KR20050014842A - 무단 변속 시스템 - Google Patents

무단 변속 시스템

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KR20050014842A
KR20050014842A KR10-2004-7019211A KR20047019211A KR20050014842A KR 20050014842 A KR20050014842 A KR 20050014842A KR 20047019211 A KR20047019211 A KR 20047019211A KR 20050014842 A KR20050014842 A KR 20050014842A
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KR
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planetary gear
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input
transmission
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KR10-2004-7019211A
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크리스토퍼 존 그린우드
토마스 조오지 팰로우
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토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
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Abstract

다중 방식 무단 변속 시스템은, 동축인 시스템 입력 및 출력 샤프트(16, 24), 시스템 입력 샤프트(16)에 동축으로 결합되며 동축 변속 기구 출력 샤프트(18)를 가지는 무단 변속 유니트(V) 및 변속 기구 출력 샤프트(18)에 구동식으로 결합되는 입력 태양 기어(S1)와 시스템 입력 샤프트(16)에 구동식으로 결합되는 유성 캐리어(C1)와 유성 캐리어(C1) 상에 장착되는 유성 기어(P1)를 가지는 혼합 유성 기어 장치(E1)를 구비한다. 유성 기어(P1)는, 시스템 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되고 변속기의 고전동 방식 작동에서 제 1 클러치(H)를 통해 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 제 1 중간 출력 샤프트(22)를 구동시킨다. 또한, 유성 기어(P1)는 변속기의 저전동 방식 작동 동안 제동 부재(L)를 통해 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 출력부(C2)를 가지는 제 2 유성 기어 장치(E2)용 입력부를 제공한다. 상기 배열은 기어 맞물림 개수를 최소화하여 전달 손실을 최소화하며, 혼합 유성 기어 장치(E1)의 고리(annulus)가 없어 기어 크기의 선택에 있어서 보다 자유로우며 이에 따라 기어 속도의 감소가 허용된다.

Description

무단 변속 시스템 {CONTINUOUSLY VARIABLE RATIO TRANSMISSION SYSTEM}
동축인 시스템 입력 샤프트와 출력 샤프트 및 상기 시스템 입력 샤프트에 동축으로 결합되고 동축 변속 기구 출력 샤프트를 가지는 무단 변속 유니트[변속 기구(variator)로 공지됨]를 구비하는 무단 변속 시스템을 제공하는 것이 공지되어 있다. 혼합 유성 기어 장치(mixing epicyclic gear train)는 시스템 입력 및 변속 기구 출력으로부터 구동을 수용한다. 클러치 또는 그 외 다른 제동 부재의 적절한 사용에 의해, 시스템은 고-전동 방식(high-gearing regime) 또는 저-전동 방식으로 작동할 수 있다. JP-A-6-174033호 및 JP-A-62-255655호에서 이러한 변속기의 예시들을 찾아볼 수 있다.
필연적으로, 기어의 맞물림으로부터 적은 동력 손실이 발생한다. 따라서, 효율을 최대화하기 위해 기어의 맞물림 개수를 줄이는 것, 특히 "동력 재순환(power recirculation)" 모드로의 작동 동안 실질적으로 상기 손실이 확대될 수 있는 혼합 유성 기어장치에서 기어의 맞물림 개수를 줄이는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 목적은 감소된 기어의 맞물림 개수를 갖는 것으로 상기 설명된 유형의 "동축" 무단 변속기를 제공하는 것이다.
또한, 종래 기술 상의 "동축" 배열은 상대적으로 높은 기어 속도를 요구하여, 보다 값비싼 베어링을 필요로하고 마모가 증가되는 경향을 나타내게 된다. 이러한 기어 속도를 줄이는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명은 무단 변속 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 제 1 실시예의 개략도이며,
도 2는 도 1의 실시예의 변형예로서, 본 발명에 따른 무단 변속기의 제 2 실시예의 개략도이다.
