KR20130104387A

KR20130104387A - 자동화 수동변속기

Info

Publication number: KR20130104387A
Application number: KR1020120025836A
Authority: KR
Inventors: 어순기; 박종윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-25
Also published as: KR101836508B1

Abstract

본 발명은, 엔진으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 입력축과 연결되는 더블피니언 유성기어장치; 상기 엔진으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 출력축과 연결되는 싱글피니언 유성기어장치; 상기 더블피니언 유성기어장치에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 더블피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 입력축 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소; 상기 싱글피니언 유성기어장치에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 싱글피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 출력축 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소; 및 상기 싱글피니언 유성기어장치에서 전달되는 회전력을 출력축에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소의 회전 제어에 따라 변속 중에 엔진의 동력을 출력축에 전달하는 바이패스장치;를 포함하여 구성되는 자동화 수동변속기가 소개된다.

Description

자동화 수동변속기{AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION}

본 발명은 자동화 수동변속기의 변속과정에서 변속 중 끌어당기는 듯한 변속감 저하현상을 개선할 수 있도록 한 자동화 수동변속기에 관한 것이다.

자동화 수동변속기는 차량의 운전중 액츄에이터에 의해 자동적으로 변속이 이루어져서 자동변속기와 유사한 운전 편의성을 제공하고, 자동변속기보다 우수한 동력 전달 효율로 차량의 연비향상에 기여할 수 있다.

그러나, 동기치합식 변속메커니즘을 기반으로 하는 자동화 수동변속기의 경우, 액츄에이터에 의해 자동적으로 변속이 이루어지는 중간에도 기어의 변속 중에는 엔진의 동력이 단절되는 순간이 필연적으로 존재하게 되며, 이에 따라 발생되는 토크 저하에 의해 마치 차량을 후방으로 끌어당기는 듯한 변속감 저하현상이 수반되는 문제점이 있다.

이같은 문제점을 해결하기 위해, 엔진과 변속메커니즘 사이에 복수의 유성기어장치를 설치하여, 엔진의 동력을 차량의 주행 상태에 따라 변속메커니즘이나 출력축으로 선택하여 전달되도록 하는 기술을 제안한 바 있다.

도 1을 참조하면, 주행 중에는 제1유성기어장치(PG1)에 의해 엔진(1)에서 공급되는 동력을 입력축(INPUT)을 통해 변속메커니즘에 전달하고, 변속 중에는 제2유성기어장치(PG2)에 의해 엔진(1)의 동력이 출력축(OUTPUT)으로 전달되도록 함으로써, 변속 중 토크 저하에 따른 변속감을 개선하도록 한다. 이때, 주행 중 또는 변속 중에는 제1유성기어장치(PG1) 또는 제2유성기어장치(PG2)에 설치된 링기어(R1,R2)를 선택적으로 제한함으로써, 캐리어(C1,C2)의 회전에 의해 선기어(S1,S2)를 선택적으로 회전시키게 된다.

그러나, 상기한 제1,2유성기어장치들은 싱글피니언 유성기어장치로써, 제1유성기어장치의 경우에, 도 2에 도시된 싱글피니언 유성기어장치 속도선도에 나타난 바와 같이 엔진의 회전속도가 2배 이상 과도하게 증속되어 입력축으로 전달되는바, 입력축의 고속회전에 의한 마모 및 발열 등의 문제를 피할 수 없는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수동 변속메커니즘을 통한 변속 중에 엔진에서 공급되는 동력의 경로를 바꿔서 변속 중에 발생되는 토크 현상을 다른 경로로 공급되는 동력으로 채워 토크 저하를 방지하면서도 엔진의 회전속도가 입력축에서 증속되지 않도록 하는 자동화 수동변속기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진으로부터 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 동심축 상에 각각 설치된 더블피니언 유성기어장치 및 싱글피니언 유성기어장치; 상기 더블피니언 유성기어장치로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력축; 상기 입력축과 평행한 상태로 마련되는 출력축; 상기 입력축 및 출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행시 동기장치에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 입력축으로부터 전달되는 회전력을 다수의 변속단으로 출력축에 변속하여 전달하는 기어변속장치; 더블피니언 유성기어장치의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 더블피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 입력축 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소; 싱글피니언 유성기어장치의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 싱글피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 출력축 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소; 및 싱글피니언 유성기어장치에서 전달되는 회전력을 출력축에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소의 제어에 따라 변속 중에 엔진의 동력을 출력축에 전달하는 바이패스장치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

