KR100444481B1 - 자동변속기용 다단 변속풀리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 단순한 벨트전동방식과 동력전달성능이 뛰어난 기어전동방식이 혼용되어 구조는 단순하지만 동력전달성능이 뛰어나고 소음은 오히려 작은 자동변속기용 다단 변속풀리에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리는 회전축에 결합되어 일체로 회전되는 고정판; 복수 개의 단기어들이 축방향으로 진퇴 이동 가능하게 조합된 상태에서 상기 회전축에 결합되어 상기 구동축과 일체로 회전되는 변속기어; 내면을 따라 기어치가 형성된 것으로, 상기 고정판에 방사방향으로 미끄럼 이동 가능하게 밀착된 상태에서 상기 변속기어의 단기어들 중 어느 하나에 선택적으로 거치되는 체인벨트; 및 상기 변속기어 배면에서 그 변속기어의 단기어들 중 어느 하나를 선택적으로 밀어 상기 체인벨트와 치합시키는 변속수단을 포함하여 이루어지며, 이와 같은 구성의 자동변속기용 다단 변속풀리는 벨트전동방식과 기어전동방식이 혼용되어 그 구성이 극히 단순하면서 동력전달성능이 높고 소음은 작다는 장점이 있다.

Description

자동변속기용 다단 변속풀리{Multistage Changeable Pulley for Auto Transmission}

본 발명은 자동변속기에서 회전속도와 토오크를 직접적으로 변환하는 자동변속기용 다단 변속풀리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기어치가 형성된 체인벨트를 복수 개의 단기어가 동심원상으로 조합되어 이루어진 변속기어의 각 단기어에 선택적으로 치합하여 회전속도와 토오크를 변환시키도록 구성된 자동변속기용 다단 변속풀리에 관한 것이다.

자동차의 동력전달장치에는 엔진의 출력을 주행속도 등의 현재 주행 상황에 적합하도록 회전속도와 토오크를 변환하여 주행장치에 전달할 수 있는 변속기가 필수적으로 포함된다.

자동차의 변속기로는 각 변속단을 운전자가 수동으로 조정하도록 구성된 수동변속기와, 변속이 운전자의 의지와 관계없이 자동차 주행상황에 따라 자동으로 이루어져 변속단 조정에 따른 번거로움을 해소할 수 있는 자동변속기, 그리고, 상기 자동변속기의 변속단 변경에 따른 승차감 저하를 해소하기 위하여 안출된 것으로 변속단의 구분없이 회전속도와 토오크를 연속적으로 변환시킬 수 있게 구성된무단변속기 등이 있는 바, 이들 각 변속기들은 나름대로 장단점을 가지고 있다.

예컨대, 수동변속기의 경우에는 동력전달효율이 좋고 변속비와 토오크 비가 정확하다는 장점이 있는 반면, 운전자가 변속단을 인위적으로 조정해야 하기 때문에 사용이 불편하다는 단점을 가지고 있으며, 자동변속기의 경우에는 변속에 따른 불편은 해소할 수 있지만 동력전달효율이 떨어져 동력손실이 크고 또 변속비와 토오크비가 단계적으로 이루어지기 때문에 변속감이 떨어지며, 매우 복잡한 구성의 유성기어와 이들을 단속하기 위한 유압식 클러치나 브레이크 또 변속제어를 위한 복잡한 유압회로까지 포함해야 하므로 구성이 매우 복잡하여 제조원가가 높고 보수 및 정비가 어렵다는 문제점이 있었다. 그리고, 무단변속기의 경우에는 변속감이 좋고 동력전달효율이 자동변속기에 비해서 뛰어나긴 하지만, 도 1에 도시된 바와 같이 고정풀리(21)와 이동풀리(22) 사이에 거치되어 유압장치(23)에 의해 이동하는 상기 이동풀리(22)에 의해 반경이 변화되는 벨트(24)의 마찰력을 이용하여 동력을 전달하는 변속풀리(20)를 채용하고 있는 바, 벨트(24) 구속을 위해 이동 풀리(22)에 강한 압력을 가할 수 있는 고압의 유압장치(23)를 필요로 하기 때문에 동력전달성능에 비해 중량이 너무 무겁고 또한 마찰식 동력전달방식이어서 동력전달용량의 한계가 있으므로 큰 토오크를 필요로 하는 대형차량에는 적용하기 어렵다는 문제점이 있었다.

