KR100500496B1 - 기어형 구동 링 커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어형 구동 링 커플러를 포함한다. 이 기어형 구동 링 커플러는 프레임(5)의 각 단부에 회전 가능하게 연결되는 두 쌍의 인접하는 구동 링(1, 2, 3, 4)을 포함한다. 각 쌍의 구동 링(1, 2, 3, 4)은 상기 프레임(5)의 대향하는 단부의 상호 작용하는 구동 링(1, 2, 3, 4)과 함께 맞물린다. 각 쌍의 구동 링(1, 2, 3, 4)의 회전축의 상대적 공간 배치는 상기 프레임(5)에 의하여 유지되는데, 이것은 구동 링(1, 2, 3, 4)이 풀리 활차 사이의 예정된 관계로 유지해준다. 구동 풀리상의 구동 링(1, 2)은 CVT 구동 풀리 활차 측면과의 마찰 접촉을 통하여 구동 풀리와 동일한 방향으로 회전한다. 피구동 풀리 쪽의 구동 링은 구동 풀리상의 구동 링과 반대 방향으로 회전하는데, 이것은 이들 구동 링이 함께 맞물려 있기 때문이다. 이 때, 피구동 풀리상의 구동 링(3, 4)은 피구동 풀리 활차의 측면과 마찰 접촉 상태에 있게 되므로, 상기 피구동 풀리를 구동하게 된다. 각 풀리의 유효 직경 또는 반경은 풀리 활차의 이동에 의하여 조정된다. 풀리 활차의 이동에 의하여 각 쌍의 구동 링(1, 2, 3, 4)의 회전축은 그 각 풀리의 회전축에 대하여 편심 이동한다. 구동 링(1, 2, 3, 4)은 기계적으로 연결되어 있기 때문에, 구동 링(1, 2, 3, 4)은 풀리 활차의 이동에 응답하여 하나의 단위체로서 프레임(5)과 함께 이동하고, 이에 따라 변속기의 유효 기어비가 변한다.

Description

기어형 구동 링 커플러{GEARED DRIVE RING COUPLER}

본 발명은 기어형 동력 전달 시스템, 더욱 구체적으로 말하자면 CVT 변속기상에 구동 풀리 및 피구동 풀리와 상호 작용하는 구동 링을 포함하는 기어형 구동 링 커플러에 관한 것으로서, 상기 구동 링은 함께 맞물리고 베어링 프레임에 의하여 연결된다.

기어형 변속기는 자동차, 모터 사이클 등을 작동시키는 데 이용될 수 있다는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 상기 변속기는 모터를 구동 휠에 연결시킨다. 변속기류는 일반적으로 일정한 수효의 기어, 보통 세 개 또는 네 개의 기어를 포함한다. 이들 기어 중 단 한 개만이 가장 효율적이며, 따라서 나머지 기어 중의 하나에 모터를 작동시키는 것은 필연적으로 효율을 감소시킨다. 연료 효율을 개선하기 위한 목적으로는 무단 변속기(continuously variable transmission), 즉 CVT가 좋다.

CVT는 무한히 가변적이므로, 기어형 변속기에 비하여 매우 광범위한 기어비를 이용할 수 있다. CVT 변속기는 일반적으로 구동 풀리 및 피구동 풀리를 포함한다. 이들 풀리는 각각의 둘레에 걸려 돌아가는 벨트에 의하여 연결되어 있다. 무단 변속기에 사용하기 위한 여러 가지 형식의 벨트들이 개발되어 왔다.

일반적으로, CVT 벨트는 형상이 종래의 V자형 벨트의 형상과 유사하다. 특히, 이들은 상단이 넓고 하단이 좁으며, 각형(角形)의 홈을 형성하는 풀리의 활차(滑車)들 사이에 맞물리도록 설계된다. 상기 벨트가 걸려 돌아가는 풀리는 가동 활차와 고정 활차로 구성되는데, 이들 양활차는 모두 절두 원추(截頭圓錐) 형상이다. 일반적으로, 상기 활차 중의 하나는 움직이지만, 나머지는 고정 상태이다.

하나의 활차를 나머지 활차에 대하여 효과적으로 가동시키면, 벨트가 작동하는 풀리의 유효 직경, 즉 ø가 변한다. 따라서, 벨트의 선속도는 풀리의 유효 직경의 함수이며, 이 유효 직경은 활차 상호의 축방향 위치의 함수이다.

