KR101505739B1

KR101505739B1 - 무단 변속기

Info

Publication number: KR101505739B1
Application number: KR1020130105381A
Authority: KR
Inventors: 정상철; 김수철; 김용주; 윤민석
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-24
Also published as: KR20150026476A

Abstract

본 발명에 따른 변속기는, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 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 포함하고, 유성 전동부는 그 중심축이 상기 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고, HST 유닛은 차체 전후 방향에 있어서, 유성 전동부의 후방에 배치되고, 구동 입력축은 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고, HST 유닛과 부변속부는 구동 입력축을 중심으로 서로 대향 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

무단 변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은 차량의 무단 변속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 트랙터등과 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, 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.

이와 같은 종래의 유압 기계식 변속기의 구조에 관하여 특허문헌 1에 개시하고 있다. 특허문헌 1의 도 1에 도시된 변속기 구조에 의하면, 정유압식 무단 변속부는 엔진보다 차체 전후 방향에 있어서 후방에 배치되고, 엔진 구동력을 합성하기 위한 유성 전동부는 정유압식 무단 변속부보다도 차체 전후 방향에 있어서 후방에 배치되도록 하고 있다.

특허문헌 1에서 개시된 변속기 구조에 따르면, 정유압식 무단 변속부와 유성 기어부 및 부변속부가 차체 전후 방향으로 연속하여 배치되어 있어, 변속기 구조의 횡방향 길이가 지나치게 증가하게 되어 상대적으로 넓은 설치공간을 요구하는 문제점이 있었다.

이러한 특허문헌 1에서 개시된 변속기 구조의 문제점을 해결하기 위한 구조로서, 특허문헌 2에서 개시된 변속기 구조가 제시된다. 특허문헌 2에서는, 특허문헌 2에서는, 유압식 무단 변속부가 유성 기어부의 후방에 배치되고, 유압식 무단 변속부와 부변속부가 서로 대향 배치되어 있다. 이러한 구조를 채택하는 것에 의해, 변속기 구조의 횡방향 길이를 감소시켜 설치 공간을 저감할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서 개시된 변속기 구조에서는, 유성 기어부와 부변속부가 엔진 출력축과 동심으로 배치되어, 차체 전후 방향으로 서로 나란히 배치되는 구조를 채택하여, 변속기의 횡방향 길이를 고려한 최적의 배치 구조는 아니었다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제1017785호 특허문헌 2: 미국 등록특허공보 제6042496호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 변속 장치의 횡방향 길이를 최적화할 수 있는 변속기 배치 구조를 갖는 차량용 무단 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 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 포함하고, 유성 전동부는 그 중심축이 구동 입력축과 동심 상에 위치하도록 배치되고, HST 유닛은 차체 전후 방향에 있어서, 유성 전동부의 후방에 배치되고, 구동 입력축은 상기 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고, HST 유닛과 부변속부는 구동 입력축을 중심으로 서로 대향 배치되는 무단 변속기를 제공한다.

바람직하게는, 본 발명의 상기 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, 본 발명의 상기 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 상기 제1 피동축을 중심으로 서로 대향 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

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

바람직하게는, 본 발명의 상기 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, 본 발명의 상기 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, 상기 제2클러치의 제3클러치부와 제4클러치부에 각각 연결되는 4단 구동기어와 2단 구동기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

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

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

바람직하게는, 본 발명의 상기 구동 입력축은 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고, 링기어는 HST 유닛의 HST 출력축에 연결되는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명에 따르면, 트랙터등 작업 차량에 적용되는 무단 변속기의 횡방향 길이를 최소화할 수 있어, 무단 변속기의 설치에 필요한 공간을 최소화하여, 작업 차량의 내부 공간에 대한 공간 활용도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 변속기 구성을 도시한 선도이다.
도 3은 차량의 주행 속도에 따른 HST 유닛의 스트로크(stroke) 및 변속기의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 변속기의 주행 속도에 따른 토크를 나타낸 그래프이다.

