KR20190081520A - 차량용 유성기어장치 - Google Patents

차량용 유성기어장치 Download PDF

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KR20190081520A
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문철우
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자동차부품연구원
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Abstract

본 발명은 차량용 유성기어장치에 관한 것으로, 내측에 복수개의 링치열부가 형성되는 링기어부와, 링기어부에 내장되고 복수개의 링치열부와 각각 외접되어 맞물리는 복수개의 캐리어치열부가 형성되는 캐리어부와, 캐리어부에 삽입되고 복수개의 캐리어치열부 중 어느 하나와 선택적으로 외접되어 맞물리는 복수개의 선치열부가 형성되는 선기어부와, 선기어부를 축방향으로 이동시켜 캐리어치열부와 선치열부의 연결을 제어하는 작동부를 포함하여, 제품의 사이즈를 줄이면서 기어의 다단 변속이 이루어질 수 있다.

Description

차량용 유성기어장치{PLANETARY GEAR DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 유성기어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 유성기어세트에서 다단 기어 변속이 이루어지고, 소형화가 가능한 차량용 유성기어장치에 관한 것이다.
일반적으로 유성기어장치는 캐리어와, 캐리어에 적어도 2쌍이 구비되는 유성기어와, 이 유성기어와 내접하여 치합되는 링기어와, 유성기어와 외접하여 치합되는 태양기어를 포함하여 이루어진다.
유성기어장치는 입력축과 출력축이 어떠한 기어에 연결되는가에 따라 각 기어의 기어비에 따라 가감속 및 출력축이 달라진다.
예를 들어, 캐리어를 구동축에 연결하여 회전시키고 링기어를 고정시키는 경우에 태양기어를 통해 출력이 이루어지고 이때의 회전은 구동축과 동일 방향으로 증속하게 된다. 또한, 태양기어를 구동축에 연결하여 회전시키고 캐리어를 고정시키는 경우에 링기어를 통해 출력이 이루어지고, 이때의 회전은 역방향으로 감속하여 이루어지게 된다.
이와 같이 유성기어장치는 태양기어, 링기어, 캐리어의 작동 조건에 따른 회전특성이 각각 달라지게 되어 다양한 응용이 가능하며, 특히 이들 각 기어의 기어비에 따라 증감속비를 조절하는 것이 가능하다.
한편, 변속기의 다단화를 위해서는 태양기어, 링기어, 캐리어로 이루어진 유성기어세트를 복수개 배치하여 변속에 필요한 기어비를 생성한다. 그러나, 각각의 유성기어세트는 다단화를 위해 직렬로 배치되므로 추가되는 유성기어세트에 의해 변속기의 크기가 커지는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0057850호(2014.05.14. 공개, 발명의 명칭 : 차량용 자동변속기의 유성기어트레인)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 유성기어세트에서 다단 기어 변속이 이루어지고, 소형화가 가능한 차량용 유성기어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량용 유성기어장치는: 내측에 복수개의 링치열부가 형성되는 링기어부; 상기 링기어부에 내장되고, 복수개의 상기 링치열부와 각각 외접되어 맞물리는 복수개의 캐리어치열부가 형성되는 캐리어부; 상기 캐리어부에 삽입되고, 복수개의 상기 캐리어치열부 중 어느 하나와 선택적으로 외접되어 맞물리는 복수개의 선치열부가 형성되는 선기어부; 및 상기 선기어부를 축방향으로 이동시켜, 상기 캐리어치열부와 상기 선치열부의 연결을 제어하는 작동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 링기어부는 내측에 복수개의 상기 링치열부가 형성되는 링케이스부; 및 상기 링케이스부의 단부에 형성되고, 상기 작동부가 관통되는 링지지부;를 포함하고, 복수개의 상기 링치열부는 상기 링케이스부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 캐리어부는 외측에 복수개의 상기 캐리어치열부가 형성되고, 상기 링케이스부에 내장되는 복수개의 캐리어삽입부; 상기 캐리어삽입부에 각각 삽입되는 캐리어축부; 및 상기 캐리어축부를 연결하는 캐리어연결부;를 포함하고, 복수개의 상기 캐리어치열부는 상기 캐리어삽입부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
복수개의 상기 캐리어치열부는 일방향으로 갈수록 외경이 작아지는 것을 특징으로 한다.
상기 선기어부는 복수개의 상기 캐리어삽입부 사이에 배치되고, 외측에 상기 선치열부가 형성되는 선축부;를 포함하고, 복수개의 상기 선치열부는 상기 선축부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
복수개의 상기 선치열부는 일방향으로 갈수록 외경이 커지는 것을 특징으로 한다.
