KR20010101070A - 평행 유체역학적 언더드라이브 변속기 - Google Patents

Abstract

평행한 유체 역학적 연속 가변 변속기는, 액시얼 피스톤 모터(60)와 액시얼 피스톤 펌프(50)를 포함하고, 변속기의 작동 조립체를 유지하기 위한 내부 공동을 가지고, 보충 펌프(52)를 유지하는 하우징(107)을 가진다. 상기 펌프(50)와 모터(60) 각각은 회전 요소(206)와 비회전 요소(258)를 가진다. 각각의 비회전 펌프 요소는 하우징(107)에서 각 쌍의 마운팅 저널에서 트러니언(258P)의 편향 운동을 위해 장착된다. 비회전 요소(258)의 편향 축은 회전 요소(206)의 회전 축을 가로질러 놓인다. 펌프(50)와 모터(60)는 서로 평행을 이루는 회전 축과 하우징(107)에서 나란히 배치된다. 하우징(107)에 고정된 고정 매니포울드(70)는 회전 펌프 요소(206P)와 접촉하는 하나의 표면과 회전 모터 요소(206M)와 접촉하는 제 2 표면을 가진다. 유체 통로(149,208)는 펌프/매니포울드 접촉면을 통하여 펌프 및 모터 실린더(206)와 연결되어 유체가 이동하는 두 개의 표면에서 열린다. 고정 매니포울드(70)에서 내부 유체 통로(149,208)는 펌프(50) 내에서 가압된 유체를 모터(60)로 바로 옮기고, 모터에서 펌프로 소모된 유체를 다시 옮긴다. 변속기 비율은 비회전 펌프와 모터 요소(258)의 편향 각에 의해 조절된다. 하우징(107) 및 비회전 펌프 및 모터 요소(258)에 부착된 편향 각 제어 장치(100)는 편향 각을 결정한다.

Description

평행 유체역학적 언더드라이브 변속기{PARALLEL HYDROMECHANICAL UNDERDRIVE TRANSMISSION}

차량 및 기타 동력 장치에서 증가하고 있는 포텐셜 조작 효율성 및 경제성 때문에 최근에 연속 가변 유체역학적 변속기에 대한 관심은 증가하고 있는데 회전 입력 동력은 바람직한 출력 토크 및 속도에서 출력 토크로 변환된다. 연속 가변 변속기는 알려진 모든 변속기보다 포텐셜에서 유리한 차량의 조작 효율성 및 경제성을 제공하고, 이론적으로 다른 활용할 수 있는 변속기보다 크기가 적고 소형인 패키지 내에서 이를 실행할 수 있다.

그러나, 선행 기술에 따른 유체 정역학적 변속기는 소음이 많고 비효율적인 것으로 당해 전문가들에 의해 알려져 있다. 이처럼 새로운 세대의 유체 정역학적 변속기가 선행 기술의 처리하기 힘든 문제점을 극복할 수 있음을 당해 전문가 및차량 제조업체에게 확신시키는 것은 어려운 일이다. 그러므로 추가해서 개선시키면 새로운 세대의 유체 정역학적 변속기를 쉽게 수용할 수 있을 것이다.

한 가지 개선은 회전 접촉면으로부터 누수 영역에서, 특히 차동 회전 펌프와 모터 사이의 작동 유체가 정류되는 곳에서 행할 수 있다.

또 동력 평형을 맞추는 영역에서 개선시킬 수 있다. 회전 편심 질량부에 의해 유도된 진동을 막기 위해서 회전 장비의 평형을 맞추어야 하는 어려움은 회전 속도가 증가함에 따라 악화된다.

또다른 개선점은 변속기 하우징 내부에서 회전 요소와 관련된 유체 드래그 및 "유극"에 의해 야기된 손실을 감소시키는 것이다. 전기 모터, 터빈 엔진 또는 고성능 스파크 점화 가솔린 엔진, 입력 요소와 같은 고속 회전 원동기를 가지는 장치에서 기어 감속 유닛이 원동기와 변속기 사이에 끼워지지 않는다면 입력 요소는 원동기 출력 속도로 회전한다. 기어 감속 유닛은 바람직하지 못한 비용 및 중량을 더한다. 유극과 유체 드래그 손실은 회전 요소의 회전 속도를 줄임으로써 크게 감소될 수 있다.

또 제조, 단순성 및 비용을 개선시킬 수 있다. 종래의 연속 가변 유체 역학적 변속기는 너무 복잡하고 제조 비용이 비싼 경향이 있다. 효율적이고, 소형이며 경량이고, 쉽고 경제적으로 제조되고 수리될 수 있는 연속 가변 유체 역학적 변속기를 이용할 수 있는 것은 초기 장비 제조업자들이 환영할 만한 발전 사항이다.

이렇게 개선하기 위한 한 가지 접근 방법은 "유압 기계"라는 명칭으로 Folsom과 Tucker에 의해 1998년 11월 12일에 제출된 국제 특허 출원PCT/US98/24053에서 기술된다. 저비용의 구성 성분을 이용한 직렬 유체 역학적 변속기에서 이런 접근 방법은 보우트, 모터 스쿠터, 오토바이, RV 및 스노우모빌을 위한 선외 모터와 같은, 저 비용의 소형 차에 대해 활용할 수 있도록 한다.

본 발명은 차량을 위한 연속 가변 유체역학적 변속기에 관련되고, 특히 유압 로크-업을 영으로 감소시키는 가변 유압 부분과 일정한 역학 부분을 출력 토크에 제공하도록 설정된 가변 속도 기어를 통하여 기계적으로 결합되고 고정 매니포울드를 통하여 유압에 의해 결합된 평행한 액시얼 피스톤 펌프와 모터를 가지는 변속기에 관련된다.

본 발명과 본원의 목적 및 장점은 첨부 도면과 함께 선호되는 실시예에 대한 하기 상세한 설명을 읽었을 때 더욱 더 잘 이해하게 될 것이다:

도 1 은 역학 및 유압 동력 트레인과 제어부를 보여주는 본 발명의 실시예를 나타낸 개략도;

도 2 는 도 1의 개략도에 나타낸 변속기의 입력부에서 본 사시도;

도 3 은 도 2에 나타낸 변속기의 출력부에서 본 사시도;

도 4 는 입력 단부로부터 도 2에 나타낸 변속기의 단부 입면도;

도 5 는 입력 단부로부터 본 도 2에 도시된 변속기의 내부 구성 요소의 사시도;

도 5A 는 출력 단부로부터 본, 도 5에 도시된 기어 조합의 사시도;

도 6-9 는 중립(도 6), 후진(도 7), 최고 속도(도 8) 및 최대 토크 비율(도 9)에서 변속기를 나타낸 도 4의 6-6 선을 따라서 본 펌프 및 모터의 평면도;

도 10 은 출력 축을 관통하는 단면에서 도 4의 10-10 선을 따라서 본 단면도;

도 11 은 펌프의 축을 통과하는 단면에서 도 4의 11-11 선을 따라서 본 단면도;

도 12 는 펌프와 모터의 평행 축과 직각을 이루고 사반 트러니언과 변위 제어 벨-크랭크의 중심을 관통하는 선에서 단면도;

도 13-19 는 도 2의 주 하우징을 나타낸 여러 도면;

도 20-23 은 도 2에 도시된 입력 단부 하우징의 여러 도면;

도 24-27 은 도 2에 나타낸 제어 하우징의 여러 도면;

도 28-33 은 도 3에 나타낸 보충 펌프 하우징의 여러 도면;

도 34-36 은 도 6에 나타낸 유성 기어 세트의 선(sun) 기어를 포함한, 입력 요소의 여러 도면;

도 37-39 는 도 6에 나타낸 유성 기어 세트의 링 기어의 여러 도면;

도 40-42 는 도 6에 나타낸 펌프 구동 축의 여러 도면;

도 43-45 는 도 10에 나타낸 출력 스퍼어 기어의 여러 도면;

도 46과 47 은 도 10에 나타낸 출력 축의 사시도 및 측면도;

도 48-50 은 도 3과 10에 나타낸 출력 요소의 여러 도면;

도 51-53 은 도 5A와 6에 나타낸 모터 구동 축의 여러 도면;

도 54 는 도 6에 나타낸 펌프와 모터의 분해 사시도로, 펌프와 모터는 동일하다;

도 55-58 은 도 1,5,10과 11에 나타낸 펌프 및 모터 변위 제어 유닛의 평면도;

도 59 는 도 55-58에 나타낸 제어 유닛의 분해 사시도;

도 60 은 제 1 실시예를 나타낸 도 5에 대응하는, 입력 단부에서 본 본원에 따른 변속기의 편향-축의 내부 구성 성분을 나타낸 사시도;

도 61 은 도 60에 나타낸 변속기의 펌프 및 모터의 축을 관통하는 단면도;