엔진으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 입력축과 연결되어 입력축 측으로 회전력을 전달하는 더블피니언 유성기어장치; 상기 엔진으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 출력축과 연결되어 출력축 측으로 회전력을 전달하는 싱글피니언 유성기어장치; 상기 더블피니언 유성기어장치에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 더블피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 입력축 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소; 상기 싱글피니언 유성기어장치에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 싱글피니언 유성기어장치의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진에서 전달되는 동력이 출력축 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소; 및 상기 싱글피니언 유성기어장치에서 전달되는 회전력을 출력축에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소의 회전 제어에 따라 변속 중에 엔진의 동력을 출력축에 전달하는 바이패스장치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 더블피니언 유성기어장치는, 엔진의 회전축에 제1캐리어가 연결되어 회전하며; 상기 제1캐리어의 중심에 제1선기어가 치합되어 회전하되, 상기 제1선기어는 입력축과 연결되고; 상기 제1캐리어의 외곽에 제1링기어가 치합되어 회전하도록 구성하고, 상기 싱글피니언 유성기어장치는, 엔진의 회전축에 제2선기어가 연결되어 회전하며; 상기 제2선기어의 외곽에 제2캐리어가 치합되어 회전하되, 상기 제2캐리어는 바이패스장치를 통하여 출력축과 연결 가능하고; 상기 제2캐리어의 외곽에 제2링기어가 치합되어 회전하도록 구성하며, 상기 제1마찰요소는 상기 제1링기어의 회전을 제어할 수 있도록 설치되고; 상기 제2마찰요소는 상기 제2링기어의 회전을 제어할 수 있도록 설치될 수 있다.

상기 더블피니언 유성기어장치에 마련된 제1캐리어와, 싱글피니언 유성기어장치에 마련된 제2선기어는 일원화하여 동시에 회전되도록 구성하며; 상기 싱글피니언 유성기어장치에 마련된 제2선기어는 중공체의 형상으로 형성되어, 더블피니언 유성기어장치에 마련된 제1선기어가 제2선기어의 중심을 관통하도록 구성될 수 있다.

상기 더블피니언 유성기어장치에 의해 엔진의 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 제1선기어에 전달되고, 상기 제1선기어에 전달된 역방향 회전력이 다시 정방향으로 전환되어 입력축에 전달되도록 상기 제1선기어의 회전축과 입력축 사이에 입력방향전환기어가 치합되게 마련되며; 상기 싱글피니언 유성기어장치에서 제2마찰요소의 마찰 제어에 따라 엔진의 정방향 회전력이 제2선기어를 통해 제2캐리어에 전달되며, 제2캐리어에 전달된 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 출력축에 전달되도록 상기 제2선기어의 회전축과 출력축 사이에 출력방향전환기어가 치합되게 마련될 수 있다.

상기 입력축과 연결되는 더블피니언 유성기어장치에 원웨이클러치가 마련되어, 입력축의 회전을 제어하고, 입력축이 일방향으로만 회전되게 구성할 수 있다.

상기 바이패스장치는, 상기 싱글피니언 유성기어장치의 제2캐리어와 연결되며, 싱글피니언 유성기어장치로부터 회전력을 전달받아 회전 가능하게 설치되는 바이패스기어; 및 상기 출력축과 연결되며, 상기 싱글피니언 유성기어장치에서 전달되는 회전력이 출력축과 연결되거나 연결이 차단된 상태로 전환될 수 있도록 구비된 단속기구;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 입력축 및 출력축에는 후진구동기어와 후진피동기어가 각각 구비되며; 상기 입력축과 출력축에 평행하게 후진아이들러축이 마련되고; 상기 후진아이들러축에는 후진구동기어에 치합된 후진아이들러기어가 회전가능하게 설치되며; 상기 후진아이들러축에는 후진아이들러축과 함께 회전되고, 상기 후진피동기어에 치합된 상태로 후진전달기어가 구비되고; 상기 후진아이들러축에는 상기 후진아이들러축 상에서 직선변위에 의해 상기 후진아이들러기어를 상기 후진아이들러축에 연결하는 상태와 차단하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 후진동기장치가 구비될 수 있다.

