KR101545646B1

KR101545646B1 - 자동차용 트랜스밋션 구조

Info

Publication number: KR101545646B1
Application number: KR1020140066332A
Authority: KR
Inventors: 심영포
Original assignee: 주식회사 포미니 시스템
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-08-19
Also published as: KR20150006344A

Abstract

본 발명은 자동차용 트랜스밋션 구조에 관한 것으로서, 트랜스밋션에 복수 개의 외접형 유성기어부와 복수 개의 브레이크를 사용하여 상기 트랜스밋션의 전체적인 사이즈를 줄이면서도 동일 체적에서 높은 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 설계 범위를 넓힐 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 자동차용 트랜스밋션은, 엔진으로부터 동력을 전달받아 엔진 스타트 기능과 자동차 램프 스타트 기능 및 오버 드라이브 기능을 수행하기 위하여 복수 개의 모터부와, 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제1외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제1섹션부; 상기 제1섹션부의 측부에 구비되어 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 엔진 스타트 보조 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제2외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제2섹션부; 상기 제2섹션부의 측부에 구비되어 상기 제2섹션부와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 자동차의 전진과 후진 속도 제어 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제3외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제3섹션부;로 구성된 것이다.

Description

자동차용 트랜스밋션 구조{structure for transmission in vehicle}

본 발명은 자동차용 트랜스밋션에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 트랜스밋션에 복수 개의 외접형 유성기어부와 복수 개의 브레이크를 사용하여 상기 트랜스밋션의 전체적인 사이즈를 줄이면서도 동일 체적에서 높은 출력을 얻을 수 있고, 자동차에서 요구하는 속비를 용이하게 형성하며, 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 설계 범위를 넓힐 수 있도록 하는 자동차용 트랜스밋션 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 트랜스밋션(transmission)은 자동차와 같은 원동기에서 자동차의 주행조건에 따라 엔진의 회전 속도나 회전력을 바꾸어주는 동력전달장치이다.

최근에는 가솔린엔진이나 디젤엔진 같이 액체연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 이용한 구동방식을 함께 사용하는 하이브리드 자동차가 생산 및 판매되고 있으며, 상기 하이브리드 자동차는 엔진의 힘을 트랜스밋션(transmission) 즉, 변속기가 증폭해 바퀴 회전력으로 전달하는 것이다.

여기서, 상기 하이브리드 자동차에서 가솔린엔진과 전기모터의 회전운동을 바퀴로 전달하는 트랜스밋션 중에서 도요타의 자동차에서 사용하는 트랜스밋션을 살펴보면 상기 도요타 자동차용 트랜스밋션은 유성 기어를 내접치차 즉, 내접형 유성기어를 사용하고 있으며, 자동변속작용을 만드는 액츄에이터(autuator)에 클러치와 브레이크를 조합하여 장치를 구성함에 따라 상기 트랜스밋션에서 큰 회전 토크(torque)를 전달할 수 없고, 회전체에 유압을 걸어 작동되는 클러치의 사용으로 인해 전체적인 사이즈가 커지며, 구조적으로도 강도에 매우 취약하며, 자동차에서 요구하는 속비를 용이하게 형성하지 못함은 물론 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 설계범위를 넓힐 수가 없으므로 자동차의 성능을 향상시키는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 복수 개의 유성기어 세트와 캐리어가 구비된 외접형 유성기어부와 복수 개의 브레이크로 구성된 제1,2,3섹션부로 이루어진 자동차용 트랜스밋션을 구비함으로써, 상기 트랜스밋션의 각 외접형 유성기어부에 구비된 복수 개의 유성기어와 각 브레이크에 의해 상기 각 섹션부의 각 캐리어의 회전수를 변환함으로써 출력축의 필요한 속비를 얻을 수 있음에 따라 자동차에서 요구하는 속비를 용이하게 형성할 수 있고, 상기 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 각 외접형 유성기어부와 각 브레이크 간의 조합으로 인한 설계범위를 넓힐 수 있으며, 상기 트랜스밋션의 전체적인 사이즈를 줄이면서도 동일 체적하에서 기계 구조적으로 우수한 성능을 지님은 물론 큰 회전 토크(torque)를 전달할 수 있어 출력을 높임으로 인해 자동차의 성능이 향상되고, 상기 트랜스밋션에 의하여 자동차의 엔진 상태를 최적으로 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자동차의 주행조건에 따라 엔진의 회전 속도나 회전력을 바꾸어주는 자동차용 트랜스밋션에 있어서, 상기 트랜스밋션은, 엔진으로부터 동력을 전달받아 엔진 스타트 기능과 자동차 램프 스타트 기능 및 오버 드라이브 기능을 수행하기 위하여 복수 개의 모터부와, 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제1외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제1섹션부; 상기 제1섹션부의 측부에 구비되어 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 엔진 스타트 보조 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제2외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제2섹션부; 상기 제2섹션부의 측부에 구비되어 상기 제2섹션부와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 자동차의 전진과 후진 속도 제어 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제3외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제3섹션부;로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조가 제공된다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 로터와 스테이터로 이루어진 제1,2모터부와, 제1입력축과, 제1출력축 및, 제1애뉴얼기어와, 복수 개의 유성기어가 한 세트로 구성된 복수 개의 제1유성기어 세트와 제1캐리어로 이루어진 제1외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크로 구성된 제1섹션부; 제2입력축과, 제2출력축 및 제2,3애뉴얼기어와, 복수 개의 유성기어가 한 세트로 구성된 복수 개의 제2유성기어 세트와 제2캐리어로 이루어진 제2외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크로 구성된 제2섹션부; 제3입력축과, 제3출력축 및 제4,5애뉴얼기어와, 복수 개의 유성기어가 한 세트로 구성된 복수 개의 제3유성기어 세트와 제3캐리어로 이루어진 제3외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크로 구성된 제3섹션부;로 구성된 자동차용 트랜스밋션을 구비함으로써, 상기 자동차용 트랜스밋션의 각 외접형 유성기어부에 구비된 복수 개의 유성기어와 각 브레이크의 작동에 따라 상기 각 섹션부에서 각 캐리어의 회전수를 변환하여 각 출력축의 필요한 속비를 용이하게 얻는 효과가 있다.

