KR100600083B1 - 동력선용 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동축(10)의 동력을 피동축(15)으로 전달하는 무단변속기에 있어서: 상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(31)를 구비하는 저단구동기어(21); 상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(32)를 구비하는 중단구동기어(22); 상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(33)를 구비하는 고단구동기어(23); 상기 피동축(15)에 클러치베어링(51)을 개재하여 장착되고, 상기 제1구동기어(21)에 맞물리는 저단피동기어(41); 상기 피동축(15)에 클러치베어링(52)을 개재하여 장착되고, 상기 제2구동기어(22)에 맞물리는 중단피동기어(42); 및 상기 피동축(15)에 직결되고, 상기 제3구동기어(23)에 맞물리는 고단피동기어(43);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 동력선용 무단변속기는 간단한 기구적인 구성을 바탕으로 하면서도 급가속에 대응하는 작동의 신뢰성과 고도의 내구성을 유지하는 효과가 있다.

동력선, 보트, 무단변속, 원심클러치, 클러치베어링

Description

동력선용 무단변속기 {Continuous variable transmission for powerboat}

도 1은 본 발명에 따른 무단변속기의 1단 전동을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 무단변속기의 2단 전동을 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 무단변속기의 3단 전동을 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 무단변속기의 변속 상태를 나타내는 도식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 구동축 15: 피동축

20: 구동부 21, 22, 23: 구동기어

32, 33: 원심클러치 35: 베어링

40: 피동부 41, 42, 43: 피동기어

51, 52: 클러치베어링

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 간단한 기구적인 구성을 바탕으로 하면서도 급가속에 대응하는 작동의 신뢰성과 고도의 내구성을 유지하는 동력선용 무단변속기에 관한 것이다.

통상적으로 차량의 엔진은 800-7000rpm의 회전수 범위로 작동되고 대체로 3000-6000rpm에서 최대 출력을 발생한다. 이러한 엔진의 회전수-출력 변화에 대응하여 출력축을 일정한 가감속 상태로 유지하기 위해 완만한 변속이 필요한 바, 승용 운송수단에 있어서 엔진축과 출력축의 단속에 의한 변속충격을 배제할 수 있는 무단변속이 선호된다. 특히 수상에서 추진되는 동력선의 경우 차량에 비해 변속충격이 심화되기 때문에 추진 속도와 안정성이 크게 저하된다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-1996-0041801호의 "무단변속기"에 의하면 『입력부재와, 상기 입력부재와 동일축선 주위에 회전 자유롭게 설치된 출력부재와, 입력부재에 결합되는 선기어 및 링기어에 기어맞물림되는 유성기어가 유성 캐리어에 의해 회전자유롭게 지지됨과 동시에 유성 캐리어가 출력부재에 결합되는 유성기어기구와, 입력부재와 동일한 회전축선을 가지는 회전제어부재와, 입력부재의 회전방향과는 역방향으로 상기 회전제어부재가 회전하는 것을 제지하되 입력부재의 회전방향과 동일방향으로의 회전제어부재의 회전을 허용하는 회전제어부재 및 고정부재 사이에 설치되는 원웨이 클러치와, 입력부재의 회전수가 제1 설정 회전수에 도달함에 따라 마찰이음결합을 개시함과 동시에 입력부재의 회전수가 제1 설정 회전수보다 큰 제2 설정 회전수에 도달하였을 때에 마찰이음결합을 완료하도록 하는 상기 링기어 및 회전제어부재 사이에 설치되는 제1 원심 클러치와, 입력부재의 회전수가 제2 설정 회전수보다 큰 제3 설정 회전수에 도달함에 따라 마찰이음결합을 개시함과 동시에 입력부재의 회전수가 제3설정 회전수보다 큰 제4설정 회전수에 도달하였을 때에 마찰이음결합을 완료하도록 하는 입력부재 및 링기어 사이에 설치 되는 제2 원심 클러치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.』가 개시된다. 이는 입력부재 및 출력부재를 동일축선 상에 배치한 콤팩트한 구성으로 할 수 있고, 벨트를 사용한 종래의 것과 비교하여 내구성의 향상을 도모하는 것이 가능하고, 또한 높은 전달효율을 얻을 수 있다고 기재된다.

그러나, 외형의 크기만 작을 뿐 유성기어기구, 회전제어부재 등 내부 구조가 복잡하여 조립성과 정비성이 불량하고 변속 단수가 많을수록 이와 같은 단점이 가중된다. 더구나 수분이나 염분이 많은 수상을 운행하는 동력선에 적용하는 경우 높은 내구성과 전달효율을 기대하기 곤란할 뿐 아니라 단시간에 급가속을 요하는 동력선에는 적용하기에 무리가 있다.

