KR101344376B1

KR101344376B1 - 능동형 자동 변속기

Info

Publication number: KR101344376B1
Application number: KR1020120058581A
Authority: KR
Inventors: 현경열
Original assignee: 서기철
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-23
Also published as: KR20130134801A

Abstract

본 발명은 능동형 자동 변속기에 관한 것으로서, 입력축과; 상기 입력축에 마련되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 입력 기어와; 상기 입력축과 동축을 이루며 배치되는 출력축과; 상기 출력축에 마련되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 제1변속출력기어 및 제2변속출력기어와; 상기 입력축을 사이에 두고 배치되는 제1변속축 및 제2변속축과; 상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제1변속축에 분리된 상태로 마련되는 제1동력전달기어와; 상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되는 제2동력전달기어와; 상기 제1변속축에 마련되어, 상기 제1변속출력기어와 맞물려 회전하는 제1변속입력기어와; 상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되어, 상기 제2변속출력기어와 맞물려 회전하는 제2변속입력기어와; 상기 제1변속축과 상기 제1동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제1입력 속도에 따라 상기 제1동력전달기어의 동력을 상기 제1변속축에 선택적으로 전달하는 제1일방향클러치와; 상기 제2변속축과 상기 제2동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2동력전달기어의 동력을 상기 제2변속축에 선택적으로 전달하는 제2일방향클러치와; 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제3입력 속도에 따라 상기 입력축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제1동력전달부와; 상기 제2변속축과 상기 제2변속입력기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2변속축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제2동력전달부를 포함하는 것으로, 이러한 동작이 가능하게 되는 것은 입력측과 출력측 간의 부하 차이에 의해 단속이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 자동 변속기{MULTI STAGE AUTOMATIC TRANSMISSION}

본 발명은, 능동형 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력측과 출력측의 속도 또는 어느 한쪽에 걸리는 부하의 차이에 의해 동력의 단속을 이용해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있는 능동형 자동 변속기에 관한 것이다.

자전거에는 통상 오르막길 또는 평탄길에서 자전거의 주행 속도를 변환시키기 위한 다단 기어 형태의 변속장치가 구비되어 있다.

종래의 변속장치는 페달에 의해 발생된 동력을 체인에 전달하는 전동 스프로킷과, 후방 휠에 장착되어 전동 스프로킷에 체인을 매개로 연결되는 종동 스프로킷에 각각 구비되며, 직경에 따라 잇수를 달리하는 다단의 체인 기어로 이루어져 있는 바, 다단의 체인 기어 중 원하는 단수의 체인 기어에 체인을 치합시켜 후방 휠의 회전비를 변화시킴으로써 변속이 이루어지도록 한다.

그런데, 종래의 변속장치는 고단 변속 주행모드에서 정지한 후 다시 출발할 경우, 자전거 탑승자가 변속 기어를 저단으로 변환하지 않을 경우 주행이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 종래의 변속장치는 변속을 위해 탑승자가 변속을 위한 별도의 제어가 요구될 뿐만 아니라 변속이 이루어지는 도중에 체인과 체인 기어와의 불안정한 치합에 의해 지속적인 동력전달이 어렵고, 체인이 다단의 체인 기어로 이동할 경우 이탈되기 쉬운 문제점이 있다.

또한, 체인이 각 단계별로 이동하는 과정에서 소음과 충격이 발생하므로 주행 중 안정감을 저하시키는 문제점이 있다.

