KR101431677B1 - 토로이달 무단 변속 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속용 로울러에 대한 디스크의 압착력을 조절할 수 있게 하는 토로이달 무단 변속 장치에 관한 것으로서, 각도 조절이 가능한 적어도 하나의 변속용 로울러; 상기 변속용 로울러의 일측에 접촉되는 입력측 토로이달 디스크; 상기 변속용 로울러의 타측에 접촉되는 출력측 토로이달 디스크; 상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 입력측 토로이달 디스크의 제 1 압착력과 상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 출력측 토로이달 디스크의 제 2 압착력이 서로 균등하게 분배되도록 상기 입력측 토로이달 디스크와 상기 출력측 토로이달 디스크에 설치되는 압착력 균등 분배 장치; 및 상기 제 1 압착력 및 제 2 압착력의 크기를 조절할 수 있는 압착력 조절 장치;를 포함할 수 있다.

Description

토로이달 무단 변속 장치{Toroidal continuously variable transmission}

본 발명은 토로이달 무단 변속 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속용 로울러에 대한 디스크의 압착력을 조절할 수 있게 하는 토로이달 무단 변속 장치에 관한 것이다.

일반적으로 토로이달 타입의 무단 변속 장치는, 입력측 토로이달 디스크와, 출력측 토로이달 디스크 사이에 이들과 접촉되는 변속용 로울러를 설치하고, 변속용 로울러의 접촉 각도를 변화시켜서 연속적인 무단 변속이 이루어지게 하는 장치이다. 변속용 로울러의 각도를 변화시키는 것 이외에도 변속용 로울러를 지지축 방향으로 이동시켜서 무단 변속이 이루어지게 하는 방식도 가능하다.

한편, 토로이달 무단 변속 장치는 상기 입력측 토로이달 디스크의 압착력과 상기 출력측 토로이달 디스크의 압착력이 서로 균형을 이루는 것이 중요하다.

