KR101498810B1

KR101498810B1 - 무단 변속기

Info

Publication number: KR101498810B1
Application number: KR20130105382A
Authority: KR
Inventors: 김수철; 정상철; 김용주; 윤민석
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-04

Abstract

본 발명에 따른 무단 변속기는, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기로서, 엔진에 의해 회전하는 구동 입력축, 내부 유압을 조절하여 출력되는 동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛, HST 유닛의 구동력과 상기 구동 입력축의 구동력을 합성하는 유성 전동부 및 유성 전동부로부터의 출력을 전달받아 선택적으로 제1피동축에 전달하는 부변속부를 포함하는 차량용 변속기로서, 유성 전동부는 그 중심축이 상기 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고, 무단 변속기의 무게 중심이 상기 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, HST 유닛, 상기 제1피동축 및 상기 부변속부가 위치결정된다.

Description

무단 변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은 차량의 무단 변속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 트랙터 등과 같은 작업 차량에 적합한 무단 변속기에 관한 것이다.

트랙터와 같은 작업 차량의 동력 전달 시스템으로서 유압식 무단 변속기(HST)와 기계식 차동장치가 조합된 유압 기계식 변속기(HMT)가 이용되고 있다.

유압 기계식 변속기는 뛰어난 조작성을 가지는 유압식 무단 변속기와 뛰어난 전달 효율을 가지는 차동 기어의 양쪽의 장점을 극대화하기 위한 변속기이다.

또한, 기존 작업 차량에 사용되는 유압 기계식 변속기의 경우, 특허문헌 1에서 개시된 변속 장치와 같이, 한 쌍 이상의 유성기어와 무단변속 장치를 이용하여 동력 전달 경로를 2개 이상으로 한 다경로 변속기를 이용하는 것이 일반적이다. 이 경우, 유압식 무단 변속기에 의해 무단 변속된 엔진의 출력과, 무단 변속기에 의해 변속되지 않은 엔진의 출력을 유성기어를 이용하여 합성하여, 합성된 동력을 클러치를 이용하여 선택적으로 차축에 전달하게 된다.

그러나, 종래 작업 차량의 동력 전달 시스템으로서의 유압 기계식 변속기에 대해서는, 다기종화, 설치 공간 간소화를 위한 변속기 요소의 최적 배치 구조만이 개시되어 있을 뿐, 변속기의 소음, 진동 저감을 위한 변속기 요소의 최적 배치 구조에 대해서는 알려져 있지 않다.

변속기 내의 진동 소음은, 기어와 같은 회전 요소의 기어 이(teeth) 사이의 마찰 또는 작용 부하에 의한 것이 대부분이며, 특히, 트랙터와 같은 작업 차량에 적용되는 유압 기계식 변속기의 경우, 엔진의 동력을 무단 변속하기 위한 유압식 무단 변속 유닛을 더 구비하고, 엔진 동력을 합성하기 위하여 다수의 유성 기어로 이루어진 유성 전동부를 더 구비하고 있어, 변속기 내의 진동, 소음이 더욱 문제가 될 수 있다.

대한민국 특허공개공보 제10-2012-0086822호

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진동, 소음을 최소화할 수 있는 변속기 배치 구조를 갖는 무단 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는, 엔진의 동력이 출력되는 구동 입력축 상에 유성 전동부의 중심축이 위치하도록 하고, 변속기 전체의 무게 중심이 유성 전동부의 중심축에 존재하도록, 유성 전동부를 제외한 HST 유닛부, 부변속부 및 변속된 동력을 차륜 또는 작업기등의 부하로 전달하는 제1피동축과 같은 변속기 요소의 위치를 결정하도록 하고 있다.

본 발명의 상기한 변속기 구조를 채택하는 것에 의해, 본 발명에 따른 변속기에서는, 변속기 전체의 무게 중심이, 가장 큰 토크가 전달되는 엔진의 구동 입력축 상에 존재하게 된다. 따라서, 변속기 전체의 무게 중심이 엔진의 구동 입력축과는 편심되어 위치하는 경우와 대비하여, 구동 입력축의 회전에 따른 각 변속기 요소의 진동을 저감할 수 있으며, 이를 통해, 각 구성요소의 회전 요소의 기어 이 사이의 마찰이나 고부하로 인한 소음을 저감 가능하다.

