KR20130039350A

KR20130039350A - 다단 자동 변속기

Info

Publication number: KR20130039350A
Application number: KR1020110101792A
Authority: KR
Inventors: 현경열
Original assignee: (주)유티글로벌
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-04-22

Abstract

본 발명은, 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 입력축과; 상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어와; 출력축과; 상기 출력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 복수의 출력측 기어와; 외면이 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제1캠공간이 형성되는 복수의 제1변속기어와; 외면이 상기 복수의 출력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제2캠공간이 형성되는 복수의 제2변속기어와; 상기 복수의 제1변속기어와 상기 복수의 제2변속기어와 각각 분리된 상태로 상기 제1캠공간과 상기 제2캠공간에 배치되는 변속축과; 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축이 회전하도록, 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제1변속부와; 상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축의 회전력을 상기 출력축으로 전달하도록, 상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제2변속부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 자동 변속기{MULTI STAGE AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은, 다단 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 변속축에 상호 독립적인 2개의 다단 변속부를 구비하여, 2개의 다단 변속부의 조합에 의해 다양한 변속 범위를 구현할 수 있는 다단 자동 변속기에 관한 것이다.

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

이러한 복수의 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.

한편, 일 예로서 6단 변속 또는 8단 변속을 위한 종래의 자동 변속기의 경우, 입력축과 출력축에 상호 반대 방향으로 회전하며 치형 맞물림되는 6쌍 또는 8쌍의 외치차를 입력축과 출력축의 각 길이방향을 따라 각각 장착하여, 6쌍 또는 8쌍의 외치차 중 원하는 한 쌍의 외치차를 선택함으로써, 6단 변속 또는 8단 변속을 시행하여 왔다.

