KR19990024503A - 변속비 폭이 넓은 무단변속장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 무단변속기에 기어를 합성하여 기존의 무단변속기가 갖는 변속조정영역을 넓게하여 저속 및 고속에서의 변속효율을 획기적으로 향상시킨 변속비 폭이 넓은 무단변속장치(Wide Gear-Ratio-Spread CVT)에 관한 것이다.
본 발명의 구성은 크게 변속조정부와 기어부 및 연결부로 되어 있고, 기어부를 이루는 각 구성요소를 입력축(2), 출력축(18) 그리고 제1풀리축(42)에 각각 작동적으로 연결하여 무단변속을 하도록 되어 있다.
출력축과 변속조정부의 출력부와는 증속 또는 감속으로 작동·연결되어 있다.
효과상, 변속조정부만을 이용했을 때 발생하는 저속 및 고속에서의 급격한 변속효율의 저하를 제거하고, 변속기 전체의 효율을 극대화하여 연료절감 및 그에 따른 배출가스를 줄일 수 있다. 또한 넓은 영역의 변속구간을 이용하여 가속성능을 향상시킬 수 있다.

Description

변속비 폭이 넓은 무단변속장치
본 발명은 무단변속장치에 관한 것으로서, 특히 기존 무단변속기의 저속 및 고속에서의 저효율을 높이고, 높은 토오크의 구동력에의 적용이 어려운 기존의 무단변속기의 적용 한계성을 없애고자 한 변속비 폭이 넓은 무단변속장치에 관한 것이다.
이 분야의 종래기술을 보면, 변속조정부만을 이용한 무단변속이었고, 변속조정부의 특성상 저속 및 고속에서의 변속효율이 급격히 떨어지는 단점이 있었다. 이로 인한 저속 및 고속에서의 연비가 나쁘고 이에 따른 배출가스에도 악영향을 미낀다. 또한 대형차(대형승용차, 트럭 등)에 적용시 저속 및 고속에서의 변속효율이 더욱 떨어져 무단변속기의 적용을 어렵게 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 변속조정부만을 이용했을 때 발생하는 고속 및 저속에서의 급격한 변속효율저하를 제거한 변속비 폭이 넓은 무단변속장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 최적의 연비를 얻을 수 있는 연비모드와 다이나믹한 운전을 할 수 있는 파워모드 그리고 엔진브레이크 효과를 얻을 수 있는 저속 모드 등을 얻을 수 있는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 변속폭이 넓으면서도 저단 및 고단에서의 효율이 높기 때문에, 기존에 문제가 되어왔던 높은 토오크하에서의 변속효율 저하가 없어 대형승용차 및 높은 토오크를 이용하는 구동체에 적용이 가능하고, 입력축 및 출력축이 같은 축상에 있으므로 전륜 및 후륜 그리고 다륜구동차에도 장력이 쉬운 변속비 폭이 넓은 무단변속장치를 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 입력축과, 출력축과, 출력축상에 회전가능하게 설치된 제1풀리축, 제1풀리축상의 제1풀리, 제2풀리축상에 설치된 제2풀리 및 변속조정벨트를 가진 변속조정부와, 제2풀리축과 일체로 형성된 제1연결자, 출력축과 일체로 형성된 제2연결자 및 제3연결자를 가진 연결부, 및 입력축과 변속조정부사이에 설치된 기어세트형태의 기어부를 포함하고, 기어부의 각 구성요소를 입력축, 출력축 및 제1풀리축에 각각 작동적으로 연결하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명 무단변속장치의 제1실시예의 개략도.
도 2은 본 발명 무단변속장치의 제2실시예의 개략도.
도 3은 본 발명 무단변속장치의 제3실시예의 개략도.
도 4은 본 발명 무단변속장치의 제4실시예의 개략도.
