KR20160037189A - 무단 변속기 및 무단 변속기의 제어 방법 - Google Patents

무단 변속기 및 무단 변속기의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

회전축에 고정되는 고정 원뿔판과, 고정 원뿔판에 대하여 회전축의 축 방향으로 가동하는 가동 원뿔판과, 가동 원뿔판을 가동시키는 슬라이드 기구와, 슬라이드 기구의 상태를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 제1 클러치를 체결한 상태에서 모터 제너레이터를 구동해서 가동 원뿔판을 이동시킴으로써, 제2 풀리의 홈 폭을 변경하고, 제2 클러치를 체결해서 회전축의 회전에 의해 모터 제너레이터를 발전기로서 구동시킨다.

Description

무단 변속기 및 무단 변속기의 제어 방법 {STEPLESS TRANSMISSION AND METHOD FOR CONTROLLING STEPLESS TRANSMISSION}
본 발명은, 가동 풀리를 전동 구동하는 무단 변속기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
제1 풀리 및 제2 풀리 각각의 V 홈에 무단부 형상의 벨트 또는 체인을 걸치고, V 홈의 폭을 변경함으로써 변속을 행하는 벨트식 무단 변속기가 알려져 있다. 이들 각 풀리는, 벨트를 끼움 지지하면서 회전 토크를 전달하기 위한 추력을 유지하기 위해서, 유압 펌프에 의해 생성된 유압에 의해 구동된다.
한편, 유압 펌프의 프릭션은 구동력원에 대한 부하가 되어, 구동력원의 연비의 저하 원인이 된다.
이에 반해, JP2001-349401A에는 가동 원반 구동용 모터 및 해당 모터의 회전에 의해 가동 원반을 축 방향으로 슬라이드시키는 슬라이드 구동 수단을 구비한 무단 변속기의 제어 기구가 개시되어 있다.
JP2001-349401A에 기재된 종래 기술에서는, 유압 기구를 모터로 치환함으로써 회전축 주변의 스페이스가 축소되어 콤팩트한 구성이 얻어지는 것이다. 그러나 모터의 중량이 증가할 뿐만 아니라, 모터를 구동하기 위한 발전기 및 배터리가 필요해져, 반드시 연비 효율이 개선되는 것은 아니다.
특히, JP2001-349401A에 기재된 기술은 이륜차 등의 비교적 소형인 용도를 상정하고 있다. 이러한 기술을 자동차 등의 중량이 있어 큰 토크가 필요해지는 용도에 적용한 경우에는, 모터나 배터리에 의한 중량이 증가하여, 연비 효율이 저하될 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 가동 원뿔판을 전동 구동하는 무단 변속기에 있어서, 연비 효율을 향상할 수 있는 무단 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어떤 형태에 의하면, 홈 폭이 변경 가능한 제1 풀리 및 제2 풀리와, 제1 풀리 및 제2 풀리 사이에 걸쳐져서 회전을 전달하는 벨트를 구비하고, 제1 풀리 및 제2 풀리의 홈 폭을 변경함으로써 변속을 행하는 무단 변속기에 적용된다. 제2 풀리는, 회전축에 고정되는 고정 원뿔판과, 고정 원뿔판에 대하여 회전축의 축 방향으로 가동하는 가동 원뿔판과, 가동 원뿔판을 가동시키는 슬라이드 기구와, 슬라이드 기구의 상태를 제어하는 제어부를 구비하고, 슬라이드 기구는 가동 원뿔판을 진퇴시키는 피스톤과, 피스톤을 축 방향으로 이동시키는 모터 제너레이터와, 모터 제너레이터와 피스톤 사이에 개재하는 유성 기어 기구와, 모터 제너레이터와 유성 기어 기구 사이의 회전을 단속하는 제1 클러치와, 제어부는 제1 클러치를 체결하여, 모터 제너레이터를 구동함으로써 가동 원뿔판을 이동시켜, 제2 풀리의 홈 폭을 변경함과 함께, 제2 클러치를 체결해서 상기 회전축의 회전에 의해 상기 모터 제너레이터를 발전기로서 구동시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 무단 변속기(1)의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 세컨더리 풀리의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태의 모드 6에 있어서의 제어의 흐름도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태의 모드 6에 있어서의 제어의 타임 차트이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태의 세컨더리 풀리의 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 무단 변속기(1)의 구성을 도시하는 설명도이다.
본 실시 형태의 무단 변속기(1)는 차량에 탑재되어, 구동원으로서의 엔진(10)의 회전을 변속해서 출력하고, 차량을 구동한다.