구체적으로는, 상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기로서, 엔진에 의해 회전하는 구동 입력축, 내부 유압을 조절하여 출력되는 동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛, HST 유닛의 구동력과 구동 입력축의 구동력을 합성하는 유성 전동부 및 유성 전동부로부터의 출력을 전달받아 선택적으로 제1피동축에 전달하는 부변속부를 포함하는 차량용 변속기에 있어서, 유성 전동부는 그 중심축이 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고, 무단 변속기의 무게 중심이 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, HST 유닛, 제1피동축 및 부변속부가 위치결정되도록 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 엔진으로부터의 동력이 입력되는 유압식 무단 변속부(HST), 유압식 무단 변속부에 의해 무단 변속된 엔진의 동력과, 유압식 무단 변속부에 의해 변속되지 않은 엔진의 동력을 복수의 유성 기어에 의해 합성하는 유성 기어부 및 유성 기어부로부터의 회전 구동력을 선택적으로 제1 피동축에 전달하는 부변속부를 포함하는, 차량용 변속기에 있어서, 유압식 무단 변속부의 고장을 판정하기 위한 고장 판정 수단; 및 고장 판정 수단에 의해 유압식 무단 변속부의 고장이 판정되었을 경우에, 엔진으로부터 동력이, 유압식 무단 변속부를 거치지 않고 유성 기어부로부터 부변속부로 직접 전달되도록 전환하는 동력 절환 수단을 구비하고, 유성 전동부는 그 중심축이 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고, 무단 변속기의 무게 중심이 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, HST 유닛, 제1피동축 부변속부 및 동력 절환 수단이 위치결정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 유압식 무단 변속부의 출력축은 유성 기어부의 복수의 유성 기어의 제1 회전 요소에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 동력 전환 수단은 제1 회전 요소를 회전 불능하게 고정시킬 수 있도록 설치된 브레이크인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 유압식 무단 변속부의 입력축은 엔진의 구동 입력축과 연결되고, 동력 전환 수단은 유압식 무단 변속부의 입력축과 구동 입력축 사이에 동력을 절환하기 위한 클러치인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 유압식 무단 변속부의 입력축은 엔진의 구동 입력축과 연결되고, 동력 전환 수단은, 제1 회전 요소를 회전 불능하게 고정시킬 수 있도록 설치된 브레이크 및 유압식 무단 변속부의 입력축과 엔진의 구동 입력축 사이에 동력을 절환하기 위한 클러치인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, HST 유닛은 차체 전후 방향에 있어서, 유성 전동부의 후방에 배치되고, 구동 입력축은 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고, HST 유닛과 부변속부는 구동 입력축을 사이에 두고 서로 대향 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 유성 전동부는, 구동 입력축의 구동력과 HST 유닛의 구동력의 합성 구동력에 의해 각각 회전하는 캐리어 및 선기어축을 포함하고, 부변속부는, 복수의 기어와 클러치로 구성되어, 캐리어 또는 선기어축의 회전 구동력을 선택적으로 제1 피동축에 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 부변속부는, 캐리어로부터 동력을 전달받아 제1피동축으로 출력하는 제1 변속부와, 선기어축으로부터 동력을 전달받아 제1피동축으로 출력하는 제2 변속부를 구비하고, 변속 시점에서 제1 변속부 또는 제2 변속부가 선택적으로 제1피동축에 연결되어 변속되고, 제1 변속부와 제2 변속부는 제1 피동축을 사이에 두고 서로 대향 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 변속기의 무게 중심이 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, HST 입력축, 제1 변속부의 구동축, 제2 변속부의 구동축 및 제1 피동축의 위치가 결정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 변속 시점에서, 제1 변속부와 제2 변속부의 출력은 제1피동축을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1 변속부는 캐리어에 형성된 1/3단 구동기어와 연결되는 1/3단 변속부이고, 제2 변속부는 선기어축에 형성된 2/4단 구동기어와 연결되는 2/4단 변속부인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1피동축은 3단 구동기어 및 4단 구동기어와 동시에 연결되는 3/4단 피동기어와, 1단 구동기어 및 2단 구동기어와 동시에 연결되는 1/2단 피동기어를 포함하고, 1/3단 변속부는, 1/3단 구동기어와 연결되는 1/3단 피동기어를 구비하고, 제1클러치가 형성된 1/3단 구동축과, 1/3단 구동축에 자유회전가능하게 형성되며, 제1클러치의 제1클러치부와 제2클러치부에 각각 연결되는 3단 구동기어와 1단 구동기어를 포함하고, 2/4단 변속부는, 2/4단 구동기어와 연결되는 2/4단 피동기어를 구비하고, 제2클러치가 형성된 2/4단 구동축과, 2/4단 구동축에 자유회전가능하게 형성되며, 제2클러치의 제3클러치부와 제4클러치부에 각각 연결되는 4단 구동기어와 2단 구동기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제3클러치를 구비하는 제2피동축; 제2피동축에 자유회전가능하게 형성되며, 제3클러치의 제5클러치부와 제6클러치부에 각각 연결되는 후진 구동기어 및 전진 구동기어를 더 포함하고, 제1피동축에는 후진 아이들 기어를 개재하여 후진 구동기어와 연결되는 후진 연결기어와, 전진 구동기어와 연결되는 전진 연결기어가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 차량의 차륜과 연결되는 제3피동축과, 연결축을 더 포함하고, 제2피동축에는 전후진 출력기어가 형성되고, 제3피동축의 상류측 단부는 전후진 출력기어에 자유회전 가능하게 연결되고, 하류측 단부에는 제3피동축 피동기어가 형성되며, 연결축에는 전후진 출력기어와 연결되는 제1감속기어와, 제3피동축 피동기어와 연결되는 제2감속기어가 형성되어, 제2피동축의 회전력이 전후진 출력기어로부터 제1감속기어로 전달되어 연결축을 회전시키고, 연결축의 회전력이 제2감속기어로부터 제3피동축 피동기어로 전달되어 제3피동축이 회전하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 선기어축은 구동 입력축 상에 자유회전 가능하게 연결되고, 캐리어는 선기어축 상에 자유회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 구동 입력축에 고정 설치되는 제1선기어; 선기어축에 형성되는 제2선기어; 구동 입력축을 중심으로 자유회전 가능하며, 제2선기어를 감싸도록 설치되는 링기어; 제1선기어와 연결되는 제1피니언 기어와, 제2선기어 및 링기어의 링기어의 링 출력기어와 동시에 연결되는 제2피니언 기어를 구비하는 복수의 유성기어를 더 포함하고, 캐리어는 복수의 유성기어에 동시 체결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 링기어는 HST 유닛의 HST 출력축에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 차량은 작업 차량이고, 구동 입력축은 작업 차량의 작업 장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 변속기의 진동, 소음의 발생을 억제함으로써, 작업 차량의 승차감을 개선할 수 있으며, 주행 안정성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 수명을 연장시킬수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 변속기 구성을 도시한 도면
도 2는 도 1의 변속기 구성을 도시한 선도
도 3은 도 1의 변속기를 차체 전방에서 바라본 구조를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속기의 동력 전달 관계를 나타내는 블럭도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속기 구성을 도시한 선도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속기 구성을 도시한 선도
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속기 구성을 도시한 선도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 변속기(1)의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 변속기(1) 구성을 개략적으로 나타낸 선도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변속기(1)는 엔진(2)의 출력부에 연결되어 엔진(2)의 동력에 의해 회전하는 구동 입력축(10)과, 상기 구동 입력축(10)을 중심으로 형성되는 유성 전동부(3), 구동 입력축(10)이 동력을 전달 받아 유성 전동부(3)로 구동력을 전달하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛(40)으로 이루어지는 유압식 무단 변속부(4), 상기 유성 전동부(3)로부터 동력을 전달받는 부변속부(5), 차량의 전후진 동작을 절환하는 전후진 절환부(6) 및 변속기의 클러치 용량을 줄일 수 있도록 형성되는 2차 감속부(7)를 포함한다.

