KR20050098730A - 유성기어 방식 변속기 및 이를 이용한 다중변속기 - Google Patents

유성기어 방식 변속기 및 이를 이용한 다중변속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유성기어 어셈블리를 이용한 유성기어 방식 변속기 및 이를 이용한 다중변속기에 대한 것이다. 구체적으로 유성기어 어셈블리(30)를 이용한 2단 변속기 및 2개 이상의 유성기어 방식 변속기를 직렬로 연결함으로서 높은 변속단을 얻는 다중변속기에 대한 것이다. 본 발명의 유성기어 방식 변속기의 주요 부분은 "입력축(10) 상에 시설되는 유성기어 어셈블리(30)와 보조물(35), 출력축(20) 상에 시설되는 슬라이더(40)" 등으로 구성된다. 슬라이더(40)의 전진과 함께 접속수단(60, 70)에 의해 슬라이더와 유성캐리어(33)가 연결될 경우에 감속(1단)이 이루어진다. 그리고 슬라이더(40)의 후진과 함께 접속수단(61, 70)에 의해 슬라이더와 입력축(10)상에 있는 보조물(35)이 연결될 경우에 1:1 변속(2단)이 된다. 상기 단일변속기를 다수로 구성함으로서 높은 변속단을 얻을 수 있다. 예를 들어, 4개의 단일변속기를 직렬로 연결할 경우에 변속단은 2 X 2 X 2 X 2 로서 총 16단이 된다.
본 발명의 유성기어 방식 변속기는 간단한 구조로서 내구성이 높고, 높은 변속비가 가능하며, 또한 큰 동력을 전달할 수 있다. 따라서 본 발명은 높은 변속단과 큰 동력전달이 요구되는 자동차, 선박, 발전기, 산업용 기계 등의 변속기로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

유성기어 방식 변속기 및 이를 이용한 다중변속기 { Planetary Gear Type Power Transmission And Multiple Power Transmission With The Same}
본 발명은 유성기어 어셈블리를 이용한 유성기어 방식 변속기 및 상기 변속기가 다수로 구성되는 다중변속기에 대한 것이다. 구체적으로 유성기어 어셈블리의 접속부분에 따라서 2단이 이루어지는 유성기어 방식 변속기 및 2개 이상의 유성기어 방식 변속기를 직렬로 연결함으로서 높은 변속단을 얻을 수 있는 다중변속기에 대한 것이다.
일반적인 기어식 변속기는 주축 및 부축 상에 다수의 기어들이 시설되고, 주축 및 부축 상에 있는 기어들의 맞물림에 의해서 변속이 이루어진다. 이러한 기어식 변속기의 문제는 변속단을 크게 할 경우에 그 구조가 매우 복잡하다는 것이다. 예를 들어, 4단의 변속기를 만들기 위해서는 최소한 "주축 및 부축, 주축 및 부축에 각각 4개의 기어" 등이 필요하다. 그리고 8단의 변속기를 만들기 위해서는 주축 및 부축과 함께 최소한 16개의 기어가 필요하다. 결과적으로 높은 변속을 위해서는 다수의 기어들이 요구되며, 소형화에 불리한 측면이 있다. 기어식 변속기의 또 다른 방식으로 유성기어어셈블리를 이용하기도 한다. 유성기어어셈블리는 일반적으로 "선기어, 유성기어 및 캐리어, 링기어" 등의 3개 요소로 구성된다. 이러한 유성기어어셈블리를 이용한 변속방식은 상기 3개의 요소 중에서 "1개 요소를 고정하고, 1개 요소에 동력을 입력하고, 1개 요소로 동력을 출력하는 방식"이 주를 이루고 있다. 그러나 이러한 방식은 변속의 제어방식이 복잡하며, 변속비가 매우 제한적이다. 종래의 유성기어어셈블리는 그 구조상 다수의 유성기어 어셈블리를 직렬로 연결함으로서 변속단을 증폭할 수 없다.
마지막으로 10단 이상의 변속기에 사용되는 복합변속기는 "입력축과 출력축, 보조축, 각 축 상에 시설되는 다수의 기어열" 등으로 구성된다. 이러한 복합변속기 역시 그 구조가 복합하며, 제작 및 소형화에 어려움이 있다.