그러나, 이러한 종래의 자동 변속기는, 변속 범위를 증대시키기 위해 입력축과 출력축의 각 길이방향을 따라 원하는 변속단수 만큼 외치차를 장착하여야 하므로, 자동 변속기의 사이즈가 증대되며 다양한 변속 범위의 구현이 제한되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 변속기의 사이즈가 컴팩트해지고, 다양한 변속 범위를 구현할 수 있는 다단 자동 변속기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 입력축과; 상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어와; 출력축과; 상기 출력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 복수의 출력측 기어와; 외면이 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제1캠공간이 형성되는 복수의 제1변속기어와; 외면이 상기 복수의 출력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제2캠공간이 형성되는 복수의 제2변속기어와; 상기 복수의 제1변속기어와 상기 복수의 제2변속기어와 각각 분리된 상태로 상기 제1캠공간과 상기 제2캠공간에 배치되는 변속축과; 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축이 회전하도록, 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제1변속부와; 상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축의 회전력을 상기 출력축으로 전달하도록, 상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제2변속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 변속축에는 수용실이 형성되고, 상기 수용실에 삽입되어 상기 변속축과 연결되는 유로통로봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1변속부는, 상기 복수의 제1변속기어에 각각 대응되게 상기 변속축의 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하게 형성된 복수의 제1연통로와; 상기 유로통로봉의 내부에 마련되어 상기 복수의 제1연통로와 해당하는 것끼리 연통하는 복수의 제1유로통로와; 상기 복수의 제1연통로에 왕복이동가능하게 결합되며, 상기 제1유로통로로 제공되는 유압에 의해 동작되는 복수의 제1피스톤과; 상기 복수의 제1피스톤과 연결되어 해당 제1피스톤의 동작에 기초하여 해당 상기 제1변속기어에 밀착 및 밀착해제하는 복수의 제1연결핀과; 상기 복수의 입력측 기어 중 선택된 어느 하나에 대응하는 제1변속기어의 해당 제1연결핀을 밀착시켜 상기 선택된 입력측 기어의 회전력이 상기 변속축으로 전달되도록, 상기 해당 제1연결핀에 대응하는 제1유로통로로 유압의 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2변속부는, 상기 복수의 제2변속기어에 각각 대응되게 상기 변속축의 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하게 형성된 복수의 제2연통로와; 상기 유로통로봉의 내부에 마련되어 상기 복수의 제2연통로와 해당하는 것끼리 연통하는 복수의 제2유로통로와; 상기 복수의 제2연통로에 왕복이동가능하게 결합되며, 상기 제2유로통로로 제공되는 유압에 의해 동작되는 복수의 제2피스톤과; 상기 복수의 제2피스톤과 연결되어 해당 제2피스톤의 동작에 기초하여 해당 상기 제2변속기어에 밀착 및 밀착해제하는 복수의 제2연결핀과; 상기 복수의 출력측 기어 중 선택된 어느 하나에 대응하는 제2변속기어의 해당 제2연결핀을 밀착시켜 상기 변속축의 회전력이 상기 출력축으로 전달하도록, 상기 해당 제2연결핀에 대응하는 제2유로통로로 유압의 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 제1연결핀은 상기 수용실을 중심으로 하여 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 제2연결핀은 상기 수용실을 중심으로 하여 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 입력축과 출력축 사이에 마련된 하나의 변속축에 상호 독립적인 2개의 다단 변속부를 구비함으로써, 변속기의 사이즈가 컴팩트해지고, 2개의 다단 변속부의 조합에 의해 다양한 변속 범위를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 자동 변속기의 개략적인 내부 구조도,
도 2는 도 1의 입력측 기어, 제1변속기어, 제2변속기어 및 출력측 기어 간의 배치 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 제1변속기어 및 제2변속기어의 분해 사시도,
도 4는 도 1의 변속축의 사시도,
도 5는 도 1의 제1변속기어와 제1연결핀이 연결된 상태를 도시한 입력측 기어와 제1변속기어 간의 배치 상태 구조도,
도 6은 도 1의 제1변속기어와 제1연결핀이 연결되지 않은 상태를 도시한 입력측 기어와 제1변속기어 간의 배치 상태 구조도,
도 7은 도 1의 제2변속기어와 제2연결핀이 연결된 상태를 도시한 출력측 기어와 제2변속기어 간의 배치 상태 구조도,
도 8은 도 1의 제2변속기어와 제2연결핀이 연결되지 않은 상태를 도시한 출력측 기어와 제2변속기어 간의 배치 상태 구조도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 자동 변속기가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하되 주로 도 1을 참조하면, 본 실시예의 다단 자동 변속기는, 크게 본체 하우징(10)과, 입력측 구성으로서의 입력축(20) 및 복수의 입력측 기어(30)와, 출력측 구성으로서의 출력축(40) 및 복수의 출력측 기어(50)와, 변속측 구성으로서의 복수의 제1변속기어(60), 제2변속기어(70), 변속축(80), 제1변속부(100) 및 제2변속부(110)를 포함한다. 이하, 각 구성에 대해 살펴본다.

우선, 본체 하우징(10)은 본 실시예의 다단 자동 변속기의 외관을 형성하는 부분이다. 본체 하우징(10)은 강성이 있는 금속 재질로 제작될 수 있다.

대부분의 구성이 본체 하우징(10) 내에 수용되는 형태로 조립된다. 하지만, 동작을 위해 입력축(20)의 일 영역과 출력축(40)의 일 영역은 본체 하우징(10)의 외측으로 일정 부분 노출된다. 입력축(20)과 본체 하우징(10) 사이, 출력축(40)과 본체 하우징(10) 사이, 그리고 변속축(80)과 본체 하우징(10) 사이, 유로통로봉(90)과 변속축(80) 사이에는 원활한 회전을 위한 베어링(11)이 개재된다. 또한, 이들 사이에는 밀봉을 위한 패킹(13)이 더 개재된다.

입력축(20)은 구동을 위한 동력이 입력된다. 입력된 동력은 후술할 구조에 의해 출력축(40)을 통해 가감된 후에 출력된다. 가감은 속도와 토크 모두를 포함할 수 있다.

입력측 기어(30)는, 입력축(20)의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 입력축(20)과 함께 회전된다.

본 실시예의 다단 자동 변속기는 제1변속부(100)가 1개의 후진 변속단과 3개의 전진 변속단을 가지므로 피라미드형의 입력측 기어(30)는 총 4개로 마련된다. 입력측 기어(30)가 총 4개로 마련되기 때문에 이에 대응되는 제1변속기어(60) 역시 총 4개로 마련된다.