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 발명의 일 실시예에 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 실시예에 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.

이하에서는 도 1 내지 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 변속기(1)의 동작을 설명한다.

도 3은 본 실시예에 따른 차량의 주행 속도에 따른 HST 유닛의 스트로크(stroke) 및 변속기의 효율을 나타낸 그래프이다. 도 3에서 HST 유닛의 스트로크는 "가는 실선"으로 표시되어 있으며, 변속기의 효율은 1 내지 4단의 속도 범위에 따라 서로 다른 종류의 선으로 표시되어 있다.

전진 동작시, 제3클러치(80)의 제6클러치부(82)가 전진 구동기어(84)와 연결되고, 제5클러치부(81)는 후진 구동기어(83)와 연결 해제된다.

앞서 설명한 바와 같이, 엔진(2)이 회전하여 구동 입력축(10)을 회전시키면, 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 회전 구동시킨다.

캐리어(20)의 회전 구동력은 1/3단 구동축(57)을 회전시키고, 선기어축(30)은 2/4단 구동축(58)을 회전시킨다.

1단 구동시 제1클러치(51)의 제2클러치부(54)가 1단 구동기어(62)와 연결된다.

이에 따라서, 1/3단 구동축(57)의 회전 구동력이 1단 구동기어(62)를 통해 1/2단 피동기어(72)로 전달되어 제1피동축(70)을 회전시키고, 제1피동축(70)의 회전 구동력은 전진 구동기어(84)를 통해 제2피동축(90)을 회전시킨다. 제2피동축(90)의 회전 구동력은 연결축(101)을 경유하여 감속된 후 제3피동축(100)으로 전달되어 차륜(120)을 회전시키게 된다.

본 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 1단 속도 영역에서 사용자의 동작에 의해 엔진(2)의 출력이 증가하여 차량의 속도가 증가하면, HST 유닛(40)의 경사판에 의한 스트로크가 일정하게 감소하도록 구성되어 있다.

HST 유닛(40)의 스트로크 감소로 인해, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전 속도는 각각 기설정된 비율로 변화한다.

1단에서 2단으로의 변속 시점으로 설정된 속도(도 3에서 약 10km/h)에 차량의 속도가 달하면, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전 속도는 그에 의해 각각 회전하는 1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)이 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력을 내도록 조정된다.

위와 같은 출력의 조정은 유성 전동부(3)와 유성 전동부(5)에 구비되는 기어들의 기어비 등을 적절히 조정하여 이루어질 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 변속기(1)의 기어비는 저속으로 갈수도록 고토크를 발휘하도록 구성되었다. 도 4에서 토크의 최대 토크는 HST 유닛(40)의 용량의 한계점에 의해 영향을 받는다.

다시 도 1 내지 3을 참조하면, 1단에서 2단으로의 변속 시점으로 설정된 속도에 차량의 속도가 달하면, 제1클러치(51)와 1단 구동기어(62)의 연결이 해제되는 동시에, 제2클러치(52)의 제4클러치부(56)가 2단 구동기어(64)와 연결된다.

1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)은 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력을 내도록 회전하고 있는 상태이므로, 1단 구동기어(62)로부터 2단 구동기어(64)로 변속되더라도 제1피동축(70)의 회전 속도는 변함없이 유지된다.

따라서, 변속시 차량의 속도가 저하되거나 변속 과정에서 발생할 수 있는 충격이 거의 없게 된다.

본 실시예에 따르면, 2단 속도 영역에서 사용자의 동작에 의해 엔진(2)의 출력이 증가하여 차량의 속도가 증가하면, HST 유닛(40)의 경사판에 의한 스트로크가 일정하게 증가하도록 구성되어 있다.

HST 유닛(40)의 스트로크 증가로 인해, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전속도는 다시 각각 기설정된 비율로 변화한다.