본 발명은 상기 기어식 변속기의 단점을 극복하는 새로운 방식의 변속기를 제공하고자 한다. 구체적으로 보다 간단한 구조이면서 내구성이 높고, 또한 높은 변속비가 가능한 기어식 변속기를 제공하고자 한다. 이를 위해서 본 발명은 하나의 유성기어 어셈블리를 이용한 유성기어 방식 변속기를 제시하고, 상기 변속기를 다수로 구성함으로서 변속단을 증폭하는 다중변속기를 만들고자 한다. 먼저 유성기어 방식 변속기의 주요 부분은 "입력축 및 입력축의 대항 측에 시설되는 출력축, 입력축 상에 시설되는 유성기어 어셈블리와 보조물, 출력축 상에 시설되는 슬라이더" 등으로 구성된다. 이를 위해서 입력축 상에 유성기어 어셈블리를 시설하고, 링기어를 고정요소로 한다. 슬라이더가 전진하여 슬라이더의 일부가 유성캐리어와 연결되는 경우에 유성캐리어의 공전력이 슬라이더를 통해서 출력축에 전달된다. 그리고 슬라이더가 후진하여 슬라이더의 일부가 보조물과 연결되는 경우에 입력축의 회전력이 곧바로 출력축으로 전달된다. 입력축 상에 유성기어어셈블리를 시설하고, 출력축 상에 슬라이더를 시설한 경우의 변속비는 다음과 같다. 슬라이더가 전진하여 유성캐리어에 연결되는 경우에 감속(1단)이 이루어지며, 슬라이더가 후진하여 입력축의 보조물과 연결되는 경우에 1:1 변속(2단)이 된다. 이와 반대로 입력축과 출력축의 방향을 바꿀 경우에 변속은 반대로 이루어진다. 즉, 입력축 상에 있는 슬라이더가 출력축의 유성캐리어에 연결되는 경우에 유성캐리어의 회전력이 태양기어로 전달되기 때문에 증속(2단)이 된다. 그리고 슬라이더가 출력축 상에 있는 보조물과 연결되는 경우에 1:1변속(1단)이 된다. 상기 단일변속기를 다수로 구성하여, 다수의 단일변속기를 직렬로 연결할 경우에 높은 변속단을 얻을 수 있다. 예를 들어, 4개의 단일변속기 세트가 직렬로 연결되는 경우에 변속단은 2 X 2 X 2 X 2 로서 총 16단이 된다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 유성기어 방식 변속기의 단면도로서 유성기어어셈블리 및 슬라이더가 한 개로 구성되는 변속기의 기본적 형태를 보여준다. 본 도면에서 는 전진(Forward)을 나타내며, 는 후진(Backward)을 나타내며, ↔는 슬라이더(40)의 운동방향을 나타낸다. 본 도면에서 입력축(10) 및 출력축(20)을 중심으로 상단부와 하단부가 같기 때문에 하단부가 생략되었다. 본 발명의 주요 부분은 "입력축(10), 입력축 상에 고정되는 유성기어 어셈블리(30) 및 보조물(35), 입력축의 대항 측에 시설되는 출력축(20), 출력축 상에서 좌우이동이 가능한 슬라이더(40), 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60), 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61), 슬라이더의 일부에 시설되는 접속수단(70)" 등으로 구성된다. 동력을 전달받는 입력축(10) 상에는 통상적인 유성기어 어셈블리(30)가 시설된다. 유성기어 어셈블리(30)의 주요 부분은 "선기어(31), 유성기어(32), 피니언축(33a) 및 고정부(33b)를 포함하는 유성캐리어(33), 링기어(34)" 등으로 구성된다. 여기서 링기어(34)는 고정요소로서 고정수단(80)에 의해서 고정된다. 입력축(10) 상에 유성기어 어셈블리(30)와 일정한 거리에 보조물(35)이 고정된다. 보조물(35)은 도 1a와 같이 입력축(10)상에 고정되거나 혹은 도 1b와 같이 선기어(31)의 연장부분에 고정된다. 입력축(90)의 대항 측에는 출력축(20)이 시설되며, 입력축과 출력축의 접촉부분에는 마찰력을 완화하기 위한 베어링(90)이 시설된다. 출력축(20) 상에는 전진 및 후진이 가능한 슬라이더(40)가 시설된다. 슬라이더(40)의 전후진 및 동력연결이 가능하도록 슬라이더와 출력축(20)의 접촉부분에는 슬라이딩수단(50)이 시설된다. 통상적인 슬라이딩수단(50)으로 스플라인이 사용될 수 있는데, 다른 방식도 가능하다. 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 접속수단(60)이 시설되고, 보조물(35)의 일부에 접속수단(61)이 시설되고, 그리고 슬라이더(40)의 일부에 접속수단(70)이 시설된다. 도 1a는 슬라이더(40)에 접속수단(70)이 1개인 경우이고, 도 1b는 슬라이더에 접속수단(70A, 70B)이 2개인 경우이다. 도 1a에서 슬라이더(40)가 전진할 경우에 슬라이더의 접속수단(70)과 유성캐리어(33)의 접속수단(60)이 연결되고, 슬라이더가 후진할 경우에 슬라이더의 접속수단(70)이 보조물(35)의 접속수단(61)과 연결된다. 도 1b에서 슬라이더(40)가 전진할 경우에 슬라이더의 접속수단(70A)과 유성캐리어(33)의 접속수단(60)이 연결되고, 슬라이더(40)가 후진할 경우에 슬라이더의 접속수단(70B)이 보조물(35)의 접속수단(61)과 연결된다. 