KR20120047454A - 무단 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기어의 상시물림 상태 하에서 무단으로 변속 작용이 자유롭게 이루어 질 수 있도록 하되, 저속에서 고속으로 변속 또는 고속에서 저속으로 변속 중에 충격이 발생하지 않도록 하고, 변속 중의 토오크 저하를 방지할 수 있는 무단 변속기에 관한 것이다.
본 발명은 입력축과 출력축이 결합된 케이싱; 상기 입력축 및 출력축에 결합되는 캐리어; 상기 입력축에 결합된 제1선기어와 결합되는 제1유성기어, 상기 제1유성기어와 결합된 캐리어, 상기 캐리어와 출력축을 연결하는 일방향 클러치로 구성되며 상기 제1 및 제1-1유성기어에 의해 감속되도록 하여 출력축의 회전속도가 저하되는 저속출력부; 상기 캐리어에 결합되어 회전되는 제2유성기어, 상기 제2유성기어의 회전에 의해 제2선기어가 가속되도록 하여 출력축의 회전속도가 증가되는 고속출력부를 포함한다.

Description

무단 변속기{Continuously Variable Transmission}
본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기어의 상시물림 상태 하에서 무단으로 변속 작용이 자유롭게 이루어 질 수 있도록 하되, 저속에서 고속으로 변속 또는 고속에서 저속으로 변속 중에 충격이 발생하지 않도록 하고, 변속 중의 토오크 저하를 방지할 수 있는 무단 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 마찰을 이용한 무단 변속기는 속도 조절이 용이하고 상대적으로 간단한 구조를 가져서 차량에 적용하였을 때에 주행 성능 및 승차감 등이 우수한 장점이 있다.
이와 같은 마찰을 이용한 무단변속기는, 풀리를 가변시키는 벨트 방식(various pulley-belt type)과 로터(마찰차)를 이용한 마찰전동방식(traction drive type)이 있다.
현재 상용화된 가변풀리-벨트 방식의 무단 변속기는, 풀리의 한쪽면을 분리시켜 이동 가능하도록 구성하여 풀리를 가변시킴으로써 벨트의 회전반경이 변화되고, 이에 따라서 속도가 연속적으로 변화되는 방식이다.
이와 같은 가변 풀리-벨트방식은 구조가 간단하고 풀리의 위치 조정이 용이하다.
따라서 기존의 수동 변속기나 자동 변속기와 달리 변속 충격이 없고, 운전방법은 자동 변속기와 동일하며 연비는 수동변속기와 동일 내지는 약간 우수한 특징이 있다.
그러나 이러한 가변풀리-벨트 방식의 변속장치는, 변속범위가 좁고 벨트를 특수 제작해야 하는 단점이 있고, 동력전달의 범위가 크게 제한된다는 한계가 있으며 급정차(Panic Stop) 후에 재발진을 위해 낮은 변속비로 변속하는데 추가 장치가 필요하다.
특히 종래 변속기는 저속에서 고속으로 변속하거나 고속에서 저속으로 변속하는 과정에서 변속 충격이 발생되고, 변속 중 토오크의 저하가 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 기어의 상시물림 상태 하에서 무단으로 변속 작용이 자유롭게 이루어 질 수 있도록 하되, 저속에서 고속으로 변속 또는 고속에서 저속으로 변속 중에 충격이 발생하지 않도록 하고, 변속 중의 토오크 저하를 방지할 수 있는 무단 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 일측에 입력축이 관통하여 결합되고, 타측에 출력축이 관통하여 결합된 케이싱; 상기 케이싱 내에 배치되며 상기 입력축 및 출력축에 결합되어 회전가능하도록 한 제1 내지 제3회전판으로 구성된 캐리어; 상기 입력축에 결합된 제1선기어와 결합되는 제1유성기어와, 상기 제1유성기어와 동일한 축에 결합된 제1-1유성기어와, 상기 제1-1유성기어와 결합되며 케이싱에 고정된 제1링기어와, 상기 제1유성기어와 결합된 캐리어와, 상기 캐리어와 출력축을 연결하는 일방향 클러치로 구성되며 상기 제1 및 제1-1유성기어에 의해 감속되도록 하여 출력축의 회전속도가 저하되는 저속출력부; 상기 캐리어에 결합되어 회전되는 제2유성기어, 상기 제2유성기어에 결합되며 케이싱 내에서 자유회전되도록 결합된 제2링기어, 상기 제2링기어를 정지시키는 제어장치, 상기 제2유성기어와 결합되며 출력축에 장착된 제2선기어로 구성되며 상기 제2유성기어의 회전에 의해 제2선기어가 가속되도록 하여 출력축의 회전속도가 증가되는 고속출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기에 의해 달성될 수 있다.
