KR100767461B1 - 자동 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동축과 피동축 각각에 한쌍의 디스크판을 구비하고, 이들 디스크판에 감아져 동력을 전달하는 벨트로 구성되어 운전 중 발생하는 벨트의 장력 세기에 따라 벨트의 유효경이 변위되며 변속이 이루어지는 무단 변속기에 관한 것으로, 상기 각각의 디스크판은 접시 형태로 절곡되고, 다수의 끼움 돌부와 절개부가 교호로 연속 배치되어 서로 마주 보는 상태에서 일측 디스크판의 돌부가 타측 디스크판의 절개부에 끼워지는 원동 및 종동 가변 풀리와; 상기 구동축과 피동축 각각에 설치되어 디스크판을 탄력 지지하는 복원이 이루어지도록 하는 스프링;이 갖추어진 구성으로 이루어져 벨트의 이동 거리 및 디스크판의 이동 간격을 증가시켜 변속 비율을 향상시키고, 적용되는 장치에 따라 가변 풀리의 크기를 최적화하여 사용될 수 있는 발명이다.

무단 변속기, 가변 풀리, 디스크판, 자전거

Description

자동 무단 변속기{continuously variable transmission}

도 1은 종래 무단 변속기의 일 예를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 무단 변속기의 일측면도,

도 3은 본 발명에 따른 무단 변속기의 원동측 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 무단 변속기의 종동측 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 무단 변속기의 종동측 분해 사시도,

도 6a,b,c,d는 본 발명에 적용되는 디스크판들의 일 예를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명이 자전거에 적용된 실 예를 나타낸 일측면도,

도 8은 본 발명이 자전거에 적용된 실 예를 나타낸 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 구동축 11 : 베어링

20 : 피동축 21 : 이탈 방지링

100 : 원동 가변 풀리 200 : 종동 가변 풀리

110, 210 : 고정 디스크판 120, 220 : 가변 디스크판

300 : 벨트 400 : 스프링

500 : 자전거

본 발명은 가변 풀리와 벨트를 이용하여 운전 상태에 따라 임의의 속도비를 얻을 수 있는 무단 변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변 풀리를 구성하는 한쌍의 디스크판을 겹쳐지게 구성하여 변속 범위를 증가시키고, 풀리의 크기는 작게 하면서도 큰 변속비를 얻을 수 있도록 하며, 벨트의 미끄럼을 방지할 수 있는 자동 무단 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 무단 변속기는 2개의 접시형 원판을 서로 마주 보게 설치하고, 여기에 벨트를 걸어 접시형 원판의 간격을 증감시킴으로써 벨트차의 유효경을 바꾸어 임의의 변속비를 얻는 것이다.

예를 들어, 국내 공개특허 제2003-83986호의 무단 변속장치는 2륜차에 설치되어 주행 조건에 따라 무단 변속이 이루어지도록 하는 것으로, 구동축에는 가동 풀리를 설치되고, 바퀴축에는 종동 풀리를 설치된 상태에서 벨트를 감아 전동 혹은 변속이 이루어지도록 하되, 각각 풀리는 원추형으로 이루어져 경사부가 맞대어져 풀리 홈이 구성되는 유동부와 고정부로 이루어져 있다.

이러한 유동부와 고정부는 경사부를 서로 마주 보는 상태로 구동축과 바퀴축 각각에 설치되며, 구동축 유동부는 내측에 원심 롤러와 유동판이 구비되어 이들 통해 복원되고, 바퀴축의 유동부는 스프링에 탄력지지 되어 복원되며 변속이 이루어 지도록 하는 것이다.

이와 유사한 다른 실 예로 첨부된 도 1과 같은 형태의 무단 변속기가 있다.

이러한 무단 변속기(1)는 접시 형태로 주연부가 경사진 한쌍의 원판(2)(3)을 서로 마주 보는 상태로 축에 설치하여 서로 맞대어져 풀리 홈을 구성하는 경사부(4)에 벨트를 감아 변속이 이루어지도록 하는 것이다.

그런데, 이러한 종래의 무단 변속기들은 풀리 홈 즉, 경사부의 각도(α)에 반비례하여 벨트의 이동 거리(ℓ)가 증감하고, 그에 따라 변속 범위가 극히 제한되는 문제가 있다.

예컨대, 일반적으로 사용되는 36°각도의 변속 풀리의 경우 벨트의 이동 거리가 너무 짧아 변속 자체가 어렵고 따라서 사용이 불가능한 문제가 있다.

