KR100821297B1 - 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치 - Google Patents

가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치 Download PDF

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KR100821297B1
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Abstract

본 발명은 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치로서, 토로이달방식의 마찰구동방식보다 우수한 것으로 알려져 있는 내구면-외구면 마찰구동방식에서 복잡한 별도의 유압장치 없이 구동축 및 종동축에 전달되는 동력을 이용한 간단한 기계식 가압유닛에 의해 로터간 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있음은 물론, 고속과 저속에 크게 영향을 받지 않고 동력을 안정적으로 전달할 수 있다.
이러한 본 발명은, 각 회전로터를 카운터로터 쪽으로 가압하여 밀착시키는 가압유닛이. 입력회전축과 출력회전축 중 적어도 하나에 연결되어 회전하고, 둘레부에 원주방향을 따라 복수의 수용홈을 구비한 제1회전체, 제1회전체에 대향하여 마주보게 배치된 상태로 회전로터 중 인근에 위치한 것에 결합되고 제1회전체의 수용홈에 대응하여 형성된 복수의 수용홈을 구비한 제2회전체, 제1회전체와 제2회전체의 수용홈 사이에 설치되어 제1회전체와 제2회전체 중 어느 하나가 회전하면 다른 하나로 동력을 전달하면서 수직항력을 발생시켜 제1회전체에 대하여 제2회전체를 밀어내는 항력발생부재를 포함하여 구성되는 비례가압유닛과, 압축스프링을 구비하고 입력회전축과 출력회전축 중 제1회전체와 연결된 것에 지지된 상태에서 회전로터의 회전속도에 관계없이 압축스프링의 탄성력으로 회전로터 중 인근에 위치한 것을 카운터로터쪽으로 가압하여 밀착시키는 일정가압유닛을 포함하여 구성된다.
가압유닛, 마찰전동, 무단변속, 자동차

Description

가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치{CVT OF TRACTION TRANSMISSION HAVING PRESSURE UNIT}
도 1은 종래 기술에 의한 토로이달 무단변속장치의 기본 구조를 도시한 참조도.
도 2는 본 발명에 의한 무단변속장치의 전체 사시도.
도 3은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 주요부의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 가압유닛의 사시도.
도 5는 도 4의 A방향에서 바라본 측면도.
도 6은 본 발명의 변형실시예 따른 가압유닛을 설명하기 위한 가압유닛의 참조사시도.
도 7은 본 발명의 변형실시예에 따른 가압유닛 중 항력발생수단과 수용홈을 중점적으로 설명하기 위한 부분 참조사시도.
도 8은 본 발명의 또 다른 변형실시예 따른 가압유닛을 설명하기 위한 가압유닛의 참조사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 변형실시예에 따른 가압유닛 중 항력발생수단과 수용홈을 중점적으로 설명하기 위한 부분 참조사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110, 120 : 회전로터 130 : 카운터로터
210 : 제1회전체 211, 221, 221', 221" : 수용홈
212 : 가이드샤프트 213 : 구속키
215, 225 : 관통홀 220 : 제2회전체
222 : 가이드홀 230, 270 : 항력발생부재
240 : 커버부재 250 : 지지용 베어링
255 : 지지부재 261 : 조임볼트
263 : 압축스프링 265 : 스프링대
본 발명은 무단변속장치에 관한 것으로, 특히 토로이달방식의 마찰구동방식보다 우수한 것으로 알려져 있는 내구면-외구면 마찰구동방식에서 복잡한 별도의 유압장치 없이 구동축 및 종동축에 전달되는 동력을 이용한 간단한 기계식 가압유닛에 의해 로터간 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있음은 물론, 고속과 저속에 크게 영향을 받지 않고 동력을 안정적으로 전달하는 데 적당한 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치에 관한 것이다.
일반적으로, 변속장치는 두 축의 한쪽에서 다른 쪽으로 회전력을 전달할 때, 두 축 사이의 각속도(角速度)를 변경하는 것을 목적으로 한다.
자동차에서 변속장치는 자동차의 주행상태에 따라 엔진의 구동력을 변환하는 역할을 하면서 주행속도 및 전후진 주행방향을 조절하고, 필요한 가속성능 및 등판성능을 위해 구동력을 조절하는 등의 중요한 역할을 수행한다. 이러한 변속장치는 운전자가 직접 각각의 변속비를 갖는 기어를 조작하여 변속을 이루는 수동변속장치와, 유체클러치에 의해 동력을 자동으로 단속하고, 차량의 주행여건을 감지하는 각종 센서 및 변속제어기의 유압제어에 따라 자동적인 변속을 이루는 자동변속장치가 있다.
자동변속장치의 경우 운전자가 일일이 클러치 페달을 조작해야 하는 수동변속장치에 비해 사용하는 데 편리하기 때문에 그 수요가 꾸준히 증가하고 있는 편이다. 자동변속장치는 변속 때 각속도의 변화를 단계적으로 혹은 연속적으로 행하는지 여부에 따라 단계변속장치, 무단변속장치로 구분한다. 단계변속장치로는 단차(段車)를 사용한 벨트전동, 미끄럼 기어, 클러치, 미끄럼 키 등이 있고, 무단변속장치로는 마찰전동장치, 감기전동장치 등이 있다.