물론, 이는 하나의 실시예이므로 본 실시예의 입력측 기어(30) 및 제1변속기어(60)는 4개보다 적어도 또는 많아도 무방하며, 이러한 경우, 입력측 기어(30) 및 제1변속기어(60)는 그에 대응되는 개수의 단으로 마련되면 그것으로 충분하다.

이하에서는 도시 및 설명의 편의를 위해, 입력측 기어(30) 및 제1변속기어(60)의 위치별 도면 참조부호는 구별하지 않도록 하는 대신 도면에 문자 및 숫자를 부여하여 설명하도록 한다.

출력축(40)은 입력축(20)으로부터 입력된 동력을 출력한다.

출력측 기어(50)는, 출력축(40)의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어 출력축(40)과 함께 회전된다.

본 실시예의 다단 자동 변속기는 제2변속부(110)가 3개의 변속단을 가지므로 피라미드형의 출력측 기어(50)는 총 3개로 마련된다. 출력측 기어(50)가 총 3개로 마련되기 때문에 이에 대응되는 제2변속기어(70) 역시 총 3개로 마련된다.

물론, 이는 하나의 실시예이므로 본 실시예의 출력측 기어(50) 및 제2변속기어(70)는 3개보다 적어도 또는 많아도 무방하며, 이러한 경우, 출력측 기어(50) 및 제2변속기어(70)는 그에 대응되는 개수의 단으로 마련되면 그것으로 충분하다.

이하에서는 도시 및 설명의 편의를 위해, 출력측 기어(50) 및 제2변속기어(70)의 위치별 도면 참조부호는 구별하지 않도록 하는 대신 도면에 문자 및 숫자를 부여하여 설명하도록 한다.

복수의 제1변속기어(60)는 입력측 기어(30)와 마찬가지로 피라미드형으로 마련되지만, 입력측 기어(30)와 반대 방향으로 회전하도록 입력측 기어(30)와 하나씩 치형 맞물림된다. 이러한 제1변속기어(60)의 내부에는 비원형의 제1캠공간(61)이 형성된다. 또한, 각 제1변속기어(60)의 내주에는 일정 간격을 두고 제1변속기어(60)의 반경방향 내측으로 소정의 곡률반경을 가지며 돌출되어, 후술할 제1연결핀(107)이 걸림 유지되는 복수의 제1걸림턱(63)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 하나의 제1변속기어(60)의 내주에 4개의 제1걸림턱(63)이 구비되어 있지만, 제1걸림턱(63)의 수량은 이에 한정되지 않는다.

복수의 제2변속기어(70)는 출력측 기어(50)와 마찬가지로 피라미드형으로 마련되지만, 출력측 기어(50)와 반대 방향으로 회전하도록 출력측 기어(50)와 하나씩 치형 맞물림된다. 이러한 제2변속기어(70)의 내부에는 비원형의 제2캠공간(71)이 형성된다. 또한, 각 제2변속기어(70)의 내주에는 일정 간격을 두고 제2변속기어(70)의 반경방향 내측으로 소정의 곡률반경을 가지며 돌출되어, 후술할 제2연결핀(117)이 걸림 유지되는 복수의 제2걸림턱(73)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 하나의 제2변속기어(70)의 내주에 4개의 제2걸림턱(73)이 구비되어 있지만, 제2걸림턱(73)의 수량은 이에 한정되지 않는다.

변속축(80)은 입력축(20)과 출력축(40)에 대해 평행을 이루며, 복수의 제1변속기어(60)와 복수의 제2변속기어(70)와 각각 분리된 상태로 제1캠공간(61)과 제2캠공간(71)에 배치된다. 변속축(80)의 내부에는 수용실(81)이 형성되고, 이 수용실(81)에는 변속축(80)과 연결되는 유로통로봉(90)이 삽입된다.

유로통로봉(90)의 일 영역은 변속축(80)의 수용실(81)에 마련되고, 나머지 영역은 본체 하우징(10)의 외측으로 노출되는 봉 형상을 갖는다.

유로통로봉(90)은 변속축(80)과 결합되며, 유로통로봉(90)은 변속축(80)과 분리된 상태로 제작된 후, 상호간 키 결합 또는 끼워맞춤결합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 유로통로봉(90)과 변속축(80)은 일체형일 수도 있다.