본 발명에 따라 제공되는 다중 방식(multi-regime) 무단 변속 시스템은 동축인 시스템 입력 및 출력 샤프트, 시스템 입력 샤프트에 동축으로 결합되며 동축 변속 기구 출력 샤프트를 가지는 무단 변속 유니트(변속 기구), 및 상기 변속 기구 출력 샤프트에 구동식으로 결합되는 입력 태양 기어와 시스템 입력 샤프트에 구동식으로 결합되는 유성 캐리어와 상기 유성 캐리어에 장착되고 입력 태양 기어와 구동식으로 결합되는 제 1 유성 기어를 가지는 혼합 유성 기어 장치를 포함하며, 상기 제 1 유성 기어는, 시스템 입력 샤프트와 동축으로 배열되고 변속기의 고전동 방식에서 제 1 클러치를 통해 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 제 1 중간 샤프트를 구동시키며, 상기 제 1 유성기어는 변속기의 저전동 방식에서 제동 부재를 통해 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 출력부를 가지는 제 2 유성 기어 장치를 위해 입력부를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 배열에 있어, 제 2 유성 기어 장치의 출력부가 시스템 출력 샤프트(저전동 작동에 상응하는)에 결합될 때, 맞물리는 기어의 개수는 최소화될 수 있으며 이에 따라 혼합 유성 기어 장치, 특히 동력 재순환 모드시의 혼합 유성 기어 장치에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있다. 더 나아가, 상기 배열의 혼합 유성 기어 장치는 고리 또는 링 기어를 요구하지 않는다. 이는 혼합 유성 기어 세트에 요구되는 물리적 크기를 현저하게 감소시키며, 결과적으로 유성 기어와 유성 캐리어의 상대적 크기의 선택에 대한 훨씬 큰 융통성을 허용한다. 이러한 배열은 혼합 유성 기어 장치가 종래 기술 상의 배열과 비교하여 저속으로 작동하여 마모를 줄이고 손실을 최소화하며 베어링과 같은 다른 부품에 대한 요구 사항을 감소시킬 수 있는 기어의 선택을 허용한다.
또한, 상기 배열은 동력 재순환이 변속기의 고전동 작동에서 발생하도록 한다.
바람직하게는, 제 1 중간 출력 샤프트에는 혼합 유성 기어 장치의 제 1 유성 캐리어에 의해 구동되는 태양 기어가 제공된다. 바람직하게는, 출력 샤프트 상의 태양 기어는 입력 태양 기어와 크기가 동일하다.
바람직하게는, 혼합 유성 기어 장치의 유성 기어의 축은, 제 1 유성 기어와 함께 회전하며 제 1 중간 출력 샤프트를 구동하는 제 2 유성 기어를 지지한다. 편리하게는, 제 2 유성 기어는 제 1 유성 기어와 크기가 동일하다.
혼합 유성 기어 장치의 제 1 유성 기어의 축은, 제 1 유성 기어와 함께 회전하며 제 2 유성 기어 장치를 위해 입력부를 제공하는 제 3 유성 기어를 지지할 수 있다.
바람직하게는, 제 2 유성 기어 장치는 혼합 유성 기어 장치에 의해 구동되는 제 2 입력 태양 기어, 제 2 입력 태양 기어에 의해 구동되는 유성 기어 및 제 2 유성 기어 장치의 출력부를 형성하는 유성 캐리어를 포함한다.
바람직하게는, 상기 시스템은 추가적으로 혼합 유성 기어 장치와 제 2 입력태양 기어를 결합하는 중간 기어부를 더 포함한다.
바람직하게는, 제 2 유성 기어 장치는 제 2 유성 기어 장치의 유성 기어와 결합되는 제 2 태양 기어를 포함한다.
일 실시예에서, 시스템은 제 2 태양 기어를 선택적으로 제동하기 위한 수단을 포함한다. 편리하게는, 상기 시스템은 제 2 태양 기어와 변속 시스템 케이스 사이에 위치되는 클러치를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 태양 기어는 변속 케이스에 관해 고정 상태를 유지하고 제동 부재는 제 2 유성 기어 장치의 출력부를 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합하기 위한 클러치 수단을 포함한다.
예를 들어, 본 발명의 유일하고 특정한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 무단 변속 시스템은, 유니트의 단부 각각에 하나씩 배열되는 2개의 도넛형으로 홈이 파진 디스크(10) 및 한 쌍의 유사한 출력 디스크(12)를 가지는 공지된 도넛형 롤링 트랙션 타입(toroidal race rolling traction type)의 변속기(V)를 포함하며, 상기 출력 디스크(12) 각각은 입력 디스크(10) 중하나씩을 향하며 함께 회전한다. 일련의 롤러(14)가 상기 롤러(14)의 기울어짐(tilting)에 의해 가변하는 비율로 입력 디스크(10)로부터 출력 디스크(12)로 구동을 전달하기 위해 마주보는 입력 및 출력 디스크(10, 12) 사이에 장착된다.
