KR101229578B1 - 배리에이터 - Google Patents

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KR101229578B1
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브라이언 조셉 두트손
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토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04—Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
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    • F16H15/38—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces

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Abstract

연속적으로 가변비 기구("배리에이터")가 개시되고 여기서 한 쌍의 회전하는 레이스(252, 254)가 공통의 배리에이터 축(218) 주위로 회전하기 위해 장착된다. 구동은 한 레이스로부터 다른 레이스로 이들 상에서 작용하는 하나 이상의 롤러(200)를 통해 전달된다. 구동비는 세차축(228) 주위의 롤러의 세차에 의해 가변 가능하다. 세차는 롤러 축 및 배리에이터 축 사이의 각의 변화를 초래하고 구동비에서의 상응하는 변화를 초래한다. 본 발명에 따르면, 롤러(200)는 캐리어(214)에 결합되는데, 이는 캐리어(214)에 대해 이를 세차운동하는 것을 가능하게 하는 방식으로 결합된다. 캐리어 장체는 캐리어 축(226) 주위로 회전 가능하고, 캐리어 축은 세차 축과는 평행하지 아니하다. 캐리어 축 주위의 캐리어(214)의 회전은 세차축(228)의 방향의 변화를 일으키고 이후 배리에이터 구동비의 변화가 일어난다.

Description

배리에이터 {VARIATOR}
본 발명은 구동이 하나 이상의 롤러(roller)에 의해 한 레이스(race)로부터 다른 레이스로 전달되는 형태의 롤링-견인(rolling-traction) 배리에이터에 관한 것이고, 이의 방향은 배리에이터 구동비(drive ratio)의 변화에 따라 변화 가능하다. 특히, 본 발명은 롤러 방향의 제어에 대한 신규한 메커니즘에 관한 것이다.
여기서 사용되는 "배리에이터"란 용어는 변환 기구를 지칭하고 이는 연속적인 구동비를 제공한다. 도 1은, 제한보다는 예에 의해 그리고 매우 단순한 형태로, 공지된 롤링-견인 형태 배리에이터(10)의 주요 구성요소를 도시하고, 이 경우 구동은 외부 원반형태의(discoidal) 레이스(12, 14)로부터 내부 원반형태의 레이스(16)로(또는 반대로) 레이스 상에서 작용하는 롤러(18)를 통해 전달된다. 오직 두 개의 롤러가 도시되었지만 일반적인 배리에이터는 일반적으로 총 6개의 이러한 롤러를 가지고, 공동(38)의 모두에서 3개가 레이스 사이에 형성된다. 롤러 및 레이스 사이의 견인은 이들을 각각 다른 것에 대해 편향시킴에 의해 제공되고, 이는 이렇 예에서 한 레이스(14)를 다른 것을 향해 추진시키는 유압 액추에이터(20)에 의해 이루어진다. 도시된 예에서, 좌측 외부 레이스(14)는 이를 따라 회전하는 배리에이터 샤프트(22)에 고정되고(keyed), 우측 외부 레이스(12)는 이러한 도에서 샤프트와 일체로 형성된다. 내부 레이스(16)는 샤프트 주위로 회전을 위해 저널(journalled)되고, 이는 (23)으로 개략적으로 표시된 엔진으로부터 구동될 수 있다. 외부 레이스(12, 14)의 회전은 롤러(18)를 회전시키고 따라서 내부 레이스(16)를 회전시킨다. 내부레이스로부터 개시된 파워(power)는 그 위에 작용하는 체인에 의해 이루어질 수 있고, 또는 일정한 공통 축 배열을 통해 이루어질 수 있으며 이는 이 기술분야에서 잘 공지되어 있다.
롤러는 "세차운동"할 수 있다. 이는 샤프트(22)에 의해 형성된 "배리에이터 축"(21)에 대해 롤러 축의 기울기를 변화시키고, 각각은 그 방향을 변화시킬 수 있다. 롤러(18)의 두 대안적인 방향은 도 1에서 점선으로 그리고 실선으로 개별적으로 표시된다. 한 방향으로부터 다른 방향으로 이동시킴에 의해 각각의 롤러가 경로의 상대적인 원주를 변화시키는 것이 명백하고, 이는 내부 및 외부 레이스 상에서 추적하며, 이에 의해 배리에이터 구동비의 변화를 일으킨다.
따라서 롤러의 탑재는 이것이 자신의 축 주위로 스핀하고 또한 "세차 축"이라고 지칭될 다른 축 주위로 회전하는 것을 가능하게 해야만 한다. 상응하게 롤러 방향을 변화시키는 회전 움직임은 여기서 "세차"라고 지칭될 것이다. 롤러 세차는 세차축 주위로 롤러 탑재로 토크를 인가함에 의해 직접 제어되는 것은 아니다. 대신, 롤러의 탑재는 롤러를 자유롭게 세차운동하도록 두고, 롤러 방향은 레이스에 의해 롤러 상에 가해지는 전단 응력(shear) 효과에 의해 제어된다. 이러한 예로서 도 2 및 3에서 도시된 공지된 배리에이터 구성을 살펴보라. 이 도는 토로트랙 (디벨럽먼트) 리미티드의 특허 영국 제 2227287호에서 얻어진 것이고 더욱 자세하게 이러한 형태 및 다른 형태의 배리에이터의 구성 및 작동을 나타내며, 참조는 이러한 문서에서 만들어진다. 도 2 및 3은 배리에이터 레이스(12, 16)의 오직 두 개를 도시한다. 각각의 롤러(18)(도시된 것중 오직 하나)이동가능한 캐리어(30)에 저널되고(journalled), 이는 실린더(34)에서 작동하는 피스톤(32)에 결합된다. 롤러 및 이의 캐리어는, 이러한 특정의 구성에서, 실린더(34)의 위치에 의해 결정된 세차 축(36) 주위로 함께 세차운동할 수 있다. 세차 축은 방사상 평면에 놓이지 않는다. 대신 도 2에서 도시된 것처럼, 방사상 평면을 구비한 "캐스터 각(castor angle)" CA을 형성한다. 피스톤이 실린더를 따라 앞뒤로 이동함에 따라 롤러는 유사하게 앞뒤로 이동한다. 이러한 예에서, 레이스(12, 16)는, 도 1에서 도시된 공동(38)과 유사하게, 원형의 구역의 롤러를 포함하는 토로이달 공동을 형성하도록 형태를 가진다. 레이스는 롤러(18)를 구속하고, 이에 의해 앞뒤로 이동함에 따라 그 중심은 토러스(torus)의 중심원(40)의 아크인 경로를 따르게 된다. 이 중심원은 토러스의 발생기 원의 중심점의 자취이다. 이 경로를 따르는 롤러의 이동은, (a)피스톤(32)에 의해 롤러의 운방에 가해지는 편향 힘의 원주 구성요소(2F) 및 (b)개별적인 레이스(12, 16)에 의해 롤러(18)에 가해지는 두 힘(F) 사이의 균형에 의존한다.