한편, 변속축(80)은 제1변속기어(60)와 분리된 상태로 마련되기 때문에 입력측 기어(30)가 회전되더라도 변속축(80)은 회전하지 않게 된다. 그러나, 후술할 구조 및 동작에 의해 변속축(80)이 제1변속부(100)에 의해 제1변속기어(60)의 어느 하나에 연결될 때 비로소 변속축(80)은 회전될 수 있다.

이의 동작 구현을 위해, 복수의 입력측 기어(30) 및 복수의 제1변속기어(60) 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 변속축(80)이 회전하도록, 복수의 입력측 기어(30) 및 복수의 제1변속기어(60)의 연결을 선택적으로 제어한다.

제1변속부(100)는 복수의 제1연통로(101)와, 복수의 제1유로통로(103)와, 복수의 제1피스톤(105)과, 복수의 제1연결핀(107)과 제어부(120)를 포함한다.

복수의 제1연통로(101)는 복수의 제1변속기어(60)에 각각 대응되게 변속축(80)의 외면에 원주방향을 따라 수용실(81)과 연통하게 형성되어 있다. 복수의 제1연통로(101)는 수용실(81)을 중심으로 하여 변속축(80)의 외면에 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되어 있다.

복수의 제1유로통로(103)는 유로통로봉(90)의 내부에 형성되어, 복수의 제1연통로(101)와 해당하는 것끼리 연통한다. 각 제1유로통로(103)는 도시하지 않은 로터리 조인트에 의해 각 유압 공급배관(125)과 연결되고, 각 유압 공급배관(125)은 유압펌프(127)에 연결된다. 제어부(120)가 각 유압 공급배관(125)에 마련된 도시하지 않은 솔레노이드 밸브를 온/오프(on/off) 제어하여, 복수의 제1유로통로(103) 중 선택된 어느 하나의 제1유로통로(103)에 유압을 공급한다.

복수의 제1피스톤(105)은 복수의 제1연통로(101)에 왕복이동가능하게 결합되며, 제1유로통로(103)로 제공되는 유압에 의해 동작한다. 복수의 제1피스톤(105)은 도 1에 도시된 바와 같이, 변속축(80)의 각 제1연통로(101)에 왕복이동가능하게 결합되며, 제1변속기어(60)의 해당 단에 형성된 변속축(80)의 제1연통로(101)로 유압이 유입될 경우, 반경 방향 외측으로 동작되면서 제1피스톤(105)에 연결된 제1연결핀(107)들을 반경 방향 외측으로 가압하는 역할을 한다. 물론, 압력이 해제되면 제1피스톤(105)과 제1연결핀(107)들은 원위치로 복귀된다.

복수의 제1연결핀(107)은 복수의 제1피스톤(105)과 연결되어 해당 제1피스톤(105)의 동작에 기초하여 반경방향 외측으로 이동하며 해당 제1변속기어(60)의 내주에 밀착 및 밀착해제한다. 제1연결핀(107)은 제1피스톤(105)과 하나씩 대응되게 마련될 수 있다.

본 실시예에서 제1연결핀(107)은 변속축(80)에 형성된 제1연통로(101)에 출입 가능하게 배치된다. 그리고, 본 실시예에서 제1연결핀(107)은 해당 단의 제1변속기어(60)에 대응하여 변속축(80)의 원주 방향을 따라 이격 간격을 두고 4개가 마련된다.

이러한 제1연결핀(107)들은 4단의 제1변속기어(60) 중에서 선택된 어느 하나에 밀착 유지시키는 역할을 한다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 2번 위치로 유압이 공급되어 2번 위치의 제1피스톤(105)들이 반경 방향 외측으로 동작되면, 이에 연동하여 2번 위치의 제1연결핀(107)들이 2번 위치의 제1변속기어(60)의 내면으로 접촉 가압됨에 따라 2번 위치의 제1변속기어(60)의 제1걸림턱(63)에 걸려 2번 위치의 제1변속기어(60)와 변속축(80)이 한 몸체를 이루게 됨으로써, 변속축(80)은 2번 위치의 입력측 기어(30)와 2번 위치의 제1변속기어(60)의 기어비에 의해 변속되어 회전할 수 있게 된다. 이 때, 나머지 제1변속기어(60)들은 공회전을 한다.

