KR102140696B1 - 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법은 엔진의 토크컨버터에 연결되어 있는 오일 펌프; 상기 오일 펌프에 연결되어 있는 캐리어가 구비되어 있는 유성기어세트 및 상기 오일 펌프에 연결되어 상기 오일 펌프에 의해 발생된 유압에 의해 작동하는 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터에는 피니언 기어가 연결되어 있고, 상기 피니언 기어가 상기 유성기어세트의 링기어와 결합되어 상기 유압 모터를 작동시켜 출력을 변화시키도록 구성되어 있다.

Description

유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법 {AUTOMATIC TRANSMISSION USING HYDRAULIC MOTOR AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유압 모터를 이용하여 변속을 수행할 수 있는 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법에 관한 것이다.

자동 변속기는 엔진의 동력을 주행부하에 적합하도록 변화시키기 위하여 다양한 형태의 구조가 시도되어 왔으나, 대체로 유성기어를 포함한 기어열과, 이 기어열을 조작하는 유압제어장치를 포함하는 구성으로 일반화되어 있다.

상기 기어열은 유압제어장치에 의해 조작되는 클러치나 브레이크 등의 마찰요소의 작동 조합에 의해 특정의 변속단을 형성하도록 되어 있어서, 차량의 주행상태 및 운전자의 조작에 의해 상기 유압제어장치를 자동적으로 조작하면, 원하는 변속단으로의 변속이 이루어지도록 되어 있다.

종래의 자동 변속기는 장기간 사용되면서 기능과 신뢰성이 시장에서 검증되어 있는 제품이다. 그러나 성능 향상에 한계가 있다. 변속시 발생하는 충격으로 인해 DCT(Double Clutch Transmission)나 CVT(Continuous Variable Transmission)에 비해 연비 측면에서 불리하고, 부품이 많으며 구조가 복잡하기 때문에 조립 절차가 복잡하여 공정 효율성이 저하되는 단점이 있다.

또한 종래의 변속기는 확장성이 우수하지 못하다는 단점이 있는데, 최근의 다단화 경향을 반영하기 위해서는 추가 유성 기어단이 필요한 경우가 많지만 이로 인해 탑재성 불리에 따른 경쟁력의 약화를 필연적으로 수반하게 된다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허출원 제 10-2001-0061807 호

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 유압모터를 사용하여 엔진과 함께 구동력을 만들어 기어비 조정 및 충전이 가능한 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진의 토크컨버터에 연결되어 있는 오일 펌프; 상기 오일 펌프에 연결되어 있는 캐리어가 구비되어 있는 유성기어세트 및 상기 오일 펌프에 연결되어 상기 오일 펌프에 의해 발생된 유압에 의해 작동하는 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터에는 피니언 기어가 연결되어 있고, 상기 피니언 기어가 상기 유성기어세트의 링기어와 결합되어 상기 유압 모터를 작동시켜 출력을 변화시킬 수 있다.

상기 피니언 기어는 상기 유성기어세트의 링기어의 외측에 결합될 수 있다.

상기 엔진의 토크컨버터는 상기 유성기어세트의 선기어와 동축상에 위치할 수 있다.

상기 엔진의 토크컨버터에 연결되어 있는 오일 펌프는 상기 엔진의 토크컨버터와 동축상에 위치할 수 있다.

상기 엔진은 유성기어세트의 캐리어(또는 선기어)를 회전시킬 수 있다.

상기 엔진의 출력은 유성기어세트의 선기어(또는 캐리어)를 통해 출력될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 변속 방법으로서, 엔진을 작동시켜 유성기어세트의 캐리어(또는 선기어)를 회전시키는 단계, 상기 유성기어세트의 캐리어(또는 선기어)가 회전함에 따라 선기어(또는 캐리어)를 회전시키는 단계, 및 유압모터를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유압모터를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시키는 단계는 상기 유성기어세트의 링기어에 연결되어 있는 상기 유압모터의 피니언 기어를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시킬 수 있다.

