KR101846884B1

KR101846884B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR101846884B1
Application number: KR1020160013650A
Authority: KR
Inventors: 이경훈; 김종수; 박종술; 황동환
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2018-04-09
Also published as: US9951848B2; US20170219065A1; KR20170092387A; CN107035829A; CN107035829B

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및 상기 입력축과 평행하게 배치되며, 외주 측에 상기 제4 유성기어세트가 배치되는 출력축을 포함하며, 상기 제1 회전요소와 제4 회전요소를 연결하는 제1축; 상기 제2 회전요소에 연결되며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 제8 회전요소를 연결하는 제3축; 상기 제5 회전요소에 연결되며, 상기 출력축에 외접 기어 연결되는 제4축; 상기 제6 회전요소에 연결되는 제5축; 상기 제7 회전요소에 연결되는 제6축; 상기 제9 회전요소에 연결되는 제7축; 상기 제10 회전요소에 연결되는 제8축; 상기 제11 회전요소에 연결되며, 상기 출력축에 직접 연결되는 제9축; 상기 제12 회전요소에 연결되는 제10축; 및 상기 축 사이에 외접 기어 연결되는 부분에 구성되는 트랜스퍼 기어를 포함하고, 상기 제8축과 제10축 중, 하나의 축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고, 다른 하나의 축은 상기 제3축과 외접 기어 연결된다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 전진 9속을 구현하여 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하고, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

최근의 유가 상승은 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되고 있다.

이에 따라 자동 변속기는 다단화를 통해 운전성 및 연비 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.

그러나 자동변속기는 변속단이 증가하면 할수록 내부 부품수, 특히 유성기어세트의 숫자가 증가하여 변속기 전장이 증가함에 따라 엔진 횡방향 탑재 전륜 구동 차량의 경우, 탑재성 및 생산 원가, 중량, 및 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 자동 변속기는 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다고 할 수 있다.

이러한 측면에서 최근 자동 변속기는 8속 이상의 변속을 구현할 수 있도록 구성되어 차량에 탑재되고 있으며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

그러나 일반적인 8속 이상의 자동 변속기는 대부분 3 ~ 4개의 유성기어세트와, 5 ~ 6개의 제어요소(마찰요소)로 이루어지는데, 이 경우에는 전장이 길어져 전륜 구동차량으로는 탑재성이 악화될 수밖에 없다는 단점이 있다.

이에 따라 자동 변속기의 다단화를 위하여 최근에는 유성기어세트 상에 유성기어세트를 배치하는 복렬 구조를 채택하거나, 습식 제어요소 대신 도그 클러치를 적용하기도 하지만, 이러한 경우에 적용 가능한 구조가 한정되고, 도그 클러치의 적용으로 인한 변속감 악화를 동반한다는 문제점이 있다.

또한, 최근 8속 자동변속기의 경우, 기어비 폭(Span)이 6.5 ~ 7.5 수준으로 유지되고 있기 때문에 연비 개선 효과가 크지 않다는 문제점도 내포하고 있다.