입력 디스크(10)는 시스템 입력 샤프트(16)에 의해 결합되어 구동된다. 변속 기구는 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되는 관형 변속 기구 출력 샤프트(18)를 통해 출력을 제공한다. 변속 기구(V)로부터 이격되어 있는 샤프트(18)의 단부는 제 1 혼합 유성 기어 장치(E1)의 태양 기어(S1)를 구동한다. 기어 장치(E1)의 캐리어(C1)는 입력 샤프트(16)에 결합되어 구동되며 또한 2개의 변속 기구 입력 디스크(10)의 내측에 결합된다. 캐리어(C1)는 태양 기어(S1)와 결합하여 구동되는 입력 유성 기어(P1)를 지지한다. 유성 기어들(P1)은 제 1 및 제 2 출력 유성 기어(PX1, PY1)를 추가적으로 지지하는 연동 샤프트(20)에 의해 캐리어(C1) 상에 각각 장착된다. 출력 유성 기어(PX1)는 유성 기어(P1)와 동일하며, 기어 장치(E1)의 총 출력을 출력 태양 기어(S2)[입력 태양 기어(S1)와 동일한 크기]를 통해 시스템 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되는 중간 출력 샤프트(22)로 전달한다. 중간 출력 샤프트로부터의 구동은 고전동 방식 클러치(H)를 통해 시스템 출력 샤프트(24)로 선택적으로 전달될 수 있다.
출력 유성 기어(PY1)는 유성 기어(P1, PX1)보다 직경이 작으며 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되는 관형 중간 출력 샤프트(28)의 일단부 상에 형성되는 피니언(26)과 맞물린다. 또한, 상기 중간 출력 샤프트의 반대편 단부에는 피니언(26)보다 작은 직경의 피니언(30)이 제공된다. 피니언(30)은 간단한 제 2 후진 유성 기어 세트(second, simple reversing epicyclic gear set)(D2)의 보다 큰 직경을 가진 유성 기어(P2)와 맞물린다. 유성 기어(P2)는, 시스템 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되는 제 2 관형 중간 출력 샤프트(32)에 결합되어 시스템 출력 샤프트(24)에 결합되는 캐리어(C2) 상에 장착된다.
제 2 유성 기어 세트(E2)의 유성 기어(P2)는 캐리어(C2)에 장착되는 각각의 샤프트(34)의 일단부에 각각 위치된다. 각각의 샤프트(34)의 반대편 단부는 시스템 입력 샤프트(16)와 동축으로 배열되는 관형 전달 샤프트(38)의 일단부에 위치되는 태양 기어(36)와 맞물리는 보다 작은 추가 유성 기어(PX2)를 지지한다. 전달 샤프트(38)의 타단부는 저전동 방식 클러치(L)의 형태로 제동 부재의 일측면에 결합되며, 상기 제동 부재의 타측면은 변속기 케이스(40)에 결합된다.
변속기는 3개의 방식, 즉 고전동 방식, 저전동 방식 및 동시 모드 중 하나로 작동할 수 있다.