여기서 유성캐리어(33)의 접속수단(60) 및 보조물(35)의 접속수단(61)과 슬라이더(40)의 접속수단(70)은 "기어치차, 싱크로메시기구, 클러치" 등의 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 각 접속수단(60, 61, 70)에 "기어치차기구"가 구성되는 경우에 "기어치차의 맞물림에 의한 접속방식"으로 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 연결된다. 각 접속수단(60, 61, 70)에 "싱크로메시기구"가 구성되는 경우에 "싱크로메시기구를 이용한 접속방식"으로 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 연결된다. 그리고 각 접속수단(60, 61, 70)에 "클러치기구"가 구성되는 경우에 "클러치를 이용한 접속방식"으로 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 연결된다. 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)의 구체적 접속방식에 따라서 접속수단(60, 61, 70)은 다양하게 구성된다. 이러한 "기어치차 기구를 이용한 접속방식, 싱크로메시 기구를 이용한 접속방식, 클러치 기구를 이용한 접속방식" 등은 현재 상용화되고 있는 공지의 기술로서 설명을 생략한다.
동력전달과정은 다음과 같다. 먼저 슬라이더(40)가 전진하여 슬라이더와 유성캐리어가 연결되는 경우를 살펴보자. 입력축(10)의 회전과 함께 유성기어 어셈블리(30)의 선기어(31) 및 유성기어(32)가 회전하고, 동시에 유성캐리어(33)가 회전한다. 유성캐리어(33)의 회전과 함께 유성캐리어의 접속수단(60)과 슬라이더(40)의 접속수단(70)으로 연결되는 슬라이더가 회전하고, 슬라이더(40)의 회전과 함께 출력축(20)이 회전한다. 여기서 선기어(31)의 회전력이 유성캐리어(33)의 회전력으로 연결되기 때문에 변속비는 감속(1단)이 된다. 슬라이더(40)가 후진하여 슬라이더와 보조물이 연결되는 경우는 다음과 같다. 입력축(10)의 회전과 함께 입력축(10) 상에 고정되는 보조물(35)이 회전하고, 보조물의 회전과 함께 보조물의 접속수단(61)과 슬라이더(40)의 접속수단(70)으로 연결되는 슬라이더가 회전한다. 슬라이더(40)의 회전과 함께 출력축(20)이 회전한다. 여기서 입력축(10) 상에 있는 보조물(35)의 회전력이 그대로 출력축(20)으로 전달되기 때문에 변속비는 1:1(2단)이 된다. 이와 반대로 입력축(10)과 출력축(20)의 방향이 바뀔 경우에 변속은 반대가 된다. 즉, 슬라이더(40)와 유성캐리어(33)가 연결되는 경우에 슬라이더의 회전력이 유성캐리어(33)를 통해서 선기어(31)로 전달되기 때문에 증속(2단)이 된다. 그리고 슬라이더(40)의 회전력이 보조물(35)로 연결되는 경우에 변속비는 1:1(1단)이 된다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 변속제어수단의 실시 예이다. 도 2b에서 A는 액츄에이터(Actuator)를 나타내며, TCU는 변속제어장치(Transmission Control Unit)을 나타내며, S1 내지 S2 는 변속에 필요한 각종 센서(Sensor)를 의미한다. 본 발명의 변속방법은 도 1a 내지 도 1b에서 설명한 바와 같이 슬라이드(40)의 전진 및 후진에 의해서 이루어진다. 슬라이더(40)가 전진하여 슬라이더와 유성캐리어(33)가 연결되는 경우에 감속(1단)이 이루어진고, 슬라이더가 후진하여 슬라이더와 보조물(35)이 연결되는 경우에 1:1변속(2단)이 된다. 그리고 슬라이더(40)가 유성캐리어(33)와 보조물(35) 사이에 위치하는 경우에 중립이 된다. 따라서 변속제어수단(100)은 슬라이더(40)와 연결되며, 슬라이더의 전후진 운동을 제어함으로서 변속을 제어한다. 현재 특정한 기계요소(예: 본 실시 예에서 "슬라이더")의 전후진을 위한 다양한 방법들이 상용화되고 있는데, 변속제어수단(100)으로 다양한 방식의 수동변속 내지 자동변속이 가능하다. 도 2b는 전자적으로 변속이 이루어지는 변속제어수단(100)의 실시예이다. 슬라이더(40)를 전후진시킬 수 있는 액츄에이터(101)가 슬라이더에 연결되고, 액츄에이터의 작동은 변속제어장치(102)에 의해서 제어된다. 그리고 변속제어장치(102)는 각 센서(103)로부터 변속에 필요한 정보를 얻는다. 변속방식은 변속제어장치(102)가 센서(103)로부터 얻은 변속에 필요한 정보를 토대로 액츄에이터(101)에 명령을 내린다. 그리고 액츄에이터(102)의 작동으로 슬라이더(40)를 전진 내지 후진시킴으로서 변속을 수행한다.
