KR20010068444A - 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본발명은 유압을 이용한 무단변속기에 대한것으로서, 종래의 유압식변속기와는 전혀다른 광범위한 변속비를 가진 새로운 개념의 자동무단변속기이다. 종래의 무단변속기는 베인펌프식에서 회전축의 편심을 이동하여 유량을 변화시켜 연결된 베인모-타의 회전속도를 변화시키는 방법에 지나지 않고 있었다. 그러나 본발명의 무단변속기는 그 변속에 있어서 종래의 방법같이 베인펌프의 중심을 이동하여 유량을 변화시켜 변속을 하는것이 아니고 펌프실내의 체적을 변화시키되 그체적을 광범위하게 임의대로 설정하여 유량의 조절범위를 0 에서 원하는 범위까지를 가변시킬수 있으며 유량의 조절량으로 인한 베인모-타의 회전변화비는 수십배에 달하게되어 있다. 여기서 본 발명의 무단변속 유압펌프및 유압모-타를 상세히 설명하면 종 래의 방식같이 유압펌프실의 체적은 일정하나 베인펌프의 중심의 이동만으로 유량을 조절하는것이 아니고 유압실의 변화를 시키기 위하여 베인펌프에 2개의 풋시와 로-타가 독립된 펌프카트릿지를 이루고 축방향으로 자유롭게 이동이 가능하며 베인펌프의 풋시를 이동시켜서 펌프실내의 체적을 임의로 조정하되 자유로히 자동적으로 펌프실체적을 변화 시키고 회전자가 되는 로-타와 베인이 회전축방향으로 길게하고 베인펌프와 양면에 풋시외에 로-타와 함께 회전하면서 고정풋시사이를 자유롭게 이동하는 회전풋시가 설치되어 유압의 가압량을 임의로 조절하고 베인펌프와 베인모-타가 일체로 되어있는 감속기가 무단변속기로서의 역활을 하되 유압통로가 내부에 내장되어 있어 유압의 저항을 최소화하고 베인펌프풋시외의 또다른 회전이 가능한회전풋시가 있으며 로-타베인이 회전풋시와 함께 회전하면서 로-타가 회전풋시내부로 자유롭게 통과하도록 되어있고 베인펌프카트릿지가 컵같은 형태를 하고있으며 내부에 스프링이 수용되어있고 캠링의 중앙부에 풋시가 유압을 차단할수있는 슬라이드레일이있어 이 레일면외부 캠링내부에 작동중 펌프역활을 하지않는 부분은 유압통로가 되어 유압모-타에 유압을 공급하고 각각독립된 회전을 하는 펌프와 모-타를 동작과 동시에 고회전을 하는 유압펌프와 동작을 시작할 속도만을 가진 유압모-타와의 작동을 레바로 자동적으로 제어하는하거나 서-보기구를 이용하여 제어하는 광범위한 회전비를 갖는 전동기를 이용한 전기자동차용의 무단변속기가 되는 것이다.

Description

무단변속기{Hydraulic Stepless Speed Changer}

본발명은 본인이 1999.01.28(출원번호:10-1999-0002771)에출원한바있는 무단변속기의 향상된 기술로서 종래의 기술과는 다른 변속방법을 이용한 베인펌프(Vane Pump)와 베인모-타(Vane Pump)를 사용하여 전기동력식 자동차에 실용화 하되 광범위한 변속범위와 특수한 동력전달방법으로 전달하고 부드러운 운행으로 이상적인 전기자동차에 이용하고져 하는것이다.

종래의 유압펌프나 유압모-타는 고정풋시를 갖는 베인펌프가 일반적인 형태가 되며 변속의 목적으로 하는 베인펌프의 경우도 중심을 이동하여 편심으로 제한된 범위내에서 변환,변속을 하므로 회전에 따른 진동은 피할방법이 없다. 본 발명에서의 유압펌프는 종래의 기술과는 전연 새로운 목적과 형태및 기능을 갖는 방법으로서 변속의 목적이 주로 자동차용 변속역활을 하되 광범위한 변속비를 이용하여 전동기를 사용하는 전기자동차에 이용됨을 목적으로한다. 자동차에 이용되어야할 가장큰 목적은 무부하회전이 가까운 전동기의 회전으로 운전전류를 극소화 시켜 자동차가 가동할 힘을 얻을수 있도록 순간적으로 또한 연속적으로 변속시킬수있는 광범위한 변속능력을 목적으로 한다. 그 이유는 회전비가 낮으므로 느린 출발기능을 이용하되 점차적으로 빠른 속도로 변속하여 자연스럽게 변속이 되면서 무리한 전력을 필요로 하지않고 최대 토-크 이하로 사용하되 출발능력이 종래의 내연기관 자동차에 뒤지지않는 기능이 부여된 새로운 무단변속기인 것이다.

