)도 제동된 케리어(9)와 동일 부재인 출력기어(7)에 의해서 출력축(3)과 동일한 방향인 화살표 방향으로 구동력을 받는다.

다음의 각 속도 모드의 경우, 조작 상태와 감속 비를 정리하면 다음과 같다.

기호보기

Ar : 선기어(8)의 잇빨수

Br : 링기어(10)의 잇빨수

1) 정회전 무단변속 모드

- 제어변(19) : 0% ~ 100% 무단계 조정(control)

- 제어변(25) : 개방(open)

- 역전브레이크(34), 중립브레이크(35) : 개방(open)

- 변속비(무단변속) :

2) 역회전 출력 모드

- 제어변(19) : 개방(open)

- 제어변(25) : 개방(open)

- 역전브레이크(34) : 제동(close)

- 중립브레이크(35) : 개방(open)

- 변속비 :

3) 중립 모드

- 제어변(19) : 개방(open)

- 제어변(25) : 개방(open)

- 역전브레이크(34) : 개방(open)

- 중립브레이크(35) : 닫힘(close)

- 변속비 : 공회전

4) 유체 축압 모드

- 제어변(19) : 개방(open)

- 제어변(21)(25) : 닫힘(close)

- 역전브레이크(34) : 닫힘(close)

- 중립브레이크(35) : 개방(open)

5) 축압 유체 사용 모드

- 제어변(19) : 닫힘(close)

- 제어변(21)(25) : 개방(open)

- 역전브레이크(34) : 닫힘(close)

- 중립브레이크(35) : 개방(open)이상의 각 속도 모드에 따르면, 변속 비는 유성기어열(B)의 잇빨수 비에 의해서 결정되므로 자동차 등에서 요구되는 변속 비를 감속에서 증속까지 용이하게 얻을 수 있으며, 특히 가변유체브레이크(C)를 사용하므로 응용 범위가 넓은 복합가변속장치가 가능하다.또한, 자동차 등 엔진브레이크 기능을 사용하는 기계에서는 구동력이 입력축 (2)과 출력축(3)에서 동시에 작용 할 때, 차동장치(A)와 유성기어열(B)의 합성 출력은 가변유체브레이크(C)가 감당하게되고, 가변유체브레이크(C)의 펌프 기능을 이용하여 에너지를 축척하고 정지한 엔진을 재 기동 할 수 있으며, 외부로 유압 라인을 인출 할 경우 별도의 유압 모터를 설치하여 외부 기기를 구동 할 수 있다.다음, 고 비율의 증속을 필요로 할 경우, 제 4도에서 차동장치(A)의 출력기어(6)(7)로부터 유성기어열(B)로 전달되는 2 경로의 동력 전달 경로를 링기어(10)와 케리어(9)로하고, 선기어(8)를 출력축(3)과 동일한 부재로 한 상태에서 링기어 (10)측 부재에 가변유체브레이크(C)를 구성하면 최대 증속비가인 고 비율의 무단변속을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 복합가변속장치는, 차동장치와 유성기어열을 직결하고, 가변유체브레이크와 일반 브레이크를 사용하여 기능을 전환하고, 기어열의 변환 과정이 없는 운전 상태에서 출력축의 구동 상태를 정회전 무단변속, 역회전, 중립, 엔진 브레이크 기능 상태로 원활한 전환이 가능하고, 축압기를 사용하여 제동 에너지를 회수 할 수 있는 기능을 부가함으로서, 단순한 구조에 의해서 기계의 신뢰성을 확보 할 수 있으며, 설치 장소에 제약 없이 넓은 범위의 동력 전달부위에 적용이 가능하며, 운전 중 신속한 변속 및 회전 방향 전환이 요구되거나 급 가속이 요구되는 군용장비 등에서 효과적인 응용이 가능하다.

Claims

가변속장치를 내장하는 케이스(1)와, 입력축(2)과 출력축(3) 사이에 설치된 차동장치(A)및 유성기어열(B)과, 차동장치(A)에 설치되어 타측 출력기어(6)를 관통하여 유성기어열(B)의 선기어(8)와 동일한 몸체로 이루어진 일측 출력기어(7)와, 케리어(9)와 동일한 몸체로 이루어진 출력기어(6)와, 캐리어(9)에 설치된 역전브레이크(34)와, 출력축(3)에 설치된 중립브레이크(35)로 구비된 복합가변속장치에 있어서,

상기 출력기어(6)와 동일한 몸체로 이루어진 제동기어(11)와 상기 케이스(1) 사이에 가변유체브레이크(C)를 구비한 것을 특징으로 하는 복합가변속장치.
제 1 항에 있어서, 가변유체브레이크(C)는 제동력을 얻기 위하여 제동기어(11) 및 피동기어(12-1)(12-2)를 수용하는 케이스(1)와, 유체(18)를 순환시키기 위한 유실(13)(14)(15)(16) 및 유로(17)와, 상기 유체(18)의 흐름을 조정하기 위한 제어변(19)(25) 및 조정기(30)를 구비한 것을 특징으로 하는 복합가변속장치.
제 1 항에 있어서, 가변유체브레이크(C)는 흡입유로(24)와 토출유로(17) 사이에 축압기(22) 및 제어변(21), 체크밸브(23)를 구비한 것을 특징으로 하는 복합가변속장치.