KR20150127699A

KR20150127699A - 배리에이터 바이패스 클러치

Info

Publication number: KR20150127699A
Application number: KR1020157028484A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 라스코우스키; 제레미 에이. 터너; 브래드 필립 폴
Original assignee: 알리손 트랜스미션, 인크.
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-11-17
Also published as: AU2014227603A1; CN105339202B; AU2014227603B2; US20160076646A1; US20140262672A1; CN105339202A; CA2904437C; US10145471B2; EP2969631A4; WO2014144412A1; CA2904437A1; EP2969631A1; US9194439B2; EP2969631B1

Abstract

변속기의 배리에이터를 바이패스하기 위한 도그 클러치가 개시된다. 도그 클러치는 배리에이터의 내부 링과 맞물린 하우징을 포함한다. 도그 클러치는 또한 하우징과 맞물린 피스톤을 포함하고, 피스톤이 배리에이터의 출력 링으로부터 맞물림해제되는 제1 위치로부터 피스톤이 출력 링과 맞물리는 제2 위치로 이동가능하다. 배리에이터 입력 링 및 출력 링은 도그 클러치가 배리에이터가 연속 가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위해 제2 위치에 있을 때 서로 고정된다. 배리에이터는 도그 클러치가 제1 위치에 있을 때 연속 가변 토크 출력을 생성하도록 작동될 수 있다.

Description

배리에이터 바이패스 클러치{VARIATOR BYPASS CLUTCH}

본 발명은 그 전체가 본 명세서에서 참조로 인용되고 2013년 3월 15일자에 출원되며 발명의 명칭이 "배리에이터 바이패스 클러치"인 미국 가특허 출원 제61/794,523호를 우선권 주장한다.

본 발명은 일반적으로 도그 클러치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 무한 가변 변속기 내에서 사용되는 도그 클러치에 관한 것이다.

도그 클러치는 구동 구성요소로부터 피동 구성요소로 회전력을 전달하기 위하여 2개의 구성요소를 결합 또는 고정하기 위하여 사용되는 타입의 클러치이다. 예를 들어, 도그 클러치는 대개 구동 샤프트를 피동 샤프트에 결합 또는 고정하고, 구동 샤프트를 기어에 결합 또는 고정하며, 및/또는 클러치로부터 대응 기어로 회전력을 전달하기 위하여 하나 이상의 기어와 하나 이상의 토크-전달 클러치를 맞물리게 하기 위하여 사용된다.

도그 클러치는 모터 차량의 변속기를 포함한 많은 다양한 응용에서 사용된다. 일반적으로, 모터 차량의 변속기는 다수의 선택적으로 맞물림가능한 클러치를 포함한다. 클러치의 선택적 맞물림 및/또는 맞물림해제는 변속기 출력 샤프트와 변속기 입력 샤프트 사이의 속도 또는 기어비를 형성한다. 특히, 현재의 기어비로부터 새로운 기어비로의 변경은 일반적으로 원하는 새로운 기어비와 연계된 클러치(즉, "온-커밍 클러치(on-coming clutch)")와의 맞물림 및 새로운 기어비와 연계된 클러치(즉, "오프-고잉 클러치(off-going clutch)")와의 맞물림해제를 필요로 한다.

일부 모터 차량 변속기는 일련의 소정비 이외에 변속비의 연속 변화를 제공하기 위하여 사용된 가변-비 유닛("배리에이터")을 포함한다. 이러한 변속기에서 연속 가변 변속기(continuously variable transmission; CVT)로 알려진 바와 같이 배리에이터는 하나 이상의 클러치와 기어링을 통하여 변속기 출력 샤프트와 변속기 입력 샤프트 사이에 결합된다. 무한 가변 변속기(infinitely variable transmission; IVT)로 지칭되는 연속 가변 변속기의 일 타입에서, 0의 출력 속도가 기어드 중립 모드에서 구동 유닛에 의해 변속기에 제공된 회전 입력 속도와 독립적으로 수득될 수 있다. 대부분의 무한 가변 변속기에서, 배리에이터는 변속기의 각각의 작동 모드에서 연속 가변 토크 출력을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 도그 클러치가 제공되며 상기 도그 클러치는 기저를 포함하는 하우징 - 하우징은 변속기 내에 포함된 가변-비 유닛의 입력 링과 맞물림 - ; 및 하우징과 맞물리는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 피스톤이 가변-비 유닛이 출력 링으로부터 맞물림해제되는 제1 위치와 피스톤이 가변-비 유닛이 연속 가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위하여 입력 링을 출력 링에 고정하도록 가변-비 유닛의 출력 링과 맞물리는 제2 위치 사이에서 이동가능하다.

일부 실시 형태에서, 피스톤과 하우징은 제1 캐비티를 형성할 수 있다. 유압 유체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피스톤을 이동시키기 위하여 제1 캐비티에 제공될 수 있다. 기저와 피스톤은 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 피스톤에 대해 편향력을 인가하는 스프링을 수용하는 제2 캐비티를 형성할 수 있다. 제1 힘은 제1 위치를 향하여 피스톤을 가압하는 도그 클러치의 회전 중에 제1 캐비티에 대해 제2 캐비티에 의해 가해질 수 있다. 제2 힘은 제1 힘을 상쇄시키는 도그 클러치의 회전 중에 제2 캐비티에 대해 제1 캐비티에 의해 가해지며 이에 따라 피스톤이 단지 스프링의 편향력에 대해 제1 위치로부터 제2 위치로 이동한다.