본발명인 무단변속기의 기술적인 문제는 종래의 변속방법은 고정된 유압펌프실의 체적은 일정하나 유압펌프의 중심점을 이동시켜 유압을 변화시켜사용하는 유압모-타와 일체가된 상태에서의 무단변속을 하였으나 본 발명에서는 유압펌프실 체적자체를 변화시켜 광범위한 유압량의 변화를 얻을수 있으며 또한 무단변속작용에 있어서 종래와 같이 중심의 변화에 의한 스크류나 별도의 유압을 이용하여야되나 전기자동차의 경우 운행중 속도의 가감 도로면의 경사 등으로 운행시간중 몇천회의 자동변속기의 유압량의 변화가 필요할것이다. 또한 종래의 유압변속기는 축의 편심을 이용하여 변속을 하므로서 편심에 의한 회전시에 진동으로인한 문제가 대두되어 고속회전이 불기능하였으나 본발명에서는 축 방향의 원심을 이용하고 축방향에 유압량을 임의대로 설정할수있는 방법으로서 고속회전시에도 진동이 없이 마음대로 가변을 할수있는 차세대의 무단변속기인 것이다.

도1 : 본발명인 무단변속기의 단면도

도2 : 도1에서의 회전풋시 단면도

도3 : 도1에서의 베인펌프 카트릿지의 단면도

도4 : 본발명인 무단변속기의 작동제어기 구성 단면도

도5 : 본발명인 무단변속기의 유압펌프베인 동작 설명도

도6 : 도5에서 도시한 동작설명에 대한 단면도

도7 : 본 발명인 무단변속기의 유압조절부에 대한 단면 상세도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:몸체 2:베인펌프샤후트 3:모터샤후트 4:이동형펌프로-타

5-1,5-2:베인펌프풋시 6:회전풋시 7:펌프용캡링 8:유압개방캡링

9:회전풋시베아링 10:베인풋시베아링 11:이동로-타용 스프링

12:이동로-타베아링 13:유압개방캡링카바 14:유압통로 15:모-타연결부

16:유압발생기 21:베인통로 22:베아링케이스 31:유압차단부 32:유흡입구

33:유토출구 34-1,34-2:풋시오일레일 35:로-타몸체 36:베인홈 37:샤후트홀

41:레바원심조절기 42:위치조절레바 43:모-타용샤후트 44:조절용롯드

45:모-타용로-타 46:모-타케이스 47:모-타베아링 48:모-타리데나

71:유압방출구 72:조절레바통로

본 발명에서의 무단변속기의 구성을 설명하면 도4에 도시한 바와같이 유압펌프와 유압모-타의 체결상태에서 제어하는 무단변속기로서 본발명의 핵심인 도1에 도시한 유압펌프내의 구성을 살펴보면 스프링(11)은 베인(4)과 로-타(5)를 포함한 한개의 베인펌프카트릿지가 부드럽게 펌프실린더내에서 동작하면서 스프링(11)을 최대 회전비 위치에 놓이게 한것으로서 정지상태에는 스프링(11)힘으로 펌프내의 점선으로된 이동풋시(5-1)위치에 와서 정지하게된다. 그러나 이 정지는 2차유압모-타가 되는 차륜회전에 관한 문제로서 유압펌프의 회전과는 전혀 관계가 없다.

본발명에서 도1를 상세히 설명하면 유압펌프샤후트(2)가 중심을 이루고 그외부에 유압개방캡링(8)에 있는 유압방출구(71)의 유압조절부에 의하여 이동로-타용스프링(11)에 유압의 가감에 의하여 도3에 도시한 베인펌프 카트릿지가 위치가 이동하여 유압모-타로 가는 유량을 조절하는 방법으로 회전을 변속시키는 것이다.