도 3은 본 발명의 다중변속기의 실시 예로서 다수의 유성기어 방식 변속기가 직렬로 연결되는 다중변속기이다. 도면부호에서 Ⅰ는 제1변속기를 나타내며, Ⅱ는 제2변속기를 나타낸다. 본 도면에서 제1변속기(Ⅰ)의 출력축(20)은 직렬로 연결되는 제2변속기(Ⅱ)의 입력축(10')이 된다. 이러한 방식으로 다수의 유성기어 방식 변속기를 연결함으로서 변속단을 증폭할 수 있다. 예를 들어, 단일변속기 3개가 직렬로 연결되는 경우의 변속단은 2 X 2 X 2 로서 총 8단이 된다.
도 4는 본 발명의 변속기에 부가되는 장치의 예로서 토크컨버터(110)와 전후진제어수단(120)을 보여준다. 본 발명의 변속기를 토크컨버터(110)에 연결할 경우에 기어식 변속기가 갖는 문제를 극복할 수 있다. 즉, 토크컨버터(110)의 유체에 의한 변속력은 기어식 변속기의 변속시 충격을 완화할 수 있다. 이러한 토크컨버터(110)는 공지의 기술이기에 설명을 생략한다. 또한 본 발명의 변속기의 앞 혹은 뒤쪽에 전후진제어장치(120)가 연결될 수 있다. 전후진제어장치(120)는 동력을 방향을 "전진, 후진, 중립" 등으로 제어할 수 있는 장치이다. 이러한 전후진제어장치(120)는 현재 다양한 방식이 상용화되고 있는데, 대표적으로 "유성기어 어셈블리를 이용한 방식, 보조축 및 보조기어를 이용한 방식" 등이 있다. 본 발명의 변속기에서 바람직하게는 유성기어 어셈블리를 이용한 전후진제어장치(120)를 부가적으로 시설함으로서 일직선상에서 "전진, 후진, 중립" 등을 제어할 수 있다. 이러한 다양한 방식의 전후진제어장치(120)는 공지의 기술이기에 설명을 생략한다.
본 발명의 유성기어 방식 변속기 및 이를 이용한 다중변속기는 간단한 구조로서 내구성이 높으며, 큰 동력을 전달할 수 있다. 그리고 일직선 상에 변속기가 구성되기 때문에 소형화와 함께 공간을 효과적으로 사용할 수 있다. 특히 본 발명의 변속기는 단일변속기를 다수로 구성함으로서 높은 변속단을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 높은 변속단과 큰 동력전달이 요구되는 자동차, 선박, 발전기, 산업용 기계 등의 변속기로서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 유성기어 방식 변속기의 단면도
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 변속제어수단의 실시 예
도 3은 본 발명의 다중변속기의 실시 예
도 4는 본 발명의 변속기에 부가되는 장치의 예
(도면부호의 설명)
Ⅰ: 제1변속기 Ⅱ : 제2변속기
10, 10'. 입력축 20. 20'. 출력축 30. 유성기어어셈블리
31. 선기어 32. 유성기어 33. 유성캐리어
33a, 피이언축 33b. 고정부 34. 링기어
35. 보조물 40. 슬라이더 50. 슬라이딩수단
60. 61. 70. 70A. 70B. 접속수단 80. 고정수단
90. 베어링 100. 변속제어수단 101. 액츄에이터
102. 변속제어장치 103. 센서 110. 토크컨버터
120. 전후진제어수단

Claims (13)

  1. 주요 부분이
    동력이 입력되는 입력축(10);
    입력축(10) 상에 시설되는, 주요 부분이 "선기어(31), 유성기어(32), 피니언축(33a) 및 고정부(33b)를 포함하는 유성캐리어(33), 고정수단(80)에 의해서 고정되는 링기어(34)" 등으로 구성되는 유성기어 어셈블리(30);
    입력축(10) 상에 고정되는 보조물(35);
    상기 입력축(10)과 대항 측에 시설되는, 회전가능한 출력축(20);
    출력축(20) 상에서 전진 및 후진이 가능한 슬라이더(40);
    상기 슬라이더(40)의 전진 및 후진을 가능하게 하는, 출력축(20)과 슬라이더(40) 사이에 시설되는 슬라이딩수단(50);
    상기 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60);
    상기 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61);
    상기 슬라이더(40)의 일부에 시설되는 접속수단(70);
    상기 슬라이더(40)의 전진 및 후진을 제어하는 변속제어수단(100); 등으로 구성되어,
    상기 변속제어수단(100)을 이용하여 슬라이더(40)를 전진시킬 경우에 접속수단(60, 70)의 접속에 의해서 슬라이더와 유성캐리어(33)가 연결되고, 슬라이더를 후진시킬 경우에 접속수단(61, 70)의 접속에 의해서 슬라이더와 보조물(35)이 연결됨으로서 변속이 이루어지는, 유성기어 방식 변속기.
