KR20180123919A

KR20180123919A - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR20180123919A
Application number: KR1020170058302A
Authority: KR
Inventors: 김진호; 황동환; 박종술; 김종수; 이경훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2018-11-20
Also published as: KR102335338B1; CN108869656B; US20180328458A1; CN108869656A; US10274053B2

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 동력을 출력하는 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 제13, 제14, 제15 회전요소를 보유하는 제5 유성기어세트; 상기 제2 회전요소와 상기 입력축에 연결되는 제1축; 상기 제14 회전요소와 상기 출력축에 연결되는 제2축; 상기 제6 회전요소와 상기 제13 회전요소에 연결되는 제3축; 상기 제5 회전요소와 상기 제9 회전요소와 상기 제15 회전요소에 연결되는 제4축; 상기 제1 회전요소에 연결되는 제5축; 상기 제3 회전요소와 상기 제4 회전요소에 연결되는 제6축; 상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소에 연결되는 제7축; 상기 제10 회전요소에 연결되는 제8축; 상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소에 연결되는 제9축을 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전진 10속을 구현하면서 변속비(또는 기어비) 폭을 증대시켜 동력 전달 성능과 연비를 향상시키고, 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

일반적으로 자동변속기 분야에서, 변속단의 다단화는 차량의 연비 향상과 운전성을 극대화하기 위한 기술로 연구가 이루어지고 있다.

이러한 자동변속기의 변속단의 다단화는 엔진의 다운사이징(downsizing)에 따른 동력 성능 및 운전 효율의 극대화를 위해서도 필요하며, 특히, 자동변속기 분야의 경쟁력 확보를 위해서도 변속 전후의 가속도, 및 엔진 속도의 리듬감 등, 운전성에 매우 밀접한 지표로 사용되는 단간비의 선형성이 우수한 고효율 다단 변속기 구조의 개발이 절실히 요구된다.

그런데 자동변속기는 변속단이 증가하면 할수록 구성 부품수가 증가되어 탑재성 및 원가, 중량, 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서는 적은 부품수로 최대한의 동력 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다고 할 수 있다.

이러한 측면에서 최근에는 8속 자동변속기가 구현하고 있는 추세이며, 그 이상의 변속단을 구현할 수 있는 유성기어트레인의 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

그러나 최근 8속 자동변속기의 경우, 변속단 단간비의 선형성 확보를 위해 중요한 인자인 변속비 폭(Span)이 6.5 ~ 7.5로 낮은 수준으로 유지되고 있기 때문에, 엔진을 소형화하기에는 동력 성능 및 연비 향상 효과가 크지 않다.

또한, 8속 자동변속기는 변속비 폭을 9.0 이상의 수준으로 증대하는 경우에도 변속단 단간비의 선형성을 확보하기에는 불리하여 엔진의 운전 효율 및 차량의 운전성이 저하되므로 적어도 9속 이상의 고효율 자동 변속기의 개발이 요구된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하면서, 5개의 유성기어세트를 적용하는 대신, 6개의 결합요소만을 적용하여 클러치 및 브레이크의 드래그 손실을 저감하여 동력 전달 효율 및 연비를 향상시키는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 출력측 유성기어세트에 토크 병렬 방식을 적용하여 각 유성기어세트와 각 결합요소의 토크 분담을 최소화하여 토크 전달 효율 및 내구성을 높일 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하기 위해 5개의 유성기어세트를 적용함으로써, 출력 기어비의 유연성을 증대시켜 변속단 단간비의 선형성이 우수한 고효율의 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 입력축; 동력을 출력하는 출력축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트; 제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트; 제13, 제14, 제15 회전요소를 보유하는 제5 유성기어세트; 상기 제2 회전요소와 상기 입력축에 연결되는 제1축; 상기 제14 회전요소와 상기 출력축에 연결되는 제2축; 상기 제6 회전요소와 상기 제13 회전요소에 연결되는 제3축; 상기 제5 회전요소와 상기 제9 회전요소와 상기 제15 회전요소에 연결되는 제4축; 상기 제1 회전요소에 연결되는 제5축; 상기 제3 회전요소와 상기 제4 회전요소에 연결되는 제6축; 상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소에 연결되는 제7축; 상기 제10 회전요소에 연결되는 제8축; 상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소에 연결되는 제9축을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 제공될 수 있다.

