KR101286299B1 - 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘 - Google Patents

Abstract

구동부, 롤러 수단, 피구동부를 가지는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘; 상기 구동부는 상기 롤러 수단에 의해서 상기 피구동부에 연동되며, 상기 구동부와 피구동부는 단일 자유도에 의해 안내되며, 그 위에 개별적인 롤러 안내 트랙을 한정하며, 상기 트랙은 롤러 수단과 접촉하여, 롤러의 움직임을 결정하며, 회전 곡선을 따라서 롤러 안내 트랙에 접촉하고, 상기 롤러 안내 트랙은 각 페어의 경계면에서 시작하고, 끝나며, 그리고 구동부 및 피구동부의 롤들은 교환될 수 있으며, 게다가 구동부 상의 회전 곡선 포인트와 피구동부 상의 회전 곡선 포인트 사이의 거리가 상이하므로, 회전 수단은 단순 회전 운동과 함께 이동하며, 회전 곡선 상의 모든 포인트-페어에 대해서 개별적인 접선면들은 서로 평행하고, 포인트들의 접촉하는 페어의 속도는 동일하지만 반대 신호를 가지고, 접촉 포인트에서 압력의 작동 라인은 상기 롤러 수단의 센터축을 교차하고, 상기 구동부 및 피구동부의 회전 곡선은 동일하며, 접촉 포인트의 전,후에서 상기 회전 곡선는 각도를 가지고 경사진 접선면들을 가진다.

롤러, 트랜스미션, 기어링, 메커니즘

Description

롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘{ROLLER TRANSMISSION AND GEARING MECHANISM}

본 발명은 구동부(driving body), 개별적인 센터 내지 센터축을 가지는 롤러 수단, 피구동부(driven body)를 포함하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 관한 것으로, 상기 구동부는 상기 롤러 수단에 의해서 상기 피구동부에 연동되고, 상기 구동부와 피구동부는 단일 자유도를 가지는 움직임에 의해 안내되며, 상기 구동부와 피구동부들은 모두 그 위에 개별적인 롤러 안내 트랙을 한정하고, 상기 트랙은 상기 롤러 수단에 접촉하여 연동부(the associated body)에 대한 롤러 수단의 상대적인 움직임을 결정하며, 상기 롤러 수단은 개별적인 회전 곡선를 따라서 상기 롤러 안내 트랙에 접촉하고, 상기 롤러 안내 트랙은 구동부, 피구동부 상의 경계면의 개별적인 페어(pairs)에서 시작하고, 끝이 나며, 상기 롤러 수단은 그들과 연관된 롤러 안내 트랙을 따라서 이동하며, 구동부 및 피구동부의 롤들은 교환될 수 있다.

파워 트랜스미션과 기어링 시스템은 기계공학산업에 있어서 기초적이고, 이것을 이용할 수 있는 많은 다양성이 있다. 이들의 대부분은 그들의 기어링 비율, 최대 전달 전력, 그들의 구조적 디자인 및 크기, 특히, 구동부와 피구동부들의 상대적 위치와 크기, 구동부에 대한 피구동부의 회전 방향의 가변성, 및 끝으로 중요 한 점을 말하자면 그들의 전력 전달 효율과 같은 것에 의하여 특징지어진다.

예컨데, 웜-기어(Worm gears)는 그들의 특별히 낮은 전력 전달 효율로 알려져 있다. 윔-기어는 그들의 접촉면 사이의 광범위한 슬라이딩에 의한 큰 마찰 에너지 손실 때문에 상당한 양의 에너지를 낭비한다. 예전부터, 웜의 그루브(grooves) 접촉면과 웜 휠의 톱니(teeth) 사이에 회전 공을 도입을 통하여 슬라이딩의 양을 감소시키고자 하는 다양한 제안들이 있어왔다. 그러므로, 웜과 웜 휠이 직접적인 접촉하는 것이 아니라, 그들 사이의 연동이 회전 공의 세트를 통해서 만들어졌다. 연동 위치에 있는 동안, 상기 공은 웜과 웜 휠 사이의 통로를 따라서 이동했다. 그들이 통로의 끝에 도달했을 때, 통로를 빠져나가며, 연동으로부터 자유로워진다. 그런 다음, 그들은 외부장치로부터, 그들이 다시 연동을 만들었던, 통로의 시작부분으로 인도된다.

이러한 제안들은 미국 특허 3,365,974, 2,664,760, 4,656,884 및 4,283,329등에서 볼 수 있다. 그러나, 이러한 디자인은 회전 공에 대한 출원으로부터 기대되어온 모든 이익을 가져오지 못하였는데, 이는 공에 대한 단순 회전 운동을 위한 조건이 충족되지 않았기 때문이다. 이러한 조건의 부재 속에서, 공은 그들의 트랙을 따라서 광범위하게 슬라이드하게 되어, 상당한 마찰 에너지 손실 때문에, 차선의 전달 효율을 나타내었다.
예를들어, 기계 도구에서 테이블 이동을 위해 사용되는 것과 같이, 선형동작을 위해 사용되는 고전적인 공-스크류(screws)의 경우에, 롤러에 대한 단순 회전 운동을 위한 조건은 자동적으로 만족된다. 이러한 디자인은 미국 특허 6,092,434의 도 3에서 나타나있다. 이는 구동부들과 피구동부들이 동일선상에서 또는 공통의 회전축을 가지며, 롤러 안내 트랙들이 동일한 중심축을 가지기 때문이다. 롤러를 위한 단순 회전 운동에 관하여, 이것이 롤러 트랜스미션 및 기어링 시스템에 대해 유일하게 알려진 예이고, 그것의 작은 마찰 에너지 손실 및 단순 회전 운동의 다른 이익들 때문에 폭넓게 사용된다. 이러한 동작에서, 구동부와 피구동부 들은 각 롤러 안내 트랙에 의해 제공되며, 공은 이러한 안내 트랙을 따라서 회전하고, 각 회전 곡선를 따라서 트랙과 접촉한다. 모든 순간에서, 각 공은 구동부의 회전 곡선의 한 접촉점 및 피구동부의 한 점과 접촉한다. 회전 곡선은 같은 축을 가지는 나선형 모양을 가지기 때문에, 그들 사이의 거리는 일정하다. 피구동부 상에 회전 곡선을 가지는 구동부 상의 회전 곡선의 어떤 점 사이의 거리는 기하학적 원리로부터 알려진 값으로 결정된다. 즉, 만약 우리가 상기 점을 피구동부 상의 회전 곡선의 다른 점과 연결하면, 정의에 의해, 이러한 연결선들 중에 가장 짧은 길이가, 상기의 거리가 된다. 같은 축을 가지는 회전 곡선에 대해, 이 거리는 두 회전 곡선의 모든 점들에 대해서 동일할 것이다. 이러한 조건들은 회전 곡선이 같은 축을 가지지 않은 경우는 만족되지 않고, 사각 나선형 모양과 다른 형태를 가진다.

그러나, 앞서 언급한 같은 축을 가지는 형태의 공-스크류가 오직 회전 이동을 회전축과 평행한 통로를 따라서 선형 디스플레이스먼트(displacement)로 변형하기 위해 적용될 수 있다는 사실은, 그들이 2,3차원의 통로들에 따르는 것과 같은, 더 높은 자유도의 움직임을 제공하는 것을 부적당하게 한다; 그리고 이런 제한 때문에 이 특별한 기어링 시스템은 좀더 일반적으로 응용되고 널리 보급되지 못해왔다.

가장 잘 알려진 기어링 메커니즘은 평범하게 톱니 모양의 휠을 사용하는 것이다. 그것은 많은 장점이 있고, 약간의 단점이 있다. 한가지 단점은 (톱니바퀴의) 맞물림이라는 요인이고, 이는 어떤 주어진 시간에 동시에 접촉하는 톱니바퀴의 수가 상대적으로 적고, 상당하게 증가될 수 없다. 이것은 기계적 하중이 작은 수의 맞물린 톱니바퀴에 집중되고, 따라서 최대 전달가능한 전력이 사용되는 크기는 공간에 비해 상대적으로 적고, 상당하게 증가하기 어렵다는 것을 의미한다. 최대 전달가능한 전력에 대한 제한뿐만 아니라, 구동 샤프트(shafts) 및 피구동 샤프트 사이의 각도와 거리를 다양화하기 위한 수작업을 할 수 있는 공간이 많지 않다. 상기 디자인에 대한 또 다른 제약은, 연결 휠의 주어진 구조적인 배열에 대해, 휠에 대한 상대적인 회전 방향이 미리 결정된다는 점이다. 회전의 상대적인 방향을 변경하기 위해서, 추가적인 휠이 다른 휠 사이에 삽입되어야 한다. 한편으로, 이는 설정 사이즈를 증가시키고, 다른 한편으로는, 추가적인 마찰 에너지 손실을 발생시킨다. 톱니 모양의 휠의 가장 중요한 단점 중에 하나는, 휠의 접촉 톱니가 그들의 맞물리는 대부분의 시간 동안 서로 슬라이드 한다는 사실로부터 나타나는 마찰 에너지의 손실이다. 이는 비록 적당한 미끄러짐이 적용된다고 하더라도, 전력 전달 효율에 있어서 중요한 감소를 초래한다.

새로운 트랜스미션과 기어링 메커니즘을 제공한다는 것이 본 발명의 주된 목적이고, 본 발명은 현재의 트랜스미션과 기어링 시스템의, 앞서 말한 단점과 한계의 대부분이 없으며, 높은 전력-전달 효율을 가지고, 더 작은 공간을 필요로 하여 더 높은 토크를 전달할 수 있다.

본 발명에 따른 이러한 목적을 해결하기 위해서, 새로운 회전 트랜스미션과 기어링 메커니즘이 제공되어야 한다는 것이 인식되어 왔으며, 이는 단순 회전 운동이 구동부, 회전부 및 피구동부 사이에서 실현되는 것이다.

따라서, 롤러 트랜스미션과 기어링 메커니즘이 구동부와 개별적인 센터 내지 센터축을 가지는 롤러 수단, 및 피구동부를 포함하여 제공되어 왔으며, 상기 구동부는 롤러 수단에 의해서 상기 피구동부에 연동되어 있으며, 상기 구동부와 피구동부는 단일 자유도를 가지는 움직임에 의해 안내되고, 상기 구동부 및 피구동부들은 그 위에 개별적인 롤러 안내 트랙을 한정하고, 상기 트랙은 상기 롤러 수단과 접촉하며, 상기 연동부에 대한 상기 롤러 수단의 상대적인 움직임을 결정하며, 상기 롤러 수단은 개별적인 회전 곡선를 따라서 상기 롤러 안내 트랙에 접촉하며, 상기 롤러 안내 트랙은 구동부 및 피구동부 상의 경계면의 개별적인 페어에서 시작하고 끝이나며, 상기 롤러 수단은 그들의 연동 롤러 안내 트랙을 따라서 이동하며, 구동부 및 피구동부의 롤은 교환될 수 있으며, 본 발명에 따라서, 구동부 상의 회전 곡선과 피구동부 상의 회전 곡선의 개별적인 포인트 사이의 한정된 거리가 다르며, 상기 롤러 수단은 트랙이 실질적으로 단순 회전 운동을 떠날 때까지 그들의 엔트리를 따라다니는 상기 롤러 안내 트랙을 따라서 이동되며, 상기 회전 곡선 상의 모든 포인트-페어에 대해서, 롤러 수단에 의해 접촉될 때, 포인트의 이러한 페어에서의 개별적인 접선면이 실질적으로 서로 평행하며, 상기 롤러 수단의 좌표계 내로 한정할 때, 포인트들의 접촉 페어 들의 속도는, 실질적으로 동일하지만 반대 부호를 가지고 있으며, 접촉 포인트에서 상기 롤러 수단 상에서 작동하는 압력의 개별적인 작동 라인은 상기 롤러 수단의 센터와 센터축을 통과하거나 교차하며, 상기 구동부의 회전 곡선의 길이는 실질적으로 상기 피구동부의 회전 곡선의 길이와 실질적으로 동일하며, 그리고 상기 회전 곡선는 상기 접촉 포인트의 전후에, 각도를 가지고 서로에 대해서 경사진 접선면 들을 가진다.

이러한 정의에서 "단일 자유도"라는 용어는 직선으로 욺직이는 것에 제한되지 않고, 일반적인 동선을 따라 발생될 수 있는 어떤 공간적인 움직임일 수 있다.

몇 군데서 사용하였던 "실질적으로" 라는 표현은 그 상태가 수학적으로 완벽한 정확성을 만족해야 할 필요가 있다는 것으로 한정되는 것은 아니고, 완벽한 조건들 주위의 작은 편차도, 상기 디자인의 장점들이 그러한 허용 오차를 정당화하는 한, 허용된다는 의미이다.

몇몇의 선호되는 실시예는, 상기 롤러 수단이 구형의 회전 공이거나, 또는 원통모양 또는 배럴모양(barrel-like)의 롤러와 같이 회전적으로 대칭하는 바디(bodies)이다.

상기 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 보다 바람직하게, 상기 롤러 안내 트랙의 각각의 입장-틈에서 되돌아와서 재-입장하도록, 상기 롤러 안내 트랙을 떠난 후에, 상기 롤러 수단을 안내하는 각각의 롤러 복귀 통로를 더 포함한다.

구동부와 피구동부의 최소한 하나가 회전적으로 대칭이고, 각각의 회전축을 가지는 것이 선호된다.

이전의 경우에서는, 구동부와 피구동부가 회전적으로 대칭적이고, 각각의 비-평행 회전축을 가지는 것이 더 선호된다.

몇몇의 적용에서, 구동부와 피구동부의 최소한 하나가 회전적으로 대칭적인정면을 가지고, 롤러 안내 트랙은 정면상에서 한정되며, 경계면은 링(ring)인 것이 선호된다.

좀더 선호되는 실시예는, 구동부와 피구동부의 최소한 하나가 주어진 선을 따라 욺직이도록 설정된 톱니 막대이고, 상기 롤러 안내 트랙은 톱니 막대의 평면상에서 한정된다.

