KR100769261B1 - 무단변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력을 전달받는 회전축에서 편심되어 회전축과 함께 회전되고, 회전축에 스프링에 의해 지지되며, 미끄럼 이동되게 구속된 회전핀을 구비한 토크 변동부와, 토크 변동부의 회전핀에서 회전력을 전달받아 정역회전되는 피동축을 구비하고, 피동축의 정역회전을 어느 한 방향으로 변환시키는 클러치 수단에 의해 동력을 외부장치에 전달하는 구동축을 구비한 동력 출력부 및 토크 변동부의 회전핀과 동력 출력부의 피동축을 회전핀의 아암에 의해 연결함으로써 피동축을 정역으로 회전시키는 링크수단을 포함하고, 부하의 변화에 의해 토크변동부에서 토크가 변화되어 동력부의 회전축은 부하의 영향에 관계없이 일정한 출력을 유지하는 효과를 얻을 수 있다.

회전축, 회전핀, 스프링, 클러치, 링크

Description

무단변속장치{Continuously Variable Transmission}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속장치의 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속장치의 정면도이다.
도 2b는 도 2a에서 회전관성 조절수단을 분리한 정면도이다.

도 3은 도 2a의 평면도이다.

도 4는 도 2a의 좌측면도이다.

도 5는 도 2a의 토크 변동부를 나타낸 좌측면도이다.

도 6은 도 2a의 동력 발생부를 나타낸 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 동력부 102: 회전축

110: 토크 변동부 115: 스프링

117: 회전핀 118: 직선로

120: 토크 변동 하우징 122: 환형 플랜지

125: 롤러 130: 가압핀

140: 동력 출력부

142: 케이스 145: 피동축

147: 제1 클러치 톱니 148: 제2 클러치 톱니

149: 클러치 베어링 150: 구동축

152: 회전톱니 155: 이동톱니

160: 상부축 162: 고정톱니

165: 링부재 167: 핸들

170: 링크수단 172: 아암

175: 회전판

본 발명은 무단변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터나 엔진과 같은 동력발생기로부터 입력되는 동력이 출력축으로 출력될 때에는 회전수는 감소하고 토크는 증가하는 감속장치에 관한 것으로서 특히 출력축에 작용하는 부하의 증감에 따라 출력되는 토크가 자동으로 증감되는 무단변속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 감속기는 감속기 본체 내에 크고 작은 다수개의 기어를 서로 연결하여 항상 일정한 감속비로 동력을 출력하는 감속비율이 미리 정해진 정속감속기와, 원뿔 형태의 감속장치를 사용하여 감속비율이 가변되는 무단 변속기 등을 볼 수 있다.

모터나 엔진 등의 동력 발생기로부터 발생되는 회전력은 고회전력으로 출력되지만 힘(토크)이 적어 대부분의 산업기계에 있어서는 감속장치를 이용하여 토크 를 증가시켜 기계를 운전하게 된다.

여기서, 감속기는 동력발생기로부터 제공되는 회전수를 감속시키는 대신 토크를 증가시켜 주게 된다.

