KR100369169B1 - 수동변속기 - Google Patents

Abstract

싱크로나이저(synchronizer) 등과 같은 복잡한 기구의 장착이 없이도 변속이 원활하도록 전자석을 이용하여 변속을 수행하는 수동변속기를 제공하기 위하여,

입력축을 통해 입력되는 토크를 기어 결함을 통해 카운터 샤프트에 전달하고, 상기 카운터 샤프트에 고정 설치된 기어를 통해 출력축에 회동 가능하도록 설치된 복수의 변속기어에 동력을 전달하고, 상기 복수의 변속기어 중 하나의 변속기어를 선택적으로 출력축에 연결하여 동력을 전달함으로써 복수의 변속단을 보유하게 되는 수동변속기에 있어서,

상기 출력축에 고정 결합하는 슬리브; 및 상기 변속기어와 상기 슬리브 사이에 개재하여 전자석의 작동에 의하여 상기 변속기어와 슬리브를 결합 및 해제하는 결합 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기를 제공한다.

Description

수동변속기{A MANUAL TRANSMISSION}

본 발명은 수동변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자석을 이용하여 변속을 수행하는 수동변속기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 변속기는 엔진으로부터 전달받은 회전력을, 회전수를 감속함으로써 회전 토크를 증대시켜 구동바퀴를 구동시키는 구동축으로 전달하는 장치로서, 특히 수동변속기는 복수개의 기어의 선택적인 결합을 통해 동력 전달 경로를 변환함으로써 변속을 수행하는 장치이다.

도 1은 종래 기술에 의한 수동변속기에서 동력 전달 경로를 설정하기 위한 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진에서 전달되는 토크는 입력축(110; inputshaft)을 통해 입력되어 기어 결합을 통해 카운터 샤프트(120; counter shaft)에 전달된다.

상기 카운터 샤프트(120)에는 복수개의 드라이브 기어(130; drive gear)가 고정 설치되고, 출력축(190)에는 상기 카운터 샤프트(120)에 설치된 복수개의 드라이브 기어(130)에 기어 결합하는 복수개의 변속기어(140)가 설치된다. 이 때 상기 변속기어(140)는 출력축 상에 설치되되, 상기 출력축(190)에 회동 가능하도록 설치됨으로써 상기 출력축(190) 상에서 공회전 할 수 있게 된다.

상기 변속기어(140) 사이에는 특정의 변속기어를 출력축에 직결시킬 수 있는 결합수단(150)이 구비되는데, 통상 상기 결합수단으로는 상기 출력축(190)에 회전방향으로는 고정되고, 축 방향으로는 전후진 가능한 슬리브(155; sleeve), 상기 슬리브(155)에 연결되어 상기 슬리브(155)를 전후진 작동시키는 시프트 포크(160; shift fork) 및 상기 시프트 포트(160)의 전후진 운동을 가이드 하는 시프트 레일(165; shift rail)을 포함하고,

상기 변속기어에는 상기 슬리브(155)에 기어 결합할 수 있도록 기어부가 형성되고, 상기 슬리브의 내측에는 상기 기어부와 기어 결합할 수 있도록 기어부가 형성된다.

따라서, 운전자가 변속레버를 움직이면, 상기 변속레버에 변속 케이블 기타 연결수단으로 연결된 시프트 포크(155)가 작동하여, 선택된 변속기어와 상기 슬리브를 기어 결합시킴으로써 변속단을 선택할 수 있도록 된 것이다.

따라서 상기 입력축(110)을 통해 입력된 엔진 토크는 기어 결합을 통해 상기카운터 샤프트(120)에 전해지고, 상기 결합수단(150)의 선택에 의해 결합된 기어로 상기 카운터 샤프트(120)로부터 토크가 전달되면, 상기 전달된 토크는 출력축(190)으로 전달되게 되는 것이다.