도 62 는 펌프 축 및 요크 힌지 축을 따라 도 60의 종단면에서 단면도;

도 63 은 모터와 동일한, 도 61에 나타낸 펌프의 분해 사시도;

도 64 는 매니포울드를 포함한 내부 단부 벽을 나타낸, 도 60에 도시된 변속기를 위한 정면 하우징의 사시도;

도 65 는 펌프와 모터 사이에서 유체 흐름을 위한 흡입 통로 및 기본 압력의 유체 흐름을 위한 슬롯을 나타낸, 도 64에 도시된 정면 하우징의 단면도;

도 66 은 정면 단부로부터 도 64에서 본 정면 하우징의 단면도;

도 67 은 도 66에서 67-67선을 따라서 본 평면도;

도 68 은 도 66에서 68-68선을 따라서 본 단면도;

도 69 는 도 60에 나타낸 변속기를 위한 중간 하우징의 사시도;

도 70 은 도 70에 나타낸 중간 하우징 안으로 본 단면도;

도 71 은 도 60에 나타낸 변속기를 위한 제어 밸브 및 제어 레버의 평면도;

도 72 는 전륜 구동 트랜스액슬 차량 변속기의 개략도;

도 73 은 도 72의 개략도의 구성 요소를 포함한 변속기의 사시도;

도 74 는 내부 구조를 보여주는, 동일 각으로부터 도 73에 나타낸 변속기의 사시도;

도 75 는 정면으로부터 도 73에 나타낸 변속기의 사시도;

도 76 은 내부 구조를 보여주는, 동일 각으로부터 도 75에 나타낸 변속기의 사시도;

도 77 은 도 75에 나타낸 변속기의 정면 단부를 도시한 도면;

도 78 은 도 77에서 78-78선을 따라서 본 평면도;

도 79 는 도 77에서 79-79선을 따라서 본 단면도;

도 80 은 도 77에서 80-80선을 따라서 본 단면도;

도 81 은 도 77에서 81-81선을 따라서 본 단면도;

도 82A 는 도 79에 나타낸 구동부의 사시도;

도 82B 는 도 82A에 나타낸 구동 관의 단면도;

도 83 은 도 79에 나타낸 입력축의 사시도;

도 84 는 도 78에 나타낸 펌프 샤프트의 사시도;

도 85 는 도 78에 나타낸 모터 샤프트의 사시도;

도 86-91 은 사반을 위한 통합된 크레이들 베어링과 도 73에 나타낸 뒤쪽 하우징의 여러 도면;

도 92-96 은 도 73에 나타낸 중간 하우징의 여러 도면;

도 97-103 은 도 78에 나타낸 매니포울드의 여러 도면;

도 104 는 도 74에 나타낸 제어 크랭크와 사반의 분해도;

도 105-107 은 중립 위치에서 도 74에 도시된 변속기의 제어 기구 및 사반을 나타낸 평면도, 입면도 및 평면도;

도 108-110 은 최대 토크 위치에서 도 74에 나타낸 변속기의 제어 기구 및 사반을 나타낸 평면도, 입면도 및 평면도;

도 111-113 은 최대 전진 속도 위치에서 도 74에 나타낸 변속기의 제어 기구 및 사반을 나타낸 평면도, 입면도 및 평면도; 및

도 114-116 은 최대 후진 속도 위치에서 도 74에 나타낸 변속기의 제어 기구 및 사반을 나타낸 평면도, 입면도 및 평면도.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 차량용 유체 역학적 연속 가변 변속기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 운전자에 의해 선택된 속도와 출력 토크를 연속 가변 결합한 출력에서 차량의 원동기로부터 차량의 구동 부재까지(바퀴, 트랙, 프로펠러, 벨트 등) 동력을 전달하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

이런 목적은 액시얼 피스톤 펌프와 액시얼 피스톤 모터를 포함한, 변속기의 작동 조립체를 유지하기 위한 내부 공동 및 보충 펌프를 유지하는 하우징을 가지는 평행 유체 역학적 연속 가변 변속기에서 얻어진다. 상기 펌프 및 모터 각각은 회전 요소와 비회전 요소를 가진다. 각각의 비회전 펌프 요소는 하우징에서 각 쌍의 마운팅 저널에서 편향 운동을 위해 장착된다. 비회전 요소의 편향 축은 회전 요소의 회전 축을 가로지른다. 펌프와 모터는 서로 거의 평행을 이루는 회전축과 하우징에서 나란히 배치된다. 변속 기어 세트는 펌프, 모터 및 출력 축과 연결되어서 펌프로부터 반응 토크는 출력 축으로 직접 전달된다. 펌프와 모터는 고정 매니포울드에서 유체 통로를 통하여 유압에 의해 연결되고 하우징 내부에 고정된다. 고정 매니포울드에서 내부 유체 통로는 펌프 내부에서 가압된 유체를 모터로 직접 전달하고, 소모된 유체를 모터에서 펌프로 다시 옮긴다. 이런 변속 비율은 비회전 펌프와 모터 요소의 편향 각에 의해 제어된다. 하우징 및 비회전 펌프와 모터 요소에 부착된 편향 각 제어 장치는 이 편향 각을 조절한다.

도면에서, 특히 도 1에서, 개략적으로 나타낸 평행 유체 역학적 언더드라이브 변속기는, 언더드라이브 최종 비율이 바람직한 차량에서 사용되도록 설계된다. 도시된 변속기는 가변 변위 펌프(50)와 펌프 원동기(55)에 의해 구동된 보충 펌프(52) 및, 유성 기어세트(85)와 같은 가변 비율 기어세트를 포함한 기어 트레인(80)을 통하여 기계적으로 연결되고 매니포울드(70)를 통하여 유압에 의해 연결된 가변 변위 모터(60)를 가진다. 상기 변속 비율은 차량용 마스터 제어기(100)의 제어하에 변위 제어 장치(90)에 의해 조절된다.

도 1에서 변속기는 중립 상태에 있고, 펌프(50)는 제로 변위에 있고 모터(60)는 최대 변위에 있다. 유체 정역학적 유닛(50,60)의 변위는 독립적으로 조절될 수 있을지라도, 본원의 실시예에서 제어 장치(90)에 의해 동시에 제어된다.

도 2-12에 나타낸, 펌프(50)와 모터(60)의 사반을 이용한 본 발명의 실시예는 도 13-19에 자세히 나타낸 주 하우징(106), 도 20-23에 자세히 나타낸 입력 단부 하우징(107), 도 24-27에 나타낸 제어 하우징(108) 및 도 28-33에 나타낸 보충 펌프 하우징(109)을 가지는 네 부분으로 이루어진 하우징(105)을 포함한다. 주 하우징(106)은 세 개의 평행을 이루는 실린더형 로브(110,112,114)를 가진다. 두 개의 상부 로브(110,112)는 펌프 조립체(50)와 모터 조립체(60)를 유지하고, 하부 로브(114)는 도 10에 나타낸 출력 조립체(115)를 유지한다. 상기 입력 단부하우징(107)은 원동기(55)에서 대응하는 환상 리세스에 끼워 맞추어지도록 정확하게 가공된 펌프 로브(110)와 동심의 로케이팅 립(116)을 가져서 변속기 하우징(105)은 원동기의 출력 구동부의 축이 변속기의 입력 요소와 정렬되었을 때 원동기(55)에 단단히 결합될 수 있다.

토크는 입력 단부 하우징(107)을 통하여 원동기(55)로부터 변속기로 입력되고 하우징(105)의 단부를 통하여 차량 구동 부재로 출력된다는 것을 알 것이다. 원동기로부터 변속기로 토크가 입력되는 단부는 "입력 단부"로 명명되고 반대쪽 단부는 비록 토크가 "입력 단부" 및 "출력 단부"에서 변속기로부터 출력될지라도 "출력 단부"로 명명될 것이다.

도 34-36에 나타낸, 입력 요소(120)에서 입력 슬리브(118)를 통하여 평탄한 점점 가늘어지는 보어(117)를 통과하여 차량 원동기(55)로부터 변속기로 동력을 입력한다. 원동기(55)로부터 출력은 요소(120)의 점점 가늘어지는 보어(117)와 일치하는 평탄한 점점 가늘어지는 샤프트(도시되지 않음)에서 끝난다. 이렇게 좁아지는 샤프트는 원동기의 좁아지는 샤프트의 단부에서 탭이 있는 구멍 안으로 통과하는 Allen 볼트(122)에 의해 좁아지는 보어(117)를 통하여 당겨진다. Allen 볼트는 구성 요소(120)의 보어에서 쇼울더(124)에 놓인 쇼울더 와셔(123)에 대해 지지된다. 좁아지는 보어(117)에서 좁아지는 샤프트의 연결은 원동기(55)로부터 변속기까지 안정된 토크 변속을 부여한다.

