KR102529384B1

KR102529384B1 - 차량용 자동변속기의 유성기어트레인

Info

Publication number: KR102529384B1
Application number: KR1020180073406A
Authority: KR
Inventors: 박주현; 지성욱; 권현식; 유일한; 황성욱; 김기태
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2023-05-04
Also published as: KR20200001008A; US10697523B2; US20190390744A1

Abstract

차량용 자동 변속기의 유성기어트레인이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인은 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및 상기 입력축과 평행하게 배치되며, 상기 제2 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 출력축을 포함하며, 상기 제1 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 고정 연결되는 제3축; 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제4축; 상기 제4 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 고정 연결되는 제5축; 상기 제5 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제4축과 외접 기어 연결되는 제6축; 상기 제6 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제5축과 선택적으로 연결되고, 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 제7축; 및 상기 축과 축 사이의 외접 기어 연결되는 부분에 구성되는 2개의 트랜스퍼 기어 유닛을 포함한다.

Description

차량용 자동변속기의 유성기어트레인{PLANETARY GEAR TRAIN OF AUTOMATIC TRANSMISSION FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최소한의 구성으로 전진 5속 이상의 변속단을 구현하여 동력 전달 성능 향상과 연비를 개선하고, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인에 관한 것이다.

일반적으로 자동 변속기 분야에서, 변속단의 다단화는 차량의 연비 향상과 운전성을 극대화하기 위한 기술로 연구가 이루어지고 있으며, 최근의 유가 상승은 연비 개선을 향한 무한 경쟁에 돌입하게 하는 요인이 되고 있다.

이에 따라 엔진은 다운 사이징(Down Sizing)을 통해 중량 저감 및 연비를 개선하는 연구가 이루어지고, 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통해 운전성 및 연비 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 연구가 이루어지고 있다.

그러나 자동 변속기는 변속단이 증가하면 할수록 내부 부품수, 특히 유성기어세트의 숫자가 증가하여 변속기 전장이 증가함에 따라 탑재성 및 생산 원가, 중량, 및 동력 전달 효율 등이 오히려 악화될 수 있다.

따라서 자동 변속기는 변속단의 다단화를 통한 연비 개선효과를 증대시키기 위해서 적은 부품수로 최대한의 효율을 이끌어 낼 수 있는 유성기어트레인의 개발이 중요하다.

이러한 측면에서 최근 자동 변속기는 모터 등을 이용하여 하이브리드 변속기로 구성하여 8속 이하의 변속을 구현할 수 있도록 구성하여 차량에 탑재성을 높이고 있다,

특히, 일반적인 8속 이상의 자동 변속기가 대부분 3 ~ 4개의 유성기어세트와, 5 ~ 7개의 결합요소(마찰요소)로 이루어져 전장이 길어져 탑재성이 악화될 수밖에 없다는 단점을 극복하기 위하여 최근에는 유성기어세트 상에 유성기어세트를 배치하는 복렬 구조를 채택하는 추세이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치되는 2개의 유성기어세트와 2개의 외접기어 및 4개 이상의 결합요소의 조합으로 전진 5속 이상의 변속단을 구현함으로써, 하이브리드 변속기의 구현이 용이하고, 다단화에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 개선 효과를 얻을 수 있으며, 전장을 축소하여 탑재성을 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

또한, 트랜스퍼 기어의 자유로운 기어 잇수 변경으로 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 이에 따른 동력 전달 성능 및 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트; 제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및 상기 입력축과 평행하게 배치되며, 상기 제2 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 출력축을 포함하며, 상기 제1 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제1축; 상기 제2 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제2축; 상기 제3 회전요소와 고정 연결되는 제3축; 상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제4축; 상기 제4 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 고정 연결되는 제5축; 상기 제5 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제4축과 외접 기어 연결되는 제6축; 상기 제6 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제5축과 선택적으로 연결되고, 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 제7축; 및 상기 제3축과 상기 제7축, 및 상기 제4축과 상기 제6축 사이에 각각 한 쌍의 외접기어로 구성되는 제2 트랜스퍼 기어 유닛을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인이 제공될 수 있다.

