이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 자동 변속기의 입력축(10)은 엔진으로부터 구동력을 전달받는 토크 컨버터의 터빈축(도시안됨)과 연결되고, 상기 입력축(10)은 감속유성기어(PG-1)와 유성기어세트(PG-2)를 상호 이격되게 장착하며, 상기 유성기어세트(PG-2)는 출력축(12)과 연결되는 한편, 상기 입력축(10)과 상기 출력축(12)은 케이스(14)의 내부에 수용된다.
상기 감속유성기어(PG-1)는 상기 입력축(10)으로 입력되는 회전을 감속하여 출력하고, 상기 유성기어세트(PG-2)는 상기 입력축(10)상에서 상기 감속유성기어(PG-1)와 동축상으로 배치된다. 상기 유성기어세트(PG-2)는 상기 입력축(10)을 통한 비감속회전과 상기 유성기어세트(PG-2)를 통한 감속회전을 각각 입력받아 상기 출력축(12)을 통해 다단의 변속비로 변환하여 출력한다.
제1클러치(C-1)와 제2클러치(C-2)는 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2) 사이에 배치되고, 상기 입력축(10)의 회전을 상기 감속유성기어(PG-1)를 통해 상기 유성기어세트(PG-2)에 감속회전으로 입력한다.
제3클러치(C-3)는 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2) 사이에 배치되고, 상기 입력축(10)의 회전을 상기 유성기어세트(PG-2)에 비감속회전으로 입력한다.
제1브레이크(B-1)는 상기 제2클러치(C-2)와 상기 제3클러치(C-3)에 인접하게 배치되고, 제2브레이크(B-2)는 상기 유성기어세트(PG-2)에 인접하게 배치된다.
이 경우, 상기 입력축(10)은 상기 감속유성기어(PG-1)를 장착하는 제1입력축(10a)과, 상기 유성기어세트(PG-2)를 장착하는 제2입력축(10b)으로 분할되어 형성되고, 더욱 상세하게는 상기 제1입력축(10a)과 상기 제2입력축(10b)은 동축상으로 상대회전이 가능하게 설치된다. 또한, 상기 제2입력축(10b)과 상기 출력축(12)도 역시 동축상으로 상대회전이 가능하게 설치된다.
상기 제1입력축(10a)은 상기 감속유성기어(PG-1)와 직접 연결되고, 상기 감속유성기어(PG-1)는 상기 제1클러치(C-1)와 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 유 성기어세트(PG-2)와 가변 연결되며, 상기 제1입력축(10a)은 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 제2입력축(10b)과 가변 연결되는 한편, 상기 제2입력축(10b)은 상기 유성기어세트(PG-2)와 직접 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 감속유성기어(PG-1)는 상기 제1입력축(10a)상에서 회전이 구속된 상태로 설치되는 제1선기어(S1)와, 상기 제1입력축(10a)과 직접 연결되어 동력을 전달받는 제1링기어(R1) 및, 상기 제1선기어(S1)와 상기 제1링기어(R1)에 각각 치합되는 제1캐리어(C1)를 갖추고 있다. 이 경우, 제1캐리어(C1)는 상기 제1선기어(S1)와 상기 제1링기어(R1) 사이에 치합되는 다수의 피니언을 포함하는 것으로, 상기 다수의 피니언은 상기 제1캐리어(C1)에 의해 상호 구속된 상태로 일체를 이루고 있는 것이다. 아울러, 후술되는 제2캐리어(C2)와 제3캐리어(C3)의 경우에도 상기 제1캐리어(C1)와 동일한 구성을 가지므로, 피니언과의 치합관계에 대한 설명은 생략한다.
