KR101251740B1 - 무단 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 일반적인 베리에이터인 벨트나 토로이달의 메커니즘을 탈피하여, 간단한 구성을 가지며, 비교적 용이한 제작이 가능하고, 상대적으로 큰 동력의 전달이 가능하며, 비교적 저렴한 비용으로 안정된 내구성의 확보가 가능하도록 한 무단 변속장치를 제공한다.

Description

무단 변속장치{Continuously Variable Transmission}

본 발명은 무단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동축과 출력축 사이의 변속단을 무단으로 변속할 수 있도록 하여 차량 등의 파워트레인에 적용할 수 있는 무단변속기의 메커니즘에 관한 기술이다.

무단 변속장치는 그 장치의 변속 가능한 범위 내에서 최고의 변속비와 최소의 변속비 사이를 연속적으로 변속함으로써, 무한대의 단으로 변속이 이루어지도록 한다.

따라서, 상기한 바와 같은 무단 변속장치가 차량 등에 사용되면, 차량의 다양한 운전환경에서 대하여 가능한 한 엔진의 정격출력에 가까운 영역에서 동력 전달이 이루어지도록 할 수 있어서, 수동변속기나 자동변속기 차량에 비하여 연비의 향상이 가능하고 유해배기가스의 배출이 감소할 수 있도록 할 수 있다.

무단 변속장치는 무단변속을 위한 변속기구인 베리에이터(variator)를 무엇으로 하는가에 따라 그 종류가 나뉘어질 수 있는 바, 대체로 알려진 베리에이터로는 벨트나 토로이달 등이 있다.

벨트를 사용하는 무단 변속장치는 일견 구조가 간단하지만, 차량의 발진, 급가속 등에 대비한 추가적인 장치들의 사용을 고려하면 구조가 실질적으로는 비교적 복잡해지는 단점이 있으며, 벨트와 풀리 사이의 미끄럼손실에 의해 큰 동력의 전달에 한계가 있고, 정밀한 속도비의 제어에 어려움이 있으며, 특히 그 내구성을 충분히 확보하는 것이 주요한 과제이다.

한편, 토로이달을 사용하는 무단 변속장치는 비교적 간단한 구조를 가지고 있으며 진동 소음 측면에서 매우 정숙한 장점이 있으나, 금속롤러와 디스크 사이의 매우 작고 정교한 접촉면을 통해 동력이 전달되므로, 동력 전달에 커다란 접촉압력이 필요하며, 상기와 같은 큰 압력의 접촉에 의해 동력 전달이 이루어지므로 강성과 내구성이 우수한 소재로 제작될 필요가 있고, 극한의 온도와 압력에 견디는 윤활유가 필요한 어려움이 있다.

본 발명은 종래의 일반적인 베리에이터인 벨트나 토로이달의 메커니즘을 탈피하여, 간단한 구성을 가지며, 비교적 용이한 제작이 가능하고, 상대적으로 큰 동력의 전달이 가능하며, 그 내구성의 안정된 확보가 가능하도록 한 무단 변속장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 무단 변속장치는

가동롤러와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제1가변풀리와;

상기 제1가변풀리의 회전축과 동심축을 이루는 회전축을 가지며 상기 가동롤러와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제2가변풀리와;

상기 제1가변풀리와 제2가변풀리에 동시에 접촉하며, 그 회전축이 상기 제1가변풀리와 제2가변풀리의 회전축들 사이에서 이동할 수 있도록 설치된 상기 가동롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래의 일반적인 베리에이터인 벨트나 토로이달의 메커니즘을 탈피하여, 간단한 구성을 가지며, 비교적 용이한 제작이 가능하고, 상대적으로 큰 동력의 전달이 가능하며, 상대적으로 저렴한 비용으로도 그 내구성의 안정된 확보가 가능하도록 한 무단 변속장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속장치의 구조를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 무단 변속장치가 저단의 변속을 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 비하여 고단의 변속을 구현하는 상태를 도시한 도면,
도 4는 다수의 가동롤러가 구비된 실시예를 예시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 가동롤러(5)와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제1가변풀리(1)와, 상기 제1가변풀리(1)의 회전축과 동심축을 이루는 회전축을 가지며 상기 가동롤러(5)와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제2가변풀리(3)를 포함하여 구성되고, 상기 가동롤러(5)는 상기 제1가변풀리(1)와 제2가변풀리(3)에 동시에 접촉하며, 그 회전축이 상기 제1가변풀리(1)와 제2가변풀리(3)의 회전축들 사이에서 이동할 수 있도록 설치된다.