상기 입력 요소(120)는 도 6-9, 11과 도 5A에 나타낸 것처럼, 유성 캐리어(132)에서 4개의 유성 기어(130)와 맞물린, 유성 기어세트(85)의 선기어(125)를 포함한다. 상기 유성 기어(130)는 도 40-42에 나타낸, 펌프 구동 축(140)에서 스플라인 플랜지를 구동하고 함께 맞물린 도 37-39에 자세히 도시한, 링 기어(135)와 맞물린다. 펌프 구동 샤프트의 입력 단부(142)는 펌프 구동 샤프트의 입력 단부와 입력 요소(120)에서 베어링 플랜지(146,148) 사이에 놓인 베어링(144)에서 유지된다. 펌프 구동 축의 스플라인 부분(145)은 회전 축 둘레에서 펌프 실린더 블록을 구동하도록 펌프 실린더 블록의 스플라인 보어와 맞물린다. 유성 기어세트(85)는 원동기(55)의 출력 축의 베어링을 통하여 지지된다. 펌프 구동 축(140)이 베어링(149)에서 유지된다면 원위 단부(142)는 주 하우징(106)의 출력 단부에서 보어(147)에 장착된다.

입력 요소(120)를 구동하는 원동기(55)로부터 토크는 펌프(50)의 실린더 블록을 구동하기 위해서 선 기어(125)로부터 링 기어(135)를 통하여 펌프 구동 축(140)의 스플라인 플랜지(137)까지 전달된다. 펌프(50)로부터 반응 토크는 펌프 구동 축과 링 기어(135)를 통하여 유성 기어(130) 및 유성 캐리어(132)로 역행한다. 도 4와 5에 나타낸 것처럼, 유성 캐리어는 기계 스크류(152)에 의해 캐리어 스퍼어 기어(150)에 고정된다. 상기 스퍼어 기어(150)는 입력 요소(120)의 입력 슬리브(118)에서 한 세트의 바늘 베어링(154)에서 유지된다.

상기 캐리어 스퍼어 기어(150)는 입력 단부 하우징(107)에서 안으로 돌출한 관상 니플(164)의 베어링 시트(163)에 장착된 베어링(162)에 저널된, 도 5, 6-9 및 10, 도 43-45에 자세히 나타낸, 출력 스퍼어 기어(160)와 맞물린다. 출력 스퍼어 기어(160)는 톱니(168)가 절삭되는 외부 플랜지(166) 및, 베어링(162)과 맞물리도록 플랜지(166)와 동심의 방사상 바깥쪽 면(172)을 가지는 동심 내부 스터브 관(170)을 포함한다. 내부 스터브 관(170)의 보어(174)는 도 10, 46과 47에 나타낸 것처럼, 출력 축(180)의 스플라인 단부(175)를 수용하도록 스플라인 된다. 전체 보어(174)는 스플라인 되어서 출력 토크는 4륜 구동 차량을 구동할 때, 도 1과 도 2와 3에 나타낸 것처럼, 변속기의 양쪽 단부로부터 취해질 수 있다.

출력 축(180)의 출력 단부는 주 하우징(106)의 출력 단부에서 계단식 액시얼 보어 내에 장착되고 보어(185) 안의 환상 그루브(187)에서 서클립(circlip)(도시되지 않음)에 의해 제자리에 고정된 도 10과 12에 나타낸, 베어링(183) 안에 저널된다. 토크는 출력 축(180)의 출력 단부에서 스플라인(194)과 맞물리는 스플라인 보어(192)를 가지는, 도 10에 도시되고 도 48-50에 자세히 도시된, 출력 피팅(190)을 통하여 출력 축(180)의 출력 단부로부터 출력된다. 상기 출력 피팅(190)은 출력 피팅(190)에 대해 토크를 가지고 출력 축(180)의 돌출한 나사산이 있는 단부(196)로 통과하는 너트(도시되지 않음)에 의해 출력축(180)의 단부에서 유지된다.

펌프(50) 내에서 가압된 유체는 모터 토크를 출력하기 위해서 변환되는 모터(60)로 매니포울드(70) 내 통로를 통하여 옮겨지고 도 6과 54에 나타낸, 모터 실린더 블록(206)에서 스플라인 보어(204)와 맞물린 모터 출력축(200)에서 스플라인(202)을 통하여 모터 출력축(200)으로 옮겨진다. 모터 출력 축(200)은 도 2,6과 20에 나타낸 것처럼, 입력 단부 하우징(107)에서 베어링 보스(214) 내부의 베어링 리세스(212)에서 정면 베어링(210)과 매니포울드 블록(70)에서 베어링(208) 안에 저널된다. 상기 모터 출력 토크는 모터 출력축(200)을 통하여, 토크를 부가하기위해서 출력 스퍼어 기어(160)와 맞물린 부분에서 통합 기어(216)를 통하여 이동되고, 모터(60)로부터 모터 출력 축(200)을 통하여 출력 축까지, 캐리어 스퍼어 기어(150)로부터 옮겨진 토크까지 이동되어서, 출력 축으로 전체 출력 토크는 모터 출력 축(200)을 통하여 모터(60)에서 옮겨진 유압 부분과 캐리어 스퍼어 기어로부터 옮겨진 역학 부분이다.

모터(60)로부터 발생한 유압 토크는 도 7-9에 도시된 펌프(50)에서 가압된 유체의 작용에 의해 발생된다. 펌프 실린더 블록(206P)은, 펌프 실린더 블록(206P)에서 실린더(203P)로부터 사반 표면의 "하향" 경사부와 대향한 매니포울드(70)에서 압력 통로 및 사반의 "상향" 경사부와 대향한 흡입 통로로 옮겨진 유체의 방향을 전환하는 밸브 판(220P)에 대해 펌프 실린더 블록(206P)을 회전하기 위해서 펌프 구동 축(140)의 스플라인 부분(145)의 스플라인 연결부에 의해 회전한다. 펌프 실린더(203P)에서 펌프 피스톤(205P)은 억제 판(240P)에 의해 사반(235P)의 평면에 대해 고정된 슬리퍼(230P)에서 선회하는 피스톤 헤드(225P)를 가진다. 도 54에 나타낸 구조는 종래의 구조로 상용화되어 있는데 예로 Sundstrand Hydrogear에서 시판되는 것이 있다.

펌프 밸브 판(220P)에 의해 매니포울드 블록(70) 내 압력 채널로 방향 전환되는 가압 유체는 매니포울드(70)에서 압력 포트로 직접 옮겨지고 여기에서 이것은 모터 밸브 판(220M)에서 압력 슬롯에 의해 모터 실린더 블록(206M)의 "상향" 측부에서 실린더(203M)로 분배된다. 모터 사반(235M)에 대해 축 방향으로 바깥쪽으로 구동하기 위해서 유압은 모터 피스톤(205M)에 대해 작용한다. 모터 사반(235M)의편향 표면에 대해 축 방향으로 작용하는 피스톤의 작동은 모터 사반(235M) 표면의 편향 각에 대해 모터 실린더 블록을 "아래쪽으로" 구동하는 원주 방향의 힘으로 변형된다. 모터 실린더 블록(206M)의 연속 회전은 매니포울드에서 흡입 통로를 통하여 실린더(203M) 내 유체를 되돌아오게 하도록 실린더(203M) 및 흡입 스트로크에서 펌프 실린더(203P)로 모터 피스톤(205M)에 작용한다.

보충 펌프(52)는 누설에 의해 장치에서 손실되는 모든 유체를 보충하고, 이하 설명되는 것처럼 변위 제어 장치에 압력을 가하도록 제공된다. 상기 보충 펌프(52)는 다수의 소오스로부터 활용할 수 있는 제너레이터 형태와 같은 상용화 된 펌프이다. 이것은 매니포울드 블록(70)에서 공동(243) 안에 배치되고 도 5A에 나타낸 볼트(122)의 육각형 리세스에 맞물린 육각형 헤드(247)를 가지는 퀼(quill) 샤프트(245)의 육각형 부분(246)에 의해 구동된다. 보충 펌프(52)는 하우징으로부터 흡입 통로(249)를 통하여 유체를 흡입하고 펌프에서 가압된 유체는 필터(250)를 통하여 외부 유체 라인을 통과하여 옮겨지고 1방향 밸브(252)를 통하여 매니포울드 블록(70) 내부의 압력 채널로 옮겨진다. 압력은 압력 릴리이프 밸브(254)에 의해 기설정된 값, 예를 들면 100psi로 제한된다.

