KR101793788B1

KR101793788B1 - 다단 변속기

Info

Publication number: KR101793788B1
Application number: KR1020150171295A
Authority: KR
Inventors: 하태환
Original assignee: 하태환
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-11-03
Also published as: KR20170065180A

Abstract

다단 변속기는 내측면에 내측 치열이 형성된 링 기어; 상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제1 선 기어가 형성된 제1 축, 상기 제1 선기어 및 상기 내측 치열과 치차 결합되는 제1 피니언 기어 및 상기 제1 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 및 공전시키는 제1 변속 유닛을 포함하는 제1 변속 모듈; 및 상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제2 선 기어가 형성된 제2 축, 상기 제2 선기어 및 상기 내측 치열과 치차 결합되는 제2 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 및 공전시키는 제2 변속 유닛을 포함하는 제2 변속 모듈을 포함한다.

Description

다단 변속기{MULTI-RANGE TRANSMISSION}

본 발명은 다단 변속기에 관한 것으로, 특히 본 발명은 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기 등 산업 전반에 걸쳐 다양하게 적용될 수 있는 다단 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 변속기(transmission)는 동력원에서 발생된 동력을 요구되는 속도에 따라 필요한 회전력으로 변경하여 출력하는 장치로서 정의된다.

예를 들어, 차량에 사용되는 변속기는 차량이 정지 상태에서 출발할 때에는 회전수를 감속시키고 토크를 크게 하여 차량을 출발시키기 위한 큰 토크를 발생시킨다. 또한 변속기는 차량이 고속으로 주행하도록 하기 위해 토크를 감소시키는 대신 회전수를 증가시킨다.

변속기는 클러치 조작에 따라서 변속을 사용자가 직접 조작하는 수동 변속기, 유압을 이용하여 속도에 대응하여 자동 변속을 해주는 유압식 자동 변속기 등이 개발되고 있다.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1158341호, 유성기어를 이용한 동력 전달 장치 (2012년 6월 4일 등록), 특허권자 하태환에는 유성기어세트 및 변속 동력원을 하여 전진 변속단 및 후진 변속단을 구현할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

그러나 상기 유성기어를 이용한 동력 전달 장치의 경우 약 3,000rpm 정도로 높은 회전수에서 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기의 회전체를 회전시키기 어려우며 유성기어세트에 의한 변속 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1158341호, 유성기어를 이용한 동력 전달 장치 (2012년 6월 4일 등록), 특허권자 하태환

본 발명은 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기 등의 동력원에서 출력된 높은 회전수를 감속하지 않고 높은 회전수에서 출발할 수 있으며 출발 후 1차 최고 속도에 도달한 후 추가적으로 2차 최고 속도에 도달할 수 있는 다단 변속기를 제공한다.

일실시예로서, 다단 변속기는 내측면에 내측 치열이 형성된 링 기어; 상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제1 선 기어가 형성된 제1 축, 상기 제1 선기어 및 상기 내측 치열과 치차 결합되는 제1 피니언 기어 및 상기 제1 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 및 공전시키는 제1 변속 유닛을 포함하는 제1 변속 모듈; 및 상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제2 선 기어가 형성된 제2 축, 상기 제2 선기어 및 상기 내측 치열과 치차 결합되는 제2 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 및 공전시키는 제2 변속 유닛을 포함하는 제2 변속 모듈을 포함한다.

다단 변속기는 상기 링 기어 내부에서 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상호 이격되며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상기 링 기어의 회전 중심에 배치된다.

다단 변속기는 상호 마주하게 배치된 상기 제1 축 및 상기 제2 축의 단부를 지지하는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트에 결합되며 상기 제1 축 및 상기 제2 축의 상기 단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 더 포함한다.

다단 변속기의 상기 지지 플레이트는 상기 링 기어의 내측에 고정되어 상기 링 기어와 함께 회전된다.

다단 변속기의 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어는 상기 링 기어의 상기 내측 치열에 복수개가 등각으로 결합된다.

다단 변속기의 상기 제1 변속 유닛은 상기 제1 피니언 기어들을 자전 가능하게 고정하는 제1 캐리어 및 상기 제1 캐리어를 회전시켜 상기 제1 피니언 기어들을 상기 제1 축에 대하여 공전시키는 제1 구동 기어, 상기 제1 구동 기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛을 포함한다.

