KR20040077028A

KR20040077028A - 무단 변속기

Info

Publication number: KR20040077028A
Application number: KR1020030012407A
Authority: KR
Inventors: 구택서
Original assignee: 구택서
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-04

Abstract

본 발명은 기존의 무단변속기에서 감속비가 큰 경우에 발생될 수 있는 동력손실을 보상하기 위해 기존의 구성에 회전력보상부를 부가한다. 상기 회전력보상부는, 변속선기어(7)와 일체로 회전되게 구비되는 제1 보상용 선기어(D); 링기어(내측기어를 의미함)(5)의 외주면에 기어(외측기어를 의미함)를 형성하되 상기 제1 보상용 선기어와 동일한 크기 및 기어 잇수를 가지도록 만든 제2 보상용 선기어(E); 상기 제1 및 제2 보상용 선기어(D,E)의 바깥쪽에 각각 치접되게 구비되되 소정 각도로 배치되는 다수의 보상용 유성기어 셋트(F); 상기 다수의 유성기어 셋트를 지지하면서 회전(공전)시키기 위한 보상용 캐리어(G); 상기 보상용 캐리어의 회전을 제어하기 위한 동력을 전달하기 위한 나사기어(H); 및 필요시(역회전시) 상기 변속선기어(7) 및 상기 제1 보상용 선기어(D)를 정지시키기 위한 브레이크(B)를 포함하여, 감속비가 큰 경우에 발생될 수 있는 동력손실을 보상하여 손실을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

Description

무단 변속기{A STEPLESS TRANSMISSION}

본 발명은 동력 손실을 최소화하면서 기어 치합을 통해 신뢰성 있는 무단 변속 동작을 수행하는 변속기 및 그 기어 조합 방식에 관한 것이다.

지금까지, 다종의 무단 변속기가 제안된 바 있으며, 그 종류를 살펴보면 크게 기계식, 전기식, 유압식으로 나눌 수 있다.

차량에 적용된 무단 변속 장치로는, 기계식으로 마찰차식, 밸트식, 체인식이 주로 사용되고 있다. 그러나 이들 방식은 모두 많은 문제점을 내포하고 있음을 본 출원인이 이미 특허출원 제2000-48778호(2002. 2. 28.자에 특2002-15613호로 공개됨)에서 지적한 바 있어 여기서는 생략하기로 한다.

한편, 기어의 치합을 통한 신뢰성 있는 변속동작을 제공하기 위한 무단변속 기술로서, 본 출원인이 특허출원 제97-45324호(무단 변속기), 제97-58590호(차량용 무단 변속 장치), 및 제98-36378호(무단 변속기 및 그를 이용한 차량용 변속 장치)를 제안한 바 있으나, 이들의 경우도 기어조합 구조가 복잡하여 그 기어 치합을 통한 변속동작에 따라 얻어지는 동력손실 및 제작비용 절감효과가 저감되는 한계를 내포하고 있었다.

그리고, 위와 같은 문제를 개선하고자 본 출원인이 상기 특허출원 제2000-48778호를 출원하였는데, 이 경우에는 감속비가 큰 상태에서 부하가 걸렸을 때 동력손실이 발생하는 문제가 있어, 이에 대한 개선이 필요하다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, 회전력보상부를 구비하여 동력손실을 최소화하며 기어 치합식으로 신뢰성 있는 무단 변속 동작을 수행하는 변속기를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명은 이동체 엔진 등으로부터 입력되는 동력에 대해 기어 치합을 통한 변속 동작이 무단으로 이루어지도록 하는 동력 전달용 기어 조합 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변속기의 유성기어 조합방식을 설명하기 위한 개략도,

도 2A 내지 도 2F는 본 발명에 따른 무단 변속기의 변속원리 설명도,

도 3은 본 발명에 따른 회전력보상부가 부가된 무단 변속기의 일실시예 구성 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 설명