그러나, 이러한 종래의 토로이달 무단 변속 장치는, 외부 케이스에 상기 입력측 토로이달 디스크와, 상기 출력측 토로이달 디스크가 고정적으로 고정되기 때문에 상기 입력측 토로이달 디스크의 압착력과 상기 출력측 토로이달 디스크의 압착력이 서로 균형을 이루기가 매우 어렵고, 최초 압착력이 균형을 이루도록 세팅할 수 있다 하더라도 사용시 변속용 로울러의 각도 변화에 따라 압착력이 수시로 달라지고, 장시간 사용하는 동안, 기계적인 마모나 작동 환경 등에 따라서 상기 입력측 토로이달 디스크의 압착력과 상기 출력측 토로이달 디스크의 압착력이 서로 달라져서 변속시 동력 전달이 충분히 이루어지지 못하거나 부품들 간의 기계적인 결속이 약해지거나 내부에 불필요한 응력이 발생되어 부품들이 오동작을 일으키거나 파손되는 등의 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 압착력을 정밀하게 조절할 수 있는 장치가 개발되지 못하여 다양한 운전 조건이나 운전 특성에 맞추어 운전 중 실시간으로 압착력을 변경시킬 수 없었던 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 운전 중에 실시간으로 압착력을 변경하여 다양한 운전 조건이나 운전 특성에 능동적으로 대응할 수 있고, 변속용 로울러의 각도를 직접적으로 제어하여 정방향 및 역방향 무단 변속을 모두 용이하게 할 수 있고, 스플라인 기구를 이용하여 변속용 로울러에 대한 입력측 토로이달 디스크의 압착력과 출력측 토로이달 디스크의 압착력이 동일해지도록 자동으로 균등하게 분배할 수 있어서 동력 전달이 우수하고, 부품들 간의 내부 응력을 제거하여 제품의 신뢰도나 내구성을 크게 향상시킬 수 있고, 비교적 간단한 스플라인 기구를 이용하여 클러치 등 별도의 부품을 설치할 필요가 없어서 제품의 생산 비용과 생산 시간을 절감함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있고, 토로이달 무단 변속기의 보급을 확대할 수 있게 하는 토로이달 무단 변속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 토로이달 무단 변속 장치는, 각도 조절이 가능한 적어도 하나의 변속용 로울러; 상기 변속용 로울러의 일측에 접촉되는 입력측 토로이달 디스크; 상기 변속용 로울러의 타측에 접촉되는 출력측 토로이달 디스크; 상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 입력측 토로이달 디스크의 제 1 압착력과 상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 출력측 토로이달 디스크의 제 2 압착력이 서로 균등하게 분배되도록 상기 입력측 토로이달 디스크와 상기 출력측 토로이달 디스크에 설치되는 압착력 균등 분배 장치; 및 상기 제 1 압착력 및 제 2 압착력의 크기를 조절할 수 있는 압착력 조절 장치;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 변속용 로울러는, 제 1 각도 조절축이 설치되는 제 1 변속용 로울러; 및 제 2 각도 조절축이 설치되고, 연동 장치에 의해서 상기 제 1 변속용 로울러와 연동되는 제 2 변속용 로울러;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 연동 장치는, 상기 제 1 각도 조절축에 설치되는 제 1 기어; 상기 제 2 각도 조절축에 설치되고, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어; 및 상기 제 1 각도 조절축에 설치되고, 상기 제 1 각도 조절축을 회전시키는 스윙 손잡이;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 변속용 로울러는, 상기 제 1 각도 조절축 선상에 위치되어 상기 제 1 각도 조절축에 직교하는 제 1 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치되고, 상기 제 2 변속용 로울러는, 상기 제 2 각도 조절축 선상에 위치되어 상기 제 2 각도 조절축에 직교하는 제 2 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 압착력 균등 분배 장치는, 상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 선단부와 외부 케이스 사이에 설치되는 제 1 스플라인 기구; 상기 출력측 토로이달 디스크에 형성된 관통홀을 관통하여 연장되는 상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 후단부에 설치되는 제 2 가압 베어링; 상기 제 2 가압 베어링과 외부 케이스 사이에 설치되고, 축방향으로 슬라이딩이 가능한 축 슬라이딩 기구; 상기 축 슬라이딩 기구에 설치되는 탄성 스프링;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 압착력 조절 장치는, 상기 제 2 가압 베어링을 상기 입력측 토로이달 디스크의 상기 회전축의 후단부에 고정시키는 고정 너트; 및 상기 제 2 가압 베어링과 상기 축 슬라이딩 기구 사이에 설치되고, 상기 축 슬라이딩 기구와 나사 전후진이 가능하게 나사 결합되는 스프링 장력 조절나사;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 스플라인 기구는, 상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 선단부 및 후단부에 각각 설치되는 스플라인 축; 및 상기 스플라인 축과 결합되는 스플라인 보스;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 토로이달 무단 변속 장치는, 상기 외부 케이스의 일측 외부로 일부가 노출되고, 제 1 스플라인 기구와 연결되는 입력축; 및 상기 외부 케이스의 타측 외부로 일부가 노출되고, 상기 출력측 토로이달 디스크에 설치된 제 1 출력 기어와 치합되는 제 2 출력 기어를 갖는 출력축;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 외부 케이스는, 몸체; 상기 몸체에 설치되고, 상기 입력축을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 1 베어링; 및 상기 몸체에 설치되고, 상기 출력축을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 3 베어링;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 토로이달 무단 변속 장치는, 상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축과, 상기 출력측 토로이달 디스크의 관통홀 사이에 설치되는 디스크 베어링; 및 상기 탄성 스프링과, 상기 출력측 토로이달 디스크 사이에 설치되는 제 1 가압 베어링;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 가압 베어링은, 압력 전달이 우수한 경사 로울러 베어링일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 입력측 토로이달 디스크는, 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 입력측 접촉면이 형성되고, 상기 출력측 토로이달 디스크는, 상기 입력측 접촉면과 대향하고, 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 출력측 접촉면이 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 압착력을 정밀하게 조절할 수 있어서 다양한 운전 조건이나 운전 특성에 능동적으로 대응할 수 있으며, 정방향 및 역방향 무단 변속을 모두 용이하게 할 수 있고, 동력 전달이 우수하고, 부품들 간의 내부 응력을 제거하여 제품의 신뢰도나 내구성을 크게 향상시킬 수 있으며, 제품의 생산 비용과 생산 시간을 절감함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있고, 토로이달 무단 변속기의 보급을 확대할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 토로이달 무단 변속 장치를 보다 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 토로이달 무단 변속 장치의 스플라인 기구를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 토로이달 무단 변속 장치의 외부 케이스를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 토로이달 무단 변속 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6는 도 4의 토로이달 무단 변속 장치의 부분 절개 정면도이다.
도 7은 도 4의 토로이달 무단 변속 장치의 측면도이다.
도 8은 도 3의 토로이달 무단 변속 장치를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치(100)를 개념적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 토로이달 무단 변속 장치(100)를 보다 구체적으로 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치(100)는, 크게 변속용 로울러(10)와, 입력측 토로이달 디스크(20)와, 출력측 토로이달 디스크(30)와, 압착력 균등 분배 장치(60) 및 압착력 조절 장치(70)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 변속용 로울러(10)는, 무단 변속이 이루어지도록 상기 입력측 토로이달 디스크(20)와, 상기 출력측 토로이달 디스크(30) 사이에 각도 조절이 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 예를 들어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 변속용 로울러(10)는, 제 1 각도 조절축(11-1)이 설치되는 제 1 변속용 로울러(11) 및 제 2 각도 조절축(12-1)이 설치되고, 연동 장치(13)에 의해서 상기 제 1 변속용 로울러(11)과 연동되는 제 2 변속용 로울러(12)를 포함할 수 있다.