도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유성 전동부(3)는 그 중심축이 구동 입력축(10)과 동축으로 배치된다. 따라서, 유성 전동부(3)를 구성하는 복수개의 유성 기어의 가상의 중심축은 구동 입력축(10)과 동심을 이룬다.

또한, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유성 전동부(3)는 차체 전후 방향에 있어서, 엔진(2) 보다 후방에 배치되고, 유압식 무단 변속기 유닛부(4)의 HST 유닛(40)은 차체 전후 방향에 있어서, 유성 전동부(3)의 복수개의 유성기어보다 후방에 배치된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, HST 유닛(40)과 부변속부(5)는 구동 입력축(10)을 중심으로 서로 대향 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 부변속부(5) 및 HST 유닛(40)을 유성 전동부(3)의 후방에 배치되도록 하는 것과 더불어 유성 전동부(3)의 중심축을 기준으로 부변속부(5) 및 HST 유닛(40)이 서로 대향하도록 배치하는 것에 의해, 유성 전동부(3) 및 HST 유닛(40)을 차체 전후 방향으로 나란히 배치하도록 하는 구조와 대비하여, 변속기의 횡방향 길이를 감소시킬 수 있다.

구동 입력축(10)의 최상류측에는 제1선기어(sun gear)(11)가 고정 설치되고,하류측 중간에는 HST 입력 구동기어(18)가 고정 설치된다. 구동 입력축(10)의 최하류측에는 작업 차량의 작업 장치를 구동시키는 작업 장치 구동축(110)이 클러치(111)를 통해 연결된다. 클러치(111)를 통해 작업 장치 구동축(110)이 구동 입력축(10)에 연결되는 작업 장치를 승하강시키는 등 작업을 수행할 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 "상류"는 하나의 부재에 의해 동력이 입력되는 쪽을 의미하며, 용어 "하류"는 상기 부재로부터 입력된 동력이 전달되어 가는 쪽을 의미한다.

HST 입력 구동기어(18)는, 구동 입력축(10)과 동심으로 구동 입력축(10) 상에 구비되어, HST 유닛부(40)의 HST 유닛(40)에 동력을 입력하는 HST 입력축(43) 상에 고정 설치된 HST 입력 피동기어(45)와 연결된다. 본 실시예에서는 HST 입력 구동기어(18)가 연결 기어(19)를 통해 HST 입력 피동기어(45)와 연결된다. 따라서, 구동 입력축은 HST 유닛(40)의 입력축(43)과 연결되게 된다.

HST 유닛(40)은 유압 펌프(41)와 유압 모터(42)를 구비한다. 엔진(2)에 의해 구동하는 구동 입력축(10)의 회전력이 기어(18, 19, 43)를 통해 HST 입력축(43)으로 전달되고, 유압 펌프(41)는 HST 입력축(43)의 구동력에 의해 구동한다.

유압 펌프(41)는 그 내부에 구비된 경사판의 경사각을 조절하여 내부 유량의 용량을 가변적으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 유압 펌프(41)는 유압 모터(42)를 구동시킨다.

