KR101433080B1

KR101433080B1 - 자동 변속기

Info

Publication number: KR101433080B1
Application number: KR1020130042260A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 주식회사 칼라카나
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-08-25

Abstract

본 발명은 관형축에 고정적으로 내접된 볼스크류, 볼스크류에 체결되어 상기 관형축에 미끄럼이동가능하게 내접된 쇄기부, 상기 관형축에 일정 간격 이격되어 회전가능하게 외접되어 있고 내주면에 둘레방향을 따라 일정 간격 이격되어 복수개의 요부가 형성되어 있고 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 큰 복수개의 평기어를 포함하는 구동기어부, 상기 복수개의 평기어와 마주하는 관형축의 부위에 축선방향으로 일정 간격을 두고서 형성된 복수개의 관통구멍에 각각 방사상 안쪽 부위가 안착되어 선택적으로 상기 쇄기부에 의해 가압을 받게 되는 복수개의 볼, 및 출력축에 고정적으로 외접되어 상기 복수개의 평기어와 치합되며 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 작은 복수개의 평기어를 포함하는 피동기어부를 포함하되, 상기 쇄기부의 축선방향 길이가 축선방향으로 인접한 2개의 볼 중심 간의 거리에서 볼의 반경을 뺀 길이와 같게 되어 있는 자동변속기를 제공함으로써 쇄기부가 변속시에 상기 관형축 내에서 복수개의 평기어중 이웃하는 2개의 볼에 대하여 하나의 볼에 대한 가압과 다른 하나의 볼에 대한 가압해제를 연이어서 작용하기 때문에, 변속시에 입력축의 동력을 끊김없이 출력축에 전달하는 것이 가능하게 된다.

Description

자동 변속기{automatic transmission}

본 발명은, 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물림클러치를 이용하여 끊김이 없이 변속을 구현하는 변속기에 관한 것이다.

자동 변속기는 운전자의 조작에 의하지 않고 자동적으로 기어 비가 선택되어 달리는 속도에 따라 기어가 자동으로 조작되는 장치이다. 이 자동 변속기는 차가 달리는 데 필요한 발진 조작과 기어 변속을 자동화한 것이다.

또한 차마다 설정된 속도와 액셀러레이터의 밟기에 따라 적정한 기어를 선택하는데, 필요에 따라 가속 때도 자동적으로 변속하는 것을 풀 오토매틱이라고 한다.

이 자동 변속기는 유체 클러치나 밴드 또는 디스크 판을 작동시켜 자동적으로 기어 비를 선택할 수 있는 것으로 되어 있다.

통상적으로 자동 변속기에는 선기어, 유성기어, 링기어 및 유성기어캐리어를 포함하고 있는 라비뇨식 또는 심프슨식 유성기어유닛 등이 있다.

이 유성기어유닛은 ① 선기어를 고정시키고 유성기어 캐리어를 구동(엔진 동력의 입력)시키면 링기어가 증속(변속기의 출력축)되고, ② 링기어를 고정시키고 유성기어 캐리어를 구동(엔진 동력의 입력)시키면 선기어가 증속(변속기의 출력축)되고, ③ 선기어를 고정시키고 링기어를 구동(엔진 동력의 입력)시키면 유성기어 캐리어가 감속(변속기의 출력축)되고, ④ 링기어를 고정시키고 선기어를 구동(엔진 동력의 입력)시키면 유성기어 캐리어가 감속(변속기의 출력축)된다.

하지만, 상기 유성기어유닛은 선기어, 유성기어, 링기어 및 유성기어캐리어 각각을 입력축과 출력축에 선택적으로 물리게 하는 복잡한 구조의 클러치가 필요되어 제조단가가 높다고 하는 문제점과 변속시에 순간적으로 클러치에 의한 물림해제가 발생되어 입력축의 동력이 출력축에 순간적으로 절달되지 않아, 구동대상물이 중력을 받고 있는 경우에는 구동대상물이 자유낙하될 수 있다고 하는 문제점을 가진다.