종래 기술의 CVT 벨트는 가요성이지만, 이들 각 벨트에는 역시 기타의 동력 전달 벨트들에서는 발견되지 않는 특징들이 있다. 예컨대, 이들 벨트에는 횡방향 강성(剛性)이 있어야 한다. 이것은 벨트로 하여금 풀리 활차 사이에서 찌그러지는 일이 없이 특정의 유효 직경으로 주행하도록 해준다.

구동 링은 유효 직경을 바꾸기 위하여 직경이 가변적인 풀리에 이용될 수 있다. 이 경우, 벨트는 상기 구동 링 상에 걸려 돌아간다.

종래 기술의 풀리와 벨트 사이의 관계에 관해서는, Donowski에게 허여된 미국 특허 제5,709,624호에서 직경이 가변적인 풀리를 개시하고 있다. 단일한 구동 링이 풀리 활차 내에서 주행한다. 가요성 벨트는 풀리를 통하여 이 구동 링 위에서 주행한다. 상기 풀리 활차가 서로에 대하여 이동함에 따라, 풀리의 유효 직경이 변한다. 상기 구동 링은 상기 풀리 활차들 사이의 횡력 또는 압축력을 지탱하기 때문에, 벨트는 이들 힘을 수용하도록 설계될 필요가 없다. 그러나, 상기 Donowski의 장치는 내연 기관의 보조 구동 시스템의 일부로서 이용되는 단일한 구동 링으로 구성된다. 상기 풀리 활차 부재들의 회전축에 대하여 적어도 실질적으로 평행한 상기 구동 링의 회전축을 유지하기 위한 안정화 부재도 역시 필요하다. 상기 Donowski의 장치는 그 자체로는 CVT 변속기에 도움이 되지 않는다.

또 하나의 대표적인 종래 기술은, Clark의 미국 특허 제4,875,894호에 개시되어 있는 무단 변속기이다. 이 변속기는 각각 회전 디스크 조립체를 구비하는 입력축과 출력축을 포함하고 있다. 상기 회전 디스크 조립체는 각각 직경이 연속적으로 변하는 원을 형성하는 접촉 패드를 갖고 있다. 두 개의 회전 디스크 조립체가 단일의 경질성 커플링 링과 같은 커플링 기구에 의하여 연결된다. 각 풀리 사이의 동력 전달은 링의 회전을 통하여 이루어진다. 이 장치는 가요성의 동력 전달용 벨트를 사용하는 선택권을 제공하지 않으며, 그 대신 상기 두 개의 디스크를 연결하기 위한 경질성 링을 필요로 한다. 이것은 상기 장치가 작동할 수 있는 공간을 일반적으로 풀리의 최외측 치수에 의해 형성되는 사각형 또는 원형 공간으로 제한한다.

기어의 상호 작용에 의하여 동력을 전달하는 상호 작용식 구동 링들이 마련된 기어형 구동 링 커플러가 요구된다. 이들 구동 링을 기계적으로 연결시키고 공간적으로 배열시키기 위한 프레임이 구비된 기어형 구동 링 커플러가 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.

본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 이루고 있는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 사시도이고,

도 2는 CVT 풀리의 기어형 구동 링 커플러의 횡단면 사시도이며,

도 3은 상기 기어형 구동 링 시스템의 측면도이고,

도 4는 상기 기어형 구동 링 시스템의 평면도이며,

도 5는 베어링 프레임의 사시도이고,

도 6은 베어링 프레임의 측면도이며,

도 7은 베어링 프레임의 평면도이다.

본 발명의 주요 양태는, 기어의 상호 작용에 의하여 동력을 전달하는 상호 작용식 구동 링들이 마련된 기어형 구동 링 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 구동 링들을 기계적으로 연결시키고 공간적으로 배열시키기 위한 프레임이 구비된 기어형 구동 링 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 양태는 본 발명에 대한 이하의 설명 및 첨부 도면에 의하여 지적되거나 자명하게 될 것이다.

