KR101029868B1

KR101029868B1 - 기계식 다단 자동 변속기

Info

Publication number: KR101029868B1
Application number: KR1020090070784A
Authority: KR
Inventors: 현경열
Original assignee: (주)유티글로벌
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-04-15
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: WO2011014024A2; US20110308344A1; WO2011014024A3; KR20110012884A

Abstract

본 발명은, 기계식 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 일측에 결합되어 엔진 토크에 의해 회전되는 입력측 샤프트; 상기 입력측 샤프트의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력측 샤프트와 동회전되며 상기 입력측 샤프트와의 사이에 일방향 클러치가 개재되는 다수의 입력측 구동기어; 외면이 상기 다수의 입력측 구동기어와 각각 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되도록 피라미드형으로 마련되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 다수의 출력측 피동기어; 일 영역은 상기 하우징 내에서 상기 다수의 출력측 피동기어의 캠공간에 배치되고 나머지 영역은 상기 하우징의 외측으로 노출되는 출력측 샤프트; 상기 출력측 샤프트에 이동 가능하게 결합되며, 회전 시 발생되는 원심력에 의해 상기 출력측 샤프트의 반경 방향 외측으로 이동되면서 상기 다수의 출력측 피동기어의 내주면에 선택적으로 접촉 가압되는 다수의 접촉가압부재; 및 상기 출력측 샤프트의 내부에 결합되어 상기 다수의 접촉가압부재들 중에서 적어도 어느 한 출력측 피동기어의 내주면에 접촉 가압된 해당 접촉가압부재를 지지하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 다단 변속을 용이하게 구현할 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있다.

Description

기계식 다단 자동 변속기{MULTI STAGE AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은, 기계식 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 다단 변속을 용이하게 구현할 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 기계식 다단 자동 변속기에 관한 것이다.

차량 및 산업기계 등에 적용되는 자동 변속기의 다단 변속기어 메커니즘은 보통 다수의 유성기어세트의 조합으로 이루어져 있다.

이러한 다수의 유성기어세트가 조합된 기어 트레인(gear train)은 엔진 토크를 변환하여 전달하는 토크 컨버터로부터 회전 동력이 입력될 경우 이를 다단으로 변속하여 출력측으로 전달하는 기능을 수행한다.

이러한 자동 변속기의 파워 트레인은 많은 변속단을 보유하면 보유할수록 동력 성능 및 연료 소비율면에서 유리한 것으로 알려지고 있다. 따라서 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인에 대한 연구가 지속되고 있다.

다만, 동일 변속단을 구현하더라도 유성기어세트의 조합 방법에 따라 내구성 및 동력 전달효율, 그리고 크기 및 중량 등이 크게 달라지기 때문에, 보다 견고하고 동력 손실을 최소화하면서도 컴팩트화 할 수 있는 기어 트레인의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.

현재, 유성기어세트를 이용하는 기어 트레인의 개발 방향은, 기존에 나와 있는 싱글 피니언 유성기어세트 및 더블 피니언 유성기어세트를 어떻게 조합하고, 이에 수반되는 클러치와 브레이크, 그리고 일방향 클러치를 어느 위치에 어떻게 몇 개를 배치하여 가능한 동력 손실이 없이 원하는 변속단과 이에 따르는 변속비를 구현하여 변속기 성능을 향상시킬 수 있는 지에 대해 그 초점이 맞춰져 있다.

한편, 수동 변속기의 경우 변속단이 지나치게 많으면 운전자가 자주 변속을 해주어야 하는 불편함이 야기될 수 있다.

하지만, 자동 변속기의 경우에 있어서는 운전 상태에 따라 컴퓨터 트랜스미션 제어유닛(CJU)이 자동으로 기어 트레인의 작동을 제어하여 변속을 수행하게 되는 바, 보다 많은 변속단을 구현할 수 있는 기어 트레인을 개발하는 것은 매우 중요한 가치가 있다고 할 수 있다.

이러한 추세에 부응하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있음과 아울러, 최근에는 전진 6속 및 전진 8속의 변속단을 구현할 수 있는 자동 변속기의 기어 트레인이 제안되고 있기도 하다.