상기 엔진의 회전축에는 엔진의 시동 및 회전 관성력 형성을 위한 링기어가 마련되며, 상기 링기어에는 링기어를 회전시키기 위한 모터가 연결될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 자동화 수동변속기의 변속과정에서 차량의 주행을 위해 공급되는 동력 전달 경로를 이원화하여, 변속중 발생되는 토크의 저감 현상을 다른 경로로 공급되는 경로로 채워 토크 저하 현상을 제거함으로써, 부드럽고 안정된 변속감을 형성하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 엔진으로부터의 동력이 더블피니언 유성기어장치를 통해 입력축에 전달됨으로써, 엔진의 회전력이 입력축에 증속되어 전달되지 않게 되는바, 입력축이 고속으로 회전하는 것을 방지하여, 입력축의 마모 및 발열되는 문제를 해결할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 자동화 수동변속기 구조에서 수동변속 메커니즘과 함께 싱글피니언 유성기어장치가 설치된 상태의 변속기 구조를 나타낸 모식도.
도 2는 도 1에 도시된 싱글피니언 유성기어장치의 속도선도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 자동화 수동변속기 구조에서 수동변속 메커니즘과 함께 더블피니언 유성기어장치가 설치된 상태의 변속기 구조를 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 변속기에서 시동시의 동력 흐름을 설명한 도면.
도 5는 도 3의 변속기가 1단 운전상태일 때의 동력 흐름을 설명한 도면.
도 6은 도 3의 변속기가 1단에서 2단으로 변속 중의 동력 흐름을 설명한 도면.
도 7은 도 3의 변속기가 2단 운전상태일 때의 동력 흐름을 설명한 도면.
도 8은 도 3의 변속기가 후진 운전상태일 때의 동력 흐름을 설명한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 8을 통해 도시된 본 발명의 자동화 수동변속기는, 엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 동심축 상에 각각 설치된 더블피니언 유성기어장치(DPG) 및 싱글피니언 유성기어장치(SPG)와; 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력축(INPUT)과; 상기 입력축(INPUT)과 평행한 상태로 마련되는 출력축(OUTPUT)과; 상기 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행시 동기장치(50)에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 입력축(INPUT)으로부터 전달되는 회전력을 다수의 변속단으로 출력축(OUTPUT)에 변속하여 전달하는 기어변속장치(30)와; 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 입력축(INPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소와; 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 출력축(OUTPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소; 및 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 전달되는 회전력을 출력축(OUTPUT)에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소의 제어에 따라 변속 중에 엔진(10)의 동력을 출력축(OUTPUT)에 전달하는 바이패스장치(70);를 포함하여 구성된다.

즉, 엔진(10)의 동력을 상기 입력축(INPUT)으로 전달할 수 있도록 설치된 더블피니언 유성기어장치(DPG)와, 엔진(10)의 동력을 직접 상기 출력축(OUTPUT)으로 전달할 수 있도록 설치된 싱글피니언 유성기어장치(SPG)를 마련하여, 상기 엔진(10)으로부터의 동력이 출력축(OUTPUT)에 이르는 동력전달 경로가 이원화될 수 있도록 구성한 것이다.

본 발명은, 상기와 같이 2개의 경로 모두를 통해 엔진(10)으로부터의 동력이 출력축(OUTPUT)으로 전달될 수 있게 된다.

구체적으로, 주행시에는 엔진(10)의 동력이 더블피니언 유성기어장치(DPG)를 통해 입력축(INPUT)으로 전달되며, 입력축(INPUT)에 전달된 회전력이 기어변속장치(30)의 변속단 기어짝으로 전달되어 변속이 이루어지고, 변속된 회전력이 출력축(OUTPUT)에 전달되면서 구동륜 측에 회전력을 전달할 수 있게 된다.

여기서, 기어변속장치(30)는 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 각 변속단을 형성하는 기어짝이 서로 쌍을 이루도록 배치함으로써, 상기한 기어짝을 동기치합식 동기장치(50)를 통해 동기화 및 치합되도록 조작하여 변속이 이루어지게 된다.

아울러, 변속시에는 엔진(10)의 동력이 싱글피니언 유성기어장치(SPG)를 통해 출력축(OUTPUT)으로 전달되며, 출력축(OUTPUT)에 전달된 엔진(10)의 동력이 구동륜 측에 전달된다.

이때, 싱글피니언 유성기어장치(SPG)를 통해 출력축(OUTPUT)으로 동력이 전달되는 것은, 변속 중 상기 동기장치(50)의 작용에 의해 동력이 차단되는 순간에 엔진(10)의 동력이 상기 출력축(OUTPUT)으로 전달될 수 있도록 하는 것으로, 변속중 토크 저하 현상을 방지할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)는, 엔진(10)의 회전축에 제1캐리어(C1)가 연결되어 회전하며, 상기 제1캐리어(C1)의 중심에 제1선기어(S1)가 치합되어 회전하되, 상기 제1선기어(S1)는 입력축(INPUT)과 연결되고, 상기 제1캐리어(C1)의 외곽에 제1링기어(R1)가 치합되어 회전하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)는, 엔진(10)의 회전축에 제2선기어(S2)가 연결되어 회전하며; 상기 제2선기어(S2)의 외곽에 제2캐리어(C2)가 치합되어 회전하되, 상기 제2캐리어(C2)는 바이패스장치(70)를 통하여 출력축(OUTPUT)과 연결 가능하고; 상기 제2캐리어(C2)의 외곽에 제2링기어(R2)가 치합되어 회전하도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 마련된 제1캐리어(C1)와, 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 마련된 제2선기어(S2)는 일원화하여 동시에 회전되도록 구성하며, 상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 마련된 제2선기어(S2)는 중공체의 형상으로 형성되어, 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 마련된 제1선기어(S1)가 제2선기어(S2)의 중심을 관통하도록 구성될 수 있다.