따라서 성능 악화 없이 전장을 축소할 수 있는 새로운 기술의 필요성이 대두되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치되는 4개의 유성기어세트와 2개의 외접기어 및 6개의 제어요소의 조합으로 전진 9속 및 후진 1속의 변속단을 구현함으로써, 다단화에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 개선 효과를 얻을 수 있으며, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 트랜스퍼 기어의 자유로운 기어 잇수 변경으로 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 이에 따른 동력 전달 성능 및 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및 상기 입력축과 평행하게 배치되며, 외주 측에 상기 제4 유성기어세트가 배치되는 출력축을 포함하며, 상기 제1 회전요소와 제4 회전요소를 연결하는 제1축; 상기 제2 회전요소에 연결되며, 상기 입력축에 직접 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 제8 회전요소를 연결하는 제3축; 상기 제5 회전요소에 연결되며, 상기 출력축에 외접 기어 연결되는 제4축; 상기 제6 회전요소에 연결되는 제5축; 상기 제7 회전요소에 연결되는 제6축; 상기 제9 회전요소에 연결되는 제7축; 상기 제10 회전요소에 연결되는 제8축; 상기 제11 회전요소에 연결되며, 상기 출력축에 직접 연결되는 제9축; 상기 제12 회전요소에 연결되는 제10축; 및 상기 축 사이에 외접 기어 연결되는 부분에 구성되는 트랜스퍼 기어를 포함하고, 상기 제8축과 제10축 중, 하나의 축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고, 다른 하나의 축은 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 유성기어세트는 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 유성캐리어, 제3 회전요소가 제1 링기어로 이루어지며, 상기 제2 유성기어세트는 제4 회전요소가 제2 선기어, 제5 회전요소가 제2 유성캐리어, 제6 회전요소가 제2 링기어로 이루어지고, 상기 제3 유성기어세트는 제7 회전요소가 제3 선기어, 제8 회전요소가 제3 유성캐리어, 제9 회전요소가 제3 링기어로 이루어지고, 상기 제4 유성기어세트는 제10 회전요소가 제4 선기어, 제11 회전요소가 제4 유성캐리어, 제12 회전요소가 제4 링기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제5 회전요소인 제2 유성캐리어에 의하여 회전 지지되는 피니언은 소경부와 대경부로 이루어지는 2단 피니언으로 구성되며, 상기 소경부가 제4 회전요소인 제2 선기어와 외접으로 치합되고, 상기 대경부가 제6 회전요소인 제2 링기어에 내접으로 치합될 수 있다.

또한, 상기 제5축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고, 상기 제6축은 상기 제1, 제2, 제5축에 각각 선택적으로 연결되고, 상기 제7축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제8축은 제3축과 외접 기어 연결되고, 상기 제10축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 트랜스퍼 기어는 상기 제4축과 출력축 사이에 구성되는 제1 트랜스퍼 기어; 및 상기 제3축과 제8축 사이에 구성되는 제2 트랜스퍼 기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제1축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제5축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제3 클러치; 상기 제5축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 상기 제7축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및 상기 제10축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제8축은 변속기 하우징에 선택적으로 연결되고, 상기 제10축은 제3축과 외접 기어 연결될 수 있다.

또한, 상기 트랜스퍼 기어는 상기 제4축과 출력축 사이에 구성되는 제1 트랜스퍼 기어; 및 상기 제3축과 제10축 사이에 구성되는 제2 트랜스퍼 기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제1축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제5축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제3 클러치; 상기 제5축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 상기 제7축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및 상기 제8축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 4개의 유성기어세트를 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 유성기어세트 외에 2개의 트랜스퍼 기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어비 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 전진 9속 및 후진 1속을 구현하면서 기어비 폭을 9.8 이상 확보할 수 있으므로 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 변속단을 고효율 다단화하면서 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있으므로 변속 전후 가속도, 엔진 속도 리듬감 등 운전성을 향상시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 제어요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 입력축(IS), 출력축(OS), 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4), 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2), 및 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 제어요소를 포함한다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력될 수 있다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 변속된 구동력을 차동장치를 통해 구동축으로 전달할 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)는 입력축(IS)상의 외주 측에 배치되어 주 변속부를 형성하며, 상기 제3 유성기어세트(PG3)를 기준으로 엔진 측에 제1 유성기어세트(PG1)가 배치되고, 엔진 반대측에 제2 유성기어세트(PG2)가 배치된다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 상기 입력축(IS)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 출력축(OS) 상의 외주 측에 배치되어 부 변속부를 형성한다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)에 외접으로 치합되는 제1 피니언(P1)을 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 제1 피니언(P1)과 내접으로 치합되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)에 외접으로 치합되는 제2 피니언(P2)을 회전 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 제2 피니언(P2)과 내접으로 치합되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기에서 제2 피니언(P2)은 소경부(P21)와 대경부(P22)로 이루어지는 2단 피니언으로, 소경부(P21)가 제2 선기어(S2)와 외접으로 치합되고, 대경부(P22)가 제2 링기어(R2)에 내접으로 치합된다.