좀더 선호되는 실시예는, 복수의 롤러 안내 트랙이 구동부나 피구동부들 중 최소한 하나 위에서 한정된다는 점이다.

그 경우, 동일한 바디 위에서 동일한 롤러 안내 트랙들은 모양과 곡률이 동일하고, 각도적으로 서로에 대해서 연동부의 회전축을 따라 각각의 각도 공간을 이루며 위치하는 것이 선호된다.

짝수 각도 분포는 전위각이 360°/n인 경우 얻어지고, n은 바디 상에 동일하게 공간을 차지하는 롤러 안내 트랙의 수이다.

좀더 바람직한 실시예로, 상기 롤러 안내 트랙이 연동부의 평면상에서 한정되며, 모양과 곡률이 동일하며, 미리 결정된 방향을 따라 서로에 대해서 공간을 이룬다.

좀더 선호되는 실시예에 따르면, 구동부와 피구동부 중 어느 하나가 각각의 측면과 함께 리지들(ridges)을 포함하고, 다른 바디들은 모양이 리지들과 합쳐지는 그루브(grooves)들을 한정하며, 그 결과, 각각의 갭(gaps)들이 리지와 그루브의 각 측면 사이에 제공되며, 롤러 수단은 갭의 최소한 하나 내부로 정렬되고, 롤러 안내 트랙은 롤러 수단이 정열된, 리지와 그루브의 반대 측면 상에서 한정된다.

후자 실시예의 다른 버전은, 복수의 롤러 안내 트랙이 갭상에서 한정되고, 각각의 롤러 수단은 각 롤러 안내 트랙을 따라서 안내된다.

양방향의 로드(loads)들에 대해, 각각의 롤러 수단이 갭 사이에 정열되는 것이 가장 선호된다.

복수 개의 리지와 그루브의 조합 쌍이 그 각 바디 상에 정열되는 것이 더욱 선호된다.

좀더 바람직한 실시예에 따르면, 롤러 수단은 실질적으로 갭을 채우는 작은 공이다. 선호되는 다른 실시예에 따르면, 작은 공은 미끄러운 유체 위에 떠있다.

어떤 디자인에서, 롤러는 그들 각각의 안내되는 통로에 대해 측면으로 이탈될 수 있다. 이러한 문제는, 메커니즘이 롤러 안내 트랙에 의해 한정되는 통로와 다른 방향으로 롤러 수단이 변위하는 것을 제한하는 바플러(bafflers)들을 포함한다면 방지될 수 있다.

메커니즘이 인접 롤러 수단 사이에 스페이서(spacers)를 포함하는 것이 선호되는데, 이는 그들 사이에 미리 결정된 거리를 유지하기 위함이다.

롤러 수단의 부드럽고 소음 없는 회전을 제공하기 위해서, 롤러 안내 트랙을 떠날 때의 롤러 수단의 이동방향 및 복귀 통로로 들어갈 때 그들의 이동방향은 코사인 각에 가까우며, 코사인 각은 롤러 수단의 속도에 대한 복귀 통로 내에서의 롤러 수단의 속도비율과 동일하며, 나아가, 그것의 다른 끝에서 복귀 통로 방향과 롤러 안내 트랙이 들어갈 때의 롤러 수단의 이동방향 사이에도 동일한 각이 적용된다.

기능을 잘 수행하는 복귀 통로를 제공하는 다른 해결책은, 점진적으로 감소된 거리가 경계면을 제거하는 롤러 안내 트랙에 인접한 인접 롤러 안내 트랙들 사이에 제공될 때, 점진적으로 증가된 거리가 경계면을 시작하는 롤러 안내 트랙에 인접한 인접 롤러 안내 트랙 사이에 제공되는 것이다.

복귀 통로로, 그리고 복귀 통로로부터의 부드러운 전위를 제공하는 그 이상의 방법은, 롤러 안내 트랙이 경계면에 접근할 때, 트랙의 시작 및 끝 부분에서 트랙이 점진적으로 확장되는 것이며, 이때 롤러 수단 상에서 작동하는 힘은 감소되고, 롤러 수단의 입장과 방출 모두가 수월해 진다.

본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 모든 목표 세트를 얻고, 트랜스미션 및 기어링 작동에 새로운 해결책을 제공하는 것이며, 직접적인 트랜스미션이 구동부 및 피구동부 사이의 어떤 상대적인 위치 사이의 좁은 공간 안에서 제공될 수 있고, 구동부와 피구동부 사이의 맞물림 요인을 증가시킴으로써, 전달될 수 있는 힘과 토크(torque)가 증가 될 수 있다. 슬라이딩 움직임의 제거는 마찰 에너지 손실을 감소시키고, 전력 전달 효력을 증가시킨다. 서술된 장점은 소모적인 것과는 거리가 멀다.

본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 많은 대표적인 실시예와 관련하여 설명될 것이고, 참조부호는 도면에 따라 만들어졌다.

도 1은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 기본 디자인 중 하나를 나타내는 개략도이다.

도 2는 도 1에서의 디지인과 동일하지만 제1휠(10)이 없는 개략도이다. 롤러 연동 채널 내부의 연동 위치 안에서의 롤러 및 재순환 채널 내부의 롤러를 포함하는 롤러의 전체 순환뿐 아니라, 롤러 연동 채널의 두 측면 상에 있는 바플러 페어를 전체적으로 볼 수 있다.

도 3은 도 1에서의 디자인과 동일하지만 롤러의 재순환을 나타내지 않은 개략도이다.

도 4는 도 3에서의 디자인의 평면도이다.

도 5는 도 1에서의 디자인과 동일하지만 각 바디에 오직 하나의 롤러 안내 트랙을 가지고, 연동 위치 내에서 하나의 롤러를 가지는 개략도이다.

도 6은 도 1에서의 디자인과 동일하지만 제1휠(10)이 없는 개략도이다. 오직 하나의 롤러가 표시되어 있고, 이는 롤러 연동 채널 내부의 연동 위치 내에 있다.

도 7은 투명하게 제작된 제1휠(10)을 가지는 도 1과 유사한 기본 디자인의 또 다른 예시를 나타내는 개략도이다. 롤러 연동 통로를 따라 연동 위치 내에 있는 롤러가 표시되어 있을 뿐, 롤러 재순환에 대해서는 표시되어 있지 않다.

도 8은 바디들 중 하나가 그것의 내부면 상에서 구동되는 롤러 안내 트랙을 가지는 링인 디자인의 개략도이다.

도 9는 도 8과 유사한 디자인의 개략도이다.

도 10은 바디들의 회전축이 평행하고, 롤러 안내 트랙들이 바디들의 정면상에서 구동되는 것을 디자인한 개략도이다.

도 11은 도 10과 유사한 디자인의 개략도이다.

도 12는 바디들 중 하나가 회전적으로 대칭적인 바디이고, 다른 하나는 기어 락인 것을 디자인한 개략도이다. 어떤 롤러 재순환도 표시되어 있지 않다.

도 13은 바디들 중 하나가 기어 락이고, 다른 하나는 회전축이 기어 락의 면에 수직인 링인 것을 디자인한 개략도이다. 롤러 안내 트랙은 링의 정면상에서 구동되고, 서로 마주보는 기어 락의 측면에서 구동된다. 어떤 롤러 재순환도 표시되어 있지 않다.

도 14는 도 13에서의 디자인과 동일하지만 링(10)이 없는 개략도이다. 롤러 연동 통로를 따라 연동 위치 내에 있는 롤러는 충분히 전부 보일 수 있다. 어떤 롤러 재순환도 표시되어 있지 않다.

도 15은 두 개의 바디들이 교차하는 회전축 주위를 회전하도록 설정된 구 모양의 섹션을 디자인한 개략도이다.

도 16은 도 15와 유사하게 디자인된 개략도이다.

도 17은 1-1 롤러 안내 트랙이 구동부와 피구동부 상의 정합 그루브와 리지의 각 측면 상에서 구동되는 것을 디자인한 개략도이다.

도 18은 도 17에 묘사된 다자인에 대응하고, 그루브와 리지의 단면 프로파일을 나타내고, 그들의 양 측면 상에서 구동되는 1-1 롤러 안내 트랙을 가지는 것에 대한 개략도이다. 롤러 또한 표시되어 있다.

도 19는 두 쌍의 롤러 안내 트랙이 구동휠 및 피구동휠 위의 정합 그루브와 리지의 양면 상에서 구동되는 디자인에 대한 개략도이다.

도 20은 도 19에 묘사된 디자인에 대응하고, 그루브와 리지의 단면 프로파일을 나타내고, 그들의 양 측면 상에서 구동되는 2-2 롤러 안내 트랙을 가지는 것에 대한 개략도이다. 롤러 또한 표시되어 있다.

도 21는 다수의 초소형의 작은 롤러가 사용되고, 대응하는 회전 곡선가 구동휠 및 피구동휠 위의 정합 그루브와 리지의 양 측면을 결정하는 디자인에 대한 개략도이다.

도 22는 도 21에 나타난 디자인에 대응하는 개략도이고, 2-2 그루브와 리지의 단면 프로파일을 나타낸다. 롤러는 너무 작아서 도면상에 표시되지 않았지만, 단일 회선 회전 곡선로 접어드는 롤러 안내 트랙은 그루브와 리지의 전체 프로파일을 결정한다.

도 23은 원통형 롤러가 사용되는 디자인의 개략도이다.

도 24는 도 23에 나타난 디자인에 대응하는 개략도이며, 두 휠 상에서 롤러 안내 트랙의 단면 프로파일을 나타낸다.

도 25는 본 발명에 따라, 롤러 트랜스미션과 기어링 메커니즘 상의 토크 트랜스미션의 정의를 설명하는 제1 개략도이다. 도 25에 묘사된 예는, 두 개의 회전하는 대칭부 z1과 z2가 임의의 각도로 그들의 회전축에 사용된다.

도 26은 도 25의 예를 설명하는 제2 개략도이다.

도 27은 도 25의 예를 설명하는 제3 개략도이다.

도 28은 도 25의 예를 설명하는 제4 개략도이다.

도 29는 도 25의 예를 설명하는 제5 개략도이다. 세 개의 주 방향 내에서 바라본 것을 나타낸다.

도 30은 본 발명에 따른, 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 운동학에 대한 개략도이다. 시스템에 특징적인 다양한 속도와 각 속도뿐 아니라, 하나의 롤러, 그것에 대응하는 롤러 연동 통로 및 두 개의 회전 곡선가 나타나 있다.

도 31은 롤러 사이의 스페이서를 나타내는 개략도이다.

도 32는 롤러 연동 채널과 롤러 회전 채널 사이에서 설정되는 각도를 대표하는 롤러의 라인에 대한 개략도이다.

도 33은 롤러 안내 트랙의 모양과 분리가 적용되어 롤러 사이의 공간을 제거/확장하고, 롤러가 롤러 연동 채널에서 나오거나 들어갈 때 롤러와 롤러 안내 트랙 사이의 힘을 제거/생성하는 휠에 대한 개략도이다.

도 34는 바디 중 하나와 롤러의 전체 순환을 나타내는 개략도이다. 도 34의 섹션 A는 도 33에서 증폭된다.

도 35는 롤러 트랜스미션 및 자전거의 기어링에 대한 특별한 적용예에 대한 개략도이다.

도 36은 롤러 트랜스미션 및 차동기어의 기어링에 대한 특별한 적용예에 대한 개략도이다.

도 37은 롤러 트랜스미션 및 두 축을 가지는 차량용 두 차동기어를 구동하는 기어링에 대한 특별한 적용예에 대한 개략도이다.

본 발명에서 소개된 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 주요 부분과 주요 특징을 나타내기 위해서, 두 개의 바디가, 서로에 대해서 기울어진 선을 형성하며, 각도를 포함하는 그들의 회전축과 함께 설정된 두 개의 회전하는, 대칭휠인 기본적인 디자인에 대한 첫 번째 예시가 표시된다. 도 1은 제1휠(10)과 제2휠(20) 및 그들 각각의 회전축(11, 21)을 포함하는 디자인에 대한 개략도를 나타낸 것이다. 본 명세서에서, "휠"은 그들의 대칭축 주위를 회전할 수 있지만 그들의 각도 방향을 따라서 고정되어 있는 회전적으로 대칭하는 바디를 의미한다. 각 바디는 롤러 안내 트랙이 구동되는 바디의 회전축에 중심을 둔 내부 또는 외부 회전 대칭면을 가질 수 있다. 이 면들은 트랙면으로 불릴 것이다. 트랙면은 두 개의 분리된 경계면에 의해 둘러싸여 있으며, 경계면은 항상 그렇지는 않지만 일반적으로 회전축에 수직하는 평면이다. 도 1에서 나타난 예에서, 휠(10, 20)은 롤러 안내 트랙(12, 22)이 구동되는 외부 회전적 대칭 트랙면을 가지고, 휠(10)에 대해 모든 경계면(14, 15) 및 휠(20)에 대한 모든 경계면(24, 25)은 회전축에 수직하는 평면이다. 제1휠(10)의 회전적으로 대칭하는 트랙면은 두 개의 경계면(14, 15) 사이에서만 고려된다. 두 경계면(14, 15)은 두 개의 끝, 즉 제1휠(10)의 두 개의 정면을 만든다. 유사하게, 제2휠(20)은 경계면(24, 25)을 가진다.