이에 본 발명은 상기한 단점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 기구적인 구성을 바탕으로 하면서도 급가속에 대응하는 작동의 신뢰성과 고도의 내구성을 유지하는 동력선용 무단변속기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동축의 동력을 피동축으로 전달하는 무단변속기에 있어서: 상기 구동축에 베어링을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치를 구비하는 저단구동기어; 상기 구동축에 베어링을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치를 구비하는 중단구동기어; 상기 구동축에 베어링을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치를 구비하는 고단구동기어; 상기 피동축에 클러치베어링을 개재하여 장착되고, 상기 제1구동기어에 맞물리는 저단피동기어; 상기 피동축에 클 러치베어링을 개재하여 장착되고, 상기 제2구동기어에 맞물리는 중단피동기어; 및 상기 피동축에 직결되고, 상기 제3구동기어에 맞물리는 고단피동기어;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 무단변속기의 1단 전동을 나타내는 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 무단변속기의 2단 전동을 나타내는 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 무단변속기의 3단 전동을 나타내는 단면도이다.

본 발명은 구동축(10)의 동력을 피동축(15)으로 전달하는 무단변속기에 관련된다. 수분이나 염분이 많은 수상을 운행하는 동력선에 적용하는 것을 고려하여 전자적인 요소를 배제하고 기구적인 구성으로만 무단변속을 구현한다. 또한 장치의 간략화를 위해 유압의 사용을 배제하고, 내구성을 감안하여 벨트와 같은 비금속 재질의 사용을 최소화한다.

본 발명에 따르면 상기 구동축(10)에 각각의 베어링(35)을 개재하여 저단구동기어(21), 중단구동기어(22), 고단구동기어(23)가 장착된다. 각각의 구동기어(21)(22)(23)는 ㄷ자형 단면의 원통 형태로 형성되고, 외주면에 동일한 모듀율을 지닌 치형을 구비한다. 자동차에 있어서 변속비는 제조사에 따라 약간씩 차이가 있으나 일예로 1단 3.166, 2단 1.904, 3단 1.392, 4단 1.031, 5단 0.815로 설정된다. 본 발명의 실시예로서 저단구동기어(21)를 통하여 3:1, 중단구동기어(22)를 통하여 2:1, 고단구동기어(23)를 통하여 1:1로 변속하는 모드를 가정할 수 있다.

이때, 본 발명의 구동기어(21)(22)(23)는 내부에 각각의 원심클러치(31)(32)(33)를 구비한다. 원심클러치(31)(32)(33)는 구동축(10)의 일정 회전수 이상에서 스프링으로 지지되는 클러치 슈(shoe)가 벌어지며 연결되는 방식을 사용하는 것이 좋다. 대안으로서 회전하는 구체의 원심력으로 대향하는 마찰판을 축방향으로 밀어 접촉시키는 방식을 택할 수도 있다. 다만 전자의 경우에도 비금속제 패드에 의한 면접촉 대신이 금속 간의 선접촉이 발생하도록 하는 것이 속응성과 내구성 측면에서 유리하다. 저단구동기어(21)의 원심클러치(31)는 1000-1500rpm, 중단구동기어(22)의 원심클러치(32)는 2000-2500rpm, 고단구동기어(23)의 원심클러치(33)는 3500-4000rpm 범위에서 구동축(10)의 동력을 피동축(15)에 전달하기 시작하도록 설정한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제1구동기어(21)에 맞물리는 저단피동기어(41)가 상기 피동축(15)에 클러치베어링(51)을 개재하여 장착되고, 상기 제2구동기어(22)에 맞물리는 중단피동기어(42)가 상기 피동축(15)에 클러치베어링(52)을 개재하여 장착되고, 상기 제3구동기어(23)에 맞물리는 고단피동기어(43)가 상기 피동축(15)에 직결된다. 피동기어(41)(42)(43)는 구동기어(21)(22)(23)처럼 원통형 구조를 택할 필요가 없다. 클러치베어링(51)(52)은 오버러닝 베어링(over running bearing) 또는 원웨이 베어링(one way bearing)으로 출시되는 것을 선택한다. 고단피동기어(43)에는 클러치베어링을 두지 않아도 무방하다.

이와 같이 구동기어(21)(22)(23)와 원심클러치(31)(32)(33)에 의해 구동부(20)가 형성되고, 구동부(20)에 대응하는 피동기어(41)(42)(43)와 클러치베어링 (51)(52)에 의해 피동부(40)가 형성된다. 본 발명에 따르면 구동기어(21)(22)(23)와 피동기어(41)(42)(43)가 영구적으로 치합된 상태를 유지하고 있으나, 원심클러치(31)(32)(33)와 클러치베어링(51)(52)의 작용으로 상호 기구적인 구속을 배제하면서 변속을 수행하는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 무단변속기의 변속 상태를 나타내는 도식도로서, 하기의 표를 참조하여 작동을 설명한다.