그런데, 상기 변속기어는 출력축의 회전과 상관없이 출력축 상에서 상기 카운터 샤프트(120)의 회전에 따라서 회전하게 되므로, 상기 슬리브(155)와 상기 변속기어(140) 사이에는 통상 회전수 차이가 존재하게 되고, 이러한 회전수 차이를 극복하여 변속기어(140)와 슬리브(155) 사이의 결합을 원활하게 하기 위해서는 싱크로나이저 기어(170; synchronizer gear) 등과 같은 복잡한 구성을 사용해야 하는 등의 단점이 있다.

상기 싱크로나이저 기어(170)는, 상기 슬리브(155)에 기어 결합할 수 있도록 변속기어에 형성된 기어부와 상기 기어부에 기어 결합할 수 있도록 그 내측에 기어부가 형성된 슬리브(155)와의 사이에 개재하여, 상기 슬리브(155)와 변속기어(140)가 기어 결합하기 전에 상기 변속기어(140)의 회전속도를 상기 슬리브(155)의 회전속도와 일치시키는 기어이다.

이러한 싱크로나이저 기어(170)를 사용함으로써 수동변속기의 구조가 복잡해지고, 축 방향 길이가 증가되며, 변속기의 무게가 증가되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 싱크로나이저 등과 같은 복잡한 기구의 장착이 없이도 변속이 원활하도록 전자석을 이용하여 변속을 수행하는 수동변속기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 수동변속기에서 동력 전달 경로를 설정하기 위한 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수동변속기를 나타낸 도면으로서, 출력축 및 이에 결합되는 변속기어 및 슬리브의 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 수동변속기는,

입력축을 통해 입력되는 토크를 기어 결함을 통해 카운터 샤프트에 전달하고, 상기 카운터 샤프트에 고정 설치된 기어를 통해 출력축에 회동 가능하도록 설치된 복수의 변속기어에 동력을 전달하고, 상기 복수의 변속기어 중 하나의 변속기어를 선택적으로 출력축에 연결하여 동력을 전달함으로써 복수의 변속단을 보유하게 되는 수동변속기에 있어서,

상기 출력축에 고정 결합하는 슬리브; 및 상기 변속기어와 상기 슬리브 사이에 개재하여 전자석의 작동에 의하여 상기 변속기어와 슬리브를 결합 및 해제하는 결합 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 결합 제어수단은, 슬리브와 변속기어 사이의 외측에 설치되어 전류 공급시 반지름 방향으로 자기장을 형성하는 전자석; 자성체로서 상기 전자석의 작동시 외주측으로 인력이 작동되어 상기 변속기어 및 슬리브에 접촉하여 마찰력을 형성하는 마찰부재; 및 상기 전자석의 비작동시 상기 마찰부재를 출력축 중심방향으로 당김 작동함으로써 상기 마찰부재의 변속기어 및 슬리브와의 접촉을 해제하는 결합 해제수단을 포함하고,

상기 결합 해제 수단은, 상기 마찰부재와 슬리브 사이에 개재하여 상기 마찰부재를 출력축 중심방향으로 당김 탄성력을 제공하는 탄성수단인 것을 특징으로 한다.

상기 마찰부재는, 그 중앙부에서 상기 탄성수단이 작동하여 축 방향으로 당김 작동될 때 그 이동거리를 제한하는 스토퍼가 형성되는 것이 바람직하고, 또한, 상기 마찰부재는 원주 방향으로 복수개로 대칭적으로 분할되어 형성되며, 상기 전자석은 상기 마찰부재의 외측으로 원주 방향으로 복수개소 형성된다.

상기 변속기어의 외주측에는 상기 마찰부재와 접촉하도록 축 방향으로 돌출된 제1돌출부가 형성되며, 상기 슬리브의 외주측에는 상기 마찰부재와 접촉하도록 축 방향으로 돌출된 제2돌출부가 형성되며, 상기 마찰부재는 상기 제1,2돌출부에 걸쳐 호 형상으로 형성되되,

상기 마찰부재는 상기 제1돌출부 및 제2돌출부의 외측에서 전자석 작동시 인력을 형성하는 외주부; 및 상기 외주부에 상기 제1,2돌출부 사이 공간을 통해 연결되어 상기 제1,2돌출부의 내측에서 전자석 작동시 상기 제1,2돌출부와의 마찰력을 형성하는 마찰부로 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예의 수동변속기는 입력축, 카운터 샤프트 및 상기 카운터 샤프트에 고정 설치되는 드라이브 기어, 상기 드라이브 기어에 연결되는 변속기어의 연결 관계에 관하여는 종래 기술과 동일하게 구성될 수 있으므로, 이하 변속기어와 슬리브와의 결합 관계에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수동변속기를 나타낸 도면으로서, 출력축 및 이에 결합되는 변속기어 및 슬리브의 단면도이다.

