KR101344377B1

KR101344377B1 - 다단 자동 변속기

Info

Publication number: KR101344377B1
Application number: KR1020110090929A
Authority: KR
Inventors: 현경열
Original assignee: 서기철
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-12-24
Also published as: KR20130027380A

Abstract

본 발명은, 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 입력축; 상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어; 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 복수의 출력측 캠기어; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 하나씩 대응되게 상기 캠공간을 사이에 두고 분리된 상태로 배치되고, 내부에 수용실을 형성하며, 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하는 하나 이상의 연통로가 형성된 출력축; 상기 연통로에 왕복이동가능하게 마련되어, 상기 출력측 캠기어에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어의 회전력을 상기 출력축으로 전달 및 전달해제하는 복수의 연결핀; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 수용실에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 상기 연결핀을 록킹 및 록킹해제하여, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착해제 및 밀착하는 복수의 로더; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 마련되어, 전원의 인가 여부에 따라 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격 및 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시키는 복수의 전자석 코일부; 및 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 출력측 캠기어 중 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 상기 출력축이 회전되도록 해당 전자석 코일부의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 자동 변속기{MULTI STAGE AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은, 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기 신호에 의해 자력을 발생하여 자동으로 변속할 수 있는 다단 자동 변속기에 관한 것이다.

차량 및 산업기계 등에 적용되는 자동 변속기의 다단 변속기어 메커니즘은 보통 복수의 유성기어세트의 조합으로 이루어져 있다.

이러한 복수의 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 이러한 추세에 맞추어, 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 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 새로운 타입의 다단 자동 변속기를 제안하기에 이르렀다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기 신호에 의해 자력을 발생하여 변속함으로써, 변속단 구현을 용이하게 수행할 수 있음은 물론 변속단 간의 동작이 유기적인 메커니즘으로 조화롭게 동작될 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 새로운 타입의 다단 자동 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 입력축; 상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어; 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 복수의 출력측 캠기어; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 하나씩 대응되게 상기 캠공간을 사이에 두고 분리된 상태로 배치되고, 내부에 수용실을 형성하며, 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하는 하나 이상의 연통로가 형성된 출력축; 상기 연통로에 왕복이동가능하게 마련되어, 상기 출력측 캠기어에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어의 회전력을 상기 출력축으로 전달 및 전달해제하는 복수의 연결핀; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 수용실에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 상기 연결핀을 록킹 및 록킹해제하여, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착해제 및 밀착하는 복수의 로더; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 마련되어, 전원의 인가 여부에 따라 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격 및 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시키는 복수의 전자석 코일부; 및 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 출력측 캠기어 중 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 상기 출력축이 회전되도록 해당 전자석 코일부의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기를 제공한다.

여기서, 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하여 상기 연결핀이 록킹해제될 때, 상기 연결핀은 상기 출력측 캠기어에 밀착하여 상기 밀착된 출력측 캠기어의 회전력을 출력축으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수용실을 관통하며 상기 출력축에 결합되어, 외면을 따라 상기 복수의 로더가 슬라이딩 가능하게 결합되는 로더 축을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 탄성력을 제공하는 스프링을 더 포함하며, 상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 척력을 발생하는 복수의 영구자석을 더 포함하며, 상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 탄성력을 발생하는 한 쌍의 스프링을 더 포함하며, 상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어로부터 밀착해제시킬 수 있다.

