KR0171778B1 - 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로, 엔진(E)에 의해 구동하는 선기어(5)의 주위에 원주방향을 따라 소정의 간격으로 다수개의 원추형 유성롤러(6)가 배치되고, 이들 각 유성롤러(6)에 외접하면서 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 이동만 하고 회전은 하지 못하도록 된 이동링(7)이 설치되어, 상기 유성롤러(6)에 대한 이동링(7)의 위치에 따라 유성롤러(6)에서 변속이 이루어 지게 되는 한편, 상기 유성롤러(6)에서 변속된 동력이 1개의 유성기어유닛(15)과 2개의 클러치(C1,C2)로 구성된 변속제어기구(4)를 통해서 출력축(3)으로 전달되어지도록 된 무단변속기에 있어서, 상기 유성기어유닛(15)의 링기어(18)가 변속기구(2)와 연결되고, 이 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)가 제1클러치(C1)와 직결기어(17) 및 고속기어(16)를 통해서 변속기어(2)의 입력축(1)에 연결되며, 이 유성기어유닛(15)의 선기어(24)가 출력축(3)과 연결되는 한편, 상기 제 1클러치(C2)가 변속기구(2)와 출력축(3)을 직결시키는 구조로 이루어진 특징을 갖는다.

Description

무단변속기

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 무단변속기의 구조를 도시한 개략도.

제2도는 본 발명의 무단변속기가 중립, 저속 및 고속레벨로 절환되는 경우에 작동되는 작동요소를 각 레벨에 따라 나타낸 표.

제3도는 본 발명의 구성에 따라 유성기어유닛에 출력된느 속도관계식을 도시한 그래프이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 명칭

1: 입력축 2: 변속기구

3: 출력축 4: 변속제어기구

5: 선기어 6: 유성롤러

7: 이동링 8: 지지캐리어

9: 출력캐리어 10: 베벨기어

11: 회전축 12: 트랜스퍼 드라이브기어

13: 이동기구 14: 트랜스퍼 드리븐기어

15: 유성기어유닛 16: 고속기어

17: 직결기어 18: 링기어

19: 마찰판 20: 피니언기어

21: 마찰판 22: 마찰판

23: 캐리어 24: 선기어

25: 마찰판 26: 출력기어

27: 차동기어

본 발명은 동력발생장치에서 부터 구동수단으로 전달되는 동력을 변속시키는 변속장치에 관한 것으로, 특히 사이즈가 컴팩트하고 동력전달효율이 우수하며, 변속범위를 넓게 한 마찰차방식의 무단변속기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차와 같은 구동수단은 동력을 발생시키는 동력발생수단의 회전력과 회전속도를 구동수단에 가해지는 부하와 가동상태에 알맞도록 그 출력을 조절하기 위해 변속기를 사용하고 있다.

이러한 목적으로 사용되는 변속기는 대개 구동수단의 구동상태에 따라 적절하게 수동으로 변속단을 조절하도록 된 수동변속기와, 구동장치의 구동상태에 따라 변속단이 자동으로 조절되는 자동변속기가 있는 바, 이들 변속기들은 각기 나름대로의 장점이 있기 때문에 필요에 따라 적절한 것으로 선택사용되고 있으며, 특히 이들 변속기를 차량에 사용하는데 있어서는 편리함등의 이유로 인하여 자동변속기가 점진적으로 많이 사용되고 있는 추세이다.

한편, 상기한 바와 같은 수동변속기나 자동변속기에서 변속기가 변속할 수 있는 변속비의 변속단수가 많을 수록, 그리고 최대변속비를 최소변속비로 나눈 값이 클수록 그 성능과 효율이 뛰어난 것이다.

이러한 이유로 인하여 통상적으로 차량등에 널리 사용되고 있는 수동변속기와 자동변속기는 그 변속단수가 점차 증가하는 추세에 있다.

그러나, 일반적인 수동변속기나 자동변속기에 있어서는 변속비를 증가시키기 위해서는 변속단에 해당하는 만큼 많은 갯수의 변속기어와 이들 변속기어를 작동시키기 위한 작동기구가 필요하기 때문에 구조가 복잡해지게 되며, 특히 자동변속기에서 변속단을 증가시키기 위해서는 자동변속에 필수적인 유성기어유닛의 조합구조가 아주 복잡해지게되고, 이들 유성기어유닛을 자동제어시키기 위한 제어수단이 복잡해지게 되는 문제점이 있다.

또한, 변속수단를 증대시키면 상기한 바와 같이 그에 필요한 부품의 갯수가 증가하기 때문에, 변속기의 부피가 커지게 되어 다양한 모델의 갯수가 증가하기 때문에, 변속기의 부피가 커지게 되어 다양한 모델의 구동수단에 설치하기가 곤란하다는 문제점이 있다.

그리고, 수동변속기에 있어서는 구동수단의 주행상태에 따라 그 변속단을 적절하게 조절해 주어야 하는 바, 따라서 정속으로 계속적인 주행을 하는 경우에는 자주 변속조작시켜 주지 않아도 되기 때문에 불편이 없지만, 정체가 심한 곳이나 시내 주행등과 같은 경우에는 차량이 정지 및 출발을 반복적으로 되풀이 하여양 하기 때문에 그 조작에 아주 많은 힘이 들고 상당히 피로해지게 되는 단점이 있다.

따라서, 주행상태에 따라 운전자가 변속기를 일일이 수동으로 조작하지 않아도 차량의 주행상태에 따라 자동적으로 적절한 변속이 이루어지게 되는 자동변속기가 선호되고 있기는 하지만, 이러한 자동변속기에도 상기한 바와 같은 문제점 이외에도 다른 여러가지 문제점이 있다.

즉, 일반적으로 자동변속기는 그 변속과정이 선형적으로 이루어지지 않기 때문에 어느 하나의 변속단에서 다른 변속단으로의 절환이 연속적으로 이루어지지 못하여 동력발생장치인 엔진에 무리가 가해지게 되고, 그 변속시에 발생하는 충격과 진동으로 인해 승차감이 좋지 않게 된다는 문제점이 있는 것이다.

이러한 자동변속기의 문제점들을 해소시키기 위한 방안으로서, 변속이 차량의 주행상태에 따라 연속적으로 이루어지게 하여 변속시에 발생하는 충격과 진동으로 인한 승차감의 해소와 엔진의 무리한 작동을 방지하게 할 수 있도록 한 무단변속기가 미국특허 제4,641,548호 등과 같은 발명으로 제안되어 있다.