도 1, 5, 10-12 및 55-59에 도시된 변위 제어 장치(90)는 펌프 및 모터 사반(235P,235M)의 편향 각도를 제어하도록 설계된다. 두 개의 사반(235P,235M) 각각은 상하 트러니언(258,260)을 가진다. 상부 트러니언(258)은 제어 하우징(108)의 뚜껑에서 소켓(262P,262M)에 장착된다. 이 소켓(262P,262M)을 나타낸 도면은 잘못되었는데 왜냐하면 이것은 의도된 대로 소켓(262P,262M)에서 지지되는 상부 트러니언(258P,258M)을 나타내지 않기 때문이다. 이 오류는 트러니언(258)의 위치에 맞게 정렬하도록 제어 하우징(108)에서 소켓(258P,258M)의 위치를 재설정함으로써 쉽게 개선된다. 이처럼, 하부 소켓은 하부 트러니언(260P,260M)을 위해 제공되고, 도 12는 주 하우징의 바닥에서 소켓의 존재를 반영하지 않는다. 이것은 쉽게 정정될 수 있는 생략이다.

펌프 제어 벨-크랭크(265)는 상부 펌프 사반 트러니언(258P)에 장착되고 모터 제어 벨-크랭크(270)는 펌프와 모터 사반의 편향각을 조절하기 위해 상부 모터 사반 트러니언(258M)에 장착되어서, 펌프와 모터 변위를 조절한다. 도 55-58에 도시된 대로, 상기 벨-크랭크는 도 2에 나타낸 것처럼 제어 하우징(108)으로부터 돌출한 실린더(290,295)에서 펌프와 모터 제어 피스톤(280,285)의 단부에 맞물린 벨-단부(272,274)를 가진다. 스테퍼 모터(300)는 스풀 밸브(320) 안쪽에서 제어 스풀(310)에 부착된, 도 59에 나타낸, 제어 로드(305)를 움직인다. 상기 스풀 밸브는 제어 스풀(310)의 동일한 위치에서 위치 설정하도록 유압에 의해 구동되고 펌프 제어 실린더(280)는 제어 스풀(310)의 위치에 의해 결정된 바람직한 위치에 펌프 제어 실린더(280)를 위치 설정하도록 스풀 밸브(320)를 따른다. 상기 모터 제어 피스톤(285)은 내부 스톱에 의해 도 55와 56에 나타낸 최대 변위 위치에서 정지하고 실린더(295) 내부의 시스템 압력에 의해 이 위치에서 바이어스된다. 최대 변위 위치에서 떨어진 모터 제어 벨 크랭크(270)의 위치는 넓은 면적의 실린더(290)에 의해 실린더(285) 내 시스템 압력에 대해 모터 제어 피스톤(285)을 연결하고 밀어주는 펌프 제어 피스톤에 의해 조절된다.

조작시, 엔진으로부터 입력은 유성 세트(85)의 선 기어(Sp)(125)에 연결되고 그 후에 매니포울드에 수용된 보충 펌프에 연결된다. 유성 세트(85)의 링 기어(Rp)는 펌프(50)의 실린더 블록에 구동 연결된다. 유성 세트(85)의 유성 캐리어(132)는 출력축(Sg1)(180)에 연결된 출력 스퍼어 기어(160)를 구동하는 스퍼어 기어(Sg3)(150)와 연결된다. 모터의 실린더 블록은 출력축(Sg1)에 연결된 스퍼어 기어를 구동하는 스퍼어 기어(Sg2)와 연결된다.

변속기가 중립 상태에 있을 때, 출력 축은 정지해 있으므로, 모터와 유성 캐리어도 정지해 있다. 선 기어는 입력 속도로 회전하므로 링 기어는 입력 방향과 반대 방향으로 선 기어 및 링 기어(Sp/Rp)에서 톱니 수의 비율에 의해 증가된 입력 속도로 회전한다. 선호되는 실시예에서, 이 비율은 (43/77)=0.558 X 입력속도이다. 펌프는 제로 변위에 있으므로, 어떠한 펌프 작용도 발생하지 않는다; 따라서, 이 펌프에서 어떠한 반응 토크도 발생될 수 없다. 그러므로, 펌프는 자유롭게 회전하고 출력 축으로 출력 토크의 변속은 발생하지 않는다.

'덤프 밸브(dump valve)'는 펌프와 모터의 고압 및 저압의 단락을 위해서 개방될 수 있으므로, 만일 펌프가 약간 움직였다면 어떠한 압력도 발생하지 않고 덤프 밸브가 열렸을 때 어떤 토크도 발생되지 않는다. 이 덤프 밸브는 조작자가 모드 선택 스위치에서 '구동' 또는 '후진' 모드를 선택할 때만 전기적으로 닫혀진다. 이 제어기는 센서를 통하여 펌프가 제로 변위임을 보장한 후에만 덤프 밸브를 닫는다.

유성 세트 구조 때문에, 입력 토크는 두 개의 평행 경로로 분할된다. 하나는 (1+(Rp/Sp))로 곱해진 입력 토크의 비율에서 출력 축에 연속적으로 공급된 직선 역학 경로이다. 다른 하나는 (Rp/Sp)로 곱해진 입력 토크의 비율에서 펌프에 연속적으로 공급된 유압 경로이다.

펌프는 작은 변위를 부여하도록 움직이고 (Sp/Rp)만큼 곱해진 입력 속도로 회전하므로, 이것은 유체에 펌프 작용을 가하고 이 유체는 매니포울드를 통하여 똑바로 흐르고 출력 토크를 부여하도록 동일한 방향으로 모터를 구동한다. 펌프가 조금만 움직인다는 사실 때문에, 펌프에 부여되는 소량의 토크는 압력을 높이고 흐름 속도를 줄인다. 모터는 많이 움직이므로, 높은 압력에서 펌프로부터 낮은 흐름 속도는 출력 토크를 높이고 출력 속도를 줄인다. 이런 높은 '유압' 출력 토크는 기어 속도(Sg1/Sg2)만큼 곱해지고 그 후에 전술한 대로 역학 출력 토크로 직접 추가된다. 따라서 전체 출력 토크는 수학식 1로 나타낼 수 있다:

출력 토크 = 입력 토크 X〔(1+(Rp/Sp)) + (Rp/Sp) x 모터 변위/펌프 변위 x (Sg1/Sg2)〕

따라서 전체 출력 토크는 정해진 역학 토크 부분과 가변 유압 토크 부분으로 구성된다는 것을 알 수 있다. 펌프 변위에 대한 모터 변위의 비율은 감소하므로, 유압 토크 양은 감소한다. 모터 변위가 영으로 감소될 때, 유압 토크 부분은 영으로 감소하고 출력 토크만 정해진 역학 토크 부분이다.

펌프 변위가 증가함에 따라, 펌프로부터 흐름 속도는 증가하고 이렇게 증가된 흐름은 모터 및 출력 축의 속도를 높인다. 출력 축의 속도가 증가함에 따라,유성 캐리어는 입력 축 및 선 기어 속도에 대해 속도가 증가하고 이것은 링 기어 속도를 줄이는데, 이것은 펌프 속도를 감속시킨다. 이것은 종래의 동일 용량을 가지는 유체 정역학적 변속기와 비교했을 때 사용된 유성 세트 비율에 따라 전체 장치 유압 유체 흐름 속도를 약 1/3 내지 1/4로 줄일 수 있다. 이것은 유체 정역학적 기계와 관련된 유량 손실 및 소음 레벨을 떨어뜨린다.

모터 변위가 영에 접근하고 펌프 변위가 최대값에 접근했을 때, 펌프 속도는 영에 접근하고 모터 속도는 최대값에 접근한다. 모터가 제로 변위에 도달했을 때, 이것은 더 이상 유체 흐름을 받아들일 수 없으므로 펌프는 유체를 옮길 수 없고 회전을 멈추고, 링 기어(Rn)가 회전을 멈추게 한다. 펌프는 링 기어를 위한 반응 유닛으로서 사용된다. 이 경우에 모든 입력 토크는 유성 세트를 통하여, 유성 캐리어와 스퍼어 기어 Sg3을 경유하여 출력 축까지 전달된다. 선 기어와 링 기어의 비율 때문에, 본원에 기술한 선호되는 실시예에서 2.79:1로 출력 속도는 감소하고 출력 토크는 증가한다. 이 비율은 다른 크기의 기어를 가지는 디자인에서 상이하다. 펌프가 충분한 변위로 움직일 때, 입력 토크와 반작용하는데 필요한 유압은 최소로 감소해서, 유압 누수 손실 및 베어링의 유압 하중을 최소로 감소시킨다.

