KR930010897B1 - 동시 변환식 연속 가변 변속기 - Google Patents

동시 변환식 연속 가변 변속기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

동시 변환식 연속 가변 변속기
제1도는 클러치가 해제된 동시 변환점에서의 부품을 도시한 본 발명 CVT(Continuously Variable Transmission)의 단면도.
제2도는 제공된 범위를 설정함에 있어서 CVT의 클러치의 위치를 설명하는 챠트.
제3도는 명확히 하기 위해 각 구동 범위에서 변속기 속도비와 가변기 속도비와의 관계를 도시한 그래프.
제4a도는 저범위에 있는CVT를 도시한 개략도.
제4b도는 제1고범위에 있는 CVT를 도시한 개략도.
제4c도는 제2고범위에 있는CVT를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 연속 가변 변속기 14 : 구동 샤프트
18 : 피동 샤프트 20 : 고정비 구동기구
28 : 가변기 30 : 가변구동 폴리
32 : 가변 피동 폴리 36 : 유성 기어 조립체
38 : 태양 기어 40 : 링 기어
42 : 캐리어 46 : 마찰클러치
60 : 출력기어
본 발명은 연속으로 가변되는 변속기(CVT)에 관한 것이다. 특히 소형의 전륜구동 자동차에 사용하기 적합한 CVT에 관한 것이다. CVT는 다수의 구동범위와, 어떤 구동범위에서 다른 구동범위로 변환되는 동시 변한점을 갖고 있다.
전형적인 자동차 변속기는 자동차 시동시의 저속 고토오크 범위와, 고속의 자동차 운전중 고속 저토오크범위사이에서 분리된 단계로 변환된다. 수동 변속기 변환은 기어 셋트의 맞물림에 의하여 이루어진다. 자동 변속기 변환은 마찰요소의 조절된 맞물림에 의하여 이루어진다. 이와 같은 변환은 단계적 기능에 있으므로 가장 효율적인 자동차 조작은 개략적으로만 이루어진다. 이와 같은 변환은 단계적 기능에 있으므로 가장 효율적인 자동차 조작은 개략적으로만 이루어질 수 있다. 부하 및 속도 등을 변환시키기 위해 보정하도록 연속 조정 가능한 변환이 이뤄질 수 있도록 개선해야 할 것을 엔지니어는 인색해왔다. 이것은 엔진이 변환상태에서 최대 효율로 작동하도록 한다.
CVT는 공지되어 왔다. 전형적인 CVT는 구동 샤프트상에 설치된 한쌍의 플랜지를 가진 가변 풀리를 포함하는 가변비 구동기구(가변기)를 사용하고 있고, 상기 플랜지 중의 하나는 풀리 피치 반경을 반경하도록 다른 플랜지에 대해서 움직일 수 있다. 또 유사한 가변 풀리가 피동 샤프트에 설치된다. 적절한 벨트 또는 체인은 그 사이의 토오크를 전달하기 위하여 폴리를 연결한다. 한 풀리의 피치 반경이 바뀔때 다른 풀리의 피치 반경도 동시에 반대 방향으로 바뀐다. 그 결과 구동 샤프트와 피동 샤프트 사이의 구동비는 가변기의 비율 범위를 한정하는 범위내에서 연속적이고 원활하게 변한다. 전형적으로, 필요한 것은 아니지만 이 범위는 감속비로부터 그 역 오버드라이브비까지이다.
최근 CVT를 자동차의 구동라인에 적용하는 상당한 작업이 경주되어 오고 있다. 그와 같은 CVT의 예가 1960년 4월 26일자의 미합중국 특허 제2,933,952호 및 1969년 11월 25일자의 미합중국 특허 제3,479,908호 공보에 개시되어 있다. 상기 각 특허 공보에는 전·후방 양쪽으로 저속, 고토오크 구동을 제공하는 저범위와 전방으로의 고속, 저토오크 구동을 제공하는 고범위를 가지는 분할 통로(split-path)CVT가 기술되어 있다. 1967년 9월 12일자의 미합중국 특허 제3,340,749호 공보에는 다수의 고범위를 제공하는 분할 통로 CVT가 기술되어 있다. 그러나 이 특허 공보에는 변속기가 어떠한 구동범위에서부터 다른 범위로 변환되는 동시 변환점에 대해서는 기술되어 있지 않다. 또, 구동범위는 원활한 동력 흐름을 제공하기 위하여 계속해서 설정되어야 한다.