삭제

또한, 상기 유성기어트레인은 상기 입력축과 제1축, 상기 제5축과 제7축, 상기 입력축과 제4축, 및 상기 입력축과 제2축을 각각 선택적으로 연결하는 4개의 클러치; 및 상기 제1축, 상기 제2축을 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 4개의 클러치는 상기 입력축과 상기 제1축 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제5축과 상기 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치; 상기 입력축과 상기 제4축 사이에 구성되는 제3 클러치; 및 상기 입력축과 상기 제2축 사이에 구성되는 제4 클러치로 이루어지고, 상기 2개의 브레이크는 상기 제1축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 및 상기 제2축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 2개의 트랜스퍼 기어 유닛은 상기 제3축과 상기 제7축 사이에서, 상기 제3축에 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어와, 상기 제7축에 연결되는 제1 트랜스퍼 드리븐 기어로 이루어지는 제1 트랜스퍼 기어 유닛; 및 상기 제4축과 상기 제6축 사이에서, 상기 제4축에 연결되는 제2 트랜스퍼 드라이브 기어와, 상기 제6축에 연결되는 제2 트랜스퍼 드리븐 기어로 이루어지는 제2 트랜스퍼 기어 유닛으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어로 이루어지며, 상기 제1 회전요소는 제1 선기어, 상기 제2 회전요소는 제1 유성캐리어, 제3 회전요소는 제1 링기어로 이루어지고, 상기 제2 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어로 이루어지며, 상기 제4 회전요소는 제2 선기어, 상기 제5 회전요소는 제2 유성캐리어, 제6 회전요소는 제2 링기어로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 2개의 유성기어세트를 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 유성기어세트 외에 2개의 트랜스퍼 기어 유닛을 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어비 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유성기어트레인은 전진 5속 이상의 변속단을 구현하여 다단화에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인에 적용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 통하여 상세하게 설명한다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 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 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 입력축(IS), 출력축(OS), 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2), 2개의 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)(TF2), 및 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)와 1개의 브레이크(B1)로 이루어지는 결합요소를 포함한다.

상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 토크 컨버터를 통해 토크 변환이 이루어져 입력될 수 있다.

상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 변속된 구동력을 차동장치를 통해 구동축으로 전달할 수 있다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 상기 입력축(IS)상의 외주 측에 배치되고, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 상기 출력축(OS)상의 외주 측에 배치된다.

상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제1 피니언 기어(P1)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 복수의 제1 피니언 기어(P1)와 내접 치합되어 상기 제1 선기어(S1)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.

상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제2 피니언 기어(P2)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 복수의 제2 피니언 기어(P2)와 내접 치합되어 상기 제2 선기어(S2)와 동력 연결되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.

여기서, 상기한 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)는 제1 내지 제6 회전요소(N1~N6)가 각각 독립적으로 작동하면서, 입력축과 선택적으로 연결되는 하나의 축과 함께, 전체 7개의 축(TM1 ~ TM7)을 보유하면서 작동한다.

즉, 상기 6개의 회전요소(N1 ~ N6)와 입력축(IS) 및 출력축(OS)은 7의 축(TM1 ~ TM7), 3개의 클러치(C1 ~ C3), 1개의 브레이크(B1), 2개의 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)(TF2)에 의하여 상호 선택적으로 연결되면서 전진 5속의 변속단을 구현한다.

상기 7개의 축(TM1 ~ TM7)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1축(TM1)은 제1 회전요소{N1; 제1 선기어(S1)}와 고정 연결되고, 상기 입력축(IS)과 변속기 하우징(H)에 각각 선택적으로 연결되면서 선택적인 입력요소 또는 선택적인 고정요소로 작동된다.

상기 제2축(TM2)은 제2 회전요소{N2; 제1 유성캐리어(PC1)}와 고정 연결되고, 상기 입력축(IS)과 고정 연결되어 항상 입력요소로 작동된다.

상기 제3축(TM3)은 제3 회전요소{N3; 제1 링기어(R1)}와 고정 연결된다.

상기 제4축(TM4)은 입력축(IS)과 선택적으로 연결되는 축으로, 선택적인 입력요소로 작된다.

상기 제5축(TM5)은 제4 회전요소{N4; 제2 선기어(S2)}와 고정 연결되고, 상기 출력축(OS)과 고정 연결되어 항상 출력요소로 작동된다.

상기 제6축(TM6)은 제5 회전요소{N5; 제2 유성캐리어(PC2)}와 고정 연결되고, 상기 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)을 개재하여 상기 제4축(TM4)과 외접 기어 연결된다.