모든 동력이 유성 세트와 스퍼어 기어 Sg3과 Sg1을 통하여 이동하고, 유압 장치가 링 기어를 유지하는 반응 유닛으로서만 작용하므로, 이 효율성은 아주 높다(95+%). 유일한 손실은 일반적인 기어세트 손실(약 2%), 누수로 인한 펌프에서 미끄러짐과, 임의의 압력에서 유닛과 출력 속도 x에서(Sg1/Sg2) 회전한다는 사실에 기인한 모터에서 유극 손실이 있다. 제동 지점에서 효율성을 높이기 위해서펌프에 적용될 수 있다. 이것은 두 가지 면에서 유리하다: 첫째 이것은 유압 누수로 인한 입력 유닛의 미끄러짐을 방지하고 둘째 이것은 유압 장치 압력을 보충 압력으로 감소시켜서 부하 및 모터의 유극 손실을 감소시킨다. 이 브레이크는 보충 압력 또는 전자-기계 장치에 의해 작동될 수 있다.

차량을 후진 구동하기 위해서, 모터가 최대 변위에 있고 펌프가 제로 변위에 있을 때, 변속기는 중립 상태에 놓인다. 실렉터 스위치는 "후진" 위치로 움직이는데 이것은 제어기가 반대 방향으로(즉, 음의 각) 펌프 변위 제어부를 움직여서 유체가 반대 방향으로 유입되게 한다. 이것은 모터 및 출력 축이 후진 방향으로 회전하게 한다. 유성 세트 기어 구조 때문에, 전술한 대로, 역학 토크는 전진 방향으로 작동한다. 그러므로 후진시 출력 토크는 수학식 2로 나타낼 수 있다:

출력 토크 = 입력 토크 x 〔(1+(Rp/Sp)-(Rp/Sp)x 모터변위/펌프변위x(Sg1/Sg2)〕

펌프와 모터가 동일 방향으로 회전하므로, 두 개의 사반은 반대 방향으로 움직이고, 즉 위에서 변속기를 보았을 때 전진 비율에 대해 모터 사반이 반시계 방향으로 회전함에 따라 펌프 사반은 시계 방향으로 회전한다. 모터 사반이 후진 비율로 정지 상태를 유지할 때 펌프 사반은 반시계 방향으로 회전한다.

상기 펌프 사반은, 펌프 제어 아암이 펌프 제어 피스톤에 대해 회전하고 미끄러질 수 있게 펌프 제어 피스톤에 연결된, 펌프 제어 아암과 결합된다. 상기 펌프 제어 피스톤이 보어에서 축 방향으로 움직일 때, 펌프 제어 아암과 펌프 사반은펌프 사반 축 둘레에서 회전한다. 이처럼, 모터 사반은 모터 제어 아암에 연결되는데 이것은 모터 제어 아암이 펌프 제어 피스톤에 대해 회전하고 미끄러질 수 있도록 모터 제어 피스톤에 연결된다. 모터 제어 피스톤이 보어에서 축 방향으로 움직임에 따라 모터 제어 아암과 모터 사반은 펌프 사반 축 둘레에서 회전한다.

시스템 압력은 매니포울드에서 셔틀 밸브를 통하여 제거된다. 이 피스톤의 영역은 1A와 동일하다. 이 영역에 작용하는 압력은 최대 변위를 향하여 모터를 바이어스한다. 시스템 압력은 동일한 셔틀 밸브를 통하여 매니포울드에서 제거되고 연속해서 펌프 제어 피스톤(280)의 작은 환상 영역으로 공급된다. 이 환상 부분은 1A와 동일하다. 이 환상 영역에 작용하는 압력은 후진 시 최대 변위를 향하여 펌프를 바이어스한다. 시스템 압력은 매니포울드에서 제거되고 모터 제어 피스톤의 뒤쪽보다 3배 큰 펌프 제어 피스톤(280)의 넓은 환상 영역으로 조절 밸브를 통하여 공급된다. 시스템 압력이 이 넓은 환상 영역에 가해질 때 발생된 힘은 넓은 면적 때문에 작은 환상 측부에서 발생된 힘을 3배 초과한다. 이것은 펌프가 전진 방향으로 최대 변위를 향하여 움직이도록 한다.

기설정된 각도의 펌프 변위에서, 펌프 제어 피스톤(280)은 모터 제어 피스톤(285)과 접촉한다(이것은 전술한 대로 모터 최대 변위 위치로 밀어준다). 펌프 제어 피스톤(280)이 모터 제어 피스톤(285)과 접촉할 때, 펌프 제어 피스톤(280)의 정면에서 작용하는 힘은 1.5의 계수만큼, 모터 제어 피스톤에 작용하는 힘과 펌프 제어 피스톤(280)의 환상 면에서 작용하는 힘을 초과하고, 최대 변위로 펌프(50)를 움직이는 동안 제로 변위를 향하여 모터(60)를 움직인다. 모터제어 피스톤과 접촉하는 펌프 제어 피스톤 사이의 행정 각에서 짜넣은 래그(lag)는, 펌프에 의해 약간의 변위가 달성되는 동안 모터를 최대 변위에서 머물도록 한다. 그러므로, 펌프에 의해 발생된 압력은 모터의 최대 허용 변위를 가능케 하고 가능한 최대 량의 토크를 발생시킨다. 모터 제어 피스톤과 접촉하는 펌프 제어 피스톤 사이의 행정 각에서 래그 양은 최소 펌프 각과 일치하는데 여기에서 펌프는 최대 허용 장치의 압력을 초과하지 않으면서 충분한 입력 토크에 반작용할 수 있다.

조절 밸브가 펌프 제어 피스톤의 넓은 환상 영역으로부터 압력을 해제함에 따라, 모터 제어 피스톤에 작용하는 힘과 펌프 제어 피스톤의 좁은 환상 영역에 작용하는 힘은 모터가 최대 변위를 향하여 움직이게 하고 펌프가 제로 변위를 향하여 움직이게 한다. 이것은 어떠한 이동도 없을 때, 모터가 최대 변위에 도달할 때까지 계속해서 발생할 것이다. 펌프는 중립에 도달할 때까지 제로 변위를 향하여 계속해서 이동할 것이다. 만을 조절 밸브가 펌프 제어 피스톤의 넓은 환상 면으로부터 압력을 해제한다면, 펌프는 역 각으로 계속해서 이동할 것이다. 모터를 최대 변위로 유지하고 후진할 때에 펌프만 움직여 줌으로써, 모터로부터 최대 허용 토크를 얻을 수 있지만 속도는 제한적이다.

전술한 시스템 압력이 펌프와 모터를 제어하기 위해서 셔틀 밸브를 통하여 매니포울드에서 제거될 때, 보충 압력은 동일한 작용에 사용될 수 있다. 이것은 펌프와 모터를 원활히, 정확하게 제어하기에 충분한 힘을 발생시키기에 충분히 큰 피스톤 직경을 필요로 하고 더 큰 패키지를 필요로 할 수도 있다.

전술한 조절 밸브는 스테퍼 모터 또는 서보모터에 의해 작동되는 고전적인 "선도부-피동부" 형태의 스풀 밸브, 또는 솔레노이드 작동식 스풀 밸브 등을 비롯한, 여러 가지 형태로 구성될 수 있다.

이런 형태의 제어 방식은, 단 하나의 조절 밸브(컴퓨터 제어 장치와 같은, 관련 제어 하드웨어)로 중립 상태에서 최종 구동 상태를 통하여 후진 상태로 펌프와 모터를 제어할 수 있도록 한다. 이 결과 간단하고, 신뢰성 있으며 저 비용의 제어 장치를 얻을 수 있다.

모터와 펌프 변위 비율은 전진 및 후진 상태에서 중립 영역이나 부근에서 아주 크기 때문에, 이론적으로 아주 높은 압력 및 출력 토크를 발생시킬 수 있고, 실제적으로 접촉하는 물질의 능력을 초과하는 압력 및 출력 토크를 발생시킬 수 있다. 분명히 이것은 변속기의 구조적 한계에 의해 결정된 대로, 합리적인 값으로 제한되어야 한다. 토크 제한은 매니포울드에 장착된 압력 해제 밸브를 사용함으로써 달성되는데, 펌프가 발생시킬 수 있는 최대 압력 및 최대 출력 토크를 제한한다. 압력이 이런 높은 레벨에 있을 때 펌프는 비교적 적게 변위하므로, 릴리이프 밸브를 통과하는 흐름 속도는 받아들일 수 있는 정도이다.

또는, 상기 장치는 특정 압력에서 펌프 배출과 일치하는 누수 속도를 가지도록 펌프와 모터를 설계함으로써 고유의 토크를 제한할 수 있다. 이런 누수는 압력 릴리이프로서 작동하고 특정 압력 이상의 압력을 펌프가 발생시키지 않도록 방지한다. 변속기는 그 후에 '정지' 토크에 도달할 것이다. 일정한 누수 속도는 유체 정역학적 베어링 접촉면 냉각 및 윤활을 위해 필요하므로, 토크 제한 기능을 부여하는 누수 속도를 설계하는 것은 분리된 릴리이프 밸브 없이 두 기능을 실행할 수 있는 장점을 가진다.

