KR101140018B1 - 무단 변속기 - Google Patents

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KR101140018B1
KR101140018B1 KR1020067016396A KR20067016396A KR101140018B1 KR 101140018 B1 KR101140018 B1 KR 101140018B1 KR 1020067016396 A KR1020067016396 A KR 1020067016396A KR 20067016396 A KR20067016396 A KR 20067016396A KR 101140018 B1 KR101140018 B1 KR 101140018B1
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후안 라몬 고마 아야츠
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후안 라몬 고마 아야츠
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Abstract

본 발명은 무단 변속 비(continually variable transmission ratio)에 관한 것이며, 이때 변속기는 5개의 샤프트(가령, 입력, 코어 입력, 코어 출력, 중계, 출력)를 가지며, 하나의 긴 모듈과, 하나의 짧은 모듈과, 상기 중계와 상기 출력 사이에 연결되는 인버터를 포함한다. 상기 긴 모듈은 하나의 코어와, 상기 코어의 변속 범위를 확장시킬 수 있는 4개의 변속 비 복합체(transmission ratio multiplicity)를 포함한다. 덧붙이자면, 상기 코어는 두 개의 차동장치를 포함하며, 상기 코어 입력 샤프트는 각각의 차동장치의 하나의 샤프트를 운용하며, 상기 코어 출력 샤프트가 각각의 차동장치의 또 다른 샤프트에 의해 운용되고, 각각의 차동장치의 세번째 샤프트는 상기 배리에이터와 연결되어 있다. 덧붙이자면, 상기 짧은 모듈은 두 개의 차동장치를 포함하며, 상기 입력 샤프트는 상기 차동장치 중 하나의 차동장치의 하나의 샤프트를 운용하고, 상기 중계 샤프트가 또 다른 차동장치의 또 다른 샤프트에 의해 구동된다. 두개의 변속 비 복합체가, 입력과 출력 모두에도 연결되어 있지 않는 샤프트와, 제 1 샤프트와 제 2 샤프트 사이에 연결된 배리에이터 사이에 제공된다.

Description

무단 변속기{CONTINUALLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명의 대상은 본원에서 공개된 일련의 수단을 적합하게 조합함으로써 얻어지는 무단 변속 기어 비를 갖는 기계 변속이며, 이때 다양한 고정 기어 비를 갖는 속도 배리에이터(speed variator)의 동작이 여러 다른 수단과 조합되어, 상기 스피드 배리에이터를 순환하는 파워가 요망 영역으로까지 감소할 수 있게 된다. 본 출원은 최소한의 구성요소를 이용하여 이를 이뤄내는 방법에 관한 것이며, 이에 따라 변환된 파워가 입력 샤프트로부터 출력 샤프트로 가능한 직접 통과할 수 있고, 또한 토크는 언제든지 중단 없이 출력 샤프트로 전달될 수 있다.
기계적 회전 파워가 지정 각 속도 ω1에서 다른 각 속도 ω2로 전환될 때, 이 둘 사이의 비율이 기어 비(gear ratio)이다. 속도 변동 메커니즘, 또는 무단 변속기는 이러한 기어 비를 무단으로(continuously) 증가 변화시키는 것을 목표로 한다.
무단 변속기는 3가지 큰 그룹으로 분류될 수 있다. 그룹 A) 입력 샤프트로부터 중간요소를 통해 출력 샤프트로 회전을 직접 전달하는 메커니즘로서, 이때 입력 샤프트에 의해 발동한 마찰이 출력 샤프트를 구동시킴으로써, 상기 메커니즘이 작동한다. 본 그룹에는 v-벨트 속도 배리에이터(v-belt variator), 토로이달 배리에이터(toroidal variator), 코니컬 롤러 배리에이터(conical roller variator) 등이 포함된다. 그룹 B) 입력 샤프트로부터의 기계적 회전 파워를 또 다른 형태의 에너지로 변환시키는 시스템으로서, 상기 또 다른 형태의 에너지는 취급하기 더 용이하고 출력 샤프트에서 기계적 회적 파워로 다시 한번 변환이 가능하다. 본 그룹에는 유압 배리에이터(hydrostatic variator), 토크 컨버터(torque converter), 한 쌍의 전기 메커니즘(하나는 발생기 기능을 하고 나머지는 엔진 기능을 함), 회전 움직임을 진동 움직임으로 변환하여, 이를 이용하여 회전 움직임을 다시 생성하는 시스템이 포함된다. 그룹 C) 전술한 그룹으로부터의 메커니즘을 하나 이상의 서로 다른 메커니즘과 조합하는 시스템이다.
그룹 A)의 메커니즘에 의하여, 최저값으로부터 최고값으로의 기어 비의 무단 증가는 양쪽 모두 같은 부호를 갖는다. 즉, 0 기어 비를 통과하기 위해서 무한 장력을 갖는 널 반경(null radius) 상에서 마찰 요소가 샤프트들 중 하나를 구동시켜야만 한다는 사실 때문에, 그들은 회전 방향을 지정할 수 없으며, 마찰 요소가 미끄러지고, 상기 메커니즘의 동작이 멈추는 최저 지점이 존재한다. 마찰 요소 때문에, 에너지 출력은 기어 변속의 출력과의 비교는 바람직하게 이뤄지지 못한다.
그룹 B)의 시스템은 회전 방향을 전환할 수 있을 뿐 아니라, 파워를 다른 형태로 변환하는 각 과정에서의 손실이 축적되기 때문에, 기어 변속에 비교하여 바람직하지 못한 기계적 출력을 가질 수 있다.
그룹 C)의 메커니즘, 즉, 속도 배리에이터를 갖는 하나 이상의 서로 다른 메커니즘들의 조합은 두 가지 가능성 있는 목적을 갖고 적용된다. 하나의 목적은 배 리에이터의 회전 방향이 역 방향으로 전환되는 장치를 얻기 위함이다. 또 하나의 목적은 파워를 두 부분으로 나누기 위함이며, 이때, 한 부분은 배리에이터를 통해 전달되고, 다른 한 부분은 기어를 통해 전달되며, 이는 더 작은 배리에이터와 메커니즘의 더 큰 기계적 출력을 가능하게 한다.
이러한 메커니즘은 두 개의 서브 그룹으로 분류될 수 있으며, 배리에이터를 하나 이상의 차동장치와 조합하는 그룹과, 기본 메커니즘의 변화의 범위를 확장하기 위해 외부 기어를 추가한 그룹이 그것이다.
배리에이터에 차동 장치를 조합한 메커니즘에서, 배리에이터에 의해 전달되는 파워를 감소시키기 위한 방법이 공개된 여러 특허가 있다. 가령, US1762199에서 “파워 분할(power split)"라고 알려진 메커니즘이 있다. 또 다른 예를 들자면, US1833475, FR091705, US2745297, ES2142223이 회전 방향이 전환될 수 있는 메커니즘에 관해 공개하고 있으며, 이러한 메커니즘들은 "파워 재순환(power recirculating)"이라고 알려져 있다.
일부 특허와 그 밖의 다른 특허들 간의 차이점은 배리에이터의 종류와, 차동장치의 종류와, 이들에 연결되는 변속기의 차이이다.
두 가지 결과를 동시에 모두 성취하는 것은 불가능하다. 회전 방향을 역전시키는 메커니즘(“전력 재순환”)이 배리에이터를 순환하는 전력을 증폭시키고, 배리에이터를 순환하는 전력을 감소시키는 메커니즘(“전력 분할”)은 회전 방향의 역전을 허용하지 않는다.
메커니즘, 가령 선행 기술에서 공개된 장치들은 다음 수식을 따르는 배리에 이터 기어 비의 함수로, 상기 메커니즘의 전체 기어 비를 획득한다.
Figure 112006058042548-pct00001
또는
Figure 112006058042548-pct00002
이때, τ는 메커니즘의 전체 기어 비, 즉 입력 샤프트의 각 속도에 의해 나눠지는 출력 샤프트의 각 속도이다.
r은 속도 배리에이터의 기어 비이다. 상기 비는 최저값 rmin과 최고값 rmax 사이에서 10만큼 변화한다. 배리에이터가 회전 방향을 역전시킬 수 있는 특성을 갖지 않는 경우에서 양쪽은 같은 부호이다.
a와 b는 고정 기어 비에 따라 좌우되고, 차동 장치의 특성에 따라 좌우되며, 서로 다른 구성요소가 상호연결되는 방식에 따라 좌우되는 상수이다.
이러한 조건에서, 배리에이터에 의해 전달되는 파워는 모든 시간대에서의 메커니즘의 기어 비의 함수이다. 파워가 최고가 되도록 상수 a와 b가 선택될 경우, 그 값은 가능한 최저값이 된다.
그룹 A) 배리에이터를 갖는 메커니즘에 대하여
Figure 112006058042548-pct00003
그룹 B) 배리에이터를 갖는 메커니즘에 대하여
Figure 112006058042548-pct00004
이때, γmax는 배리에이터를 통과하는, 메커니즘에 의해 전달되는 파워 조각이다. 즉, 기어 비가 이 값을 최고로 형성할 때, 메커니즘에 의해 전달되는 총 파워에 의해 나눠지는 배리에이터에 의해 전달되는 파워이다.
β는 메커니즘 기어 비에서의 가변도이다. 즉, 최저값에 의해 나눠지는 얻어질 수 있는 최고 기어 비이다.
rang은 배리에이터의 가변도의 범위이다. 즉, rmax/rmin이다.
둘 이상의 차동 장치가 배리에이터와 조합되며, 이러한 요소들 사이의 중간샤프트 비가 더 많거나 더 작은 메커니즘이 또한 제안된다. 이러한 종류의 메커니즘은 특허 US2384776, US4936165, ES2190739에서 공개되었으며, 도 17과 도 18과 도 19는 각각의 특허가 제안하는 메커니즘을 도식하고 있다. 이들 모두, 다음에 따르는 배리에이터 기어 비에 따른 메커니즘의 전체 기어 비를 얻도록 다뤄진다.
Figure 112006058042548-pct00005
이때, τ는 메커니즘의 전역 기어 비(global gear ratio)이며, r은 배리에이터 기어 비이며, a, b, c, d는 차동 장치의 특성과 중간샤프트 비에 따라 그 값이 결정된다.
단일 차동 장치를 사용하는 메커니즘에 관련된 이점에도 불구하고, 이러한 메커니즘은 중간샤프트에서 발생하는 손실이라는 단점을 갖는다.
중간샤프트를 제거하는 솔루션이 있으며, 이는 특허 US6595884에서 공개되었다(도 20에서 나타낸 블록 다이어그램 참조). 중간샤프트를 제거함에도 불구하고, 이러한 메커니즘은 여전히 단점을 갖고 있으며, 단일 차동 장치를 가로질러 입력 샤프트로부터 출력 샤프트로 부분적인 파워만이 직접 통과하고, 그 나머지는 두 개의 차동 장치를 가로지른다는 것이며, 이것은 손실의 축적을 의미한다.
외부 기어 전환 장치를 추가한 메커니즘은 메커니즘의 더 넓은 범위의 가변도(variability)를 성취하는 것으로 목적으로 한다. 마찬가지로, 기본 메커니즘의 가변도를 최저값까지로 감소해야하며, 이는, 충분히 큰 숫자의 기어를 외부 전환 장치에 추가하도록 구성요소가 적합하게 선택되어질 경우, 배리에이터를 통과하여 순환하는 파워의 조각이 감소할 수 있음을 의미한다.