롤러 각각은 일정한 위치로 향하고, 이 경우 롤러(18) 및 레이스(12, 16) 사이의 "접촉"에서("접촉"이란 용어는 막연한 뜻으로 사용되었는데 왜냐하면 이러한 구성요소는 실제로는 닿지 않을 수 있고 이 기술에서 공지된 것처럼 견인 유체의 얇은 필름에 의해 분리될 수 있기 때문이다), 롤러 둘레의 움직임은 레이스의 표면의 움직임에 평행하다. 접촉에서 롤러 및 레이스 이동 사이의 부조화는 세차 축 주위의 롤러 상의 스티어링 모멘트(steering moment)를 초래하고, 이는 부조화를 줄이기 위해 롤러를 세차운동시키는 경향이 있다. 평행한 두 이동의 조건(즉, 0의 스티어링 모멘트)은 롤러의 축이 배리에이터 축과 교차해야만 한다는 것이다.
롤러/운반 어셈블리(18, 30)가 도 3에서 좌측 또는 우측으로 변위됨에 따라 무엇이 일어나는지 고려하라. 롤러 축(41)이 처음으로 배리에이터 축(21)과 교차하면, 롤러의 변위는 이를 이러한 교차점으로부터 멀게 하지만 오직 일시적으로 그러한데, 이는 결과적인 스티어링 모멘트가 롤러를 이것이 변위됨에 따라 세차운동시키기 때문이다. 캐스터 각(CA)에 의해, 이러한 세차는 두 축의 교차점을 복원한다. 이 결과 롤러의 "세차 각"은 그 원형 경로(40)를 따라 변위하는 기능이 된다. 이러한 공지된 구성에서 롤러 위치 및 세차 각 사이의 관계는 캐스터 각에 의존한다.
이 배열은 배리에이터가 "제어된 토크"가 되도록 기능을 제공한다. 배리에이터 작동의 이러한 방법은 유럽 특허 제 444086호를 포함하는 토로트랙 (디벨럽먼트) 리미티트 이름에서 다양하게 발행된 특허에서 설명되었고 이는 당업자에게 공지되어 있다. 간략하게 설명하면, 토크 제어 배리에이터에서 배리에이터 비는 직접적으로 제어되지 않는다. 제어된 편향힘(도 2에서 힘(2F))은 각각의 롤러에 가해지고 평형상태에서 이는 배리에이터 레이스에 의해 롤러에 가해지는 힘(도 2에서 힘(F))에 의해 균형되어야만 한다. 롤러 상의 레이스에 의해 가해지는 힘은, 롤러에 의해 디스크 상에 추적된 경로의 반지름 및 개별적인 배리에이터 레이스 상의 토크에 의해 결정된다. 간단한 분석은 다음과 같다:
구동 편향 힘 αTin + Tout
이경우 Tin 및 Tout는 각각 내부 및 외부 배리에이터 디스크 상의 토크이다. Tin + Tout의 합은 "반응 토크"로서 지칭되고 이는 배리에이터 비보다는 양이고 이는 직접 제어된다. 배리에이터 비의 변화는 배리에이터의 입력 및 출력 상에 작용하는 관성으로의 Tin + Tout의 작용으로부터 초래된다(예를 들어 구동 엔진으로부터 외부로 가해진 토크에 부가됨). 롤러는 배리에이터 비에서의 결과적인 변화에 따라 자동적으로 이동하고 세차운동한다.
공지된 배리에이터 구성의 다른 형태는 GB 1002479에서 예를 들어 발견되고 이는 도 4에서 도시된다. 세 개의 롤러의 전체 세트가 여기서 도시되지만, 배리에이터 롤러는 (18)로서 나타나고 캐리어(52)에서 베어링(50) 상에 저널되며, 이의 대향 단부에서 삼발이 구조(58)에서 정렬된 보어에 수용된 스피곳(spigot, 54, 56)이 있다. 캐리어는 배리에이터 축에 대해 횡단하는 방향을 따라 가볍게 앞뒤로 이동할 수 있다. 이러한 캐리어 이동은, 소켓 조인트(62) 및 개별적인 볼에 의해 각각의 캐리어에 결합된 세 개의 스포크(spoke) 추력(thrust) 수용 부재(60)에 의해 제어된다. 배리에이터 축 주위의 부재(60)의 약간의 회전 움직임은 롤러 및 캐리어가 이전에 언급된 횡방향을 따라 이동하게 한다. 스피곳(54, 56)을 수용하는 정렬된 보어는 축 방향 주위로 오프셋될 수 있고, 이에 의해 캐스터 각을 생성하며 상기에서 설명된 스티어링 효과는 롤러 방향을 제어하는데 사용된다. 롤러의 베어링(50)은 이것이 일정한 측방향 "부유(float)"를 가능하게 하고, 이에 의해 이는 캐리어(52)가 직선 라인을 따름에 불구하고 배리에이터 축 주위로 필요한 원형 경로를 따라갈 수 있다.
상기 실시예는 캐리어 및 롤러가 함께 회전하는 것과 관련되고 이에 의해 필요한 롤러 세차를 이룬다. 롤러 제어에 대한 서로 다른 접근은 WO 03/062670호 하에 발행된 토로트랙(디벨럽먼트) 리미티드의 국제 특허 출원 PCT/GB03/00259에서 나타나고, 도 5는 관련 배열을 도시한다. 여기서, 캐리어(70)는 대향 단부에서 쌍 피스톤 헤드(72, 74)를 가지고, 이는 개별적인 실린더(76, 78)에서 작용한다. 각각의 배리에이터 롤러, 이의 하나의 예는 (18)로 한번 더 나타남, 롤러 베어링(80)에 의해 그 축 주위로 회전할 수 있으나 운반에 대해 세차운동할 수 있는데, 그 이유는 베어링(80)이 볼(82) 및 키홈(84)을 포함하는 짐벌(gimbal) 배열을 통해 운반에 결합되기 때문이고, 키홈은 축을 형성하며 축 주위로 롤러는 운반에 대해 세차운동한다. 여기서 캐리어 자체는 회전운동할 수 없는데 그 이유는 롤러의 중심이 피스톤 헤드(72, 74)의 축으로부터 오프셋될 수 있기 때문이다. 이러한 배열의 장점 중에서, 키홈(84)의 위치에 의해 형성되는 캐스터 각은 자유롭게 선택될 수 있다. 예를 들어 배리에이터와의 충돌의 이전에 설명된 배리에이터 문제점에서, 디스크는 캐스터 각의 선택을 억제한다.
상기에서 설명된 배리에이터의 모두는, 롤러 방향을 제어하는데 필요한 스티어링 효과가 토로이달 공동의 중심원을 따라 앞뒤로 캐리어를 변위시킴에 의해 단순히 이루어진다.