상기 연결핀은 양단부가 아크(arc)형상을 가지며, 양단부 사이에 복수의 판재가 적층된 블록(block)으로 이루어지며, 일단부는 상기 한 쌍의 로더에 록킹 및 록킹해제되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 입력측 기어는 일방향 클러치에 의해 상기 입력축과 결합되어 함께 회전되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 입력축; 상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어; 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 복수의 출력측 캠기어; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 하나씩 대응되게 상기 캠공간을 사이에 두고 분리된 상태로 배치되고, 내부에 수용실을 형성하며, 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하는 하나 이상의 연통로가 형성된 출력축; 상기 연통로에 왕복이동가능하게 마련되어, 상기 출력측 캠기어에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어의 회전력을 상기 출력축으로 전달 및 전달해제하는 복수의 연결핀; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 수용실에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 상기 연결핀을 록킹 및 록킹해제하여, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착해제 및 밀착하는 복수의 로더; 상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 탄성력을 발생하는 복수의 스프링; 상기 출력축의 반경방향으로 왕복이동하도록 상기 한 쌍의 로더와 경사를 이루며 슬라이딩하여, 상기 한 쌍의 로더를 상호 이격시키는 복수의 쐐기링; 상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 한 쌍의 로더 사이에 마련되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 상기 쐐기링에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어로부터 밀착해제시키는 복수의 전자석 코일부; 및 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 출력측 캠기어 중 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 상기 출력축이 회전되도록 해당 전자석 코일부의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전기 신호에 의해 자력을 발생하여 변속함으로써, 변속단 구현을 용이하게 수행할 수 있음은 물론 변속단 간의 동작이 유기적인 메커니즘으로 조화롭게 동작될 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 자동 변속기의 개략적인 내부 구조도,
도 2는 도 1의 입력축/입력측 기어 및 출력측 캠기어/출력축 간의 배치 상태를 도시한 사시도,
도 3은 도 1의 출력측 캠기어의 분해 사시도,
도 4는 도 1의 출력축의 사시도,
도 5는 도 1의 연결핀의 사시도,
도 6은 도 1의 로더의 사시도,
도 7은 도 1의 다단 자동 변속기에서 연결핀이 한 쌍의 로더에 록킹/록킹해제 상태를 도시한 요부 단면도,
도 8은 연결핀과 출력측 캠기어가 연결되지 않은 상태를 도시한 출력측 캠기어 및 입력측 기어 간의 배치 상태 구조도,
도 9는 연결핀과 출력측 캠기어가 연결된 상태를 도시한 출력측 캠기어 및 입력측 기어 간의 배치 상태 구조도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 자동 변속기의 개략적인 내부 구조도,
도 11은 도 10의 다단 자동 변속기에서 연결핀이 한 쌍의 로더에 록킹/록킹해제 상태를 도시한 요부 단면도,
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 다단 자동 변속기의 개략적인 내부 구조도,
도 13은 도 12의 다단 자동 변속기에서 연결핀이 한 쌍의 로더에 록킹/록킹해제 상태를 도시한 요부 단면도,
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다단 자동 변속기의 개략적인 내부 구조도,
도 15는 도 14의 다단 자동 변속기에서 연결핀이 한 쌍의 로더에 록킹/록킹해제 상태를 도시한 요부 단면도,
도 16은 도 14의 쐐기링의 사시도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 9에는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 자동 변속기가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하되 주로 도 1을 참조하면, 본 실시예의 다단 자동 변속기는, 크게 본체 하우징(10)과, 입력측 구성으로서의 입력축(20) 및 입력측 기어(30)와, 출력측 구성으로서의 출력측 캠기어(60) 및 출력축(70)과, 출력축(70)의 회전 출력을 위해 출력축(70)과 선택적으로 연결되는 연결핀(90), 그리고 연결핀(90)과 연계되어 동작되는 복수의 구성을 갖는다. 각 구성에 대해 살펴본다.

우선, 본체 하우징(10)은 본 실시예의 다단 자동 변속기의 외관을 형성하는 부분이다. 본체 하우징(10)은 강성이 있는 금속 재질로 제작될 수 있다.

대부분의 구성이 본체 하우징(10) 내에 수용되는 형태로 조립된다. 하지만, 동작을 위해 입력축(20)의 일 영역과 출력축(70)의 일 영역은 본체 하우징(10)의 외측으로 일정 부분 노출된다. 입력축(20)과 본체 하우징(10) 사이, 그리고 출력축(70)과 본체 하우징(10) 사이에는 원활한 회전을 위한 베어링(13)이 개재된다. 또한, 이들 사이에는 밀봉을 위한 패킹(15)이 더 개재된다.

입력축(20)은 엔진 토크에 의해 회전되는 부분이다. 즉, 입력축(20)에 구동을 위한 동력이 입력된다. 입력된 동력은 후술할 구조에 의해 출력축(70)을 통해 가감된 후에 출력된다. 가감은 속도와 토크 모두를 포함할 수 있다.

입력측 기어(30)는, 입력축(20)의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 입력축(20)과 함께 회전된다.

본 실시예의 다단 자동 변속기는 1개의 후진단과 8개의 전진 변속단을 가지므로 피라미드형의 입력측 기어(30)는 총 9단으로 마련된다. 입력측 기어(30)가 총 9단으로 마련되기 때문에 이에 대응되는 출력측 캠기어(60) 역시 총 9단으로 마련된다.