그 가운데 무단변속장치는 동력밀도가 낮고, 효율이 저조하여 열 발생이 심하며, 토크용량이 작고 수명시간이 짧으며 속도범위가 좁은 것으로 알려져 있다. 하지만 그럼에도 불구하고 무단변속장치의 경우 단수에 구애받지 않고 연속적인 변속이 가능하며, 구성이 간단하고 저중량 설계에 유리하다. 뿐만 아니라 다양한 이론적 잠재성을 가지고 있다. 즉, 엔진의 동력을 최대한 이용하여 우수한 동력성능과 연비향상을 얻을 수 있도록 운전 가능하며, 운전이 쉽고 변속에 따른 충격이 거의 없다. 또한, 차량의 주행조건에 알맞도록 변속되어 동력성능의 향상을 기대할 수 있고 연비소모를 최소화할 수 있도록 변속패턴을 설정하는 데 자유롭다.
무단변속장치는 이러한 이론적 잠재성에도 불구하고 현실적으로는 동력밀도 및 동력전달 효율의 저조와 함께 동력전달 용량의 측면에서 제약이 있어서 그동안 실용화가 어려운 문제점이 있었다. 따라서 최근에는 이와 같은 무단변속장치의 제약들을 탈피하기 위한 다양한 연구 및 개발이 추진되고 있다.
현재 상용화된 무단변속장치 중 다른 무단변속장치들에 비해 상대적으로 변속범위가 넓고 동력전달능력도 큰 것으로 알려진, 토로이달 무단변속장치를 예시로 하여 마찰전동 무단변속장치를 설명하기로 한다.
이에 도 1은 종래 기술에 의한 토로이달 무단변속장치의 기본 구조를 도시한 참조도이다.
도시된 바와 같이, 토로이달 무단변속장치는 외측에 토로이달면을 구비한 디스크형의 구동로터(12) 및 종동로터(13)가 양편에 설치된다. 그리고 그 사이에 상기 토로이달면과 접촉하는 외구면을 구비한 카운터로터(14)가 설치된다.
이같은 구성에 따르면 상기 구동로터(12)가 동력을 입력받아 회전할 때 마찰전동에 의해 상기 카운터로터(14)도 회전하게 된다. 이어서 상기 카운터로터(14)의 회전으로 마찰전동에 의해 상기 종동로터(13)가 회전하면서 변속된 동력을 출력한다. 이때 변속 조절은 상기 카운터로터(14)의 틸팅으로 카운터로터(14)의 회전축이 변각되면서 이루어진다. 그리고 마찰전동이 원활하게 이루어지도록 하기 위해서 마찰면 사이에 압착력을 주어야 하였는데, 이를 위해 상기 카운터로터(14)의 피봇 중심에서 중앙 축 중심방향으로 힘을 가해주는 별도의 유압장치가 각각 설치되어야 하였다.
하지만, 전술된 토로이달 무단변속장치와 같이 마찰전동에 의해 동력을 전달하는 무단변속장치들은 동력전달을 위해 로터간 마찰전동에 의존하고 있기 때문에 예상되는 다양한 문제들에 직면하게 된다. 즉, 미끄럼 없이 자동차 용량에 적합한 동력을 전달시키려면, 유체의 윤활상태에서 적당한 압력을 마찰접촉부에 발생시켜야 한다. 이런 조건 하에서, 설계에서 고려할 사항들은, 마찰차 금속의 기계적 성질, 마찰차의 기하학적 형상, 접촉부의 압력과 접촉부 마찰손실열량 등이다. 베어링강 정도의 내마모성을 유지하는 금속재질을 사용할 때, 접촉부 압력은 통상 1.0 내지 3.0 GPa 정도이다. 상기의 조건으로 설계된 토로이달 무단변속장치의 경우, 주어진 메카니즘과 접촉부의 기학적 형상, 그리고 가압방식 등을 모두 고려했을 때, 동력밀도가 기어식 변속장치와 비슷한 수준이고 현재 실용화 단계에 와 있다. 그러나 접촉부의 발열이 심하여 신뢰성이 낮아 이를 극복하기 위한 노력의 일환으로 고온 고압에 잘 견디는 특수 윤활유를 개발하거나 특수 재질을 개발하고 있는 형편이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 근원적으로 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 구동축 및 종동축에 직접 연결이 가능하고, 별도의 유압장치를 필요로 하지 않는 간단한 기계식 가압유닛에 의해 동력밀도를 크게 높일 뿐만 아니라, 입력토크가 실시간으로 변하는 환경에서 로터간 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 높은 효율로 안정적으로 동력전달을 충실히 수행할 수 있는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치는, 동력의 입력측과 출력측에 각각 설치되어 입력회전축으로부터 동력을 입력받고 변속된 동력을 출력회전축으로 출력하는 회전로터, 상기 회전로터 사이에서 접촉된 상태로 마찰전동에 의해 회전력을 전달하는 카운터로터, 상기 각 회전로터를 상기 카운터로터 쪽으로 가압하여 밀착시키는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치에 있어서, 상기 가압유닛은, 상기 입력회전축과 출력회전축 중 적어도 하나에 연결되어 회전하고, 둘레부에 원주방향을 따라 복수의 수용홈을 구비한 제1회전체와, 상기 제1회전체에 대향하여 마주보게 배치된 상태로 상기 회전로터에 결합되고, 상기 제1회전체의 수용홈에 대응하여 형성된 복수의 수용홈을 구비한 제2회전체와, 상기 제1회전체와 제2회전체의 수용홈 사이에 설치되어 상기 제1회전체와 제2회전체 중 어느 하나가 회전하면 다른 하나로 동력을 전달하면서 수직항력을 발생시켜 