또한, 상기 유성기어트레인은 상기 축과 축 또는 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 6개의 결합요소를 포함하여 3개의 결합요소가 작동 제어되어 전진 또는 후진 변속단이 구현될 수 있다.

이때, 상기 6개의 결합요소는 9개의 축 중, 2개의 축을 상호 연결하는 3개의 클러치; 및 상기 9개의 축 중, 상기 입력축 또는 상기 출력축에 연결되지 않은 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 6개의 결합요소는 상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치; 상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및 상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 6개의 결합요소는 상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치; 상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및 상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3 회전요소는 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고, 상기 제4, 제5, 제6 회전요소는 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고, 상기 제7, 제8, 제9 회전요소는 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고, 상기 제10, 제11, 제12 회전요소는 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어지고, 상기 제13, 제14, 제15 회전요소는 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는 엔진 측으로부터 제4, 제1, 제2, 제5, 제3 유성기어세트의 순서로 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 단순 유성기어세트로 이루어지는 5개의 유성기어세트를 6개의 결합요소로 조합하여 전진 10속 변속단 및 후진 1속 변속단을 구현할 수 있다.

또한, 변속비 폭을 8.1 이상 확보하여 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있으며, 다단화에 따라 변속단 단간비의 선형성을 확보할 수 있어 변속 전후 가속도, 및 엔진 속도 리듬감 등의 운전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하면서, 5개의 유성기어세트를 적용하는 대신, 결합요소의 적용을 최소화하여 클러치 및 브레이크의 드래그 손실을 저감시킴으로써, 동력 전달 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 출력측 유성기어세트에 토크 병렬 방식을 적용하여 각 유성기어세트와 각 결합요소의 분담 토크를 고르게 분배하여 토크 전달 효율 및 내구성을 높일 수 있다.

또한, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하기 위해 5개의 유성기어세트를 적용하여 출력 기어비의 유연성을 증대시킴으로써, 변속단 단간비의 선형성이 우수한 고효율의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 동일 축선상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5), 입력축(IS), 출력축(OS), 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 각 회전요소를 연결하는 9개의 축(TM1 ~ TM9), 결합요소인 3개의 클러치(C1 ~ C3)와 3개의 브레이크(B1 ~ B3), 및 변속기 하우징(H)을 구비한다.

그리고 상기 입력축(IS)으로 입력되는 엔진으로부터의 회전동력은 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 상호 보완작동에 의해 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.

본 발명의 제1 실시 예에서는 각 유성기어세트가 엔진 측으로부터 제4, 제1, 제2, 제5, 제3 유성기어세트(PG4)(PG1)(PG2)(PG5)(PG3)의 순서로 배치된다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력될 수 있다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 동일 축선 상으로 배치되어 변속된 구동력을 차동장치를 통해 구동축으로 전달될 수 있다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제1 피니언 기어(P1)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 복수의 제1 피니언 기어(P1)와 내접 치합되어 상기 제1 선기어(S1)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제2 피니언 기어(P2)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 복수의 제2 피니언 기어(P2)와 내접 치합되어 상기 제2 선기어(S2)와 동력 연결되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제3 피니언 기어(P3)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성캐리어(PC3)와, 상기 복수의 제3 피니언 기어(P3)와 내접 치합되어 상기 제3 선기어(S3)와 동력 연결되는 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)를 포함한다.