상기 제7축(TM7)은 제6 회전요소{N6; 제2 링기어(R2)}와 고정 연결되고, 상기 제5축(TM5)과 선택적으로 연결되며, 상기 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)을 개재하여 상기 제3축(TM3)과 외접 기어 연결된다.

여기서, 7개의 축(TM1 ~ TM7)은 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 고정적으로 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.

또한, 상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 출력축을 포함하여 해당 축을 통하여 연결된 복수의 회전요소와 해당 축이 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 복수의 회전요소와 해당 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.

또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 입력축과 출력축을 포함하여 복수의 축이 결합요소를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되거나, 해당 축이 결합요소를 통해 변속기 하우징에 고정 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.

즉, 결합요소가 복수의 축을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 복수의 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 복수의 축의 연결이 해제된다.

또한, 결합요소가 해당 축과 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 해당 축은 변속기 하우징에 고정적으로 연결되어 고정되고, 결합요소가 해제되면, 해당 축은 회전 가능한 상태가 된다.

그리고 상기 7개의 축(TM1 ~TM7) 중에서, 입력축(IS)과 축 또는 축과 축을 선택적으로 연결하는 부분에는 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.

또한, 상기 7개의 축(TM1 ~ TM7) 중에서, 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 브레이크(B1)가 배치된다.

즉, 상기 4개의 결합요소인 상기 3개의 클러치(C1 ~ C3)와 1개의 브레이크(B1)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.

상기 제1 클러치(C1)는 입력축(IS)과 제1축{TM1; 제1 회전요소(N1)} 사이에 배치되어 입력축(IS)과 제1축(TM1)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제2 클러치(C2)는 제5축{TM5; 제4 회전요소(TM4)}와 제7축{TM7; 제6 회전요소(N6)} 사이에 배치되어 제5축(TM5)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 함으로써, 제2 유성기어세트(PG2)가 하나로 회전하는 상태가 되면서 동력 전달이 이루어지도록 한다.

상기 제3 클러치(C3)는 제4축(TM4)과 제6축{TM6; 제5 회전요소(N5)} 사이에 배치되어 제4축(TM4)과 제6축(TM6)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.

상기 제1 브레이크(B1)는 제1축{TM1: 제1 회전요소(N1)}과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제1축(TM1)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.

상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1)로 이루어지는 각 결합요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 축과 축을 외접 기어 연결하는 부분에 2개의 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)(TF2)이 배치된다.

상기 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)은 제3축{TM3; 제3 회전요소(N3)}에 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어(TF1a)와, 제7축{TM7; 제6 회전요소(N6)}에 연결되는 제1 트랜스퍼 드리븐 기어(TF1b)로 이루어지며, 상기 제3축(TM3)과 제7축(TM7)을 외접 기어 연결한다.

상기 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)은 제4축(TM4)에 연결되는 제2 트랜스퍼 드라이브 기어(TF2a)와, 상기 제6축{TM6; 제5 회전요소(N5)}에 연결되는 제2 트랜스퍼 드리븐 기어(TF2b)로 이루어지며, 상기 제4축(TM4)과 제6축(TM6)을 외접 기어 연결한다.

상기 제1, 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)(TF2)에 의하여 연결되는 각각의 축은 상호 반대방향으로 회전하게 되며, 이들 제1, 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)(TF2)의 기어비는 변속기에서 요구하는 변속비에 따라 설정되는데, 본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 유성기어세트(PG1)에서 제2 유성기어세트(PG2)로 동력이 전달될 때 서로 다른 기어비로 감속되어 전달될 수 있도록 설정하고 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에 작용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인은 각 변속단에서 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1 브레이크(B1) 중, 2개의 결합요소가 작동하면서 전진 5속 변속단까지의 변속이 이루어지며, 일 예에 의한 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

[전진 1속]

전진 1속 변속단(D1)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제1축(TM1)이 고정 연결되어 상시 입력요소인 제2축(TM2)과 함께, 제1축(TM1)으로도 입력이 이루어져 제1 유성기어세트(PG1)가 입력과 동일한 회전속도로 하나로 회전하는 상태가 된다.

또한, 제2 클러치(C2)의 작동에 의해 제4축(TM4)과 제7축(TM7)이 고정 연결되어 제2 유성기어세트(PG2)가 하나로 회전하는 된 상태가 된다.