상기 케이싱은 내부에 공간이 형성된 원통형상이며, 일측에 입력축이 관통하여 결합되는 제1통공이 형성되고, 타측에 출력축이 관통하여 결합되는 제2통공이 형성되며, 내부에 제1링기어가 고정되고 제어장치와 제2링기어가 삽입되는 설치공간이 형성된 것을 특징으로 한다..
상기 캐리어는 일체로 구성되어 케이싱에 지지되어 있으며, 제1유성기어와 제1-1유성기어 및 제1유성기어와 제1-1유성기어를 지지하는 축이 구성되도록 제1쳄버을 형성하고, 제2유성기어 및 제2유성기어를 지지하는 축이 구성되도록 제2쳄버가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제1-1유성기어는 스퍼기어 및 헬리컬 기어이며, 제1유성기어가 제1-1유성기어의 직경보다 크게 형성된 것이고, 제1유성기어는 제1선기어와 치차 결합되고, 제1-1유성기어는 제1링기어와 치차 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 제1링기어는 케이싱의 내주면에 고정 설치되며, 내측에 상기 제1-1유성기어와 치차 결합되도록 내치차가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1선기어는 입력축에 결합되고, 제2선기어는 출력축에 결합된 것이며, 상기 제1선기어는 제1유성기어와 치차 결합되고, 제2선기어는 제2유성기어와 치차 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 일방향 클러치는 저속 출력시 캐리어에 의해서 작동되며, 캐리어와 출력축이 일체로 거동되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 제2링기어는 케이싱의 설치공간에 삽입되어 공전 및 자전이 가능하도록 결합되며, 상기 제어장치는 상기 설치공간에 삽입되며 상기 제2링기어를 단속하도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제어장치는 마찰에 의한 디스크 브레이크 또는 원심력에 의해 마찰접촉되는 원심브레이크인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기어의 상시물림 상태 하에서 무단으로 변속 작용이 자유롭게 이루어 질 수 있고, 변속 중에 충격이 발생하지 않으며, 변속 중의 토오크 저하가 방지될 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 단면도로써 도 1은 저속출력을 나타낸 도면이고, 도 2는 고속출력을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 적용되는 '캐리어'를 나타낸 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 단면도로써 도 1은 저속출력을 나타낸 도면이고, 도 2는 고속출력을 나타낸 도면, 도 3은 본 발명에 적용되는 '캐리어'를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 무단 변속기(A)는, 일측에 입력축(200)이 관통하여 결합되고, 타측에 출력축(300)이 관통하여 결합된 케이싱(100); 상기 케이싱(100) 내에 배치되며 상기 입력축(200) 및 출력축(300)에 결합되어 회전가능하도록 하며 제1챔버(45)와 제2챔버(47)가 형성된 캐리어(4); 상기 입력축(200)에 결합된 제1선기어(S1)와 결합되는 제1유성기어(R1), 상기 제1유성기어(R1)와 동일한 축에 결합된 제1-1유성기어(R1-1), 상기 제1-1유성기어(R1-1)와 결합되며 케이싱(100)에 고정된 제1링기어(L1), 상기 제1유성기어(R1)와 제1-1유성기어(R1-1)가 제1챔버(45)내에 결합된 캐리어(4), 상기 캐리어(4)와 출력축(300)을 연결하는 일방향 클러치(C)로 구성되며 상기 제1 및 제1-1유성기어(R1,R1-1)에 의해 감속되도록 하여 출력축(300)의 회전속도가 저하되는 저속출력부; 상기 캐리어(4)의 제2챔버(47) 내에 결합되어 회전되는 제2유성기어(R2), 상기 제2유성기어(R2)에 결합되며 케이싱(100) 내에서 자유회전되도록 결합된 제2링기어(L2), 상기 제2링기어(L2)를 정지시키는 제어장치(3), 상기 제2유성기어(R2)와 결합되며 출력축(300)에 장착된 제2선기어(S2)로 구성되며 상기 제2유성기어(R2)의 회전에 의해 제2선기어(S2)가 가속되도록 하여 출력축(300)의 회전속도가 증가되는 고속출력부;로 구성된다.
케이싱(100)은 내부에 공간이 형성된 원통형상이다.
또한 케이싱(100)의 일측에 마련된 원판에 입력축(200)이 관통하여 결합되는 제1통공이 형성되고, 타측의 원판에 출력축(300)이 관통하여 결합되는 제2통공이 형성된다.