도 5은 본 발명 무단변속장치의 제5실시예의 개략도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 입력축4 : 구동원
6 : 제1연결축8 : 클러치부
12 : 제2연결축14 : 전후진부
16 : 일방향 클러치18 : 출력축
20 : 기어부22 : 선기어
23 : 제1기어24 : 유성기어
25 : 아이들기어26 : 캐리어
27 : 하우징28 : 링기어
29 : 제2기어30 : 클러치
40 : 변속조정부42 : 제1풀리축
44 : 제1풀리46 : 제2풀리
48 : 변속조정벨트50 : 연결부
52 : 제2풀리축54 : 제1연결자
56 : 제2연결자58 : 제3연결자
본 발명은 기어부, 변속조정부 및 연결부를 포함하여 그 연결구성을 여러가지로 취할 수 있으며, 우선 본 발명 제1실시예에 대하여 첨부도면에 의거 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 동력전달 경로상 입력축(2)의 앞쪽에는 일반적인 구동체계로 되어 있다. 구동원(4)은 엔진 또는 모타등으로 이루어져 있고, 회전력(Torque)을 발생한다. 이 구동원(4)은 크랭크축과 같은 제1연결축(6)을 통하여 클러치부(8)에 회전력을 전달한다. 토오크 컨버터(Torque Converter) 또는 전자 클러치드등으로 이루어진 클러치부(8)는 제2연결축(12)을 통하여 전후진부(14)에 회전력을 전달한다. 이때 제2연결축(12)상에는 일방향클러치(16)가 있어 제2연결축(12)이 구동원(4)의 회전방향과 반대로 회전하지 못하게 한다. 이는 언덕을 올라가다 멈추었을때 차량이 뒤로 밀리는 것을 방지하여 준다. 전후진부(14)는 출력축(18)의 뒤에 설치되어 좋으나, 회전력의 변화폭이 일정하면서 회전력이 작은 경우 도 1에 도시된 바와 같이 설치하는 것이 일반적으로 좋다. 하지만 공간상의 제약등의 문제가 있을 시는 어느 쪽도 설치할 수 있다. 만일 전후진부(14)가 출력축(18)의 뒤쪽에 설치된다면 제2연결축(12)과 입력축(2)은 같은 축으로 구성된다.
도 1에 의거해 설명을 계속하면 전후진부(14)는 입력축(2)에 회전력을 전달한다.
입력축(2)은 기어부(20)의 링기어(28)와 직접 연결되어 회전력을 전달한다. 또한 입력축(2)과 출력축(18) 사이에 클러치(30)를 부착하여 입력축(2)과 출력축(18)이 같은 회전속도를 가질 때 작동연결되어 변속효율을 높일 수 있게 한다. 입력축(2)과 출력축(18)의 동시회전을 위해서 클러치(30)를 적당한 위치에 부착시킬 수 있다.
기어부(20)는 유성기어세트로서 선기어(22), 유성기어(24) 및 유성기어(24)를 지지하는 캐리어(26) 그리고 링기어(28)로 이루어져 있다. 그리고, 이 기어부(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 차동기어세트로도 이루어질 수 있으며, 즉 제1기어(23), 아이들기어(25) 및 아이들기어(25)를 지지하는 하우징(27) 그리고 제2기어(29)로 이루어져 질 수 있다.
여기서, 차량 또는 물체가 정지한 경우, 출력축(18)에 연결된 선기어(22)가 정지된 상태이므로, 변속조정부(40)의 제1출리축(42)에 연결된 캐리어(26)는 링기어(28)에 대하여 감속회전을 하며, 링기어(28)의 회전력에 비해 증가된 회전력이 캐리어(26)에 전달된다. 캐리어(26)에 전달된 회전력은 변속조정부(40)의 제1풀리축(42)을 통하여 제1풀리축(42)에 설치된 제1풀리(44)에 전달된다.
