KR101334519B1 - 자동 변속기의 파워 트레인 - Google Patents

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KR101334519B1
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김철진
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현대 파워텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 2개의 유성기어셋을 이용하여 7개의 회전요소를 구성하고, 4개의 클러치와 3개의 브레이크를 이용하여 3개의 회전요소를 선택 체결함으로써, 전진 9단과 후진 1단을 형성할 수 있게 한 자동 변속기의 파워 트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 변속기의 파워 트레인은, 연속해서 회전연결되는 3개의 회전요소를 포함하되, 외측의 제1회전요소(110)가 입력축(IN)에 항시 연결되고, 제2회전요소(120)와 제3회전요소(130)가 각각 브레이크(B1,B2)와 클러치(C1,C2)에 의해 단속되도록 구성된 제1유성기어셋(100); 및 회전연결되는 제1 내지 제4회전요소(210~240)를 포함하되, 외측의 제1회전요소(210)가 클러치(C3)를 통해 입력축(IN)에 연결되며, 제2회전요소(220)가 출력축(OUT)에 항시 연결되고, 제3회전요소(230)가 브레이크(B3)와 클러치(C4)에 의해 단속되며, 제4회전요소(240)가 상기 클러치(C1,C2)를 매개로 연결된 제2유성기어셋(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다. 특히, 상기 제1유성기어셋(100)은 싱글 피니언 유성기어 또는 더블 피니언 유성기어인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2유성기어셋(200)은 2개의 유성기어가 조합된 라비뉴 유성기어, 심프슨 유성기어, 투심플 유성기어, 또는 적층형 유성기어인 것을 특징으로 한다.

Description

자동 변속기의 파워 트레인{POWER TRAIN FOR AUTOMISSION}
본 발명은 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력과 출력을 포함하여 2개의 유성기어셋으로 7개의 회전요소로 구성하고, 이들을 4개의 클러치와 3개의 브레이크를 통해 3개의 회전요소를 선택 체결하여 전진 9단과 후진 1단 변속이 가능하도록 한 자동 변속기의 파워 트레인에 관한 것이다.
일반적으로 주행 속도에 따라 기어가 자동으로 변속이 이루어지는 자동 변속기는 클러치를 없애고 자동적으로 최적의 토크 변환을 얻을 수 있도록 하기 위한 것으로, 토크컨버터와 유성기어를 조합한 것이 있다.
현재, 이러한 자동 변속기는 기존의 3~4단이었던 단수를 연비향상을 위하여 6~8단의 자동 변속기가 많이 채택되어 적용되어 왔다. 또한, 자동차 업계에서는 9~10단의 자동 변속기를 개발하는데 많은 연구가 진행되고 있으며, 2013년 경에는 이러한 9~10단의 자동 변속기가 상용화될 전망이다.
하지만, 이러한 다단수의 자동 변속기는 단수가 높아지면 높아질수록 부품수도 증가하고, 자체 중량도 늘어나기 때문에 그만큼 연비향상에 어려움이 있었다. 즉 자동 변속기의 중량이 늘어나는 만큼 다 단화를 구현하더라도 연비향상 효과와 상쇄되어 버리게 되었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 2개의 유성기어셋을 이용하여 7개의 회전요소를 구성하고, 4개의 클러치와 3개의 브레이크를 이용하여 3개의 회전요소를 선택 체결함으로써, 전진 9단과 후진 1단을 형성할 수 있게 한 자동 변속기의 파워 트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 변속기의 파워 트레인은, 연속해서 회전연결되는 3개의 회전요소를 포함하되, 외측의 제1회전요소(110)가 입력축(IN)에 항시 연결되고, 제2회전요소(120)와 제3회전요소(130)가 각각 브레이크(B1,B2)와 클러치(C1,C2)에 의해 단속되도록 구성된 제1유성기어셋(100); 및 회전연결되는 제1 내지 제4회전요소(210~240)를 포함하되, 외측의 제1회전요소(210)가 클러치(C3)를 통해 입력축(IN)에 연결되며, 제2회전요소(220)가 출력축(OUT)에 항시 연결되고, 제3회전요소(230)가 브레이크(B3)와 클러치(C4)에 의해 단속되며, 제4회전요소(240)가 상기 클러치(C1,C2)를 매개로 연결된 제2유성기어셋(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
특히, 상기 제1유성기어셋(100)은 싱글 피니언 유성기어 또는 더블 피니언 유성기어인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2유성기어셋(200)은 2개의 유성기어가 조합된 라비뉴 유성기어, 심프슨 유성기어, 투심플 유성기어, 또는 적층형 유성기어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동 변속기의 파워 트레인에 따르면, 전진 9단과 후진 1단을 구현하는데 필요한 자동 변속기의 요소수를 줄여 중량·원가 그리고 부품수를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 컴팩트한 구조가 가능해 탑재성이 향상되고 다단화로 인한 성능향상과 자동 변속기의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 파워 트레인의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 파워 트레인의 동작에 따른 속도 선도.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 파워 트레인에 의해 전진 9단과 후진 1단의 속도 선도를 보여주기 위한 선도 그래프.