상기 제4 유성기어세트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제10 회전요소(N10)인 제4 선기어(S4)와, 상기 제4 선기어(S4)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제4 피니언 기어(P4)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제11 회전요소(N11)인 제4 유성캐리어(PC4)와, 상기 복수의 제4 피니언 기어(P4)와 내접 치합되어 상기 제4 선기어(S4)와 동력 연결되는 제12 회전요소(N12)인 제4 링기어(R4)를 포함한다.

상기 제5 유성기어세트(PG5)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제13 회전요소(N13)인 제5 선기어(S5)와, 상기 제5 선기어(S5)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제5 피니언 기어(P5)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제14 회전요소(N14)인 제5 유성캐리어(PC5)와, 상기 복수의 제5 피니언 기어(P5)와 내접 치합되어 상기 제5 선기어(S5)와 동력 연결되는 제15 회전요소(N15)인 제5 링기어(R5)를 포함한다.

여기서, 상기한 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)는 제3 회전요소(N3)와 제4 회전요소(N4)가 직접 연결되고, 제5 회전요소(N5)와 제9 회전요소(N9) 및 제15 회전요소(N15)가 직접 연결되고, 제6 회전요소(N6)와 제13 회전요소(N13)가 직접 연결되고, 제7 회전요소(N7)와 제12회전요소(N12)가 직접 연결되고, 제8 회전요소(N8)와 제11회전요소(N11)가 직접 연결되어 총 9개의 축(TM1 ~ TM9)을 보유하면서 작동한다.

상기 9개의 축(TM1 ~ TM9)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

단, 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9)은 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 직접 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.

상기 제1축(TM1)은 제2 회전요소{N2: 제1 유성캐리어(PC1)}와 연결되며, 상기 입력축(IS)에 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동된다.

상기 제2축(TM2)은 제14 회전요소{N14: 제5 유성캐리어(PC5)}와 연결되며, 상기 출력축(OS)에 직접 연결되어 항상 출력요소로 작동된다.

상기 제3축(TM3)은 제6 회전요소{N6: 제2 링기어(R2)}와 제13 회전요소{N13; 제5 선기어(S5)}에 연결된다.

상기 제4축(TM4)은 제5 회전요소{N5; 제2 유성캐리어(PC2)}와 제9 회전요소{N9; 제3 링기어(R3)}와 제15 회전요소{N15; 제5 링기어(R5)}에 연결된다.

상기 제5축(TM5)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}에 연결된다.

상기 제6축(TM6)은 제3 회전요소{N3: 제1 링기어(R1)}와 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}에 연결된다.

상기 제7축(TM7)은 제8 회전요소{N8; 제3 유성캐리어(PC3)}와 제11 회전요소{N11; 제4 유성캐리어(PC4)}에 연결된다.

상기 제8축(TM8)은 제10 회전요소{N10: 제4 선기어(S4)}에 연결된다.

상기 제9축(TM9)은 제7 회전요소{N7; 제3 선기어(S3)}와 제12 회전요소{N12; 제4 링기어(R4)}에 연결된다.

여기서, 상기 제5축(TM5)은 제8축(TM8)과 선택적으로 연결되어 동력 연결되고, 상기 제1축(TM1)과 제3축(TM3)은 각각 상기 제7축(TM7)과 선택적으로 연결되면서 동력 연결된다.

또한, 상기 제3축(TM3), 제8축(TM8), 제9축(TM9)은 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되면서 선택적인 고정요소로 작동된다.

그리고 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9) 중에서, 상기 입력축(IS)과 출력축(OS)을 포함하여 축끼리 상호 선택적으로 연결되는 부분에는 3개의 결합요소인 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.

또한, 상기 9개의 축(TM1 ~ TM9) 중에서, 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 3개의 결합요소인 브레이크(B1)(B2)(B3)가 배치된다.