그러나 이러한 무단변속기는 다수개의 디스크와 피스톤과 같은 작동요소를 사용하고 있으므로, 그 부피가 크고 동력전달 효율을 증대시키기 위해 다수개의 무단변속장치를 동일축선상에 배치시킨 구조로 되어 있기 때문에 변속기의 길이가 길어져서 설치공간의 제약을 많이 받는 승용차에 적용시키기가 용이하지 못한 문제점이 있고, 또한 비용이 고가이기 때문에 경제적인 측면에서도 바람직하지 못한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 제 문제점들을 해소시켜 부피가 작고 그 작동요소가 작아 구성이 간단하며, 동력전달 효율이 우수하면서 제어가 간단하고 변속범위가 넓은 무단변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무단변속기는, 엔진에서 발생된 동력을 전달하는 입력축에 설치된 선기어와, 이 선기어의 주위에 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되어 있으면서 원추형으로 이루어진 다수개의 유성롤러, 이들 유성롤러의 원추형 표면에 접촉하도록 배치되어 이동수단에 의해 유성롤러의 길이방향을 따라 이동하도록 되어 있음과 더불어 상기 유성롤러의 길이방향을 따른 이동에 의해 이 유성롤러가 지지 작동하는 지름이 가변되어져서 유성롤러의 공전속도가 달라지게 함으로써, 이들 유성롤러를 통해 출력되는 출력속도가 가변되어지게 하는 이동링 및, 상기 선기어의 주위에 배치된 다수개의 유성롤러를 상호연결시켜 지지하면서 유성롤러에서 변속된 회전력을 전달하는 캐리어로 이루어지는 변속기구에 의해 1차 변속이 이루어지도록 되어 있고, 이러한 변속기구에 의해 1차 변속된 회전력이 1개의 유성기어유닛과 2개의 클러치기구로 이루어진 변속제어기구에 의해 2차 변속되어져 원하는 바의 최종변속이 이루어지도록 된 무단변속기에 있어서, 상기 변속제어기구를 구성하는 유성기어유닛의 링기어와 제2클러치의 한쪽 마찰판이 상기 변속기구의 캐리어와 트랜스퍼 드라이브기어와 트랜스퍼 드리븐기어를 통해 연결되어 상기 변속기구에서 제어된 회전력이 상기 유성기어유닛의 링기어 또는 제2클러치의 한쪽 마찰판에 직접 전달되어지도록 되어 있고, 상기 유성기어유닛의 선기어와 제2클러치의 다른쪽 마찰판이 출력축과 연결되어 유성기어유닛에서 변속된 회전력 또는 제2클러치로 전달된 회전력이 그대로 상기 출력축으로 전달되어지도록 되어 있는 한편, 상기 유성기어유닛의 피니언기어가 제1클러치의 한쪽 마찰판과 연결되고, 이 제1클러치의 다른 한쪽 마찰판이 직결기어를 통해 변속기구의 입력축에 설치된 고속기어와 연결된 구조로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

즉, 상기 변속제어기구를 구성하는 유성기어유닛의 링기어에 변속기구에서 1차 변속된 동력이 입력되고, 이 유성기어유닛에서 2차 변속된 동력이 선기어를 통해서 출력되도록 되어 있는 것이다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 무단변속기는, 동일한 회전속도로 회전한다는 전제하에서, 상기 변속제어기구의 유성기어유닛의 링기어에는 변속기구에서 1차 변속된 동력이 전달되고, 이 유성기어유닛의 피니언기어에는 입력축에서부터 고속기어와 직결기어를 통해서 가변되지 않는 일정한 속도의 동력이 전달되어지는 상태이기 때문에, 상기 피니언기어는 동일한 속도로 회전하게 되고, 링기어는 변속기구에서 이루어지는 변속상태에 따라 그 회전속도가 달라지게 된다.

이와 같은 작동상의 조건과 유성기어유닛의 구성적 특징상 상기 입력요소인 링기어의 회전속도가 빨라지면 출력요소인 선기어의 회전속도가 느려지게 되고, 링기어의 회전속도가 느려지면 출력요소인 선기어의 회전속도가 빨라지게 된다.

따라서, 상기 변속기구에 구비된 이동링이 유성롤러의 원주면을 따라 이동하면서 그 지지점을 연속적으로 가변시켜 줌에 따라, 다수개의 유성롤러를 서로 연결시키고 있는 캐리어를 통해서 출력되는 동력의 회전속도가 연속적으로 가변되어져 상기 캐리어를 통해서 변속제어기구로 전달되게 되고, 한편 상기 유성기어유닛의 링기어에서는 상기한 바와 같이 연속적으로 가변되는 회전속도를 전달받음과 더불어 피니언기어에서는 입력축으로부터 변속되지 않은 동일한 회전속도를 전달받고 있는 상태이므로, 이 유성기어유닛에서도 연속적인 변속이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기 변속기구에서 유성롤러는 선기어로부터 동력을 전달받아 일정한 속도로 자전하게 되지만, 이 유성롤러는 바깥쪽에서 이동링에 마찰접촉하면서 지지되어 있기 때문에 이 이동링과 유성롤러 사이에 상대적인 회전(공전)이 이루어져야만 유성롤러가 자전을 할 수 있게 된다.

따라서, 유성롤러가 상기한 바와 같이 선기어로부터 일정한 회전속도의 동력을 전달받아 자전하게 되지만, 이 유성롤러가 원추형으로 형성되어 있기 때문에 이 유성롤러를 지지하는 이동링의 위치에 따라, 이동링에 마찰접촉하는 유성롤러의 지지점이 가변되어지게 되고, 이 지지점의 가변상태에 따라 상기 이동링에 접촉하면서 공전하는 유성롤러의 공전지름이 가변되어지게 된다.

그러므로, 상기 이동링이 유성롤러의 횡단지름이 큰쪽에 위치하는 경우에는 이 유성롤러의 동일한 자전속도하에서도 그 공전속도가 빨라지게 되고, 이와 반대로 상기 이동링이 유성롤러의 횡단지름이 작은쪽에 위치하게 되는 경우에는 상기 공전속도가 느려지게 되는 것이다.

따라서, 상기 다수개의 유성롤러를 상호 연결시키고 있는 캐리어의 회전속도가 유성롤러의 공전속도에 따라 느려지거나 빨라지게 되고, 이 캐리어의 회전속도가 상기 변속제어기구에 설치된 유성기어유닛의 링기어 또는 제2클러치에 직접전달되게 되는 것이다.

이러한 과정으로 변속기구에서 1차 변속이 이루어지고, 그 변속결과가 상기한 바와 같이 변속제어기구에 전달되어서 저속에서부터 고속에 이르기까지 무단으로 변속이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기 제1클러치는 저속에서 중속까지의 변속과정을 담당하고, 제2클러치는 중속에서부터 고속까지의 변속과정을 담당하게 되는데, 상기 제2클러치가 연결작동되지 않고 제1클러치만 연결되면, 상기에서 이미 설명한 바와 같이 변속기구에서 변속된 동력이, 변속제어기구에 구비된 유성기어유닛의 링기어에 입력되고, 이와 동시에 유성기어유닛의 피니언기어에는 변속기구의 입력축으로부터 가변되지 않는 일정한 속도의 동력이 전달되어지게 되므로서, 이러한 동력을 전달받는 상기 링기어와 피니언기어 및 선기어 사이에 변속이 이루어지게 되고, 그 변속 결과가 선기어를 통해 출력축으로 전달되게 된다.

