KR20070053059A - Automatic transmission - Google Patents

Abstract

구동축의 동력을 여러 축에 분배하고 각 축에 속응성 일방향 클러치를 연결하여 이들 클러치 출력단 축들을 속도합성 기능이 있는 유성기어 입력단에 연결하며 유성기어에의 합성속도 출력축을 피동축에 연결토록 구성한 후, 일방향 클러치들의 연결 또는 단절 상태 조합에 따라 피동축에 다양한 회전속도를 나타내도록 하는 자동변속기 연출방법. 또한, 회전기계장치의 구성 및 원리를 설명하기 위해 회전기계요소의 기능만을 나타내는 기호의 제안.After distributing the power of the drive shaft to several axes and connecting the one-way clutch to each axis, these clutch output stage shafts are connected to the planetary gear input terminal with speed synthesis function, and the composite speed output shaft to the planetary gear is connected to the driven shaft. , Automatic transmission directing method to display a variety of rotational speed to the driven shaft according to the combination of the connection or disconnection state of the one-way clutch. In addition, in order to explain the structure and principle of the rotary mechanism, the suggestion of a sign indicating only the function of the rotary mechanical element.

자동변속기 Automatic transmission

Description

자동변속기{Automatic Transmission}Automatic Transmission {Automatic Transmission}

도 1은 자동변속기 구성방법1 is an automatic transmission configuration method

도 2는 기계요소 기호의 정의2 is the definition of machine element symbols

도 3은 기호로 표현된 자동변속기구성3 is an automatic transmission mechanism represented by a symbol.

도 4는 세 개의 회전속도 비 요소가 있는 자동변속기4 shows an automatic transmission with three speed ratio elements.

도 5는 자동변속기 실시 예5 is an embodiment of an automatic transmission

도 6은 기호 사용 예6 is a symbol usage example

자동변속기는 자동차와 같이 부하가 요구하는 회전속도와 토크가 수시로 변화되는 곳에서 원동기와 부하간에 동력을 효과적으로 전달하기 위하여 사용하는 것으로서 종래의 자동변속기는 풀리의 지름을 변화시켜 속도 비를 변경시키는 것 또는 유압펌프와 유압터빈의 조합을 이루어 펌프와 터빈의 가이드벤을 변경시키는 것 등이 있다.The automatic transmission is used to effectively transmit power between the prime mover and the load where the rotational speed and torque required by the load change frequently, such as an automobile. The conventional automatic transmission changes the speed ratio by changing the diameter of the pulley. Alternatively, a combination of a hydraulic pump and a hydraulic turbine may be used to change the guide ben of the pump and the turbine.

풀리의 지름을 변경시키는 것은 벨트를 사용하므로 내구성이 짧고 본질적으로 마찰에 의한 동력전달이므로 미끄럼에 의한 마찰손실이 비교적 크다.Changing the diameter of the pulley uses a belt, so the durability is short and the frictional power loss due to the sliding is relatively large since the power transmission by the friction is intrinsically.

유압펌프와 유압터빈의 조합인 경우에는 기어를 이용한 변속기보다 효율이 낮고 가격이 비싸며 작동 유체의 취급과 유지보수가 어려운 문제점이 있다.In the case of the combination of the hydraulic pump and the hydraulic turbine, there is a problem that the efficiency is lower than the transmission using the gear, the price is high, and the handling and maintenance of the working fluid is difficult.

본 발명은 마찰에 의한 동력전달이나 작동 유체를 사용한 방식을 피하고 본질적으로 효율이 좋은 기어와 마찰손실이 거의 없는 전기식 클러치를 주요 기계요소로 구성하고 부하가 요구하는 속도 비를 검출하여 전기식 클러치를 전자적으로 제어하여 자동변속기의 특성이 있는 장치를 연출할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention avoids frictional power transmission or the use of a working fluid, and consists of an electric clutch which is inherently efficient with almost no friction loss as the main mechanical elements, and detects the speed ratio required by the load to electronically produce the electric clutch. The present invention relates to a method capable of producing a device having the characteristics of an automatic transmission by controlling the same.

자동변속기 특성을 나타내는 방법을 도 1을 예로 하여 설명한다.A method of representing automatic transmission characteristics will be described with reference to FIG. 1 as an example.