일부 실시 형태에서, 피스톤은 복수의 외부 스플라인을 포함할 수 있고, 출력 링은 제2 위치에서 복수의 외부 스플라인과 맞물리도록 구성된 복수의 내부 스플라인을 포함할 수 있고, 외부 스플라인과 내부 스플라인 사이의 백래쉬는 2° 이상, 6° 이하, 또는 2° 내지 6°일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 피스톤은 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 편향력을 극복하기 위하여 스프링에 피스톤력을 인가할 수 있고, 피스톤력은 도그 클러치의 회전 속도와 독립적으로 스프링에 인가될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 도그 클러치가 회전함에 따라 제1 캐비티 내의 유압 유체의 이동은 제2 힘을 형성할 수 있다. 제2 힘은 제1 원심 압력일 수 있다. 유압 유체는 제2 캐비티에 제공될 수 있다. 도그 클러치가 회전함에 따라 제2 캐비티 내에서 유압 유체의 운동은 제1 힘을 형성할 수 있다. 제1 힘은 제2 원심 압력일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 피스톤은 복수의 외부 스플라인을 포함할 수 있고, 하우징은 복수의 내부 스플라인을 포함할 수 있다. 복수의 외부 스플라인은 각각의 제1 및 제2 위치에서 복수의 내부 스플라인과 맞물릴 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 변속기가 제공되며, 상기 변속기는 연속-가변 토크 출력을 생성하는 가변-비 유닛 - 상기 가변-비 유닛은 내부 링과 외부 링을 포함함 - ; 기저를 포함하는 하우징 - 하우징은 입력 링과 맞물림 - ; 및 하우징과 맞물리는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 피스톤이 출력 링으로부터 맞물림해제되는 제1 위치와 피스톤이 입력 링을 출력 링에 고정하기 위하여 출력 링과 맞물리는 제2 위치 사이에서 이동가능하고, 가변-비 유닛은 고정된 토크 출력을 생성한다.

일부 실시 형태에서, 피스톤과 하우징은 제1 캐비티를 형성할 수 있다. 유압 유체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피스톤을 이동시키기 위하여 제1 캐비티에 제공될 수 있다. 기저와 피스톤은 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 피스톤에 대해 편향력을 인가하는 스프링을 수용하는 제2 캐비티를 형성할 수 있다. 유압 유체는 제2 캐비티에 제공될 수 있다. 제1 원심 압력은 제1 위치를 향하여 피스톤을 가압하는 도그 클러치의 회전 중에 제1 캐비티에 대해 제2 캐비티에 의해 가해질 수 있다. 제2 원심 압력은 제1 원심 압력을 상쇄시키는 도그 클러치의 회전 중에 제2 캐비티에 대해 제1 캐비티에 의해 가해질 수 있어서 피스톤이 단지 스프링의 편향력에 대해 제1 위치로부터 제2 위치로 이동한다.

일부 실시 형태에서, 도그 클러치가 회전함에 따라 제2 캐비티에서의 유압 유체의 이동은 제1 원심 압력을 생성할 수 있다. 피스톤은 스프링이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 편향력을 극복하기 위하여 스프링에 피스톤력을 인가할 수 있다. 스프링력은 도그 클러치의 회전 속도와 독립적으로 스프링에 인가될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 스프링은 수평 섹션 및 수평 섹션에 대해 실질적으로 수직으로 배열된 수직 섹션을 포함하고, 피스톤은 수평 섹션에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 제2 위치와 제1 위치 사이에서 이동가능하다. 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션이 압축될 수 있다. 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션이 연장될 수 있다. 스프링의 수평 섹션은 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션의 압축을 제한하기 위하여 변속기의 스톱과 접촉할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 가변-비 유닛은 가변-비 유닛 상에 축방향 프리로드를 설정하기 위해 사용된 조절 너트를 추가로 포함하고, 조절 너트는 복수의 탭을 포함할 수 있다. 기저는 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 조절 너트의 복수의 탭과 맞물리도록 구성될 수 있는 복수의 슬롯을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 회전 도그 클러치를 사용하여 변속기의 가변-비 유닛을 선택적으로 바이패스하기 위한 방법은 도그 클러치의 피스톤이 (i) 하우징과 맞물리고 (ii) 제1 위치에서 가변-비 유닛의 출력 링으로부터 맞물림해제되도록 가변-비 유닛의 입력 링과 도그 클러치의 하우징을 맞물리는 단계, 및 도그 클러치가 가변-비 유닛이 연속-가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위하여 출력 링에 입력 링을 고정하도록 피스톤이 출력 링과 맞물리는 제2 위치로 피스톤을 이동시키는 단계를 포함한다.

본 명세서에 기술된 사상은 첨부된 도면들에서 제한적인 방식이 아니라 단지 예로서 예시되어 있다. 예시의 간략성과 단순성을 위해, 도면에 예시된 요소들은 반드시 실측으로 도시되지는 않는다. 예를 들어, 몇몇 요소들의 수치들은 명확성을 위해 다른 요소들에 비해 과장되게 도시될 수도 있다. 또한, 적절한 것으로 간주된 위치에서, 상응 요소 또는 유사 요소들을 가리키기 위해 도면들 중에서 도면부호들이 반복되었다.
도 1은 다양한 구성요소를 도시하는 무한 가변 변속기의 실시 형태의 간략화된 블록도.
도 2는 변속기에 포함된 배리에이터 및 연계된 도그 클러치를 도시하는 도 1의 변속기의 부분도.
도 3은 변속기의 다양한 연계된 구성요소 및 도그 클러치를 도시하는 도 2의 변속기의 확대도.
도 4는 도 2의 배리에이터를 선택적으로 바이패스하기 위한 방법의 간략화된 도면.
도 5는 도 1의 변속기의 도그 클러치 내에 포함된 피스톤 및 도 2의 배리에이터 내에 포함된 배리에이터 출력 링의 간략화된 배면도.