무단 변속기(1)는 프라이머리 풀리(21), 세컨더리 풀리(22), V 벨트(23)로 구성된다. 프라이머리 풀리(21)의 회전축(프라이머리축)(11)에는 구동력원으로서의 엔진(10)으로부터의 회전이 입력된다. 세컨더리 풀리(22)의 회전축(세컨더리축)(12)으로부터 출력되는 회전이, 도시하지 않은 구동륜을 회전시켜서 차량을 구동한다.
프라이머리 풀리(21)의 고정 원뿔판(21a) 및 가동 원뿔판(21b)으로 이루어지는 V 홈(21c)과, 세컨더리 풀리(22)의 고정 원뿔판(22a) 및 가동 원뿔판(22b)으로 이루어지는 V 홈(22c)과의 사이에 V 벨트(23)가 걸쳐져 있다.
이들 V 홈(21c 및 22c)의 홈 폭을 각각 변경함으로써, 프라이머리축(11)으로부터 입력되는 회전이 변속되어, 세컨더리축(12)으로부터 출력된다. 이와 같이 하여 변속이 행하여진다. 도 1에 있어서는, 일점 쇄선보다도 상단이 Lo측, 하단이 Hi측의 변속비(풀리비)인 경우를 나타낸다.
프라이머리 풀리(21)에는 유압실(25)이 구비된다. 유압실에 공급하는 유압을 변경함으로써, 가동 원뿔판(21b)을 진퇴시켜서 V 홈(21c)의 홈 폭을 변경한다.
세컨더리 풀리(22)는, 세컨더리축(12)에 결합해서 세컨더리축(12)과 일체로 회전하는 고정 원뿔판(22a)과, 세컨더리축(12)의 축 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 세컨더리축(12)에 끼움 장착되는 가동 원뿔판(22b)으로 이루어진다. 가동 원뿔판(22b)에는 슬라이드 기구(50)가 구비된다. 슬라이드 기구(50)는 후술하는 바와 같이 컨트롤러(60)에 의해 모터 제너레이터(30)를 구동해서 가동 원뿔판(22b)을 진퇴시킴으로써, 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭을 변경한다.
슬라이드 기구(50)는, 모터 제너레이터(30), 유성 기어 기구(40), 슬라이드 피스톤(52) 및 몇 개의 클러치 등으로 구성된다.
모터 제너레이터(30)는 세컨더리축(12)의 외주에 베어링(33)을 통하여 회전 가능하게 구비된다. 모터 제너레이터(30)의 스테이터(31)는 케이스(2)에 고정된다. 스테이터(31)에 내장되는 로터(32)는, 베어링(33)을 통하여 세컨더리축(12)에 회전 가능하게 구비된다. 로터(32)는, 제1 클러치(34)를 통하여 유성 기어 기구(40)의 선 기어(41)에 연결되고, 로터(32)와 선 기어(41) 사이에서 회전이 단속 가능하게 구성된다. 로터(32)는, 제2 클러치(35)를 통하여 세컨더리축(12)에 대해서도 연결되고, 로터(32)와 세컨더리축(12) 사이에서 회전이 단속 가능하게 구성된다.
제1 클러치(34) 및 제2 클러치(35)는, 예를 들어 전자 솔레노이드에 의해 체결력이 제어되고, 컨트롤러(60)의 제어에 의해, 체결 상태, 해방 상태 및 입력 회전 속도와 출력 회전 속도가 차회전을 가지고 회전을 전달하는 슬립 상태의 각각으로 제어된다. 또한, 제1 클러치(34) 및 제2 클러치(35)는, 유압에 의해 체결력이 제어되는 것이라도 된다.
유성 기어 기구(40)는, 선 기어(41), 피니언(42) 및 링 기어(43)로 이루어진다. 선 기어(41)의 내주는 베어링(44)을 통하여 세컨더리축(12)에 회전 가능하게 고정된다. 피니언(42)을 연결하는 캐리어는 케이스(2)에 고정되어 있고, 유성 기어 기구(40)는 선 기어(41)의 회전을 감속해서 링 기어(43)에 전달한다. 링 기어(43)의 외주측에는 슬라이드 피스톤(52)이 구비된다.
링 기어(43)와 슬라이드 피스톤(52) 사이에는 볼 나사(53)가 개재되고, 링 기어(43)의 회전에 의해 슬라이드 피스톤(52)이 세컨더리축(12)의 축 방향으로 전후진하도록 구성되어 있다. 볼 나사(53)는, 유성 기어 기구(40)의 회전에 의해 슬라이드 피스톤(52)을 전후진시키지만, 슬라이드 피스톤(52)의 축 방향의 힘에 따라서는 유성 기어 기구(40)가 회전하지 않도록 안식각이 설정되어 있다. 이에 의해, 세컨더리 풀리(22)에 있어서의 추력에 따라서는, 슬라이드 피스톤(52)은 가동하지 않는다.