HST 유닛(40)은 유압 펌프(41)의 용량을 조절하는 것에 의해 유압 펌프(41)에 대한 유압 모터(42)의 구동비를 조절할 수 있고, 이에 따라 출력되는 동력의 크기를 조절할 수 있다. 유압 모터(42)는 HST 유닛(40)의 HST 출력축(44)을 회전시킨다.

상기 HST 유닛(40)과 같이 엔진(2)의 구동력을 전달받아 이를 감속시키는 유압식 무단 변속기의 구조는 이미 공지된 것이므로, 여기서는 HST 유닛(40)의 구성과 동력 전달 특성에 대한 더 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 구동 입력축(10)의 제1선기어(11)의 하류측에는 구동 입력축(10) 상에서 자유회전 가능하게 형성되는 선기어축(30)과, 상기 선기어축(30) 상에서 자유회전 가능하게 형성되는 캐리어(carrier)(20)가 구비된다. 선기어축(30)의 상류측 단부에는 제2선기어(31)가 구비된다.

제1선기어(18)와 제2선기어(31)에는 복수의 유성기어(12)가 연결된다. 복수의 유성기어(12)는, 제1선기어(18)와 연결되는 제1피니언 기어(13)와 제2선기어(31)와 연결되는 제2피니언 기어(14)를 구비한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(20)는 복수의 유성기어(12)에 동시에 체결된다.

본 실시예에 따르면, HST 유닛(40)의 구동력과 구동 입력축(10)의 회전 구동력과 합성하기 위하여, 링기어(ring gear)(15)가 제2선기어(31)를 감싸도록 설치된다.

링기어(15)의 링 출력기어(17)는 유성기어(12)의 제2피니언 기어(14)와 연결되고, 링 입력기어(16)는 HST 유닛(40)의 HST 출력축(44)에 형성된 HST 출력 구동 기어(46)와 연결된다.

링기어(15)는 HST 출력축(44)의 회전 구동에 의해 구동 입력축(10)에 대하여 자유회전 가능하다.

엔진(2)이 구동하면 구동 입력축(10)이 회전하게 되고, 구동 입력축(10)의 회전 구동력(10)은 HST 입력축(43)을 회전시킨다. HST 입력축(43)의 회전 구동력은 HST 유닛(40)으로 입력되고, HST 유닛(40)은 HST 유닛(40)의 용량에 따라 HST 출력축(44)을 회전시킨다.

HST 출력축(44)이 회전하면, HST 출력 구동기어(46)와 연결된 링기어(15)가 구동 입력축(10)을 중심으로 회전하게 된다.

한편, 엔진(2)의 구동력에 의해 구동 입력축(10)이 회전하게 되면, 구동 입력축(10)에 고정 설치된 제1선기어(11)도 회전한다.

제1선기어(11)와 링기어(14)가 각각 회전함에 따라서, 제1선기어(11)와 링기어(14)에 동시 연결된 복수의 유성기어(12)들은 제1선기어(11)와 링기어(14) 사이에서 구동 입력축(10) 주위를 공전 운동하게 된다.

이때, 각각의 유성기어(12)들의 공전 속도는 모두 동일하므로, 유성기어(12)들에 동시에 체결되는 캐리어(20)는 구동 입력축(10)을 중심으로 회전하게 된다.

또한, 각각의 유성기어(12)들은 그 자체로 회전 운동을 하면서 공전 운동을 하므로, 유성기어(12)의 제2피니언 기어(14)에 연결된 선기어축(30)은 유성기어(12)의 회전 운동 및 공전 운동에 의해 구동 입력축(10)을 중심으로 회전하게 된다.

즉, 본 실시예에 따르면, 엔진(2)에 의해 직접 구동하는 구동 입력축(10)의 회전 구동력과 HST 유닛(90)에 의해 구동하는 HST 출력축(94)의 회전 구동력이 유성기어(12)를 통해 합성되고, 그 합성 구동력이 캐리어(20) 및 선기어축(30)을 각각 회전 구동시키게 된다.

본 실시예에 따르면, 캐리어(20) 및 선기어축(30)의 회전력을 받아 변속을 수행하는 부변속부(5)가 구비된다.

구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(20)에는 1/3단 변속부와 연결되는 1/3단 구동기어(21)가 형성된다.

1/3단 변속부는 1/3단 구동기어(21)와 연결되는 1/3단 피동기어(59)를 구비하고, 제1클러치(51)를 구비하는 1/3단 구동축(57)과, 상기 1/3단 구동축(57)에 자유회전 가능하게 형성되며 각각 제1클러치(51)의 제1클러치부(53)와 제2클러치부(54)에 연결되는 3단 구동기어(61) 및 1단 구동기어(62)를 포함한다.

한편, 선기어축(30)에는 2/4단 변속부와 연결되는 2/4단 구동기어(32)가 형성된다.