본 발명의 개념들이 다양한 변형예 및 대안예의 형태로 제공될 수 있지만, 본 명세서의 특정의 대표적인 실시 형태들이 예로서 도면에 도시되어 있고 하기에서 상세하게 기술될 것이다. 하지만, 본 발명의 개념을 본 명세서에 개시된 특정 형태들로 제한하려는 의도가 아니며, 그 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들에서 정의된 것과 같이 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않고서 모든 변형예, 균등예 및 대안예들을 다루기 위한 것임을 이해해야 한다.

본 명세서에서, 용어 "한 실시 형태", "실시 형태", "실례의 실시 형태" 등은 본 명세서에 기술된 실시 형태가 구체적인 특징, 구성, 또는 형태를 포함할 수 있으나 반드시 특정의 특징, 구성, 또는 형태를 포함할 필요는 없다는 것을 가리킨다. 게다가, 이러한 문구들은 반드시 동일한 실시 형태를 지칭할 필요는 없다. 또한, 한 구체적인 특징, 구성, 또는 형태가 한 실시 형태에 관해 기술될 때, 그 외의 다른 실시 형태들에 관해 명시적으로 기술되던지 아닌지 간에 이러한 특징, 구성, 또는 형태에 영향을 끼치는 것은 당업자의 기술 내에 있는 것으로 간주된다.

도면에서, 일부 구조적 또는 방법 특징부가 특정 배열 및/또는 순서로 도시될 수 있다. 그러나, 이러한 특정 배열 및/또는 순서가 요구되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 게다가, 일부 실시 형태에서, 이러한 특징부는 도시적 도면에 도시된 방식 및/또는 순서와 상이하게 배열될 수 있다. 추가로 특정 도면에서 구조적 또는 방법 특징부의 포함은 이러한 특징부가 모든 실시 형태에서 요구되는 것을 의미하지 않고 일부 실시 형태에서 다른 특징부와 조합할 수 있거나 또는 포함되지 않을 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 도식적인 실시 형태에서, 변속기(10)는 배리에이터(variator, 12) 및 도그 클러치(dog clutch, 14)를 포함한다. 변속기(10)는 또한 변속기 입력 샤프트(16) 및 변속기 출력 샤프트(18)를 포함한다. 각각의 배리에이터(12)와 도그 클러치(14)는 후술된 바와 같이 변속기(10)의 다양한 클러치를 통하여 샤프트(16, 18)에 선택적으로 작동가능하게 맞물리고 입력 샤프트(16)와 출력 샤프트(18) 사이에 배치된다. 변속기(10)는 차량 로드(vehicle load)(도시되지 않음)와 구동 유닛(도시되지 않음)을 포함하는 모터 차량의 일부로서 포함될 수 있다.

구동 유닛은 변속기(10) 및 이를 통해 차량 로드에 회전력을 제공하는 회전 구성 또는 왕복운동 구성을 갖는 임의의 타입의 모터 또는 내연 기관으로서 구성될수 있다. 예를 들어, 구동 유닛은 4-행정 피스톤 엔진, 디젤 엔진, 또는 회전식 엔진으로 구성될 수 있다. 차량 로드는 변속기(10)를 통하여 구동 유닛에 의해 구동 시에 이동력을 모터 차량에 부여하는 구동 휠, 무한궤도식 트랙(caterpillar track), 프로펠, 등으로 구성될 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다.

구동 유닛에 의해 생성된 회전력(본 명세서에서 또한 토크로 언급됨)은 변속기 입력 샤프트(16)에 맞물리는 구동 유닛 내에 포함된 구동 유닛 출력 샤프트(도시되지 않음)를 통하여 변속기(10)에 전달될 수 있다. 추가로, 변속기(10)로부터의 회전력은 변속기 출력 샤프트(18)로부터 차량 로드로 전달될 수 있다.

변속기(10)는 차량 로드에 구동 유닛에 의해 생성된 회전력의 제어된 적용을 보장할 수 있다. 하기에서 상세히 설명된 바와 같이, 변속기(10)는 차량 로드에 의해 사용 중에 구동 유닛에 의해 생성된 속도와 토크가 변환되도록 보장하는 복수의 기어셋을 포함한다. 추가로, 후술된 바와 같이, 변속기(10)는 변속기(10)의 일 작동 모드로부터 또 다른 작동 모드로 변경을 하고 출력 샤프트(18)와 입력 샤프트(16) 사이에 토크 이송 경로를 형성하도록 구성된 복수의 토크-전달 메커니즘(예를 들어, 클러치)를 포함한다.

변속기(10)는 고정된 변속비(즉, 불연속 가변 또는 고정 토크 출력)와 정해진 범위 내에서 변화하는 변속비(즉, 연속 가변 토크 출력) 둘 모두를 구현하는 스플릿 파워 아키텍쳐(split power architecture)를 갖는 무한 가변 변속기로서 도 1에 도식적으로 도시된다. 도그 클러치(14) 및 본 명세서에 개시된 연관 기술이 사용될 수 있는 일 예시적인 무한 가변 변속기는 그 전체가 참조로 인용되고 발명의 명칭이 "Split Power Infinitely Variable Transmission Architecture"인 미국 가특허 출원 제61/798,476호이다.