즉, 상기 6개의 결합요소인 상기 3개의 클러치(C1 ~ C3)와 3개의 브레이크(B1 ~ B3)의 각 배치위치를 설명하면, 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 제1축(TM1)과 제7축(TM7) 사이에 배치되어 제1축(TM1)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제3축(TM3)과 제7축(TM7) 사이에 배치되어 제3축(TM3)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제5축(TM5)과 제8축(TM8) 사이에 배치되어 제5축(TM5)과 제8축(TM8)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제3축(TM3)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제3축(TM3)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제2 브레이크(B2)는 제9축(TM9)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제9축(TM9)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기 제3 브레이크(B3)는 제8축(TM8)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제8축(TM8)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

여기서, 상기 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 결합요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서, 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 전진 10속 및 후진 1속 변속단까지의 변속이 이루어지며, 일 예에 의한 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

전진 1속 변속단(D1)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제8축(TM8)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3축(TM3)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 1속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 2속 변속단(D2)에서는 제3 클러치(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제8축(TM8)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3, 제9축(TM3)(TM9)이 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 2속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 3속 변속단(D3)에서는 제3 클러치(C3)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3, 제8축(TM3)(TM8)이 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 3속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 4속 변속단(D4)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제8축(TM8)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3축(TM3)이 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 4속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 5속 변속단(D5)에서는 제1 클러치(C1)와 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3, 제8축(TM3)(TM8)이 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 5속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제8축(TM8)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 6속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 7속 변속단(D7)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결되고, 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제8축(TM8)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 7속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 8속 변속단(D8)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1축(TM1)이 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결되고, 제3축(TM3)이 제2 클러치(C2)의 작동에 의하여 제7축(TM7)과 상호 연결되고, 제5축(TM5)이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제8축(TM8)과 상호 연결된 상태에서, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어진다.

그러면, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5) 전체가 일체화되어 하나로 회전하는 상태가 되며, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어지면, 입력 그대로 출력되는 전진 8속의 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 9속 변속단(D9)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9축(TM9)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 9속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 10속 변속단(D10)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9축(TM9)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 10속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

후진 변속단(REV)에서는 제3 클러치(C3)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9, 제8축(TM9)(TM8)이 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 후진으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 역회전 출력된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1과 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 제3 브레이크(B3)가 제8축(TM8)과 변속기 하우징(H) 사이에 구성되어 제8축(TM8)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 구성으로 이루어지나, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 제3 브레이크(B3)가 제5축(TM5)과 변속기 하우징(H) 사이에 구성되어 제5축(TM5)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 구성에 차이점이 있다.

이러한 상기 제2 실시 예는 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인과 비교하여 제3 브레이크(B3)의 배치 구성에 따른 차이만 있을 뿐, 주요 구성요소인 9개의 축(TM1 ~ TM9), 다른 결합요소인 2개의 클러치(C2)(C3)와 2개의 브레이크(B1 ~ B2)의 연결 관계는 동일하다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서, 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2, 제3 브레이크(B1)(B2)(B3) 중, 3개가 작동하면서 전진 10속 및 후진 1속 변속단까지의 변속이 이루어지며, 일 예에 의한 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제3, 제5축(TM3)(TM5)이 제1, 제3 브레이크(B1)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 3속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 5속 변속단(D5)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제3 브레이크(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제5축(TM5)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 5속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5) 전체가 일체화되어 하나로 회전하는 상태가 되며, 제1축(TM1)으로 입력이 이루어지면, 입력 그대로 출력되는 전진 6속의 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제5축(TM5)이 제3 브레이크(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 7속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 8속 변속단(D8)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9축(TM9)이 제2 브레이크(B2)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 8속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

전진 9속 변속단(D9)에서는 제1 클러치(C1)와 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)가 동시에 작동된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9, 제5축(TM9)(TM5)이 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 전진 9속으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 출력된다.

그리고 상기의 입력 상태에서 제9, 제5축(TM9)(TM5)이 제2, 제3 브레이크(B2)(B3)의 작동에 의하여 고정요소로 작동하면서, 후진으로 변속이 이루어져 제2축(TM2)과 연결된 출력축(OS)으로 역회전 출력된다.

