KR20040012175A - 자동차용 무단 자동 변속장치 - Google Patents

자동차용 무단 자동 변속장치 Download PDF

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KR20040012175A
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Abstract

본 발명은 서로 나란하게 배치된 구동축과 종동축에 각각 설치된 풀리의 벨트 경사면에 방사상으로 다수개의 상하이동편을 설치하여 벨트가 이들 상하이동편을 타고 회전되도록 하되 이들 상하이동편들의 표면을 마찰계수가 높게 하여 벨트와 상하이동편 사이에 슬립이 방지되어 큰 동력을 전달할 수 있도록 하고, 또한 상하이동편들이 풀리의 반경방향과 원호방향으로 동시에 미세하게 움직일 수 있도록 함으로써, 변속을 위해 풀리 사이의 간격을 조정할 때 벨트가 이들 상하이동편들을 따라 승강되면서 유효반경이 조정되어 풀리에 걸리는 부하가 감소되고 적은 힘으로도 벨트와 풀리를 조정할 수 있는 자동차용 무단 자동 변속장치에 관한 것으로서, 특히 서로 평행한 구동축과 종동축에 축풀리가 서로 엇갈리도록 일체로 구비되고 이들 축풀리의 대향면에 해당 축을 따라 이동되는 가변풀리가 구비되어 이들 풀리에 걸린 벨트에 의해 동력이 전달되도록 한 자동차용 무단 자동 변속장치에 있어서, 각 풀리의 벨트가 걸리는 경사면에 방사상으로 다수개의 좌우이동편이 구비되고, 이들 좌우이동편의 사이사이에 해당 좌우이동편 들을 눌러 경사면에서 이탈되지 않도록 해주는 부채꼴 형태의 고정편이 구비되며, 각 좌우이동편의 표면에는 벨트에 닿아 동력을 전달하면서 반경방향으로 이동가능 한 상하이동편이 구비되어, 서로 마주보는 각 풀리의 간격이 변할 때 벨트는 접촉 중인 상하이동편과 함께 마찰저항 없이 반경반향으로 이동되면서 유효반경이 증감되도록 구성되어 있다.

Description

자동차용 무단 자동 변속장치{Auto Continuously Variable Transmission for a car}
본 발명은 자동차용 무단 자동 변속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풀리의 원추형 경사면에 반경방향과 원호방향으로 미세하게 이동가능한 상하이동편을 방사상으로 다수개 설치하여 벨트가 이들 상하이동편을 타고 회전되도록 하고, 또한 변속을 위해 벨트의 유효반경을 증감시키는 동안 벨트가 이들 상하이동편과 함께 반경방향으로 이동되면서 증감되도록 하여 마찰손실이 감소되고 내구성이 향상되도록 한 자동차용 무단 자동 변속장치에 관한 것이다.
일반적으로 무단변속기를 이용한 차량은 자동변속기 또는 수동변속기 차량보다 변속이 부드럽고 미세하게 이루어지는 장점을 지니고 있다. 무단변속기는 엔진의 회전수에 따라 무수한 단으로 변속이 미세하게 이루어져, 변속시 발생되는 차량의 증,감속 충격을 느낄 수 없을 정도로 차량의 변속주행이 부드럽게 이루어진다.
종래의 무단변속기는 서로 평행한 구동축과 종동축에 각각 일체로 연결된 축풀리가 구비되고 이들 각 축풀리와 마주보도록 해당 축을 따라 이동되는 가변풀리가 구비되며 이들 풀리 사이에 벨트가 걸리도록 구성된다.
이처럼 구성된 종래의 무단변속기는 해당 축에 구비된 가변풀리와 축풀리의 간격에 따라 이들 풀리에 걸리는 벨트의 유효반경이 변하면서 변속된다. 구동축의 풀리 간격을 좁게하여 벨트의 유효반경을 증가시키고 종동축의 풀리간격을 넓게 하여 벨트의 유효반경이 감소되도록 해주면 증속되고 이와 반대로 조정해주면 감속된다.
그러나 증,감속하기 위해 해당 풀리 사이의 간격을 좁히는 과정에서 풀리의 경사면이 벨트의 측면을 반경방향으로 밀어 올리기 때문에 이들 사이에 마찰열이 발생되어 벨트의 내구성이 떨어지고 또한 마찰에 따른 동력손실이 발생됨으로 큰 동력을 필요로 하는 대형 차량에는 적합하지 못한 등의 단점이 있었다.