도시된 바와 같이, 상기 제2가변풀리(3)는 상기 제1가변풀리(1)의 반경방향 외측을 감싸는 구조를 가지며, 상기 가동롤러(5)는 상기 제1가변풀리(1)에 외접하고 상기 제2가변풀리(3)에 내접하도록 설치된다.

상기 가동롤러(5)의 회전축(5-1)은 서포트(7)에 의해 가이드되며 지지된다. 즉, 상기 서포트(7)에는 상기 가동롤러(5)의 회전축이 삽입되어 상기 제1가변풀리(1)의 회전축으로부터 반경방향을 따르는 직선경로를 따라 평행하게 이동하도록 가이드하는 가이드슬롯(9)이 형성된 것이다.

따라서, 상기 가동롤러(5)는 상기 회전축이 상기 가이드슬롯(9)을 따라 직선적으로 이동함에 따라, 상기 제1가변풀리(1)에 보다 가깝게 위치된 상태로부터 점차 반경방향으로 멀어져서 상기 제2가변풀리(3)에 보다 가까워지는 상태까지 무단으로 직선적으로 이동될 수 있다.

물론, 상기 서포트(7)는 상기 가동롤러(5)의 회전축(5-1) 양측에 각각 구비되어 상기 가동롤러(5)를 보다 안정적으로 지지하도록 할 수도 있을 것이다.

상기 제1가변풀리(1)는 제1고정풀리(1-1)와 상기 제1고정풀리(1-1)에 대하여 그 회전축 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제1가동풀리(1-2)를 포함하여 구성되고, 상기 제2가변풀리(3)는 제2고정풀리(3-1)와 상기 제2고정풀리(3-1)에 대하여 그 회전축 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제2가동풀리(3-2)를 포함하여 구성되며, 상기 제1고정풀리(1-1)와 상기 제2고정풀리(3-1) 및 상기 제1가동풀리(1-2)와 상기 제2가동풀리(3-2)는 상기 가동롤러(5)를 중심으로 서로 반대방향에 각각 배치된다.

따라서, 도면에서 상기 제1가동풀리(1-2)가 상기 제1고정풀리(1-1)를 향해 좌측으로 이동하여 상기 제1가변풀리(1)의 상기 가동롤러(5)와 접촉한 부위의 직경이 증가할 때, 상기 가동롤러(5)는 상기 제1가동풀리(1-2)에 의해 밀려서 좌측 및 도면상 상측, 즉 제1가변풀리(1)의 반경방향 외측을 향하여 이동하여 상기 제2가변풀리(3)에 보다 가까운 상태로 이동하게 되는데, 이때 상기 가동롤러(5)의 위치변화는 상기 제2가동풀리(3-2)가 좌측으로 이동하면서 상기 가동롤러(5)에 접촉한 상기 제2가변풀리(3)의 직경이 증가됨에 의해 흡수되어, 상기 가동롤러(5)는 상기 제1가변풀리(1)와 제2가변풀리(3)에 동시에 접촉되어 동력을 전달하는 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

상기 제1고정풀리(1-1)와 제1가동풀리(1-2)는 각각 상호간을 향하여 서로 직경이 직선적으로 작아지는 축소경사면(11)을 구비하고, 상기 제2고정풀리(3-1)와 제2가동풀리(3-2)는 각각 상호간을 향하여 서로 직경이 직선적으로 커지는 확장경사면(13)을 구비하며, 상기 가동롤러(5)는 양측이 상기 제1고정풀리(1-1)와 제1가동풀리(1-2)에 동시에 접촉함과 아울러, 상기 제2고정풀리(3-1)와 제2가동풀리(3-2)에 동시에 접촉하는 사다리꼴 단면 형상으로 형성된다.