물론, 이는 하나의 실시예이므로 본 실시예의 다단 자동 변속기는 8개의 전진 변속단보다 적어도 또는 많아도 무방하며, 이러한 경우, 입력측 기어(30) 및 출력측 캠기어(60)는 그에 대응되는 개수의 단으로 마련되면 그것으로 충분하다.

이하에서는 도시 및 설명의 편의를 위해, 입력측 기어(30) 및 출력측 캠기어(60)의 위치별 도면 참조부호는 구별하지 않도록 하는 대신 도면에 문자 및 숫자를 부여하여 설명하도록 한다.

입력측 기어(30)가 입력축(20)과 함께 회전될 수 있도록, 입력측 기어(30)는 일방향 클러치(40, 원웨이(one way) 클러치)에 의해 입력축(20)과 결합된다. 물론, 일방향 클러치(40)를 사용하지 않고 입력측 기어(30)를 입력축(20)에 조립하여도 무방하다.

8개의 전진 변속단에 의해 자유롭게 변속이 되면서 전진될 때, 속도와 토크에 차이가 있을 뿐 출력축(70)의 회전 방향은 동일하다.

출력측 캠기어(60)는, 입력측 기어(30)와 마찬가지로 피라미드형으로 마련되지만 입력측 기어(30)와 반대로 배열되어 입력측 기어(30)와 하나씩 반대 방향으로 치형 맞물림된다. 이러한 출력측 캠기어(60)의 내부에는 비원형의 캠공간(63)이 형성된다. 또한, 각 출력측 캠기어(60)의 내주에는 일정 간격을 두고 출력측 캠기어(60)의 반경방향 내측으로 소정의 곡률반경을 가지며 돌출되어, 후술할 연결핀(90)이 걸림 유지되는 복수의 걸림턱(65)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 하나의 출력측 캠기어(60)의 내주에 4개의 걸림턱(65)이 구비되어 있지만, 걸림턱(65)의 수량은 한정되지 않는다.

출력축(70)은, 크게 샤프트 몸체(71)와 샤프트 바아(81)로 나뉠 수 있다. 샤프트 몸체(71)와 샤프트 바아(81)는 일체형으로 제작될 수도 있고, 혹은 별개로 제작된 후에 상호 결합될 수도 있다.

샤프트 몸체(71)는 출력측 캠기어(60)의 내부에서 출력측 캠기어(60)와 각각 하나씩 대응되게 피라미드형으로 배치되되 출력측 캠기어(60)와 캠공간(63)을 사이에 두고 분리된 상태로 배치된다. 샤프트 몸체(71)의 내부에는 후술할 복수의 로더(100) 및 복수의 전자석 코일부(140)가 수용되는 수용실(73)이 형성되어 있다. 또한, 샤프트 몸체(71)의 외면에는 원주방향을 따라 수용실(73)과 연통하는 복수의 연통로(75)가 형성되어 있다. 즉, 연통로(75)는 9단의 피라미드형으로 마련되는 샤프트 몸체(71)의 각 단에 원주 방향을 따라 상호간 등간격을 가지고 복수로 마련된다. 본 실시예에서는 샤프트 몸체(71)의 각 단에 원주방향을 따라 4개의 연통로(75)가 마련되어 있다. 이 연통로(75)에는 후술할 연결핀(90)이 왕복이동가능하게 마련된다.

그리고, 샤프트 바아(81)는 샤프트 몸체(71)와 연결되며 출력측 캠기어(60)의 외부로 노출되는 부분이다.

이처럼 출력축(70)이 출력측 캠기어(60)와 분리된 상태로 마련되기 때문에 출력측 캠기어(60)가 회전되더라도 출력축(70)은 미끄럼 마찰 상태로서 공회전된다. 하지만, 후술할 구조 및 동작에 의해 샤프트 몸체(71)의 어느 하나가 출력측 캠기어(60)의 어느 하나에 접촉 가압되어 이들이 한 몸체를 형성할 때 비로소 출력축(70)은 회전될 수 있다.

