KR101181748B1 - 콘 링 타입 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력의 전달이 이루어지는 두 개의 원추형으로 형성된 콘과 이들 사이를 연결하는 링을 베리에이터로 사용하여 설정된 범위 내에서 무단으로 변속이 이루어져서 동력이 전달될 수 있도록 함으로써, 엔진을 항상 최적의 운전점으로 작동시킬 수 있도록 하여 연비를 향상시키고, 배기 유해가스의 배출을 저감할 수 있도록 한다.

Description

콘 링 타입 무단변속기{Cone-Ring Type Continuous Variable Transmission}

본 발명은 콘과 링을 사용하여 무단으로 변속을 실시하는 콘 링 타입 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 대향하는 방향으로 평행하게 배치된 두 콘 사이를 링으로 연결하고, 상기 링이 두 콘의 축방향으로 이동함에 의해 무단으로 변속이 이루어지도록 하는 무단변속기의 메커니즘에 관한 기술이다.

무단변속기는 클러치와 변속레버를 운전자가 작동할 필요가 없는 점에서 자동변속기와 작동 방식은 동일하다. 그러나 자동변속기가 4단, 5단 및 6단 등의 유한한 속도 단으로 한정된 속도비를 가지고 있으나, 무단변속기는 베리에이터(variator)가 변속 가능한 변속비 안에서 주어진 변속 패턴에 따라 최고의 변속비와 최소의 변속비 사이를 연속적으로 변속하며, 무한대의 단으로 변속시킬 수 있다.

따라서, 무단변속기는 주어진 변속비 안에서 무한한 변속비의 형성이 가능하므로, 다양한 운전환경에서도 가능한 한 엔진의 정격출력에 가까운 영역에서 동력 전달이 이루어지도록 할 수 있음으로써, 수동변속기나 자동변속기 차량에 비하여 연비의 향상이 가능하고 유해배기가스의 배출이 감소할 수 있도록 할 수 있다.

무단변속기는 무단변속을 위한 변속기구인 베리에이터를 무엇으로 하는가에 따라 그 종류가 나뉘어질 수 있는 바, 대체로 알려진 베리에이터로는 벨트나 토로이달 등이 있다.

본 발명은 동력의 전달이 이루어지는 두 개의 원추형으로 형성된 콘과 이들 사이를 연결하는 링을 베리에이터로 사용하여 설정된 범위 내에서 무단으로 변속이 이루어져서 동력이 전달될 수 있도록 하는 콘 링 타입 무단변속기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 콘 링 타입 무단변속기는

직경이 좁아지는 방향이 서로 대향되고 중심축인 회전축이 서로 평행하게 이격되어 배치된 제1콘 및 제2콘과;

내경부가 상기 제1콘과 제2콘의 외경부에 동시에 접촉하도록, 상기 제1콘과 제2콘을 감싸는 변속링과;

상기 변속링을 상기 제1콘 및 제2콘의 외측 경사각을 따라, 상기 제1콘 및 제2콘의 회전축방향에 대하여 사선방향으로 이동시키는 링이동수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 동력의 전달이 이루어지는 두 개의 원추형으로 형성된 콘과 이들 사이를 연결하는 링을 베리에이터로 사용하여 설정된 범위 내에서 무단으로 변속이 이루어져서 동력이 전달될 수 있도록 함으로써, 엔진을 항상 최적의 운전점으로 작동시킬 수 있도록 하여 연비를 향상시키고, 배기 유해가스의 배출을 저감할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 콘 링 타입 무단변속기의 구성을 설명한 도면,
도 2는 도 1의 콘들과 링을 측방에서 관측한 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 변속링의 구조를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 본 발명의 작용을 설명한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 직경이 좁아지는 방향이 서로 대향되고 중심축인 회전축이 서로 평행하게 이격되어 배치된 제1콘(1) 및 제2콘(3)과; 내경부가 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)의 외경부에 동시에 접촉하도록, 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)을 감싸는 변속링(5)과; 상기 변속링(5)을 상기 제1콘(1) 및 제2콘(3)의 외측 경사각을 따라, 상기 제1콘(1) 및 제2콘(3)의 회전축방향에 대하여 사선방향으로 이동시키는 링이동수단을 포함하여 구성된다.

