KR970008223B1

KR970008223B1 - Invariable - transmission

Info

Publication number: KR970008223B1
Application number: KR1019930026033A
Authority: KR
Inventors: 김만식; 김정철; 김경환; 엄태관; 최영덕; 여인욱
Original assignee: 대우자동차 주식회사; 김태구
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1997-05-22
Also published as: KR950017359A

Abstract

The nonstop variable speed transmission is provide with an input shaft(1) passing through a torque converter(6) which is directly connected to a ring gear(8-r), a pump shaft(2) which is pivot-coupled to a pinion(8-p) of a planetary gear train(8), thereby functioning as a carrier and is coupled to an output shaft(5), and a turbine shaft which is connected to a stator gear(8-s) of the planetary gear train(8).

Description

무단변속기Continuously variable transmission

제1도는 본 발명에 사용되는 무단변속기의 구성을 보인 구조도.1 is a structural diagram showing the configuration of a continuously variable transmission used in the present invention.

제2도는 토오크 컨버터의 일반적 특성도.2 is a general characteristic diagram of a torque converter.

제3도는 본 발명의 속도비 특성도.3 is a speed ratio characteristic diagram of the present invention.

제4도는 본 발명의 구동토오크비 특성도.4 is a characteristic diagram of the drive torque ratio of the present invention.

제5도는 본 발명의 효율 특성도.5 is an efficiency characteristic diagram of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 입력축2 : 펌프축1: Input shaft 2: Pump shaft

3 : 터어빈축4 : 중간축3: turbine shaft 4: intermediate shaft

5 : 출력축6 : 토오크 컨버터5: output shaft 6: torque converter

6-P : 펌프 6-T : 터어빈6-P: Pump 6-T: Turbine

6-S : 스테이터 7 : 일방향 클러치6-S: Stator 7: One-way clutch

8 : 유성 기어 기구8-R : 링 기어8: planetary gear mechanism 8-R: ring gear

8-P : 피니언8-S : 선 기어8-P: Pinion 8-S: Sun Gear

9 : 하우징9: housing

본 발명은 무단변속기(Continuously Variable Transmission)에 관한 것으로, 특히 입력축이 관통할 수 있도록 속이 빈 펌프축이 취부되는 토오크 컨버터(Torque Converter)와 유성 기어 기구(Planetary Gear Train)를 사용하여 입력축의 회전 속도와 공급 동력, 출력축에 부과된 부하 그리고 토오크 컨버터의 특성에 따라 변속비(Speed Ratio)가 연속적이고 자동적으로 변하도록 고안된 무단변속기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a continuously variable transmission, and in particular, a rotation speed of an input shaft using a torque converter and a planetary gear train, in which a hollow pump shaft is mounted so that an input shaft can pass therethrough. The present invention relates to a continuously variable transmission designed to continuously and automatically change the speed ratio according to the supply power, the load imposed on the output shaft, and the characteristics of the torque converter.

일반적으로 변속기(Transmission)는 하나의 동력을 여러 부하 상태에 대응시키면서 출력축으로부터 여러 가지 다른 값의 속도를 얻기 위한 목적으로 사용되는 바, 대부분의 경우 변속기가 낼 수 있는 변속비의 수가 많을수록, 최대 변속비를 최소 변속비로 나눈 값이 클수록 바람직하다. 그 예로 통상적으로 널리 사용되고 있는 차량용 수동 변속기(Manual Transmission)와 자동변속기(Automatic Transmission)의 단수가 점차 증가하는 추세를 들 수 있다. 그러나 통상의 변속기에 있어서 변속비의 수가 증가하게 되면 변속기의 구조가 복잡해질 뿐만 아니라, 자동변속기의 경우 제어 수단이 복잡해지고 수동변속기의 경우 조작이 어려워진다.In general, transmission is used to obtain different speeds from the output shaft while one power corresponds to different load conditions. In most cases, the more transmission ratios that the transmission can provide, the higher the transmission ratio is. The larger the value divided by the minimum speed ratio, the better. For example, the number of stages of a manual transmission and a manual transmission for a vehicle, which are generally widely used, are gradually increasing. However, when the number of transmission ratios increases in a conventional transmission, not only the structure of the transmission is complicated, but also the control means are complicated in the case of the automatic transmission and the operation is difficult in the case of the manual transmission.

