KR101296752B1 - 능동형 자동 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동형 자동 변속기에 관한 것으로서, 외관을 형성하는 하우징; 입력 샤프트와, 상기 입력 샤프트의 외주면에 피라미드 형상으로 결합되는 다수의 입력 기어를 갖는 입력부; 출력 샤프트와, 상기 출력 샤프트의 외주면에 역피라미드 형상을 가지고 배열되어 상기 입력 기어들과 맞물리며 내부에 캠홈이 형성되는 다수의 캠 기어를 갖는 출력부; 상기 캠 기어들의 캠홈 내에 각각 배치되어 상기 캠홈의 내벽에 선택적으로 정지 마찰 및 미끄럼 마찰되는 다수의 마찰부재; 및 상기 입력부의 입력 속도 차에 따라 상기 다수의 캠 기어 중에서 선택되는 어느 하나가 동작되면서 상기 출력 샤프트가 회전될 수 있도록 상기 마찰부재들을 반경 방향 외측으로 가압하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있다.

Description

능동형 자동 변속기{MULTI STAGE AUTOMATIC TRANSMISSION FOR A VEHICLE}
본 발명은, 능동형 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 능동형 자동 변속기에 관한 것이다.
차량 등에 적용되는 자동 변속기의 다단 변속기어 메커니즘은 보통 다수의 유성기어세트의 조합으로 이루어져 있다.
이러한 다수의 유성기어세트가 조합된 기어 트레인(gear train)은 엔진 토크를 변환하여 전달하는 토크 컨버터로부터 회전 동력이 입력될 경우 이를 다단으로 변속하여 출력측으로 전달하는 기능을 수행한다.
이러한 자동 변속기의 파워 트레인은 많은 변속단을 보유하면 보유할수록 동력 성능 및 연료 소비율면에서 유리한 것으로 알려지고 있다. 따라서 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인에 대한 연구가 지속되고 있다.
다만, 동일 변속단을 구현하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력 전달효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에, 보다 견고하고 동력 손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 기어 트레인의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.
현재, 유성기어세트를 이용하는 기어 트레인의 개발 방향은, 기존에 나와 있는 싱글 피니언 유성기어세트 및 더블 피니언 유성기어세트를 어떻게 조합하고, 이에 수반되는 클러치와 브레이크, 그리고 일방향 클러치를 어느 위치에 어떻게 몇 개를 배치하여 가능한 동력 손실이 없이 원하는 변속단과 이에 따르는 변속비를 구현하여 변속기 성능을 향상시킬 수 있는 지에 대해 그 초점이 맞춰져 있다.
한편, 수동 변속기의 경우 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 자주 변속을 해주어야 하는 불편함이 야기될 수 있다.
하지만, 자동 변속기의 경우에 있어서는 운전 상태에 따라 컴퓨터 트랜스미션 제어유닛(CJU)이 자동으로 기어 트레인의 작동을 제어하여 변속을 수행하게 되는 바, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인을 개발하는 것은 매우 중요한 가치가 있다고 할 수 있다.
이러한 추세에 부응하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있음과 아울러, 최근에는 전진 6속 및 전진 8속의 변속단을 구현할 수 있는 자동 변속기의 기어 트레인이 제안되고 있기도 하다.
이에, 본 출원인은 전진 8속, 또는 그 이상 및 이하의 변속단 구현을 용이하게 수행할 수 있음은 물론 변속단 간의 동작이 유기적인 메커니즘으로 조화롭게 동작될 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 종래보다 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 새로운 타입의 차량용 다단 자동 변속기를 대한민국 특허청에 다수 출원한 바 있다.
기출원된 기술들은 다수의 압력실 또는 단일의 압력실을 적용하고 유압의 흐름을 제어하는 일련의 메커니즘으로 다단 변속을 구현한 것이다.