이러한 2단 피니언 유성기어세트는 공지에서와 같이 싱글 피니언 유성기어세트로 구현할 수 없는 속도비(1.0 ~ 1.5)를 구현하여 기어비 폭 증대와 단간비 선형성을 개선할 수 있으며, 손실 요소가 많아 기어 효율이 불리한 더블 피니언 유성기어세트에 비하여 기어 효율이 높다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)에 외접으로 치합되는 제3 피니언(P3)을 회전 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성캐리어(PC3)와, 상기 제3 피니언(P3)과 내접으로 치합되는 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)와 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와, 상기 제4 선기어(S4)에 외접으로 치합되는 제4 피니언(P4)을 회전 지지하는 제11 회전요소(N11)인 제4 유성 캐리어(PC4)와, 상기 제4 피니언(P4)과 내접으로 치합되는 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)를 포함한다.

상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)는 제1 회전요소(N1)가 제4 회전요소(N4)에 직접 연결되고, 제3 회전요소(N3)가 제8 회전요소(N8)에 직접 연결되면서 총 7개의 축(TM1 ~ TM7)을 보유한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 각각의 회전요소가 독립적으로 작동되면서 3개의 축(TM8 ~ TM10)을 보유한다.

상기 10개의 축(TM1 ~ TM10)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1축(TM1)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}와 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}를 상호 연결한다.

상기 제2축(TM2)은 제2 회전요소{N2; 제1 유성캐리어(PC1)}에 연결되며, 상기 입력축(IS)에 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동된다.

상기 제3축(TM3)은 제3 회전요소{N3; 제1 링기어(R1)}와 제8 회전요소{N8; 제3 유성캐리어(PC3)}를 상호 연결한다.

상기 제4축(TM4)은 제5 회전요소{N5; 제2 유성캐리어(PC2)}에 연결되며, 상기 출력축(OS)과 외접 기어 연결된다.

상기 제5축(TM5)은 제6 회전요소{N6; 제2 링기어(R2)}에 연결되며, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.

상기 제6축(TM6)은 제7 회전요소{N7; 제3 선기어(S3)}에 연결되며, 상기 제1, 제2, 제5축(TM1)(TM2)(TM5)에 선택적으로 연결된다.

상기 제7축(TM7)은 제9 회전요소{N9; 제3 링기어(R3)}에 연결되며, 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.

상기 제8축(TM8)은 제10 회전요소{N10; 제4 선기어(S4)}에 연결되며, 상기 제3축(TM3)과 외접 기어 연결된다.

상기 제9축(TM9)은 제11 회전요소{N11; 제4 유성캐리어(PC4)}에 연결되며, 상기 출력축(OS)에 직접 연결되어 항상 출력요소로 작동된다.

상기 제10축(TM10)은 제12 회전요소{N12; 제4 링기어(R4)}에 연결되며, 상기 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.

상기 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)는 각각의 기어비에 따라 주 변속부를 형성하는 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)에서 변속된 회전동력을 부 변속부를 형성하는 제4 유성기어세트(PG4)에 역회전으로 동력 전달한다.

상기 제1 트랜스퍼 기어(TF1)는 제4축(TM4)에 직접 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)와, 상기 출력축(OS)에 직접 연결되는 제1 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)로 이루어지면서 제4축(TM4)과 출력축(OS)을 외접 기어 연결한다.

상기 제2 트랜스퍼 기어(TF2)는 제3축(TM3)에 직접 연결되는 제2 트랜스퍼 드라이브 기어(TF2a)와, 제8축(TM8)에 직접 연결되는 제2 트랜스퍼 드리븐 기어(TF2b)로 이루어지면서 제3축(TM3)과 제8축(TM8)을 외접 기어 연결한다.