고전동 방식에서, 변속기는 동시 모드 비율로부터 초증속 구동(deep overdrive) 비율로 작동하며, 고전동 방식 클러치(H)가 결합되고 저전동 방식 클러치(L)는 해제된다. 이것은 변속 기구(V)의 입력 디스크(10)와 출력 디스크(12) 양자로부터 입력을 수용하는 혼합 유성 기어 세트(E1)의 출력이, 제 1 유성 기어 세트(E1)의 출력 유성 기어(PX1), 출력 태양 기어(S2), 중간 출력 샤프트(22) 및 고전동 방식 클러치(H)로부터 시스템 출력 샤프트(24)에 전달될 수 있도록 한다. 제 1 혼합 유성 기어 세트(E1)의 다른 출력 유성 기어(PY1)로부터의 출력 역시 제 2 유성 기어 세트(E2)로 전달되지만, 저전동 방식 클러치(L)가 해제되기 때문에 출력은 캐리어(C2)로 전달되지 않으며 실제로 캐리어(C2)는 단지 상기 캐리어가 결합되는 시스템 출력 샤프트(24)와 함께 회전한다. 태양 기어(S1, S2)가 동일한 직경이라면, 중간 샤프트(22)는 변속 기구 출력 샤프트(18)와 동일한 속도로 회전할 것이다. 그러나, 기어(S1, S2)의 상대적 크기를 변화시키는 것은 저전동 방식 기어 장치 만큼이나 많은 제 2 주전원 기능(epicyclic functioning)을 발생시킬 것이다. 결과적으로, 상기 배열은 간단하게 동력 재순환이 고방식 작동에서 변속 기구(V)를 통해 발생하도록 허용한다. 따라서, 동시 전환점은 변속 기구의 비율 범위에 대해 독립적으로 결정될 수 있다.
저전동 방식에서, 변속기는 완전 후진으로부터 "기어 중립"을 지나 동시 모드 비까지 작동하며, 고전동 방식 클러치(H)는 해제되고 저전동 방식 클러치(L)가 결합된다. 고전동 방식 클러치(H)의 해제는 시스템 출력 샤프트(24)를 혼합 유성 기어 세트(E1)의 출력 유성 기어(PX1)으로부터 시스템 출력 샤프트(24)를 분리한다. 더 나아가, 저전동 방식 클러치(L)의 결합은 제 1 혼합 유성 기어 세트(E1)로부터 제 2 유성 기어 세트(E2)로의 출력 구동이 변속기 케이스(40)로부터 반력을 제공함으로써 제 2 유성 기어 세트(E2)의 캐리어(C2)로 전달되도록 허용한다. 따라서, 구동은 제 2 관형 중간 출력 샤프트(32)에 전달되어 시스템 출력 샤프트(24)로 전달된다.
고전동 방식로부터 저전동 방식로의 이동 또는 그 역으로의 이동은 이른바 "동시 모드"에서 얻어질 수 있으며, 이러한 동시 모드에서, 변속기는 혼합 유성 기어 세트(E1)로부터 시작하는 중간 출력 샤프트(22) 및 제 2 유성 기어 세트(E2)로부터 시작하는 제 2 관형 중간 출력 샤프트(32)가 동일 속도(또는 매우 근접한 속도)로 회전하는 상태에서 작동한다. 방식을 변경하기 위해, 새로운 방식의 클러치가 결합되고, 이에 따라 양 클러치는 짧은 시간동안 동시에 결합되고 그 후, 종전 전동 방식의 클러치가 해제된다.
저전동 방식에서, 혼합 유성 기어 세트(E1)에 활동적으로 결합되는 유일한 기어는 유성 기어(P1, PY1)이며, 따라서 혼합 유성 기어열(E1), 특히 동력 재순환 모드에서 발생하는 손실을 최소화한다. 고전동 방식 작동에서, 종래 기술 상의 변속기보다 더 많은 맞물림은 없다. 그러나, 본 발명은 고리 또는 링 기어를 가지지 않는 혼합 유성 기어 세트(E1)의 사용을 허용한다는 것 역시 유념해야 한다. 이것은 변속기의 중량을 감소시킬 뿐 아니라, 유성 기어(P1, PX1, PY1)의 상대적 크기의 선택에 있어 보다 큰 융통성을 허용한다. 따라서, 이는 부품의 속도가 감소되어 맞물림 개수를 최소로 감소시킨다.
도 2의 실시예는 도 1의 실시예와 매우 유사하며, 유일하게 현저한 차이점은 저전동 방식 제동 부재의 위치이다. 도 1의 실시예의 형상과 일치하는 도 2의 실시예의 형상은 동일한 도면부호로 표시되고 구조상의 차이점만 설명될 것이다.
상기 차이점은 도 2에서 E2'로 표시된 제 2 유성 기어 세트와 관련된다. 유성 기어(P2, PX2)는 태양 기어(36')가 변속기 케이스(40)에 고정적으로 결합된다는 것을 제외하고 제 1 실시예와 동일하다. 제 2 관형 중간 출력 샤프트(32')로부터의 구동은 캐리어(C2)로부터 지속적으로 취해지며 저전동 방식 클러치(L')에 의해 시스템 출력 샤프트(24)에 선택적으로 결합된다.