하지만, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 한다면 동력 전달 효율이 향상될 수 있어 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있을 것이라 기대되므로 이에 대한 연구 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 능동형 자동 변속기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 외관을 형성하는 하우징; 입력 샤프트와, 상기 입력 샤프트의 외주면에 피라미드 형상으로 결합되는 다수의 입력 기어를 갖는 입력부; 출력 샤프트와, 상기 출력 샤프트의 외주면에 역피라미드 형상을 가지고 배열되어 상기 입력 기어들과 맞물리며 내부에 캠홈이 형성되는 다수의 캠 기어를 갖는 출력부; 상기 캠 기어들의 캠홈 내에 각각 배치되어 상기 캠홈의 내벽에 선택적으로 정지 마찰 및 미끄럼 마찰되는 다수의 마찰부재; 및 상기 입력부의 입력 속도 차에 따라 상기 다수의 캠 기어 중에서 선택되는 어느 하나가 동작되면서 상기 출력 샤프트가 회전될 수 있도록 상기 마찰부재들을 반경 방향 외측으로 가압하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가압부는, 상기 하우징 내에 마련되어 상기 가압부의 가압동력인 유압을 제공하는 유압 펌프; 상기 출력 샤프트의 내부에 형성되는 단일의 압력실과 상기 다수의 마찰부재를 대응되는 것끼리 연통시키는 다수의 유압 연통로; 상기 다수의 유압 연통로 내에 각각 마련되며, 해당 위치에서 상기 마찰부재를 반경 방향 외측으로 가압하는 피스톤; 및 상기 피스톤이 왕복이동가능하게 수용되는 실린더를 포함할 수 있다.
상기 유압 펌프로부터의 유압은 상기 다수의 유압 연통로를 통해 균일하게 제공될 수 있다.
상기 다수의 캠 기어 중에서 최고속단의 캠 기어는 나머지 저속단들의 캠 기어보다 치폭이 크게 형성될 수 있다.
상기 캠홈의 내벽에는 반경 방향 내측을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌기부 또는 반경 방향 외측을 향해 함몰된 홈부가 더 형성될 수 있다.
상기 입력 샤프트와 상기 다수의 입력 기어는 일방향 클러치에 의해 상호 조립될 수 있다.
상기 가압부는, 상기 캠 기어들의 내부에 각각 마련되어 상기 마찰부재가 이동되는 공간을 형성하는 마찰부재 이동 통로부; 및 상기 마찰부재 이동 통로부에 배치되어 해당 위치에서 상기 마찰부재를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 스프링을 포함할 수 있다.
상기 마찰부재 이동 통로부는 상기 캠 기어의 원주 방향을 따라 등각도 간격을 가지고 다수 개 배열될 수 있다.
상기 다수의 캠 기어 중에서 최고속단의 캠 기어 또는 후진단의 캠 기어의 경우, 상기 마찰부재를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 동력원으로서 유압이 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동 변속기의 개략적인 구조도,
도 2는 도 1의 출력부의 요부 평면 구조도,
도 3은 도 1에 도시된 입력 기어와 캠 기어 간의 배치 상태 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 1단 내지 6단의 캠 기어에 대한 내부 구조도,
도 5는 도 1에 도시된 7단 캠 기어에 대한 내부 구조도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 자동 변속기의 개략적인 구조도,
도 7은 도 6에 도시된 캠 기어의 평면 구조도,
도 8 및 도 9는 각각 도 7의 변형예들이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동 변속기의 개략적인 구조도, 도 2는 도 1의 출력부의 요부 평면 구조도, 도 3은 도 1에 도시된 입력 기어와 캠 기어 간의 배치 상태 사시도, 도 4는 도 1에 도시된 1단 내지 6단의 캠 기어에 대한 내부 구조도, 그리고 도 5는 도 1에 도시된 7단 캠 기어에 대한 내부 구도도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 능동형 자동 변속기는 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
다시 말해, 본 실시예의 능동형 자동 변속기는 유압이 일정하게 작용된 상태에서 입력 속도 차에 의해 변속이 자동으로 발생된다.
본 실시예의 경우, 후진 1단과 전진 7단의 변속기를 도시하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 능동형 자동 변속기는, 하우징(110), 입력부(120), 출력부(150), 마찰부재(180), 그리고 가압부(190)를 갖는다.
하우징(110)은 본 실시예의 능동형 자동 변속기의 외관을 형성한다. 입력부(120)와 출력부(150)가 대략 피라미드 형상을 가지기 때문에 이에 대응되게 하우징(110)의 외관이 결정될 수 있다.