3 : 전진클러치 4 : 후진클러치

5 : 링기어 6 : 유성기어 세트

7 : 변속 선기어 8 : 후진 선기어

D : 제1 보상용 선기어 E : 제2 보상용 선기어

F : 보상용 유성기어 G : 보상용 캐리어

H : 보상용 나사기어 B : 보상용브레이크

본 발명에 따른 무단변속기는, 입력단으로 인가되는 주 구동력을 무단으로 변속하면서 출력하되, 특히 기어 치합을 통해 신뢰성 있는 무단 변속 동작을 수행하는 구조를 갖는 것으로서, 상기 입력단 샤프트에 연결되었으며 다수의 유성기어 세트들을 지지하면서 공전시키는 캐리어 수단; 상기 캐리어 수단에 의해 지지되면서 자유회전하도록 조립되며, 일체로 형성되는 각 유성기어 셋트의 일측 유성기어 (S1) 잇수가 타측 유성기어(S2) 잇수보다 상대적으로 적게 형성된 다수의 유성기어 셋트(S1,S2); 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측으로 치합되어 전달 받은 회전력을 출력단 샤프트로 제공하는 제 1 출력 수단; 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 내측에 치합되어 전달 받은 회전력을 축력단 샤프트로 제공하는 제 2 출력 수단; 상기 잇수가 적은 쪽의 유성기어(S1) 배열 내측에 치합되어 있으며 상기 캐리어 수단과 동방향으로 회전하면서 그 회전 속도 변화에 따라 변속이이루어지도록 하는 변속 수단; 및 감속비가 큰 경우에 상기 변속 수단에 의해 발생될 수 있는 동력손실을 보상하기 위한 회전력보상 수단을 포함한다.

그리고, 상기 입력단 샤프트와 상기 캐리어 수단 간의 연결을 스프라인 결합으로 이루어지고, 상기 제1 출력 수단은 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측에 치합되어 회전하는 링기어, 및 상기 링기어와 상기 출력단 샤프트 간의 연결을 단속하는 전진 클러치를 포함하며, 상기 제2 출력 수단은 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 내측에 치합되어 회전하는 후진 선기어, 및 상기 후진 선기어와 상기 출력단 샤프트 간의 연결을 단속하는 후진 클러치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전력보상 수단은, 상기 변속 수단과 일체로 회전되게 구비되는 제1 보상용 선기어(D); 상기 링기어(내측기어를 의미함)의 외주면에 기어(외측기어를 의미함)를 형성하되 상기 제1 보상용 선기어와 동일한 크기 및 기어 잇수를 가지도록 만든 제2 보상용 선기어(E); 상기 제1 및 제2 보상용 선기어(D,E)의 바깥쪽에 각각 치접되게 구비되되 소정 각도로 배치되는 다수의 보상용 유성기어 셋트(F); 상기 다수의 유성기어 셋트를 지지하면서 회전(공전)시키기 위한 보상용 캐리어(G); 상기 보상용 캐리어의 회전을 제어하기 위한 동력을 전달하기 위한 나사기어(H); 및 필요시(역회전시) 상기 변속선기어(7) 및 상기 제1 보상용 선기어(D)를 정지시키기 위한 브레이크(B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변속 수단은 상기 제 1 출력 수단을 통한 출력동작시(정회전 출력시), 상기 유압 모터의 회전속도의 변화에 따라 상기 입/출력단 사이에서 무단변속이 이루어 지도록하고, 상기 제 2 출력 수단을 통한 출력동작시(역회전 출력시)에는, 상기 변속 선기어가 정지 상태를 유지하도록 함으로써 입/출력단 사이에서 기어 잇수 비에 의한 고정변속이 이루어 지도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 출력 수단을 통한 출력동작시(정회전 출력시), 상기 입력단 샤프트를 통해 제공되는 주 구동 회전력과 상기 유압모터를 통해 제공되는 부 구동 회전력이 변속가공 및 회전력보상 과정을 거치면서 합성되어 상기 출력단 샤프트로 인가되는 것을 특징으로 하며, 상기 변속 선기어는 상기 유성기어 셋트가 상기 변속 선기어를 중심축으로 자전과 공전을 하면서 회전력을 전달할 때 상기 유성기어 셋트들의 회전 방향과 동방향으로 발생하는 회전력, 및 상기 유압 모터로부터 제공되는 부 구동 회전력에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 변속기 기어조합 방법은, 입력단 샤프트로 인가되는 주 동력을 무단으로 변속하면서 출력단 샤프트로 출력하기 위한 변속기의 기어 조합 방법에 관한 것으로서, 상기 입력단 샤프트에, 다수의 유성기어 세트를 지지하면서 회전(공전)시키는 캐리어 수단을 연결하고; 일체로 형성되는 각 유성기어 세트의 일측 유성기어(S1) 잇수가 타측 유성기어(S2) 잇수 보다 상대적으로 적게 형성된 다수의 유성기어 셋트(S1,S2)들이, 상기 캐리어 수단에 의해 지지되면서 자유회전 하도록 조립하고; 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측에 링기어를 치합되게 조립하여, 전달받은 회전력(정회전 출력)을 상기 출력단 샤프트로 제공 하도록 하고; 상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 내측으로 후진선기어를 치합되게 조립하여, 전달받은 회전력(역회전 출력)을 상기 출력단 샤프트로 제공 하도록 하고; 상기 잇수가 적은 쪽의 유성기어(S1) 배열 내측에 변속 선기어가 치합되게 조립하여 상기 변속 선기어에 상기 캐리어와 동방향으로 회전하면서 변속 동작을 수행하도록 부 구동 회전력을 제공하며, 감속비가 큰 경우에 상기 변속선기어를 통해 발생될 수 있는 동력손실을 보상하기 위한 회전력보상부를 구비시킨 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시 할수있게 본 발명의 바람직한 실시예로서 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 변속기의 기어조합 방식을 설명하는 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무단변속기의 유성기어 조합방식은 종래의 라비뉴 기어 조합방식(Ravigneaux Gears)이나 심프슨 기어 조합방식(Simpson Gears)과 전혀 다른 독자적인 구조를 가지는 것으로서 이하에서는 이를 간단히 "GTS 기어 조합방식" 이라 칭한다.