상기 제1회전체에 대하여 상기 제2회전체를 밀어내는 항력발생부재를 포함하여 구성되는 비례가압유닛과, 압축스프링을 구비하고, 상기 입력회전축과 출력회전축 중 상기 제1회전체와 연결된 것에 지지된 상태에서 상기 회전로터의 회전속도에 관계없이 상기 압축스프링의 탄성력으로 상기 회전로터 중 인근에 위치한 것을 카운터로터쪽으로 가압하여 밀착시키는 일정가압유닛을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 항력발생부재는 상대적으로 크기가 작은 원과 큰 원을 각각 상면과 하면으로 하는 원뿔대 형태를 갖고, 상면이 상기 제1회전체 및 제2회전체의 중앙부를 향하도록 눕혀져 설치되며, 상기 수용홈은 상기 항력발생부재의 외주면에 대응하여 접촉되는 경사면으로 이루어져 깊이가 깊어질수록 그 폭이 좁아지는 "V"자형 골 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 항력발생부재는 구체 형태로 형성되며, 상기 수용홈은 입구가 원형으로 형성되고 그 내부는 곡률진 경사면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 깊이가 깊어지는 골 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 항력발생부재는 구체 형태로 형성되며, 상기 수용홈은 입구가 타원형으로 형성되되 장축과 단축이 각각 상기 제1회전체와 제2회전체의 원주방향과 직경방향으로 형성되고, 그 내부는 곡률진 경사면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 깊이가 깊어지되 장축방향의 경사면이 단축방향의 경사면에 비해 완만하게 경사진 골 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1회전체는 상기 제2회전체의 중앙부를 관통한 후 끝단 일부가 상기 회전로터의 중앙부에 삽입되어, 상기 제2회전체 및 상기 회전로터중 인근에 위치한 회전로터의 축방향 진퇴를 안내하는 가이드샤프트를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 동력의 입력측과 출력측에 외륜이 고정되는 지지용 베어링과, 상기 지지용 베어링의 내륜에 끼워져 회전 가능하게 지지되고, 상기 입력회전축과 출력회전축 중 상기 제1회전체와 연결된 것에 연결되는 연결축을 구비하며, 용기 형태로 형성되어 그 내부에 상기 제1회전체 전체를 수용한 상태로 함께 회전하도록 구속하고, 제2회전체는 외주면 일부만 감싸진 상태로 수용하여 축방향 진퇴를 안내하는 커버부재를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제6항에 있어서, 상기 일정가압유닛은, 상기 커버부재의 둘레부 후측에서 상기 회전로터 중 인근에 위치한 것쪽으로 관통하여 체결되되, 회전시 진퇴하여 그 선단부 위치가 보정되는 복수의 조임볼트를 더 구비하고, 상기 압축스프링은 일측단이 상기 조임볼트의 선단부에 결합되고 상기 제1회전체 및 제2회전체의 주변부를 관통하여 타측단이 상기 회전로터 중 인근에 위차한 것을 가압하여 미는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1회전체 및 제2회전체는 주변부에 상기 압축스프링이 관통되는 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀은 상기 압축스프링에 의한 간섭 없이 상기 제1회전체와 제2회전체간 원주방향의 상대변위가 허용되도록 상기 제1회진체와 제2회전체의 직경방향보다 원주방향으로 긴 폭을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 무단변속장치의 전체 사시도이고, 도 3은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 주요부의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 가압유닛의 사시도이며, 도 5는 도 4의 A방향에서 바라본 측면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 무단변속장치는 토로이달방식의 마찰구동방식보다 우수한 것으로 알려져 있는 내구면-외구면 마찰구동방식의 무단변속장치를 주로 염두하고 있다. 본 발명의 구성을 개략적으로 살펴보면 동력의 입력측과 출력측에 각각 설치되어 입력회전축(도시되지 않음)으로부터 동력을 입력받아 회전하고 변속된 동력을 출력회전축(도시되지 않음)으로 출력하는 회전로터(110,120), 회전로터(110,120) 사이에서 접촉에 의한 마찰전동으로 동력을 전달하는 카운터로 터(130), 입력되는 동력에 비례하여 회전로터(110,120)를 카운터로터(130) 쪽으로 가압하여 밀착시키는 비례가압유닛, 상기 비례가압유닛과는 달리 동력의 크기와 관계없이 일정한 힘으로 회전로터(110,120)를 카운터로터(130) 쪽으로 가압하여 밀착시키는 일정가압유닛을 포함하여 구성된다.
