JP2008544180A - 無段変速機 - Google Patents

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Abstract

本発明は、無段変速機に係り、特に、第１駆動歯車及び第２駆動歯車を有し、回転動力(rotational power)が入力される駆動軸と、前記駆動軸の第１駆動歯車と歯車連結され、出力軸に連結される太陽歯車(sun gear)を有する遊星歯車と、駆動力の一部を入力されてさらなる出力を提供する変速機と、を含むことを特徴とする無段変速機を提供する。
本発明は、変速時における動力の断絶を防止し、また、変速作動時に発生する負荷を最小化するために無段変速機の構成を単純化することにより、変速に起因する動力損失(power loss)を減らすと共に、生産における製造コストの低減を実現することができるという効果がある。特に、本発明の無段変速機は、変速時に生じる振動と騷音を低減できるので、自転車、バイクなどの小型の動力機器から工業用機器などの大型の動力伝達装置まで幅広く適用することができるという特徴がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、無段変速機に係り、第１、第２駆動歯車を有する駆動軸と、前記駆動軸と連結される遊星歯車(planetary gear unit)と、変速調節レバー等を有する変速機とで構成され、変速時における動力の断絶を防止し、変速作動(shifting operation)時に発生する負荷を最小化するために無段変速機の構成を単純化して変速に起因する動力損失(power loss)を減らすと共に、その生産における製造コストの低減を実現し、さらに小型の動力機器から工業用機器のような大型の動力伝達装置まで幅広い適用範囲を有する無段変速機に関する。
一般に、無段変速機とは、所定の自由度を有するリングギア、衛星歯車(planetary gear)、キャリア及び太陽歯車(sun gear)などからなる遊星歯車(planetary gear unit)と、変速機とを組み合わせてベルト式無段変速機を構成し、無段変速時に速度の微調整及び幅広い変速比を得るための機構のことである。
遊星歯車(planetary gear unit)と組み合わせられるベルト式無段変速機は、摩擦力によって伝達させる構成からなるので、所望の摩擦力を得るためには構成部品の作動負荷(operation loads)及びスリップ(slippage)による動力損失が多く、また、全体として構造が複雑で、効率性が落ちるなどの問題を有するため、自転車や小型動力機器に用いることができず、重負荷用の重機や産業機械などにのみ限って使われているのが現状である。
これは、ベルト式無段変速機の場合、一対の可変プーリ上に駆動ベルトを結合し、プーリの直径変化により変速が行われるようにした構成であって、高い減速率を得るためには相対的にプーリの大きさを拡大する必要があり、これにより変速機の全体サイズが大きくなり、また、ベルトとプーリ間の接触部位が広くなるため、作動負荷(operational loads)も増加し、その結果、中小型動力機器に適用しにくいという問題を有する。
一方、自転車の場合、２〜３枚のチェーンスプロケットをペダルに付け、７〜８のチェーンスプロケットを後輪に付けて、操作レバー(operation levers)によるチェーンの移動を可能にして変速できるようにした有段変速機を採用しているが、操作レバーを操作してチェーンを移動させる時点で動力伝達(power transmission)が中断され、変速機の構造が複雑であり、変速操作(shifting)時に２つの操作レバーを用いるため煩雑であり、所定のスキルを要するという問題がある。
また、バイク(motorcycle)の場合、エンジンのＲＰＭによる遠心力を用いたベルト式無段変速機を採用しているが、このようなベルト式無段変速機の場合、構成部品の作動負荷及びプーリのスリップによる動力損失が多くてエンジンの回転数が余計に高くなるため、燃費の低下はもとより、変速効率(shifting efficiency)の低減が生じ、さらに小排気量に限って使用すべきであるという問題点がある。
上記の欠点を解決するために、本出願人は韓国特許登録第１０−０４３６７４４-００００号を提案してある。
前記韓国特許登録第１０−０４３６７４４−００００号の「動力分類型無段変速機」は、キャリアと、所定の自由度を有するリングギアと、太陽歯車(sun gear)との組み合わせでなる遊星歯車(planetary gear unit)ユニットと；振動型アクチュエータ(oscillation type actuator)、すなわちカム機構とリンクなどでなる第２変速機と；の簡単な組み合わせで構成されるもので、高い減速比を簡単に達成し、出力及び入力レベルを要望とおり調節することができる。