상기 출력축(190), 변속기어(240) 및 슬리브(210)는 출력축 중심을 중심으로회전 대칭되게 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 수동변속기는 출력축(190)에 회동 가능하도록 베어링(205)을 통해 복수의 변속기어(140)가 설치되고, 상기 변속기어(140)의 일측 상기 출력축(190)에는 슬리브(210)가 고정 결합하고, 상기 변속기어(140)와 슬리브(210) 사이에 개재하여 전자석의 작동에 의하여 상기 변속기어(140)와 슬리브(210)를 결합 및 해제하는 결합 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서 상기 결합 제어수단은, 슬리브(210)와 변속기어(240) 사이의 외측에 설치되어 전류 공급시 반지름 방향으로 자기장을 형성하는 전자석(220); 자성체로서 상기 전자석(220)의 작동시 외주측으로 인력이 작동되어 상기 변속기어(240) 및 슬리브(210)에 접촉하여 마찰력을 형성하는 마찰부재(230); 및 상기 전자석(220)의 비작동시 상기 마찰부재(230)를 출력축(190) 중심방향으로 당김 작동함으로써 상기 마찰부재(230)의 변속기어(240) 및 슬리브(210)와의 접촉을 해제하는 결합 해제수단을 포함하여 구성된다.

상기 마찰부재(230)와의 결합을 용이하게 하기 위하여, 상기 변속기어(240)의 외주면은 축 방향으로 돌출되어 제1돌출부(242)를 형성하고, 상기 슬리브(210)의 외주면은 축 방향으로 돌출되어 제2돌출부(212)를 형성한다.

상기 마찰부재(230)는 상기 제1돌출부(242) 및 제2돌출부(212)에 걸쳐 호 형상으로 형성되며, 상기 제1돌출부(242) 및 제2돌출부(212)의 외측에서 전자석 작동시 인력을 형성하는 외주부(232) 및 상기 외주부(232)에 상기제1,2돌출부(242,212)사이 공간을 통해 연결되어 상기 제1,2돌출부(242,212)의 내측에서 전자석 작동시 상기 제1,2돌출부(242,212)와의 마찰력을 형성하는 마찰부(234)로 형성된다.

상기 결합 해제 수단으로는, 상기 마찰부재(230)와 슬리브(210) 사이에 개재하여 상기 마찰부재(230)를 출력축 중심방향으로 당김 탄성력을 제공하는 탄성수단(250)으로 하고, 상기 탄성수단(250)은 코일 스프링으로 할 수 있다. 상기 슬리브(210)에는 상기 탄성수단(250)과의 연결을 위하여 제3돌출부(214)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 마찰부재(230)는 그 중심에서 상기 탄성수단(250)으로 사용되는 코일 스프링의 중심을 통과하여, 상기 코일 스프링에 의해 당김력이 적용되는 경우에 작동거리를 제한하는 스토퍼(236; stopper)가 형성된다.

상기 슬리브(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 변속기어에 걸쳐 그 사이에 상기에 기술한 바와 같은 동일한 구조가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 2는 출력축 중심을 따라 절개한 단면도로서, 상기 변속기어(240) 및 슬리브(210)는 상기 출력축의 중심을 중심으로 회전 대칭되도록 구성된다.

호 형상의 상기 마찰부재(230)는 원주 방향으로 복수 개소 대칭적으로 분할되어 설치되고, 상기 전자석(220)은 상기 마찰부재의 외측으로 원주 방향으로 복수개소 형성된다.