즉, 동일한 경사각으로 직경이 좁아지는 원추형의 제1콘(1)과 제2콘(3)을 도시된 바와 같이 서로 좁아지는 방향이 반대가 되도록 평행하게 배치한 상태에서, 이들 제1콘(1)과 제2콘(3) 전체를 감싸는 변속링(5)이 부분적으로 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)에 접촉하도록 구성하고, 상기 제1콘(1) 또는 제2콘(3)의 외측 경사각을 따라서 상기 변속링(5)을 이동시킴으로써, 상기 변속링(5)이 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)에 접촉하는 위치가 연속적으로 변화하여, 상기 제1콘(1)과 제2콘(3) 각각이 상기 변속링(5)과 접촉하는 부위의 반경이 서로 연속적으로 변화함에 따라 무단의 변속비가 얻어질 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서, 상기 제1콘(1)의 회전축은 동력이 입력되는 입력축(7)에 연결되고, 상기 제2콘(3)은 동력이 출력되는 출력축(9)에 연결되며, 상기 출력축(9)과 상기 제2콘(3) 사이에는 동력을 단속적으로 연결시킬 수 있는 토크단속기구가 구비되며, 상기 제1콘(1)의 회전축에는 후진구동기어(11)가 구비되고, 상기 출력축(9)에는 상기 후진구동기어(11)에 치합되고 상기 토크단속기구에 의해 상기 출력축(9)에 동력전달상태가 전환되도록 구비된 후진피동기어(13)가 설치된 구성이다.

상기 후진구동기어(11)는 상기 제1콘(1)의 회전축에 일체로 구비되고, 상기 후진피동기어(13)는 상기 출력축(9)에 자유회전 가능한 상태로 삽입되며, 상기 토크단속기구는 상기 제2콘(3)과 상기 출력축(9)을 연결시키는 상태와, 상기 후진피동기어(13)와 상기 출력축(9)을 연결시키는 상태, 및 출력축(9)을 제2콘(3)과 후진피동기어(13)의 어느 쪽에도 연결시키지 않는 중립상태 사이를 축방향 이동에 의해 선택적으로 전환할 수 있도록 구성된 싱크로나이저기구(15)로 이루어진다.

상기 싱크로나이저기구(15)는 종래의 수동변속기에 흔히 사용되는 싱크로나이저링과 키이, 허브 및 슬리브 등을 사용하는 기구적 메커니즘 등이 사용될 수 있다.

상기 입력축(7)에는 엔진(17)이 발진클러치(19)를 통해 동심축 상에 연결되어 있으며, 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)은 동일한 경사각을 가진다. 한편, 상기 링이동수단은 상기 변속링(5)의 양측면을 구속하면서, 상기 제1콘(1) 및 제2콘(3)의 외측 경사각을 따라, 상기 제1콘(1)의 및 제2콘(3)의 회전축방향에 대하여 사선방향으로 이동하는 링도그(21)와, 상기 링도그(21)를 사선방향으로 직선이동시키는 링도그액츄에이터(23)로 이루어진 구성이다.

상기 링도그(21)는 상기 변속링(5)과 직접 접촉하여 압력을 전달하는 부위에 베어링을 설치하거나 하는 등의 구성을 취하여, 회전하고 있는 링도그(21)를 직선이동시키는 동안에 상기 링도그(21)의 원활한 회전을 보장하면서 마찰을 방지하도록 구성된다.

상기 링도그액츄에이터(23)는 상기 링도그(21)를 제1콘(1)이나 제2콘(3)의 외측 경사각을 따라 직선스트로크를 발생시킬 수 있도록 모터로 구동되는 리드스크류나 랙앤피니언 등의 구성으로 구현할 수 있을 것이다.

상기 변속링(5)은 외측의 마더링(25)과, 상기 마더링(25) 내측에 구비되는 롤러링(27)으로 이루어지고, 상기 롤러링(27)은 원주방향을 따라 나뉘어진 다수의 섹터링(29)으로 이루어지며, 상기 섹터링(29)은 상기 마더링(25)을 향하여 돌출된 구형부(31)가 일체로 구비되고, 상기 섹터링(29)의 구형부(31)는 상기 마더링(25)에 대하여 요동 가능한 상태로 압입되며, 내주면(33)이 상기 제1콘(1) 및 제2콘(3)의 경사각에 따라 회동될 수 있도록 상기 구형부(31)에 인접한 양쪽 부분이 상기 내주면(33)에 대하여 경사진 경사면(35)으로 이루어진다.