본 발명의 목적은 롤링-견인 형태 배리에이터에서 롤러를 제어하는 방법으로 개선을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 공통 축("배리에이터 축") 주위로 회전을 위해 장착된 제 1 및 제 2 레이스를 포함하는 연속적으로 가변하는 구동비가 있고, 가변하는 구동비에서 이들 사이에서 구동을 전달하기 위한 레이스를 구동하고 롤러 축 주위로 회전을 위한 캐리어에 결합되는 하나 이상의 롤러가 있으며, 롤러는 롤러 축에 평행하지 아니한 세차 축 주위로 세차운동이 가능하고 이에 의해 롤러 축 및 배리에이터 축 사이의 각을 변화시키며 이로써 구동비에서의 상응하는 변화를 만들고, 이 기구는 롤러가 캐리어에 대해 세차운동을 허용하는 방법으로 캐리어에 결합되고, 세차축은 이에 의해 캐리어에 대해 형성되며, 캐리어는 세차 축에 대해 평행하지 않은 캐리어 축 주위로 회전 가능하고, 이에 의해 캐리어 축 주위의 회전이 세차 축의 방향을 변화시키는 작용을 하며 배리에이터 구동비에서의 변화가 뒤따른다.
캐리어 자체가 세차축과 다른 축 주위로 회전하도록 제공함에 의해, 롤러가 운반에 대해 세차운동하도록 하는 동안, 롤러 제어의 새로운 모드가 가능하게 이루어진다.
캐리어 축은 배리에이터 축에 평행한 것이 바람직하다. 또한, 캐리어 축은 롤러 축의 중심을 통과하는 것이 바람직하고, 이에 의해 캐리어의 회전은 롤러 중심의 방사상 변위를 일으키지 않는다.
세차 축은 롤러의 중심을 통과하는 것이 특히 바람직하다. 롤러는 그 중심이 방사상으로 변위되지 아니하고 세차운동할 수 있다. 일반적인 배리에이터 구성에서 롤러 중심은 두 레이스 사이에 형성된 토러스의 중심 라인을 따르도록 구속되고 이에 의해 중요한 방사상 변위를 할 수 없다.
세차 축의 방향은 고정되지 아니하는데, 그 이유는 이 축이 캐리어에 대해 형성되기 때문이고, 캐리어 자체는 회전할 수 있다. 세차축은, 0이 아닌 캐스터 각에 의해 배리에이터 축에 수직인 평면에 대해 항상 기울어져야만 하는 것이 바람직하다. 캐스터 각에 의해, 캐리어의 회전을 따라서, 롤러는 세차 이동에 의해 롤러 축이 배리에이터 축과 교차하는 상태로 돌아올 수 있다.
캐리어는 캐리어 축 주위로 회전할 뿐만 아니라 배리에이터 축 주위로 원형의 경로를 따라 앞뒤로 이동할 수 있어야만 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 배열은 토크 제어를 제공한다. 캐리어를 이 경로를 따라 편향시키는 조정가능한 힘을 가하기 위해 수단이 제공될 수 있다. 평형을 위해 이러한 편향 힘은 레이스에 의해 롤러에 가해지는 힘에 의해 균형이 이루어질 수 있고, 이는 토크 제어의 기본이다.
기어링 배열은 캐리어의 회전을 제어하기 위한 바람직한 수단이다.
캐리어가 배리에이터 축 주위로 그 경로를 따라 앞뒤로 이동됨에 따라, 배리에이터 축으로부터 방사하는 라인에 대해 일정한 기울기를 유지한다면, 이후 배리에이터 비에서의 변화는 일어나지 않는다. 특별한 바람직한 본 발명의 실시예에서, 캐리어를 회전식으로 구동하기 위한 수단이 제공되고, 이에 의해 롤러 중심을 통과하고 배리에이터 축에 대해 방사상인 라인에 대한 캐리어의 기울기는 배리에이터 축 주위로 그 경로를 따라 캐리어의 위치에 종속되어 변한다. 이러한 방법으로 배리에이터 축 주위로 그 경로를 따라 캐리어의 변위는, 배리에이터 구동 비에서의 결과적인 변화 및 캐리어 기울기에서의 변화가 수반되도록 배열될 수 있다.
본 발명은, 캐리어의 적절한 제어에 의해, 캐리어 변위 및 배리에이터 구동비 사이의 관계를 결정하는 큰 범위를 설계자에게 준다.
특별한 바람직한 실시예에서, 기구는 추가적으로 선(sun) 및 링 기어를 포함하고, 이는 모두 배리에이터 축과 동심적이며, 캐리어는 선 기어 및 링 기어 모두에 기능적으로 결합되고 이에 의해 캐리어 회전 및 위치를 제어한다. 따라서 캐리어에 걸친 필요한 제어가 단순하고 편리한 방법으로 제공된다. 캐리어는 에피사이클릭(epicyclic) 배열로 플래닛의 방법으로 선 기어 및 링 기어에 의해 구동된다. 가장 바람직한 선 기어 및 링 기어는 모두 톱니형태의 기어 휠이고, 캐리어는 이 둘과 맞물리는 기어 톱니형태로 제공된다.
일반적인 배리에이터에서, 문제점은 두 레이스에 의해 형성된 공동 내에서 하나의 이동 가능한 구성요소가 다른거과 "충돌"을 피하는 것에서 일어날 수 있다. 이러한 문제는, 캐리어가 전체 원형의 둘레를 구비한 완전한 기어 휠로서 형성된다면 문제될 것이다. 그러나 캐리어는 선 기어 및 링 기어에 대해 완전한 360°를 회전할 필요는 없고, 이에 의해 전체가 원형인 둘레는 필요하지 않다. 대신, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 캐리어는 선 기어 및 링 기어와 각각 맞물리기 위한 공통의 원형 로커스 상에 놓이는 내부 및 외부 톱니형태의 부분을 갖는 기어 휠을 포함한다.
선 기어 및 링 기어는 배리에이터 축 주위로 회전 가능해야만 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 실시예에서 이러한 구성요소는, 예를 들어 기어링을 통해, 기능적으로 결합될 수 있고, 이에 의해 하나의 위치는 다른 것의 위치의 역할(function)을 한다. 바람직하게 이러한 배열은, 양방향으로의 하나의 회전은 서로 다른 회전 속도에서 그리고 동일한 방향으로 다른 것의 회전에 의해 수반되도록 제공한다. 이는 선 기어 및 링 기어 사이의 고정 속도비를 제공할 수 있다.
이러한 실시예에서 일정한 배열이 필요하고, 이를 통해 선 기어는 구동될 수 있으며, 다른 배리에이터 구성요소 - 롤러, 캐리어 등-의 충돌을 피하는 방법으로 이를 위해 제공하는 것이 필요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 플래닛 캐리어가 제공되고 선 기어 및 링 기어와 맞물리는 적어도 하나의 플래닛 기어를 수반한다. 이러한 실시예에서, 선, 링 및 플래닛 캐리어는 함께 에피사이클릭의 방법으로 함께 작용한다. 선 기어는 링 및 플래닛 캐리어를 통해 구동될 수 있다.