본 발명은 기어형 구동 링 커플러를 포함한다. 이 기어형 구동 링 커플러는 프레임의 각 단부에 회전 가능하게 연결되는 두 쌍의 인접하는 구동 링을 포함한다. 각 쌍의 구동 링은 상기 프레임의 대향하는 단부에서 상호 작용하는 쌍의 구동 링과 함께 맞물린다. 각 쌍의 구동 링의 회전축의 상대적인 공간 배치는 프레임에 의하여 유지되는데, 이 프레임은 이들 구동 링을 풀리 활차들 사이에서 예정된 관계로 유지한다. 구동 풀리 상의 구동 링은 CVT 구동 풀리 활차의 측면과 마찰 접촉함으로써 구동 풀리와 동일한 방향으로 회전한다. 피구동 풀리측의 구동 링은 상기 구동 풀리 상의 구동 링과는 반대 방향으로 회전하는데, 이것은 이들이 함께 맞물려 있기 때문이다. 이 때, 피구동 풀리측의 구동 링은 피구동 풀리 활차의 측면과 마찰 접촉 상태에 있으므로, 피구동 풀리를 구동하게 된다. 각 풀리의 유효 직경 또는 반경은 풀리 활차의 이동에 의하여 조정된다. 풀리 활차가 이동하면, 각 쌍의 구동 링의 회전축은 그 각 풀리의 회전축에 대하여 편심 이동하게 된다. 상기 구동 링들은 기계적으로 연결되어 있기 때문에, 이들 구동 링은 풀리 활차의 이동에 응답하여 하나의 단위체로서 프레임과 함께 이동하고, 이에 의하여 상기 변속기의 유효 기어비가 변한다.

도 1은 본 발명의 사시도이다. 기어형 구동 링 CVT는 제1∼제4 링(1, 2, 3, 4)을 포함한다. 제1 링(1) 및 제2 링(2)은 맞물림에 의하여 또는 기어 표면에 의하여 회전 가능하게 각각 제3 링(3) 및 제4 링(4)에 결합된다.

상기 링(또는 링 기어)는 프레임(5)에 회전 가능하게 장착된다. 프레임(5)의 제1 단부(14)에는 베어링 리테이너(9)가, 제2 단부(15)에는 베어링 리테이너(10)가 마련된다. 베어링(6, 7)은 리테이너(9)에 장착되고, 베어링(11, 12)은 리테이너(10)에 장착된다. 프레임(5)의 지지구(13)는 상기 리테이너(9, 10)를 적절한 관계로 유지한다. 또한, 제1 링(1)은 베어링(6)에 장착되고, 제2 링(2)은 베어링(7)에 장착되며, 제3 링(3)은 베어링(12)에 장착되고, 제4 링(4)은 베어링(11)에 장착된다. 각 링(1, 2, 3, 4)에는 회전축이 있다. 베어링(6, 7, 11, 12)은 당업계에서 알려져 있는 볼 베어링, 니들 베어링 또는 슬리브 베어링을 비롯한 임의의 적절한 베어링 형식으로 구성될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

도 2는 CVT 풀리 내의 기어형 구동 링 커플러의 횡단면 사시도이다. 본 발명의 시스템이 구동 풀리(100) 및 피구동 풀리(200) 사이에 설치되는 것으로 도시되어 있다. 풀리 활차(101, 102)는 축방향(M1)으로 이동하여 이들 활차간의 간격을 늘이거나 또는 줄인다. 풀리 활차(201, 202)는 축방향(M2)으로 이동하여 이들 활차간의 간격을 늘이거나 또는 줄인다. 각 경우에, 각 활차는 상호 작용하여 함께 이동하거나 분리된다. CVT 풀리 활차의 이동은 당업계에서 알려진 수단에 의하여 달성된다. 이동(M1, M2)은 고정축(C)에 대하여 이루어지는데, 이것은 각 활차부가 상호 작용하는 활차부에 대하여 이동량은 균등하지만 이동 방향은 반대로 상기 고정축(C) 방향으로 또는 그 반대 방향으로 이동한다는 것을 의미한다.