복수의 클러치가 제1 클러치(20), 제2 클러치(22), 제3 클러치(24), 제4 클러치(26) 및 도그 클러치(14)를 포함한다. 도그 클러치(14)는 그 전체가 참조로 인용되고 발명의 명칭이 "Split Power Infinitely Variable Transmission Architecture"인 미국 가특허 출원 제61/798,476호에 개시된 배리에이터 바이패스 클러치와 유사한, 연속-가변 토크 출력으로부터 배리에이터(12)를 차단하도록 배리에이터(12)를 바이패스할 수 있다.

각각의 클러치(14, 20, 22, 24, 26)는 입력 샤프트(16)와 출력 샤프트(18) 사이의 토크 이송 경로를 형성하고 전술된 바와 같이 또 다른 작동 모드로 변속기(10)의 일 작동 모드로부터의 변경을 달성하기 위하여 입력 샤프트(16)와 출력 샤프트(18) 사이에 배치된 토크-전달 장치이다. 각각의 클러치(14, 20, 22, 24, 26)는 토크가 경로를 따라 전달되는 것을 방지하기 위하여 맞물림해제될 수 있고 특정 경로를 따라 토크를 전달하기 위하여 맞물릴 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 클러치(20, 22, 24, 26)가 그 전체가 참조로 인용되고 발명의 명칭이 "Three-Position Dog Clutch"인 미국 가특허 출원 제61/799,200호에 개시된 3-위치 도그 클러치와 같은 3-위치 도그 클러치로서 구성될 수 있다. 도식적으로, 도그 클러치(14), 제2 클러치(22), 제3 클러치(24), 및 제4 클러치(26)는 회전식 클러치인 반면 제1 클러치(20)는 고정된 비-회전식 클러치이다. 물론, 다른 타입의 클러치가 다른 실시 형태에서 사용될 수 있다. 추가로, 변속기(10)는 추가 또는 더 적은 개수의 클러치를 포함할 수 있다.

변속기(10) 내에 포함된 기어셋은 도 1에서 박스(즉, Gl, G2, G3, G4)로 도시되고, 배리에이터(12)는 "VAR"로 지칭된다. 도식적으로, 변속기(10)는 제1 기어셋(28), 제2 기어셋(30), 제3 기어셋(32), 및 제4 기어셋(34)을 포함한다. 각각의 기어셋은 입력 샤프트(16)와 출력 샤프트(18) 사이에 배치된다. 클러치는 도 1에서 쌍을 이루는 평행선으로 도시되고, C1 (제1 클러치 20), C2 (제2 클러치 22), C3 (제3 클러치 24), C4 (제4 클러치 26), 및 C5 (제5 클러치 14)로 지칭된다.

후술된 바와 같이, 도그 클러치(14)는 배리에이터(12) 내에 포함된 출력 링(38)으로 배리에이터(12) 내에 포함된 입력 링(36)(도 2 참조)을 고정하도록 작동가능하고, 이에 따라 배리에이터(12)는 1:1 비율(즉, 배리에이터 입력 속도가 배리에이터 출력 속도와 동일함)을 구현한다. 배리에이터(12)의 입력 링(36)이 배리에이터(12)의 출력 링(38)에 고정될 때, 도그 클러치(14)는 "맞물려서" 배리에이터(12)는 고정된 토크 출력(즉, 비-연속-가변 토크 출력)을 생성한다. 역으로, 배리에이터(12)의 입력 링(36)이 배리에이터(12)의 출력 링(38)에 고정되지 않을 때, 도그 클러치는 "맞물림해제"되어 배리에이터(12)가 연속-가변 토크 출력을 생성한다.

도 2에 도시되고 전술된 바와 같이, 배리에이터(12)는 입력 링(36) 및 출력 링(38)을 포함한다. 배리에이터(12)는 유성형 볼 배리에이터로 구성된다. 각각의 배리에이터 링(36, 38)은 도 2에 도시된 바와 같이 이격되어 링(36, 38)들 사이에 볼(40)이 배치될 수 있다. 볼(40)은 배리에이터(12)를 사용하여 구현된 비율을 변화시키기 위하여 링(36, 38)들 사이에서 틸팅되도록 구성된다. 축(42)은 도 2에 도시된 바와 같이 볼(40)을 둘러싼다. 볼(40)은 축(42)을 연속적으로 틸팅함으로써 틸팅되어 연속-가변 토크 출력이 배리에이터(12)를 사용하여 생성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 입력 링(36)은 배리에이터(12)의 중심선(46)에 대해 입력 링(36) 아래에서 연장되는 배리에이터(12) 내에 포함된 입력 플레이트(44)를 통하여 도그 클러치(14)와 맞물린다. 입력 플레이트(44)는 후술된 바와 같이 맞물림 영역(48) 내에서 도그 클러치(14)와 결합되고 입력 링(36)에 고정된다. 입력 플레이트(44)는 중심선(46)에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 중심선(46)을 향하여 연장되는 제1 섹션(50)을 포함한다. 입력 플레이트(44)는 또한 중심선(46)을 따라 맞물림 영역(48)에 그리고 제1 섹션(50)으로부터 연장되는 제2 섹션(52)을 포함한다. 제2 섹션(52)은 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 중심선(46)에 평행하다.