오직 예에 의해, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 특정의 실시예가 설명될 것이다.
도 1은 공지된 형태의 배리에이터의 매우 간략화된 도로서, 부분적으로 분해되고 방사상 방향을 따라 도시된다.
도 2는 추가적인 공지된 배리에이터의 부품을 도시하고, 부분적으로 분해되고 방사상 방향을 따라 도시된다.
도 3은 도 2에서 도시된 부품의 추가적인 도이고, 공통의 축방향을 따라 그 리고 그 뒤의 구성요소를 보이기 위해 최전면 단면에서 배리에이터 레이스와 함께 도시된다.
도 4는 또 다른 추가적인 공지된 형태의 배리에이터의 부품을 도시하고, 부분적으로 분해되고 축방향을 따라 도시되며, 내부 구성요소를 나타내기 위해 최전면에서 전체적으로 생략된 배리에이터 레이스와 함께 도시된다.
도 5는 다른 추가적인 공지된 형태의 배리에이터의 부품을 도시하고, 축방향을 따라 그리고 내부 구성요소를 보이기 위해 최전면에서 생략되는 배리에이터 레이스와 함께 도시된다.
도 6a는 하나의 롤러/캐리어 어셈블리의 개략도이고, 본 발명을 구현하는 배리에이터의 일정한 관련된 부품이 배리에이터 축을 따라 도시된다.
도 6b는 도 6a와 동일한 어셈블리를 도시하지만, 약간 다른 구성을 도시한다.
도 7은 동일한 배리에이터의 캐리어/베어링 배열의 일정한 부품의 사시도이다.
도 8은 동일한 배리에이터의 롤러 및 톨러런스(tolerance) 링의 사시도이다.
도 9는 도 7 및 8의 롤러, 캐리어 및 베어링 배열을 포함하는 어셈블리의 사시도이다.
도 10 및 11은 본 발명을 구현하는 추가적인 배리에이터를 도시하고, 일정한 내부 구성요소를 나타내기 위해 최전면에서 생략되는 배리에이터 레이스와 함께 축방향으로 도시된다.
도 12는 본 발명을 구현하는 추가적인 배리에이터의 선택된 구성요소를 도시하고, 이는 축방향 평면에서 배리에이터를 통한 구역을 도시하는 개략도이며, 일정한 내부 구성요소를 나타내기 위해 최전면에서 배리에이터 레이스가 생략될 것이다.
도 13은 축방향을 따라 도 12에서 도시된 동일한 배리에이터를 도시하고, 최전방 배리에이터 레이스는 내부 구성요소를 나타내기 위해 생략되었다.
도 14는 축방향을 따라, 본 발명을 구현하는 또 다른 배리에이터의 개략도이다.
도 15는 축방향을 따라, 본 발명을 구현하는 또 다른 배리에이터의 개략도이다.
도 16은 본 발명을 구현하는 또 다른 배리에이터의 선택된 부품의 개략적인 사시도이다.
도 17은 본 발명을 구현하는 배리에이터용 롤러/캐리어/측판 어셈블리를 도시하고, 이는 롤러 축을 함유한 평면에서 어셈블리를 통해 구역을 도시하는 사시도이다.
도 18은 본 발명을 구현하는 배리에이터를 통한 방사상 평면에서의 구역이고, 도 18에서 도시된 어셈블리를 채택한다.
도 19는 본 발명을 구현하는 또 다른 배리에이터를 통한 방사상 평면에서의 구역이다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에서 사용되는 캐리어의 사시도이다.
이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는, 구동 배열에 의해 기울어지도록 될 수 있는 개별적인 캐리어 위에 각각의 배리에이터 롤러를 탑재하는데 관련이 있다. 이 원리는 도 6a 및 6b로부터 이해될 수 있고, 이 경우 롤러 중 오직 하나가 (200)으로 도시되고(측판(202) 내에 대부분 포함되어 있고 이는 이하에서 설명될 것이다) 캐리어는 (204)로 도시된다. 도 6a와 6b를 비교하면, 캐리어(204)는 캐리어 축(226) 주위로 기울어져 있고, 경사각(θ)은 0이 아니다. 경사각의 변화는 배리에이터 축과의 교차점으로부터 롤러 축을 멀게 하고 결과적인 스티어링 모멘트(steering moment)는 롤러를 세차운동하게 하고 이에 의해 교차점으로 복귀시킨다. 롤러의 결과적인 기울기는 변경된 구동비에 대응하고, 구동비는 더 이상 1:1이 아니다.
캐리어가 캐리어 축(226) 주위로 경사질 수 있도록 캐리어(204)를 장착하기 위한 그리고 캐리어의 이러한 경사 움직임을 구동시키기 위한 본 실시예 및 이후의 실시예에서 사용되는 배열은, 내부 선 기어(sun gear)(212) 및 환형 외부 링 기어(214)를 포함하고, 이는 모두 배리에이터 축(218)에 동심적으로(concentrically) 장착되어 있고 그 주위를 회전 가능하다. 캐리어(204)는 기어 휠로서 형성되고 이는 선 기어(212) 및 링 기어(214) 사이의 공간에 배열되며 둘 모두와 톱니가 맞물린다. 캐리어는 배리에이터 축을 따라서는 이동 불가능한데, 캐리어가 동반하는 롤러의 위치가 배리에이터 레이스에 의해 지시받기 때문이다. 레이스 자체는 이 도면에서 도시되지 않지만(이후의 도면에서는 분명할 것이다) 롤러(200)의 앞뒤에 위치하고 공통 축(218) 주위로 회전하며, 이 축은 배리에이터 축이라고 지칭되고 종이의 면에 대해 수직으로 위치한다. 캐리어는 종이의 면에 수직인 캐리어 축(226) 주위로 회전할 수 있다. 배열은 캐리어가 이 축 주위로 회전하도록 구동시키도록 제공되고 이에 의해 캐리어의 "경사각"을 변화시킨다. 도 6b에서 θ에 의해 표시된 경사각을 정의하면, 이는 (1) 배리에이터 축(218)(즉, 배리에이터 레이스의 축)으로부터 나오는 라인(216) 및 캐리어를 따르는 임의의(some arbitrary) 라인(220) 사이의 각이다. 롤러의 세차운동 및 이후의 배리에이터 비율 변화를 일으키는데 필요한 스티어링 모멘트는 경사각(θ)의 변화로부터 초래된다.
도 6a에서 경사각은 0이고 배리에이터는 약 1:1 구동비에서 작동한다. 롤러 축(222)은 배리에이터 축(218)에 수직이고 이와 교차하며 평형을 이루어야만 한다.