상기 유성기어세트의 링기어를 회전시켜 상기 유성기어세트의 선기어의 토크와 회전 속도를 변화시킬 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 유압 모터를 이용하는 자동변속기 및 그 변속 방법은 유압모터를 사용하여 엔진과 함께 구동력을 만들어 기어비 조정 및 충전이 가능하므로 변속기 구조의 단순화와 전장을 단축하는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 모식도이다.
도 2는 도 1의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 유성기어세트의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 변속 방법의 흐름도이다.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 모식도이고, 도 2는 도 1의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 유성기어세트의 모식도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면 엔진(1)의 토크컨버터(2)에 연결되어 있는 오일 펌프(10), 상기 오일 펌프(10)에 연결되어 있는 캐리어(21)가 구비되어 있는 유성기어세트(20) 및 상기 오일 펌프(10)에 연결되어 상기 오일 펌프(10)에 의해 발생된 유압에 의해 작동하는 유압 모터(30)를 포함하고, 상기 유압 모터(30)에는 피니언 기어(31)가 연결되어 있고, 상기 피니언 기어(31)가 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)와 결합되어 상기 유압 모터(30)를 작동시켜 출력을 변화시키도록 구성되어 있다.

하나의 구체적인 예에서 상기 피니언 기어(31)는 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)의 외측에 결합되어 있다.

본 발명에 따른 상기 엔진(1)의 토크컨버터(2)는 상기 유성기어세트(20)의 선기어(22)와 동축상에 위치하고, 상기 엔진(1)의 토크컨버터(2)에 연결되어 있는 오일 펌프(10)는 상기 엔진(1)의 토크컨버터(2)와 동축상에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 엔진(1)은 유성기어세트(20)의 캐리어(21)를 회전시키고, 상기 엔진(1)의 출력은 유성기어세트(20)의 선기어(22)를 통해 출력된다.

여기서 유압 모터(30)는 엔진에 의해서 구동되는 유압 펌프에 의해 발생되는 고압을 유압 모터(30)의 작동축에 전달하여 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 유압 펌프는 오일 펌프일 수 있다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 변속 방법의 흐름도이다.

도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하여 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 작동 방법 및 변속 방법을 설명하면 엔진(1)의 토크컨버터(2)에 연결되어 있는 오일 펌프(10), 상기 오일 펌프(10)에 연결되어 있는 캐리어(21)가 구비되어 있는 유성기어세트(20) 및 상기 오일 펌프(10)에 연결되어 상기 오일 펌프(10)에 의해 발생된 유압에 의해 작동하는 유압 모터(30)를 포함하여 구성되어 있되, 상기 엔진(1)을 작동시켜 유성기어세트(20)의 캐리어(21)를 회전시키고(S110), 상기 유성기어세트(20)의 캐리어(21)가 회전함에 따라 선기어(22)를 회전시킨다(S120). 또한 상기 유압모터(30)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시킨다(S130).

본 발명에 따르면 상기 유압모터(30)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시키는 단계는 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)에 연결되어 있는 상기 유압모터(30)의 피니언 기어(31)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시키게 되고, 상기 링기어(24)와 선기어(22) 사이에 연결되어 있는 유성 기어(23)가 회전하며 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 선기어(22)의 토크와 회전 속도를 변화시키게 된다.

또는 상기 엔진(1)을 작동시켜 유성기어세트(20)의 선기어(22)를 회전시키고, 상기 유성기어세트(20)의 선기어(22)가 회전함에 따라 유성기어(23)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시킴과 함께 상기 유압모터(30)를 작동시켜 상기 유압모터(30)의 피니언 기어(31)를 회전시켜 상기 유성기어세트(20)의 링기어(24)를 회전시킬 수 있다.

자동 변속기의 주요 역할은 엔진에서 전달 받은 회전력을 자동차의 주행속도와 부하에 맞추어 자동으로 최적의 토크와 회전속도로 변환하는 것으로서, 토크 컨버터는 엔진과 직접적으로 연결되어 있어 엔진으로부터 전달 받은 토크를 증배하여 변속단의 입력 쪽으로 전달하며 이 때 전달하는 토크의 일부로 오일 펌프를 구동시켜 윤활과 냉각 및 제어에 필요한 유량과 압력을 만든다.

일반적인 토크컨버터는 엔진의 크랭크샤프트에 직결되어 회전하는 임펠러와, 자동변속기의 입출력에 직결되고 임펠러와 대향되도록 설치된 터빈과, 일정한 작동 범위 내에서 임펠러를 출발하여 터빈에 운동에너지를 전달하고 회수되는 오일의 방향을 전환하여 다시 임펠러의 회전력을 증대하도록 하는 스테이터로 구성되어 있다.