이러한 일련의 구조가 가능하도록, 즉 복수의 제1변속기어(60) 중에서 선택된 어느 하나와 변속축(80)이 연결되어 변속축(80)이 회전하도록 본 실시예의 다단 자동 변속기는 유압 펌프(127)로부터 유로통로봉(90) 쪽으로 공급되는 유압의 공급 경로를 제어하는 제어부(120)를 더 구비하고 있다. 즉, 제어부(120)는 복수의 입력측 기어(30) 중 선택된 어느 하나에 대응하는 제1변속기어(60)의 해당 제1연결핀(107)을 밀착시켜, 선택된 입력측 기어(30)의 회전력이 변속축(80)으로 전달되도록 유압 펌프(127)로부터 해당 제1연결핀(107)에 대응하는 제1유로통로(103) 및 제1연통로(101)로 공급되는 유압의 공급을 제어한다.

또한, 변속축(80)은 제2변속기어(70)와 분리된 상태로 마련되기 때문에 변속축(80)이 회전하더라도 제2변속기어(70) 및 출력축(40)은 회전하지 않게 된다. 그러나, 후술할 구조 및 동작에 의해 변속축(80)이 제2변속부(110)에 의해 제2변속기어(70)의 어느 하나에 연결될 때 비로소 제2변속기어(70) 및 출력축(40)은 회전될 수 있다.

이의 동작 구현을 위해, 복수의 제2변속기어(70) 및 출력측 기어(50) 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 출력축(40)이 회전하도록, 복수의 제2변속기어(70) 및 출력측 기어(50)의 연결을 선택적으로 제어한다.

제2변속부(110)는 복수의 제2연통로(111)와, 복수의 제2유로통로(113)와, 복수의 제2피스톤(115)과,복수의 제2연결핀(117)과 제어부(120)를 포함한다. 여기서, 제2변속부(110)의 제어부는 전술한 제1변속부(100)의 제어부(120)와 동일하다.

복수의 제2연통로(111)는 복수의 제2변속기어(70)에 각각 대응되게 변속축(80)의 외면에 원주방향을 따라 수용실(81)과 연통하게 형성되어 있다. 복수의 제2연통로(111)는 수용실(81)을 중심으로 하여 변속축(80)의 외면에 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되어 있다.

복수의 제2유로통로(113)는 유로통로봉(90)의 내부에 형성되어, 복수의 제2연통로(111)와 해당하는 것끼리 연통한다. 각 제2유로통로(113)는 도시하지 않은 로터리 조인트에 의해 각 유압 공급배관(125)과 연결되고, 각 유압 공급배관(125)은 유압펌프(127)에 연결된다. 제어부(120)가 각 유압 공급배관(125)에 마련된 도시하지 않은 솔레노이드 밸브를 온/오프(on/off) 제어하여, 복수의 제2유로통로(113) 중 선택된 어느 하나의 제2유로통로(113)에 유압을 공급한다.

복수의 제2피스톤(115)은 복수의 제2연통로(111)에 왕복이동가능하게 결합되며, 제2유로통로(113)로 제공되는 유압에 의해 동작한다. 복수의 제2피스톤(115)은 도 1에 도시된 바와 같이, 변속축(80)의 각 제2연통로(111)에 왕복이동가능하게 결합되며, 제2변속기어(70)의 해당 단에 형성된 변속축(80)의 제2연통로(111)로 유압이 유입될 경우, 반경 방향 외측으로 동작되면서 제2피스톤(115)에 연결된 제2연결핀(117)들을 반경 방향 외측으로 가압하는 역할을 한다. 물론, 압력이 해제되면 제2피스톤(115)과 제2연결핀(117)들은 원위치로 복귀된다.

복수의 제2연결핀(117)은 복수의 제2피스톤(115)과 연결되어 해당 제2피스톤(115)의 동작에 기초하여 반경방향 외측으로 이동하며 해당 제2변속기어(70)의 내주에 밀착 및 밀착해제한다. 제2연결핀(117)은 제2피스톤(115)과 하나씩 대응되게 마련될 수 있다.