본 발명의 자동변속기는 구동축(1)의 동력을 유성기어(2)(4)에 회전력을 전달하고 전자식 제어명령신호(도 1에서 그림 표기 생략)를 받는 속응성 전기식 클러치(5)(6)로 구동축(1) 회전력을 유성기어 각 기어에 적절히 온-오프 제어로 연결하거나 단절시키게 하고 유성기어 출력이 피동축(3)으로 전해지도록 구성한 장치를 연출하고 유성기어 각 기어 마다 고유로 정해진 변속비에 따라 결정되는 피동축(3)의 합성 회전속도가 그 변속기가 장착된 기계계통에서 요구하는 적절한 값이 되도록 제어할 수 있는 자동변속기이다. 본 발명에서 설명하는 속응성 클러치는 그림에는 생략하였으나 클러치 외부 고정된 위치에서 전기 등으로 축과 축을 연결 또는 단절시킬 수 있는 것을 말한다.The automatic transmission of the present invention transmits the power of the drive shaft 1 to the planetary gears (2) and (4), and the quick response electric clutch (5) (6) receives an electronic control command signal (not shown in FIG. 1). Low-power drive shaft (1) connects or disconnects the rotational force to each gear of the planetary gear with on-off control, and directs the gear configured to transmit the planetary gear output to the driven shaft (3). It is an automatic transmission that can be controlled so that the combined rotational speed of the driven shaft 3 determined according to this is an appropriate value required by the mechanical system in which the transmission is mounted. Although the quick response clutch described in the present invention is omitted in the figure, it means that the shaft and the shaft can be connected or disconnected by electric, etc. at a fixed position outside the clutch.

본 발명의 장치를 설계시 고려해야할 주요 기술은 다음과 같다.The main techniques to consider when designing the device of the present invention are as follows.

첫째, 본 발명의 장치는 본질적으로 단속적인 동력전달이므로 변속비를 바꿀 때 기계적 충돌이나 충격 또는 진동이 최소화 되도록 고려하여야한다. 기계적 진동은 탄성적 회전축결합 및 플라이휠을 이용하면 간단히 극복할 수 있다.First, the device of the present invention is inherently intermittent in power transmission, so consideration should be given to minimizing mechanical impact, shock or vibration when changing the speed ratio. Mechanical vibration can be overcome simply by using elastic rotary shaft couplings and flywheels.

둘째, 유성기어가 속도를 합하는 기능을 이루기 위해서는 클러치로 동력이 단절된 유성기어 요소는 역회전을 방지하기 위하여 브레이크를 걸어야한다. 본 발명의 장치에는 래치트 기어(7)(8)를 이용하거나 클러치(5)(6)를 역방향을 방지하는 기능이 있는 일방향 클러치로 대치하면 된다.Second, in order to achieve the function of speeding up the planetary gears, the planetary gear elements that are disconnected from the clutch must be braked to prevent reverse rotation. In the apparatus of the present invention, the ratchet gears 7 and 8 may be used or the clutches 5 and 6 may be replaced by a one-way clutch having a function of preventing the reverse direction.

먼저 유성기어가 두 속도를 합하는 기능을 발휘할 수 있다는 것을 설명한다.First, the planetary gears can be used to combine the two speeds.

유성기어의 선기어(4)와 링기어(2) 각각에 구동축동력을 두 개로 분배하여 연결하고 케리어기어(3)에 피동축을 연결했을 때 구동축 회전속도에 대한 피동축 회전속도를 구해보면 다음과 같다.When the drive shaft power is distributed to the sun gear (4) and the ring gear (2) of the planetary gear in two, and the driven shaft is connected to the carrier gear (3), the driven shaft rotation speed with respect to the drive shaft rotation speed is calculated as follows. same.

유성기어 각 기어에 대한 회전속도 일반식은 Nr + α × Ns - ( 1 + α ) × Nc = 0 이고, 여기서, Nr는 링기어 회전수, Ns는 선기어 회전수, Nc는 케리어기어 회전수이고 α는 선기어 잇수÷링기어 잇수로 계산되는 값이다. 이 식을 풀면,The general speed of rotation for each planetary gear is Nr + α × Ns-(1 + α) × Nc = 0, where Nr is ring gear speed, Ns is sun gear speed, Nc is carrier gear speed and α Is the value calculated from the number of sun gear teeth ÷ the number of ring gear teeth. If you solve this expression,

Nc = k₁·Nr k₂·Ns ............................. (1) _{Nc = k 1 · Nr k 2} · Ns ............................. (1)

여기서, k₁ = 1/(1 + α), k₂=α/(1 + α)이고 상수들이다.Where k ₁ = 1 / (1 + α), k ₂ = α / (1 + α) and are constants.