이와 같이, 일반적인 감속기는 동력발생기로부터 공급되는 회전수를 감속시킴과 동시에 토크를 증가시켜 출력하게 되나, 출력축에 가해지는 부하가 출력축의 출력토크보다 클 경우 부하가 동력발생원인 모터나 엔진에 역으로 작용하여 모터나 엔진 등의 동력 발생기의 수명을 단축하며, 이로 인해 원하는 출력을 출력축으로 공급하지 못하는 경우가 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 출력축에 작용되는 부하량에 따라 출력축의 토크가 자동으로 증감되어 출력되는 출력축의 부하량이 증가되더라도, 증가되는 부하가 동력원인 모터나, 엔진 등에 전달되지 않아 동력 발생기를 보호하며, 또한 동력 발생기는 출력축에 작용하는 부하량의 증강이 동력 발생기에 전달되지 않고 감속기내에서 차단되어 동력 발생기는 출력축에 과부하시나 무부하시를 막론하고 항상 동일하게 일정속도로 동력발생기가 운전되는 무단변속장치를 제공함이 목적이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무단변속장치의 구성은 동력부 에서 동력을 전달받는 회전축에서 편심되어 상기 회전축의 중심축선을 중심으로 상기 회전축과 함께 회전되고, 상기 회전축의 반경방향으로 배치된 탄력수단에 의해 지지되며, 반경방향으로 미끄럼 이동되게 구속되는 회전핀을 구비한 토크 변동부와, 상기 토크 변동부의 회전핀에서 회전력을 전달받아 정역회전되는 피동축을 구비하고, 상기 피동축의 정역회전을 어느 한 방향으로 변환시키는 클러치 수단에 의해 상기 동력부의 동력을 전달받아 외부장치에 전달하는 구동축을 구비한 동력 출력부 및 상기 토크 변동부의 회전핀과 상기 동력 출력부의 피동축을 상기 회전핀의 아암에 의해 연결함으로써 상기 피동축을 정역으로 회전시키는 링크수단을 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무단변속장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속장치의 개략도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속장치의 정면도이며, 도 2b는 도 2a에서 회전관성 조절수단을 분리한 정면도이고, 도 3은 도 2a의 평면도이며, 도 4는 도 2a의 좌측면도이고, 도 5는 도 2a의 토크 변동부를 나타낸 좌측면도이며, 도 6은 도 2a의 동력 발생부를 나타낸 종단면도이다.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 무단변속장치는 동력부(100)에서 동력을 전달받는 회전축(102)에서 편심되어 회전축(102)의 중심축선을 중심으로 회전축(102)과 함께 회전되고, 회전축(102)의 반경방향으로 배치된 탄력수단으로서 스프링(115)에 의해 지지되며, 반경방향으로 미끄럼 이동되게 구속되는 회전핀(117)을 구비한 토크 변동부(110)와, 토크 변동부(110)의 회전핀(117)에서 회전력을 전달받아 정역회전되는 피동축(145)을 구비하고, 피동축(145)의 정역회전을 어느 한 방향으로 변환시키는 클러치 수단에 의해 동력부(100)의 동력을 전달받아 외부장치에 전달하는 구동축(150)을 구비한 동력 출력부(140) 및 토크 변동부(110)의 회전핀(117)과 동력 출력부(140)의 피동축(145)을 회전핀(117)의 아암(172)에 의해 연결함으로써 피동축(145)을 정역으로 회전시키는 링크수단(170)을 포함한다.

여기서, 토크 변동부(110)는 모터(200)나 엔진의 동력을 외부로 전달하는 회전축(102)에 연결되며, 외부에서 가해지는 부하에 의해 회전축(102)에서 편심반경이 변하게 됨으로써, 회전축(102)에서 외부로 전달되는 토크를 조절하는 회전핀(117)을 구비하고 있는데, 회전핀(117)은 회전축(102)의 전방에서 스프링(115)에 의해 탄력적으로 지지되고, 외부 부하에 의해 회전축(102)의 반경방향으로 편심거리가 조절된다.

이때, 탄력수단은 스프링(115)뿐만 아니라, 탄력적으로 압축되면서 회전 핀(117)을 지지할 수 있는 탄력부재이면 가능하고, 탄력적으로 압축되었다 회전핀(117)을 복귀시킬 수 있는 에어실린더도 가능하다.

또한, 토크 변동부(110)는 동력부(100)의 회전축(102)에 연결되어 회전되고, 회전핀(117)이 미끄럼 이동되고 스프링(115)이 배치되는 직선로(118)가 전방부에 형성되며, 전방 외곽부에 단면이 전방 상부로 경사진 환형 플랜지(122)를 구비하며, 원통으로 형성된 토크 변동 하우징(120)을 구비한다.
그리고, 토크 변동부(110)에는 환형 플랜지(122)의 내주벽에 지지되는 롤러(125)가 일단부에 축 결합되며, 타단부는 회전핀(117)에 지지되는 가압핀(130)이구비된다.
이때, 회전핀(117)과 토크 변동 하우징(120)의 중심라인 사이의 거리는 토크 변동 하우징(120)을 직선 이동시켜 환형 플랜지(122)에 의해 가압핀(130)을 가압함으로써 조절될 수 있다.

여기서, 토크 변동 하우징(120)이 회전축(102)의 전방으로 이동됨으로써 롤러(125)가 환형 플랜지(122)의 경사진 내주벽을 따라 환형 플랜지(122)의 후방으로 구름운동되면서 가압핀(130)은 가압되며, 가압핀(130)이 회전핀(117)을 가압하여 스프링(115)은 압축되고, 회전핀(117)은 회전축(102)의 중심라인 상에 가깝게 편심거리가 줄어들며, 토크 변동 하우징(120)의 고정 후에 회전축(102)에 대한 회전핀(117)의 편심반경은 고정될 수 있다.