그리고 케이싱(100)의 내부에 제어장치(3)와 제2링기어(L2)가 삽입되는 더 큰 직경으로 돌출되어 설치공간이 형성된다.
캐리어(4)는 제1 내지 제3회전판(41,42,43)이 일정 간격을 두고 이격 배치되며, 제1회전판(41)과 제2회전판(42) 사이에 제1챔버(45)가 형성되고, 제2회전판(42)과 제3회전판(43) 사이에 제2챔버(47)가 형성된다.
즉 캐리어(4)는 일체로 형성되어 있으며, 입력축(200)에는 제1 및 제1-1유성기어(R1,R1-1)축을 지지하도록 구성되며, 제1선기어(S1)와 제1링기어(L1)가 구성될 수 있도록 제1챔버(45)를 형성하고, 출력축(300)에는 제2유성기어(R2)축을 지지하도록 구성되며, 제2선기어(S2)와 제2링기어(L2)가 구성될 수 있도록 제2챔버(47)를 형성한다.
제1 및 제1-1유성기어(R1,R1-1)는 스퍼기어 및 헬리컬 기어이며, 제1유성기어(R1)의 직경이 제1-1유성기어(R1-1)의 직경보다 크게 형성된다.
그리고 제1유성기어(R1)는 제1선기어(S1)와 치차 결합되고, 제1-1유성기어(R1-1)는 제1링기어(L1)와 치차 결합된다.
제1선기어(S1)는 스퍼기어 및 헬리컬 기어이며 후술될 제2선기어(S2)도 스퍼기어 및 헬리컬 기어이고, 또 제1선기어(S1)는 제2선기어(S2)보다 직경이 작게 형성된다.
또한 제1선기어(S1)는 입력축에 결합되고, 제2선기어(S2)는 출력축(300)에 결합된 것이며, 상기 제1선기어(S1)는 제1유성기어(R1)와 치차 결합되고, 제2선기어(S2)는 제2유성기어(R2) 및 제2링기어(L2)와 치차 결합된다.
제1링기어(L1)는 케이싱(100)의 내주면에 고정 설치되는 링형상이며, 내측에 상기 제1-1유성기어(R1-1)와 치차 결합되도록 내치차가 형성된다.
제2링기어(L2)는 상기 제1링기어(L1)와 유사한 크기를 갖는 링형상이며, 케이싱(100)의 설치공간에 삽입되어 공전 및 자전이 가능하도록 결합되고, 외주에 제어장치가 접촉되는 디스크(L2-2)가 형성된다.
그리고 제2링기어(L2)는 제어장치(3)가 디스크(L2-2)에 접촉되거나 분리됨에 의해 잠김 또는 해제상태가 구현된다.
제어장치(3)는 상기 케이싱(100)의 설치공간에 장착되며, 상기 제2링기어(L2)를 단속하도록 설치된다.
제어장치(3)의 구체적인 예로는 마찰에 의한 브레이크 또는 원심력에 의해 마찰접촉되는 원심브레이크가 적용된다.
따라서 제어장치(3)가 작동되면 제2링기어(L2)가 잠김상태가 되어 공전 및 자전이 정지된다.
일방향 클러치(C)는 케이싱(100)의 제2통공의 출력축(300)과 캐리어(4) 사이에 결합되는 것으로, 저속 출력시 작동되어 캐리어(4)와 출력축(300)이 일체로 거동되도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 저속 출력에 대해 살펴보면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 입력축(200)의 회전에 의해 제1선기어(S1)가 회전되면, 제1유성기어(R1)와 제1-1유성기어(R1-1)가 회전된다.
이때 입력 동력이 제1선기어(S1)에서 제1유성기어(R1)로 전달되는 동안 1차 감속이 이루어진다.
이후 제1-1유성기어(R1-1)가 제1링기어(L1)를 따라 회전되는 동안 2차 감속이 이루어진다.
아울러 제1유성기어(R1)와 제1-1유성기어(R1-1)와 동반하여 캐리어(4)가 회전하게 되고, 일방향 클러치(C)가 작동하여 캐리어(4)와 출력축(300)이 록킹되어 동반 회전하게 되므로 상기 2차 감속된 출력으로 출력될 수 있다.
한편 고속 출력에 대해 살펴보면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 입력축(200)의 회전에 의해 제1선기어(S1)가 회전되면, 제1유성기어(R1)와 제1-1유성기어(R1-1)가 회전된다.