도 1에 나타난 예에서, 제1휠(10)과 제2휠(20)의 두 개의 회전적으로 대칭하는 트랙면 사이의 거리는 일반적으로 매우 짧지만, 이들 두 개의 바디는 서로 직접적으로 접촉하지 않는다. 대신, 제1휠(10)과 제2휠(20)은 많은 수의 롤러(30)를 경유하여 연동된다. 본 예에서, 사실, 롤러는 구형의 공이다. 두 개의 회전적으로 대칭하는 바디(10, 20)의 상대적인 위치와 또한 롤러(30)의 위치는 도 5의 개략도에서 잘 나타나있다. 두 개의 회전적으로 대칭하는 바디에 대해, 트랙면 상에 점선이 있으며, 이들 점에서 트랙면에 접하는 방향의 평면과의 거리는 이들 두 개의 바디 자체의 트랙면 사이의 최소 거리와 동일하다. 이러한 두 개의 특별한 접선방향 평면은 롤러(30)를 가로지른다. 각 롤러(30) 바디의 부분은 제1휠(10)의 접선면 옆에 위치하고, 제1휠(10)의 바디를 향하며, 그 방향으로 나아가며, 제1휠(10)의 롤러 안내 트랙(12)에 맞다. 동일한 롤러(30) 바디의 다른 부분은 제2휠(20)의 접선면 옆에 위치하고, 제2휠(20)의 바디를 향하며, 그 방향으로 나아가고, 제2휠(20)의 롤러 안내 트랙(22)에 맞다. 두 접선면 사이는 짧은 거리로 분리되어 있고, 위에서 언급한 것처럼, 롤러(30)는 그들 바디의 매우 좁은 부분을 가지고, 이는 각 휠(10, 20)의 롤러 안내 트랙(12, 22) 바깥에 있다.

롤러 안내 트랙(12, 22)은 나선형 라인을 따라서 각 휠(10, 20)의 회전적으로 대칭하는 트랙면으로 구동된다. 롤러 안내 트랙(12, 22)은 사실상 종래의 나사모양의 가는 선과 유사하며, 제1휠(10)과 제2휠(20)의 트랙면 상의 분리된 가는 선의 수의 비율은 기어링 비율에 대응한다.

아래에 상세하게 나타날 것처럼, 각각의 휠(10, 20) 상의 롤러 안내 트랙(12, 22)의 단면 프로파일, 이들의 개수, 모양, 곡률뿐 아니라 롤러의 개수, 모양, 크기는 상세한 양적인 디자인과 크기에 대한 결과이다.

제1휠(10) 및 제2휠(20) 상에서 대응하는 롤러 안내 트랙에 맞는 롤러(30)는 두 휠 사이에서 단단한 연동(coupling)을 형성한다. 이러한 방식으로, 롤러는 두개의 휠이 서로 독립적으로 회전하지 못하게 한다.

도 1에 묘사된 기본 디자인의 경우, 두 개의 휠(10, 20)은 회전적으로 대칭적인 바디이고, 한 쌍의 바플러(31, 32)는 두 측면 상의 두 개의 바디 트랙면 사이의 빈공간에 위치하며, 그리고 롤러 연동 채널 바로 옆에 위치한다. 바플러(31, 32)는 롤러(30)가 롤러 연동 채널에 상대적으로 측면 방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이다. 단, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 다양한 디자인의 모든 경우에 항상 바플러가 적용되는 것은 아닌데, 이는 많은 경우 롤러 연동 채널이 외부 장치의 도움없이도 자연적으로 그 채널 내부에서 롤러를 고정시키기 때문이다. 예컨대, 롤러 안내 트랙이 도 10-11에서처럼 정면상에서 구동되는 두 개의 평행 회전축을 가지는 대부분의 디자인 그리고 또한, 도 17-22에 나타난 것처럼 그들의 트랙면 상의 그루브와 리지를 가지는 대부분의 디자인이 바로 그러한 경우이다.

도 1의 예를 보면, 예를 들어 어떤 각속도를 가지는 제1휠(10)이 회전(구동) 할 때, 롤러(30)는 롤러 안내 트랙(12, 22)을 따라서 회전할 것이고, 그와 동시에 제1구동휠(10)에서 제2피구동휠(20)로 토크가 전달된다. 롤러 안내 트랙(12, 22)의 길이는 유한하며, 동일하다. 롤러(30)가 휠의 경계면에서 롤러 안내 트랙의 끝에 도달할 때, 그들은 롤러 연동 채널을 빠져나가고, 휠(10, 20) 사이의 연동이 풀린다. 휠(10, 20) 사이의 계속적인 연동을 유지하고, 롤러 연동 채널이 어떤 포인트에서도 제시간에 비어있지 않도록 하기 위해서, 새로운 롤러(30)가 휠의 다른 경계면에서 롤러 안내 트랙(12, 22)에 들어갈 필요가 있으며, 새로운 연동 사이클에서 트랙의 끝으로 회전한다. 하나의 휠 상에서 롤러 안내 트랙과 다른 휠 상의 대응하는 롤러 안내 트랙이 함께 롤러 연동 채널로 입장을 시작할 때, 새로운 롤러는 휠의 경계면에서 롤러 안내 트랙으로 들어간다. 연속적으로 롤러 연동 채널을 롤러에 공급하기 위해서, 롤러에 폐쇄되고 연속적인 루프가 설정되어, 롤러 연동 채널을 빠져나오는 롤러를 채널의 시작 지점으로 되돌려 롤러를 재순환시킨다. 롤러(30) 재순환의 연속적인 속성을 강조하기 위해서, 롤러의 연속되는 선이 도 1에 표시되었다. 롤러의 선은 롤러 재순환 채널(33)을 결정한다. 롤러 재순환 채널(33)의 위치는 휠(10, 20)을 피하기 위한 것이어야 한다. 롤러 재순환 채널(33)을 위한 가장 단순한 해결책은, 잘-자리잡은 파이프나 통 모양의 안내부와 같은 바스켓(basket)을 사용하는 것이며, 이것 내부에 롤러가 재순환 통로를 따라 이동할 때, 그들을 서로 미는 연속된 선을 형성을 형성하고 있다.

도 2에서, 제1휠(10)은 표시되어 있지 않고, 오직 제2휠(20)만 나타나 있다. 제2휠(20) 상에서, 롤러 안내 트랙(22)은 서로에 대해서 나란히, 그리고 휠(21)의 회전축에 상대적으로 어떤 각도에서, 위치되어 있는 것을 알 수 있다. 도면에서 8개의 롤러(30)가 롤러 안내 트랙(22)에 인접하게 하나씩 자리 잡고 있으며, 그들의 중심이 롤러 연동 통로를 따라서 정열되어 있음을 알 수 있다. 인접 롤러 안내 트랙(22) (그리고 또한 12) 사이의 거리는 롤러의 직경 보다 명백히 더 크다. 또한, 도 2에서는, 두 개의 바플러(31, 32)가 롤러 연동 통로의 두 측면 상에 위치하여, 롤러 연동 통로 상에서, 그리고 롤러 안내 트랙(12, 22) 상에서, 롤러를 유지하도록 한다는 것을 알 수 있다. 바플러(31, 32)는 롤러 연동 채널 옆에 직접적으로 위치되고, 롤러 연동 채널에 가장 가까운 그들의 모서리는 날카롭게 만들어지며, 롤러 연동 채널의 선의 모양을 따라간다. 도면에서, 30a로 표시된 하나의 롤러가 롤러 연동 채널 및 두 개의 휠(10, 20)의 경계면에서 대응하는 두 개의 롤러 안내 트랙(12, 22)으로 들어가고 있음을 알 수 있다. 30b로 표시된 또 다른 롤러가 연동으로부터 막 벗어나고 있으며, 두 휠(10, 20)의 다른 경계면에서 롤러 연동 채널과 두 개의 대응 롤러 안내 트랙(12, 22)을 벗어나고 있다. 롤러 재순환 채널(33)의 전체 통로를 통과한 후, 롤러(30b)는, 현재 도면에서 롤러(30a)로 표시된 채널의 시작점에서 롤러 연동 채널로 다시 들어가며, 두 휠(10, 20) 사이에서 연동을 다시 형성한다.

도 3, 4는 도 1의 디자인에 대한 각각의 정면도와 평면도를 나타낸 것이다. 도 4의 평면도에서는, 제1휠(10)과 제2휠(20) 양자 상에서 구동되는 많은 롤러 안 내 트랙(12, 22)이 있는데, 다시 말해, 제1휠(10)상에 6개의 트랙(12)과 제2휠(20)상에 12개의 트랙(22)이 있다. 양 휠의 정면은 다각형으로 보이는 정면 영역을 만드는 둘레를 따라 골고루 분산된 롤러 안내 트랙에 대한 많은 틈을 나타낸다. 정면상에서 롤러 안내 트랙의 틈에서, 우리가 볼 수 있는 것은, 휠의 정면부의 평면에 의해 만들어지는 롤러 안내 트랙 프로파일의 단면이고, 틈 사이에서 롤러 안내 트랙 벽의 단면은 또한 동일한 평면에 의해 만들어진다. 도 4에서, 바플러(31, 32)를 볼 수 있는 반면, 도 3에서 바플러(31)를 볼 수 없는데, 이는 제1휠(10)이 바플러(32)를 덮기 때문이다. 롤러(30)는 바플러(31, 32) 상에 어떤 의미있는 힘이나 압력을 인가하지 않는데, 이는 플레이트(plate)가 그들의 롤러 안내 트랙 상에서 롤러를 유지하기 위해서만 사용되기 때문이다. 롤러와 바플러 사이의 상호작용이 무의미하기 때문에, 이들 사이의 발생하는 마찰 에너지 손실은 무시할 수 있을 정도로 작다.

도 5에서는, 단일 롤러(30)에 의해 연동되는 제1휠(10)과 제2휠(20)에 대한 개략도이며, 두 개의 각 휠(10, 20) 상에서 구동되는 롤러 안내 트랙(12, 22)의 모양과 특징적인 점을 나타내고 있다. 이는 도 1에서 묘사된 디자인과 같은 것이다. 연동 위치에서, 롤러 안내 트랙(12, 22)은 서로 마주보기 위해 돌아서며, 도 5에서 나타난 단일 롤러(30)를 포함하는 롤러 연동 채널을 함께 형성한다. 롤러 중앙점의 이동 통로에 의해 한정되는 롤러 연동 채널의 중앙선(롤러(30)의 모범적인 경우)은 롤러 연동 통로로 불리고, 참조번호 34로 표시된다. 두 개의 곡선(제1휠(10) 상에 하나와 제2휠(20) 상에 하나가 있으며, 롤러(30)가 두 개의 각 롤러 안내 트랙(12, 22)과 접촉하는)은 회전 곡선이라 불리고, 도 5에서 각각 13, 23으로 표시되어 있다. 명백하게, 회전 곡선(13, 23)은 각 롤러 안내 트랙(12, 22)의 일부이다. 각 휠 상에서, 롤러 안내 트랙은 연동 휠의 두 개의 반대 끝 면에서 시작하고 끝이나며, 이러한 방식으로, 이러한 끝 면은 트랙을 포함하는 면을 제한한다. 롤러는 트랙이 시작하는 첫 번째 경계면에서 롤러 안내 트랙으로 들어가고, 그 다음, 롤러 안내 트랙 상의 회전 곡선을 따라 회전하며, 최종적으로 트랙이 끝나는 다른 경계면에서 롤러 안내 트랙을 빠져나간다. 소위 연동계수는, 동시에 연동 위치상에 있으며 롤러 연동 통로(34)를 따르는 롤러(30)의 개수로 정의될 수 있다. 도 2의 경우 연동계수는 8이며, 반면, 유사한 디자인이 도 7에서는 18개이며, 대체로, 이러한 수는 증가될 수 있으며, 어떤 적용에서는 아주 많을 수 있다.

도 6은 도 1, 2와 유사하지만, 좀더 나은 묘사를 위해서, 오직 제2휠(20)과 단일 롤러(30)만 나타나있다. 본 도면에서는 롤러 연동 통로(34)가 분명하고, 롤러(30)의 중앙이 휠 사이에서 롤러의 연동 위치를 유지하면서 이동한다.

도 1 부터 6에 기초하여, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 동작 및 동작상태는 다음과 같이 설명될 것이다. 구동 상태에서, 두 휠 중에 하나는 수신 토크를 제공하는 구동휠이고, 다른 하나는 전송 토크를 수신하는 피구동휠이다. 제1휠(10)은 구동휠이고 제2휠(20)은 피구동휠이고, 그 반대일 수도 있다. 구동휠이 자신의 회전축을 회전할 때, 수신 토크의 결과에 따라, 구동휠 상의 롤러 안내 트랙은 롤러(30) 상에 힘을 가한다. 롤러는 피구동휠 상의 롤러 안내 트랙으로 힘을 전달하고, 그 결과 자신의 회전축을 따라서 피구동휠을 회전시키는 토 크를 만든다. 구동휠과 피구동휠이 회전할 때, 롤러(30)는 그들의 연동위치를 유지하고, 각각의 휠(10, 20) 상의 두 개의 대응 롤러 안내 트랙(12, 22)을 따라서 회전한다. 롤러(30)는 단일점에서 두 개의 롤러 안내 트랙과 접촉하고, 두 개의 회전 곡선(13, 23)을 한정한다. 롤러(30)가 회전 곡선(13, 23)을 따라 회전할 때, 롤러(30)의 중앙은 롤러 연동 통로(34)를 따라 이동한다. 롤러(30)는 롤러 안내 트랙의 끝까지 회전하며, 이들이 이동하는 동안, 구동휠에서 피구동휠로 힘을 전달한다. 롤러가 롤러 안내 트랙의 끝인 경계면에 도달하면, 롤러는 연동이 풀리게 되고, 트랙을 빠져나간다. 그 후, 대부분, 롤러는 롤러 재순환 통로(33)를 통하여, 롤러 연동 통로(34)의 시작 부분인 휠의 다른 경계면으로 되돌아간다. 여기서, 롤러(30)는 롤러 안내 트랙으로 다시 들어가고, 구동휠과 피구동휠 사이의 연동을 다시 형성한다. 롤러는 새로운 연동 순환을 시작하고, 구동휠에서 피구동휠로 힘을 전달한다. 순환은 영구적으로 반복된다.

본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 경우, 도 1 부터 6에 기초해서, 구동휠의 회전방향에 상대적인 피구동휠의 회전방향은 휠 평면상에서 롤러 안내 트랙의 특별한 모양과 곡률에 의해 단순하게 결정된다. 즉, 만약 구동휠과 피구동휠에 대해 동일한 두 개의 회전축을 휠 평면상의 롤러 안내 트랙의 모양과 곡률이 다른 세트에 적용할 때, 구동휠의 회전방향에 상대적인 피구동휠의 회전방향을 바꿀 수 있다. 자유롭게 회전 방향을 바꿀 수 있는 이러한 자유상태는 종래의 톱니-바퀴 기어 드라이브에서의 경우가 아닌데, 이는 휠의 주어진 구조적인 설정에 대해 구동휠과 피구동휠에 대한 상대적인 회전방향이 고정되어 있기 때문이다. 이 는 시스템의 확장된 크기나 증가된 마찰 에너지 손실과 같은 잠재적인 문제를 야기하는 구동휠과 피구동휠 사이에, 새로운 사용되지 않는 휠의 소개에 의해서만 바뀔 수 있다.