따라서 본 발명의 목적은 주어진 변속비 구간 내에서 연속적으로 무한히 많은 변속비 중에서 공급동력, 입력축의 회전 속도, 출력축에 부과된 부하 등에 따라 스스로 변속비를 선택하여 동력을 전달하므로써 조작이 편리하고 통상의 변속기에 비하여 상대적으로 구조가 간단하고 크기가 작고 저렴한 생산비로 제작할 수 있는 새로운 구조의 무단 변속기를 제공하려는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to conveniently operate the transmission ratio by selecting the transmission ratio according to the supply power, the rotational speed of the input shaft, and the load imposed on the output shaft among infinitely many transmission ratios within a given transmission ratio section. The company intends to provide a continuously variable transmission with a new structure that is relatively simple in structure, small in size and low in production cost.

본 발명의 이러한 목적은 입력축이 관통할 수 있도록 속이 빈 펌프축(Pump Shaft)을 갖는 토오크 컨버터와 이와 연결되는 유성 기어 기구 및 출력축을 사용하는 무단변속기에 의하여 달성된다.This object of the present invention is achieved by a torque converter having a hollow pump shaft so that the input shaft can penetrate, and a continuously variable transmission using a planetary gear mechanism and an output shaft connected thereto.

이하, 본 발명의 구성을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention in detail based on the accompanying drawings.

제1도는 토오크 컨버터(6)와 유성 기어 기구(8)를 이용한 본 발명 무단변속기의 구성을 도시한 구조도로서, 본 발명의 무단변속기는 입력축(1)과, 토오크 컨버터(6)와, 유성 기어 기구(8)와, 출력축(5)을 포함하여 구성되는 차량의 변속기에 있어서, 상기 토오크 컨버터(6)의 펌프(6-P)에 연결되고 상기 유성 기어 기구(8)의 피니언(8-P)과 피봇 결합되는 속이 빈 펌프축(2)과, 상기 펌프축(2)을 관통하여 상기 유성 기어 기구(8)의 링 기어(8-R)에 직결된 입력축(1)과, 상기 토오크 컨버터(6)의 터어빈(6-T)에 일단이 결합되고 타단은 상기 유성 기어 기구(8)의 선 기어(8-S)에 결합된 터어빈축(3)과, 상기 펌프축(2)과 상기 피니언(8-P)의 결합부에 연결되는 출력축(5)을 포함하여 이루어지는 것이다.1 is a structural diagram showing the configuration of the continuously variable transmission of the present invention using the torque converter 6 and the planetary gear mechanism 8. The continuously variable transmission of the present invention has an input shaft 1, a torque converter 6, and a planetary gear. In the transmission of the vehicle including the mechanism 8 and the output shaft 5, the pinion 8-P of the planetary gear mechanism 8 is connected to the pump 6-P of the torque converter 6. ), The hollow pump shaft (2) pivotally coupled, the input shaft (1) through the pump shaft (2) directly connected to the ring gear (8-R) of the planetary gear mechanism (8), and the torque converter One end is coupled to the turbine 6-T of (6) and the other end is the turbine shaft 3 coupled to the sun gear 8-S of the planetary gear mechanism 8, the pump shaft 2 and the It comprises an output shaft (5) connected to the engaging portion of the pinion (8-P).

보다 상세하게 설명하면, 상기 토오크 컨버터(6)는 제1도에 도시된 바와 같이, 자동차용 자동변속기에 통상적으로 사용되는 토오크 컨버터의 구성 요소인 펌프(Pump)(6-P), 터어빈(Turbine)(6-T), 스테이터(Stator)(6-S)를 갖고 있으며, 스테이터(6-S)는 일방향 클러치(7)를 통하여 중간축(4)에 의하여 하우징(9)에 결합되는데, 통상의 토오크 컨버터와는 달리 입력축(1)이 토오크 컨버터(6)를 관통할 수 있도록 토오크 컨버터 케이스에 속이 빈 펌프축(2)이 취부되어 있다.In more detail, as shown in FIG. 1, the torque converter 6 includes a pump 6-P and a turbine, which are components of a torque converter commonly used in an automatic transmission for a vehicle. (6-T) and a stator (6-S), which are coupled to the housing (9) by the intermediate shaft (4) via a one-way clutch (7). Unlike the torque converter, a hollow pump shaft 2 is attached to the torque converter case so that the input shaft 1 can pass through the torque converter 6.

