WO2013058508A2 - 변속장치 - Google Patents

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WO2013058508A2
WO2013058508A2 PCT/KR2012/008369 KR2012008369W WO2013058508A2 WO 2013058508 A2 WO2013058508 A2 WO 2013058508A2 KR 2012008369 W KR2012008369 W KR 2012008369W WO 2013058508 A2 WO2013058508 A2 WO 2013058508A2
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gear
speed
transmission
adjustment
transmission gear
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PCT/KR2012/008369
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김영일
나종오
오명수
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Kim Young Il
Na Jong Oh
Oh Myeong Soo
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a transmission, and more particularly to a transmission that automatically shifts without a clutch.
  • the transmission is a device that transmits a rotation generated from a power source such as an engine to a driven body such as a wheel of an automobile.
  • a power source such as an engine
  • a driven body such as a wheel of an automobile.
  • all of the transmissions are shifted according to a predetermined gear ratio, and when shifting, cumbersome clutch operation is required for separation and replacement of gears.
  • One object of the present invention is to provide a transmission that is automatically shifted without detachment and replacement of gears.
  • the present invention provides a transmission.
  • the transmission of the present invention includes an input shaft to which rotation is input from the outside; A torque converter installed at the input shaft; A power gear rotated by the torque converter; An output gear configured to rotate at least one of idling and rotating by the power gear; A transmission gear coupled to the output gear to idle or generate a rotational load; And a carrier rotating according to the idle of the output gear.
  • the rotation of the output gear rotates only when the transmission gear idles, and idles when a rotational load occurs.
  • the transmission gear is rotated by the power gear, but idling until the adjustment speed, and when the adjustment speed is reached, it is fixed at the adjustment speed and rotates to generate a rotational load.
  • the relative rotation of the other side with respect to one side further comprises a unidirectional bearing which can be rotated only in one direction, wherein one side of the unidirectional bearing rotates at an adjustable rotational speed by the input shaft, the other side is integrally rotated with the transmission gear , The motor rotates to the adjustment speed, and when the adjustment speed is reached, the rotation speed is fixed at the adjustment speed.
  • the input shaft further includes an input shaft gear that rotates at an input rotational speed and is coupled to the input shaft gear, and one side of the bearing may rotate at the adjustment rotational speed by the adjustment gear. .
  • the input shaft has a protrusion that rotates at an input rotational speed, and one side of the bearing may rotate at the same adjustment rotational speed as the input rotational speed by the protrusion.
  • the transmission gears are divided into first, second and third transmission gears, and the rotation speeds of the transmission gears are different from each other, and the rotation of the transmission gears sequentially reaches the adjustment rotation speed as the rotation speed of the power gear increases. .
  • the present invention is automatically shifted according to the number of revolutions converted in the torque converter, the shifting process is automatically shifted as the transmission gears selectively rotate or rotate at a fixed speed depending on the load of the output shaft and generate a rotational resistance. It works.
  • 1 is a block diagram of a transmission.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transmission of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of the input unit of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the torque converter of FIG.
  • FIG. 5 is a view related to the fastening state of the transmission gear of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the controller of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a fastening state of the adjustment gear of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view of another example of the fastening state of the adjustment gear of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the unidirectional bearing of FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an operation of the unidirectional bearing of FIG. 6.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of another operation of the unidirectional bearing of FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view of the unidirectional bearing of FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the output unit of FIG. 13.
  • FIG. 14 is a view illustrating a fastening state of the output gear of FIG. 13.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an output unit of FIG. 1.
  • FIG. 16 is a view illustrating a fastening state of the first output gear of FIG. 15.
  • 17 is a view illustrating a fastening state of the second output gear of FIG. 15.
  • 19 is a table relating to a shift stage according to an embodiment of a shift state.
  • FIG. 20 is a graph showing the rotation speed of a transmission gear according to the shifting step of FIG. 19.
  • FIG. 21 is a graph about the rotation speed of a carrier according to the shifting step of FIG. 19.
  • FIG. 22 is a diagram relating to the neutral state of FIG. 19.
  • 23A is a rotation direction table of the operating gear in the low speed state of FIG.
  • FIG. 23B is a view of the low speed state of FIG.
  • 24A is a rotation direction table of the operating gear in the medium speed state of FIG. 19.
  • 24B is a diagram relating to the middle speed state in FIG. 19.
  • 25A is a rotation direction table of the operating gear in the high speed state of FIG. 19.
  • 25B is a diagram relating to the high speed state of FIG. 19.
  • the transmission apparatus 1000 shifts and outputs the rotation when it is input. Specifically, the transmission device 1000 converts the input rotational force, that is, the torque by applying the torque converter 1210, and automatically shifts the gears without a separate clutch through the planetary gear device. Output to the carrier 1440 (carrier).
  • the transmission apparatus 1000 includes an input unit 1100, a torque converter 1200, a controller 1300, and an output unit 1400.
  • the rotation is input to the input unit 1100, and the torque converter 1200 converts the torque of the rotation input to the input unit 1100 and transmits the torque to the output unit 1400.
  • the output unit 1400 shifts and outputs the rotational force transmitted from the torque converter unit 1200, and the controller 1300 controls the shift of the output unit 1400.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transmission device 1000 of FIG. 1.
  • the input unit 1100 receives rotation from an external power source and transfers the rotation to the torque converter 1200 and the controller 1300.
  • FIG. 3 is a perspective view of the input unit 1100 of FIG. 1.
  • the input unit 1100 includes an input shaft 1110, a spline 1120, an input shaft gear 1130, and a protrusion 1140.
  • the input shaft 1110 is provided in the form of a bar having a circular cross section.
  • the input shaft 1110 is connected to an external power source and rotates by receiving a rotation force.
  • the rotation speed of the input unit 1100 is defined as the input rotation speed.
  • the spline 1120 is formed on the input shaft 1110.
  • the spline 1120 is coupled to the spline 1221 formed in the impeller 1220 of the torque converter 1210 to transmit a rotational force to the torque converter 1200.
  • the input shaft gear 1130 is formed integrally with the input shaft 1110 and is engaged with the adjustment driving gears 1311a and 1311b of the adjustment gear 1310 to transmit rotational force to the controller 1300.
  • the protrusion 1140 is formed in a circular ring shape on the input shaft 1110.
  • the protrusion 1140 is engaged with the inner side 1331c of the third unidirectional bearing 1330 to rotate the inner side.
  • the spline 1120, the input shaft gear 1130, and the protrusion 1140 are sequentially provided on the input shaft 1110 along the longitudinal direction of the input shaft 1110.
  • the torque converter 1200 converts the torque of the rotation transmitted from the input unit 1100 and transmits the torque to the output unit 1400.
  • the torque converter 1200 includes a torque converter 1210, a turbine shaft 1240, a transmission gear 1250, and a power shaft 1260.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the torque converter 1210 of FIG.
  • the torque converter 1210 includes an impeller 1220 and a turbine 1230 to convert torque.
  • the impeller 1220 is provided to penetrate the input shaft 1110 at the center thereof.
  • a spline 1221 is formed at the central portion of the impeller 1220, and is coupled to the spline 1120 of the input shaft 1110. Accordingly, the impeller 1220 rotates integrally with the input shaft 1110.
  • the turbine 1230 is provided to face the impeller 1220. Fluid is provided between the impeller 1220 and the turbine 1230. When the impeller 1220 rotates, kinetic energy is transferred to the fluid, and the kinetic energy of the fluid rotates the turbine 1230. The torque is converted as the impeller 1220 rotates the turbine 1230 through the fluid.
  • the rotation speed of the turbine 1230 is defined as the turbine rotation speed.
  • the torque converter 1210 may be provided with a stator (not shown) disposed between the impeller 1220 and the turbine 1230.
  • the stator (not shown) may increase the efficiency with which the torque is converted.
  • the torque converted by the torque converter 1210 is transmitted to the output unit 1400 through the turbine shaft 1240, the transmission gear 1250 and the power shaft 1260.
  • One end of the turbine shaft 1240 is coupled to the turbine 1230, and the other end of the turbine shaft gear 1241 is formed.
  • the turbine shaft gear 1241 is engaged with the transmission gear 1250 to rotate the transmission gear 1250.
  • a power shaft gear 1261 is formed at one end of the power shaft 1260, and a power gear 1410 of the output unit 1400 is formed at the other end to transmit rotational force to the output unit 1400.
  • the power shaft gear 1261 is engaged with the transmission gear 1250 and rotated by the transmission gear 1250.
  • FIG. 5 is a view illustrating a fastening state of the transmission gear 1250 of FIG. 2.
  • the transmission gear 1250 is engaged with the turbine shaft gear 1241 and the power shaft gear 1261 to transmit rotational force from the turbine shaft 1240 to the power shaft 1260.
  • the transmission gear 1250 includes a transmission drive gear 1251 and a transmission driven gear 1252.
  • the transmission drive gear 1251 and the transmission driven gear 1252 are formed in one body and rotate integrally.
  • the transmission drive gear 1251 is engaged with the turbine shaft gear 1241, and the transmission driven gear 1252 is engaged with the power shaft gear 1261.
  • the transmission gear 1250 has a fixing pin 1253 formed in the center thereof is fixed by a fixing plate (not shown).
  • the transmission gears 1250 may be provided in plural to be symmetrical with respect to the input shaft 1110 in order to balance torque.
  • the transmission gear 1250 may be provided as one gear instead of two gears of the driving gear 1251 and the driven gear 1252.
  • the turbine shaft gear 1241 and the power shaft gear 1261 may be fastened by changing positions in one gear.
  • the rotation speed of the power shaft 1260 with respect to the rotation speed of the turbine shaft 1240 is determined by the gear ratio between the engaged gears. In this case, the turbine shaft 1240 and the power shaft 1260 rotate in the same direction and rotation speed. That is, the power shaft 1260 rotates at the rotation speed of the turbine.
  • gears of the gears 1241, 1251, 1252, and 1261 are not limited to the above-described examples, but may be appropriately selected according to the desired rotational speed of the power shaft 1260 with respect to the rotational speed of the turbine shaft 1240. Can be selected.
  • the controller 1300 controls the shift of the output unit 1400.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the controller 1300 of FIG. 2.
  • the control unit 1300 controls the adjustment gears 1310a and b, the adjustment shafts 1320a and b, the unidirectional bearings 1330a, b and c, the control shafts 1340a, b and c and the adjustment shaft gears 1321a and b. Include.
  • the adjusting gears 1310a and b are fastened to the adjusting shaft gears 1321a and b formed on the input shaft gear 1130 and the adjusting shafts 1320a and b, and transmit rotational force from the input shaft 1110 to the adjusting shaft 1320. .
  • the rotation direction and the rotation speed of the adjustment shaft 1320 relative to the rotation of the input shaft 1110 is determined by the number of teeth of the adjustment gear 1310.
  • the adjusting gear 1310 may be provided as a differential gear.
  • the adjustment gear 1310 may be provided in plural to be symmetrical with respect to the input shaft 1110 to balance the torque.