상기와 같이 본 발명의 제1 내지 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인은 5개의 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)(PG4)(PG5)를 적용하는 대신, 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 3개의 브레이크(B1)(B2)(B3)로 이루어지는 6개의 결합요소만으로 적용하여 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 실현할 수 있다.

또한, 변속비 폭이 적어도 8.1 이상으로 확보되어 엔진 운전 효율을 극대화할 수 있으며, 고효율 다단화에 따라 변속단 단간비의 선형성을 확보함으로써, 변속 전후 가속도, 및 엔진 속도 리듬감 등의 운전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하면서도 드래그 손실의 원인이 되는 클러치 및 브레이크 등의 결합요소의 적용을 최소화하여 드래그 손실 저감에 따른 동력 전달 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 출력측 유성기어세트에 토크 병렬 방식을 적용하여 각 유성기어세트와 각 결합요소의 분담 토크를 고르게 분배하여 토크 전달 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전진 10속 및 후진 1속의 변속단을 구현하기 위해 5개의 유성기어세트가 적용되어 출력 기어비의 유연성을 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 변속단 단간비의 선형성이 우수한 고효율의 유성기어트레인을 제공하게 된다.

이상으로 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

PG1,PG2,PG3,PG4,PG5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트
S1,S2,S3,S4,S5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 선기어
PC1,PC2,PC3,PC4,PC5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성캐리어
R1,R2,R3,R4,R5: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 링기어
C1,C2,C3: 제1, 제2, 제3 클러치
B1,B2,B3: 제1, 제2, 제3 브레이크
IS: 입력축
OS: 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8,TM9: 제1,제2,제3,제4,제5,제6,제7,제8, 제9축