물론, 하우징(110)의 외관은 변속기 주변 장치와의 관계를 고려하여 도 1 및 도 2와는 다른 형상을 가질 수도 있다.
입력부(120)는 입력 샤프트(130)와, 입력 샤프트(130)의 외주면에 피라미드 형상으로 결합되는 다수의 입력 기어(140a∼140c)를 갖는다. 본 실시예의 변속기가 후진 1단과 전진 7단을 가지기 때문에 입력 기어(140a∼140c)는 총 8개가 된다.
입력 샤프트(130)와 다수의 입력 기어(140a∼140c)는 일방향 클러치(125)에 의해 상호 조립된다. 따라서 입력 샤프트(130)가 역방향으로 회전되지 않는다. 물론, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 일방향 클러치(125)가 아니더라도 가능하다.
출력부(150)는 출력 샤프트(160)와, 출력 샤프트(160)의 외주면에 역피라미드 형상을 가지고 배열되는 다수의 캠 기어(170a∼170c)를 갖는다.
캠 기어(170a∼170c) 역시 8개가 마련되어 8개의 입력 기어(140a∼140c)들과 대면하면서 상호 작용한다. 참조부호 170a는 1단∼6단 캠 기어이고, 170b는 최고단인 7단 캠 기어이며, 170c는 후진단의 캠 기어이다.
캠 기어(170a∼170c)들의 내부에는 캠홈(171a,171b,171b',171c)이 형성된다. 캠홈의 형상은 도시된 것과 달리 다양할 수 있다.
한편, 다수의 캠 기어(170a∼170c) 중에서 최고속단인 7단의 캠 기어(170b)는 나머지 저속단들인 1단 내지 6단의 캠 기어(170a)보다 치폭이 크게 형성된다. 이는 7단의 캠 기어(170b) 쪽에서의 출력이 크기 때문이다.
이에 대해 부연한다. 도 4의 경우는 1단 내지 6단의 캠 기어(170a)인데, 이러한 캠 기어(170a)의 내부에 형성되는 캠홈(171a)에는 반경 방향 외측을 향해 함몰된 홈부(G, groove)가 형성된다.
이러한 경우, 도 4의 (a)처럼 홈부(G)에서 마찰부재(180)가 걸릴 때 해당 캠 기어(170a)를 회전시킬 수 있고 나머지 위치에서는 도 4의 (b)처럼 슬립(slip)된다. 물론, 홈부(G) 대신에 캠 기어(170a)의 중심을 향해 돌출된 돌기(미도시)를 형성시켜도 무방하다.
이에 반해, 도 5의 경우는 최고단인 7단의 캠 기어(170b)로서 이러한 캠 기어(170b)의 내부는 도 5의 (a) 및 (b)처럼 그 편심 정도가 다른 캠홈(171b,171b')이 형성된다. 이 때, 양측의 위상차는 180도이며, 내부의 출력 샤프트(160)가 그 둘레면의 넓은 영역에서 캠홈(171b,171b')에 물려 한 몸체를 형성하거나 반대로 마찰될 수 있으므로 토크를 크게 유지할 수 있다.
양측의 위상차가 180도인 이유는, 과부하 토크가 캠 기어(170b)로 전달될 때, 이러한 과부하 토크가 캠 기어(170b)에 대응되는 입력 기어(140b)로 전달되지 않도록, 즉 과부하 토크 발생 시 슬립 현상이 발생되어 항상 일정한 회전수(rpm)만큼만 전달될 수 있도록 하기 위함이다.
마찰부재(180)는 캠 기어(170a∼170c)들의 캠홈(171a,171b,171b',171c) 내에 각각 배치되어 캠홈(171a,171b,171b',171c)의 내벽에 선택적으로 마찰된다. 즉, 마찰부재(180)가 캠홈(171a,171b,171b',171c)의 내벽에 밀착되어 해당 캠 기어(170a∼170c)를 회전시킬 수도 있고, 마찰부재(180)가 캠홈(171a,171b,171b',171c)의 내벽에서 슬립(slip)될 수도 있다. 후자의 경우, 해당 캠 기어(170a∼170c)는 회전되지 않는다.