즉, 상기 제1섹션부는 엔진 스타트(engine start) 기능과 자동차 램프 스타트(ramp start) 기능, 오버드라이브(over drive) 기능 및 제너레이터(geneartor) 기능을 수행하고, 상기 제2섹션부는 제3섹션부와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 엔진 스타트(engine start) 보조 기능을 수행하며, 상기 제3센션부는 제2섹션부와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 전진, 후진 속도 제어 기능을 수행한다.

그러므로, 상기 트랜스밋션의 각 섹션부에 구비된 외접형 유성기어부와 복수 개의 브레이크에 의하여 상기 트랜스밋션의 전체적인 사이즈를 줄이면서도 동일 체적에서 기계 구조적으로 우수한 성능을 지닐 수 있고, 상기 외접형 유성기어부의 각 유성기어는 부피에 비하여 치 강도를 크게 하는 것이 가능하며, 상기 트랜스밋션의 각 외접형 유성기어부와 각 브레이크에 의해 큰 회전 토크(torque)를 전달할 수 있어 출력을 높임에 따라 자동차의 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 자동차에서 요구하는 속비를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 상기 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 각 외접형 유성기어부의 각 유성기어의 조합에 따라 설계범위를 넓힐 수 있음으로 다양한 성능을 갖는 트랜스밋션의 제작이 용이함은 물론 제작비용을 절감할 수 있고, 상기 트랜스밋션에 의하여 자동차의 엔진 상태를 최적으로 유지할 수 있는 효과도 있다.

그리고, 상기 자동차가 출발, 정지가 빈번한 도심 운행에서도 연료를 탁월하게 절감할 수 있고, 매연 감소를 실현할 수 있으며, 상기 자동차용 트랜스밋션은 적은 부피에서 큰 토크(torque)를 낼 수 있음에 따라 버스나 대형 차량, 부하변동이 큰 중기 또는, 군수용으로 탱크, 일반 산업용으로 적용 가능한 효과도 있다.

도 1은 본 발명 자동차용 트랜스밋션을 나타낸 구조도.
도 2는 본 발명 트랜스밋션의 로터와 스테이터를 나타낸 구조도.
도 3은 본 발명 트랜스밋션의 제1섹션부를 확대하여 나타낸 구조도.
도 4는 본 발명 제1섹션부의 제1외접형 유성기어부를 나타낸 단면도.
도 5a와 도 5b는 본 발명 제1외접형 유성기어부의 제1캐리어를 나타낸 측면도와 정면도.
도 6a는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선단면도.
도 6b는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ선단면도.
도 6c는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ선단면도.
도 7은 본 발명 트랜스밋션의 제2섹션부를 확대하여 나타낸 구조도.
도 8은 본 발명 트랜스밋션의 제3섹션부를 확대하여 나타낸 구조도.
도 9는 본 발명 자동차용 트랜스밋션을 나타낸 다른 실시예.