슬라이드 피스톤(52)은, 케이스(2)에 스플라인 끼워 맞추어지고, 전술한 바와 같이 유성 기어 기구(40)에 의해 전후진하도록 구성된다. 슬라이드 피스톤(52)은 세컨더리축(12)과 축을 공통되는 원통 형상을 갖고 있으며, 이 원통 형상의 단부에서, 세컨더리 풀리(22)의 가동 원뿔판(22b)의 직경 방향의 단부측에 베어링(55)을 통하여 접촉한다.
컨트롤러(60)는, 모터 제너레이터(30)의 구동, 제1 클러치(34), 제2 클러치(35)의 체결 및 해방을 제어함으로써, 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭을 변경한다. 컨트롤러(60)는 프라이머리 풀리(21)의 V 홈(21c)의 홈 폭과 응동시켜서 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭을 제어함으로써, 무단 변속기(1)의 변속비를 제어한다.
이렇게 구성된 제1 실시 형태의 무단 변속기(1)의 동작을 설명한다.
본 실시 형태의 무단 변속기(1)는, 종래 주지의 유압에 의해 가동 원뿔판(21b)을 가동시켜서 홈 폭을 변경하는 프라이머리 풀리(21)에 대하여, 모터 제너레이터(30)를 구동해서 가동 원뿔판(22b)을 가동시켜서 홈 폭을 변경하는 세컨더리 풀리(22)를 조합한 것이다.
컨트롤러(60)는, 차속, 가속/감속 요구, 엔진 회전 속도 등에 기초하여 변속비의 목표값을 결정하고, 무단 변속기(1)의 실변속비가 목표값에 추종하도록 프라이머리 풀리(21)에의 지시 유압을 결정한다. 지시 유압에 기초하여 프라이머리 풀리(21)의 유압실(25)에 유압이 공급되어서 가동 원뿔판(21b)이 진퇴하고, 홈 폭이 변경된다.
프라이머리 풀리(21)의 홈 폭의 변경에 수반하여, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 체결 상태로, 제2 클러치(35)를 해방 상태로 하여, 모터 제너레이터(30)를 동작시켜, 세컨더리 풀리(22)의 가동 원뿔판(22b)을 진퇴시킨다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)의 동작에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭을 변경한다.
본 실시 형태에서는, 이와 같은 구성에 의해, 유압 기구를 프라이머리 풀리(21)측만으로 할 수 있으므로, 변속에 필요로 하는 유압이 적어져, 유압 펌프의 프릭션을 저감할 수 있어, 연비 효율을 향상할 수 있다.
또한, 컨트롤러(60)는 세컨더리 풀리(22)에 있어서의 세컨더리축(12)의 회전에 의해 모터 제너레이터(30)를 구동시켜서, 회전 에너지를 전력으로서 회생한다. 회생한 전력은 배터리 등에 충전한다. 이하, 그 상세를 설명한다.
차량이 감속 중이며, 무단 변속기(1)의 변속비를 변경하지 않을 때, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 해방 상태로 하고, 제2 클러치(35)를 체결 상태로 한다. 이에 의해 모터 제너레이터(30)의 로터(32)가 세컨더리축(12)과 함께 회전한다. 컨트롤러(60)는 모터 제너레이터(30)를 발전기로서 기능시킴으로써, 세컨더리축(12)의 회전 에너지를 전력으로서 회생할 수 있다. 회생된 전력은 컨트롤러(60)에 의해 배터리 등에 충전된다.
이때, 차량에 가속이 요구된 경우에는, 컨트롤러(60)는 모터 제너레이터(30)를 모터로서 기능시킨다. 이에 의해 모터 제너레이터(30)의 로터(32)가 회전하고, 제3 클러치(35)를 통하여 세컨더리축(12)에 회전을 전달한다. 이에 의해, 세컨더리 풀리(22)에 회전을 부여하는, 구동력원의 구동력을 어시스트할 수 있다. 모터 제너레이터(30)를 구동시키는 전력은 회생에 의해 얻은 것이므로, 결과적으로 구동력원의 에너지 효율을 향상할 수 있다.