식 (1)은 케리어(3) 회전수가 링기어(2) 회전수의 일정 비와 선기어(4) 회전수의 일정 비의 합이라는 것을 나타낸다. Equation (1) indicates that the number of revolutions of the carrier 3 is the sum of the constant ratio of the rotations of the ring gear 2 and the constant ratio of the rotations of the sun gear 4.

이로써, 유성기어는 두 개의 구동축 속도를 합하는 기능이 있음을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the planetary gear has a function of summing the speeds of the two drive shafts.

구동축 동력을 두 개로 분배하는 방법은 평기어, 유성기어 등 여러 가지를 이용할 수 있다.As a method of distributing the drive shaft power into two, a spur gear and a planetary gear can be used.

앞으로 이어질 설명을 단순화하기 위하여 본 명세서에서 사용할 약속기호를 도 2에 나타내었다. 이 기호들은 기계요소의 물리적 형상이나 칫 수 또는 구성방법을 나타내는 것이 아니고 동력이 들어가는 곳과 나오는 곳을 표시하고 그 사이에서 발휘되는 기계요소의 기능만을 개념적으로 나타내기 위한 것이다.Promised symbols used in the present specification are shown in FIG. 2 to simplify the following description. These symbols do not indicate the physical shape, dimensions, or construction of the mechanical elements, but rather indicate where the power is coming in and out, and conceptually represent only the function of the mechanical elements exerted between them.

도 2에서 속도 합성기는 앞서 설명한 바와 같은 원리로 구동 측 속도를 합해주는 기능을 갖는 유성기어의 조합이다.In FIG. 2, the speed synthesizer is a combination of planetary gears having a function of adding the driving side speeds in the same manner as described above.

이 기호에는 ω_1, ω_{2, ...} ω_n과 같이 입력 회전속도를 표기할 수 있고, k₁, k₂,... k_n과 같이 각 입력 축에 대한 출력축 변속비를 표시할 수 있으며, ω_out와 같이 출력 회전속도를 표시할 수 있다.In this symbol, the input rotation speed can be indicated as ω _1, ω _{2, ...} ω _n, and the output shaft speed ratio for each input axis can be indicated as k ₁ , k ₂ , ... k _n . The output rotational speed can be indicated as ω _out .

도 2의 속도합성기는 다음 식과 같이 회전속도를 변환한다.The speed synthesizer of FIG. 2 converts the rotation speed as follows.

ω_out= k₁ω₁ + k₂ω₂ +,..., + k_{n ,} ω_n ω _out = k ₁ ω ₁ + k ₂ ω ₂ +, ..., + k _{n ,} ω _n

도 2에서 속도분배기는 앞서 설명한 바와 같이 구동축 동력을 여러 기어에 공급하기 위해 하나의 구동축 동력을 여러 축의 동력으로 변환 시키는 기어의 조합이다.In FIG. 2, the speed divider is a combination of gears for converting one drive shaft power into several shaft powers to supply drive shaft power to several gears as described above.

이 기호가 나타내는 기어 조합 장치는 다음 식과 같이 회전속도를 변환한다.The gear combination represented by this symbol converts the rotational speed as follows.

ω₁ = k₁ω_in, ω₂ = k₂ω_in,....,ω₂ = k_nω_in ω ₁ = k ₁ ω _in , ω ₂ = k ₂ ω _in , ...., ω ₂ = k _n ω _in

도 2에서 일방향 클러치는 래치트 등이 부가되어 역방향 방지기능이 있는 일방향성 클러치로 축과 축을 결합한 장치를 나타낸다. 왼쪽 선이 구동축(9) 오른쪽 선은 피동축(10)이다. (11)은 클러치 제어신호를 받아들이는 전기 또는 기계요소이다.In FIG. 2, the one-way clutch is a device in which a shaft and a shaft are coupled to each other by a one-way clutch having a ratchet or the like and a reverse direction preventing function. The left line is the drive shaft 9 and the right line is the driven shaft 10. Reference numeral 11 denotes an electric or mechanical element for receiving the clutch control signal.