이에, 본 출원인은 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 전진 8속, 또는 그 이상 및 이하의 변속단 구현을 용이하게 수행할 수 있음은 물론 변속단 간의 동작이 유기적인 메커니즘으로 조화롭게 동작될 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있으며, 나아가 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 새로운 타입의 기계식 다단 자동 변속기를 제안하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 다단 변속을 용이하게 구현할 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 기계식 다단 자동 변속기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 일측에 결합되어 엔진 토크에 의해 회전되는 입력측 샤프트; 상기 입력측 샤프트의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력측 샤프트와 동회전되며 상기 입력측 샤프트와의 사이에 일방향 클러치가 개재되는 다수의 입력측 구동기어; 외면이 상기 다수의 입력측 구동기어와 각각 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되도록 피라미드형으로 마련되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 다수의 출력측 피동기어; 일 영역은 상기 하우징 내에서 상기 다수의 출력측 피동기어의 캠공간에 배치되고 나머지 영역은 상기 하우징의 외측으로 노출되는 출력측 샤프트; 상기 출력측 샤프트에 이동 가능하게 결합되며, 회전 시 발생되는 원심력에 의해 상기 출력측 샤프트의 반경 방향 외측으로 이동되면서 상기 다수의 출력측 피동기어의 내주면에 선택적으로 접 촉 가압되는 다수의 접촉가압부재; 및 상기 출력측 샤프트의 내부에 결합되어 상기 다수의 접촉가압부재들 중에서 적어도 어느 한 출력측 피동기어의 내주면에 접촉 가압된 해당 접촉가압부재를 지지하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 지지유닛은, 일 영역은 상기 출력측 샤프트의 내부에 배치되고 나머지 영역은 상기 하우징의 외측으로 노출되는 스크루축; 및 상기 스크루축의 회전 시 상기 스크루축을 따라 이동 가능하도록 상기 스크루축에 나사 결합되어 상기 해당 접촉가압부재를 지지하는 로더를 포함할 수 있다.

상기 로더는, 실질적으로 상기 해당 접촉가압부재를 지지하는 원통지지부; 및 상기 원통지지부의 양단부에서 외측으로 갈수록 상기 원통지지부의 단면 직경보다 점진적으로 작아지게 형성되는 한 쌍의 경사부를 포함할 수 있다.

상기 원통지지부의 외면에는 다수의 베어링이 마련될 수 있다.

상기 지지유닛은, 상기 로더를 사이에 두고 상기 스크루축의 양측에 결합되며 상기 하우징에 고정되는 한 쌍의 축지지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 지지유닛은, 상기 로더와 상기 한 쌍의 축지지부재에 연결되어 상기 로더가 상기 스크루축을 따라 왕복 이동하도록 상기 로더의 이동을 안내하는 다수의 안내부재를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 접촉가압부재 각각은, 피스톤; 및 상기 피스톤에 연결되어 상기 피스톤에 의해 동작되면서 상기 출력측 피동기어의 내주면에 선택적으로 접촉 가압되는 마찰부재를 포함할 수 있다.

상기 마찰부재는 상기 캠공간 내에서 원주 방향을 따라 상호간 등간격을 가지고 배치되며, 아크(arc)형 블록(block) 또는 볼(ball) 형상을 가질 수 있다.

상기 다수의 입력측 구동기어 및 상기 다수의 출력측 피동기어의 조합은 각각 1개씩의 후진단 및 중립단과, 10개의 전진 변속단을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 다단 변속을 용이하게 구현할 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 각 실시예들의 설명 중 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다. 또한, 이하에서는 본 발명에 따른 기계식 다단 자동 변속기가, 일 실시예로서 차량에 적용되는 경우에 대해 설명하기로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 각 실시예들의 설명 중 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기의 개략적인 구조도로서 로더가 6단 변속단에 배치된 상태의 도면, 도 2는 도 1의 기계식 다단 자동 변속기에서 로더가 중립단에 배치된 상태의 도면, 도 3은 지지유닛의 사시도, 도 4는 부분 도 3의 분해 사시도, 그리고 도 5는 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도이다.