이러한 과정에서, 상기 변속기구에 구비된 이동링이 유성롤러의 지름이 큰쪽에 위치하는 경우에는, 유성기어유닛의 선기어에서부터 출력축으로 전달되는 회전속도가 느리게 되고, 상기 이동링이 유성기어유닛의 지름이 작은쪽에 위치하는 경우에는 유성기어유닛에서부터 출력축으로 전달되는 회전속도가 빨라지게 된다. 따라서 상기 이동링이 유성롤러의 지름이 큰쪽에서부터 지름이 작은쪽으로 이동하게 되면 유성기어유닛에서부터 출력축으로 전달되는 최종변속 동력이 저속에서부터 점진적으로 빨라지게 되는 것이다.

이와 같이 제1클러치가 록크 작동된 경우에는, 상기 이동링이 유성롤러의 지름이 큰쪽에서부터 작은쪽으로 이동해가면 유성기어유닛의 선기어를 통해서 출력되는 회전속도가 점진적으로 증가하게 된다.

그리고, 이와 같이 출력축으로 전달되는 회전속도가 증가되는 상태는, 상기 변속기구를 구성하는 유성롤러의 지름이 선형적으로 증가 또는 감소하기 때문에 변속기구에서 캐리어를 통해 출력되는 회전속도도 선형적으로 변속되어지게 되고, 이에 따라 상기 유성기어유닛의 링기어로 입력되는 회전속도가 선형적으로 가변되어지게 되며, 그 결과 유성기어유닛에서 변속되어 출력축으로 출력되는 최종변속상태가 연속적인 변속이 이루어지게 되는 것이다.

그 다음, 상기한 바와 같이 제1클러치가 록크 작동된 상태에서 이동링이 유성롤러의 직경이 제일 작은쪽으로 이동하고 나면, 일단 이 상태에서는 더 이상의 변속이 불가능하게 된다. 즉, 제1클러치가 록크된 상태에서는 최고의 속도가 되는 것이다.

본 발명에 따른 무단변속기에서는 이러한 상태가 중속상태인데, 더 이상의 고속으로 변속시키고자 하는 경우에는 상기 제1클러치의 록크를 해제시키고 그 대신 제2클러치를 록크시킨다.

이와 같이 제2클러치를 록크시키는 상태는 상기 이동링이 유성롤러의 지름이 제일 작은쪽에 위치하고 있는 상태가 되고, 이러한 상태에서 다음 과정으로 변속이 이루어지게 된다. 즉, 제1클러치의 록크를 해제시키고 대신 제2클러치를 록크시키면, 상기 변속기구에서 변속된 동력이 제2클러치를 통해 출력축으로 전달되게 되는데, 이와 같이 제2클러치를 통해서 출력축으로 동력이 전달되는 경우에는, 상기한 바와 같이 제1클러치를 록크시킨 경우와는 달리, 유성기어유닛등과 같은 별도의 중간변속기구에 의해 변속이 이루어지지 않고, 이 제2클러치는 변속기구에서 전달받은 동력을 그대로 출력축으로 전달하는 기능만을 수행하게 된다.

따라서, 제2클러치가 록크 작동된 경우에는 상기 이동링이 유성롤러의 지름이 작은쪽에서부터 지름이 큰쪽으로 이동하게 되면, 상기 변속기구에서 출력되는 회전속도가 점진적으로 증가하게 되고, 이러한 동력을 상기 제2클러치가 중간에서 별도로 변속시키지 않고 그대로 출력축으로 전달하게 되므로, 결국 제2클러치가 록크작동된 경우에는 상기 변속기구의 이동링이 유성롤러의 지름이 작은쪽에서부터 지름이 큰쪽으로 이동하면 출력축으로 전달되는 회전속도가 점진적으로 빨라지게 되는 것이다.

그리고, 이와 같이 제2클러치가 록크된 경우에도 상기의 제1클러치가 록크된 경우에서 설명한 바와 같이, 유성롤러와 이동링 사이에서 속도가 선형적으로 가변되어지게 되므로, 이동링이 유성롤러의 표면을 따라 지름이 작은 쪽에서부터 큰쪽으로 이동해 감에 따라 출력축으로 전달되는 속도가 선형적으로 증가되어지게 된다.

따라서, 상기에서 설명한 바와 같이 출력축이 정지해 있는 상태에서부터 출력축의 회전속도를 증가시키기 위해서는, 먼저 제1클러치를 록크시킨 상태에서 이동링을 유성롤러의 지름이 큰쪽에서부터 작은쪽으로 이동시키면 그 회전속도가 점진적으로 증대되어져 중속상태가 되고, 그 다음에는 제1클러치를 록크해제시킴과 더불어 제2클러치를 록크시킨 상태에서 상기 이동링을 유성롤러의 지름이 작은쪽에서부터 지름이 큰쪽으로 이동시키면 중속에서부터 고속으로 그 출력속도가 증가되어지게 되는 것이다.

그리고, 상기 유성롤러의 표면을 따라 이동하는 이동링의 이동은 유압기구나 솔레노이드 등과 같은 수단을 사용하여 연속적인 이동이 이루어지게 할 수가 있다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 구체적인 1 실시예를 개략적으로 도시한 것으로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 무단변속기는, 엔진(E)에서부터 동력을 전달받는 입력축(1)상에 설치된 변속기구(2)와, 이 변속기구(2)와 기어맞물림으로 연결되면서 변속이 완료된 회전력을 출력시키는 출력축(3)에 설치된 변속제어기구(4)로 이루어져 있다.

여기서 상기 변속기구(2)는 입력축(1)에 직접설치된 선기어(5)와, 이 선기어(5)의 주위에 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되어 서로 맞물려져 있는 다수개의 원추형 유성롤러(6), 이들 유성롤러(6)의 바깥쪽에 배치되어 각 유성롤러(6)의 표면과 소정의 압력으로 마찰접촉을 하도록 되어 있으면서 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되어 있는 이동링(7) 및, 상기 다수개의 유성롤러(6)를 서로 연결시켜 지지하면서 이들 유성롤러(6)에서 변속된 회전력을 출력시키는 지지캐리어(8)와 출력캐리어(9)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 유성롤러(6)와 선기어(5)는 유성롤러(6)에 구비되어 있는 기어(10)가 선기어(5)와 서로 이빨이 맞물려져 선기어(5)로부터 회전력을 전달받도록 되어 있고, 상기 지지캐리어(8)와 출력캐리어(9)는 유성롤러(6)의 중심축(11)을 회전할 수 있게 앞·뒤쪽에서 지지하고 있으며, 상기 출력캐리어(9)에는 출력축(3)으로 동력을 전달하는 트랜스퍼 드라이브기어(12:transfer drive gear)가 구비된 구조로 이루어져 있다.