가압부(190)는 입력부(120)의 입력 속도 차에 따라 캠 기어(170a∼170c)들 중에서 선택되는 어느 하나가 동작되면서 출력 샤프트(160)가 회전될 수 있도록 마찰부재(180)들을 반경 방향 외측으로 가압하는 역할을 한다. 본 실시예에서 가압부(190)의 가압동력은 유압이다.
이러한 가압부(190)는, 하우징(110) 내에 마련되어 가압부(190)의 가압동력인 유압을 제공하는 유압 펌프(191)와, 출력 샤프트(160)의 내부에 형성되는 단일의 압력실(161)과 다수의 마찰부재(180)를 대응되는 것끼리 연통시키는 다수의 유압 연통로(192)와, 다수의 유압 연통로(192) 내에 각각 마련되며 해당 위치에서 마찰부재(180)를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 피스톤(193)과, 피스톤(193)이 왕복이동가능하게 수용되는 실린더(194)를 갖는다.
이 때, 유압 펌프(191)로부터의 유압은 다수의 유압 연통로(192)를 통해 균일하게 제공된다. 다시 말해, 다수의 유압 연통로(192)에 걸리는 유압의 크기는 모두 동일하기 때문에 피스톤(193)에 작용하는 압력 역시 동일하다.
도 1 및 도 2를 참조하면 최고속단인 7단은 직경이 큰 실린더, 그 이하의 저속단은 직경이 작은 실린더를 사용하게 되는데, 이러한 경우 유압 연통로(192)에 같은 압력이 작용하더라도 최고속단은 마찰계수가 클 것이고 나머지 저속단은 마찰계수가 작게 유지될 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2에 도시된 후진은 별도의 독립 유로 통로(198)가 있어서 운전석 등에 마련되는 레버 작동에 의하여 후진에만 압력이 공급되어 후진이 이루어진다. 최고속단은 자동변속기의 토크컨버터와 같은 작용을 한다. 구동력 이상 마찰력이 높으면 마찰 미끄럼 회전하고 구동력 이하일 경우는 정지 마찰 회전한다.
이러한 구성에 의해, 유압이 일정하게 작용된 상태에서 만약 최초 입력부(120) 측의 7단에서 규정 속도 이상, 즉 과토크가 걸리면 출력부(150) 측의 7단 캠 기어(170b)에서 슬립(slip)이 발생된다.
이로 인해 입력부(120) 측의 6단으로 동력이 전달되어 결과적으로 출력부(150) 측의 6단 캠 기어(170a)를 회전시키게 되어 출력 샤프트(160)를 통해 출력된다.
입력측 7단에서 과토크가 걸릴 때 출력측 7단에서 슬립이 발생되는 이유는, 출력측 7단 캠 기어(170b)의 캠홈(171b,171b')과 마찰부재(180)의 접촉면 사이에 작용하는 정지 마찰모멘트에 비해 출력 샤프트(160)로 전달되는 토크가 증대함에 따라 출력측 7단 캠 기어(170b)의 캠홈(171b,171b')과 마찰부재(180) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하고. 이에 출력측 7단 캠 기어(170b)는 출력 샤프트(160)에 대해 슬립하게 된다. 한편, 출력 샤프트(160)의 중심으로부터 출력측 6단 캠 기어(170a)의 캠홈(170a)과 마찰부재(180)가 접촉하는 반경은 출력측 7단 캠 기어(170b)의 캠홈(171b,171b')과 마찰부재(180)가 접촉하는 반경보다 크므로, 출력측 6단 캠 기어(170a)의 캠홈(171a)과 마찰부재(180)의 접촉면 사이에 작용하는 정지 마찰모멘트에 비해 출력 샤프트(160)로 전달되는 토크가 작아, 이에 출력측 6단 캠 기어(170a)의 캠홈(171a)과 마찰부재(180)가 정지 마찰하게 되어, 입력부(120)의 동력은 6단의 입력 기어(140a)를 통해 출력측 6단 캠 기어(170a)와 출력측 6단 캠 기어(170a)에 수용된 마찰부재(180)를 거쳐 출력 샤프트(160)로 전달, 즉 6단 쪽으로 자동 전달된다. 결과적으로 유압이 일정하게 작용된 상태에서 입력 속도 차에 의해 변속이 자동으로 발생된 것임을 알 수 있다.