도 2에서 플라이휠은 축의 일부에 일정 관성모멘트를 갖는 플라이휠 장치로서 축과 함께 회전하도록 구성된 것을 나타 낸다.2 shows that the flywheel is a flywheel device having a constant moment of inertia on a portion of the shaft and configured to rotate with the shaft.

도 2에서 탄성결합은 축과 축을 이어주는 카플링의 특성이 탄성인 것을 뜻한다.Elastic coupling in Figure 2 means that the characteristics of the coupling between the shaft and the axis is elastic.

도 2에서 기어결합은 기어 잇수에 따라 입력회전속도와 출력 회전속도가 정해지는 기어결합을 나타낸다.In FIG. 2, the gear coupling refers to a gear coupling in which an input rotation speed and an output rotation speed are determined according to the number of gear teeth.

도 2의 기호를 이용하여 도 1을 표기하면 도 3과 같이 매우 단순화 된다.Using FIG. 2 to indicate FIG. 1 is very simplified as shown in FIG.

본 발명의 다른 실시 예를 도 4에 나타내었다.Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 4.

도 4의 위에 있는 그림은 도 1에 표현된 기계장치조합으로 세 개 이상의 회전속도 성분을 분배하거나 합성할 수 있음을 설명하기 위한 것인데 등가적인 장치를 도 4의 아래 그림으로 나타내었다.The upper figure of FIG. 4 is for explaining that three or more rotational speed components can be distributed or synthesized by the combination of the mechanisms shown in FIG. 1, and an equivalent device is shown in the lower figure of FIG. 4.

본 발명의 장치를 구성하기 위한 기계요소로서 반드시 도 1에 나타낸 것만으로 제한되는 것은 아니고, 도 1보다 많은 기어구성으로 이루어진 유성기어나 평기어를 이용해서 기계요소의 수효는 더 줄일 수 있음은 공지의 지식으로 당연하므로 이 명세서에서는 그러한 설명은 생략한다.It is known that the mechanical elements for constructing the apparatus of the present invention are not necessarily limited to those shown in FIG. 1, and the number of mechanical elements can be further reduced by using planetary gears or spur gears having more gear configurations than FIG. 1. For the sake of knowledge, such description is omitted here.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 것으로 구동축 회전속도를 세 개로 분배하고 일방향 클러치 세 개를 통하여 회전속도를 합성한 후 피동축에 동력을 공급한다.Figure 5 shows another embodiment of the present invention distributes the drive shaft rotational speed to three, and synthesizes the rotational speed through three one-way clutch and supplies power to the driven shaft.

제어기는 피동축 속도와 토크를 검출하여 변속기의 클러치 조합을 자동으로 바꿔주는 전기신호를 발생한다. The controller detects the driven shaft speed and torque and generates an electrical signal that automatically changes the clutch combination of the transmission.

이 장치에서는 기계적 진동을 감소시키기 위해서 플라이휠과 탄성결합 축을 구성요소에 포함한 것이다.The device incorporates a flywheel and an elastic coupling shaft in the component to reduce mechanical vibrations.

클러치 세 개의 제어조합에 따라 구동축에 대한 피동축의 회전속도 비는 다음 표와 같이 여러 가지를 연출할 수 있다.According to the control combination of three clutches, the rotational speed ratio of the driven shaft to the drive shaft can be varied as shown in the following table.

클러치 12번 상태Clutch no.12 클러치 13번 상태Clutch state 13 클러치 14번 상태Clutch state 14 속도 비Speed rain 단절Disconnection 단절Disconnection 단절Disconnection 00 연결connect 단절Disconnection 단절Disconnection 0.70.7 단절Disconnection 연결connect 단절Disconnection 1.21.2 단절Disconnection 단절Disconnection 연결connect 1.81.8 연결connect 연결connect 단절Disconnection 1.91.9 연결connect 단절Disconnection 연결connect 2.52.5 단절Disconnection 연결connect 연결connect 3.03.0 연결connect 연결connect 연결connect 3.73.7

본 발명의 장치에서 임의의 회전속도를 갖는 원동기로부터 서로 다른 회전속도 비를 갖는 동력 전달 경로 수를 n개로 구성하고 각 각의 동력전달경로마다 일방향 클러치로 제어한다면 피동축에서 얻을 수 있는 속도의 수효 또는 구동축에 대한 피동축의 속도 비 수효는 피동축 속도가 0이 되는 경우를 포함하여 2ⁿ 개이다.In the apparatus of the present invention, if the number of power transmission paths having different rotation speed ratios from the prime mover having an arbitrary rotation speed is composed of n and the one-way clutch is controlled for each power transmission path, the number of speeds that can be obtained from the driven shaft is obtained. Alternatively, the speed ratio of the driven shaft relative to the drive shaft is 2 ⁿ including the case where the driven shaft speed becomes zero.