한편, 상기 이동링(7)은 그 자체가 회전하지 않도록 고정되어 있으면서, 이 이동링(7)의 안쪽에 상기 유성롤러(6)가 소정의 압력으로 마찰접촉하면서 선기어(5)로부터 전달받은 구동력에 의해 구름이동하도록 내접배치되어 있음과 더불어, 유압실린더나 솔레노이드 또는 워엄기어등과 같은 이동수단(13)에 의해 직선방향으로 왕복이동할 수 있도록 설치되어 있다. 따라서 상기 이동링(7)은 일반 유성기어유닛에서 링기어와 동일한 기능을 수행하면서 동력을 전달받아 회전하지 않고, 단지 상기 선기어(5)와 맞물려 회전력을 전달받는 유성롤러(6)를 지지하면서 마찰력을 가하여 이 유성롤러(6)가 자전하면서 공전하도록 해주는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기한 바와 같이 일정한 크기의 지름을 갖고서 고정설치되어 있는 이동링(7)이 상기 이동수단(13)에 의해, 길이방향을 따라 지름이 다르게 형성된 즉, 원추형으로 형성된 다수개의 유성롤러(6)의 외면에 균일한 압력으로 접촉하면서 이동할 수 있도록 하기 위해, 제1도에 도시된 바와 같이 상기 각 유성롤러(6)의 외면(S)이 입력축(1)과 평형을 이루도록 배치시켜야만 한다.

한편, 상기 유성롤러(6)는 일반 유성기어유닛에서 유성기어의 역할만 수행하는 것이 아니라, 상기 선기어(5)로부터 동력을 전달받아 일정한 속도로 자전하면서 상기 이동링(7)에 대해 접촉하는 지점의 지름이 가변되어짐에 따라 이 이동링(7)에 내접하여 회전하는 공전속도가 가변되어지도록 되어 있고, 이렇게 유성롤러(6)와 이동링(7) 사이에서 가변된 공전속도가 상기 유성롤러(6)를 상호 연결시키는 출력캐리어(9)를 통해 배출되도록 하므로써, 변속이 이루어지게 하는 역할을 수행하는 특성이 있는 것이다.

따라서, 상기 이동수단(13)에 연결되어 있는 이동링(7)이 이동수단(13)의 신축작동에 의해 원추형으로 이루어진 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 그 표면을 타고 이동하면서 이동링(7)에 대한 유성롤러(6)의 지지점을 가변시켜 주게 되고, 이와 같이 이동링(7)에 대한 유성롤러(6)의 공전지지점이 유성롤러(6)의 공전지름이 선형적으로 가변되어지게 되며, 이와 같이 공전지름의 선형적인 변화로 인해 상기 이동링(7)에 내접하여 회전하는 유성롤러(6)의 원주속도가 역시 선형적으로 가변되어지게 되는 것이다.

즉, 상기 유성롤러(6)가 선기어(5)로부터 기어(10)를 통해서 전달되는 일정한 회전속도를 갖는 동력에 의해 회전하는 경우에, 이 유성롤러(6)의 바깥쪽에서 외접하여 지지하고 있는 이동링(7)은 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 이동은 할 수 있지만 회전은 하지 못하도록 되어 있기 때문에, 상기 유성롤러(6)는 선기어(5)로부터 전달되는 힘에 의해 이동링(7)에 내접하여 굴러가는 상태로 자전을 함과 더불어 공전도 하게 되는데, 이때 상기 유성롤러(6)의 자전속도는 선기어(5)에서부터 전해지는 회전속도에 의해 결정되어지지만, 이 유성롤러(6)의 공전속도는 동일한 자전속도하에서도 이동링(7)에 내접하는 유성롤러(6)의 지름이 가변되어짐에 따라 달라지게 된다.

따라서 상기한 바와 같이 유성롤러(6)의 지름이 선형적으로 변화됨에 따라 상기 이동링(7)에 내접하여 회전하는 유성롤러(6)의 공전속도도 역시 선형적으로 가변되어지게 되는 것이다.

그러므로, 어느 특정시점에서 동일한 조건으로 엔진이 가동되는 상태에서 상기 출력축(3)에 가해지는 부하가 동일하고, 상기 선기어(5)와 맞물려 있는 유성롤러(6)의 기어(10)로 입력되는 회전속도가 일정하다고 할 때, 이 기어(10)와 일체로 되어 있는 유성롤러(6)의 자전속도는 상기 기어(10)의 회전속도에 따라 항상 일정하게 되지만, 상기 이동링(7)을 받침점으로 하여 이 이동링(7)에 내접하여 회전하는 유성롤러(6)의 지름이 이동링(7)의 위치에 따라 가변되어지기 때문에, 상기 이동링(7)의 위치에 따라 유성롤러(6)가 이동링(7)에 지지되어서 회전이동하는 이동거리가 달라지게 되고, 이러한 유성롤러(6)의 이동거리가 상기 회전축(11)을 통해서 다수개의 유성롤러(7)를 연결시키고 있는 출력캐리어(9)로 전달되어지게 되므로, 그 결과 상기 출력캐리어(9)에 구비되어 있는 트랜스퍼 드라이브기어(12)의 원주속도가 증감 가변되어지게 되는 것이다.

이에 따라, 상기 이동링(7)에 대한 유성롤러(7)의 접촉지름이 가변되어짐에 따라 이들 유성롤러(6)를 상호 연결시키고 있는 캐리어(9)를 통해 출력되는 회전수(캐리어의 공전수)가 달라지게 되므로, 궁극적으로 상기 변속기구(2)에서부터 캐리어(9)와 트랜스퍼 드라이브기어(12)를 통해 변속제어기구(4)로 출력되는 회전속도가 가변되어지게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 설명의 결과에 따라, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 큰 쪽에 접하고 있을 때 다수개의 유성롤러(6)를 상호 연결시키고 있는 출력캐리어(9)의 공전속도가 커지게 되고, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은 쪽에 접하고 있을 때 상기 유성롤러(6)를 상호 연결시키고 있는 출력캐리어(9)의 공전속도가 작아지게 된다. 그러므로 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은 쪽에서부터 큰 쪽으로 이동해 감에 따라 상기 출력캐리어(9)와 이 출력캐리어(9)에 연결된 트랜스퍼 드라이브기어(12)의 회전속도가 점진적으로 빨라지게 되고, 지름이 선형적으로 가변되는 원추형의 유성롤러(6)의 표면을 따라 상기 이동링(7)이 이동함에 따라 이 유성롤러(6)를 연결시키고 있는 캐리어(9)의 회전속도가 달라지기 때문에, 상기 변속기구에서 이루어지는 변속상태가 연속적이면서 선형적으로 나타나게 되는 것이다.

한편, 상기 변속제어기구(4)는 출력축(3)에 설치된 트랜스퍼 드리븐 기어(14:transfer driven gear)와, 1개의 유성기어유닛(15)과 제1클러치(C1) 및 상기 제1클러치(C1)를 입력축(1)에 설치된 고속기어(16)와 연결시키는 직결기어(17)로 이루어지는 저속용 제어수단 및, 제2클러치(C2)로 이루어지는 고속용 제어수단으로 구성되어 있으면서, 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)는 상기 출력캐리어(9)의 트랜스퍼 드라이브기어(12)와 서로 맞물려져 변속기구(2)에서 변속된 동력을 변속제어기구(4)쪽으로 전달받도록 되어 있다.

