KR101639593B1 - 유압-기계식 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기에 있어서 : 차량의 엔진 동력을 입력받아 유압펌프와 유압모터에 의하여 차량의 엔진 동력을 무단 변속하여 출력하는 유압식 무단 변속 장치 ; 제1선 기어와, 제1링 기어와, 상기 제1선 기어와 상기 제1링 기어 사이에 위치되어 제1캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제1유성 기어들로 이루어지며, 상기 제1선 기어는 무단 변속된 상기 유압식 무단 변속 장치의 출력을 입력받아 회전되며, 상기 제1캐리어는 무단 변속되지 않은 차량의 엔진 동력을 입력받아 회전되며, 상기 제1링 기어는 상기 제1선 기어와 상기 제1캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제1유성기어장치 ; 제2선 기어와, 제2링 기어와, 상기 제2선 기어와 상기 제2링 기어 사이에 위치되어 제2캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제2유성 기어들로 이루어지며, 상기 제2선 기어는 상기 제1유성기어장치의 제1링 기어와 직결되어 상기 제1링 기어의 출력을 입력받아 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전되며, 상기 제2링 기어는 상기 제2선 기어와 상기 제2캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제2유성기어장치 ; 상기 제1링 기어의 회전력이 상기 제2캐리어로 전달되는 것을 단속하도록 이루어진 클러치 부재 ; 상기 제2캐리어의 회전을 제동하기 위하여 마련되는 브레이크 부재 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 클러치 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며, 상기 브레이크 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어의 회전이 정지되며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

Description

유압-기계식 무단 변속기{HydroMechanical Transmission}

본 발명은 차량의 무단 변속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 트랙터 혹은 지게차 등과 같은 작업 차량에 적합한 유압-기계식 무단 변속기에 관한 것이다.

일반적으로, 무단 변속기는 그 동력전달매체에 따라 그 종류가 분류될 수 있다.

동력전달매체로서 벨트를 사용하는 벨트식 무단변속기는 풀리와 풀리를 연결하는 벨트를 이용하여 동력을 전달하게 된다. 이때, 풀리와 풀리를 연결하는 벨트에는 일정한 텐션이 유지되어야 하고, 풀리와 벨트간에는 일정한 마찰력이 작용하여 미끄럼이 발생되지 않도록 하여야 한다.

따라서 종래의 벨트식 무단변속기는 풀리와 벨트간의 필연적인 미끄럼에 의해 정확한 동력전달이 불가능하고, 전달동력의 크고 작음에 관계없이 항상 일정한 벨트의 텐션을 갖도록 구성되어 에너지낭비가 유발되며, 동력전달경로의 전환시 벨트의 텐션변화에 의해 전동능력의 차이가 발생되는 등의 문제가 있다.

한편, 회전원판과 롤러가 접촉하며 형성된 유막의 점착 마찰력을 동력전달의 매체로 이용하는 토로이달식은 동력 전달시 효율이 높고, 비교적 큰 동력을 전달할 수 있는 장점이 있으나, 회전원판과 롤러의 접촉에 의한 내구성 확보와, 유막에 의한 점착 마찰력을 생성하기 위한 전용 윤활유가 경제적인 경쟁력을 갖추지 못한 점 등이 문제가 있는 반면 비교적 큰 동력을 전달할 수 있다.

한편, 순수 유압식 무단 변속기의 경우 적절한 토크 하에서 고출력 동력전달이 가능하고, 속도비 전 영역에서 무단 가변으로 편리한 작동을 할 수 있는 장점이 있으나, 실제 차량적용시 불필요하게 무겁고 큰 부피를 갖으며 효율 면에서 기본 변속기와 비교할 때 낮은 효율을 가진다는 단점을 가지고 있고, 일부 건설중장비 등에서 제한적으로 사용되고 있다.

이와 같은 순수유압식 무단 변속기의 단점인 낮은 효율과 무겁고 큰 부피를 보완하기 위하여 기계-유압식 무단 변속기가 개발되었다.

일반적으로 유압-기계식 무단 변속기는, 유성기어장치와 유압식 무단 변속 장치를 이용하여 동력 전달 경로를 2개 이상으로 한 다경로 변속기를 지칭한다.

즉 유압식 무단 변속 장치에 의해 무단 변속된 엔진의 출력과, 무단 변속 장치에 의해 변속되지 않은 엔진의 출력을 유성기어장치를 이용하여 합성하여, 합성된 동력을 클러치 및 브레이크를 이용하여 선택적으로 차축에 전달하게 된다.