맞물림 영역(48) 내에서 도그 클러치(14)와 입력 플레이트(44) 사이의 맞물림(engagement)은 입력 링(36)을 도그 클러치(14)에 결합시키고 이에 따라 입력 링(36)은 도그 클러치(14)와 효과적으로 맞물린다. 즉, 입력 플레이트(44)는 도그 클러치(14)와 입력 링(36)을 맞물리게 하여 토크가 입력 플레이트(44)를 통하여 입으로부터 도그 클러치(14)로 전달된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 출력 링(38)은 중심선(46)에 실질적으로 평행한 방향으로 도그 클러치(14)를 향하여 그리고 중심선(46)에 대해 출력 링(38) 아래에서 연장되는 배리에이터(12) 내에 포함된 출력 플레이트(54)를 통해 도그 클러치(14)와 맞물릴 수 있다. 출력 플레이트(54)는 후술된 바와 같이 결합 영역(60) 내의 도그 클러치(14)와 맞물릴 수 있고 출력 링(38)에 결합된다. 출력 플레이트(54)는 중심선(46)에 실질적으로 수직인 방향으로 중심선(46)을 향하여 연장되는 제1 섹션(56)을 포함한다. 출력 플레이트(54)는 또한 맞물림 영역(60) 및 제1 섹션(54)으로부터 연장되는 제2 섹션(54)을 포함한다. 제2 섹션(58)은 중심선(46)에 일반적으로 평행하다.

맞물림 영역(60)에서 도그 클러치(14)와 출력 플레이트(54) 사이의 맞물림은 출력 링(38)을 도그 클러치(14)에 결합하여 출력 링(38)이 도그 클러치(14)와 효과적으로 맞물린다. 즉, 출력 플레이트(54)는 도그 클러치(14)와 출력 링(38)을 결합할 수 있어서 토크는 출력 플레이트(54)를 통하여 출력 링(38)으로부터 도그 클러치(14)로 전달된다.

출력 플레이트(54)는 도 2에 도시된 바와 같이 맞물림 영역(60) 내에서 제2 섹션(58) 내에 형성된 복수의 내부 스플라인(62)을 포함한다. 후술된 바와 같이, 각각의 복수의 내부 스플라인(62)은 도그 클러치(14) 내에 포함된 피스톤(6^)의 외부 스플라인(64)과 맞물리도록 구성되어 출력 링(38)이 출력 플레이트(54)를 통하여 피스톤(66)과 맞물린다.

입력 플레이트(44)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 맞물림 영역(48) 내의 제2 섹션(52) 내에 형성된 복수의 외부 스플라인(68)을 포함한다. 후술된 바와 같이, 복수의 외부 스플라인(68)은 도그 클러치(14) 내에 포함된 하우징(72)의 내부 스플라인(70)과 맞물려서 입력 링(36)이 입력 플레이트(44)를 통하여 하우징(72)과 맞물린다.

하우징(72)은 기저(78) 및 상부 섹션(80)을 포함한다. 기저(78)는 배리에이터(12) 내에 포함된 배리에이터 조절 너트(도시되지 않음) 및 맞물림 영역(48)을 통하여 중심선(46)에 실질적으로 평행한 방향으로 연장된다. 기저(78)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 입력 플레이트(44)의 제2 섹션(52) 내에 형성된 복수의 외부 스플라인(68)과 맞물리는 복수의 내부 스플라인(70)을 포함한다. 후술된 바와 같이, 내부 스플라인(70)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 외부 스플라인(68)과 맞물린다.

하우징(72) 내에 포함된 상부 섹션(80)은 맞물림 영역(60)을 향하여 기저(78)로부터 연장된다. 상부 섹션(80)은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 피스톤(66) 내에 포함된 복수의 외부 스플라인(64)과 맞물리는 복수의 내부 스플라인(84)을 포함한다. 후술된 바와 같이, 내부 스플라인(84)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 외부 스플라인(64)과 맞물린다.

피스톤(66)은 하우징(72)에 의해 형성된 내부 공간(88) 내에 배치되며, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 피스톤(66)은 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이의 내부 공간(88) 내에서 이동가능하다. 피스톤(66)의 형상은 하우징(72)의 상부 섹션(80)의 형상과 대칭을 이룬다. 피스톤(66)은 하우징(72)과 피스톤(66) 사이에 형성된 제1 캐비티(74)를 향하여 그리고 상부 섹션(94)으로부터 연장되는 하부 섹션(96) 및 맞물림 영역(60)을 향하여 연장되는 상부 섹션(94)을 포함한다. 상부 섹션(94)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 하우징(72)의 복수의 내부 스플라인(84)과 맞물리는 복수의 외부 스플라인(64)을 포함한다. 하부 섹션(96)은 후술된 바와 같이 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 피스톤(66)에 대해 편향력을 인가하는 도그 클러치(14) 내에 포함된 스프링(98)과 접한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유체 통로(100)는 하우징(72)의 기저(78)를 통하여 그리고 입력 플레이트(44)의 제2 섹션(52)을 통하여 연장되어 제1 유체 포트(102)가 기저(78) 내에 형성된다. 제1 유체 통로(100)를 통해 연통하는 유압 유체는 유압 유체가 내부에 수용되는 제1 캐비티(74) 내로 제1 유체 포트(102)로부터 배출된다. 제1 캐비티(74)는 유압 유체에 의해 가압되어 피스톤(66)이 도 2 내지 도 3에 지시된 바와 같이 제2 위치(92)를 향하여 가압된다.

제2 캐비티(76)는 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(72)의 기저(78)와 피스톤(66) 사이에 형성된다. 피스톤(66)의 상부 및 하부 섹션(94, 96), 기저(78), 밀봉부(104), 및 보유 링(106)은 도 3에 도시된 바와 같이 제2 캐비티(76)를 둘러싸기 위해 협력한다. 밀봉부(104)는 도 3에 도시된 바와 같이 리테이닝 링(106)과 피스톤(66)의 상부 섹션(94)과 맞물리고 이들 사이에서 연장된다. 리테이닝 링(106)은 하우징(72)의 기저(78) 및 밀봉부(104) 둘 모두와 맞물리고 도 3에 도시된 바와 같이 이들 사이에서 연장된다. 스프링(98)은 제2 캐비티(76) 내에 수용된다. 제2 유체 통로(108)는 하우징(72)의 기저(78)를 통하여 그리고 입력 플레이트(44)의 제2 섹션(52)을 통하여 연장되며, 이에 따라 제2 유체 포트(110)가 기저(78) 내에 형성된다. 제2 유체 통로(108)를 통해 연통하는 유압 유체는 유압 유체가 내부에 수용되는 제2 캐비티(76) 내로 제2 유체 포트(110)로부터 배출된다. 유압 유체가 제2 캐비티(76)에 제공되어 피스톤(66)이 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제1 위치(90)를 향하여 가압된다.