그리고, 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)에 저속용 제어수단을 이루는 유성기어유닛(15)의 링기어(18)와 고속용 제어수단을 이루는 제2클러치(C2)의 한쪽 마찰판(19)이 각각 병렬연결되어 상기 변속기구(2)에서 1차 변속된 동력을 직접 전달받도록 되어 있다.

그리고, 상기 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)는 제1클러치(C1)의 한쪽 마찰판(21)과 연결되고, 이 제1클러치(C1)의 나머지 한쪽 마찰판(22)은 캐리어(23)를 통해 상기 직결기어(17)와 연결되어 있으며, 상기 유성기어유닛(15)의 선기어(24)는 출력축(3)에 직접연결된 구조로 되어 있다. 따라서, 상기 유성기어유닛(15)은 그 입력단이 링기어(18)와 피니언기어(20)의 2개 요소로 이루어져 있고, 이 유성기어유닛(15)에서 변속된 동력은 선기어(24)를 통해서 출력되는 특성을 갖게 된다.

그러므로, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 저속용 제어수단에서 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되면, 유성기어유닛(15)의 선기어(18)에는 변속기구(2)에서 1차 변속된 동력이 입력되고, 상기 피니언기어(20)에는 제1클러치(C1)와 직결기어(17) 및 고속기어(16)를 통해서 입력축(1)의 동력이 그대로 입력되게 되는 것이다,

그런데, 상기 피니언기어(20)로 입력되는 동력은 고속기어(18)와 직결기어(17) 사이에서만 변속된 상태에서 항상 일정한 속도로 입력되는 동력이지만, 링기어(18)로 입력되는 동력의 회전속도는 상기 변속기구(2)의 구성과 그 작동 과정에서 자세히 설명한 바와 같이, 유성롤러(6)에 대한 이동링(7)의 위치에 따라 달라지게 되므로, 상기 변속기구(2)에서부터 유성기어유닛(15)의 링기어(18)로 입력되는 회전속도에 따라 선기어(24)에서부터 출력축(3)으로 전달되는 출력속도가 달라지게 되어 변속이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기 고속용 제어수단을 이루는 제2클러치(C2)는 상기한 바와 같이 그 한쪽 마찰판(19)이 트랜스퍼 드리븐 기어(14)와 연결되어 변속기구(2)에서 1차 변속된 동력을 직접 전달받고, 그 나머지 한쪽 마찰판(25)이 출력축(3)과 연결되어 이 제2클러치(C2)가 록크된 경우에 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)를 통해서 전달된 동력을 그대로 출력축으로 전달해 주도록 되어 있다.

따라서, 상기 제2클러치(C2)로 입력되는 속도가 증가하면 이 제2클러치(C2)에서 출력되는 회전속도도 증가하게 된다. 그러므로, 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되어 유성기어유닛(15)에서 변속되는 경우와는 반대로, 상기 변속기구(2)를 구성하는 이동링(7)이 유성롤러(6)의 표면을 따라 지름이 큰쪽으로 이동해 가면 상기에서 이미 충분히 설명한 바와 같이 그 공전속도가 증가하게 되고, 그 결과 상기 유성롤러(6)를 상호 연결시키는 캐리어(9)를 통해 출력되는 회전속도가 증가하게 되며, 이 회전속도가 그대로 상기 제2클러치(C2)로 인가되어 출력축(3)으로 전달되게 되므로, 결국 제2클러치(C2)가 록크 작동되는 경우에는 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은쪽에서부터 큰쪽으로 이동하면 출력축(3)으로 전달되는 회전속도가 점점 증대되어지게 되는 것이다.

한편, 상기 출력축(3)에는 출력기어(26)가 설치되고, 이 출력기어(26)에 차동기어(27)등이 연결되어 상기 출력축(3)으로 전달된 동력이 출력기어(26)와 차동기어(27)를 통해서 구동수단의 휠구동축으로 전달되게 되도록 할 수 있다.

이상에서와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 변속기가 무단으로 변속과정이 이루어지는 각 단계의 과정은 다음과 같다. 여기서 각 변속단이 이루어지게 하기 위해 작동하는 각각의 작동요소의 작동관계는 제2도에 도시한 표와 같다.

상기에서 이미 충분히 설명하고 제2도의 도표에서 표시한 바와 같이, 본 발명에 따른 무단변속기는 엔진(E)의 구동력이 상기 변속기구(2)에서 1차적으로 변속이 이루어지게 되고, 이 1차적으로 변속이 이루어진 결과가 상기 변속제어기구(4)로 전달되어지게 되어 원하는 바의 최종 변속을 얻도록 되어 있는 바, 이러한 변속과정에서 중립과 저속에서부터 중속에 이르는 과정은 상기 제1클러치(C1)를 록크 작동시키므로써 이루어지게 되고, 중속에서부터 고속까지의 과정은 상기 제1클러치(C1)는 해제시키고 그 대신 상기 제2클러치(C2)를 록크 작동시키므로써 이루어지도록 되어 있다.

그리고, 상기 제1클러치(C1)를 록크 작동시키는 경우에 작동하게 되는 유성기어유닛(15)의 작동적 특징에 있어서, 상기한 바와 같이 구동력이 전달되는 입력단이 링기어(18)와 피니언기어(17)의 2개 요소로 이루어지고 출력단이 선기어(24)로 되어 있으며, 상기 링기어(18)에 입력되는 회전속도는 가변적이고, 피니언기어(17)에 입력되는 회전속도는 일정한 속도이므로 그에 따라 다음과 같은 특정 속도관계식이 성립된다.

여기서, λ = 선기어의 지름/링기어의 지름

ω_C= 피니언기어를 연결시키는 캐리어의 회전속도

ω_R= 링기어의 회전속도

ω_S= 선기어의 회전속도

으로 표현되어진다.

이러한 유성기어의 속도관계식을 다시 정리하면,

이 된다.

제3도에 상기 관계식을 그래프로 나타낸 것이 도시되어 있는 바, 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 상기한 바와 같이 링기어(18)와 피니언기어(20)를 입력단으로 하고, 선기어(24)를 출력단으로 갖는 유성기어유닛(15)에서는 피니언기어(20)와 연결된 캐리어의 회전속도(ω_C)가 일정하므로, 상기 ω_R즉 링기어(18)의 회전속도가 증가하면 상기 링기어(18)에 대한 피니언기어(20)의 회전속도비의 값이 작아지게 되므로, 선기어(24)를 통해 출력되는 속도비, 즉의 값이 점점 줄어들게 된다.

그리고, 이와는 반대로 상기 링기어(18)로 입력되는 회전속도가 줄어들면, 선기어(24)의 회전속도가 점진적으로 증가하게 되는 것이다.

따라서, 상기에서 이미 충분히 설명한 바와 같이 변속기구(2)의 이동링(7)이 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 이동해가면서, 이 이동링(7)에 대한 유성롤러(6)의 작동지름이 가변되어짐에 따라, 이 변속기구(2)의 출력캐리어(9)를 통해 출력되는 회전속도가 가변되어지게 되고, 이 출력캐리어(9)의 회전속도를 전달받아 회전하는 상기 링기어(18)의 회전속도 역시 가변되어지게 되므로, 상기한 바와 같은 유성기어유닛(15)의 작동원리에 의해 선기어(24)에서부터 출력축(3)으로 전달되는 회전속도가 선형적으로 증감되게 되는 것이다.

