KR101382324B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인 - Google Patents

Abstract

차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 자동변속기의 유성기어트레인은 엔진의 동력을 전달받는 제1축; 상기 제1축과 평행하게 배치되는 제2축; 상기 제1축 상에 배치되어 선택적으로 고정요소와 출력요소로 작동하는 제1 회전요소과, 상기 제1축과 직접 연결되어 입력요소로 작동하는 제2 회전요소와, 선택적인 출력요소로 작동하는 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제2 유성기어세트와 제3 유성기어세트의 조합으로 이루어져 상기 제2, 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소와, 출력요소인 출력기어와 연결되어 항상 출력요소로 작동하는 제5 회전요소와, 상기 제1 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제6 회전요소와, 상기 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제7 회전요소를 보유하는 복합 유성기어세트; 외접 기어 연결되는 부분에 배치되는 3개의 트랜스퍼 기어; 및 상기 회전요소들을 상호 선택적으로 연결하거나 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 5개의 마찰요소를 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLaNETaRY GEaR TRaIN OF aUTOMaTIC TRaNSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전장을 축소하여 탑재성을 향상시키고, 동력 전달 성능 향상으로 연비를 저감시킬 수 있도록 한 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

최근 세계적인 고유가와 배기가스 배출 규제 등이 점점 강화됨으로써, 자동차 메이커들은 친환경적으로 연비를 향상시킬 수 있는 기술 개발에 총력을 기울이고 있다.

자동변속기에 있어서의 연비 개선 방법으로서는 구현 가능한 변속단이 많은 다단 변속 메커니즘이며, 통상적인 자동변속기의 다단 변속 메커니즘은 복수의 유성기어세트와 마찰요소의 조합으로 구현된다.

이러한 다단 변속 메커니즘은 구현 가능한 변속단이 많을수록 보다 적절한 변속비의 설계가 가능할 뿐만 아니라 동력성능 및 연비 면에서 우수한 차량을 구현할 수 있기 때문에 보다 많은 변속단을 구현할 수 있도록 꾸준한 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 다단 변속 메커니즘을 구성하는 유성기어트레인은 동일 변속단을 구현하더라도 회전요소(선기어, 유성 캐리어, 링기어)의 연결 구성에 따라 내구성, 동력전달효율, 크기 등이 달라지기 때문에 보다 견고하고, 동력손실이 없으며, 콤팩트하게 제작하기 위한 연구 개발이 지속되고 있다.

그러나 변속단이 늘어날수록 자동 변속기내의 부품수도 증가하여 탑재성, 원가, 중량 및 동력 전달 효율이 악화될 수 있다.

특히, 부품수가 많은 경우에는 전륜 구동용 차량에 탑재하는데 제한 요인이 될 수 있기 때문에 부품수를 최소화하는 것이 자동 변속기 경쟁력의 필수 요건 중 하나이다.