이와 같이 토크컨버터의 임펠러로 전달된 엔진의 출력은 터빈을 통해 변속기어 메커니즘으로 전달되는 바, 변속기어 메커니즘은 다수의 선기어와 링기어 및 캐리어로 구성되는 유성기어장치로서, 상기 각 기어들의 회전을 적절히 제어함으로써 기어들 간의 상대운동에 의해 터빈으로부터 공급되는 회전력이 적절한 변속비로 변환되어 추진축으로 전달된다.

따라서 엔진으로부터의 주동력은 유성기어세트의 캐리어를 회전시키게 되며 그 출력으로는 선기어가 회전하게 되고, 이때 선기어의 토크와 회전 속도는 유성 기어의 기어비에 의해 결정된다.

본 발명에 따르면 링기어를 회전시키게 되면 회전 방향에 따라 선기어의 토크와 회전 속도를 변화시킬 수 있는데, 이는 출력 토크와 회전 속도가 상대속도에 의한 요소이기 때문이다.

선기어를 기준으로 링기어의 RPM을 변화시키면 선기어의 속도가 변화되고, 링기어를 회전하는 방향과 속도를 변화시킬 경우 토크비와 속도비뿐만 아니라 경우에 따라 출력축의 정역 방향 전환이 가능하며, 이를 위해 유압모터를 이용하여 링기어를 회전시킨다.

여기서 유압모터는 에너지 효율과 응답성이 우수하며 변속기에는 윤활과 냉각을 위해 오일 펌프가 필수적으로 요구되기 때문에 오일 펌프의 용량을 최적으로 선정하게 되면 최대 효율이 가능하다. 이는 고속에서 필요 이상의 유량이 펌프에서 발생하여 활용하지 못하고 순환시키거나 바이패스로 내보내는데 이런 불필요한 유량을 변속에 활용할 수 있기 때문이다.

따라서 고속 운전시 불필요하게 생산되는 유량을 효과적으로 활용할 수 있게 되어 유압모터를 사용하여 엔진과 함께 구동력을 생성하면 기어비 조정 및 충전이 가능하므로 단순한 구조로 동력 손실을 저감시키고 전장을 단축하는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.

1: 엔진
2: 토크컨버터
10: 오일 펌프
20: 유성기어세트
21: 캐리어
22: 선기어
23: 유성 기어
24: 링기어
30: 유압모터
31: 피니언 기어

Claims (9)

1. 엔진의 토크컨버터에 연결되어 있는 오일 펌프;
   상기 오일 펌프에 연결되어 있는 캐리어가 구비되어 있는 유성기어세트; 및
   상기 오일 펌프에 연결되어 상기 오일 펌프에 의해 발생된 유압에 의해 작동하는 유압 모터;
   를 포함하고,
   상기 유압 모터에는 피니언 기어가 연결되어 있고, 상기 피니언 기어가 상기 유성기어세트의 링기어와 결합되어 상기 유압 모터를 작동시켜 출력을 변화시키며,
   상기 오일 펌프는 상기 토크컨버터와 동축상에 위치하여 상기 엔진이 상기 캐리어를 회전시킬 때, 상기 오일펌프가 상기 캐리어의 회전을 직접적으로 전달받는 것을 특징으로 하는 유압 모터를 이용하는 자동변속기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 피니언 기어는 상기 유성기어세트의 링기어의 외측에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 모터를 이용하는 자동변속기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔진의 토크컨버터는 상기 유성기어세트의 선기어와 동축상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 모터를 이용하는 자동변속기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔진의 출력은 유성기어세트의 선기어를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 유압 모터를 이용하는 자동변속기.
7. 청구항 제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 의한 유압 모터를 이용하는 자동변속기의 변속 방법으로서,
   유압 모터를 이용하는 자동변속기의 변속 방법으로서,
   엔진을 작동시켜 유성기어세트의 캐리어를 회전시키는 단계,
   상기 유성기어세트의 캐리어가 회전함에 따라 선기어를 회전시키는 단계, 및
   유압모터를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시키는 단계,
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 유압모터를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시키는 단계는 상기 유성기어세트의 링기어에 연결되어 있는 상기 유압모터의 피니언 기어를 회전시켜 상기 유성기어세트의 링기어를 회전시키는 것을 특징으로 하는 변속 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 유성기어세트의 링기어를 회전시켜 상기 유성기어세트의 선기어의 토크와 회전 속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 변속 방법.

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