도 3에서, 피스톤(66)은 복수의 외부 스플라인(64)이 출력 플레이트(54)의 복수의 내부 스플라인(62)으로부터 맞물림해제되고 도그 클러치(14)가 맞물림해제되는 제1 위치에 잇는 것으로 도시된다. 외부 스플라인(64)은 하우징(72)의 내부 스플라인(84)과 맞물리고 하우징(72)의 내부 스플라인(70)은 제1 위치(90)에서 입력 플레이트(44)의 외부 스플라인(68)과 맞물린다. 스프링(98)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 위치(90)에서 하우징(72)을 향하여 피스톤(66)을 가압하는 피스톤(66)에 대해 편향력을 인가한다.

스프링(98)은 탱(tang, 112), 중심선(46)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 피스톤(66)의 하부 섹션(96)을 향하여 그리고 탱(112)으로부터 연장되는 수평 섹션(114), 및 중심선(46)에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 피스톤(66)의 상부 섹션을 향하여 수평 섹션(114)으로부터 연장되는 수직 섹션(116)을 포함한다. 탱(112)은 기저(78)에 결합되고 수직 섹션(116)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 위치(90)에서 피스톤(66)의 하부 섹션에 대해 접한다.

유압 유체는 제1 유체 포트(102)를 통하여 제1 캐비티(74) 내로 그리고 제1 유체 통로(100)를 통하여 연통한다. 유압 유체가 제1 캐비티(74)에 제공되면, 피스톤(66)은 스프링(98)의 편향력을 극복하기 위하여 스프링(98)에 피스톤력을 인가하고, 이에 따라 피스톤(66)이 제2 위치(92)를 향하여 이동한다. 도그 클러치(14)가 회전함에 따라, 제1 원심 압력이 제1 캐비티(74) 내의 유압 유체의 이동에 의해 형성된다. 제1 원심 압력은 피스톤(66)에 의해 스프링(98)에 인가된 피스톤력과 동일한 방향으로 제2 캐비티(76)에 대해 제1 캐비티(74)에 의해 인가된다.

유압 유체는 제2 유체 포트(110)를 통하여 제2 캐비티(76) 내로 제2 유체 통로(108)를 통하여 연통된다. 도그 클러치(14)가 회전함에 따라, 제2 원심 압력은 제2 캐비티(76) 내의 유압 유체의 이동에 의해 생성된다. 제2 원심 압력은 제1 캐비티(74)에 대해 제2 캐비티(76)에 의해 가해지며, 제1 원심 압력을 상쇄시키고, 이에 따라 피스톤(66)은 스프링(98)의 단지 편향력에 대해서 제2 위치(92)를 향하여 이동한다.

유압 유체는 변속기(10)의 시동시에 동시에 제1 및 제2 캐비티(74, 76)에 제공될 수 있다. 각각의 캐비티(74, 76)는 변속기(10)의 작동 모드들 간의 변환이 이루어짐에 따라 도그 클러치(14)의 맞물림을 돕기 위하여 변속기(10)의 작동 중에 유압 유체로 충전된 상태로 유지될 수 있다.

제1 및 제2 원심 압력이 도그 클러치(14)의 회전 속도에 따라 변화할지라도, 이러한 변화는 효과적으로 배제되며, 이는 제1 및 제2 원심 압력이 실질적으로 방향은 상반되며 크기는 동일하기 때문이다. 따라서, 피스톤력은 피스톤(66)이 도그 클러치(14)의 회전 속도와 독립적으로 제1 위치(90)로부터 제2 위치로 이동함에 따라 편향력을 극복하기 위해 스프링(98)에 대해 피스톤(66)에 의해 인가된다.

피스톤(66)과 스프링(98)은 제2 위치(92)에 대한 피스톤(66)의 운동을 나타내기 위해 도 3에서 점선으로 도시된다. 피스톤(66) 내에 포함된 복수의 외부 스플라인(64)은 맞물림 영역(60) 내의 출력 플레이트(54) 내에 포함된 포함된 복수의 내부 스플라인(62)과 맞물려서 피스톤(66)이 배리에이터(12)의 출력 링(38)과 효과적으로 맞물린다. 동시에, 피스톤(66)이 하우징(72)과 맞물리고(외부 스플라인(64)이 내부 스플라인(84)과 맞물림), 하우징(72)이 맞물림 영역(48) 내의 입력 플레이트(44)와 맞물려서(내부 스플라인(70)이 외부 스플라인(68)과 맞물림) 피스톤(66)이 입력 링(36)과 효과적으로 맞물린다. 따라서, 도그 클러치(14)는 입력 링(36)과 출력 링(38)이 서로 고정되어 배리에이터(12)가 연속 가변 토크 출력(즉, 고정된 토크 출력)을 생성하는 것을 방지하도록 제2 위치(92)에서 맞물린다. 배리에이터(12)는 이에 따라 피스톤(66)이 제2 위치(92)로 이동할 때 효과적으로 바이패스한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스프링(98)의 수평 섹션(114)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)로부터 제2 위치(92)로 이동함에 따라(점선 스프링(98)이 제2 위치(92)에 있는 것을 참조) 압축된다. 스프링(98)의 수평 섹션(114)은 피스톤(66)이 제2 위치(92)로부터 제1 위치(90)로 이동함에 따라 연장된다. 스프링(98)의 수직 섹션(116)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 피스톤(66)의 하부 섹션(96)과 맞물린다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(66)이 제1 위치(90)로부터 제2 위치(92)로 이동함에 따라 스프링(98)의 수평 섹션(114)의 압축은 밀봉부(104)의 스톱(105)에 의해 제한된다. 스톱(105)은 제1 위치(90)로부터 제2 위치(92)로 피스톤이 이동함에 따라 스프링(98)이 과도 압축되는 것을 방지하기 위하여 제2 위치(92)에서 스프링(98)의 수직 섹션(116)과 접촉한다.