따라서, 상기 제1콘(1) 및 제2콘(3)에 실질적으로 접촉하는 것은 상기 섹터링(29)의 내주면(33)이 되며, 상기 섹터링(29)은 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)의 경사각에 따라 상기 구형부(31)를 중심으로 회동되면서 상기 내주면(33)이 상기 제1콘(1) 또는 제2콘(3)의 외측 경사면(35)에 밀착하여 동력을 안정되게 전달할 수 있도록 한다.

예컨대, 상기 제1콘(1)으로부터 상기 섹터링(29)의 내주면(33)으로 입력된 동력은 상기 구형부(31)를 통해 상기 마더링(25)으로 전달되고, 상기 마더링(25)의 회전력은 다시 다른 섹터링(29)을 통해 상기 제2콘(3)으로 전달되는 것이다.

상기 변속링의 다른 실시예로서, 상기 변속링은 외측의 마더링과, 상기 마더링 내측에 일체로 구비되는 가변마찰재링으로 이루어지고, 상기 가변마찰재링은 FKM계열 또는 Kalrez계열의 특수고무재질로 이루어지도록 구성할 수 있다.

물론, 상기 가변마찰재링을 이루는 상기 특수고무재질은 고속에서의 마찰열과 내구성을 확보할 수 있어야 한다.

상기 제1콘(1)과 제2콘(3) 중 어느 하나는 그 회전축 방향으로 고정되고, 나머지 하나는 그 회전축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되며, 상기 직선이동 가능하게 설치된 콘에는 당해 콘을 직선이동시키는 콘이동액츄에이터(37)가 연결되도록 구성할 수 있다.

즉, 예컨대 상기 제1콘(1)과 제2콘(3) 중 상기 제1콘(1)은 그 회전축 방향으로 고정되고, 상기 제2콘(3)은 그 회전축 방향을 따라 직선이동이 가능하게 설치되어, 상기 콘이동액츄에이터(37)가 상기 제2콘(3)을 이동시키면, 상기 제2콘(3)은 상기 제1콘(1)에 대하여 상대적으로 이동이 이루어지게 되는 것이다.

여기서, 상기 콘이동액츄에이터(37)는 실린더장치나 모터로 구동되는 리드스크류, 랙앤피니언장치 등으로 구현될 수 있을 것이며, 변속시에 상기 링도그액츄에이터(23)로 상기 변속링(5)을 이동시키려고 할 때, 상기 콘이동액츄에이터(37)로 상기 제2콘(3)을 도 5에 도시한 바와 같이 우측으로 이동시키면, 상기 제2콘(3)은 보다 직경이 작은 부분이 상기 변속링(5)에 접촉하는 상태로 되므로, 상기 변속링(5)을 상기 링도그액츄에이터(23)로 이동시킬 때 보다 용이한 이동성을 확보할 수 있도록 한다.

물론, 상기 제2콘(3)의 이동량은 적절하게 제어되어, 상기 변속링(5)과의 접촉상태가 지속적으로 유지되는 범위 내에서 이동되어야 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 콘 링 타입 무단변속기는 상기 엔진(17)의 동력이 상기 발진클러치(19)를 통해 제1콘(1)으로 제공되면, 상기 제1콘(1)은 그 회전축을 중심으로 회전되고, 이 회전력은 상기 변속링(5)을 통해 상기 제2콘(3)을 회전시키게 된다.

상기 싱크로나이저기구(15)가 중립상태로부터 상기 출력축(9)을 상기 제2콘(3)으로 연결시키면, 상기 출력축(9)으로 전진 방향의 동력이 인출되게 된다.

이때, 상기 링도그액츄에이터(23)를 구동하여 상기 변속링(5)을 이동시키면, 상기 제1콘(1)과 제2콘(3)이 상기 변속링(5)과 접촉하는 부위의 반경이 연속적으로 변화함에 따라 무단의 변속비가 얻어지는데, 상기한 바와 같은 변속링(5)의 이동을 보다 용이하게 구현하기 위해 상기 콘이동액츄에이터(37)로 상기 제2콘(3)을 그 직경이 상대적으로 작은 부분이 상기 변속링(5)과 접촉하도록 하는 방향으로 약간 이동시킨 상태에서 상기 변속링(5)을 이동시킨다.