각운동의 캐리어의 범위가 제한되기 때문에 외부 주위는 완전히 원형일 필요는 없다. 대신 캐리어는 방사상으로 내부의 원형의 톱니형태의 부분(206)을 가지고, 이는 일반적으로 방사상으로 연장하는 가지(208)를 통해 방사상으로 외부의 원형의 톱니형태의 부분(210)에 결합된다. 캐리어(204)의 이러한 형태는 롤러와 같은 다른 부품과 충돌 없이 캐리어가 활용 가능한 공간 안으로 끼워지는 것을 가능하게 한다.
예를 들어 선 기어 및 링 기어(212, 214)가 동일한 속도로 회전하도록 구동된다면 무슨 일이 일어날지 생각해보면, 이들-및 캐리어(204)-은 서로에 대해 고정된 위치를 유지한 채 배리에이터 축 주위로 회전한다. 경사각(θ)은 변하지 않을 것이다. 도 6에서처럼, 롤러 축(222)이 배리에이터 축(218)과 처음으로 교차한다면, 이후 이는 그렇게 남아있을 것이고 배리에이터 비율 변화는 없을 것이다.
그러나 선 기어 및 링 기어가 서로 다른 비율로 구동된다면 어떻게 될지 생각해보자. 일반적으로 이는 배리에이터 축 주위의 원형 경로를 따라서 그리고 캐리어의 이동을 초래할 것이다. 롤러 중심은 원(224)을 따르고, 이 원은 배리에이터 레이스에 의해 형성된 토러스(torus)의 중심원이다. 동시에 캐리어(204)는 캐리어 축(226) 주위로 회전할 것이고, 이에 의해 경사각(θ)을 변화시킨다.
롤러는 베어링 배열에 의해 캐리어(204)에 대해 세차 운동하는(precess) 자유를 가지고, 베어링 배열을 통해 롤러는 캐리어에 연결되며, 본 발명의 이러한 태양은 도 7 내지 9를 참고하여 고려될 것이다. 베어링 배열은 롤러(200)가 (1) 자신의 축 주위로 회전하는 것과 (2) 캐리어(204)에 대해 -고정되고- 형성된 세차 축(228) 주위로 세차 운동하는 것을 가능하게 한다.
자신의 축 주위로 롤러(200)의 회전은, 롤러의 중앙 보어에 수용된 니들 베어링(needle bearing, 230)에 의해 제공된다. 롤러 및 베어링 사이에 톨러런스 링(tolerance ring, 232)이 제공된다(도 8). 주름진 구성에 의해, 톨러런스 링은 롤러 및 베어링 사이에 일정한 유연성(compliance)을 제공한다. 사용시 롤러는 배리에이터 레이스에 의해 롤러의 지름을 따라 큰 압축력에 종속된다. 롤러는 결과적으로 탄성적으로 변형된다. 톨러런스 링은 탄성적으로 변형하여 롤러 변형을 수용하고, 이에 의해 압축력이 베어링(230)으로 통과되는 것보다 롤러에 의해 원칙적으로 함유되게 된다. 니들 베어링(230)의 내부 레이스는 두 부품(234, 236)으로 형성되고, 이는 캐리어(204)의 허브(238) 주위로 조립된다(도 7). 두 부품(234, 236)은 예를 들어 서로 용접될 수 있고, 이후 그 외부 원주가 기계가공되며, 이에 의해 내부 베어링 레이스에 필요한 규칙적인 원형 표면을 제공한다. 대안적으로 이들은, 베어링 표면으로서 작용할 이들의 원주(미도시) 주위의 밴드에 의해 서로 고정될 수 있다. 원형의 스피곳(spigot, 240)은 허브(238)의 양 측부로부터 돌출하고 세차축(228)을 따라 정렬되며 이와 동심적이다. 스피곳은 개별적인 내부 레이스 부품(234, 236)의 내부면의 보충적인 원형의 리세스(242)에 수용되고, 워셔(washer, 244)는 허브(238)의 인접면으로부터 내부면(241)을 분리시킨다. 상기 구성은 내부 베어링 레이스(234, 236)를 허용하고 따라서 롤러(200)가 그 위에서 지탱되며, 이에 의해 상기에서 언급한 세차축(228) 주위로 캐리어(204)에 대해 세차운동한다. 세차축이 배리에이터 축(도 6에서 종이의 면과 같은)에 대해 방사상(수직)인 평면에 놓여있지 않다는 것이 중요하다. 대신 세차축(228)은 이러한 평면에 기울어져 캐스터 각(castor angle)을 형성한다. 요점은 도 20으로부터 가장 잘 이해될 수 있고, 이는 세차축(228)에 수직한 방향을 따라 캐리어(204)를 도시한다. 캐리어의 기어 톱니는 세차축에 수직한 것보다 세차축에 기울어진 것으로 보인다. 본 실시예에서 기어 톱니의 각은 세차축 및 방사상 평면 사이의 캐스터 각을 결정한다. 도 2에서 도시된 종래 기술의 배열의 형태에 비해, 이러한 배열의 이익 중 하나는 캐스터 각이 배리에이터 구성에 의해 제한되지 않는다는 것이다. 도 2 배리에이터에서 최대 가능한 캐스터 각은 배리에이터 레이스에 의해 액츄에이터의 충돌에 의해 제한된다. 반대로 여기서 고려되는 구성의 형태는 설계자에게 증가된 자유를 주고, 이에 의해 진동에 대한 안정성 및 배리에이터 반응 속도에 대한 필요를 충족하는데 필요한 캐스터 각을 선택한다.
도 10 및 11은 캐리어(204) 및 롤러(200)의 움직임을 분명하게 나타내기 위함이다. 이 도들은 토로이달(toroidal) 배리에이터 레이스의 쌍 사이에 형성된 토로이달 공동 내에서 규칙적인 각도 간격으로 배열된 세 개의 롤러를 구비한 실용적인 배열을 도시한다. 레이스가 상세하게 도면에서 도시되지는 않았지만 이들은 도 1에서 도시된 레이스(12, 14, 16)와 유사하게 형성된다. 캐리어가 앞뒤로 움직임에 따라, 롤러의 중심이 배리에이터 축 주위로 따르는 원형의 경로는 도 10에서 (224)로 표시된다. 이는 레이스에 의해 형성된 토로이달 공동의 중앙 라인이다. 이러한 실시예에서 스포크 형태의 삼발이 구조(248)는 선 기어(212)를 구동하기 위해 이용되고 이는 이하에서 설명될 것이다.
도 10에서 배리에이터는 약 1:1 비율에서 작동한다. 롤러의 축은 배리에이터 축에 대해 거의 수직이다(당해 각은 배리에이터 축을 함유한 평면에서 측정될 것이다 - 즉, 종이에 수직하게 - 이는 이 도에서는 나타날 수 없다). 각각의 롤러 축(222)은 배리에이터 축(218)과 교차하고, 이들은 평형을 이루어야만 한다. 각각의 캐리어(204)의 일반적 경사각(θ)는 이 조건에서 0으로 형성된다.