변속조정부(40)는 공지된 사실로서 제1풀리(44), 제2풀리(46) 그리고 변속조정벨트(48)로 구성되어 있다. 제1풀리(42)는 변속조정벨트(48)를 통하여 제2풀리(46)에 회전력을 전달하고, 제1풀리(44)와 제2풀리(46)의 상호폭간을 조정을 통하여 무단변속이 이루어지게 된다. 제2풀리(46)에 전달된 회전력은 제2풀리축(52)를 통하여 연결부(50)의 제1연결자(54)에 전달된다. 제2풀리축(52)에는 제2풀리(46)와 제1연결자(54)가 일체로 설치되어, 제2풀리축(52), 제2풀리(46) 그리고 제1연결자(54)는 일체 회전되어 항상 같은 방향 및 회전속도를 가진다.
연결부(50)는 제1연결자(54), 제2연결자(56) 그리고 제3연결자(58)로 이루어진다. 여기서 고정비의 감속 또는 증속이 이루어져 변속의 제어를 쉽게 한다. 동력연결상 제1, 제2, 제3연결자는 서로 대응, 연결하는 부품으로 이루어지며, 즉 제1연결자(54)와 제2연결자(56)가 풀리일 때는 제3연결자(58)가 벨트이고, 제1연결자(54)와 제2연결자(56)가 스프라켓(sprocker)일때는 제3연결자(58)가 체인(chain)이며, 제1연결자(54)와 제2연결자(56)가 기어일 때는 제3연결자(58)가 기어로 이루어진다. 제1연결자(54)에 전달된 회전력은 제3연결자(58)를 통하여 제2연결자(56)에 감속 또는 증속된 형태로 전달되어 진다. 감속 또는 증속의 형태는 시스템의 변속 특성에 따라 결정한다.
차량의 엔진과 같은 고회전의 구동력을 이용할 때는 주로 감속을 사용한다. 제2연결자(56)에 전달된 회전력은 출력축(18)에 전달된다.
출력축(18)에는 선기어(22), 제2연결자(56) 및 클러치(30)가 설치되어 있다. 클러치(30)는 입력축(2) 및 출력축(18)의 동시회전을 위해 설치된 것으로서, 입력축(2)과 출력축(18)의 회전속도가 같은 영역에서 작동하여 변속효율을 최대로 할 수 있게 한다.
본 발명의 작동을 도 1을 기준하여 설명한다.
구동원(4)으로부터 회전력이 발생되면 이 회전력을 제1연결축(6)을 통하여 클러치부(8)에 전달하고, 클러치부(8)에 전달된 회전력은 제2연결축(12)을 통하여 전후진부(14)에 전달하고, 전후진부(14)에 전달된 회전력은 입력축(2)에 전달된다.
입력축(2)에 전달된 회전력은 링기어(28)에 전달된다. 이때 차량 또는 구동체가 초기에 정지하고 있는 상태이기 때문에, 출력축(18)이 정지하여 있고 또한 출력축(18)에 설치된 선기어(22)도 정지된 상태이다. 그리하여 제1풀리축(42)에 연결된 캐리어(26)는 링기어(28)에 대하여 감속회전을 하며, 링기어(28)의 회전력에 비해 증가된 회전력이 캐리어(26)에 전달된다. 이 증가된 회전력은 제1풀리축(42)에 전달된다.
제1풀리축(42)에 전달된 회전력은 제1풀리축(42)에 설치된 제1풀리(44)에 전달하고, 제1풀리(44)의 회전력은 변속조정벨트(48)를 통하여 제2풀리(46)에 전달된다. 제1풀리(44)의 회전력이 변속조정벨트(48)를 통하여 제2풀리(46)에 전달되는 과정은 공지의 사실로서, 여기서 제1풀리(44)와 제2풀리(46)의 상호 폭간 조정을 통하여 무단변속이 이루어지게 된다. 제2풀리(46)에 전달된 회전력은 제2풀리축(52)을 통하여 제1연결자(54)에 전달된다.