상기 토오크 컨버터(6)를 관통한 입력축(1)은 유성 기어 기구(8)의 링 기어(Ring Gear)(8-R)와 일체로 거동하여 상대운동이 발생되지 않도록 하는 스플라인체결, 용접, 일체제작 등의 체결방법에 의하여 직결되고, 펌프축(2)은 상기 유성 기어 기구(8)의 피니언(Pinion)(8-P)에 피봇(Pivot) 결합되는데, 예컨데 펌프축(2)의 끝단에 스플라인을 사용하면 상기 피니언(8-P)을 피봇 결합으로 지지하는 캐리어와 스플라인 결합되고, 따라서 상기 펌프축(2)은 전체로서 유성 기어 기구(8)의 캐리어 역할을 하도록 형성되는 것이다.The input shaft 1 penetrating through the torque converter 6 behaves integrally with the ring gear 8-R of the planetary gear mechanism 8 to prevent relative motion from occurring. The pump shaft 2 is pivotally coupled to a pinion 8-P of the planetary gear mechanism 8, for example, at the end of the pump shaft 2. The use of the spline is splined with the carrier which supports the pinion 8-P by pivotal coupling, so that the pump shaft 2 is formed to act as a carrier of the planetary gear mechanism 8 as a whole.

본 발명 무단변속기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the continuously variable transmission of the present invention.

유성 기어 기구의 일반적인 동력전달 특성에 따르면, 동력은 선 기어(8-S)와 링 기어(8-R)로부터 피니언(8-P)을 통하여 캐리어로 전달되거나 또는 캐리어로부터 피니언(8-P)을 통하여 선 기어(8-S)와 링 기어(8-R)로 전달된다.According to the general power transmission characteristics of the planetary gear mechanism, power is transmitted from the sun gear 8-S and the ring gear 8-R to the carrier via the pinion 8-P or from the carrier to the pinion 8-P. Is transmitted to the sun gear 8-S and the ring gear 8-R.

따라서, 입력축(1)이 유성 기어 기구(8)의 링 기어(8-R)에 직결되는 본 발명의 구성에 따르면, 입력축(1)과 링 기어(8-R)로 동력이 들어와서 출력축(5)으로 동력이 전달되어야 하고, 이와같은 경우에는 반드시 선 기어(8-S)로부터 피니언(8-P)으로 전달되는 동력이 존재하여만 하기 때문에, 이를 위하여 선 기어(8-S)와 순차적으로 연결된 터어빈축(3), 터어빈(6-T), 펌프(6-P), 펌프축(2)은 선 기어(8-S) 방향으로 동력을 전달하여야만 한다.Therefore, according to the configuration of the present invention, in which the input shaft 1 is directly connected to the ring gear 8-R of the planetary gear mechanism 8, power is supplied to the input shaft 1 and the ring gear 8-R so that the output shaft ( 5) power must be transmitted, and in this case, there must be power transmitted from the sun gear 8-S to the pinion 8-P. The turbine shaft (3), the turbine (6-T), the pump (6-P), and the pump shaft (2) connected by means must transmit power in the direction of the sun gear (8-S).

상기한 본 발명에 따른 유성 기어 기구(8)의 동력전달 특성에 따라서 전체로서 캐리어로 작동하는 펌프축(2), 피니언(8-P), 출력축(5)의 결합체는 링 기어(8-R)와 선 기어(8-S)로부터 피니언(8-P)을 통하여 들어온 동력을 펌프축(2)과 출력축(5) 각각에 동력학적 평형이 이루어지는 크기로 나누어 전달하게 된다. 이때 펌프축(2)으로 전달되어 토오크 컨버터(6)의 펌프(6-P)와 터어빈(6-T) 그리고 터어빈축(3)을 거쳐서 유성 기어 기구(8)의 선 기어(8-R)로 전달되는 동력은 토오크 컨버터(6)를 거칠 때마다 토오크 컨버터(6)의 고유 특성에 따라 토오크가 증대되는 동력 변환을 일으키게 된다.The combination of the pump shaft 2, the pinion 8-P and the output shaft 5, which operate as a carrier as a whole in accordance with the power transmission characteristics of the planetary gear mechanism 8 according to the present invention described above, is a ring gear 8-R. ) And the power input through the pinion (8-P) from the sun gear (8-S) is divided into the magnitude of the dynamic equilibrium is transmitted to each of the pump shaft (2) and the output shaft (5). At this time, it is transmitted to the pump shaft (2) and the sun gear (8-R) of the planetary gear mechanism (8-R) via the pump (6-P), the turbine (6-T) and the turbine shaft (3) of the torque converter (6) The power transmitted to causes a power conversion in which the torque is increased according to the inherent characteristics of the torque converter 6 whenever the torque converter 6 passes.

유성 기어 기구는, 선 기어의 잇수를 링 기어의 잇수로 나눈 값을 λ라 하고, 선 기어, 링 기어, 그리고 캐리어의 회전속도를 각각 ωS, ωR, ωC라 하면 널리 알려진 바와 같이 다음 관계식을 만족한다.The planetary gear mechanism satisfies the following relations as is widely known, where the number of teeth of the sun gear divided by the number of teeth of the ring gear is λ and the rotational speeds of the sun gear, the ring gear and the carrier are ωS, ωR and ωC, respectively. do.