이의 동작 구현을 위해, 다시 말해 샤프트 몸체(71)의 어느 하나가 출력측 캠기어(60)의 어느 하나에 접촉 가압되어 이들이 한 몸체를 형성하기 위해, 복수의 연결핀(90), 복수의 로더(100), 복수의 전자석 코일부(140), 그리고 전자석 코일부(140)의 동작을 제어하는 제어부(200)가 구비된다.

복수의 연결핀(90)은 연통로(75)에 왕복이동가능하게 마련되어, 출력측 캠기어(60)에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달 및 전달해제한다. 즉, 연결핀(90)은 해당 한 쌍의 로더(100)의 동작에 기초하여 한 쌍의 로더(100)에 록킹 및 록킹해제되어 출력축(70)의 반경방향 내측 및 외측으로 이동하여, 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착해제 및 밀착한다.

본 실시예에서 연결핀(90)은 도 5에 도시된 바와 같이 양단부가 아크(arc)형상을 이루며, 양단부 사이의 일 영역에 복수의 판재(93)가 적층된 블록(block) 구조를 가진다. 연결핀(90)의 일단부는 한 쌍의 로더(100)에 록킹 및 록킹해제되고, 타단부는 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착 및 밀착해제된다. 한편, 연결핀(90)의 단부가 아크형상으로 형성되어 한 쌍의 로더(100) 사이의 출입이 용이하게 된다. 그리고, 본 실시예에서는 연결핀(90)의 중앙 일 영역이 복수의 판재(93)로 형성되어 있어, 비원형의 캠공간(63)을 형성하는 출력측 캠기어(60)의 내주에 연결핀(90)의 타단부가 밀착시 연결핀(90)이 캠공간(63)의 곡률반경에 대응하며 신축함과 동시에, 연결핀(90)과 출력측 캠기어(60) 사이에 발생하는 충격력을 완충시키는 역할을 한다.

복수의 로더(100)는 복수의 출력측 캠기어(60)와 각각 대응되게 수용실(73)에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 연결핀(90)을 록킹 및 록킹해제하여, 연결핀(90)을 출력측 캠기어(60)에 밀착해제 및 밀착한다. 복수의 로더(100)는 링 형상을 가지며, 복수의 로더(100)는 로더 축(110)의 외면을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된다. 로더(100)에는 후술할 복수의 스프링(120)이 장착되는 복수의 스프링 장착공(101, 도 6 참조)이 등간격을 두고 형성되어 있다. 로더 축(110)은 일정 길이를 가지며, 수용실(73)을 관통하며 출력축(70)에 결합된다. 본 실시예에서는 각 출력측 캠기어(60)에 대응하여 한 쌍의 로더(100)가 스프링(120) 및 전자석 코일부(140)를 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 여기서, 로더(100)는 전자석 코일부(140)의 전자기력에 의해 자력을 용이하게 발생할 수 있도록 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 스프링(120)은 복수로 구비되며, 각 스프링(120)은 로더(100)의 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되어 한 쌍의 로더(100)를 상호 연결함과 동시에, 한 쌍의 로더(100)가 상호 이격하도록 탄성력을 제공한다.

복수의 전자석 코일부(140)는 복수의 출력측 캠기어(60)와 각각 대응되게 로더 축(110)의 외면을 따라 마련되어 있다. 전자석 코일부(140)는 전원의 인가되면 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하도록 한 쌍의 로더(100)에 자력을 발생시킨다. 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하면, 연결핀(90)이 한 쌍의 로더(100)로부터 록킹해제됨과 동시에, 연결핀(90)은 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하여 해당 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 밀착된다. 반대로, 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되지 않으면, 한 쌍의 로더(100)에는 자력이 발생하지 않게 되어, 스프링(120)의 탄성력에 의해 한 쌍의 로더(100)는 상호 이격하게 되고, 이에 연결핀(90)은 출력축(70)의 반경방향 내측으로 이동하여 한 쌍의 로더(100) 사이에 록킹됨과 동시에, 해당 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 밀착해제된다.