한국특허공개 제10-1997-0046278호( 공개일 1997년 7월 26일)

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은 관형축에 고정적으로 내접된 볼스크류, 볼스크류에 체결되어 상기 관형축에 미끄럼이동가능하게 내접된 쇄기부, 상기 관형축에 일정 간격 이격되어 회전가능하게 외접되어 있고 내주면에 둘레방향을 따라 일정 간격 이격되어 복수개의 요부가 형성되어 있고 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 큰 복수개의 평기어를 포함하는 구동기어부, 상기 복수개의 평기어와 마주하는 관형축의 부위에 축선방향으로 일정 간격을 두고서 형성된 복수개의 관통구멍에 각각 방사상 안쪽 부위가 안착되어 선택적으로 상기 쇄기부에 의해 밀어져서 가압을 받게 되는 복수개의 볼, 및 출력축에 고정적으로 외접되어 상기 복수개의 평기어와 치합되며 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 작은 복수개의 평기어를 포함하는 피동기어부를 포함하되, 상기 쇄기부의 축선방향 길이가 축선방향으로 인접한 2개의 볼 중심 간의 거리에서 볼의 반경을 뺀 길이와 같게 되어 있는 자동변속기를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해 쇄기부가 변속시에 상기 관형축 내에서 복수개의 평기어중 이웃하는 2개의 볼에 대하여 하나의 볼에 대한 가압과 다른 하나의 볼에 대한 가압해제를 연이어서 작용하기 때문에, 변속시에 입력축의 동력을 끊김없이 출력축에 전달하는 것이 가능하게 된다.

또한, 볼이 쇄기부에 의해 지지를 받으면서 복수개의 평기어 중 어느 하나의 평기어의 요부에 강제적으로 삽입되면 어느 하나의 평기어와 피동기어부가 함께 회전하게 되고, 쇄기부에 의해 지지를 받지 않으면, 평기어의 요부에서 이탈되게 되고, 볼이 자중에 의해 평기어의 내주면에 접촉하게 되어도 볼이 관형축의 관통구멍 쪽으로 이동하게 되어 자유롭게 상기 볼에 장애를 받지 않고 평기어 또는 관형축이 회전하게 되어, 물림클러치에 의해서도 고속상태에서 어느 하나의 평기어와 관형축 간의 결합 및 결합해제가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 무단변속기를 물림클러치의 비물림 상태에서 도시한 도면,
도 2는 도 1의 무단변속기를 물림클러치의 물림되기 직전과 물림해제되기 직전 상태에서 도시한 도면,
도 3은 도 1의 다른 실시예의 다른 무단변속기를 물림클러치를 비물림 상태에서 도시한 도면, 및
도 4는 도 3의 무단변속기를 물림클러치의 물림되기 직전과 물림해제되기 직전 상태에서 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 실시예1의 자동 변속기가 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 자동 변속기가 부호 200으로서 지시되어 있다.

상기 자동 변속기(200)는 입력축인 관형축(10)에 베어링을 개재하여 일정 간격 이격되어 회전가능하게 외접된 구동기어부(210), 상기 관형축(10)에 대하여 평행하게 배치된 출력축(201)에 고정적으로 외접되어 상기 구동기어부(210)와 맞물리는 피동기어부(220), 및 상기 피동기어부(220)에 선택적으로 물림되는 물림클러치(100)를 포함하고 있다.

상기 구동기어부(210)는 상기 관형축(10)에 외접되어 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 큰 복수개의 평기어(40)를 포함하고 있다.

상기 피동기어부(220)에는 상기 복수개의 평기어(40)와 각각 맞물리되 상기 축선방향 일측으로 갈 수록 직경이 작은 복수개의 평기어(60)가 구비되어 있다.