도 4a는 본 발명의 실시예2에 따른 파워 트레인의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 구성도.
도 4b는 본 발명의 실시예2에 따른 파워 트레인의 속도 선도를 나타내는 선도 그래프.
도 4c는 본 발명의 실시예2에 따른 파워 트레인의 변속 1단 내지 변속 3단의 속도 선도를 나타내는 선도 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 파워 트레인의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예4에 따른 파워 트레인의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(구성)
본 발명은 2개의 유성기어셋을 이용하여 7개의 회전요소로 구성하고, 이들 회전요소 중에서 3개의 구성요소가 3개의 브레이크와 4개의 브레이크에 의해 선택적으로 체결되게 하여 전진 9단과 후진 1단이 수행되도록 한 것이다.
특히, 상기 유성기어셋 중에서 어느 하나는 싱글 피니언 유성기어나 더블 피니언 유성기어를 이용할 수 있고, 다른 유성기어셋은 2개의 유성기어가 조합된 라비뉴 유성기어, 심프슨 유성기어, 투심플 유성기어, 또는 적층형 유성기어를 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예1에 따른 파워 트레인은, 도 1과 같이, 제1유성기어셋(100)과 제2유성기어셋(200)을 포함하여 구성된다. 이때, 이들 제1 및 제2유성기어셋(100,200)은 3개의 브레이크(B1~B3)와 4개의 클러치(C1~C4)에 의해 선택적으로 연결 및 단속되게 된다.
제1유성기어셋(100)은, 세 개의 제1 내지 제3회전요소(110~130)가 서로 치합되어 구동되게 되며, 특히 외측의 제1회전요소(110)는 입력축(IN)과 항상 연결된다. 여기서, "외측"이란 회전속도가 가장 빠른 구성요소로서 유성기어 선기어(Sun Gear)일 수 있다.
그리고, 제2회전요소(120)와 제3회전요소(130)는 각각 브레이크(B1,B2)와 클러치(C1,C2)에 의해 동력의 전달 및 차단이 단속받게 된다. 이러한 제2회전요소(120)와 제3회전요소(130)는 유성기어의 캐리어와 링 기어일 수 있다.
또한, 상기 클러치(C1,C2)에 의해 전달되는 동력은 후술하게 될 제2유성기어셋(200)으로 전달하게 된다.
제2유성기어셋(200)은 제1 내지 제4회전요소(210~240)를 포함하여 구성된다. 그리고, 외측의 제1회전요소(210)는 클러치(C3)를 매개로 입력축(IN)과 직결되게 연결된다. 그리고, 또 다른 외측인 제4회전요소(240)는 상기 클러치(C1,C2)를 통해 제1유성기어셋(100)과 연결된다.
그리고, 이들 외측 사이의 내측에는 제2회전요소(220)와 제3회전요소(230)가 설치된다. 제2회전요소(220)는 출력축(OUT)과 바로 연결된다. 또한, 제3회전요소(230)는 브레이크(B3)와 클러치(C4)에 의해 동력의 선택적으로 단속되게 된다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 파워 트레인은, 아래의 [표 1]과 같이 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3)의 작동에 의해, 도 2와 같은 속도 선도를 따라서 전진 9단과 후진 1단의 기어 변속 상태를 보이게 된다.