이하, 본 발명에 따른 자동차용 트랜스밋션 구조는 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 자동차의 주행조건에 따라 엔진의 회전 속도나 회전력을 바꾸어주는 자동차용 트랜스밋션(1)이 구비되어 있고, 상기 트랜스밋션(1)은 복수 개의 외접형 유성기어부와 복수 개의 브레이크를 사용하여 전체적인 사이즈를 줄이면서도 동일 체적에서 높은 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 상기 자동차에서 요구하는 속비를 용이하게 형성할 수 있음은 물론 자동차의 속비를 구성하는데 있어서 설계 범위를 넓힐 수 있도록 하였다.

상기의 트랜스밋션(1)은 도 1 내지 도 6c에서와 같이, 엔진으로부터 동력을 전달받아 엔진 스타트(engine start) 기능과 자동차 램프 스타트(ramp start) 기능 및 오버 드라이브(over drive) 기능, 제너레이터(geneartor) 등을 수행하기 위한 제1섹션부(100)가 구비되어 있다.

상기 제1섹션부(100)의 측부에는 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 엔진 스타트(engine start) 보조 기능을 수행하기 위한 제2섹션부(200)가 구비되어 있다.

상기 제2섹션부(200)의 측부에는 상기 제2센션부(200)와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 자동차의 전진과 후진 속도 제어 기능을 수행하기 위한 제3섹션부(300))가 구비되어 있다.

상기 트랜스밋션(1)의 제1섹션부(100)와 제2섹션부(200)와 제3섹션부(300)는 구성들을 하나로 결합한 형태의 구조로 각각 모듈화하고, 상기 모듈화된 제1,2,3섹션부(100,200,300)는 후술할 상기 제1섹션부(100)의 제1입력축(130)에 각각 결합함으로 상기 트랜스밋션(1)의 제1,2,3섹션부(100,200,300)는 조립 및 분해가 용이함은 물론 작동이 안정적으로 이루어진다.

상기의 제1섹션부(100)는 도 1 내지 도 6c에서와 같이, 복수 개의 제1영구자석(111a)이 구비된 제1로터(111)와 제1스테이터(112)로 이루어진 제1모터부(110)가 구비되어 있고, 상기 제1모터부(110)의 측방에는 복수 개의 제2영구자석(121a)이 구비된 제2로터(121)와 제2스테이터(122)로 이루어진 제2모터부(120)가 구비되어 있다.

상기 제1모터부(110)는 후술할 제1캐리어(160)과 연결되어 있고, 상기 제2모터부(120)는 후술할 제1출력축(140)과 연결되어 있다.

상기 제1모터부(110)는 자동차의 시동과 램프 스타트(ramp start) 기능을 하고, 상기 제2모터부(12)는 출력축에 부착되어 자동차에 부하가 과도하게 작용되었을 때 밧데리로부터 전류를 공급받아서 엔진의 부하를 경감시키는 작용을 주기능으로 한다.

상기 제1,2모터부(110,120)의 제1,2로터(111,121)에 구비된 제1,2영구자석(111a,121a)는 강자성을 띄게 하기 위하여 주로 희토류 금속을 사용한다.

엔진의 축과 연결 결합되어 회전하는 제1입력축(130)이 설치되어 있는데, 상기 제1입력축(130)은 선기어(sun gear)이다.

상기 제1입력축(130)의 외주면에는 자동차의 오버 드라이브(over drive) 속도를 형성하기 위한 제1애뉴얼(annual)기어(190)이 결합되어 있으며, 상기 제1입력축(130)의 외주면에는 애뉴얼기어인 제1출력축(140)이 회전가능하게 결합되어 있다.

상기 제1입력축(130)과 제1애뉴얼기어(190)는 니들베어링(nb)에 의해 결합되어 있고, 상기 제1입력축(130)과 출력축(140)은 니들베어링(nb) 및 스러스트 베어링(tb)에 의해 회전가능하게 결합되어 있다.

상기 제1입력축(130)의 외방에는 제1외접형 유성기어부(150)가 구비되어 있는데, 상기 제1외접형 유성기어부(150)는 도 1 및, 도 3 내지 도 6c에서와 같이, 복수 개의 유성기어 즉, 제1,2,3유성기어(171,172,173)가 축으로 연결 결합된 구조 즉, 죠 클러치(jow cluch)형태로 상호 결합되어 동력이 전달되도록 하는 구조를 갖는 복수 개의 제1유성기어 세트(170)와, 상기 복수 개의 제1유성기어 세트(170)가 내부에 회전가능하게 결합되는 제1캐리어(160)로 이루어져 있다.

상기 제1캐리어(160)의 일측부는 볼베어링(bb)에 의해 제1애뉴얼기어(190)에 결합되어 있고, 상기 제1캐리어(160)의 타측부는 볼베어링(bb)에 의해 제1출력축(140)에 결합되어 있다.