그리고, 상기 링기어(18)에 대한 피니언기어(20)의 회전속도비, 즉,가이하로 되면의 값이 음(-)이 된다.

이는 상기식에서 링기어(18)의 회전속도값(ω_R)을 공통분모로 하고 있으므로, 상기 피니언기어(20)에 대한 링기어(18)의 속도값이 소정치 이상으로 증가하면, 선기어(24)의 회전이 반대로 되어진다는 것을 뜻한다. 이와 같은 작용상의 특징은 제3도의 그래프로부터 쉽게 인식할 수 있다.

본 발명에 사용하는 유성기어유닛(15)에는 이상과 같은 작동상의 특징이 있는 것으로서, 이러한 유성기어유닛(15)과, 상기 유성롤러(6)와 이동링(7)으로 구성되는 변속기구(2) 및, 2개의 클러치(C1,C2)로 구성되는 변속제어기구(4)를 사용하므로써, 무단변속이 이루어지게 되는데, 이하에서는 그 작동과정을 각 변속상태에 따라 구체적으로 설명한다.

[중립상태(초기상태)]

본 발명에 따른 무단변속기의 중립상태는 2가지의 과정으로 이루어질 수 있는 바, 그 첫번째 작동과정은 제2도의 표에서 나타낸 바와 같이 상기 출력축(3)에 설치된 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 록크 작동되지 않고 해제되어 있는 경우에, 상기 변속기구(2)의 출력캐리어(9)에 설치된 트랜스퍼 드라이브기어(12)를 통해서 변속기구(2)에서부터 변속제어기구(4)의 트랜스퍼 드리븐 기어(14)로 동력이 전달되어도, 상기 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 각각 동력을 전달하지 않기 때문에, 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)가 공회전하게 되어 출력축(3)으로 동력이 전달되지 않게 된다. 따라서 상기한 바와 같이 제1클러치(C1)와 제2클러치(C2)가 록크 해제되어 있는 경우에는 출력축(3)으로 동력이 전달되지 않아 회전하지 않는 중립상태가 된다.

한편, 중립상태를 이루는 2번째의 작동과정은, 상기 제2클러치(2)는 록크 해제되고 저속용의 제1클러치(C1)만이 록크되어 있는 상태하에서, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 큰쪽 선단가까이에서 형성되어 있는 중립선(C)상에 위치하게 되면, 상기 변속기구(2)에서 1차 변속된 회전력이 상기 트랜스퍼 드라이브기어(12)와 트랜스퍼 드리븐 기어(14)를 통해서 상기 유성기어유닛(15)의 링기어(18)로 입력되어지고, 이와 동시에 록크 작동되어 있는 상기 제1클러치(C1)를 통해서 변속되지 않은 입력축(1)의 동력이 고속기어(16)와 직결기어(17) 및 상기 제1클러치(C1)를 통해서 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)로 입력되어지게 되므로, 상기 링기어(18)의 회전속도와 피니언기어(20)의 회전속도가 평형을 이루어 이들 링기어(18)와 피니언기어(20)가 동일한 속도로 회전하게 되기 때문에 이들 사이에 상대속도가 발생하지 않게 되므로, 상기 피니언기어(20)에 내접하고 있는 선기어(24)에는 구동력을 전달하지 못하게 된다.

따라서, 이 선기어(24)가 출력축(3)으로 동력을 전달하지 않게 되므로 출력축(3)이 구동되지 않는 중립상태가 되는 것이다.

즉, 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되어 있고 상기 이동링(7)이 중립선(C)에 위치하는 경우에는, 상기 변속기구(2)에서 1차 변속된 엔진의 회전력이 출력캐리어(9)와 트랜스퍼 드라이브기어(12)와 트랜스퍼 드리븐 기어(14)를 통해서 유성기어유닛(15)의 링기어(18)로 입력됨과 더불어, 상기 입력축(1)에 설치된 고속기어(16)와 직결기어(17) 및 제1클러치(C1)를 통해서 엔진의 회전력이 변속되지 않고 그대로 상기 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)에 입력되면, 상기 유성기어유닛(17)에서는 상기 링기어(18)의 회전속도와 이 링기어(18)에 내접하여 회전하는 피니언기어(20)의 회전속도의 비율이 피니언기어(20)에 내접하고 있는 선기어(24)에는 회전력을 전달하지 않고, 상기 링기어(18)와 피니언기어(20) 사이에 상대속도가 발생하지 않고 함께 동일한 속도로 회전하는 상태가 되게 된다. 따라서 상기 피니언기어(20)에 내접하고 있는 선기어(24)가 회전하지 않게 되고, 이 선기어(24)는 출력축(3)을 구동시키지 않게 되므로 중립상태가 되는 것이다.

그리고, 상기한 바와 같이 제1클러치(C1)가 록크된 상태에서 상기 이동링(7)이 중립선(C)에서부터 유성롤러(6)의 지름이 작은 쪽으로 이동하면 정방향으로 변속이 이루어지고, 상기 중립선(C)을 중심으로 하여 유성롤러(6)의 지름이 큰 쪽으로 이동하면 역방향으로 변속이 이루어지게 되는데, 이러한 정·역방향의 방향절환과정에 대해서는 나중에 다시 자세히 설명되어질 것이다.

[저속에서 중속까지(전진)]

상기한 바와 같은 중립상태에서 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되고, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 중립선(C)에서부터 지름이 작은쪽으로 이동해가면, 이동링(7)에 접촉지지되는 유성롤러(6)의 작동지름이 점진적으로 작아지게 되고, 이와 같은 유성롤러(6)의 작동지름이 작아지면 상기에서 이미 충분히 설명한 바와 같이 이동링(7)에 대한 유성롤러(6)의 공전속도가 상기 지지점의 지름이 작아지는 만큼 줄어들기 때문에, 상기 다수개의 유성롤러(6)를 서로 연결시키고 있는 출력캐리어(9)의 원주속도가 줄어들게 되며, 이 출력캐리어(9)와 트랜스퍼 드라이브기어(12) 및 트랜스퍼 드리븐 기어(14)를 통해서 연결된 상기 유성기어유닛(15)의 링기어(18)의 회전속도도 점진적으로 줄어들게 된다.

이에 반해, 상기 입력축(1)으로부터 고속기어(16)와 직결기어(17) 및 제1클러치(C1)를 통해서 피니언기어(20)로 전달되는 회전속도는 상기 고속기어(16)와 직결기어(17) 사이에 항상 일정한 비율로 변속되고 가변되지 않는 상태이므로, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은 쪽으로 이동해 감에 따라 상기 링기어(18)에 대한 피니언기어(17)의 속도가 상대속도가 점진적으로 빨라지게 되는 것이다.