본 발명의 실시 예는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1축과 제2축에 나누어 배치되는 3개의 유성기어세트, 3개의 외접기어, 그리고 5개의 마찰요소 조합으로 마찰요소의 작동조건 및 단간비가 우수한 전진 8속 및 후진 1속의 변속단을 구현함으로써, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시키고, 동력 전달 성능의 향상으로 연비를 저감시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 동력을 전달받는 제1축; 상기 제1축과 평행하게 배치되는 제2축; 상기 제1축 상에 배치되어 선택적으로 고정요소와 출력요소로 작동하는 제1 회전요소과, 상기 제1축과 직접 연결되어 입력요소로 작동하는 제2 회전요소와, 선택적인 출력요소로 작동하는 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제2 유성기어세트와 제3 유성기어세트의 조합으로 이루어져 상기 제2, 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소와, 출력요소인 출력기어와 연결되어 항상 출력요소로 작동하는 제5 회전요소와, 상기 제1 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제6 회전요소와, 상기 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제7 회전요소를 보유하는 복합 유성기어세트; 외접 기어 연결되는 부분에 배치되는 3개의 트랜스퍼 기어; 및 상기 회전요소들을 상호 선택적으로 연결하거나 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 5개의 마찰요소를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 유성기어세트는 제1 선기어와, 제1 유성캐리어와, 제1 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트는 제2 선기어와, 제2 유성캐리어와, 제2 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 상기 제3 유성기어세트는 제3 선기어와, 제3 유성캐리어와, 제3 링기어를 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 회전요소는 제1 선기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 회전요소는 제1 유성캐리어를 포함하여 이루어지고, 상기 제3 회전요소는 제1 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제4 회전요소는 제2 선기어를 포함하여 이루어지고, 상기 제5 회전요소는 제3 링기어를 포함하여 이루어지며, 상기 제6 회전요소는 제2 유성캐리어와 제3 유성캐리어를 포함하여 이루어지고, 상기 제7 회전요소는 제2 링기어와 제3 선기어를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 3개의 트랜스퍼 기어는 상기 제2 회전요소를 포함하는 제1축을 제4 회전요소와 외접 기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어; 상기 제3 회전요소를 제4 회전요소 및 제7 회전요소와 외접 기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어; 상기 제1 회전요소를 제5 회전요소와 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 5개의 마찰요소는 상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치; 상기 제2 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치; 상기 제2 트랜스퍼 기어와 제7 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치; 상기 제1 회전요소와 제3 트랜스퍼 기어 사이에 배치되는 제4 클러치; 상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 5개의 마찰요소 중 3개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은 상기 제1 브레이크와 제1, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단; 상기 제1 브레이크와 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단; 상기 제1, 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3 변속단; 상기 제2, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단; 상기 제1, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단; 상기 제1, 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단; 상기 제1 브레이크와 제1, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7 변속단; 상기 제1 브레이크와 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제8 변속단; 상기 제1 브레이크와 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 후진 변속단을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예는 3개의 유성기어세트를 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1축과 제2축에 나누어 배치함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킨다.

그리고 유성기어세트 외에 3개의 외접기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 각 변속단에서 3개의 마찰요소를 작동시킴으로써, 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시키고, 동력전달효율을 증대시켜 연비를 저감시킬 수 있다.

그리고 각 변속단에서 3개의 마찰요소를 작동시킴으로써, 각 마찰요소의 담당 토크를 줄일 수 있기 때문에 컴팩트한 설계가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 변속선도로서,
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 1속 변속단의 변속선도이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 2속 변속단의 변속선도이다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 3속 변속단의 변속선도이다.
도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 4속 변속단의 변속선도이다.
도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 5속 변속단의 변속선도이다.
도 3f는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 6속 변속단의 변속선도이다.
도 3g는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 7속 변속단의 변속선도이다.
도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 전진 8속 변속단의 변속선도이다.
도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 후진 변속단의 변속선도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

단, 본 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)와, 5개의 마찰요소(B1)(C1)(C2)(C3)(C4)와, 3개의 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 제1축(IS1)상에 배치되고, 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)는 상기 제1축(IS1)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제2축(IS2)상에 배치된다.

상기에서 제1축(IS1)은 입력부재로서, 상기 제1 유성기어세트(PG1)를 지지하면서 엔진으로 전달되는 회전동력을 상기 제1 유성기어세트(PG1)에 전달한다.

상기에서 제2축(IS2)은 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)를 지지한다.

이에 따라 상기 제1축(IS1)으로부터 입력되는 회전동력은 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)의 상호 보완작동에 의하여 전진 8속 및 후진 1속으로 변속되어 출력기어(OG)를 통해 출력된다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어(S1)와, 제1 링기어(R1)와, 상기 제1 선기어(S1)와 상기 제1 링기어(R1)에 치합되는 제1 피니언(P1)을 지지하는 제1 유성캐리어(PC1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제2 선기어(S2)와, 제2 링기어(R2)와, 상기 제2 선기어(S2)와 상기 제2 링기어(R2)에 치합되는 제2 피니언(P2)을 지지하는 제2 유성캐리어(PC2)를 포함한다.