최대 허용 장치 압력 및 최대 출력 토크를 초과하지 않으면서 펌프가 충분한 입력 토크에 반작용할 수 있는 최소 펌프 각도가 부여된다. 이보다 적은 펌프 각도에서, 출력 토크는 최대 압력이 전술한 대로 제한될 때 증가하지 않고 입력 속도 및 출력 속도의 비율은 계속해서 감소하고 펌프 각도가 아주 작아질 때 무한대로 접근할 것이다.

본 발명의 이점은 도 60-71에 도시된 구부려진 축 구조로 달성된다. 본원에 따른 기어조합(85)과 입출력 장치는 도 1-59의 실시예와 모든 중요한 면에서 유사하다. 유일한 차이점은, 도 60-63에 잘 나타난 것처럼 구부려진 축에서 펌프와 모터 실린더 블록(330P,330M)이 본원에 참고로 실린 "유압 기계"라는 제목의 국제 특허 출원 PCT/US98/24053에서처럼, 매니포울드(335)에 대해 움직이는 모터 토크 링(337P,337M)과 펌프에 맞물리고 매니포울드(335)를 향하고 있는 피스톤(332)과 둘레에서 회전한다는 것이다. 도 61과 62에 나타낸 실시예에서, 매니포울드(335)는 펌프와 모터 샤프트(140,200)를 위한 베어링을 유지하는, 도 64-68에 나타낸, 정면 하우징(340)의 내측 단부 벽 안에 있다. 이 구조에서 펌프와 모터 실린더 블록(330P,330M)은 비회전 편향 요크 시트(342P,342M)에 반하여 회전한다. 토크는 토크 링(337P,337M)과 펌프 및 모터 샤프트(140,200)의 스플라인 연결부를 통하여 구부려진 축 유닛으로 입출력된다.

도 60, 62와 63에 나타난 것처럼, 펌프와 모터 실린더(330P,330M)의 배면은요크 시트(342)의 평면에 대해 지지된다. 두 개의 아암(344)은 요크 시트(342)에 부착되는데 각 면에 하나씩 부착되고, 도 69와 70에 나타낸 뒤쪽 하우징(350)에서 회전할 수 있게 유지되는 트러니언(346)에 고정된 거전(gudgeon)(345)으로 앞으로 뻗어있다. 트러니언(346)의 바깥쪽 단부는 뒤쪽 하우징(350)의 바깥쪽에서 보스 내에 유지되고, 트러니언(346)의 안쪽 단부는 하우징(350)에서 내부 웨브(352)에서 보스 내에 유지된다. 하우징(350)의 상단에서 트러니언은 하우징 너머로 튀어나와 있고 서로를 향하여 안쪽으로 뻗어있는 원위 단부의 두 제어 크랭크 아암(265,270)의 근위 단부에 고정되고 제어 피스톤(280,285)의 단부에서 맞물린다.

이런 구부려진 축은 효율성과 동력 밀도가 높아서, 크기, 중량 및 비용을 줄일 수 있고 동일한 크기의 사반 유닛보다 빠르게 작동할 수 있으므로 유리하다. 따라서 구부려진 축 유닛의 스핀을 더 빠르게 하는 기어 비율을 사용할 수 있으므로, 토크와 동력 출력을 증가시킨다. 보다 많은 동력 처리량은 보다 적은 유체 정역학적 유닛을 가지는 유닛을 설계하거나 보다 낮은 압력에서 작동할 수 있게 만들어서 보다 작고 경량인 지지체를 사용할 수 있게 하는데 왜냐하면 부하가 적고 이 유닛은 보다 높은 토크 용량을 가지는 동일한 크기로 이용할 수 있게 만들어질 수 있기 때문이다.

도 72에서, 전방 액슬을 구동시키는 출력 차동부와 원동기 출력축 사이에 오프셋을 가지는 전륜 구동 트랜스액슬 장치에서 사용하기 위한 본 발명의 제 3 실시예가 도시된다. 이런 특정 디자인은 유럽형 마이크로카아용으로 경제적으로 경량으로 만들어지지만, 아래에서 설명되는 것처럼 소형 자동차용으로도 이용할 수 있다.

상기 변속기는 도 72에서 중립 상태로 나타나 있는데, 펌프(50)는 제로 변위로 설정되고 모터(60)는 최대 변위로 설정된다. 펌프(50)와 모터(60)는 독립 제어될 수 있을지라도 이 경우에 동시에 제어된다.

도 72, 도 74, 76 및 79-81에 나타낸 것처럼, 원동기(55)로부터 입력부는 입력 스플라인 커플링(354)을 통하여 입력 축(355)에 연결된다. 상기 입력축(355)은 도 82A와 82B에 자세히 나타낸, 구동 관(357)을 관통하여 뻗어있고, 구동 관(357)의 내측 단부에서 내부 스플라인(358)과 맞물려 구동하는 내측 단부와 인접한 중간 스플라인(356)을 가진다. 이 입력 축(355)은 비틀림 강성 연결하면서 엔진과 변속기 사이에서 오정렬 및 편심을 조절하는데 사용된다. 두 개의 스플라인은 떨어져 있으므로, 스플라인에서 약간의 틈은 오정렬과 편심을 조절할 것이다.

도 83에 자세히 나타낸, 입력 축(355)은 도 79-81에 도시된 대로 보충 펌프(366)와 맞물려 구동하는 단부 스플라인(359)을 가진다. 이 구동 관(357)은 유성 세트(365)의 둘러싸고 있는 링 기어(367)와 맞물린 일련의 유성 기어(362)를 구동하는 유성 세트(365)의 통합 선 기어(360)를 가진다. 도 78에 나타낸 것처럼, 상기 링 기어(367)는 도 84에 자세히 나타낸, 펌프 실린더 블록 샤프트(371)에 연결된 스퍼어 기어(370)를 구동하는 통합 스퍼어 기어(368)를 포함한다. 상기 유성 기어(362)는 스퍼어 기어(374)로서 외주에서 기계에 걸린 유성 세트(365)의 유성 캐리어(372)에 장착된다. 상기 스퍼어 기어(374)는 모터 실린더 블록(206M)과 스플라인 연결에 의해 구동되는, 도 85에 자세히 나타낸, 모터 출력 축(380)에 스플라인을 낸 스퍼어 기어(376)에 의해 구동된다. 상기 유성 캐리어(372)는 도 79-81에 나타낸 것처럼 변속기 체인 스프로킷(384)에 스플라인을 내는데 이것은 도 76에 나타낸 것처럼 구동 체인(386)을 통하여 출력 차동부(390)에 연결된 차동 체인 스프로킷(388)에 결합된다.

스퍼어 기어(368,370)를 통하여 펌프를 구동할 때 얻을 수 있는 한 가지 장점은, 스퍼어 사이의 비율이 링 기어 속도보다 빠르게 펌프를 회전시킬 수 있도록 선택될 수 있다는 것이다. 도 1과 11에 나타낸 제 1 실시예에서, 상기 입력부는 선 기어에 연결되고 펌프는 링 기어로부터 직접 구동되어서, 펌프는 입력축보다 높은 토크를 가지고 보다 느린 속도로 회전할 것이다. 이것은 입력 토크에 반작용하도록 보다 높은 압력을 발생시켜서, 더 큰 누수 및 더 높은 지지하중을 제공하므로 펌프에 대해 유리할 수 있다. 이것은, 최대 펌프 속도가 이 구조의 최대 속도보다 낮아서, 유닛의 포텐셜 마력이 충분히 발생되지 않는다는 것을 의미한다. 스퍼어 기어(368,370) 사이에 일정한 비율을 사용함으로써, 최대 속도로 펌프를 회전시킬 수 있다. 따라서 최대 포텐셜 마력은 이 유닛으로부터 얻을 수 있고 시스템 압력은 모든 주어진 입력 토크에서 더 낮아질 것이다.

체인(386)은 동일한 중심 거리를 달성하도록 일련의 기어를 사용하지 않으면서, 기존의 설비를 수용하도록 엔진 중심선(395)에서 떨어진 중심선(393)에서 전류 구동 축 간격을 용이하게 설정할 수 있도록 출력 차동부(390)를 구동하는데 사용된다. 변속기/엔진 구동 중심선 및 차동부(390) 사이에 보다 가까운 커플링을 제공하기 위해서 일련의 기어가 사용될 수 있고 다른 중심선 간격이 이용될 수 있다.