설명되지 않는 부호 200은 상기 풀리들이 결합되어 상기 풀리들과 일체로 회전되는 것으로서 구동축이나 종동축으로 이용될 수 있는 회전축이다.

한편, 무단변속기 중에는 벨트 전동방식 대신 체인 전동방식을 채택하여 상술한 바와 같은 기존 무단변속기의 문제점 즉 유압장치로 인한 중량의 문제와 동력전달용량의 문제를 해소할 수 있는 무단변속기가 개발되어 있으나, 이 체인 전동방식의 무단변속기의 경우에는 소음이 크다는 문제점을 가지고 있었다.

이상과 같은 종래 자동변속기와 무단변속기의 문제점들은 예컨대 유성기어나, 벨트와 풀리, 또는, 체인 등의 변속 동력 전달에 직접 관여하는 변속 동력전달기구들로 인해 야기되는 것인 바, 이에 대한 개선이 절실히 요청되어 왔다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 자동변속기와 무단변속기의 문제점들을 일소하기 위하여, 자동변속기나 무단변속기 등에서 동력을 직접적으로 변속하여 전달하는 변속 동력전달기구로 사용될 수 있는 것으로서 구조가 단순한 벨트전동방식과 동력전달성능이 뛰어난 기어전동방식이 혼용됨으로써 구조는 단순하지만 동력전달성능이 뛰어나고 소음은 오히려 작은 자동변속기용 다단 변속풀리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 무단변속기의 변속풀리 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 체인벨트 횡단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리용 체인벨트의 구조를 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취하여 보인 체인벨트 종단면도.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 2 단 변속시 변속 동력전달경로를 보인 작동단면도.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 3 단 변속시 변속 동력전달경로를 보인 작동단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 회전축 2 : 고정판

3 : 변속기어 31,32,33‥: 변속기어

4 : 체인벨트 5 : 변속수단

50 : 캠축 51,52,53‥: 단기어

본 발명에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리는, 회전축에 결합되어 일체로 회전되는 고정판; 선단 둘레에 쐐기형으로 경사진 기어치가 형성된 동심원상의 복수 개의 단기어들이 순차적으로 연동하여 축방향으로 진퇴 이동 가능하게 조합된 상태에서 상기 회전축에 결합되어 상기 구동축과 일체로 회전되는 변속기어; 내면에 상기 단기어의 기어치에 대응하는 기어치가 형성된 것으로, 상기 고정판에 방사방향으로 미끄럼 이동 가능하게 밀착된 상태에서 상기 변속기어의 단기어들 중 어느 하나에 선택적으로 거치되는 체인벨트; 상기 변속기어 배면에서 그 변속기어의 단기어들 중 어느 하나를 선택적으로 밀어 상기 체인벨트와 치합시키는 변속수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성에 있어서, 상기 변속수단은, 상기 변속기어 배면에서 상기 회전축과 직교하는 방향으로 회전되는 캠축과; 상기 캠축 상에 상기 변속기어의 각 단기어별로 위상차를 갖도록 설치되어 상기 캠축과 일체로 회전되면서 상기 각 단기어를 선택적으로 진퇴 이동시키는 복수 개의 캠;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 체인벨트 횡단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리용 체인벨트의 구조를 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취하여 보인 체인벨트 종단면도이다. 그리고, 도 5a와 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리의 2 단과 3 단의 변속 동력전달경로를 보인 작동단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 구동축이나 종동축이 될 수 있는 회전축(1)에 결합되어 그 회전축(1)과 일체로 회전되는 고정판(2), 상기 회전축(1)에 결합되어 일체로 회전되는 것으로 동심원을 이루면서 축방향으로 상대이동 가능하게 조합된 단기어(31,32,33,‥)들로 이루어진 변속기어(3), 상기 고정판(2)과 변속기어(3) 사이에서 변속기어(3)에 거치되는 체인벨트(4), 그리고, 상기 변속기어(3)의 배면에서 상기 변속기어(3)의 단기어(31,32,33,‥)들을 상기 체인벨트(4)에 대하여 선택적으로 치합시키기 위한 변속수단(5)으로서 상기 변속기어(3) 배면에서 상기 회전축(1)과 직교하는 방향으로 회전되는 캠축(50)과 그 캠축(50) 상에서 회전되는 복수 개의 캠(51,52,53‥) 등으로 구성되어 있다.