본 발명에 의한 수동변속기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

기어 변속을 위한 실내의 기어 레버에는 운전자가 기어를 선택한 경우에온(ON)되는 스위치가 구비되고, 상기 스위치가 온(ON)되는 경우에는 본 발명의 수동변속기의 해당 변속단의 전자석(220)에 전류가 흐르도록 회로가 구성된다.

이 때, 전자석에 전류가 흐르면 상기 마찰부재(230)는 자기장에 의한 인력을 받아 외측으로 작동하게 되고, 따라서 변속기어(240)의 제1돌출부(242) 및 슬리브(210)의 제2돌출부(212)는 상기 마찰부재(230)와 접촉하게 된다.

따라서 변속기어(240)에 전달되는 토크는 상기 마찰부재(230)와의 접촉 마찰력을 통해 슬리브(210)에 전달되고, 이에 따라 상기 슬리브(210)와 고정 결합된 출력축(190)에 전달되게 된다.

이상으로 본 발명의 수동변속기에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 변속을 동기화하기 위한 구성을 간단하게 할 수 있게 되므로, 변속기의 부피 및 중량을 줄일 수 있으며, 이로 인하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 변속을 위한 변속레버로부터 변속레버의 조작을 전기적 신호로 입력받음으로 인하여 레버 구조를 단순화할 수 있고, 변속감을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 입력축을 통해 입력되는 토크를 기어 결함을 통해 카운터 샤프트에 전달하고, 상기 카운터 샤프트에 고정 설치된 기어를 통해 출력축에 회동 가능하도록 설치된 복수의 변속기어에 동력을 전달하고, 상기 복수의 변속기어 중 하나의 변속기어를 선택적으로 출력축에 연결하여 동력을 전달함으로써 복수의 변속단을 보유하게 되는 수동변속기에 있어서,

   상기 출력축에 고정 결합하는 슬리브; 및

   상기 변속기어와 상기 슬리브 사이에 개재하여 전자석의 작동에 의하여 상기 변속기어와 슬리브를 결합 및 해제하는 결합 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기.
2. 제1항에서,

   상기 결합 제어수단은,

   슬리브와 변속기어 사이의 외측에 설치되어 전류 공급시 반지름 방향으로 자기장을 형성하는 전자석;

   자성체로서 상기 전자석의 작동시 외주측으로 인력이 작동되어 상기 변속기어 및 슬리브에 접촉하여 마찰력을 형성하는 마찰부재; 및

   상기 전자석의 비작동시 상기 마찰부재를 출력축 중심방향으로 당김 작동함으로써 상기 마찰부재의 변속기어 및 슬리브와의 접촉을 해제하는 결합 해제수단을포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기.
3. 제2항에서,

   상기 결합 해제 수단은,

   상기 마찰부재와 슬리브 사이에 개재하여 상기 마찰부재를 출력축 중심방향으로 당김 탄성력을 제공하는 탄성수단인 것을 특징으로 하는 수동변속기.
4. 제3항에서,

   상기 마찰부재는, 그 중앙부에서 상기 탄성수단이 작동하여 축 방향으로 당김 작동될 때 그 이동거리를 제한하는 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 수동변속기.
5. 제2항에서,

   상기 마찰부재는 원주 방향으로 복수개로 대칭적으로 분할되어 형성되며, 상기 전자석은 상기 마찰부재의 외측으로 원주 방향으로 복수개소 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 변속기어의 외주측에는 상기 마찰부재와 접촉하도록 축 방향으로 돌출된 제1돌출부가 형성되며,

   상기 슬리브의 외주측에는 상기 마찰부재와 접촉하도록 축 방향으로 돌출된 제2돌출부가 형성되며,

   상기 마찰부재는 상기 제1,2돌출부에 걸쳐 호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기.
7. 제6항에서,

   상기 마찰부재는 상기 제1돌출부 및 제2돌출부의 외측에서 전자석 작동시 인력을 형성하는 외주부; 및

   상기 외주부에 상기 제1,2돌출부 사이 공간을 통해 연결되어 상기 제1,2돌출부의 내측에서 전자석 작동시 상기 제1,2돌출부와의 마찰력을 형성하는 마찰부로 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기.