Claims

엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
제13, 제14, 제15 회전요소를 보유하는 제5 유성기어세트;
상기 제2 회전요소와 상기 입력축에 연결되는 제1축;
상기 제14 회전요소와 상기 출력축에 연결되는 제2축;
상기 제6 회전요소와 상기 제13 회전요소에 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소와 상기 제9 회전요소와 상기 제15 회전요소에 연결되는 제4축;
상기 제1 회전요소에 연결되는 제5축;
상기 제3 회전요소와 상기 제4 회전요소에 연결되는 제6축;
상기 제8 회전요소와 상기 제11 회전요소에 연결되는 제7축;
상기 제10 회전요소에 연결되는 제8축;
상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소에 연결되는 제9축;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 유성기어트레인은
상기 축과 축 또는 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 6개의 결합요소를 포함하여 3개의 결합요소가 작동 제어되어 전진 또는 후진 변속단이 구현되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 6개의 결합요소는
9개의 축 중, 2개의 축을 상호 연결하는 3개의 클러치; 및
상기 9개의 축 중, 상기 입력축 또는 상기 출력축에 연결되지 않은 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크;
로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 6개의 결합요소는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치;
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크;
로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제2항에 있어서,
상기 6개의 결합요소는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치;
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크;
로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 회전요소는 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제4, 제5, 제6 회전요소는 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제7, 제8, 제9 회전요소는 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제10, 제11, 제12 회전요소는 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어지고,
상기 제13, 제14, 제15 회전요소는 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제4, 제1, 제2, 제5, 제3 유성기어세트의 순서로 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
제13, 제14, 제15 회전요소를 보유하는 제5 유성기어세트;
상기 제2 회전요소, 및 상기 입력축과 연결되는 제1축;
상기 제14 회전요소, 및 상기 출력축과 연결되는 제2축;
상기 제6 회전요소, 및 상기 제13 회전요소와 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소, 상기 제9 회전요소, 및 상기 제15 회전요소와 연결되는 제4축;
상기 제1 회전요소와 연결되는 제5축;
상기 제3 회전요소, 및 상기 제4 회전요소와 연결되는 제6축;
상기 제8 회전요소, 및 상기 제11 회전요소와 연결되는 제7축;
상기 제3, 제4 유성기어세트의 각 회전요소 중, 연결되지 않은 나머지 회전요소의 조합으로 이루어져 각각 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 복수의 축;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 복수의 축은
상기 제10 회전요소와 연결되는 제8축; 및
상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소와 연결되는 제9축;
으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제9항에 있어서,
상기 유성기어트레인은
9개의 축 중, 2개의 축을 상호 연결하는 3개의 클러치;
상기 9개의 축 중, 상기 입력축 또는 상기 출력축에 연결되지 않은 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 3개의 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제10항에 있어서,
상기 3개의 클러치는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치로 구성되고,
상기 3개의 브레이크는
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 구성되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제10항에 있어서,
상기 3개의 클러치는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치로 구성되고,
상기 3개의 브레이크는
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 구성되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 회전요소는 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제4, 제5, 제6 회전요소는 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제7, 제8, 제9 회전요소는 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제10, 제11, 제12 회전요소는 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어지고,
상기 제13, 제14, 제15 회전요소는 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제8항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제4, 제1, 제2, 제5, 제3 유성기어세트의 순서로 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
엔진의 동력을 전달받는 입력축;
동력을 출력하는 출력축;
제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
제7, 제8, 제9 회전요소를 보유하는 제3 유성기어세트;
제10, 제11, 제12 회전요소를 보유하는 제4 유성기어세트;
제13, 제14, 제15 회전요소를 보유하는 제5 유성기어세트;
상기 제2 회전요소, 및 상기 입력축과 연결되는 제1축;
상기 제14 회전요소, 및 상기 출력축과 연결되는 제2축;
상기 제6 회전요소, 및 상기 제13 회전요소와 연결되는 제3축;
상기 제5 회전요소, 상기 제9 회전요소, 및 상기 제15 회전요소와 연결되는 제4축;
상기 제1 회전요소와 연결되는 제5축;
상기 제3 회전요소, 및 상기 제4 회전요소와 연결되는 제6축;
상기 제8 회전요소, 및 상기 제11 회전요소와 연결되는 제7축;
상기 제3, 제4 유성기어세트의 각 회전요소 중, 연결되지 않은 나머지 회전요소의 조합으로 이루어져 각각 변속기 하우징과 선택적으로 연결되는 제8, 제9축;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제15항에 있어서,
상기 제1축과 제7축, 상기 제3축과 제7축, 및 상기 제5축과 제8축은 각각 클러치를 통하여 선택적으로 연결되고,
상기 제8축은 상기 제10 회전요소에 연결되고,
상기 제9축은 상기 제7 회전요소와 상기 제12 회전요소에 연결되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제16항에 있어서,
상기 클러치는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치로 구성되고,
상기 브레이크는
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제8축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 구성되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제16항에 있어서,
상기 클러치는
상기 제1축과 제7축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제3축과 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
상기 제5축과 제8축 사이에 구성되는 제3 클러치로 구성되고,
상기 브레이크는
상기 제3축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크;
상기 제9축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크; 및
상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제3 브레이크로 구성되는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제15항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 회전요소는 제1 선기어, 제1 유성캐리어, 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제4, 제5, 제6 회전요소는 제2 선기어, 제2 유성캐리어, 제2 링기어로 이루어지고,
상기 제7, 제8, 제9 회전요소는 제3 선기어, 제3 유성캐리어, 제3 링기어로 이루어지고,
상기 제10, 제11, 제12 회전요소는 제4 선기어, 제4 유성캐리어, 제4 링기어로 이루어지고,
상기 제13, 제14, 제15 회전요소는 제5 선기어, 제5 유성캐리어, 제5 링기어로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제15항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 유성기어세트는
엔진 측으로부터 제4, 제1, 제2, 제5, 제3 유성기어세트의 순서로 배치되는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.