이상과 같은 구성에 있어서, 상기 변속기어(3)의 각 단기어(31,32,33,‥)들은 일종의 링 기어로서, 그 선단 둘레에 중심방향으로 경사진 쐐기형 기어치(31a,32a,‥)가 형성되고, 각 내,외주면에는 단기어(31,32,33,‥)들이 서로 맞물려져 일체로 회전되게 하면서 축방향 상대이동을 가능하게 하는 예컨대 스플라인이나 평기어부가 형성된다. 그리고, 1 단기어를 제외한 각 단기어(31,32,33,‥)의 끝단에는 전진시 저속측 단기어(31,32,33,‥)를 구속하여 일체로 전진하게 하는 걸림턱(32b,33b,‥)이 성형된다. 이에 변속기어(3)는 각 단기어(31,32,33,‥)들이 그 배면에서 회전되는 캠(51,52,53‥)에 의해 선택적으로 전진하여 그 선단의 기어치(31a,32a,‥)가 체인벨트(4)에 치합됨으로써, 변속비와 토오크비를 변환시키게 된다.

체인벨트(4)는 도 3과 4에 나타난 바와 같이 내주면을 따라 상기 단기어(31,32,33,‥)에 대응할 수 있게 경사진 기어치(4a)가 형성되어 상기 변속기어(3)의 각 단기어(31,32,33,‥)에 선택적으로 치합되는 것으로, 그 배면은 고정판(2)에 미끄럼 이동 가능하게 밀착된다. 이에, 전진하는 단기어(31,32,33,‥)에 의해 고정판(2)을 따라 미끄럼 이동하여 반경이 확장되면서 고속측 단기어(31,32,33,‥)에 치합되어 변속비를 증가시키고, 반대로 다른 변속풀리로부터 가해지는 장력에 의해 그 기어치(4a)에 치합되어 있는 내측에서 최외곽의 단기어(32,‥)를 순차적으로 밀어 넣고 반경이 축소되면서 내측의 저속 단기어(31,32,33,‥)에 치합됨으로써 변속비를 감소시키게 된다.

상기 캠(51,52,53,‥)들은 각 캠(51,52,53,‥)의 돌출부가 위상차이를 갖도록 캠축(50)에 설치되는 것으로, 이들은 주행 상황에 따라 회전각도가 제어되는 캠축(50)과 일체로 회전하면서 캠축(50)의 회전각도에 따라 각기 해당 단기어(31,32,33,‥)를 전진시켜 체인벨트(4)에 치합시키는 기능을 한다. 예컨대, 6 단계로 변속할 수 있게 설계된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리에서 각 캠(51,52,53,‥)의 돌출된 부분은 60 도의 위상 차이를 갖는 바, 도 5a에 도시된 바와 같이 2 단 변속의 경우에는 캠축(50)이 120도 회전되어 2 단에 해당하는 캠(52)의 돌출된 부분이 2 단기어(32)를 밀어 체인벨트(4)에 치합시킴으로써 2 단의 변속이 이루어지게 하고, 3 단으로 변속단이 높아지는 경우 캠축(50)이 180 도 회전되면서 3 단에 해당하는 캠(53)이 3 단기어(53)를 밀어 체인벨트(4)에 치합시키게 된다.