상기 제3 유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제3 선기어(S3)와, 제3 링기어(R3)와, 상기 제3 선기어(S3)와 상기 제3 링기어(R3)에 치합되는 제3 피니언(P3)을 회전 지지하는 제3 유성캐리어(PC3)를 포함한다.

상기와 같은 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)에 있어서, 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 단독으로 작용하고, 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)는 복합 유성기어(CPG)로 작동한다.

이에 따라 상기 제1 유성기어세트(PG1)는 3개의 회전요소(N1)(N2)(N3)를 보유한다.

상기 제1 회전요소(N1)는 제1 선기어(S1)를 포함하여 이루어지며, 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동함과 동시에 선택적인 출력요소로 작동한다.

상기 제2 회전요소(N2)는 제1 유성캐리어(PC1)를 포함하여 이루어지며, 제1축(IS1)과 직접 연결되어 항상 입력요소로 작동한다.

상기 제3 회전요소(N3)는 제1 링기어(R1)를 포함하여 이루어지며, 선택적인 출력요소로 작동한다.

그리고 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)는 제2 링기어(R2)가 제3 선기어(S3)와 직접 연결되고, 제2 유성캐리어(PC2)가 제3 유성캐리어(PC3)와 직접 연결되면서 하나의 복합유성기어세트(CPG)를 형성하면서 4개의 회전요소(N4)(N5)(N6)(N7)를 보유한다.

상기 제4 회전요소(N4)는 제2 선기어(S2)를 포함하여 이루어지며, 선택적으로 상기 제2회전요소(N2)를 포함하는 제1축(IS1)과, 상기 제3 회전요소(N3)의 회전동력을 역회전으로 전달받는다.

상기 제5 회전요소(N5)는 제3 링기어(R3)를 포함하여 이루어지며, 최종 출력요소인 출력기어(OG)와 연결되어 항상 출력요소로 작동한다.

상기 제6 회전요소(N6)는 제2, 제3 유성캐리어(PC2)(PC3)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 회전요소(N1)의 회전동력을 역회전으로 전달받는다.

상기 제7 회전요소(N7)는 제2 링기어(R2)와 제3 선기어(S3)를 포함하여 이루어지며, 선택적으로 제3 회전요소(N3)로부터 회전동력을 역회전으로 전달받는다.

상기에서 제6 회전요소(N6)를 형성하는 제2, 제3 유성캐리어(PC2)(PC3)의 직접 연결함에 있어서, 도 1에서는 제2축(IS2)을 이용하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2축(IS2)의 외주측에 상호 회전 간섭 없이 배치되는 별도의 회전부재로서 직접 연결할 수 있다.

그리고 상기 회전요소(N1~N7)들은 제1, 2, 3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)와, 제1 브레이크(B1) 및 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)로 이루어지는 마찰요소에 의하여 상호 조합된다.

상기에서 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)는 각각 서로 외접하는 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)(TF2a)(TF3a)와, 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)(TF2b)(TF3b)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 트랜스퍼 기어(TF1)는 제2 회전요소(N2)를 포함하는 제1축(IS1)을 제4 회전요소(N4)와 외접 기어 연결한다.

상기 제2 트랜스퍼 기어(TF2)는 제3 회전요소(N3)를 제4 회전요소(N4) 및 제7 회전요소(N7)와 외접 기어 연결한다.

상기 제3 트랜스퍼 기어(TF3)는 제1 회전요소(N1)를 제6 회전요소(N6)와 외접 기어 연결한다.

이에 따라 상기 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)에 의하여 연결되는 각각의 회전축은 상호 반대방향으로 회전하게 되며, 이들 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)의 각 기어비는 각 변속단에서 요구하는 변속비에 따라 설정된다.

그리고 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)의 각 회전요소들을 상호 선택적으로 연결하거나 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하는 마찰요소(B1)(C1)(C2)(C3)(C4)의 연결 관계를 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 브레이크(B1)는 상기 제1 회전요소(N1)를 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결한다.

상기 제1 클러치(C1)는 상기 제4 회전요소(N4)를 상기 제1 트랜스퍼 기어(TF1)와 선택적으로 연결한다.