그리고 변속을 위해 풀리의 경사면으로 벨트를 밀어 올려야 되기 때문에 그만큼 부하가 걸려 자동차의 연비가 떨어지는 등의 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 나란하게 배치된 구동축과 종동축에 각각 설치된 풀리의 벨트 경사면에 방사상으로 다수개의 상하이동편을 설치하여 벨트가 이들 상하이동편을 타고 회전되도록 하되 이들 상하이동편들의 표면을 마찰계수가 높게 하여 벨트와 상하이동편 사이에 슬립이 방지되어 큰 동력을 전달할 수 있도록 하고, 또한 상하이동편들이 풀리의 반경방향과 원호방향으로 동시에 미세하게 움직일 수 있도록 함으로써, 변속을 위해 풀리 사이의 간격을 조정할 때 벨트가 이들 상하이동편들을 따라 승강되면서 유효반경이 조정되어 풀리에 걸리는 부하가 감소되고 적은 힘으로도 벨트와 풀리를 조정할 수 있는 자동차용 무단 자동 변속장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명 무단 변속장치의 전체 조립 단면도
도 2는 본 발명 변속장치의 풀리 경사면을 분리한 사시도
도 3은 본 발명 변속장치의 풀리 경사면을 나타낸 정면도
도 4는 본 발명 변속장치의 풀리 측단면도
도 5는 본 발명 변속장치의 풀리 평단면도
도 6은 본 발명 변속장치의 풀리 유압발생부를 나타낸 사시도
도 7은 본 발명 변속장치의 풀리 유압발생부를 나타낸 정면도
도 8은 본 발명 변속장치의 풀리 유압발생부를 나타낸 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1 : 구동축 2 : 종동축
3 : 축풀리 4 : 가변풀리
5 : 벨트 6 : 경사면
6a : 연장부통로 6b : 캠통로
6c : 핀공간부 6d : 볼트구멍
7 : 좌우이동편 7a : 연장부
7b : 돌기 7c : 핀구멍
7d : 스프링걸이구 7e : 스프링
8 : 상하이동편 8a : 핀
9 : 고정편 9a : 볼트
10 : 캠 11 : 판스프링
12 : 플런저 13 : 실린더
14 : 유압라인 15 : 고정슬리브
16 : 유압전달통로 16a : 오일저장홈
17 : 회전슬리브 18 : 포트
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 평행한 구동축과 종동축에 축풀리가 서로 엇갈리도록 일체로 구비되고 이들 축풀리의 대향면에 해당 축을 따라 이동되는 가변풀리가 구비되어 이들 풀리에 걸린 벨트에 의해 동력이 전달되도록 한 자동차용 무단 자동 변속장치에 있어서, 각 풀리의 벨트가 걸리는 경사면에 방사상으로 다수개의 좌우이동편이 구비되고, 이들 좌우이동편의 사이사이에 해당 좌우이동편 들을 눌러 경사면에서 이탈되지 않도록 해주는 부채꼴 형태의 고정편이 구비되며, 각 좌우이동편의 표면에는 벨트에 닿아 동력을 전달하면서 반경방향으로 이동가능 한 상하이동편이 구비되어, 서로 마주보는 각 풀리의 간격이 변할 때 벨트는 접촉 중인 상하이동편과 함께 마찰저항 없이 반경반향으로 이동되면서 유효반경이 증감되도록 구성되어 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 무단 변속장치의 전체 조립 단면도이고, 도 2는 본 발명 변속장치의 풀리 경사면을 분리한 사시도이다. 본 발명의 무단 변속장치는 자동차의 엔진으로부터 동력을 받는 구동축(1) 및 자동차의 바퀴로 동력을 전달하는 종동축(2)으로 구성된다. 이들 구동축(1)과 종동축(2)은 일정 간격 떨어져 나란하게 구비되며 이들 축에는 서로 엇갈리도록 축풀리(3)가 고정 설치된다. 그리고 각 축에는 해당 축풀리(3) 쪽으로 이동되는 가변풀리(4)가 각각 구비된다.
축풀리(3)와 가변풀리(4)의 서로 대향되는 경사면(6)에는 벨트(5)가 걸려 회전되면서 구동축(1)의 동력이 종동축(2)으로 전달되도록 좌우이동편(7)이 다수개 구비되고, 이들 좌우이동편(7)의 사이사이에 고정편(9)이 각각 구비된다. 각 고정편(9)은 이들 사이에 놓이는 좌우이동편(7)들의 양단을 눌러 경사면(6)에서 떨어지지 않도록 해준다.