이상과 같은 구성들로 이루어짐에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리는 다음과 같이 작동하여 변속단을 고속 또는 저속으로 변환하게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리가 엔진의 출력축인 구동축에 설치되어 구동풀리로서 사용되는 경우, 주행상황에 따라 고속단으로 변경될 때 예를 들면 도 5a의 2 단에서 도 5b의 3 단으로 변경될 때에는 전동모터나 액츄에이터 등과 같은 구동수단에 의해 회전각도가 자동 제어되도록 구성된 캠축(50)이 회전하여 그 회전각도에 해당하는 3단 캠(53)이 그 3 단 캠(53)에 대응하는 바깥쪽의 3 단기어(33)를 전진 이동시키게 되는 바, 이에, 3 단기어(33)가 체인벨트(4)를 바깥쪽으로 확장시키면서 그 체인벨트(4)에 치합됨으로써, 체인벨트(4)의 회전반경이 커지게 되어 변속비와 토오크비를 증가시킬 수 있다. 이 때, 종동축의 다른 변속풀리에도 거치되는 체인벨트(4)의 경우에는 다른 변속풀리에서 회전반경이 축소되도록 구성된다.

반면, 고속단에서저속단으로 변경되는 경우에는 예컨대 도 5b의 3 단에서 도 5a의 2 단으로 전환될 때에는 체인벨트(4)가 종동축에 설치된 종동 풀리에서 위와 동일한 과정을 통해 종동풀리측의 회전반경이 커지게 되는데, 이에 체인벨트(4)에 장력이 생기게 되어 그 장력에 의해서 바깥쪽 고속단의 단기어(33)들을 후퇴이동시키면서 내측의 저속 단기어(32)에 치합되어 회전반경이 작아지게 되어 변속비와 토오크비를 감소시키게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 자동변속기용 다단 변속풀리는 벨트전동방식과 기어전동방식이 혼용되어 그 구성이 극히 단순하면서 동력전달성능은 뛰어나고 소음이 작다는 장점이 있다. 따라서 자동변속기를 경량화하고 동력전달성능을 높여 자동변속기 차량의 주행성능과 연비 그리고 승차감 개선에 크게 이바지할 수 있다. 뿐만 아니라 비마찰식 동력전달방식을 채용하여 대형차량에 대한 자동변속기의 채용도 가능하게 한다.

Claims (2)

1. 회전축에 결합되어 일체로 회전되는 고정판;

   선단 둘레에 쐐기형으로 경사진 기어치가 형성된 동심원상의 복수 개의 단기어들이 순차적으로 연동하여 축방향으로 진퇴 이동 가능하게 조합된 상태에서 상기 회전축에 결합되어 상기 구동축과 일체로 회전되는 변속기어;

   내면에 상기 단기어의 기어치에 대응하는 기어치가 형성된 것으로, 상기 고정판에 방사방향으로 미끄럼 이동 가능하게 밀착된 상태에서 상기 변속기어의 단기어들 중 어느 하나에 선택적으로 거치되는 체인벨트;

   상기 변속기어 배면에서 그 변속기어의 단기어들 중 어느 하나를 선택적으로 밀어 상기 체인벨트와 치합시키는 변속수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동변속기용 다단 변속풀리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변속수단은,

   상기 변속기어의 배면에서 상기 회전축과 직교하는 방향으로 회전되는 캠축과;

   상기 캠축 상에 상기 변속기어의 각 단기어별로 위상차를 갖도록 설치되어 상기 캠축과 일체로 회전되면서 상기 각 단기어를 선택적으로 진퇴 이동시키는 복수 개의 캠;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동변속기용 다단 변속풀리.