상기 물림클러치(100)는 상기 관형축(10)에 베어링을 개재하여 나사축이 회전가능하게 삽입되어 있고 모터(M)의 케이스가 관형축(10)에 고정되어 상기 관형축(10)과 함께 회전되게 되는 볼스크류(20); 볼스크류(20)의 나사축에 체결되어 상기 관형축(10)에 축선방향으로 미끄럼이동가능하게 내접된 너트형의 쇄기부(30); 상기 복수개의 평기어(40) 각각의 내주면에 둘레방향을 따라 일정 간격 이격되어 형성된 복수개의 요부(41); 및 상기 복수개의 평기어(40) 각각의 상기 복수개의 요부(41)와 마주하는 관형축(10)의 부위에 축선방향으로 일정 간격을 두고서 형성된 복수개의 관통구멍(11)에 방사상 안쪽 부위가 삽입 안착되어 상기 쇄기부(30)에 의해 선택적으로 밀어져서 가압을 받게 되면 상기 요부(41)에 일부가 삽입되는 볼과 같은 출몰부재(50)를 포함하고 있다.

상기 관통구멍(11)의 반경방향 안쪽의 구경이 상기 볼과 같은 출몰부재(50)가 일부만 삽입되고 상기 볼과 같은 출몰부재(50) 전체가 관통될 수 없는 크기로 되어 있는 상태에서, 상기 관통구멍(11)은 원통형으로 되어 상기 볼과 같은 출몰부재(50)와 미끄럼접촉하고 있으며, 상기 복수개의 평기어(40)의 내경은 상기 볼과 같은 출몰부재(50)가 상기 관통구멍(11)에서 상기 출몰부재(50)의 체적의 절반 미만의 부위만 상기 관형축(10)의 외측으로 노출되게 하는 크기로 되어 있다.

상기 쇄기부(30)의 축선방향 양측 테두리는 캠면으로 되어 있어서, 상기 볼(50)이 부드럽게 상기 쇄기부(30)의 외주면에 타고 올라가고 내려올 수 있어서, 상기 적어도 하나의 볼(50)을 끊김없이 부드럽게 가압하고 가압해제할 수 있게 되어 있다.

또한 쇄기부(30)는 상기 관형축(10)의 내면에 형상적으로 끼워맞춤될 수 있는 외면형상을 가지고 있다, 즉, 상기 관형축(10)의 내면이 다각형이면 쇄기부(30)의 외면이 다각형이고, 상기 관형축(10)의 내면이 원형이면 쇄기부(30)의 외면이 원형이 된다.

또한, 상기 쇄기부(30)는 상기 복수개의 평기어(40) 중 이웃하는 2개의 평기어(40)와 물림될 수 있는 축선방향 길이를, 즉 상기 관형축(10)의 부위에 축선방향으로 일정 간격을 두고서 형성된 복수개의 관통구멍(11) 중 축선방향으로 이웃하는 2개의 관통구멍(11)에 존재하는 2개의 볼과 같은 출몰부재(50)를 동시에 가압할 수 있는 축선방향 길이를 가지고 있다.

상기 쇄기부(30)의 축선방향 길이는 축선방향으로 인접한 2개의 볼과 같은 출몰부재의 중심 간의 거리에서 볼과 같은 출몰부재의 반경을 뺀 길이와 같아서, 상기 쇄기부(30)가 변속시에 상기 관형축(10) 내에서 복수개의 평기어중 이웃하는 2개의 볼과 같은 출몰부재(50, 50)에 대하여 하나의 볼과 같은 출몰부재(50)에 대한 가압과 다른 하나의 볼과 같은 출몰부재(50)에 대한 가압해제를 연이어서 작용하기 때문에, 변속시에 입력축인 관형축(10)의 동력을 끊김없이 출력축에 전달하는 것이 가능하게 된다.