본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의, 결코 미끌리지 않는, 마찰이 없는 상태를 설명하기에 앞서, 많은 양의 가능한 구조적 디자인이 몇몇 실시예를 통해서 설명될 것이다.

도 7에서는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 일 실시예로 두 휠의 축이 비스듬한 선을 형성하는 것을 나타내고 있다. 제1휠(10)이 롤러 안내 트랙(12)의 외곽선을 사용하여 표시되어 있으나, 다른 부분은 투명하게 표시되어 있다. 연동 위치에 있는 롤러(30) 뿐 아니라, 제2휠(20)도 투명한 제1휠(10) 뒤에서 보일 수 있다. 롤러(30)의 중앙은 롤러 연동 통로(34)의 윤곽을 나타낸다. 롤러 연동 통로(34)는 경계면(24, 25) 및 경계면(14, 15) 사이로만 한정된다. 롤러(30)에 대한 롤러 재순환 채널(33)은 나타나있지 않다. 도 7로부터 제1휠(10)과 제2휠(20)사이의 연동은 많은 수의 롤러(30), 즉, 18개의 롤러를 경유하여 형성된다. 롤러(30)의 개수나 크기는 두 휠(10, 20)의 직경이나 직경 비율에 의해 결정되지는 않고(종래의 기어-휠 드라이브에서의 톱니의 개수에 관한 것처럼), 상대적으로 유연한 방법으로 설정될 수 있다. 다시 말하면, 동일한 두 개의 휠(10, 20)에 대해서, 롤러(30)의 다양한 수와 크기는 상대적으로 넓은 범위의 값으로 결정될 수 있고, 대응하는 롤러 연동 통로 및 롤러 안내 트랙의 세트가 결정될 수 있다. 롤러(30)의 수가 많을수록, 즉 연동계수가 클수록, 전달가능한 토크가 더 많을 수 있 다. 휠의 직경 비율은 직접적으로 기어링 비율을 결정하지 못한다. 다시 말해, 다른 휠 직경 비율을 가지고있는 두 개의 디자인도 동일한 기어링 비율을 만들 수 있다. 사실, 휠의 모양 및 크기와 롤러의 모양, 크기 및 개수는 롤러 안내 트랙의 모양, 곡률, 및 개수와 함께 집단적으로 시스템을 구체화한다. 이러한 파라미터는 상대적으로 넓은 범위의 값 내에서 유동적으로 변할 수 있어서, 요구되는 시스템의 설계를 만족시키는 가장 최상의 구조적인 설정을 만들 수 있다.

도 8, 9는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 두 개의 다른 예를 나타내며, 제2휠(20) 상의 롤러 안내 트랙(22)이 휠(20)의 내부의 회전적으로 대칭적인 면상에서 구동되고, 휠(20)은 사실 이 경우 링이다. 제1휠(10)은 앞선 실시예와 유사하게, 그것의 외부면 상에서 구동되는 롤러 안내 트랙(12)을 가지고, 링 모양의 제2휠(20) 내부에 위치한다. 이러한 두 그림에서, 제2휠(20)(도 7과 유사한)은 그것의 롤러 안내 트랙(22)의 윤곽선 및 그것의 외부 윤곽선을 사용하여 표시되며, 다른 부분은 투명하게 표시되어 있다. 연동 위치에서 롤러(30) 및 롤러 연동 통로(34)는 또한, 도 8, 9에 표시되어 있다. 도 8, 9에서 묘사된 두 예에서, 다른 수의 롤러(30)가 사용되고, 롤러 연동 통로의 길이도 다르다. 결과적으로, 기어링 비율뿐 아니라 전달가능한 토크는 두 설정에서 서로 다르다.

도 10, 11은 본 발명에 따른, 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 두 개의 예를 나타내는 것으로, 두 휠(10, 20)의 회전축은 평행하다. 제2휠(20)은 그것의 롤러 안내 트랙(22)의 외곽선과 그것의 외부 외곽선을 사용하며 표시되어 있으며, 다른 부분은 투명하게 표시되어 있다. 그러므로, 롤러(30) 및 롤러 연동 통 로(34)는 제2휠(20)을 통해서 볼 수 있게 되었다. 이러한 두 예에서, 롤러 안내 트랙은 휠(10, 20)의 각 정면상에서 구동된다. 서로 마주하는 이 면들은 휠의 각 회전축에 수직하는 평면이고, 경계면(14, 15) 또한 경계면(24, 25)에 의해 경계 지어진다. 경계면은 중심이 같은 회전적 대칭면이고, 회전축과 동일 선상의 축을 가진다. 그들의 특별한 곡률에 따라서, 두 휠(10, 20) 상의 대응하는 롤러 안내 트랙은 연동된 롤러 연동 채널 내에서 안전하게 롤러(30)를 유지시킨다. 이것은 롤러(30)가 그들의 연동된 롤러 연동 채널에 상대적으로 측면 방향으로 이탈하는 위험을 없애고, 따라서, 그들의 롤러 연동 채널 내에서 롤러를 유지하기 위하여, 바플러나 다른 외부 장치의 적용은 필요하지 않다. 도 10 과 11에서 나타난 두 가지 예 사이의 중요 차이점은, 본 실시예에서 구동휠(10)의 회전 방향과 비교할 때, 피구동휠(20)이 다른 상대 방향으로 회전한다는 점이다. 다시 말해, 한가지 실시예로, 피구동휠(20)의 회전 방향은 구동휠(10)의 회전 방향과 동일하고, 반면, 다른 실시예에서는 반대이다. 이것은 롤러 안내 트랙의 다른 시스템(모양과 곡률이 다른)의 적용에 의해 얻어진다.

도 12 부터 14는, 두 개의 실시예가 표시되어 있는데, 하나의 실시예는 도 12에 있으며, 나머지 실시예는 도 13과 14에 있으며, 회전 동작이 선에 따른 동작으로 변형되거나, 그 반대의 경우를 나타낸다. 도 12는, 앞선 대부분의 경우와 동일하게, 제1휠(10)은 외부 회전적 대칭면(정면이 아닌) 상에서 구동되는 롤러 안내 트랙(12)을 가진다. 휠(10)은 그것의 회전적 대칭축(11)을 따라 회전하지만, 경사위치는 회전축의 축 방향을 따라서 고정된다. 휠(10)의 접선면 방향으로 정열되며, 휠(10)로부터 짧은 거리에 위치하는 기어락(40)이 있다. 기어락(40)은 휠(10)의 접선면에 평행한 선을 따라서 이동할 수 있도록 설정되어 있다. 휠(10)에 가까운 기어락(40)의 표면상에서 구동하는 롤러 안내 트랙(42)이 있다. 도 12에서, 롤러가 휠(10)의 롤러 안내 트랙(12) 및 기어락(40)의 롤러 안내 트랙(42)과 동시에 접촉할 때, 휠(10)과 기어락(40)이 롤러(30)에 의해 연동된다. 휠(10)의 표면이 기어락(40)의 표면으로부터 곡선을 이루고, 그 결과 빈공간이 이 두 표면 사이에서 개방되는 것을 고려하면, 바플러의 적용이 롤러(30)를 그들의 롤러 안내 트랙과 롤러 연동 통로 상에서 유지하는 것을 가능하게 한다. 바플러가 도 12에 나타나 있지는 않지만, 앞서 언급된 것들과 매우 유사하다. 도 12에는 나타나 있지 않지만, 롤러 재순환 트랙은 롤러(30)를 롤러 연동 통로 끝에서 부터 그것의 시작 지점으로 가져온다. 휠(10)을 회전시키기 위해, 휠 상의 롤러 안내 트랙(12)은 롤러(30)에 힘을 인가하고, 그 결과, 기어락(40) 상의 롤러 안내 트랙(42) 상으로 힘을 인가한다. 이는 궁극적으로 기어락(40)이 기어락의 설정에 의해 구체화된 선을 따라서 이동하게 한다. 한편으로, 피구동 기어락(40)의 이동 방향은 명백히, 구동휠(10)의 회전 방향에 의존하고, 다른 한편으로는, 휠(10) 상의 롤러 안내 트랙(12)과 기어락(40) 상의 롤러 안내 트랙(42)의 특별한 모양과 곡률에 의존한다. 물론, 구동부와 피구동부로서 휠(10)과 기어락(40)의 역할은 교환될 수 있다.

도 13, 14는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 대한 또 다른 예를 나타내는 것으로, 회전 동작이 선형에 따른 동작으로 변형되는 것을 나타낸다. 그러나, 여기서 휠(10)의 회전축은 기어락(40)의 평면에 수직이고, 휠 상 의 롤러 안내 트랙은 휠의 정면에 위치한다. 도 14는 도 13가 동일하나, 휠(10)을 제거하여, 롤러(30)가 롤러 연동 통로(34)를 따라서 정열될 때, 이를 직접적으로 나타나도록 하였다. 본 설계에서 구동휠(10)은 도 10, 11에서의 구동휠과 유사하다: 그것은 중심이 같으며 회전적으로 대칭 경계면(14, 15)을 가지고, 롤러 안내 트랙(보이지 않음)은 도 10, 11에서와 유사하게 그것의 정면상에서 구동된다. 링(10) 상의 롤러 안내 트랙 및 기어락(40) 상의 롤러 안내 트랙은, 위의 경우와 동일하게, 롤러(30)의 세트에 의해서 연동되어 있다. 롤러(30)는 도 14에서 직접적으로 나타난다. 링(10)의 수직축을 따라 링을 회전시키면서, 롤러(30)는 기어락(40)의 특별한 설정에 의해 구체화되는 선을 따라서 기어락(40)을 이동하게 한다. 한편으로, 피구동 기어락(40)의 이동 방향은 명백히 구동휠(10)의 회전 방향에 의존하고, 다른 한편으로는, 또한 휠(10)과 기어락(40) 상의 롤러 안내 트랙의 특별한 모양과 곡률에 의존한다.

도 15, 16에서는 다른 종류의 구조적 디자인이 나타나 있으며, 구동휠(10)의 회전축과 피구동휠(20)의 회전축의 서로 교차한다. 구동휠(10)과 피구동휠(20)을 위한 트랙면의 결과적인 모양은 모두 구형 부분이며, 양 휠의 구의 중앙은 구동휠(10)과 피구동휠(20)의 회전축의 교차점에 위치한다. 도 15, 16에 나타난 두 가지 실시예에서, 각각 두 개의 트랜스미션은 비록 그들의 구조적 디지안이 피구동휠(20)에 대한 구동휠(10)의 상대적 위치라는 점에서 다르다고 할지라도, 기어링 비율, 최대 전달가능한 전력 및 회전의 상대적 방향과 같은 측면에서 동일한 동작 특성을 가지고 있다. 본 실시예는 본 발명에 따른 트랜스미션 메커니즘의 탄력성을 강조하고 있는데, 이는 다양한 구조적 디자인이 동일한 동작 특성을 얻기 위해 사용될 수 있기 때문이다.

도 17, 18은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 대한 새로운 종류의 구조적 디자인을 나타내고 있으며, 구동휠(10)과 피구동휠(20)은 종래의 나사모양의 가능 선과 유사하게 그들의 트랙 면 상에 나선형의 그루브와 리지를 포함하며, 바디 중 하나에 있는 리지는 자유롭게 다른 바디 상의 그루브의 후미진곳으로 확장되며, 그리고 그 반대의 경우도 마찬가지다. 도 18의 단면도에서 묘사된 것처럼, 롤러 안내 트랙은 양 휠 상의 그루브와 리지의 양쪽 면상에서 형성된다. 도 17, 18에서, 두 휠은 각각 참조번호 10, 20으로 표시되어 있으며, 그루브(16)는 제1휠(10) 상에서 한정되며, 두 개의 롤러 안내 트랙(17, 18)은 그루브(16)의 양 측면에서 만들어진다. 유사하게, 리지(26)는 그루브(16)에 보완적인 프로파일을 가지는 제2휠(20)로부터 확장된다. 각각의, 롤러 안내 트랙(27, 28)은 제2휠(20) 상의 리지(26)의 두 측면 상에 한정된다. 한 쌍의 롤러(30a, 30b)는 그루브(16)과 리지(26)의 두 개의 대립적으로 위치하는 측면 상의 두 개의 롤러 안내 트랙(17, 18)을 따라서 이동하도록 정열되어 있다. 제1휠(10) 위의 그루브(16) 상의 롤러 안내 트랙(17) 및 제2휠(20) 위의 대응하는 보완 리지(26) 상의 롤러 안내 트랙(27)은 그루브와 리지의 한 측면 상의 롤러(30a)를 위한 것이며, 유사하게, 그루브(16) 상의 롤러 안내 트랙(18) 및 리지(26) 상의 롤러 안내 트랙(28)은 그루브와 리지의 다른 측면 상의 롤러(30b)를 위한 것이다. 어떤 방향의 부하에 대해, 그루브와 리지의 오직 한 측면 상의 롤러 (예를 들어, 이는 30b가 아니고, 30a로 표 시됨)는 구동휠(10)에서 피구동휠(20)로 힘을 전달하기 위한 것이며, 반면, 그루브와 리지의 다른 측면 상의 롤러(본 실시예에서는 30b)는 피구동휠에 힘을 작용시키지 않는다. 반면, 부하의 방향이 변화할 때, 롤러의 역할도 또한 변화할 것이고, 이전의 롤러(30b)와 같이 비작동 롤러는 작동하게 되어 구동휠(10)에서 피구동휠(20)로 힘을 전달하며, 이전의 작동 롤러(30a)는 그 위에 작동하는 힘이 없는 비작동 상태가 될 것이다. 그러므로, 부하의 방향이 항상 엘리베이터나 크레인의 경우와 같이 동일하다면, 롤러(30a)와 같이, 연동위치에서 작동하는 오직 한 세트의 롤러들만 사용하는 것으로 충분하고, 롤러(30b)와 같이 작동하지 않는 다른 롤러들은 원칙적으로 생략될 수 있다. 반면, 다양한 부하의 방향을 가지는 시스템을 디자인할 때, 비록 세트 중의 하나가 어떤 주어진 시간에서 항상 여분이라고 할지라도 롤러(30a, 30b)와 같은, 롤러 세트들이 사용되어야 한다. 이전의 구동휠(10)은 피구동휠이 되거나 그 반대의 경우와 같이, 롤러의 동일한 교환은 휠(10, 20)의 역할이 교환될 때 발생한다.