또한 각도를 줄여 이동 거리를 증가시킨 22°각도의 풀리의 경우에는 여기에 사용되는 벨트의 폭이 너무 작아 전동 과정에서 외력에 의해 쉽게 꼬임이 발생하는 즉, 외력을 받았을 때 벨트의 높이가 낮아 풀리 홈에 간섭이 이루어지지 아니하여 쉽게 꼬이면서 벨트 홈으로 빠지게 되는 문제가 있다.

또한, 이러한 무단 변속기는 풀리와 벨트의 접촉 면적이 작아 미끄럼이 발생하고 이것을 극복하기 위해서는 디스크판을 강하게 밀어 마찰력을 증가시키고 벨트의 장력을 유지시켜야 하나 이 경우 역시 기계적인 결함이 발생하고 벨트가 쉽게 마모되며, 디스크판의 압력에 의해 벨트의 이동이 용이하지 않아 변속 또한 어려운 문제가 있다.

또, 풀리 홈의 각도가 작아 벨트의 끼임 현상이 발생하여 동력전달 효율이 떨어지며, 유동 디스크판의 이동 거리가 짧아 정교한 변속이 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 가변 풀리를 구성하는 한쌍의 디스크판을 깎지 끼움 형태로 조립하여 벨트의 이동 거리 및 디스크판의 이동 간격을 증가시켜 변속 비율을 향상시키고, 적용되는 장치에 따라 가변 풀리의 크기를 최적화하여 사용될 수 있도록 하는 자동 무단 변속기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 풀리 홈의 각도에 관계없이 벨트와 디스크판의 이동 거리를 유지시킬 수 있어, 적용되는 장치 및 마력에 따라 다양한 규격의 벨트를 사용할 수 있는 자동 무단 변속기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 풀리와 벨트의 접촉면적을 향상시켜 마찰력을 증가시킴으로써, 벨트의 미끄럼을 방지하고 원활한 동력 전달이 이루어지도록 하는 자동 무단 변속기를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 양 디스크판이 서로 겹쳐지게 구성되어 벨트의 장력 및 축 토크가 양 디스크판에 고루 분산될 수 있도록 함으로써 축에 가해지는 집중 하중을 방지하고 축의 비틀림, 휨 현상을 방지하며 고장율을 감소시킬 수 있는 자동 무단 변속기를 제공하는데 있다.

본 발명은 구동축과 피동축 각각에 한쌍의 디스크판을 구비하고, 이들 디스크판에 감아져 동력을 전달하는 벨트로 구성되어 주행시 발생하는 장력의 세기에 따라 벨트의 유효경이 변위되어 변속이 이루어지는 무단 변속장치로써, 상기 각각의 디스크판은 접시 형상으로 절곡되고, 이들 디스크판 각각은 다수의 끼움 돌부와 절개부가 교호로 연속 배치되어 서로 마주 보는 상태에서 일측 디스크판의 돌부가 타측 디스크판의 절개부에 끼워맞춤되는 원동 및 종동 가변 풀리; 상기 구동축과 피동축 각각에 설치되어 디스크판을 탄력 지지하여 복원이 이루어지도록 하는 원추형 스프링;으로 이루어진 기술적인 특징을 가지고 있다.

바람직하기로 본 발명의 자동 무단 변속기는 마력에 제한 없이 동력을 전달하는 모든 기계 기구 장치는 물론 자동차, 오토바이, 자전거 등에 적용될 수 있으며, 발명을 구성하는 원동 및 종동 풀리는 판재의 프레스 가공 혹은 다이캐스팅에 의한 성형에 의해서 제작될 수 있다.

바람직하기로 본 발명은 깎지 끼움 형태로 디스크판이 조립되어 그 겹쳐지는 량 만큼 이동 거리가 증가함으로써, 벨트의 규격에 관계없이 특히 일반 시중에서 판매되는 표준 V벨트의 사용이 가능한 것이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 첨부된 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 자동 무단 변속기의 일측면도 및 단면도를 나타낸 것이다.

도면에서 본 발명의 무단 변속기(1)는 각각 한쌍의 디스크판으로 구성된 원 동 및 종동 가변 풀리(100)(200)와, 이들 가변 풀리에 감아지는 벨트(300)와, 상기 디스크판을 복원시키는 스프링(400)으로 구성된다.