상기 유성기어세트(PG-2)는 상기 제1클러치(C-1)를 매개로 상기 감속유성기어(PG-1)의 제1캐리어(C1)와 가변 연결되어 동력을 인가받음과 더불어, 상기 제1브레이크(B-1)를 매개로 케이스(14)에 가변 구속되는 제2캐리어(C2)와, 상기 제2캐리어(C2)와 연결되는 제3선기어(S3), 상기 제2클러치(C-2)를 매개로 상기 감속유성기어(PG-1)의 제1캐리어(C1)와 가변 연결되는 제2선기어(S2), 상기 제3클러치(C-3)를 매개로 상기 제1입력축(10a)과 가변 연결되는 제3캐리어(C3), 상기 제3캐리어(C3)와 연결됨과 더불어 상기 제2브레이크(B-2)를 매개로 상기 케이스(14)에 가변 구속되는 제2링기어(R2) 및, 상기 제3캐리어(C3)에 외접하고 상기 출력축(12)과 연결되 는 제3링기어(R3)를 갖추고 있다. 여기서, 상기 제2캐리어(C2)를 구성하는 피니언은 기어비의 적정 설계를 위해 더블 피니언으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제2입력축(10b)은 상기 유성기어세트(PG-2)의 제3캐리어(C3)에 연결된다. 또한, 상기 제2링기어(R2)와 상기 제3캐리어(C3)는 원웨이클러치(16)를 매개로 상기 케이스(14)에 가변 구속되는 구조를 채택하고 있는 바, 상기 원웨이클러치(16)는 상기 제1브레이크(B-1)와 병렬로 설치된다.
상기 제1클러치(C-1)는 상기 제1캐리어(C1)와 연결되고 내주면에 다수의 제1플레이트(20a)를 스플라인결합으로 장착하는 제1리테이너(20)와, 상기 다수의 제1플레이트(20a)와 교번적으로 배치되는 다수의 제1디스크(22a)를 외주면에 스플라인결합으로 장착하는 제1허브(22) 및, 상기 제1리테이너(20)와의 사이에 제1압력실(24a)을 형성하고 상기 제1플레이트(20a)를 향해 배치되는 제1피스톤(24)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제1허브(22)는 상기 제2입력축(10b)에 대해 공회전이 가능하게 설치된 제1슬리브(1)를 매개로 상기 유성기어세트(PG-2)의 제2캐리어(C2)와 연결된다.
또한, 상기 제1클러치(C-1)는 상기 제1피스톤(24)과의 사이에 제1밸런스 체임버(26a)를 형성하도록 상기 제1리테이너(20)에 대해 스플라인 결합되어 스냅링을 매개로 고정되는 제1밸런스 피스톤(26)을 구비하고 있다.
아울러, 상기 제1피스톤(24)과 상기 제1밸런스 피스톤(26) 사이에는 제1리턴 스프링(28)이 설치되어 있어, 상기 제1리턴 스프링(28)은 상기 제1압력실(24a)을 수축하는 방향으로 상기 제1피스톤(24)에 탄성력을 제공하게 된다.
상기 제2클러치(C-2)는 상기 제1캐리어(C1)와 연결되고 외주면에 다수의 제2디스크(30a)를 스플라인결합으로 장착하는 제2허브(30)와, 상기 다수의 제2디스크(30a)와 교번적으로 배치되는 다수의 제2플레이트(32a)를 내주면에 스플라인결합으로 장착하는 제2리테이너(32) 및, 상기 제2리테이너(32)와의 사이에 제2압력실(34a)을 형성하고 상기 제2플레이트(32a)를 향해 배치되는 제2피스톤(34)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제2리테이너(32)는 상기 제2입력축(10b)에 대해 공회전이 가능하게 설치된 제2슬리브(2)를 매개로 상기 유성기어세트(PG-2)의 제2선기어(S2)와 연결된다.
또한, 상기 제2클러치(C-2)는 상기 제2피스톤(34)과의 사이에 제2밸런스 체임버(36a)를 형성하도록 상기 제2입력축(10b)의 외주에 상대회전이 가능하게 설치된 제3슬리브(3)에 대해 스플라인 결합되어 스냅링을 매개로 고정되는 제2밸런스 피스톤(36)을 구비하고 있다.
아울러, 상기 제2피스톤(34)과 상기 제2밸런스 피스톤(36) 사이에는 제2리턴 스프링(38)이 설치되어 있어, 상기 제2리턴 스프링(38)은 상기 제2압력실(34a)을 수축하는 방향으로 상기 제2피스톤(34)에 탄성력을 제공하게 된다.