보다 구체적으로 설명한다.
출발 시 가속 페달을 밟으면 가속 페달에 신호에 의하여 솔레노이드 밸브(미도시)가 열려 유압 펌프(191)로부터의 압유가 피스톤(193)에 가해져 피스톤(193)이 마찰부재(180)를 밀고, 이로 인해 캠 기어(170a,170b)에 접촉하여 최고속단에 부하가 걸려 회전하게 된다. 이때, 견인력이 저하되어 견인력에 지게 되면 캠 기어(170a,170b)와 마찰부재(180) 사이에는 미끄럼 마찰 회전이 발생하게 된다. 그러면 6단에 부하가 걸린다. 이때도 견인력에 지게 되면 5단에 부하가 결린다. 5단에서도 견인력에 지게 되면 4단에 부하가 걸린다. 연속적으로 견인력에 의하여 능동적으로 구동력, 견인력에 맞는 단에서 변속이 이루어진다. 견인력이 회복되면 능동적으로 고속단 쪽으로 이동하면서 최적의 변속단에서 변속이 이루어진다.
능동적으로 변속이 이루어지는 메커니즘은 다음과 같다.
7단속에는 구동력 최대 견인력이 입력되어 있다. 즉 캠 기어(170a,170b)의 내주면과 마찰부재(180)가 그에 맞는 마찰력을 유지시킬 수 있는 유압(또는 스프링 탄성력)에 의해서다. 저속 쪽 이동은 견인력이 저하되면 견인력에 마찰력이 지게 되면 마찰부재(180)가 밀리게 되어 캠 기어(170a,170b) 내주면과 마찰부재(180)가 정지 마찰 상태에서 미끄럼 마찰 회전이 이루어져 출력측과 입력측의 원주 차이와 일방향 클러치(125)에 공회전하고 있는 저속단에서 부하가 걸린다. 고속단에서 마찰 미끄럼 회전되면 다음단 저속단에서 부하가 걸리는 구조와 다시 견인력이 회복되면 어떤 조작도 없이 고속단으로 변속이 이루어진다.
예를 들어, 4단에서 부하 회전되는 경우, 7, 6, 5단은 미끄럼 마찰 회전이 되고, 4단은 정지 마찰 회전, 3, 2, 1단은 일방향 클러치에 의하여 공회전이 된다.
동반 주행에서 평탄 주행이 될 경우, 견인력이 회복된다. 구동륜 최대 견인력이 입력되어 있는 7단 쪽으로 이동이 이루어진다. 4단에서 정지 마찰 부하 회전하더라도 항상 높은 단으로 이동하려는 메커니즘이 존재하기 때문에, 견인력이 회복되면 높은 단으로 변속이 능동적으로 변속이 이루어진다. 4단에서 변속 중일 경우, 7단의 구동륜이 최대 견인력의 회전력이 유지되고 있고 6단도 약간의 회전력이 유지되고 있고, 5단도 미끄럼 마찰 회전에 의하여 약한 회전력이 유지되기 때문에 고속단으로 이동하려는 힘이 존재하는 것이다.
다시 말해, 가속 페달 센서에 의하여 페달을 밟게 되면 솔레노이드 밸브(미도시)에 의하여 압력이 주어지면서 최고속단부터 부하가 걸린다. 주행 조건에 따라 견인력이 저하되면 저속단으로 이동 변속 견인력이 회복되면 고속단으로 변속 조작 또는 T.C.U 또는 E.C.C 제어의 필요 없이 능동적으로 변속이 이루어진다.
가속 페달에서 발을 떼면 가속 페달 센서와 솔레노이드 밸브에 의하여 압력이 제로가 되어 중립이 된다.
출력 샤프트(160)는 정지상태는 회전상태든 마찰력만큼 토크가 존재하게 되나 저속단은 계속적으로 고속단 마찰력에 영향을 받는다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 자동 변속기의 개략적인 구조도이고, 도 7은 도 6에 도시된 캠 기어의 평면 구조도이다.