  • FIG. 7 is a view illustrating a fastening state of the adjustment gear 1310a of FIG. 6.
  • the adjusting gear 1310a includes a drive gear 1311a and a driven gear 1312a.
  • the adjusting drive gear 1311a and the adjusting driven gear 1312a are formed in one body and rotate integrally.
  • the adjusting drive gear 1311a is fastened to the input shaft gear 1130, and the adjusting driven gear 1312a is fastened to the adjusting shaft gear 1321a.
  • the adjusting shaft gear 1321a is provided with a ring gear.
  • the adjusting gear 1310a has a fixing pin 1313 formed at the center thereof and is fixed by a fixing plate (not shown).
  • the adjustment shaft 1320a is rotated through the input shaft gear 1130, the drive gear 1311a, the driven gear 1312a, and the adjustment shaft gear 1321a.
  • the rotation speed of the adjustment shaft 1320a with respect to the rotation speed of the input shaft 1110 is determined by the gear ratio between the engaged gears. For example, when the gear ratio of the input shaft gear 1130 and the drive gear 1311a is 15:20, and the gear ratio of the driven gear 1312a and the adjustment shaft gear 1321a is 15:50, the input shaft 1110 is 1. When rotating, the adjusting shaft 1320a rotates 0.225.
  • the rotation direction of the adjustment shaft 1320 relative to the rotation of the input shaft 1110 is as follows. When the rotation direction is described below, the rotation direction of the input shaft 1110 is denoted by '+', and the opposite direction of the rotation direction of the input shaft 1110 is denoted by '-'.
  • '+' or '-' means the rotation speed without the direction of rotation.
  • the input shaft 1110 rotates with +, the drive gear 1311a with-, the driven gear 1312a with-, and the adjustment shaft gear 1321a with-. Accordingly, the adjustment shaft 1320a rotates in the opposite direction to the input shaft 1110.
  • FIG. 8 is a view illustrating a fastening state of the adjustment gear 1310b of FIG. 6.
  • the adjusting gear 1310b includes an adjusting drive gear 1311b and a driven gear 1312b fastened to each other.
  • the adjusting drive gear 1311b is fastened to the adjusting drive gear 1311a, and the adjusting drive gear 1311b is fastened to one side of the driven gear 1312b and to the adjusting shaft gear 1321b at the other side.
  • the adjustment shaft gear 1321b is provided with a sun gear.
  • a fixing pin 1313 is formed, respectively, by a fixing plate (not shown).
  • the adjustment shaft 1320b rotates through the input shaft gear 1130, the drive gear 1311b, the driven gear 1312b, and the adjustment shaft gear 1321b.
  • the rotation speed of the adjustment shaft 1320b with respect to the rotation speed of the input shaft 1110 is determined by the gear ratio between the engaged gears. For example, when the number of gears of the input shaft gear 1130, the drive gear 1311b, the driven gear 1312b, and the adjustment shaft gear 1321b are all the same, the adjustment shaft 1320b is equal to the rotation speed of the input shaft 1110. It will rotate at the same speed.
  • the rotation direction of the adjustment shaft 1320 relative to the rotation of the input shaft 1110 is as follows.
  • the input shaft gear 1110 rotates with +, the drive gear 1311b with-, the driven gear 1312b with +, and the adjusting shaft gear 1321b with-.
  • the adjustment shaft 1320b rotates to-.
  • the number and type of gears of the input shaft gear 1130, the adjusting gear 1310, and the adjusting shaft gear 1320b are not limited to the examples described above, but the rotation speed of the adjusting shaft 1320 relative to the desired input shaft 1110 It may be appropriately modified in consideration of the rotation direction.
  • the adjusting gear 1310b may be provided in one or a plurality.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the unidirectional bearing 1330 of FIG.
  • the bearing 1330 is composed of three (3) unidirectional bearings (1330a, b, c), which are known facts, and one unidirectional bearing is operated for each shift (low speed, medium speed, and high speed) section, and the idle state is completed after completion. At the same time, it features an application to enable another one-way bearing to operate.
  • the structure of the unidirectional bearing 1330 is divided into the inner bearings 1331a, b, and c and the outer bearings 1332a, b, and c, and the engagement state is the respective inner bearings 1331a as described above with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the adjustment shaft 1320a integral with the adjustment shaft gear 1321a is coupled to the inner bearing 1331a
  • the control shaft 1340a is coupled to the outer bearing 1332a
  • the adjustment is made to the inner bearing 1331b
  • the control shaft 1320b is integral with the shaft gear 1321b
  • the control shaft 1340b is coupled to the outer bearing 1332b
  • the protrusion 1140 integral with the input shaft 1110 is connected to the other inner bearing 1331c.
  • the control shaft 1340c is coupled to the outer bearing 1332 c so as to be integrated with the inner and outer bearings at the time of coupling.
  • the number of rotations of the inner bearings 1331a, b, and c rotates according to the number of teeth of the adjustment gears 1310a and b, and the adjustment shaft gears 1321a and b rotate, and the rotation of each of the inner bearings 1331a, b, and c is performed.
  • the protrusion 1140 rotates in the same manner because it is integral with the input shaft 1110, and this rotational speed is defined as the basic adjustment speed set in the inner bearings 1331a, b, and c.
  • the rotation of the outer bearings 1332a, b, and c is the same as that of the transmission gears 1420a, b, and c.
  • the basic adjustment speed calculated with reference to the embodiment (FIG.
  • the inner bearing 1331a rotates -0.225
  • the first adjustment rotational speed the inner bearing 1331b rotates -1
  • the second adjustment rotational speed the inner bearing 1331c rotates by +1 and is referred to as the third adjustment speed.
  • the unidirectional bearing is operated by the inner bearing (1331a, b, c) and the outer bearing (1332a, b, c) by the associated control shaft (1340a, b, c) and the adjustment shaft (1320a, b), the inner The bearing 1331a and the outer bearing 1332a operate in the low speed section, and the first unidirectional bearing 1330a, the inner bearing 1331b and the outer bearing 1332b operate in the middle speed section, and the second unidirectional bearing 1330b, The inner bearing 1331c and the outer bearing 1332c operate in a high speed section and are referred to as a third unidirectional bearing 1330c.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an operation of the unidirectional bearing 1330 of FIG. 6.
  • the rotation speed of the transmission gear 1420 may be equal to or less than the adjustment rotation speed.
  • the meaning of 'below the adjustment rotation speed' means to rotate more slowly in the same direction as the rotation direction of the inner bearing 1331 or to rotate in the opposite direction.
  • the outer bearing 1332 rotates in a relatively free direction with respect to the inner bearing 1331, a rotation load is not applied to the transmission gear 1420, so that the outer bearing 1332 can freely rotate freely.
  • 11 is a cross-sectional view of another operation of the unidirectional bearing 1330 of FIG. 6.
  • the transmission gear 1420 may rotate at an adjustment speed.
  • the outer bearing 1332 rotates integrally with the inner bearing 1331, a rotational load is applied to the transmission gear 1420.
  • the transmission gear 1420 may be rotated beyond the adjustment speed.
  • the outer bearing 1332 tries to rotate in the load direction relative to the inner bearing 1331, a rotational load is applied to the transmission gear 1420, and thus the rotation speed of the transmission gear 1420 is adjusted to the rotational speed. It is fixed. In this state, the transmission gear 1420 reversely transmits the rotation load to the output gear 1430.
  • FIG. 12 is a perspective view of the unidirectional bearing 1330 of FIG.
  • the unidirectional bearing 1330 is composed of three unidirectional bearings 1330 of the first unidirectional bearing 1330a, the second unidirectional bearing 1330b and the third unidirectional bearing 1330c.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the output unit 1400 of FIG. 1.
  • the output unit 1400 includes a power gear 1410, transmission gears 1420a, b, c, output gears 1430a, b, a carrier 1440, and an output shaft 1442.
  • the power gear 1410 is coupled to the other end of the power shaft 1260 to rotate integrally with the power shaft 1260 and is equal to the rotation speed of the turbine 1230.
  • the transmission gears 1420a, b, and c are integrally coupled to the other ends of the control shafts 1340a, b, and c, and are freely idling or are fixed at an adjustable speed by receiving rotational loads by the bearings 1330a, b, and c. Rotate
  • the output gears 1430a, b are provided with a compound planetary gear. Accordingly, the output gear 1430 rotates and rotates or rotates in parallel with the load state of the driven body.
  • the carrier shaft 1441 is inserted into the center of the output gear 1430, the carrier shaft 1442 is fixed to the two carrier plates 1440, and the output shaft 1442 is integrally coupled to one carrier plate 1440. .
  • the output gear 1430 receives the rotational force from the power gear 1410 and also the transmission gear.
  • Rotation load may be received from 1420.
  • the output gear 1430 may be provided in one or plural. When the output gear 1430 is one, it is fastened to the power gear 1410 and the transmission gear 1420 and receives rotational force or rotational load directly from them. When there are a plurality of output gears 1430, rotational force or rotational load may be directly or indirectly received from the power gear 1410 and the transmission gear 1420.
  • the output gear 1430 is rotated in revolution, rotation or in parallel.
  • FIG. 14 is a view illustrating a fastening state of the output gears 1430a and b of FIG. 13.
  • the rotation speed of the transmission gears 1420a, b, and c reaches the adjustment speed, the rotation speed is fixed and rotated. If the rotation speed exceeds the rotation speed, the rotation load is generated, and the generated rotation load is carried through the carrier 1440. Since it is relatively larger than the rotational load of the driven body, it rotates while maintaining rotation, and outputs a rotational force to the output shaft 1442 through the carrier 1440.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the output unit 1400 of FIG. 13,
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a fastening state of the first output gear 1430a of FIG. 15, and
  • FIG. 17 is a second output gear of FIG. 15.
  • 1430b illustrates a fastening state.
  • the output unit 1400 includes a power gear 1410, a first transmission gear 1420a, a second transmission gear 1420b, a third transmission gear 1420c, a first output gear 1430a, and a first gear. It consists of two output gears 1430b.
  • the power gear 1410 and the first transmission gear 1420a are ring gears, and the second transmission gear 1420b and the third transmission gear 1420c are provided as sun gears.
  • the first output gear 1430a and the second output gear 1430b are provided with a compound planetary gear and are fastened to each other.
  • the first carrier shaft 1442a is inserted into the center portion of the first output gear 1430a, and the second carrier shaft 1442b is inserted into the center portion of the second output gear 1430b, and the first carrier shaft 1442a is inserted into the center portion of the first output gear 1430a.
  • the second carrier shaft 1442b are respectively coupled to two carrier plates 1440.
  • the first output gear 1430a and the second output gear 1430b rotate at the same rotational speed.
  • the first output gear 1430a is provided with a first output front end gear 1431a and a first output rear end gear 1432a.
  • the position of the gear is not limited by the term of the line and the following.
  • the first output front end gear 1431a is engaged with the power gear 1410, and the first output rear end gear 1432a is engaged with the second transmission gear 1420b.
  • the second output gear 1430b is provided with a second output front end gear 1431b and a second output rear end gear 1432b.