즉, 제1캐리어(C1)와 제2선기어(S2)가 동심축 상에서 일체로 연결되어 엔진(10)에 동력에 의해 회전되며, 상기 제2선기어(S2)에는 제1선기어(S1)가 관통되어 상기 제1선기어(S1)가 입력축(INPUT)과 연결된다.

따라서, 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)와 싱글피니언 유성기어장치(SPG)는 서로 인접하게 설치되면서, 컴팩트한 구성이 가능하여, 궁극적으로 변속기의 크기와 중량을 저감하고 컴팩트하게 구성되어, 차량에의 탑재성이 향상되며, 차량의 연비 향상에 기여할 수 있게 된다.

상기 제1마찰요소(B1)는 상기 제1링기어(R1)의 회전을 제어할 수 있도록 설치되고, 상기 제2마찰요소(B2)는 상기 제2링기어(R2)의 회전을 제어할 수 있도록 설치된다. 여기서, 상기 제2마찰요소는 출력축(OUTPUT)의 회전속도를 추종하여 회전속도를 적절히 제어하도록 함으로써, 변속의 신속성과 정숙성을 확보하고, 변속충격을 줄일 수 있도록 한다.

그리고, 상기 제1마찰요소(B1) 및 제2마찰요소(B2)는 습식 다판클러치 등과 같이 마찰력을 이용하여 회전체의 회전 속도를 저감 내지는 제한할 수 있도록 하는 구성이 사용될 수 있다.

이와 함께, 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 의해 엔진(10)의 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 제1선기어(S1)에 전달되고, 상기 제1선기어(S1)에 전달된 역방향 회전력이 다시 정방향으로 전환되어 입력축(INPUT)에 전달되도록 상기 제1선기어(S1)의 회전축과 입력축(INPUT) 사이에 입력방향전환기어(140)가 치합되게 마련될 수 있다.

즉, 상기 입력축(INPUT)의 회전방향이 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 구조에 의해서 엔진(10)의 회전방향과 반대가 되므로, 회전방향을 변환하기 위해 한 쌍으로 이루어진 입력방향전환기어(140)를 사용하여 입력축(INPUT)과 연결하였으며, 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)를 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 엔진(10)을 향한 전방측에 위치되도록 구성하였다.

구체적으로, 제1마찰요소(B1)에 의해 제1링기어(R1)의 회전을 제한하면, 제1캐리어(C1)를 통해 입력되는 엔진(10)의 정방향 회전동력이 제1선기어(S1)에서 역방향으로 전환되면서, 입력축(INPUT)으로 전달된다. 이때, 도 5 및 도 7에 도시된 속도선도에 나타난 바와 같이 상기 제1선기어(S1)에 전달되는 엔진(10)의 회전동력은 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 구조에 의해서 회전방향이 전환되는 것은 물론, 제1선기어(S1)의 회전속도를 감속시켜 입력축(INPUT)에 전달하게 된다. 따라서, 입력축(INPUT)의 회전속도가 증속되지 않게 됨으로써, 입력축(INPUT)의 고속 회전에 따른 마모 및 발열의 문제를 해결할 수 있게 된다.

상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 제2마찰요소의 마찰 제어에 따라 엔진(10)의 정방향 회전력이 제2선기어(S2)를 통해 제2캐리어(C2)에 전달되며, 제2캐리어(C2)에 전달된 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 출력축(OUTPUT)에 전달되도록 상기 제2선기어(S2)의 회전축과 출력축(OUTPUT) 사이에 출력방향전환기어(142)가 치합되게 마련될 수 있다.

구체적으로, 제2마찰요소(B2)에 의해 제2링기어(R2)의 회전을 제한하면, 상기 제2선기어(S2)가 상기 제1캐리어(C1)와 함께 회전하도록 연결되어 있어, 엔진(10)의 정방향 회전동력에 의해 제2선기어(S2)가 정방향으로 회전하게 되고, 상기 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2) 사이에 마련된 제2캐리어(C2)가 정방향으로 회전하면서, 이 회전력을 출력축(OUTPUT) 측으로 전달하게 된다. 이때, 상기 제2선기어(S2)에 전달되는 엔진(10)의 회전동력은 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 구조에 의해서 엔진(10)의 회전방향과 동일한 방향으로 전달되는바, 출력방향전환기어(142)를 통해 출력축(OUTPUT)에 전달되는 회전방향을 역방향으로 전환시킨다.