상기 볼스크류(20)는 공지된 것으로서 모터(M)의 출력축에 커플링된 나선부에 쇄기부(30)를 체결하고 모터(M)의 출력축이 정역방향으로 회전함에 따라 쇄기부(30)가 상기 관형축(10) 내에서 전후진운동하게 된다.

본 발명은 상기 볼스크류(20) 대신에 병진부인 실린더가 적용될 수도 있다. 이때에는 도시는 되지 않았지만, 실린더의 몸체가 상기 관형축(10)에 고정적으로 내접되어 있고 실러더의 로드에 상기 쇄기부(30)가 고정될 수도 있고, 또는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 실린더(20)의 몸체를 베이스에 고정하고 로드(21)를 상기 관형축(10) 내에서 왕복이동가능하게 배치하고, 상기 로드(21)의 선단에 베어링을 개재하여 상기 로드(21)에 대하여 상기 쇄기부(30)를 회전가능하게 그리고 관형축(10)의 축선방향으로 상기 관형축(10)에 이동가능하게 또는 미끄럼이동가능하게 삽입 또는 내접시켜도 된다.

또한, 상기 실린더(20)의 몸체와 인접한 관형축(10)의 일측 내주면에는 외륜(22)이 고정적으로 내접되고 외륜(22)의 리테이너(23)에 회전가능하게 장착된 볼(24)이 상기 실린더의 로드(21)에 접촉하게 하면, 상기 로드(21)가 길게 신장되더라도, 처짐없이 상기 로드(21)를 안정적으로 지지할 수 있다는 관점에서 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 볼스크류(20) 대신에 병진부인 선형모터가 적용될 수도 있다. 이때에는 도시는 되어 있지 않지만, 선형모터의 몸체가 상기 관형축(10)에 고정적으로 내접되어 있고 선형모터의 선형회전자에 상기 쇄기부(30)가 고정될 수도 있고, 또는, 선형모터의 몸체를 베이스에 고정하고 선형회전자를 상기 관형축(10) 내외로 출몰가능하게 배치하고, 상기 선형회전자의 선단에 베어링을 개재하여 상기 선형회전자에 대하여 상기 쇄기부(30)를 회전가능하게 그리고 관형축(10)의 축선방향으로 상기 관형축(10)에 이동가능하게 또는 미끄럼이동가능하게 삽입 또는 내접시켜도 된다.

또한, 본 발명에 따른 실시예의 자동변속기에 대한 설명에서 상기 복수개의 볼과 같은 출몰부재(50)가 축선방향으로 일정 간격 이격되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 복수개의 평기어(40) 각각의 상기 복수개의 요부(41)와 마주하는 관형축(10)의 부위에 둘레방향으로 일정 간격 이격되어 복수개의 관통구멍(11)을 형성시키고 상기 둘레방향으로 배열된 상기 복수개의 관통구멍에 각각 상기 복수개의 볼과 같은 출몰부재(50)가 안착될 수도 있다.

본 발명에 따른 실시예의 자동변속기에 대한 설명에서 출몰부재가 구형형상을 가진 볼인 것으로 설명 및 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 출몰부재가 반경방향 양쪽이 둥근면으로 되어 있으면 되며, 예를 들면, 볼 대신에 상기 요부(41)에 끼워맞춤되면서 평기어(40)의 내주면과 미끄럼접촉할 수 있는 원통형상부, 돔형상부 등으로 대체될 수 있으며, 상기 쇄기부(30)와도 미끄럼접촉할 수 있도록 상기 복수개의 출몰부재(50)가 원통형상부인 경우에는 원통형상부의 양단 테두리가 캠면을 갖고 있고, 그리고 돔형상부인 경우에는 돔형상부의 그 밑면 테두리가 캠면을 갖고 있다.