이때, 회전핀(117)은 외부부하가 연속적으로 증가하는 경우, 토크 변동 하우징(120)의 직선로(118)에서 회전축(102)의 중심라인과 그 중심라인이 일치되는 위치까지만 최대로 이동되어야 하는데, 회전축(102)의 중심라인에서 회전핀(117)의 편심거리가 제로가 됨으로써, 회전핀(117)은 회전축(102)과 링크수단(170) 사이에 서 자전만 하게 되고, 링크수단(170)의 아암(172)을 상하로 요동시키지 못하므로, 링크수단(170)을 통해 동력 출력부(140)로 전달되는 출력은 없으며, 회전축(102)을 통해 동력부(100)로 전달되는 외부부하도 제로가 되어 동력부(100)는 연속적으로 증가하는 외부부하의 영향을 받지 않아서 과부하로부터 보호된다.

또한, 토크 변동 하우징(120)에는 회전축(102)의 중심라인에 대한 토크 변동부(110)의 편중된 질량분포를 균형있게 조절하는 회전관성 조절수단이 배치될 수 있다.

즉, 토크 변동 하우징(120)의 직선로(118)에는 회전핀(117)의 미끄럼 이동에 대응하여 회전축(102)의 중심라인 반대편에서 편심거리가 조절되는 질량추(136)가 배치된다.
여기서, 질량추(136)는 회전핀(117)에 대응하는 회전축(102)의 중심라인을 중심으로 회전핀(117)의 편중된 질량분포를 균형적으로 맞춤으로써, 회전축(102)의 고속회전 시 회전핀(117)에 의한 토크 변동 하우징(120)의 진동을 방지함과 동시에 회전축(102)의 진동을 방지하여 회전축(102)의 베어링이 파손되는 것을 방지한다.

이때, 질량추(136)는 가압핀(130)의 상부에 배치되는 롤러(125)의 하부에서 토크 변동 하우징(120)의 수평이동에 의해 회전되는 감기롤러(137)에 감기게 배치된 와이어(138)나 연질의 선형부재에 연결될 수 있다.
즉, 질량추(136)는 감기롤로(137)의 일측 하방에 배치되어 감기롤러(137)에 감긴 와이어(138)의 일측에 연결되고, 와이어(138)의 타단부(138a)는 감기롤로(137)의 타측 하방에 배치된 가압핀(130)의 하단부에 연결된다.
따라서, 가압핀(130)이 토크 변동 하우징(120)의 환형 플랜지(122)의 내측면에 의해 가압되어 하방으로 이동되고, 가압핀(130)의 이동에 의해 회전핀(117)이 회전축(102)과 편심거리를 좁히면서 토크 변동 하우징(120)의 중심라인으로 접근할 때, 와이어(138)의 타단부(138a)는 가압핀(130)의 하방 이동에 의해 하방으로 이동되고, 와이어(138)의 일측에 연결된 질량추(136)는 상방으로 이동되어 토크 변동 하우징(120)의 중심라인에 대한 편심거리를 좁히게 된다.
또한, 토크 변동 하우징(120)이 회전축(102)의 후방으로 이동됨으로써, 롤러(125)가 환형 플랜지(122)의 경사진 내주벽을 따라 환형 플랜지(122)의 전방으로 구름운동되고, 가압핀(130)은 스프링(115)의 탄력을 받는 회전핀(117)의 가압에 의해 회전축(102)의 반경방향으로 이완되며, 회전축(102)에서 회전핀(117)의 편심거리는 늘어날 수 있다.
즉, 가압핀(130)이 토크 변동 하우징(120)의 환형 플랜지(122)의 내측면에서 이완되어 상방으로 이동되고 회전핀(117)이 토크 변동 하우징(120)의 중심라인에서 멀어질 때, 와이어(138)의 타단부(138a)가 상방으로 이동되므로 감기롤러(137)에서 와이어(138)의 질량추(136)가 매달리는 와이어(138)의 길이는 늘어나며, 질량추(136)는 회전핀(117)에 대응하여 토크 변동 하우징(120)의 중심라인에서 멀어지게 배치된다.
그러므로, 가압핀(130)에 의해 조절되는 회전핀(117)의 회전축(120)에 대한 편심거리 조절에 의해 질량추(136)가 연결되어 있는 와이어(138)가 감기롤러(137)에 감기거나 풀리게 됨으로써 질량추(136)의 회전축(102)에 대한 편심거리는 자동으로 조절될 수 있다.