  • the second output front end gear 1431b is engaged with the first transmission gear 1420a
  • the second output rear end gear 1432b is engaged with the third transmission gear 1420c.
  • first output rear end gear 1432a and the second output front end gear 1431b are fastened to each other.
  • the rotational force of the power gear 1410 is directly transmitted to the first output gear 1430a, and the second output gear 1430b is transmitted through the first output gear 1430a.
  • the rotation load generated in each of the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c is directly or indirectly transmitted to the output gears 1430a and 1430b.
  • the first output gear 1430a and the second output gear 1430b rotate by the revolution, rotation, or a combination thereof by the power gear 1410 and the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c.
  • the first transmission gear 1420a is coupled to the other end of the first control shaft 1340a and connected to the first unidirectional bearing 1330a having the first adjustment speed of ⁇ 0.225.
  • the second transmission gear 1420b is coupled to the other end of the second control shaft 1340b and connected to the second one-way bearing 1330b having the second adjustment speed of ⁇ 1 described above.
  • the third transmission gear 1420c is coupled to the other end of the third control shaft 1340c and is connected to the third single direction bearing 1330c having the third adjustment speed of +1 described above.
  • each of the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c and the output gears 1430a and b freely rotates freely, and thus, the neutral state in which the carrier 1440 does not rotate also is do.
  • the first transmission gear 1420a When the rotation speed of the power gear 1410 is increased in the neutral state, the first transmission gear 1420a first reaches the first adjustment speed, is fixed at the first adjustment speed, and rotates to generate a rotational load.
  • the output gears 1430a and 1430b rotate at a first speed ratio and output rotational force to the outside through the carrier 1440.
  • the revolution speed with respect to the turbine revolution is defined as the speed ratio.
  • the transmission ratio when the first transmission gear 1420a is fixed and rotated at the first adjustment speed is defined as the first transmission ratio.
  • the second transmission gear 1420b next reaches the second adjustment speed, is fixed at the second adjustment speed, and rotates to generate a rotational load.
  • the first transmission gear 1420a decreases in rotation speed and enters a state of idling again. Since the speeds of adjustment of the respective transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c are different from each other, the gear ratios between the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c are different from each other, and their coupling relations are also different. The first speed ratio and the second speed ratio are different from each other.
  • the output gear 1430 revolves at a second speed ratio different from the first speed ratio.
  • the third transmission gear 1420c reaches the third adjustment speed, is fixed at the third adjustment speed, rotates, and generates a rotational load, and the second transmission gear 1420b is idle. Enter Accordingly, the output gears 1430a and 1430b revolve at a third speed ratio.
  • the type, gear ratio, coupling relationship, etc. of each of the gears 1410, 1420, 1430 of the output unit 1400 is not limited to the above-described example. As described above, since the gear shift speed is determined according to the number of teeth of the transmission gear 1420, the number of teeth of the gear shift 1420 may be changed according to the desired gear shift speed. If the number of teeth of the gear is adjusted according to the purpose, the required number of rotations of the output shaft 1442 can be obtained.
  • the transmission device 1000 automatically changes the speed ratio according to the rotational speed of the turbine and outputs the rotational force.
  • FIG. 18 is a table showing the number of teeth of the gears used in the transmission apparatus 1000 according to an embodiment
  • FIG. 19 is a table relating to a shift stage according to an embodiment of a shift state
  • FIG. 20 is according to the shift stage of FIG. 19.
  • FIG. 21 is a graph showing the rotation speed of the transmission gear 1420.
  • FIG. 21 is a graph showing the rotation speed of the carrier 1440 according to the shifting step of FIG.
  • the transmission device 1000 sequentially passes from a state in which the turbine rotational speed is zero to one rotation state in a neutral state, a low speed state, a middle speed state, and a high speed state.
  • the neutral state means a state in which all the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c are idling, and the low speed state, the middle speed state, and the high speed state are respectively the first transmission gear 1420a, the second transmission gear 1420b, and the first state.
  • It means a state in which the three transmission gear 1420c is fixed and rotated at an adjustment speed and generates a rotational force with respect to the load.
  • FIG. 22 is a diagram relating to the neutral state of FIG. 19.
  • the rotational force is input through the input shaft 1110, the impeller 1220, the turbine 1230, the turbine shaft 1240, the transmission gear 1250, and the power shaft 1260. 1410).
  • the input shaft 1110 and the impeller 1220 rotate at +1, and the turbine 1230, turbine shaft 1240, transmission gear 1250, power shaft 1260, and power gear 1410 rotate at turbine speed.
  • the range is from 0 to +0.245.
  • the rotational force is transmitted to the first unidirectional bearing 1330a via the input shaft 1110, the input shaft gear 1130, the first adjusting gear 1310a, and the first adjusting shaft 1320a.
  • the first inner bearing 1331a of the first adjustment shaft 1320a and the first unidirectional bearing 1330a is rotated by the first adjustment gear 1310a at a first adjustment speed of -0.225.
  • the rotational force is transmitted to the second unidirectional bearing 1330b via the input shaft 1110, the input shaft gear 1130, the second adjusting gear 1310b, and the second adjusting shaft 1320b.
  • the second inner rotational speed 1331b of the second adjustment shaft 1320a and the second bearing 1330b has a second adjustment speed of ⁇ 1 by the second adjustment drive gear 1311b and the second adjustment driven gear 1312b.
  • the rotational force is transmitted to the third inner bearing 1331c of the third unidirectional bearing 1330c via the input shaft 1110 and the protrusion 1140.
  • the third inner bearing 1331c rotates at a third adjustment speed of +1.
  • the power gear 1410 is fastened to the first output gear 1430a to transmit rotational force to the first output gear 1430a and the second output gear 1430b.
  • the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c are rotated by receiving rotational force from the output gears 1430a and 1430b.
  • the rotations of the respective transmission gears 1420a, b, and c are neutral. Since the rotation speed is sufficiently lower than the first, second, and third adjustment rotations, the engine can freely rotate without receiving a rotation load from the bearing 1330. Accordingly, the output gears 1430a and 1430b do not rotate but rotate only by the rotational load of the output shaft 1442 connected to the carrier 1440.
  • the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c rotate from 0 to-0.225, 0 to -0.8245, and 0 to +0.4909, respectively.
  • the rotation speed of the carrier 1440 is zero. That is, in the neutral state, the transmission device 1000 does not output the rotation to the outside.
  • the above-described adjustment speed and the shifting method for each step are summarized as -0.225 rotations on the first inner unidirectional bearing 1331a, -1 rotation on the second inner unidirectional bearing 1331b, and on the third inner unidirectional bearing 1331c.
  • the adjustment speed set to +1 revolution always has a constant rotation speed in any state of shifting.
  • the inner and outer unidirectional directions are controlled.
  • the bearing is fastened to one and rotated at the adjusted speed.
  • one-way bearings corresponding to the load among the first, second, and third unidirectional bearings are automatically engaged according to the load of the output shaft relative to the input to rotate at the set rotational speed.
  • FIG. 23A is a rotational direction table of the operating gear in the low speed state of FIG. 19, and FIG. 23B is a view of the low speed state of FIG. 19, and is a graph corresponding to the low speed section of FIG.
  • the power gear 1410 rotates by receiving a rotational force from the input shaft 1110 via the torque converter 1200.
  • the turbine 1230 is closer to the rotational speed of the impeller 1220 than in the neutral state. Accordingly, the power gear 1410 rotates at a turbine speed in the range of +0.245 to +0.3847. This rotation corresponds to the low speed section in FIG.
  • the inner bearings 1331a, 1331b, and 1331c rotate at the adjustment speeds of -0.225, -1, and +1, respectively, as in the neutral state.
  • the first transmission gear 1420a rotates at -0.225, which is the first adjustment speed. If the turbine rotation speed increases, the first transmission gear 1420a tries to rotate faster than 0.225 in the direction opposite to the input rotation. However, since the first inner bearing 1331a rotates at -0.225, the first outer bearing 1332a tries to rotate faster than 0.225 in the opposite direction of the input rotation, but cannot be faster because it is impossible due to the characteristics of the unidirectional bearing. Therefore, the first transmission gear 1420a receives the rotational load from the first unidirectional bearing 1330a through the first control shaft 1340a and is fixed at -0.225 to rotate.
  • the output gear 1430 tries to rotate faster, but the rotational load applied to the output gear 1430 from the first transmission gear 1420a is greater than the rotational load applied from the carrier 1440. As a result, the rotation speed of the output gear 1430 is reduced and starts to rotate with the carrier.
  • the first transmission gear 1420a is fixed at -0.225 and rotates, and the second transmission gear 1420b and the third transmission gear 1420c are -0.8245 to -1, respectively.
  • the output gear 1430 rotates at a speed of 0 to +0.0659. Therefore, the carrier 1440 also rotates from 0 to +0.0659.
  • FIG. 24A is a rotation direction table of the operating gear in the medium speed state of FIG. 19, and FIG. 24B is a view of the medium speed state of FIG. 19, which corresponds to the medium speed section of FIG. 21.
  • the power gear 1410 rotates at the turbine speed of +0.3847 to +0.6286.
  • the inner bearings 1331a, 1331b, and 1331c always rotate at the adjustment speeds of -0.225, -1, and +1, respectively, as described above.
  • the second transmission gear 1420b rotates at ⁇ 1, which is the second adjustment speed. Therefore, in the medium speed state, the second transmission gear 1420b receives the rotational force from the second bearing 1330b and is fixed at ⁇ 1 to rotate.
  • the output gear 1430 that is coupled to the power gear 1410 tries to rotate faster, but the rotation decreases due to the load of the second transmission gear 1420b while rotating together with the carrier 1440. The idle will increase.
  • the load applied to the output gear 1430 by the second transmission gear 1420b is larger than the rotation load applied by the carrier 1440.
  • the gear ratio of the second transmission gear 1420b to the first output rear gear 1432a is smaller than the gear ratio of the first transmission gear 1420a to the second output front gear 1431b, the output gear 1430
  • the second transmission gear 1420b rotates faster than the first transmission gear 1420a with respect to the rotation speed of the gearbox. Therefore, when the turbine rotational speed becomes faster based on +0.3847, the rotation load by the second transmission gear 1420b becomes larger than the rotation load by the first transmission gear 1420a. Therefore, the ratio of idle rotational speed to turbine rotational speed is reduced rather than the low speed state, and output rotation is increased.
  • the output gear 1430 is idle more quickly by the second transmission gear 1420b.
  • the first transmission gear 1420a is reduced in speed and rotates slower than the first adjustment speed, thereby entering a free rotation state.
  • the second transmission gear 1420b is fixed at -1 and rotates, and the first transmission gear 1420a and the third transmission gear 1420c are in idle rotation.
  • the carrier 1440 revolves at a rotation speed of +0.0659 to 0.25536.
  • the output rotation speed with respect to the input rotation speed is increased in the medium speed state than in the low speed state.
  • FIG. 25A is a rotation direction table of the operating gear in the high speed state of FIG. 19, and FIG. 25B is a diagram relating to the high speed state of FIG. 19, and is a graph corresponding to the high speed section of FIG. 21.