도 11과 도 10을 비교하면, 선 기어(212) 및 링 기어(214)는 시계 방향을 따라 전진되었고, 선 기어는 링 기어보다 더 이동한다.다양한 변화가 결과적으로 일어났다:
i) 선 기어 및 링 기어가 모두 동일한 방향(시계방향)으로 회전하였기 때문에, 캐리어(204) 및 롤러(200)도 시계방향으로 전진했고, 각각의 롤러(200)의 중심은 원(224)을 따라 이동하였다;
ii) 선 기어(212)는 링 기어(214)보다 빠르게 회전하기 때문에, 각각의 캐리어(204)는 기울어지게 되었고 -즉, 캐리어 축(226) 주위로 회전하고- 이의 경사각(θ)을 변화시킨다;
iii) 캐리어 경사각의 변화는 롤러 축의 각이동(angular shift)을 일으키고, 이에 의해 배리에이터 축과의 교차점으로부터 롤러 축을 순간적으로 멀어지게 한다. 스티어링 효과는 이전에 설명된 것처럼 롤러에 가해지고, 이에 의해 이들이 도시된 위치로 세차운동을 하게 하며(캐리어(204)에 대해 형성된 세차축(228) 주위로) 이로써 교차점을 복원시킨다. 롤러 축은 더이상 배리에이터 축에 수직한 것이 아니고 이에 기울어진 것이 분명하다. 이에 상응하게 배리에이터의 구동비가 변경되고 실제로 배리에이터는 가능한 비 범위의 일 극단에 근접하여 보인다.
선 기어 및 링 기어(212, 214)를 통해 제어가 배리에이터에 걸쳐 실행될 수 있는 것이 분명하다. 선 기어(212)의 구동은 배리에이터 공동 내의 기어의 위치 때문에 과제가 존재한다. 서로 다른 두 해법이 지금까지 고안되었다. 제 1 해법은 도 10 및 11에서 도시되고 여기서 삼발이 구조(spider structure, 248)는 공동을 통과하고 선 기어(212)를 구동이 가해질 수 있는 공동 외부의 휠에 연결시키는, 형상의 방사상 가지(250)를 포함한다. 휠 자체는 이 도에서 최전면에 있지 아니하고 그 둘레는 (251)에서 점선으로 도시된다. 방사상 가지(250)는 롤러 및 운반대(carriage)가 움직일 때 충돌하지 않는 방식으로 형성되어야 하고, 이는 이 형태에 대한 이유이다.
선 기어를 구동시키는 제 2 수단은 선 기어 및 링 기어를 에피사이클로이달 (epicycloidal) 배열로 일체화시키는 것을 포함한다. 도 12 및 13에서 도시된 배리에이터는 예를 제공하고 이제 상세하게 설명될 것이다. 이 도는 도 6에서 도시된 것과 유사한 배리에이터를 도시하고, 이 경우에 이는 두 개의 토로이달 공동을 가진다. 도 12에서 내부 레이스는 (252)로 표시되고 도의 우측부로 외부 레이스(254) 중 하나가 보인다. 이 배열은 추가적인 외부 레이스를 포함하고 이 외부 레이스는 도의 좌측부로 있으나 이는 생략되었고 다른 구성요소가 보일 수 있다. 캐리어 및 롤러는 다시 (204)(200)로 각각 지정되었다. 도의 단순화를 위해 캐리어를 롤러에 결합시키는 베어링 배열은 도 12에서는 생략되었으나 도 13에서는 도시되었다. 각각의 배리에이터 공동은 세 개의 롤러(200)를 포함하고 각각은 관련 링 기어(214, 214') 및 선 기어(212, 212')를 가진다. 또한, 이 배열은 각각의 공동에서 플래닛 캐리어(planet carrier, 256, 256')를 포함하고, 이 플래닛 캐리어는 배리에이터 축 주위로 회전을 위해 탑재되었으며 허브(258) 및 방사상 가지(260)를 포함하며, 이는 플래닛 기어(262)를 수반하고 플래닛 캐리어를 일체화된 외부 휠(264)에 연결시킨다. 플래닛 기어(262)는 각각 선 기어(212) 및 링 기어(214)와 맞물리고, 에피사이클릭-형태의 기어 배열을 형성한다. 결과적으로 링 기어(214)의 그리고 플래닛 캐리어(256)의 회전을 제어함에 의해 선 기어(212)의 회전이 제어된다. 이러한 형태의 에피사이클릭 기어 배열에 관련된 원리는 일반적으로 당업자에게 친숙하다. 이 배열은 편리한데 그 이유는 플래닛 기어(262)가 캐리어 및 이를 따라 이동하는 사이에 위치할 수 있고, 이에 의해 서로의 충돌이 피해지기 때문이다. 캐리어(204)와 유사하게 플래닛 기어(262)는 완전한 원형 둘레를 가지지 못하지만 대신 내부 및 외부의 부분적으로 원형인 톱니 부품(266, 288)을 갖는다. 또한, 이는 배리에이터 공동 내에서 구성요소의 충돌을 피하는 것을 도와준다.
일정한 수단이 선 기어 및 링 기어(212, 214)의 구동에 필요하다. 도 13에서 이는 톱니형태의 랙(270, 272)에 의해 이루어지고, 이는 플래닛 캐리어의 휠부분(264)의 톱니형태의 외부 둘레 및 링 기어(214)의 톱니형태의 외부 둘레와 각각 톱니가 맞물린다. 선 기어 자체는 물론 플래닛 기어(262)를 통해 간접적으로 구동된다. 두 개의 랙(270, 272)은 서로 결합될 수 있고 이에 의해 이들은 함께 이동한다. 랙의 이동이 캐리어의 경사각을 변화시킨다면 이는 배리에이터 구동비의 변화라는 결과를 초래하고 이후 랙은 서로 다른 비율로 플래닛 캐리어(256) 및 링 기어(214)를 구동시켜야만 한다. 이는 도 13의 실시예에서 링 기어(214)의 외부 둘레가 플래닛 캐리어의 외부 휠(264)로부터 서로 다른 지름을 가진다는 사실에 의해 이루어진다. 따라서 랙(270, 272)이 앞뒤로 움직임에 따라 이들은 링 기어 및 플래닛 캐리어가 서로 다른 비율로 이동하게 한다. 이에 상응하게 링 기어 및 선 기어는 서로 다른 비율로 회전하고 이는 캐리어의 경사각의 변화를 일으키고 따라서 배리에이터 비의 변화를 일으킨다.