한편, 회전관성 조절수단의 예로서 회전핀(117)에 대응하여 토크 변동 하우징(120)의 내부에서 자동으로 위치가 조절되는 질량추(136)에 대해서만 기재하였으나, 회전관성 조절수단을 이에 한정되는 것으로 볼 수는 없으며, 토크 변동 하우징(120)의 내부에는 스프링(115)이나 롤러(125) 등도 배치되어 있으므로, 이에 대응되게 스프링(115)과 롤러(125) 등의 질량분포를 조절하거나, 다른 질량추가 필요할 수도 있을 것인 바, 회전체에서 회전체의 진동을 방지하기 위해 회전축을 중심으로 하여 관성모멘트를 맞추는 공학기술이 적용된다고 봐야 할 것이다.

상기에서 토크 변동부(110)와 같은 회전체의 회전 시 편심된 질량분포를 정밀하게 맞추는 기술은 CATIA, IEDAS, SOLIDWORKS와 같은 3D캐드프로그램을 사용하여 토크 변동부를 3D로 모델링하고, 모델링된 데이터를 동력학 해석프로그램으로 널리 사용되는 ADAMS에 입력하고 진동해석을 실시함으로써 회전축의 고회전시 발생되는 진동문제는 용이하게 해결될 수 있다.

그리고, 동력 출력부(140)는 동력부(100)에 고정되며, 피동축(145)과 구동축(150)이 회전축(102)에 평행하게 축 결합되며, 피동축(145)과 구동축(150) 사이에서 상방에 상부축(160)이 축 결합되는 케이스(142)를 구비한다.

삭제

여기서, 케이스(142)에는 피동축(145)의 클러치 수단으로서, 피동축(145)에서 어느 한 방향으로는 공회전되며, 다른 방향으로는 피동축(145)과 함께 회전되게 만드는 클러치 베어링(149)을 구비하여 서로 상반되게 공회전되고, 외주부에 각각 톱니가 형성된 제1, 2 클러치 톱니(147)(148)가 포함된다.

이때, 제1 클러치 톱니(147)는 피동축(145)의 좌측부에 위치하는데, 토크 변동부(110)에서 피동축(145)으로 전달되는 시계방향의 회전에 의해 피동축(145)과 함께 회전되고, 피동축(145)에서 반 시계방향으로는 피동축(145)에서 공 회전운동을 제공하는 클러치 베어링(149)을 구비하며, 제2 클러치 톱니(148)는 피동축(145)의 우측부에 위치하는데, 제1 클러치 톱니(147)와 반대로 피동축(145)으로 전달되는 반 시계방향의 회전에 의해 피동축(145)과 함께 회전되고, 피동축(145)에서 시계방향으로는 피동축(145)에서 공 회전운동을 제공하는 클러치 베어링(149)을 구비한다.

여기서, 클러치 베어링(149)은 축 상에서 어느 한 방향으로는 회전되고, 다른 방향으로는 축과 함께 회전되는 구조를 가진 것으로서, 자전거의 페달에서 동력을 받는 후륜의 톱니나 다른 산업기계의 베어링에 널리 사용되고 있으므로, 축과 구체적인 결합구조는 생략한다.

또한, 케이스(142)에는 구동축(150)에 축 결합되어 공회전되고, 한 쌍의 클러치 톱니 중 제1 클러치 톱니(147)에 맞물리는 회전톱니(152)와, 구동축(150)에서 미끄럼 이동되어 클러치 톱니 중 제2 클러치 톱니(148)에 맞물리거나 이탈될 수 있는 이동톱니(155) 및 상부축(160)에 고정되고 회전톱니(152)에 좌측부분이 맞물리 며, 우측 부분은 제2 클러치 톱니(148)에 맞물리는 고정톱니(162)가 포함된다.