복수개의 상기 캐리어치열부 간의 이격거리와, 복수개의 상기 선치열부 간의 이격거리는 서로 상이하여, 복수개의 상기 선치열부 중 어느 하나는 복수개의 상기 캐리어치열부 중 어느 하나에 선택 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 유성기어장치는 하나의 유성기어세트에서 다수개의 기어열을 선택 적용할 수 있어서 소형화를 구현하면서 다단 기어 변속이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 링기어부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 캐리어부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 선기어부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 기어비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 1기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 2기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 3기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 유성기어세트의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어장치(1)는 링기어부(10)와, 캐리어부(20)와, 선기어부(30)와, 작동부(40)를 포함한다.
링기어부(10)는 내측에 복수개의 링치열부(19)가 형성된다. 캐리어부(20)는 링기어부(10)에 내장되고, 복수개의 링치열부(19)와 각각 외접되어 맞물리는 복수개의 캐리어치열부(29)가 형성된다. 선기어부(30)는 캐리어부(20)에 삽입되고, 복수개의 캐리어치열부(29) 중 어느 하나와 선택적으로 외접되어 맞물리는 복수개의 선치열부(39)가 형성된다. 작동부(40)는 선기어부(30)를 축방향으로 이동시켜, 캐리어치열부(29)와 선치열부(39)의 연결을 제어한다.
즉, 작동부(40)를 통해 선기어부(30)가 축방향 이동되면서 어느 하나의 선치열부(39)가 어느 하나의 캐리어치열부(29)에 선택적으로 연결되어 기어 변속이 이루어질 수 있다. 일 예로, 작동부(40)로는 액추에이터 또는 실린더가 될 수 있으며, 자체 길이가 가변되면서 회전되는 선기어부(30)를 축방향으로 이동시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 링기어부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 링기어부(10)는 링케이스부(11)와 링지지부(12)를 포함한다.
링케이스부(11)는 내측에 복수개의 링치열부(19)가 형성된다. 복수개의 링치열부(19)는 링케이스부(11)의 길이를 따라 이격되어 배치된다. 일 예로, 링케이스부(11)는 원통 형상을 하고, 링치열부(19)는 링케이스부(11)의 길이를 따라 형성될 수 있다. 링치열부(19)는 제1링치열부(191)와, 제2링치열부(192)와, 제3링치열부(193)를 포함하되, 링케이스부(11)의 일단부에서 타단부로 순차 배치될 수 있다.
복수개의 링치열부(19)는 일방향으로 갈수록 외경이 작아진다. 일 예로, 제1링치열부(191) 보다 제2링치열부(192)의 외경이 더 작고, 제2링치열부(192) 보다 제3링치열부(193)의 외경이 더 작게 형성될 수 있다.
링지지부(12)는 링케이스부(11)의 단부에 형성되고, 작동부(40)가 관통된다. 일 예로, 링지지부(12)는 링케이스부(11)의 타단부 중앙에 배치되는 지지중앙부(121)와, 지지중앙부(121)의 원주면을 따라 복수개가 배치되고 링케이스부(11)와 결합되는 지지결합부(122)와, 지지중앙부(121)에 형성되어 작동부(40)가 관통되는 지지홀부(123)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 캐리어부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어부(20)는 캐리어삽입부(21)와, 캐리어축부(22)와, 캐리어연결부(23)를 포함한다.
복수개의 캐리어삽입부(21)는 외측에 복수개의 캐리어치열부(29)가 형성되고, 링케이스부(11)에 내장된다. 복수개의 캐리어치열부(29)는 캐리어삽입부(21)의 길이를 따라 이격되어 배치된다. 일 예로, 3개의 캐리어삽입부(21)가 링케이스부(11)의 내측 둘레를 따라 이격되어 배치되고, 각각의 캐리어삽입부(21) 외측에 형성되는 캐리어치열부(29)는 제1캐리어치열부(291)와, 제2캐리어치열부(292)와, 제3캐리어치열부(293)를 포함하되, 캐리어삽입부(21)의 일단부에서 타단부로 순차 배치될 수 있다. 제1캐리어치열부(291)는 제1링치열부(191)와 맞물리고, 제2캐리어치열부(292)는 제2링치열부(192)와 맞물리며, 제3캐리어치열부(293)는 제3링치열부(193)와 맞물릴 수 있다.
캐리어축부(22)는 캐리어삽입부(21)에 각각 삽입된다. 일 예로, 각각의 캐리어삽입부(21)는 원기둥 형상을 하고, 캐리어축부(22)는 캐리어삽입부(21)에 삽입되거나 관통될 수 있다. 캐리어삽입부(21)는 캐리어축부(22)에 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
캐리어연결부(23)는 캐리어축부(22)를 연결한다. 이로 인해, 복수개의 캐리어삽입부(21)는 동기화되어 링케이스부(11)의 내경을 따라 이동될 수 있다. 일 예로, 캐리어연결부(23)에는 3개의 캐리어축부(22)가 장착되고, 캐리어연결부(23)의 중앙부에는 작동부(40)가 관통되는 연결홀부(25)가 형성될 수 있다.
복수개의 캐리어치열부(29)는 일방향으로 갈수록 외경이 작아진다. 일 예로, 제1캐리어치열부(291) 보다 제2캐리어치열부(292)의 외경이 더 작고, 제2캐리어치열부(292) 보다 제3캐리어치열부(293)의 외경이 더 작게 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 선기어부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선기어부(30)는 선축부(31)를 포함한다. 선축부(31)는 복수개의 캐리어삽입부(21) 사이에 배치되고, 외측에 선치열부(39)가 형성된다. 복수개의 선치열부(39)는 선축부(31)의 길이를 따라 이격되어 배치된다. 일 예로, 3개의 캐리어삽입부(21) 사이에 선축부(31)가 배치되고, 선축부(31)의 외측에 형성되는 선치열부(39)는 제1선치열부(391)와, 제2선치열부(392)와, 제3선치열부(393)를 포함하되, 선축부(31)의 일단부에서 타단부로 순차 배치될 수 있다.