일반적으로 종래 기술은 전진 모드 및 후진 모드로 전환되기 위하여 복수의 평기어에 의하여 구성되는 기어 트레인을 구비하고 있지만 이는 큰 부피를 차지하게 된다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1498810호 "무단 변속기" (2015. 2. 26. 등록) 미국 등록특허 4,345,488 "HYDROMECHANICAL STEERING TRANSMISSION" (1982. 8.24. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 한 쌍의 유성기어장치와 그 사이에 마련되는 클러치 부재 및 브레이크 부재에 의하여 매우 간단한 구조로서 전진 모드 및 후진 모드로 전환할 수 있는 유압-기계식 무단 변속기를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기에 있어서 : 차량의 엔진 동력을 입력받아 유압펌프와 유압모터에 의하여 차량의 엔진 동력을 무단 변속하여 출력하는 유압식 무단 변속 장치 ; 제1선 기어와, 제1링 기어와, 상기 제1선 기어와 상기 제1링 기어 사이에 위치되어 제1캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제1유성 기어들로 이루어지며, 상기 제1선 기어는 무단 변속된 상기 유압식 무단 변속 장치의 출력을 입력받아 회전되며, 상기 제1캐리어는 무단 변속되지 않은 차량의 엔진 동력을 입력받아 회전되며, 상기 제1링 기어는 상기 제1선 기어와 상기 제1캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제1유성기어장치 ; 제2선 기어와, 제2링 기어와, 상기 제2선 기어와 상기 제2링 기어 사이에 위치되어 제2캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제2유성 기어들로 이루어지며, 상기 제2선 기어는 상기 제1유성기어장치의 제1링 기어와 직결되어 상기 제1링 기어의 출력을 입력받아 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전되며, 상기 제2링 기어는 상기 제2선 기어와 상기 제2캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제2유성기어장치 ; 상기 제1링 기어의 회전력이 상기 제2캐리어로 전달되는 것을 단속하도록 이루어진 클러치 부재 ; 상기 제2캐리어의 회전을 제동하기 위하여 마련되는 브레이크 부재 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 클러치 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며, 상기 브레이크 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어의 회전이 정지되며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 제1선 기어는 유압식 무단 변속 장치의 출력을 입력받기 위하여 제1선 기어 입력축을 매개하여 연결되는 제1선 기어 입력기어를 더 포함하며, 상기 제1링 기어는 상기 제1선 기어 입력축과 동축상으로 배치되면서 상기 제2선 기어가 고정 결합되는 제1링 기어 출력축을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은, 한 쌍의 유성기어장치와 그 사이에 마련되는 클러치 부재 및 브레이크 부재에 의하여 매우 간단한 구조로서 전진 모드 및 후진 모드로 전환할 수 있는 유압-기계식 무단 변속기를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예의 구성을 도시한 구성도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예의 구성을 도시한 구성도이다.

본 발명에 의한 일 실시예는 차량의 엔진(10)과, 제1,2유성기어장치(110, 120)와, 유압식 무단 변속 장치(130)와, 클러치 부재(140) 및 브레이크 부재(150)로 이루어진다.

차량의 엔진(10)에 의하여 회전되는 구동 입력축(미도시)은 유압식 무단 변속 장치(130)에 회전력을 제공하는 한편, 제1유성기어장치(110)의 제1캐리어(111r)에 회전력을 제공하게 된다.

유압식 무단 변속 장치(130)는 적어도 유압 펌프(131)와 유압 모터(132)를 구비한다. 엔진(10)에 의해 구동되는 구동 입력축(미도시)의 회전력이 기어 등을 통하여 유압 펌프(131)에 전달되어 유압 펌프(131)가 구동되며, 유압 펌프(131)는 그 내부에 구비된 경사판의 경사각을 조절하여 펌핑 용량을 가변적으로 조정할 수 있도록 구성되어 있으며, 유압 펌프(131)의 의한 유체의 펌핑에 의하여 유압 모터(132)가 구동된다.

따라서 유압 펌프(131)의 펌핑 용량을 조절하는 것에 의하여 유압 펌프(131)에 대한 유압 모터(132)의 구동비를 조절할 수 있고, 이에 따라 유압 모터(132)에서 출력되는 동력의 크기를 조절할 수 있다.

상기와 같이 유압식 무단 변속 장치(130)가 엔진(10)의 구동력을 전달받아 이를 무단 변속시키는 유압식 무단 변속 장치의 구조는 이미 공지된 것이므로, 여기에서는 유압식 무단 변속 장치(130)의 구성과 동력 전달 특성에 대한 더 구체적인 설명은 생략한다.