본 실시예에서 제2연결핀(117)은 변속축(80)에 형성된 제2연통로(111)에 출입 가능하게 배치된다. 그리고, 본 실시예에서 제2연결핀(117)은 해당 단의 제2변속기어(70)에 대응하여 변속축(80)의 원주 방향을 따라 이격 간격을 두고 4개가 마련된다.

이러한 제2연결핀(117)들은 3단의 제2변속기어(70) 중에서 선택된 어느 하나에 밀착 유지시키는 역할을 한다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 "C" 위치로 유압이 공급되어 "C" 위치의 제2피스톤(115)들이 반경 방향 외측으로 동작되면, 이에 연동하여 "C" 위치의 제2연결핀(117)들이 "C" 위치의 제2변속기어(70)의 내면으로 접촉 가압됨에 따라 "C" 위치의 제2변속기어(70)의 제2걸림턱(73)에 걸려 "C" 위치의 제2변속기어(70)와 변속축(80)이 한 몸체를 이루게 됨으로써, 출력축(40)은 "C" 위치의 제2변속기어(70)와 "C" 위치의 출력측 기어(50)의 기어비에 의해 변속되어 회전할 수 있게 된다. 이 때, 나머지 제2변속기어(70)들은 공회전을 한다.

이러한 일련의 구조가 가능하도록, 즉 복수의 제2변속기어(70) 중에서 선택된 어느 하나와 변속축(80)이 연결되어 출력축(40)이 회전하도록, 즉 제어부(120)는 복수의 제2변속기어(70) 중 선택된 어느 하나에 대응하는 출력측 기어(50)의 해당 제2연결핀(117)을 밀착시켜, 선택된 제2변속기어(70) 및 출력측 기어(50)의 회전력이 출력축(40)으로 전달되도록 유압 펌프(127)로부터 해당 제2연결핀(117)에 대응하는 제2유로통로(113) 및 제2연통로(111)로 공급되는 유압의 공급을 제어한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 자동 변속기의 동작 및 변속 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

제어부(120)에 의해 도 1에 도시된 바와 같이, 제1변속부(100)의 2번 위치 및 제2변속부(110)의 "C" 위치로 동시에 유압이 공급되면, 2번 위치의 제1피스톤(105)들이 반경 방향 외측으로 동작되고, 이에 연동하여 2번 위치의 제1연결핀(107)들이 2번 위치의 제1변속기어(60)의 내면으로 접촉 가압됨에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 2번 위치의 제1변속기어(60)의 제1걸림턱(63)에 걸려 2번 위치의 제1변속기어(60)와 변속축(80)이 한 몸체를 이루게 되며, 변속축(80)은 2번 위치의 입력측 기어(30)와 2번 위치의 제1변속기어(60)의 기어비에 의해 변속되어 회전한다. 이 때, 제어부(120)에 의해 나머지 제1변속기어(60)들의 제1유로통로(103)로는 유압이 공급되지 않으므로, 도 6에 도시된 바와 같이 나머지 제1변속기어(60)들에 대응하는 제1연결핀(107)들은 나머지 제1변속기어(60)의 각 제1걸림턱(63)에 걸리지 않게 되어, 나머지 제1변속기어(60)들은 공회전을 한다.

동시에, "C" 위치의 제1피스톤(105)들이 반경 방향 외측으로 동작되고, 이에 연동하여 "C" 위치의 제2연결핀(117)들이 "C" 위치의 제2변속기어(70)의 내면으로 접촉 가압됨에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 "C" 위치의 제2변속기어(70)의 제2걸림턱(73)에 걸려 "C" 위치의 제2변속기어(70)와 변속축(80)이 한 몸체를 이루게 되며, 출력축(40)은 "C" 위치의 제2변속기어(70)와 "C" 위치의 출력측 기어(50)의 기어비에 의해 변속되어 회전한다. 이 때, 제어부(120)에 의해 나머지 제2변속기어(70)들의 제2유로통로(113)로는 유압이 공급되지 않으므로, 도 8에 도시된 바와 같이 나머지 제2변속기어(70)들에 대응하는 제2연결핀(117)들은 나머지 제2변속기어(70)의 각 제2걸림턱(73)에 걸리지 않게 되어, 나머지 제2변속기어(70)들은 공회전을 한다.

