KR100480677B1 - 차동 기능을 포함한 구면체 방식 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무단변속기는 입력축과 일체화되어 있는 입력베벨기어(1, 1); 좌우가 분리되어 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 축 중앙에서 분리되어 각각의 출력 베벨기어와 일체로 결합되어 있는 구면체(2, 2, 2, 2); 구면체와 점 접촉 하여 구면체의 구동력을 전달 받는 출력 원판(3, 3); 출력 원판의 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어와 맞물려 회전되는 제 1 차동기어의 사이드 기어(4, 4); 제 1 차동기어의 사이드 기어에 동력을 받는 상하 한쌍의 제 1 차동기어의 피니언(5, 5); 제 1 차동기어의 피니언 기어에 의해 동력을 전달받는 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축(6); 제 1 및 제 2 차동기어의 피니언 축에 의해 동력을 전달받는 제 2 차동기어의 피니언 기어(7, 7); 제 2 차동기어의 피니언 기어에 의해 동력을 전달받는 제 2 차동장치의 사이드 기어(8, 8); 제 2 차동기어의 사이드 기어에 의해 동력을 전달받는 출력축(9, 9); 웜기어(11)와 일체화되어 있고 변속을 하기 위한 제어 토크를 입력받아 회전하는 변속 제어축(10); 변속 제어축에 의해 구동되며 베리에이터(13)를 회전 시키는 베리에이터 구동축(12); 내부에 좌우 두 개의 구면체를 지지하는 장치가 들어있는 베리에이터(13, 13)를 포함하고 있다.

Description

차동 기능을 포함한 구면체 방식 무단변속기{spherical surface body type-continuously variable transmission with differential function}

본 발명은 차동 기능을 포함하는 구면체 방식의 무단변속기에 관한 것으로서, 엔진 및 모터에서 나온 동력을 변속시킨 후, 차동장치를 통해 구동륜을 구동시키는 무단 변속기로서, 상기 차동장치와 복합되어 있는 구조를 가지고서 구면체와 원판 사이의 마찰력에 의해 토크를 전달하는 무단변속기에 관한 것이다.

통상의 무단변속장의 동력전달 경로는, 먼저, 후륜 구동식인 경우에, 모터 또는 엔진→무단변속기→추진축→차동장치→좌우구동축→좌우측차륜 순으로 되어 있고, 그리고 전륜 구동식인 경우에, 모터 또는 엔진→무단변속기→차동장치→좌우구동축→좌우측차륜 순으로 되어 있다.

여기에서, 상기 모터 또는 엔진은 동력원으로서 회전 속도에 따른 토크를 생성시키고; 상기 무단변속기는 벨트식, 마찰식, 유압식 등의 기존 사양의 무단변속기로서 입력축과 출력축이 각각 한 개이고; 상기 추진축은 후륜 구동 방식인 경우 필요로 하는 요소이며, 무단변속기와 차동장치를 연결하는 축으로서, 단일축의 형태를 가지고 있고; 상기 차동장치는 변속기 또는 추진축으로부터 동력을 전달받아 차동장치의 하우징을 회전시키고, 상기 차동장치에 내장된 두 개의 피니언과 좌우 두 개의 사이드 기어를 회전시켜서, 상기 사이드 기어에 장착되어 있는 좌우구동축을 회전시키며; 그리고 상기 좌우구동축은 상기 차동 장치의 출력축으로서 좌우 두 개의 축을 지칭하며, 상기 좌우측 두 개의 차륜을 구동시킨다.