30 외부 기어 전환 장치에 의해 범위가 증가하는 것의 두 가지 형태가 공개됐다. US5167591에서 공개된 그 첫 번째 동작이 다음과 같이 요약될 수 있다. 최저 기어 비로 시작하고, 최고값에 도달하기 전까지 증가 방향으로 변속한다. 상기 최고값에서 변속기는 클러치에 의해 연결이 해제되며, 이러한 연결 해제 동안, 최저 기어 비로 변속되고, 그에 따라 기어가 반복하는 사이클에 연결된다.
이러한 시스템의 단점은 기어 변속 동안, 시스템이 특정 시간 동안 연결해제 상태(out of gear)가 된다는 것이며, 재-연결될 수 있기 전에(put in gear), 배리에이터가 최대 기어 비에서 최저 기어 비로 변환되기 때문에(또는 그 반대의 경우 ), 이러한 시간은 무시할 수 없는 시간이다. 한편으로는 이러한 솔루션에 의해, 시스템은 여러 단계를 이용하여 설계될 수 있다.
또 다른 솔루션이 특허 US5643121에서 공개되며, 차동 장치의 두 개의 샤프트 중 하나를 출력 샤프트(제 3의 샤프트는 메커니즘의 입력)에 교대로 연결시키는 것이며, 기어 비 변속을 교대로 획득할 수 있다. 변환 중에 다른 클러치를 사용하여 동시에 기어에 두 개의 비를 유지할 수 있도록(동기 변속) 기어 비가 결정되며, 이는 변환 시간이 짧다는 것을 의미하고, 출력 샤프트로 전달되는 파워는 이러한 변화 동안 손실되지 않는다는 것을 의미한다. 입력 샤프트가 출력 샤프트일 경우(또는 그 반대의 경우) 시스템은 동일한 작용을 한다. 3개 이상의 단계가 연결되어 있을 지라도, 그들은 모두 상호의존적이고, 시스템은 처음의 두 개에 대하여만 최적화될 수 있다.
따라서 2개의 단계를 갖는 시스템에서, 가변도(variability)가 2.5인 것에 비해, 배리에이터를 통과하는 파워의 동일한 최대 조각을 이용하여, 2.52=6.25의 가변도가 획득되어진다. 그러나 단계의 수를 증가시킴에 따라, 래디에이터를 통과하는 파워의 조각이 50%만 감소된다.
특허 US5643121은 회전 방향의 역전을 공개하고 있으며, 이를 위해 제 2의 차동장치를 추가한다. 상기 제 2 차동장치는 회전 방향의 변화를 허용하는 경우를 제외한 모든 경우에 아이들(idle) 상태이며, 이때, 제 2 차동장치는 제 1 차동장치의 2개의 암(arm)의 속도를 제하여, 양성 값으로부터 음성 값으로의 0을 통과하는 변화를 가능하게 한다. 회전 방향이 역전될 수 있도록 허용하는 경우에서, 시스템 은 도 21에서와 같이 응답한다. 입력 파워가 2개의 차동장치를 가로질러, 그리고 배리에이터를 통해 재순환되어, 출력으로 전달된다.
이러한 시스템은 모두 요망 기어 비로부터 시작함에 따라 배리에이터에 반응하는 제어 시스템을 필요로한다. 이러한 작동은 전기 모터, 또는 공압/유압 실린더 등으로 발동되는 메커니즘을 이용하여 수행된다.
배리에이터와 차동장치를 포함하는 변화 메커니즘에서의 기술적 목표는 상기 변화 요소를 통해 순환하는 파워를 최소한으로 감소시키는 것과, 이와 동시에 전체 메커니즘에서 넓은 범위의 변화를 획득하는 것과, 최종적으로는 회전 방향을 역전시키는 것에 있다.
이와 유사하게, 상기 메커니즘의 기어의 수, 또는 단계(step)가 최저한으로 유지되는 것이 목표이다.
메커니즘의 연결 해제 없이, 즉, 출력 샤프트로의 토크 전달을 중단하지 않고, 하나의 단계에서 또 다른 단계로의 변속이 수행될 수 있다.
이와 유사하게, 가능하다면 중간샤프트 비를 거치지 않고, 그리고 단일 차동장치를 거치지 않고, 입력 샤프트로부터 출력 샤프트로 가능하면 직접 파워가 전달된다.
도 1이 나타내는 메커니즘은 두 개의 차동장치(Da, Db)와 하나의 속도 배리에이터(V)로 구성되어 있다. 배리에이터는 입력/출력 샤프트에 연결되어 있지 않은 차동장치(Da)의 샤프트(shaft 6)와, 입력/출력 샤프트에 연결되어 있지 않은 차동장치(Db)의 샤프트(shaft 7) 사이에 연결되어 있는 반면에, 입력 샤프트(shaft i)와 출력 샤프트(shaft o)는 모두 동시에 각각의 차동 장치(Da, Db)의 샤프트에 각각 연결되어 있다.
다음의 배리에이터 기어 비에 따라, 이러한 메커니즘은 메커니즘의 전체 기어 비를 갖는다.
Figure 112006058042548-pct00006
이때 τ은 메커니즘의 전체 기어 비이며, r은 배리에이터 기어 비이고, a, b, c, d는 다음의 값을 따른다.
Figure 112006058042548-pct00007
이때 Da는 출력 샤프트가 차단되게 유지될 경우 차동장치 Da를 발동시키는, 샤프트 6(shaft 6)과 입력 샤프트 간의 기어 비를 갖고, Db는 출력 샤프트가 차단되게 유지될 경우 차동장치(Db)를 발동하는 입력 샤프트와 샤프트 7(shaft 7) 간의 기어 비를 갖는다.
이러한 메커니즘에서, Da와 Db를 적합하게 선택함으로써 배리에이터를 통과하는 넘치지 않는 최대 파워를 얻을 수 있다.
Figure 112006058042548-pct00008
그룹 A) 배리에이터를 사용하는 경우에서, 최대 파워는 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00009
이러한 경우에, 회전 방향을 역전시킬 수 있는 배리에이터를 사용할 수 있다.
덧붙이자면, 어떠한 중간샤프트도 존재하지 않으며, 하나의 차동장치 대신 두 개의 차동장치를 가짐으로써 출력이 손상되지 않는다. 왜냐하면 입력 파워가, 일부분은 상기 차동 장치 중 하나를 통과하고, 나머지 부분이 나머지 차동 장치를 통과하도록 나눠지기 때문이며, 이는 단일 차동 장치가 사용될 경우보다 에너지 손실이 크지 않다는 것을 의미한다.
상기 두 개의 차동 장치는 대칭적으로 작동한다. 파워의 대다수가 Da를 거쳐 통과하고, 나머지가 Db를 거쳐 통과하는 영역이 있고(그 반대도 가능), 또한 정확히 50%만큼 나눠지는 영역도 있다.
본 발명에 의해 사용되는 뒤따르는 요소들은 다중 단계 메커니즘(multistep mechanism)이며 그 도면이 도 2에서 나타나 있다. 이러한 메커니즘은 시스템 코어의 가변도 범위를 증가시킨다.
상기 메커니즘은 입력 샤프트(i)와 출력 샤프트(o)를 갖는 가역성 변속 메커니즘인 코어(V)로 구성되어 있으며, 상기 코어는 폐쇄된 시스템에 내장될 수 있다. 상기 메커니즘은 4개의 기어 비의 복합체(multiplicity), 즉 기어 비 유닛 R2n, R2n+1, S2n, S2n+1을 갖는다. 메커니즘의 입력 샤프트(i')는 코어의 입력 샤프트(i)와 상기 코어의 출력 샤프트(o)에 교대로 연결되며, 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 코어의 출력 샤프트(o)와 코어의 입력 샤프트(i)에 교대로 연결된다. 상기 메커니즘은 다음과 같이 동작한다. 먼저 입력 샤프트(i')가 제 1 비 R0를 통해 샤프트(i)에 연결되고, 출력 샤프트(o')는 S0를 통해 출력 샤프트(o)로 연결되며, 배리에이터(V)는 자신의 기어 비를 τmin으로부터 τmax로 변화시키며, 이때 R1과 S1이 연결되고, R0와 S0는 연결이 해제되며, R2와 S2가 연결될 때, 메커니즘(V)은 자신의 기어 비를 τmax으로부터 τmin로 변화시킨다.
Figure 112006058042548-pct00010
이때,
Figure 112006058042548-pct00011
4개의 기어 비가 동시에 연결된 상태가 유지되도록 전환이 이뤄질 수 있다.
이러한 메커니즘에서, 최종 전체 가변도가 얻어진다.
β'=βm
이때, m은 단계의 개수이다. 전환 동안, 상기 메커니즘은 토크 변속을 보증하고, 전체 메커니즘에 대하여 바람직한 만큼 코어 가변도가 감소될 수 있다.
이러한 메커니즘에서, 코어가 도 1의 설계를 따르는 메커니즘으로부터 형성되며, 이는 가능한 최소한의 단계 개수와 주어진 배리에이터의 최대 출력을 허용하며, 그러나 또한 코어가 그 밖의 알려진 시스템에 의해 내장되는 것이 가능하고 가변도 범위의 증가에 대한 이점이 존재한다.
무단 가변 기어 비를 갖는 기계적 변속기에서, 두 개의 작업 영역을 구분해야하며, 낮은 범위 영역과 높은 범위 영역이 그것이다. 이러한 시스템에 의해, 0에 가까운 기어 비가 얻어질 수 있기 때문에, 매우 높은 값까지 출력 토크가 증가할 수 있다(기계적 출력이 100%인 경우 이는 무한대까지 증가하는 경향이 있다). 따라서 메커니즘이 출력 샤프트 상에서 생성하는 토크를 제한하는데 필수적인 0에 가까운 기어 비 영역이 존재한다. 상기 영역은 낮은 범위 영역이며, 나머지 기어 비는 높은 범위 영역이다. 상기 낮은 범위 영역은 다음과 같이 더 정확하게 형성된다.
Figure 112006058042548-pct00012
이때, τeq는 낮은 범위 영역과 높은 범위 영역을 제한하는 기어 비이다. Tmax eng는 메커니즘 입력에 연결될 엔진이 공급할 수 있는 최대 토크이며, 0 기어 비에서, 낮은 범위와 높은 범위를 0으로 제한하는 기어 비는 100%에서부터 연속적으로 감소한다.
낮은 범위 영역과 높은 영역 범위에서 배리에이터를 통과하는 파워를 결정하는 수식을 분석하는 것은, 높은 범위 영역에서 동작되는 다중 단계 시스템에 있어서, 단계들의 최적의 분배가 등비 수열을 따르는 기어 비의 급수이며, 낮은 범위 영역에서, 최적의 분배는 등차 수열을 따르는 급수이다.
토크를 출력 샤프트로 무단으로(continuously) 전달하는 모든 알려진 다중 단계 시스템은 등비 수열을 따르는 단계의 급수를 생성한다.
다음에서, 본 발명의 두 가지 메커니즘의 등차 수열을 따르는 단계의 급수를 생성하는 목표를 서술한다. 왜냐하면 이것이 낮은 범위 영역에 대해 바람직한 적용 예이기 때문이다.