  • the power gear 1410 rotates at turbine speed of +0.6286 to +1. Further, the inner bearings 1331a, 1331b, and 1331c always rotate at an adjustment speed of -0.225, -1, +1, unchanged.
  • the third transmission gear 1420c rotates at +1, the third adjustment speed. Therefore, in the high speed state, the third transmission gear 1420c receives the rotation load from the unidirectional bearing 1330c and is fixed at +1 to rotate.
  • the output gear 1430 tries to rotate more quickly. Since the rotation load greater than the rotation load applied from the carrier 1440 is applied to the output gear 1430 from the third transmission gear 1420c, the output The gear 1430 is idle by the third transmission gear 1420c.
  • the output gear 1430 The third transmission gear 1420c rotates faster than the second transmission gear 1420b with respect to the rotating speed of. Therefore, in the case where the turbine speed becomes faster based on +0.6286, the rotational load by the third transmission gear 1420c is larger than the rotational load by the second transmission gear 1420b, and thus, the turbine speed is higher than in the case of the medium speed state. The idle speed for is increased.
  • the output gear 1430 is idle more quickly by the third transmission gear 1420c.
  • the second transmission gear 1420b is reduced in speed and rotates slower than the second adjustment speed to idle.
  • the third transmission gear 1420c is fixed to +1 and rotated, and the first transmission gear 1420a and the second transmission gear 1420b are +0.0885 to +1, respectively. , From -1 to +1.
  • the output gear 1430 idles at revolutions of +0.2536 to +1. Accordingly, the carrier 1440 also rotates from +0.2536 to +1. As can be seen, it can be seen that in the high speed state, the output rotational speed with respect to the input rotational speed is increased than in the medium speed state.
  • the turbine speed finally reaches +1, equaling the input speed.
  • the power gear 1410 rotates to +1
  • the transmission gears 1420a, 1420b, and 1420c all rotate to +1
  • the output gear enters a state of revolving to +1 without rotating.
  • the carrier 1440 is rotated to +1. That is, the input rotational speed and the output rotational speed become the same, and the output rotation reaches 100%.
  • the display device may selectively include all or part of the above-described elements.

Abstract

본 발명은 변속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러치 없이 자동으로 변속되는 변속장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따른 변속장치는, 외부로 부터 회전이 입력되는 입력축; 상기 입력축에 설치되는 토크컨버터; 상기 토크컨버터에 의해 회전하는 동력기어; 상기 동력기어에 체결되어 상기 동력기어에 의해 공전 및 자전 중 적어도 하나의 회전을 하는 출력기어; 상기 출력기어에 체결되어 공회전(idle rotation)하거나 또는 회전부하를 발생시키는 변속기어; 및 상기 출력기어의 공전에 따라 회전하는 캐리어;를 포함한다.

Description

변속장치
본 발명은 변속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러치 없이 자동으로 변속되는 변속장치에 관한 것이다.
변속장치는 엔진 등의 동력원에서 발생한 회전을 변속하여 자동차의 바퀴와 같은 피동체로 전달하는 장치이다. 일반적으로 변속장치는 모두 정해진 기어비에 따른 변속을 하게 되며, 변속 시에는 기어의 이탈 및 교체를 위하여 번거로운 클러치 조작이 요구된다.
최근에는 이를 보완하기 위하여 자동으로 변속을 수행하는 자동변속장치에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 현재까지 개발된 벨트식 자동변속장치 등은 구조적으로 매우 복잡하여 제작시 많은 비용이 소요되며 아울러 벨트의 마모, 소음 및 슬립현상으로 인하여 광범위하게 사용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 일 과제는, 기어의 이탈 및 교체없이 자동으로 변속되는 변속장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 변속장치를 제공한다.
본 발명의 변속장치는, 외부로부터 회전이 입력되는 입력축; 상기 입력축에 설치되는 토크컨버터; 상기 토크컨버터에 의해 회전하는 동력기어; 상기 동력기어에 의해 공전 및 자전 중 적어도 하나의 회전을 하는 출력기어; 상기 출력기어에 체결되어 공회전(idle rotation)하거나 또는 회전부하를 발생시키는 변속기어; 및 상기 출력기어의 공전에 따라 회전하는 캐리어;를 포함한다.
상기 출력기어의 회전은, 상기 변속기어가 공회전하는 경우에는 자전만 하고, 회전부하가 발생하는 경우에는 공전을 한다.
상기 변속기어는, 동력기어에 의해 회전하되, 조정회전수까지는 공회전하고, 조정회전수에 도달하면 조정회전수로 고정되어 회전하여 회전부하를 발생시키게 된다. 그리고, 일측에 대한 타측의 상대회전이 단방향으로만 회전이 가능한 단방향베어링;을 더 포함하고, 상기 단방향베어링의 일측은, 입력축에 의해 조정회전수로 회전하고, 타측은, 변속기어와 일체로 회전하는데, 조정회전수까지는 공회전하고, 상기 조정회전수에 도달하면 조정회전수로 고정되어 회전한다.
상기 입력축에는, 입력회전수로 회전하는 입력축기어가 형성되고, 상기 입력축기어 와 체결되는 조정기어;를 더 포함하고, 상기 베어링의 일측은, 상기 조정기어에 의해 상기 조정회전수로 회전할 수 있다.
상기 입력축에는, 입력회전수로 회전하는 돌출부가 형성되고, 상기 베어링의 일측은, 상기 돌출부에 의해 상기 입력회전수와 동일한 조정회전수로 회전할 수 있다.
상기 변속기어는, 제1, 제2, 제3 변속기어로 구분되고, 각 변속기어들의 조정회전수는 서로 상이하고, 변속기어의 회전은, 동력기어의 회전수가 증가함에 따라 차례로 조정회전수에 도달한다.
상기 변속기어 모두가 조정회전수에 도달하지 않은 경우에는 상기 캐리어가 회전하지 않고, 변속기어 중 어느 하나가 조정회전수에 도달한 경우에는, 회전부하가 발생하여 출력기어가 자전하거나 캐리어와 함께 공전하게 된다.
본 발명은, 토크컨버터에서 변환된 회전수에 따라 자동으로 변속되며, 변속과정은, 변속기어가 출력축의 부하에 따라 선택적으로 공회전하거나 고정된 속도로 회전하며 회전저항을 발생시킴에 따라 자동으로 변속되는 효과가 있다.
도 1은 변속장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 변속장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 입력부의 사시도이다.
도 4는 도 2의 토크컨버터의 단면도이다.
도 5는 도 2의 전달기어의 체결상태에 관한 도면이다.
도 6은 도 2의 제어부의 단면도이다.
도 7은 도 6의 조정기어의 체결상태의 일 예에 관한 도면이다.
도 8은 도 6의 조정기어의 체결상태의 다른 예에 관한 도면이다.
도 9는 도 6의 단방향베어링의 단면도이다.
도 10은 도 6의 단방향베어링의 일 동작에 관한 단면도이다.
도 11은 도 6의 단방향베어링의 다른 동작에 관한 단면도이다.
도 12는 도 6의 단방향베어링의 사시도이다.
도 13은 도 13의 출력부의 단면도이다.
도 14는 도 13의 출력기어의 체결상태에 관한 도면이다.
도 15는 도 1의 출력부의 일 예에 관한 도면이다.
도 16은 도 15의 제1출력기어의 체결상태에 관한 도면이다.
도 17은 도 15의 제2출력기어의 체결상태에 관한 도면이다.
도 18은 도 15의 출력부를 가지는 변속장치의 기어수에 관한 표이다.
도 19는 변속상태의 일 실시예에 따른 변속단계에 관한 표이다.
도 20은 도 19의 변속단계에 따른 변속기어의 회전수에 관한 그래프이다.
도 21은 도 19의 변속단계에 따른 캐리어의 회전수에 관한 그래프이다.
도 22는 도 19의 중립상태에 관한 도면이다.
도 23a는 도 19의 저속상태에서 작동기어의 회전방향표이다.
도 23b는 도 19의 저속상태에 관한 도면이다.
도 24a는 도 19의 중속상태에서 작동기어의 회전방향표이다.
도 24b는 도 19의 중속상태에 관한 도면이다.
도 25a는 도 19의 고속상태에서 작동기어의 회전방향표이다.
도 25b는 도 19의 고속상태에 관한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 변속장치(1000)는 회전이 입력되면 이를 변속하여 출력한다. 구체적으로, 변속장치(1000)는 토크컨버터(1210)(torque converter)를 응용하여 입력된 회전력, 즉 토크(torque)를 변환하여 유성기어장치를 통해 별도의 클러치(clutch) 조작없이 자동으로 변속하여 캐리어(1440)(carrier)로 출력한다.
이하에서는 본 발명에 따른 변속장치(1000)의 구성에 관하여 설명한다.
도 1은 변속장치(1000)의 블록도이다. 변속장치(1000)는 입력부(1100), 토크컨버터부(1200), 제어부(1300) 및 출력부(1400)를 포함한다. 입력부(1100)에는 회전이 입력되며, 토크컨버터부(1200)는 입력부(1100)에 입력된 회전의 토크를 변환하여 출력부(1400)에 전달한다. 출력부(1400)는 토크컨버터부(1200)로부터 전달되는 회전력을 변속하여 출력하고, 제어부(1300)는 출력부(1400)의 변속을 제어한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 변속장치(1000)의 각 구성요소에 관하여 설명한다.
도 2는 도 1의 변속장치(1000)의 단면도이다.
입력부(1100)는 외부의 동력원으로부터 회전을 입력받아 이를 토크컨버터부(1200) 및 제어부(1300)로 전달한다.
도 3은 도 1의 입력부(1100)의 사시도이다.
입력부(1100)는 입력축(1110), 스플라인(spline, 1120), 입력축기어(1130) 및 돌출부(1140)를 포함한다. 입력축(1110)은 단면이 원형인 바 형태로 제공된다.
입력축(1110)은 외부의 동력원에 연결되어 회전력을 입력받아 회전한다. 여기서, 입력부(1100)의 회전수를 입력회전수 로 정의한다.
스플라인(1120)은 입력축(1110)에 형성된다. 스플라인(1120)은 토크컨버터(1210)의 임펠러(1220)에 형성된 스플라인(1221)과 체결되어 토크컨버터부(1200)로 회전력을 전달한다.
입력축기어(1130)는 입력축(1110)과 일체로 형성되고 조정기어(1310)의 조정구동기어(1311a, 1311b)와 체결되어 제어부(1300)로 회전력을 전달한다.
돌출부(1140)는 입력축(1110)에 원형 링 형태로 형성된다. 돌출부(1140)는 제3단방향 베어링(1330)의 내측(1331c)과 결합되어 내측을 회전시킨다.
입력축(1110) 상에는 스플라인(1120), 입력축기어(1130) 및 돌출부(1140)가 입력축(1110)의 길이방향에 따라 순차적으로 제공된다.