하우징(72)의 기저(78)는 배리에이터(12) 내에 포함된 조절 너트(82)와 맞물린다. 조절 너트(82)는 배리에이터(12)의 초기 축방향 프리로드를 설정하기 위하여 사용된다. 조절 너트(82)는 하우징(72)의 기저(78)를 대향하는 조절 너트(82)의 원형 표면 상에 배열된 한 쌍의 반경방향 탭(도시되지 않음)을 포함하고, 실질적으로 원통형 형상을 갖는다. 기저(78)는 조절 너트(82)를 대향하는 기저(78)의 원형 표면 내에 형성된 한 쌍의 반경방향 슬롯(도시되지 않음)을 포함하고 실질적으로 원통형 형상을 갖는다. 조절 너트(82)의 탭은 기저(78)의 슬롯에 의해 수용되도록 구성되며, 이에 따라 기저(78)는 조절 너트(82)와 맞물려서 조절 너트(82)가 도 3에 도시된 바와 같이 풀려지는 것이 방지된다.

도 4를 참조하면, 도그 클러치(14)를 사용하여 배리에이터(12)를 선택적으로 바이패스하기 위한 방법(400)이 도시된다. 방법(400)은 도그 클러치(14)의 하우징(72)이 배리에이터(12)의 입력 링(36)과 맞물리는(즉, 입력 플레이트(44)를 통하여) 블록(402)에서 개시되며, 이에 따라 피스톤(66)은 제1 위치(90)에서 배리에이터(12)의 출력 링(38)으로부터 맞물림해제되고 하우징(72)과 맞물린다. 하우징(72)은 피스톤(66)이 제1 위치(90)와 제2 위치(92) 사이에서 이동함에 따라 상기 입력 링(36)과 맞물린다. 블록(404)에서, 피스톤(66)은 피스톤(66)이 출력 링(38)과 맞물리는(즉, 출력 플레이트(54)를 통하여) 제2 위치(92)로 이동하고, 이에 따라 도그 클러치(14)는 배리에이터(12)가 연속-가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위하여 입력 링(36)을 출력 링(38)에 고정한다. 이를 위해, 하위-블록(406)에서, 유압 유체는 제1 위치(90)로부터 제2 위치(92)를 향하여 피스톤(66)을 이동시키기 위해 제1 캐비티(74)에 제공된다. 추가로, 하위블록(408)에서, 유압 유체는 제2 캐비티(76)에 대해 제1 캐비티(74)에 의해 가해진 제1 원심 압력을 상쇄시키기 위하여 제2 캐비티(76)에 제공되어 피스톤(66)은 단지 스프링(98)의 편향력에 대해 제1 위치(90)로부터 제2 위치(92)로 이동한다.

이제, 도 5를 참조하면, 피스톤(66)의 복수의 외부 스플라인(64)은 배리에이터(12)의 출력 플레이트(54)의 복수의 내부 스플라인(62)과 맞물린 것으로 도시된다. 각각의 외부 스플라인(64)은 내부 스플라인(62)들 중 하나의 스플라인과 맞물려서 이들 사이에 백래쉬(backlash, 118)가 형성된다. "백래쉬"는 정합 구성요소들 간의 회전 간격(rotational clearance)을 지칭하고, 백래쉬(118)는 각각의 스플라인(64, 62)들 간의 간격으로서 정의된다.

백래쉬(118)는 정합 구성요소, 즉 배리에이터(12)의 출력 플레이트(54)와 도그 클러치(14)의 피스톤(66) 사이의 속도 차이를 보상하기 위해 사용된다. 백래쉬(118)는 각각의 스플라인(64)이 대응 내부 스플라인(62)과 결합할 때까지 각각의 외부 스플라인(64)이 특정 회전각 내에서 회전하도록 허용한다. 이 방식으로, 출력 플레이트(54)와 피스톤(66)이 상이한 속도로 회전할 때, 백래쉬(118)는 피스톤(66)과 출력 플레이트(54) 사이의 맞물림을 용이하게 한다. 도그 클러치(14)와 배리에이터(12)의 구성요소들 사이의 맞물림은 실질적으로 동기된 속도(즉, 출력 플레이트(54)의 회전 속도가 피스톤(66)의 회전 속도와 실질적으로 동기됨)에서 수행된다. 백래쉬(118)는 배리에이터(12)와 도그 클러치(14) 사이의 회전 속도의 최소한의 차이에도 불구하고 배리에이터(12)와 도그 클러치(14) 사이의 맞물림을 허용한다. 도 4에 도시된 바와 같이 백래쉬(118)는 대략 5°이다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 백래쉬(118)는 2° 내지 6°일 수 있다.