작동 중에, 풀리(100)는 R1 방향으로 회전하고, 풀리(200)는 R2 방향으로 회전한다. 풀리(100)의 축은 리테이너(9)를 통하여 돌출한다. 풀리(200)의 축은 리테이너(10)를 통하여 돌출한다. 제1 링(1)의 표면(33; 도 3 및 도 4 참조)은 지점(105)에서 활차 표면(103)에 접촉한다. 제2 링(2)의 표면(31; 도 3 및 도 4 참조)은 지점(106)에서 활차 표면(104)에 접촉한다. 이러한 접촉에 의하여 링 기어(1, 2)는 구동 풀리(100)와 협동하여 R3 방향으로 회전한다. 제1 및 제2 링(1, 2)이 회전함에 따라, 이들은 제3 및 제4 링(3, 4)과 맞물리거나 회전 가능하게 결합되고, 이에 의하여 제3 및 제4 링(3, 4)이 R4 방향으로 회전한다. 제3 링(3)의 표면(34; 도 3 및 도 4 참조)은 지점(205)에서 활차 표면(203)에 접촉한다. 제4 링(4)의 표면(32; 도 3 및 도 4 참조)은 지점(206)에서 활차 표면(204)에 접촉한다. 이러한 접촉에 의하여 피구동 풀리(200)는, 제3 및 제4 링(3, 4)과 공동으로 그리고 이들 제3 및 제4 링(3, 4)에 의해 구동될 때 R2 방향으로 회전하게 된다. 각 표면(31, 32, 33, 34)은 각 표면(104, 204, 103, 203)에 적절하게 접촉하도록 소정의 각도를 이루고 있다.

기어형 구동 링 CVT의 각 링의 유효 반경은 활차부의 상대적 위치에 의하여 결정된다는 것이 당업계에 알려져 있다. 소정 풀리의 활차부가 함께 이동할 때, 링 기어의 회전축은 풀리의 회전축으로부터 멀어지도록 힘을 받으므로, 각 링의 유효 반경은 증가한다. 반대로, 상기 활차부가 서로 멀어지는 방향으로 이동할 때, 링 기어의 회전축은 풀리의 회전축 방향으로 이동하므로, 각 링의 유효 반경은 감소한다.

도 3은 기어형 구동 링 커플러의 측면도이다. 지지 표면(31)은 활차 표면(104; 도 2 참조)과 접촉한다. 지지 표면(32)은 활차 표면(204)과 접촉한다. 제2 링(2)은 베어링(7) 위에서 움직인다. 제4 링(4)은 베어링(11) 위에서 움직인다.

도 4는 기어형 구동 링 커플러의 평면도이다. 제1 링(1)은 기어 표면(21)을 포함한다. 제2 링(2)은 기어 표면(22)을 포함한다. 제3 링(3)은 기어 표면(23)을 포함한다. 제4 링(4)은 기어 표면(24)을 포함한다. 지지구(13)는 리테이너(9)를 리테이너(10)에 견고하게 연결하고, 이에 의하여 제1 및 제2 링(1, 2)이 각각 제3 및 제4 링(3, 4)과 적절한 맞물림 관계로 유지된다. 표면(21, 22, 23, 24)은 헬리컬 기어, 스퍼 기어 또는 베벨 기어를 비롯한 당업계에 알려져 있는 임의의 기어 형태로 구성될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

변형례에서, 표면(21, 22, 23, 24)은 편평하다. 이 변형례에서, 회전 가능하게 결합된 링 표면은 각 표면에서의 높은 마찰 계수에 의하여 동력을 전달한다.

도 5는 베어링 프레임의 사시도이다. 프레임(5)은 지지구(13)에 의하여 견고하게 연결되는 리테이너(9) 및 리테이너(10)를 포함한다. 리테이너(9)는 베어링 장착 표면(41, 42)을 포함하는데, 이들 표면 위에 베어링(6, 7)이 각각 장착된다. 리테이너(10)는 베어링 장착 표면(43, 44)을 포함하는데, 이들 표면 위에 베어링(12, 11)이 각각 장착된다.

도 6은 상기 베어링 프레임의 측면도이다. 리테이너(9)와 리테이너(10)는 지지구(13)와 축방향으로 정렬되고 상기 지지구에 연결된다.

도 7은 상기 베어링 프레임의 평면도이다. 리테이너(9)의 외연부(45, 46)는 주축(A)에 대하여 소정의 각도(α)를 이루고 있다. 리테이너(10)의 외연부(47, 48)도 역시 주축(A)에 대하여 소정의 각도(α)를 이루고 있다. 상기 각도(α)는 커플러가 동작하는 풀리 활차의 내측 표면간의 협각(夾角) 값의 1/2보다 약간 작으므로, 링과 풀리 활차 사이의 적절한 접촉이 보장된다. 즉, 이러한 각도를 이루고 있는 관계는, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 지점(105, 106, 205, 206)에서의 적절한 접촉을 보장해준다. 각도(α)는 특정 풀리의 물리적 특징에 맞게 구체화될 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 한 가지 단일한 형태에 관하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 본 발명의 정신과 범위를 벗어나는 일이 없이 부품의 구성 및 상호 관계에 여러 가지 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (13)