이처럼 본 발명은 상기 로터들(110,120,130)을 중심으로 그 양편에서 상기 입력회전축과 출력회전축에 직접저긍로 설치된 후 입력되는 동력을 이용하여 동작하는 간단한 기계식의 가압유닛(200)을 구비한다. 이같은 구성에 의해 종래와는 달리 복잡한 유압장치를 구비하지 않고서도 입력되는 동력이 실시간으로 변하는 환경에서 로터(110,120,130)간에 미끄럼 현상 없이 마찰 메카니즘만으로도 동력을 충실하게 전달할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 불필요하게 과도한 로터(110,120,130)간 압박을 피하면서 자동차가 정지상태에서 출발하는 저속-저동력 범위를 포함한 전체 범위에서 로터(110,120,130)간 동력을 안정적으로 전달하게 된다.
이하, 상기 가압유닛(200)을 중심으로 무단변속장치를 구성하고 있는 각 구성요소들에 대해 설명한다(단, 본 발명의 무단변속장치에서 바람직한 실시예에 따르면 상기 로터(110,120,130)들을 중심으로 입력측과 회전측 양편에 대칭된 형태로 설치되어 그 구성과 작용에서 대동소이한 가압유닛(200)이 각각 구비되기 때문에 편의상 주로 입력측에 구비된 하나를 중심으로 설명하고 동일한 도면부호를 사용하기로 한다).
상기 회전로터(110,120)는 디스크형의 회전체로서 동력이 입력되는 입력측 회전로터(110)와, 카운터로터(130)를 지나면서 변속된 동력이 출력되는 출력측 회 전로터(120)로 구분되어 설치된다.
상기 카운터로터(130)는 입력측 회전로터(110)와 출력측 회전로터(120) 사이에서 그 내측에 접촉되도록 설치되어 마찰전동에 의해 동력을 전달하는 역할을 한다. 여기서, 도시되지 않은 변각수단에 의해 상기 카운터로터(130)가 틸팅되어 변각되면 입력측 회전로터(110)와 출력측 회전로터(120)간에 변속이 이루어진다.
상기 비례가압유닛은 동력의 입력측 회전로터(110)와 출력측 회전로터(120)에 각각 설치되어, 회전력의 형태로 전달되는 동력에 비례하여 입력측 회전로터(110)와 출력측 회전로터(120)를 상기 카운터로터(130) 쪽으로 가압하여 밀착시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 비례가압유닛은 제1회전체(210)와, 제2회전체(220)와, 항력발생부재(230)와, 커버부재(240), 지지용 베어링(250)을 포함하여 이루어진다. 아래에서는 상기 비례가압유닛를 이루고 있는 각 구성요소에 대해 설명한다.
상기 비례가압유닛의 제1회전체(210)는 커버부재(240) 내부에 설치되고 상기 커버부재(240)를 통해 입력회전축과 출력회전축에 연결된다. 상기 제1회전체(210)의 외주면에는 돌출된 구속키(213)가 구비된다. 상기 구속키(213)는 상기 커버부재(240)의 내부에 대응하는 형태로 축방향으로 따라 오목하게 형성된 구속홈(245 도 3 참조)에 끼워져서 상기 제1회전체(210)와 커버부재(240)가 함께 회전하도록 구속하는 역할을 한다. 상기 제1회전체(210)는 둘레부에 원주방향을 따라 복수의 수용홈(211)을 구비한다. 상기 수용홈(211)은 눕혀진 원뿔대 형태를 갖는 항력발생부재(230)의 외주면에 원만하게 접촉될 수 있는 형태로 형성된다. 이를 위해 상기 수용홈(211)은 입구가 제1회전체(210)의 중앙부에서 둘레쪽으로 갈수록 넓어지는 사다리꼴로 형성된다. 그리고 그 깊이가 깊어지면서 점진적으로 폭이 좁아지는 "V"자형 골로 형성된다. 또한 상기 제1회전체(210)의 중앙부에는 상기 제2회전체(220)의 중앙부를 관통하여 회전로터(110,120)의 중앙부에 선단부 끝단이 삽입되는 가이드샤프트(212)를 구비한다. 상기 가이드샤프트(212)는 고속으로 회전하는 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)가 서로에 대한 정위치에서 이탈되는 것을 방지하면서 상기 제2회전체(220) 및 회전로터(110,120)가 항력발생부재(230)에 의해 밀리면서 축방향으로 진퇴할 때 안내하는 역할을 한다.