제1유성기어장치(110)는, 중앙에 배치된 제1선 기어(110s), 제1선 기어(110s)를 포위하는 형태로 배치되는 제1링 기어(110r)와, 제1선 기어(110s)와 제1링 기어(110r) 사이에 위치되어 제1캐리어(110c)에 의하여 지지되는 복수의 제1유성 기어(110p)들로 이루어진다. 이와 같은 제1유성기어장치(110)의 구조는 일반적인 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

한편 제1유성기어장치(110)의 제1선 기어(110s)는, 차량의 엔진 동력이 무단 변속된 유압식 무단 변속 장치(130)의 출력을 입력받아 회전 구동된다.

이를 위하여 제1선 기어(110s)에는 제1선 기어 입력축(111s)를 매개하여 제1선 기어 입력기어(112s)가 연결되며, 유압식 무단 변속 장치(130)의 유압 모터(132)에서 출력되는 회전력이 제1선 기어 입력기어(112s)에 입력된다.

또한 제1캐리어(110c)는, 차량의 엔진 동력을 입력받아 회전 구동된다. 즉 제1캐리어(110c)에는 무단 변속되지 않은 차량의 엔진 동력이 입력된다.

이를 위하여 제1캐리어(110c)에는 제1캐리어 입력기어(111c)가 연결되며, 차량의 엔진(10)에 의하여 회전되는 구동 입력축(미도시)으로부터 출력되는 회전력이 제1캐리어 입력기어(111c)로 입력된다.

제1링 기어(110r)는, 이와 같이 제1선 기어(110s) 및 제1캐리어(110c)로 입력된 동력을 합성하여 출력하게 된다. 제1링 기어(110r)에는 제1선 기어 입력축(111s)과 동축상으로 배치되는 제1링 기어 출력축(111r)이 마련된다.

제2유성기어장치(120)는, 중앙에 배치된 제2선 기어(120s), 제2선 기어(120s)를 포위하는 형태로 배치되는 제2링 기어(120r)와, 제2선 기어(120s)와 제2링 기어(120r) 사이에 위치되어 제2캐리어(120c)에 의하여 지지되는 복수의 제2유성 기어(120p)들로 이루어진다. 이와 같은 제2유성기어장치(120)의 구조는 일반적인 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

한편 제2유성기어장치(120)의 제2선 기어(120s)는, 제1유성기어장치(110)의 제1링 기어(110r)의 출력을 입력받아 회전된다. 이를 위하여 제2선 기어(120s)는 제1링 기어 출력축(111r)에 고정되어 회전된다.

제2캐리어(120c)는, 클러치 부재(140) 및 브레이크 부재(150)에 의하여 그 회전이 제어된다.

클러치 부재(140)는, 제1링 기어(110r)의 회전력이 제2캐리어(120c)로 전달되는 것을 단속하기 위하여 마련되는 것으로, 클러치 부재(140)의 동력 전달에 의하여 제2캐리어(120c)는 제1링 기어(110r)에 의하여 제1링 기어(110r)와 동일한 회전 속도로 회전 구동되며, 클러치 부재(140)의 동력 전달 차단에 의하여 제1링 기어(110r)의 회전력은 제2캐리어(120c)에 전달되지 않는다.

또한 브레이크 부재(150)는 제2캐리어(120c)의 회전을 제동하기 위하여 마련된다. 즉 브레이크 부재(150)의 작동에 의하여 제2캐리어(120c)는 정지되거나 회전될 수 있다.

제2링 기어(120r)는, 이와 같이 제2선 기어(120s) 및 제2캐리어(120c)로 입력된 동력을 합성하여 출력하게 된다.

본 실시예에서 제2링 기어(120r)에는 제2링 기어 출력기어(121r)가 마련되며, 아울러 출력축(160)의 입력기어(161)가 제2링 기어 출력기어(121r)와 기어결합된다. 출력축(160)에는 차축 등이 연결된다.

물론 실시예에 따라서 출력축(160)에는 출력축(160)을 제동하기 위한 별도의 브레이크 부재가 더 마련될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예의 작동을 설명한다.

제1유성기어장치(110)의 제1링 기어(110r)가, 차량의 엔진 동력이 무단 변속된 유압식 무단 변속 장치(130)의 출력을 입력받아 회전 구동되는 제1선 기어(110s) 및 무단 변속되지 않은 차량의 엔진 동력이 입력되어 회전 구동되는 제1캐리어(110c)의 동력을 합성하여 출력하게 된다.

이때 제1링 기어(110r)의 회전에 대하여 클러치 부재(140) 및 브레이크 부재(150)의 작동에 따라 제2링 기어(120r) 및 출력축(160)은 전진 모드 또는 후진 모드로 회전하게 된다.