Figure 112012089305518-pat00001
도 2와 상기 [표 1]에 따라 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3)의 구속에 의해 변속된 속도 선도는 도 3과 같다. 도 3에서와 같이, 본 발명은 전진 9단과 후진 1단의 변속 상태가 이루어짐을 알 수 있다. 도 3에서, 속도 선도의 변화는 굵은 선으로 표시하였으며, 이 속도 선도에 있는 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3)의 작동에 의해 전진 9단과 후진 1단의 기어 변속이 이루어진다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2유성기어셋은 적층형 유성기어인 경우만으로 설명하고 있으나, 라비뉴 유성기어나 심프슨 유성기어 또는 투심플 유성기어를 적용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 실시예1과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예2에 따른 파워 트레인은, 도 4a와 같이, 제1유성기어셋(100)을 구성하는 내측의 회전요소, 즉 제2회전요소(120)에 원웨이 클러치(OWC)를 더 구성한 것이다.
특히, 상기 원웨이 클러치(OWC)는 다음의 [표 2]와 같이, 1단에서 제2회전요소(120)를 구속할 수 있게 함으로써, 출발시의 슬립 등을 방지할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
Figure 112012089305518-pat00002
도 4b는 각각의 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3) 그리고 원웨이 클러치(OWC)가 상기 [표 2]와 같이 동작함에 따라 얻어지는 속도 선도를 보여준다. 실시예2의 경우, 상기 [표 1] 및 [표 2]에서와 같이, 변속 1단 내지 변속 3단의 경우를 제외하고는 실시예1과 동일하게 수행된다. 이에, 실시예1과 다른 변속단의 속도 선도는 도 4c와 같다.
본 발명의 실시예3에 따른 파워 트레인은, 도 5와 같이, 유성기어셋으로서 제1유성기어셋을 대신하여 싱글 피니언 유성기어(100')를 적용하고, 제2유성기어셋을 대신하여 적층형 유성기어(200')를 적용한 예를 보여준다.
싱글 피니언 유성기어(100')는 단일 유성기어로서, 3개의 회전요소, 즉 선 기어(S1)와 링 기어(R1) 그리고 캐리어(Ca1)를 포함한다. 이때, 선기어(S1)는 입력축(IN)과 연결된다.
링 기어(R1)와 캐리어(Ca1)는 각각 브레이크(B1,B2) 그리고 클러치(C1,C2)에 의해 동력전달 및 차단되도록 구속되게 된다. 여기서, 브레이크(B1,B2)와 클러치(C1,C2)는 상술한 실시예1과 같은 동작이 이루어질 수 있도록 링 기어(R1)와 캐리어(Ca1)를 구속한다.
적층형 유성기어(200')는 한 쌍의 단일 유성기어를 적층한 형태의 구조로서, 4개의 회전요소를 갖게 된다. 즉, 실질적으로 유성기어가 한쌍이므로 6개의 회전요소로 구성되나, 이 중에서 한쌍의 캐리어(Ca2,Ca3)가 동시에 회전하고, 어느 하나의 링기어와 선기어로 구성된 링-선기어(R-S)가 동시에 동작하게 된다. 여기서, 캐리어는 복수의 유성기어를 고정시켜 주기 위한 구성요소이다. 그리고, 이 링-선기어(R-S)는 클러치(C3)에 의해 입력축(IN)으로부터 선택적으로 동력을 전달받게 된다.
한편, 한쌍의 캐리어(Ca2,Ca3)는 상술한 바와 같이 함께 회전하도록 구성되며 출력축(OUT)이 연결되고, 이러한 캐리어(Ca2,Ca3)는 링-선기어(R-S)와 치합되어 회전하게 된다.