펌프와 모터 실린더 블록(206P,206M)은 도 78에 나타낸 것처럼, 샤프트(371,380)의 축과 일치하는 평행 축 상에 놓인다. 각 실린더 블록의 실린더에서 피스톤(400)은 비회전, 경사 사반(408)에서 추력 베어링(404)을 통하여 장착되고 실린더 블록과 함께 회전하는 추력 링과 맞물린다. 펌프(50)와 모터(60)의 변위는 크랭크에 의해 사반(408)의 경사 각을 조절함으로써 바꿀 수 있다. 이 사반(408)은 도 86-91에 나타낸, 변속기의 뒤쪽 하우징(415)에서 크레이들 베어링(410)에서 지지된다. 상기 크레이들 베어링은 PTFE와 같은 저 마찰 고분자 표면을 구비하는 것이 선호된다. 뒤쪽 하우징은 도 95에 나타낸 것처럼, 중간 하우징 안쪽에서 내부 횡단 벌크헤드(bulkhead)(422)에 의해 지지되는 매니포울드(420)까지 하우징을 통하여 펌프(50)와 모터(60)에 의해 가해진 축방향 힘을 위한 반응 경로를 제공하도록 다수의 머신 스크류(419)에 의해 도 92-96에 나타낸 중간 하우징(417)에 연결된다.

도 97-103에 나타낸 매니포울드(420)는, 변속기가 작동하기 시작할 때 시스템 압력을 발생시킬 수 있도록 매니포울드와 실린더 블록(206)의 밀폐 접촉을 유지하는 펌프 및 모터 실린더 블록(206)에서 중공 피스톤 안쪽에서 코일 스프링(도시되지 않음)을 압축함으로써 벌크 헤드(422)에 대해 고정된다. 작동하는 동안, 펌프(50) 및 모터(60)에 의해 가해진 축 방향 힘은 벌크헤드(422)와 맞물린 매니포울드를 유지한다.

상기 매니포울드(420)는 펌프 및 모터 실린더 블록(206P,206M)의 평면과 접촉하는 두 개의 평평한 원형 면(425P,425M)을 가진다. 각 면(425P,425M)은 펌프실린더 블록(206P)으로부터 모터 실린더 블록(206M)까지 압력 스트로크에서 고압 유체를 옮기기 위해, 모터 실린더 블록(206M)으로부터 흡입 스트로크에서 펌프 실린더 블록(206P)으로 재공급하기 위해 옮겨진 저압 유체를 옮기기 위해 한 쌍의 대향한 곡선 슬롯(428,430)을 가진다. 매니포울드(420)에서 4개의 보스(435)는, 벌크헤드(422)에서 통로(437)를 통하여 보충 펌프(366)로부터 보충액을 통과시키고 벌크헤드(422)에서 통로(438)를 통하여 제어 유닛(450)까지 고압 유체를 통과시키기 위한 체크 밸브를 유지한다. 엔진 제동시에 아래로 움직이는 동안 차륜을 통하여 변속기가 구동될 때 고압, 저압 면이 전환되므로 2개 대신에 4개의 밸브가 필요하다. 변속기에서 펌프와 모터(60)의 유압 작동은 제 1 실시예에 기술된 바와 동일하다.

상기 제어 유닛(450)은 기본적으로 제 1, 제 2 실시예에서 제어 유닛과 비슷하게 작동한다. 펌프(50)와 모터(60)가 대향한 방향으로 회전한다는 사실 때문에, 두 개의 사반(408)은 전진 비율에 대해 동일한 방향으로 움직인다. 도 105와 107에 나타낸 것처럼 위에서 변속기를 보았을 때, 모터 사반(408M)이 반시계 방향으로 회전함에 따라 펌프 사반(408P)도 반시계 방향으로 회전한다. 모터 사반(408M)이 후진 비율에 대해 고정된 상태로 유지될 때 펌프 사반(408P)은 시계 방향으로 회전한다.

펌프 사반(408P)은, 펌프 제어 아암(454)이 펌프 제어 피스톤(458)에 대해 회전하고 미끄러질 수 있도록 펌프 제어 아암(454)에 연결된다. 도 104에 나타낸 것처럼, 펌프 제어 아암(454)의 회전 축(460)은 펌프 사반의 회전 축과 일치한다.펌프 제어 피스톤(458)이 보어(464) 내에서 축 방향으로 움직임에 따라, 펌프 제어 아암(454)과 펌프 사반(408P)은 펌프 사반 축 둘레에서 회전한다. 모터 사반(408P)은 모터 제어 아암(466)이 펌프 제어 피스톤(468)에 대해 회전하고 미끄러질 수 있도록 모터 제어 피스톤(468)에 연결된 모터 제어 아암(466)과 결합된다. 모터 제어 피스톤(468)이 보어(470) 내에서 축 방향으로 움직일 때 모터 제어 아암(466)과 모터 사반(408M)은 동일 축 둘레에서 회전한다.

시스템 압력은 매니포울드에서 체크 밸브 중 하나를 통하여 매니포울드에서 제거되고 모터 제어 피스톤(468) 뒤에서 모터 제어 실린더(470)로 연속적으로 공급된다. 모터 제어 피스톤(468) 면적은 피스톤 제어 피스톤(458) 면적의 약 1/3이다. 이 면적에 작용하는 압력은 최대 변위를 향하여 모터를 연속적으로 바이어스한다. 시스템 압력은 동일한 체크 밸브를 통하여 매니포울드에서 제거되고 펌프 제어 피스톤의 작은 환상 영역(472)에 연속적으로 공급된다. 이 환상 면적은 모터 제어 피스톤(468)의 면적과 일치하고, 이 영역에 작용하는 압력은 도 105-107에 나타낸 것처럼 후진시(즉, 펌프 사반 408P를 시계 방향으로 회전시킨다) 최대 변위를 향하여 펌프를 연속적으로 바이어스한다.

시스템 압력은 매니포울드에서 제거되고 조절 밸브(474)를 통하여 펌프 제어 피스톤(458)의 넓은 환상 영역(476)으로 공급된다. 펌프 제어 피스톤의 넓은 환상 면(476)의 면적은 모터 제어 피스톤(468)의 면적의 3배이므로, 시스템 압력이 상기 환상 부분(476)에 가해질 때, 발생된 힘은 보다 넓은 면적 때문에 작은 환상 부분에서 발생된 힘을 3의 계수를 곱하여 극복한다. 이것은 전진 방향으로 최대 변위를 향하여 펌프를 움직인다.

도 108-110에 나타낸 것처럼, 기설정된 각도의 펌프 변위에서, 펌프 제어 피스톤(458)은 모터 제어 피스톤(468)과 접촉한다(이것은 전술한 대로 모터 최대 변위 위치로 옮겨진다). 펌프 제어 피스톤(458)이 모터 제어 피스톤(468)과 접촉할 때, 펌프 제어 피스톤의 정면에 작용하는 힘은 펌프 제어 피스톤의 환상 부분에 작용하는 힘과 모터 제어 피스톤에 작용하는 힘에 1.5의 계수를 곱하여 극복하고 최대 변위를 향하여 펌프를 움직이는 동안 제로 변위를 향하여 모터를 움직인다. 모터 제어 피스톤(468)과 접촉하는 펌프 제어 피스톤(458) 사이의 행정 각에서 짜넣은 래그는, 펌프(50)에 의해 약간 움직이는 동안 모터(60)가 최대 변위에서 멈추도록 허용하므로, 펌프에 의해 발생된 압력은 모터의 최대 허용 변위에서 작용하도록 허용하고, 가능한 최대 양의 출력 토크를 발생시킨다. 모터 제어 피스톤과 접촉하는 펌프 제어 피스톤 사이의 행정 각에서 래그 양은 최소 펌프 각도와 일치하는데 여기에서 펌프는 최대 허용 시스템 압력을 초과하지 않으면서 충분한 입력 토크에 반작용할 수 있다. 도 111-113에 나타낸 충분히 연장된 위치까지 펌프 제어 피스톤(458)이 계속해서 움직이면 펌프 사반(408P)을 최대 변위 위치로 이동시키고 모터 사반을 제로 변위 위치로 이동시켜서, 유압을 잠그고 변속기를 통하여 충분히 기계 구동한다.

조절 밸브에 의해 펌프 제어 피스톤의 넓은 환상 면으로부터 압력이 제거될 때, 모터 제어 피스톤에 작용하는 힘과 펌프 제어 피스톤의 좁은 환상 면에 작용하는 힘은 모터를 최대 변위를 향하여 움직이고 펌프를 제로 변위를 향하여 움직인다. 이것은 더 이상 스트로크가 발생하지 않을 때 모터가 최대 변위에 도달할 때까지 계속 발생할 것이다. 펌프는 도 105-107에 나타낸 중립 위치에 도달할 때까지 제로 변위를 향하여 계속해서 움직일 것이다. 만일 조절 밸브가 펌프 제어 피스톤의 넓은 환상 면으로부터 압력을 제거한다면, 펌프는 역 각으로 계속 움직일 것이다. 모터를 최대 변위로 유지하고 펌프를 뒤로 움직여줌으로써, 모터로부터 최대 허용 토크가 얻어지지만 속도는 제한된다.