도 2는, 본 실시 형태의 세컨더리 풀리(22)의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 2는, 액셀러레이터 페달의 상태, 프라이머리축(11)의 회전 방향, 변속비의 변화 방향, 모터 제너레이터(30)의 동작 상태, 모터 제너레이터(30)의 회전 방향, 제1 클러치(34), 제2 클러치(35)의 상태를 각각 나타낸다.
운전자가 액셀러레이터 페달을 답입하고 있을 때(액셀러레이터 ON), 변속비를 Lo측에서 Hi측으로 변속할 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 체결 상태(ON), 제2 클러치(35)를 해방 상태(OFF)로 하여, 모터 제너레이터(30)를 역회전 방향으로 변속 동작시킨다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)의 동작에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭이 변경되어, 변속비가 Lo측에서 Hi측으로 변속한다(모드 1).
마찬가지로, 액셀러레이터 ON에서 변속비를 Hi측에서 Lo측으로 변속할 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 ON, 제2 클러치(35)를 OFF로 하여, 모터 제너레이터(30)를 정회전 방향으로 변속 동작시킨다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)의 동작에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭이 변경되어, 변속비가 Hi측에서 Lo측으로 변속한다(모드 2).
운전자가 액셀러레이터 페달을 답입하고 있지 않을 때(액셀러레이터 OFF)에 변속비를 Lo측에서 Hi측으로 변속할 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 ON, 제2 클러치(35)를 OFF로 하여, 모터 제너레이터(30)를 역회전 방향으로 변속 동작시킨다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)의 동작에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭이 변경되어, 변속비가 Lo측에서 Hi측으로 변속한다(모드 3).
마찬가지로, 액셀러레이터 OFF에서 변속비를 Hi측에서 Lo측으로 변속할 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 ON, 제2 클러치(35)를 OFF로 하여, 모터 제너레이터(30)를 정회전 방향으로 변속 동작시킨다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)의 동작에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭이 변경되어, 변속비가 Hi측에서 Lo측으로 변속한다(모드 4).
액셀러레이터 OFF의 상태에서 변속비를 변경하지 않을 경우(변속비가 고정인 경우) 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 OFF, 제2 클러치(35)를 ON으로 하여, 모터 제너레이터(30)를 발전기로서 기능시켜, 정회전 방향으로 회생 동작시킨다. 이에 의해 세컨더리축(12)의 회전이 모터 제너레이터(30)에 전달됨으로써 발전을 행하고, 회전 에너지를 전력으로서 회생한다(모드 5).
또한, 액셀러레이터 OFF에 있어서, 모드 3 또는 모드 4에서 모터 제너레이터(30)를 회생 동작시키는 모드 5로 변경할 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 ON에서 OFF로, 제2 클러치(35)를 OFF에서 ON으로 각각 제어하면서, 모터 제너레이터(30)에 의한 회생을 개시시킨다. 이 동작은 도 3에서 상세하게 설명한다(모드 6).
또한, 운전자에 의해 액셀러레이터가 답입되었을 때, 변속비를 변경하지 않는 경우에는, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)를 OFF, 제2 클러치(35)를 ON으로 하여, 모터 제너레이터(30)를 정회전 방향으로 구동시킨다. 이에 의해 모터 제너레이터(30)의 회전이 세컨더리축(12)에 전달되어서, 차량의 구동력을 어시스트할 수 있다(모드 7).
이와 같이, 액셀러레이터 페달의 상태에 기초하여, 컨트롤러(60)가 제1 클러치(34), 제2 클러치(35) 및 모터 제너레이터(30)를 제어함으로써, 변속비를 제어함과 함께, 회전 에너지를 전력으로서 회생할 수 있다.
이어서, 상술한 도 2에 있어서의 모드 6에 있어서의 제어를 설명한다.
차량이 주행 중에 있어서, 운전자가 액셀러레이터 페달의 답입을 해제하고, 액셀러레이터가 OFF가 된 경우에는, 이어서 설명한 바와 같은 동작에 의해, 컨트롤러(60)는 변속비를 Lo측으로 변경함과 함께, 모터 제너레이터(30)에 의한 회생을 개시한다.
도 3은, 본 실시 형태의 모드 6에 있어서의 제어의 흐름도이다.
컨트롤러(60)는 액셀러레이터가 OFF되었다고 판단한 경우에 도 3의 흐름도를 개시한다.