이들 도면을 참조하되 주로 도 1을 참조하면, 본 실시예의 기계식 다단 자동 변속기는, 하우징(100), 입력측 구성으로서의 입력측 샤프트(210) 및 입력측 구동기어(220), 출력측 구성으로서의 출력측 피동기어(310) 및 출력측 샤프트(320), 출력측 샤프트(320)에 이동 가능하게 결합되는 다수의 접촉가압부재(500), 출력측 샤프트(320)의 내부에 결합되어 다수의 접촉가압부재(500)들 중에서 적어도 어느 한 출력측 피동기어(310)의 내주면에 접촉 가압된 해당 접촉가압부재(500)를 지지하는 지지유닛(400), 그리고 이들을 유기적으로 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 각 구성에 대해 살펴본다.

우선, 하우징(100)은 본 실시예의 기계식 다단 자동 변속기의 외관을 형성하는 부분이다. 하우징(100)은 강성이 있는 금속 재질로 제작될 수 있다. 대부분의 구성이 하우징(100) 내에 수용되는 형태로 조립된다.

하지만, 동작을 위해 입력측 샤프트(210)의 일 영역과 출력측 샤프트(320)의 일 영역은 하우징(100)의 외측으로 일정 부분 노출된다.

입력측 샤프트(210)와 하우징(100) 사이, 그리고 출력측 샤프트(320)와 하우징(100) 사이에는 원활한 회전을 위한 베어링(bearing)이 개재된다. 또한 이들 사이에는 밀봉을 위한 패킹(미도시)이 더 개재된다. 편의를 위해 베어링과 패킹은 도면 참조부호를 생략한다.

입력측 샤프트(210)는, 엔진 토크에 의해 회전되는 부분이다. 즉 입력측 샤프트(210)에 차량 구동을 위한 동력이 입력된다. 입력된 동력은 후술할 구조에 의 해 출력측 샤프트(320)를 통해 가감된 후에 출력된다. 가감은 속도와 토크 모두를 포함할 수 있다.

입력측 구동기어(220)는, 입력측 샤프트(210)의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 입력측 샤프트(210)와 동회전된다.

입력측 구동기어(220)가 입력측 샤프트(210)와 동회전될 수 있도록, 입력측 구동기어(220)는 일방향 클러치(230, 원 웨이(one way) 클러치, 도 1, 도 2 및 도 5 참조)에 의해 입력측 샤프트(210)와 결합된다. 물론, 일방향 클러치(230)를 사용하지 않고 입력측 구동기어(220)가 입력측 샤프트(210)를 일체형으로 제작하여도 무방하다.

본 실시예의 기계식 다단 자동 변속기는 각각 1개의 후진단 및 중립단과, 10개의 전진 변속단을 가지므로 피라미드형의 입력측 구동기어(220)는 이에 대응되는 형상으로 제작된다.

물론, 이는 하나의 실시예이므로 본 실시예의 기계식 다단 자동 변속기는 10개의 전진 변속단보다 적어도 또는 많아도 무방하며, 이러한 경우, 입력측 구동기어(220) 및 출력측 피동기어(310)는 그에 대응되는 개수의 단으로 마련되면 그것으로 충분하다.

이하에서는 도시 및 설명의 편의를 위해, 입력측 구동기어(220) 및 출력측 피동기어(310)의 위치별 도면 참조부호는 구별하지 않도록 하는 대신 도면에 문자 및 숫자를 부여하여 설명하도록 한다.

출력측 피동기어(310)는, 입력측 구동기어(220)와 마찬가지로 피라미드형으 로 마련되지만 입력측 구동기어(220)와 반대로 배열되어 입력측 구동기어(220)와 하나씩 반대 방향으로 치형 맞물림된다. 이러한 출력측 피동기어(310)의 내부공간은 비원형의 캠공간(331, 도 5 참조)을 형성한다.

출력측 샤프트(320)는 그 일 영역이 하우징(100) 내에서 출력측 피동기어(310)들의 캠공간(331)에 배치되고 나머지 영역은 하우징(100)의 외측으로 노출되게 마련된다.

이와 같이, 본 실시예에서 출력측 샤프트(320)는 출력측 피동기어(310)와 분리된 상태로 마련되기 때문에 출력측 피동기어(310)가 회전되더라도 출력측 샤프트(320)는 미끄럼마찰 상태로서 공회전된다.