이러한 형태의 배열은 배리에어터가 토크가 제어되도록 할 수 있다. 선 기어 및 링 기어는 함께 원형 경로(224)를 따라 각각의 롤러(200)를 추진하는 편향힘(biasing force)을 가한다. 이 힘은 레이스(252, 254)에 의해 롤러 상에 가해지는 힘에 의해 대향된다. 경로(224)를 따르는 롤러(200)의 움직임은 경사각(θ)의 변화를 초래하고 따라서 배리에이터 비의 변화를 초래한다. 이 결과는 도 1 및 2와 참고하여 상기에서 설명된 공지된 배열에서처럼 배리에이터가 반응 토크를 생성하고 이 토크는 각각의 롤러에 가해지는 편향힘에 의해 결정되는 것이다. 일정한 수단이 톱니형태의 랙(270, 272)에 제어된 힘을 가하는데 필요하고, 도 13에서 이러한 목적을 위해 두 랙(270, 272)에 결합된 실린더 배열 및 유압 피스톤이 274로 개략적으로 도시된다. 이는 더블-작동(double-acting) 형태이고, 이는 피스톤(284)의 양 사이드 에 실린더(282) 내에 형성된 두 개의 작동 챔버(276, 278)를 가진다. 따라서 배리에이터의 동작은 두 작동 챔버(276, 278)에 가해지는 유체 압력을 통해 제어된다.
또한, 다수의 대안적인 방법이 있고, 이 경우 필요한 토크는 선 기어 및 링 기어에 가해질 수 있다. 도 14는 개략적인 형태로 기어를 구동하기 위한 대안적인 배열을 형성하고, 이 경우 피봇가능하게 탑재된 실린더(286)는 선 또는 링 기어(212, 214), 또는 플래닛 캐리어(256)에 연결되는 러그(lug, 292)에, 피스톤 로드(290)를 통해 결합되는 피스톤(288)을 포함한다. 이러한 배열에서 피스톤(288)은 직접 기어링의 이러한 부품 중 하나를 구동하고 일정한 다른 수단은 기어링의 다른 부품을 구동하는데 필요하다.
도 15는 배열을 도시하고, 이경우에 체인(292)은 이를 구동하는 기어링 구성요소 중 하나 주위로 통과되고, 토크는 대향하는 방향으로 체인을 당기는 유압 액추에이터(298, 300)의 작동 챔버(294, 296)에서의 유압 차이에 의해 결정된다.
도 16에서 와이어 및 풀리(pulley)를 포함하는 배열이 사용되고 이는 기어링 구성요 중 하나 상에 선택된 토크를 가한다. 이러한 형태의 배열은 치밀한 배리에이터 구성을 이루는데 잠재적으로 장점이 있고, 액추에이터(이 도에서는 생략되었지만 화살표(300, 302)에 의해 도시된 것처럼 라인을 당기는 것으로 이해됨)는 배리에이터 축에 대해 횡으로 배열될 필요는 없다. 와이어(303)는 기어링 구성요소(선 기어(212), 링 기어(214) 또는 플래닛 캐리어(256) 중 어느 것일 수 있음) 주위로 인도되며 풀리(304, 306) 주위로 인도되고, 이에 의해 액추에이터가 라인을 당김에 따르는 방향은 설계자에 의해 선택될 수 있는데, 즉 패키징 요구사항을 충족시킨다.
상기에서 언급된 것처럼, 롤러(200) 및 레이스(252, 254)는 일반적으로 서로 물리적 접촉을 하지 아니하고, 유체의 얇은 필름에 의해 분리된다. 롤러 및 레이스 사이의 트랙션은 얇은 유체 필름 내의 전단 응력(shear)으로부터 일어난다. 필름을 유지시키기 위해, 트랙션 유체의 유동은 롤링 부품에 가해진다. 트랙션 유체의 공급을 위한 공지된 배열은, 예를 들어 토로트랙의 발행된 국제 특허출원 WO 03/062675 및 유럽 특허출원 EPO930449에서 설명되었고, 롤러가 탑재되는 캐리어를 통한 유체의 공급에 의존한다. 캐리어를 통한 트랙션 유체의 공급은 도 6에서 전방으로 도시된 배리에이터의 형태에서는 똑바르지 아니한데, 이는 캐리어의 움직임의 본질 때문이나, 도 17 및 18은 이것이 이루어질 수 있는 한 방법을 도시한다. 도 18이 가장 잘 도시하는 것처럼, "T-형태 유체-공급 통로(308)"는 캐리어(204) 내에 형성되고, 캐리어 내부 톱니형태 부분(206)의 개방 단부로부터 내부 베어링 레이스의 개별적인 절반(234, 236) 내의 개별적인 통로(310, 312)에 인도된다. 이러한 통로는 니들 베어링(230)의 내부에 인도되고, 이로부터 유체는 롤러(200) 및 이를 둘러싸는 측판(202) 사이에 형성된 챔버 안으로 통과한다. 측판(202)은 두 개의 유사하게 형성된 절반을 포함하고, 이는 롤러(200) 주위로 결합되며 외부 플랜지(318)를 통해 서로 결합된다. 측판은 내부 베어링 레이스 부품(234, 236) 상에 탑재되고 롤러(200)와 함께 이동한다. 도 6, 10 및 11에서 (320)으로 도시된 절단부는 롤러(200)가 배리에이터 레이스(252, 254)와 맞물리는 것을 가능하게 한다. 롤러 및 배리에이터 레이스 사이의 견인을 제공하는 기능뿐만 아니라 유체는 롤러를 냉각시키는 작용을 한다. 도시된 배열은, 측판의 공급에 대해 그리고 롤러의 방사상 내부 부품에서 유체의 공급에 의해, 롤러의 근처에서 유체의 장시간의 머무름을 제공하고, 이는 효과적인 냉각을 촉진시킨다.
점프 튜브(322)는 선 기어(212)의 방사상 보어(324)에서 및 유체 공급 통로(308)의 개방 단부에 수용되고, 유체 공급 통로로부터 방사상 보어로의 유체의 유동을 위한 도관을 형성한다. 통로(308) 및 보어(324) 사이의 각은 캐리어가 경사짐에 따라 변하고, 이를 수용하기 위해 점프 튜브(332)는 부분적으로 구형의 헤드(326, 328)를 가지며, 이는 시일(seal)을 유지하는 동안 각각 일정하게 회전할 수 있다. 유체는 축방향 통로를 따라 공급되고 방사상 보어(324)에 이른다.