또한, 상기 캐리어(Ca2)에는 링 기어(R2)가 치합된다. 링 기어(R2)는 브레이크(B3)와 클러치(C4)에 의해 동력의 전달 및 차단이 이루어지고, 특히 이 클러치(C4)는 링 기어(R2)가 입력축(IN)으로부터 동력을 전달 및 차단될 수 있도록 동작한다.
그리고, 다른 캐리어(Ca3)에는 선 기어(S2)가 치합된다. 이때, 선 기어(S2)는 상술한 싱글 피니언 유성기어(100')의 클러치(C1,C2)를 통해 동력을 전달받게 된다.
이와 같이 이루어진 실시예3의 파워 트레인은 실질적으로, 상술한 실시예1의 구성과 동일하여 그 속도 선도에 있어서도 전진 9단과 후진 1단의 변속이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예4에 따른 파워 트레인은, 도 6과 같이, 더블 피니언 유성기어(100")와 적층형 유성기어(200')를 이용한다. 여기서, 적층형 유성기어(200')의 구성은 상술한 실시예3과 동일하기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
더블 피니언 유성기어(100")는, 캐리어(C)와 선 기어(S1) 그리고 링 기어(R)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 선 기어(S1)는 실시예3과 동일한 구성이기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
링 기어(R)는 상술한 실시예3과 동일하게 구성되나, 여기에는 원웨이 클러치(OWC)를 더 구비하여 출발시 등의 슬립 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.
캐리어(C)는 한쌍으로 이루어지며, 상술한 실시예3과 같이 클러치(C1)에 의해 선택적으로 단속되면서 그 출력을 적층형 유성기어(200')로 출력시켜 주게 된다. 이러한 캐리어(C)는 쌍으로 구성된 점을 제외하고 상술한 실시예와 동일한 구성이기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 실시예4에서, 적층형 유성기어(200')를 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 라비뉴 유성기어나 심프슨 유성기어 또는 투심플 유성기어를 적용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 2개의 유성기어셋을 통해 7개의 회전요소를 구성하고, 3개의 브레이크와 4개의 클러치를 이용하여 3개의 회전요소를 동작시켜 줌으로써, 전진 9단과 후진 1단의 다변속이 가능하게 되는 것이다.
100 : 제1유성기어셋
100' : 싱글 피니언 유성기어
110~130 : 제1 내지 제3회전요소
200 : 제2유성기어셋
200' : 적층형 유성기어
210~240 : 제1 내지 제4회전요소
B1~B3 : 브레이크
C1~C4 : 클러치
OWC : 원웨이 클러치

Claims (5)

  1. 연속해서 회전연결되는 3개의 회전요소를 포함하되, 외측의 제1회전요소(110)가 입력축(IN)에 항시 연결되고, 제2회전요소(120)와 제3회전요소(130)가 각각 브레이크(B1,B2)와 클러치(C1,C2)에 의해 단속되도록 구성된 제1유성기어셋(100); 및
    회전연결되는 제1 내지 제4회전요소(210~240)를 포함하되, 외측의 제1회전요소(210)가 클러치(C3)를 통해 입력축(IN)에 연결되며, 제2회전요소(220)가 출력축(OUT)에 항시 연결되고, 제3회전요소(230)가 브레이크(B3)와 클러치(C4)에 의해 단속되며, 제4회전요소(240)가 상기 클러치(C1,C2)를 매개로 연결된 제2유성기어셋(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유성기어셋(100)은 싱글 또는 더블 피니언 유성기어이고,
    상기 제2유성기어셋(200)은, 2개의 유성기어가 조합된 라비뉴 유성기어·투심플 유성기어·심프슨 유성기어 또는 적층형 유성기어인 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자동 변속기의 파워 트레인은, 각 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3)가 다음의 표와 같이 동작하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
    Figure 112012089305518-pat00003
  4. 제 3 항에 있어서,
    내측의 회전요소(120,130) 중에서 적어도 하나에는 원웨이 클러치(OWC)와 연결된 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자동 변속기의 파워 트레인은, 각 클러치(C1~C4)와 브레이크(B1~B3) 그리고 원웨이 클러치(OWC)가 다음의 표와 같이 동작하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 파워 트레인.
    Figure 112012089305518-pat00004
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