이에 따라 상기 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)에 의하여 연결되는 각각의 축은 상호 반대방향으로 회전하게 되며, 이들 제1, 제2 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)의 기어비는 변속기에서 요구하는 변속비에 따라 설정된다.

상기 제어요소는 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 구성되며, 배치 위치를 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 제2축(TM2)과 제6축(TM6) 사이에 배치되어 제2축(TM2)과 제6축(TM6)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제1축(TM1)과 제6축(TM6) 사이에 배치되어 제1축(TM1)과 제6축(TM6)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제5축(TM5)과 제6축(TM6) 사이에 배치되어 제5축(TM5)과 제6축(TM6)이 선택적으로 일체가 되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제5축(TM5)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제5축(TM5)이 선택적인 고정요소로 작동하도록 변속기 하우징(H)에 연결한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제7축(TM7)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 상기 제7축(TM7)이 선택적인 고정요소로 작동하도록 변속기 하우징(H)에 연결한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제10축(TM10)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 상기 제10축(TM10)이 선택적인 고정요소로 작동하도록 변속기 하우징(H)에 연결한다.

상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 제어요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 제어요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 변속이 이루어진다.

[전진 1속]

전진 1속 변속단(D1)에서는 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제7축(TM7)과 제10축(TM10)이 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 1속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(D2)에서는 제2 클러치(C2)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제7축(TM7)와 제10축(TM10)이 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 2속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 3속]

전진 3속 변속단(D3)에서는 제2 클러치(C2)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 주 변속부에서는 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제5축(TM5)과 제10축(TM10)이 제1 브레이크(B1)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 3속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 4속]

전진 4속 변속단(D4)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제10축(TM10)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 4속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 5속]

전진 5속 변속단(D5)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제10축(TM10)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 5속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 6속]

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제10축(TM10)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 6속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 7속]

전진 7속 변속단(D7)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 7속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 8속]

전진 8속 변속단(D8)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제2축(TM2)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제7축(TM7)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 8속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[전진 9속]

전진 9속 변속단(D9)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제7축(TM7)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 9속으로 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

[후진]

후진(REV) 변속단에서는 제3 클러치(C3)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제6축(TM6)과 연결된 상태에서, 입력축(IS)의 회전동력이 제2축(TM2)으로 입력되고, 제7축(TM7)과 제10축(TM10)이 제2 브레이크(B2)와 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서 각 축의 상호 보완 작동에 의하여 전진 변속되어 제9축(TM9)과 연결된 출력축(OS)을 통해 출력된다.

도 2에서 예시하고 있는 변속단별 기어비는 제1 링기어(R1)/제1 선기어(S1)의 기어비가 1.20, 제2 링기어(R2)/제2 선기어(S2)의 기어비가 2.69, 제3 링기어(R3)/제3 선기어(S3)의 기어비가 1.84, 제4 링기어(R4)/제4 선기어(S4)의 기어비가 1.86 이고, 제1 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)/제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)의 기어비가 1.00, 제2 트랜스퍼 드리븐 기어(TF2b)/제2 트랜스퍼 드라이브 기어(TF2a)의 기어비가 0.78 인 경우로 가정하여 계산된 수치이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 도 1과 같이, 제3축(TM3)이 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통하여 제8축(TM8)과 외접 기어 연결되고, 상기 제10축(TM10)이 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동되나, 제2 실시 예에서는 제3축(TM3)이 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통하여 제10축(TM10)과 외접 기어 연결되고, 상기 제8축(TM8)이 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동되는 차이점이 있다.