따라서, 상기의 식 (2)와 제3도의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 링기어(18)의 회전속도(ω_R)가 점진적으로 줄어듦에 따라 이 링기어(18)의 회전속도와 상기 피니언기어(17)의 회전속도가 서로 조합되어 그 결과 선기어(24)를 통해 출력되는 회전속도(ω_S)가 점진적으로 빨라지게 되고, 이 선기어(24)와 연결된 출력축(3)의 회전속도도 증가되게 되는 것이다.

그러므로, 상기한 바와 같이 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은 쪽으로 이동해 감에 따라 선기어(24)를 통해서 출력축(3)으로 전달되어지는 회전속도가 점진적으로 증가되어지게 된다.

이러한 상태가 본 발명에 따른 무단변속기가 저속에서부터 중속까지 변속되는 과정이 되는데, 상기에서 설명한 바와 같이 이동링(7)이 접촉하는 유성롤러(6)의 지름이 선형적으로 가변되어지므로, 이에 따라 유성롤러(6)에 연결된 유성기어장치(15)를 통해서 배출되는 회전속도도 점진적으로 증가되어지게 되므로, 저속상태에서부터 중속까지의 변속이 무단으로 이루어지게 된다.

[중립에서 고속까지(전진)]

상기한 바와 같은 과정을 거치면서 중속까지 이르면, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 가장 작은 쪽의 선단부에 위치하게 된다. 이 상태에서 상기 제1클러치(C1)의 록크 작동을 해제시킴과 동시에 상기 제2클러치(C2)를 록크 작동시키면, 제1클러치(C1)의 물림이 해제되어 있기 때문에 상기 입력축(1)에서부터 고속기어(16)와 직결기어(17)를 통해서 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)로 회전력이 전달되어지지 않게 되고, 단지 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)와 항시 맞물림되어 있는 유성기어유닛(15)의 링기어(18)에는 계속하여 회전력이 전달되어지게 된다. 하지만, 상기한 바와 같이 피니언기어(20)가 회전하지 않기 때문에 유성기어유닛(15)은 전체적으로 아이들링 상태가 되어 선기어(24)로 구동력이 전달되어지지 않게 된다.

이러한 상태에서 상기 고속용의 제2클러치(C2)가 맞물려지면, 상기 변속기구(2)의 회전력이 트랜스퍼 드리븐 기어(14)를 통해서 상기 제2클러치(C2)의 한쪽 마찰판(19)으로 전달되게 되고, 이 마찰판(19)에 전달된 동력은 다시 출력축(3)과 직결되어 있는 다른쪽 마찰판(25)으로 전달되어지게 되어, 상기 트랜스퍼 드리븐 기어(14)로 전달된 변속기구(2)의 동력이 그대로 출력축(3)을 전달되게 된다.

이러한 과정에서는 상기 변속기구(2)에서 이루어진 변속력이 다시 재변속되지 않고 그대로 상기 제2클러치(C2)를 통해서 출력축(3)으로 전달되어지기 때문에, 상기 변속기구(2)에서 출력되는 회전속도가 증가하면 제2클러치(C2)를 통해서 회전력을 전달받는 출력축(3)의 회전속도도 동일한 비율로 증가하게 된다.

따라서, 상기에서 이미 충분히 설명한 바와 같이 이동링(7)이 유성롤러(6)의 지름이 작은쪽 선단에서부터 지름이 큰 쪽으로 이동해 감에 따라, 다수개의 유성롤러(6)를 상호 연결시키고 있는 출력캐리어(9)의 원주속도가 증가되어지기 때문에, 이 증가되는 회전속도가 제2클러치(C2)를 통해서 출력축(3)으로 직접 전달되어져 그 회전속도를 증가시키게 되는 것이다.

이와 같이 중속에서부터 고속까지의 변속과정에서는, 변속기구(2)에서 출력되는 회전력이 곧바로 출력축(3)으로 전달되어지기 때문에, 저속상태에서와 같이 별도의 유성기어유닛(15)과 같은 중간 변속수단에 의해 발생하는 복잡한 변속과정을 거치지 않게 된다. 따라서, 중속에서 고속으로 변속되는 경우에는 단지 상기 변속기구(2)에서 출력되는 회전속도가 변속제어기구(4)의 제2클러치(C2)를 통해서 전달되어지는 과정만이 이루어지게 되는 것이다.

그리고, 이러한 고속으로의 변속과정에서도 상기 유성롤러(6)의 지름이 선형적으로 증가되어지기 때문에, 이 유성롤러(6)의 출력을 전달받아 회전하는 상기 출력축(3)의 속도가 점진적으로 증가되어지게 되어 이 고속구간에서도 무단변속이 이루어지게 되는 것이다.

[역회전상태(후진)]

상기의 본 발명에 따른 무단변속기에서 그 구조적인 특징에 따른 작동과정을 설명하면서 이미 자세히 설명하였고, 또 제2도에서 표로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 무단변속기의 출력축(3)을 역회전시키고자 하는 경우에는, 상기 제2클러치(C2)를 해제 작동시킨 상태에서 제1클러치(C1)를 록크 작동시키면, 이미 설명한 바 있는 중속까지의 변속과정에서와 마찬가지로, 상기 변속기구(2)에서 변속된 회전력이 유성기어유닛(15)의 링기어(18)로 입력됨과 더불어, 상기 입력축(1)의 회전력이 고속기어(16)와 직결기어(17) 및 제1클러치(C1)를 통해서 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)로 입력되어지게 된다.

따라서, 상기 식 (2)와 그래프에서와 같이 유성기어유닛(15)의 피니언기어(20)의 회전속도 ω_C는 가변되지 않고 항상 동일하고, 상기 링기어(18)에 입력되는 회전속도가 소정치 이상으로 증가하여, 상기 링기어(18)의 회전속도에 대한 피니언기어(20)의 속도비,가이하로 되면 링기어(18)에 대한 선기어(24)의 속도비, 즉가 음(-)의 값이 되는 것이다.

즉, 상기 유성기어유닛(15)의 피니언기어(17)로 입력되는 회전속도 ω_C는 언제나 동일한 속도이므로, 결국 선기어(24)로부터 출력되는 회전속도와 그 회전방향은 상기 링기어(18)로 입력되는 회전속도에 따라 결정되어지게 되고, 이러한 선기어(24)의 정회전과 역회전의 임계선이 바로 상기 유성롤러(6)의 지름이 큰쪽 선단부 가까이에 위치한 중립선(C)이 되어지는 것이다.