다단 변속기의 상기 제1 캐리어는 상기 제1 축을 감싸는 제1 캐리어 몸체부 및 상기 제1 캐리어 몸체부로부터 확장된 제2 캐리어 몸체부를 포함하며, 상기 제2 캐리어 몸체부에는 상기 제1 피니언 기어들을 노출하는 제1 개구가 형성되고, 상기 제1 캐리어 몸체 중 상기 링 기어의 외부에 상기 제1 구동 기어가 차치 결합된다.

다단 변속기의 상기 제2 변속 유닛은 상기 제2 피니언 기어들을 자전 가능하게 고정하는 제2 캐리어, 상기 제2 캐리어를 회전시켜 상기 제2 피니언 기어들을 상기 제2 축에 대하여 공전시키는 제2 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 회전 유닛을 포함한다.

다단 변속기의 상기 제2 캐리어는 상기 제2 축을 감싸는 제3 캐리어 몸체부 및 상기 제3 캐리어 몸체부로부터 확장된 제4 캐리어 몸체부를 포함하며, 상기 제3 캐리어 몸체부에는 상기 제2 피니언 기어들을 노출하는 제2 개구가 형성되고, 상기 제3 캐리어 몸체 중 상기 링 기어의 외부에 상기 제2 구동 기어가 차치 결합된다.

다단 변속기의 상기 제1 변속 유닛 및 상기 제2 변속 유닛은 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어를 서로 다른 속도로 자전 및 공전 시킨다.

다단 변속기의 상기 링 기어의 상기 내측 치열은 상기 제1 및 제2 피니언 기어들과 대응하는 부분에 국부적으로 형성된다.

다단 변속기의 상기 링 기어는 상기 제1 및 제2 피니언 기어들을 수납하는 통 형상으로 형성된다.

다단 변속기의 상기 링 기어, 상기 제1 변속 모듈 및 상기 제2 변속 모듈을 감싸며 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 노출하는 커버를 포함한다.

다단 변속기의 상기 제1 축은 동력이 인가되는 입력축이고, 상기 제2 축은 동력이 취출되는 출력축이다.

다단 변속기의 상기 링 기어의 외측면에는 외부로부터 회전력을 인가하는 동력원에 형성된 기어와 치차 결합되는 외측 치열이 형성된다.

다단 변속기는 상기 제1 피니언 기어의 공전수 및 회전 방향, 상기 제2 피니언 기어의 공전수 및 회전 방향를 제어하기 위해 상기 제1 및 제2 변속 모듈에 제어 신호를 인가하는 제어 모듈을 더 포함한다.

다단 변속기의 상기 제어 모듈은 상기 제1 축의 회전수와 동일하게 상기 제1 피니언 기어를 공전시키기 위한 제어 신호를 상기 제1 변속 모듈에 제공한다.

본 발명에 따른 다단 변속기는 본 발명은 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기 등의 동력원에서 출력된 높은 회전수를 감속하지 않고 1차 변속한 후 변속된 회전수를 다시 2차 변속하여 높은 단수로 변속이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 변속기의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3의 II-II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 종래 차량용 엔진에 사용되는 다단 변속기의 엔진 분당 회전수 및 속도의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 변속기의 엔진 분당 회전수, 제1 변속 모듈 및 차량의 속도를 도시한 그래프이다.
도 7은 제2 변속모듈을 이용해 차량이 제1 속도(FA)에서 증속 또는 감속되는 것을 도시한 그래프이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 변속기의 외관 사시도이다. 도 2는 도 1의 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 다단 변속기(800)는 링 기어(100), 제1 축(200), 제1 변속 모듈(300), 제2 축(400), 제2 변속 모듈(500)을 포함한다. 이에 더하여 다단 변속기(800)는 지지 플레이트(600) 및 제1 및 제2 베어링(710,720)을 더 포함할 수 있다.

링 기어(100)는, 예를 들어, 통 형상으로 형성된다. 본 발명의 일실시예에서, 통 형상으로 형성된 링 기어(100)의 길이는 후술 될 제1 변속 유닛의 제1 피니언 기어 및 후술될 제2 변속 유닛의 제2 피니언 기어를 수용하는 길이로 형성된다.

본 발명의 일실시예에서, 링 기어(100)는 내부가 원통 형상으로 형성되며, 링 기어(100)의 내측면(110)에는 내측 치열(120)이 형성된다.

링 기어(100)의 내측면(110)에 형성된 내측 치열(120)은 1 개로 형성될 있다. 이와 다르게 링 기어(100)의 내측면(110)에 형성된 내측 치열(120)은 2 개가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 링 기어(100)의 내측면(110)과 대향하는 외측면에는 외측 치열(130)이 배치될 수 있으며, 외측 치열(130)은 외부 동력원의 축과 치차 결합될 수 있다.