그루브와 리지를 가지는 본 디자인에서는, 구동부와 피구동부의 표면상에(즉, 그루브와 리지의 표면을 따라서) 복수의 준-평행 정열된 롤러 안내 트랙을 구동하는 것은 상대적으로 쉽다. 이 경우 롤러 안내 트랙은 복수의 다른 롤러 연동 통로와 롤러 연동 채널을 따라서 롤러를 이끈다. 이 경우에 대한 예는 도 19, 20에 나타나 있고, 각 쌍의 롤러 안내 트랙(18b, 18d) 뿐 아니라 각 쌍의 롤러 안내 트랙(17a, 17c)은 구동부(10) 상의 그루브(16)의 각 측면을 따라 구동되고, 대응하는 롤러 안내 트랙(28b, 28d) 뿐 아니라 대응하는 롤러 안내 트랙(27a, 27c)도 피구동 부(20) 상의 리지(26)의 각 측면을 따라서 구동된다. 이러한 롤러 안내 트랙은 4 세트의 롤러를 구동한다. 도 20의 단면도에서 나타난 것처럼, 롤러 안내 트랙(17a, 27a)은 롤러(30a)를 구동하고, 트랙(17c, 27c)은 롤러(30c)를 구동하고, 트랙(18b, 28b)은 롤러(30b)를 구동하고, 트랙(18d, 28d)은 롤러(30d)를 구동한다. 도 19, 20으로부터, 이 경우에서 각 그루브와 리지 상의 롤러 안내 트랙은 정확히 회전되거나 서로에 대한 평행 이동 복사한 것이 아니고, 그들은 그들 자신의 권리 내에서 각 운동 방정식의 분리된 독자적인 솔루션이라는 것이 명백하다.

구동부와 피구동부의 트랙 면 상에 그루브와 리지를 가지고 있는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 대한 이러한 형태의 디자인은 본 발명의 따른 다른 디자인과 비교할 때, 몇 가지 특별한 특징과 장점이 있다. 예컨대, 휠들 축에 수직으로 작용하고, 이들을 따로 밀려고 하는 힘은 이 경우에 상대적으로 적다. 또한, 구동휠과 피구동휠 상의 롤러 안내 트랙의 곡률이 전형적으로 부호가 반대이기 때문에, 롤런, 측면 방향으로 이탈할 위험성이 없고, 따라서, 롤러를 그들의 각 롤러 연동 채널에 유지하기 위해 바플러나 다른 외부 장치가 필요 없다. 본 디자인에서는, 대응하는 회전 커브를 구성하기 위해 폭이 단일선 처럼 좁아질 때까지, 바디들 중 하나에서 롤러 안내 트랙의 폭을 줄이는 것이 상대적으로 쉽다. 트랙 면 상에 그루브와 리지를 가지지 않는 다른 디자인의 대부분의 경우에서 이는 전형적으로 매우 어렵거나 불가능하다. 여기서는, 직경이 단일 밀리미터이거나 그보다 더 적은 크기의 작은 롤러를 사용하고, 그루브와 리지의 평면상의 5-10 또는 그 이상으로 상대적으로 많은 수의 롤러 안내 트랙을 구동하는 것은 상대적으로 쉽다. 작은 크 기의 롤러에 대한 이 경우를 극단적으로 취하면, 다른 경우와 달리 본 디자인은 극도로 작은 롤러와 극도로 좁은 롤러 안내 트랙을 사용하여 설정될 수 있으며, 이는 아래에서 상세하게 설명될 것이다. 또한 본 디자인은 상대적으로 높은 연동계수에 특징이 있다.

그루브와 리지를 가지는 위 디자인에 대한 특별한 경우가 도 21, 22에 묘사되어 있으며, 많은 수의 극히 작은 롤러가 사용되고, 각 롤러는 오직 몇 마이크로미터의 직경을 가지고 있다. 사실, 롤러의 "저장소"가 사용되고, 이는, 미터 크기의 롤러와 같이 육안으로 보이는 큰 양을 가지며, 저장소 내의 롤러의 개수는 수조(兆) 또는 그 이상이다. 개별적인 롤러는 크기가 아주 작기 때문에 명백히 도면에서 보이지 않지만, 롤러의 부피는, 휠의 연동 영역, 즉 롤러 연동 채널의 부피가 담겨있는, 어떤 종류의 "윤활액(Rubricating liquid)" 로 생각되어 질 수 있다. 롤러에 대응하는 롤러 안내 트랙은 극히 좁고, 실질적으로 회전 커브의 단일선으로 좁아진다. 그들은 또한 수적으로 매우 많고, 타이트하게 공간을 차지하고 있으며, 그루브와 리지 양면의 전체 표면을 세밀히 덮는다. 다시 말해, 도 21에 나타난 구동부(10)와 피구동부(20) 상의 그루브와 리지의 모양과 곡률뿐만 아니라 도 22의 단면도에서 나타난 전체 프로파일은 극히 좁은 롤러 안내 트랙의 조화에 의해 결정된다. 미국 특허 5,549,743에서 기술된 것처럼, "윤활액" 내에서 부유하는 구형 물체의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다. 도 22에서는 특별히, 피구동휠(20) 상의 리지(26)의 대응 평면(27, 28) 뿐만 아니라 구동휠(10) 상의 그루브(16)의 평면(17, 18)은 아주 많은 수의 타이트하게 공간을 차지한 극히 좁은 롤러 안내 트랙을 한정 하고, 이 트랙의 단면 프로파일은 극히 좁아서 그들은 사실상 거의 회전 커브의 단일 점으로 좁아진다. 도 22의 단면도 내의 회전 커브의 단일점에 의해 연결된 선으로 결정되는 곡선이 더해지고, 그 결과 그루브와 리지의 프로파일을 형성한다. 단, 도 22에서 외관상 나타나는 것과는 달리, 그르브와 리지는 결코 직접적으로 서로 접촉하지 않고, 롤러의 매우 얇은 필름에 의해 분리되는데, 그들이 얇기 때문에, 도 22에는 나타나있지 않다. 또한, 본 발명에 따른 특유한 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 조건은(본 명세서의 후반부에서 상세하게 기술, 묘사될 것이고, 반대면 사이의 슬라이딩이 생길 수 없다.) 여전히 유효하고, 구동부(10)과 피구동부(20) 사이의 연동 위치에 있을 때, 극히 적은 마찰 에너지 손실의 결과, 롤러가 단순 회전 운동을 수행하도록 한다. 이러한 특별한 경우, 이전에 기술된 롤러 재순환 장치가 필요 없는데, 그 이유는 구동부와 피구동부가 오직 롤러의 저장소에 담겨있는 동안에는, 서로 접촉하고 있기 때문이다. 수행되어야 할 필요가 있는 것은 충분한 양의 롤러 "액체"가 계속적으로 그 시스템을 윤활할 수 있게 하는 것이다.

보통 크기를 가지고 있는 롤러로 다시 돌아가면, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 앞서 말한 실시예에서, 롤러는 구형의 공이었음을 알수 있다. 사실, 그렇지만, 원통형의 롤러나 배럴모양의 롤러와 같이 다른 회전적으로 대칭 바디들이 또한 롤러로서 사용될 수 있다. 원통형 및 배럴모양의 롤러는 전형적으로 유난히 큰 부하의 경우 유용하다. 그러한 실시예가 도 23, 24에 나타나 있고, 롤러 안내 트랙(12, 22)과 연동하는 롤러(30)는 구형 모양의 정면을 가지고 있는 원통형 롤러이다. 도 24는 축(31a, 31b)을 가지는 롤러(30a, 30b)와 같이, 각 각 두 개의 그룹으로 나뉠 수 있음을 설명하고 있다. 그들의 원통면(32a, 32b)은 구형 캡(caps)에 의해 제한된다. 제1구동휠(10)과 제2피구동휠(20)은 평행 회전축을 가지고 있음이 도 23에 나타나있다. 도 24는 휠(10, 20) 상의 두 개의 롤러 안내 트랙(12, 22)의 단면 프로파일이 롤러 안내 트랙(22)에 대해 각각 두 개의 직선(22a, 22b) 뿐 아니라 롤러 안내 트랙(12)에 대해 각각 두 개의 직선(12a, 12b)을 포함하는 것을 나타낸다. 원통면(32a)에서 롤러(30a)와 같이 롤러의 절반은 휠(10) 상의 롤러 안내 트랙(12)의 직선(12a)과 휠(20) 상의 롤러 안내 트랙(22)의 직선(22a) 중 하나와 접촉한다. 롤러(30a)의 축(31a)과 휠의 회전축 사이의 각도는 모든 롤러(30a)에 대해서 동일하다. 원통면(32b)에서 롤러(30b)의 다른 절반은 휠(10) 상의 롤러 안내 트랙(12)의 다른 직선(12b)과 휠(20) 상의 롤러 안내 트랙(22)의 다른 직선(22b)과 접촉한다. 롤러(30b)의 축(31b)과 휠의 회전축 사이의 각도는 모든 롤러(30b)에 대해 동일하지만 롤러(30a)의 첫 번째 절반에 대해서는 다르다. 부하의 주어진 방향에 대해, 30a와 같이 오직 롤러의 제1 절반이 연동상태에서 작동하여, 두 휠 사이에 힘을 전달하고, 다른 절반인 30b는 그들에 힘을 작동하지 않는 비작동 상태이다. 부하의 반대 방향에 대해서, 롤러(30b)의 제2 절반은 작동하고, 제1 절반(30a)은 비작동 상태이다. 부하의 방향이 절대 변하지 않는 경우와 같은 디자인에서, 롤러(30a)와 같이, 오직 연동상태에서 작동하는 오직 한 세트의 롤러만 사용해도 충분하며, 휠(10) 상의 12a 및 휠(20) 상의 22a와 같이 롤러 안내 트랙의 프로파일 내의 오직 하나의 대응 직선이 롤러(30a)와 접촉할 것이다. 이러한 경우, 모든 롤러는 프로파일의 단일 직선 면에서 휠과 접촉하고, 모두 항상 동일한 방식으로 연동에 기여한다. 롤러(30b)에 대한 33b 및 롤러(30a)에 대한 33a와 같은 롤러의 정면은 전형적으로 절대 휠과 직접적으로 접촉하지 않고, 비록 그들이 롤러의 축의 극점에서 때때로 그리고 일시적으로 접촉한다고 할지라도, 전달된 힘과 그러한 연동의 세기는 무시할 정도로 적게 남아 있을 것이다. 롤러와의 주 접촉이 일어나는 롤러 안내 트랙의 프로파일의 선 12a, 22a 또는 12b, 22b는 모든 실시예에서 필수적으로 직선일 필요는 없으며, 일부 특별한 적용에서, 그들은 부하의 적용과 디자인의 실제 강도의 요구에 의존하는 경미한 곡률을 가질 수 있다. 메커니즘은 배럴 모양의 롤러의 경우에도 유사하게 설정될 수 있다.

도 25 부터 도 29에 관해서, 본 발명의 어떤 기초적인 특유의 속성들은 롤러 안내 트랙들 사이에 작동하는 특유의 힘에 대한 개략적인 개요를 나타냄으로서 설명될 것이고, 토크로서의 롤러가 구동부에서 피구동부로 전달될 것이다. 도 25에서 구동부(z1)가 각속도 ω1로 회전하는 것으로 나타낸다. 구동부(z1)의 부분은 롤러(G)와 접촉하고 있는 롤러 안내 트랙이다. 롤러는 구형 공으로 나타나 있다. 롤러 안내 트랙과 롤러(G)는 구동부(z1) 상에서 한정되는 회전 곡선의 부분을 형성하는 단일점에서 서로 접촉하고 있다. 이 점에서, 롤러 안내 트랙 면에 접선면과 롤러(G) 면의 접선면은 일치한다. 이 접선면은 참조번호 (E1)으로 표시되고, 도면에서 작은 사각형으로 도시되어 있다.

유사하게, 도 25에서, 피구동부(z2)는 각속도 ω2로 회전한다. 가장 일반적인 경우, 피구동부(z2)의 회전축은 구동부(z1)의 회전축에 관하여 점선이다. 피구동부(z2) 상의 롤러 안내 트랙은 단일점에서 롤러(G)와 접촉하고 있다. 이 점은 피 구동부(z2) 상의 회전 곡선 상에 있고, 이 점에서 롤러 안내 트랙 면의 접선면과 롤러(G) 면의 접선면은 일치한다. 롤러와 롤러 안내 트랙에 대한 공통 접선면은 도 25에서 작은 사각형에 의해 도시되어 있고, 참조번호(E2)에 의해 표시되어 있다. 도 26은 도 25에 대응하지만, 쉬운 설명을 위해서, 접선면(E1, E2)은 접촉점으로 부터 평행하게 이동된다. 슬라이딩과 마찰 에너지 손실이 없는 단순 회전 운동의 경우, 롤러(G)에 작동하는 힘은 정확히 롤러(G)의 중앙으로 향한다. 그러한 경우, 구동부(z1)는 롤러(G)의 접촉점과 롤러 안내 트랙에서 롤러(G) 상에서 작동하는 단일 힘 벡터(F)로 표시되고, 도 17에 나타난 것처럼, 힘 벡터(F)는 롤러(G)의 중앙을 향한다. 힘 벡터(F)는 접선면(E1)에 수직이다. 슬라이딩이 없고 마찰 에너지 손실이 없다고 하는 동일한 논의에 따라, 피구동부(z2)에 작동하는 힘은 또한 도 28에 나타난, 동일한 힘 벡터(F)임이 명백하다. 힘 벡터(F)는 롤러(G)의 접촉점과 피구동부(z2) 상의 롤러 안내 트랙에서 피구동부(z2)에 작동하고 있다. 또한, 힘 벡터(F)는 접선면(E2)에 수직이다.