먼저, 컨트롤러(60)는 제1 클러치(34)의 해방을 개시함과 함께, 제2 클러치(35)의 체결을 개시한다. 제1 클러치(34) 및 제2 클러치(35)는, 각각 솔레노이드에 의해 체결 상태가 제어된다. 컨트롤러(60)는 이들 솔레노이드에 인가하는 전류를 제어하여, 제1 클러치(34)의 체결 및 제2 클러치(35)의 해방을 개시한다(스텝 S20, S30). 이에 의해, 제1 클러치(34) 및 제2 클러치(35)가 모두 슬립 상태(반 클러치 상태)가 되어, 입력 회전 속도와 출력 회전 속도가 속도차를 가지고 회전을 전달한다.
제2 클러치(35)가 슬립 상태가 됨으로써, 세컨더리축(12)의 회전이, 제2 클러치(35)를 통하여 모터 제너레이터(30)의 로터(32)에 전달된다. 또한, 로터(32)의 회전은 슬립 상태의 제1 클러치(34)를 통하여 유성 기어 기구(40)의 선 기어(41)에도 전달된다(S40).
선 기어(41)에 전달되는 회전은, 유성 기어 기구(40)에 의해, 슬라이드 피스톤(52)을 후퇴시키는 방향으로 작용한다. 이에 의해, 세컨더리 풀리(22)의 가동 원뿔판(22b)을 가동시킬 수 있다. 슬라이드 피스톤(52)이 후퇴함으로써, 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭이 확대된다. 세컨더리 풀리(22)의 동작에 대하여 프라이머리 풀리(21)의 홈 폭을 적절하게 제어함으로써, 모터 제너레이터(30)를 구동시키는 일 없이, 무단 변속기(1)의 변속비를 Lo측으로 변속시킬 수 있다(S50). 이와 같이 감속 시에 변속비를 Lo측으로 변속시킴으로써, 이후에 운전자로부터 행하여지는 가속 요구에 대비할 수 있다.
또한, 제2 클러치(35)를 통하여 모터 제너레이터(30)의 로터(32)가 회전한다. 컨트롤러(60)는 모터 제너레이터(30)를 발전기로서 기능시켜서, 이 회전 에너지의 회생을 개시한다(S70).
그 후, 제1 클러치(34)가 완전히 해방 상태가 된 경우에는, 슬라이드 피스톤(52)의 동작은 정지하고, 세컨더리 풀리(22)의 V 홈(22c)의 홈 폭은 소정의 홈 폭으로 설정된다(S60).
또한, 제2 클러치(35)가 완전히 체결 상태가 된 경우에는, 세컨더리축(12)의 회전에 의해 모터 제너레이터(30)가 회전한다(S80). 모터 제너레이터(30)는, 이 회전 에너지를 전력으로서 회생한다.
도 4는, 본 실시 형태의 모드 6에 있어서의 제어의 타임 차트이다. 도 4에 있어서, 실선이 제1 클러치(34)의 체결 상태, 일점 쇄선이 제2 클러치(35)의 체결 상태, 점선이 변속비(풀리비)를 각각 나타낸다.
모드 1 내지 모드 4에 있어서, 제1 클러치(34)가 체결 상태이며 제2 클러치(35)는 해방 상태이다. 이때의 변속비는 소정의 Hi측의 변속비로 되어 있다.
타이밍 t1에 있어서 액셀러레이터 OFF가 되고, 모드 6으로 이행하는 것을 결정한 경우에는, 제1 클러치(34)의 해방을 개시함과 함께, 제2 클러치(35)의 체결을 개시한다. 이에 의해, 제1 클러치(34) 및 제2 클러치(35)가 모두 슬립 상태가 된다(도 3의 스텝 S10 및 S20).
제2 클러치(35)가 서서히 체결 용량을 가짐으로써, 세컨더리축(12)의 회전이, 모터 제너레이터(30), 유성 기어 기구(40)를 회전시켜 슬라이드 피스톤(52)을 가동시킨다. 프라이머리 풀리(21)에 있어서의 유압을 적절히 제어함으로써, 프라이머리 풀리(21) 및 세컨더리 풀리(22) 각각의 홈 폭이 적절하게 응동하여, 변속비를 서서히 Lo측으로 변속시킨다.
제1 클러치(34)가 완전히 해방 상태가 되고, 제2 클러치(35)가 완전히 체결 상태가 되었을 때에, 슬라이드 피스톤(52)은 정지하고, 변속비가 소정의 변속비 Lo로 고정된다(타이밍 t2). 이 상태에서 모터 제너레이터(30)에는 세컨더리축(12)으로부터의 회전이 제2 클러치를 통하여 전달되어서, 회전 에너지를 전력으로서 회생한다.