이에, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도와 바퀴에 걸리는 부하의 차이에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 한다면 동력 전달 효율이 향상될 수 있어 동력 성능을 높이면서 변속시 잡음도 없앨 수 있을 것이라 기대되므로 이에 대한 연구 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력과 출력간의 부하 차이에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있음은 물론 동력 성능을 높이면서 변속시 소음도 줄이고, 안정적으로 변속할 수 있는 능동형 자동 변속기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 입력축과; 상기 입력축에 마련되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 입력 기어와; 상기 입력축과 동축을 이루며 배치되는 출력축과; 상기 출력축에 마련되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 제1변속출력기어 및 제2변속출력기어와; 상기 입력축을 사이에 두고 배치되는 제1변속축 및 제2변속축과; 상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제1변속축에 분리된 상태로 마련되는 제1동력전달기어와; 상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되는 제2동력전달기어와; 상기 제1변속축에 마련되어, 상기 제1변속출력기어와 맞물려 회전하는 제1변속입력기어와; 상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되어, 상기 제2변속출력기어와 맞물려 회전하는 제2변속입력기어와; 상기 제1변속축과 상기 제1동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제1입력 속도에 따라 상기 제1동력전달기어의 동력을 상기 제1변속축에 선택적으로 전달하는 제1일방향클러치와; 상기 제2변속축과 상기 제2동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2동력전달기어의 동력을 상기 제2변속축에 선택적으로 전달하는 제2일방향클러치와; 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제3입력 속도에 따라 상기 입력축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제1동력전달부와; 상기 제2변속축과 상기 제2변속입력기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2변속축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제2동력전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1동력전달부는, 상기 입력축에 경사지게 결합되는 경사판과; 상기 입력축의 둘레를 따라 배치되며, 상기 경사판에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰하는 복수의 제1마찰부재와; 상기 복수의 제1마찰부재를 상기 경사판에 밀착하도록 탄성력을 제공하는 복수의 제1탄성부재와; 상기 입력축에 슬라이딩가능하게 상기 출력축에 결합되며, 상기 복수의 제1마찰부재와 상기 복수의 제1탄성부재를 수용하는 제1블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 제1마찰부재와 상기 복수의 제1탄성부재와 상기 제1블록은 상기 경사판을 사이에 두고 대향 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2동력전달부는, 상기 제2변속축의 외주에 경사지게 돌출 형성된 경사단부와; 상기 제2변속축의 둘레를 따라 배치되며, 상기 경사단부에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰하는 복수의 제2마찰부재와; 상기 복수의 제2마찰부재를 상기 경사단부에 밀착하도록 탄성력을 제공하는 복수의 제2탄성부재와; 상기 제2변속축에 슬라이딩가능하게 상기 제2변속입력기어에 결합되며, 상기 복수의 제2마찰부재와 상기 복수의 제2탄성부재를 수용하는 제2블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 제1마찰부재에 가해지는 상기 복수의 제1탄성부재의 탄성력을 조절하는 탄성조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력과 출력간의 부하 차이에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있으며, 변속시 소음도 줄이고, 안정적으로 변속할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기의 사시도,
도 2는 도 1의 요부 사시도,
도 3은 도 1의 요부 종단면도,
도 4는 도 1의 제1동력전달기어, 제1변속입력기어, 제1변속축의 결합 사시도,
도 5는 도 1의 제2동력전달기어, 제2변속입력기어, 제2변속축의 결합 사시도,
도 6은 도 1의 제1동력전달부의 사시도,
도 7은 도 6의 요부 파단 단면도,
도 8은 도 1의 제2동력전달부의 사시도,
도 9는 도 8의 요부 파단 단면도,
도 10은 도 1의 제1일방향클러치 및 제2일방향클러치의 작동 상태를 도시한 정면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 10에는 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 능동형 자동 변속기는 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

본 실시예의 경우, 3단의 변속기를 도시하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.

도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 능동형 자동 변속기는, 본체 하우징(11), 입력축(15), 입력 기어(17), 출력축(21), 제1변속출력기어(31), 제2변속출력기어(35), 제1변속축(41), 제2변속축(45), 제1동력전달기어(51), 제2동력전달기어(55), 제1변속입력기어(61), 제2변속입력기어(65), 제1일방향클러치(71a), 제2일방향클러치(71b), 제1동력전달부(101), 제2동력전달부(121)를 포함한다.

본체 하우징(11)은 본 실시예의 능동형 자동 변속기의 외관을 형성하는 부분이다. 본체 하우징(11)은 강성이 있는 금속 재질로 제작될 수 있다.

대부분의 구성이 본체 하우징(11) 내에 수용되는 형태로 조립된다. 하지만, 동작을 위해 입력축(15)의 일 영역과 출력축(21)의 일 영역은 본체 하우징(11)의 외측으로 일정 부분 노출된다. 입력축(15)과 본체 하우징(11) 사이, 출력축(21)과 본체 하우징(11) 사이, 그리고 각 변속축(41,45)과 본체 하우징(11) 사이에는 원활한 회전을 위한 베어링(13)들이 개재된다.

입력축(15)은 구동을 위한 동력이 입력된다. 입력된 동력은 후술할 구조에 의해 가감된 후에 출력축(21)을 통해 출력된다. 가감은 속도와 토크 모두를 포함할 수 있다. 입력축(15)에는 입력측 커플링(16)이 장착되어 있으며, 입력측 커플링(16)은 필요에 따라 선택적으로 개재될 수 있다.