따라서, 입력축(20)을 통해 입력되는 동력은 선택된 2번 위치의 입력측 기어(30) 및 그에 대응하는 제1변속기어(60), 변속축(80), 선택된 "C" 위치의 제2변속기어(70) 및 그에 대응하는 출력측 기어(50), 출력축(40)을 순차적으로 거쳐 출력축(40)을 통해 출력된다.

한편, 입력축(20)으로부터 출력축(40)으로 동력이 전달되는 과정에서, 입력축(20)의 회전수는 선택된 2번 위치의 입력측 기어(30) 및 그에 대응하는 제1변속기어(60)에 의해 1차 변속되어 변속축(80)으로 전달되고, 1차 변속된 변속축(80)의 회전수는 선택된 "C" 위치의 제2변속기어(70) 및 그에 대응하는 출력측 기어(50)에 의해 2차 변속되어, 최종적으로 2차 변속된 회전수로 출력축(40)은 회전하게 된다.

즉, 일 예로서, 2번 위치의 입력측 기어(30) 및 그에 대응하는 제1변속기어(60)의 변속비가 1:2이고, "C" 위치의 제2변속기어(70) 및 그에 대응하는 출력측 기어(50)의 변속비가 1:3이라고 할 때, 입력축(20)의 회전수는 제1변속부(100) 및 제2변속부(110)의 변속비의 곱인 1:6의 비율로 변속되어, 출력축(40)은 입력축(20)의 회전수에 대해 1:6의 변속비로 변속되어 회전하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 다단 자동변속기의 후진 구동에 대해 설명하면 다음과 같다.

제어부(120)에 의해 제1변속부(100)의 후진 위치 및 제2변속부(110)의 "C" 위치로 동시에 유압이 공급되면, 후진 위치의 제1피스톤(105)들이 반경 방향 외측으로 동작되고, 이에 연동하여 후진 위치의 제1연결핀(107)들이 후진 위치의 제1변속기어(60)의 내면으로 접촉 가압됨에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 후진 위치의 제1변속기어(60)의 제1걸림턱(63)에 걸려 후진 위치의 제1변속기어(60)와 변속축(80)이 한 몸체를 이루게 되며, 변속축(80)은 후진 위치의 입력측 기어(30)와 후진 위치의 제1변속기어(60)의 기어비에 의해 변속되어 회전한다. 이 때, 제어부(120)에 의해 나머지 제1변속기어(60)들의 제1유로통로(103)로는 유압이 공급되지 않으므로, 도 6에 도시된 바와 같이 나머지 제1변속기어(60)들에 대응하는 제1연결핀(107)들은 나머지 제1변속기어(60)의 각 제1걸림턱(63)에 걸리지 않게 되어, 나머지 제1변속기어(60)들은 공회전을 한다.

따라서, 입력축(20)을 통해 입력되는 후진 구동력은 선택된 후진 위치의 입력측 기어(30) 및 그에 대응하는 제1변속기어(60), 변속축(80), 선택된 "C" 위치의 제2변속기어(70) 및 그에 대응하는 출력측 기어(50), 출력축(40)을 순차적으로 거쳐 출력축(40)을 통해 출력되면서, 본 발명에 따른 다단 자동 변속기는 후진 구동을 하게 된다.

따라서, 본 실시예에서의 다단 자동 변속기의 경우, 제1변속단수가 후진 1단, 전진 변속단 3개이고, 제2변속단수가 3개로 구성되어 있으므로, 제1변속단수와 제2변속단수의 조합에 의해 총 9가지의 변속, 후진 1단을 구현할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 다단 자동 변속기는 제1변속단수와 제2변속단수를 다양하게 조절하여, 제1변속단수와 제2변속단수의 조합에 의해 다양한 변속 범위를 구현할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 입력축과 출력축 사이에 마련되는 하나의 변속축에 상호 독립적인 2개의 다단 변속부를 구비함으로써, 변속기의 사이즈가 컴팩트해지고, 2개의 다단 변속부의 조합에 의해 다양한 변속 범위를 구현할 수 있게 된다.