여기서, 상기 제1가동풀리(1-2)와 제2가동풀리(3-2)의 이동은 종래 무단변속기와 같이 유압에 의하거나 전기모터 등에서 제공되는 힘에 의해 이루어지도록 구성할 수 있을 것이다.

한편, 도 4를 참조하면, 다른 구성은 모두 동일하되, 다만 상기 가동롤러(5)가 상기 제1가변풀리(1)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 다수개가 설치된 실시예가 도시되어 있다.

여기서, 상기 서포트(7)는 상기 제1가변풀리(1)의 원주방향을 따르는 링 형상으로 형성되고, 상기 서포트(7)에는 상기 다수의 가동롤러(5)의 회전축들이 각각 삽입되어 가이드되도록 다수의 가이드슬롯(9)이 형성된 구조이다.

이와 같이 다수의 가이드롤러가 상기 제1가변풀리(1)와 제2가변풀리(3) 사이에 배치되면, 상기 제1가변풀리(1)와 제2가변풀리(3) 상호간에 편심된 힘이 작용하지 않고 균형을 확보할 수 있어서, 보다 안정된 작동과 내구성을 확보하도록 할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 무단 변속장치는 상기 제1가변풀리(1)의 회전축을 입력축으로 하고, 상기 제2가변풀리(3)의 회전축을 출력축으로 할 때, 도 2와 같은 저단 상태로부터 도 3에 도시된 바와 같은 고단 상태로 연속적으로 무단으로 변속이 가능하다.

상기 도 2의 상태에서 상기 가동롤러(5)는 최대한 하측으로 이동하여 상대적으로 상기 제1가변풀리(1)에 가까운 위치에 있으며, 이때 상기 제1가변풀리(1)가 상기 가동롤러(5)와 접촉한 부위의 직경은 최대가 되며, 상기 제1가변풀리(1)로 입력된 동력이 상기 가동롤러(5)를 통해 상기 제2가변풀리(3)의 회전축으로 출력되게 되며, 후술하는 도 3의 상태에 비하여 저단의 변속상태를 이루어 상기 제2가변풀리(3)의 출력은 상대적으로 회전속도는 낮고 토크는 큰 상태가 된다.

한편, 도 3의 상태에서 상기 가동롤러(5)는 최대한 상측으로 이동하여 상대적으로 상기 제2가변풀리(3)에 가까운 위치에 있으며, 이때 상기 제1가변풀리(1)가 상기 가동롤러(5)에 접촉한 부위의 직경은 최소가 되고, 역시 상기 제1가변풀리(1)로 입력된 동력은 상기 가동롤러(5)를 통해 상기 제2가변풀리(3)의 회전축으로 출력되게 되며, 상기 도 2의 상태에 비하여 고단의 변속상태를 이루어 상기 제2가변풀리(3)의 출력은 상대적으로 회전속도는 높고 토크는 낮은 상태가 된다.

물론, 상기 도 2의 상태와 도 3의 상태 사이에는 상기 가동롤러(5)가 무단으로 연속적으로 이동하여 그 위치를 가짐에 따라, 상기 제1가변풀리(1)로 입력된 동력이 상기 가동롤러(5)와 상기 제2가변풀리(3)를 차례로 거쳐 상기 가동롤러(5)의 위치에 따른 변속비로 출력되게 된다.