도 3에서 도식한 메커니즘은 두 개의 차동 장치(Dc, Dd)와, 두 개의 샤프트 중 하나가 회전하는 동안 다른 하나의 회전 방향의 역전(최소한 중단)을 가능하게 하는 하나의 속도 배리에이터(V)로 구성된다. 입력 샤프트(i)는 차동 장치(Dc)의 샤프트들 중 하나에 연결되고, 출력 샤프트(o)는 차동장치 Dd의 샤프트들 중 하나에 연결된다. 속도 배리에이터는 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결되는 반면에, (적합한 기계적 연결에 의해, 또는 클러치에 의해) 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에서는 다양한 기어 비 R1ⅱ 중 임의의 것의 연결과 해제가 가능하다. 이와 유사하게, 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에서 다양한 기어 비 R2j 중 임의의 것의 연결과 해제가 가능하다. 또는 도 7 및 8 같은 최종 결과물에 연결될 수 있다. 두 도면의 차이는 도 7의 경우는 배리에이터가 샤프트(8)와 샤프트(6) 사이에 연결된다는 것이고, 도 8의 경우는 샤프트(7)와 샤프트(9) 사이에 연결된다는 것이다. 시스템은 다음과 같이 동작한다. 먼저 기어 비 R11과 R21과 배리에이터가 연결되고, 자신의 기어 비를 무한대(샤프트(6)가 중지되고, Dc와 기어 비 R에 의해 설정된 속도로 샤프트(7)가 회전)에서부터 0(샤프트(7)가 정지되고, Dc에 의해 제공된 속도로 샤프트(6)가 회전)까지 변화시키며, 이때 샤프트(8)와 샤프트(7)가 정지되고, R12가 연결되며, R21의 연결이 해제된다.
이러한 메커니즘에서, 기어 비는 다음과 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112006058042548-pct00013
도 7의 메커니즘에 있어서(도 8의 메커니즘은 출력 샤프트에 대하여 입력 샤프트가 역전되도록 도 7의 메커니즘과 대칭으로 동작한다.)
이때 기어 비는 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00014
이때, Dc는 샤프트(i)가 차단될 때, 차동장치 Dc가 샤프트(6)와 샤프트(8) 사이에서 동작하는 기어 비를 갖고, Dd는 샤프트(o)가 차단될 때, 샤프트(i)와 샤프트(7) 사이에서 동작하는 기어 비를 갖는다.
두 가지 경우 모두에서, r이 0일 때, 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00015
그리고 r이 무한대일 때, 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00016
따라서 5기어 비 변속을 갖는 시스템을 설계할 경우,
단계 최소 기어 비 최대 기어 비
1 τ1 min τ1 max
2 τ1 max τ2 max
... ... ...
y τy-1 max τimax
다음을 이용한다.
Figure 112006058042548-pct00017
다음에서 선택하는 것으로 충분하다.
Figure 112006058042548-pct00018
Dc = Dd인 특수 경우에 있어서, R1 = R2 = 1이고 앞서 언급한 수식은 다음과 같이 된다.
Figure 112006058042548-pct00019
따라서 상기 메커니즘이 등차 수열, 또는 등비 수열, 또는 그 밖의 다른 수열을 따르는 단계들의 급수를 생성할 수 있는 다중 단계 시스템을 성취한다. 등차 수열을 획득할 수 있다는 사실에 의해, 높은 범위 영역에 적용될 수 있고, 또는 높은 범위와 낮은 범위에 동시 적용될 수 있을지라도, 보다 바람직한 적용을 고려하면 낮은 범위 영역에 특히 적합할 수 있다.
최소한의 구성요소를 이용하여 미리 서술된 메커니즘에 의해, 등차 수열을 획득하는 문제가 해결된다. 그러나 전술한 메커니즘은 파워가 먼저 차동장치 Dc를 가로지르고 차동장치 Dd를 가로지른다는 단점을 갖는다.
도 4에서 도식하는 메커니즘은 일련의 차동장치들과, 두 개의 샤프트 중 하나가 회전하는 동안 나머지의 회전 방향의 역전을 허용하는 종류의 배리에이터와, 일련의 기어 비 Ri으로 구성되어 있다. 각각의 차동장치의 샤프트들 중 하나는 입력 샤프트에 연결되고, 차동장치의 샤프트들 중 나머지 하나는 출력 샤프트에 연결되며, 입력, 또는 출력에 연결되지 않는 홀수번째 차동장치의 샤프트가 클러치, 또는 그 밖의 다른 종류의 기계적 연결에 의해, 기어 비들 R2n+1 중 하나로, 배리에이터의 샤프트들 중 하나(샤프트(6))에 연결될 수 있다. 입력, 또는 출력에 연결되지 않는 짝수 차동장치는 클러치, 또는 그 밖의 다른 종류의 기계적 연결에 의해, 기어 비 R2n 중 하나로, 배리에이터의 샤프트 중 나머지 하나(샤프트(7))에 연결될 수 있다.
상기 메커니즘은 다음과 같이 동작한다. 먼저 차동장치 D1, D2가 각각 기어 비 R1, R2를 통해 샤프트(6, 7)에 연결되며, 배리에이터는 자신의 기어 비를 0(샤프트(7)는 정지 상태 유지, 샤프트(6)는 D1과 D2에 의해 발생하는 속도로 회전)에서부터 무한대(샤프트(6)는 정지 상태 유지, 샤프트(7)는 D1과 D2에 의해 발생하는 속도로 회전)로 변환시키며, 이때 D3은 연결되며, D1은 연결이 해제되고, 그 후 샤프트(7)가 배리에이터를 회전시키며, 배리에이터는 자신의 기어 비를 무한대로부터, D4가 연결되고 D2의 연결이 해제되는 0에 또 한번 도달할 때까지 변화시킨다.
전환을 위한 짧은 시간 간격 동안 3개의 차동 장치가 동시에 연결되어 있도록, 기어 비 Ri(i는 2보다 큰 수)를 선택하는 것이 필수적이며, 다음의 조건을 따른다.
Figure 112006058042548-pct00020
서로 다른 메커니즘 샤프트들의 가장 적합한 각 속도를 획득하기 위해, R1과 R2의 값은 자유롭게 선택될 수 있다. 앞서 언급한 수식의 결과가 음의 수일 때, 이는 기어 비가 회전 방향을 역전시켜야 함을 의미한다.
이러한 메커니즘에서, 획득되는 기어 비는 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00021
이때, Ri는, 샤프트(6)와 입력/출력에 연결되어 있지 않는 홀수 번째 차동장치의 샤프트 간의 기어 비이며, Rj는, 샤프트(7)와 입력/출력에 연결되어 있지 않는 짝수 번째 차동장치의 샤프트 간의 기어 비이다. Di는, 배리에이터에 연결되어 있는 샤프트가 정지된 상태를 유지할 때, 홀수 차동장치가 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에 위치하는 기어 비이며, Dj는, 배리에이터에 연결되는 샤프트가 정지된 상태를 유지할 때, 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에 위치하는 기어 비이다.
기어 비의 수열을 구할 필요가 있을 경우,
[τ1 min, τ1 max], [τ1 max , τ2 max], [τ2 max , τ3 max] ...
다음에서 선택하는 것이 충분하다.
D1=τ1 min , D2=τ1 max, D3=τ2 max, D4=τ3 max ...
임의의 값이 0일 경우, 차동장치를 대신하여 샤프트(6, 또는 7)(이는 홀수 번째 차동장치인지 짝수 번째 차동장치인지에 따라 다르다)가 그에 대응하는 기어 비를 통해 출력에 직접 연결될 수 있다. 도 9는 차동장치 D1에 있어서 이러한 특수 경우를 나타낸다. 1단에서 샤프트(6)는 기어 비 R1을 통해 출력에 연결되고, 샤프트(7)는 기어 비 R2를 통해 차동장치 D2에 연결된다.
이러한 메커니즘은 등차 수열, 또는 등비 수열, 또는 그 밖의 다른 수열을 따르는 단계를 획득할 수 있으며, 그에 따라 낮은 범위와 높은 범위 영역에 대해 모두 적용될 수 있다.
모든 다중 단계 메커니즘에서, 각각의 단계는 하나의 기어 비의 설치를 필요로 하고, 따라서 기어의 한 쌍을 필요로 한다. 이러한 메커니즘이 0 기어 비를 통과할 때, 회전 방향이 역전되며, 방향 중 하나(가령, 역방향)로 단계를 생성하는데 필요한 메커니즘이, 다른 방향(정방향)의 서브유닛과 부합되는 만큼 오래, 보호될 수 있다. 도 5가 나타내는 메커니즘은 정방향의 단계 중에 역전되는 것의 감소가 허용된다. 사각형 y는 기어의 변속을 0으로부터 지정된 최대 값까지로 허용하는 다중 단계 메커니즘(특수 경우에서는 단 하나의 단계만을 갖는다.)을 나타낸다. 직접 접착, 또는 회전 방향을 역전시키는 기어 비에 의해, 샤프트(o)가 s'에 연결될 수 있다. 메커니즘(y)이 0 기어 비에 도달할 때, 샤프트(o)와 s'는 정지하고, 기어 비 -1은 연결되며, 직접 연결은 해제되고, 이로써 메커니즘(V)은 자신의 기능을 역전시킨다.
앞서 언급한 메커니즘 각각의 것들의 장점을 조합하여, 최소한의 단계를 이용해, 배리에이터를 통해 순환하는 파워를 바람직한 만큼으로 감소시키는 변속 매커니즘이 구성될 수 있다.
도 6의 설계는 3가지 모듈, 즉 높음 범위, 낮은 범위, 인버터를 조합하는 메커니즘을 나타낸다. 상기 높은 범위 모듈은, 가령 도 2에서 나타낸 메커니즘에 의해 확장되는 범위를 갖는 도 1의 메커니즘(코어)을 통해, 얻어질 수 있다. 상기 낮은 범위 모듈은 도 3에서 나타낸 메커니즘을 통해 얻어질 수 있다. 최종적으로, 상기 인버터는 나머지 두 개의 모듈의 단계를 복제하지 않고, 역방향 기어가, 정방향 작동하는 상기 기어를 이용하여 생성될 수 있다.
낮은 범위 모듈의 최대 기어 비가 높은 범위 모듈의 최저 기어 비 이상이도록, 구성요소들의 특성이 결정된다. 이러한 방식으로, 두 모듈을 연결시킴으로써 출력 샤프트로의 토크 전달의 중단 없이 낮은 범위에서부터 높은 범위로(또는 그 반대 방향도 가능) 통과할 수 있게 하는 커넥션, 또는 클러치를 동시에 활성화시킬 수 있는 기어 비 영역이 존재한다. 이러한 영역의 하나의 지점에서 낮은 범위 모듈의 배리에이터 기어 비는 높은 영역 모듈의 배리에이터 기어 비와 일치하도록, 매개변수가 추가로 선택될 경우, 그 후 메커니즘은 두 개의 모듈을 위한 하나의 배리에이터와 함께 구축될 수 있다.
도 6은 바람직한 응용예를 나타낸다. 상기 응용예에서, 출력과 구성요소의 수 간의 협의점을 찾을 수 있으며, 이에 따라 다른 가능한 조합들이 제한되는 것은 아니다.
- 낮은 범위 모듈이 가령 도 4에서 나타낸 메커니즘을 이용하여 구축된다.
- 인버터가 존재하지 않으며, 메커니즘이 일련의 단계들을 갖는 전체 범위를 제어한다.
- 낮은 범위 모듈은 존재하지 않고, 출력 샤프트에서부터 전환 기어 비로 통과하기 위해, 클러치, 또는 토크 컨버터가 존재하며, 이때, 높은 범위 모듈을 이용하여 동작한다.
- 높은 범위 모듈 코어가 임의의 메커니즘에 의해 수행된다,
- 높은 범위 모듈은 존재하지 않으며, 도 3에서 나타낸 메커니즘, 또는 도 4에서 나타낸 메커니즘이 가변도의 전체 범위를 제어한다.
- 영역이 존재하지 않으며, 매커니즘은 높은 범위 모듈 코어로만 구성된다.