클러치를 제어하기 위해 피동기의 회전속도나 토크를 검출하는 방법, 검출된 회전속도나 토크 값에 따라 클러치제어용 신호조합을 만들어내는 방법, 또한 전기 클러치를 구동하기 위한 전기적 회로 등은 공지된 지식으로 본 명세서에는 설명을 생략한다.In order to control the clutch, a method of detecting the rotational speed or torque of the driven machine, a method of generating a signal combination for controlling the clutch according to the detected rotational speed or torque value, and an electric circuit for driving the electric clutch are known. The description is omitted here.

본 발명의 장치는 비교적 적은 수효의 동력전달 경로제어만으로 비교적 많은 수효의 속도 비를 연출할 수 있어서 자동차와 같이 피동축 회전속도가 수시로 변하는 기계에서 원동기의 동력을 원활히 피동축에 전달하기 위한 자동변속기를 용이하게 연출할 수 있다.The apparatus of the present invention can produce a relatively large number of speed ratios only by controlling a relatively small number of power transmission paths. It can be easily produced.

또한, 본 명세서에서 정의하고, 발명의 구성을 설명하기 위해 사용한 도 2의 기호는 회전기계 장치 요소의 구성방법을 매우 단순화시켜 표현할 수 있어 회전기계장치의 구성 및 원리를 설명하고 해석하는 것이 편리해 질 것이다. 이러한 기호는 전기회로와 유사성이 있으므로 복잡한 기계장치와 전기회로와 결합도 가능해 진다. 도 6은 전기장치와의 결합을 표시한 다른 예이다. 도 6의 16은 전동기를, 17은 발전기를, 18은 변속기 제어장치를 나타낸다.In addition, the symbols of FIG. 2 defined in the present specification and used to explain the construction of the invention can be expressed in a very simplified way of the construction of the components of the rotating machinery, so that it is convenient to explain and interpret the configuration and principles of the rotating machinery. will be. These symbols resemble electrical circuits, allowing them to be combined with complex machinery and electrical circuits. 6 shows another example of coupling to an electrical device. 6, 16 is an electric motor, 17 is a generator, and 18 is a transmission control apparatus.

Claims (2)

원동기 동력으로 회전하는 구동축(1) 회전력을 기어조합으로 여러 회전축으로 분배하고 각 축은 속응성 일방향 클러치들(5)(6)를 경유하여 여러 축 회전속도를 합하는 기능이 있도록 조합된 유성기어(4)(2)들에 연결하며 유성기어들로 합해진 동력이 출력되는 유성기어의 기어요소(3)를 피동축에 연결토록 구성한 후, 속응성 일방향 클러치들(5)(6)의 연결 또는 단절 상태 조합를 제어함으로써 피동축에 다양한 회전속도를 나타내도록 하는 자동변속기 연출방법.Drive shaft (1) rotating by prime mover power The planetary gear (4) combined to distribute the rotational force to the various rotation shafts by gear combinations, each of which is to combine the rotational speed of several shafts via quick-acting one-way clutches (5) (6) (2) and the gear element (3) of the planetary gear which outputs the combined power of the planetary gears are connected to the driven shaft, and then the fast-acting one-way clutches (5) (6) are connected or disconnected. A method of directing automatic transmissions in which various rotational speeds are displayed on a driven shaft by controlling combinations. 회전기계요소나 장치를 표시함에 있어 동력이 들어가는 곳과 나오는 회전축을 선으로 표시하고 두 회전축 사이에서 발휘되는 기계장치요소의 기능만을 개념적으로 나타내기 위해 도 2와 같이 표시하는 기호. Symbol for displaying as shown in Fig. 2 to conceptually indicate only the function of the mechanical device element to be exerted between the two rotary shafts in the line and the axis of rotation in the display of the rotating mechanical element or device.

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