이때, 이동톱니(155)는 구동축(150)에 형성될 수 있는 스프라인에 결합되는 것처럼, 구동축(150)과 함께 회전가능하고, 구동축(150)에서 미끄럼 가능하게 결합되는데, 이동톱니(155)의 이동수단(163)은 이동톱니(155)의 일측부를 환형으로 둘러싸서 고정되고, 이동톱니(155)의 회전을 허용하는 링부재(165)에 의해 가능할 수 있으며, 링부재(165)에는 링부재(165)의 이동을 위한 핸들(167)이 구비될 수 있다.

여기서, 이동톱니(155)가 구동축(150)에서 이동되는 구성은 상기와 같이 링부재(165)와 핸들(167)과 같은 간단한 구성에부터 여러 가지 기구적인 구조에 의해 다양한 수동구조가 제공될 수 있으며, 리니어모터나 실린더 및 스텝모터와 같은 액츄에이터에 의해 자동으로 구현될 수도 있는데, 톱니를 어느 축 상에서 이동시켜 동력전달순서를 변환시키는 구성은 다양하게 공지되어 있으므로, 구동축(150)에서 이동톱니(155)의 다양한 이동방식과 구체적인 구성은 생략하기로 한다.

이때, 이동톱니(155)는 구동축(150)에서 좌측으로 이동된 후 고정톱니(162)와 맞물리며, 우측으로 이동된 후 제2 클러치 톱니(148)와 맞물리는데, 제2 클러치 톱니(148)는 전술한 것처럼 고정톱니(162)의 좌측부분에도 맞물려서 회전된다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 링크수단(170)은 피동축(145)에 일단부가 고정되게 결합되어 상하로 왕복운동되면서 피동축(145)을 정역회전시키는 아암(172)을 포함하고, 토크 변동 하우징(120)의 회전중심을 중심으로 공전되는 회전핀(117)에 일단부가 축 결합되어 있고, 타단부가 아암(172)에 축 결합되는 회전판(175)을 포함한다.
이때, 회전핀(117)이 토크 변동 하우징(120)의 회전에 의해 회전됨에 따라, 회전핀(117)에 축 결합된 회전판(175)은 회전핀(117)과 함께 토크 변동 하우징(120)의 회전중심을 공전하게 되며 회전핀(117)을 중심으로도 회전된다.
따라서, 회전핀(117)에 연결된 아암(172)의 축 결합부분(172a)은 회전핀(117)에 연결되어 토크 변동 하우징(120)의 상하로 왕복운동되며, 피동축(145)에 고정되어 있는 아암(172)의 고정부분(172b)은 피동축(145)에 고정되어 정역회전되고, 피동축(145)은 아암(172)의 고정부분(172b)이 정역회전됨에 따라 정역회전된다.
여기서, 링크수단(170)에 의해 모터(200)의 회전력이 피동축(145)에 정역회전운동으로 전달되는 기구적인 메커니즘은 4절링크에 속한 레버 크랭크 기구의 메커니즘과 유사하다.
즉, 레버 크랭크 기구는 고정되어 있는 베이스로서 제1 링크가 있고, 제1 링크에 일단부가 축 결합되게 구속된 제2 링크가 있고, 제2 링크의 타단부에 일단부가 축 결합된 제3 링크가 공간에 있고, 제2 링크의 타단부에 일단부가 축 결합된 제4 링크가 있고, 제4 링크의 타단부가 제1 링크에 대한 제2 링크의 축 결합된 부분에서 이격되어 제1 링크에 축 결합된 링크기구이다.
이때, 레버 크랭크 기구는 베이스의 일측에 있는 제2 링크가 베이스에서 회전될 경우 제3 링크에 의해 연결된 제4 링크가 요동운동을 하는 링크기구로서, 제1 링크는 토크 변동 하우징(120)의 고정부분과 피동축(145)의 고정부분이 되며, 제2 링크는 토크 변동 하우징(120)과 회전핀(117)에 대응되고, 제3 링크는 회전판(175)에 대응되며, 제4 링크는 아암(172)에 대응된다고 볼 수 있다.
한편, 링크수단(170)은 4절링크의 레버 크랭크 기구와 유사한 메커니즘을 가지고 있으므로, 회전판(175)이 생략되고, 회전핀(117)이 아암(172)에 형성될 수 있는 슬라이드 통로에 결합되는 링크기구로 치환가능한데, 아암(172)과 회전핀(117)의 슬라이드 통로의 연결은 아암(172)의 단부에 직선으로 슬라이드 통로가 형성되고, 회전핀(117)의 단부가 슬라이드 통로에 슬라이드 운동되게 구속됨으로써 가능할 수 있다.