도 29는 도 28에 기초한 피구동부(z2)의 정면도, 평면도, 측면도를 나타내고, 피구동부(z2) 상에 작용하는 힘 벡터(F)의 결과로서 피구동부(z2)로부터 발생하는 토크를 설명한다. 대부분의 일반적인 경우, 힘 벡터(F)는 피구동부(z2)의 회전축에 관한 점선방향을 따라 작동한다. 피구동부(z2)의 회전축에 수직한 평면 내에 있는 힘 벡터(F)의 벡터 성분은, 힘 벡터(F)의 이 벡터 성분과 피구동부(z2)의 회전축 사이의 거리에 의해 증가되고, 피구동부(z2)로부터 발생하는 토크를 제공한다. 대부분 일반적인 경우, 힘 벡터(F)는 또한 피구동부(z2)의 회전축에 평행하게 작동하는 벡터 성분을 가진다. 그러나, 힘 벡터의 이러한 벡터 성분은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 기본적인 작동이라는 관점에서 어떤 의미도 있지 않으며, 그 이유는 그것이 토크를 만들지 못하기 때문이다. 힘 벡터의 이러한 성분은 피구동부(z2)와의 관계에서 작동하며, 힘에 의해 방해되는 피구동부(z2) 상에서 작동하는 여분의 부하와 압력만을 제공한다.

상기한 바와 같이, 우리는 롤러 연동 통로를 따라, 주어진 연동 위치 내에서 단일 롤러(G)에 관해 피구동부(z2) 상에서 작동하는 힘과 토크를 나타내었다. 도 30에서, 동일한 위치 내에서 동일한 롤러(G)에 관해 메커니즘의 운동학이 묘사되어 있다. 구동부(z1)는 ω1의 각 속도 벡터를 가진다. 구동부(z1) 상의 롤러(G) 및 롤러 안내 트랙의 접촉접(P1)은 vl의 속도 벡터를 가진다. 접촉점(P1)은 구동부(z1)의 롤러 안내 트랙 상의 회전 곡선의 일부분이며, 그러므로, 그것의 속도 벡터(vl)는 회전 곡선에 접선방향이다. 유사하게, 피구동부(z2)는 ω2의 각 속도 벡터를 가진다. 피구동부(z2) 상의 롤러(G) 및 롤러 안내 트랙의 접촉점(P2)은 v2의 속도 벡터를 가진다. 접촉점(P2)은 피구동부(z2)의 롤러 안내 트랙 상의 회전 곡선의 일부분이며, 그러므로, 그것의 속도 벡터(v2)는 회전 곡선에 접선방향이다. 롤러(G)의 중앙은 v의 속도 벡터를 가지고, 마찰 에너지 손실이 없는 단순 회전 운동의 경우 속도 벡터 vl 및 v2의 산술적 평균과 동일하고, 즉 v = 1/2 * (vl + v2) 이다. 또한, 우리는 롤러(G)의 중앙에 부착된 좌표계 시스템의 관점으로부터의 운동학을 볼 수 있다. 이 경우, 속도 벡터(u1)는 접촉점(P1)의 속도 벡터이고, 속도 벡터(u2)는 접촉점(P2)의 속도 벡터이다. 롤러(G)는 자신의 좌표계 시스템에서 단순 회전 운동 을 수행하기 때문에, 속도 벡터 u1, u2 는 동일한 크기를 가지고 있고, 각각 접촉점(P1, P2)을 가리키는 반지름 벡터에 수직한다. 또한, 접촉점(P1, P2)가 롤러(G)의 표면상에서 서로 대각선 방향으로 마주하고 있기 때문에, 속도 벡터 u1, u2은 평행하며, 반대 방향을 나타내고, 즉 ul = -u2 이다.

도 30은 구동부(z1)의 롤러 안내 트랙 중의 하나와 롤러(G) 사이의 접촉점(P1)의 연속적 조합으로부터 만들어지는 회전 곡선 중에 하나인 g1을 나타낸다. 회전 곡선(g1)는 명백히 구동부(z1) 상의 대응하는 롤러 안내 트랙을 따르며, 롤러(G)는 구동부(z1)와 접촉하는 이 회전 곡선를 따라서 회전한다. 유사하게, 도 30은 또한 피구동부(z2)의 롤러 안내 트랙 중의 하나와 롤러(G) 사이의 접촉점(P2)의 연속적 조합으로부터 만들어지는 회전 곡선 g2를 나타낸다. 회전 곡선(g2)는 명백히 피구동부(z2) 상의 대응하는 롤러 안내 트랙을 따르며, 롤러(G)는 피구동부(z2)와 접촉하는 이 회전 곡선를 따라서 회전한다. 롤러(G)는 구동부(z1)과 피구동부(z2) 각각 위에 위치하는 두 개의 회전 곡선(g1, g2)를 따라서 동시에 회전한다. 반면, 접촉점(P1, P2)은 각 회전 곡선(g1, g2)를 따라 이동하며, 롤러(G)의 중앙점은, 도 30에서 gp로 표시된 롤러 연동 통로로 불리는 다른 곡선를 따라 이동한다.구동부(z1)과 피구동부(z2) 상의 대응하는 롤러 안내 트랙 상에 위치하는 회전 곡선(g1, g2) 뿐 아니라 롤러 연동 통로(gp)는 유한한 길이이다. 곡선와 트랙의 시작점과 끝점은 구동부와 피구동부의 두 경계면에 위치하고, 이러한 점들은 롤러(G)가 구동부 및 피구동부(z1, z2)의 롤러 안내 트랙으로 들어가는 위치와 나오는 위치를 결정한다. 이는 롤러(G)가 구동부 및 피구동부(z1, z2) 사이에서 연동을 형성하고 제거하는 롤러(G)에 대한 시작점 및 끝점이다. 접촉점(P1, P2)이 각 회전 곡선(g1, g2)를 따라 동시에 이동하고, 특별히, 그들은 어떤 슬라이딩이 없이 이동한다.

도 30에서는 두 회전 곡선(g1, g2)의 모양과 위치가 어떻게 다른지가 명백하다. 동시에, 상기의 분석으로부터, 비-슬라이딩 비마찰 동작에 대한 동일한 운동학적 조건이 양 곡선에 적용되고, 그러므로, 동시 접촉점(P1, P2)에서의 두 곡선에 대한 접선면(E1, E2)은 항상 평행하다. 속도 벡터(ul, u2)는 두 접선면(E1, E2)의 방향을 향하기 때문에, 서로 평행하다; 더욱이, 그들은 동일한 크기와 반대부호를 가지고 있다. 게다가, 롤러(G)가 구동부 및 피구동부(z1, z2) 상의 두 롤러 안내 트랙을 동시에 들어가고 또한 동시에 빠져나오기 때문에, 롤러(G)는 두 회전 곡선(g1, g2) 상에서 정확히 동일한 시간을 소비한다. 롤러(G)에 대한 두 접촉점이 회전 곡선를 따라 이동하는 속도(ul u2)에 대한 동일한 크기에 기초하여, 그리고 또한 롤러(G)가 회전 곡선 상에서 동일한 시간을 소비하는 것에 기초하여, 비록, 두 회전 곡선(g1, g2)이 명백히 매우 다른 모양과 위치를 가진다고 하더라도, 그들은 정확히 동일한 길이를 가져야 한다.

비마찰 동작에 대한 운동학 조건을 사용하고, 구동부와 피구동부(z1, z2)의 회전축의 방향 및 롤러(G)의 개수나 크기에 특수성을 가지고 있는 구조적 디자인에 대한 특별한 요구에 기초하여, 구동부와 피구동부(z1, z2)의 모양과 크기, 롤러 연동 통로(gp), 회전 곡선(g1, g2) 및 구동부와 피구동부(z1 ,z2) 상의 대응 롤러 안내 트랙이 계산될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘이 상세하게 디자인되고 특정 크기로 제작될 수 있다.

지금부터는, 도 31, 32에 대한 참조와 롤러가 연동으로부터 해제된 이후 어떻게 되돌아 오는가에 대한 설명이 시작될 것이다. 도 1,2 및 6에서 명백한 것처럼, 롤러(30)가 롤러 연동 채널 내의 롤러 연동 통로(34)의 끝에 도달하여 채널을 빠져나옴으로서 연동으로부터 해제된 후에, 롤러(30)는 롤러 재순환 채널(33)을 통하여 롤러 연동 채널의 시작점으로 되돌아오도록 안내된다. 롤러 연동 채널 내의 롤러(30)는 롤러 안내 트랙(12, 22)에 의해 구동되고, 유한한 비-영점 거리에서 서로 따라간다. 롤러(30) 사이의 비-영점 간격이 생기는 주요한 이유는 롤러 안내 트랙(12, 22)의 방향과 롤러 점에서의 롤러 연동 통로(34)의 방향이 오른쪽 각도가 아닌 어떤 각도를 가진다. 롤러 연동 채널 내의 각 롤러(30)의 속도는 휠(10, 20)과 함께 회전하는 롤러 안내 트랙(12, 22)에 의해 각자 결정된다. 명백하게, 두 휠(10, 20)의 각 속도가 변화함에 따라, 롤러(30)의 속도 또한 변한다. 반면, 휠에 대한 주어진 일정 각속도에 대해, 롤러 연동 채널 내에 있는 연동 위치 내의 롤러(30)의 속도는 롤러 연동 채널을 전부에서 상수에 가깝고, 또한 각 롤러에 대해 매우 유사하다. 그러나, 도 1, 2에서 설명된 것처럼, 롤러 재순환 채널(33) 내부에서, 롤러(30)의 이동은 어떤 외부 장치에 의해 통제되지 않으며, 롤러가 이동되며, 이는 그들이 롤러 재순환 채널(33)을 따라 서로를 밀기 때문이다. 결과적으로, 롤러(30) 사이의 거리는 사라지고, 롤러는 롤러 재순환 채널(33) 내에서 연속적인 선을 형성한다. 또한, 일단 연속적인 선이 형성되면, 롤러(30)는 서로에 대해 직접 접촉하면서, 롤러 재순환 채널(33) 내에서 동일, 정확한 속도로 이동하게 된다. 그럼에도 불구하고, 롤러의 이동이 외부적으로 통제되지 않기 때문에, 롤러 사이에서 일시적인 갭의 개방과 충돌의 발생이 있을 수 있으며, 이는 잠재적으로 소모적인 통제되지 않는 롤러의 이동과 시스템 내의 잡음을 유발할 수 있다. 이는 특별히, 롤러가 롤러 연동 채널에서 롤러 재순환 채널로의 전이를 만드는(또는 반대로 롤러 재순환 채널에서 롤러 연동 채널로의 전이를 만드는) 곳이나, 롤러 사이의 외부 통제와 간격이 갑자기 사라지는(또는 발생하는) 곳에서 발생할 수 있다. 아래의 예에서, 우리는 이러한 문제에 대해, 롤러의 이동이 롤러 연동 채널 및 롤러 재순환 채널 내에서, 매끄럽고 통제될 수 있으며, 롤러 연동 채널로 연속적인 롤러의 공급이 제공되도록, 몇 가지 해결책을 제공하고자 한다.

도 31에 도시된 것처럼, 하나의 아이디어는 인접 롤러(30c, 30d) 사이에 일정한 거리를 유지하기 위하여 그들 사이에 스페이서(35)를 소개하는 것이다. 스페이서(35)의 길이는 롤러가 롤러 연동 채널 내부에서 연동 위치에 있는 동안에 측정되는 롤러 사이의 거리와 동일하다. 스페이서(35)는 롤러(30d, 30c) 사이에 위치하고, 시스템 내에서 그들의 전체 행로를 따라서 항상 롤러를 따라간다.

도 32에서는 다른 아이디어가 제시된다. 롤러 재순환 채널 내의 연속된 롤러(30c, 30d)의 중앙 사이의 거리는 롤러가 서로 접촉하는 한, 롤러(30c, 30d)의 직경과 동일하고, 롤러 연동 채널 내에서, 롤러 사이의 거리(h)는 롤러(D)의 직경에 롤러 연동 채널 내의 롤러 사이의 갭을 더한 값과 동일하다. 그러므로, 롤러 연동 채널 내부에서의 롤러의 속도는 롤러 재순환 채널 내에서의 롤러의 속도보다 더 커야한다. 더 높은 속도를 낮은 속도 수준으로 낮추기 위해서, 도 32에서 개략적으로 도시된 것처럼, 우리는 롤러 연동 채널의 시작 부분과 롤러 연동 채널의 끝 부 분 사이의 각도를 소개해왔으며, 이 각도의 코사인 값은 채널의 각 부분 내에서의 롤러의 속도 비율과 동일하다. 이러한 방식으로, 롤러 연동 채널에서 롤러 재순환 채널로 롤러의 매끄러운 전이가 보장된다. 유사하게, 롤러 재순환 채널의 끝 부분과 롤러 연동 채널의 시작 부분 사이에 어떤 각도가 제공돼야하며, 이 각도의 코사인 값은 채널의 각 부분 내에서의 롤러의 속도 비율과 동일하다.