상기 원동 가변 풀리(100)는 기계 기구 장치 혹은 운송 기계의 구동축(10) 일단에 고정되는 고정 디스크판(110)과, 이 고정 디스크판(110)에 깎지 끼움 형태로 결합되고 구동축(10) 상에서 이동하는 가변 디스크판(120)으로 구성된다.

상기 고정 및 가변 디스크판(110)(120)은 접시 형태로 절곡 혹은 성형된 원판으로 이루어지며, 중앙에 보스(111)(121)가 갖추어지고 이들 보스를 관통하는 축공(112)(122)의 내측면에는 키홈 혹은 스플라인이 형성되어 조립 후 구동축과 연동될 수 있도록 하는 구성이다.

상기 고정 디스크판(110)과 가변 디스크판(120) 각각에는 보스(111)(121)를 중심으로 다수개의 절개부(113)(123)가 방사 방향으로 절개되어 이들 사이에 끼움 돌부(114)(124)가 구비되도록 하되, 상기 절개부(113)(123)의 폭이 끼움 돌부(114)(124)보다 크게 구성되어 디스크판들이 겹쳐지게 끼워맞춤될 수 있도록 한다.

즉, 접시 형태로 절곡된 가변 디스크판(120)과 고정 디스크판(110)은 서로 마주 보는 상태에서 일측 디스크판의 끼움 돌부가 타측 디스크판의 절개부에 끼워져 서로 겹쳐짐으로써 겹쳐지는 거리 만큼 양 디스크판의 이동 간격을 향상시켜 변속 비율은 물록 사용되는 벨트에 따라 각도 조절이 용이한 것이다.

여기서 상기 절개부(113)(123)는 도면과 같이 디스크판의 일부에 등간격으로 연속 절개됨에 바람직하나, 경우에 따라서는 디스크판의 단부까지 완전 절개될 수도 있으며, 절개 형태 또한 여러 모양으로 절개될 수 있다.

상기 디스크판들이 설치된 구동축(10)의 대향측에는 베어링(11)이 설치되는데, 이 베어링은 축 회전을 원활하게 하고, 스프링(400)을 지지하여 유동 디스크판(120)이 복원될 수 있도록 한다.

물론, 상기한 베어링은 하나의 실 시예에 불과하고 본 발명의 무단 변속기가 설치되는 장치에 따라서는 다른 형태 및 구조를 가지고 스프링(400)이 지지될 수 있으며, 베어링(11)과 스프링(400)을 감싸며 가변 디스크판(120)의 보스(121)가 그 내측면을 따라 이동될 수 있도록 하는 케이싱(12) 또한 다른 형태 및 구조를 가질 수 있다.

한편, 상기 스프링(400)은 설치 공간의 활용과 증가된 가변 디스크판의 이동 거리를 감안하여 원추형 스프링이 사용되고, 가변 디스크판의 보스(121) 단면에는 스프링이 안정적으로 고정될 수 있도록 스프링 홈이 형성되어 있다.

본 발명 무단 변속기가 설치되는 기계 기구 장치의 피동축(20)에 설치되는 상기 종동 가변 풀리(200)는 원동 가변 풀리(100)와 마찬가지로 고정 디스크판(210)과 가변 디스크판(220)으로 구성된다.

상기 종동 고정 및 가변 디스크판은 각각의 중앙에 구비된 보스(211)(221)를 중심으로 방사 방향에 다수개의 절개부(213)(223)가 등간격으로 절개되어 그들 사이에 끼움 돌부(214)(224)가 구비되도록 하고, 보스를 관통하는 축공(212)(222)에는 키홈 혹은 스플라인이 형성되어 있다.

한편, 상기 종동 디스크판들(210)(220)에 구비된 보스(211)(221)는 서로 다른 방향으로 돌출되어 서로 끼워지도록 하되, 고정 디스크판의 보스(211)가 길게 연장되어 피동축(20)에 억지 끼워지고, 그 외측으로 가변 디스크판의 보스(221)가 끼워져 그 상면을 따라 이동하는 구성이다.

상기 스프링(400)은 고정 디스크판의 보스(211) 선단부에 끼워져 가변 디스크판(220)을 탄력 지지하되, 피동축(20)의 단부에는 스프링의 이탈을 방지하는 이탈 방지링(21)이 설치된 즉, 상기 스프링(400)은 가변 디스크판(220)의 보스(221)와 링(21) 사이에 개재되어 가변 디스크판을 탄력지지하게 된다.