삭제

이하, 일실시예에 의한 무단변속장치의 작동은 동력부로서 모터(200)를 사용하여 기술한다.

먼저, 모터(200)가 전원을 인가받아 축이 회전되면, 모터(200)의 회전력은 토크 변동부(110)를 회전시키고, 토크 변동부(110)의 회전핀(117)은 토크 변동부(110)의 중심라인에서 편심되어 회전되고, 회전핀(117)의 회전에 의해 회전판(175)이 회전되고, 아암(172)은 상하로 요동되어 피동축(145)을 정역회전시킨다.

이때, 피동축(145)이 아암(172)에 의해 정방향인 시계방향으로 회전되는 경우, 피동축(145)의 시계방향 회전에 의해 제1 클러치 톱니(147)는 피동축(145)과 함께 회전되고, 제2 클러치 톱니(148)는 피동축(145)에서 공회전되는데, 제1 클러치 톱니(147)의 회전으로 구동축(150)에 베어링으로 결합된 회전톱니(152)가 역방향인 반 시계방향으로 구동축(150)에서 공회전되고, 회전톱니(152)의 회전에 의해 상부축(160)의 고정톱니(162)가 정 방향으로 회전된다.

여기서, 고정톱니(162)는 피동축(145)의 제2 클러치 톱니(148)와 맞물려 있으므로 제2 클러치 톱니(148)를 역 방향으로 회전시키는데, 제2 클러치 톱니(148)의 역방향 회전은 피동축(145)을 회전시키지 않는 공회전이며, 제2 클러치 톱니(148)는 구동축(150)에 회전력을 전달하고 구동축(150)의 좌단부에 위치하여 있 는 이동톱니(155)에 맞물려 있게 되므로, 이동톱니(155)는 정방향으로 회전되며, 이동톱니(155)의 정방향 회전에 의해 구동축(150)은 정방향으로 회전된다.

또한, 피동축(145)이 아암(172)에 의해 역방향인 반 시계방향으로 회전되는 경우, 피동축(145)의 제1 클러치 톱니(147)는 공회전되고, 제2 클러치 톱니(148)는 피동축(145)과 함께 역방향으로 회전되며, 구동축(150)에 위치한 이동톱니(155)에 맞물려 있으므로, 이동톱니(155)를 정방향으로 회전시키고, 구동축(150)은 정방향으로 회전된다.

그리고, 제2 클러치 톱니(148)의 역방향 회전력은 고정톱니(162)에 전달되며, 고정톱니(162)를 정방향으로 회전시키며, 고정톱니(162)는 회전톱니(152)를 역방향으로 회전시키고, 회전톱니(152)는 제1 클러치 톱니(147)를 정방향으로 회전시키는데, 제1 클러치 톱니(147)의 정방향 회전은 피동축(145) 상에서 클러치 베어링(149)에 의해 공회전을 이루게 된다.

여기까지는 이동톱니(155)가 구동축(150)의 좌단부에 위치해 있는 경우로서, 아암(172)에 상하 요동에 의한 피동축(145)의 정역회전이 구동축(150)을 정방향으로 회전시키는 출력을 기술한 것이다.

반면에, 이동톱니(155)가 구동축(150)의 좌단부에서 우측으로 이동하여 위치하는 경우, 이동톱니(155)가 제2 클러치 톱니(148)에서 이탈되어 고정톱니(162)의 좌측부에 맞물리게 되는데, 구동축(150)은 아암(172)에 의한 피동축(145)의 정역회전에 의해 역방향으로 회전될 수 있다.

즉, 피동축(145)이 정방향으로 회전되어 제1 클러치 톱니(147)가 정방향으로 회전되고, 제1 클러치 톱니(147)에 의해 회전톱니(152)는 역 방향으로 회전되고, 회전톱니(152)에 의해 고정톱니(162)는 정방향으로 회전되고, 고정톱니(162)에 의해 이동톱니(155)는 역 방향으로 회전되고, 이동톱니(155)에 의해 구동축(150)은 역방향으로 회전된다.