상기 제2회전체(220)는 상기 제1회전체(210)와 대향하여 마주보게 배치된 상태로 회전로터(110,120)에 결합된다. 한편 상기 제2회전체(220)의 일부는 상기 커버부재(240)에 내부에 진퇴 가능하게 삽입된다. 또한, 상기 제2회전체(220)는 상기 제1회전체(210)와 마찬가지로 둘레부에 원주방향을 따라 복수의 수용홈(221)을 구비한다. 상기 제2회전체(220)의 수용홈(221)은 제1회전체(210)의 수용홈(211)과 대응하여 마주보는 위치에 동일한 개수로 구비된다. 그리고 상기 제2회전체(220)의 중앙부에는 상기 제1회전체(210)에 구비된 가이드샤프트(212)가 관통하는 가이드홀(222)을 구비한다.
상기 항력발생부재(230)는 상기 제1회전체(210)의 수용홈(211)과 제2회전체(220)의 수용홈(221) 사이에 접촉되도록 설치된다. 상기 항력발생부재(230)는 테이러롤러로 구비되고 그 개략적인 형태는 상대적으로 크기가 작은 원과 큰 원을 각각 상면과 하면으로 하는 원뿔대 형태이다. 이같은 형태를 갖는 상기 항력발생부 재(230)는 상면이 회전체(210,220)의 중앙부를 향하여 눕혀지도록 설치되어 상기 회전체의 중앙부를 중심으로 그 둘레부에 방사상 배치된 형태를 갖는다.
이같은 항력발생부재(230)는 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)에 형성된 수용홈(211,221)에 동시에 삽입된 상태로 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)가 함께 회전하도록 구속하여 연결하는 역할을 기본적으로 수행한다. 동시에 상기 회전체(210,220)의 회전시 축방향으로 수직항력을 발생시켜 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)를 밀어내는 역할을 한다. 이는 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)가 동시에 회전하는 것이 아니라 어느 한쪽이 회전하면 다른 한쪽이 종속하여 회전하면서 서로간에 일치하던 수용홈(211,221)의 위치가 원주방향으로 어긋나게 된다. 이 과정에서 상기 항력발생부재(230)가 "V"자형 골로 형성된 수용홈(211,221)의 경사면을 따라 오르려는 경향을 갖게 되면서 축방향의 수직항력(추력)을 발생시키는 것이다. 이로써 제1회전체(210)와 제2회전체(220) 축방향으로는 움직이지 못하는 제1회전체(210)에 대하여 제2회전체(220)가 상대적으로 밀리면서 상기 회전로터(110,120)를 밀어내게 된다. 그러면 상기 회전로터(110,120)와 카운터로터(130)가 서로 밀착된다. 이때 원뿔대 형태를 갖는 상기 항력발생부재(230)는 수용홈(211,221)의 경사면과 최소한 선접촉 혹은 면접촉하게 된다. 이처럼 접촉부위가 비교적 넓게 형성되면 항력발생부재(230)에 걸리는 하중을 분산시킬 수 있게 된다. 따라서 가압유닛(200) 중 가장 취약한 부위가 될 수 있는 항력발생부재(230)가 하중 집중화에 따른 과도한 응력으로 인해 쉽게 파손되거나 마모되지 않는다. 또한 동력전달도 보다 원활하게 이루어진다.
상기 커버부재(240)는 상기 제1회전체(210)의 외주면 전체를 감싸면서 수용할 수 있도록 용기 형태로 형성되고 도시되지 않은 입력회전축 또는 출력회전축에 결합되는 연결축(241)을 구비한다. 상기 커버부재(240)의 내주면에는 제1회전체(210)의 외주면에 돌출 형성된 구속키(213)가 끼워져 구속되는 구속홈(245 도 3 참조)이 축방향으로 형성된다. 이로써 상기 커버부재(240)는 상기 제1회전체(210)와 회전방향으로 구속되어 함께 회전하는 한편 제1회전체(210)의 진퇴를 안내하게 된다. 한편 상기 커버부재(240)는 상기 제2회전체(220)의 외주면 중 일부를 감싸면서 수용한다. 제2회전체(220)의 경우에는 제1회전체(210)와 달리 커버부재(240)와 함께 회전하도록 회전방향으로 구속되지 않으며 진퇴방향으로만 안내를 받는다.
상기 지지용 베어링(250)은 동력의 입력측과 출력측에서 각각 베어링 지지부재(255)에 의해 외륜(251)이 고정된 채로 설치된다. 그리고 상기 지지용 베어링(250)의 내륜(253)에는 상기 커버부재(240)가 끼워져서 가압유닛(200)이 안정적으로 회전 가능하게 지지된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 비례가압유닛은 입력되는 동력에 비례하여 로터(110,120,130)간 가압 정도를 자연스럽게 조절하기 때문에 고속으로 올라갈수록 우려되는 로터(110,120,130)간 미끄러짐 현상을 적절하게 방지하면서 동력전달의 신뢰도를 높이게 되는 것이다. 또한, 하중의 집중으로 파손이나 마모의 우려가 있는 항력발생부재(230)에 대해서는 하중이 분산되도록 유효 접촉면적을 넓혀서 수명이 단축되는 것을 최대한 억제할 수 있다.