しかし、前記動力分類型無段変速機は、相対的に複雑な構成を有するため、 単純な機械及び機構に適用するとき、駆動力が入力部から出力部へ伝達される過程で騷音や振動が発生して動力の損失が生じ、また、軽量が求められる機構の重量を最小化するには難点がある。
したがって、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、
動力が入力される駆動軸に、出力軸を有する遊星歯車(planetary gear unit)と連動する第１駆動歯車と、出力軸に連結され、変速調節の可能な変速機と連動する第２駆動歯車とがそれぞれ構成され、変速作動(shifting operation)時に発生する負荷を最小化し、無段変速機の構成を単純化することにより、変速に起因する動力損失(power loss)を減らし、無段変速機を各種のサイズに形成することができ、その結果、小型の動力機器はもとより大型の動力伝達装置にも適用することができる無段変速機を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、遊星歯車(planetary gear unit)を用いる無段変速機において、駆動力が入力され、所定の間隔をおいて設けられる第１駆動歯車及び第２駆動歯車を有する駆動軸と；前記駆動軸の第１駆動歯車と歯車連結されるリングギアと、出力軸を有する太陽歯車(sun gear)と、前記リングギア及び太陽歯車の相互間を連動させる複数の衛星歯車(planetary gear)と、を備える遊星歯車と；前記駆動軸の第２駆動歯車と歯車連結される入力歯車を有する入力軸と、前記入力軸に偏心して軸着される複数のカム機構と、前記各カム機構を内部で回動自在に収容する第１リンクと、前記衛星歯車(planetary gear)に出力を伝達する軸に設けられる一方クラッチに結合される複数の回動具と、一端は前記各第１リンクの延長部にピン結合され、他端は前記各回動具にピン結合される複数の第２リンクと、を備えてなる変速機と；を含み、駆動軸に入力される駆動力を第１駆動歯車により損失なしに伝達するに当たり、変速機によるさらなる変速が可能であることを特徴とする無段変速機を提供する。
前記変速機には、前記第１リンク及び第２リンクのそれぞれの回動幅(movement range)を調節できるように、一端は前記各第１リンクの延長部のピンに連結され、他端は変速調節レバーを有する変速軸にそれぞれ連結される複数の変速リンクがさらに備えられることを特徴とする。
本発明による無段変速機は、先出願の技術とは異なり、変速作動時に発生する負荷を最小化するために無段変速機の構成を単純化することにより、変速に起因する動力損失(power loss)を減らすと共に、生産における製造コストの低減を実現する無段変速機を提供する効果がある。
また、本発明の無段変速機は、変速時に生じる振動と騷音を低減できるので、自転車、バイクなどの小型の動力機器から工業用機器などの大型の動力伝達装置まで幅広く適用でき、様々に活用できる無段変速機を提供する効果がある。
以下、添付図面を参照して本発明による無段変速機の好適な実施例を説明する。
図１は、本発明による無段変速機の基本構成図であり、図２は、本発明に適用される変速機の構成図であり、図３は、本発明による無段変速機の一実施例を示す断面構成図であり、図４は、図３における無段変速機の主要部分結合関係図である。
本発明による無段変速機は、基本的に、第１駆動歯車１１０及び第２駆動歯車１２０を有し、回転動力が入力される駆動軸１００と、前記駆動軸１００の第１駆動歯車１１０と歯車連結され、出力軸４００が連結される太陽歯車(sun gear)２２０を有する遊星歯車(planetary gear unit)２００と、さらなる変速操作(additional speed change)により出力軸４００を介して提供される出力を適切に調節し得る変速機３００と、を備えてなることが好ましい。
エンジンやユーザの足力(stepping force)により発生する回転動力を受ける駆動軸１００には、第１駆動歯車１１０及び第２駆動歯車１２０が互いに所定の間隔をおいて設けられる。好ましくは、前記駆動軸１００の第１駆動歯車１１０は遊星歯車(planetary gear unit)２００のリングギア(ring gear)２１０と歯車連結され、前記駆動軸１００に入力される回転力を伝達され、また、遊星歯車２００の太陽歯車２２０には出力軸４００が連結されていて、入力される駆動力が太陽歯車２２０を介して出力される。