이때 제1링기어(L1)는 케이싱(100)에 고정되어 있으므로 캐리어(4)를 통해 제2유성기어(R2)로 동력이 전달된다.
제2유성기어(R2)가 공전하면서 제2링기어(L2)와 함께 공전된다.
이때 제어장치(3)에 의해 제2링기어(L2)가 정지되므로, 제2유성기어(R2)가 증속되면서 제2선기어(S2)를 회전시키게 된다.
즉 제2유성기어(R2)의 회전력이 제2링기어(L2)로 분산되지않고 제2선기어(S2)에 집중됨으로써 출력축(300)의 회전속도가 빨라지게 된다.
이렇게 출력축(300)의 회전속도가 점차 증가되고, 제2링기어(L2)가 완전히 정지된 상태일때 가장 최고의 속도가 출력될 수 있다.
이때 일방향 클러치(C)는 작동하지 않는 상태이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
4 : 캐리어 100 : 케이싱
200 ; 입력축 300 : 출력축
41~43 : 제1 ~ 제3회전판 R1 : 제1유성기어
R2 : 제2유성기어 R1-1 : 제1-1유성기어
L1 : 제1링기어 L2 : 제2링기어
S1 ; 제1선기어 S2 : 제2선기어
48 : 제1챔버 49 : 제2챔버

Claims (9)

  1. 일측에 입력축이 관통하여 결합되고, 타측에 출력축이 관통하여 결합된 케이싱;
    상기 케이싱 내에 배치되며 상기 입력축 및 출력축에 결합되어 회전가능하도록 한 제1 및 제2챔버가 형성되어 제1 및 제1-1유성기어와 제2유성기어가 결합되는 캐리어;
    상기 입력축에 결합된 제1선기어와 결합되는 제1유성기어와, 상기 제1유성기어와 동일한 축에 결합된 제1-1유성기어와, 상기 제1-1유성기어와 결합되며 케이싱에 고정된 제1링기어와, 상기 제1유성기어와 결합된 캐리어와, 상기 캐리어와 출력축을 연결하는 일방향 클러치로 구성되며 상기 제1 및 제1-1유성기어에 의해 감속되도록 하여 출력축의 회전속도가 저하되는 저속출력부;
    상기 캐리어에 결합되어 회전되는 제2유성기어, 상기 제2유성기어에 결합되며 케이싱 내에서 자유회전되도록 결합된 제2링기어, 상기 제2링기어를 정지시키는 제어장치, 상기 제2유성기어와 결합되며 출력축에 장착된 제2선기어로 구성되며 상기 제2유성기어의 회전에 의해 제2선기어가 가속되도록 하여 출력축의 회전속도가 증가되는 고속출력부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이싱은 내부에 공간이 형성된 원통형상이며, 일측에 입력축이 관통하여 결합되는 제1통공이 형성되고, 타측에 출력축이 관통하여 결합되는 제2통공이 형성되며, 내부에 제어장치와 제2링기어가 삽입되는 설치공간이 형성된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐리어는 일체로 형성되어 있으며, 입력축에는 제1 및 제1-1유성기어축을 지지하도록 구성되며, 제1선기어와 제1링기어가 구성될 수 있도록 제1챔버가 형성되고, 출력축에는 제2유성기어축을 지지하도록 구성되며, 제2선기어와 제2링기어가 구성될 수 있도록 제2챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제1-1유성기어는 스퍼기어 또는 헬리컬 기어이며, 제1유성기어가 제1-1유성기어의 직경보다 크게 형성된 것이고, 제1유성기어는 제1선기어와 치차 결합되고, 제1-1유성기어는 제1링기어와 치차 결합된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1링기어는 케이싱의 내주면에 고정 설치되며, 내측에 상기 제1-1유성기어와 치차 결합되도록 내치차가 형성된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1선기어는 입력축에 결합되고, 제2선기어는 출력축에 결합된 것이며, 상기 제1선기어는 제1유성기어와 치차 결합되고, 제2선기어는 제2유성기어와 치차 결합된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 일방향 클러치는 저속 출력시 작동되어 캐리어와 출력축이 일체로 거동되도록 한 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2링기어는 케이싱의 설치공간에 삽입되어 공전 및 자전이 가능하도록 결합되며, 상기 제어장치는 상기 설치공간에 삽입되며 상기 제2링기어를 단속하도록 설치된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는 마찰에 의한 디스크 브레이크 또는 원심력에 의해 마찰접촉되는 원심브레이크인 것을 특징으로 하는 무단 변속기.

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