상기 각 제1유성기어 세트(170)의 제1유성기어(171)는 제1애뉴얼기어(190)에 치합 즉, 맞물려 있고, 상기 제2유성기어(172)는 상기 제1입력축(130)의 외주면에 형성된 기어와 치합되어 있으며, 상기 제3유성기어(173)는 상기 제1출력축(140)에 치합되어 있다.

상기 제1외접형 유성기어부(150)의 외측에는 제1,2,3유성기어(171,172,173)의 회전을 각각 제어하도록 변속기능을 하는 액츄에이터(actuator)인 제1,2,3브레이크(181,182,183)가 설치되어 있고, 상기 제1,2,3브레이크(181,182,183)에는 일방향 클러치가 개입되어 있다.

상기 제1,2모터부(110,120)는 자동차 주행 중 엔진상태에 따라 모터와 제너네이터(generator) 기능을 부여받아서 연료절감과 자동차 매연 감소의 역할을 하는데, 즉 상기 제1모터부(110)는 자동차의 시동 및 램프 스타트(ramp start) 기능을 하고 상기 제2모터부(120)는 출력측에 부착되어 자동차에 부하가 과도하게 작용되었을 때 배터리로부터 전류를 공급받아서 엔진의 부하를 경감시키는 작용을 주기능으로 한다.

상기의 제2섹션부(200)는 도 1과 도 7에서와 같이, 상기 제1섹션부(100)의 제1출력축(140)과 연결 결합되어 회전하는 제2입력축(230)이 설치되어 있고, 상기 제2입력축(230)의 외주면에는 제2애뉴얼기어(290)가 결합되어 있으며, 상기 제1입력축(130)의 외주면에는 애뉴얼기어인 제2출력축(240)이 회전가능하게 결합되어 있고, 상기 제2출력축(240)의 외주면에는 제3애뉴얼기어(291)가 결합되어 있다.

상기 제2,3애뉴얼기어(290,291)는 속도변환용으로 사용된다.

상기 제2입력축(230)은 니들베어링(nb)에 의해 제1입력축(130)에 결합되어 있고, 상기 제2입력축(230)과 제2애뉴얼기어(290)는 니들베어링(nb)에 의해 결합되어 있으며, 상기 제2출력축(240)은 니들베어링(nb)에 의해 제1입력축(130)에 결합되어 있고, 상기 제2입력축(230)과 제2출력축(240)은 스러스트 베어링(tb)에 의해 회전가능하게 결합되어 있다.

상기 제2입력축(230)의 외방에는 제2외접형 유성기어부(250)가 구비되어 있는데, 상기 제2외접형 유성기어부(250)는 도 1과 도 7에서와 같이, 복수 개의 유성기어 즉, 제4,5,6,7유성기어(271,272,273,274)가 축으로 연결 결합된 구조 즉, 죠 클러치(jow cluch)형태로 상호 결합되어 동력이 전달되도록 하는 구조를 갖는 복수 개의 제2유성기어 세트(270)와, 상기 복수 개의 제2유성기어 세트(270)가 내부에 회전가능하게 결합되는 제2캐리어(260)로 이루어져 있다.

상기 제2캐리어(260)의 일측부는 볼베어링(bb)에 의해 제2애뉴얼기어(290)에 결합되어 있고, 상기 제2캐리어(260)의 타측부는 볼베어링(bb)에 의해 제3애뉴얼기어(291)에 결합되어 있다.

상기 각 제2유성기어 세트(270)의 제4유성기어(271)는 제2애뉴얼기어(290)에 치합 즉, 맞물려 있고, 상기 제5유성기어(272)는 상기 제2입력축(230)의 외주면에 형성된 기어와 치합되어 있으며, 상기 제6유성기어(273)는 상기 제2출력축(240)에 치합되어 있고, 상기 제7유성기어(274)는 제3애뉴얼기어(291)에 치합되어 있다.

상기 제2외접형 유성기어부(250)의 외측에는 제4,5,6,7유성기어(271,272,273,274)의 회전을 각각 제어하도록 변속기능을 하는 액츄에이터(actuator)인 제4,5,6,7브레이크(281,282,283,284)가 설치되어 있고, 상기 제4,5,6,7브레이크(281,282,283,284)에는 일방향 클러치가 개입되어 있다.

상기의 제3섹션부(300)는 도 1과 도 8에서와 같이, 상기 제2섹션부(200)의 제2출력축(240)과 연결 결합되어 회전하는 제3입력축(330)이 설치되어 있고, 상기 제3입력축(330)의 외주면에는 제4애뉴얼기어(390)가 결합되어 있으며, 상기 제1입력축(130)의 외주면에는 애뉴얼기어인 제3출력축(340)이 회전가능하게 결합되어 있고, 상기 제3출력축(340)의 외주면에는 제5애뉴얼기어(391)가 결합되어 있다.