도 33, 34는 롤러가 롤러 연동 채널에서 롤러 재순환 채널로 전이를 능률적으로 활용하는 또 다른 방식을 나타내며, 롤러 연동 채널의 끝 부분 내에서, 우리는 점진적으로 인접 롤러 안내 트랙 사이의 거리를 감소시킴으로써 롤러 사이의 공간을 제거한다. 휠(10)의 끝 부분(A)이 도 34에 나타나있고, 도 33에는 이를 확장한 도면이 묘사되어 있다. 도 33에 나타난 것처럼, 롤러가 롤러 연동 채널의 끝에 도달할 때까지, 롤러 사이의 갭이 사라지고, 롤러는 연속된 선을 형성하면서 롤러 재순환 채널로 들어간다. 그러므로, 롤러가 서로 충돌하고 통제되지 않은 길로 이동할 가능성은 중요하게 감소한다. 유사한 방식으로, 롤러가 롤러 재순환 채널에서 롤러 연동 채널로 그들의 경로를 만드는 곳인, 휠(10)의 다른 끝 부분인 롤러 연동 채널의 시작 부분에서, 점진적으로 롤러 안내 트랙(12) 사이의 거리를 확장함으로써 롤러 사이의 간격이 소개된다. 롤러가 롤러 재순환 채널을 빠져나갈 때, 롤러 사이에 갭이 없는 연속된 선을 형성하는 반면, 롤러는 롤러 연동 채널의 시작 부분 내에서 점진적으로 분리되어, 그들의 분리는 메커니즘에 대한 작동 조건에 의해 요구되는 이상적인 수준의 간격에 도달한다. 도 33, 34에서는 하나의 휠 만이 나타나지만, 명백하게 유사한 조정이 다른 휠 상의 롤러 안내 트랙에도 만들어지며, 도면 의 휠 상에서 만들어지는 조정에 직접적으로 대응한다. 롤러의 이동이 방향을 바꾸고, 휠의 시작 지점과 끝 지점이 교환되는 것을 제외하고는, 휠의 회전 방향을 바꾸면서, 메커니즘은 정확히 위와 같이 동일한 방식으로 작동한다. 롤러 안내 트랙 사이의 거리에 대한 조정은, 단순 회전 운동과 같은, 이상적인 작동 조건으로부터 시스템에 대한 경미한 편차를 초래한다. 그러나 편차는 전형적으로 매우 작고, 메커니즘의 특징적인 점을 의미심장하게 변화시켜서는 안 된다. 게다가, 아래의 아이디어는 또한 편차에 따른 효과를 완전히 제거하는 다른 것들 사이에서 사용될 수 있다.

도 33, 34는, 본 실시예에 따라서, 우리가 롤러 연동 채널의 시작 부분과 끝 부분에서의 롤러 안내 트랙(12) 사이의 거리뿐만 아니라, 동시에 롤러 안내 트랙의 단면 프로파일에도 적용함을 나타내고 있다. 특별히, 롤러 연동 채널의 끝 부분 내에서, 롤러 안내 트랙의 단면 프로파일은 점진적으로 확장되고, 롤러가 두 휠과 동시에 접촉하는, 두 롤러 안내 트랙 상의 두 회전 곡선 위의 대응점이 점진적으로 한층더 따로 이동하고, 궁극적으로 롤러의 직경 보다 큰 거리로 분리된다. 결과적으로, 롤러는 점진적으로 휠과의 접촉을 잃게 되고, 롤러들과 휠들 사이에 작동하는 힘은 점진적으로 사라진다. 이러한 방식으로, 롤러는 여전히 롤러 연동 채널의 끝 부분 내에 있지만, 점진적으로 연동으로부터 해제된다. 이는 최소한 두 개의 주요 이익을 가진다. 한편으로, 롤러가 공정 중에 주된 충격 없이 매끄럽게 연동으로부터 해제된다는 점이다. 또 다른 한편으로는, 이러한 과정은 위에서 언급된 롤러 안내 트랙 사이의 공간의 조정으로부터 발생하는 부정적 효과를 감소시키고, 궁극 적으로는 제거한다. 공간의 조정 및 롤러 안내 트랙 단면 프로파일의 조정은 동시에(그리고 점진적으로) 최대의 효과를 얻기 위해 수행돼야한다: 한편으로, 우리는 점진적으로 롤러를 서로에 가깝게 이동시키고, 궁극적으로 롤러 안내 트랙 사이의 거리를 줄임으로써 그들 사이의 거리를 제거하고, 이것과 동시에, 우리는 점진적으로 롤러를 연동으로부터 해제하고, 롤러 안내 트랙의 단면 프로파일을 점진적으로 확장함으로써 궁극적으로 휠로 부터 그들의 연동을 제거한다. 이러한 방식으로, 롤러는 롤러 안내 채널에서 롤러 재순환 채널로 그들이 전이를 매끄럽고 질서 정연하게 하고, 이는 그들 사이의 더 작은 충돌과 그 결과에 따라 시스템 내의 더 작은 소음을 일으키게 한다. 동시에, 단순 회전 운동에서와 같이 메커니즘에 이상적인 작동 조건이 유지된다. 이러한 과정은 정확히 동일한 방식으로 작동하지만, 롤러가 롤러 재순환 채널로 빠져나가고, 롤러 연동 채널로 들어가는 휠의 다른 끝에서 반대 순서로 작동한다. 우리는 롤러 안내 트랙 사이의 거리를 점진적으로 확장함으로써 롤러 연동 채널의 시작 부분 내의 롤러들 사이의 간격을 소개하고, 이와 동시에, 우리는 점진적으로 롤러 사이의 롤러 안내 트랙의 단면 프로파일을 강화하고 롤러들과 휠들 사이의 접촉과 힘을 형성함으로써 롤러들과 힐들 사이의 연동을 소개한다. 이러한 방식으로, 롤러 사이의 더 작은 충돌과 시스템 내의 더 작은 소음을 일으키며 롤러는 롤러 연동 채널 내로 매끄럽고 질서 정연하게 점진적으로 연동을 다시 형성한다. 동일한 조정이 본 메커니즘 내의 두 휠의 양끝에 적용된다. 롤러의 이동이 방향을 바꾸고, 휠의 시작 지점과 끝 지점이 교환되는 것을 제외하고는, 휠에 대한 회전 방향을 변화시키면서, 메커니즘은 정확히 동일한 방식으로 작 동한다.

위 예에서 묘사된 바와 같이, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 트랜스미션 및 기어링 작동과 문제에 대해 최고의 하나 또는 그 이상의 다른 해결책을 제공하며, 이는 현존하는 해결책에 비교할 때 명백히 더 우수하고 많은 상대적인 이득과 장점을 가진다. 본 메커니즘의 특징은 롤러들에 의해 만들어지는 연동들 사이에서 구동부와 피구동부 중 어느 하나 또는 모두는 주어진 회전축 주위를 회전하거나 주어진 선 또는 이들의 조합을 따라 이동하도록 설정되어 있다는 점이다. 특유한 축들, 예컨대, 회전축 및/또는 이동의 주어진 선은 수직, 수평, 및 기타 각도를 가지는 어떤 상대적인 각도에서 실질적으로 설정될 수 있다. 특유한 축들은 평면상에서 서로 교차하거나 또한 회피적일 수 있다. 실제로 전형적이 적용예로, 구동부와 피구동부는 회전적으로 대칭 바디 또는 휠이고, 롤러는 회전 공이다. 그러나, 몇 가지 경우에서, 바디들 중 하나 또는 모두는 기어락 일 수 있고,또한 롤러는 때때로, 원통형 롤러나 배럴 모양의 롤러와 같은 비구형 롤러일 수 있다. 만약, 동시적으로 연동 상태에 있는 롤러의 개수와 같이 연동계수가 증가하면, 전달가능한 토크도 증가할 수 있다. 본 발명에 따른, 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 전형적인 특징은 구동부와 피구동부 사이의 상대적인 회전 방향이 다른 롤러 안내 트랙의 세트를 가지는 바디의 다른 쌍을 단순히 적용함으로써 임의적으로 변화될 수 있다는 점이다. 톱니 바퀴 기어 드라이브의 경우와 같이 시스템 내에서 추가적인(세 번째 여분의) 휠을 소개할 필요가 없다. 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 주요 장점 중 하나는, 구동부와 피구동부와 연동 하는 롤러에 의해 수행되는 단순 회전 운동의 결과에 따라, 극히 적은 마찰 에너지 손실과 높은 전력 전달 효율이다. 전달가능한 토크가 높은 시스템 및 높은 기어링 비율의 경우에도 이것이 유지된다. 단순 회전 운동의 경우, 마찰 에너지 손실에 의한 에너지 분산은 극히 적으며, 사실상, 현존하는 트랜스미션 및 기어링 시스템의 대다수에 대해서 서로의 접촉면을 따라 바디 들이 슬라이드로 이동하는 경우보다 더 적다.

본 발명에 따른, 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 실질적으로 모든 현존하는 트랜스미션 및 기어링 작동과 문제에 대해 해결책을 제공한다. 본 발명의 가능한 적용을 묘사 위하여, 각각의 전형적인 적용에 대한 세 가지 예가 도 35부터 37에 나타날 것이다. 도 35는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘이 두 점(H1, H2)에 적용된 자전거를 나타낸다. H1의 기어링 비율은 2.625:1이고 H2의 기어링 비율은 1:1이다. 두 드라이브의 연동계수는 약 9이다. H1 및 H2 에서 새로운 메커니즘의 적용은 자전거가 단순하고 집약적이며 및 견고하게 구동하게 한다. 오늘날 구동되는 전체 자전거의 실질적인 경우와 달리 어떤 톱니바퀴나 어떤 체인도 없다. 결과적으로, 작동이 매끄럽고 확실하다. 각 드라이브(H1, H2)의 크기는 종래의 톱니바퀴의 크기에 비해 적은데, 이는 한번에 단지 하나의 톱니에만 적용되는 톱니바퀴와는 달리, 높은 연동계수 때문에 토크가 9개의 회전 공에 동시적으로 적용되기 때문이다. 체인이 없기 때문에, 전체 시스템의 크기 또한 더 작으며, 따라서, 시스템을 더 압축하고, 보호하며, 확실하게 하기 위해서 편리하게 덮여질 수 있다. 이를 좀더 압축하기 위해서, 드라이브(H1, H2)에 연결된 축(43)이 자전거의 프레임 내부에 놓일 수 있다. 새로운 구동 메커니즘은 또한 접이식 프레임을 가지는 자전거에 더 이익이 되는데, 이는 시스템의 단순성 및 압축성으로 인해, 필요할 때마다, 자전거를 쉽고 빠르게 접을 수 있기 때문이다. 종래의 디자인에서는 체인이 이 과정을 복잡하고 지저분하게 만들었다.

도 36은 본 발명에 따른 새로운 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘이 어떻게 차동기어의 경우에 적용될 수 있는지를 설명하고 있다. 도면에서 절반 축(kt1, kt2)은 차량용 휠 축이다. 구동 샤프트(ht)는 그 축 주위를 회전하고, 엔진에서 오는 토크를 구동휠(hk)로 전달한다. 구동휠(hk)은 본 발명에 따른, 새로운 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 적당한 실시예에 따라서 피구동휠(tk)을 구동시킨다. 구동휠(hk)은 이전의 실시예에서 휠(10)에 대응하고, 피구동휠(tk)은 휠(20)에 대응한다. 휠(hk)의 직경은 상대적으로 작고, 롤러 안내 트랙은 그것의 외부면 상에서 구동되나, 반면 휠(tk)의 직경은 상대적으로 크고, 롤러 안내 트랙은 그것의 정면상에서 구동된다. 피구동휠(tk)의 축은 구동휠(hk)의 축에 수직이고, 두 축은 서로에 대해서 점선을 형성한다. 속도 절감 차동기어에 대한 이러한 새로운 해결책은 일반적으로 종래의 차동기어에 대해 전형적인 톱니바퀴를 가지는 베벨기어(bevel gears)와 비교된다. 호모양-톱니 휠(arc- toothed wheels)이 적용된다고 할지라도 베벨기어에서 휠의 접촉톱니는 종래의 디자인에서 큰 압력 아래에 있다. 게다가, 호모양-톱니 휠이 가지고 있는 문제는 그들이 직선모양 휠을 가지는 일반적이 톱니바퀴의 경우보다 전력 전달 효율이 더 낮은 경향이 있다는 점이다. 이는 톱니의 프로파일을 따라 "일반적인" 반지름 방향으로 슬라이딩하는 이들 톱니가 또 한 의미 있는 여분의 마찰 에너지 손실을 소개하는 톱니의 호를 따라서 슬라이드 하기 때문이다. 본 발명에 따른 새로운 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘을 적용함에 있어서, 이러한 문제점들은 자연스럽게 해결될 수 있다. 한편으로, 전달가능한 토크는 많은 여분의 압력을 구조나, 휠 또는 개별 롤러 자체에 부가하지 않고, 시스템 내의 연동계수를 증가시킴으로써 많이 증가될 수 있다. 다른 한편으로, 전력 전달 효율은 극히 높게 유지한다. 단순 회전 운동에 대한 조건이, 낮은 토크 적용을 위한 것과 정확하게 동일한 방식으로, 유효하게 남아 있기 때문이다.