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.

10 : 본체 하우징 20 : 입력축
30 : 입력측 기어 40 : 출력축
50 : 출력측 기어 60 : 제1변속기어
70 : 제2변속기어 80 : 변속축
90 : 유로통로봉 100 : 제1변속부
101 : 제1연통로 103 : 제1유로통로
105 : 제1피스톤 107 : 제1연결핀
110 : 제2변속부 111 : 제2연통로
113 : 제2유로통로 115 : 제2피스톤
117 : 제2연결핀 120 : 제어부

Claims

입력축과;
상기 입력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 복수의 입력측 기어와;
출력축과;
상기 출력축의 반경 방향 외측에 피라미드형으로 고정되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 복수의 출력측 기어와;
외면이 상기 복수의 입력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제1캠공간이 형성되는 복수의 제1변속기어와;
외면이 상기 복수의 출력측 기어와 상호 반대 방향으로 회전하도록 치형 맞물림되며, 내부에 비원형의 제2캠공간이 형성되는 복수의 제2변속기어와;
상기 복수의 제1변속기어와 상기 복수의 제2변속기어와 각각 분리된 상태로 상기 제1캠공간과 상기 제2캠공간에 배치되는 변속축과;
상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축이 회전하도록, 상기 복수의 입력측 기어 및 상기 복수의 제1변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제1변속부와;
상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어 중에서 선택된 어느 한 쌍의 기어에 의해 변속하며 상기 변속축의 회전력을 상기 출력축으로 전달하도록, 상기 복수의 출력측 기어 및 상기 복수의 제2변속기어의 연결을 선택적으로 제어하는 제2변속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 변속축에는 수용실이 형성되고, 상기 수용실에 삽입되어 상기 변속축과 연결되는 유로통로봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제2항에 있어서,
상기 제1변속부는,
상기 복수의 제1변속기어에 각각 대응되게 상기 변속축의 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하게 형성된 복수의 제1연통로와;
상기 유로통로봉의 내부에 마련되어 상기 복수의 제1연통로와 해당하는 것끼리연통하는 복수의 제1유로통로와;
상기 복수의 제1연통로에 왕복이동가능하게 결합되며, 상기 제1유로통로로 제공되는 유압에 의해 동작되는 복수의 제1피스톤과;
상기 복수의 제1피스톤과 연결되어 해당 제1피스톤의 동작에 기초하여 해당 상기 제1변속기어에 밀착 및 밀착해제하는 복수의 제1연결핀과;
상기 복수의 입력측 기어 중 선택된 어느 하나에 대응하는 제1변속기어의 해당 제1연결핀을 밀착시켜 상기 선택된 입력측 기어의 회전력이 상기 변속축으로 전달되도록, 상기 해당 제1연결핀에 대응하는 제1유로통로로 유압의 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제2항에 있어서,
상기 제2변속부는,
상기 복수의 제2변속기어에 각각 대응되게 상기 변속축의 외면에 원주방향을 따라 상기 수용실과 연통하게 형성된 복수의 제2연통로와;
상기 유로통로봉의 내부에 마련되어 상기 복수의 제2연통로와 해당하는 것끼리 연통하는 복수의 제2유로통로와;
상기 복수의 제2연통로에 왕복이동가능하게 결합되며, 상기 제2유로통로로 제공되는 유압에 의해 동작되는 복수의 제2피스톤과;
상기 복수의 제2피스톤과 연결되어 해당 제2피스톤의 동작에 기초하여 해당 상기 제2변속기어에 밀착 및 밀착해제하는 복수의 제2연결핀과;
상기 복수의 출력측 기어 중 선택된 어느 하나에 대응하는 제2변속기어의 해당 제2연결핀을 밀착시켜 상기 변속축의 회전력이 상기 출력축으로 전달하도록, 상기 해당 제2연결핀에 대응하는 제2유로통로로 유압의 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제3항에 있어서,
상기 복수의 제1연결핀은 상기 수용실을 중심으로 하여 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.
제4항에 있어서,
상기 복수의 제2연결핀은 상기 수용실을 중심으로 하여 원주 방향을 따라 상호간 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 자동 변속기.