하지만, 종래의 벨트-풀리 방식의 무단 변속기는 풀리의 축 방향 압력이 매우 높기 때문에 변속을 위해 소요되는 동력이 매우 크고; 전진, 후진 및 중립을 위한 별도의 클러치 시스템이 필요되고; 차동 기능을 위해서는 별도의 차동 기어가 필요되고, 그리고 벨트와 풀리의 마찰 현상에 대한 이론적 모델이 불충분하여 변속 제어를 위한 알고리즘 개발이 쉽지 않다고 하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 인버터를 이용한 모터 또는 엔진의 속도를 조절하는 방식의 무단 변속기는 저속 구간에서 저 토크이고, 그리고 차동 기능을 위해서 별도의 차동 기어가 필요된다고 하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 링콘 방식의 무단 변속기는 고가이고 무단 변속기의 구조가 복잡하여 수리가 용이하지 않고; 불필요한 예 하중이 작용하여 부품의 하중을 증가시켜 내구성이 낮고; 전진, 후진 및 중립을 위한 별도의 클러치 시스템이 필요되고; 그리고 차동 기능을 위해서는 별도의 차동 기어가 필요된다고 하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 트랙션 방식의 무단 변속기는 고가이고, 고 정밀 제품으로서 제작이 어렵고; 단일 접촉점을 통해 토크가 전달되어 토크 용량이 상대적으로 작고; 고압에 견딜 수 있는 트랙션 오일(traction oil)의 개발이 어렵고; 전진, 후진 및 중립을 위한 별도의 클러치 시스템이 필요되고; 그리고 차동 기능을 위해서는 별도의 차동 기어가 필요된다고 하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기된 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 구면체를 이용하여 간단한 구조로 무단 변속을 구현시키고; 최소의 동력으로 전진, 후진 및 중립의 운전 모드를 별도의 장치 없이 구현시키고; 동력이 전달되는 접촉점에서 발생되는 슬립을 최소하여 토크 용량과 효율을 높히고; 입력 토크에 비례하는 예 하중이 작용하게끔 구조를 개선하여 변속기 내부 부품의 내구성을 향상시키며; 그리고 무단 변속기능과 차동 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구조를 개선하여 무단변속시스템의 부피를 최소화하는 무단변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기된 목적을 달성하기 위해, 구면체를 이용하여 간단한 구조로 무단 변속을 구현시키고, 최소의 동력으로 전진, 후진 및 중립의 운전 모드를 구현시키고, 구면체와 좌우 출력 원판이 접촉하는 접촉점에서 동일한 마찰력이 발생되도록 함으로써 슬립을 최소한으로 방지하고 토크 전달에 대한 신뢰성을 높이며 전달 토크의 용량을 증가시키고, 입력 토크에 비례하는 예하중이 작용되도록 시스템을 구성함으로써, 불필요하게 과도한 예하중이 작용하는 상태가 나타나지 않도록 하고, 이러한 특성에 의해 변속기의 내부 부품의 내구성이 증가되고 구면체의 마모성도 향상되며 조립 오차의 증가 현상을 감소시키고, 무단 변속기의 출력 축의 개수를 두 개로 고안하여 두 출력 축을 통해 전달되는 토크는 1차 차동장치에 의해 더해지도록 구현시켜, 이러한 구조에 의해 마찰력이 작용하는 좌우 두 접촉점에서는 동일한 부하가 걸리게 하고, 무단변속기와 차동장치를 결합하여 변속기를 콤팩트화하고, 이를 위해 1차 차동기어와 2차 차동기어로 구성되는 이중 차동장치 시스템을 구현시켰다.