자동차 운전자로 하여금 어떤 구동범위로부터 다른 구동범위로 변환할 수 있게 하는 CVT에 대한 기술의 필요성이 남아있다. 특히, 운전자가 저범위로부터 시내 주행에 적합한 제1의 수행 고범위로 또는 고속도로주행에 적합한 제2의 경제적인 고범위 어느쪽으로의 변환을 자유로이 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 필요성에 부합되게 하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여, 동시 변환되고 연속으로 가변될 수 있는 변속기가 기술된다. 변속기는 입력축과, 출력기어와, 상기 입력축과 구동관계에 있는 고정비 구동 기구 및 가변기와, 태양 기어부, 링 기어부, 캐리어부 및 태양 기어와 링 기어부와 맞물린 관게로 캐리어부에 의해 지지되는 다수의 유성 기어를 포함하는 유성 기어 조립체를 포함한다. 가변기와 두 부재를 선택적으로 연결하기 위한 제1클러치 수단이 제공되고, 기구와 두 부재를 선택적으로 연결하고 또 기구를 두부재로부터 해제하기 위한 제2클러치 수단이 제공되고, 두 부재와 출력 기어를 선택적으로 연결하기 위한 제3클러치 수단이 제공된다.
본 발명의 목적 및 장점은 첨부도면을 포함한 본 명세서를 주위깊게 고찰하면 본 기술분야에 숙련된 자에게 명백해질 것이다.
본 발명은 많은 다른 형태의 실시예로 될 수 있지만, 양호한 실시예는 도면과 명세서에 상세히 예시되어 있다. 설명은 본 발명 원리의 예실로서, 본 실시예에 의해 본 발명이 제한되지 않음을 이해할 것이다.
보다 상세한 제1도에서, 본 발명의 양호한 실시예는 변속기 하우징(12)을 가지는 CVT(10)를 구체화하고 있다. 입력 또는 구동 샤프트(14)는 하우징(12)내에서의 회전을 위해 제1의 입력 또는 구동축(1) 선상에서 저널 베어링에 의해 지지된다. 구동 샤프트(14)는 관련 자동차(도시되지 않음)엔진으로부터 플라이휘일(16)을 통해 동력을 받도록 되어 있다. 또 피동 샤프트(18)는 하우징(12)내에서의 회전을 위해 제2의 출력 또는 피동축(0) 선상에서 저널 베어링에 의해 지지된다.
고정비 구동 기구(20)는 체인 구동 열 등과 같은 것이다. 기구(20)는 축(1) 선상의 구동 샤프트(14)와 회전하는 스프로켓 형태의 구동요소(22)와 축(0)선상의 피동 샤프트(18)에 대해 회전하도록 저널 베어링에 의해 지지된 스프로켓 형태의 피동 요소(24)와, 스프로켓(22,24)을 연결하는 체인(26)을 포함한다. 예로서 기구(20)는 감속비 0.5를 취한다고 가정한다.
가변기(28)는 축(1) 선상의 구동 샤프트(14)와 회전하는 가변 구동 풀리(30)와, 축(0) 선상의 피동 샤프트(18)에 대해 회전하도록 저널 베어링에 의해 지지된 가변 피동 풀리(32)를 포함한다. 적절한 벨트(34)등이 풀리(30,32)를 연결한다. 풀리(30,32)의 피치 반경은 가변기(28)가 소정의 한계치 사이에서 연속적으로 변하는 구동비를 제공하도록 반대로 바뀌게 된다. 이 한계치는 기구(20)의 비와 거의 동일한 비, 이예에서는 감속비 0.5와 그 역 오버드라이브 2.0이다.
유성 기어 조립체(36)는 축(0) 선상의 피동 샤프트(18)에 회전하는 태양기어(38)와, 축(0) 선상의 피동 샤프트(18)에 대해 회전하는 핑기어(40)와, 축(0)선상의 피동 샤프트(18)에 대해 회전하는 캐리어(42)와, 태양 기어(38)와 링기어(40)와 맞물려 캐리어(42)에 의해 지지되는 다수의 유성기어(44)를 포함한다. 본 발명의 양호한 형태에 있어서, 링기어 이에 대한 태양 기어 이의 비는 기구(20)의 비와 거의 수치적으로 동일하고 이 예에 있어서는 감속비 0.5이다.