도면을 참조하여 본 발명의 기어 조합방식에 의한 구조를 설명하면 터빈축(2)에 스프라인으로 연결되는 캐리어가 구비되고 상기 캐리어에 지지되는 한조의 유성기어(6)가 구비되며 한조의 유성기어는 수개의 축 양단에 일체로 구비되어 있으며 한 개의 축에 일측에는 잇수가 많은 유성기어(S2) 그리고 타측에는 잇수가 적은 유성기어(S1)가 구비 된다.

상기 유성기어(S2,6) 외측으로 링기어(C,5)와 치합되고 내측으로 후진선기어 (A2,8)가 치합되며 상기 유성기어(S1,6) 내측으로 변속 선기어(A1,7)가 치합되고변속 선기어축 외측은 스프라인으로 유압모터(9)와 연결되어 유압모터에 의해 구동되어 입력축과 별개의 회전을 하면서 변속기능을 한다.

상기 터빈축(2)이 회전하면 유성기어(S1,S2)(6)가 변속 선기어(A1,7)를 중심 축으로 자전과 공전을 하면서(후진 선기어(A2,8)은 자유회전) 링기어(C,5)를 회전시켜 소정의 정회전 증속비가 출력되며, 상기 변속 선기어의 회전상태에 따라 상기 증속 출력비가 변화되어 변속가공이 이루어지며 변속 선기어 회전수를 증가 또는 감소시키면 감속비가 증가 또는 감소하며 변속 선기어 회전수를 고정시키고 터빈축 회전수를 증가 또는 감소시키면 증속비가 증가 또는 감소하는 2중 무단변속 동작이 이루어진다.

또한 상기 변속 선기어(A1,7)를 고정시키고 (링기어(C,5) 자유회전) 상기 터빈축(2) 회전시키면 유성기어(S1,S2)가 변속 선기어를 중심 축으로 자전과 공전을 하면서 후진 선기어(A2,8) 회전시켜 소정의 역회전 감속비가 출력되며 감속비가 고정된 감속장치로 동작한다.

한편, 캐리어가 회전하여 유성기어가 자전과 공전을 하면서 변속된 회전력을 전달할 때 동방향으로 변속 선기어에 회전력이 발생되어, 입력동력보다 상대적으로 아주 작은 구동력으로도 변속 선기어 회전제어가 가능한 특징이 있다.

본 발명의 무단 변속 원리는 첨부 도면 2A 내지 도 2F를 참조하면 쉽게 이해될 수 있는데, 이에 관한 구체적인 원리 설명은 공개특허공보 특2002-0015613에 상세히 소개되어 있어 여기서는 생략하기로 한다.

결과적으로 변속 선기어 회전수 증가시에는 감속비가 증가하고 터빈축(입력축) 캐리어 회전수 증가시에는 증속비가 증가하는 2중 변속이 이루어지기 때문에, 본 발명과 같이 변속 선기어 회전수를 임의로 제어할 수 있는 구조를 가지게 되면 변속비를 무단으로 미세하고 유연하게 증감시킬 수 있으며, 최적의 변속비가 시변환적으로 유연하게 제공되는 무단 변속 동작이 가능해 지는 것이다.

지금까지 널리 쓰여온 유성 치차 장치 조합 방식은, 라비뉴 기어방식 (Ravigneaux Gears) 및 심프슨 기어방식 (Simpson Gears)이 주로 이용되어 왔으나, 본 발명에 따른 변속장치의 기어 조합 방법은 기존에 알려져 있던 기어 조합 방법과 확연하게 다르다.