상기 제2 클러치(C2)는 상기 제4 회전요소(N4)를 상기 제2 트랜스퍼 기어(TF1)와 선택적으로 연결한다.

상기 제3 클러치(C3)는 상기 제7 회전요소(N7) 또는 제4회전요소(N4)를 제2 트랜스퍼 기어(TF2)와 선택적으로 연결한다.

상기 제4 클러치(C4)는 상기 제1 회전요소(N1)를 제3 트랜스퍼 기어(TF3)와 선택적으로 연결한다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1 브레이크(B1)로 이루어지는 각 마찰요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 각 마찰요소의 각 변속단별 작동표이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 3개의 마찰요소가 작동하면서 변속이 이루어진다.

전진 1속 변속단(1ST)은 제1 브레이크(B1)와 제1, 제4 클러치(C1)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 2속 변속단(2ND)은 제1 브레이크(B1)와 제2, 제4 클러치(C2)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 3속 변속단(3RD)은 제1, 제2, 제4 클러치(C1)(C2)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 4속 변속단(4TH)은 제2, 제3, 제4 클러치(C2)(C3)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 5속 변속단(5TH)은 제1, 제3, 제4 클러치(C1)(C3)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 6속 변속단(6TH)은 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 7속 변속단(7TH)은 제1 브레이크(B1)와 제1, 제3 클러치(C1)(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

전진 8속 변속단(8TH)은 제1 브레이크(B1)와 제2, 제3 클러치(C2)(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

후진 변속단(REV)은 제1 브레이크(B1)와 제3, 제4 클러치(C3)(C4)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속선도이며, 본 발명의 실시 예에 의한 유성기어트레인의 변속과정을 레버 해석법으로 도시하고 있다.

도 3a 내지 도 3i를 참조하면, 제1 유성기어세트(PG1)의 3개의 세로선은 좌측으로부터 제1 회전요소(S1), 제2 회전요소(N2), 제3 회전요소(N3)로 설정되며, 복합 유성기어세트(CPG)의 4개의 세로선은 좌측으로부터 제4 회전요소(N4), 제5 회전요소(N5), 제6 회전요소(N6), 제7 회전요소(N7)로 설정된다.

또한, 중앙의 가로선은 회전속도 "0"을 나타내고, 상측의 가로선은 회전속도 "1.0"을 나타내며, 하측의 가로선은 회전속도 "-1.0"을 나타낸다.

상기에서 "-"는 엔진의 회전방향과 반대 방향을 의미하며, 아이들링 기어(Idling Gear) 없이 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)를 통해 외접 연결되기 때문이다.

그리고 상기에서 회전속도 "1.0"은 입력축인 제1축(IS1)의 회전속도가 "1.0" 이라고 가정한 것이며, 상기 제1, 제2, 제3 유성기어세트(PG1)(PG2)(PG3)의 세로선의 간격은 각 기어비(선기어의 잇수/링기어의 잇수)에 따라 설정된다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어(TF1)(TF2)(TF3)의 기어비가 대략 TF1a : TF1b = 1 : 1.000, TF2a : TF2b = 1 : 1.071, TF3a : TF3b = 1 : 2.500으로 가정했을 때를 기준으로 도시되어 있다.

이하, 도 2와 도 3a 내지 도 3i를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인의 각 변속단별 변속과정을 설명한다.

[전진 1속]

도 2를 참조하면, 전진 1속에서는 제1 브레이크(B1)와 제1, 제4 클러치(C1)(C4)가 작동된다.

그러면 도 3a에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력됨과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력된다.

이러한 상태에서 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)가 작동되면서 제1 회전요소(N1)와 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동함으로써, 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제1 변속선(SP1)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D1 만큼 출력되는 전진 1속의 변속이 이루어진다.

[전진 2속]

전진 2속에서는 상기 전진 1속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3b에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력되고, 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)의 작동으로 제1 회전요소(N1)와 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동한다.

그리고 제3 회전요소(N3)가 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전요소(N4)와 연결되며, 상기 제1 유성기어세트(PG1) 및 복합 유성기어세트(CPG)의 상호 보완 작동에 의하여 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제2 변속선(SP2)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D2 만큼 출력되는 전진 2속의 변속이 이루어진다.