제어부(200)는 복수의 입력측 구동기어 및 복수의 출력측 캠기어(60) 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 출력축(70)이 회전되도록 해당 전자석 코일부(140)의 전원을 제어하는 역할을 한다. 즉, 제어부(200)는 복수의 입력측 기어(30) 중 선택된 어느 하나에 대응하는 출력측 캠기어(60)의 내주에 연결핀(90)을 밀착시켜 선택된 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달되도록 해당 전자석 코일부(140)의 전원의 인가를 제어한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 자동 변속기의 동작 및 변속 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

우선, 동작을 살펴보면, 제어부(200)로부터 원하는 변속단의 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되면, 전자석 코일부(140)는 해당하는 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하도록 한 쌍의 로더(100)에 자력을 발생시켜, 연결핀(90)이 한 쌍의 로더(100)로부터 록킹해제되면서 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하여, 도 9에 도시된 바와 같이 각 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착되어, 즉 각 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 걸림턱(65)에 걸림 유지되어, 해당 출력측 캠기어(60)와 맞물려 회전하는 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달하여 변속을 도모할 수 있다.

예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 좌측에서 두 번째에 위치한 해당 출력측 캠기어(60)의 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되면 해당하는 한 쌍의 로더(100)가 자력에 의해 상호 접촉하여 연결핀(90)들이 반경 방향 외측으로 동작되면서, 도 9에 도시된 바와 같이 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착하여 접촉 가암됨에 띠라, 즉 출력측 캠기어(60)의 걸림턱(65)에 걸림 유지됨에 따라 좌측에서 두 번째에 위치한 해당 출력측 캠기어(60)와 출력축(70)이 한 몸체를 이루게 됨으로써 출력축(70)이 변속 회전할 수 있게 된다.

이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 나머지 변속단들은 각 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되지 않음에 따라, 나머지 변속단들의 각 로더(100)는 스프링(120)의 탄성력에 의해 상호 이격하면서 각 연결핀(90)들을 록킹하여, 각 연결핀(90)들은 도 8에 도시된 바와 같이 각 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 이격되어, 즉 각 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 걸림턱(65)으로부터 걸림 해제되어, 부하 없이 공회전을 하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 전기 신호에 의해 자력을 발생하여 변속함으로써, 변속단 구현을 용이하게 수행할 수 있음은 물론 변속단 간의 동작이 유기적인 메커니즘으로 조화롭게 동작될 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있다.

한편, 도 10 및 도 11에는 본 발명의 제2실시예에 따른 무단 자동 변속기가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 무단 자동 변속기는 전술한 제1실시예와는 달리, 한 쌍의 로더(100)에 영구자석(130)이 각각 마련되어 있다.

각 영구자석(130)은 동일 자극을 가지며 한 쌍의 로더(100)에 각각 배치되어, 한 쌍의 로더(100)가 상호 이격하도록 척력을 발생한다.

이러한 구성에 의하여, 제어부(200)로부터 원하는 변속단의 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되면, 전자석 코일부(140)는 해당하는 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하도록 한 쌍의 로더(100)에 자력을 발생시켜, 연결핀(90)이 한 쌍의 로더(100)로부터 록킹해제되면서 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하여, 연결핀(90)은 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착되어, 해당 출력측 캠기어(60)와 맞물려 회전하는 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달하여 변속을 도모할 수 있게 된다.

그리고, 나머지 변속단들은 각 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되지 않음에 따라, 나머지 변속단들의 각 로더(100)는 영구자석(130)의 척력에 의해 상호 이격하면서 각 연결핀(90)들을 록킹하여, 각 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 밀착해제되어 중립이 되어 부하 없이 공회전을 하게 된다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 무단 자동 변속기로서, 전술한 실시예들과는 달리, 복수의 스프링(120)과 전자석 코일부(140)가 한 쌍의 로더(100) 사이에 배치되지 않고, 한 쌍의 로더(100)에 각각 배치되어 있다.

각 스프링(120)은 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하도록 탄성력을 제공한다. 한편, 스프링(120)은 상호 인접하는 변속단과 대향하는 각 로더(100) 사이에 배치되어, 인접하는 변속단의 로더(100)를 상호 연결함과 동시에, 해당하는 출력측 캠기어(60)의 한 쌍의 로더(100)가 상호 접촉하도록 탄성력을 제공한다.

또한, 전자석 코일부(140)는 전술한 실시예들과는 달리, 상호 인접하는 변속단과 대향하는 각 로더(100) 사이에 배치되어 있다. 특히, 인접하는 변속단의 사이에 배치된 전자석 코일부(140)는, 해당하는 출력측 캠기어(60)의 변속시 인접하는 전자석 코일부(140)에 자력의 영향이 미치지 않도록, 절연체로 이루어진 격판(150)에 의해 구분되어 있다.