이같은 구성에 따라, 기어의 변속 중에 엔진(10)으로부터의 동력이 출력축(OUTPUT)으로 직접 전달되도록 함으로써, 변속 중에 엔진(10)의 토크가 저감되는 현상을 해결할 수 있게 된다.

본 발명에서, 상기 입력축(INPUT)과 연결되는 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 원웨이클러치(90)가 마련되어, 입력축(INPUT)의 회전을 제어하고, 입력축(INPUT)이 일방향으로만 회전되게 구성할 수 있다. 구체적으로, 차량의 발진시 제1마찰요소가 해제된 상태에 있으므로, 상기 원웨이클러치(90)는 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 회전작동으로 인해 입력축(INPUT)이 역회전하는 것을 방지하게 된다.

본 발명에서, 상기 바이패스장치(70)는, 상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 제2캐리어(C2)와 연결되며, 싱글피니언 유성기어장치(SPG)로부터 회전력을 전달받아 회전 가능하게 설치되는 바이패스기어(71)와, 상기 출력축(OUTPUT)과 연결되며, 상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 전달되는 회전력이 출력축(OUTPUT)과 연결되거나 연결이 차단된 상태로 전환될 수 있도록 구비된 단속기구(72)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 단속기구(72)로는 종래의 도그클러치나 동기치합장치 또는 마찰클러치 등이 사용될 수 있을 것이다.

여기서, 상기 바이패스장치(70)는 기어의 변속중은 물론, 어느 하나의 특정 변속단으로 주행 중에도 연결된 상태에 있게 되는데, 이는 주행중에 출력축(OUTPUT)의 회전속도를 추종하여 제2캐리어(C2)가 회전되도록 함으로써, 변속시 안정적이고 부드러운 변속감을 제공하기 위함이다.

한편, 후진단을 구현하기 위해, 상기 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)에는 후진구동기어(170)와 후진피동기어(210)가 각각 구비되며, 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 평행하게 후진아이들러축(150)이 마련되고, 상기 후진아이들러축(150)에는 후진구동기어(170)에 치합된 후진아이들러기어(190)가 회전가능하게 설치되며, 상기 후진아이들러축(150)에는 후진아이들러축(150)과 함께 회전되고, 상기 후진피동기어(210)에 치합된 상태로 후진전달기어(230)가 구비되고, 상기 후진아이들러축(150)에는 상기 후진아이들러축(150) 상에서 직선변위에 의해 상기 후진아이들러기어(190)를 상기 후진아이들러축(150)에 연결하는 상태와 차단하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 후진동기장치(250)가 구비될 수 있다.

따라서, 상기 후진동기장치(250)가 상기 후진아이들러기어(190)를 상기 후진아이들러축(150)에 연결하는 상태가 되면, 상기 입력축(INPUT)의 후진구동기어(170)의 회전력이 상기 후진아이들러기어(190) 및 상기 후진전달기어(230)에 의해 회전 방향이 역전되어 상기 후진피동기어(210)에 전달됨으로써, 후진 변속단이 구현되게 된다.

물론, 이외에 상기 입력축(INPUT)이나 출력축(OUTPUT)에 후진단을 구현하기 위한 동기장치를 구비하여 후진 변속단을 절환할 수 있도록 구성하는 것도 가능할 것이다.

참고로, 본 실시예의 변속단기어는 1단부터 5단까지 구비되어 있고, 동기장치(50)는 출력축(OUTPUT)의 1단변속단기어와 2단변속단기어 사이, 입력축(INPUT)의 3단변속단기어와 4단변속단기어 사이 및 입력축(INPUT)의 5단변속단기어 옆에 각각 구비되어 있다.

본 발명에서, 상기 엔진(10)의 회전축에는 엔진(10)의 시동 및 회전 관성력 형성을 위한 링기어(110)가 마련되며, 상기 링기어(110)에는 링기어(110)를 회전시키기 위한 모터(130)가 연결될 수 있다.

상기 모터(130)는 엔진(10)의 시동시 구동되는 종래의 스타트모터와 유사한 기능을 수행하도록 작동되며, 상기 링기어(110)는 엔진(10)의 플라이휠의 기능을 아울러 수행하며, 상기 플라이휠에는 댐핑스프링이 설치될 수 있다. 특히, 상기 엔진(10)의 회전축에는 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)와 싱글피니언 유성기어장치(SPG)가 연결되어 있어서, 실질적으로 엔진(10)의 플라이휠 기능에 필요한 회전 관성력은 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)와 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 의해서도 제공되므로, 상기 링기어(110)의 크기를 상대적으로 작게 구성하여도, 플라이휠로서의 기능을 충분히 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 4 내지 도 8을 통해 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.