상태	구동축	원심 클러치	구동기어	피동기어	클러치 베어링	피동축
무부하	700rpm	차단	700rpm	0rpm	-	0rpm
저단구동 (3:1)	1500rpm	연결	저단: 1500rpm	저단: 500rpm	전동	500rpm
		차단	중단: 0rpm	중단: 0rpm	오버런
		차단	고단: 0rpm	고단: 0rpm	오버런
중단구동 (2:1)	3000rpm	연결	저단: 3000rpm	저단: 1000rpm	오버런	1500rpm
		연결	중단: 3000rpm	중단: 1500rpm	전달
		차단	고단: 0rpm	고단: 0rpm	오버런
고단구동 (1:1)	4000rpm	연결	저단: 4000rpm	저단: 1333rpm	오버런	4000rpm
		연결	중단: 4000rpm	중단: 2000rpm	오버런
		연결	고단: 4000rpm	고단: 4000rpm	전달

(1) 무부하

엔진이 기동되어 700-800rpm 정도의 아이들 운전중에는 구동기어(21)(22)(23)에 구비된 원심클러치(31)(32)(33)가 연결되지 않아(차단되어) 피동축(15)은 정지 상태로 유지된다.

(2) 저단구동

구동축(10)의 가속이 시작되어 제1단의 설정속도에 도달하면 저단구동기어(21)의 원심클러치(31)가 연결되면서 부호 A처럼 저단피동기어(41)를 통하여 3:1의 감속으로 피동축(15)을 회전시킨다. 중단구동기어(22)와 고단구동기어(23)는 구동 축(10)과 연결되지 않은 상태이나 각각 중단피동기어(42)와 고단피동기어(43)에 치합되어 임의의 속도로 회전한다. 그러나 피동축(15)의 회전력이 중단구동기어(22)와 고단구동기어(23)에 전달되지 않고 오버런 상태가 되므로 이부분의 속도는 피동축(15)의 속도를 초과하지 않는다.

(3) 중단구동

구동축(10)이 제2단의 설정속도에 도달하면 저단구동기어(21)에 이어서 중단구동기어(22)가 연결되기 시작하여 중단구동기어(22)가 2:1의 증속된 속도로 피동축(15)에 동력을 전달한다. 피동축(15)이 증속되는 순간 상대적으로 속도가 낮은 저단피동기어(41)의 클러치베어링(51)이 오버런 상태로 되므로 부호 B를 통한 동력전달만 수행된다. 고단구동기어(23)는 구동축(10)과 연결되지 않은 상태로 고단피동기어(43)에 치합되어 임의의 속도로 회전하는데, 그 속도는 피동축(15)의 속도를 초과하지 않는다. 반면 동력전달이 없는 오버런 상태의 저단구동기어(21)와 저단피동기어(41)는 3:1의 감속 상태로 무부하 회전만 한다.

(4) 고단구동

구동축(10)이 제3단의 설정속도에 도달하면 저단구동기어(21) 및 중단구동기어(22)에 이어서 고단구동기어(23)가 연결되기 시작하여 고단구동기어(23)가 1:1의 증속된 속도로 피동축(15)에 동력을 전달한다. 피동축(15)이 증속되는 순간 상대적으로 속도가 낮은 저단피동기어(41) 및 중단피동기어(42)의 클러치베어링(51)(52)이 오버런 상태로 되므로 부호 C를 통한 동력전달만 수행된다. 오버런 상태의 저단구동기어(21)와 저단피동기어(41), 중단구동기어(22)와 중단피동기어(42)는 각각의 설정된 감속비로 무부하 회전만 한다.

감속에 있어서도 상기와 역순으로 진행되며 도 4의 부호 C, 부호 B, 부호 A의 경로를 통한 동력전달이 순차적으로 반복된다.

상기한 작동 설명에 사용되는 수치는 이해를 돕기 위한 일예에 불과하며 원하는 변속성능에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

본 발명의 실시예는 3단으로 구성하는 것을 예시였으나 4단 또는 5단으로 증설하는 것이 용이하다. 4단의 경우 중단구동기어(22) 및 중단피동기어(42)의 조합과 동일하면서 치수를 달리하는 구성을 인접하여 설치한다. 5단의 증속이 필요한 경우 고단구동기어(23)보다 크고 고단피동기어(43)가 작은 치수를 부가한다. 물론 원심클러치와 클러치베어링도 사용한다.

따라서, 본 발명의 무단변속기를 동력선에 적용하는 것을 설명하였으나 상대적으로 낮은 토크와 고속을 요하는 육상 차량용에 적용함에 무리가 없다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 본 발명의 구성 및 작용에 의한 동력선용 무단변속기는 간단한 기구적인 구성을 바탕으로 하면서도 급가속에 대응하는 작동의 신뢰성과 고도의 내구성을 유지하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 구동축(10)의 동력을 피동축(15)으로 전달하는 무단변속기에 있어서:

   상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(31)를 구비하는 저단구동기어(21);

   상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(32)를 구비하는 중단구동기어(22);

   상기 구동축(10)에 베어링(35)을 개재하여 장착되고, 내부에 원심클러치(33)를 구비하는 고단구동기어(23);

   상기 피동축(15)에 클러치베어링(51)을 개재하여 장착되고, 상기 제1구동기어(21)에 맞물리는 저단피동기어(41);

   상기 피동축(15)에 클러치베어링(52)을 개재하여 장착되고, 상기 제2구동기어(22)에 맞물리는 중단피동기어(42); 및 상기 피동축(15)에 직결되고, 상기 제3구동기어(23)에 맞물리는 고단피동기어(43);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력선용 무단변속기.

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