링 기어(100)의 외측에 배치된 외측 치열(130)은 외부 동력원의 회전되는 축에 결합되고, 링 기어(100)를 회전시켜 제1 축(200) 및 제2 축(400)을 제1 및 제2 변속 모듈(300,500)을 통해 서로 다른 회전수로 회전시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 일실시예에서, 내측 치열(120)은 2 개로 형성되며, 내측 치열(120)은 제1 내측 치열(123) 및 제2 내측 치열(126)을 포함한다.

제1 내측 치열(123)은 링 기어(100)의 일측단과 인접한 위치에 형성되며, 제2 내측 치열(126)은 링 기어(100)의 상기 일측단과 대향하는 타측단과 인접한 위치에 형성된다.

본 발명의 일실시예에서, 제1 내측 치열(123)에 형성된 치열의 개수 및 제2 내측 치열(126)에 형성된 치열의 개수는 동일하거나 서로 다르게 형성될 수 있다.

링 기어(100)는 외부에서 인가된 응력에 의하여 파손 또는 형상 변형이 발생되지 않는 열처리된 합금강, 열처리된 탄소강 소재로 형성될 수 있다.

제1 축(200)은 링 기어(100)의 내부에 배치되며, 제1 축(200)의 일부는 링 기어(100)의 내부에 배치되고, 제1 축(200)의 일부는 링 기어(100)의 외부에 배치된다.

제1 축(200)은 링 기어(100)의 회전 중심에 배치되며, 제1 축(200) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 부분에는 제1 선 기어부(210)가 형성된다. 제1 선기어부(210)는 제1 축(200)의 외주면을 따라 형성된다.

본 발명의 일실시예에서, 제1 축(200)은 회전력을 출력하는 다양한 동력원과 직결될 수 있다.

예를 들어, 제1 축(200)으로는 초대형 선박의 엔진으로부터 출력된 회전력, 군사용 대형 차량의 엔진으로부터 출력된 회전력, 기차의 구동원으로부터 출력된 회전력, 로봇 관절에 사용되는 모터로부터 출력된 회전력, 컨베이어 벨트를 구동하는 모터로부터 출력된 회전력, 전기 자동차의 전기 모터로부터 출력된 회전력, 풍력 발전기의 로터로부터 출력된 회전력, 일반 차량의 엔진 및 모터 등으로부터 출력된 약 3,000rpm 이상의 회전수를 갖는 회전력이 감속되지 않고 곧바로 인가될 수 있다.

비록 본 발명의 일실시예에서는 다양한 동력원에서 약 3,000rpm 이상의 회전수를 갖는 회전력이 감속되지 않고 곧바로 인가되는 것이 설명되고 있지만, 제1 축(200)으로는 3,000rpm 이하의 회전수를 갖는 회전력이 감속되지 않고 곧바로 인가되어도 무방하다.

제1 축(200) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 단부에는 제1 베어링(710)이 결합되고, 제1 베어링(710)은 링 기어(100)의 내부에 배치된 지지 플레이트(600)에 결합된다.

제1 축(200) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 단부를 지지 플레이트(600)에 제1 베어링(710)을 이용하여 결합함으로써 제1 축(200)을 보다 안정적으로 링 기어(100)의 내부에 고정할 수 있다.

도 4는 도 3의 II-II' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 변속 모듈(300)은 제1 피니언 기어(310) 및 제1 변속 유닛(350)을 포함한다.

제1 피니언 기어(310)는 링 기어(100)의 내부에 배치되며, 제1 피니언 기어(310)는 링 기어(100)의 내부에 복수개가 배치된다.

본 발명의 일실시에에서, 제1 피니언 기어(310)는 링 기어(100)의 내부에 3 개 또는 4 개가 배치될 수 있고, 제1 피니언 기어(310)의 중심에는 관통홀이 형성되며 관통홀에는 제1 피니언 기어(310)를 관통하는 관통홀에는 제1 피니언 기어 축(312)이 결합된다.

본 발명의 일실시예에서는 4 개의 제1 피니언 기어(310)들이 링 기어(100)의 내부에 배치된다.

각 제1 피니언 기어(310)의 외주면에 형성된 치열들은 링 기어(100)의 내부에 배치된 제1 내측 치열(123) 및 제1 축(200)에 형성된 제1 선기어부(210)에 치차 결합된다.