하지만, 후술할 구조 및 동작에 의해 출력측 샤프트(320)가 출력측 피동기어(310)의 어느 하나에 접촉 가압되어 이들이 한 몸체를 형성하게 되면, 비로소 출력측 샤프트(320)는 회전될 수 있다.

이의 동작 구현을 위해, 다시 말해 출력측 샤프트(320)가 출력측 피동기어(310)의 어느 하나에 접촉 가압되어 이들이 한 몸체를 형성하기 위해, 다수의 접촉가압부재(500) 및 지지유닛(400)의 구성이 마련된다.

다수의 접촉가압부재(500)는 출력측 샤프트(320)에 이동 가능하게 결합된다. 즉 도 5에 도시된 바와 같이 피스톤(600)과 마찰부재(700)로 구성될 수 있는 다수의 접촉가압부재(500)는 출력측 샤프트(320)에 이동 가능하게 결합되는데, 이러한 접촉가압부재(500)들은 회전 시 발생되는 원심력에 의해 출력측 샤프트(320)의 반경 방향 외측으로 이동되면서 출력측 피동기어(310)들의 내주면에 선택적으로 접촉 가압된다.

여기서 다수의 마찰부재(700)는, 다수의 피스톤(600)과 연결되어 해당 피스톤(600)과 함께 반경 방향 내측 또는 외측으로 이동되는 구성이다. 마찰부재(700)는 피스톤(600)과 하나씩 대응되게 마련될 수 있다. 본 실시예에서 마찰부재(700)는 아크(arc)형 블록(block) 구조를 가지며, 출력측 샤프트(320)에 형성된 마찰부재 홈(미도시)에 출입 가능하게 배치된다. 그리고 본 실시예에서 마찰부재(700)는 원주 방향을 따라 이격 간격을 두고 4개가 마련된다. 물론, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.

한편, 회전 시 발생되는 원심력에 의해 접촉가압부재(500)들, 특히 접촉가압부재(500)의 마찰부재(700)가 출력측 피동기어(310)들의 내주면 쪽으로 이동되거나 출력측 피동기어(310)들의 내주면에 접촉되기는 하지만 그 힘이 크지 않기 때문에 출력측 피동기어(310)와 출력측 샤프트(320)가 완전한 한 몸체를 이룰 수는 없다.

하지만, 출력측 피동기어(310)들의 내주면에 접촉된 접촉가압부재(500)를 지지하는 별도의 힘이 존재한다면 그 힘에 의해 접촉가압부재(500)가 밀리지 않고 그 상태에서 해당 출력측 피동기어(310)의 내주면에 접촉 가압될 수 있다. 때문에 이 상태에서는 출력측 피동기어(310)와 출력측 샤프트(320)가 한 몸체를 이룰 수 있게 되어 출력측 샤프트(320)가 회전될 수 있다. 이러한 역할은 지지유닛(400)이 담당한다.

다시 말해, 지지유닛(400)은, 출력측 샤프트(320)의 내부에 결합되어 다수의 접촉가압부재(500)들 중에서 적어도 어느 한 출력측 피동기어(310)의 내주면에 접 촉 가압된 해당 접촉가압부재(500)를 지지하는 역할을 한다. 도 1을 참조하면, 6단 변속단에 위치되는 접촉가압부재(500)를 지지유닛(400)이 지지하고 있는데, 이러한 경우 차량은 6단 변속으로 진행될 수 있다.

이러한 역할을 수행하는 지지유닛(500)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스크루축(410)과, 스크루축(410)의 회전 시 스크루축(410)을 따라 이동 가능하도록 스크루축(410)에 회전 가능하게 결합되어 해당 접촉가압부재(500), 즉 도 1에서 6단 변속단에 위치되는 접촉가압부재(500)를 지지하는 로더(420)와, 로더(420)를 사이에 두고 스크루축(410)의 양측에 결합되는 한 쌍의 축지지부재(431,432)와, 로더(420)와 한 쌍의 축지지부재(431,432)에 연결되어 로더(420)의 이동을 안내하는 다수의 안내부재(440)를 구비한다.

스크루축(410)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 일 영역은 출력측 샤프트(320)의 내부에 배치되고 나머지 영역은 하우징(100)의 외측으로 노출되게 마련된다. 스크루축(410)의 회전 동력은 하우징(100)의 외측에 마련된 기어나 풀리로 될 수 있는 동력전달수단(411)이 담당할 수 있는데, 이러한 동력전달수단(411)의 기어(411a)는 스크루축(410)의 기어(410a)와 치형 맞물림된 후에 스크루축(410)을 회전시키는 역할을 할 수 있다.