이와 같이, 모드 6에 있어서의 동작에 의해, 모터 제너레이터(30)가 전력을 소비해서 구동하는 일 없이, 차량의 운동 에너지만을 사용해서 변속비를 Hi에서 Lo로 변속시킬 수 있다. 이 변속 동안에도 모터 제너레이터(30)에 의한 회생을 행할 수 있으므로, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태는 프라이머리 풀리(21)와 세컨더리 풀리(22)와 V 벨트(23)를 구비하고, 프라이머리 풀리(21)와 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭을 변경함으로써 변속을 행하는 무단 변속기(1)로서 구성되어 있다.
세컨더리 풀리(22)는, 세컨더리축(12)에 고정되는 고정 원뿔판(22a)과, 고정 원뿔판(22a)에 대하여 세컨더리축(12)의 축 방향으로 가동하는 가동 원뿔판(22b)과, 가동 원뿔판(22b)을 가동시키는 슬라이드 기구(50)를 구비한다.
슬라이드 기구(50)는 가동 원뿔판(22b)을 진퇴시키는 슬라이드 피스톤(52)과, 슬라이드 피스톤(52)을 가동시키는 모터 제너레이터(30)와, 모터 제너레이터(30)와 슬라이드 피스톤(52) 사이에 개재되는 유성 기어 기구(40)와, 모터 제너레이터(30)와 유성 기어 기구(40) 사이의 회전을 단속하는 제1 클러치(34)와, 세컨더리축(12)과 모터 제너레이터(30) 사이의 회전을 단속하는 제2 클러치(35)와, 모터 제너레이터(30)의 동작을 제어하는 컨트롤러(60)를 구비한다.
이렇게 구성함으로써, 모터 제너레이터(30)를 회전시켜서 슬라이드 피스톤을 세컨더리축(12)의 축 방향으로 가동시킴으로써, 가동 원뿔판(22b)을 가동시켜서, 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭을 변경할 수 있다. 이에 의해, 프라이머리 풀리(21)만을 유압 제어로 할 수 있고, 유압을 발생하는 유압 펌프의 사이즈 및 용량을 축소화할 수 있으므로, 프릭션의 저감에 의해 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
또한, 세컨더리 풀리(22)는 홈 폭의 변경에 유압을 사용하지 않으므로 유압실을 구비하지 않고, 유압실의 원심 유압에 의한 영향을 방지하기 위한 원심 유압실을 구비할 필요가 없다. 그로 인해, 변속에 사용하는 유압 및 유량을 삭감할 수 있으므로, 유압 펌프의 사이즈 및 용량을 축소화할 수 있어, 프릭션의 저감에 의해 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
또한, 세컨더리축(12)의 회전에 의해 모터 제너레이터(30)를 회전시켜서, 회전 에너지를 전력으로서 회생할 수 있다. 회생한 전력은 모터 제너레이터(30)의 구동에 사용한다. 이렇게 구성함으로써, 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
또한, 슬라이드 피스톤(52)은 가동 원뿔판(22b)의 직경 방향 외주측에서 가동 원뿔판(22b)에 접촉하고, 가동 원뿔판(22b)을 축 방향으로 이동하도록 구성하였다. 이와 같은 구성에 의해, V 벨트(23)와 가동 원뿔판(22b)의 시브면에 가해지는 힘(추력)이 가동 원뿔판(22b)을 축 방향으로 확대하는 방향으로 탄성 변형하는 것을 방지할 수 있어, 슬라이드 피스톤(52)을 가동하는 에너지를 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 차량이 감속 중일 때에, 컨트롤러(60)가 제1 클러치(34)와 제2 클러치(35)를 슬립 상태로 하여, 세컨더리축(12)의 회전에 의해, 피구동 상태의 모터 제너레이터(30)의 로터(32)를 회전시켜, 이 회전이 유성 기어 기구(40)를 통하여 슬라이드 피스톤(52)을 축 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 모터 제너레이터(30)를 구동시키는 일 없이, 차량의 감속 시의 에너지만에 의해 가동 원뿔판(22b)을 가동시켜서 변속비를 변경할 수 있어, 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태의 무단 변속기(1)에 대해서 설명한다.
제2 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이며, 모터 제너레이터(30)를 발전기로서 기능시킬 때의 회생 효율을 높일 수 있도록, 제2 유성 기어 기구(80)를 구비하였다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태의 세컨더리 풀리(22)의 설명도이다.
모터 제너레이터(30)는 세컨더리축(12)의 외주에 베어링(33)을 통하여 회전 가능하게 구비된다. 모터 제너레이터(30)의 스테이터(31)는 케이스(2)에 고정된다. 모터 제너레이터(30)의 로터(32)는, 제1 클러치(34)를 통하여 유성 기어 기구(40)의 선 기어(41)에 연결되고, 로터(32)와 선 기어(41) 사이에서 회전이 단속 가능하게 구성된다. 로터(32)는 제2 유성 기어 기구(80)의 선 기어(81)에 결합되고, 선 기어(81)과 함께 회전한다.