본 발명의 양호한 형태에 있어서, 제1클러치(A)와 피동 풀리(32)를 맞물리게 하기 위하여 마찰 클러치(46)가 제공된다. 클러치(A), 예를 들어 죠오 클러치는, 제1도에 도시된 자유롭고 해제된 위치로부터 피동 샤프트(18)의 치형부(50)와 맞물리게 오른쪽으로나 또는 링기어(40)의 치형부(52)와 맞물리게 왼쪽으로 변환될 수 있는 치형부(48)을 포함한다.
피동 스프로켓(24)은 제2클러치(B)와 맞물린다. 클러치(B), 예를 들어 죠오 클러치는, 제1도에 도시된 자유롭고 해제된 위치로부터 캐리어(42)의 치형부(56)와 맞물리게 오른쪽으로나 또는 피동 샤프트(18)의 치형부(58)와 맞물리게 왼쪽으로 변환될 수 있는 치형부(54)를 포함한다.
출력 기어(60)등은 차동 장치(62)와 구동 관계에 있다. 차동 장치(62)는 관련 자동차의 차축(64,66)에 동력을 주게되어 있다.
출력 기어(6)는 제3클러치(C)와 맞물린다. 클러치(C), 예를 들어 죠오 클러치는, 제1도에 도시된 자유롭고 해제된 위치로부터 링 기어(40)의 치형부(72)와 맞물리게 오른쪽으로나 또는 캐리어(42)의 치형부(74)와 맞물리게 왼쪽으로 변환될 수 있는 치형부(70)를 포함한다.
제1도, 제2도 및 제4a도에 도시된 바와 같이, 저범위는 클러치(A,B,C)를 오른쪽으로 변환시킴으로써 설정된다. 클러치(A)는 피동 폴리(32)와 피동 샤프트(18) 및 태양 기어(38)를 연결하고, 클러치(B)는 피동 스프로켓(24)과 캐리어(42)를 연결하고, 클러치(C)는 링기어(40)와 출력기어(60)를 연결한다.
상기한 가정에 기초하여, 기구(20)는 감속비0.5를 가지고, 캐리어(42)는 0.5배 입력속도로 회전한다. 풀리(30,32)의 피치 반경이 가변기(28)가 오버드라이브비 1.5를 취하도록 될때, 축(18)과 태양 기어(38)는 1.5배 일력 속도에서 회전한다. 링 기어(40)와 출력 기어(60)의 최종 속도는 0이다. 이것은 제3도 그래프에서 중립점 N으로 도시되어 있다. 이러한 기어의 중립 상태에 있을때 자동차 크립(creep)을 피하기 위해 상기 점에서 클러치(46)를 해제하는 것이 바람직하다.
제3도에 도시된 바와 같이, 저범위에서 가변기(28)의 비는 한 방향으로 오버드라이브 2.0으로부터 감속비 0.5로 변할 수 있다. 2.0에서 1.5오버드라이브 까지에서, CVT(10)는 -0.25배 입력속도로부터 0까지 변하는 변속기 비로 역구동한다. 1.5오버드라이브로부터 0.5 감속비까지, CVT(10)는 0에서부터 0.5배 입력속도까지 변하는 변속기 비로 정구동 한다.
변속기(28) 비가 감속비 0.5일때, CVT (10)는 동시 변환점(S)에 있다. 이점에서 축(0)상의 모든 부품은 0.5배 입력 속도로 동시에 회전한다. CVT(10)는 간단한 죠오 클러치 등을 사용하여 어떤 범위에서부터 다른 범위로 변환될 수 있다. 동기 장치는 필요없다.
제1도, 제2도, 제3도 및 제4b도에 도시된 바와 같이, 동시 변환점(S)에서 CVT(10)는 클러치(A,B,C)를 각각 왼쪽으로 변환시킴으로써 저범위로부터 제1고범위(고-1)까지 변환될 수 있다. 클러치(A) 는 피동풀리(32)와 링 기어(40)를 연결하고, 클러치(B)는 피동 스프로켓(24)과 피동 샤프트(18) 및 태양기어(38)를 연결하며, 클러치(C)는 캐리어(42)와 출력기어(60)를 연결한다. 제1고범위에서 가변기(28)의 비는 반대 방향으로 0.5감속비로부터 2.0오버드라이브로 변할 수 있다. CVT(10)는 0.5내지 1.5배 입력 속도로 변하는 변속기 비로 정구동을 한다.