도 2 변속은 저전동 방식 클러치(L')가 해제될 때, 제 2 유성 기어 장치(E2')가 시스템 출력 샤프트(24)[중간 출력 샤프트(32)가 시스템 출력 샤프트(24)에 항상 결합되는 제 1 실시예와 반대임]로부터 완전히 해제되어, 고전동 방식 작동 동안 제 2 유성 기어 세트로부터 야기되는 어떠한 문제도 시스템 출력 샤프트(24)로 전달되지 않는다는 장점을 갖는다.
본 발명은 상기 실시예들의 상세에 한정되지 않는다. 특히, 개시된 것과 다른 유형의 변속 기구들이 사용될 수 있다. 더 나아가, 기어의 크기는 특정의 환경에 적응하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 설명된 실시예에서, 유성 기어열의 태양 기어(S1)는 출력 태양 기어(S2)와 크기가 동일하다. 그러나, 적절하다면, 동일한 크기(S1)인 대신 출력 태양 기어(S2)보다 크거나 작을 수 있다.

Claims (12)

  1. 동축인 시스템 입력 및 출력 샤프트,
    상기 시스템 입력 샤프트에 동축으로 결합되며 동축의 변속 기구 출력 샤프트를 가지는 무단 변속 유니트(변속 기구), 및
    상기 변속 기구 출력 샤프트에 구동식으로 결합되는 입력 태양 기어, 상기 시스템 입력 샤프트에 구동식으로 결합되는 유성 캐리어 및 상기 유성 캐리어에 장착되고 상기 입력 태양 기어와 구동식으로 결합되는 제 1 유성 기어를 가지는 혼합 유성 기어 장치를 포함하는, 다중 방식 무단 변속 시스템에 있어서,
    상기 제 1 유성 기어가, 상기 시스템 입력 샤프트와 동축으로 배열되고 상기 변속기의 고전동 작동에서 제 1 클러치를 통해 상기 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 제 1 중간 출력 샤프트를 구동하며,
    상기 제 1 유성 기어가, 상기 변속기의 저전동 작동에서 제동 부재를 통해 상기 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합 가능한 출력부를 가지는 제 2 유성 기어 장치용 입력부를 제공하는 것을 특징으로 하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 중간 출력 샤프트에는 상기 혼합 유성 기어 장치의 상기 제 1 유성 기어에 의해 구동되는 태양 기어가 제공되는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 샤프트 상의 상기 태양 기어가 상기 입력 태양 기어와 동일한 크기인,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 유성 기어 장치의 유성 기어의 축이, 상기 제 1 유성 기어와 함께 회전하여 상기 제 1 중간 출력 샤프트를 구동하는 제 2 유성 기어를 지지하는 하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 기어가 상기 제 1 유성 기어와 동일한 크기인,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 혼합 유성 기어 장치의 상기 제 1 유성 기어의 축이, 상기 제 1 유성 기어와 함께 회전하며 상기 제 2 유성 기어 장치용 입력부를 제공하는 제 3 유성기어를 지지하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 기어 장치는 상기 혼합 유성 기어 장치에 의해 구동되는 제 2 입력 태양 기어, 상기 제 2 입력 태양 기어에 의해 구동되는 유성 기어 및 상기 제 2 유성 기어 장치의 출력부를 형성하는 유성 캐리어를 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합 유성 기어 장치와 상기 제 2 입력 태양 기어를 연결하는 중간 기어부를 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 기어 장치가 상기 제 2 유성 기어 장치의 유성 기어와 결합되는 제 2 태양 기어를 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 태양 기어를 선택적으로 제동하는 수단을 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제동 부재가 상기 제 2 태양 기어와 상기 변속 시스템 케이스 사이에 위치되는 클러치를 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 태양 기어가 상기 변속기 케이스에 대해 고정 상태로 유지되며, 상기 제동 부재는 상기 제 2 유성 기어 장치의 출력부를 상기 시스템 출력 샤프트에 선택적으로 결합하는 클러치 수단을 포함하는,
    다중 방식 무단 변속 시스템.
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