상기 제3입력축(330)은 니들베어링(nb)에 의해 제1입력축(130)에 결합되어 있고, 상기 제3입력축(330)과 제4애뉴얼기어(390)는 니들베어링(nb)에 의해 결합되어 있으며, 상기 제3출력축(340)은 니들베어링(nb)에 의해 제1입력축(130)에 결합되어 있고, 상기 제3입력축(330)과 제3출력축(340)은 스러스트 베어링(tb)에 의해 회전가능하게 결합되어 있다.

상기 제4,5애뉴얼기어(390,391)는 속도변환용으로 사용된다.

상기 제3입력축(330)의 외방에는 제3외접형 유성기어부(350)가 구비되어 있는데, 상기 제3외접형 유성기어부(350)는 도 1과 도 8에서와 같이, 복수 개의 유성기어 즉, 제8,9,10,11유성기어(371,372,373,374)가 축으로 연결 결합된 구조 즉, 죠 클러치(jow cluch)형태로 상호 결합되어 동력이 전달되도록 하는 구조를 갖는 복수 개의 제3유성기어 세트(370)와, 상기 복수 개의 제3유성기어 세트(370)가 내부에 회전가능하게 결합되는 제3캐리어(360)로 이루어져 있다.

상기 제3캐리어(360)의 일측부는 볼베어링(bb)에 의해 제4애뉴얼기어(390)에 결합되어 있고, 상기 제4캐리어(460)의 타측부는 볼베어링(bb)에 의해 제5애뉴얼기어(3291)에 결합되어 있다.

상기 각 제3유성기어 세트(370)의 제8유성기어(371)는 제4애뉴얼기어(390)에 치합 즉, 맞물려 있고, 상기 제9유성기어(372)는 상기 제3입력축(330)의 외주면에 형성된 기어와 치합되어 있으며, 상기 제10유성기어(373)는 상기 제3출력축(340)에 치합되어 있고, 상기 제11유성기어(374)는 제5애뉴얼기어(391)에 치합되어 있다.

상기 제3외접형 유성기어부(350)의 외측에는 제8,9,10,11유성기어(371,372,373,374)의 회전을 각각 제어하도록 변속기능을 하는 액츄에이터(actuator)인 제8,9,10,11브레이크(381,382,383,384)가 설치되어 있고, 상기 제8,9,10,11브레이크(381,382,383,384)에는 일방향 클러치가 개입되어 있다.

상기 제1섹션부(100)의 제1입력축(130) 양단 외주면에는 상기 트랜스밋션(1)을 장치에 지지하기 위한 테이퍼롤러베어링(rb)이 결합되어 있다.

상기 제1,2,3,섹션부(100,200,300)의 각 브레이크는 변속기능을 하는 엑츄레이터(actuator)로서, 상기 각 브레이크의 작동 조합에 의해 자동차 주행에 필요한 속비가 형성된다.

여기서, 상기의 트랜스밋션(1)은 각 유성기어와 치합 즉 맞물려 있는 각 애뉴얼기어 중 어느 하나의 애뉴얼기어를 브레이크로 고정 즉, 정지시킴에 따라 각 유성기어의 회전속도가 변화하게 되면서 각 캐리어의 회전수를 제어하여 출력축의 회전속도가 산출되도록 구성한 것이다.

상기 유성기어를 사용하는 트랜스밋션(1)에서는 속비를 구성하는 것이 가장 어려운 작업이며, 현재 개발된 대부분의 트랜스밋션이 기형적 속비가 되어 있는 것을 볼 수 있는데, 상기의 트랜스밋션(1)은 엔진 작동에 적합한 속비를 계산적으로 산출 즉, 1단은 4.6:1, 2단은 2.3:1, 3단은 1.23:1, 4단은 약1:1(클러치를 사용하지 않으므로 정확한 1:1이 아님), 5단은 0.685:1로 구성되어 있으며, 각 작동부에 큰 베어링(bearing)을 장착이 가능하여 안정된 구조를 형성한다.

상기의 트랜스밋션(1)은 도 1에서와 같이 클러치를 사용하지 않고 브레이크만으로 구성한 5단 변속장치이다.