한편, 상기 싱크로나이저기구(15)가 상기 출력축(9)을 상기 후진피동기어(13)에 연결시키면, 상기 제1콘(1)의 회전력이 상기 후진구동기어(11)와 상기 후진피동기어(13)에 의해 역전되어 상기 출력축(9)으로 제공되며, 상기 출력축(9)으로는 후진방향의 동력이 출력되게 된다.

1; 제1콘
3; 제2콘
5; 변속링
7; 입력축
9; 출력축
11; 후진구동기어
13; 후진피동기어
15; 싱크로나이저기구
17; 엔진
19; 발진클러치
21; 링도그
23; 링도그액츄에이터
25; 마더링
27; 롤러링
29; 섹터링
31; 구형부
33; 내주면
35; 경사면
37; 콘이동액츄에이터

Claims (7)

1. 직경이 좁아지는 방향이 서로 대향되고 중심축인 회전축이 서로 평행하게 이격되어 배치된 제1콘 및 제2콘과;
   내경부가 상기 제1콘과 제2콘의 외경부에 동시에 접촉하도록, 상기 제1콘과 제2콘을 감싸는 변속링과;
   상기 변속링을 상기 제1콘 및 제2콘의 외측 경사각을 따라, 상기 제1콘 및 제2콘의 회전축방향에 대하여 사선방향으로 이동시키는 링이동수단;을 포함하고,
   상기 변속링은 외측의 마더링과, 상기 마더링 내측에 구비되는 롤러링으로 이루어지고;
   상기 롤러링은 원주방향을 따라 나뉘어진 다수의 섹터링으로 이루어지며;
   상기 섹터링은 상기 마더링을 향하여 돌출된 구형부가 일체로 구비되고;
   상기 섹터링의 구형부는 상기 마더링에 대하여 요동 가능한 상태로 압입되며, 내주면이 상기 제1콘 및 제2콘의 경사각에 따라 회동될 수 있도록 상기 구형부에 인접한 양쪽 부분이 상기 내주면에 대하여 경사진 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1콘의 회전축은 동력이 입력되는 입력축에 연결되고;
   상기 제2콘은 동력이 출력되는 출력축에 연결되며;
   상기 출력축과 상기 제2콘 사이에는 동력을 단속적으로 연결시킬 수 있는 토크단속기구가 구비되며;
   상기 제1콘의 회전축에는 후진구동기어가 구비되고;
   상기 출력축에는 상기 후진구동기어에 치합되고 상기 토크단속기구에 의해 상기 출력축에 동력전달상태가 전환되도록 구비된 후진피동기어가 설치된 것
   을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 후진구동기어는 상기 제1콘의 회전축에 일체로 구비되고;
   상기 후진피동기어는 상기 출력축에 자유회전 가능한 상태로 삽입되며;
   상기 토크단속기구는 상기 제2콘과 상기 출력축을 연결시키는 상태와, 상기 후진피동기어와 상기 출력축을 연결시키는 상태, 및 출력축을 제2콘과 후진피동기어의 어느 쪽에도 연결시키지 않는 중립상태 사이를 축방향 이동에 의해 선택적으로 전환할 수 있도록 구성된 싱크로나이저기구로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1콘과 제2콘은 동일한 경사각을 가지며;
   상기 링이동수단은 상기 변속링의 양측면을 구속하면서, 상기 제1콘 및 제2콘의 외측 경사각을 따라, 상기 제1콘 및 제2콘의 회전축방향에 대하여 사선방향으로 이동하는 링도그와; 상기 링도그를 사선방향으로 직선이동시키는 링도그액츄에이터로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 변속링은 외측의 마더링과, 상기 마더링 내측에 일체로 구비되는 가변마찰재링으로 이루어지고;
   상기 가변마찰재링은 FKM계열 또는 Kalrez계열의 특수고무재질로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.
7. 청구항 1 내지 4 및 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1콘과 제2콘 중 어느 하나는 그 회전축 방향으로 고정되고;
   나머지 하나는 그 회전축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되며;
   상기 직선이동 가능하게 설치된 콘에는 당해 콘을 직선이동시키는 콘이동액츄에이터가 연결된 것
   을 특징으로 하는 콘 링 타입 무단변속기.

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