좌우이동편(7)은 상단에 경사면(6) 쪽으로 돌출된 연장부(7a)와 연장부(7a) 저면의 돌기(7b)가 구비되고, 경사면(6)에는 연장부(7a)가 끼워지는 연장부통로(6a)가 관통 형성되며 연장부통로(6a) 저면에 원통형 캠통로(6b)가 연이어 형성된다.
좌우이동편(7)에는 이를 덮는 상하이동편(8)이 구비된다. 상하이동편(8)은이면에 한쌍의 핀(8a)이 돌출 형성되고 좌우이동편(7)에는 각 핀(8a)이 끼워지는 핀구멍(7c)이 반경방향으로 길게 관통 형성되며, 경사면(6)에는 이들 핀(8a)이 놓이는 핀공간부(6c)가 각각 형성된다. 그리고 좌우이동편(7)의 이면에는 이들 핀(8a)을 스프링(7e)으로 걸어주기 위한 스프링걸이구(7d)가 형성된다.
고정편(9)의 이면에는 경사면(6)에 형성된 볼트구멍(6d)으로 끼워져 경사면(6)에 너트(9b)로 체결 고정되는 볼트(9a)가 다수개 형성된다. 그리고 상하이동편(8)은 고정편(9) 보다 마찰계수가 높게 처리되어 표면 마찰력이 크게 구성된다.
도 6은 본 발명 변속장치의 풀리 유압발생부를 나타낸 사시도 이고, 도 7은 본 발명 변속장치의 풀리 유압발생부를 나타낸 정면도이다. 본 발명은 풀리(3)(4)의 경사면(6)에 형성된 캠통로(6b)에 끼워져 좌우이동편(7)의 연장부(7a)에 형성된 돌기(7b)와 연결되는 캠(10)이 구비된다. 캠(10)은 양단으로 판스프링(11)이 구비되어 외력이 없을 때 회동되지 않고 중립 상태로 구비되며 캠(10)의 하부에는 풀리(3)(4)의 경사면(6) 반대쪽 측면에 구비된 플런저(12)가 연결되고 플런저(12)의 양단에 한쌍의 실린더(13)가 구비된다.
플런저(12) 하부에는 구동축(1)과 종동축(2)에 각각 끼워지는 고정슬리브(15)가 구비된다. 이들 고정슬리브(15)는 해당 축(1)(2)의 회전과 관계없이 정지된 상태로 구비되며 고정슬리브(15)의 외주면에 한쌍의 유압전달통로(16) 및 오일저장홈(16a)이 각각 형성된다. 그리고 이들 유압전달통로(16)와 오일저장홈(16a)을 덮는 회전슬리브(17)가 고정슬리브(15)에 끼워져 해당풀리(3)(4)에 체결 고정된다. 그리고 회전슬리브(17)의 외주면에는 유압전달통로(16) 및 오일저장홈(16a)에 연결되는 포트(18)가 다수개 형성되고 이들 포트(18)는 유압라인(14)을 통하여 해당 실린더(13)와 각각 연결된다.
이처럼 구성된 본 발명은 도 4 및 도 5에서와 같이 좌우이동편(7)의 표면에 상하이동편(8)이 끼워지고 이들 좌우이동편(7)의 사이사이에 부채꼴 형태의 고정편(9)이 배치된다. 고정편(9)은 볼트(9a) 및 너트(9b)를 통하여 해당 풀리(3)(4)의 경사면(6)에 고정되며 고정편(9)이 좌우이동편(7)의 상단 일부를 눌러 좌우이동편(7)들이 경사면(6)에서 떨어지지 않도록 눌러준다. 그리고 좌우이동편(7)들이 좌우측 원호방향으로 이동되도록 고정편(9)과의 사이에 약간의 틈새(G)가 유지된다.
상하이동편(8)과 고정편(9)은 도 3에서와 같이 6개가 한조를 이루도록 풀리의 경사면(6)에 방사상으로 배치되며 이들 상하이동편(8)과 고정편(9)들이 동일 평면이 되어 벨트(5)에 함께 걸리도록 경사면(6)에 결합된다. 따라서 구동축(1)의 풀리(3)(4)가 회전되는 동안 이들 상하이동편(8)과 고정편(9)을 연속으로 타고 넘는 벨트(5)에 의해 종동축(2)의 풀리(3)(4)가 회전된다.