한편, 제2 클러치 톱니(148)는 고정톱니(162)에 맞물려 있으므로, 고정톱니(162)의 정 방향 회전에 의해 역방향으로 회전되는데, 제2 클러치 톱니(148)의 역방향 회전은 피동축(145)에서 공회전이므로, 피동축(145)의 정방향 회전에 영향을 미치지 않는다.

또한, 피동축(145)이 아암(172)에 의해 역방향으로 회전되는 경우, 제1 클러치 톱니(147)는 공회전되고, 제2 클러치 톱니(148)는 피동축(145)과 함께 역방향으로 회전되는데, 제2 클러치 톱니(148)에 의해 고정톱니(162)는 정방향으로 회전되고, 제2 클러치 톱니(148)에 의해 이동톱니(155)는 역 방향으로 회전되며, 이동톱니(155)에 의해 구동축(150)은 역 방향으로 회전된다.

이때, 고정톱니(162)의 정 방향에 의한 회전은 회전톱니(152)를 역방향으로 회전시키고, 회전톱니(152)에 의해 제1 클러치 톱니(147)는 정 방향으로 회전되는데, 제1 클러치 톱니(147)의 정 방향 회전은 피동축(145)에서 공회전이므로, 피동축(145)의 역방향 회전에 영향을 미치지 않는다.

상기와 같이 구동축(150)의 정역회전은 이동톱니(155)의 위치에 의해 선택적으로 변경될 수 있으며, 모터(200)의 동력은 구동축(150)을 통해 동력 출력부(140)를 외부로 전달된다.

여기서, 구동축(150)이 산업기계에 동력을 전달하는 경우, 구동축(150)은 산업기계의 작동 초기나 산업기계 자체에 가해지는 부하의 변동에 의해 변화된 부하를 받게 된다.
이때, 구동축(150)의 부하가 상승되면 구동축(150)에 회전력을 전달하는 피동축(145)의 부하가 상승되며, 피동축(145)을 정역회전시키는 아암(172)에 걸리는 부하도 상승된다.
여기서, 아암(172)의 부하가 상승되면 아암(172)에 축 결합되어 있고 피동축(145)을 중심으로 아암(172)을 상하로 요동시키는 회전판(175)에 걸리는 부하가 상승된다.
그리고, 회전판(175)의 부하가 상승되면 회전판(175)에 축 결합된 회전핀(117)의 부하가 상승되며, 회전핀(117)의 부하가 상승되면 회전핀(117)이 스프링에 의해 지지되어 있고 편심되게 배치되어 있는 토크 변동 하우징(120)의 부하가 상승된다.
여기서, 토크 변동 하우징(120)의 부하가 상승되면 토크 변동 하우징(120)을 회전시키는 회전축(102)의 부하가 상승되며, 회전축(102)을 회전시키는 모터(200)의 부하가 상승된다.
이때, 회전판(175)에서 상승된 부하는 모터(200)까지 그대로 전달되지 않고 토크 변동 하우징(120)의 중심라인에서 반경방향으로 유동될 수 있는 회전핀(117)을 가압하는 힘으로 작용하여 회전핀(117)이 스프링(115)을 압축시키면서 토크 변동 하우징(120)의 중심라인으로 이동되게 만든다.
즉, 회전핀(117)은 스프링(115)을 압축시키면서 모터(200)의 회전축(102)의 중심라인 측으로 이동되고, 회전축(102)의 중심라인에서 이격된 회전핀(117)의 편심거리는 작아짐으로써 모터(200)의 회전축(102)이 감수해야 하는 회전핀(117)의 순간토크는 작아지게 되어 모터(200)의 부하는 상승되지 않고 원래대로 유지된다.

이때, 구동축(150)의 부하가 상승된 후 모터(200)의 회전축(102)에 의해 회전핀(117)에 걸리는 순간토크가 작아지고, 모터(200)의 부하가 상승되지 않으므로 회전핀(117)의 회전속도는 느려지지 않고 그대로 유지되며, 회전핀(117)의 회전반경이 작아져서 아암(172)의 상하 요동변위는 작아진다.
이와 같이 구동축의 부하 상승에 의해 회전핀(117)의 회전반경이 변화되어 모터의 과부하가 방지되는 원리는 구동축(150)의 부하상승에 의해 회전핀(117)의 회전반경이 줄어들고 아암(172)의 요동변위가 작아지게 됨으로써 피동축(145)의 정역회전각이 줄어들어 구동축(150)의 출력회전속도가 줄어들고, 구동축(150)의 순간토크가 상승되는 회전운동에너지 보존법칙과 관련된 원리이다.