[전진 3속]

전진 3속에서는 상기 전진 2속의 상태에서 작동하던 제1 브레이크(B1)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3c에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력됨과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제7 회전요소(N7)로 역회전 입력된다.

그리고 제1 회전요소(N1)가 제4 클러치(C4)의 작동으로 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제6 회전요소(N6)와 연결되고, 제3 회전요소(N3)가 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전요소(N4)와 연결된다.

이에 따라 상기 제1 유성기어세트(PG1) 및 복합 유성기어세트(CPG)의 상호 보완 작동에 의하여 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제3 변속선(SP3)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D3 만큼 출력되는 전진 3속의 변속이 이루어진다.

[전진 4속]

전진 4속에서는 상기 전진 3속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제3 클러치(C3)가 작동된다.

그러면 도 3d에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력되는 상태에서 제1 회전요소(N1)가 제4 클러치(C4)의 작동으로 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제6 회전요소(N6)와 연결되고, 제3 회전요소(N3)가 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전요소(N4)와 연결됨과 동시에 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제7 회전요소(N7)와 연결된다.

이에 따라 복합 유성기어세트(CPG)에서는 직결의 상태가 되면서 제4 변속선(SP4)을 형성하며, 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D4 만큼 출력되는 전진 4속의 변속이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속에서는 상기 전진 4속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 클러치(C1)가 작동된다.

그러면 도 3e에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력됨과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력된다.

그리고 제1 회전요소(N1)가 제4 클러치(C4)의 작동으로 제3 트랜스퍼 기어(TF3)를 통해 제6 회전요소(N6)와 연결되고, 제3 회전요소(N3)가 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제7 회전요소(N7)와 연결된다.

이에 따라 상기 제1 유성기어세트(PG1) 및 복합 유성기어세트(CPG)의 상호 보완 작동에 의하여 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제5 변속선(SP5)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D5 만큼 출력되는 전진 5속의 변속이 이루어진다.

[전진 6속]

전진 6속에서는 상기 전진 5속의 상태에서 작동하던 제4 클러치(C4)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3f에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력됨과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력된다.

그리고 제3 회전요소(N3)가 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전요소(N4)와 연결됨과 동시에 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제7 회전요소(N7)와 연결된다.

이에 따라 상기 복합 유성기어세트(CPG)가 직결의 상태가 되면서 제6 변속선(SP6)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D6 만큼 출력되는 전진 6속의 변속이 이루어진다.

[전진 7속]

전진 7속에서는 상기 전진 6속의 상태에서 작동하던 제2 클러치(C2)의 작동이 해제되고, 제1 브레이크(B1)가 작동된다.

그러면 도 3g에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력됨과 동시에 제1 클러치(C1)의 작동으로 제1 트랜스퍼 기어(TF1)의 기어비에 따라 제4 회전요소(N4)로 역회전 입력된다.

이러한 상태에서 제1 브레이크(B1)가 작동되면서 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동하고, 제3 회전요소(N3)가 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제7 회전요소(C7)와 연결된다.

이에 따라 상기 제1 유성기어세트(PG1) 및 복합 유성기어세트(CPG)의 상호 보완 작동에 의하여 복합 유성기어세트(CPG)에서는 제7 변속선(SP7)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D7 만큼 출력되는 전진 7속의 변속이 이루어진다.

[전진 8속]

전진 8속에서는 상기 전진 7속의 상태에서 작동하던 제1 클러치(C1)의 작동이 해제되고, 제2 클러치(C2)가 작동된다.

그러면 도 3h에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제1 회전요소(N1)가 고정요소로 작동한다.

그리고 제3 회전요소(N3)가 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제4 회전요소(N4)와 연결됨과 동시에 제3 클러치(C3)의 작동으로 제2 트랜스퍼 기어(TF2)를 통해 제7 회전요소(N7)와 연결된다.