상하이동편(8)들은 고정편(9)들 보다 마찰계수가 크게 처리되어 구동축(1)의 회전력이 이들 상하이동편(8)들에 의해 종동축(2)으로 정확하게 전달되며 고정편(9)들은 벨트(5)를 받쳐주는 역할을 한다. 그리고 고정편(9)들은 벨트(5)가 반경방향으로 이동되는 동안 잘 미끄러져 마찰저항이 없도록 표면이 매끄럽게 처리된다.
구동축(1)의 풀리(3)(4) 간격을 좁히고 종동축(2)의 풀리(3)(4) 간격을 벌리면 증속되고 위와 반대로 하면 감속된다. 증,감속시키기 위해 구동축(1) 또는 종동축(2)의 가변풀리(4)를 해당 축풀리(3) 쪽으로 이동시키는 동안 이들 풀리(3)(4) 사이의 간격이 좁혀지면서 벨트(5)의 유효반경이 서서히 증가된다. 이때 풀리(3)(4)가 회전되면서 좁혀지고 벨트(5)가 반경방향으로 이동되기 때문에 벨트의 이동되는 힘에 의해 벨트(5)와 회전되는 순간마다 닿는 상하이동편(8)들은 스프링(7e)의 탄력을 받으면서 좌우이동편(7)의 표면을 따라 반경방향으로 벨트(5)와 함께 미세하게(0.05mm ∼ 0.01mm) 이동된다.
따라서 벨트가 반경방향으로 이동되는 동안 벨트(5)와 상하이동편(8)과의 사이에 슬립에 따른 마찰저항이 발생되지 않으며 이들이 함께 미끄러져 이동되는 것임으로 큰 힘을 들이지 않고 풀리(3)(4)의 간격을 좁힐 수 있다.
도 3에서와 같이 변속과정에서 상하이동편(8) 들은 벨트(5)가 걸리는 반원호 부분에서만 반경반향의 힘을 받아 이동되기 때문에 벨트(5)를 벗어난 상하이동편(8)들은 스프링(7e)에 의해 원위치로 돌아온다. 그러나 상하이동편(8) 들은 풀리가 고속 회전되는 동안 원심력을 받기 때문에 이를 감안하여 한조를 이루는 스프링(7e)의 탄성을 서로 다르게 해야된다.
본 발명은 풀리(3)(4)가 회전되는 동안 상하이동편(8) 들은 원호방향으로 힘을 받으면서 서로 모아지는 쪽으로 순간 이동되어 두 개의 상하이동편(8)들이 벨트(5)에 동시에 걸리는 순간의 원호간격이 벨트(5)의 유효반경 변화에 따라 보정되어 동력이 원활히 전달되도록 해주는 기능을 갖는다.
도 7에 도시된 바와 같이 풀리(3)(4)가 시계방향으로 회전되는 동안 벨트(5)는 반시계방향의 반력을 받기 때문에 상하이동편(8)이 벨트(5)와 함께 반시계방향으로 미세하게(0.05mm ∼ 0.01mm) 밀리면서 좌우이동편(7)이 밀리고 캠(10)이 회동된다. 이때 캠(10)과 연결된 플런저(12)가 우측으로 이동되면서 실린더(13)의 오일이 유압라인(14)과 유압전달통로(16)를 거쳐 뒤따르는 다른 플런저(12)의 실린더(13)로 전달된다.
유압전달통로(16)는 병렬로 구성되며 각 플런저(12) 양단의 실린더(13)와 유압라인(14)으로 각각 연결된다. 이때 각 플런저(12)의 오른쪽에 있는 실린더(13)들은 앞쪽 유압전달통로(16)와 연결되고 왼쪽의 실린더(13) 들은 뒤쪽 유압전달통로(16)와 분리 연결되도록 구성되며, 유압전달통로(16)는 3개의 플런저(12)들과 동시에 연결되도록 일정 원호로 형성된다. 따라서 한쪽 플런저(12)에서 발생된 유압이 뒤따르는 플런저(12) 쪽으로 전달되면 유압에 의해 캠(10)이 회전되고 뒤따르는 좌우이동편(7) 및 상하이동편(8)이 시계방향으로 이동되면서 이들 두 개의 상하이동편(8) 사이간격이 미세하게(0.1mm ∼ 0.02mm) 좁혀진다.
따라서 변속 중 벨트의 유효반경이 서서히 증가되는 동안 두 개의 상하이동편(8) 사이의 간격이 지속적으로 변하면서 보정 됨으로 결과적으로 벨트(5)와 상하이동편(8)들 간의 간격이 항상 일정하게 제어되어 동력 전달이 정확하게 이루어진다.