제1 피니언 기어(310)들은 제1 변속 유닛(350)에 의하여 링 기어(100)의 내부에서 고정된 상태에서 자전 또는 링 기어(100)의 내부에서 제1 축(200)을 기준으로 제1 축(200)에 대하여 공전된다.

제1 변속 유닛(350)은 제1 캐리어(320), 제1 구동 기어(330) 및 제1 회전 유닛(340)을 포함한다.

제1 캐리어(320)는 제1 피니언 기어(310)들을 링 기어(100) 내부에서 자전 또는 공전 가능하게 고정한다.

제1 캐리어(320)는 제1 캐리어 몸체부(322) 및 제2 캐리어 몸체부(324)를 포함한다.

제1 캐리어 몸체부(322)는 원통 형상으로 형성되며, 제1 캐리어 몸체부(322)의 내부로는 제1 축(200)이 삽입된다.

제1 캐리어 몸체부(322)의 일부는 링 기어(100)의 내부에 배치되고, 제1 캐리어 몸체부(322)의 일부는 링 기어(100)의 외부에 배치된다.

링 기어(100)의 외부에 배치된 제1 캐리어 몸체부(322)에는 치열(323)이 형성된다.

제2 캐리어 몸체부(324)는 제1 캐리어 몸체부(322)의 일부를 확장하여 형성되며, 제2 캐리어 몸체부(324)는 제1 축(200)에 형성된 제1 선기어부(210)와 대응하는 위치에 형성된다.

제1 캐리어 몸체부(322)로부터 확장된 제2 캐리어 몸체부(324)에는 제1 개구(325)들이 형성되며, 제1 개구(325)들은 제1 피니언 기어(310)들과 대응하는 위치에 형성된다.

제2 캐리어 몸체부(324)들에는 각각 제1 피니언 기어(310)의 회전 중심에 결합된 제1 피니언 기어 축(312)이 결합되는 제1 축홀(326)이 형성된다.

제1 축홀(326)에 제1 피니언 기어(310)가 결합된 상태에서 제1 피니언 기어(310)의 치열의 일부는 제2 캐리어 몸체부(324)의 제1 개구(325)들로부터 노출되고, 제1 피니언 기어(310)의 치열은 제1 축(200)에 형성된 제1 선기어부(210) 및 링 기어(100)의 제1 내측 치열(123)에 각각 치차 결합된다.

제1 구동 기어(330)는 제1 캐리어(320)를 정지 또는 회전시키며, 제1 구동 기어(330)는 제1 캐리어(320)를 제1 축(200)의 회전 방향과 동일한 방향 또는 제1 축(200)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.

제1 구동 기어(330)는, 예를 들어, 제2 캐리어 몸체부(324)에 대하여 수직한 방향으로 결합될 수 있으며, 제1 구동 기어(330)는, 예를 들어, 웜 기어 또는 회전방향을 변경하는 다양한 기어가 사용될 수 있다.

제1 회전 유닛(340)은 제1 구동 기어(330)와 결합되며, 제1 회전 유닛(340)은 제1 구동 기어(330)를 회전시킨다. 제1 회전 유닛(340)은, 예를 들어, 모터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 제1 회전 유닛(340)은 감속기 없이 전류량에 따라서 제1 구동 기어(330)의 회전 속도를 조절할 수 있는 모터가 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 제2 축 및 제2 변속 유닛을 설명하기로 한다.

제2 축(400)은 링 기어(100)의 내부에 배치되며, 제2 축(400)의 일부는 링 기어(100)의 내부에 배치되고, 제2 축(400)의 일부는 링 기어(100)의 외부에 배치된다.

제2 축(400)은 제1 축(200)과 동일하게 링 기어(100)의 회전 중심에 배치되며, 제2 축(400) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 부분에는 제2 선 기어부(410)가 형성된다. 제1 선기어부(410)는 제2 축(400)의 외주면을 따라 형성된다.

제2 축(400) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 단부에는 제2 베어링(720)이 결합되고, 제2 베어링(720)은 링 기어(100)의 내부에 배치된 지지 플레이트(600)에 결합된다.

제2 축(400) 중 링 기어(100)의 내부에 배치된 단부를 지지 플레이트(600)에 제2 베어링(720)을 이용하여 결합함으로써 제2 축(400)을 보다 안정적으로 링 기어(100)의 내부에 고정할 수 있다.

제2 변속 모듈(500)은 제2 피니언 기어(510) 및 제2 변속 유닛(550)을 포함한다.