복수개의 선치열부(39)는 일방향으로 갈수록 외경이 커진다. 일 예로, 제1선치열부(391) 보다 제2선치열부(392)의 외경이 더 크고, 제2선치열부(392) 보다 제3선치열부(393)의 외경이 더 크게 형성될 수 있다.
이때, 복수개의 캐리어치열부(29) 간의 이격거리와, 복수개의 선치열부(39) 간의 이격거리는 서로 상이하여, 복수개의 선치열부(39) 중 어느 하나는 복수개의 캐리어치열부(29) 중 어느 하나에 선택 연결된다.
일 예로, 작동부(40)에 의해 선축부(31)가 이동되어 제1선치열부(391)가 제1캐리어치열부(291)와 맞물릴 수 있다. 이때, 제2선치열부(392)와 제2캐리어치열부(292)는 서로 연결되지 않고, 제3선치열부(393)와 제3캐리어치열부(293)는 서로 연결되지 않는다.
그리고, 작동부(40)에 의해 선축부(31)가 이동되어 제2선치열부(392)가 제2캐리어치열부(292)와 맞물릴 수 있다. 이때, 제1선치열부(391)와 제1캐리어치열부(291)는 서로 연결되지 않고, 제3선치열부(393)와 제3캐리어치열부(293)는 서로 연결되지 않는다.
마지막으로, 작동부(40)에 의해 선축부(31)가 이동되어 제3선치열부(393)가 제3캐리어치열부(293)와 맞물릴 수 있다. 이때, 제1선치열부(391)와 제1캐리어치열부(291)는 서로 연결되지 않고, 제2선치열부(392)와 제2캐리어치열부(292)는 서로 연결되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 기어비를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 1기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 2기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트에서 3기어열이 연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어세트(1)는 캐리어부(20)가 공용으로 사용되기 때문에 기어비 변경이 이루어지더라도 캐리어삽입부(21)를 고정하는 축의 위치(지름)는 각 기어비 별로 동일해야 한다. 이때, R은 링기어부(10)의 링치열부(19), C는 캐리어부(20)의 캐리어축부(22)를 연결하는 가상의 원, P는 캐리어부(20)의 캐리어치열부(29), S는 선기어부(30)의 선치열부(39)를 각각 의미할 수 있다. 그리고, C의 지름은 S+P와 같고, R의 지름은 C+P(S+2P)와 같다.
Figure pat00001
표 1은 기어비를 개략적으로 나타내는 표이다. 이때, 1기어열은 제1선치열부(391)와, 제1캐리어치열부(291)와, 제1링기어치열부(191)가 서로 연결된 상태를 의미한다(도 5a 및 도 6 참조). 그리고, 2기어열은 제2선치열부(392)와, 제2캐리어치열부(292)와, 제2링기어치열부(192)가 서로 연결된 상태를 의미한다(도 5b 및 도 7 참조). 마지막으로, 3기어열은 제3선치열부(393)와, 제3캐리어치열부(392)와, 제3링기어치열부(193)가 서로 연결된 상태를 의미한다(도 5c 및 도 8 참조).
표 1을 참조하면, 입력, 출력, 고정기어의 선택에 따라 6가지의 기어비 변환을 할 수 있을 뿐만 아니라, 각 기어열 마다 6가지의 기어비 변환이 가능하다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
선기어부(30)의 둘레를 따라 3개의 캐리어삽입부(21)가 배치되고, 캐리어삽입부(21)에 각각 삽입되는 캐리어축부(22)는 캐리어연결부(23)에 결합되어 캐리어삽입부(21)의 동기화를 유도한다. 그리고, 캐리어삽입부(21)는 링기어부(10)에 삽입된다. 이때, 제1링치열부(191)는 제1캐리어치열부(291)와 연결되고, 제2링치열부(192)는 제2캐리어치열부(292)와 연결되며, 제3링치열부(193)는 제3캐리어치열부(293)와 연결된다.
상기한 상태에서 차량의 제1변속단 구현을 위해 작동부(40)가 구동되면, 선축부(31)가 이동되어 제1선치열부(391)가 제1캐리어치열부(291)와 맞물리고, 제1캐리어치열부(291)가 제1링치열부(191)와 맞물려 변속된 출력을 제공한다.
그리고, 차량의 제2변속단 구현을 위해 작동부(40)가 구동되면, 선축부(31)가 이동되어 제2선치열부(392)가 제2캐리어치열부(292)와 맞물리고, 제2캐리어치열부(292)가 제2링치열부(192)와 맞물려 변속된 출력을 제공한다.
마지막으로, 차량의 제3변속단 구현을 위해 작동부(40)가 구동되면, 선축부(31)가 이동되어 제3선치열부(393)가 제3캐리어치열부(293)와 맞물리고, 제3캐리어치열부(293)가 제3링치열부(193)와 맞물려 변속된 출력을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유성기어장치(1)는 하나의 유성기어세트에서 다수개의 기어열을 선택 적용할 수 있어서 소형화를 구현하면서 다단 기어 변속이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 링기어부 11 : 링케이스부
12 : 링지지부 19 : 링치열부
20 : 캐리어부 21 : 캐리어삽입부
22 : 캐리어축부 23 : 캐리어연결부
29 : 캐리어치열부 30 : 선기어부
31 : 선축부 39 : 선치열부
40 : 작동부