토크컨버터부(1200)는 입력부(1100)로부터 전달된 회전의 토크를 변환하여 출력부(1400)로 전달한다. 토크컨버터부(1200)는 토크컨버터(1210), 터빈축(1240), 전달기어(1250), 동력축(1260)을 포함한다.
도 4는 도 2의 토크컨버터(1210)의 단면도이다.
토크컨버터(1210)는 임펠러(1220) 및 터빈(1230)을 구비하여 토크를 변환한다.
임펠러(1220)는 중앙에 입력축(1110)이 관통되도록 제공된다. 임펠러(1220)의 중앙부에는 스플라인(1221)이 형성되어, 입력축(1110)의 스플라인(1120)과 체결된다. 이에 따라 임펠러(1220)는 입력축(1110)과 일체로 회전한다.
터빈(1230)은 임펠러(1220)와 마주보도록 제공된다. 임펠러(1220)와 터빈(1230) 사이에는 유체가 제공된다. 임펠러(1220)가 회전하면 유체로 운동에너지가 전달되고, 다시 유체의 운동에너지가 터빈(1230)을 회전시킨다. 유체를 통해 임펠러(1220)가 터빈(1230)을 회전시키는 과정에서 토크가 변환된다. 여기서, 터빈(1230)의 회전수를 터빈회전수로 정의한다.
토크컨버터(1210)에는 임펠러(1220)와 터빈(1230) 사이에는 배치되는 스테이터(stator, 미도시)가 제공될 수도 있다. 스테이터(미도시)는 토크가 변환되는 효율을 증대시킬 수 있다. 토크컨버터(1210)에서 변환된 토크는 터빈축(1240), 전달기어(1250) 및 동력축(1260)을 거쳐 출력부(1400)로 전달된다.
터빈축(1240)의 일단에는 터빈(1230)과 결합되고 타단에는 터빈축기어(1241)가 형성된다. 터빈축기어(1241)는 전달기어(1250)와 체결되어 전달기어(1250)를 회전시킨다.
동력축(1260)의 일단에는 동력축기어(1261)가 형성되고, 타단에는 출력부(1400)의 동력기어(1410)가 형성되어 출력부(1400)로 회전력을 전달한다. 동력축기어(1261)는 전달기어(1250)와 체결되어 전달기어(1250)에 의해 회전한다.
도 5는 도 2의 전달기어(1250)의 체결상태에 관한 도면이다.
전달기어(1250)는 터빈축기어(1241) 및 동력축기어(1261)와 체결되어 터빈축(1240) 으로부터 동력축(1260)으로 회전력을 전달한다. 전달기어(1250)는 전달구동기어(1251)와 전달피동기어(1252)를 포함한다. 전달구동기어(1251)와 전달피동기어(1252)는 하나의 몸체에 형성되어 일체로 회전한다. 전달구동기어(1251)는 터빈축기어(1241)와 체결되고, 전달피동기어(1252)는 동력축 기어(1261)와 체결된다. 전달기어(1250)는 중앙에 고정핀(1253)이 형성되어 고정판(미도시)에 의해 고정된다. 전달기어(1250)는 토크의 균형을 맞추기 위하여 입력축(1110)을 기준으로 서로 대칭되도록 복수로 제공될 수 있다.
한편, 전달기어(1250)는 구동기어(1251)와 피동기어(1252)의 두 개의 기어로 이루어지는 대신 하나의 기어로 제공될 수 있다. 이 경우에는 터빈축기어(1241)와 동력축기어(1261)가 하나의 기어에 위치를 달리하여 체결될 수 있다. 이러한 구조에 의해 터빈축(1240)이 회전하면, 터빈축기어(1241), 구동전달기어(1251), 피동전달기어(1252), 동력축기어(1261)을 거쳐 동력축(1260)이 회전하게 된다. 터빈축(1240)의 회전수에 대한 동력축(1260)의 회전수는 체결된 기어들 간의 기어비 에 의해 결정된다. 이 경우, 터빈축(1240)과 동력축(1260)의 동일한 방향과 회전수로 회전한다. 즉, 동력축(1260)은 터빈의 회전수로 회전한다.
다만, 각 기어들(1241, 1251, 1252, 1261)의 기어수와 종류가 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 터빈축(1240)의 회전수에 대하여 원하는 동력축(1260)의 회전수에 따라 적절히 선택될 수 있다.
제어부(1300)는 출력부(1400)의 변속을 제어한다.
도 6은 도 2의 제어부(1300)의 단면도이다.
제어부(1300)는 조정기어(1310a,b), 조정축(1320a,b), 단방향베어링(1330a,b,c) 및 제어축(1340a,b,c)과 조정축기어(1321a,b)를 포함한다.
조정기어(1310a,b)는 입력축기어(1130)와 조정축(1320a,b)에 형성된 조정축기어(1321a,b) 에 체결되고, 입력축(1110)으로부터 조정축(1320)으로 회전력을 전달한다. 이때, 입력축(1110)의 회전에 대한 조정축(1320)의 회전방향 및 회전수 는 조정기어(1310)의 잇수에 의해 결정된다. 예를 들어, 조정기어(1310)는 차동기어로 제공될 수 있다. 여기서, 조정기어(1310)는 토크의 균형을 맞추기 위하여 입력축(1110)을 기준으로 서로 대칭되도록 배치되는 복수로 제공될 수 있다.
도 7은 도 6의 조정기어(1310a)의 체결상태에 관한 도면이다.
조정기어(1310a)는 구동기어(1311a)와 피동기어(1312a)를 포함한다. 조정구동기어(1311a)와 조정피동기어(1312a)는 하나의 몸체에 형성되어 일체로 회전한다. 조정구동기어(1311a)는 입력축기어(1130)에 체결되고, 조정피동기어(1312a)는 조정축기어(1321a)에 체결된다. 여기서, 조정축기어(1321a)는 링기어로 제공된다. 조정기어(1310a)는 중앙에 고정핀(1313)이 형성되어 고정판(미도시)에 의해 고정된다.
이러한 구조에 의해 입력축(1110)이 회전하면, 입력축기어(1130), 구동기어(1311a), 피동기어(1312a), 조정축기어(1321a)를 거쳐 조정축(1320a)이 회전하게 된다.
입력축(1110)의 회전수에 대한 조정축(1320a)의 회전수는 체결된 기어들 간 의 기어비에 의해 결정된다. 예를 들어, 입력축기어(1130)와 구동기어(1311a)의 기어비가 15:20이고, 피동기어(1312a)와 조정축기어(1321a)의 기어비가 15:50인 경우에 입력축(1110)이 1회전 할 때, 조정축(1320a)은 0.225회전하게 된다. 입력축(1110)의 회전에 대한 조정축(1320)의 회전방향은 다음과 같다. 이하에서 회전방향에 대하여 설명할 때, 입력축(1110)의 회전방향을 '+'로 표기하고, 입력축(1110)의 회전방향의 반대방향을 '-'로 표기한다. 또한, '+' 또는 '-'의 표기가 없는 경우에는 회전방향 없는 회전속력을 의미한다. 입력축(1110)은 +, 구동기어(1311a)는 -, 피동기어(1312a)는 -, 조정축기어(1321a)은 -로 회전한다. 이에 따라 조정축(1320a)은 -, 즉 입력축(1110)과 반대방향으로 회전한다.
도 8은 도 6의 조정기어(1310b)의 체결상태에 관한 도면이다.
조정기어(1310b)는 서로 체결되는 조정구동기어(1311b)와 피동기어(1312b)를 포함한다. 조정구동기어(1311b)는 조정구동기어(1311a)에 체결되고, 피동기어(1312b)의 일측에는 조정구동기어(1311b)가 체결되고 타측에는 조정축기어(1321b)에 체결 된다. 여기서, 조정축기어(1321b)는 태양기어로 제공된다. 구동기어(1311b)와 피동기어(1312b)의 중앙에는 각각 고정핀(1313)이 형성되어 고정판(미도시)에 의해
고정된다(전술한 바와 동일).
이러한 구조에 의해 입력축(1110)이 회전하면, 입력축기어(1130), 구동기어(1311b), 피동기어(1312b), 조정축기어(1321b)을 거쳐 조정축(1320b)이 회전하게 된다.
입력축(1110)의 회전수에 대한 조정축(1320b)의 회전수는 체결된 기어들 간의 기어비에 의해 결정된다. 예를 들어, 입력축기어(1130), 구동기어(1311b), 피동기어(1312b), 조정축기어(1321b)의 기어수가 모두 같은 경우에는 조정축(1320b) 은 입력 축(1110)의 회전수와 같은 회전수로 회전하게 된다.
입력축(1110)의 회전에 대한 조정축(1320)의 회전방향은 다음과 같다. 입력축 기어(1110)은 +, 구동기어(1311b)는 -, 피동기어(1312b)는 +, 조정축기어(1321b)은 -로 회전한다. 이에 따라 조정축(1320b)은 -로 회전한다.
다만, 입력축기어(1130), 조정기어(1310), 조정축기어(1320b)의 기어수와 종류가 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 원하는 입력축(1110)에 대한 조정축(1320)의 회전속도와 회전방향을 고려하여 적절히 변형될 수 있다.
조정기어(1310b)은 하나 또는 복수로 제공될 수 있다.
도 9는 도 6의 단방향베어링(1330)의 단면도이다.
베어링(1330)은 공지의 사실인 단방향베어링(1330a,b,c)세(3)개로 구성되었으며, 변속(저속,중속,고속) 구간별로 한 개의 단방향베어링이 작동되고, 완료 후에는 아이들링 상태가 되면서 동시에 또 다른 단방향베어링이 작동될 수 있도록 응용한 부분이 특징이다. 단방향베어링(1330)의 구조는 내측베어링(1331a,b,c)과 외측 베어링(1332a,b,c)으로 구분되며, 결합상태는 도 7과 도 8에서 상술한 바와 같이 각각의 내측베어링(1331a,b,c)에는 조정기어(1310a,b)에 의하여 회전하는 조정축 기어(1321a,b)와 조정축(1320a,b)이, 그리고 입력축(1110)의 돌출부(1140)에 결합한다.
세분하여 설명하면, 내측베어링(1331a)에는 조정축기어(1321a)와 일체인 조정축(1320a)이 외측베어링(1332a)에는 제어축(1340a)이 결합되고, 또, 내측베어링(1331b)에는 조정축기어(1321b)와 일체인 조정축(1320b)이, 외측베어링(1332b)에는 제어축(1340b)이 결합되고, 다른 내측베어링(1331c)에는 입력축(1110)과 일체인 돌출부(1140)가, 외측베어링(1332 c)에는 제어축(1340c)이 결합되는데, 결합시 내외측베어링과 일체가 되도록 한다.