입력 기어(17)는 입력축(15)의 외주에 일체로 형성되어 입력축(15)과 함께 회전한다. 여기서, 입력 기어(17)는 입력축(15)과 일체로 형성되지 않고, 입력축(15)에 키 결합 또는 끼워맞춤결합될 수도 있다.

출력축(21)은 입력축(15)으로부터 입력된 동력을 출력한다. 출력축(21)은 속이 빈 원통형상을 가지며, 입력축(15)과 동축을 이루며 배치된다. 출력축(21)의 내주에는 입력축(15)의 일부분이 간격을 두고 수용된다. 입력축(15)이 수용되는 출력축(21)의 영역, 즉 입력축(15)과 출력축(21) 사이에는 제1동력전달부(101)가 개재되어 있다. 한편, 출력축(21)의 일단부에는 본체 하우징(11)을 부분적으로 둘러싸며 출력축(21)과 함께 회전하는 출력축 하우징(23)이 연결되어 있다.

제1변속출력기어(31)와 제2변속출력기어(35)는 상호 다른 직경과 잇수를 가지며, 출력축(21)의 외주에 간격을 두고 일체로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 제1변속출력기어(31)가 제2변속출력기어(35) 보다 큰 직경과 많은 잇수를 가진다. 여기서, 제1변속출력기어(31)와 제2변속출력기어(35)는 출력축(21)과 일체로 형성되지 않고, 출력축(21)에 키 결합 또는 끼워맞춤결합될 수도 있다.

제1변속축(41)과 제2변속축(45)은 입력축(15)을 사이에 두고 입력축(15)과 평행하게 배치된다.

제1동력전달기어(51)는 입력 기어(17)와 맞물려 회전하며 제1변속축(41)에 분리된 상태로 마련된다. 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41) 사이에는 제1일방향클러치(71a)가 개재되어 있다.

제2동력전달기어(55)는 입력 기어(17)와 맞물려 회전하며 제2변속축(45)에 분리된 상태로 마련된다. 제2동력전달기어(55)와 제2변속축(45) 사이에는 제2일방향클러치(71b)가 개재되어 있다.

제1변속입력기어(61)는 제1변속축(41)의 외주에 일체로 형성되어, 제1변속출력기어(31)와 맞물려 회전한다. 여기서, 제1변속입력기어(61)는 제1변속축(41)과 일체로 형성되지 않고, 제1변속축(41)에 키 결합 또는 끼워맞춤결합될 수도 있다.

제2변속입력기어(65)는 제2변속출력기어(35)와 맞물려 회전하며, 제2변속축(45)에 분리된 상태로 마련된다. 제2변속축(45)과 제2변속입력기어(65) 사이에는 제2동력전달부(121)가 개재되어 있다.

제1일방향클러치(71a)는 제1변속축(41)과 제1동력전달기어(51) 사이에 마련되어, 입력축(15)의 제1입력 속도에 따라 제1동력전달기어(51)의 동력을 제1변속축(41)에 선택적으로 전달한다.

제1일방향클러치(71a)는 도 10에 도시된 바와 같이, 내주면에 복수의 캠홈부(75a)가 형성된 링 형상의 외륜(73a)과, 캠홈부(75a)에 대응하여 배치되는 복수의 구름부재(77a)와, 구름부재(77a)가 걸려 지지되는 제1걸림부(83a)와 제2걸림부(91a)가 형성된 내륜(81a)을 포함한다.

외륜(73a)의 캠홈부(75a)는 외륜(73a)의 내주면에 반경 방향 외측을 향해 함몰되게 형성되되 원주 방향을 따라 규칙적으로 배열되어 있다. 캠홈부(75a)는 도시된 바와 같이, 외륜(73a)의 회전축심으로부터의 거리가 긴 부분과 짧은 부분이 번갈아 반복적으로 형성되는 마치 해바라기와 같은 형상을 갖는다. 외륜(73a)은 제1동력전달기어(51)의 내주에 결합되어, 제1동력전달기어(51)와 일체로 회전한다.