실질적으로 본 발명의 실시예는 캐리어가 고정된 단순 유성기어장치와 유사한 메커니즘을 가지게 되는 바, 상기 제1가변풀리(1)로 입력된 동력은 상기 제2가변풀리(3)에서 역전되어 출력되므로, 이 출력의 방향을 상기 제1가변풀리(1)의 회전방향과 일치시키기 위해 별도의 회전방향 변환기구가 추가로 사용될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성되어 작동되는 본 발명의 무단 변속장치는 두 가변풀리와 이들 사이의 가동롤러(5) 만에 의해 구성되므로 그 구성이 매우 간단하며, 종래 무단 변속장치의 베리에이터에 비하여 상기 가동롤러(5)는 단순한 원반형의 구조물로서 그 제작이 용이하므로 제작 비용이 크게 저감될 수 있으며, 상기 가동롤러(5)는 상기 제1가변풀리(1) 및 제2가변풀리(3)와 비교적 넓은 접촉 면적을 통해 동력을 전달할 수 있어서, 상대적으로 큰 동력의 전달이 가능하고, 상대적으로 저렴한 재질로 구성하여도 그 내구성의 확보가 가능한 장점이 있다.

1; 제1가변풀리
3; 제2가변풀리
5; 가동롤러
5-1; 회전축
7; 서포트
9; 가이드슬롯
1-1; 제1고정풀리
1-2; 제1가동풀리
3-1; 제2고정풀리
3-2; 제2가동풀리
11; 축소경사면
13; 확장경사면

Claims (7)

1. 가동롤러와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제1가변풀리와;
   상기 제1가변풀리의 회전축과 동심축을 이루는 회전축을 가지며 상기 가동롤러와 접촉하는 직경이 가변될 수 있도록 설치된 제2가변풀리와;
   상기 제1가변풀리와 제2가변풀리에 동시에 접촉하며, 그 회전축이 상기 제1가변풀리와 제2가변풀리의 회전축들 사이에서 이동할 수 있도록 설치된 상기 가동롤러를 포함하고,
   상기 제2가변풀리는 상기 제1가변풀리의 반경방향 외측을 감싸는 구조를 가지며;
   상기 가동롤러는 상기 제1가변풀리에 외접하고 상기 제2가변풀리에 내접하도록 설치된 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가동롤러의 회전축을 가이드하는 서포트를 더 포함하여 구성되며;
   상기 서포트에는 상기 가동롤러의 회전축이 삽입되어 상기 제1가변풀리의 회전축으로부터 반경방향을 따르는 직선경로를 따라 평행하게 이동하도록 가이드하는 가이드슬롯이 형성된 것
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1가변풀리는 제1고정풀리와 상기 제1고정풀리에 대하여 그 회전축 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제1가동풀리를 포함하여 구성되고;
   상기 제2가변풀리는 제2고정풀리와 상기 제2고정풀리에 대하여 그 회전축 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제2가동풀리를 포함하여 구성되며;
   상기 제1고정풀리와 상기 제2고정풀리 및 상기 제1가동풀리와 상기 제2가동풀리는 상기 가동롤러를 중심으로 서로 반대방향에 각각 배치된 것
   을 특징으로 하는 무단 변속장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1고정풀리와 제1가동풀리는 각각 상호간을 향하여 서로 직경이 직선적으로 작아지는 축소경사면을 구비하고;
   상기 제2고정풀리와 제2가동풀리는 각각 상호간을 향하여 서로 직경이 직선적으로 커지는 확장경사면을 구비하며;
   상기 가동롤러는 양측이 상기 제1고정풀리와 제1가동풀리에 동시에 접촉함과 아울러, 상기 제2고정풀리와 제2가동풀리에 동시에 접촉하는 사다리꼴 단면 형상으로 형성된 것
   을 특징으로 하는 무단 변속장치.
6. 청구항 3 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가동롤러는 상기 제1가변풀리의 원주방향을 따라 서로 이격되게 다수개가 설치된 것
   을 특징으로 하는 무단 변속장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 서포트는 상기 제1가변풀리의 원주방향을 따르는 링 형상으로 형성되고;
   상기 서포트에는 상기 다수의 가동롤러의 회전축들이 각각 삽입되어 가이드되도록 다수의 가이드슬롯이 형성된 것
   을 특징으로 하는 무단 변속장치.

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