2단에서 3단으로의 변속 시점으로 설정된 속도(도 3에서 약 14km/h)에 차량의 속도가 달하면, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전 속도는 다시 그에 의해 각각 회전하는 1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)이 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력을 내도록 조정된다.

또한, 2단에서 3단으로의 변속 시점으로 설정된 속도에 차량의 속도가 달하면, 제2클러치(52)와 2단 구동기어(64)의 연결이 해제되는 동시에, 제1클러치(51)의 제1클러치부(53)가 3단 구동기어(61)와 연결된다.

1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)은 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시키는 출력을 내도록 회전하고 있는 상태이므로, 2단 구동기어(64)로부터 3단 구동기어(61)로의 변속시점에서 제1피동축(70)의 회전 속도는 그대로 유지된다.

본 실시예에 따르면, 3단 속도 영역에서 사용자의 동작에 의해 엔진(2)의 출력이 증가하여 차량의 속도가 증가하면, HST 유닛(40)의 경사판에 의한 스트로크가 일정하게 감소하도록 구성되어 있다.

3단 속도 영역에서의 HST 유닛(40)의 스트로크 감소로 인해, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전 속도는 다시 각각 기설정된 비율로 변화한다.3단에서 4단으로의 변속 시점으로 설정된 속도(도 3에서 약 30km/h)에 차량의 속도가 달하면, 캐리어(20)와 선기어축(30)의 회전 속도는 다시 그에 의해 각각 회전하는 1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)이 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력을 내도록 조정된다.

또한, 3단에서 4단으로의 변속 시점으로 설정된 속도에 차량의 속도가 달하면, 제1클러치(51)와 3단 구동기어(61)의 연결이 해제되는 동시에, 제2클러치(52)의 제3클러치부(55)가 4단 구동기어(63)와 연결된다.

1/3단 구동축(57)과 2/4단 구동축(58)은 제1피동축(70)을 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 출력을 내도록 회전하고 있는 상태이므로, 3단 구동기어(61)로부터 4단 구동기어(63)로의 변속시점에서 제1피동축(70)의 회전 속도는 그대로 유지된다.

위와 같이, 변속 시점에서 차량의 속도가 변함없이 유지되도록 함으로써, 도3에 도시된 바와 같이 변속 효율은 속도 영역에 관계없이 높게 유지된다.

후진 구동시, 제3클러치(80)의 제5클러치부(81)가 후진 구동기어(83)와 연결되고, 제6클러치부(82)와 전진 구동기어(84)의 연결은 해제된다.

제1피동축(70)의 회전 구동력은 후진 연결기어(73)를 회전시키고, 후진 연결 기어(73)의 회전 구동력이 후진 아이들 기어(85)를 거쳐 제2피동축(90)을 회전시킨다. 이때, 후진 연결기어(73)의 회전 구동력은 후진 아이들 기어(85)를 거쳐 전달되므로, 제2피동축(90)의 회전 방향은 전진시 회전 방향과 반대가 된다는 것이 이해될 것이다.

본 실시예에 따른 변속기(1)는 속도 영역에 관계없이 높은 효율을 가지고, 변속 시점에서 속도의 연속성을 가지므로 변속시 충격이 거의 없다.

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

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 포함하고,
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 HST 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 상기 출력축 및 상기 입력축과 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
삭제
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 중심으로 서로 대향 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 3에 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 4에 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 5에 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 6에 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 7에 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 3에 있어서,
상기 선기어축은 상기 구동 입력축 상에 자유회전 가능하게 연결되고,
상기 캐리어는 상기 선기어축 상에 자유회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 9에 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 10에 있어서,
상기 구동 입력축은 상기 HST 유닛의 HST 입력축에 연결되고,
상기 링기어는 상기 HST 유닛의 HST 출력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 차량은 작업 차량이고,
상기 구동 입력축은 상기 작업 차량의 작업 장치와 연결되는 것을 특징으로 무단 변속기.