(1+λ)ωC=ωR+λωS(가)(1 + λ) ωC = ωR + λωS

(나) (I)

(다) (All)

(라) (la)

여기서 ωR은 본 발명의 입력축(1)의 회전 속도와, ωS는 출력축(5)의 회전 속도와 같으므로은 본 발명의 변속비와 같다.Since ω R is the rotational speed of the input shaft 1 of the present invention, and ωS is the same as the rotational speed of the output shaft 5 Is the same as the transmission ratio of the present invention.

토오크 컨버터는 펌프의 회전 속도와 토오크를 각각 ωP, TP, 터어빈의 회전 속도와 토오크를 각각 WT, TT라 하고, 터어빈의 회전 속도를 펌프의 회전속도로 나눈 값과 터어빈 토오크를 펌프 토오크로 나눈 값을 각각 토오크 컨버터의 속도비 SR, 토오크 컨버터의 토오크비 TR이라 하면 토오크 컨버터의 토오크비 TR은 속도비 SR의 함수로 표현될 수 있고, 속도비가 작으면 토오크비가 커지고 속도비가 크면 토오크비가 작아짐은 널리 알려져 있는 토오크 컨버터의 일반적인 특성을 제2도에서 보이는 바와 같다.The torque converter is the rotational speed and torque of the pump, ωP, TP, and the rotational speed and torque of the turbine are WT and TT, respectively. If the torque ratio is torque ratio SR and torque converter torque ratio TR, torque torque TR of torque converter can be expressed as a function of speed ratio SR. If the speed ratio is small, the torque ratio is large and if the speed ratio is large, the torque ratio is widely used. The general characteristics of the known torque converter are shown in FIG.

(마) (hemp)

(바) (bar)

TR=f(SR)(사)TR = f (SR)

여기서 ωP, ωT는 각각 본 발명에 사용되는 토오크 컨버터(6)의 펌프(6-P) 회전속도, 터어빈(6-T) 회전속도와 같고, 속도비 SR은 식(라)의 두 번째 식의 SR과 같다.Where ωP and ωT are the same as the pump (6-P) rotational speed and the turbine (6-T) rotational speed of the torque converter 6 used in the present invention, respectively, and the speed ratio SR is the second equation of the equation (D). Same as SR.

이와 같은 토오크 컨버터(6)의 특성과 제1도에서 보인 바와 같은 토오크 컨버터(6)와 유성 기어 기구(8)의 결합 방식에 의하여 입력축(1)으로 전달된 동력에 의하여 출력축(5)이 구동되는 경우, 변속비는 토오크 컨버터(6)의 속도비 SR이 0에서 1까지 변함에 따라에서 1까지 연속적으로 변화될 수 있고, 입력축(1)으로 전달되는 구동토오크와 출력축(5)으로 전달되는 구동토오크를 각각 T1, T5라 하면 다음과 관계식을 만족한다.The output shaft 5 is driven by the power transmitted to the input shaft 1 by the characteristic of the torque converter 6 and the coupling method of the torque converter 6 and the planetary gear mechanism 8 as shown in FIG. If the speed ratio is to be changed as the speed ratio SR of the torque converter 6 is changed from 0 to 1 It can be continuously changed from 1 to 1, and the driving torque delivered to the input shaft (1) and the drive torque delivered to the output shaft (5) T1, T5 satisfy the following relation.

(아) (Ah)

여기서 TR은 상기 식(사)와 동일하고, 토오크 컨버터의 속도비 SR에 대한 본 발명의 변속비 특성은 제3도에서 보이는 바와 같고, T5를 T1으로 나눈 값을 본 발명의 구동토오크비(Torque Ratio)라 하면 변속비에 대한 구동토오크비의 특성은 제4도에서 보인 바와 같다.Where TR is the same as the above formula (G), the speed ratio characteristic of the present invention with respect to the speed ratio SR of the torque converter is as shown in Figure 3, the value of T5 divided by T1 drive torque ratio of the present invention (Torque Ratio) ), The characteristics of the drive torque ratio with respect to the transmission ratio are as shown in FIG.