2/4단 변속부는 2/4단 구동기어(32)와 연결되는 2/4단 피동기어(60)를 구비하고, 제2클러치(52)를 구비하는 2/4단 구동축(58)과, 상기 2/4단 구동축(58)에 자유회전 가능하게 형성되며 각각 제2클러치(52)의 제3클러치부(55)와 제4클러치부(56)에 연결되는 4단 구동기어(63)와 2단 구동기어(64)를 포함한다.

상기 1/3단 변속부와 2/4단 변속부는 제1피동축(70)에 연결된다. 제1피동축(70)은 3단 구동기어(61) 및 4단 구동기어(63)와 동시에 연결되는 3/4단 피동기어(71)와, 1단 구동기어(62) 및 2단 구동기어(64)와 동시에 연결되는 1/2단 피동기어(72)가 형성된다.

제1피동축(70)은 전후진 절환부(6)와 연장된다. 전후진 절환부(6)에는 제5클러치부(81)와 제6클러치부(82)가 구비된 제3클러치(80)가 형성되며, 최하류측에는 제3피동축(100)을 자유회전 가능하게 고정하는 전후진 출력기어(91)가 형성된다.

제2피동축(90)에는 제2피동축(90)에 대해 자유회전 가능하게 형성되며, 각각 제5클러치부(81)와 제6클러치부(82)에 선택적으로 연결될 수 있는 후진 구동기어(83) 및 전진 구동기어(84)가 형성된다.

제1피동축(70)에는 후진 아이들 기어(85)를 개재하여 후진 구동기어(83)와 연결되는 후진 연결기어(73) 및 전진 구동기어(84)와 연결되는 전진 연결기어(74)가 형성되어, 부변속부(5)로부터 전후진 절환부(6)로 동력을 전달할 수 있다.

제2피동축(90)의 전후진 출력기어(91)에 대해서 자유회전 가능한 제3피동축(100)은 차량의 차륜(120)과 연결되고, 제3피동축(100)의 회전 구동력에 의해 차량의 바퀴가 구동하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 1/3단 변속부와 2/4단 변속부는 제1피동축(70)을 중심으로 서로 대향 배치된다. 따라서, 이러한 본 발명의 배치 구조에 따르면, 종래 부변속부에 있어서 복수개의 변속단을 형성하기 위한 복수개의 부변속부가, 부변속부로부터 동력이 출력되는 출력축과 동심으로 배치되어 출력축 상에서 차체 전후 방향으로 나란히 배치되는 구조와 대비하여, 변속기 횡방향 길이를 보다 저감할 수 있다.

본 실시예에 따르면 부변속부(5)와 전후진 절환부(6)의 클러치 용량을 감소시킬 수 있도록, 제3피동축(100)과 평행하게 연결축(101)이 구비되어 2차 감속부(7)가 형성된다.

연결축(101)에는 전후진 출력기어(91)와 연결되는 제1감속기어(102)와, 제3피동축(100)에 고정 설치된 제3피동축 피동기어(104)와 연결되는 제2감속기어(103)가 형성된다.

이와 같은 구성에 따르면, 제3피동축(100)이 전후진 출력기어(91)에 대해 자유회전 가능하게 연결되므로, 제2피동축(90)이 회전력이 바로 제3피동축(100)으로 전달되지 않고, 연결축(101)을 경유하므로 동력의 2차 감속이 이루어진다.

도 3은 도 1에서 도시된 변속기(1)를 차체 전방에서 후방을 향해 바라본 개략도이다. 도 3의 도시에 따르면, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 유성 전동부(3)는 그 중심축이 엔진으로부터 동력을 전달하는 구동 입력축(10)과 동심으로 배치된다.

또한, 차체 전방에서 보았을 때, 부변속부(5), HST 유닛(40), 및 제1피동축(70)은 유성 전동부(3)를 둘러싸듯이 배치되어 있다.

부변속부(5), HST 유닛(40), 제1피동축(70)과 유성 전동부(3)는 소정의 질량을 갖는 질량 요소들인바, 유성 전동부(3)를 중심으로, 부변속부(5), HST 유닛(40), 제1피동축(70)과 유성 전동부(3)의 위치를 최적화함으로써, 변속기(1) 전체의 무게 중심을 유성 전동부(3)의 중심축, 즉 엔진(2)의 구동 입력축(10) 상에 배치시키는 것이 가능하다.

예컨대, 도 3에서 도시된, 차체 전방에서 바라보았을 때, 구동 입력축(10)과, HST 유닛(40)의 HST 입력축(44), 제1 부변속부의 구동축(57), 제2 부변속부의 구동축(58)과 제1피동축(70) 사이를 연결하는 가상의 선분 사이에 이루는 각도를 최적화함으로써, 변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하도록 하는 것이 가능하다.

변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하도록 하기 위해 필요한, 구동 입력축(10)과, HST 유닛(40)의 HST 입력축(44), 제1 부변속부의 구동축(57), 제2 부변속부의 구동축(58)과 제1피동축(70) 사이를 연결하는 가상의 선분 사이에 이루는 각도는 각 질량 요소들의 하중, 각 질량 요소들이 구동 입력축(10)으로부터 이격된 거리에 따라 달라진다.