제2 유성 기어 기구(80)는, 선 기어(81), 더블 피니언(82) 및 링 기어(83)로 이루어진다. 선 기어(81)의 내주는 베어링(85)을 통하여 세컨더리축에 회전 가능하게 구비된다. 더블 피니언(82)을 연결하는 캐리어는 케이스(2)에 고정된다. 링 기어(83)는 제2 클러치(35)를 통하여 세컨더리축(12)에 연결되고, 링 기어(83)와 세컨더리축(12) 사이에서 회전이 단속 가능하게 구성된다.
이렇게 구성된 제2 실시 형태의 동작은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
전술한 모드 5에 있어서, 제1 클러치(34)를 OFF, 제2 클러치(35)를 ON으로 하여, 세컨더리축(12)의 회전을, 제2 유성 기어 기구(80)를 통하여 모터 제너레이터(30)에 전달한다.
제2 유성 기어 기구(80)에서는, 선 기어(81)에 입력된 회전이 더블 피니언(82)을 통하여 선 기어(81)에 전달되고, 모터 제너레이터(30)의 로터(32)에 전달된다. 이와 같이, 세컨더리축(12)의 회전이 더블 피니언(82)을 구비하는 제2 유성 기어 기구(80)를 통하여 모터 제너레이터(30)에 전달됨으로써, 모터 제너레이터(30)의 회전 속도를 증속할 수 있다. 이에 의해 모터 제너레이터(30)에 의한 회생의 효율을 높일 수 있다.
또한, 모드 7에 있어서, 제1 클러치(34)를 OFF, 제2 클러치(35)를 ON으로 하여, 모터 제너레이터(30)를 구동해서 세컨더리축(12)의 회전을 어시스트할 경우에는, 모터 제너레이터(30)의 회전이 제2 유성 기어 기구(80)를 통하여 세컨더리축에 전달된다.
이 경우에는, 모터 제너레이터(30)의 회전이 더블 피니언(82)을 구비하는 제2 유성 기어 기구(80)에 의해 감속되어서 세컨더리축(12)에 전달되므로, 모터 제너레이터(30)를 구동하는 토크가 작아져, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지가 아니다.
상기 실시 형태에서는, 세컨더리 풀리(22)에 슬라이드 기구(50)를 구비하는 구성을 설명하였다. 이것은 일반적인 벨트식의 무단 변속기(1)에 있어서 프라이머리 풀리(21)의 홈 폭에 응동해서 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭을 변경하면 되고, 제어를 간소화할 수 있기 때문이다.
한편, 이에 반해, 프라이머리 풀리(21)에 슬라이드 기구(50)를 구비하고, 세컨더리 풀리(22)를 유압으로 구동하도록 구성해도 된다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(60)는 차속, 가속/감속 요구, 엔진 회전 속도 등에 기초하여 변속비의 목표값을 결정하고, 차속, 무단 변속기(1)에의 입력 토크, 프라이머리 풀리(21), 세컨더리 풀리(22) 각각의 회전 속도 등으로부터, 원하는 풀리비가 되도록 프라이머리 풀리(21)의 홈 폭을 제어한다. 세컨더리 풀리(22)의 홈 폭은 프라이머리 풀리(21)의 홈 폭에 응동해서 제어한다.
또는, 프라이머리 풀리(21), 세컨더리 풀리(22)의 각각에 슬라이드 기구(50)를 구비하여, 모두 모터 제너레이터(30)의 동작에 의해 홈 폭을 변경하도록 구성해도 된다. 이렇게 구성함으로써, 유압을 발생하는 유압 펌프의 사이즈 및 용량을 축소화할 수 있으므로, 프릭션의 저감에 의해 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 차량은 동력원으로서 엔진(10)만을 구비하고 있지만, 동력원으로서 엔진(10)과 구동용의 모터를 구비하고 있어도 되고, 구동용의 모터만을 구비하고 있어도 된다.