제2 피니언 기어(510)는 링 기어(100)의 내부에 제1 피니언 기어(310)과 함께 배치되며, 제2 피니언 기어(510)는 링 기어(100)의 내부에 복수개가 배치된다.

본 발명의 일실시에에서, 제2 피니언 기어(510)는 링 기어(100)의 내부에 3 개 또는 4 개가 배치될 수 있고, 제2 피니언 기어(510)의 중심에는 관통홀이 형성되며 관통홀에는 제2 피니언 기어(510)를 관통하는 관통홀에는 제2 피니언 기어 축(512)이 결합된다.

본 발명의 일실시예에서는 3 개의 제2 피니언 기어(510)들이 링 기어(100)의 내부에 배치된다.

각 제2 피니언 기어(510)의 외주면에 형성된 치열들은 링 기어(100)의 내부에 배치된 제2 내측 치열(126) 및 제2 축(400)에 형성된 제1 선기어부(410)에 치차 결합된다.

제2 피니언 기어(510)들은 제2 변속 유닛(550)에 의하여 링 기어(100)의 내부에서 배치된 상태에서 자전 또는 링 기어(100)의 내부에서 제2 축(400)을 기준으로 제2 축(400)에 대하여 공전된다.

제2 변속 유닛(550)은 제2 캐리어(520), 제2 구동 기어(530) 및 제2 회전 유닛(540)을 포함한다.

제2 캐리어(520)는 제2 피니언 기어(510)들을 링 기어(100) 내부에서 자전 또는 공전 가능하게 고정한다.

제2 캐리어(520)는 제3 캐리어 몸체부(522) 및 제4 캐리어 몸체부(524)를 포함한다.

제3 캐리어 몸체부(522)는 원통 형상으로 형성되며, 제3 캐리어 몸체부(522)의 내부로는 제2 축(400)이 삽입된다.

제3 캐리어 몸체부(522)의 일부는 링 기어(100)의 내부에 배치되고, 제3 캐리어 몸체부(522)의 일부는 링 기어(100)의 외부에 배치된다.

링 기어(100)의 외부에 배치된 제3 캐리어 몸체부(522)에는 치열(523)이 형성된다.

제4 캐리어 몸체부(524)는 제3 캐리어 몸체부(522)의 일부를 확장하여 형성되며, 제4 캐리어 몸체부(524)는 제2 축(400)에 형성된 제2 선기어부(410)와 대응하는 위치에 형성된다.

제3 캐리어 몸체부(522)로부터 확장된 제4 캐리어 몸체부(524)에는 제2 개구(525)들이 형성되며, 제2 개구(525)들은 제2 피니언 기어(510)들과 대응하는 위치에 형성된다.

제4 캐리어 몸체부(524)들에는 각각 제2 피니언 기어(510)의 회전 중심에 결합된 제2 피니언 기어 축(512)이 결합되는 제2 축홀(526)이 형성된다.

제2 축홀(526)에 제2 피니언 기어(510)가 결합된 상태에서 제2 피니언 기어(510)의 치열의 일부는 제4 캐리어 몸체부(524)의 제2 개구(525)들로부터 노출되고, 제2 피니언 기어(510)의 치열은 제2 축(400)에 형성된 제2 선기어부(410) 및 링 기어(100)의 제2 내측 치열(126)에 각각 치차 결합된다.

제2 구동 기어(530)는 제2 캐리어(520)를 정지 또는 회전시킨다.

제2 구동 기어(530)는, 예를 들어, 제4 캐리어 몸체부(524)에 대하여 수직한 방향으로 결합될 수 있으며, 제2 구동 기어(530)는, 예를 들어, 웜 기어 또는 회전 방향을 변경하는 다양한 기어가 사용될 수 있다.

제2 회전 유닛(540)은 제2 구동 기어(530)와 결합되며, 제2 회전 유닛(540)은 제2 구동 기어(530)를 회전시킨다. 제2 회전 유닛(540)은, 예를 들어, 모터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 제2 회전 유닛(540)은 감속기 없이 전류량에 따라서 제2 구동 기어(530)의 회전 속도를 조절할 수 있는 모터가 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 제2 구동 기어(530)는 정방향 또는 역방향으로 회전되고, 이로 인해 제2 캐리어(520) 역시 정방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다.

제2 캐리어(520)의 정방향 또는 역방향에 의하여 제2 피니언 기어(510) 역시 제2 축(400)에 대하여 정방향 또는 역방향으로 공전된다.