제1연결자(54)에 전달된 회전력은 제3연결자(58)를 통하여 감속 또는 증속(일반적으로 감속됨)된 형태로 제2연결자(56)에 회전력을 전달한다. 제2연결자(56)에 전달된 회전력은 출력축(18)에 전달된다.
출력축(18)에 전달된 회전력은 출력축(18)에 연결된 선기어(22)가 속한 기어부(20)의 회전력 균형을 위한 지지에 일부 사용되고, 나머지 회전력은 차량 또는 구동체의 가속에 사용되며 출력축(18)을 회전시키게 된다.
출력축(18)의 회전 속도가 점점 증가하여 입력축(2)의 회전 속도에 이르게 되면, 입력축(2)과 출력축(18)의 동시회전을 위해 설치되어 있는 클러치(30)가 작동하여 입력축(2)과 출력축(18)의 회전 속도가 완전히 같아지게 된다. 이때 변속조정부(40)에 작용하는 변속조정이 필요없어지고, 또한 변속조정부(40)에서 발생하는 변속효율의 저하가 없어짐으로 전체적인 변속효율이 높아진다.
출력축(18)이 입력축(2)보다 빠른 회전속도를 요구하게 되면, 입력축(2)과 출력축(18)에 설치되어 있는 클러치(30)가 작동을 하지 않게되고, 출력축(18)은 다시 변속조정부(40)의 변속에 따라 입력축(2)의 회전속도 보다 빨리 회전하게 된다.
다음, 본 발명의 제2실시예에서 제5실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 기어부(20)의 형태 및 기어부(20)의 각 구성요소의 연결에 따라 여러가지 실시예를 구성할 수가 있다. 여기서 구동원(4), 제1연결축(6), 클러치부(8), 제2연결축(12), 일방향클러치(16), 전후진부(14), 변속조정부(40) 그리고 연결부(50)의 작동방법은 동일하기 때문에 설명은 생략한다. 단 클러치(30)는 입력축(2)과 출력축(18)의 동시회전을 위해 설치되는 것으로서, 예를들어 제1실시예로부터 제3실시예에서는 입력축(2)과 출력축(18)간에 설치되고, 제4실시예(도4참조)에서는 입력축(2)과 캐리어(26)간에 설치되고, 제5실시예(도5참조)에서는 입력축(2)과 하우징(25)에 설치되어 있다. 그러나, 그 작동방법은 동일하다.
기어부(20)는 기본적으로 유성기어세트 또는 차동기어세트를 이용하였으나, 입력축(2)과 연결되는 방법이나 출력축(18)과 연결되는 그리고 제1풀리축(42)과 연결되는 방법에서 차이가 있다. 하지만 연결부(50)를 이용하여 작동하는 방법이나 변속되는 과정이 유사하기 때문에 이에 대한 각각의 실시예를 대응도면의 병행표시와 함께 표를 만들어 나타낸다.
[표 1]
그리고 본 발명은 본 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 기초로 한 구동력을 이용하는 모든 장치에 응용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명 무단변속장치를 사용하면, 예를들어 2:1에서 0.5:1의 변속비를 갖는 - 즉 4.0의 변속비 폭을 갖는 -변속조정부를 사용하였을때, 요구되는 성능에 따라 5.0 또는 7.0등의 변속비 폭을 갖는변속기로 쉽게 바꿀 수 있다.
또, 기존의 문제점인 저속 및 고속에서의 변속효율의 저하를 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 변속폭의 넓은 관계로 초기 출발시의 클러치 미끄러짐 영역을 최소화하여 효율을 높일 수 있다.
그리고, 최적의 연비를 얻을 수 있는 연비모드와 다이나믹한 운전을 할 수 있는 파워모드 그리고 엔진브레이크 효과를 얻을 수 있는 저속모드 등을 얻을 수 있다. 또한 변속폭이 넓으면서도 저단 및 고단에서의 효율이 높기 때문에 기존에 문제시 되어 왔던 토오크하에서의 변속효율 저하가 없어 대형 승용차 및 높은 토오크를 이용하는 구동체에 적용이 가능하고, 입력축 및 출력축이 같은 축상에 있으므로 전륜 및 후륜 그리고 다륜구동차에도 장착이 쉽다.