또한, 상기 스프링(400)은 원추형 스프링이 사용됨으로써, 공간은 활용하면서도, 가변 디스크판(220)이 충분히 이동될 수 있도록 하며, 상기 가변 디스크판의 보스(221) 단면에는 스프링의 설치가 용이하도록 스프링 홈이 형성되어 있다.

상기 종동 가변 풀리(200)와 원동 가변 풀리(100)에 감아져 동력을 전달하는 벨트는 V벨트로 구성되며, 바람직하기로는 일반 시중에서 판매되는 규격 V벨트가 사용된다.

본 발명에서 다른 무단 변속기에 사용되는 벨트 보다 각도 큰 규격 V벨트를 사용할 수 있는 것은, 깍지 끼움 형태로 조립되어 디스크판과 벨트의 이동 거리가 증가되어 변속 비율이 향상됨과 아울러 정교한 변속이 가능하고, 스프링과 디스크판의 자체 탄발력으로 벨트를 압압하여 마찰력이 증가시킬 수 있는 본 발명의 구조에 의해서 사용이 가능한 것이다.

다음은 이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

기계 혹은 운송 기계의 구동축과 피동축에 원동 가변 풀리(100)와 종동 가변 풀리(200)가 설치되고 여기에 벨트가 동력을 전달하게 되는데 이 과정에서 원동 가변 풀리(100)에 큰 토크가 발생하며 풀리는 벨트를 강하게 당기게 되고, 그에 비례하여 벨트의 장력 또한 점차 커지게 된다.

이 과정에서 벨트의 장력이 가변 디스크판(120)을 지지하는 스프링(400)의 탄발력을 넘어서게 되면 벨트는 가변 디스크판을 밀어내며 디스크판들 사이로 파고 들어가 회전 반경이 작아지게 된다.

이렇게 원동 가변 풀리(100)측에서 벨트(300)가 디스크판들 사이로 파고 들면 반대로 종동 가변 풀리(200)에 감아진 벨트(300)는 이완되고 따라서 V벨트는 종동 디스크판들의 외주 방향에 감기려 함과 동시에 스프링(400)이 종동측 가변 디스크판(220)을 밀어 벨트(300)의 유효경을 증가시킴으로 이완에 따른 처짐을 방지하게 된다.

이와 같이 벨트의 유효경이 바뀌면 회전 반경이 작아진 원동측에서는 속도는 감소하나 그 만큼 전동 토크가 감소하게 되고, 또한 원동측 디스크판들 겹쳐진 부위가 완전히 빠져나올 때까지 충분한 거리가 확보되어 변속 비율이 향상되는 것이다.

반대로 구동축에 걸리는 부하가 감소하면 원동측 스프링(400)이 가변 디스크판(120)을 밀어 복원시키고, 벨트(300)는 다시 디스크판의 외주연으로 밀려나면서 정상 주행이 이루어지는 것이다.

한편, 첨부된 도 7 내지 도 8은 본 발명의 사용 상태를 나타낸 것으로, 본 발명의 자동 무단 변속기를 자전거(500)에 설치한 실 예이다.

여기서 자전거는 일반적인 구성 즉, 프레임(501)의 전방측 조향부(502)를 구비하고, 전후방 각각에 바퀴(521)가 갖추어지며, 바퀴를 회전시키기 위한 폐달(511)이 갖추어진 것으로, 그 종류는 구애받지 않는다.

먼저, 본 발명을 구성하는 원동 가변 풀리(100)는 폐달축(510)에 설치되고, 바퀴축(520)에는 상기 종동 가변 풀리(200)가 설치되며, 이들은 V벨트(300)로 감아져 폐달의 회전력을 바퀴에 전달하여 운전이 이루어지도록 하되, 오르막이나 내리막 주행시에는 벨트의 유효경이 변위되며, 운전자의 힘을 덜어주게 된다.

또한 상기 폐달축은 상기 프레임과 연결된 케이싱의 내측을 관통하여 설치되고, 일측에 베어링이 구비됨과 아울러 타단에 설치된 가변 디스크판 사이에 원추형 스프링이 개재된 구성이다.