구름부재(77a)는 외륜(73a) 및 내륜(81a) 사이에 배치되어, 외륜(73a)에 대하여 내륜(81a)이 일방향으로 회전될 때 그 회전을 보다 원활하게 하기 위해 마련되는 구성이다. 본 실시예에서 구름부재(77a)는 롤러로 마련된다.

내륜(81a)은 외륜(73a)의 내부에 배치되어 외륜(73a)에 대해 상대 회전되는 부분으로 제1변속축(41)의 외주면에 결합되어, 제1변속축(41)과 일체로 회전한다.

제1걸림부(83a) 및 제2걸림부(91a)는 도 10에 도시된 바와 같이, 내륜(81a)의 외주면에서 반경 방향 내측을 향해 함몰되게 형성된 함몰부(97a)에 의해 마련된다. 즉, 제1걸림부(83a) 및 제2걸림부(91a)는 함몰부(97a)의 양측 코너 영역에 각각 대향 배치된다.

부연하면, 제1걸림부(83a)는 제1측벽(85a)과 제1바닥부(87a)에 의해 형성되고, 제2걸림부(85a)는 제2측벽(93a)과 제2바닥부(95a)에 의해 형성된다. 이 경우, 제1측벽(85a) 및 제2측벽(93a)은 직선 형상을 가지지만, 제1바닥부(87a) 및 제2바닥부(95a)는 비직선형 형상으로 상호 연결된다.

캠홈부(75a)와 제1걸림부(83a)의 제1바닥부(87a) 사이의 간격은 구름부재(77a)의 직경보다 크고, 제1변속축(41)의 축 중심으로부터의 거리가 짧은 캠홈부(75a)의 영역과 제2걸림부(91a)의 제2바닥부(95a) 사이의 간격은 구름부재(77a)의 직경보다 작다.

제1걸림부(83a)는 도 10에 도시된 바와 같이, 내륜(81a)이 반시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77a)가 걸려 지지되기는 하되 외륜(73a)에 대하여 내륜(81a)의 회전을 허용한다. 즉, 외륜(73a)이 결합된 제1동력전달기어(51)는 제1변속축(41)과 함께 회전을 하지 않게 된다. 다시 말해, 제1변속축(41)이 반시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77a)가 제1걸림부(83a) 쪽에 치우쳐 걸리기는 하지만 그 상태로 외륜(73a) 및 내륜(81a) 사이에서 회전되면서 제1변속축(41)이 원활하게 회전되도록 한다.

이에 반해, 제2걸림부(91a)는, 예컨대 제1변속축(41)이 시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77a)가 걸려 지지되기는 하되 외륜(73a)에 대하여 내륜(81a)의 회전을 구속한다. 즉, 외륜(73a)이 장착된 제1동력전달기어(51)는 제1변속축(41)과 함께 회전을 하게 된다. 다시 말해, 제1변속축(41)이 시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77a)가 제2걸림부(91a) 쪽에 치우쳐 걸림과 동시에 내륜(81a)의 회전축심으로부터의 거리가 짧은 캠홈부(75a) 영역에 부딪히면서 내륜(81a)의 회전을 구속, 즉 제1변속축(41)의 회전을 구속하게 된다.

이 때, 제1변속축(41)의 회전 속도가 제1동력전달기어(51)의 회전 속도보다 느리거나 동일하면 제1변속축(41)은 제1동력전달기어(51)와 함께 회전을 하게 되고, 반대로 제1변속축(41)의 회전 속도가 제1동력전달기어(51)의 회전 속도보다 빠르면 제1일방향클러치(71a)에서 미끄럼이 발생하여 제1변속축(41)과 제1동력전달기어(51)는 함께 회전을 하지 않게 된다.

이로써, 제1일방향클러치(71a)는 제1동력전달기어(51)의 회전 속도에 따라, 즉 입력축(15)의 제1입력 속도에 따라 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41)을 함께 회전시키거나, 함께 회전시키지 않게 하는 역할을 한다.

제2일방향클러치(71b)는 전술한 제1일방향클러치(71a)와 동일한 구성을 가지므로, 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 제2일방향클러치(71b)는 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 제1일방향클러치(71a)와는 달리, 내륜(81b)이 제2변속축(45)의 외주면에 결합되어 있다. 이에, 제2변속축(45)이 반시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77b)가 걸려 지지되기는 하되 외륜(73b)에 대하여 내륜(81b)의 회전을 허용한다. 즉, 외륜(73b)이 결합된 제2동력전달기어(55)는 내륜(81b)과 함께 회전을 하지 않게 된다. 다시 말해, 제2변속축(45)이 반시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77b)가 제1걸림부(83b) 쪽에 치우쳐 걸리기는 하지만 그 상태로 외륜(73b) 및 내륜(81b) 사이에서 회전되면서 제2변속축(45)이 원활하게 회전되도록 한다.