- 낮은 범위 메커니즘은 오직 하나의 단계만 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 합리적인 개수의 단계를 갖고, 한 쌍의 전기 기계(하나는 엔진 기능을 나머지 하나는 발생기 기능을 함)에 의해 배리에이터가 작동되도록, 배리에이터를 통과하는 파워가 충분히 작은 값까지로 감소한다. 이는 바람직한 적용예이며, 다른 종류의 속도 배리에이터의 가능성을 배제하더라도, 다음의 이점들을 갖는다.
a) 그 밖의 다른 임의의 종류의 배리에이터는 제어를 위해 유압, 공기압, 전기 액추에이터의 설치를 필요로 하며, 이에 따라 전기 신호와 파워에 의해 제어되는 기계적 부속 장치와 밸브가 필요해 진다. 배리에이터가 전기적 기계 장치에 의해 장착될 경우, 전자 신호와 파워가 이러한 기계 상에 작동하며, 모든 다른 구성요소는 제거된다.
b) 열기관을 갖는 차량에서의 응용예에서, 상기 전기적 기계 장치는 배터리를 충전하기 위해, 모터와 생성기를 시동하는 기능을 할 수 있다. 두 개의 추가적인 구성요소는 나타나지 않으나, 설치되는 것이 바람직하다.
도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 17, 18, 19, 20은 일반적인 메커니즘을 나타내는 도면이다. 도 10, 12, 13, 14, 15는 특정 메커니즘을 나타내는 설계에 대응한다. 도 16은 블록 다이어그램이다. 도 11은 각 속도에 관한 다이어그램이다.
다음의 약속들이 일반적인 메커니즘을 나타내는 다이어그램에서 사용된다. 직선인지, 또는 곡선인지, 또는 점선인지에 관계없이, 라인은 회전하고 있는 샤프트를 나타낸다. 2개의 직선 라인이 빠져 나오는 사각형은 이러한 라인들에 의해 나타나는 샤프트 사이의 임의의 기어 비(원통형 기어 트레인, 또는 원뿔형 기어 트레인, 또는 에피사이클릭(epicyclic) 트레인 등에 의해 장착되는 지에 관계없이)를 지시한다. 상기 사각형은 고정 기어 비와 변속 기어 비 모두 나타낼 수 있다. 메커니즘이 기어 비의 복합체를 갖고 있음을 나타내기 위해, 고정된 기어 비를 나타내는 때는 R, 또는 S로 시작하는 라벨에 의해 식별되며, 변속 기어 비를 나타낼 때, V로 시작하는 라벨에 의해 식별된다. 한 쌍의 샤프트 사이에서는, 단 하나만 나타나고, 이는 아래첨자가 딸린 문자로 라벨링된다.
점선은 샤프트로의 기어 비의 연결 및 연결 해제에 대한 제어력을 가리키며, 이러한 연결 및 연결 해제가 구축되는 방법(가령, 기계 커넥션, 클러치 등을 사용하여)과는 상관없다. 간략하게 나타내기 위해, 도 4, 5, 9에서 뒤따르는 유닛은 점선 화살표, 기어 비와 점선으로 표시된다. 원은 차동장치 메커니즘, 즉, 3종류의 샤프트 사이에 제한을 가할 수 있는 메커니즘을 나타내다.
ω1=k?ω2+(1-k)?ω3
이때, ω1, ω2, ω3은 임의의 수로 번호가 정해진 3개의 샤프트의 각 속도이며, k는 메커니즘의 특성 상수이며, 샤프트에 번호가 정해지는 방법이다. 이는 일반적인 차동장치를 나타내며, 상기 차동장치가 구현되는 방법(가령, 에피사이클릭 트레인, 구형 에피사이클릭 트레인, 유압 회로 등)과는 관계없다.
특정 메커니즘을 나타내는 설계에서, 샤프트과 기어와 에피사이클릭 트레인을 나타내기 위해 메커니즘에서 사용되는 통상적인 기호가 사용되어 왔다. 모든 위성이 그에 대응하는 위성 캐리어 주위에서 자유롭게 회전할 수 있다고 알고 있음에도 불구하고, 간략성을 위해, 위성 캐리어 샤프트(satellite carrier shaft)가 위성(satellite)을 가로지르며 표시된다.
도 1: 두 개의 차동장치 Da와 Db와, 하나의 변속 기어 비(V)로 구성된 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 입력 샤프트(i)가 차동장치 Da와 Db의 각각의 샤프트들 중 하나에 연결된다. 출력 샤프트(o)가 차동 장치 Da와 Db의 각각의 샤프트들 중 나머지 샤프트에 연결된다. 배리에이터, 또는 변속 기어 비(V)가 나머지 Da의 샤프트(샤프트(6))와 나머지 Db 샤프트(샤프트(7)) 사이에 연결된다.
도 2: 하나의 변속 기어 비(V)와, 4개의 기어 비의 복합체(multiplicity) R2n, R2n+1, S2n, S2n+1로 구성된 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 변속 기어 비(V)는 샤프트(i, o)를 연결하고, 기어 비의 복합체 R2n 중 임의의 기어 비는 샤프트(i)와 샤프트(i') 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있고, 기어 비의 복합체 R2n+1 중 임의의 기어 비는 샤프트(o)와 샤프트(i') 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있고, 기어 비의 복합체 S2n 중 임의의 기어 비는 샤프트(o)와 샤프트(o') 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있으며, 기어 비의 복합체 S2n+1 중 임의의 기어 비는 샤프트(i)와 샤프트(o') 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있다.
도 3: 하나의 변속 기어 비(V)와, 두 개의 고정 기어 비의 복합체 R1i와 R2j와, 두 개의 차동 장치 Dc와 Dd를 포함하는 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 상기 변속 기어 비는 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결되어 있고, 기어 비의 복합체 R1i 중 임의의 기어 비는 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있으며, 기어 비의 복합체 R2j 중 임의의 기어 비는 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에 제어된 방식으로 연결될 수 있다. 차동장치 Dc는 샤프트(i), 샤프트(6), 샤프트(8)을 연결할 수 있고, 차동장치 Dd는 샤프트(7), 샤프트(9), 샤프트(o)를 연결할 수 있다.
도 4: 변속 기어 비(V)와, 일련의 차동장치들(D1, D2, ..., D2n-1, D2n)과, 일련의 기어 비들(R1, R2, ..., R2n-1, R2n)로 구성된 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 속도 배리에이터가 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결되며, 샤프트(i)는 각각의 차동장치들의 샤프트들 중 하나로 편입하며, 샤프트(o)는 각각의 차동장치들의 샤프트들 중 또 다른 하나로 편입한다. 홀수 아래첨자를 갖는 각각의 기어 비는 샤프트(6)를 동일한 아래 첨자의 차동장치의 세 번째 샤프트와 연결하고, 짝수 아래첨자를 갖는 각각의 기어 비는 샤프트(7)를 동일한 아래 첨자의 차동장치의 세 번째 샤프트와 연결한다.
도 5: 하나의 변속 기어 비(V)와, 두 개의 고정 기어 비들을 포함하는 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 상기 변속 기어 비는 샤프트(i)와 샤프트(o) 사이에 연결되어 있고, 상기 고정 기어 비들은 샤프트(o)와 샤프트(o') 사이에 연결될 수 있다. 위를 향하는 화살표가 1 기어 비를 나타낸다. 즉, 샤프트(o)와 샤프트(o') 사이의 직접 연결에 의해 가능할 수 있다. 반면에, 아래로 향하는 화살표는 회전 방향을 역전시키는 기어 비를 나타내며, 둘 모두 점선 화살표로 나타내지며, 이는 제어된 방식으로 연결될 수 있음을 의미한다.
도 6: 하나의 변속 기어 비(V)와, 4개의 차동장치 Da, Db, Dc, Dd와, 6개의 기어 비의 복합체(multiplicity) R2n, R2n+1, S2n, S2n+1, R1i, R2j를 포함하는 일반적인 메커니즘을 도식한 도면이다. 각각의 차동장치 Da와 Db의 샤프트는 회전하여 코어(core) 입력 샤프트에 편입되며, 상기 차동 장치 Da와 Db의 또 다른 샤프트는 회전하여 코어 출력 샤프트에 편입되고, 상기 차동 장치의 세 번째 샤프트는 각각 샤프트(6)와 샤프트(7)에 연결된다. 배리에이터(V)는 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결된다. 기어 비의 복합체 R2n, R2n+1, S2n, S2n+1는, 입력 샤프트와 코어 입력 샤프트 사이 비, 입력 샤프트와 코어 출력 샤프트 사이의 비, 코어 출력 샤프트와 중간샤프트 사이의 비, 코어 입력 샤프트와 중간 샤프트 사이의 비 중 임의의 비에 각각 연결될 수 있다. 차동장치 Dc는 입력 샤프트(6, 8) 사이에 연결된다. 차동장치 Dd는 샤프트(7, 9)와 중간 샤프트 사이에 연결된다. 기어 비의 복합체 R1i와 R2j 중 임의의 비는 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에, 또는 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에 각각 연결될 수 있다. 점선 화살표는 상기 중간 샤프트와 출력 샤프트가 직접 연결됨으로써, 또는 회전 방향을 역전시킴으로써 서로 연결될 수 있음을 나타낸다.
도 7: 도 3의 메커니즘의 변형예이며, 이때 속도 배리에이터(V)가 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결되며, 도 3을 도식할 때 설명된 동일한 의미를 지니는 다른 기호가 사용된다.
도 8: 도 3의 메커니즘의 변형예이며, 이때 속도 배리에이터(V)가 샤프트(7)와 샤프트(9) 사이에 연결되며, 도 3을 도식할 때 기술된 것과 동일한 의미를 지니는 다른 기호가 사용된다.
도 9: 도 4의 메커니즘의 변형예이며, 이때 차동장치 D1이 존재하지 않고, 기어 비 R1이 샤프트(6)와 샤프트(o) 사이의 연결을 허용하고, 도 4를 도식할 때 기술된 것과 동일한 의미를 지니는 다른 기호가 사용된다.
도 10: 도 1의 일반적인 메커니즘을 도식한 도면을 구현한 특정 메커니즘을 도식한 도면이다. 두 개의 차동장치와, 하나의 속도 배리에이터로 구성되어 있다. 제 1 차동장치는 플래닛(1)과, 위성(2)의 복합체(multiplicity)와, 링(3)에 의해 형성된다. 제 2 차동장치는 플래닛(8)과, 위성(5)의 복합체와, 링(4)에 의해 형성된다. 샤프트(i)는 위성(2)이 그 주위를 회전하는 위성 캐리어(satellites carrier)로 편입하고, 또한 링(4)으로 편입한다. 샤프트(o)는 위성(5)이 그 주위를 회전하는 위성 캐리어에 편입하며, 링(3)에 편입한다. 1대1 기어 비(1 to 1 gear ratio)를 갖는 플래닛(1)과 플래닛(8)으로 편입하는 샤프트(6)와 샤프트(7)를 구동시키기 위해, 속도 배리에이터(V)가 연결된다.
도 11: 샤프트(i)가 분 당 3000 회전으로 유지되고, 여러 다른 기어들이 특정한 수의 톱니(teeth)를 가질 때, 도 10의 메커니즘의 샤프트(i), 샤프트(o), 샤프트(6), 샤프트(7)의 각 속도(ωi, ωo, ω6, ω7)의 전개 양상을 카테시안 좌표로 나타낸 도표이다. 분 방 회전에서 각 속도는 x-축 상에 나타나고, y-축 상에서는 샤프트(i)와 샤프트(o) 간의 기어 비가 나타난다. 샤프트(i)의 회전 방향은 임의의 수로 표시되며, 음의 부호를 갖는 각 속도가 샤프트(i)의 회전과 반대 방향으로의 회전을 가리킨다.