로더(420)는, 실질적으로 해당 접촉가압부재(500), 즉 도 1에서 6단 변속단에 위치되는 접촉가압부재(500)를 지지하는 원통지지부(421)와, 원통지지부(421)의 양단부에서 외측으로 갈수록 원통지지부(421)의 단면 직경보다 점진적으로 작아지게 형성되는 한 쌍의 경사부(422)를 포함한다. 한 쌍의 경사부(422)로 인해, 로 더(420)는 스크루축(410)을 따라 왕복 이동될 때 다른 접촉가압부재(500)와 구속 없이 유연하게 이동될 수 있다. 원통지지부(421)의 외면에는 다수의 베어링(B)이 마련된다.

이러한 로더(420)는 스크루축(410)에 스크루(나사) 결합되고 있으며, 후술하는 것처럼 한 쌍의 축지지부재(431,432)가 하우징(100)에 고정되고, 또한 한 쌍의 축지지부재(431,432) 및 로더(420)가 다수의 안내부재(440)에 의해 연결되어 있기 때문에, 스크루축(410)이 정역 방향으로 회전하게 되면 그에 연동하여 로더(420)는 스크루축(410)의 길이 방향을 따라 왕복 이동될 수 있게 된다.

한 쌍의 축지지부재(431,432)는, 스크루축(410)을 비롯하여 다수의 안내부재(440)를 지지하는 역할을 한다. 이러한 한 쌍의 축지지부재(431,432)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(100)에 고정된다. 따라서 스크루축(410)이 회전되더라도 한 쌍의 축지지부재(431,432)는 회전되지 않는다. 물론, 경우에 따라 한 쌍의 축지지부재(431,432) 중에서 어느 하나는 자유 회전되도록 구성할 수도 있다.

다수의 안내부재(440)는, 스크루축(410)을 따라 왕복 이동되는 로더(420)의 이동을 안내하는 역할을 한다. 본 실시예에서 다수의 안내부재(440)는 로더(420)의 경사부(422)에 형성된 홀(422a)을 통과하여 그 양단이 한 쌍의 축지지부재(431,432)들의 홈(431a,432a)에 끼워지는 아크(arc) 형상의 4개의 막대로 마련된다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 안내부재(440)들의 개수와 형상은 도시된 것과 달리 구현될 수도 있다.

이러한 구성에 의해, 예컨대, 동력전달수단(411)의 기어(411a)가 회전하면 이에 맞물린 스크루축(410)의 기어(410a)가 회전함으로써 스크루축(410)이 회전한다. 이처럼 지지유닛(400)의 스크루축(410)이 회전되고, 이에 따라 스크루축(410)에 회전 가능하게 결합된 로더(420)는 원하는 위치에 배치된다. 본 실시예의 경우 도 1과 같이 6단 변속단의 위치에 배치된다.

이처럼 로더(420)가 6단 변속단의 위치에 배치되면, 특히 로더(420)의 원통지지부(421)가 피스톤(600)을 밀게 되고, 이에 따라 피스톤(600)과 연결된 마찰부재(700)는 6단 변속단의 위치에 배치된 출력측 피동기어(310)의 내주면에 밀착 가압되기 때문에 입력측과 출력측 간의 치합이 이루어져 동력이 전달될 수 있게 된다.

이때, 전술한 바와 같이 스크루축(410)은 기어와 고정되어 있고 한 쌍의 축지지부재(431,432)는 하우징(100)에 고정되어 있기 때문에 출력측 샤프트(320)가 회전되더라도 로더(420)는 회전되지 않는다. 물론, 출력측 샤프트(320)가 회전하게 되면 그 원심력에 의해 나머지 피스톤(600)과 마찰부재(700)들은 출력측 피동기어(310)의 내주면에 접근하거나 접촉하게 되지만 슬립 현상으로 인해 동력 전달에 영향을 미치지는 아니한다.