전술한 대로 시스템 압력은 펌프와 모터를 제어하기 위해서 셔틀 밸브를 통하여 매니포울드로부터 제거되지만, 보충 압력은 동일한 작용에 사용될 수 있다. 이것은 펌프와 모터를 원활하게, 정확하게 제어하는데 충분한 힘을 발생시키도록 넓은 피스톤 직경을 필요로 하므로, 패키지화 할 때 문제점을 가진다.

전술한 조절 밸브는 스테퍼 모터로 작동되는 고전적인 '선도부-피동부' 형태의 스풀 밸브 또는 솔레노이드 작동 스풀 밸브 등을 포함한 여러 가지 형태로 구성될 수 있다.

이런 형태의 제어 방식의 장점은, 중립 상태에서 최종 구동 상태를 통하여 후진으로 펌프와 모터를 제어하는데 단 하나의 조절 밸브를(컴퓨터 제어부와 같은, 관련된 제어 하드웨어) 필요로 한다는 것이다. 따라서 제어 장치의 비용 및 복잡성을 줄일 수 있다. 이것은 각 사반이 개별적으로 제어된다면 발생할 수 있는 제어 문제점을 제거하면서 펌프와 모터 사반 변위를 기계적으로 연계시킬 수 있는 장점을 가진다.

제 3 실시예에 나타낸 전륜 구동 트랜스액슬은 도 60에 도시된 제 2 실시예에 나타낸 것처럼 펌프와 모터의 요크 지지되는 구부려진 축 또는 도 5의 제 1 실시예에 나타낸 것처럼 사반을 위한 요크 지지부를 통합하도록 쉽게 개조될 수 있다. 전술한 선호되는 실시예를 다양하게 수정하고, 결합하며 바꿀 수 있고 이는 본원의 당해 업자들이 분명히 이해할 것이다. 예를 들어, 많은 기능 및 장점은 세 가지 선호되는 실시예를 참고로 기술되지만, 본 발명을 적용시에, 전술한 모든 기능 및 장점을 필요로 하는 것은 아니다. 따라서 전술한 기능과 장점 중 일부를 이용해 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 본 발명의 여러 가지 실시예가 본원에서 설명되지만, 일반적인 면에 대해 청구항에 의해 모두 포함될지라도, 특정한 면에 대해 모두 청구되지 않는다. 본원 실시예는 하기 청구항의 범위 내에서 보호된다. 그러므로, 모든 실시예, 수정예 및 변화예는 하기 청구항에 정의된 대로 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.

Claims (4)

1. 변속기의 작동 조립체를 유지하기 위해 보충 펌프 및 내부 공동을 가지는 하우징을 포함하고;

   회전 요소 및 비회전 요소를 가지는 액시얼 피스톤 펌프를 포함하는데, 상기 회전 요소는 질량 중심을 통과하는 펌프 회전 축과 질량 중심을 가지며;

   제 1 저널 편향 축 둘레에서 편향하기 위해 비회전 펌프 요소가 장착된 하우징 내부에 제 1 저널을 포함하고, 상기 제 1 편향 축은 펌프 회전 축을 가로질러 놓이며;

   회전 모터 요소와 비회전 모터 요소를 가지는 액시얼 피스톤 모터를 포함하는데, 상기 회전 모터 요소는 회전 모터 요소의 질량 중심을 통과하는 하나의 회전 축과 하나의 질량 중심을 가지고;

   비회전 모터 요소가 제 2 저널 편향 축 둘레에서 편향하기 위해 장착된 하우징 내부에 제 2 저널을 포함하는데, 상기 제 2 편향 축은 회전 축을 횡단하여 놓이며;

   서로 평행을 이루며 회전 축과 하우징에서 나란히 배치된 펌프 및 모터를 포함하고;

   펌프/매니포울드 접촉면을 통하여 모터 실린더와 연결되어 유체가 이동하는 제 2 표면에서 유체 통과 구멍을 가지고 회전 모터 요소와 접촉하는 제 2 표면을 가지는 고정 매니포울드를 포함하며;

   펌프 내에 가압된 유체를 모터로 바로 옮기고, 소모된 유체를 모터에서 펌프로 다시 옮기기 위해 내부 유체 통로를 가지는 고정 매니포울드를 포함하고;

   비회전 펌프 요소 및 비회전 모터 요소에 부착된 장치에 결합된 편향 제어부는 제 1, 제 2 편향 축 둘레에서 비회전 요소를 편향하기 위해 하우징에 장착되며;

   상기 변속기의 입력축에 결합된 선 기어, 펌프의 회전 요소에 결합된 링 기어 및, 선 기어와 링 기어 사이에서 맞물린 다수의 유성 기어를 지탱하는 유성 캐리어를 가지는 유성 기어 세트를 포함하는데, 상기 유성 캐리어는 차량의 지면 맞물림 부재를 구동하기 위해 출력축 및 모터의 회전 요소에 결합된 연결 스퍼어 기어를 가져서;

   펌프로부터 발생한 반작용 토크는 출력축을 통하여 출력하기 위해 출력 스퍼어 기어에서 운동으로부터 발생한 토크와 합산되는, 차량의 지면 맞물림 부재 및 원동기 사이에서 연속 가변 스피드/토크 구동 연결부를 제공하기 위한 유체 역학적 변속기.
2. 원동기의 출력축으로 편심 기어 세트의 선 기어를 구동하고;

   선 기어로 유성 캐리어에 장착된 다수의 유성 기어를 구동하며;

   작동 유체를 가압하기 위해서 링 기어로 펌프를 구동하고 유성 기어로 링 기어를 구동하고;

   펌프로부터 유성 기어와 유성 캐리어를 통하여 캐리어에 부착된 스퍼어 기어 및 출력 축에 부착되고 캐리어 스퍼어 기어와 맞물린 출력 스퍼어 기어까지 반응토크를 전달하며;

   고정 매니포울드에서 통로를 통하여 회전 모터 실린더 블록에서 실린더까지 펌프 내에 가압된 작동 유체를 옮기고, 모터 실린더 블록을 회전시키도록 모터 실린더에서 유압을 비회전 요소에 대한 피스톤의 축 방향 작용으로 변환하고;

   회전 모터 실린더 블록으로부터 모터 구동 축을 통하여 출력 스퍼어 기어까지 토크를 전달하여서;

   펌프로부터 발생한 반응 토크는 출력 축을 통하여 출력하기 위해 출력 스퍼어 기어에서 모터 실린더 블록으로부터 토크와 합산되는 과정으로 이루어진, 원동기에 의해 발생된 특정 토크와 속도에서 차량 원동기로부터 회전 동력을 출력하기 위해서 연속 가변 토크와 속도에서 차량의 구동 부재로 입력 회전 동력을 변환하는 과정.
3. 입력 토크를 입력 축에 적용하고 펌프를 회전시키고 펌프 내 실린더에서 작동 유체를 가압하기 위해서 제 2 가변 비율 펌프 기어세트의 제 3, 제 1 및 제 2 요소에 의해 제 1 가변 비율 모터 기어세트의 제 1, 제 3 요소에 의해 입력 축을 통하여 회전 실린더 블록을 가지는 펌프로 입력 토크를 전달하며;

   입력축으로부터 펌프까지 입력 토크를 전달하면 가변 비율 펌프 기어세트의 제 2 요소를 통하여 출력축으로 전달되는 반응 토크를 발생시키고, 이 가압 유체는 펌프 실린더 블록과 모터의 평행을 이루는 오프셋 회전 실린더 블록 사이에서 고정 매니포울드 블록에서 오우프닝을 통하여 바로 옮겨지고, 이 유체는 출력축에서 출력 토크로서 반응 토크와 함께 출력 축에 전달되는 모터 토크를 발생시키도록 모터에 에너지를 공급하는 과정으로 이루어진, 연속 가변 변속기를 작동하는 방법.
4. 유성 기어 세트를 통하여 역학적으로 관련되고 고정 매니포울드를 통하여 상호 유압에 의해 관련된 나란히 배치된 평행 모터 유닛과 펌프 유닛을 포함하는 작동 조립체;

   유성 기어 세트의 링 기어 및 선 기어와 맞물린 유성 기어가 장착된 유성 캐리어를 구동하는 입력축;

   링 기어에 의해 구동된 출력축;

   유성 기어 세트의 선 기어에 의해 회전할 때 작동 구동되는 펌프 실린더 블록을 가지는 펌프;

   상기 작동 조립체를 둘러싸고 있는 하우징; 및

   유체 정역학적 유닛 중 하나의 변위를 조절하기 위해 유체 정역학적 유닛 중 하나와 연결되고 하우징에 고정된 고정 액츄에이터로 구성된 연속 가변 변속기.