이를 위해, 본 발명의 무단 변속기는 구동원과 연결되어 있는 입력축과 일체화되어 있고 상하 한쌍으로 이루어져 있는 상하 한쌍의 입력베벨기어; 상기 각각의 입력 베벨 기어를 통해 구동력이 전달되며, 좌우가 분리되어 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 축 중앙에서 분리되어 각각의 출력 베벨기어와 일체로 결합되어 있는 상하 두 쌍의 구면체; 상기 구면체와 점 접촉 하여 상기 구면체의 구동력을 전달 받는 좌우 한쌍의 출력 원판으로서, 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어를 가지고 있는 상기 좌우 한쌍의 출력 원판; 상기 출력 원판의 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어와 맞물려 회전되는 좌우 한쌍의 제 1 차동기어의 사이드 기어; 상기 제 1 차동기어의 사이드 기어에 동력을 받는 상하 한쌍의 제 1 차동기어의 피니언; 상기 제 1 차동기어의 피니언 기어에 의해 동력을 전달받는 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축으로서 십자 형상으로 되어 있는 상기 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축; 상기 제 1 및 제 2 차동기어의 피니언 축에 의해 동력을 전달받는 상하 한쌍의 제 2 차동기어의 피니언 기어; 상기 제 2 차동기어의 피니언 기어에 의해 동력을 전달받는 좌우 한쌍의 제 2 차동장치의 사이드 기어; 상기 제 2 차동기어의 사이드 기어에 의해 동력을 전달받는 좌우 한쌍의 출력축; 변속을 하기 위한 제어 토크를 입력받아 회전하는 변속 제어축으로서 워웜기어와 일체화되어 있어 베리에이터 구동축을 회전시키는 상기 변속 제어축; 베리에이터를 작동시키는 토크를 증대시키기 위해 설치되며 제어 토크가 0 일 때 브레이크의 기능을 발휘하여 일정한 변속비를 유지하도록 하는 워엄기어; 상기 변속 제어축에 의해 구동되며 베리에이터를 회전 시키는 상기 베리에이터 구동축; 내부에 좌우 두 개의 상기 구면체를 지지하는 장치가 들어있으며, 상기 구면체의 회전축을 회전시킴으로써 변속의 기능을 갖는 상기 베리에이터를 포함하고 있으며, 여기에서, 상기 제 2 차동기어는 상기 제 1 차동기어의 내부에 존재하는데, 두 차동기어의 피니언은 상기 하나의 피니언 축에 대해 지지되어 자전 및 공전하고, 상기 십자형상의 피니언 축은 가로 방향의 축이 제 2 차동기어의 사이드 기어을 지지하는 것으로 되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 무단변속기를 첨부된 도면인 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에 도시된 무단변속기는 입력축에 일체로 결합된 상하 한쌍의 입력 베벨기어(1, 1), 상하 두쌍의 구면체(2, 2; 2, 2), 좌우 한쌍의 출력원판(3, 3), 좌우 한쌍의 제 1 차동기어의 사이드 기어(4, 4), 상하 한쌍의 제 1 차동기어의 피니언 기어(5, 5), 제 1 및 제 2 차동기어의 피니언 축(6), 상하 2 차동기어의 피니언 기어(7, 7), 좌우 한쌍의 제 2 차동기어의 사이드 기어(8, 8), 좌우 한쌍의 출력축(9, 9), 변속 제어축(10), 상하 한쌍의 워엄기어(11, 11), 상하 한쌍의 베리에이터 구동축(12, 12) 및 상하 한쌍의 베리에이터(13, 13)를 포함하고 있다.

상기 입력베벨기어(1)는 상기 입력축과 일체화되어 있고 상하 한쌍으로 이루어져 있다. 구동원으로부터 입력되는 동력은 공지되어 있는 방식으로 상기 상하 한쌍의 입력 베벨기어(1)로 분리되어 전달된 후, 서로 다른 방향으로 회전하는 각각의 입력 베벨 기어(1)를 통해 상하 두쌍의 구면체(2)에 전달된다. 각 구면체(2)는 좌우가 분리되어 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 축 중앙에서 분리되어 각각의 출력 베벨기어와 일체로 결합되어 있어서, 상기 입력 베벨기어(1)로부터 동력을 전달받아 회전하게 된다.

상기 구면체(2)는 상기 구면체(2)는 상기 베리에이터 구동축(13)에 의해 회전되어 있는 베리에이터 내부의 축을 중심으로 회전하는데, 상기 입력 베벨 기어(1)로부터 동력을 전달받아 출력 원판(3)을 구동한다. 상기 베리에이터(13)의 회전각에 의해 상기 베리에이터(13) 양단의 구면체(2)는 서로 다른 방향으로 회전하게 되며, 이와 접촉하고 있는 좌우 두개의 상기 출력 원판(3)은 동일한 방향으로 회전하게 된다. 상기 출력 원판(3)은 상기 구면체(2)와 점 접촉을 하게 되어 있으며, 상기 점 접촉으로 인하여 상기 출력 원판(3)과 상기 구면체(2) 사이에는 마찰력이 발생하게 되어, 상기 구면체(2)의 구동력이 상기 출력 원판(3)에 전달된다.