이에 따라 제2 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 제3축(TM3)과 외접 기어 연결되는 부 변속부의 축과 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 부 변속부의 축이 서로 반대일 뿐, 그 작동 및 변속패턴은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치되는 4개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4), 2개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2), 및 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 제어요소의 조합으로 9속의 전진 변속단과 1속의 후진 변속단을 구현함으로써, 동력 전달 성능의 향상으로 연비를 개선할 수 있으며, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 유성기어세트 외에 2개의 외접기어인 트랜스퍼 기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어비 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 전진 9속과 후진 1속을 구현하면서 기어비 폭을 9.8 이상 확보할 수 있으므로 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 변속단을 고효율 다단화하면서 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있으므로, 변속 전후 가속도, 엔진 속도 리듬감 등 운전성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

PG1,PG2,PG3,PG4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 유성기어세트
S1,S2,S3,S4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 유성캐리어
R1,R2,R3,R4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
B1,B2,B3... 제1, 제2, 제3 브레이크
C1,C2,C3 ... 제1, 제2, 제3 클러치
TF1,TF2... 제1, 제2 트랜스퍼 기어
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8,TM9,TM10... 제1축, 제2축, 제3축, 제4축, 제5축, 제6축, 제7축, 제8축, 제9축, 제10축

Claims

제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및
상기 입력축과 평행하게 배치되며, 외주 측에 상기 제4 유성기어세트가 배치되는 출력축을 포함하며,
상기 제1 회전요소와 상기 제4 회전요소와 고정 연결되는 제1축;
상기 제2 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 고정 연결되는 제2축;
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소와 고정 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 외접 기어 연결되는 제4축;
상기 제6 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제5축;
상기 제7 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제1축, 상기 제2축, 및 상기 제5축과 각각 선택적으로 연결되는 제6축;
상기 제9 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제7축;
상기 제10 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 제8축;
상기 제11 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 고정 연결되는 제9축;
상기 제12 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제10축;
상기 제4축과 상기 출력축 사이에 구성되는 제1 트랜스퍼 기어; 및
상기 제3축과 상기 제8축 사이에 구성되는 제2 트랜스퍼 기어;
를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트는 제1 회전요소가 제1 선기어, 제2 회전요소가 제1 유성캐리어, 제3 회전요소가 제1 링기어로 이루어지며,
상기 제2 유성기어세트는 제4 회전요소가 제2 선기어, 제5 회전요소가 제2 유성캐리어, 제6 회전요소가 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제3 유성기어세트는 제7 회전요소가 제3 선기어, 제8 회전요소가 제3 유성캐리어, 제9 회전요소가 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제4 유성기어세트는 제10 회전요소가 제4 선기어, 제11 회전요소가 제4 유성캐리어, 제12 회전요소가 제4 링기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 제5 회전요소인 제2 유성캐리어에 의하여 회전 지지되는 피니언은
소경부와 대경부로 이루어지는 2단 피니언으로 구성되며, 상기 소경부가 제4 회전요소인 제2 선기어와 외접으로 치합되고, 상기 대경부가 제6 회전요소인 제2 링기어에 내접으로 치합되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
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제1항에 있어서,
상기 제2축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제1축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제5축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제3 클러치;
상기 제5축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제7축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제10축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및
상기 입력축과 평행하게 배치되며, 외주 측에 상기 제4 유성기어세트가 배치되는 출력축을 포함하며,
상기 제1 회전요소와 상기 제4 회전요소와 고정 연결되는 제1축;
상기 제2 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 고정 연결되는 제2축;
상기 제3 회전요소와 상기 제8 회전요소와 고정 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 외접 기어 연결되는 제4축;
상기 제6 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제5축;
상기 제7 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제1축, 상기 제2축, 및 상기 제5축과 각각 선택적으로 연결되는 제6축;
상기 제9 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제7축;
상기 제10 회전요소와 고정 연결되고, 변속기 하우징에 선택적으로 연결되는 제8축;
상기 제11 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 고정 연결되는 제9축;
상기 제12 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 제10축;
상기 제4축과 상기 출력축 사이에 구성되는 제1 트랜스퍼 기어; 및
상기 제3축과 상기 제10축 사이에 구성되는 제2 트랜스퍼 기어;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
삭제
제8항에 있어서,
상기 제2축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제1축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제5축과 상기 제6축 사이에 구성되는 제3 클러치;
상기 제5축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제7축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제8축과 상기 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
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