상기 트랜스밋션(1)의 다른 실시예로 도 9에서와 같이, 상기 트랜스밋션(1)에서 유성기어의 수를 줄이기 위해 브레이크와 클러치를 혼용 구성한 4단 변속장치가 있는데, 상기 4단 변속장치인 트랜스밋션(1)은 5단 변속장치인 트랜스밋션(1)과 유성기어의 개수만 다를 뿐 상기 4단 변속장치인 트랜스밋션(1)은 제1,2,3섹션부(100,200,300)로 구분하고, 상기 각 섹션부(100,200,300)에 구비된 복수 개의 입력축과, 복수 개의 출력축 및, 복수 개의 애뉴얼기어와, 복수 개의 유성기어가 한 세트로 이루어진 유성기어세트(170,270,370)와 캐리어(160,260,360)가 구비된 제1,2,3외접형 유성기어부(150,250,350) 및, 복수 개의 브레이크 등의 구조는 물론 다단의 속비를 형성하기 위한 동작상태는 5단 변속장치인 트랜스밋션(1)과 동일하다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 자동차의 비-브레이크(B-brake)인 제2섹션부(200)의 제7브레이크(284)와 제3섹션부(300)의 제9브레이크(382)가 스프링에 의해 작동되어 있는 상태이므로 상기 자동차에 시동을 걸기 위해서 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 제1출력축(140)과 연결된 제2모터부(120)의 제2로터(121)는 정지상태가 된다.

상기 제2모터부(120)의 제2로터(121)가 정지된 상태에서 제1외접형 유성기어(150)의 제1캐리어(160)에 부착된 제1모터부(110)의 제1로터(111)가 제1스테이터(112)에 의하여 회전력을 얻어서 회전한다.

상기 제1모터부(110)의 제1로터(111)가 회전하면, 엔진 측과 연결된 제1입력축(130)은 감속(약 5.4:1의 속도로 감속)되어 상기 제1모터부(110)의 제1로터(111)와 동일한 방향으로 회전(엔진 시동방향)하면서 상기 엔진이 시동된다.

이때, 상기 제1출력축(140)은 정지(자동차 정지) 상태이므로 제1캐리어(160)는 제1입력축(130)보다 더 빠르게 회전(제1입력축 회전속도의 5,4배) 즉, 제1입력축(130)과 반대방향으로 빠르게 회전되는데, 상기 제1입력축(130)에 서서히 부하(발전기 역할로 밧데리에 충전)를 증가시켜 상기 제1입력축(130)의 회전속도를 감속시키면 상기 제1섹션부(110)의 제1출력축(140)은 서서히 제1입력축(130)과 동일한 방향으로 회전이 증가하여 자동차 램프 스타트(ramp start)가 실현된다.

상기 제1캐리어(160)가 정지 상태이면 제1입력축(130)과 제1출력축(140)의 기어비로 회전력이 출력되며, 엔진의 회전수와 동일한 속도(약 1:1의 속도)로 회전하게 된다.

여기서, 자동차의 엔진을 시동하기 위해서는 충분한 시동 토크(torque)를 주어야 하는데, 본 발명에서는 트랜스밋션(1)의 제1섹션부(100)에 복수 개의 유성기어가 결합된 제1유성기어 세트(170)가 복수 개 구비된 제1외접형 유성기어부(150)를 적용함에 따라 적은 부피에서 큰 감속비(기존보다 약 5.4배)를 얻을 수 있음에 따라 상기 감속비로 자동차를 램프 스타트(ramp start) 및 엔진을 시동하는데 충분하다.

상기 자동차의 오버 드라이브(over drive) 작동은 상기 제1섹션부(100)의 제1입력축(130)에 결합된 제1애뉴얼 기어(190)를 제1브레이크(181)로 정지시키면 제1입력축(130)과 속비에 의하여 상기 제1섹션부(110)의 제1외접형 유성기어부(150)의 제1캐리어(160)는 제1입력축(130)과 동일한 방향으로 회전하게 되며, 상기 제1출력축(140)은 증속되어 출력된다.

상기 제1,2모터부(110,120)의 제1,2로터(111,121)는 엔진이 회전하는 한 어느 한쪽은 회전하게 되어 있으며, 자동차 운전 상황과 엔진의 상태에 따라서 모터와 제너레이터기능을 갖도록 전기와 제어시스템을 구성한다.

상기 자동차의 1단 속비는 도 1에서의 제2,5,11브레이크(182,282,384)가 작용하여 얻어지는데, 즉 제2섹션부(200)의 제2외접형 유성기어부(250)에서 엔진 회전방향과 반대방향으로 회전하는 제2캐리어(260)는 일방향 클러치가 개입된 제5브레이크(282)의 작동에 의해 정지되고, 상기 제3섹션부(300)의 제3외접형 유성기어부(350)에서 엔진 회전방향과 반대방향으로 회전하는 제4애뉴얼기어(390)를 일방향 클러치가 개입된 제11브레이크(384)로서 고정하면 1단 속비가 형성된다.