제2 피니언 기어(510)가 링 기어(100)와 동일한 방향으로 공전될 경우 제2 축(400)의 회전수는 감소되고, 제2 피니언 기어(510)가 링 기어(100)와 역 방향으로 공전될 경우 제2 축(400)의 회전수는 증가된다.

본 발명의 일실시예에서, 링 기어(100), 제1 축(200), 제1 변속 모듈(300), 제2 축(400) 및 제2 변속 모듈(500)은 케이스에 감싸여지고, 제1 축(200), 제2 축(400)의 일부는 추가적으로 베어링에 의하여 케이스에 견고하게 고정될 수 있다.

이와 함께 제1 변속 모듈(300)의 제1 구동 기어(330) 및 제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)와 같이 회전되는 구성품 역시 베어링을 이용하여 케이스에 견고하게 고정된다.

본 발명의 일실시예에서, 다단 변속기(800)는 제어 모듈을 더 포함할 수 있으며, 제어 모듈은 제1 변속 모듈(300)의 제1 변속 유닛(350)의 제1 회전 유닛(340)의 회전수, 제2 변속 모듈(500)의 제2 변속 유닛(350)의 제2 회전 유닛(540)의 회전수 및 회전 방향을 제어함으로써 제2 축(500)의 회전수를 연속적으로 증가 및 연속적으로 감소시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 다단 변속기의 동작을 설명하기로 한다.

도 5는 종래 차량용 엔진에 사용되는 다단 변속기의 엔진 분당 회전수 및 속도의 관계를 도시한 그래프이다.

도 5에서 그래프 A는 차량의 엔진 분당회전수를 나타내고, 그래프 B는 차량의 속도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 차량의 엔진 분당회전수가 0 rpm에서 약 3,000rpm으로 증가된 후 2단 내지 6단 변속이 진행되고 변속을 진행하게 위해 변속 지점에서 엔진 분당회전수는 감소 및 증가를 반복하고, 이로 인해 차량의 속도는 차량의 변속에 대응하여 불연속적으로 점차 증가하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 변속기의 엔진 분당 회전수, 제1 변속 모듈 및 차량의 속도를 도시한 그래프이다.

도 6에서 가로축은 시간(time)을 나타내고, 세로축은 엔진 분당 회전수 및 속도를 나타내며, 그래프 1은 제1 축의 분당회전수를 나타내고, 그래프 2는 제1 변속모듈(350)의 제1 피니언 기어의 공전수를 나타내고, 그래프 3은 제2 축(400)에 의하여 출력되는 회전수에 따른 차량의 속도를 나타낸다.

도 3 및 도 6을 참조하면, 엔진 또는 모터 등으로부터 제1 회전수로 회전력이 인가됨에 따라 제1 축(200)은 제1 회전수로 회전된다. 본 발명의 일실시예에서, 제1 회전수는 시간축이 0일 때 약 3,000rpm일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 시간축이 0일 때 제1 축(200)에 제1 회전수를 갖는 회전력이 제공되면 제어 모듈은 제1 축(200)에 인가되는 회전수를 감지하여 제1 변속 모듈(300)의 제1 회전 유닛(340)에 제1 회전수로 회전하라는 제어 신호를 인가한다.

제어 모듈이 제1 회전 유닛(340)에 제어 신호를 인가함에 따라 제1 회전 유닛(340)은 제1 회전수로 회전되고 이 결과 제1 구동 기어(330)가 회전되면서 제1 캐리어(320) 및 제1 캐리어(320)에 결합된 제1 피니언 기어(310) 역시 제1 회전수로 회전된다.

즉, 시간축이 0일 때 제1 축(200) 및 제1 피니언 기어(310)는 제1 축(200)의 주변을 제1 회전수로 공전하고 이로 인해 링 기어(100)는 회전하지 않고, 따라서 시간축이 0 일 때 차량의 속도는 0이다.

즉, 제1 축(200)의 회전수 및 제1 피니언 기어(310)의 공전수가 실질적으로 동일할 경우, 링 기어(100)는 제1 축(200)의 회전에도 불구하고 회전되지 않는다.

이후 사용자가 차량의 속도를 증속하기를 원하여 증속 조작을 할 경우 제어모듈은 제1 축(200)의 회전수를 제1 회전수로 유지한 상태에서 제1 회전 유닛(340)에 회전수를 연속적으로 감소시키는 제어 신호를 제1 회전 유닛(340)에 인가한다.