이에, 전술한 실시예들과는 달리, 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되면 해당하는 한 쌍의 로더(100)가 상호 이격하도록 한 쌍의 로더(100)에 자력을 발생시켜, 연결핀(90)이 출력축(70)의 반경방향 내측으로 이동하여 한 쌍의 로더(100) 사이에 록킹되어, 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 밀착해제되어 중립이 되어 부하 없이 공회전을 하게 된다. 반대로, 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되지 않으면, 해당하는 한 쌍의 로더(100)가 스프링(120)의 탄성력에 의해 상호 접촉하여 연결핀(90)이 한 쌍의 로더(100)로부터 록킹해제되면서 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하여, 연결핀(90)은 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착되어, 해당 출력측 캠기어(60)와 맞물려 회전하는 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달하여 변속을 도모할 수 있게 된다.

도 14 내지 도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 무단 자동 변속기로서, 전술한 실시예들과는 달리, 한 쌍의 로더(100)를 상호 이격시키는 복수의 쐐기링(160)을 더 포함한다. 또한, 복수의 스프링(120)과 전자석 코일부(140)가 한 쌍의 로더(100) 사이에 배치되지 않고, 한 쌍의 로더(100)에 각각 배치되어 있다.

각 로더(100)에는 후술할 쐐기링(160)이 슬라이딩하는 경사부(107)가 형성되어 있다.

복수의 쐐기링(160)은 복수의 출력측 캠기어(60)와 각각 대응되게 로더(100)와 전자석 코일부(140) 사이에 마련되어, 출력축(70)의 반경방향으로 왕복이동하도록 한 쌍의 로더(100)와 경사를 이루며 슬라이딩한다. 쐐기링(160)에는 도 16에 도시된 바와 같이, 로더(100)의 경사부(107)와 대응하는 경사를 이루며, 로더(100)의 경사부(107)를 따라 슬라이딩하는 슬라이딩부(163)가 마련되어 있다. 또한, 쐐기링(160)의 양단부는 쐐기링(160)을 사이에 두고 대향 배치되는 한 쌍의 가이드 플레이트(170)에 의해 슬라이딩 가능하게 지지된다.

가이드 플레이트(170)는 복수로 마련되어, 복수의 출력측 캠기어(60)와 각각 대응되게 로더 축(110)의 외면에 일정 간격을 두고 돌출되게 배치되어 있다. 복수의 가이드 플레이트(170)는 쐐기링(160)의 왕복이동을 안내하는 역할 이외에, 인접하는 전자석 코일부(140)와 절연하는 역할도 한다. 여기서, 복수의 가이드 플레이트(170)는 인접하는 전자석 코일부(140)에 상호 자력의 영향이 미치지 않도록 절연체로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 전자석 코일부(140)는 전술한 실시예들과는 달리, 상호 인접하는 변속단과 대향하는 각 로더(100) 사이에 배치되어 있다. 특히, 인접하는 변속단의 사이에 배치된 전자석 코일부(140)는, 해당하는 출력측 캠기어(60)의 변속시 인접하는 쐐기링(160) 및 전자석 코일부(140)에 자력의 영향이 미치지 않도록, 절연체로 이루어진 격판(150)에 의해 구분되어 있다.

또한, 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되면 해당하는 쐐기링(160)이 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하도록 쐐기링(160)에 자력을 발생시켜, 한 쌍의 로더(100)가 상호 이격하면서 연결핀(90)이 출력축(70)의 반경방향 내측으로 이동하여 한 쌍의 로더(100) 사이에 록킹되어, 연결핀(90)들은 각 출력측 캠기어(60)의 내주로부터 밀착해제되어 중립이 되어 부하 없이 공회전을 하게 된다. 반대로, 전자석 코일부(140)에 전원이 인가되지 않으면, 해당하는 쐐기링(160)이 출력축(70)의 반경방향 내측으로 이동하고, 이 때 한 쌍의 로더(100)가 스프링(120)의 탄성력에 의해 상호 접촉하여 연결핀(90)이 한 쌍의 로더(100)로부터 록킹해제되면서 출력축(70)의 반경방향 외측으로 이동하여, 연결핀(90)은 출력측 캠기어(60)의 내주에 밀착되어, 해당 출력측 캠기어(60)와 맞물려 회전하는 입력측 기어(30)의 회전력을 출력축(70)으로 전달하여 변속을 도모할 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예들에서는 각 출력측 캠기어와 대응하여 복수의 연통로와 복수의 연결핀이 마련되는 것으로 설명하고 있지만, 각 출력측 캠기어와 대응하여 하나의 연통로와 하나의 연결핀이 마련될 수도 있다.