상기 자동차의 2단 속비는 도 1에서의 제2,5,9브레이크(182,282,382)가 작용하여 얻어지는데, 즉 상기 1단 속비에서 제11브레이크(384)가 작동했을 때 제3섹션부(300)의 제3외접형 유성기어부(35)의 제3캐리어(360)는 엔진 회전방향과 반대방향으로 회전하는 상태이고, 상기 제11브레이크(384)가 작동되어 있는 상태에서 제9브레이크(382)가 작동되어 2단 속비가 형성된다.

이때, 상기 제4애뉴얼기어(390)는 정지상태에서 엔진축과 동일 방향으로 회전하게 되어도 제11브레이크(384)에 개입된 일방향 클러치에 의하여 부드럽게 2단으로 변속이 이루어진다.

상기 자동차의 3단 속비는 도 1에서의 제2,3,9브레이크(182,183,382)가 작용하여 얻어지는데, 즉 상기 제2브레이크(182)가 작동하면 제1섹션부(100)의 제1캐리어(160)가 정지하므로 제1입력축(130) 기어와 출력축(140) 기어의 비로 출력되고, 상기 제2섹션부(200)은 제3브레이크(183)가 동작하여 제3섹션부(300)의 제2유성기어부(250)의 제2유성기어 세트(270)에 구비된 제4유성기어(271)와 치합 즉, 맞물려 있는 제2애뉴얼기어(290)를 정지시키면 1단과 2단에서 정지하고 있던 제2캐리어(260)는 제2입력축(230)과 같은 방향으로 회전하여 3단 속비가 형성된다.

상기 자동차의 4단 속비는 도 1에서의 제2,7,9브레이크(182,284,382)가 작용하여 얻어지는데, 즉 상기 제2섹션부(200)의 제7브레이크(284)가 작동하여 제2외접형 유성기어부(250)의 제2유성기어 세트(270)에 구비된 제7유성기어(274)와 치합 즉, 맞물려 있는 제3애뉴얼기어(291)를 정지시키면 3단 속비보다 제2캐리어(260)가 더 증속되어 4단 속비가 형성된다.

상기 자동차의 5단 속비는 도 1에서의 제1,7,9브레이크(181,284,382)가 작용하여 얻어지는데, 즉 상기 제1섹션부(100)의 제1브레이크(181)가 작동하여 상기 제1섹션부(100)의 제1외접형 유성기어부(150)의 제1유성기어 세트(170)에 구비된 제1유성기어(171)와 맞물려 있는 제1애뉴얼기어(190)를 정지시키면 상기 제1캐리어(160)는 제1입력축(130)과 동일한 방향으로 회전하면서 증속됨에 따라 5단 속비가 형성된다.

상기 자동차의 후진은 도 1에서의 제2,6,8브레이크(182,283,381)가 작용하여 얻어지는데, 즉 상기 제1섹션부(100)의 제2브레이크(182)가 작동하여 제1섹션부(100)의 제1캐리어(160)가 정지함과 함께 상기 제6브레이크(283)가 작동하여 제2섹션부(200)의 제2캐리어(260)가 정지하고, 상기 제3섹션부(300)의 제8브레이크(381)가 작동하면 제3섹션부(300)의 제3캐리어(360)는 상기 제3유성기어 세트(370)의 제9유성기어(372)와 맞물린 제3입력축(330)과 반대방향으로 더 빠르게 회전함과 함께 상기 제3유성기어 세트(370)의 제10유성기어(373)과 맞물린 제3출력축(340)은 제3입력축(330)과 반대방향으로 회전하면서 후진 기어 속비가 형성된다.

상기의 자동차용 트랜스밋션(1)은 일반 자동차는 물론 하이브리드 자동차 및 전기자동차 등 모든 자동차에 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상기 자동차용 트랜스밋션 구조는 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되는 것이다.

1: 트랜스밋션 100,200,300: 제1,2,3섹션부
110,120: 제1,2모터부 111,121: 제1,2로터
112,122: 제1,2스테이터 130,230,330: 제1,2,3입력축
140,240,340: 제1,2,3출력축 150,250,350: 제1,2,3외접형 유성기어부
160,260,360: 제1,2,3캐리어 1709,270,370: 제1,2,3유성기어 세트
171,172,173: 제1,2,3유성기어 181,182,183: 제1,2,3브레이크
190,290,291,390,391: 제1,2,3,4,5애뉴얼기어
271,272,273,274: 제4,5,6,7유성기어
281,282,283,284: 제4,5,6,7브레이크
371,372,373,374: 제8,9,10,11유성기어
381,382,383,384: 제8,9,10,11브레이크
bb: 볼베어링 nb: 니들베어링
rb: 테이퍼롤러베어링 tb: 스러스트베어링