상기와 같이 구성된 자동변속기(200)는 다음과 같이 작동될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 물림클러치(100)는 상기 쇄기부(30)가 상기 출몰부재(50)를 가압하고 있지 않은 상태에서는 출몰부재(50)가 상기 요부(41)에서 벗어나 있어서 상기 출몰부재(50)가 가압되고 있지 않은 상기 복수개의 평기어(40)와 상기 관형축(10) 간에는 동력이 전달되지 않고, 상기 쇄기부(30)가 상기 출몰부재(50)를 반경바깥방향으로 밀어서 상기 출몰부재(50)가 상기 요부(41)에 삽입되면, 요부(41)에 상기 출몰부재(50)가 강제적으로 점유하게 되어 쇄기작용을 하여서 상기 출몰부재(50)가 가압되고 있는 상기 복수개의 평기어(40) 중 어느 한개의 평기어(40)와 상기 관형축(10)은 일체적으로 결합되어 상기 출몰부재(50)가 가압되고 있는 상기 복수개의 평기어(40) 중 어느 한개의 평기어(40)와 상기 관형축(10) 간에는 동력이 전달되게 된다.

그리고 상기 쇄기부(30)의 축선방향 길이가 축선방향으로 인접한 2개의 볼 중심 간의 거리에서 볼의 반경을 뺀 길이와 같아서, 상기 쇄기부(30)가 변속시에 상기 관형축(10) 내에서 복수개의 평기어중 이웃하는 2개의 출몰부재(50, 50)에 대하여 하나의 출몰부재(50)에 대한 가압과 다른 하나의 출몰부재(50)에 대한 가압해제를 연이어서 작용하기 때문에, 변속시에 입력축인 관형축(10)의 동력을 끊김없이 출력축에 전달하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 모터(M)를 정역회전시켜 상기 관형축(10) 내에서 항상 이웃하는 평기어(40)와 물림하고 있는 상기 쇄기부(30)를 좌우로 이동시키면, 입력축인 관형축(10)과 출력축(201) 간의 동력전달이 끊김없이 증속과 감속을 수행할 수 있게 되며, 본 실시예의 자동변속기가 중력을 받고 있는 구동대상물을 승하강시키는 윈치 또는 크레인 등과 같은 장치에 적용될 경우에 구동대상물이 자유낙하되는 것을 방지하고 설정 중량보다 가벼운 구동대상물을 변속하여 에너지를 절감함과 동시에 신속하게 승하강시킬 수 있는 작용효과를 제공할 수 있다.

그리고 상기 출몰부재(50)가 6시방향을 사이에 둔 3시 방향과 9시방향 사이에 위치된 경우에는 상기 출몰부재(50)가 자중에 의해 상기 평기어(40)의 내주면 쪽으로 이동하여 상기 평기어(40)의 내주면과 접촉하여도 상기 쇄기부(30)에 의해 지지를 받지 않은 상태에 있기 때문에 그 접촉힘에 의해 상기 관통구멍(11) 속으로 바로 들어가게 되어 상기 평기어(40)와 상기 관형축(10) 간에는 동력이 전달되지 않게 된다.

상기 물림 클러치(100)는 출몰부재가 쇄기부에 의해 지지를 받으면서 평기어의 복수개의 요부중 적어도 어느 하나에 강제적으로 삽입되면 평기어와 관형축이 함께 회전하게 되고, 출몰부재가 쇄기부에 의해 지지를 받지 않으면, 평기어의 복수개의 요부에서 이탈되게 되고, 출몰부재가 자중에 의해 평기어의 내주면에에 접촉하게 되어도 그 접촉힘(전단력)에 의해 출몰부재가 관형축의 관통구멍 쪽으로 이동하게 되어 자유롭게 상기 출몰부재에 장애를 받지 않고 평기어 또는 관형축이 회전하게 되어 고속상태에서도 평기어와 관형축 간의 결합 및 결합해제가 가능하게 된다.