特に、好ましくは、本発明に適用される遊星歯車２００は、図３及び図４に示すように、内歯車を有するリングギア２１０と、リングギア２１０の内歯車と噛み合って設けられる複数の衛星歯車(planetary gear)２３０と、前記リングギア２１０の内部中心(center portion)に位置し、衛星歯車２３０と噛み合う太陽歯車２２０と、を備え、星形(star type)に配置される。また、好ましくは、駆動軸１００の第２駆動歯車１２０は、変速機３００の入力歯車３１０に連結され、前記駆動軸１００に入力される駆動力が変速機３００を介して、第１駆動歯車１１０と遊星歯車２００によって変速無しで駆動される出力軸４００に伝達されることにより、出力の変速を行えるように構成される。
図２に示すように、変速機３００は、駆動軸１００の第２駆動歯車１２０と歯車連結される入力歯車３１０を介して駆動力を入力され、最終的に出力軸４００に軸設される一方クラッチ４１０に結合する回動具(rotator)４２０を選択的に変速駆動させることにより駆動力を伝達させる。
具体的に変速機３００の構造を述べると、好ましくは、変速機３００は、 駆動軸１００の第２駆動歯車１２０と歯車連結される入力歯車３１０を有する入力軸３２０と、前記入力軸３２０に偏心して軸着される複数のカム機構３３０と、前記各カム機構３３０を内部で回動可能に収容する第１リンク３４０と、一端は前記各第１リンク３４０の延長部にピン結合し、他端は前記遊星歯車２００の出力軸４００に軸設される一方クラッチ４１０に結合する回動具４２０の一端とピン結合する複数の第２リンク３５０と、を備えてなる。
また、より好ましくは、前記変速機３００は、一端は各第１リンク３４０延長部のピンに連結され、他端は変速調節レバー３６０を有する変速軸３７０に連結される複数の変速リンク３８０を備え、このため、変速調節レバー３６０の操作(manipulation)により第１リンク３４０と第２リンク３５０の回動幅(movement range)を適切に調節することにより、出力軸４００の回転比を任意に設定できるようにする。
次に、図２を参考してこのような構成の変速機３００の操作を簡単に説明する。先ず、入力歯車３１０が第２駆動歯車１２０によって回転すると、入力歯車３１０の同一軸３２０上に偏心して設けられる複数のカム機構３３０が回転する。これにより、カム機構３３０を内部で回動自在に形成した第１リンク３４０は、前記カム機構３３０の回転により直線往復運動を行い、前記第１リンク３４０の一端部にピン結合された第２リンク３５０も直線往復運動を行う。
第２リンク３５０の直線往復運動は、前記第２リンク３５０と連結されている回動具４２０をして所定の角度で正回転(rotation in the forward direction)と逆回転(rotation in the backward direction)を繰り返して行わせる。この際、前記回動具４２０は一方クラッチ４１０に結合されているため、回動具４２０の回転のうち、逆回転を除いた正回転時にのみその回転角度分だけの出力が付加され、このような回動具４２０の付加出力が太陽歯車２２０の付加出力として現れる。一方、変速調節レバー３６０を適切に調節すると、第１リンク３４０及び第２リンク３５０の往復運動時に回動幅(movement range)を変更することができる。この回動幅は回動具４２０の正回転と逆回転間の回転幅(rotation range)に対応するため、結果として出力軸４００の回転比の調節が可能となる。次に、回動具４２０の回転により出力が付加される本発明の具体的な作動構成（operational construction）を、以下の具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
以下、本発明による無段変速機を自転車に適用した実施例を図３及び図４のそれぞれを参照して説明する。図３は、本発明による無段変速機を自転車に取り付けた状態における全体断面構成を示し、図４は、図３における主要部分の結合関係図を示す。
本発明の無段変速機を自転車に適用する場合、好ましくは、自転車のペダルａと連結される駆動軸１００によりユーザの足の力が入力できるように構成し、通常自転車の後輪に駆動力を伝達するためのチェーン等と連結されるスプロケットｂは、出力軸４００に軸着して連動できるように構成する。