그리고, 상기 제2허브(30)는 상기 제1밸런스 피스톤(26)에 결합되어, 상기 제1리테이너(20)상에 지지된다.
한편, 상기 제1슬리브(1)와 상기 제2슬리브(2)는 상기 제2입력축(10b)의 외 주에 각각 동축적으로 이격되어 상대회전이 가능하게 배치되는 데, 보다 상세하게는 상기 제2슬리브(2)가 상기 제2입력축(10b)의 외주에 배치되고, 상기 제1슬리브(1)는 상기 제2슬리브(2)의 외주에 배치되는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 제1슬리브(1)는 외주면과 상기 케이스(14) 사이에는 상기 케이스(14)의 내부 공간을 분할하는 센터 서포트(18)가 설치되고, 상기 제1슬리브(1)는 상기 센터 서포트(18)에 대해 상대회전이 가능하게 설치된다. 즉, 상기 제1슬리브(1)의 외주면은 상기 케이스(14)의 내부에서 상기 센터 서포트(18)를 매개로 회전가능하게 지지된다.
상기 제3클러치(C-3)는 상기 제1입력축(10a)에 연결되고 내주면에 다수의 제3플레이트(40a)를 스플라인결합으로 장착하는 제3리테이너(40)와, 상기 다수의 제3플레이트(40a)와 교번적으로 배치되는 다수의 제3디스크(42a)를 외주면에 스플라인결합으로 장착하는 제3허브(42) 및, 상기 제3리테이너(40)와의 사이에 제3압력실(44a)을 형성하고 상기 제3플레이트(40a)를 향해 배치되는 제3피스톤(44)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제3허브(42)는 상기 제2입력축(10b)의 선단부에 일체로 형성된 제1플랜지(10c)에 결합된다.
또한, 상기 제1입력축(10a)의 선단부와 상기 제3슬리브(3)의 선단부는 각각 상기 제1플랜지(10c)의 양측부에 대해 트러스트 베어링(BR)을 매개로 지지된다.
아울러, 상기 제3클러치(C-3)는 상기 제3피스톤(44)과의 사이에 제3밸런스 체임버(46a)를 형성하도록 상기 제3슬리브(3)에 대해 스냅링을 매개로 고정되는 제 3밸런스 피스톤(46)을 구비하고 있다.
또한, 상기 제3피스톤(44)과 상기 제3밸런스 피스톤(46) 사이에는 제3리턴 스프링(48)이 설치되어 있어, 상기 제3리턴 스프링(48)은 상기 제3압력실(44a)을 수축하는 방향으로 상기 제3피스톤(44)에 탄성력을 제공하게 된다.
상기 제1브레이크(B-1)는 상기 제1허브(22)의 외주면에 스플라인결합으로 장착되는 다수의 제4디스크(50)와, 상기 다수의 제4디스크(50)와 교번적으로 배치되고 상기 케이스(14)의 내주면에 스플라인결합으로 다수로 장착되는 제4플레이트(52) 및, 상기 센터 서포트(18)와의 사이에 제4압력실(54a)을 형성하고 상기 제4플레이트(52)를 향해 배치되는 제4피스톤(54)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제1브레이크(B-1)에는 상기 제4압력실(54a)을 수축하는 방향으로 제4피스톤(54)에 탄성력을 제공하는 제4리턴 스프링(56)이 구비되고, 상기 제4리턴 스프링(56)은 상기 센터 서포트(18)에 스냅링을 매개로 고정되는 제1스프링리테이너(58)에 의해 지지된다.
상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제2링기어(R2)의 외주면에 스플라인결합으로 장착되는 다수의 제5디스크(60)와, 상기 다수의 제5디스크(60)와 교번적으로 배치되고 상기 케이스(14)의 내주면에 스플라인결합으로 다수로 장착되는 제5플레이트(62) 및, 상기 센터 서포트(18)와의 사이에 제5압력실(64a)을 형성하고 상기 제5플레이트(62)를 향해 배치되는 제5피스톤(64)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 제2브레이크(B-2)에는 상기 제5압력실(64a)을 수축하는 방향으로 제5피스톤(64)에 탄성력을 제공하는 제5리턴 스프링(66)이 구비되고, 상기 제 5리턴 스프링(66)은 상기 센터 서포트(18)에 스냅링을 매개로 고정되는 제2스프링리테이너(68)에 의해 지지된다.