한편, 상기와 같은 비례가압유닛의 경우 자동차가 정지상태에서 출발하는 극 히 일부 운전구간의 저속-저동력 범위에서는 가압 정도가 약하여 동력효율이 아주 저조해질 수 있는 우려가 있다. 이러한 우려를 불식시킬 수 있는 것이 본 발명에 따른 일정가압유닛이다. 상기 일정가압유닛에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 일정가압유닛은 전술된 것처럼 입력되는 동력의 크기나 회전속도에 관계없이 전체 운전구간에서 회전로터(110,120)와 카운터로터(130)간을 동일한 힘으로 가압하여 밀착시키는 역할을 하는 것으로서, 조임볼트(261)와, 압축스프링(263)을 포함하여 이루어진다.
상기 조임볼트(261)는 상기 커버부재(240)의 둘레부 후측에서 상기 회전로터(110,120)가 설치된 쪽으로 관통하여 체결된다. 이를 위해 상기 커버부재(240)의 둘레부에는 조임볼트(261)가 체결되도록 내주면에 나선이 형성된 복수의 볼트공(243)이 구비된다. 여기서, 상기 조임볼트(261)는 나선결합에 의해 커버부재(240)에 체결되기 때문에 필요에 따라 회전시키면서 축방향 위치를 보정할 수 있다.
상기 압축스프링(263)은 상기 조임볼트(261)의 선단부에 결합된다. 이같은 결합을 용이하게 하기 위해 상기 조임볼트(261)의 선단부 끝단에는 스프링대(265)가 추가로 설치된다. 상기 스프링대(265)는 상기 조임볼트(261) 선단에 결합된 상태로 상기 압축스프링(263)의 내측으로 삽입되어 끼워진다. 한편, 이렇게 상기 조임볼트(261)의 선단부에 설치된 압축스프링(263)은 관통홀(215,225)을 통해 상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)를 관통하여 그 선단부 끝단이 회전로터(110,120)에 접촉된다. 여기서, 제1회전체(210)와 제2회전체(220)에 형성되는 관통홀(215,225)은 약간 여유를 두고 원주방향으로 넓게 형성된다. 이는 상기 관통홀(215,225)의 내측벽과 압축스프링(263)간에 충분한 유격을 두어 압축스프링의 간섭 없이 회전에 따른 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)간의 원주방향 상대변위를 허용하기 위함이다. 이로써 상기 압축스프링(263)은 자신이 갖는 고유의 탄성력에 의해 회전로터(110,120)를 카운터로터(130)에 지속적으로 밀어내면서 가압할 수 있게 된다. 여기서 상기 압축스프링이 회전로터를 가압하는 정도는 상기 조임볼트의 위치 보정으로 조절할 수 있다. 즉, 상기 조임볼트(261)를 진출시키면 회전로터(110,120)에 대한 압축스프링(263)의 가압은 강해지고, 반대로 상기 조임볼트(261)를 퇴거시키면 회전로터(110,120)에 대한 압축스프링(263)의 가압은 약해진다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자동차의 동력발생장치에서 발생하는 동력이 회전력의 형태로 입력회전측(도시되지 않음)에 전달되어 상기 입력회전축을 회전시키면 그 동력은 입력측에 설치되어 있는 비례가압유닛에 전달되어 커버부재(240)를 회전시킨다.
상기 커버부재(240)가 회전하면 그 내부에 수용되어 설치된 제1회전체(210)가 함께 회전하면서 항력발생부재(230)에 의해 제1회전체(210)와 연계되어 있는 제2회전체(220)도 종속하여 회전하게 된다. 이 과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 상기 제1회전체(210)가 먼저 회전한다. 그러면 상기 제1회전체(210)의 수용홈(211)에 수용되어 접촉된 항력발생부재(230)가 상기 제1회전체(210)에 의해 원주방향으로 힘을 받게 되고, 그 힘은 다시 상기 항력발생부재(230)를 매개로 하여 제2회전체(220)에 전달되어 제2회전체(220)가 회전하게 한다. 이때 상기 제1회전체(210)와 상기 항력발생부재(230)를 매개로 종속되어 회전하는 제2회전체(220)는 회전방향으로 편차가 발생하며 각각에 구비된 수용홈(211,221)간도 어긋나서 원주방향으로 편차가 발생한다. 이와 동시에 원뿔대 형태로 형성된 항력발생부재(230)가 회전체(210,220)의 원주방향으로 힘을 받으면서 "V"자형 골 형상을 갖는 수용홈(211,221)의 경사면을 따라 오르게 된다. 그러면 결과적으로 상기 항력발생부재(230)에 원주방향으로 작용하던 힘이 제1회전체(210)와 제2회전체(220)에 대한 수직항력으로 작용한다. 따라서 회전하는 중에 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)의 간격은 벌어지게 되며 커버부재(240)에 위해 축방향으로는 움직이지 않도록 지지된 제1회전체(210)에 대하여 제2회전체(220)가 밀려나면서 입력측에 위치한 회전로터(110)를 가압하여 밀어낸다. 그러면 상기 회전로터(110)는 카운터로터(130)에 대하여 밀착되며, 회전하는 속도가 고속일수록 더욱 강하게 밀착된다.