이에 반해, 제2걸림부(85b)는, 제2변속축(45)이 시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77b)가 걸려 지지되기는 하되 외륜(73b)에 대하여 내륜(81b)의 회전을 구속한다. 즉, 외륜(73b)이 장착된 제2동력전달기어(55)는 제2변속축(45)과 함께 회전을 하게 된다. 다시 말해, 제2변속축(45)이 시계 방향으로 회전될 때 구름부재(77b)가 제2걸림부(91b) 쪽에 치우쳐 걸림과 동시에 제2변속축(45)의 회전축심으로부터의 거리가 짧은 캠홈부(75b) 영역에 부딪히면서 내륜(81b)의 회전을 구속, 즉 제2변속축(45)의 회전을 구속하게 된다.

이 때, 제2변속축(45)의 회전 속도가 제2동력전달기어(55)의 회전 속도보다 느리거나 동일하면 제2변속축(45)은 제2동력전달기어(55)와 함께 회전을 하게 되고, 반대로 제2변속축(45)의 회전 속도가 제2동력전달기어(55)의 회전 속도보다 빠르면 제2일방향클러치(71b)에서 미끄럼이 발생하여 제2변속축(45)과 제2동력전달기어(55)는 함께 회전을 하지 않게 된다.

이로써, 제2일방향클러치(71b)는 제2동력전달기어(55)의 회전 속도에 따라, 즉 입력축(15)의 제2입력 속도에 따라 제2동력전달기어(55)와 제2변속축(45)을 함께 회전시키거나, 함께 회전시키지 않게 하는 역할을 한다.

제1동력전달부(101)는 입력축(15)과 출력축(21) 사이에 마련되어, 입력축(15)의 제3입력 속도에 따라 입력축(15)의 동력을 출력축(21)에 선택적으로 전달한다. 제1동력전달부(101)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 경사판(103)과, 복수의 제1마찰부재(105)와, 복수의 제1탄성부재(107)와, 제1블록(109)을 포함한다.

경사판(103)은 입력축(15)에 경사지게 마련되며, 출력축(21)의 내주에 슬라이딩 가능하게 결합된다.

복수의 제1마찰부재(105)는 입력축(15)의 둘레를 따라 배치되며, 경사판(103)에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰한다. 본 실시예에서는 제1마찰부재(105)로서 볼 형상의 마찰부재가 도시되어 있지만, 제1마찰부재(105)의 형상은 이에 한정되지 않는다.

제1탄성부재(107)는 복수의 제1마찰부재(105)를 경사판(103)에 밀착하도록 탄성력을 제공한다. 본 실시예에서는 제1탄성부재(107)로서 코일스프링이 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.

제1블록(109)은 속이 빈 원통형상을 가지며, 입력축(15)에 슬라이딩가능하게 출력축(21)의 내주에 결합된다. 제1블록(109)에는 복수의 제1마찰부재(105)와 복수의 제1탄성부재(107)를 각각 수용하는 복수의 제1수용홈(111)이 형성되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 복수의 제1마찰부재(105)와 복수의 제1탄성부재(107)를 수용하는 한 쌍의 제1블록(109)이 경사판(103)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다.

한편, 입력축(15)의 반대측에 위치한 제1블록(109)의 단부에는 복수의 제1마찰부재(105)에 가해지는 복수의 제1탄성부재(107)의 탄성력을 조절하는 탄성조절부(115)가 더 마련되어 있다. 탄성조절부(115)는 출력축(21)의 내주에 나사 결합되어, 복수의 제1수용홈(111)에 수용된 복수의 제1탄성부재(107)의 자유단부를 지지한다. 탄성조절부(115)를 경사판(103)을 향해 전진시키면 제1탄성부재(107)가 압축하면서 제1탄성부재(107)와 제1마찰부재(105) 사이의 마찰력이 증대하고, 탄성조절부(115)를 경사판(103)으로부터 이격시키면 제1탄성부재(107)가 인장하면서 제1탄성부재(107)와 제1마찰부재(105) 사이의 마찰력은 감소하게 된다.