1. 지지 표면이 구비된 제1 링과,

   지지 표면이 구비된 제2 링과,

   지지 표면이 구비된 제3 링과,

   지지 표면이 구비된 제4 링과,

   제1 단부 및 제2 단부가 마련된 프레임을 포함하는 기어형 구동 링 커플러로서,

   상기 제1 링과 제2 링은 상기 제1 단부에 회전 가능하게 장착되고,

   상기 제3 링과 제4 링은 상기 제2 단부에 회전 가능하게 장착되는 것인 기어형 구동 링 커플러.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 링은 상기 제3 링과 결합되고, 상기 제2 링은 상기 제4 링과 결합되는 것인 기어형 구동 링 커플러.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 링의 지지 표면과 제2 링의 지지 표면은 각각 소정의 각도를 이루고, 상기 제3 링의 지지 표면과 제4 링의 지지 표면은 각각 소정의 각도를 이루는 것인 기어형 구동 링 커플러.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 링과 제2 링은 서로 인접하고, 상기 제3 링과 제4 링은 서로 인접하는 것인 기어형 구동 링 커플러.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 링과 제3 링은 표면 맞물림에 의하여 서로 결합되고, 상기 제2 링과 제4 링은 표면 맞물림에 의하여 서로 결합되는 것인 기어형 구동 링 커플러.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 링과 제3 링은 마찰 표면에 의하여 서로 결합되고, 상기 제2 링과 제4 링은 마찰 표면에 의하여 서로 결합되는 것인 기어형 구동 링 커플러.
7. 제1 단부와 제2 단부가 마련된 프레임과,

   상기 제1 단부에 회전 가능하게 장착되는 제1 회전 부재와,

   상기 제2 단부에 회전 가능하게 장착되는 제3 회전 부재와,

   상기 제1 단부에 회전 가능하게 장착되고 상기 제1 회전 부재에 인접하는 제2 회전 부재와,

   상기 제2 단부에 회전 가능하게 장착되고 상기 제3 회전 부재에 인접하는 제4 회전 부재

   를 포함하는 커플러로서,

   상기 제1 회전 부재와 제3 회전 부재를 결합시킴으로써 상기 제1 회전 부재의 이동에 의하여 상기 제3 회전 부재가 이동되도록 하고,

   상기 제2 회전 부재와 제4 회전 부재를 결합시킴으로써 상기 제2 회전 부재의 이동에 의하여 상기 제4 회전 부재가 이동되도록 한 것인 기어형 구동 링 커플러.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 회전 부재는 제1 지지 표면을 더 포함하고,

   상기 제2 회전 부재는 제2 지지 표면을 더 포함하며,

   상기 제3 회전 부재는 제3 지지 표면을 더 포함하고,

   상기 제4 회전 부재는 제4 지지 표면을 더 포함하는 것인 기어형 구동 링 커플러.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 지지 표면과 제2 지지 표면은 소정의 각도를 이루고, 상기 제3 지지 표면과 제4 지지 표면은 소정의 각도를 이루는 것인 기어형 구동 링 커플러.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 회전 부재의 회전축과 제2 회전 부재의 회전축은 소정의 각도를 이루고, 상기 제3 회전 부재의 회전축과 제4 회전 부재의 회전축은 소정의 각도를 이루는 것인 기어형 구동 링 커플러.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 회전 부재와 제2 회전 부재는 서로 인접하고, 상기 제3 회전 부재와 제4 회전 부재는 서로 인접하는 것인 기어형 구동 링 커플러.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 회전 부재와 제3 회전 부재는 표면 맞물림에 의하여 서로 결합되고, 상기 제2 회전 부재와 제4 회전 부재는 표면 맞물림에 의하여 서로 결합되는 것인 기어형 구동 링 커플러.
13. 제11항에 있어서, 상기 제1 회전 부재와 제3 회전 부재는 마찰 표면에 의하여 서로 결합되고, 상기 제2 회전 부재와 제4 회전 부재는 마찰 표면에 의하여 서로 결합되는 것인 기어형 구동 링 커플러.