여기서, 더욱 구체적으로는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연동 장치(13)는, 상기 제 1 각도 조절축(11-1)에 설치되는 제 1 기어(13-1)와, 상기 제 2 각도 조절축(12-1)에 설치되고, 상기 제 1 기어(13-1)와 치합되는 제 2 기어(13-2)를 포함할 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 또는 기계 장치가 상기 제 1 각도 조절축(11-1)을 회전시키면, 상기 제 1 각도 조절축(11-1)의 각도가 변화되면서 예컨데, 상기 제 1 변속용 로울러(11)의 일측면은 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전 중심에 가깝게 접촉되는 동시에 상기 제 1 변속용 로울러(11)의 타측면은 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 회전 중심으로부터 멀어지게 접촉될 수 있다. 그러므로, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전수 보다 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 회전수가 느려져서 마치 변속기의 단수가 낮아지는 역할을 할 수 있다.

이 때, 상기 제 2 변속용 로울러(12)는, 상기 제 1 기어(13-1)와 치합된 제 2 기어(13-2)에 의해서 역회전되면서 상기 제 1 변속용 로울러(11)와 마찬가지로 상기 제 2 변속용 로울러(12)의 일측면은 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전 중심에 가깝게 접촉되는 동시에 상기 제 2 변속용 로울러(12)의 타측면은 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 회전 중심으로부터 멀어지게 접촉되어 상기 제 1 변속용 로울러(11)를 도와서 무단 변속을 보다 용이하게 할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 변속용 로울러(11)는, 상기 제 1 각도 조절축(11-1) 선상에 위치되어 상기 제 1 각도 조절축(11-1)에 직교하는 제 1 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치될 수 있고, 상기 제 2 변속용 로울러(12)는, 상기 제 2 각도 조절축(12-1) 선상에 위치되어 상기 제 2 각도 조절축(12-1)에 직교하는 제 2 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치될 수 있다. 따라서, 역학적으로 상기 제 1 피봇축과, 상기 제 2 피봇축이 각각 상기 제 1 각도 조절축(11-1) 및 상기 제 2 각도 조절축(12-1)의 축 선상에 위치되어 축 선상에 위치되지 않는 경우 보다 상기 제 1 변속용 로울러(11)와 상기 제 2 변속용 로울러(12)의 회전이 용이하다.