제2동력전달부(121)는 제2변속축(45)과 제2변속입력기어(65) 사이에 마련되어, 입력축(15)의 제2입력 속도에 따라 제2변속축(45)의 동력을 출력축(21)에 선택적으로 전달한다. 제2동력전달부(121)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 경사단부(123)와, 복수의 제2마찰부재(125)와, 복수의 제2탄성부재(127)와, 제2블록(129)을 포함한다.

경사단부(123)는 제2변속축(45)의 외주에 제2변속축(45)의 축선에 대해 경사지게 돌출 형성되어 있다.

복수의 제2마찰부재(125)는 제2변속축(45)의 둘레를 따라 배치되며, 경사단부(123)에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰한다. 본 실시예에서의 제2마찰부재(125)는 제1마찰부재(105)와 마찬가지로 볼 형상을 가진다. 본 실시예에서는 제2마찰부재(125)로서 볼 형상의 마찰부재가 도시되어 있지만, 제2마찰부재(125)의 형상은 이에 한정되지 않는다.

복수의 제2탄성부재(127)는 복수의 제2마찰부재(125)를 경사단부(123)에 밀착하도록 탄성력을 제공한다. 본 실시예에서는 제2탄성부재(127)로서 코일스프링이 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.

제2블록(129)은 속이 빈 원통형상을 가지며, 제2변속축(45)에 슬라이딩가능하게 결합된다. 제2블록(129)에는 복수의 제2마찰부재(125)와 복수의 제2탄성부재(127)를 각각 수용하는 복수의 제2수용홈(131)이 형성되어 있다. 또한, 제2블록(129)의 자유단부에는 복수의 제2수용홈(131)에 수용된 스프링을 탄성 지지하는 탄성부재 지지판(133)이 장착되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 제2블록(129)이 제2변속입력기어(65)와 일체로 형성되어 있지만, 제2블록(129)과 제2변속입력기어(65)는 키 결합 또는 끼워맞춤결합될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기는 3개의 변속 과정을 가진다. 즉, 입력축(15), 제1동력전달부(101), 출력축(21)으로 동력이 전달되는 3단 변속 과정과, 입력축(15), 입력 기어(17), 제2동력전달기어(55), 제2변속축(45), 제2동력전달부(121), 제2변속입력기어(65), 제2변속출력기어(35), 출력축(21)으로 순차적으로 동력이 전달되는 2단 변속 과정과, 입력축(15), 입력 기어(17), 제1동력전달기어(51), 제1변속축(41), 제1변속입력기어(61), 제2변속출력기어(31), 출력축(21)으로 순차적으로 동력이 전달되는 과정을 1단 변속 과정을 가진다.

또한, 1단 변속이 이루어질 때 출력축(21)은 저속으로 회전하고, 2단 변속이 이루어질 때 출력축(21)은 1단 변속시 보다 빠른 중속으로 회전하며, 3단 변속이 이루어질 때 출력축(21)은 2단 변속시 보다 빠른 고속으로 회전한다.

특히, 3단 변속은 자전거의 평탄 주행 조건에 맞는 설정 압력으로 복수의 제1탄성부재(107)의 탄성력을 조절, 즉 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 마찰력을 조절하여 가능하다.

이에, 자전거의 등판의 경우 3단 변속으로는 견인력이 부족하여 3단 변속에서는 슬립이 발생하게 된다. 즉, 복수의 제1마찰부재(105)의 설정 탄성력보다 견인력이 크면 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 미끄럼 마찰(슬립)이 발생하고, 복수의 제1마찰부재(105)의 설정 탄성력보다 견인력이 작으면 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 정지 마찰이 발생한다.

이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기의 구동에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 출발시와 등반시, 최초 3단에서 회전 및 변속이 시작된다. 제1동력전달부(101)의 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 정지 마찰이 작용한 상태에서 3단 변속이 이루어진다. 이 때, 제1일방향클러치(71a)에 미끄럼 마찰(슬립)이 발생하여 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41)은 일체로 회전하지 않고, 또한 제2일방향클러치(71b)에 미끄럼 마찰이 발생하여 제2동력전달기어(55)와 제2변속축(45)은 일체로 회전하지 않아, 1단 변속 및 2단 변속이 이루어지지 않는다.