Claims (9)

  1. 구동원(4), 제1연결축(6), 클러치부(8), 제2연결축(12), 전후진부(14)를 가진 무단변속장치에 있어서, 입력축(2)과 상기 입력축(2)과 동축선상에 있는 출력축(18)과, 상기 출력축(18)상에 회전가능하게 설치된 제1풀리축(42), 상기 제1풀리축(42)상에 설치된 제1풀리(44), 제2풀리축(52)상에 설치된 제2풀리(46), 상기 제1풀리(44) 및 상기 제2풀리(46)간의 동력연결을 위한 변속조정벨트(48)를 가진 변속조정부(40)와, 상기 제2풀리축(52)과 일체로 형성된 제1연결자(54), 상기 출력축(18)과 일체로 형성된 제2연결자(56), 상기 제1연결자(54) 및 상기 제2연결자(56)간의 동력전달을 위한 제3연결자(58)를 가진 연결부(50), 및 상기 입력축(2)과 변속조정부(40) 사이에 설치된 기어세트형태의 기어부(20)를 포함하고, 상기 기어부(20)의 각 구성요소를 입력축(2), 출력축(18) 및 제1풀리축(42)에 각각 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기어부(20)는 선기어(22), 유성기어(24), 링기어(28) 및 캐리어(26)를 구비하는 유성기어세트이고, 상기 링기어(28)를 상기 입력축(2)과 작동적으로 연결하고, 상기 선기어(22)를 상기 출력축(18)과 작동적으로 연결하고, 상기 캐리어(26)를 상기 제1풀리축(42)과 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기어부(20)는 선기어(22), 유성기어(24), 링기어(28) 및 캐리어(26)를 구비하는 유성기어세트이고, 상기 선기어(22)를 상기 입력축(2)과 작동적으로 연결하고, 상기 링기어(28)를 상기 출력축(18)과 작동적으로 연결하고, 상기 캐리어(26)를 상기 제1풀리축(42)과 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기어부(20)는 선기어(22), 유성기어(24), 링기어(28) 및 캐리어(26)를 구비하는 유성기어세트이고, 상기 캐리어(26)를 상기 입력축(2)과 작동적으로 연결하고, 상기 선기어(22)를 상기 출력축(18)과 작동적으로 연결하고, 상기 링기어(28)를 상기 제1풀리축(42)과 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기어부(20)는 선기어(22), 유성기어(24), 링기어(28) 및 캐리어(26)를 구비하는 유성기어세트이고, 상기 선기어(22)를 상기 입력축(2)과 작동적으로 연결하고, 상기 캐리어(26)를 상기 출력축(18)과 작동적으로 연결하고, 상기 링기어(28)를 상기 제1풀리축(42)과 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기어부(20)는 제1기어(23), 아이들기어(25), 제2기어(29) 및 하우징(27)을 구비하는 차동기어세트이고, 상기 제1기어(23)를 상기 입력축(2)과 작동적으로 연결하고, 상기 제2기어(29)를 상기 출력축(18)과 작동적으로 연결하고, 상기 하우징(27)을 상기 제1풀리축(42)과 작동적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력축(2)과 상기 출력축(18)이 동일 회전속도로 회전하도록 하기위해 클러치(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  8. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 구동원(4)의 회전방향과 반대방향으로 회전하는 것을 방지하기 위해 클러치부(8) 다음에 일방향 클러치(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
  9. 제7항에 있어서, 구동원(4)의 회전방향과 반대방향으로 회전하는 것을 방지하기 위해 클러치부(8) 다음에 일방향 클러치(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변속비 폭이 넓은 무단변속장치.
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