이 상태에서 4단 변속을 수행하려면, 기어에 의해 스크루축(410)을 회전시켜 스크루축(410)에 의해 로더(420)가 4단 변속단에 위치되어 4단 변속단에 있는 피스톤(600)을 지지하도록 하면 된다. 그러면 4단 변속단 외의 나머지 피스톤(600)들은 그들을 지지해주는 로더(420)가 없기 때문에 나머지 피스톤(600)들에 속한 변속단들은 슬립이 되어 공회전될 수밖에 없게 된다.

참고로, 도 2는 로더(420)가 중립단에 위치된 경우로서 도 2의 경우에는 1단부터 10단까지의 모든 변속단들에 위치되는 피스톤(600)들을 지지해주는 힘이 없기 때문에 1단부터 10단까지의 모든 변속단들은 슬립이 되어 공회전되는 상태가 된다.

도 2를 부연하면, 로더(420)의 왕복 이동이 연속적으로 원활하게 되기 위해서는 스크루축(410)이 회전되어야 하며, 또한 정지 상태에서는 도 2와 같이 로더(420)가 중립단에 위치되어야 한다. 다시 말해, 주행 중 브레이크를 밟으면 부하단에 위치해 있는 로더(420)는 중립단으로 복귀되어야 한다. 다시 브레이크를 놓으면 중립단에서 선택된 변속단까지 이동되어야 한다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 간단하고 단순한 기계적인 방법으로 다단 변속을 용이하게 구현할 수 있어 동력 전달 효율 및 변속감을 보다 종래보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 동력 성능을 높이면서 오히려 연료 소비율을 절감시킬 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기의 개략적인 구조도이다.

이 도면의 경우, 로더(420a)에 의해 3, 4 속이 동시에 치합된 상태다. 높은 단은 부하회전되고 낮은 단은 입력측과 출력측의 원주율에 의하여 일방향 클러치(230) 슬립에 의하여 공회전이 된다.

효과로서는 두개 단이 동시에 치합될 경우 변속 시 어느 한 쪽은 동력이 전달되므로 변속이 끊김이 없어 변속 시 충격이 완화되고 효율이 높아진다. 참고로, 일반적으로 클러치는 입력측에 장착되나 본 발명은 출력측에 설치되어야 한다. 하 지만, 본 발명이 이에 제한될 필요는 없으므로 입력측에 장착될 수도 있다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 제3 ~ 5 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기에서 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도이다.

도 7을 참조하면, 제1 실시예와는 달리 마찰부재(700a)가 원주 방향을 따라 2개 마련된다. 이러한 경우, 출력측 피동기어(310a)의 내부공간 구조가 약간 상이하게 형성될 뿐 나머지 구성과 동작은 제1 실시예와 동일하다.

도 8을 참조하면, 마찰부재(700b)가 원주 방향을 따라 4개 마련되는 것은 제1 실시예와 동일하나 출력측 피동기어(310b)의 내부공간 구조가 원형이라는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 하지만, 도 8과 같은 구조가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하는 데에는 아무런 무리가 없다.

도 9를 참조하면, 마찰부재(700c)의 형상이 아크(arc)형 블록(block) 구조가 아닌 볼(ball) 구조로 되어 있다. 이러한 경우, 출력측 피동기어(310c)의 내부공간 구조가 약간 상이하게 형성될 뿐 나머지 구성과 동작은 제1 실시예와 동일하다.

도 10을 참조하면, 출력측 피동기어(310) 쪽 구성은 제1 실시예와 동일하다. 다만 도 10의 실시예의 경우, 입력측 구동기어(220) 내의 일방향 클러치(230a) 구조가 전술한 실시예와는 다르게 마련된다.

전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하였지만, 본 실시예의 기계식 다단 자동 변속기는 일반 승용 차량을 비롯하여 중장비 차량 등에 적용될 수 있다.

또한 전술한 실시예의 도면에는 출력측 샤프트가 봉 또는 파이프 형상으로 평행으로 되어 있으나 피라미드 형상으로 마련할 수도 있을 것이다.