도 4는 시동시의 동력 흐름을 도시한 것으로서, 제1마찰요소(B1)와 제2마찰요소(B2) 모두 제1링기어(R1)와 제2링기어(R2)를 해제하고 있는 상태이며, 운전자가 브레이크를 밟아 상기 출력축(OUTPUT)의 회전이 억제되어 제2캐리어(C2)의 회전이 억제되어 있는 상태이고, 원웨이클러치(90)에 의해 제1선기어(S1)도 회전이 억제되는 상황에서, 상기 모터(130)를 구동하여 상기 링기어(110)를 회전시킴으로써 엔진(10)을 시동시킨다.

상기 엔진(10)을 회전시키는 회전력은 상기 제1캐리어(C1)와 제2선기어(S2)도 회전시키는데, 운전자의 브레이크 조작과 원웨이클러치(90)의 제동 작동에 의해 상기 제1캐리어(C1)와 제2선기어(S2)로 전달된 회전력은 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)으로 전달되지 못하게 되어, 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)은 회전하지 않게 된다.

상기와 같이 엔진(10)의 시동이 이루어진 상태에서, 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)은 정지된 상태에 있게 되는바, 동기장치(50)를 작동시켜서 1단변속단기어를 상기 출력축(OUTPUT)에 연결시켜서 1단변속을 수행한다.

도 5는 1단 운전상태일 때의 동력 흐름을 나타낸 도면으로, 상기와 같이 1단변속을 수행한 후에, 운전자가 엔진(10)의 회전수를 높이게 되면, 원웨이클러치(90)가 일방향으로 회전이 가능한 상태로 하면서, 제1마찰요소를 작동하여 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 제1링기어(R1)의 회전을 구속하면, 상기 엔진(10)으로부터의 동력이 상기 제1선기어(S1)와 입력방향전환기어(140)를 통해 상기 입력축(INPUT)으로 전달되고, 이 동력은 상기 1단변속단기어를 통해 1단 변속비로 변환된 후 상기 출력축(OUTPUT)으로 인출되어 1단 발진이 이루어지게 된다.

이때, 상기 입력축(INPUT)에 전달되는 엔진(10)의 동력이 더블피니언 유성기어장치(DPG)를 통해 입력됨으로써, 도 9의 더블피니언 유성기어장치(DPG) 속도선도에 도시된 바와 같이 제1캐리어(C1)를 통해 입력되는 엔진(10)의 회전력이 크게 증속되지 않으면서 제1선기어(S1)를 통해 출력되는바, 결국 입력축(INPUT)의 회전속도가 증속되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 입력축(INPUT)의 고속 회전에 따른 종래의 마찰 및 발열 문제를 해결할 수 있게 된다.

그리고, 상기 출력축(OUTPUT)과 제2캐리어(C2)의 축은 바이패스장치(70)를 통해 서로 차단된 상태로 있을 수 있으나, 바람직하게는 출력축(OUTPUT)과 제2캐리어(C2)를 연결된 상태로 있도록 하여 출력축(OUTPUT)의 회전력이 제2캐리어(C2)에 전달되도록 한다. 따라서, 상기 제2캐리어(C2)는 주행 중에 출력축(OUTPUT)의 회전속도를 추종하여 회전이 이루어지게 되는바, 변속시에 제2캐리어(C2)의 회전속도가 변속이 이루어지는 속도와 근접된 속도로 회전하고 있으므로, 변속감을 안정적이고 부드럽게 향상시킬 수 있게 된다.

도 6은 상기와 같은 1단 상태에서 2단으로 변속 중의 동력 흐름을 나타낸 도면으로, 상기 제1마찰요소(B1)를 해제하면서 상기 제2마찰요소(B2)의 회전을 제어함에 따라, 동력은 더블피니언 유성기어장치(DPG)가 아니라 싱글피니언 유성기어장치(SPG)와 바이패스장치(70)를 통해 상기 출력축(OUTPUT)으로 직접 전달되는 상황이 되며, 이때 상기 동기장치(50)를 이동시켜 1단변속단기어를 해제하고 2단변속단기어를 상기 출력축(OUTPUT)과 연결시키게 된다.