이에 따라 상기 복합 유성기어세트(CPG)가 직결의 상태가 되면서 제8 변속선(SP8)을 형성하고, 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 D8 만큼 출력되는 전진 8속의 변속이 이루어진다.

[후진]

후진 변속단에서는 도 2에서와 같이, 제1 브레이크(B1)와 제1, 제3 클러치(C1)(C3)가 작동된다.

그러면 도 3i에서와 같이, 제1축(IS1)의 회전동력이 제2 회전요소(N2)로 입력되고, 제1 브레이크(B1)와 제4 클러치(C4)의 작동으로 제1 회전요소(N1)와 제6 회전요소(N6)가 고정요소로 작동하면서 제3 회전요소(N3)가 제3 클러치(C3)의 작동으로 제7 회전요소(N7)와 연결된다.

이에 따라 상기 제1 유성기어세트(PG1) 및 복합 유성기어세트(CPG)의 상호 보완 작동에 의하여 복합 유성기어세트(CPG)에서는 후진 변속선(RS)을 형성하면서 출력요소인 제5 회전요소(N5)를 통해 REV 만큼 출력되는 후진 변속이 이루어진다.

상기에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 3개의 유성기어세트를 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 제1축과 제2축에 나누어 배치함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킬 수 있다.

그리고 유성기어세트 외에 3개의 외접기어를 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어 잇수 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 각 변속단에서 3개의 마찰요소를 작동시킴으로써, 비작동 마찰요소를 최소화하여 드래그 토크를 저감시키고, 동력전달효율을 증대시켜 연비를 저감시킬 수 있다.

그리고 각 변속단에서 3개의 마찰요소를 작동시킴으로써, 각 마찰요소의 담당 토크를 줄일 수 있기 때문에 컴팩트한 설계가 가능하다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

PG1,PG2,PG3 ... 제1, 제2, 제3 유성기어세트
S1,S2,S3 ... 제1, 제2, 제3 선기어
PC1,PC2,PC3 ... 제1, 제2, 제3 유성캐리어
R1,R2,R3 ... 제1, 제2, 제3 링기어
IS1, IS2... 제1, 제2축
OG... 출력기어
B1... 제1 브레이크
C1, C2, C3, C4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
N1,N2,N3,N4,N5,N6,N7... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7 회전요소
TF1,TF2,TF3... 제1, 제2, 제3 트랜스퍼 기어

Claims (10)