또한, 이 과정에서 상기 입력측 토로이달 디스크(20)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)는 서로 가까워지거나 멀어질 수 있어야 하고, 본 발명에서는 이를 위하여 후술될 스플라인 기구나, 축 슬라이딩 기구를 적용할 수 있다.

한편, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)는, 상기 변속용 로울러(10)의 일측에 접촉될 수 있고, 상기 출력측 토로이달 디스크(20)는, 상기 변속용 로울러(10)의 타측에 접촉될 수 있다.

여기서, 예컨데, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)는, 상기 변속용 로울러(10)와의 접촉을 원활하게 할 수 있도록 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 입력측 접촉면(20a)이 형성될 수 있고, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)는, 상기 입력측 접촉면(20a)과 대향하고, 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 출력측 접촉면(30a)이 형성될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압착력 균등 분배 장치(40)는, 상기 변속용 로울러(10)를 가압하는 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 제 1 압착력(F1)과 상기 변속용 로울러(10)를 가압하는 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 제 2 압착력(F2)이 서로 균등하게 분배되도록 상기 입력측 토로이달 디스크(20)와 상기 출력측 토로이달 디스크(30)에 설치되는 장치일 수 있다.

더욱 구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어서, 상기 압착력 균등 분배 장치(60)는, 제 1 스플라인 기구(S1)와, 제 2 가압 베어링(PB2)과, 축 슬라이딩 기구(50)와, 탄성 스프링(61)을 포함할 수 있다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 스플라인 기구(S1)는, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전축(21)이 회전축 방향으로 전후진이 자유롭도록 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전축(21)의 선단부와 외부 케이스(1000) 사이에 설치되는 기구일 수 있다.

도 3은 도 1의 토로이달 무단 변속 장치(100)의 상기 제 1 스플라인 기구(S1)를 나타내는 부품 분해 사시도이다.

도 3에 예시된 바와 같이, 상기 제 1 스플라인 기구(S1)는, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전축(21)의 선단부 및 후단부에 각각 설치되는 스플라인 축(SS) 및 상기 스플라인 축(SS)과 축방향 움직임을 자유로우나 회전이 구속되도록 결합되는 스플라인 보스(SB)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 제 1 스플라인 기구(S1)를 이용하면, 무단 변속 과정에서 상기 입력측 토로이달 디스크(20)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)이 서로 가까워지거나 멀어지는 것이 가능하다.

또한, 상기 제 2 가압 베어링(PB2)는, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)에 형성된 관통홀(H)을 관통하여 연장되는 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전축(21)의 후단부에 설치되는 베어링일 수 있다.

여기서, 예컨데, 상기 제 2 가압 베어링(PB2)은, 압력 전달이 우수한 경사 로울러 베어링일 수 있다. 이외에도 상술된 베어링들은 마찰력을 줄일 수 있는 모든 종류의 베어링이 적용될 수 있다.

또한, 상기 축 슬라이딩 기구(50)는, 상기 제 2 가압 베어링(PB2)과 외부 케이스(1000) 사이에 설치되고, 축방향으로 슬라이딩이 가능한 기구일 수 있다.

여기서, 상기 축 슬라이딩 기구(50)는, 예컨데, 레일이나 가이드 부재 등 슬라이딩 움직임이 가능한 모든 형태의 기구 구조물들이 적용될 수 있다.

또한, 상기 탄성 스프링(61)은, 상기 축 슬라이딩 기구(50)에 설치되고, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)를 잡아 당기는 인력(K1)과 상기 출력측 토로이달 디스크(30)를 밀어 내는 척력(K2)이 동시에 균등하게 작용될 수 있도록 상기 입력측 토로이달 디스크(20)를 잡아 당기고, 동시에 상기 출력측 토로이달 디스크(30)를 밀어 내는 방향으로 작용하는 양방향 복원력을 갖는 스프링일 수 있다.