물론, 상기와 같이 동기장치(50)가 1단변속단기어를 해제하고 2단변속단기어를 체결하는 사이에 어느 기어도 연결되지 않는 중립상태가 발생하지만, 상기와 같이 싱글피니언 유성기어장치(SPG)와 바이패스장치(70)를 통해 출력축(OUTPUT)으로 동력 전달이 이루어지고 있는 상황이므로, 변속중 토크저감의 현상은 발생하지 않게 된다.

이때, 상기 출력축(OUTPUT)의 회전속도를 추종하여 상기 제2마찰요소가 제2링기어(R2)의 회전을 적절하게 제어함으로써, 변속시에 제2캐리어(C2)의 회전속도가 변속이 이루어지는 속도와 근접된 속도로 회전하게 되는바, 안정적이고 부드럽게 변속이 이루어져 변속감을 향상시키게 된다.

도 7은 2단 운전상태일 때의 동력 흐름을 설명한 것으로, 상기와 같이 변속조작이 완료되면, 상기 제2마찰요소(B2)를 해제하면서 다시 상기 제1마찰요소(B1)를 체결하여, 엔진(10)의 동력이 상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)를 통과하는 경로를 통해 상기 2단변속단기어를 거쳐서 상기 출력축(OUTPUT)으로 전달되도록 하여 2단 변속을 완료한다.

이외의 다른 변속단의 변속과정도 상기한 바와 같은 변속과정과 동일한 방식으로 이루어지는 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 도 8은 후진단의 구현 상태를 나타낸 것으로, 이에 대해 설명하면, 차량이 정지된 상태에서, 상기 바이패스장치(70)는 상기 단속기구(72)가 상기 바이패스기어(71)를 출력축(OUTPUT)으로부터 차단시키도록 하면서, 상기 후진동기장치(250)로 상기 후진아이들러기어(190)를 후진아이들러축(150)에 연결시킨다.

상기와 같은 상태에서, 상기 제1마찰요소(B1)로 상기 제1링기어(R1)를 구속하면, 상기 입력축(INPUT)이 회전되면서 동력이 상기 후진구동기어(170), 후진아이들러기어(190), 후진전달기어(230) 및 후진피동기어(210)를 차례로 거치면서 상기 출력축(OUTPUT)으로 후진의 출력이 인출되게 된다.

여기서, 상기 바이패스기어(71)가 상기 출력축(OUTPUT)으로부터 차단되어 있는 이유는, 상기 엔진(10)으로부터 전달된 동력에 의해 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 제2선기어(S2)가 회전하는 방향과 상기 출력축(OUTPUT)의 회전방향이 서로 반대여서 과도한 상대 회전이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 엔진 30 : 기어변속장치
50 : 동기장치 70 : 바이패스장치
71 : 바이패스기어 72 : 단속기구
90 : 원웨이클러치 110 : 링기어
130 : 모터 140 : 입력방향전환기어
142 : 출력방향전환기어 150 : 후진아이들러축
170 : 후진구동기어 190 : 후진아이들러기어
210 : 후진피동기어 230 : 후진전달기어
250 : 후진동기장치
DPG : 더블피니언 유성기어장치
SPG : 싱글피니언 유성기어장치
INPUT : 입력축 OUTPUT : 출력축
B1 : 제1마찰요소 B2 : 제2마찰요소