도3에 도시한 베인펌프카트릿지내에 있는 이동용스프링(11)에 의하여 베인펌프의 로-타(4)와 풋시(5-2)은 점선으로된 풋시(5-3)위치에 정지되어 있게된다. 이때에 스라이드식으로 부드럽게 이동이 가능하도록 되어있는 이동형로-타(4)의 대부분능 유압개방캡링(8)내에 들어가있는 상태이고 10㎜이하의 적은 부분만이 캠링(7)내에 있게되며 기구가 동작하게되면 베인펌프샤후트(2)의 동력에 따라 회전력이 발생되고 이 회전력은 전동기의 평상의 회전속도로 회전이 되며 이 회전으로 베인펌프의 유압발생기(16)에서 고압이 발생하게된다. 이 고유압은 베인모터를 회전시키게 되며 수십대일의 비례로 유압은 도4에 도시한 모터샤후트(43)를 회전시키게되고 먼저 기술한 베인펌프(도1)는 유압은 적지만 베인모-타에 공급하게 되며 회전비가 크므로 베인펌프샤후트(2)에 연결된 차륜은 회전이 느린것에 비례되어 힘은 증가된다. 이때에 모-타샤후트(43)에 약간의 회전력이 발생되면 도4에 도시한 원심레바조절기(41)가 동작하여 베인펌프로-타(4)가 펌프내에서 축방향으로 이동하게되어 베인펌프(도1)가 작동범위내에서 이동하느는 만큼 베인모-타는 펌프로-타의 이동에 비례하여 회전이 변화한다. 이러한 운동의 계속으로 자동차의 운동은 가속되게되고이 가속에 관성이 작용하여 전동력은 안정되게 되는 것이다. 이후 펌프로-타(4)는 캠링(7)내에서 자동적으로 위치가 결정되며 작동이 계속하게된다. 무단변속기의 베인펌프의 구조와 작동을 상세히 설명하면 로-타(4)에는 도3에서 도시한 장방향의 베인을 여러개 수용할수있게되어 캠링(7)내부에 베인이 밀착되어 회전하게 한후 베인펌프풋시(5-1,5-2)가 일반적인것과 다른 구조로 양면에 설치되어 로-타 전체가 축방향으로 이동이 된다. 동시에 회전을 하되 고정위치에서 풋시역활만 하는 회전풋시(6)가 설치되어 있는것이 특이하다. 이 회전풋시(6)로 베인펌프의 가압된 유량을 임의로 가감조절이 가능하며 용량외의 가압부분은 가압이 되지않아 전동력의 소모가 필요 없으며 유압발생기(16)에서 베인펌프 회로내의 작동을 벗어난 소모회로가 돌아가게된다. 이동이 가능한 베인펌푸풋시(5-1,5-2)는 로-타(4)와 베아링(10,12) 으로 결합되어 있다. 방출이 필요한 유압은 도7에 도시한 유압개방캠링(8)에 유압방출구(71)가 설치되어있고 유압개방캠링(8)외부와 몸체(1)사이에 회전풋시(6)가 양쪽으로 왕복하며 방출하게 되어 있다. 여기서 회전풋시(6)반대측의 베인펌프을 살펴보면 상기 기술된것과 같이 전동기가 정지된 상태에서의 로-타축(2)의 풋시(5-1,5-2)와 회전풋시(6)사이가 좁은 간격으로 가압된 유량이 적은양으로 도시되어 있다. 이 도시된 베인펌프의 적은 유량이 자동차의 시동을 뜻하며 이후 베인펌프(4)가 이동함에 따라 베인모-타도 , 즉자동차의 속도의 변속비가 1:1까지증가하게 된다. 여기서 특수한 구조로된 베인펌프카트릿지의 작동을 상세히 설명하면 베인로-타(4)의 양면에는 베인펌푸풋시(5-1,5-2)가 있다. 이 베인펌프풋시인 5-1 과 5-2는 구조가 다르며 우선 5-1풋시의 외형이 링에 일치되어 도3에 도시한 (38)의 형태가그대로 링내에서 스라이드식으로 이동 왕복하게되며 (31')의 풋시는 링내의 부분접으로 접촉하면서 이동하게 되어있다. 도시한 32,33은 대칭으로 되어 있으며 링사이가 개방되어 있어서 유압의 통로가 되도록 되어 있다. 풋시오일레일(34-1,34-2)은 로-타(35)의 면에 마찰접촉으로 회전하게 되어 있으며 풋시는 마찰면에 마찰면이 되는 돌기가 나와 있고 로-타(35)와는 베아링으로 회전하기 편하도록 결합되어있다. 이 다른 풋시(5-2)는 긴 원통으형으로 풋시(31)부분과의 사이는 마찰로 슬라이딩되도록 되어있으며 대칭으로된 유압통로위치가 되는 유흡입구(32),유토출구(33)는 빈공간으로 되어있다. 한편 캠링의 끝부분인 풋시(39)가 정지하는 부분에는 풋시(31)와 슬라이드 되도록 도6에 도시된 캠링(52-2)의 상하4면에 레일같은 역활을 하는 유압차단부가 설치되어 있어 로-타(4) 이동할시에 유압을 조절하게 되어 있으며 도3에 도시한 유흡입구(32),유토출구(33)에서 통과한 유압은 도1에 도시한 유압통로(14)로 베인모-타로 흘러가 작동되도록 되어있다. 자동변속의 역활을하는 베인펌프는 상기 기술한 것과 같이 베인모-타와 관계없이 회전하는 구조이나 베인펌프와 베인모-타는 한개의 기구로 운동의 힘과 속도가 적절하게 균형되어있어 자동차의 운동을 만족하게 한다. 베인펌프축(2)에 전달된 전동력은 무부하에 가까운 회전에 의해 전동기의 최대토-크이상으로 회전하며 자동차를 회전시키려한다. 무부하 회전이라함은 유압동작없이 회전을 하되 회전과 동시에 수십대일의 감속비가 발생되며 차륜이 운동을 하고 전동기는 정상적인 회전을 하되 최대토-크보다 높은회전이고 최소한의 전류로 차량의 운동력을 전달하게된다. 차량의 차륜의 운동력은 도4에 도시한 바와같이 베인모-타의 회전을 감지하여레바를 자동으로 콘트롤하여 베인펌프에 보내게된다. 베인펌프는 상기에 기술한바와같이 평상속도로 회전을 하고있으나 전동기에 의하여 적절한 회전력을 공급하게 된다. 차륜의 회전은 속도증가에 따라 베인펌프회전에 근접하는 회전을 하며 이후 차량의 운동상태, 즉 속도나 부하상태에 따라서 자동적으로 콘트롤하여 무단 변속역활을 하며 전류조절및 전동기의 상태를 능동적으로 대처하여 이상적인 전기자동차가 되는것이다.