따라서, 상기 제 1 스플라인 기구(S1)와, 상기 제 2 가압 베어링(PB2) 및 상기 축 슬라이딩 기구(50)를 이용하면, 무단 변속 과정에서 상기 입력측 토로이달 디스크(20)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)이 서로 가까워지거나 멀어지는 것이 가능하다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 축 슬라이딩 기구(50)는, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)에 형성된 관통홀(H)을 관통하여 연장되는 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 상기 회전축(21)의 후단부와 외부 케이스(1000) 사이에 설치되는 기구로서, 상술된 상기 제 1 스플라인 기구(S1)와 유사한 구조 및 역할을 할 수 있다.

따라서, 상기 탄성 스프링(61)이 상기 회전축(21)의 후단부에 설치되어 상기 출력측 토로이달 디스크(30)를 가압하기 때문에 상기 인력(K1)과 상기 척력(K2)이 동시에 발생되고, 이러한 상기 인력(K1)과 상기 척력(K2)은 작용과 반작용의 원리에 의해서 그 크기가 언제나 항상 동일할 수 있다.

그러므로, 상기 변속용 로울러(10)의 회전 각도가 변경되어 상기 입력측 토로이달 디스크(20)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 사이가 서로 가까워지거나 멀어질 수 있더라도 상기 인력(K1)과 상기 척력(K2)이 항상 동시에 작용되는 상기 탄성 스프링(41)에 의해서 상기 변속용 로울러(10)를 가압하는 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 제 1 압착력(F1)과 상기 변속용 로울러(10)를 가압하는 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 제 2 압착력(F2)이 서로 균등하게 분배될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치(100)는, 상기 외부 케이스(1000)의 일측 외부로 일부가 노출되고, 제 1 스플라인 기구(S1)와 연결되는 입력축(IS) 및 상기 외부 케이스(1000)의 타측 외부로 일부가 노출되고, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)에 설치된 제 1 출력 기어(G1)와 치합되는 제 2 출력 기어(G2)를 갖는 출력축(OS)을 더 포함할 수 있다.

따라서, 사용자 또는 기계 장치가 상기 입력축(IS)을 회전시키면, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)가 함께 회전되고, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)가 회전되면, 상기 변속용 로울러(10)를 거쳐서 상기 출력측 토로이달 디스크(30)가 상기 변속용 로울러(10)의 접촉 각도에 따라 변속되어 회전될 수 있다.

이어서, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)가 회전되면, 상기 제 1 출력 기어(G1) 및 상기 제 2 출력 기어(G2)를 거쳐서 상기 출력축(OS)으로 회전력이 변속되게 전달될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 외부 케이스(1000)는, 제품의 외관을 형성하는 몸체(1010)와, 각 부품들 간의 원활한 구동을 위해서 상기 몸체(1010)에 설치되고, 상기 입력축(IS)을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 1 베어링(B1)과, 상기 몸체(1010)에 설치되고, 상기 출력축(OS)을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 3 베어링(B3)을 포함할 수 있다.

또한, 내부적으로도 각 부품들의 원활한 구동을 위해서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치(100)는, 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 회전축(21)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 관통홀(H) 사이에 설치되는 디스크 베어링(DB) 및 상기 탄성 스프링(41)과, 상기 출력측 토로이달 디스크(30) 사이에 설치되는 제 1 가압 베어링(PB1)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 예컨데, 상기 제 1 가압 베어링(PB1)은, 압력 전달이 우수한 경사 로울러 베어링일 수 있다. 이외에도 상술된 베어링들은 마찰력을 줄일 수 있는 모든 종류의 베어링이 적용될 수 있다.