도 12: 도 2의 일반적인 메커니즘을 도식한 도면의 구현예에 대응하는 특정 메커니즘을 나타낸 설계도이다. 이는 샤프트(i)와 샤프트(o) 사이에 연결되는 하나의 속도 배리에이터(V)와, 8 쌍의 기어들(1, 1'; 2, 2'; 3, 3'; 4, 4'; 5, 5'; 6, 6'; 7, 7'; 8, 8')로 구성되어 있다. 기어(1, 2, 3, 4)는 샤프트(i') 주위에서, 그에 대응하는 연결(S1, S2, S3, S4) 중 하나 이상을 활성화시키면서, 아이들(idle) 상태로 편입되어 있을 수 있다. 기어(5, 6, 7, 8)는 샤프트(o') 주위에서, 그에 대응하는 연결(S5, S6, S7, S8) 중 하나 이상을 활성화시키면서, 아이들(idle) 상태로 편입되어 있을 수 있다. 기어(8', 3', 6', 1')는 샤프트(i)에 편입된다. 그리고 기어(5', 2', 7', 4')가 샤프트(o)에 편입된다.
도 13: 도 3의 일반적인 메커니즘의 도면을 구체화한 특정 메커니즘을 나타내는 설계도이다. 이는 두 개의 차동장치와, 하나의 속도 배리에이터(V)로 구성된다. 제 1 차동장치는 플래닛(1)과, 다수의 위성(2)과, 링(3)에 의해 형성되며, 제 2 차동장치는 플래닛(4)과, 다수의 위성(5)과, 링(10)에 의해 형성된다. 샤프트(i)은 위성(2)이 그 주위를 회전하는 위성 캐리어에 편입한다. 샤프트(o)는 위성(5)이 그 주위를 회전하는 위성 캐리어에 편입한다. 샤프트(6, 8, 9, 7)는 각각 링(3), 플래닛(1), 플래닛(4), 링(10)으로 편입한다. 속도 배리에이터(V)가 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 연결된다. 기어(b, d)가 샤프트(6)에 편입되고, 기어(a, c)는 샤프트(7)에 편입한다. 기어(b"', d")가 샤프트(9)에 편입하고, 기어(a"', c"')가 샤프트(7)에 편입한다. 한 쌍을 이루는 기어(a', a", b', b", c', c", d', d")가 중간샤프트 주위에서 아이들(idle)하나, 독립적이거나, 연결(S1, S2, S3, S4)에 의해 각각 서로 편입될 수 있다. 샤프트(9)는 또한 메커니즘의 차체에 공정된 브레이크(S0)에 의해 모든 회전으로부터 차단될 수 있다.
도 14: 도 9의 일반적인 메커니즘의 도면을 구현한 특정 메커니즘의 설계도이다. 이는 플래닛(1, 4, 9, 12)에 의해 구현되는 4개의 차동장치와, 다수의 위성(2, 5, 10, 13)과, 링(3, 8, 11, 14)으로 구성된다. 또한 두 개의 전기 기계 장치(M1, M2)를 포함하며, 하나는 엔진 기능을, 나머지 하나는 발생기(generator) 기능을 한다. 기계 장치(M1)는 샤프트(7)에 편입하고, 기계 장치(M2)는 샤프트(6)에 편입한다. 샤프트(i)는 플래닛(1, 4, 9, 12)에 편입한다. 샤프트(o)는 플래닛(2, 5, 10, 13)이 그 주위에서 회전하는 플래닛 캐리어 샤프트에 편입된다. 기어(17, 18, 20)는 샤프트(6) 주위에서 아이들(idle)하나, 연결(S3, S5, S1)을 이용하여 곧 편입하게 된다. 기어(22, 25)는 샤프트(7) 주위에서 아이들(idle)하나, 연결(S2, S4)을 이용하여 곧 편입하게 된다. 피니언(pinion)(17)은 기어(15)와 맞물리고, 상기 기어(15)는 기어(16)에 맞물리며, 상기 기어(16)는 링(14)에 편입된다. 피니언(20)은 기어(21)와 맞물리고, 상기 기어(21)는 샤프트(o)에 편입된다. 피니언(22)은 기어(23)에 맞물리고, 상기 기어(23)는 링(3)에 편입된다. 피니언(25)은 기어(24)에 맞물리고, 상기 기어(24)는 기어(26)에 맞물리며, 상기 기어(26)는 링(11)에 편입된다.
도 15: 도 5의 일반적인 메커니즘의 도면을 구현한 특정 메커니즘을 나타내는 설계도이다. 이는 샤프트(i)와 샤프트(o) 사이에 연결되는 하나의 속도 배리에이터(V)를 포함하고, 직접 연결(S1)에 의해 샤프트(o)와 샤프트(o')가 직접 접합될 수 있고, 반면에 연결(S2)에 의해, 회전 방향의 역전을 이용하여 연결될 수 있다.
도 16: 도 6의 일반적인 메커니즘의 도면을 구현한 특정 메커니즘을 나타내는 블록 다이어그램이다. “낮은 범위” 블록이 도 13에서 도식된 바와 같은 메커니즘을 나타낸다. “높은 범위” 블록은 도 12에서 도식된 바와 같은 메커니즘을 나타내며, 이때, 변속 기어 비가 도 1의 메커니즘에 의해 구현될 수 있다. 블록 M1과 M2는 엔진, 또는 생성기로서 임의로 동작하는 서로 다른 전기 기계 장치를 나타내며, 이에 따라 도 1과 도 13의 속도 배리에이터를 구현할 수 있다. “인버터(inverter)" 블록은 도 15에서 도식된 바와 같은 샤프트(o)와 샤프트(o') 사이의 메커니즘을 나타낸다.
도 17: 특허 US2384776에서 제안된 메커니즘에 대응하는 일반적 메커니즘을 도식한 도면이다. 상기 특허는 구형 에피사이클릭 트레인(spherical epicyclic train)에 의해 구현되는 차동장치의 사용을 제안한다. 입력 샤프트와 차동장치(Db) 사이에서 회전 방향의 역전이 발생하고, 배리에이터와 차동장치(Db) 사이에서도 역시 보조 기어에 의해 구현되는 회전 방향의 역전이 발생하며, 차동장치(Da)의 샤프트와 차동장치(Db)의 샤프트에 의해 출력 샤프트(o)가 동시에 구동된다.
도 18: 특허 US4936165에서 제안된 메커니즘이 바탕이 되는 일반적인 메커니즘의 도면이다. 상기 메커니즘은 두 개의 차동장치(Da, Db)와, 속도 배리에이터(V)와, 3개의 고정 기어 비(R1, R2, R3)로 구성되어 있다. 입력 샤프트(i)와 출력 샤프트(o)가 차동장치(Da)의 샤프트에 각각 접합되어 있다.
도 19: 특허 ES2190739에서 제안된 메커니즘이 바탕이 되는 일반적인 메커니즘의 도면이다. 상기 메커니즘은 두 개의 차동장치(Da, Db)와, 속도 배리에이터(V)와, 두 개의 고정된 기어 비(R1, R2)로 구성되어 있다. 입력 샤프트(i)와 출력 샤프트(o)가 차동장치(Da)의 샤프트와 차동장치(Db)의 샤프트에 각각 접합되어 있다.
도 20: 특허 US6595884에서 제안된 메커니즘이 바탕이 되는 일반적인 메커니즘의 도면이다. 상기 메커니즘은 두 개의 차동장치(Da, Db)와, 속도 배리에이터(V)를 포함한다. 입력 샤프트(i)는 차동장치(Da)의 샤프트와 차동장치(Db)의 샤프트에 접합되어 있다. 출력 샤프트가 상기 차동장치(Db)의 또 다른 샤프트에 접합되어 있다. 속도 배리에이터는 상기 차동장치(Da)의 나머지 두 개의 샤프트(샤프트(7), 샤프트(6)) 사이에 연결되어 있다. 샤프트(6)는 또한 차동장치(Db)의 세 번째 샤프트에 연결되어 있다.
도 21: 회전 방향 역전 모드에서 작동할 때, 특허 US5643121에서 제안된 메커니즘이 바탕이 되는 일반적인 메커니즘의 도면이다. 두 개의 차동장치(D1, D2)가 상기 모드에서 작동하며, 입력 샤프트가 차동장치(D1)의 샤프트에 접합되고, 출력 샤프트가 차동장치(D2)의 샤프트에 접합되며, 차동장치(D1, D2)의 나머지 두 개의 샤프트가 서로 연결되며, 그 들 사이에서 고정된 기어 비(R)와 속도 배리에이터(V)가 직렬로 연결된다.
도 10은 도 1의 도면을 바탕으로 하는 메커니즘을 나타낸다. 차동장치(Da, Db)는, 차동장치(Da)의 경우 플래닛(1), 위성(2), 링(3)에 의해 획득되는 에피사이클릭 트레인(epicyclic train)에 의해 구현되며, 차동장치(Db)의 경우에서는, 플래닛(8), 위성(5), 링(4)에 의해 구현된다. 입력 샤프트가 링(4)에 접합되고, 또한 위성(2)이 그 주위를 회전하는 샤프트를 구동시킨다. 출력 샤프트가 링(3)에 접합되고, 위성(5)이 그 주위를 회전하는 샤프트를 구동시킨다. 배리에이터(y)가 기어 비(6, 7)를 통해 플래닛(1, 8)에 연결된다. 상기 플래닛(1, 8)은 13 톱니(teeth)로부터 구축되며, 위성(2, 5)은 49 톱니로부터 구축되고, 링(3, 4)은 111 톱니로부터 구축된다. 이러한 구성을 이용하여, 얻어지는 기어 비는 다음과 같다.
Figure 112006058042548-pct00022
이때, r은 배리에이터가 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에 배치되는 기어 비이다. 도 11은 기어 비가 1/1.17 내지 1.17로 변화하기 위해, 샤프트(6)와 샤프트(7)에 적용되는 각 속도를 나타내며, 또한 입력 샤프트의 각 속도가 일정하게 분 당 3000 회전을 유지하면서, 출력 샤프트에서 획득되는 각 속도를 나타낸다. 이러한 구성에서, 배리에이터를 순환하는 파워는 어떠한 경우에서라도 입력 샤프트로부터 출력 샤프트로 메커니즘을 통과하는 파워의 5.5%를 넘지 않는다.
도 12는 도 2의 도면을 바탕으로 하는, 4개의 영역, 기어, 단계를 위한 특정 메커니즘을 도식한다. 배리에이터(V)의 입력 샤프트(i)를 메커니즘의 입력 샤프트(i')에 연결하는 기어 비(R0, R2)가 쌍을 이루는 기어(1, 1'; 3, 3')에 의해 구축된다. 배리에이터(V)의 출력 샤프트를 메커니즘의 입력 샤프트(i')에 연결하는 기어 비(R1, R3)는 쌍을 이루는 기어(2, 2'; 4, 4')에 의해 구축된다. 배리에이터(y)의 출력 샤프트(o)를 메커니즘의 출력 샤프트(o')에 연결하는 기어 비(S0, S2)가 쌍을 이루는 기어(5, 5'; 7, 7')에 의해 구축된다. 배리에이터(V)의 입력 샤프트(i)를 메커니즘의 출력 샤프트(o')와 연결하는 기어 비(S1, S3)가 쌍을 이루는 기어(6, 6'; 8, 8')에 의해 구축된다. 기어 비(1, 2, 3, 4)는 메커니즘의 입력 샤프트(i') 상에서 셀렉터(S1, S2, S3, S4) 중 하나가 발동되어, 입력 샤프트(i')에 접합되고, 각각의 기어 비가 연결되거나, 연결해제될 수 있을 때까지, 아이들(idle) 상태에 놓인다. 기어(5, 6, 7, 8)는 메커니즘(s')의 출력 샤프트 상에서, 셀렉터(S5, S6, S7, S8) 중 하나가 발동되어, 출력 샤프트(o') 상에 접합되고, 각각의 기어 비가 연결되거나 연결해제될 수 있을 때까지, 아이들(idle) 상태에 놓인다. 다음의 방식으로 각각의 기어의 톱니가 선택된다: 기어(1), 55 톱니; 기어(2), 60 톱니; 기어(3), 66 톱니; 기어(4), 72 톱니; 기어(5), 95 톱니; 기어(6), 90 톱니; 기어(7), 84 톱니; 기어(8), 78 톱니; 기어(1'), 96 톱니; 기어(2'), 90 톱니; 기어(3'), 84 톱니; 기어(4'), 78 톱니; 기어(5'), 55 톱니; 기어(6'), 60 톱니; 기어(7'), 66 톱니; 기어(8'), 72 톱니.