상기 출력 원판(3)은, 출력 베벨기어와 일체화되어 회전하는 구면체(2)로부터 마찰력을 전달받아 회전하고, 그리고 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어와 제 1 차동기어의 사이드 기어(4)가 맞물려 상기 제 1 차동기어의 사이드 기어(4)를 회전시킨다.

상기 제 1 차동기어의 사이드 기어(4)는 좌우 두 개의 상기 출력 원판(3)으로부터 동력을 입력 받아 상하 한쌍의 제 1 차동기어의 피니언(5)에 전달한다. 상기 제 1 차동기어의 고유 특성에 의해 상기 좌우 두 개의 상기 사이드 기어(4)로부터 전달되는 토크는 언제나 동일하다.

상기 제 1 차동기어의 피니언 기어(5)은 상기 제 1 차동기어의 사이드기어(4)로부터 동력을 전달받아 상기 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축(6)에 동력을 전달한다.

상기 제 1 및 제 2 차동기어의 피니언 축(6)은 입력받은 동력을 제 2 차동기어의 피니언 기어(7)로 전달한다. 상기 제 2 차동기어는 상기 제 1 차동기어의 내부에 존재하는데, 두 차동기어의 피니언은 상기 하나의 피니언 축(6)에 대해 지지되어 자전 및 공전한다. 상기 피니언 축(6)은 십자 형상을 가지는데, 가로 방향의 축은 제 2 차동기어의 사이드 기어(8)을 지지한다.

상기 제 2 차동기어의 피니언 기어(7)는 상기 피니언 축(6)으로부터 입력받은 동력을 좌우 두 개의 제 2 차동장치의 사이드 기어(8)에 전달한다. 이때 차동장치의 고유 특성에 의해 사이드 기어로 전달되는 토크는 언제나 동일하다.

상기 제 2 차동기어의 사이드 기어(7)는 상하 두 개의 제 2 차동기어의 피니언(7)으로부터 동력을 전달받아 좌우 두 개의 출력축(9)을 구동한다.

상기 출력 축(9)은 좌우 두 개로 되어 있으며, 도시되지 않은 좌우 구동륜을 구동시킨다.

상기 변속 제어축(10)은 변속을 하기 위한 제어 토크를 입력받아 회전한다. 워웜기어(11)와 일체화되어 있어 베리에이터 구동축(12)을 회전시킨다.

상기 워엄기어(11)는 베리에이터(13)를 작동시키는 토크를 증대시키기 위해 설치되며 제어 토크가 0 일 때 브레이크의 기능을 발휘하여 일정한 변속비를 유지하도록 한다.

상기 베리에이터 구동축(12)은 상기 변속 제어축(10)에 의해 구동되며 베리에이터(13)를 회전 시킨다.

상기 베리에이터(13)는 그 내부에 좌우 두 개의 상기 구면체(2)를 지지하는 장치가 들어있으며, 상기 구면체(2)의 회전축을 회전시킴으로써 변속의 기능이 나타나도록 한다.

상기와 같이 구성된 무단 변속기의 동력 전달 흐름을 설명하면 다음과 같다.

단일 입력 축을 통해 구동원으로부터 동력을 전달받음.

⇒

베벨 기어를 통해 두 쌍의 구면체에 동력을 전달함.

⇒

4 접촉점을 통해 좌우 두 쌍의 출력 원판에 동일한 구동 토크를 전달함

⇒

두 출력 원판의 출력 축으로부터 두 개의 입력 축을 가지는 제 1 차동장치에 동력이 전달됨.

⇒

제 1 차동장치의 단일 출력 축을 통해 전달된 동력은 단일 입력 축을 가지는 제 2 차동장치로 전달됨.

⇒

제 2 차동장치의 두 개의 출력 축을 통해 좌우 구동 축으로 동력이 전달됨.