  2. 청구항 1에서
    입력축(10)과 출력축(20)의 접촉부분에 베어링(90)이 시설되는 유성기어 방식 변속기.
  3. 청구항 1에서
    슬라이더(40)의 전진 및 후진을 가능하게 하는 슬라이딩수단(50)으로 스플라인이 사용되는 유성기어 방식 변속기.
  4. 청구항 1에서
    슬라이더(40) 일부에 시설되는 접속수단이 2개(70A, 70B)로 구성되어,
    1개의 접속수단(70A)이 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60)과 연결되고,
    다른 1개의 접속수단(70B)이 보조물(35)에 시설되는 접속수단(61)과 연결되는, 유성기어 방식 변속기.
  5. 청구항 1에서
    상기 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60);
    상기 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61);
    상기 슬라이더(40)의 일부에 시설되는 접속수단(70); 등의 각 접속수단(60, 61, 70)이 기어치차 기구로 구성되어, 상기 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 기어치차를 이용한 방식으로 접속되는, 유성기어 방식 변속기.
  6. 청구항 1에서
    상기 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60);
    상기 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61);
    상기 슬라이더(40)의 일부에 시설되는 접속수단(70); 등의 각 접속수단(60, 61, 70)이 싱크로메시 기구로 구성되어, 상기 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 싱크로메시 기구를 이용한 방식으로 접속되는, 유성기어 방식 변속기.
  7. 청구항 1에서
    상기 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60);
    상기 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61);
    상기 슬라이더(40)의 일부에 시설되는 접속수단(70); 등의 각 접속수단(60, 61, 70)이 클러치 기구로 구성되어, 상기 슬라이더(40)와 유성캐리어(33) 및 보조물(35)이 클러치 기구를 이용한 방식으로 접속되는, 유성기어 방식 변속기.
  8. 청구항 1에서 슬라이더(40)의 전후진을 제어하는 변속제어수단(100)이
    슬라이더(40)를 좌우이동시키는 액츄에이터(101);
    액츄에이터(102)의 특정한 운동을 명령하는 변속제어장치(102);
    변속에 필요한 정보를 감지하는 센서(103); 등으로 구성되는, 유성기어 방식 변속기.
  9. 청구항 1의 유성기어 어셈블리를 이용한 단일변속기에 부가적으로 토크를 증대할 수 있는 토크컨버터(110)가 시설되는, 유성기어 방식 변속기
  10. 청구항 1의 유성기어 어셈블리를 이용한 단일변속기에 부가적으로 전진 및 후진을 제어할 수 있는 전후진제어수단(120)이 시설되는, 유성기어 방식 변속기
  11. 청구항 1의 유성기어 방식 변속기가 2개 이상으로 구성되어, 각 변속기를 직렬로 연결함으로서 변속단을 증폭할 수 있는 다중변속기
  12. 청구항 11의 다중변속기에 부가적으로 토크를 증대할 수 있는 토크컨버터(110)가 시설되는 다중변속기
  13. 청구항 11의 다중변속기에 부가적으로 전진 및 후진을 제어할 수 있는 전후진제어수단(120)이 시설되는 다중변속기
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100793875B1 (ko) * 2006-05-30 2008-01-15 현대자동차주식회사 수동 변속기 및 수동 변속기의 시프트 러그 구조
KR100797544B1 (ko) * 2007-11-07 2008-01-24 주식회사 에디누 변속기어 어셈블리

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