Claims

자동차의 주행조건에 따라 엔진의 회전 속도나 회전력을 바꾸어주는 자동차용 트랜스밋션에 있어서,
상기 트랜스밋션은, 엔진으로부터 동력을 전달받아 엔진 스타트 기능과 자동차 램프 스타트 기능 및 오버 드라이브 기능을 수행하기 위하여 복수 개의 모터부와, 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제1외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제1섹션부;
상기 제1섹션부의 측부에 구비되어 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 엔진 스타트 보조 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제2외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제2섹션부;
상기 제2섹션부의 측부에 구비되어 상기 제2섹션부와 상호 연계하여 기어 변속에 따른 속비를 형성하기 위한 속도 제어 기능 및 자동차의 전진과 후진 속도 제어 기능을 수행하도록 복수 개의 유성기어와 캐리어로 이루어진 제3외접형 유성기어부와, 복수 개의 브레이크가 포함된 제3섹션부;로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조.
제 1 항에 있어서,
제1섹션부는, 영구자석이 구비된 제1로터와, 상기 제1로터의 외측에 설치되는 제1스테이터로 이루어진 제1모터부;
영구자석이 구비된 제2로터와, 상기 제2로터의 외측에 설치되는 제2스테이터로 이루어진 제2모터부;
엔진의 축과 연결 결합되어 회전하는 제1입력축과,
상기 제1입력축의 외주면에 결합되는 제1애뉴얼기어;
삳기 제1입력축의 외주면에 회전가능하게 결합되는 제1출력축;
상기 제1입력축의 외방에 구비되어 상기 제1애뉴얼기어와 치합되는 제1유성기어와 상기 제1입력축의 외주면에 형성된 기어와 치합되는 제2유성기어와 상기 제1출력축에 치합되는 제3유성기어가 축으로 연결 결합된 구조를 갖는 복수 개의 제1유성기어 세트와, 내부에 상기 복수 개의 제1유성기어 세트가 회전가능하게 결합되는 제1캐리어로 이루어진 제1외접형 유성기어부;
상기 제1외접형 유성기어부의 외측에 설치되어 제1,2,3각 유성기어의 회전을 각각 제어하는 제1,2,3브레이크;로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조.
제 1 항에 있어서,
제2섹션부는, 제1섹션부의 제1출력축과 연결 결합되어 회전하는 제2입력축;
상기 제2입력축의 외주면에 결합되는 제2애뉴얼기어;
상기 제1입력축의 외주면에 회전가능하게 결합되는 제2출력축;
상기 제2출력축의 외주면에 결합되는 제3애뉴얼기어;
상기 제2입력축의 외방에 구비되어 상기 제2애뉴얼기어와 치합되는 제4유성기어와 상기 제2입력축의 외주면에 형성된 기어와 치합되는 제5유성기어와 상기 제2출력축에 치합되는 제6유성기어와 상기 제3애뉴얼기어에 치합되는 제7유성기어가 축으로 연결 결합된 구조를 갖는 복수 개의 제2유성기어 세트와, 내부에 상기 복수 개의 제2유성기어 세트가 회전가능하게 결합되는 제2캐리어로 이루어진 제2외접형 유성기어부;
상기 제2외접형 유성기어부의 외측에 설치되어 제4,5,6,7유성기어의 회전을 각각 제어하는 제4,5,6,7브레이크;로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조.
제 1 항에 있어서,
제3섹션부는, 제2센션부의 제2출력축과 연결 결합되어 회전하는 제3입력축;
상기 제3입력축의 외주면에 결합되는 제4애뉴얼기어;
상기 제1입력축의 외주면네 회전가능하게 결합되는 제3출력축;
상기 제3출력축의 외주면에 결합되는 제5애뉴얼기어;
상기 제3입력축의 외방에 구비되어 상기 제4애뉴얼기어와 치합되는 제8유성기어와 상기 제3입력축의 외주면에 형성된 기어와 치합되는 제9유성기어와 상기 제3출력축에 치합되는 제10유성기어와 상기 제5애뉴얼기어와 치합되는 제11유성기어가 축으로 연결 결합된 구조를 갖는 복수 개의 제3유성기어 세트와, 내부에 상기 복수 개의 제3유성기어 세트가 회전가능하게 결합되는 제3캐리어로 이루어진 제3외접형 유성기어부;
상기 제3외접형 유성기어부의 외측에 설치되어 제8,9,10,11유성기어의 회전을 각각 제어하는 제8,9,10,11브레이크;로 구성됨을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조.
제 1 항에 있어서,
트랜스밋션은 제1섹션부와 제2섹션부와 제3섹션부를 각각 모듈화하여 상기 모듈화된 제1,2,3섹션부를 상기 제1섹션부의 제1입력축에 각각 결합하도록 함을 특징으로 하는 자동차용 트랜스밋션 구조.