전술한 실시예는 전체를 유압으로 구동하는 것인데 반해, 도 6의 실시예는 전체를 스프링(293)의 탄성력으로 구동하고 있다.
도 6에 도시된 능동형 자동 변속기 역시, 하우징(210), 입력부(220), 출력부(250), 마찰부재(280), 그리고 가압부(290)를 구비한다.
입력부(220)는 입력 샤프트(230)와, 입력 샤프트(230)의 외주면에 피라미드 형상으로 결합되는 다수의 입력 기어(240)를 갖는다. 입력 샤프트(230)와 다수의 입력 기어(240)는 일방향 클러치(225)에 의해 상호 조립된다.
그리고 출력부(250)는 출력 샤프트(260)와, 출력 샤프트(260)의 외주면에 역피라미드 형상을 가지고 배열되는 다수의 캠 기어(270)를 갖는다.
한편, 도 6의 경우, 가압부(290)는, 캠 기어(270)들의 내부에 각각 마련되어 마찰부재(280)가 이동되는 공간을 형성하는 마찰부재 이동 통로부(291)와, 마찰부재 이동 통로부(291)에 배치되어 해당 위치에서 마찰부재(280)를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 스프링(293)을 갖는다.
이때, 마찰부재 이동 통로부(291)는 캠 기어(270)의 원주 방향을 따라 등각도 간격을 가지고 다수 개 배열될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 캠 기어(270)의 내부에는 캠홈(271)이 마련되고, 캠홈(271)에는 반경 방향 내측을 향해 돌출된 돌기부(T1)가 마련되는데, 본 실시예의 경우, 돌기부(T1)가 2개인 경우를 예시하고 있다.
이러한 경우, 마찰부재(280)와 스프링(293) 역시 돌기부(T1)들의 개수에 대응되게 마련될 수 있으며, 마찰부재(280)는 돌기부(T1) 사이에서 미끄럼 마찰되거나 돌기부(T1)에 의해 구속되어 해당 캠 기어(270)와 함께 회전되면서 동력을 전달할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 스프링(293)들에 의한 압력이 일정하게 작용된 상태에서 만약 최초 입력부(220) 측의 7단에서 규정 속도 이상, 즉 과토크가 걸리면 출력부(250) 측의 7단 캠 기어(270)에서 전술한 바와 같이, 슬립이 발생된다.
이로 인해 입력부(220) 측의 6단으로 동력이 전달되어 결과적으로 출력부(250) 측의 6단 캠 기어(270)를 회전시키게 되어 출력 샤프트(260)를 통해 출력될 수 있다.
본 실시예의 작용에 대해 간략하게 설명한다.
구동륜의 최대 견인력을 최고속단의 스프링(293) 쪽에 입력하고, 나머지 저속단은 최고속단보다 낮은 스프링(293)을 입력한다. 동력이 입력측에 전달되면 입력측과 출력측이 맞물려 회전된다. 도 1 및 도 2처럼 유압으로 작동될 경우, 압력이 제로(zero)가 되면 중립 상태가 된다. 입력측은 정상 회전되고 출력측은 캠 기어(270)가 공회전되어 중립 상태가 된다.
출발 시 견인력이 저하되면 최고속단의 압력(마찰력) 견인력에 마찰부재(280)가 출력측 캠 기어(270)의 돌기부(T1∼T3, 도 7 내지 도 9 참조)를 넘게 되어 마찰 미끄럼 회전된다. 따라서 입력측 일방향 클러치(225)에 의하여 공회전하고 있는 다음 단에 부하가 걸린다. 다음 단에서도 견인력이 저하되면 마찰부재(280)가 출력측 캠 기어(270)의 돌기부(T1∼T3, 도 7 내지 도 9 참조)를 넘게 되어 다다음 저속단에 부하가 걸리게 된다. 견인력을 이길 때까지 저속단으로 연속 능동적으로 변속이 이루어진다. 압력에 의한 마찰계수가 견인력에 지게 되면 연속적으로 이동하면서 능동적으로 최적의 연속단에서 변속이 이루어진다. 견인력이 회복되면 능동적으로 변속이 이루어진다.