4개의 단계 각각을 획득하기 위한 연결 및 연결 해제 셀렉터(S1 ~ S8)의 형성과 각각의 단계에서 얻어지는 기어 비를 다음의 표에서 상세히 나타낸다.
단계
 연결된 셀렉터
 배리에이터의 기어 비
 메커니즘의 기어 비
최초 최종 최저 최대
1 S1, S5 0.848 1.152 0.284 0.386
1-2 전환 S1, S5, S2, S6 1.152 0.386
2 S2, S6 1.152 0.848 0.386 0.524
2-3 전환 S2, S6, S3, S7 0.848 0.524
3 S3, S7 0.848 1.175 0.524 0.725
3-4 전환 S3, S7, S4, S8 1.175 0.725
4 S4, S8 1.175 0.848 0.725 1.005
상기 표에서, 배리에이터의 최초 기어 비는 메커니즘의 최저 기어 비에 대응하는 것이며, 최종 기어 비는 최대 기어 비에 대응한다. 나타낸 바와 같이, 배리에이터(V)는 자신의 최대 기어 비로부터 자신의 최소 기어 비까지 이동하면서(또는 그 반대로) 동작함으로써, 상기 배리에이터의 동작에 있어 어떠한 불연속 점도 존재하지 않는다. 전환 중에, 샤프트들 사이에서 동일한 기어 비를 정확히 관리하기 때문에, 4개의 기어 비가 동시에 연결이 유지될 수 있다. 0.848 내지 1.175로 변화할 수 있는 가변도(variability)를 갖는 배리에이터를 이용하여, 토크의 전송에 있어 중단 없이 무단으로(continuously), 기어 비 0.284 내지 1.005에서 변화할 수 있는 메커니즘이 획득될 수 있다. 이러한 배리에이터가 도 10에서 도식한 메커니즘과 함께 장착될 경우, 전술한 바와 같이, 배리에이터를 통과해야할 파워는 메커니즘이 전달하는 총 파워의 5.5%이다.
도 13은 도 3의 도면을 바탕으로 하는, 4개의 단계를 갖는 특정 메커니즘을 나타낸다. 플래닛(1)과 위성(2)과 링(3)으로 구성된 에피사이클릭 트레인(epicyclic train)을 이용하여 차동장치(Dc)가 구축된다. 플래닛(4)과 위성(5)과 링(10)으로 구성된 에피사이클릭 트레인을 이용하여 차동장치(Dd)가 구축된다. 링(3)에 접합되는 샤프트(6)의 한 측부 상으로, 그리고 링(10)에 접합되는 샤프트(7)의 또 다른 측부 상으로, 서로 다른 기어 비에 의해 속도 배리에이터(V)가 연결된다. 입력 샤프트(i)가 차동장치(Dc)(플래닛(2))의 위성 캐리어 샤프트에 접합된다. 출력 샤프트(o)가 차동장치(Dd)(플래닛(5))의 위성 캐리어 샤프트에 접합된다. 플래닛(4)에 접합되는 샤프트(9)의 회전을 차단할 수 있어야 하기 때문에, 기어 비(R)는 0이다. 이러한 차단은 셀렉터 S0를 활성화시킴으로써 성취될 수 있다. 링(3)에 접합되어 있는 샤프트(6)와 플래닛(4)에 접합되어 있는 샤프트(9) 사이에, 각각 기어 트레인(b, b', b", b")과 기어 트레인(d, d', d", d")에 의해 구축되는 두 개의 가능한 기어 비 R과 R이 제공된다. 셀렉터(S2, S4)가 휠(b')과 휠(b")의 연결 및 연결 해제와, 휠(d')과 휠(d")의 연결 및 연결 해제를 허용한다. 휠(b')이 휠(b")에 연결될 경우, 둘 모두 회전하여 서로 접합되고, 휠(b, b', b", b")에 의해 형성되는 기어 트레인이 톱니의 숫자에 의해 결정된 기어 비를 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에 배치한다. 휠(b', b")의 연결이 해제된 경우, 둘 모두 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에 어떠한 기어 비도 배치하지 않고, 아이들 상태 구동한다. 휠(d, d')의 경우도 이와 마찬가지이다. 플래닛(1)에 접합되어 있는 샤프트(8)와 링(10)에 접합되어 있는 샤프트(7) 사이에서, 각각 기어 트레인(a, a', a", a")과 기어 트레인(c, c', c", c")에 의해 구축된 두 개의 가능한 기어 비 R과 R이 제공된다. 셀렉터(S1, S3)는 휠(a')과 휠(a")의 연결 및 연결 해제와, 휠(c')과 휠(c")의 연결 및 연결 해제를 허용한다. 휠(a')이 휠(a")에 연결될 경우, 둘 모두 회전하여 서로 접합되고, 휠(a, a', a", a")에 의해 형성되는 기어 트레인이 톱니의 숫자에 의해 결정된 기어 비를 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에 배치한다. 휠(a', a")의 연결이 해제된 경우, 둘 모두 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에 어떠한 기어 비도 배치하지 않고, 아이들 상태 구동한다. 휠(c, c')의 경우도 이와 마찬가지이다. 각각의 기어에 대해 선택된 톱니의 숫자는 다음과 같다: 플래닛(1, 4), 16 톱니; 위성(2, 5), 8 톱니; 링(3, 10), 32 톱니; 기어(b, b"), 14 톱니; 기어(b', b"), 36 톱니; 기어(d, d'), 18 톱니; 기어(d', d"), 32 톱니; 기어(a, a'), 11 톱니, 기어(a', a"), 39 톱니; 기어(c, c"), 16 톱니; 기어(c', c"), 34 톱니. 두 개의 샤프트의 비를 증가 변화시킬 수 있는 임의의 종류의 메커니즘에 의해서 속도 배리에이터가 구축된다. 이때 비는 0(샤프트(7)는 정지하고 샤프트(6)는 회전한다.)에서부터 무한대(샤프트(6)는 중지하고 샤프트(7)는 회전한다.)까지 변화한다. 이는, 쌍을 이루는 전기 기계 장치(하나는 생성기, 나머지 하나는 엔진 기능을 한다.)에 의해, 또는 쌍을 이루는 유압 기계(하나는 펌프, 나머지 하나는 엔진 기능을 한다.), 또는 배리에이터와 차동장치 등의 조합으로부터 형성되는 메커니즘에 의해, 성취될 수 있다. 4개의 단계를 획득하기 위한 연결 및 연결 해제 셀렉터(S1 ~ S8)의 형성과, 각각의 단계에서 얻어지는 기어 비가 다음의 표에서 자세하게 나타난다.
표 32

단계
연결된 셀렉터		 샤프트(6)의 각 속도 샤프트(7)의 각 속도 메커니즘의 기어 비
최초 최종 최초 최종 최초 최종
1 S0, S1 4500 0 0 358 0 0.080
1-2 전환 S0, S1, S2 0 358 0.080
2 S1, S2 0 4500 358 0 0.080 0.151
2-3 전환 S1, S2, S3 4500 0 0.151
3 S2, S3 4500 0 0 996.54 0.151 0.221
3-4 전환 S2, S3, S4 0 996.54 0.221
4 S3, S4 0 4500 996.54 0 0.221 0.316
상기 표에서 샤프트(6)와 샤프트(7)의 각 속도가 분 당 회전수로 표시되고, 입력 샤프트가 분 당 3000 회전의 각 속도에서 일정하게 회전하는 경우에 대응한다. 나타내는 바와 같이, 전환 동안, 두 개의 기어 비는 샤프트(6)와 샤프트(9) 사이에, 또는 샤프트(8)와 샤프트(7) 사이에 동시 연결되도록 유지될 수 있다. 왜냐하면, 이러한 샤프트들이 회전하지 않을 때, 상기 전환이 발생하기 때문이다.
도 14는 도 4의 설계를 바탕으로 하는 메커니즘을 나타낸다. 차동장치(D2)는 플래닛(1)과 위성(2)과 링(3)으로 구성된 에피사이클릭 트레인에 의해 구축된다. 차동장치(D3)는 플래닛(4)과 위성(5)과 링(8)으로 구성된 에피사이클릭 트레인에 의해 구축된다. 차동장치(D4)는 플래닛(9)과 위성(10)과 링(11)으로 구성된 에피사이클릭 트레인에 의해 구축된다. 차동장치(D5)는 플래닛(12)과 위성(13)과 링(14)으로 구성된 에피사이클릭 트레인에 의해 구축된다. 차동장치(D1)는 지표 0을 가지며, 따라서 셀렉터(S1)에 의해 활성화된 연결을 통한, 출력 샤프트(o)를 샤프트(6)으로의 연결에 의해서 상기 차동장치가 구축될 수 있다(도 9 참조). 이러한 경우에 있어서, 두 개의 전기 기계 장치(M1, M2)에 의해, 샤프트(6)와 샤프트(7) 사이에서 속도 배리에이터가 구축된다. 상기 기계 장치들은 가역성 기계 장치(reversible machine)이며, 하나가 생성기 기능을 하고 나머지 하나가 엔진 기능을 하며, 이 둘은 서로 연결되어 있어, 엔진이 소모하는 에너지가 생성기에 의해 항상 생성될 수 있고, 둘 사이에 기어 비가 배치되도록 하는 제어 시스템을 갖는다. 입력 샤프트가 차동장치(D2, D3, D4, D5)의 플래닛(1, 4, 9, 12)에 동시에 접합되어 있다. 출력 샤프트는 위성(2, 6, 10, 13)의 위성 캐리어 샤프트에 접합되어 있다. 또한 각각 셀렉터(S3, S5)에 의해 활성화되는 연결을 이용하여, 샤프트(6)는 기어(17, 15, 16)를 통해 링(8)에 연결되거나, 기어(18, 19)를 통해 링(14)에 연결될 수 있고, 또한 셀렉터(S1)가 활성화시키는 기어(20, 21)에 의해 얻어진 기어 비를 이용하여 출력 샤프트에 연결될 수 있다. 각각 셀렉터(S2, S4)에 의해 활성화되는 연결을 이용하여, 샤프트(7)는 기어(22, 23)를 통해 링(3)에 연결될 수 있거나 기어(25, 24, 26)를 통해 링(11)에 연결될 수 있다. 각각의 기어 휠의 톱니의 숫자가 다음에서 선택된다: 플래닛(1), 9 톱니; 위성(2), 54 톱니; 링(3), 117 톱니; 플래닛(4), 12 톱니; 위성(5), 30 톱니; 링(8), 72 톱니; 플래닛(9), 18 톱니; 위성(10), 24 톱니, 링(11), 66 톱니; 플래닛(12), 16 톱니, 위성(13), 12 톱니; 링(14), 40 톱니, 기어(17), 28 톱니, 기어(15), 40 톱니, 기어(16), 24 톱니, 기어(18), 77 톱니; 기어(19), 55 톱니, 기어(20), 66 톱니, 기어(21), 66톱니; 기어(22), 66톱니; 기어(23), 66 톱니; 기어(25), 26 톱니; 기어(24), 42 톱니; 기어(26), 22 톱니. 4개의 단계 각각을 획득하기 위한 연결 및 연결 해제 셀렉터(S1 ~ S4)의 형성과, 상기 각각의 단계에서 얻어지는 기어 비가 다음에서 자세히 나타난다.