한편, 질량 요소인 HST 유닛(40), 부변속부(5) 및 제1피동축(70)과 유성 전동부(3) 사이의 거리를 최적화함으로써, 변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하도록 할 수 있다. 이때, 각 질량 요소들과 유성 전동부(3) 사이의 거리는 각 질량 요소들의 하중, 차체 전방에서 바라보았을 때, 각 질량 요소들의 회전축이 유성 전동부(3)의 중심축과 이루는 각도에 따라 달라진다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 실시예와 같이, 본 발명에 따른 변속기(1)가 HST 유닛(40), 부변속부(5) 이외에 차량의 전후진 동작을 절환하는 전후진 절환부(6) 및 변속기의 클러치 용량을 줄일 수 있도록 형성되는 2차 감속부(7)를 포함하는 경우에도, 상기한 배치구조는 여전히 유효하다. 이 경우, 전후진 절환부(6) 및 2차 감속부(7)의 질량 및 위치를 고려하여, 부변속부(5), HST 유닛(40), 제1피동축(70)과 유성 전동부(3) 사이의 상대 위치를 최적화하거나 또는, 유성 전동부(3)와, 전후진 절환부(6), 2차 감속부(7), 부변속부(5), HST 유닛(40) 및 제1 피동축(70) 사이의 상대 위치를 최적화함으로써, 변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하게 할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속기의 동력 전달 관계를 나타내는 블럭도이다.

도 4의 도시 내용에 따르면, 본 발명에 따른 변속기(1)는 유압식 무단 변속부(4)와 유성 전동부(3) 및 부변속부(5) 외에 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 경우 이를 판정하기 위한 판정 수단(9) 및 동력절환수단(8)을 더 구비한다.

유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 경우에, 엔진(2)으로부터 출력되는 동력은 유압식 무단 변속부(4)에 의해 변속 제어가 제대로 이루어지지 않거나, 동력 전달 자체가 불능 상태에 빠질 수 있다. 이 경우, 차량의 주행 제어가 제대로 이루어지지 않게 될 우려가 있다. 특히, 유압식 무단 변속부(4)의 출력단이 공회전하는 경우에는, 유압식 무단 변속부(4)에 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소가 고정되지 못하여, 유성 기어부(3) 내의 유성 기어는 중립 상태가 되게 된다. 이 경우, 엔진(2)의 동력은 유성 기어부(3)를 통해 부변속부(3)로 전달되지 못해 주행 중인 차량이 정지되거나, 정지된 상태에서 발진 불능이 될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 변속기(1)는 유압식 무단 변속부(4) 내의 유압 회로 또는 유압식 무단 변속부(4)를 제어하기 위한 전기적 제어 장치에 이상이 발생하여 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 경우 이를 판정하기 위한 판정 수단(9)을 구비한다. 또한 본 발명에서는 상기 고장 판정 수단(9)에 의해 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생된 것으로 판정되는 때에는 유압을 이용하여 변속하는 유압식 무단 변속부(4)를 경유하는 유압식 경로인 제2 동력전달경로를 차단하고, 엔진의 동력이 변속 작용 없이 그대로 유성 기어부(3)로 전달하는 기계식 경로인 제1 동력전달경로에 의해 전달되는 엔진(2)의 동력을 부변속부(5)로 전달하기 위한 동력절환수단(8)을 구비한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 무단 변속기의 무게 중심이 상기 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, 상기 HST 유닛(40), 상기 제1피동축(70) 상기 부변속부(5) 및 상기 동력절환수단(8)이 위치결정되도록 한다. 즉, 유성 전동부(3)와, 부변속부(5), HST 유닛(40), 제1 피동축(70) 및 동력절환수단(8) 사이의 상대 위치를 최적화함으로써, 변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하게 할 수 있다.

또한, 동력절환수단(8)의 질량 및 그 위치를 고려하여, 부변속부(5), HST 유닛(40), 제1피동축(70)과 유성 전동부(3) 사이의 상대 위치를 최적화하여도 변속기(1) 전체에 작용하는 하중의 무게 중심을 구동 입력축(10) 상에 위치하게 할 수 있다.

도 5에서 도시된, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력절환수단(8)은 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소를 고정하기 위한 브레이크(130)이다.

본 발명에 따른 변속기(1)에서는, 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 것으로 고장 판정 수단(9)이 판정하는 경우에, 브레이크(130)를 작동시켜, 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소의 회전을 정지시켜 회전 요소를 고정시킨다. 이를 통해, 유압식 무단 변속부(4)에서의 동력 전달을 차단하는 한편, 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소의 회전을 정지시키는 것에 의해, 유성 기어부(3)가 중립상태에 빠지는 것을 방지한다.

도 6에서 도시된, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력절환수단(8)은 유압식 무단 변속부(4)와 엔진(2) 사이를 선택적으로 연결하는 클러치(140)이다.

본 발명에 따른 변속기(1)에서는, 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 것으로 고장 판정 수단(9)이 판정하는 경우에, 클러치(140)를 작동시켜, 엔진(2)으로부터 유압식 무단 변속부(4) 사이의 연결을 해제한다. 이 경우, 엔진(2)으로부터 유압식 무단 변속부(4)로 동력이 전달되지 않고, 유압식 무단 변속부(4)의 출력축은 회전하지 않고 고정 상태로 유지된다. 따라서, 유압식 무단 변속부(4)에서의 동력 전달을 차단하는 한편, 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소를 고정하여, 유성 기어부(3)가 중립상태에 빠지는 것을 방지한다.