상기 실시 형태에 있어서, V 벨트(23)는 다수의 코마를 무단의 금속 벨트에 의해 결합한 것이라도 되고, 고무 벨트나 체인으로 구성되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 차량은 무단 변속기(1)만을 구비하고 있지만, 무단 변속기(1)와 직렬로 유단 변속기를 구비하고, 변속비의 레인지를 확대하도록 구성해도 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 모터 제너레이터에 의해 홈 폭이 변경되는 제2 풀리의 유압 제어를 생략할 수 있어, 유압을 발생하는 유압 펌프의 사이즈 및 용량을 축소할 수 있으므로, 프릭션을 저감할 수 있다. 또한, 회전축의 회전에 의해 모터 제너레이터를 발전기로서 구동시켜서, 회전 에너지를 전력으로서 회생할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 구동원의 연비 효율을 향상할 수 있다.
본 출원은, 2013년 10월 23일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2013-220318호에 기초하는 우선권을 주장한다. 이들 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (7)

  1. 홈 폭이 변경 가능한 제1 풀리 및 제2 풀리와, 상기 제1 풀리 및 제2 풀리 사이에 걸쳐져서 회전을 전달하는 벨트를 구비하고, 상기 제1 풀리 및 제2 풀리의 홈 폭을 변경함으로써 변속을 행하는 무단 변속기이며,
    상기 제2 풀리는, 회전축에 고정되는 고정 원뿔판과, 상기 고정 원뿔판에 대하여 상기 회전축의 축 방향으로 가동하는 가동 원뿔판과, 상기 가동 원뿔판을 가동시키는 슬라이드 기구와, 상기 슬라이드 기구의 상태를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 슬라이드 기구는,
    상기 가동 원뿔판을 진퇴시키는 피스톤과,
    상기 피스톤을 축 방향으로 이동시키는 모터 제너레이터와,
    상기 모터 제너레이터와 상기 피스톤 사이에 개재하는 유성 기어 기구와,
    상기 모터 제너레이터와 상기 유성 기어 기구 사이의 회전을 단속하는 제1 클러치와,
    상기 회전축과 상기 모터 제너레이터 사이의 회전을 단속하는 제2 클러치를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 클러치를 체결한 상태에서 상기 모터 제너레이터를 구동해서 상기 가동 원뿔판을 이동시킴으로써, 상기 제2 풀리의 홈 폭을 변경하고,
    상기 제2 클러치를 체결하여, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 모터 제너레이터를 발전기로서 구동시키는, 무단 변속기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤은, 상기 가동 원뿔판의 직경 방향 외주측에서 상기 가동 원뿔판에 접촉하는, 무단 변속기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치를 슬립 상태로 하고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 모터 제너레이터 및 상기 유성 기어 기구를 회전시켜서, 상기 피스톤을 축 방향으로 이동시키는, 무단 변속기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 제너레이터와 상기 회전축 사이에 제2 유성 기어 기구가 구비되고,
    상기 제2 클러치를 체결했을 때, 상기 회전축의 회전이 상기 제2 유성 기어 기구에 의해 증속되어서 상기 모터 제너레이터에 전달되는, 무단 변속기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 풀리가 구동력원측에 구비되어, 상기 제2 풀리의 상기 회전축이 변속 후의 회전을 출력하는, 무단 변속기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 풀리가 구동력원측에 구비되어, 상기 제1 풀리의 회전축이 변속 후의 회전을 출력하는, 무단 변속기.
  7. 홈 폭이 변경 가능한 제1 풀리 및 제2 풀리와, 상기 제1 풀리 및 제2 풀리 사이에 걸쳐져서 회전을 전달하는 벨트를 구비하고, 상기 제2 풀리는 회전축에 고정되는 고정 원뿔판과, 상기 고정 원뿔판에 대하여 상기 회전축의 축 방향으로 가동하는 가동 원뿔판과, 상기 가동 원뿔판을 가동시키는 슬라이드 기구를 구비하고, 상기 슬라이드 기구는, 상기 가동 원뿔판을 진퇴시키는 피스톤과, 상기 피스톤을 축 방향으로 이동시키는 모터 제너레이터와, 상기 모터 제너레이터와 상기 피스톤 사이에 개재되는 유성 기어 기구와, 상기 모터 제너레이터와 상기 유성 기어 기구 사이의 회전을 단속하는 제1 클러치와, 상기 회전축과 상기 모터 제너레이터 사이의 회전을 단속하는 제2 클러치를 구비하는 무단 변속기의 제어 방법이며,
    상기 제1 클러치를 체결한 상태에서 상기 모터 제너레이터를 구동해서 상기 가동 원뿔판을 이동시킴으로써, 상기 제2 풀리의 홈 폭을 변경하고,
    상기 제2 클러치를 체결해서 상기 회전축의 회전에 의해 상기 모터 제너레이터를 발전기로서 구동시키는, 무단 변속기의 제어 방법.
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