종래의 무단변속기의 변속시에는 일정한 유압실내에서 변속용 유압의 변화를 위하여 유압펌프의 중심을 변화시키기위해 스크류나 가압용펌프에 조절을 위한 불편한 작동이 따라야 했으나 본 발명의 경우에는 유압실의 내부체적을 베인펌프의 풋시외에 회전풋시를 자유롭게 이동시켜 임의로 변화시키되 체적의 변화가 부드럽게 이루어져 기구의 운행에 대응하는 완전무결하고 광범위한 자동변속비를 갖는 무단변속기로서 산업기기전반에 이용할수 있으며 특히 전기자동차용으로는 완벽한 무단 변속기가 되는 것이다.

Claims (7)

1. 베인유압펌프에 2개의 풋시와 로-타가 독립된 베인펌프카트릿지를 이루고 이 독립된 베인펌프카트릿지가 축방향으로 자유롭게 이동이 가능하도록하여 가변범위를 0에서부터 전체적으로 광범위하게 할수있는것을 특징으로하는 무단변속기.
2. 베인펌프카트릿지가 축방향으로 슬라이드식으로 자유롭게 이동을하는 가변펌프에 있어서 베인모-타가 일체가 되도록 하고 유압통로가 내장되어있고 유압의 통과거리가 짧게 되도록 슬라이드식 베인펌프레일면 외부인 펌프실이 형성되는 캠링내부는 작동중 펌프역활을 하지않고 유압통로가 되어 베인모-타와의 유압통로가 짧게되는 것을 특징으로하는 무단변속기.
3. 2항에 있어 펌프의 로-타의 양쪽에 2개의 풋시외의 중앙에 또다른 풋시가 있고 이 풋시는 회전을 하며 베인펌프카트릿지 내에서 가압실의 크기를 임의로 설정할수있는 회전풋시가 설치되어있는것을 특징으로하는 무단변속기.
4. 3항에 있어 중앙에 있는회전풋시는 볼베아링 및 니들베아링이 설치되어있고 베인용홈이있고 로-타의 베인이 회전풋시와 함께 회전하면서 로-타가 회존풋시내를 자유롭게 통과하도록 하는것을 특징으로하는 무단변속기.
5. 베인펌프카트릿지의 양쪽의 풋시중 한개는 캠링에 접촉되어 부드럽게 이동을하고 컵같은 형태를 하고있어 내부에 스프링이 수용되어있고 캠링에 베인이 작용하는 공간 중앙부 위치에 유압을 차단할수있는 슬라이드 레일을 설치하는것을 특징으로하는 무단변속기.
6. 유압펌프와 유압모-타는 독립된 회전을 하며 동작과 동시에 고속회전을 하는 유압펌프와 동작을 시작할 속도만을 가진 유압모-타와의 작동을 자동으로 레바가 연결되어 유압상태와 유압모-타를 제어하는것을 특징으로하는 무단변속기.
7. 베인펌프와 베인모-타사이에 제어작용을 서-보기구로 자동제어하는것을 특징으로하는 무단변속기.