상기와 같은 구성된 본 발명의 무단 변속기는 작업자의 요구 회전 속도 또는 요구 토크에 맞도록 무단으로 변속함으로써 동력원의 성능을 효율적으로 활용함과 동시에 운전 요구 특성을 만족시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 무단 변속기는 별도의 장치 없이 전 후진 및 중립의 기능을 수행할 수 있으며, 엔진 브레이크의 기능도 수행할 수 있고, 또한, 마찰력이 작용하는 접촉점에서의 토크 전달 용량을 극대화하고 슬립을 최소한으로 줄일 수 있는 구조를 가지므로, 작동을 신뢰성을 높이면서도 소형화 및 경량화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 무단 변속기는 대칭 설계 구조를 가지므로 내구성이 향상되고 베리에이터 구동 토크 또한 감소되므로 변속을 위해 소요되는 동력을 최소화할 수 있고, 차동 장치를 포함하고 있으므로 별도의 장치 없이 조향 작동이 필요한 모든 차량에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기를 사진으로 촬영한 전체 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 무단 변속기의 정면도, 그리고

도 3은 본 발명에 따른 무단 변속기의 상부에 대한 측면도 및 사시도.

Claims (1)

1. 구동원과 연결되어 있는 입력축과 일체화되어 있고 상하 한쌍으로 이루어져 있는 상하 한쌍의 입력베벨기어(1, 1);

   상기 각각의 입력 베벨 기어(1)를 통해 구동력이 전달되며, 좌우가 분리되어 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 축 중앙에서 분리되어 각각의 출력 베벨기어와 일체로 결합되어 있는 상하 두 쌍의 구면체(2, 2, 2, 2);

   상기 구면체(2, 2, 2, 2)와 점 접촉 하여 상기 구면체(2, 2, 2, 2)의 구동력을 전달 받는 좌우 한쌍의 출력 원판(3, 3)으로서, 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어를 가지고 있는 상기 좌우 한쌍의 출력 원판(3, 3);

   상기 출력 원판(3, 3)의 외주면에 일체로 장착되어 있는 기어와 맞물려 회전되는 좌우 한쌍의 제 1 차동기어의 사이드 기어(4, 4);

   상기 제 1 차동기어의 사이드 기어(4, 4)에 동력을 받는 상하 한쌍의 제 1 차동기어의 피니언(5, 5);

   상기 제 1 차동기어의 피니언 기어(5, 5)에 의해 동력을 전달받는 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축(6)으로서 십자 형상으로 되어 있는 상기 제 1 및 제 2 차동 기어의 피니언 축(6);

   상기 제 1 및 제 2 차동기어의 피니언 축(6)에 의해 동력을 전달받는 상하 한쌍의 제 2 차동기어의 피니언 기어(7, 7);

   상기 제 2 차동기어의 피니언 기어(7)에 의해 동력을 전달받는 좌우 한쌍의 제 2 차동장치의 사이드 기어(8, 8);

   상기 제 2 차동기어의 사이드 기어(7)에 의해 동력을 전달받는 좌우 한쌍의 출력축(9, 9);

   변속을 하기 위한 제어 토크를 입력받아 회전하는 변속 제어축(10)으로서 워웜기어(11)와 일체화되어 있어 베리에이터 구동축(12)을 회전시키는 상기 변속 제어축(10);

   베리에이터(13)를 작동시키는 토크를 증대시키기 위해 설치되며 제어 토크가 0 일 때 브레이크의 기능을 발휘하여 일정한 변속비를 유지하도록 하는 워엄기어(11);

   상기 변속 제어축(10)에 의해 구동되며 베리에이터(13)를 회전 시키는 상기 베리에이터 구동축(12); 그리고

   내부에 좌우 두 개의 상기 구면체(2, 2; 2, 2)를 지지하는 장치가 들어있으며, 상기 구면체(2, 2; 2, 2)의 회전축을 회전시킴으로써 변속의 기능을 갖는 상기 베리에이터(13, 13)를 포함하고 있으며,

   여기에서, 상기 제 2 차동기어는 상기 제 1 차동기어의 내부에 존재하는데, 두 차동기어의 피니언은 상기 하나의 피니언 축(6)에 대해 지지되어 자전 및 공전하고, 상기 십자형상의 피니언 축(6)은 가로 방향의 축이 제 2 차동기어의 사이드 기어(8, 8)을 지지하는 것을 특징으로 하는 차동 기능을 포함한 구면체 방식 무단변속기.