제어 모듈의 제어 신호에 따라 제1 회전 유닛(340)에서의 회전수는 시간의 흐름에 따라 연속적으로 감소되고 도 6에 도시된 바와 같이 제1 구동 기어(330), 제1 캐리어(320)의 회전수도 함께 감소되면서 제1 축(200)에 대한 제1 피니언 기어(310)의 공전수는 감소된다.

제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)가 회전되지 않을 경우, 제1 피니언 기어(310)의 공전수의 감소에 따라 링 기어(100)의 회전수가 증가된다.

제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)가 회전되지 않은 상태에서 링 기어(100)의 회전수가 증가될 경우, 링 기어(100)에 결합된 제2 피니언 기어(510)는 공전하지 않고 자전하면서 제2 축(400)을 회전시키는데 제2 축(400)의 회전수는 링 기어(100)의 회전수에 비례하여 증가되고 차량의 속도는 증가된다.

도 6에서 시간이 A에 도달하여 제1 변속 모듈(300)의 제1 회전 유닛(340)이 정지하여 제1 구동 기어(330)가 회전하지 않을 경우, 제1 피니언 기어(310)은 공전 없이 자전만 하기 때문에 제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)가 회전하지 않은 상태에서 차량은 제1 속도(FA)에 도달된다. 제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)가 회전하지 않고 제1 축(200)에 제1 회전수가 인가된 상태에서 제1 변속 모듈(300)의 제1 피니언 기어(310)가 공전 없이 자전만 할 경우 회전 차량은 제1 속도(FA)에 도달한다.

도 7은 제2 변속모듈을 이용해 차량이 제1 속도(FA)에서 증속 또는 감속되는 것을 도시한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이 제2 변속 모듈(500)의 제2 구동 기어(530)가 회전하지 않고 제1 축(200)에 제1 회전수가 인가된 상태에서 제1 변속 모듈(300)의 제1 피니언 기어(310)가 공전 없이 자전만 할 경우 회전 차량은 제1 속도(FA)에 도달한다.

도 7에서 그래프 4는 제2 변속 모듈(500)의 제2 회전 유닛(540)이 제1 방향으로 회전될 때 회전수를 나태낸다. 그래프 5는 제2 회전유닛(540)이 제1 방향으로 회전될 때 차량의 제2 속도(SA)를 도시한 그래프이다.

사용자가 차량을 제1 속도(FA) 보다 높은 제2 속도(SA)를 위한 조작을 할 경우, 제어 모듈은 제2 회전 유닛(540)에 제어 신호를 인가하여 시간 A로부터 시간 B 까지 제2 변속 모듈(530)의 제2 구동 기어(530)를 이용해 제2 피니언 기어(510)를 제2 축(500)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켜 제2 축(400)을 보다 빠르게 회전시키고 이 결과 차량은 제1 속도(FA)보다 빠른 제2 속도(SA)로 증속된다.

이후, 사용자가 차량을 제2 속도(SA)보다 빠르게 증속하기 위해서는 제1 축(200)으로 입력되는 제1 회전수를 제1 회전수보다 높은 제2 회전수를 인가함으로써 제2 속도(SA)보다 빠른 제3 속도를 구현할 수 있다.

비록 본 발명의 일실시예에서는 제1 축(200)이 일정한 분당 회전수로 회전하는 것이 도시 및 설명되고 있지만 제1 축(200)은 연속적으로 증가 또는 감소되는 분당 회전수로 회전되어도 무방하다.

본 발명의 일실시예에서, 제어 모듈은 제1 변속 모듈(300)의 제1 회전 유닛(340)의 회전수 및 회전 방향, 제2 변속 모듈(500)의 제2 회전 유닛(540)의 회전수 및 회전 방향를 제어함으로써 차량의 전진 및 후진은 물론 차량의 속도를 증속 및 감속시킬 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명은 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기 등의 동력원에서 곧바로 출력된 높은 회전수를 감속하는 과정 없이 높은 회전수에서 곧바로 초대형 선박, 군사용 대형 차량, 기차, 로봇 관절, 컨베이어 벨트, 전기 자동차, 풍력 발전기를 가동할 수 있다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

100...링 기어 200...제1 축
300...제1 변속모듈 400...제2 축
500...제2 변속 모듈 600...지지 플레이트
700...베어링