상기 종동 가변 풀리의 고정 디스크판은 바퀴의 보스에 지지되어 고정되고, 바퀴축의 단부에는 스냅링이 설치된 구성이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 무단 변속기는 오르막, 내리막 혹은 평지 주행에 따른 벨트의 장력 변화에 따라 벨트의 유효경이 변위되며 무단 변속이 이루어지는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 원동 및 종동 가변 풀리를 구성하는 디스크판이 서로 겹쳐지게 깎지 끼움 형태로 조립되어 겹쳐진 거리 만큼 디스크판의 이동 거리가 증가하고, 벨트의 이동 거리 또한 증가하여 정교하면서 변속 비율을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

이러한 본 발명은 무단 변속기는 변속비가 풀리의 크기를 적용되는 운송 기계 및 장치에 따라 특히, 무게를 줄여야 하는 자전거에 최적의 조건으로 설치될 수 있는 효과를 가지고 있다.

또한 본 발명은 양 디스크판이 겹쳐지면서 발생하는 탄발력과 스프링의 탄성력으로 벨트를 압압하여 접촉면적을 증가시키고, 그에 따르는 마찰력을 증가시켜 미끄럼을 방지함으로써, 원활한 동력전달은 물론 변속이 용이하도록 하는 발명이다.

또 본 발명의 무단 변속기는 양 디스크판이 서로 끼워 맞춤되어 중첩됨으로써, 벨트의 장력 및 축 토크가 양 디스크판에 고루 분산될 수 있도록 함으로써, 각각의 축이 휘거나 비틀리는 현상을 방지하고 장치의 고장률을 줄이며, 장기간 동안 사용이 가능하도록 하는 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. (정정)

   구동축과 피동축 각각에 한쌍의 디스크판을 구비하고, 이들 디스크판에 감아져 동력을 전달하는 벨트로 구성되어 운전중 발생하는 벨트의 장력 세기에 따라 벨트의 유효경이 변위되며 변속이 이루어지는 무단 변속장치로써,

   상기 각각의 디스크판은 접시 형태로 절곡되고, 다수의 끼움돌부와 절개부가 교호하게 연속 배치되어 서로 마주보는 상태에서 일측 디스크판의 돌부가 타측 디스크판의 절개부에 끼워지는 원동 및 종동 가변 풀리(100,200)와; 상기 구동축과 피동축 각각에 설치되어 디스크판을 탄력 지지하는 복원이 이루어지도록 하는 스프링(400)으로 구성된 자동 무단 변속기에 있어서;

   상기 원동 가변 풀리(100)는 구동축(10)의 단부에 고정되는 고정 디스크판(110)과 이 고정 디스크판과 깍지 끼움 방식으로 결합되고 구동축 상에서 이동하는 가변 디스크판(120)으로 구성하되, 상기 각 디스크(110,120)판의 중앙에는 구동축에 끼워지게 보스(111,121)가 구비되며, 이 보스를 중심으로 상기 절개부(113,123)가 방사 방향에 등간격으로 배치되어 이들 절개부 사이에 끼움 돌부(114,124)가 구비되게 한 것을 특징으로 하는 자동 무단 변속기.
3. (정정)

   제2항에 있어서,

   상기 종동 가변 풀리(200)는 피동축(20)의 단부에 고정되는 고정 디스크판(210)과, 이 고정 디스크판과 깍지 끼움 방식으로 결합되고 피동축 상에서 이동하는 가변 디스크판(220)으로 이루어지되, 고정 디스크판의 중앙에 형성된 보스(211)는 피동축에 고정되고, 이 고정 디스크판의 보스 외측으로 가변 디스크판의 보스(221)가 끼워져 이동하며, 이들 보스를 중심으로 상기 절개부(213,223)가 방사 방향에 등간격으로 배치되어 이들 사이에 끼움 돌부(214,224)가 구비되도록 한 것을 특징으로 하는 자동 무단 변속기.
4. (정정)

   제3항에 있어서,

   상기 고정 디스크판(210)과 가변 디스크판(220) 각각의 중앙에 구비된 보스(211,221)는 상호 대향측으로 돌출되어 끼워지도록 하되, 고정 디스크판(210)의 보스(211)는 외향으로 피동축의 단부까지 연장되어 고정되고, 가변 디스크판(220)의 보스(221)는 고정 디스크판의 보스 외측으로 끼워져 그 외주연을 따라 이동하며, 상기 고정 디스크판의 보스 선단부에 스프링을 끼워 유동 디스크판을 탄력지지 하되, 피동축의 당부에 스프링의 이탈을 방지하는 이탈 방지링(21)이 구비된 것을 특징으로 하는 자동 무단 변속기.
5. (정정)

   제2항에 있어서,

   상기 스프링(400)은 원추형으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동 무단 변속기.
6. 삭제

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