1. 엔진의 동력을 전달받는 제1축;
   상기 제1축과 평행하게 배치되는 제2축;
   상기 제1축 상에 배치되어 선택적으로 고정요소와 출력요소로 작동하는 제1 회전요소과, 상기 제1축과 직접 연결되어 입력요소로 작동하는 제2 회전요소와, 선택적인 출력요소로 작동하는 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
   제2 유성기어세트와 제3 유성기어세트의 조합으로 이루어져 상기 제2, 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소와, 출력요소인 출력기어와 연결되어 항상 출력요소로 작동하는 제5 회전요소와, 상기 제1 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제6 회전요소와, 상기 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제7 회전요소를 보유하는 복합 유성기어세트;
   외접 기어 연결되는 부분에 배치되는 3개의 트랜스퍼 기어; 및
   상기 회전요소들을 상호 선택적으로 연결하거나 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 5개의 마찰요소;
   를 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유성기어세트는 제1 선기어와, 제1 유성캐리어와, 제1 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고,
   상기 제2 유성기어세트는 제2 선기어와, 제2 유성캐리어와, 제2 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며,
   상기 제3 유성기어세트는 제3 선기어와, 제3 유성캐리어와, 제3 링기어를 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 회전요소는 제1 선기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제2 회전요소는 제1 유성캐리어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제3 회전요소는 제1 링기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제4 회전요소는 제2 선기어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제5 회전요소는 제3 링기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제6 회전요소는 제2 유성캐리어와 제3 유성캐리어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제7 회전요소는 제2 링기어와 제3 선기어를 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
4. 제1항에 있어서,
   상기 3개의 트랜스퍼 기어는
   상기 제2 회전요소를 포함하는 제1축을 제4 회전요소와 외접 기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
   상기 제3 회전요소를 제4 회전요소 및 제7 회전요소와 외접 기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
   상기 제1 회전요소를 제5 회전요소와 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어;
   를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
5. 제4항에 있어서,
   상기 5개의 마찰요소는
   상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
   상기 제2 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
   상기 제2 트랜스퍼 기어와 제7 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
   상기 제1 회전요소와 제3 트랜스퍼 기어 사이에 배치되는 제4 클러치;
   상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
   를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
6. 제5항에 있어서,
   상기 5개의 마찰요소 중 3개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
   상기 제1 브레이크와 제1, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
   상기 제1 브레이크와 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
   상기 제1, 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3 변속단;
   상기 제2, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
   상기 제1, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
   상기 제1, 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
   상기 제1 브레이크와 제1, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7 변속단;
   상기 제1 브레이크와 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제8 변속단;
   상기 제1 브레이크와 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 후진 변속단;
   을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
7. 엔진의 동력을 전달받는 제1축;
   상기 제1축과 평행하게 배치되는 제2축;
   상기 제1축 상에 배치되어 선택적으로 고정요소와 출력요소로 작동하는 제1 회전요소과, 상기 제1축과 직접 연결되어 입력요소로 작동하는 제2 회전요소와, 선택적인 출력요소로 작동하는 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
   제2 유성기어세트와 제3 유성기어세트의 조합으로 이루어져 상기 제2, 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제4 회전요소와, 출력요소인 출력기어와 연결되어 항상 출력요소로 작동하는 제5 회전요소와, 상기 제1 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제6 회전요소와, 상기 제3 회전요소와 선택적으로 외접 기어 연결되는 제7 회전요소를 보유하는 복합 유성기어세트;
   상기 제2 회전요소를 포함하는 제1축을 제4 회전요소와 외접 기어 연결하는 제1 트랜스퍼 기어;
   상기 제3 회전요소를 제4 회전요소 및 제7 회전요소와 외접 기어 연결하는 제2 트랜스퍼 기어;
   상기 제1 회전요소를 제5 회전요소와 외접 기어 연결하는 제3 트랜스퍼 기어;
   상기 제1 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제1 클러치;
   상기 제2 트랜스퍼 기어와 제4 회전요소 사이에 배치되는 제2 클러치;
   상기 제2 트랜스퍼 기어와 제7 회전요소 사이에 배치되는 제3 클러치;
   상기 제1 회전요소와 제3 트랜스퍼 기어 사이에 배치되는 제4 클러치;
   상기 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크;
   를 포함하는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 유성기어세트는 제1 선기어와, 제1 유성캐리어와, 제1 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지고,
   상기 제2 유성기어세트는 제2 선기어와, 제2 유성캐리어와, 제2 링기어를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며,
   상기 제3 유성기어세트는 제3 선기어와, 제3 유성캐리어와, 제3 링기어를 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 제1 회전요소는 제1 선기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제2 회전요소는 제1 유성캐리어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제3 회전요소는 제1 링기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제4 회전요소는 제2 선기어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제5 회전요소는 제3 링기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 제6 회전요소는 제2 유성캐리어와 제3 유성캐리어를 포함하여 이루어지고,
   상기 제7 회전요소는 제2 링기어와 제3 선기어를 포함하여 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
10. 제7항에 있어서,
    상기 5개의 마찰요소 중 3개의 동시 체결에 의하여 구현되는 변속단은
    상기 제1 브레이크와 제1, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제1 변속단;
    상기 제1 브레이크와 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제2 변속단;
    상기 제1, 제2, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제3 변속단;
    상기 제2, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제4속 변속단;
    상기 제1, 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 전진 제5속 변속단;
    상기 제1, 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제6속 변속단;
    상기 제1 브레이크와 제1, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제7 변속단;
    상기 제1 브레이크와 제2, 제3 클러치가 동시에 작동하는 전진 제8 변속단;
    상기 제1 브레이크와 제3, 제4 클러치가 동시에 작동하는 후진 변속단;
    을 포함하여 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.

Images