한편, 상기 제1입력축(10a)과 상기 제2입력축(10b)은 중공축부재로 이루어지고, 상기 제1압력실(24a) 내지 제5압력실(64a)과 개별적으로 연통됨과 더불어, 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2)의 섭동부위에 대한 윤활과 다수의 클러치와 브레이크에 구비된 플레이트와 디스크 사이의 냉각을 위한 오일공급용 토출구멍(11)을 다수로 구비하고 있다.
그리고, 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2)는 상기 케이스(14)의 내부에서 상기 센터 서포트(18)를 중심으로 상호 대향된 공간에 개별적으로 배치된다. 즉, 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2)는 상기 케이스(14)의 내부에서 상기 센터 서포트(18)를 매개로 상호 분할된 공간에 개별적으로 설치된다.
또한, 상기 제3클러치(C-3)는 상기 제1입력축(10a)의 중심에 인접하게 배치되고, 상기 제1클러치(C-1)와 상기 제2클러치(C-2)는 각각 상기 제1입력축(10a)을 중심으로 상기 제3클러치(C-3)의 외주에 배치된다.
그리고, 상기 제1브레이크(B-1)는 상기 제2클러치(C-2)와 상기 센터 서포트(18) 사이에 배치되고, 상기 제2브레이크(B-2)는 상기 제2유성기어세트(PG-2)의 외주에 배치된다.
아울러, 상기 출력축(12)의 선단측 제2플랜지(12a)부는 상기 유성기어세트(PG-2)의 제3캐리어(C3)의 측부에 대해 트러스트 베어링(BR)을 매개로 상대회전 이 가능하도록 설치된다.
한편, 본 발명에 따른 자동 변속기의 기어열은 전진 6속과 후진 1속의 변속비를 출력할 수 있는 바, 각 변속단별 체결되는 작동요소는 도 4에 도시된 표와 같고, 그에 따른 상세 과정은 당업자로부터 자명하므로 생략하기로 한다.
따라서, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 자동 변속기는 상기 케이스(14)의 내부 공간에 있어, 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2) 사이에 다수의 제1클러치(C-1)와 제2클러치(C-2) 및 제3클러치(C-3)를 동심원상으로 배치함으로써, 변속기 전체의 부피를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있게 되고, 변속기 전체의 길이도 축소할 수 있게 된다.
또한, 자동 변속기의 구성부품중 소모부품에 해당하는 플레이트류와 디스크류의 교환시, 변속기를 전체적으로 분해하지 않아도 되므로, 정비에 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다. 이는 상기 다수의 클러치류 부품이 상기 감속유성기어(PG-1)와 상기 유성기어세트(PG-2) 사이의 공간에 집속되어 있기 때문에, 정비시 상기 케이스(14)로부터 제1입력축(10a)과 감속유성기어(PG-1)만을 분해하면 되기 때문인 것이다.
그리고, 상기 제1클러치(C-1) 내지 상기 제3클러치(C-3)는 각각 상기 제1피스톤(24) 내지 상기 제3피스톤(44)에 있어, 상기 제1압력실(24a) 내지 상기 제3압력실(44a)과 대향된 위치로 배치되어 상기 제1밸런스 체임버(26a) 내지 제3밸런스 체임버(46a)를 형성하는 상기 제1밸런스 피스톤(26) 내지 제3밸런스 피스톤(46)이 구비되어 있기 때문에, 상기 제1압력실(24a) 내지 상기 제3압력실(44a)내에 잔류하 는 오일에 의해 발생하는 원심유압을 상쇄시켜 클러치의 작동시 응답성 및 변속품질의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 원심유압에 의해 클러치의 플레이트와 디스크 사이에서 발생하는 불필요한 마찰을 배제하여 클러치류 부품에 대한 내구성을 극대화시킬 수 있는 장점이 있게 된다.