도 7에서 도시된 변속기(1)에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력절환수단(8)은, 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소를 고정하기 위한 브레이크(130) 및 유압식 무단 변속부(4)와 엔진(2) 사이를 선택적으로 연결하는 클러치(140)이다.

본 발명에 따른 변속기(1)에서는, 유압식 무단 변속부(4)에 고장이 발생한 것으로 고장 판정 수단(9)이 판정하는 경우에, 클러치(140)를 해제하여 엔진(2)의 동력이 유압식 무단 변속부(4)로 전달되는 것을 방지하는 한편, 브레이크(130)에 의해, 유압식 무단 변속부(4)와 연결된 유성 기어부(3)의 회전 요소를 고정하여, 보다 확실하게 동력을 차단이 이루어지게 된다. 이를 통해, 엔진(2)으로부터의 동력이 유성 기어부(3)를 통해 부변속부(5)로 기계적 동력 전달 수단에 의해 전달되게 된다.

1: 변속기
2: 엔진
3: 유성 기어부
4: HST 유닛부
5: 부변속부
6: 전후진 절환부
7: 2차 감속부
8: 동력절환수단
10: 구동 입력축
11: 제1선기어
12: 유성기어
15: 링기어
20: 캐리어
30: 선기어축
31: 제2선기어
51, 52, 80, 140: 클러치
70: 제1피동축
90: 제2피동축
100:제3피동축
130: 브레이크