그러면, 상기 제1 유성기어세트(PG1)의 제3축(TM3)의 회전동력은 입력과 동일하게 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)의 기어비에 따라 제7축(TM7)으로 역회전 입력되고, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 제7축(TM7)을 통해 입력되는 회전 동력을 입력 그대로 출력축(OS)으로 출력하여 전진 1속의 주행이 이루어지도록 한다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(D2)에서는 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의해 제1 유성기어세트(PG1)는 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하는 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력되는 회전동력은 제3축(TM3)을 통해 입력보다 증속되어 출력된다.

그러면, 상기 제1 유성기어세트(PG1)의 제3축(TM3)을 통해 입력보다 증속된 회전동력은 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)의 기어비에 따라 제7축(TM7)으로 역회전 입력되고, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 제7축(TM7)을 통해 입력되는 회전 동력을 출력축(OS)으로 출력하여 상기 전진 1속 보다 증속된 전진 2속의 주행이 이루어지도록 한다.

[전진 3속]

전진 3속 변속단(D3)에서는 제2, 제3 클러치(C2)(C3)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 상시 입력요소인 제2축(TM2)과 함께, 제4축(TM4)으로도 입력이 이루어진다.

그러면, 상기 제4축(TM4)의 회전동력은 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)의 기어비에 따라 제2속보다 증속되어 제6축(TM6)으로 역회전 입력되며, 하나로 회전하는 제2 유성기어세트(PG2)는 제6축(TM6)을 통해 입력되는 회전동력을 입력 그대로 출력축(OS)으로 출력하여 상기 전진 2속 보다 증속된 전진 3속의 주행이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 제1 유성기어세트(PG1)에서는 제2축(TM2)이 상시 입력요소로 입력축(IS)으로부터 회전동력이 입력되지만 3속 변속에는 아무런 영향을 미치지 않고, 제7축(TM7)을 통해 제3축(TM3)으로 전달되는 회전동력의 회전수 차이에 의하여 제1축(TM1)이 공전의 상태가 된다.

[전진 4속]

전진 4속 변속단(D4)에서는 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

또한, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 상시 입력요소인 제2축(TM2)과 함께, 제4축(TM4)으로도 입력이 이루어진다.

그러면, 상기 제1 유성기어세트(PG1)의 제3축(TM3)을 통해 입력보다 증속된 회전동력은 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)의 기어비에 따라 제7축(TM7)으로 역회전 입력되고, 상기 제4축(TM4)의 회전동력은 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)의 기어비에 따라 증속되어 제6축(TM6)으로 역회전 입력된다.

이에, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 상기 제7축(TM7)의 회전속도와 제6축(TM6)의 회전속도 차이에 의하여 변속이 이루어져 약간의 오버 드라이브 상태인 전진 4속의 주행이 이루어지도록 한다.

[전진 5속]

전진 5속 변속단(D5)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)가 동시에 작동된다.

또한, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 제4축(TM4)으로도 입력이 이루어진다.

그러면, 상기 제1 유성기어세트(PG1)의 제3축(TM3)의 입력과 동일한 회전동력은 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)의 기어비에 따라 제2 유성기어세트(PG2)의 제7축(TM7)으로 역회전 입력되고, 상기 제4축(TM4)의 회전동력은 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)의 기어비에 따라 증속되어 제6축(TM6)으로 역회전 입력된다.

이에, 제2 유성기어세트(PG2)에서는 상기 제7축(TM7)의 회전속도가 상기 전진 6속 보다 작게 입력되면서 상기 제7축(TM7)의 회전속도와 제6축(TM6)의 회전속도 차이에 의하여 변속이 이루어져 상기 전진 4속 보다 증속된 전진 5속의 주행이 이루어지도록 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인에 작용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유성기어트레인은 제1 실시 예의 유성기어트레인과 비교하여 제2축(TM2)을 입력축(IS)에 선택적으로 연결하는 차이점이 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 유성기어세트(PG1)의 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되는 제2축(TM2)이 입력축(IS)과 고정 연결되어 항상 입력요소로 작동하였으나, 제2 실시 예에서는 제1 유성기어세트(PG1)의 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되는 제2축(TM2)이 제4 클러치(C4)를 통하여 입력축(IS)과 선택적으로 연결되어 선택적 입력요소로 작동하였다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 제2축(TM2)과 입력축(IS)사이에 제4 클러치(C4)가 추가되는 것을 제외하고, 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)로 구성되어 6개의 회전요소(N1)(N2)(N3)(N4)(N5)(N6)를 보유하는 점과, 7개의 축(TM1 ~ TM7)으로 구성되는 점이 동일하고, 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3), 및 제1 브레이크(B1)의 연결 관계가 동일하여 구성의 상세한 설명은 생략한다.

단, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에서는 변속과정에 있어서, 제1 실시 예와 비교하여 전진 1속, 전진 2속, 전진 4속, 전진 5속에서, 상기 제4 클러치(C4)가 작동하고, 전진 3속에서는 변속에 영향을 미치지 않는 제1 브레이크(B1)가 전진 4속에서 대비하여 예비 작동할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인은 상기 제1 실시 예의 유성기어트레인과 비교하여 제2축(TM2)을 입력축(IS)에 선택적으로 연결하고, 제2축(TM2)과 변속기 하우징(H) 사이에 제2 브레이크(B2)를 추가 배치한 차이점이 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 유성기어세트(PG1)의 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되는 제2축(TM2)이 입력축(IS)과 고정 연결되어 항상 입력요소로 작동하였으나, 제3 실시 예에서는 제1 유성기어세트(PG1)의 제2 회전요소(N2)와 고정 연결되는 제2축(TM2)이 제4 클러치(C4)를 통하여 입력축(IS)과 선택적으로 연결되어 선택적인 입력요소로 작동하고, 제2 브레이크(B2)를 통해 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결되어 선택적인 고정요소로 작동되도록 하여 전진 7속과 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있도록 하였다.

이와 같이, 본 발명의 제3 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 제2축(TM2)이 입력축(IS)과 변속기 하우징(H)과의 사이에 각각 제4 클러치(C4)와 제2 브레이크(B)를 추가하여 선택적인 입력요소와 선택적인 고정요소가 되는 것을 제외하고, 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)로 구성되어 6개의 회전요소(N1)(N2)(N3)(N4)(N5)(N6)를 보유하는 점과, 7개의 축(TM1 ~ TM7)으로 구성되는 점이 동일하고, 결합요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3), 및 제1 브레이크(B1)의 연결 관계가 동일하여 구성의 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유성기어트레인에 작용되는 결합요소의 변속단별 작동표이다.

단, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유성기어트레인에서는 전진 5속을 구현하고 있으나, 제3 실시 예에서는 각 변속단에서 결합요소인 제1, 제2, 제3, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2) 중, 3개의 결합요소가 작동하면서 전진 7속 및 후진 1속 변속단을 구현할 수 있으며, 일 예에 의한 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.

[전진 1속]

전진 1속 변속단(D1)에서는 실시 예2의 전진 1속과 동일하며, 제1, 제2, 제4 클러치(C1)(C2)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제1축(TM1)이 고정 연결되고, 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제2축(TM2)이 고정 연결되어 제1축(TM1), 제2축(TM2)으로 입력이 이루어져 제1 유성기어세트(PG1)가 입력과 동일한 회전속도로 하나로 회전하는 상태가 된다.

[전진 2속]

전진 2속 변속단(D2)에서는 실시 예2의 전진 2속과 동일하며, 제2, 제4 클러치(C2)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제2축(TM2)이 고정 연결되고, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의해 제1 유성기어세트(PG1)는 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하는 상태에서, 제2축(TM2)으로 입력되는 회전동력은 제3축(TM3)을 통해 입력보다 증속되어 출력된다.

[전진 3속]

전진 3속 변속단(D3)에서는 실시 예2의 전진 3속과 동일하며, 제2, 제3 클러치(C2)(C3)가 동시에 작동된다. 이때, 제1 브레이크(B1)는 전진 4속에 대비하여 예비 작동 가능하다.

이에 따라, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 제4축(TM4)으로 입력이 이루어진다.

이때, 상기 제1 유성기어세트(PG1)에서는 3속 변속에는 아무런 영향을 미치지 않고, 제7축(TM7)을 통해 제3축(TM3)으로 전달되는 회전동력의 회전수 차이에 의하여 제1축(TM1)과 제2축(TM2)이 공전의 상태가 된다.