Claims

엔진(10)으로부터 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 동심축 상에 각각 설치된 더블피니언 유성기어장치(DPG) 및 싱글피니언 유성기어장치(SPG);
상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력축(INPUT);
상기 입력축(INPUT)과 평행한 상태로 마련되는 출력축(OUTPUT);
상기 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행시 동기장치(50)에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 입력축(INPUT)으로부터 전달되는 회전력을 다수의 변속단으로 출력축(OUTPUT)에 변속하여 전달하는 기어변속장치(30);
더블피니언 유성기어장치(DPG)의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 입력축(INPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소(B1);
싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 출력축(OUTPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소(B2); 및
싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 전달되는 회전력을 출력축(OUTPUT)에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소(B2)의 제어에 따라 변속 중에 엔진(10)의 동력을 출력축(OUTPUT)에 전달하는 바이패스장치(70);를 포함하는 자동화 수동변속기.
엔진(10)으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 입력축(INPUT)과 연결되어 입력축(INPUT) 측으로 회전력을 전달하는 더블피니언 유성기어장치(DPG);
상기 엔진(10)으로부터 회전 구동력을 전달받아 회전요소들이 회전하며, 상기 회전요소들 중 하나가 출력축(OUTPUT)과 연결되어 출력축(OUTPUT) 측으로 회전력을 전달하는 싱글피니언 유성기어장치(SPG);
상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 더블피니언 유성기어장치(DPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 입력축(INPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제1마찰요소(B1);
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 설치된 회전요소 중 하나를 회전 제어하도록 마련되며, 회전 제어시 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 나머지 회전요소가 회전하면서 엔진(10)에서 전달되는 동력이 출력축(OUTPUT) 측으로 전달되도록 설치하는 제2마찰요소(B2); 및
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 전달되는 회전력을 출력축(OUTPUT)에 단속되도록 마련하며, 제2마찰요소(B2)의 회전 제어에 따라 변속 중에 엔진(10)의 동력을 출력축(OUTPUT)에 전달하는 바이패스장치(70);를 포함하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)는,
엔진(10)의 회전축에 제1캐리어(C1)가 연결되어 회전하며;
상기 제1캐리어(C1)의 중심에 제1선기어(S1)가 치합되어 회전하되, 상기 제1선기어(S1)는 입력축(INPUT)과 연결되고;
상기 제1캐리어(C1)의 외곽에 제1링기어(R1)가 치합되어 회전하도록 구성하고,
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)는,
엔진(10)의 회전축에 제2선기어(S2)가 연결되어 회전하며;
상기 제2선기어(S2)의 외곽에 제2캐리어(C2)가 치합되어 회전하되, 상기 제2캐리어(C2)는 바이패스장치(70)를 통하여 출력축(OUTPUT)과 연결 가능하고;
상기 제2캐리어(C2)의 외곽에 제2링기어(R2)가 치합되어 회전하도록 구성하며,
상기 제1마찰요소(B1)는 상기 제1링기어(R1)의 회전을 제어할 수 있도록 설치되고;
상기 제2마찰요소(B2)는 상기 제2링기어(R2)의 회전을 제어할 수 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 마련된 제1캐리어(C1)와, 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 마련된 제2선기어(S2)는 일원화하여 동시에 회전되도록 구성하며;
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에 마련된 제2선기어(S2)는 중공체의 형상으로 형성되어, 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 마련된 제1선기어(S1)가 제2선기어(S2)의 중심을 관통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 3에 있어서,
상기 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 의해 엔진(10)의 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 제1선기어(S1)에 전달되고, 상기 제1선기어(S1)에 전달된 역방향 회전력이 다시 정방향으로 전환되어 입력축(INPUT)에 전달되도록 상기 제1선기어(S1)의 회전축과 입력축(INPUT) 사이에 입력방향전환기어(140)가 치합되게 마련되며;
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 제2마찰요소의 마찰 제어에 따라 엔진(10)의 정방향 회전력이 제2선기어(S2)를 통해 제2캐리어(C2)에 전달되며, 제2캐리어(C2)에 전달된 정방향 회전력이 역방향으로 전환되어 출력축(OUTPUT)에 전달되도록 상기 제2선기어(S2)의 회전축과 출력축(OUTPUT) 사이에 출력방향전환기어(142)가 치합되게 마련된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 입력축(INPUT)과 연결되는 더블피니언 유성기어장치(DPG)에 원웨이클러치(90)가 마련되어, 입력축(INPUT)의 회전을 제어하고, 입력축(INPUT)이 일방향으로만 회전되게 구성한 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 바이패스장치(70)는,
상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)의 제2캐리어(C2)와 연결되며, 싱글피니언 유성기어장치(SPG)로부터 회전력을 전달받아 회전 가능하게 설치되는 바이패스기어(71); 및
상기 출력축(OUTPUT)과 연결되며, 상기 싱글피니언 유성기어장치(SPG)에서 전달되는 회전력이 출력축(OUTPUT)과 연결되거나 연결이 차단된 상태로 전환될 수 있도록 구비된 단속기구(72);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 입력축(INPUT) 및 출력축(OUTPUT)에는 후진구동기어(170)와 후진피동기어(210)가 각각 구비되며;
상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT)에 평행하게 후진아이들러축(150)이 마련되고;
상기 후진아이들러축(150)에는 후진구동기어(170)에 치합된 후진아이들러기어(190)가 회전가능하게 설치되며;
상기 후진아이들러축(150)에는 후진아이들러축(150)과 함께 회전되고, 상기 후진피동기어(210)에 치합된 상태로 후진전달기어(230)가 구비되고;
상기 후진아이들러축(150)에는 상기 후진아이들러축(150) 상에서 직선변위에 의해 상기 후진아이들러기어(190)를 상기 후진아이들러축(150)에 연결하는 상태와 차단하는 상태를 전환할 수 있도록 구비된 후진동기장치(250)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진(10)의 회전축에는 엔진(10)의 시동 및 회전 관성력 형성을 위한 링기어(110)가 마련되며, 상기 링기어(110)에는 링기어(110)를 회전시키기 위한 모터(130)가 연결된 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기.