自転車に乗ったユーザの足力(stepping force)によって前記ペダルａが回動すると、前記ペダルａと結合されている駆動軸１００が回動し、これにより前記駆動軸１００に設けられている第１駆動歯車１１０及び第２駆動歯車１２０がそれぞれ回動することになる。また、前記第１駆動歯車１１０が回動すると、遊星歯車２００のリングギア２１０が連動して回動し、リングギア２１０が回動すると、遊星歯車２００の特性上、前記リングギア２１０に内接している衛星歯車(planetary gear)２３０及び前記衛星歯車２３０と噛み合っている太陽歯車２２０が回動することになり、これにより出力軸４００を介して基本出力が提供される。
一方、図４に示すように、前記第２駆動歯車１２０が回動すると、変速機３００の入力歯車３１０が回動し、これにより入力軸３２０に結合された複数のカム機構３３０が回動することになる。前記各カム機構３３０の回動により、各カム機構３３０が内部で回動自在に形成された第１リンク３４０及び、前記第１リンク３４０の一端部にピン結合された第２リンク３５０が直線往復運動することになる。このような第２リンク３５０の直線往復運動により、第２リンク３５０の端部に連結された回動具４２０は所定の角度で正回転と逆回転を繰り返して行うことになる。
前記回動具４２０は一方クラッチ４１０と結合されているため、回動具４２０の回転力は、回動具４２０が正回転時にのみ一方向に衛星歯車固定部２３２を介して衛星歯車２３０に伝達される。このような一方向回転運動は、衛星歯車２３０をリングギア２１０の内周面に沿って公転方向に運動させることにより、結果として衛星歯車２３０と歯車連結される太陽歯車２２０の出力軸４００に付加出力として提供される。このような付加出力の提供は、遊星歯車における衛星歯車が、リングギアの回動可否と関係なくリングギア内周面に沿って運動することが可能であることに起因する。したがって、出力軸４００の最終出力は、前述した第１駆動歯車１１０の回動運動による基本出力と、回動具４２０の回転運動による付加出力とが合算された形で提供される。
特に、前述の如く、前記複数の第１リンク３４０のそれぞれの一端に連結される複数の変速リンク３８０を変速調節レバー３６０で調節して出力軸４００の回転比を設定することができる。また、変速機３００の変速調節レバー３６０（図３に図示せず）は、自転車のハンドル等にワイヤで連結して変速調節レバー３６０の操作を簡便に行えることはいうまでもない。
以上、本発明による無段変速機の構成が自転車に適用される場合について詳述したが、本発明はそれに限定されず、自動車などの種々の装置にも適用され、同様の作動構成を示すことは無論である。
本発明による無段変速機の構成図である。 本発明に適用される変速機の構成図である。 本発明による無段変速機の一実施例を示す断面構成図である。 図３における無段変速機の結合関係図である。
符号の説明
１００ 駆動軸
２００ 遊星歯車(planetary gear unit)
３００ 変速機
４００ 出力軸
１１０ 第１駆動歯車
１２０ 第２駆動歯車
２１０ リングギア(ring gear)
２２０ 太陽歯車(sun gear)
２３０ 衛星歯車(planetary gear)
３１０ 入力歯車
３２０ 入力軸
３３０ カム機構
３４０ 第１リンク
３５０ 第２リンク
３６０ 変速調節レバー
３７０ 変速軸
４１０ 一方クラッチ(one-way clutch)
４２０ 回動具(rotator)

Claims (2)

  1. 遊星歯車を用いる無段変速機において、
    駆動力が入力され、所定の間隔をおいて設けられる第１駆動歯車及び第２駆動歯車を有する駆動軸と；
    前記駆動軸の第１駆動歯車と歯車連結されるリングギアと、出力軸を有する太陽歯車と、前記リングギア及び太陽歯車の相互間を連動させる複数の衛星歯車と、を備える遊星歯車と;
    前記駆動軸の第２駆動歯車と歯車連結される入力歯車を有する入力軸と、前記入力軸に偏心して軸着される複数のカム機構と、前記各カム機構を内部で回動自在に収容する第１リンクと、前記衛星歯車に出力を伝達する軸に設けられる一方クラッチに結合される複数の回動具と、一端は前記各第１リンクの延長部にピン結合され、他端は前記各回動具にピン結合される複数の第２リンクと、を備えてなる変速機と；を含み、
    駆動軸に入力される駆動力を第１駆動歯車により損失なしに伝達するに当たり、変速機によるさらなる変速が可能であることを特徴とする無段変速機。
  2. 前記変速機には、前記第１リンク及び第２リンクのそれぞれの回動幅(movement range)を調節できるように、一端は前記各第１リンクの延長部のピンに連結され、他端は変速調節レバーを有する変速軸にそれぞれ連結される複数の変速リンクがさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
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