전술한 실시예들에서는 그 설명을 생략하였지만, 본 실시예의 다단 자동 변속기는 일반 승용 차량을 비롯하여 중장비 차량, 각종 산업기계 등에 적용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기의 개략적인 구조도로서 로더가 6단 변속단에 배치된 상태의 도면,

도 2는 도 1의 기계식 다단 자동 변속기에서 로더가 중립단에 배치된 상태의 도면,

도 3은 지지유닛의 사시도,

도 4는 도 3의 부분 분해 사시도,

도 5는 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기의 개략적인 구조도,

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기에서 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도,

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기에서 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도,

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기에서 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도,

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 기계식 다단 자동 변속기에서 마찰부재, 피스톤 및 로더 간의 동작에 따른 출력측 피동기어 및 입력측 구동기어 간의 배치 상태 구조도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 하우징 210 : 입력측 샤프트

220 : 입력측 구동기어 310 : 출력측 피동기어

320 : 출력측 샤프트 400 : 지지유닛

410 : 스크루축 420 : 로더

431,432 : 축지지부재 440 : 안내부재

500 : 접촉가압부재 600 : 피스톤

700 : 마찰부재

Claims

외관을 형성하는 하우징;

상기 하우징의 일측에 결합되어 엔진 토크에 의해 회전되는 입력측 샤프트;

상기 입력측 샤프트의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 상기 입력측 샤프트와 동회전되며 상기 입력측 샤프트와의 사이에 일방향 클러치가 개재되는 다수의 입력측 구동기어;

외면이 상기 다수의 입력측 구동기어와 각각 상호 반대 방향으로 치형 맞물림되도록 피라미드형으로 마련되며, 내부에 비원형의 캠공간이 형성되는 다수의 출력측 피동기어;

일 영역은 상기 하우징 내에서 상기 다수의 출력측 피동기어의 캠공간에 배치되고 나머지 영역은 상기 하우징의 외측으로 노출되는 출력측 샤프트;

상기 출력측 샤프트에 이동 가능하게 결합되며, 회전 시 발생되는 원심력에 의해 상기 출력측 샤프트의 반경 방향 외측으로 이동되면서 상기 다수의 출력측 피동기어의 내주면에 선택적으로 접촉 가압되는 다수의 접촉가압부재; 및

상기 출력측 샤프트의 내부에 결합되어 상기 다수의 접촉가압부재들 중에서 적어도 어느 한 출력측 피동기어의 내주면에 접촉 가압된 해당 접촉가압부재를 지지하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,

상기 지지유닛은,

일 영역은 상기 출력측 샤프트의 내부에 배치되고 나머지 영역은 상기 하우징의 외측으로 노출되는 스크루축; 및

상기 스크루축의 회전 시 상기 스크루축을 따라 이동 가능하도록 상기 스크루축에 나사 결합되어 상기 해당 접촉가압부재를 지지하는 로더를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제2항에 있어서,

상기 로더는,

실질적으로 상기 해당 접촉가압부재를 지지하는 원통지지부; 및

상기 원통지지부의 양단부에서 외측으로 갈수록 상기 원통지지부의 단면 직경보다 점진적으로 작아지게 형성되는 한 쌍의 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제3항에 있어서,

상기 원통지지부의 외면에는 다수의 베어링이 마련되는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제3항에 있어서,

상기 지지유닛은,

상기 로더를 사이에 두고 상기 스크루축의 양측에 결합되며 상기 하우징에 고정되는 한 쌍의 축지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제5항에 있어서,

상기 지지유닛은,

상기 로더와 상기 한 쌍의 축지지부재에 연결되어 상기 로더가 상기 스크루축을 따라 왕복 이동하도록 상기 로더의 이동을 안내하는 다수의 안내부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,

상기 다수의 접촉가압부재 각각은,

피스톤; 및

상기 피스톤에 연결되어 상기 피스톤에 의해 동작되면서 상기 출력측 피동기어의 내주면에 선택적으로 접촉 가압되는 마찰부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제7항에 있어서,

상기 마찰부재는 상기 캠공간 내에서 원주 방향을 따라 상호간 등간격을 가지고 배치되며, 아크(arc)형 블록(block) 또는 볼(ball) 형상을 갖는 것을 특징으 로 하는 기계식 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,

상기 다수의 입력측 구동기어 및 상기 다수의 출력측 피동기어의 조합은 각각 1개씩의 후진단 및 중립단과, 10개의 전진 변속단을 갖는 것을 특징으로 하는 기계식 다단 자동 변속기.