[전진 4속]

전진 4속 변속단(D4)에서는 실시 예2의 전진 4속과 동일하며, 제3, 제4 클러치(C3)(C4)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.

또한, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 상기 제2축(TM2)과 함께, 제4축(TM4)으로도 입력이 이루어진다.

[전진 5속]

전진 5속 변속단(D5)에서는 실시 예2의 전진 5속과 동일하며, 제1, 제3, 제4 클러치(C1)(C3)(C4)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 클러치(C1)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제1축(TM1)이 고정 연결되고, 제4 클러치(C4)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제2축(TM2)이 고정 연결되어 제1축(TM1)과 제2축(TM2)으로 입력이 이루어져 제1 유성기어세트(PG1)가 입력과 동일한 회전속도로 하나로 회전하는 상태가 된다.

[전진 6속]

전진 6속 변속단(D6)에서는 제1 실시 예와 비교하여 추가되는 변속단으로, 제3 클러치(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 유성기어세트(CPG)는 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)의 작동에 의해 제1축(TM1)과 제2축(TM2)이 변속기 하우징(H)에 고정되어 전체가 회전방향으로 고정되며, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 제4축(TM4)으로 입력이 이루어진다.

그러면, 회전 고정된 제1 유성기어세트(PG1)의 제3축(TM3)과 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)으로 동력 연결된 제2 유성기어세트(PG2)의 제7축(TM7)도 고정요소로 작동하고, 상기 제4축(TM4)의 회전동력은 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)의 기어비에 따라 증속되어 제6축(TM6)으로 역회전 입력된다.

이에, 제2 유성기어세트(PG2)는 제7축(TM7)이 고정요소로 작동하면서, 제6축(TM6)으로 입력되는 회전동력이 제5축(TM5)을 통하여 증속하여 출력함으로 상기 전진 5속 보다 증속된 전진 6속의 주행이 이루어지도록 한다.

[전진 7속]

전진 7속 변속단(D7)에서는 제1 실시 예와 비교하여 추가되는 변속단으로, 제1, 제3 클러치(C1)(C3)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 유성기어세트(PG1)에서는 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제1축(TM1)이 입력축(IS)과 고정 연결되면서 제1축(TM1)으로 입력이 이루어지고, 제2 브레이크(B2)의 작동에 의해 제2축(TM2)이 변속기 하우징(H)에 고정되고, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 입력축(IS)과 제4축(TM4)이 고정 연결되어 제4축(TM4)으로 입력이 이루어진다.

그러면, 제1 유성기어세트(PG)는 제3축(TM3)을 통해 입력보다 감속된 역회전 동력을 출력하며, 상기 제3축(TM3)의 역회전 동력은 제1 트랜스퍼 기어 유닛(TF1)의 기어비에 따라 제2 유성기어세트(PG2)의 제7축(TM7)으로 정회전 입력된다.

또한, 제3 클러치(C3)의 작동에 의해 상기 제4축(TM4)의 회전동력은 제2 트랜스퍼 기어 유닛(TF2)의 기어비에 따라 증속되어 제6축(TM6)으로 역회전 입력된다.

이에, 제2 유성기어세트(PG2)에서는 상기 제7축(TM7)의 정회전 회전속도와 제6축(TM6)의 역회전 회전속도 차이에 의하여 상기 전진 6속 보다 더욱 증속된 전진 7속의 주행이 이루어지도록 한다.

[후진]

후진 변속단(REV)에서는 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.

이에 따라, 제1 유성기어세트(PG1)에서는 제1 클러치(C1)의 작동에 의하여 제1축(TM1)이 입력축(IS)과 고정 연결되면서 제1축(TM1)으로 입력이 이루어지고, 제2 브레이크(B2)의 작동에 의해 제2축(TM2)이 변속기 하우징(H)에 고정된다.

이에, 상기 제2 유성기어세트(PG2)는 제7축(TM7)을 통해 입력되는 회전 동력을 입력 그대로 출력하여 후진 주행이 이루어지도록 한다.

상기 변속 과정의 설명에서 정회전이라고 함은 엔진의 회전 방향과 동일 방향이고, 역회전이라고 함은 엔진의 회전 방향과 반대 방향을 의미할 뿐, 직진 및 후진의 회전방향을 의미하는 것은 아니다.