여기서, 회전 운동에너지는 동력부(100)의 동력에 해당되는데, 모터(200)에서 발생되는 출력이 부하의 변동에 의해 변화되지 않고 토크 변동부(110)에서 회전핀(117)의 위치변화에 의한 아암(172)의 요동변위가 조절됨으로써, 구동축(150)의 부하가 증가하는 경우 구동축(150)의 회전속도가 줄어들고 구동축(150)에서 출력 토크가 증가되는 것이며, 구동축(150)의 부하가 감소하는 경우 구동축(150)의 회전속도가 증가되고 구동축(150)에서 출력토크는 감소하는 것이다.

즉, 구동축(150)의 부하가 변화되어 과부하가 되더라도 동력부(100)의 출력토크를 증가시키는 과부하가 동력부(100)에 걸리지 않게 됨으로써, 동력부(100)의 안전운전을 기대할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 무단변속장치는 구동축의 부하가 증가하는 토크변화에 대응하여 회전핀의 편심거리 조절에 의해 아암의 요동변위가 변화되고, 구동축에서 발생되는 토크가 자동으로 증가하게 되고, 동력부에서 출력되는 동력변화를 발생시키지 않게 됨으로써, 동력부가 외부부하에 의한 영향을 받지 않고 안전운전되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 동력부에서 동력을 전달받는 회전축에서 편심되어 상기 회전축의 중심축선을 중심으로 상기 회전축과 함께 회전되고, 상기 회전축의 반경방향으로 배치된 탄력수단에 의해 지지되며, 반경방향으로 미끄럼 이동되게 구속되는 회전핀을 구비한 토크 변동부;

   상기 토크 변동부의 회전핀에서 회전력을 전달받아 정역회전되는 피동축을 구비하고, 상기 피동축의 정역회전을 어느 한 방향으로 변환시키는 클러치 수단에 의해 상기 동력부의 동력을 전달받아 외부장치에 전달하는 구동축을 구비한 동력 출력부; 및

   상기 토크 변동부의 회전핀과 상기 동력 출력부의 피동축을 상기 피동축에 일단부가 고정되게 결합되어 상하로 왕복운동되는 아암에 의해 연결함으로써 상기 피동축을 정역으로 회전시키는 링크수단을 포함하는 무단변속장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토크 변동부는 상기 동력부의 회전축에 연결되어 회전되고, 상기 회전핀이 미끄럼 이동되고 상기 탄력수단으로서 스프링이 배치되는 직선로가 전방부에 형성되며, 전방 외곽부에 단면이 전방 상부로 경사진 환형 플랜지를 구비하며, 원통으로 형성된 토크 변동 하우징; 및

   상기 플랜지의 내주벽에 지지되는 롤러가 일단부에 축 결합되며, 타단부는 상기 회전핀에 지지되는 가압핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 토크 변동 하우징에는 상기 회전축의 중심라인에 대해 상기 회전핀이나 상기 토크 변동 하우징의 편중된 질량분포를 균형있게 조절하는 회전관성 조절수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 동력 출력부는 상기 동력부에 고정되며, 상기 피동축과 상기 구동축이 상기 회전축에 평행하게 축 결합되며, 상기 피동축과 상기 구동축 사이에서 상방에 상부축이 축 결합되는 케이스;

   상기 피동축의 상기 클러치 수단으로서, 상기 피동축에서 어느 한 방향으로는 공회전되며, 다른 방향으로는 상기 피동축과 함께 회전되게 만드는 클러치 베어링을 구비하여 서로 상반되게 공회전되고, 외주부에 각각 톱니가 형성된 한 쌍의 클러치 톱니;

   상기 구동축에 축 결합되어 공회전되고, 상기 한 쌍의 클러치 톱니 중 어느 하나에 맞물리는 회전 톱니;

   상기 구동축에서 미끄럼 이동되어 상기 클러치 톱니 중 어느 하나에 맞물리거나 이탈되는 이동톱니; 및

   상기 상부축에 고정되고 상기 회전톱니에 일부분이 맞물리며, 다른 부분은 상기 클러치 톱니 중 어느 하나에 맞물리는 고정톱니를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.

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