차동기어의 디자인은 두 개의 피구동 후방 축을 가지는 차량의 경우 특히 힘들다. 두 축을 동시에 구동하기 위해서, 점선을 형성하는 축을 가지는 기어가 적용되야한다. 종래의 톱니바퀴 기어를 사용하는 이 디자인은 특히 낮은 전력 전달 효율을 나타낸다. 본 발명에 따른 새로운 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 도 37의 개략도에 나타난 것처럼 매우 유리한 해결책을 제공한다. 두 절반-축(kt1, kt2)을 구성하는 제1축은 차동기어(dm1)에 의해 구동되고, 두 절반-축(kt3, kt4)을 구성하는 제2축은 차동기어(dm2)에 의해 구동된다. 두 구동 휠(dm1, dm2)은 동일 구동 샤프트(ht)에 의해 동시에 구동된다. 양 구동기어의 회전축, 즉, 두 절반-축(kt1, kt2)의 회전축 및 두 절반-축(kt3, kt4)의 회전축은 구동 샤프트(ht)의 회전축에 대해서 점선으로 표시되어 있다. 구동 샤프트(ht)는 먼저 제1구동휠(hk1)에 접촉하고, 그 다음 제2구동휠(hk2)에 접촉한다. 두 구동휠(hk1, hk2) 사이에서, 구동 샤프트(ht)는 카르단 조인트(cardan joint)(kcs)를 통과한다. 두 구동휠(hk1 ,hk2)은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 따라 디자인 된 두 개의 기어 내의 제1구동휠이며, 그들은 각자 휠(tk1, tk2)을 구동한다. 제1구동휠(hk1, hk2)은 이전 실시예의 제1휠(10)에 대응하고, 제2피구동휠(tk1, tk2)은 제2피구동휠(20)에 대응한다. 구동휠(hk2)과 피구동휠(tk2) 뿐만 아니라 구동휠(hk1)과 피구동휠(tk1)은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 몇몇의 실시예 중에 하나에 의해 연동된다. 휠(tkl, tk2) 뿐만 아니라, 휠(hkl, hk2)을 포함하는 모든 휠들은 그들 표면에 롤러 안내 트랙을 나타낸다. 피구동휠(tk1, tk2)는 직접적으로 각각의 차동기어(dm1, dm2)에 접촉된다. 본 디자인을 적용하여, 두 차동기어 및 접촉된 절반 축은 동시에 단일 연속 구동 샤프트(ht)에 의해 구동될 수 있으나, 반면, 동시에 시스템은 연동 롤러에 대한 단순 회전 운동에 의한 극히 높은 전력 전달 효율 및 잠재적으로 매우 높은 기어링 비율을 포함하는, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 장점들로부터 이익을 얻는다. 사실, 본 디자인은 순차적으로 위치한 많은 수의 임의의 차동기어로 확장될 수 있으며, 단일 구동 샤프트는 서로에 대해서 점선을 형성하는 축을 가지는 일련의 기어들을 구동시킨다. 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 의해 제공되는 극히 높은 전력 전달 효율 및 다른 장점들은 여전히 이와 같은 극단적인 경우에도 유지될 수 있다.

게다가, 위에서 나타난, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 세 가지 실시예는 실질적으로 기계 산업의 전분야, 특히 자동차나 수송, 수공 기계, 기계 도구, 정밀 기계 및 기계 공학 산업의 다양한 분야에서 많은 다른 잠재적인 응용을 가진다. 이러한 잠재적인 응용은, 많은 다양한 구조적 디자인, 구동부 와 피구동부에 대한 다양한 다른 형태의 위치, 각도, 형태, 모양 및 차원에 큰 유연성을 나타내는 설정, 다른 종류의 롤러, 기어링 비율에 대한 다양성, 회전 방향, 전달가능한 전력 등을 포함한다. 이러한 새로운 메커니즘이 모든 현존하는 트랜스미션 및 기어링 작동과 문제점에 보다 좋은 해결책을 제공할 수 있고, 현존하는 메커니즘과 디지인과 비교할 때, 큰 이득과 장점을 나타낸다. 이득과 장점들은 높은 전력 전달 효율, 기어링 비율, 압축적인 크기, 신뢰성, 정밀한 이동과 회전 방향의 변경을 포함한다. 게다가, 이는 기초적인 새로운 메커니즘이며, 본 메커니즘은 현존하는 시스템이 실질적으로 적용될 수 없는 그런 응용 분야에서 해결책을 제시할 수 있다. 본 발명의 명백한 주된 이득과 장점의 결과에 따라, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘은 다른 산업의 다양한 분야에서 넓은 응용 영역으로 확장될 엄청난 잠재력을 가지고 있다.

실제 피할 수 없는 제품의 하자 때문에, 연동 롤러에 대한 단순 회전 운동을 포함하는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘을 결정하는 조건들은, 결코 완벽하지는 못하지만, 오직 어떤 정도의 정확성에 만족할 수 있다. 피할 수 없지만 원하지 않는 "자연적인" 하자에 더하여, 우리는 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 대하여 가능한 적용을 생각할 수 있는데, 여러 가지 이유로, 작동 조건들이 의도적으로 완벽한 것으로부터 탈피하도록 만들어졌다.즉, 비정확성이 "요구"된다. 그러나, 이를 원하는 경우나 그렇지 않은 경우 모두, 상대적으로 넓은 범위의 부정확성에 대해, 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 특유의 작동 상의 특징들은, 비록 그것이 부분적이고 적당한 정도 이지만, 유지될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 수학적으로 완벽한 작동 조건들을 만족시키는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 제한되지 않고, 어떤 정도의 비완벽성을 가지는 경우도 포함한다. 우리는 본 발명의 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘 내에서, 예를 들어, 롤러들이 구동부와 피구동부 상에서 동시에 롤러 안내 트랙과 접촉하는 두 점에서 두 회전 곡선에 접하는 두 평면을 관찰하는 방법으로, 비정확성의 정도를 측정할 수 있으며, 이들 두 평면 사이의 각도가 얼마나 근접하게 평행한지를 측정할 수 있다. 완벽한 조건에서, 그들은 정확하게 평행이어야 한다. 비정확성의 또 다른 등가 측정은 두 회전 곡선의 길이가 얼마나 다른가에 의한 계산일 수 있다. 완벽한 조건 하에서 그들은, 차이 없이 정확하게 동일해야 한다. 위에서 언급한 접선면에 대한 평행으로부터 5-10°의 편차 또는 위에서 언급한 회전 곡선의 길이 사이의 5-10% 차이와 같이 적당한 양의 비정확성은 본 발명에 따른 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘의 주된 특징들에 의미있는 영향을 미치지는 않는다. 특히, 연동 롤러에 대한 단순 회전 운동의 조건은 의미있게 악화되지 않고, 시스템의 주된 이득이나 장점들이 유지된다. 그러므로, 본 발명은 수학적으로 정밀한 정확성을 가지는 완벽한 작동 조건에서 작동하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘에 제한되지 않고, 비록 작동 조건이 수학 방정식에 의해 결정되는 완벽한 조건으로부터 어떤 정도 벗어난다고 할지라도 이러한 디자인, 조건, 상황들을 커버하며, 연동 롤러에 대한 단순 회전운동으로부터 발생하는 이들을 포함하는 완벽한 시스템의 주된 특징은 최소한 부분적이고 적당하게 유지될 수 있다.

Claims (23)

1. 롤러 트렌스미션 및 기어링 메커니즘에 있어서, 구동부, 각각의 센터 내지 센터축을 가지는 롤러 수단, 및 피구동부를 포함하고,

   상기 구동부는 상기 롤러 수단을 통해서 상기 피구동부에 연동되고, 상기 구동부 및 피구동부는 단일 자유도를 가지는 움직임에 의해 안내되며, 상기 구동부 및 피구동부는 상부에 각각의 롤러 안내 트랙을 한정하며, 상기 트랙은 상기 롤러 수단과 접촉하여 연동부에 대한 상기 롤러 수단의 상대적인 움직임을 결정하며, 상기 롤러 수단은 각각의 회전 곡선을 따라서 각각의 롤러 안내 트랙과 접촉하고, 상기 롤러 안내 트랙은 상기 구동부와 피구동부 상의 경계면의 각 페어에서 시작하고 종결하며, 상기 롤러 수단은 연동 롤러 안내 트랙을 따라 이동하여, 상기 구동부 및 피구동부의 역할은 교환될 수 있으며,

   상기 구동부(10, z1) 상의 상기 회전 곡선(g1) 및 피구동부(20, z2) 상의 상기 회전 곡선(g2)의 포인트 사이에서 한정된 거리 들은 상이하며, 상기 구동부(10, z1)의 상기 회전 곡선(g1)의 길이는 상기 피구동부(20, z2)의 상기 회전 곡선(g2)의 길이와 실질적으로 동일하며, 상기 회전 곡선(g1, g2) 상의 모든 포인트-페어에 대해 포인트-페어가 상기 롤러 수단(G)에 의해 접촉될 때, 상기 포인트의 페어에서 그려진 상기 각각의 접선면(E1, E2)은 실질적으로 서로 평행하며; 그리고

   상기 포인트의 접촉 페어의 속도(ul, u2)가, 상기 롤러 수단(G)의 직교좌표계 시스템으로 한정할 때, 실질적으로 동일하지만 반대부호를 가지고, 상기 롤러 수단(G) 상에서 작용하는 상기 접촉 포인트 내에서 각각 작용 라인의 힘(F)은 상기 롤러 수단(G)의 센터 내지 센터축을 교차하며, 이에 따라 상기 롤러 수단(G)이 실질적으로 단순 회전 운동을 가지는 트랙을 떠날 때까지 그들의 엔트리를 따라다니는 상기 롤러 안내 트랙(12, 22)을 따라서 이동되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘.
2. 제1항에 있어서, 상기 롤러 수단은 구형의 회전공(30, 30a 및 30b)인 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
3. 제1항에 있어서, 상기 롤러 수단은 회전적으로 대칭인 바디인 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
4. 제1항에 있어서, 상기 롤러 안내 트랙으로 돌아오도록 상기 롤러 안내 트랙을 떠난 후에 상기 롤러 수단을 안내하기 위한 각각의 롤러 복귀 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
5. 제1항에 있어서, 상기 구동부(10, z1) 및 상기 피구동부(20, z2)의 최소한 하나가 각각의 회전축을 한정하여 회전적으로 대칭하는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
6. 제5항에 있어서, 상기 구동부(10, z1) 및 상기 피구동부(20, z2) 모두가 회전적으로 대칭이고, 각각의 비평행 회전축(11, 21)을 가지는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
7. 제5항에 있어서, 상기 구동부(10, z1) 및 상기 피구동부(20, z2)의 최소한 하나가 회전적으로 대칭인 정면을 가지고, 상기 롤러 안내 트랙(12 또는 22)이 상기 정면상에서 한정되며, 상기 경계면이 링(14, 15)인 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
8. 제1항에 있어서, 상기 구동부(10, z1) 및 상기 피구동부(20, z2)의 최소한 하나가 주어진 라인을 따라서 이동하도록 설정되고 평면을 가지는 기어 락(gear racks)이고, 상기 롤러 안내 트랙은 상기 기어 락의 평면상에 한정되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
9. 제1항에 있어서, 복수의 롤러 안내 트랙이 상기 구동부 및 피구동부(10, zl; 20, z2)의 최소한 하나 위에서 한정되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
10. 제9항에 있어서, 동일한 바디 위의 상기 복수의 롤러 안내 트랙은 모양과 곡 률이 동일하고, 각각의 바디의 회전축 주위로 각각의 각도 공간에 의해 서로에 대해 각도적으로 전위되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
11. 제10항에 있어서, 상기 전위각은 360°/n 이고, n은 상기 바디 상에 동일하게 공간을 차지하는 롤러 안내 트랙의 수인 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
12. 제9항에 있어서, 상기 롤러 안내 트랙은 연동부(10, zl; 20, z2)의 평면상에서 한정되며, 모양과 곡률이 동일하며, 서로에 대해 공간을 이루는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
13. 제1항에 있어서, 상기 구동부(10, zl)와 상기 피구동부(20, z2) 중에 어느 하나는 각각의 측면을 가지는 리지(26)를 포함하며, 다른 하나는 상기 리지(26)와 모양을 함께 형성하는 그루브(16)를 한정하며, 그 결과 각각의 갭이 상기 각각의 리지(26)의 상기 측면 및 상기 각각의 그루브(16)의 상기 측면 사이에 제공되며, 상기 롤러 수단(30a, 30b)은 상기 갭의 최소한 하나에서 정렬되고, 상기 롤러 안내 트랙(17, 27, 18, 28)은 상기 롤러 수단이 정렬되는 상기 리지와 상기 그루브의 마주하는 측면들 상에서 한정되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
14. 제13항에 있어서, 복수의 롤러 안내 트랙(17a, 27a; 18b, 28b; 17c. 27c; 18d, 28d)이 상기 갭에 한정되고, 각각의 롤러 수단(30a, 30b, 30c, 30d)은 상기 각자의 롤러 안내 트랙을 따라서 안내되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
15. 제13항에 있어서, 이중-방향성 로드(loads)에 대해 각각의 롤러 수단(30a, 30b)이 상기 갭의 양쪽에 정열되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
16. 제13항에 있어서, 각자의 구동부 또는 피구동부 상에서 정열되어 서로 연동하는 리지와 그루브는 서로 짝을 이루되 복수 개의 짝들을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
17. 제13항에 있어서, 상기 롤러 수단은 상기 갭을 실질적으로 채우는 작은 공인 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
18. 제17항에 있어서, 상기 작은 공이 윤활액 내에서 떠있는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
19. 제1항에 있어서, 상기 롤러 안내 트랙에 의해 한정되는 통로 이외의 방향으로 상기 롤러 수단의 전위를 제한하는 바플러(31, 32)를 포함하고, 상기 바플 러(31, 32)는 상기 트랙의 각각의 측면에서 정열되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
20. 제1항에 있어서, 인접 롤러 수단 사이에 미리 결정된 이들 간의 거리를 유지하기 위한 스페이서(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
21. 제4항에 있어서, 상기 롤러 안내 트랙을 떠날 때 상기 롤러 수단의 이동방향과 상기 복귀 통로가 들어갈 때 상기 롤러 수단의 이동방향은 코사인 각에 가깝고, 상기 코사인 각은 상기 롤러 안내 트랙을 떠날 때 상기 롤러 수단의 속도에 대한 상기 복귀 통로 내에서 상기 롤러 수단의 속도의 비율과 동일하며, 나아가 그것의 다른 끝에 있는 상기 복귀 통로의 방향과 상기 롤러 수단의 이동방향 사이에 동일한 각도가 적용되는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
22. 제4항에 있어서, 점진적으로 감소되는 거리가 경계면을 제거하는 상기 롤러 안내 트랙과 인접하는 인접 롤러 안내 트랙 사이에 제공되며, 점진적으로 증가되는 거리가 경계면을 시작하는 상기 롤러 안내 트랙과 인접하는 인접 롤러 안내 트랙 사이에 제공되어, 그들의 연동 롤러 안내 트랙과 복귀 통로 양쪽을 따라 상기 롤러 수단의 부드러운 움직임을 제공하는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘
23. 제1항에 있어서, 상기 롤러 안내 트랙이 상기 경계면에 접근할 때, 점진적으로 상기 트랙의 상기 시작 및 끝 부분에서 확장되어, 상기 롤러 수단에 작용하는 힘을 감소시키고, 그것들의 입장과 방출을 촉진하는 것을 특징으로 하는 롤러 트랜스미션 및 기어링 메커니즘

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