내측베어링(1331a,b,c)들의 회전수는 조정기어(1310a,b)의 잇수에 따라 각 조정축기어(1321a,b)가 회전하고, 그 회전이 각각의 내측베어링(1331a,b,c)의 회전수이며, 돌출부(1140)는 입력축(1110)과 일체이므로 동일하게 회전하는데, 이 회전수가 내측 베어링(1331a,b,c)에 설정된 기본 조정회전 수로 정의한다. 외측베어링(1332a,b,c)회전은 변속기어(1420a,b,c)의 회전과 동일하다. 후술될 실시예(도18)를 참조하여 산출된 기본 조정회전수는 내측베어링(1331a)이 -0.225회전하고 제1조정회전수, 내측베어링(1331b)이 -1회전하고 제2조정회전수, 내측베어링(1331c)은 +1회전하고 제3조정회전수라고 한다.
그리고, 단방향베어링은 내측베어링(1331a,b,c)과 외측베어링(1332a,b,c)이 관련 제어축(1340a,b,c)과 조정축(1320a,b)에 의하여 하나로 작동되는데, 내측베어링(1331a)과 외측베어링(1332a)은 저속구간에서 작동하는데 제1단방향 베어링(1330a), 내측베어링(1331 b)과 외측베어링(1332b)은 중속구간에서 작동하는데 제2단방향 베어링(1330b), 내측베어링(1331c)과 외측베어링(1332c)은 고속구간에서 작동하는데 제3단방향베어링(1330c)이라고 한다.
도 10은 도 6의 단방향베어링(1330)의 일 동작에 관한 단면도이다.
예를 들어, 변속기어(1420)의 회전수가 조정회전수 이하일 수 있다. 여기서, '조정회전수 이하'의 의미는 내측베어링(1331)의 회전방향과 동일한 방향으로 더 느리게 회전하거나 반대방향으로 회전하는 것을 의미한다. 이 경우에는 외측베어링(1332)이 내측베어링(1331)에 대하여 상대적으로 자유방향으로 회전하므로 변속기어(1420)에는 회전부하가 가해지지 아니하여 자유로이 공회전할 수 있다.
도 11은 도 6의 단방향베어링(1330)의 다른 동작에 관한 단면도이다.
다른 예를 들어, 변속기어(1420)가 조정회전수로 회전할 수 있다. 이 경우에는 외측베어링(1332)이 내측베어링(1331)과 일체로 회전하므로 변속기어(1420)에 회전부하가 가해지기 시작한다.
또 다른 예를 들어, 변속기어(1420)가 조정회전수 이상으로 회전하고자 할 수 있다. 이 경우에는 외측베어링(1332)이 내측베어링(1331)에 대하여 상대적으로 부하방향으로 회전하려고 하는 것이므로 변속기어(1420)에 회전부하가 가해지며 따라서 변속기어(1420)의 회전수는 조정회전수로 고정된다. 이 상태에서는 역으로 변속 기어(1420)가 출력기어(1430)에 회전부하를 전달하게 된다.
도 12는 도 6의 단방향베어링(1330)의 사시도이다.
단방향베어링(1330)은 제1단방향베어링(1330a), 제2단방향베어링(1330b) 및 제3단방향베어링(1330c)의 세 개의 단방향베어링(1330)으로 구성된 것이다.
도 13은 도 1의 출력부(1400)의 단면도이다.
출력부(1400)는 동력기어(1410), 변속기어(1420a,b,c), 출력기어(1430a,b) 및 캐리어(1440)와 출력축(1442)을 포함한다.
동력기어(1410)는 동력축(1260)의 타단에 결합되어 동력축(1260)과 일체로 회전하며 터빈(1230)의 회전수와 동일하다.
변속기어(1420a,b,c)는 제어축(1340a,b,c)의 타단에 일체로 결합되어 자유로이 공회전하거나 또는 베어링(1330a,b,c)에 의해 회전부하를 받아 조정회전수로 고정되어 회전한다.
출력기어(1430a,b)는 복합유성기어로 제공된다. 이에 따라 출력기어(1430)는 피동체의 부하상태에 따라 자전 및 공전 또는 병행하여 회전한다.
출력기어(1430)의 중앙에는 캐리어샤프트(1441)가 삽입되고, 캐리어샤프트(1441)는 두 캐리어판(1440)에 고정되고, 하나의 캐리어판(1440)에는 출력축(1442)이 일체로 결합된다.
출력기어(1430)는 동력기어(1410)로부터 회전력을 전달받으면서 또 변속기어
(1420)로부터 회전부하를 받을 수 있다.
출력기어(1430)는 하나 또는 복수로 제공될 수 있다. 출력기어(1430)가 하나인 경우에는 동력기어(1410)와 변속기어(1420)에 체결되어 이들로부터 직접 회전력 또는 회전부하를 받는다. 출력기어(1430)가 복수인 경우에는 동력기어(1410)와 변속기어(1420)로부터 직접 또는 간접적으로 회전력 또는 회전부하를 받을 수 있다.
이러한 구조에 따라 출력기어(1430)는 공전, 자전 또는 병행하여 회전하게 된다.
도 14는 도 13의 출력기어(1430a,b)의 체결상태에 관한 도면이다.
예를 들어, 변속기어(1420a,b,c)가 조정회전수 이하로 회전하는 경우에는 자유로이 공회전하며 회전부하를 발생시키지 않는다. 반면, 캐리어(1440)에는 피동체인 출력축(1442)이 연결되어 있으므로 피동체에 의한 회전부하가 걸려있는 상태이다. 따라서, 동력기어(1410)로부터 출력기어(1430)에 회전력이 전해지면, 출력기어(1430a,b)의 자전에는 회전부하가 걸리지 않고 캐리어(1440)와 함께 회전하는 공전에는 부하가 걸리므로 출력기어는 자전만을 하게 된다.
변속기어(1420a,b,c)의 회전수가 조정회전수에 도달한 경우에는 조정회전수로 고정되어 회전하며 이를 초과하여 회전하려고 하면 회전부하가 발생하고, 발생된 회전부하는 캐리어(1440)를 통한 피동체의 회전부하보다 상대적으로 크기 때문에 자전을 유지하며 공전을 하게 되고, 캐리어(1440)를 통해 출력축(1442)으로 회전력을 출력한다.
도 15는 도 13의 출력부(1400)의 일 예에 관한 도면이고, 도 16은 도 15의 제1출력기어(1430a)의 체결상태에 관한 도면이고, 도 17은 도 15의 제2출력기어(1430b)의 체결상태에 관한 도면이다.
일 예에 따르면, 출력부(1400)에는 동력기어(1410), 제1변속기어(1420a), 제2변속기어(1420b), 제3변속기어(1420c), 제1출력기어(1430a) 및 제2출력기어(1430b)로 구성되었다. 동력기어(1410)와 제1변속기어(1420a)는 링기어로 제2변속기어(1420b)와 제3변속 기어(1420c)는 태양기어로 제공된다.
제1출력기어(1430a)와 제2출력기어(1430b)는 복합유성기어로 제공되며 서로 체결된다.
그리고 제1출력기어(1430a)의 중앙부에는 제1캐리어샤프트(1441a)가 삽입되고, 제2출력기어(1430b)의 중앙부에는 제2캐리어샤프트(1441b)가 삽입되며, 제1캐리어샤프트(1441a)와 제2캐리어샤프트(1441b)는 각각 두 캐리어판(1440)에 결합된다.
이에 따라 제1출력기어(1430a)와 제2출력기어(1430b)는 동일한 회전속도로 회전한다. 제1출력기어(1430a)에는 제1출력선단기어(1431a)와 제1출력후단기어(1432a)가 제공된다.
여기서 선 및 후의 용어에 의해 기어의 위치가 한정되는 것은 아니다. 제1출력선단기어(1431a)는 동력기어(1410)와 체결되고, 제1출력후단기어(1432a)는 제2변속기어(1420b)와 체결된다. 제2출력기어(1430b)에는 제2출력선단기어(1431b)와 제2출력후단기어(1432b)가 제공된다. 제2출력선단기어(1431b)는 제1변속기어(1420a)와 체결되고, 제2출력후단기어(1432b)는 제3변속기어(1420c)가 체결된다.
또, 제1출력후단기어(1432a)와 제2출력선단기어(1431b)가 서로 체결된다.
이러한 구조에 따라 동력기어(1410)의 회전력은 제1출력기어(1430a)로 직접 전달되고, 제2출력기어(1430b)는 제1출력기어(1430a)를 통해 전달된다. 또, 각각의 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)에서 발생하는 회전부하는 출력기어들(1430a, 1430b)로 직접 또는 간접적으로 전달된다.
이에 따라 제1출력기어(1430a)와 제2출력기어(1430b)는 동력기어(1410)와 변속기어 들(1420a, 1420b, 1420c)에 의해 공전, 자전 또는 이들의 조합에 의해 회전을 한다.
여기서, 제1변속기어(1420a)는 제1제어축(1340a)의 타단에 결합되어 상술한 -0.225의 제1조정회전수를 가지는 제1단방향베어링(1330a)으로 연결된다. 제2변속기어(1420b)는 재2제어축(1340b)의 타단에 결합되어 상술한 -1의 제2조정회전 수를 가지는 제2단방향베어링(1330b)으로 연결된다. 또, 제3변속기어(1420c)는 제3제어축(1340c)의 타단에 결합되어 상술한 +1의 제3조정회전수를 가지는 제3단방향베어링(1330c)으로 연결된다.
이에 따라 동력기어(1410)가 저속으로 회전하는 경우에는 각 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)와 출력기어(1430a,b)가 모두 자유로이 공회전하며, 따라서 캐리어(1440)도 회전하지 않는 중립상태가 된다.
중립 상태에서 동력기어(1410)의 회전수가 높아지면, 먼저 제1변속기어(1420a)가 제1조정회전수 에 도달하여 제1조정회전수로 고정되어 회전하며 회전부하를 발생시킨다.
이에 따라 출력기어(1430a, 1430b)는 제1변속비로 회전을 하며 캐리어(1440)를 통해 외부로 회전력을 출력한다. 여기서 터빈회전수에 대한 공전의 회전수를 변속비로 정의한다. 또한 제1변속기어(1420a)가 제1조정회전수로 고정되어 회전하는 경우의 변속비를 제1변속비로 정의한다.
터빈회전수가 더욱 높아지면, 다음으로 제2변속기어(1420b)가 제2조정회전수에 도달하여 제2조정회전수로 고정되어 회전하며 회전부하를 발생시킨다. 또 제2변속기어(1420b)의 회전수가 고정됨에 따라 제1변속기어(1420a)는 회전수가 낮아져 다시 공회전하는 상태로 진입한다. 각각의 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)들의 조정회전수가 서로 상이하고, 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)들과 출력기어(1430a, 1430b) 간의 기어비가 서로 상이하며 이들의 결합관계 역시 상이하므로, 제1변속비 와 제2변속비가 서로 상이하게 된다.
따라서, 출력기어(1430)는 제1변속비와 상이한 제2변속비로 공전하게 된다. 마찬가지로 터빈회전수가 더욱 높아지면, 제3변속기어(1420c)가 제3조정회전수에 도달하여 제3조정회전수로 고정되어 회전하며 회전부하를 발생시키고, 제2변속기어(1420b)는 공회전 상태로 진입한다. 이에 따라 출력기어(1430a, 1430b)는 제3변속비로 공전하게 된다.