최고속단은 구동륜이 최대 견인력의 유압이 입력되고 있으므로 마찰 미끄럼 회전에 의하여 출력 샤프트(260)에 구동륜 최대 견인력의 토크가 유지된다. 다른 단도 적은 토크가 유지하므로 계속 저속단에서 고속단으로 이동하려는 힘에 존재하게 된다.
견인력이 회복된 만큼 능동적으로 구동력과 견인력에 맞는 변속단에서 변속이 이루어진다. 유지가 되고 있는 최고속단의 토크와 저속단의 입력, 출력 기어비에 의하여 저속단은 약한 마찰력(유압)만 있어도 부하가 걸리게 된다. 변속단이 다단으로 되어 있으나 실지 변속과정에서는 무단으로 변속이 이루어진다.
도 8 및 도 9는 각각 도 7의 변형예들이다.
이들 도면에 도시된 캠 기어(370,470)들의 내부에 마련되는 캠홈(371,471)에는 반경 방향 내측을 향해 돌출된 돌기부(T2,T3)가 마련되는데, 도 8의 경우에는 돌기부(T2)가 4개, 도 9의 경우에는 돌기부(T3)가 1개인 경우를 나타내고 있다.
이러한 경우, 마찰부재(380,480)와 스프링(393,493) 역시 돌기부(T2,T3)들의 개수에 대응되게 마련될 수 있으며, 마찰부재(380,480)는 돌기부(T2,T3) 사이에서 미끄럼 마찰되거나 돌기부(T2,T3)에 의해 구속되어 해당 캠 기어(370,470)와 함께 회전되면서 동력을 전달할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
도 1 및 도 2의 경우는 유압이 단독으로 적용된 경우이고, 도 6의 경우는 스프링의 탄성력이 단독으로 적용된 경우이나 이들은 복합적으로 적용될 수도 있다. 예컨대, 최고속단은 유압으로, 그리고 나머지 저속단은 스프링의 탄성력으로 적용할 수도 있을 것이다.
한편, 본 실시예의 경우에는 특히, 변속이 능동적으로 진행되기 때문에 여러 용도로 사용이 가능하다. 예컨대, 이륜차, 선박, 각종 산업용 등 폭넓게 사용이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 하우징 120 : 입력부
150 : 출력부 180 : 마찰부재
190 : 가압부 191 : 유압 펌프
192 : 유압 연통로 193 : 피스톤
194 : 실린더

Claims (9)

  1. 삭제
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  7. 외관을 형성하는 하우징;
    입력 샤프트와, 상기 입력 샤프트의 외주면에 피라미드 형상으로 결합되는 다수의 입력 기어를 갖는 입력부;
    출력 샤프트와, 상기 출력 샤프트의 외주면에 역피라미드 형상을 가지고 배열되어 상기 입력 기어들과 맞물리며 내부에 캠홈이 형성되는 다수의 캠 기어를 갖는 출력부;
    상기 캠 기어들의 캠홈 내에 각각 배치되어 상기 캠홈의 내벽에 선택적으로 정지 마찰 및 미끄럼 마찰되는 다수의 마찰부재; 및
    상기 입력부의 입력 속도 차에 따라 상기 다수의 캠 기어 중에서 선택되는 어느 하나가 동작되면서 상기 출력 샤프트가 회전될 수 있도록 상기 마찰부재들을 반경 방향 외측으로 가압하는 가압부를 포함하며,
    상기 가압부는,
    상기 캠 기어들의 내부에 각각 마련되어 상기 마찰부재가 이동되는 공간을 형성하는 마찰부재 이동 통로부; 및
    상기 마찰부재 이동 통로부에 배치되어 해당 위치에서 상기 마찰부재를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마찰부재 이동 통로부는 상기 캠 기어의 원주 방향을 따라 등각도 간격을 가지고 다수 개 배열되는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 캠 기어 중에서 최고속단의 캠 기어 또는 후진단의 캠 기어의 경우, 상기 마찰부재를 반경 방향 외측으로 선택 가압하는 동력원으로서 유압이 적용되는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
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