한편, 출발시와 등반시의 견인력이 3단 변속의 제1동력전달부(101)의 스프링 탄성력을 이기게 되면, 즉 3단 변속시 보다 큰 견인력이 발생하면 입력축(15)과 출력축(21)에 슬립이 발생하여 회전 속도 차가 생긴다.

이 때, 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하여 3단 변속은 이루어지지 않고, 2단 변속이 이루어진다.

즉, 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하면 제2변속축(45)의 회전이 느려진다. 이 때, 제2변속축(45)의 회전 속도가 제2동력전달기어(55)의 회전 속도보다 느리거나 동일하면 제2일방향클러치(71b)에 의해 제2동력전달기어(55)와 제2변속축(45)은 일체로 회전하여 2단 변속이 이루어진다. 동시에, 제1일방향클러치(71a)에 미끄럼 마찰이 발생하여 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41)은 일체로 회전하지 않아, 1단 변속이 이루어지지 않는다.

그리고, 2단 변속시보다 더 큰 견인력이 발생하면, 제1동력전달부(101)의 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하여 3단 변속은 이루어지지 않음과 동시에, 제2동력전달부(121)의 경사단부(123)와 복수의 제2마찰부재(125) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하여 3단 및 2단 변속은 이루어지지 않고, 1단 변속이 이루어진다.

즉, 제1동력전달부(101)의 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 미끄럼 마찰이 발생함과 동시에, 제2동력전달부(121)의 경사단부(123)와 복수의 제2마찰부재(125) 사이에 미끄럼 마찰이 발생하면, 제1변속축(41)의 회전이 느려진다. 이 때, 제1변속축(41)의 회전 속도가 제1동력전달기어(51)의 회전 속도보다 느리거나 동일하면, 제1일방향클러치(71a)에 의해 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41)은 일체로 회전하여 1단 변속이 이루어진다.

더 상세하게 부연 설명하면, 입력 기어(17), 제1동력전달기어(51), 제2동력전달기어(55)의 회전 속도가 동일하다고 가정했을 때, 각 변속단은 상시 물려 있어 1단 변속은 2단 변속 및 3단 변속의 슬립에 영향을 받아 제1변속축(41)이 느리게 회전한다. 즉, 제1일방향클러치(71a)의 외륜(73a)은 제1동력전달기어(51)와 체결되어 있고 입력 회전수와 동일하다. 따라서, 제1변속축(41)이 느려지면 외륜(73a)이 제1변속축(41)보다 회전이 느려, 제1동력전달기어(51)와 제1변속축(41)은 연결되어 1단 변속이 이루어진다.

따라서, 출발시 견인력이 커지면 제1동력전달부(101)에서 슬립이 발생하여 2단 변속이 되고, 2단 변속에서도 견인력이 부족하면 제2동력전달부(121)에서 슬립이 발생하여 1단 변속이 이루어진다. 이와 같이 견인력의 주행 조건에 따라 슬립에 의해 각 변속단의 속도차에 의하여 능동적으로 변속이 된다.

이러한, 본 발명의 능동형 자동 변속기의 변속 과정을 다시 부연 설명하면 다음과 같다.

주행 조건의 견인력에 의하여 제1동력전달부(101)의 경사판(103)과 복수의 제1마찰부재(105) 사이에 슬립이 발생하여 속도 차가 발생한다.

속도 차에 의하여 3단 변속이 슬립이 되면 2단 변속에 영향을 준다.

그리고, 제2동력전달부(121)의 경사단부(123)와 복수의 제2마찰부재(125) 사이에 슬립이 발생하여 속도 차가 발생하면, 3단 변속과 2단 변속이 슬립함에 따라 1단 변속에 영향을 준다.

회전 속도가 느려지면, 제1변속축(41)과 제1일방향클러치(71a)의 외륜(73a)의 속도 차에 의하여 제1변속축(41)과 제1동력전달기어(51)가 연결 또는 비연결되거나, 제2변속축(45)과 제2일방향클러치(71b)의 외륜(73b)의 속도차에 의하여 제2변속축(45)과 제2동력전달기어(55)가 연결 또는 비연결된다.

속도 차는 각 변속단의 슬립에 의해 발생되며, 슬립은 주행 조건(견인력)에 의해 발생한다.

슬립이 발생하면 입력 측과 출력 측 사이에 속도 차가 발생하고, 이 속도 차에 의해 각 일방향클러치가 연결이 단속된다.