도 19는 배리에이터가 본 발명을 구체화하는 축방향 구역이고 두 배리에이터 공동에서의 부품이 어떻게 서로 결합될 수 있는 지를 도시한다. 배리에이터 축(218)의 일 측부로, 배리에이터의 오직 절반이 도시된다. 배리에이터 샤프트(330)는, 도시되지 아니한 기어링을 통해 차량의 엔진에 결합된다. 배리에이터 레이스는 (252, 254, 255)로 도시된다. 가장 좌측의 외부 레이스(255)는 키홈(spline)을 통해 배리에이터 샤프트(330) 상에 장착되고 이는 샤프트를 따라 이동하는 것을 가능하게 하나 그 주위로 회전하는 것을 불가능하게 한다. 이는 피스톤의 형태로 외부 레이스(255)를 수용하고 배리에이터 샤프트(330) 상에 장착되는 실린더(332)에 의해 형성된 유압 액추에이터에 의해 "단부 로드(end load)"에 종속된다. 가장 우측의 외부 레이스(254)는 샤프트 상에 고정되게 장착되고 내부 레이스(252)는 일정한 제한된 자유를 가지며 이에 의해 축방향으로 이동하며 이는 이것이 탑재되는 베어링(334) 덕택이다. 결과적으로 단부 로드의 효과는 모든 세 개의 레이스가 롤러(200)와 맞물리도록 추진하고, 이는 롤러/레이스 견인을 제공한다. 이 도에서 롤러(200)는 세 개의 서로 다른 위치에 도시되고, 이는 개별적으로 1:1 비와 최고 및 최저 가능한 비에 대응하며, 후자의 두 위치는 점선으로 표시된다.
이러한 도에서 배리에이터의 두 개의 토로이달 공동의 선 기어(212, 212')는 제 1 슬리브(336)를 통해 결합된것으로 도시되고 이는 배리에이터 샤프트(330)와 동심적이고 그 주위로 놓인며, 이에 의해 두 선 기어가 일치(unison)하게 이동하게 한다. 두 플래닛 캐리어(256, 256')는 제 2 슬리브(338)를 통해 결합되고 이 실시예에서 플래닛 캐리어의 방사상 가지(260, 260')는 쌓이고, 플래닛 샤프트(340)는 각각의 쌍 사이에 탑재되며 이에 의해 베어링(342)을 통해 개별적인 플래닛 기어(262)를 장착시킨다. 플래닛 캐리어의 톱니형태의 외부 휠 부분은 이전의 도에서와 마찬가지로 (264)로 도시된다. 링 기어(214, 214')는 이 실시예에서 개별적인 플래닛 캐리어의 가지(260, 260') 사이에 위치한다. 배열은 구동이 오직 하나의 배리에이터 공동의 에피사이클릭 구성요소에 가해지는 것을 가능하게 하고 슬리브를 통해 다른 공동의 구성요소로 전달되는 것을 가능하게 한다.
회전 구동이 내부 배리에이터 레이스(252)로부터 이어받거나(taken from) 및/또는 가해지도록 제공되고 많은 응용에서 일정한 부재를 통해 이를 수행하기를 원하며, 이는 배리에이터 축 주위로 회전한다(배리에이터 축으로부터 샤프트 오프셋(offset)에 이르는 체인 또는 기어링에 의해서라기 보다). 이러한 내부 레이스에의 공동 축 결합은 상대적으로 복잡할 수 있고 이에 의해 존재하는 배리에이터 설계를 이루며, 이 경우 롤러를 제어하는 메커니즘은 배리에이터 공동 외부로 방사상으로 연장한다. 본 실시예에서 공동 축 파워(power) 결합은 가장 우측의 외부 레이스(254)를 넘어 축방향으로 연장하고 내부 배리에이터 레이스(252)에 연결된 로터(344)에 의해 똑바르게 이루어지고, 로터의 외부 장착 부분은 일정한 추가적인 기어 배열(미도시)에 결합된다. 공동 축 결합의 이러한 단순한 형태는, 우측부 배리에이터 공동에서의 기어링이 이 공동 내에 크게 포함되게 때문에 가능하며, 이는 로터와 충돌하는 큰 방사상 돌출부를 가지지 아니한다.

Claims (20)

  1. 공통 축("배리에이터 축")을 중심으로 회전하도록 탑재된 제 1 및 제 2 레이스(race); 그리고
    캐리어에 대하여 규정된 롤러 축을 중심으로 회전하도록 상기 캐리어에 장착되며, 상기 제 1 및 제 2 레이스 사이에서 가변 구동비로 구동(drive)을 전달하도록 상기 제 1 및 제 2 레이스와 만나는(run upon), 하나 이상의 롤러;
    를 포함하는 연속적인 가변비(variable ratio) 변속 기구에 있어서,
    동심으로 배치된 선(sun) 기어 및 링 기어;
    를 더 포함하고,
    상기 캐리어는 기어 톱니를 구비하여 상기 기어 톱니를 통해 상기 선 기어 및 링 기어와 맞물리고,
    상기 롤러와 그 캐리어 사이의 결합은 상기 롤러 축에 평행하지 아니하고 상기 캐리어에 대하여 규정된 세차 축(precession axis)을 중심으로 상기 롤러가 세차운동(precess)하게 허용하고, 이에 의해 상기 선 기어 및 링 기어의 상대 회전이 상기 캐리어로 하여금 상기 롤러 축 및 상기 세차 축에 평행하지 아니한 캐리어 축을 중심으로 회전(turn)하도록 함으로써, 상기 롤러의 세차운동(precession) 및 결과적인 구동비의 변화를 야기하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 축이 상기 롤러의 중심을 통과하는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 축이 상기 배리에이터 축에 평행한 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    배리에이터 축에 대해 수직한 평면에 대해 0이 아닌 캐스터(caster) 각만큼, 상기 세차 축이 항상 기울어진 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 세차 축이 상기 롤러의 중심을 통과하는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어가 상기 배리에이터 축을 중심으로 하는 경로를 따라 앞뒤로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐리어를 상기 경로를 따라 편향시키도록 상기 선 기어 및 링 기어에 조정 가능한 힘을 가하기 위한 수단을 포함하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어가, 각각 상기 선 기어 및 링 기어와 맞물리기 위한 공통의 원형 자취(locus) 상에 위치하는 내부 및 외부 톱니형태의 부분을 포함하는 부분적-원형의 둘레를 갖는 기어 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선 기어 및 링 기어 모두가 상기 배리에이터 축을 중심으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 선 기어 및 상기 링 기어 중 하나의 위치가 나머지 하나의 위치에 종속되도록 상기 선 기어 및 상기 링 기어가 직접적으로 또는 간접적으로 결합된,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 선 기어 및 링 기어와 맞물리는 하나 이상의 플래닛(planet)을 지니고(carry) 상기 배리에이터 축을 중심으로 회전하도록 장착된 플래닛 캐리어를 더 포함하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 선 기어가 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어를 통해 구동되는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 선 기어 및 링 기어 중 하나 이상과 맞물리는 선형으로 이동 가능한 톱니형태의 랙(rack)을 더 포함하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 선 기어 및 링 기어 모두 하나 이상의 선형으로 이동 가능한 톱니형태의 랙으로부터 구동되도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    조정가능한 힘을 가하기 위한 선형 액추에이터 및 상기 힘을 상기 선 기어 및 링 기어 중 하나 이상에 가해지는 토크로 변환하기 위한 변환 수단을 더 포함하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 선형 액추에이터가 유압식인 것을 특징으로 하는,
    연속적인 가변비 변속 기구.
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  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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