Claims

내측면에 제1 내측 치열 및 상기 제1 내측 치열과 이격된 위치에 형성된 제2 내측 치열이 형성된 링 기어;
상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제1 선 기어가 형성된 제1 축, 상기 제1 선기어 및 상기 제1 내측 치열과 치차 결합되는 제1 피니언 기어 및 상기 제1 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 또는 공전시켜 상기 링 기어의 회전수를 조절하는 제1 변속 유닛을 포함하는 제1 변속 모듈;
상기 링 기어 내측에 배치되며 외주면에 제2 선 기어가 형성된 제2 축, 상기 제2 선기어 및 상기 제2 내측 치열과 치차 결합되는 제2 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어를 상기 링 기어 내부에서 자전 또는 공전시켜 상기 제2 축의 회전수를 조절하는 제2 변속 유닛을 포함하는 제2 변속 모듈;
상기 링 기어의 상기 내측면에 고정되며, 상호 마주하게 배치된 상기 제1 축 및 상기 제2 축의 단부를 지지하는 지지 플레이트; 및
상기 지지 플레이트에 결합되며 상기 제1 축 및 상기 제2 축의 상기 단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하며,
상기 제2 변속 유닛에 의한 상기 제2 피니언 기어의 회전 방향 및 회전수에 의하여 상기 제2 축의 회전수가 조절되는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 링 기어 내부에서 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상호 이격되며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상기 링 기어의 회전 중심에 배치된 다단 변속기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지지 플레이트는 상기 링 기어의 내측에 고정되어 상기 링 기어와 동일한 회전수로 회전되는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어는 상기 링 기어의 상기 내측 치열에 3 개가 등각으로 결합되는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1 변속 유닛은 상기 제1 피니언 기어들을 자전 가능하게 고정하는 제1 캐리어 및 상기 제1 캐리어를 회전시켜 상기 제1 피니언 기어들을 상기 제1 축에 대하여 공전시키는 제1 구동 기어, 상기 제1 구동 기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛을 포함하는 다단 변속기.
제6항에 있어서,
상기 제1 캐리어는 상기 제1 축을 감싸는 제1 캐리어 몸체부 및 상기 제1 캐리어 몸체부로부터 확장된 제2 캐리어 몸체부를 포함하며,
상기 제2 캐리어 몸체부에는 상기 제1 피니언 기어들을 노출하는 제1 개구가 형성되고
상기 제1 캐리어 몸체 중 상기 링 기어의 외부에 상기 제1 구동 기어가 차치 결합되는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제2 변속 유닛은 상기 제2 피니언 기어들을 자전 가능하게 고정하는 제2 캐리어, 상기 제2 캐리어를 회전시켜 상기 제2 피니언 기어들을 상기 제2 축에 대하여 공전시키는 제2 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 회전 유닛을 포함하는 다단 변속기.
제8항에 있어서,
상기 제2 캐리어는 상기 제2 축을 감싸는 제3 캐리어 몸체부 및 상기 제3 캐리어 몸체부로부터 확장된 제4 캐리어 몸체부를 포함하며,
상기 제3 캐리어 몸체부에는 상기 제2 피니언 기어들을 노출하는 제2 개구가 형성되고
상기 제3 캐리어 몸체 중 상기 링 기어의 외부에 상기 제2 구동 기어가 차치 결합되는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1 변속 유닛 및 상기 제2 변속 유닛은 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어를 서로 다른 속도로 자전 및 공전시키는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 링 기어의 상기 내측 치열은 상기 제1 및 제2 피니언 기어들과 대응하는 부분에 국부적으로 형성된 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 링 기어는 상기 제1 및 제2 피니언 기어들을 수납하는 통 형상으로 형성된 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 링 기어, 상기 제1 변속 모듈 및 상기 제2 변속 모듈을 감싸며 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 노출하는 커버를 포함하는 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1 축은 동력이 인가되는 입력축이고, 상기 제2 축은 동력이 취출되는 출력축인 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 링 기어의 외측면에는 외부로부터 회전력을 인가하는 동력원에 형성된 기어와 치차 결합되는 외측 치열이 형성된 다단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1 피니언 기어의 공전수 및 회전 방향, 상기 제2 피니언 기어의 공전수 및 회전 방향을 제어하기 위해 상기 제1 및 제2 변속 모듈에 제어 신호를 인가하는 제어 모듈을 더 포함하는 다단 변속기.
제16항에 있어서,
상기 제어 모듈은 상기 제1 축의 회전수와 동일하게 상기 제1 피니언 기어를 공전시키기 위한 제어 신호를 상기 제1 변속 모듈에 제공하는 다단 변속기.