상기 실시예에서, 피동기어부(220)의 복수개의 평기어(60)가 서로 별개로 출력축(201)에 고정적으로 외접된 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도시는 되어 있지 않지만, 피동기어부(220)의 복수개의 평기어(60)가 서로에 일체적으로 결합되어 출력축(201)에 고정적으로 외접될 수도 있다.

상기 실시예에서 평기어는 헬리컬기어 등의 기어로 대체될 수 있다.

또한, 상기 실시예에서 관형축이 입력축인 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 관형축이 출력축이어도 된다.

이때에는 구동기어부(210)이 피동기어부가 되고 피동기어부(220)기 구동기어부가 되며, 출력축(201)이 입력축이 되고, 아울러 물림클러치(100)가 피동기어부에 구비되게 된다.

10; 관형축, 20; 볼스크류, 30; 쇄기부, 40; 회전체, 50; 출몰부재

Claims

관형축에 베어링을 개재하여 일정 간격 이격되어 회전가능하게 외접되어 축선방향 일측으로 갈수록 직경이 큰 복수개의 기어를 포함하는 기어부로서, 구동기어부 및 피동기어부 중 어느 하나의 제1기어부;
상기 관형축에 대하여 평행하게 배치된 회전축에 고정적으로 외접되어 상기 복수개의 기어와 맞물리되 상기 축선방향 일측으로 갈 수록 직경이 작은 복수개의 기어가 구비되어 있는 기어부로서 구동기어부 및 피동기어부 중 다른 하나의 제2기어부; 및
상기 제1기어부의 복수개의 기어에 선택적으로 물림되는 물림클러치를 포함하고,
상기 물림클러치는
상기 관형축 내에서 병진부에 의해 상기 관형축의 축선방향으로 이동가능한 쇄기부;
상기 제1기어부의 복수개의 기어 각각의 내주면에 둘레방향을 따라 일정 간격 이격되어 형성된 복수개의 요부; 및
상기 제1기어부의 복수개의 기어 각각의 상기 복수개의 요부와 마주하는 상기 관형축의 부위에 축선방향으로 일정 간격을 두고서 형성된 복수개의 관통구멍 각각에 방사상 안쪽 부위가 삽입 안착되어 선택적으로 상기 쇄기부에 의해 밀어져서 가압을 받게 되면 상기 복수개의 요부중 마주하는 요부에 일부가 삽입되는 출몰부재를 포함하고,
상기 쇄기부의 축선방향 길이가 축선방향으로 인접한 2개의 출몰부재 중심 간의 거리에서 볼의 반경을 뺀 길이와 같고,
상기 관형축은 입력축 또는 출력축이며,
상기 출몰부재는 반경방향 양쪽이 둥근면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항에 있어서,
상기 복수개의 관통구멍 각각의 반경방향 안쪽의 구경이 상기 출몰부재가 일부만 삽입되고, 상기 출몰부재 전체가 관통될 수 없는 크기로 되어 있는 상태에서, 상기 복수개의 관통구멍 각각은 원통형으로 되어 상기 출몰부재와 미끄럼접촉하고 있으며,
상기 제1기어부의 기어의 내경은 상기 출몰부재 각각이 상기 복수개의 관통구멍 각각에서 상기 출몰부재의 체적의 절반 미만의 부위만 상기 관형축의 외측으로 노출되게 하는 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항에 있어서,
상기 쇄기부의 축선방향 양측 테두리는 캠면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항에 있어서,
상기 병진부는 볼스크류, 실린더 또는 선형모터인 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항에 있어서,
상기 쇄기부의 외면형상은 다각형 또는 원형인 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항에 있어서,
상기 복수개의 관통구멍은 상기 복수개의 요부와 마주하는 관형축의 부위에 둘레방향으로 일정 간격 이격되어 형성되어 있고,
상기 둘레방향으로 이격된 상기 복수개의 관통구멍에 각각 상기 출몰부재가안착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출몰부재는 볼인 것을 특징으로 하는 자동 변속기.