도 3은 본 발명에 따른 회전력보상부가 부가된 무단 변속기의 일실시예 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도면에서 2는 입력단 샤프트(입력축) 3은 전진클러치, 4는 후진클러치, 5는 링기어, 6은 유성기어 세트, 7은 변속 선기어, 8은 후진 선기어이고, 9는 유압모터, B는 브레이크, D는 제1 보상용 선기어, E는 제2 보상용 선기어, F는 보상용 유성기어, G는 보상용 캐리어, H는 나사기어이다.

본 발명에서는 도면에 도시한 바와 같이, 기존의 감속기 구조(감속비가 큰 상태에서 출력단(21)에 부하가 걸렸을 때 상기 링기어(5), 유성기어 세트(6) 및 변속 선기어(7)의 회전수가 감소하려 하기 때문에, 상기 변속 선기어(7)와 일체로 회전되게 구비되는 제1 보상용 선기어(D)와, 상기 링기어(내측기어를 의미함)의 외주면에 기어(외측기어를 의미함)를 형성하되 상기 제1 보상용 선기어와 동일한 크기 및 기어 잇수를 가지도록 만든 제2 보상용 선기어(E)와, 상기 제1 및 제2 보상용 선기어(D,E)의 바깥쪽에 각각 치접되게 구비되되 소정 각도(예컨대, 90도, 120도,180도, 등)로 배치되는 다수의 보상용 유성기어 셋트(F)와, 상기 다수의 유성기어 셋트를 지지하면서 회전(공전)시키기 위한 보상용 캐리어(G)와, 상기 보상용 캐리어의 회전을 제어하기 위한 동력을 유압모터(9)로부터 전달받아 제공하기 위한 나사기어(H)(예컨대, 비틀림각이 45도인 헬리컬기어형태의 기어를 의미함)와, 필요시(역회전시) 상기 변속선기어(7) 및 상기 제1 보상용 선기어(D)를 정지시키기 위한 브레이크(B)를 구비한다.

감속비가 큰 상태에서 출력단(21)에 부하가 걸렸을 때 상기 링기어(5) 및 유성기어 세트(6)의 회전수가 감소하려 할 때, 그에 상응하는 반력으로 상기 변속선기어(7)의 회전수가 증가하려고 하기 때문에, 상기한 바와 같이 기존의 변속기 구조에 회전력 보상부(D,E,F,G,H,B)를 부가한 구성을 가지고 있는 본 발명에서는 이를 이용하여 회전수가 유지되면서(부하가 걸렸을 때에 회전수가 감소되지 않도록 저지하는 것을 의미함) 회전력이 보강되도록 하여 동력손실을 최소화한다.

그리고, 전술한 본 발명의 무단 변속기는 주 동력원에 의해 발생된 동력을 상황에 따라 유연하게 변속시키면서 사용하는 것이 요구되는 모든 기기에 적용할 수 있는 것으로서, 차량 등의 변속장치 이외도, 중장비, 기관차, 선박, 공작기기, 산업기기 등에 모두 적용 가능하다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면은 그것으로 권리범위를 한정하기 위해 제시된 것이 아니라 단지 본 발명의 기술 요지를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 제시된 것이며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하므로 그러한 여러 가지 치환물, 변형물, 및 변경물도 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 기어 치합 방식에 의한 신뢰성 있는 무단변속 기능을 수행하여, 동력손실을 최소화하는 우수한 효과가 있다.

아울러 이를 채용한 차량 및 산업기기 등에서, 기어 치합에 의한 신뢰성 있는 무단변속 동작으로 변속효율 현저하게 향상시킴으로써, 연료소모를 절감시키면서도 엔진의 출력효율을 향상시킬수 있는 효과도 있다.

Claims

입력단 샤프트로 인가되는 회전력을 무단으로 변속하면서 출력단 샤프트로 출력하는 무단변속에 있어서,

상기 입력단 샤프트에 연결되어 있으며, 다수의 유성기어 셋트를 지지하면서 회전(공전)시키는 캐리어 수단;

상기 캐리어 수단에 의해 지지되면서 자유회전하도록 조립되며, 일체로 형성되는 유성기어 셋트 일측의 유성기어(S1) 잇수가 타측 유성기어(S2) 잇수보다 상대적으로 적게 형성된 다수의 유성기어 셋트(S1,S2);

상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측으로 치합되어 전달 받은 회전력을 출력단 샤프트로 제공하는 제 1 출력 수단;

상기 잇수가 적은 쪽의 유성기어(S1) 배열 내측에 치합되어 있으며 상기 캐리어 수단과 동방향으로 회전하면서 그 회전 속도 변화에 따라 변속이 이루어지도록 하는 변속 수단; 및

감속비가 큰 경우에 상기 변속 수단에 의해 발생될 수 있는 동력손실을 보상하기 위한 회전력보상 수단

을 포함을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
청구항 1에 있어서,

상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 내측에 치합되어 전달 받은 회전력을 출력단 샤프트로 제공하는 제 2 출력 수단

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 입력단 샤프트와 상기 캐리어 수단 간의 연결을 스프라인 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제1 출력 수단은.