즉, 클러치 부재(140)가 작동되는 경우에는 전진 모드가 된다.

클러치 부재(140)가 작동되면, 제2선 기어(120s)의 회전속도와 제2캐리어(120c)의 회전속도는 제1링 기어(110r)의 회전속도와 동일하며, 이에 의하여 제2링 기어(120r)의 회전속도 또한 제1링 기어(110r)의 회전속도와 동일하며 그 회전방향 또한 동일하게 된다.

또한, 브레이크 부재(150)가 작동되는 경우에는 후진 모드가 된다.

브레이크 부재(150)가 작동되면, 제2선 기어(120s)의 회전속도는 제1링 기어(110r)의 회전속도와 동일하며, 제2캐리어(120c)의 회전속도는 0(제동 상태)이 되므로, 제2링 기어(120r)의 회전속도는 제1링 기어(110r)의 회전속도에 비례하는 한편 그 회전 방향이 반대가 된다.

상기와 같이 제1링 기어(110r)의 회전에 대하여, 클러치 부재(140)가 작동하면 제2링 기어(120r) 및 출력축(160)은 전진 모드로 회전하며, 브레이크 부재(150)가 작동하면 제2링 기어(120r) 및 출력축(160)은 후진 모드로 회전하게 된다.

상기와 같이 본 유압-기계식 무단 변속기는 한 쌍의 유성기어장치(110, 120)와 그 사이에 마련되는 클러치 부재(140) 및 브레이크 부재(150)에 의하여 매우 간단한 구조로서 전진 모드 및 후진 모드로 전환할 수 있도록 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 엔진
110 : 제1유성기어장치 110s : 제1선 기어
111s : 제1선 기어 입력축 112s : 제1선 기어 입력기어
110c : 제1캐리어 111c : 제1캐리어 입력기어
110r : 제1링 기어 111r : 제1링 기어 출력축
110p : 제1유성기어
120 : 제2유성기어장치 120s : 제2선 기어
120c : 제2캐리어 120r : 제2링 기어
121r : 제2링 기어 출력기어 120p : 제2유성기어
130 : 유압식 무단 변속 장치 131 : 유압 펌프
132 : 유압 모터
140 : 클러치 부재
150 : 브레이크 부재
160 : 출력축 161 : 입력기어

Claims (2)

1. 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 무단 변속기에 있어서 :
   차량의 엔진 동력을 입력받아 유압펌프와 유압모터에 의하여 차량의 엔진 동력을 무단 변속하여 출력하는 유압식 무단 변속 장치 ;
   제1선 기어와, 제1링 기어와, 상기 제1선 기어와 상기 제1링 기어 사이에 위치되어 제1캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제1유성 기어들로 이루어지며, 상기 제1선 기어는 무단 변속된 상기 유압식 무단 변속 장치의 출력을 입력받아 회전되며, 상기 제1캐리어는 무단 변속되지 않은 차량의 엔진 동력을 입력받아 회전되며, 상기 제1링 기어는 상기 제1선 기어와 상기 제1캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제1유성기어장치 ;
   제2선 기어와, 제2링 기어와, 상기 제2선 기어와 상기 제2링 기어 사이에 위치되어 제2캐리어에 의하여 지지되는 복수의 제2유성 기어들로 이루어지며, 상기 제2선 기어는 상기 제1유성기어장치의 제1링 기어와 직결되어 상기 제1링 기어의 출력을 입력받아 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전되며, 상기 제2링 기어는 상기 제2선 기어와 상기 제2캐리어로 입력된 동력을 합성하여 출력하도록 이루어진 제2유성기어장치 ;
   상기 제1링 기어의 회전력이 상기 제2캐리어로 전달되는 것을 단속하도록 이루어진 클러치 부재 ;
   상기 제2캐리어의 회전을 제동하기 위하여 마련되는 브레이크 부재 ;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 클러치 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 동일한 회전방향 및 회전속도로 회전하며,
   상기 브레이크 부재의 작동에 의하여 상기 제2캐리어의 회전이 정지되며 이에 의하여 상기 제2링 기어는 상기 제1링 기어와 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유압-기계식 무단 변속기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1선 기어는 유압식 무단 변속 장치의 출력을 입력받기 위하여 제1선 기어 입력축을 매개하여 연결되는 제1선 기어 입력기어를 더 포함하며, 상기 제1링 기어는 상기 제1선 기어 입력축과 동축상으로 배치되면서 상기 제2선 기어가 고정 결합되는 제1링 기어 출력축을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압-기계식 무단 변속기.
   

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