단계		 연결된 셀렉터
 샤프트(6)의 각 속도 샤프트(7)의 각 속도 메커니즘의 기어 비
최초 최종 최초 최종 최초 최종
1 S1, S2 0 -221 -238 0 0 1/14
1-2 전환 S1, S2, S3 -221 0 1/14
2 S2, S3 -221 0 0 238 1/14 2/14
2-3 전환 S2, S3, S4 0 238 2/14
3 S3, S4 0 -221 238 0 2/14 3/14
3-4 전환 S3, S4, S5 -221 0 3/14
4 S4, S5 -221 0 0 -238 3/14 4/14
상기 표에서 샤프트(6, 7)의 각 속도가 분 방 회전으로 표시되며, 입력 샤프트는 분 방 3094 회전의 각 속도로 일정하게 회전하는 경우에 대응한다. 나타난 바와 같이, 전환 중에, 3개의 기어 비가 동시에 연결되도록 유지될 수 있다. 왜냐하면 전환 전과 후에 얻어지는 기어 비가 정확히 동일하도록, 상기 기어 비와 차동장치의 지표가 선택되기 때문이다. 전술한 바와 같이, 처음 두 개의 기어 비는 자유롭게 선택할 수 있고, 이들은 샤프트(6, 7)의 최대 각 속도가, 속도 배리에이터를 구축하는 메커니즘의 동작을 위해 가장 적절한 각 속도이도록 선택된다.
도 15는 도 5의 메커니즘을 바탕으로 하는 실시예를 도식한다. 블록(V)은, 샤프트(i)와 샤프트(o) 간의 기어 비를 0에서부터 지정된 최대 값까지로 무단 변화시킬 수 있는 메커니즘을 나타낸다. 활성화되는 연결(S1)에 의해, 샤프트(o)는 출력 샤프트(o')에 직접 연결되거나, 또는 중간샤프트와, 기어들의 세트를 통해 간접적으로 연결되어, 회전 방향을 역전시킬 수 있다. 이러한 두 번째 연결은 연결(S2)에 의해 얻어진다. 이때, 메커니즘(V)의 기어 비가 0일 때, S1과 S2가 동시에 연결되어 있기 때문에 샤프트(o)는 정지 상태이고, 메커니즘에 의해 생성되는 기어 비의 변화에 따라, 샤프트(o')에서 생성되는 회전이 샤프트(o)의 방향과 같은 방향이거나, 반대 방향인지가 선택되어 둘 중 하나의 연결이 해제된다.
도 16은 도 6에서 나타낸 설계를 바탕으로 한 메커니즘의 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 12에서 나타낸 메커니즘을 축소하는 “높은 범위” 블록은 구축되며, 이때, 도 16의 샤프트(i)와 샤프트(o)는 도 12의 샤프트(i')와 샤프트(o')에 대응하고, 가령 도 1의 메커니즘을 축소시키면서 블록(V)이 구축된다. 도 13에서 나타낸 메커니즘을 축소함으로써 “짧은 범위” 블록이 구축된다. 두 개의 전기 기계 장치(M1, M2)(두 기계 장치 모두 가역성이며, 교대로 하나는 엔진, 나머지 하나는 생성기 기능을 하며, 그 역으로 기능하기도 한다.)에 의해, 속도 배리에이터가 구축되고, 기어 비 1:1을 갖는 서로 다른 쌍을 이루는 기어에 의해, 그들의 샤프트가 샤프트(6, 7)로 연결된다. 도 15에서 나타낸 메커니즘을 축소시킴으로써, “인버터” 블록은 구축된다. 다음과 같은 기능을 한다. 출력 샤프트가 중지할 때, 사용자가 원하는 것이 정방향인지 역방향인지에 따라 인버터의 연결(S1, S2)이 연결된다. 출력 샤프트로의 토크 전달의 손실을 원치 않을 경우, 동시에 두 연결을 모두 유지하는 것이 가능하다.

Claims (19)

  1. 변속의 범위를 확장시킬 수 있는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은 코어(core)와, 상기 메커니즘의 입력 샤프트(i')와, 상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')와, 4개의 기어 비 유닛(R2n, R2n+1, S2n, S2n+1)을 포함하며, 이때,
    코어(core)는 코어 입력 샤프트(i) 및 코어 출력 샤프트(o)와, 제 1 차동장치(Da) 및 제 2 차동장치(Db)와, 상기 코어 입력 샤프트(i)로부터 상기 코어 출력 샤프트(o)로 각각의 차동장치를 통과하는 전력의 양을 조정하기 위해 상기 제 1 차동장치(Da)의 제 1 샤프트(6)와 상기 제 2 차동장치(Db)의 제 1 샤프트(7)에 연결되어 있는 배리에이터(variator)(V)를 포함하며, 상기 제 1 차동장치(Da)와 제 2 차동장치(Db) 각각은 상기 코어 입력 샤프트(i)에 연결되는 제 2 샤프트와, 상기 코어 출력 샤프트(o)에 연결되는 제 3 샤프트를 가지며,
    메커니즘의 입력 샤프트(i')는 코어 입력 샤프트(i)와 코어 출력 샤프트(o)에 교대로 연결되며, 상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 코어 출력 샤프트(o)와 코어 입력 샤프트(i)에 교대로 연결되며, 이로 인하여 상기 메커니즘의 입력 샤프트(i')가 상기 코어 입력 샤프트(i)에 연결될 때, 상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 상기 코어 출력 샤프트(o)에 연결되며, 상기 메커니즘의 입력 샤프트(i')가 상기 코어 출력 샤프트(o)에 연결될 때, 상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 상기 코어 입력 샤프트(i)에 연결되며,
    추가로 포함된 4개의 기어 비(gear ratio) 유닛(R2n, R2n+1, S2n, S2n+1)은 각각 기어 비의 복합체(multiplicity)를 포함하며, 이때 상기 메커니즘은,
    상기 메커니즘의 입력 샤프트(i')와 코어 입력 샤프트(i) 사이의 연결이 제 1 기어 비 유닛(R2n)을 통해 이뤄지도록, 그리고 상기 유닛으로부터 선택된 기어 비에 따라 이뤄지도록
    상기 메커니즘의 입력 샤프트(i')와 코어 출력 샤프트(o) 사이의 연결이 제 2 기어 비 유닛(R2n+1)을 통해 이뤄지도록, 그리고 상기 유닛으로부터 선택된 기어 비에 따라 이뤄지도록,
    상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')와 코어 입력 샤프트(i) 사이의 연결이 제 3 기어 비 유닛(S2n+1)을 통해 이뤄지도록, 그리고 상기 유닛으로부터 선택된 기어 비에 따라 이뤄지도록,
    상기 메커니즘의 출력 샤프트(o')와 코어 출력 샤프트(o)가 제 4 기어 비 유닛(S2n)을 통해 이뤄지도록, 그리고 상기 유닛으로부터 선택된 기어 비에 따라 이뤄지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  2. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 메커니즘은
    하나의 입력 샤프트(i) 및 하나의 출력 샤프트(o)와,
    제 1 차동장치(Dc) 및 제 2 차동장치(Dd)와,
    배리에이터(V)로서, 상기 배리에이터(V)의 입력 샤프트와 출력 샤프트 간의 기어 비를 0에서부터 무한대까지에서 획득할 수 있도록 설정되며, 상기 배리에이터(V)가 제 1 차동장치(Dc)의 제 1 샤프트(6)에 연결되어 있고, 제 2 차동장치(Dd)의 제 1 샤프트(7)에 연결되어 있으면서 상기 입력 샤프트가 회전하는 동안 상기 출력 샤프트는 차단되는 기어 비와, 상기 출력 샤프트가 회전하는 동안 상기 입력 샤프트가 차단되는 기어 비 사이에서 기어 비가 획득되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 배리에이터(V)와,
    기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)로서, 각각은 다수의 기어 비들을 포함하고, 연결을 유지하기 위해 클러치(clutch) 또는 연결 시스템을 이용하여 선택적 모드로 각각의 세트(R1i, R2j)의 기어 비에 연결할 수 있는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)
    를 포함하며, 이때
    상기 입력 샤프트(i)가 제 1 차동장치(Dc)의 제 2 샤프트에 접합하고, 상기 출력 샤프트(o)가 제 2 차동장치(Dd)의 제 2 샤프트에 접합하며,
    상기 세트의 임의의 기어 비가 제 1 차동장치(Dc)의 제 3 샤프트(8)와 제 2 차동장치(Dd)의 제 1 샤프트(7) 사이에 연결될 수 있도록 상기 세트 중 하나(R1i)가 배치되며, 상기 세트의 임의의 기어 비가 제 2 차동장치(Dd)의 제 3 샤프트(9)와 상기 제 1 차동장치(Dc)의 제 1 샤프트(6) 사이에 연결될 수 있도록 세트(R2j)의 나머지 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  3. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은
    하나의 입력 샤프트(i) 및 하나의 출력 샤프트(o)와,
    제 1 차동장치(Dc) 및 제 2 차동장치(Dd)와,
    배리에이터(V)로서, 상기 배리에이터(V)의 입력 샤프트와 출력 샤프트 간의 기어 비를 0에서부터 무한대까지에서 획득할 수 있도록 설정되며, 상기 배리에이터(V)가 제 1 차동장치(Dc)의 제 1 샤프트(6)에 연결되어 있고, 제 1 차동장치(Dc)의 제 3 샤프트(8)에 연결되어 있으면서 상기 입력 샤프트가 회전하는 동안 상기 출력 샤프트는 차단되는 기어 비와, 상기 출력 샤프트가 회전하는 동안 상기 입력 샤프트가 차단되는 기어 비 사이에서 기어 비가 획득되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 배리에이터(V)와,
    기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)로서, 각각은 다수의 기어 비들을 포함하고, 연결을 유지하기 위해 클러치(clutch) 또는 연결 시스템을 이용하여 선택적 모드로 각각의 세트(R1i, R2j)의 기어 비에 연결할 수 있는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)
    를 포함하며, 이때
    상기 입력 샤프트(i)가 제 1 차동장치(Dc)의 제 2 샤프트에 접합하고, 상기 출력 샤프트(o)가 제 2 차동장치(Dd)의 제 2 샤프트에 접합하며,
    상기 세트의 임의의 기어 비가 제 1 차동장치(Dc)의 제 3 샤프트(8)와 제 2 차동장치(Dd)의 제 1 샤프트(7) 사이에 연결될 수 있도록 상기 세트 중 하나(R1i)가 배치되며, 상기 세트의 임의의 기어 비가 제 2 차동장치(Dd)의 제 3 샤프트(9)와 상기 제 1 차동장치(Dc)의 제 1 샤프트(6) 사이에 연결될 수 있도록 세트(R2j)의 나머지 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  4. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은
    하나의 입력 샤프트(i) 및 하나의 출력 샤프트(o)와,
    제 1 차동장치(Dc) 및 제 2 차동장치(Dd)와,
    배리에이터(V)로서, 상기 배리에이터(V)의 입력 샤프트와 출력 샤프트 간의 기어 비를 0에서부터 무한대까지에서 획득할 수 있도록 설정되며, 상기 배리에이터(V)가 제 2 차동장치(Dd)의 제 1 샤프트(7)에 연결되어 있고, 제 2 차동장치(Dd)의 제 3 샤프트(9)에 연결되어 있으면서 상기 입력 샤프트가 회전하는 동안 상기 출력 샤프트는 차단되는 기어 비와, 상기 출력 샤프트가 회전하는 동안 상기 입력 샤프트가 차단되는 기어 비 사이에서 기어 비가 획득되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 배리에이터(V)와,
    기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)로서, 각각은 다수의 기어 비들을 포함하고, 연결을 유지하기 위해 클러치(clutch) 또는 연결 시스템을 이용하여 선택적 모드로 각각의 세트(R1i, R2j)의 기어 비에 연결할 수 있는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1i, R2j)
    를 포함하며, 이때
    상기 입력 샤프트(i)가 제 1 차동장치(Dc)의 제 2 샤프트에 접합하고, 상기 출력 샤프트(o)가 제 2 차동장치(Dd)의 제 2 샤프트에 접합하며,