또한, 전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하였지만, 본 실시예의 다단 자동 변속기는 일반 승용 차량을 비롯하여 중장비 차량, 각종 산업기계 등에 적용될 수 있다.

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.

10 : 본체 하우징 20 : 입력축
30 : 입력측 기어 40 : 일방향 클러치
60 : 출력측 캠기어 70 : 출력축
90 : 연결핀 100 : 로더
110 : 로더 축 120 : 스프링
130 : 영구자석 140 : 전자석 코일부
160 : 쐐기링 200 : 제어부

Claims

입력축;
상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어;
상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 복수의 출력측 캠기어;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 하나씩 대응되게 상기 캠공간을 사이에 두고 분리된 상태로 배치되고, 내부에 수용실을 형성하며, 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하는 하나 이상의 연통로가 형성된 출력축;
상기 연통로에 왕복이동가능하게 마련되어, 상기 출력측 캠기어에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어의 회전력을 상기 출력축으로 전달 및 전달해제하는 복수의 연결핀;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 수용실에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 상기 연결핀을 록킹 및 록킹해제하여, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착해제 및 밀착하는 복수의 로더;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 마련되어, 전원의 인가 여부에 따라 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격 및 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시키는 복수의 전자석 코일부; 및
상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 출력측 캠기어 중 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 상기 출력축이 회전되도록 해당 전자석 코일부의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하여 상기 연결핀이 록킹해제될 때, 상기 연결핀은 상기 출력측 캠기어에 밀착하여 상기 밀착된 출력측 캠기어의 회전력을 출력축으로 전달하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 수용실을 관통하며 상기 출력축에 결합되어, 외면을 따라 상기 복수의 로더가 슬라이딩 가능하게 결합되는 로더 축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 탄성력을 제공하는 스프링을 더 포함하며,
상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 척력을 발생하는 복수의 영구자석을 더 포함하며,
상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더 사이에 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 탄성력을 발생하는 한 쌍의 스프링을 더 포함하며,
상기 전자석 코일부는 상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 상기 한 쌍의 로더에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어로부터 밀착해제시키는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
입력축;
상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어;
상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 복수의 출력측 캠기어;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 하나씩 대응되게 상기 캠공간을 사이에 두고 분리된 상태로 배치되고, 내부에 수용실을 형성하며, 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하는 하나 이상의 연통로가 형성된 출력축;
상기 연통로에 왕복이동가능하게 마련되어, 상기 출력측 캠기어에 밀착 및 밀착해제하여 해당 입력측 기어의 회전력을 상기 출력축으로 전달 및 전달해제하는 복수의 연결핀;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 수용실에 한 쌍씩 배치되어 상호 이격 및 접촉함에 따라 상기 연결핀을 록킹 및 록킹해제하여, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어에 밀착해제 및 밀착하는 복수의 로더;
상기 한 쌍의 로더에 각각 배치되어, 상기 한 쌍의 로더가 상호 접촉하도록 탄성력을 발생하는 복수의 스프링;
상기 출력축의 반경방향으로 왕복이동하도록 상기 한 쌍의 로더와 경사를 이루며 슬라이딩하여, 상기 한 쌍의 로더를 상호 이격시키는 복수의 쐐기링;
상기 복수의 출력측 캠기어와 각각 대응되게 상기 한 쌍의 로더 사이에 마련되어, 전원이 인가되면 상기 한 쌍의 로더가 상호 이격하도록 상기 쐐기링에 자력을 발생시켜, 상기 연결핀을 상기 출력측 캠기어로부터 밀착해제시키는 복수의 전자석 코일부; 및
상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 출력측 캠기어 중 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 상기 출력축이 회전되도록 해당 전자석 코일부의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 연결핀은 양단부가 아크(arc)형상을 가지며, 양단부 사이에 복수의 판재가 적층된 블록(block)으로 이루어지며, 일단부는 상기 한 쌍의 로더에 록킹 및 록킹해제되는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 복수의 입력측 기어는 일방향 클러치에 의해 상기 입력축과 결합되어 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.