상기에서와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 유성기어트레인은 2개의 유성기어세트를 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 입력축과 출력축에 나누어 배치함으로써, 전장이 축소되어 탑재성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 유성기어트레인은 유성기어세트 외에 2개의 트랜스퍼 기어 유닛을 적용함으로써, 자유로운 기어 잇수 변경으로 차량별 최적의 기어비를 설정할 수 있으며, 요구 성능 조건에 맞도록 기어비 변경이 가능하여 발진 성능을 향상시킴으로써, 기존의 토크 컨버터를 삭제하고 발진 클러치의 적용이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 유성기어트레인은 전진 5속 이상의 변속단을 구현하여 다단화에 따른 동력 전달 성능 향상과 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

B1,B2... 제1, 제2 브레이크
C1,C2,C3,C4 ... 제1, 제2, 제3, 제4 클러치
PG1,PG2... 제1, 제2 유성기어세트
N1,N2,N3,N4,N5,N6... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 회전요소
S1,S2... 제1, 제2 선기어
PC1,PC2... 제1, 제2 유성캐리어
R1,R2... 제1, 제2 링기어
IS... 입력축
OS... 출력축
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7...제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7축

Claims

제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 제1 유성기어세트;
제4, 제5, 제6 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
상기 제1 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 입력축; 및
상기 입력축과 평행하게 배치되며, 상기 제2 유성기어세트가 외주 측에 배치되는 출력축을 포함하며,
상기 제1 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제1축;
상기 제2 회전요소와 고정 연결되고, 상기 입력축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제2축;
상기 제3 회전요소와 고정 연결되는 제3축;
상기 입력축과 선택적으로 연결되는 제4축;
상기 제4 회전요소와 고정 연결되고, 상기 출력축과 고정 연결되는 제5축;
상기 제5 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제4축과 외접 기어 연결되는 제6축;
상기 제6 회전요소와 고정 연결되고, 상기 제5축과 선택적으로 연결되고, 상기 제3축과 외접 기어 연결되는 제7축; 및
상기 제3축과 상기 제7축, 및 상기 제4축과 상기 제6축 사이에 각각 한 쌍의 외접기어로 구성되는 제2 트랜스퍼 기어 유닛;
을 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
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제1항에 있어서,
상기 유성기어트레인은
상기 입력축과 제1축, 상기 제5축과 제7축, 상기 입력축과 제4축, 및 상기 입력축과 제2축을 각각 선택적으로 연결하는 4개의 클러치; 및
상기 제1축, 상기 제2축을 각각 변속기 하우징에 선택적으로 연결하는 2개의 브레이크;
를 더 포함하는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제9항에 있어서,
상기 4개의 클러치는
상기 입력축과 상기 제1축 사이에 구성되는 제1 클러치;
상기 제5축과 상기 제7축 사이에 구성되는 제2 클러치;
상기 입력축과 상기 제4축 사이에 구성되는 제3 클러치; 및
상기 입력축과 상기 제2축 사이에 구성되는 제4 클러치로 이루어지고,
상기 2개의 브레이크는
상기 제1축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제1 브레이크; 및
상기 제2축과 변속기 하우징 사이에 구성되는 제2 브레이크로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 2개의 트랜스퍼 기어 유닛은
상기 제3축과 상기 제7축 사이에서, 상기 제3축에 연결되는 제1 트랜스퍼 드라이브 기어와, 상기 제7축에 연결되는 제1 트랜스퍼 드리븐 기어로 이루어지는 제1 트랜스퍼 기어 유닛; 및
상기 제4축과 상기 제6축 사이에서, 상기 제4축에 연결되는 제2 트랜스퍼 드라이브 기어와, 상기 제6축에 연결되는 제2 트랜스퍼 드리븐 기어로 이루어지는 제2 트랜스퍼 기어 유닛으로 이루어지는 차량용 자동 변속기의 유성기어트레인.
제1항에 있어서,
상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어로 이루어지며, 상기 제1 회전요소는 제1 선기어, 상기 제2 회전요소는 제1 유성캐리어, 제3 회전요소는 제1 링기어로 이루어지고,
상기 제2 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어로 이루어지며, 상기 제4 회전요소는 제2 선기어, 상기 제5 회전요소는 제2 유성캐리어, 제6 회전요소는 제2 링기어로 이루어지는 차량용 자동변속기의 유성기어트레인.