Claims (7)

  1. 내측에 복수개의 링치열부가 형성되는 링기어부;
    상기 링기어부에 내장되고, 복수개의 상기 링치열부와 각각 외접되어 맞물리는 복수개의 캐리어치열부가 형성되는 캐리어부;
    상기 캐리어부에 삽입되고, 복수개의 상기 캐리어치열부 중 어느 하나와 선택적으로 외접되어 맞물리는 복수개의 선치열부가 형성되는 선기어부; 및
    상기 선기어부를 축방향으로 이동시켜, 상기 캐리어치열부와 상기 선치열부의 연결을 제어하는 작동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 링기어부는
    내측에 복수개의 상기 링치열부가 형성되는 링케이스부; 및
    상기 링케이스부의 단부에 형성되고, 상기 작동부가 관통되는 링지지부;를 포함하고,
    복수개의 상기 링치열부는 상기 링케이스부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 캐리어부는
    외측에 복수개의 상기 캐리어치열부가 형성되고, 상기 링케이스부에 내장되는 복수개의 캐리어삽입부;
    상기 캐리어삽입부에 각각 삽입되는 캐리어축부; 및
    상기 캐리어축부를 연결하는 캐리어연결부;를 포함하고,
    복수개의 상기 캐리어치열부는 상기 캐리어삽입부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    복수개의 상기 캐리어치열부는 일방향으로 갈수록 외경이 작아지는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 선기어부는
    복수개의 상기 캐리어삽입부 사이에 배치되고, 외측에 상기 선치열부가 형성되는 선축부;를 포함하고,
    복수개의 상기 선치열부는 상기 선축부의 길이를 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    복수개의 상기 선치열부는 일방향으로 갈수록 외경이 커지는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    복수개의 상기 캐리어치열부 간의 이격거리와, 복수개의 상기 선치열부 간의 이격거리는 서로 상이하여, 복수개의 상기 선치열부 중 어느 하나는 복수개의 상기 캐리어치열부 중 어느 하나에 선택 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 유성기어장치.
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