다시 터빈회전수가 높아져 입력회전수에 도달하면, 최종적으로, 모든 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)와 출력기어(1430a, 1430b)가 +1, 즉 입력회전수로 회전하게 되어 이론적으로 효율이 입력회전수에 대한 출력회전수의 비율이 100%에 도달하게 된다.
한편, 출력부(1400)의 각 기어들(1410, 1420, 1430)의 종류, 기어비, 결합관계 등이 상술한 예로 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 변속단수는 변속기어(1420)의 잇수에 따라 정해지므로 원하는 변속단수에 따라 변속기어(1420)의 잇수가 변경될 수 있다. 그리고 기어들의 잇수를 목적에 따라 조정하면 필요한 출력축(1442)의 회전수를 얻을 수가 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 변속방법의 실시예에 관하여 설명한다. 본 변속장치(1000)는 외부로부터 회전력이 입력되면 터빈의 회전수에 따라 자동으로 변속비를 바꾸어가며 회전력을 출력한다.
도 18은 변속장치(1000)에서 사용된 기어들의 잇수를 실시예로 나타낸 표이고, 도 19는 변속상태의 일 실시예에 따른 변속단계에 관한 표이고, 도 20은 도 19의 변속단계에 따른 변속기어(1420)의 회전수에 관한 그래프이고, 도 21은 도 19의 변속단계에 따른 캐리어(1440)의 회전수에 관한 그래프이다.
변속장치(1000)는 터빈회전수가 0인 상태에서부터 1회전 상태까지 순차적으로 중립상태, 저속상태, 중속상태, 고속상태를 거친다. 여기서, 중립상태는 모든 변속기어(1420a, 1420b, 1420c)가 공회전하는 상태를 의미하고, 저속상태, 중속상태, 고속상태는 각각 제1변속기어(1420a), 제2변속기어(1420b), 제3변속기어(1420c)가 조정회전수로 고정되어 회전하며 부하에 대하여 회전력을 발생시키는 상태를 의미한다.
이하에서는 각 상태에 관하여 궤적으로 설명한다.
이하에서는 도 22를 참조하여 중립상태에 관하여 설명한다.
도 22는 도 19의 중립상태에 관한 도면이다.
먼저 입력축(1110)으로 회전력이 입력되면, 회전력은 입력축(1110), 임펠러(1220), 터빈(1230), 터빈축(1240), 전달기어(1250), 동력축(1260)을 거쳐 동력기어(1410)로 전해진다. 입력축(1110), 임펠러(1220)는 +1로 회전하고, 터빈(1230), 터빈축(1240), 전달기어(1250), 동력축(1260), 동력기어(1410)는 터빈회전수로 회전하며, 그 범위는 0~+0.245로 회전한다.
또 다른, 회전력은 입력축(1110), 입력축기어(1130), 제1조정기어(1310a), 제1조정축(1320a)을 거쳐 제1단방향베어링(1330a)으로 전달된다.
제1조정축(1320a)과 제1단방향베어링(1330a)의 제1내측베어링(1331a)은 제1조정기어(1310a)에 의해 -0.225의 제1조정회전수로 회전한다.
또, 회전력은 입력축(1110), 입력축기어(1130), 제2조정기어(1310b), 제2조정축(1320b) 를 거쳐 제2단방향베어링(1330b)으로 전달된다.
제2조정축(1320a)과 제2베어링(1330b)의 제2내측베어링(1331b)은 제2조정구동기어(1311b)와 제2조정피동기어(1312b)에 의해 -1의 제2조정회전수로 회전한다.
또, 회전력은 입력축(1110), 돌출부(1140)을 거쳐 제3단방향베어링(1330c)의 제3내측 베어링(1331c)에 전달된다. 제3내측베어링(1331c)는 +1의 제3조정회전수로 회전한다.
이 상태에서, 동력기어(1410)는 제1출력기어(1430a)에 체결되어 제1출력기어(1430a)와 제2출력기어(1430b)에 회전력을 전달한다. 변속기어들(1420a, 1420b, 1420c)은 출력기어들(1430a, 1430b)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되는데, 도 20의 그래프와 같이 중립구간에서 각 변속기어(1420a,b,c)의 회전은 제1, 제2, 제3조정회전보다 회전수가 충분히 낮으므로 아직 베어링(1330)으로부터 회전부하를 받지 않고 자유로이 공회전할 수 있는 상태이다. 따라서, 출력기어들(1430a, 1430b)는 캐리어(1440)에 연결된 출력축(1442)의 회전부하 에 의해서 공전하지 못하고 자전만하게 된다.
터빈회전수가 0으로부터 +0.245로 증가되면, 변속기어들(1420a, 1420b, 1420c)는 각각 0~-0.225, 0~-0.8245, 0~+0.4909로 회전하게 된다. 이 구간에서는 출력기어(1430)가 자전만을 하고 공전을 하지 않으므로 캐리어(1440)의 회전수는 0이 된다. 즉, 중립상태에서는 아직 변속장치(1000)가 외부로 회전을 출력하지 않게 된다.
이상 상술한 각 단계별 조정회전수와 변속방법에 관하여 요약한다면 제1내측단방향베어링(1331a)에 -0.225회전, 제2내측단방향베어링(1331b)에 -1회전, 제3내측단방향베어링(1331c)에 +1회전으로 설정된 조정회전수는 변속의 어느 상태에서도 항상 일정한 회전속도를 갖는다.
그리고 제1, 제2, 제3내측베어링에 설정된 조정회전수에 대하여 상대적인 외측단방향베어링의 회전은 단방향베어링의 특성에 의하여 설정된 조정회전수보다 더 빨리 회전할 수 없도록 제어를 하기 때문에 내측과 외측단방향베어링이 하나로 체결되어 조정회전수로 회전하게 된다.
이러한 변속방법으로 입력대비 출력축의 부하에 따라 제1, 제2, 제3단방향 베어링 중 부하에 대응할 수 있는 단방향베어링이 자동적으로 체결되어 설정된 조정회전수로 회전하게 된다.
이하에서는 도 23a 및 도 23b를 참조하여 저속상태에 관하여 설명한다. 도 23a는 도 19의 저속상태에서 작동기어의 회전방향표이고, 도 23b는 도 19의 저속상태에 관한 도면이며, 도 21의 저속구간에 해당하는 그래프이다.
중립상태에서와 마찬가지로 동력기어(1410)은 입력축(1110)으로부터 토크컨버터부(1200)을 거쳐 회전력을 입력받아 회전한다. 여기서, 중립상태에서보다 터빈(1230)이 임펠러(1220)의 회전수에 근접하게 된다. 따라서, 동력기어(1410)는 +0.245~+0.3847 범위의 터빈회전수로 회전하게 된다. 이 회전은 도 21의 저속구간에 해당한다.
이 상태에서 내측베어링들(1331a, 1331b, 1331c)은 중립상태에서와 동일하게 각각 -0.225, -1, +1의 조정회전수로 회전한다.
상술한 바와 같이, 터빈회전수가 +0.245의 경우 제1변속기어(1420a)는 제1조정회전수인 -0.225로 회전한다. 터빈회전수가 이보다 증가하면 제1변속기어(1420a)가 입력회전의 반대방향으로 0.225보다 더욱 빠르게 회전하려고 한다. 그러나, 제1내측베어링(1331a)이 -0.225로 회전하므로 제1외측베어링(1332a)이 입력회전의 반대방향으로 0.225보다 빠르게 회전할려고하나 단방향베어링의 특성상 불가능 하므로 빨라질 수 없다. 따라서, 제1변속기어(1420a)는 제1제어축(1340a)을 통해 제1단방향베어링(1330a)으로부터 회전부하를 받아 -0.225로 고정되어 회전하게 된다.
터빈회전수가 증가함에 따라 출력기어(1430)는 더욱 빠르게 회전하려고 하는데, 제1변속기어(1420a)로부터 출력기어(1430)에 가해지는 회전부하가 캐리어(1440)로 부터 가해지는 회전부하보다 크므로 결국 출력기어(1430)의 자전회전수는 감소되고 캐리어와 함께 회전하는 공전을 시작하게 된다.
터빈회전수가 +0.245로부터 +0.3847까지 증가되면, 제1변속기어(1420a)는 -0.225로 고정되어 회전하고, 제2변속기어(1420b)와 제3변속기어(1420c)는 각각 -0.8245~-1, +0.4909~+0.7005로 회전하게 된다.이 구간에서는 출력기어(1430)는 0~+0.0659의 회전수로 공전을 한다. 따라서, 캐리어(1440)도 0~+0.0659로 회전하게 된다.
이하에서는 도 24를 참조하여 중속상태에 관하여 설명한다. 도 24a는 도 19의 중속상태에서 작동기어의 회전방향표이고, 도 24b는 도 19의 중속상태에 관한 도면이며, 이는 도 21의 중속구간에 해당된다.
저속상태에 비해 터빈(1230)이 임펠러(1220)의 회전수에 더 근접하면 동력기어(1410) 가 +0.3847~+0.6286의 터빈회전수로 회전하게 된다. 또 내측베어링들(1331a, 1331b, 1331c)은 상술한 것과 같이 항상 각각 -0.225, -1, +1의 조정회전수로 회전한다.
터빈회전수가 +0.3847인 경우 제2변속기어(1420b)가 제2조정회전수인 -1로 회전하게 된다. 따라서, 중속상태에서는 제2변속기어(1420b)가 제2베어링(1330b)으로부터 회전력을 받아 -1로 고정되어 회전하게 된다.
터빈회전수가 증가함에 따라 동력기어(1410)와 결속되어 있는 출력기어(1430)는 더욱 빠르게 회전하려고 하는데, 제2변속기어(1420b)의 부하로 인하여 회전이 감소하는 반면 캐리어(1440)와 함께 회전하는 공전이 증가하게 된다.
이때, 제2변속기어(1420b)가 출력기어(1430)에 가하는 부하는 캐리어(1440)로부터 가해지는 회전부하보다 크기 때문이다.
한편, 제1출력후단기어(1432a)에 대한 제2변속기어(1420b)의 기어비가 제2출력선단기어(1431b)에 대한 제1변속기어(1420a)의 기어비보다 작으므로, 출력기어(1430)의 자전 회전수에 대하여 제2변속기어(1420b)가 제1변속기어(1420a)보다 빠르게 회전한다. 따라서, 터빈회전수가 +0.3847을 기준으로 더욱 빨라지는 경우에는 제2변속기어(1420b)에 의한 회전부하가 제1변속기어(1420a)에 의한 회전부하보다 커진다. 따라서, 저속상태보다 터빈회전수에 대한 공전회전수의 비가 감소되어 출력회전이 증대된다.
따라서, 제2변속기어(1420b)가 제2조정회전수로 고정되어 회전하게 되면, 출력기어(1430)는 제2변속기어(1420b)에 의해 더욱 빠르게 공전을 하게 된다. 또한 이에 따라 제1변속기어(1420a)는 속도가 줄어들어 제1조정회전수보다 느리게 회전하게 되어, 자유회전(idle rotation)상태로 진입한다.