제1도, 제2도, 제3도 및 제4C도에 도시된 바와 같이, 동시 변환점(S)에서 클러치(A)를 왼쪽으로 변환시켜 피동풀리(32)와 링 기어(40)를 연결하고, 클러치(B)를 자유 위치로 변환시켜 피동 스프로켓(24)을 해제하고, 클러치(C)를 오른쪽으로 변환시켜 링 기어(40)와 출력기어(60)을 연결함으로써 CVT(10)는 저범위에서부터 제2고범위(고-2)로 변환될 수 있다. 제2고범위에서 가변기의 비는 반대방향으로 0.5 감속비에서 부터 2.0 오버드라이브로 변할 수 있다. CVT(10)는 0.5 내지 2.0배 입력속도로 변하는 변속기 비로 정구동으로 한다.
제1고범위는 시내 주행에 적합하고, 제2고범위는 고속도로 주행에 적합하다. CVT(10)는 저범위와 어느 한 고범위 사이에 변환되도록 고려되지만, 운전조건이 적합하다면 한 고범위로부터 다른 범위로 직접변환될 수도 있다.
감속비 및 오버드라이버 한계치 사이에서 가변기(28)의 비율 범위를 변화시키기 위하여 풀리(30,32)의 피치 반경을 역으로 변경하고, 중립점(N)에서 마찰 클러치(46)를 연결 및 해제하고, 동시 변환점(S)에서 클러치(A,B,C)를 변환하기 위하여 적절한 제어 시스템(CS)이 제공된다.
이와 같이 본 발명은 다수 구동 범위를 가지는 CVT에 관한 것임을 알 수 있다. 변속기는 동시 변환점에서 어떤 구동범위로부터 다른 구동 범위로 변환될 수 있다. 저범위는 양 중립쪽에서 저속도, 고토오크 구동을 제공한다. 저범위에서 CVT는 분할-통로 형상을 한다. 즉, 토오크는 고정비 구동 기구와 가변기 양쪽을 통해서 전달된다. 제1고범위는 고속, 저토오크 구동을 제공한다. 이 범위에서도 CVT는 분할-통로형상을 한다. 제2고범위 역시 고속, 저토오크 구동을 제공하지만, 제1고범위보다 더 높은 최대 오버드라이브에서 제공한다. 이 범위에는 CVT는 단일-통로 형상을 한다. 고정비 구동 기구는 해제되고, 모든 토오크는 가변기를 통해 전달된다.
가변비에 대한 수치는 실시예로서 주어진다. 설계자는 특수한 요구조건을 만족시키는 다른 수치를 광범위하게 선택할 수 있다.

Claims (12)

  1. 입력 샤프트(14)와, 상기 입력 샤프트와 구동 관계에 있는 고정비 구동기구(20)와, 상기 입력 샤프트와 구동 관계에 있는 가변기(28)와, 태양기어(38), 링 기어(40), 캐리어(42) 및 태양 기어 및 링 기어와 맞물려 상기 캐리어에 의해 지지되는 다수의 유성 기어(44)를 포함하는 유성 기어 조립체(36)와, 출력 기어(60)와, 상기 가변기와 상기 두 부재를 선택적으로 연결하는 제1클러치 수단 (A)과, 상기 기구와 상기 두부재를 선택적으로 연결하고 상기 기구를 상기 두 부재로부터 해제하는 제2클러치수단(B)과, 상기 두 부재와 상기 출력 기어를 선택적으로 연결하는 제3클러치 수단(C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기구(20)는 감속비를 가지며, 상기 가변기(28)는 상기 감속비와 거의 동일한 비를 포함하는 비율범위를 가지며, 링기어(40)이 (teeth)에 대한 태양기어(38) 이의 비는 상기 감속비와 수치적으로 거의 동일하며, 상기 제1클러치 수단(A)은 상기 가변기(28)와 상기 태양기어(38) 및 링 기어(40)를 선택적으로 연결하며, 상기 제2클러치 수단(B)은 상기 기구(20)와 상기 캐리어(42) 및 태양 기어(38)를 선택적으로 연결하며, 상기 제3클러치 수단(C)은 상기 링 기어(40) 및 캐리어(42)와 상기 출력 기어를 연결하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 태양기어(38)및 링 기어(40)로부터 상기 가변기(28)를 해제하는 부가적인 클러치 수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부가적인 클러치 수단(46)이, 상기 가변기의 비가 상기 감속비와 거의 동일할때 상기 제1클러치 수단(A)으로부터 상기 가변기(28)를 해제하는 마찰 클러치 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  5. 