한편, 카운터로터(130)를 통해 입력측 회전로터(110)로부터 변속된 동력을 전달받아 회전하는 출력측 회전로터(120)의 경우에도 출력측에 구비된 비례가압유닛에 의해 밀려나면서 상기 카운터로터(130)를 가압하게 된다. 그 과정은 동력전달 순서가 출력측 회전로터(120), 제2회전체(220), 항력발생부재(230), 제1회전체(210), 커버부재(240) 및 출력회전축의 순으로 이루어지는 것을 제외하면 입력측 비례가압유닛의 동작과 대동소이하며, 출력측 항력발생부재(230)와 이를 매개로 하는 제1회전체(210)와 제2회전체(220)간 상호작용에 의해 역시 출력측 회전로터(120)를 가압하여 밀어낸다.
이처럼 입력측 및 출력측에 설치된 비례가압유닛은 양편에서 상호작용하면서 입력측 회전로터(110) 및 출력측 회전로터(120)를 카운터로터(130)쪽으로 가압하여 밀어준다. 이로써 회전로터(110,120)와 카운터로터(130)간 접촉이 원활하게 이루어지고 저속은 물론 고속에서도 로터(110,120,130)간 미끄러짐 현상이 사라지면서 로터(110,120,130)간 마찰 메카니즘만으로도 충실하게 동력을 전달하게 된다.
한편, 본 발명의 동력전달장치는 일정가압유닛에 의해 자동차가 정지상태에서 출발하는 경우와 같이 극단적인 저속-저동력 범위에서도 동력전달이 원활히 이루어진다. 이는 일정가압유닛의 압축스프링(263)이 전체 운전범위에서 변함없는 힘으로 회전로터(110,120)를 가압하기 때문이다.
이처럼 본 발명은 비례가압유닛과 일정가압유닛에 의해 전체 운전범위에서 신뢰도 높은 동력전달을 이룰 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 변형실시예 따른 가압유닛을 설명하기 위한 가압유닛의 참조사시도이고, 도 7은 본 발명의 변형실시예에 따른 가압유닛 중 항력발생수단과 수용홈)을 중점적으로 설명하기 위한 부분 참조사시도이다.
도시된 바와 같이, 변형실시예에 따른 본 발명의 무단변속장치는 항력발생부재(270)가 구체 형태로 형성되며, 이에 대응하는 수용홈(221')은 대략 반구형의 골 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 수용홈(221')은 입구가 원형으로 형성되고 그 내부는 곡률진 면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 깊이가 점진적으로 깊어지는 골 형태를 갖는다. 단, 편의상 도 6 및 도 7에 도시된 제2회전체(220)의 수용홈(221')을 설명하였지만 이에 대응하여 제1회전체(210)에도 동일한 형태의 수용홈이 형성되어 있음은 물론이다.
이같은 변형실시예에 의하면 변형전에 비해 항력발생부재(270)와 수용홈(221') 간에 접촉 면적이 작아 하중이 집중되는 경향이 있지만 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)에 수용홈(221')을 가공하기가 수월하다는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 변형실시예 따른 가압유닛을 설명하기 위한 가압유닛의 참조사시도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 변형실시예에 따른 가압유닛 중 항력발생수단과 수용홈을 중점적으로 설명하기 위한 부분 참조사시도이다.
도시된 바와 같이, 또 다른 변형실시예에 따른 본 발명의 무단변속장치는 항력발생부재(270)가 구체 형태로 형성되며, 수용홈(221")은 대략 입구가 타원형으로 형성된 골 형태를 갖는다. 여기서 타원형으로으로 형성된 수용홈(221")의 입구는 장축과 단축이 각각 회전체(210,220)의 원주방향과 직경방향으로 형성되고, 내부는 곡률진 면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 점진적으로 깊이가 깊어지는 형태를 갖는다. 단, 편의상 도 8 및 도 9에 도시된 제2회전체(220)의 수용홈(221")을 설명하였지만 이에 대응하여 제1회전체(210)에도 동일한 형태의 수용홈이 형성되어 있음은 물론이다.
이같은 또 다른 변형실시예는 도 6 및 도 7에서 보여진 무단변속장치에 비해 수용홈(221")의 경사면이 보다 완만해지면서 항력발생부재(270)와 수용홈(221")간의 접촉면적을 넓힐 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 집중되는 하중을 분산시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변 화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치는 토로이달방식의 마찰구동방식보다 우수한 것으로 알려져 있는 내구면-외구면 마찰구동방식에 특히 접하하게 적용할 수 있으며, 입력토크가 실시간으로 변하는 환경에서 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있다. 특히 속도가 올라갈수록 로터간 가압 정도도 커지면서 동력전달이 원활하게 이루어진다.