터빈회전수가 +0.3847로부터 +0.6286으로 증가되면, 제2변속기어(1420b)는 -1로 고정되어 회전하고, 자유회전(idle rotation)상태인 제1변속기어(1420a)와 제3변속기어(1420c)는 각각 -0.225~+0.0885, +0.7005~+1로 회전하게 된다. 이 구간에서 캐리어(1440)는 +0.0659~0.2536의 회전수로 공전을 한다.
이에 보듯이, 중속상태에서는 저속상태에서보다 입력회전수에 대한 출력회전수가 증가되는 것을 알 수 있다.
그리고 도 21에서 저속구간의 출력회전 그래프보다 중속구간에서의 출력회전 그래프의 경사도가 높은 것을 알 수 있다.
이하에서는 도 25를 참조하여 고속상태에 관하여 설명한다.
도 25a는 도 19의 고속상태에서 작동기어의 회전방향표이고, 도 25b는 도 19의 고속상태에 관한 도면이며, 도 21의 고속구간에 해당하는 그래프이다.
중속상태에 비해 터빈(1230)이 임펠러(1220)의 회전수에 더 근접하면 동력기어(1410) 가 +0.6286~+1의 터빈회전수로 회전하게 된다. 또 내측베어링들(1331a, 1331b, 1331c)은 항상 변함없이 각각 -0.225, -1, +1의 조정회전수로 회전한다.
터빈회전수가 +0.6286인 경우 제3변속기어(1420c)는 제3조정회전수인 +1로 회전하게 된다. 따라서, 고속상태에서는 제3변속기어(1420c)가 단방향베어링(1330c)로부터 회전부하를 받아 +1로 고정되어 회전하게 된다.
터빈회전수가 증가함에 따라 출력기어(1430)는 더욱 빠르게 회전하려고 하는데, 제3변속기어(1420c)로부터 출력기어(1430)에 캐리어(1440)로부터 가해지는 회전부하 보다 큰 회전부하가 가해지므로, 출력기어(1430)는 제3변속기어(1420c)에 의해 공전을 하게 된다.
한편, 제2출력후단기어(1432b)에 대한 제3변속기어(1420c)의 기어비가 제1출력후단기어(1432a)에 대한 제2변속기어(1420b)의 기어비보다 작으므로, 출력기어(1430)의 자전 회전수에 대하여 제3변속기어(1420c)가 제2변속기어(1420b)보다 빠르게 회전한다. 따라서, 터빈회전수가 +0.6286을 기준으로 더욱 빨라지는 경우에는 제3변속기어(1420c)에 의한 회전부하가 제2변속기어(1420b)에 의한 회전부하보다 커지며 따라서, 중속상태인 경우보다 터빈회전수에 대한 공전회전수가 증대된다.
따라서, 제3변속기어(1420c)가 제3조정회전수로 고정되어 회전하게 되면, 출력기어(1430)는 제3변속기어(1420c)에 의해 더욱 빠르게 공전을 하게 된다. 또한 이에 따라 제2변속기어(1420b)는 속도가 줄어들어 제2조정회전수보다 느리게 회전 하게 되어 공회전하게 된다.
터빈회전수가 +0.6286로부터 +1로 증가되면, 제3변속기어(1420c)는 +1로 고정되어 회전하고, 제1변속기어(1420a)와 제2변속기어(1420b)는 각각 +0.0885~+1, -1~+1로 회전하게 된다. 이 구간에서는 출력기어(1430)는 +0.2536~+1의 회전수로 공전을 한다. 따라서, 캐리어(1440)도 +0.2536~+1로 회전하게 된다. 이에 보듯이, 고속상태에서는 중속상태에서보다 입력회전수에 대한 출력회전수가 증가되는 것을 알 수 있다.
이론적으로는 터빈회전수는 최종적으로 +1에 도달하여 입력회전수와 동일하게 된다. 이 경우에는, 동력기어(1410)는 +1로 회전하고, 변속기어들(1420a, 1420b,1420c)이 모두 +1로 회전하며, 출력기어는 자전하지 않고 +1로 공전하는 상태로 진입한다. 따라서, 캐리어(1440)는 +1로 회전하게 된다. 즉, 입력회전수와 출력회전수가 동일 하게 되어 출력회전이 100%에 도달하게 된다.
상술한 본 발명에 따른 표시장치의 구성요소는 모두 필수적인 것은 아니므로, 표시장치는 상술한 구성요소의 전부 또는 일부를 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 수정, 치환 및 변형이 가능하므로 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합될 수 있다.

Claims (13)

  1. 외부로부터 회전이 입력되는 입력축(1110);
    상기 입력축에 설치되는 토크컨버터(1210);
    상기 토크컨버터에 의해 회전하는 동력기어(1410);
    상기 동력기어에 체결되어 상기 동력기어에 의해 공전 및 자전 중 적어도 하나의 회전을 하는 출력기어(1430a,b);
    상기 출력기어에 체결되어 공회전(idle rotation)하거나 또는 회전부하를 발생시키는 변속기어(1420a,b,c); 및
    상기 출력기어의 공전에 따라 회전하는 캐리어(1440);를 포함하는
    변속장치(1000).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력기어는, 상기 변속기어가 공회전하는 경우에는 자전만 하고,
    상기 변속기어에서 회전부하가 발생하는 경우에는 공전을 하는
    변속장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변속기어는, 상기 동력기어에 의해 회전하되, 조정회전수까지는 공회전하고, 상기 조정회전수에 도달하면 상기 조정회전수로 고정되어 회전하여 회전부하를 발생시키는
    변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    일측에 대한 타측의 상대회전이 단방향으로만 가능한 베어링(1330a,b,c);을 더 포함하고,
    상기 단방향베어링의 일측은, 상기 입력축에 의해 상기 조정회전수로 회전하고,
    상기 단방향베어링의 타측은, 상기 변속기어와 일체로 회전하여, 상기 변속기어가 상기 조정회전수까지는 공회전하고, 상기 조정회전수에 도달하면 상기 조정회전수로 고정되어 회전하는
    변속장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입력축에는, 입력회전수로 회전하는 입력축기어(1130)가 형성되고,
    상기 입력축기어와 체결되는 조정기어(1310a);를 더 포함하고,
    상기 단방향베어링의 일측은, 상기 조정기어(1310b)에 의해 상기 조정회전수로 회전하는
    변속장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 입력축에는, 입력회전수로 회전하는 돌출부(1140)가 형성되고,
    상기 단방향베어링의 일측은, 상기 돌출부에 의해 상기 입력회전수와 동일한 조정회전수로 회전하는
    변속장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변속기어는, 복수이고, 상기 복수의 변속기어의 조정회전수는 서로 상이하고,
    상기 복수의 변속기어는, 상기 동력기어의 회전수가 증가함에 따라 차례로 상기 조정회전수에 도달하는
    변속장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 변속기어 모두가 상기 조정회전수에 도달하지 않은 경우에는 상기 캐리어가 회전하지 않고,
    상기 복수의 변속기어 중 어느 하나가 상기 조정회전수에 도달한 경우에는, 상기 조정회전수에 도달한 변속기어에서 발생하는 회전부하에 의해 상기 출력기어(1430a,b)가 공전하는
    변속장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조정회전수에 도달한 변속기어(1420a,b,c) 별로 상기 입력축의 회전수에 대한 상기 캐리어의 회전수가 상이한
    변속장치.
  10. 입력회전수로 회전하는 입력축;
    상기 입력축에 체결되는 임펠러 및 상기 임펠러에 의해 터빈회전수로 회전하는 터빈을 포함하는 토크컨버터;
    상기 터빈에 의해 회전하는 터빈축기어(1241);
    상기 입력축에 형성되는 입력축기어 및 돌출부;
    상기 입력축기어에 체결되는 제1조정기어(1310a) 및 제2조정기어(1310b);
    상기 제1조정기어에 의해 내측이 제1조정회전수로 회전하는 제1단방향베어링(1330a);
    상기 제2조정기어에 의해 내측이 제2조정회전수로 회전하는 제2단방향베어링(1330b);
    상기 돌출부에 의해 내측이 제3조정회전수로 회전하는 제3단방향베어링(1330c);
    상기 제1단방향베어링의 외측에 연결되는 제1변속기어(1420a);
    상기 제2단방향베어링의 외측에 연결되는 제1변속기어(1420b);
    상기 제3단방향베어링의 외측에 연결되는 제3변속기어(1420c);
    상기 제1변속기어 및 제3변속기어와 체결되는 출력기어(1430b);
    상기 제2변속기어 및 동력기어와 체결되는 출력기어(1430a);
    상기 출력기어(1430b) 및 출력기어(1430a)중 적어도 하나의 공전에 의해 회전하는 캐리어(1440)를 포함하는
    변속장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동력기어(1410)에 의해 상기 출력기어(1430a)가 회전하고, 상기 출력기어에 의해 상기 제2변속기어와 출력기어(1430b)가 회전하고, 상기 출력기어에 의해 상기 제1변속기어와 제3변속기어가 회전하는
    변속장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1변속기어는, 상기 제1단방향베어링에 의해 제1조정회전수까지는 공회전하고, 상기 제1조정회전수에 도달하면 제1조정회전수로 고정되어 회전하고,
    상기 제2변속기어는, 상기 제2단방향베어링에 의해 제2조정회전수까지는 공회전하고, 상기 제2조정회전수에 도달하면 제2조정회전수로 고정되어 회전하고,
    상기 제3변속기어는, 상기 제3단방향베어링에 의해 상기 제3조정회전수까지는 공회전하고, 상기 제3조정회전수에 도달하면 제3조정회전수로 고정되어 회전하는
    변속장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 터빈회전수가 제1범위인 경우에는, 상기 제1변속기어(1420a), 상기 제2변속기어(1420b) 및 상기 제3변속기어(1420c)가 공회전하고, 상기 출력기어(1430b) 및 상기 출력기어(1430a)는 회전부하를 받지 않아 자전만 하고,
    상기 터빈회전수가 제2범위인 경우에는, 상기 제2변속기어 및 상기 제3변속기어가 공회전하고, 상기 제1변속기어는, 상기 제1조정회전수로 고정되어 회전하고, 상기 출력기어(1430a)는 상기 제1변속기어의 회전부하에 의해 제1변속비로 공전하고,
    상기 터빈회전수가 제3범위인 경우에는, 상기 제1변속기어 및 상기 제3변속기어가 공회전하고, 상기 제2변속기어는, 상기 제2조정회전수로 고정되어 회전하고, 상기 출력기어(1430a)는, 상기 제2변속기어의 회전부하에 의해 상기 제1변속비 보다 큰 제2변속비로 공전하고,
    상기 터빈회전수가 제4범위인 경우에는, 상기 제1변속기어 및 상기 제2변속기어는 공회전하고, 상기 제3변속기어는, 상기 제3조정회전수로 고정되어 회전하고, 상기 출력기어(1430b)는, 상기 제3변속기어의 회전부하에 의해 상기 제2변속비 보다 큰 제3변속비로 공전하는
    변속장치.
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