본 발명이 전술된 기술 및 도면에서 상세히 도시 및 기재될지라도, 이러한 도시 및 기재는 단지 예시이며 비제한적인 것으로 여겨질지라도, 단지 도식적인 실시 형태가 도시되며 기재되고, 모든 변경 및 개조가 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

도그 클러치로서,
기저를 포함하는 하우징 - 하우징은 변속기 내에 포함된 가변-비 유닛의 입력 링과 맞물림 - ; 및
하우징과 맞물리는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 피스톤이 가변-비 유닛이 출력 링으로부터 맞물림해제되는 제1 위치와 피스톤이 가변-비 유닛이 연속 가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위하여 입력 링을 출력 링에 고정하도록 가변-비 유닛의 출력 링과 맞물리는 제2 위치 사이에서 이동가능한, 도그 클러치.
제1항에 있어서, 피스톤과 하우징은 제1 캐비티를 형성하고, 유압 유체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피스톤을 이동시키기 위하여 제1 캐비티에 제공되는 도그 클러치.
제2항에 있어서, 기저와 피스톤은 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 피스톤에 대해 편향력을 인가하는 스프링을 수용하는 제2 캐비티를 형성하는 도그 클러치.
제3항에 있어서, 제1 힘은 제1 위치를 향하여 피스톤을 가압하는 도그 클러치의 회전 중에 제1 캐비티에 대해 제2 캐비티에 의해 가해지고 제2 힘은 제1 힘을 상쇄시키는 도그 클러치의 회전 중에 제2 캐비티에 대해 제1 캐비티에 의해 가해지며 이에 따라 피스톤이 단지 스프링의 편향력에 대해 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는 도그 클러치.
제4항에 있어서, 피스톤은 복수의 외부 스플라인을 포함하고, 출력 링은 제2 위치에서 복수의 외부 스플라인과 맞물리도록 구성된 복수의 내부 스플라인을 포함하고, 외부 스플라인과 내부 스플라인 사이의 백래쉬는 2° 이상인 도그 클러치.
제5항에 있어서, 백래쉬는 6° 이하인 도그 클러치.
제5항에 있어서, 백래쉬는 2° 내지 6°인 도그 클러치.
제4항에 있어서, 피스톤은 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 편향력을 극복하기 위하여 스프링에 피스톤력을 인가하고, 피스톤력은 도그 클러치의 회전 속도와 독립적으로 스프링에 인가되는 도그 클러치.
제8항에 있어서, 도그 클러치가 회전함에 따라 제1 캐비티 내의 유압 유체의 이동은 제2 힘을 형성하는 도그 클러치.
제9항에 있어서, 유압 유체는 제2 캐비티에 제공되고, 도그 클러치가 회전함에 따라 제2 캐비티 내에서 유압 유체의 운동은 제1 힘을 형성하는 도그 클러치.
제5항에 있어서, 피스톤은 복수의 외부 스플라인을 포함하고, 하우징은 복수의 내부 스플라인을 포함하며, 복수의 외부 스플라인은 각각의 제1 및 제2 위치에서 복수의 내부 스플라인과 맞물리는 도그 클러치.
변속기로서,
연속-가변 토크 출력을 생성하는 가변-비 유닛 - 상기 가변-비 유닛은 내부 링과 외부 링을 포함함 - ;
기저를 포함하는 하우징 - 하우징은 입력 링과 맞물림 - ; 및
하우징과 맞물리는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 피스톤이 출력 링으로부터 맞물림해제되는 제1 위치와 피스톤이 입력 링을 출력 링에 고정하기 위하여 출력 링과 맞물리는 제2 위치 사이에서 이동가능하고, 가변-비 유닛은 고정된 토크 출력을 생성하는 변속기.
제12항에 있어서, 피스톤과 하우징은 제1 캐비티를 형성하고, 유압 유체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피스톤을 이동시키기 위하여 제1 캐비티에 제공되는 변속기.
제13항에 있어서, 기저와 피스톤은 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 피스톤에 대해 편향력을 인가하는 스프링을 수용하는 제2 캐비티를 형성하고, 유압 유체는 제2 캐비티에 제공되는 변속기.
제14항에 있어서, 스프링은 수평 섹션 및 수평 섹션에 대해 실질적으로 수직으로 배열된 수직 섹션을 포함하고, 피스톤은 수평 섹션에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 제2 위치와 제1 위치 사이에서 이동하는 변속기.
제15항에 있어서, 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션이 압축되는 변속기.
제16항에 있어서, 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션이 연장되는 변속기.
제17항에 있어서, 스프링의 수평 섹션은 피스톤이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동함에 따라 스프링의 수평 섹션의 압축을 제한하기 위하여 변속기의 스톱과 접촉하는 변속기.
제12항에 있어서, 가변-비 유닛은 가변-비 유닛 상에 축방향 프리로드를 설정하기 위해 사용된 조절 너트를 추가로 포함하고, 조절 너트는 복수의 탭을 포함하는 변속기.
회전 도그 클러치를 사용하여 변속기의 가변-비 유닛을 선택적으로 바이패스하기 위한 방법으로서,
도그 클러치의 피스톤이 (i) 하우징과 맞물리고 (ii) 제1 위치에서 가변-비 유닛의 출력 링으로부터 맞물림해제되도록 가변-비 유닛의 입력 링과 도그 클러치의 하우징을 맞물리는 단계, 및
도그 클러치가 가변-비 유닛이 연속-가변 토크 출력을 생성하는 것을 방지하기 위하여 출력 링에 입력 링을 고정하도록 피스톤이 출력 링과 맞물리는 제2 위치로 피스톤을 이동시키는 단계를 포함하는 방법.