본 발명은 벨트(5)의 유효반경이 변하는 동안 벨트(5)와 접한 상하이동편(8)들이 함께 반경방향으로 미세하게 이동되기 때문에 이들 사이에 부하가 걸리지 않아 가변풀리(4)를 밀어주는 힘이 경감되고 동력손실이 감소된다. 그리고 상하이동편(8)들이 반경방향으로 이동되는 동안 좌우이동편(7)들이 서로를 향해 이동되어 상하이동편(8)들의 간격이 미세하게 좁혀짐으로 벨트의 유효반경변화와 관계없이 이들 상하이동편(8)들의 벨트(5)와 걸리는 간격이 제어되어 동력전달이 정확하게 이루어진다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 반경반향으로 이동됨과 동시에 원호방향으로 이동되는 상하이동편들을 풀리의 경사면에 방사상으로 다수개 설치하여 벨트가 이들 상하이동편에 순차적으로 걸리면서 구동축의 동력이 종동축으로 전달되도록 함으로써, 풀리의 간격을 조정하여 변속할 때 벨트가 이들 상하이동편들을 타고 이동됨으로 마찰손실이 감소되고 적은 힘으로도 풀리의 간격조정이 가능해 지는 등의 효과가 있다.
그리고 상하이동편들은 고정편들 보다 마찰계수가 높아 벨트와의 슬립이 방지되고 큰 동력을 전달할 수 있기 때문에 무단변속장치의 변속이 원활히 이루어지는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 서로 평행한 구동축(1)과 종동축(2)에 축풀리(3)가 서로 엇갈리도록 일체로 구비되고 이들 축풀리(3)의 대향면에 해당 축(1)(2)을 따라 이동되는 가변풀리(4)가 구비되어 이들 풀리(3)(4)에 걸린 벨트(5)에 의해 동력이 전달되도록 한 자동차용 무단 자동 변속장치에 있어서,
    각 풀리(3)(4)의 벨트(5)가 걸리는 경사면(6)에 방사상으로 다수개의 좌우이동편(7)이 구비되고,
    이들 좌우이동편(7)의 사이사이에 해당 좌우이동편(7) 들을 눌러 경사면(6)에서 이탈되지 않도록 해주는 부채꼴 형태의 고정편(9)이 구비되며,
    각 좌우이동편(7)의 표면에는 벨트(5)에 닿아 동력을 전달하면서 반경방향으로 이동가능 한 상하이동편(8)이 구비되어, 서로 마주보는 각 풀리(4)(3)의 간격이 변할 때 벨트(5)는 접촉 중인 상하이동편(8)과 함께 마찰저항 없이 반경반향으로 이동되면서 유효반경이 증감되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차용 무단 자동 변속장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    좌우이동편(7)에 풀리의 반경방향으로 장방형의 핀구멍(7c)이 다수개 구비되고,
    상하이동편(8)에는 해당 핀구멍(7c)으로 끼워지는 핀(8a)이 구비되며,
    좌우이동편(7)의 저면에는 핀구멍(7c)으로 끼워진 각 핀(8a)을 잡아당겨 상하이동편(8)이 외력을 받지 않을 때 중립상태에 놓이도록 해주는 스프링(7e)이 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 무단 자동 변속장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각 좌우이동편(7)의 상단에는 해당 풀리(3)(4)를 관통하여 외측으로 돌출되는 연장부(7b)가 형성되고,
    각 풀리(3)(4)의 벨트(5)가 걸리지 않는 외측면에는 연장부(7b)와 맞물려 회동되는 캠(10)이 구비되며,
    각 캠(10)의 하단에는 양단으로 실린더(13)를 갖는 플런저(12)가 구비되고, 각 축(1)(2)에는 실린더(13)들을 연결하는 유압연결통로(16)를 갖는 고정슬리브(15)가 구비되어, 벨트(5)에 걸린 상하이동편(8)이 좌우이동편(7)과 함께 반시계 방향으로 이동되면 플런저(12)에서 유압이 발생되어 뒤따르는 다른 플런저(12)로 전달되고 해당 상하이동편(8)이 유압에 의해 시계방향으로 이동되면서 이들 두개의 상하이동편(8) 사이의 원호간격이 벨트의 유효반경 변화에 따라 조정됨을 특징으로 하는 자동차용 무단 자동 변속장치.
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