Claims

차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기로서, 상기 엔진에 의해 회전하는 구동 입력축, 내부 유압을 조절하여 출력되는 동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛, 상기 HST 유닛의 구동력과 상기 구동 입력축의 구동력을 합성하는 유성 전동부 및 상기 유성 전동부로부터의 출력을 전달받아 선택적으로 제1피동축에 전달하는 부변속부를 포함하는 차량용 변속기에 있어서,
상기 유성 전동부는 그 중심축이 상기 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고,
상기 HST 유닛은 차체 전후 방향에 있어서, 상기 유성 전동부의 후방에 배치되고,
상기 구동 입력축은 상기 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고,
상기 HST 유닛의 출력축은 상기 유성 전동부에 연결되고,
상기 HST 유닛과 상기 부변속부는 상기 구동 입력축을 사이에 두고 서로 대향 배치되고,
상기 유성 전동부는, 상기 구동 입력축의 구동력과 상기 HST 유닛의 구동력의 합성 구동력에 의해 각각 회전하는 캐리어 및 선기어축을 포함하고,
상기 부변속부는, 복수의 기어와 클러치로 구성되어, 상기 캐리어 또는 상기 선기어축의 회전 구동력을 선택적으로 제1 피동축에 전달하고,
상기 제1 피동축은 상기 구동 입력축을 사이에 두고, 상기 HST 유닛의 출력축 및 입력축과 대향 배치되고,
상기 무단 변속기의 무게 중심이 상기 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, 상기 HST 유닛, 상기 제1피동축 및 상기 부변속부가 위치결정되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
엔진으로부터의 동력이 입력되는 유압식 무단 변속부(HST), 상기 유압식 무단 변속부에 의해 무단 변속된 엔진의 동력과, 상기 유압식 무단 변속부에 의해 변속되지 않은 엔진의 동력을 복수의 유성 기어에 의해 합성하는 유성 기어부 및 상기 유성 기어부로부터의 회전 구동력을 선택적으로 제1 피동축에 전달하는 부변속부를 포함하는, 차량용 변속기에 있어서,
상기 유압식 무단 변속부를 제어하기 위한 전기적 제어 장치의 이상 유무를 판정하여, 상기 유압식 무단 변속부의 고장을 판정하기 위한 고장 판정 수단; 및
상기 고장 판정 수단에 의해 상기 유압식 무단 변속부의 고장이 판정되었을 경우에, 상기 엔진으로부터 동력이, 상기 유압식 무단 변속부를 거치지 않고 상기 유성 기어부로부터 상기 부변속부로 직접 전달되도록 전환하는 동력 절환 수단을 구비하고,
상기 유성 전동부는 그 중심축이 상기 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고,
상기 무단 변속기의 무게 중심이 상기 유성 전동부의 중심축 상에 존재하도록, 상기 HST 유닛, 상기 제1피동축 상기 부변속부 및 상기 동력 절환 수단이 위치결정되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 유압식 무단 변속부의 출력축은 상기 유성 기어부의 복수의 유성 기어의 제1 회전 요소에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 동력 절환 수단은 상기 제1 회전 요소를 회전 불능하게 고정시킬 수 있도록 설치된 브레이크인 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 유압식 무단 변속부의 입력축은 상기 엔진의 구동 입력축과 연결되고,
상기 동력 절환 수단은 상기 유압식 무단 변속부의 입력축과 상기 구동 입력축 사이에 동력을 절환하기 위한 클러치인 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 유압식 무단 변속부의 입력축은 상기 엔진의 구동 입력축과 연결되고,
상기 동력 절환 수단은,
상기 제1 회전 요소를 회전 불능하게 고정시킬 수 있도록 설치된 브레이크 및
상기 유압식 무단 변속부의 입력축과 상기 엔진의 구동 입력축 사이에 동력을 절환하기 위한 클러치인 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
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청구항 1에 있어서,
상기 부변속부는,
상기 캐리어로부터 동력을 전달받아 상기 제1피동축으로 출력하는 제1 변속부와,
상기 선기어축으로부터 동력을 전달받아 상기 제1피동축으로 출력하는 제2 변속부를 구비하고,
변속 시점에서 상기 제1 변속부 또는 상기 제2 변속부가 선택적으로 상기 제1피동축에 연결되어 변속되고,
상기 제1 변속부와 상기 제2 변속부는 상기 제1 피동축을 사이에 두고 서로 대향 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기
청구항 9에 있어서,
상기 변속기의 무게 중심이 상기 유성 전동부의 상기 중심축 상에 존재하도록, 상기 HST 입력축, 상기 제1 변속부의 구동축, 상기 제2 변속부의 구동축 및 상기 제1 피동축의 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 10에 있어서,
상기 변속 시점에서,
상기 제1 변속부와 상기 제2 변속부의 출력은 상기 제1피동축을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력으로 조절되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 변속부는 상기 캐리어에 형성된 1/3단 구동기어와 연결되는 1/3단 변속부이고,
상기 제2 변속부는 상기 선기어축에 형성된 2/4단 구동기어와 연결되는 2/4단 변속부인 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 12에 있어서,
상기 제1피동축은 상기 3단 구동기어 및 상기 4단 구동기어와 동시에 연결되는 3/4단 피동기어와, 상기 1단 구동기어 및 상기 2단 구동기어와 동시에 연결되는 1/2단 피동기어를 포함하고,
상기 1/3단 변속부는,
상기 1/3단 구동기어와 연결되는 1/3단 피동기어를 구비하고, 제1클러치가 형성된 1/3단 구동축과,
상기 1/3단 구동축에 자유회전가능하게 형성되며, 상기 제1클러치의 제1클러치부와 제2클러치부에 각각 연결되는 3단 구동기어와 1단 구동기어를 포함하고,
상기 2/4단 변속부는,
상기 2/4단 구동기어와 연결되는 2/4단 피동기어를 구비하고, 제2클러치가 형성된 2/4단 구동축과,
상기 2/4단 구동축에 자유회전가능하게 형성되며, 상기 제2클러치의 제3클러치부와 제4클러치부에 각각 연결되는 4단 구동기어와 2단 구동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 13에 있어서,
제3클러치를 구비하는 제2피동축;
상기 제2피동축에 자유회전가능하게 형성되며, 상기 제3클러치의 제5클러치부와 제6클러치부에 각각 연결되는 후진 구동기어 및 전진 구동기어를 더 포함하고,
상기 제1피동축에는 후진 아이들 기어를 개재하여 상기 후진 구동기어와 연결되는 후진 연결기어와, 상기 전진 구동기어와 연결되는 전진 연결기어가 형성되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 차량의 차륜과 연결되는 제3피동축과,
연결축을 더 포함하고,
상기 제2피동축에는 전후진 출력기어가 형성되고,
상기 제3피동축의 상류측 단부는 상기 전후진 출력기어에 자유회전 가능하게 연결되고, 하류측 단부에는 제3피동축 피동기어가 형성되며,
상기 연결축에는 상기 전후진 출력기어와 연결되는 제1감속기어와, 상기 제3피동축 피동기어와 연결되는 제2감속기어가 형성되어,
상기 제2피동축의 회전력이 상기 전후진 출력기어로부터 상기 제1감속기어로 전달되어 상기 연결축을 회전시키고,
상기 연결축의 회전력이 상기 제2감속기어로부터 상기 제3피동축 피동기어로 전달되어 상기 제3피동축이 회전하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 8에 있어서,
상기 선기어축은 상기 구동 입력축 상에 자유회전 가능하게 연결되고,
상기 캐리어는 상기 선기어축 상에 자유회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 16에 있어서,
상기 구동 입력축에 고정 설치되는 제1선기어;
상기 선기어축에 형성되는 제2선기어;
상기 구동 입력축을 중심으로 자유회전 가능하며, 상기 제2선기어를 감싸도록 설치되는 링기어;
상기 제1선기어와 연결되는 제1피니언 기어와, 상기 제2선기어 및 상기 링기어의 링기어의 링 출력기어와 동시에 연결되는 제2피니언 기어를 구비하는 복수의 유성기어를 더 포함하고,
상기 캐리어는 상기 복수의 유성기어에 동시 체결되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 17에 있어서,
상기 링기어는 상기 HST 유닛의 HST 출력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 차량은 작업 차량이고,
상기 구동 입력축은 상기 작업 차량의 작업 장치와 연결되는 것을 특징으로 무단 변속기.