따라서, 본 발명은 입력축(1)의 구동토오크가 증가하거나 출력축(5)의 부하가 감소하면, 토오크 컨버터(6)의 속도비 SR이 증가하여 본 발명의 변속비가 증가하고, 토오크 컨버터(6)의 토오크비 TR이 감소하여 본 발명의 구동토오크비는 감소하고, 반대로 입력축(1)의 구동토오크가 감소하거나 출력축(5)의 부하가 증가하면 본 발명의 변속비는 감소하고 구동토오크비는 증가하는 특성을 나타낸다.Therefore, in the present invention, when the drive torque of the input shaft 1 is increased or the load of the output shaft 5 is decreased, the speed ratio SR of the torque converter 6 is increased to increase the speed ratio of the present invention, and the torque converter 6 is increased. The torque ratio TR of the present invention decreases and the driving torque ratio of the present invention decreases. On the contrary, when the driving torque of the input shaft 1 decreases or the load of the output shaft 5 increases, the transmission ratio of the present invention decreases and the driving torque ratio increases. Characteristics.

이상에서 설명된 본 발명의 무단변속기에 따르면, 입력축이 관통할 수 있도록 속이 빈 펌프축이 취부되는 토오크 컨버터(Torque Converter)와 유성 기어 기구(Planetary Gear Train)를 사용하는 무단변속기를 구성함으로써 입력축의 회전 속도와 공급 동력, 출력축에 부과된 부하 그리고 토오크 컨버터의 특성에 따라 변속비가 연속적이고 자동적으로 변하도록 함으로써, 조작이 편리하고 통상의 변속기에 비하여 상대적으로 구조가 간단하고 크기가 작고 저렴한 생산비로 제작할 수 있는 새로운 구조의 무단 변속기를 제공할 수 있게 한다.According to the continuously variable transmission of the present invention as described above, by forming a continuously variable transmission using a torque converter and a planetary gear train in which a hollow pump shaft is mounted so that the input shaft can pass therethrough. The transmission ratio is continuously and automatically changed according to the rotational speed, the supply power, the load imposed on the output shaft, and the characteristics of the torque converter, so that the operation is convenient and the structure is simpler, smaller in size, and lower in production cost than the ordinary transmission. To provide a continuously variable transmission with a new structure.

또한, 상기의 입력축, 토오크 컨버터, 유성 기어 기구 및 출력축으로 이루어지는 무단변속기와 함께 추가적으로 별도의 외접 기어 기구, 유성 기어 기구, 동력의 단속 기능을 하는 클러치나 브레이크, 차동기어(Differential Gear) 및 이들의 연결을 위한 중간축들을 구성하고, 상기 클러치와 브레이크의 단속을 제어하는 제어장치를 구비함으로써, 특히 자동차 등에의 응용이 적합하도록 출력축의 정/역회전(Forward/Reverse Rotation) 전환을 가능하게 할 수도 있다.In addition to the continuously variable transmission consisting of the input shaft, the torque converter, the planetary gear mechanism and the output shaft, an additional external gear mechanism, the planetary gear mechanism, a clutch or brake for controlling power, and a differential gear and their By constructing intermediate shafts for the connection, and having a control device for controlling the interruption of the clutch and brake, it is possible to switch the forward / reverse rotation of the output shaft to be particularly suitable for applications such as automobiles. have.

Claims

입력축(1)과, 토오크 컨버터(6)와, 유성 기어 기구(8)와, 출력축(5)을 포함하여 구성되는 변속기에 있어서, 상기 토오크 컨버터(6)의 펌프(6-P)에 연결되고 상기 유성 기어 기구(8)의 피니언(8-P)과 피봇 결합되는 속이 빈 펌프축(2)과, 상기 펌프축(2)를 관통하여 상기 유성 기어 기구(8)의 링 기어(8-R)에 직결된 입력축(1)과, 상기 토오크 컨버터(6)의 터어빈(6-T)에 일단이 결합되고 타단은 상기 유성 기어 기구(8)의 선기어(8-S)에 결합된 터어빈축(3)과, 상기 펌프축(2)과 상기 피니언(8-P)에 결합부에 연결되는 출력축(5)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무단변속기.In a transmission comprising an input shaft (1), a torque converter (6), a planetary gear mechanism (8) and an output shaft (5), it is connected to a pump (6-P) of the torque converter (6), The hollow pump shaft 2 which is pivotally coupled to the pinion 8-P of the planetary gear mechanism 8, and the ring gear 8-R of the planetary gear mechanism 8 through the pump shaft 2; One end is coupled to the input shaft (1) directly connected to the) and the turbine (6-T) of the torque converter (6) and the other end is coupled to the turbine shaft (8-S) of the sun gear (8-S) of the planetary gear mechanism (8). 3) and an output shaft (5) connected to the coupling portion to the pump shaft (2) and the pinion (8-P).