회전 구동 샤프트(14)와, 피동 요소(24) 및 상기 구동 샤프트(14)의 회전에 응하여 회전할 수 있는 구동 요소(22)를 포함한 고정비 구동 기구(20)와, 소정의 한계치 사이에서 연속적으로 변할 수 있는 비율범위를 가지며 그리고 상기 구동 샤프트(14)의 회전에 응하여 회전할 수 있는 가변 구동 풀리(30)와 피동풀리(32)를 포함한 가변기(28)와, 태양기어(38), 링기어(40), 캐리어(42) 및 상기 태양 기어 및 링기어 와 맞물린 관계에서 상기 캐리어에 지지되는 다수의 유성 기어(44)를 포함한 유성 기어 조립체(36)와, 회전 출력 기어(60)와, 상기 피동 풀리와 상기 두 부재를 선택적으로 연결하는 제1클러치 수단(A)과, 상기 피동 요소와 상기 두 부재를 선택적으로 연결하고 또 상기 피동 요소를 두 부재로부터 해제하는 제2클러치수단(B)과, 상기 두 부재와 상기 출력 기어를 선택적으로 연결하는 제3클러치 수단(C)을 포함하며, 상기 가변기의 비가 상기 고정비 구동 기구의 비와 거의 동일할때 상기 피동 요소(24), 피동 풀리(32) 및 출력기어(60)가 동시에 회전하도록 상기 변속기가 구성되고 배열되는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구동 샤프트(14)는 제1축(1) 선상에서 회전할 수 있으며, 상기 구동 요소(22)및 구동 풀리(30)는 상기 제1축 선상에서 상기 구동축과 회전할 수 있으며, 피동 샤프트(18)는 제2축(0) 선상에서 회전할 수 있고, 상기 태양 기어(38)는 상기 제2축 선상에서 상기 피동 샤프트와 회전할수 있으며, 상기 피동 요소(24), 피동풀리(32), 링기어(40), 캐리어(42) 및 출력기어(60)는 상기 제2축(0) 선상의 상기 피동 샤프트(18)에 대해 회전할 수 있으며, 상기 제1클러치 수단(A)은 상기 피동 풀리(32)와 상기 피동 샤프트(18) 및 링 기어(40)를 선택적으로 연결하며, 상기 제2클러치 수단(B)은 상기 피동 요소(24)와 상기 캐리어(42)및 피동 샤프트(18)를 선택적으로 연결하며, 상기 제3클러치 수단(C)은 상기 링 기어(40) 및 캐리어(42)와 상기 출력기어(60)를 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속가변 변속기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 태양기어(38) 및 링 기어(40)로부터 상기 가변기(28)를 해제하는 부가적인 클러치 수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 부가적인 클러치 수단(46)이 상기 가변기의 비가 상기 감속비와 거의 동일할때 상기 제1클러치 수단(A)으로부터 상기 가변기(28)를 해제하는 마찰 클러치 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  9. 입력 샤프트(14)와, 상기 입력 샤프트와 구동 관계에 있는 고정비 구동 기구(20)와, 상기 입력 샤프트(14)와 구동관계에 있는 가변기(28)와, 출력 기어(60)와, 상기 고정비 구동기구(20) 및 가변기(28)와 구동 연결되어 그리고 상기 출려기어(60)와 구동 연결되는 유성 기어 조립체(36)와, 저속범위, 제1고속범위 및 제2고속범위를 선택적으로 설정하기 위하여 상기 유성 기어 조립체를 상기 고정비 구동 기구, 가변기 및 출력 기어를 선택적으로 연결하며, 상기 변속기는 상기 범위가 동시 변환점에서 수렴되도록 구성되고 배열됨으로서, 상기 변속기는 상기 동시 변환점에서 어떤 범위로부터 다른 범위로 직접 변환되는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가변기(28)는 상기 동시 변환점에서 상기 고정비와 거의 동일한 비를 포함하는 비율 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변변속기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고정비가 감속비인 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 감속비가 상기 가변기(28)의 비율 범위의 한 한계치이며, 다른 한계치가 상기 감속비의 거의 역인 오버드라이브인 것을 특징으로 하는 동시 변환식 연속 가변 변속기.
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