따라서 상기 이동링(7)이 이 중립선(C)을 넘어서 지름이 큰 쪽으로 이동해 가면, 상기에서 설명한 바와 같은 원리에 의해 유성롤러(6)를 지지하고 있는 출력캐리어(9)에 구비된 트랜스퍼 드라이브기어(12)의 원주속도가 증대되어지게 되므로, 이 트랜스퍼 드라이브기어(12)와 연결된 유성기어유닛(15)의 링기어(18)가 회전하는 회전속도가 상기한 임계치 이상으로 증대되어져 상기에서 설명한 바와 같이 유성기어유닛(15)의 링기어(23)를 통해서 출력되어지는 회전방향이 역회전으로 변환되게 되는 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 고속정회전의 경우에도 이동링(7)이 상기 중립선(C)을 넘어서까지 이동하게 되지만, 이러한 고속정회전의 경우에는 이동링(7)이 중립선(C)을 넘어서 지름이 최대인 지점으로 이동하면 최고속으로 변속되어지게 되고 역회전의 경우와 같이 출력축(3)이 역회전하지 않게 되는데, 이는 상기한 고속정회전의 경우에는 제2클러치(C2)가 록크 작동되어지고 제1클러치(C1)는 해제 작동되어지는데 반해, 역회전 작동시에는 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동되고 제2클러치(C2)는 해제 작동되어지기 때문에, 상기 유성기어유닛(15)에서 변속이 이루어지느냐 아니냐에 따라, 상기한 바와 같이 이동링(7)이 유성롤러(6)의 중립선을 넘어서 지름이 큰쪽으로 이동하여도 선기어(24)가 역회전을 하거나 계속하여 정회전만을 하게 되는 것이다.

즉, 상기 이동링(7)이 유성롤러(6)의 최대 지름쪽으로 이동하여도 상기 제1클러치(C1)가 록크 작동하지 않고 제2클러치(C2)가 록크되어 있으면, 상기 유성기어유닛(15)이 작동되지 않기 때문에 상기 식 (1)과 (2)가 적용되어지지 않게 되고, 단지 상기 변속기구(2)에서 이루어진 변속상태가 중간에서 다시 한 번 변속되지 않고 직접 그대로 제2클러치(C2)를 통해서 출력축(3)으로 전달되어지기 때문에, 전진고속시에는 상기 이동링(7)이 유성롤러(7)의 지름이 큰쪽으로 이동함에 따라 증가되는 출력속도가 그대로 출력축(3)으로 전달되어지는 점에서 차이가 있는 것이다.

그러므로, 본 발명에 따른 무단변속기는 정역회전의 절환을 위한 별도의 방향전환수단을 사용하지 않고서, 단지 변속기구(2)에서 출력되는 회전속도만을 제어함으로써 정역회전의 절환이 이루어지게 되므로, 정역회전의 절환이 간단하고 부드러워지며, 또한 전체적으로 변속기의 구조가 간단해지며 컴팩트하게 할 수가 있는 것이다.

상기한 바와 같이 변속이 이루어져 출력되는 회전력은 출력축(3)의 선단에 구비되어 있는 출력기어(26)를 통해서 구동시키고자 하는 구동수단의 차동기어(27)등으로 전달되어져서, 차량등과 같은 구동수단에 부가된 부하의 상태에 따라 적절한 속도로 구동시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 무단변속기는 원추형의 유성롤러(6)를 이용한 변속기구(2)와 이 변속기구(2)에 제1클러치(C1)와 유성기어유닛(15) 및 제2클러치(C2)로 이루어진 변속제어기구(4)가 연결되어 이루어진 구조의 무단변속기에서, 상기 변속기구에서 1차로 변속된 동력이 상기 변속제어기구(4)를 구성하는 유성기어유닛(15)의 링기어(18)로 입력되고, 피니언기어(20)에는 입력축에서부터 변속이 이루어지지 않는 일정한 속도의 동력이 입력되어지게 하므로써, 상기 변속기구(2)의 이동링(7)을 유성롤러(6)의 표면을 따라 이동시키기만 하면 그에 따라 무단으로 출력속도가 변속되어지게 되고, 또한 정회전과 역회전의 절환이 별도의 다른 기구를 추가적으로 설치하지 않고도, 단지 상기한 이동링(7)의 위치를 유성롤러(6)의 지름이 큰쪽으로 이동시키기만 하면, 출력되는 회전방향이 정회전과 역회전으로의 절환이 이루어지게 되며, 역회전하는 경우에도 그 변속범위를 폭 넓게 가변시킬 수가 있게 되는 한편, 이러한 여러 가지의 기능이 간단한 구조의 변속기로 이루어지게 할 수가 있다는 잇점이 있는 것이다.

따라서 차량과 같이 변속기를 설치하기 위한 공간이 넉넉하지 않은 구동수단에 본 발명에 따라 구조가 간단하고 그 부피가 적은 무단변속기를 간단하게 설치할 수가 있다는 효과가 있다.

또한, 상기한 바와 같이 이동링(7)만 이동시키면 되므로 변속제어가 간편하며, 유성롤러(6)의 길이에 부합하는 변속범위가 얻어지므로 변속범위를 크게할 수가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 엔진(E)에서 발생된 동력을 전달하는 입력축(1)에 설치된 선기어(5)와, 이 선기어(5)의 주위에 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되어 있으면서 원추형으로 이루어진 다수개의 유성롤러(6), 이들 유성롤러(6)의 원추형 표면에 접촉하도록 배치되어 이동수단(13)에 의해 유성롤러(6)의 길이방향을 따라 이동하도록 되어 있음과 더불어 상기 유성롤러(6)의 길이방향을 따른 이동에 의해 이 유성롤러의 작동지름이 가변되어져서 유성롤러의 공전속도가 달라지게 함으로써 이들 유성롤러(6)를 통해 출력되는 출력속도가 가변되어지게 하는 이동링(7) 및, 상기 선기어(5)의 주위에 배치된 다수개의 유성롤러(6)를 상호연결시켜 지지하면서 유성롤러(6)에서 변속된 회전력을 전달하는 캐리어(9)로 이루어지는 변속기구(2)에 의해 1차 변속이 이루어지도록 되어 있고, 이러한 변속기구(2)에 의해 1차 변속된 회전력이 1개의 유성기어유닛(15)과 2개의 클러치(C1,C2)로 이루어진 변속제어기구(4)에 의해 2차 변속되어져 원하는 바의 최종변속이 이루어지도록 된 무단변속기에 있어서, 상기 변속제어기구(4)를 구성하는 유성기어유닛(15)의 링기어(18)와 제2클러치(C2)의 한쪽 마찰판(19)이 상기 변속기구(2)의 캐리어(9)와 트랜스퍼 드라이브기어(12) 및 트랜스퍼 드리븐기어(14)를 통해 연결되어, 상기 변속기구(2)에서 제어된 회전력이 상기 유성기어유닛(15)의 링기어(18) 또는 제2클러치(C2)의 한쪽 마찰판(19)에 직접 전달되고, 상기 유성기어유닛(15)의 선기어(24)와 제2클러치(C2)의 다른쪽 마찰판(25)이 출력축(3)과 연결되어 유성기어유닛(15)에서 2차 변속된 회전력 또는 제2클러치(C2)로 전달된 회전력이 그대로 상기 출력축(3)으로 전달되어지도록 되어 있는 한편, 상기 유성기어유닛(15)의 피니언기어(18)가 제1클러치(C1)의 한쪽 마찰판(21)과 연결되고, 이 제1클러치(C1)의 다른 한쪽 마찰판(23)이 직결기어(17)를 통해 변속기구(2)의 입력축(1)에 설치된 고속기어(16)와 연결된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 무단변속기.