    상기 세트의 임의의 기어 비가 제 1 차동장치(Dc)의 제 3 샤프트(8)와 제 2 차동장치(Dd)의 제 1 샤프트(7) 사이에 연결될 수 있도록 상기 세트 중 하나(R1i)가 배치되며, 상기 세트의 임의의 기어 비가 제 2 차동장치(Dd)의 제 3 샤프트(9)와 상기 제 1 차동장치(Dc)의 제 1 샤프트(6) 사이에 연결될 수 있도록 세트(R2j)의 나머지 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  5. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은
    입력 샤프트(i) 및 출력 샤프트(o)와,
    다수의 짝수 번째 차동장치(D2, D2n)와 다수의 홀수 번째 차동장치(D1, D2n-1)를 포함하는 다수의 차동장치(D1, D2, D2n-1, D2n)와,
    배리에이터(V)로서, 상기 배리에이터(V)의 입력 샤프트와 출력 샤프트 간의 기어 비를 0에서부터 무한대까지에서 획득할 수 있도록 설정되며, 상기 배리에이터(V)가 샤프트(6)와 샤프트(7)에 연결되어 있으면서 상기 입력 샤프트가 회전하는 동안 상기 출력 샤프트는 차단되는 기어 비와, 상기 출력 샤프트가 회전하는 동안 상기 입력 샤프트가 차단되는 기어 비 사이에서 기어 비가 획득되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 배리에이터(V)와,
    다수의 짝수 번째 세트(R2, R2n)와 다수의 홀수 번째 세트(R1, R2n-1)를 포함하는 기어 비의 다수의 세트(R1, R2, R2n-1, R2n)로서, 각각의 세트는 다수의 기어 비를 포함하며, 연결을 유지하기 위해 클러치(clutch) 또는 연결 시스템을 이용하여 선택적 모드로 각각의 세트(R1, R2, R2n-1, R2n)의 기어 비에 연결할 수 있는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 기어 비 유닛의 두 개의 세트(R1, R2, R2n-1, R2n)
    를 포함하며, 이때,
    입력 샤프트(i)는 모든 차동장치(D1, D2, D2n-1, D2n)의 제 1 샤프트에 접합되고, 출력 샤프트(o)는 상기 모든 차동장치(D1, D2, D2n-1, D2n)의 제 2 샤프트에 접합되며,
    홀수 번째 세트(R1, R2n-1)의 각각의 기어 비는 각각의 홀수 번째 차동장치(D1, D2n-1)의 제 3 샤프트와, 배리에이터(V)에 연결된 샤프트(6) 사이에 연결되며, 그리고 짝수 번째 세트(R2, R2n)의 각각의 기어 비는 각각의 짝수 번째 차동장치(D2, D2n)의 제 3 샤프트와, 배리에이터(V)에 연결된 샤프트(7) 사이에 연결되도록 상기 세트(R1, R2, R2n-1, R2n)가 배치되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 0에서부터 최대 값까지로 무단 변속 기어 비를 생성하도록, 차동장치와 기어 비의 특성이 선택되어지는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 음(-)의 값에서부터 최대 양(+)의 값까지로, 0을 거쳐, 즉 회전 방향을 역전시키는 무단 변속 기어 비를 생성하도록, 차동장치와 기어 비의 특성이 선택되어지는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  8. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 직접 연결에 의하거나, 또는 회전 방향을 역전시키는 한 세트의 기어에 의하거나의 선택적인 방식으로 메커니즘의 상기 출력 샤프트(o)가 샤프트에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  9. 제 1 항에 있어서, 직접 연결에 의하거나, 또는 회전 방향을 역전시키는 한 세트의 기어에 의하거나의 선택적인 방식으로 메커니즘의 상기 출력 샤프트(o)가 샤프트에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  10. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은
    제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항을 따르는 메커니즘을 포함하며, 허용된 최대치를 넘지 않도록 출력 토크를 제한할 필요가 있는 기어 비에 대한, 저범위용 메커니즘과,
    상기 출력 토크가, 제한될 필요없이, 허용된 최대치 토크보다 항상 낮은 기어 비에 대한, 고범위용 메커니즘
    을 포함하며, 상기 고범위용 메커니즘은 변속 범위를 확장할 수 있도록 하는 제 2 메커니즘을 포함하고, 상기 제 2 메커니즘은, 코어(core)와, 상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')와, 상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')와, 4개의 기어 비 유닛(R2n, R2n+1, S2n, S2n+1)을 포함하며,
    상기 제 2 메커니즘의 코어(core)는 코어 입력 샤프트(i) 및 코어 출력 샤프트(o)와, 제 1 차동장치(Da) 및 제 2 차동장치(Db)와, 상기 코어 입력 샤프트(i)로부터 상기 코어 출력 샤프트(o)로 각각의 차동장치를 통과하는 전력의 양을 조정하기 위해 상기 제 1 차동장치(Da)의 제 1 샤프트(6)와 상기 제 2 차동장치(Db)의 제 1 샤프트(7)에 연결되어 있는 배리에이터(variator)(V)를 포함하고, 상기 제 2 메커니즘의 제 1 차동장치(Da)와 제 2 차동장치(Db) 각각은 코어 입력 샤프트(i)에 연결된 제 2 샤프트와, 코어 출력 샤프트(o)에 연결된 제 3 샤프트를 가지며,
    상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')는 코어 입력 샤프트(i)와 코어 출력 샤프트(o)에 교대로 연결되며, 상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 코어 출력 샤프트(o)와 코어 입력 샤프트(i)에 교대로 연결되며, 이로 인하여, 상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')는 코어 입력 샤프트(i)에 연결될 때, 상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')가 코어 출력 샤프트(o)에 연결되며, 상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')가 코어 출력 샤프트(o)에 연결될 때, 상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')는 코어 입력 샤프트(i)에 연결되며,
    상기 제 2 메커니즘의 4개의 기어 비(gear ratio) 유닛(R2n, R2n+1, S2n, S2n+1) 각각은 기어 비의 복합체(multiplicity)를 포함하며,
    상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')와 코어 입력 샤프트(i) 사이의 연결은 제 1 기어 비 유닛(R2n)으로부터 선택된 기어 비에 따라 제 1 기어 비 유닛(R2n)을 통해 이루어지고,
    상기 제 2 메커니즘의 입력 샤프트(i')와 코어 출력 샤프트(o) 사이의 연결은 제 2 기어 비 유닛(R2n+1)으로부터 선택된 기어 비에 따라 제 2 기어 비 유닛(R2n+1)을 통해 이루어지며,
    상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')와 코어 입력 샤프트(i) 사이의 연결은 제 3 기어 비 유닛(S2n+1)으로부터 선택된 기어 비에 따라 제 3 기어 비 유닛(S2n+1)을 통해 이루어지고,
    상기 제 2 메커니즘의 출력 샤프트(o')와 코어 출력 샤프트(o) 사이의 연결은 제 4 기어 비 유닛(S2n)으로부터 선택된 기어 비에 따라 제 4 기어 비 유닛(S2n)을 통해 이루어지는
    무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고범위용 메커니즘의 최소 기어 비는 상기 저범위용 메커니즘의 최대 기어 비와 동일함을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 고범위용 메커니즘의 최저 기어 비의 영역과, 상기 저범위용 메커니즘의 최대 기어 비의 영역이 공통 기어 비에서 겹치는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 고범위용 메커니즘과 상기 저범위용 메커니즘 간의 전환은, 기어 비가 겹칠 때, 클러치, 또는 연결에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 고범위용 메커니즘과 상기 저범위용 메커니즘 모두를 위해 단 하나의 속도 배리에이터(V)만 사용되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  15. 제 10 항에 있어서, 배리에이터(V)가 발생기 또는 엔진 기능을 할 수 있는 두 개의 전기 기계 장치로 구성되며, 전자 회로에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  16. 제 15 항에 있어서, 열 엔진을 갖는 기계 장치에서, 배리에이터를 포함하는 상기 전자 기계 장치는 상기 기계 장치의 시동 모터와, 상기 기계 장치의 배터리를 충전하기 위한 전기 발생기를 포함하며, 이때 상기 열 엔진을 갖는 기계 장치는 자동차임을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  17. 제 10 항에 있어서, 기어 비들의 세트 중 하나는 영(zero)이며, 상기 영(zero)은 상기 메커니즘의 새시(chassis)에 연결되어 접합되는 샤프트들 중 하나를 브레이킹(breaking)하거나 차단(blocking)할 수 있도록 구축된 것임을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  18. 제 5 항에 있어서, 상기 배리에이터(V)의 샤프트(6), 또는 샤프트(7) 중 하나가 기어 비(R1)를 통해 출력 샤프트(o)에 직접 연결될 수 있으며, 이는 클러치, 또는 연결에 의해 구동되거나, 해제될 수 있는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
  19. 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism)에 있어서, 상기 무단 기계 변속 메커니즘은
    코어 입력 샤프트(i) 및 코어 출력 샤프트(o)를 포함하는 코어(core)와,
    제 1 차동장치(Da) 및 제 2 차동장치(Db)와,
    상기 제 1 차동장치(Da)의 제 1 샤프트(6)와 상기 제 2 차동장치(Db)의 제 1 샤프트(7)에 연결되어 있는 배리에이터(V)로서, 이에 따라 상기 코어 입력 샤프트(i)로부터 상기 코어 출력 샤프트(o)까지 상기 각각의 차동장치를 통과하는 파워의 부분을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 배리에이터(V)
    를 포함하며,
    상기 제 1 차동장치(Da)와 제 2 차동장치(Db) 각각은 상기 코어 입력 샤프트(i)에 연결되는 제 2 샤프트와, 상기 코어 출력 샤프트(o)에 연결되는 제 3 샤프트를 갖고,
    상기 제 1 차동장치(Da)는 플래닛(1)과, 위성(2) 및 링(3)의 복합체(multiplicity)에 의해 형성되고, 상기 제 2 차동장치(Db)는 플래닛(8)과, 위성(5) 및 링(4)의 복합체(multiplicity)에 의해 형성되며, 상기 입력 샤프트(i)가 그 주위를 위성(2)이 회전하는 위성 캐리어로 접합되고, 동시에 링(4)에도 접합되는 반면에, 상기 출력 샤프트(o)는 그 주위를 위성(5)이 회전하는 위성 캐리어에 접합되고, 동시에 링(3)에도 접합되며, 샤프트(6)와 샤프트(7)를 운용하기 위해, 상기 배리에이터(V)가 상기 플래닛(1)과 상기 플래닛(8)에 접합되는 것을 특징으로 하는 무단 기계 변속 메커니즘(continuously variable mechanical transmission mechanism).
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