한편, 1단에서 다시 견인력이 회복되면, 즉 자전거가 평탄길을 주행하면, 2단 변속 및 3단 변속의 슬립에 의한 마찰력에 의하여 주행 조건에 따라 높은 단으로 변속이 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기는 변속을 위한 별도의 제어 없이도 입력 속도 차에 의해 능동적으로 변속이 이루어질 수 있어 동력 전달 효율이 향상될 수 있으며, 변속시 소음도 줄이고, 안정적으로 변속할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 능동형 자동 변속기는 특히, 변속이 능동적으로 진행되기 때문에 여러 용도로 사용이 가능하다. 예컨대, 이륜차, 선박, 각종 산업용 등 폭넓게 사용이 가능하다.

15 : 입력축 17 : 입력기어
21 : 출력축 31 : 제1변속출력기어
35 : 제2변속출력기어 41 : 제1변속축
45 : 제2변속축 51 : 제1동력전달기어
55 : 제2동력전달기어 61 : 제1변속입력기어
65 : 제2변속입력기어 71a : 제1일방향클러치
71b : 제2일방향클러치 101 : 제1동력전달부
103 : 경사판 105 : 제1마찰부재
107 : 제1탄성부재 109 : 제1블록
111 : 제1수용홈 115 : 탄성조절부
121 : 제2동력전달부 123 : 경사단부
125 : 제2마찰부재 127 : 제2탄성부재
129 : 제2블록 131 : 제2수용홈

Claims

입력축과;
상기 입력축에 마련되어, 상기 입력축과 함께 회전하는 입력 기어와;
상기 입력축과 동축을 이루며 배치되는 출력축과;
상기 출력축에 마련되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 제1변속출력기어 및 제2변속출력기어와;
상기 입력축을 사이에 두고 배치되는 제1변속축 및 제2변속축과;
상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제1변속축에 분리된 상태로 마련되는 제1동력전달기어와;
상기 입력 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되는 제2동력전달기어와;
상기 제1변속축에 마련되어, 상기 제1변속출력기어와 맞물려 회전하는 제1변속입력기어와;
상기 제2변속축에 분리된 상태로 마련되어, 상기 제2변속출력기어와 맞물려 회전하는 제2변속입력기어와;
상기 제1변속축과 상기 제1동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제1입력 속도에 따라 상기 제1동력전달기어의 동력을 상기 제1변속축에 선택적으로 전달하는 제1일방향클러치와;
상기 제2변속축과 상기 제2동력전달기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2동력전달기어의 동력을 상기 제2변속축에 선택적으로 전달하는 제2일방향클러치와;
상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제3입력 속도에 따라 상기 입력축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제1동력전달부와;
상기 제2변속축과 상기 제2변속입력기어 사이에 마련되어, 상기 입력축의 제2입력 속도에 따라 상기 제2변속축의 동력을 상기 출력축에 선택적으로 전달하는 제2동력전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제1동력전달부는,
상기 입력축에 경사지게 결합되는 경사판과;
상기 입력축의 둘레를 따라 배치되며, 상기 경사판에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰하는 복수의 제1마찰부재와;
상기 복수의 제1마찰부재를 상기 경사판에 밀착하도록 탄성력을 제공하는 복수의 제1탄성부재와;
상기 입력축에 슬라이딩가능하게 상기 출력축에 결합되며, 상기 복수의 제1마찰부재와 상기 복수의 제1탄성부재를 수용하는 제1블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 제1마찰부재와 상기 복수의 제1탄성부재와 상기 제1블록은 상기 경사판을 사이에 두고 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
제1항에 있어서,
상기 제2동력전달부는,
상기 제2변속축의 외주에 경사지게 돌출 형성된 경사단부와;
상기 제2변속축의 둘레를 따라 배치되며, 상기 경사단부에 미끄럼 마찰 및 정지 마찰하는 복수의 제2마찰부재와;
상기 복수의 제2마찰부재를 상기 경사단부에 밀착하도록 탄성력을 제공하는 복수의 제2탄성부재와;
상기 제2변속축에 슬라이딩가능하게 상기 제2변속입력기어에 결합되며, 상기 복수의 제2마찰부재와 상기 복수의 제2탄성부재를 수용하는 제2블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 제1마찰부재에 가해지는 상기 복수의 제1탄성부재의 탄성력을 조절하는 탄성조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 자동 변속기.