상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측에 치합되어 회전하는 링기어; 및

상기 링기어와 상기 출력단 샤프트 간의 연결을 단속하는 전진 클러치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 4에 있어서, 상기 회전력보상 수단은,

상기 변속 수단과 일체로 회전되게 구비되는 제1 보상용 선기어(D);

상기 링기어(내측기어를 의미함)의 외주면에 기어(외측기어를 의미함)를 형성하되 상기 제1 보상용 선기어와 동일한 크기 및 기어 잇수를 가지도록 만든 제2 보상용 선기어(E);

상기 제1 및 제2 보상용 선기어(D,E)의 바깥쪽에 각각 치접되게 구비되되 소정 각도로 배치되는 다수의 보상용 유성기어 셋트(F);

상기 다수의 유성기어 셋트를 지지하면서 회전(공전)시키기 위한 보상용 캐리어(G);

상기 보상용 캐리어의 회전을 제어하기 위한 동력을 전달하기 위한 나사기어(H); 및

필요시(역회전시) 상기 변속선기어(7) 및 상기 제1 보상용 선기어(D)를 정지시키기 위한 브레이크(B)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
청구항 2에 있어서, 상기 제2 출력 수단은,

상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 내측에 치합되어 회전하는 후진 선기어; 및

상기 후진 선기어와 상기 출력단 샤프트 간의 연결을 단속하는 후진 클러치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 변속 수단은,

상기 제 1 출력 수단을 통한 출력동작시(정회전 출력시), 상기 유압 모터의 회전속도의 변화에 따라 상기 입/출력단 사이에서 무단 변속이 이루어 지도록하고,

상기 제 2 출력 수단을 통한 출력동작시(역회전 출력시)에는, 상기 변속 선기어가 정지 상태를 유지하도록 함으로써 입/출력단 사이에서 기어 잇수 비에 의한 고정변속이 이루어 지도록 하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 7에 있어서,

상기 제 1 출력 수단을 통한 출력동작시(정회전 출력시), 상기 입력단 샤프트를 통해 제공되는 주 구동 회전력과 상기 유압모터를 통해 제공되는 부 구동 회전력이 변속가공 및 회전력보상 과정을 거치면서 합성되어 상기 출력단 샤프트로 인가되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
청구항 8에 있어서,

상기 변속 선기어는, 상기 유성기어 셋트가 상기 변속 선기어를 중심축으로 자전과 공전을 하면서 회전력을 전달할 때 상기 유성기어 셋트들의 회전 방향과 동방향으로 발생하는 회전력, 및 상기 유압 모터로부터 제공되는 부 구동 회전력에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
입력단 샤프트로 인가되는 주 구동 회전력을 무단으로 변속하면서 출력단 샤프트로 출력하기 위한 변속기의 기어 조합 방법에 있어서,

상기 입력단 샤프트(2)에, 다수의 유성기어 세트를 지지하면서 회전(공전)시키는 캐리어 수단을 연결하고;

일체로 형성되는 각 유성기어 세트(6)의 일측 유성기어(S1) 잇수가 타측 유성기어(S2) 잇수 보다 상대적으로 적게 형성된 다수의 유성기어 셋트(S1,S2)들이, 상기 캐리어 수단에 의해 지지되면서 자유회전 하도록 조립하고;

상기 잇수가 많은 쪽의 유성기어(S2) 배열 외측에 링기어(5)를 치합되게 조립하여, 전달받은 회전력(정회전 출력)을 상기 출력단 샤프트로 제공 하도록 하며;

상기 잇수가 적은 쪽의 유성기어(S1) 배열 내측에 변속 선기어가 치합되게 조립하여 상기 변속 선기어에 상기 캐리어와 동방향으로 회전하면서 변속 동작을 수행하도록 부 구동 회전력을 제공하며, 감속비가 큰 경우에 상기 변속선기어를 통해 발생될 수 있는 동력손실을 보상하기 위한 회전력보상부를 구비시킨 것

을 특징으로 하는 무단 변속기의 기어조합 방법.