또한, 본 발명은 가압유닛의 취약부위에 집중적으로 걸리는 하중을 분산하여 하중 집중에 따른 파손이나 마모를 억제하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비례가압유닛을 보완하는 일정가압유닛에 의해 자동차가 정지상태에서 출방하는 극단적인 저속-저동력 범위에서도 동력을 안정적으로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은 조임볼트의 위치를 보정하여 일정가압유닛의 가압 정도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 구동축 및 종동축에 간단하게 설치되어 전달되는 동력을 이용하면서 기계식으로 압력을 발생시키는 가압유닛을 구비하기 때문에 가압을 위해 유압장치와 같은 별도의 복잡한 장치가 필요 없고, 전체 구성을 단순화시키어 제조 원가를 절감하고 크기 및 중량을 크게 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 동력의 입력측과 출력측에 각각 설치되어 입력회전축으로부터 동력을 입력받고 변속된 동력을 출력회전축으로 출력하는 회전로터(110,120), 상기 회전로터(110,120) 사이에서 접촉된 상태로 마찰전동에 의해 회전력을 전달하는 카운터로터(130), 상기 각 회전로터(110,120)를 상기 카운터로터(130) 쪽으로 가압하여 밀착시키는 가압유닛(200)을 구비한 마찰전동 무단변속장치에 있어서, 상기 가압유닛(200)은,
    상기 입력회전축과 출력회전축 중 적어도 하나에 연결되어 회전하고, 둘레부에 원주방향을 따라 복수의 수용홈(211)을 구비한 제1회전체(210)와;
    상기 제1회전체(210)에 대향하여 마주보게 배치된 상태로 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것에 결합되고, 상기 제1회전체(210)의 수용홈(211)에 대응하여 형성된 복수의 수용홈(221)을 구비한 제2회전체(220)와;
    상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)의 수용홈(211,221) 사이에 설치되어 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220) 중 어느 하나가 회전하면 다른 하나로 동력을 전달하면서 수직항력을 발생시켜 상기 제1회전체(210)에 대하여 상기 제2회전체(220)를 밀어내는 항력발생부재(230,270)를 포함하여 구성되는 비례가압유닛과;
    압축스프링(263)을 구비하고, 상기 입력회전축과 출력회전축 중 제1회전체(210)와 연결된 것에 지지된 상태에서 상기 회전로터(110,120)의 회전속도에 관계없이 상기 압축스프링(263)의 탄성력으로 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것을 카운터로터(130)쪽으로 가압하여 밀착시키는 일정가압유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항력발생부재(230)는 상대적으로 크기가 작은 원과 큰 원을 각각 상면과 하면으로 하는 원뿔대 형태를 갖고, 상면이 상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)의 중앙부를 향하도록 눕혀져 설치되며,
    상기 수용홈(211,221)은 상기 항력발생부재(230)의 외주면에 대응하여 접촉되는 경사면으로 이루어져 깊이가 깊어질수록 그 폭이 좁아지는 "V"자형 골 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 항력발생부재(270)는 구체 형태로 형성되며,
    상기 수용홈(221')은 입구가 원형으로 형성되고 그 내부는 곡률진 경사면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 깊이가 깊어지는 골 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 항력발생부재(270)는 구체 형태로 형성되며,
    상기 수용홈(221")은 입구가 타원형으로 형성되되 장축과 단축이 각각 상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)의 원주방향과 직경방향으로 형성되고, 그 내부는 곡률진 경사면으로 형성되어 중앙으로 갈수록 깊이가 깊어지되 장축방향의 경사면이 단축방향의 경사면에 비해 완만하게 경사진 골 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체(210)는 상기 제2회전체(220)의 중앙부를 관통한 후 끝단 일부가 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것의 중앙부에 삽입되어, 상기 제2회전체(220)와 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것의 축방향 진퇴를 안내하는 가이드샤프트(212)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  6. 제1항에 있어서,
    동력의 입력측과 출력측에 외륜(251)이 고정되는 지지용 베어링(250)과;
    상기 지지용 베어링(250)의 내륜(253)에 끼워져 회전 가능하게 지지되고, 상기 입력회전축과 출력회전축 중 제1회전체(210)와 연결된 것과 연결되는 연결축(241)을 구비하며, 용기 형태로 형성되어 그 내부에 상기 제1회전체(210) 전체를 수용한 상태로 함께 회전하도록 구속하고, 제2회전체(220)는 외주면 일부만 감싸진 상태로 수용하여 축방향 진퇴를 안내하는 커버부재(240)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 일정가압유닛은,
    상기 커버부재(240)의 둘레부 후측에서 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것쪽으로 관통하여 체결되되, 회전시 진퇴하여 그 선단부 위치가 보정되는 복수의 조임볼트(261)를 더 구비하고,
    상기 압축스프링(263)은 일측단이 상기 조임볼트(261)의 선단부에 결합되고 상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)의 주변부를 관통하여 타측단이 상기 회전로터(110,120) 중 인근에 위치한 것을 가압하여 미는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1회전체(210) 및 제2회전체(220)는 주변부에 상기 압축스프링(263)이 관통되는 관통홀(215,225)을 구비하고, 상기 관통홀(215,225)은 상기 압축스프링(263)에 의한 간섭 없이 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)간 원주방향의 상대변위가 허용되도록 상기 제1회전체(210)와 제2회전체(220)의 직경방향보다 원주방향으로 긴 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 가압유닛을 구비한 마찰전동 무단변속장치.
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