그러므로, 상기 변속용 로울러(10)의 각도를 직접적으로 쉽게 제어하여 정방향 및 역방향 무단 변속을 모두 용이하게 할 수 있고, 상기 제 1 스플라인 기구(S1) 및 상기 제 2 스플라인 기구(S2)를 이용하여 상기 변속용 로울러(10)에 대한 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 제 1 압착력(F1)과 상기 출력측 토로이달 디스크(30)의 제 2 압착력(F2)이 동일해지도록 자동으로 균등하게 분배할 수 있어서 동력 전달이 우수하고, 부품들 간의 내부 응력을 제거하여 제품의 신뢰도나 내구성을 크게 향상시킬 수 있고, 비교적 간단한 상기 제 1 스플라인 기구(S1)나 상기 축 슬라이딩 기구(50)를 이용하여 클러치 등 별도의 부품을 설치할 필요가 없어서 제품의 생산 비용과 생산 시간을 절감함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있고, 토로이달 무단 변속기의 보급을 확대할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압착력 조절 장치(70)는, 상기 제 1 압착력(F1) 및 제 2 압착력(F2)의 크기를 조절할 수 있는 장치로서, 상기 제 2 가압 베어링(PB2)을 상기 입력측 토로이달 디스크(20)의 상기 회전축(21)의 후단부에 고정시키는 고정 너트(71) 및 상기 제 2 가압 베어링(PB2)과 상기 축 슬라이딩 기구(50) 사이에 설치되고, 상기 축 슬라이딩 기구(50)를 상기 탄성 스프링(61) 방향으로 가압할 수 있도록 상기 축 슬라이딩 기구(50)와 나사 전후진이 가능하게 나사 결합되는 스프링 장력 조절나사(72)를 포함할 수 있다.

따라서, 사용자는 수동 또는 자동으로 기계 장치를 이용하여 상기 스프링 장력 조절나사(72)를 정회전시켜서 나사 전진시키면, 상기 탄성 스프링(61)을 가압하여 초기의 스프링 장력을 높임으로써 결과적으로는, 상기 제 1 압착력(F1) 및 제 2 압착력(F2)의 크기를 높일 수 있다.

그러므로, 예를 들어서, 자동차가 언덕을 올라가거나 추월하기 위해서 큰 힘이 필요한 경우, 무단 변속시 큰 토크가 필요하기 때문에 상기 스프링 장력 조절나사(72)를 정회전시켜서 나사 전진시키면, 상기 탄성 스프링(61)을 가압하여 초기의 스프링 장력을 높임으로써 결과적으로는, 상기 제 1 압착력(F1) 및 제 2 압착력(F2)의 크기를 높일 수 있다.

즉, 사용자가 운전 중에 실시간으로 압착력을 조절할 수 있어서, 다양한 운전 조건이나 운전 특성에 능동적으로 대응할 수 있고, 이러한 운전 조건은 차속 센서나, 토크 센서 등 각종 센서와 연동시켜서 자동으로 감지하여 미리 정해진 프로그램에 따라 압착력을 설정하는 것도 가능하다.

도 4는 도 2의 토로이달 무단 변속 장치(100)의 외부 케이스(1000)를 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4의 토로이달 무단 변속 장치(100)를 나타내는 평면도이고, 도 6는 도 4의 토로이달 무단 변속 장치(100)의 부분 절개 정면도이고, 도 7은 도 4의 토로이달 무단 변속 장치(100)의 측면도이고, 도 8 및 도 9 는 도 3의 토로이달 무단 변속 장치를 나타내는 사시도이다.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 토로이달 무단 변속 장치(100)는, 외관의 전체적인 디자인이나, 부품들의 형태나 규격 등은 매우 다양할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 변속용 로울러
11: 제 1 변속용 로울러
11-1; 제 1 각도 조절축
12: 제 2 변속용 로울러
12-1: 제 2 각도 조절축
13: 연동 장치
13-1: 제 1 기어
13-2: 제 2 기어
20: 입력측 토로이달 디스크
20a: 입력측 접촉면
21: 회전축
30: 출력측 토로이달 디스크
30a: 출력측 접촉면
F1: 제 1 압착력
F2: 제 2 압착력
60: 압착력 균등 분배 장치
61: 탄성 스프링
50: 축 슬라이딩 기구
70: 압착력 조절 장치
71: 고정 너트
72: 스프링 장력 조절나사
100: 토로이달 무단 변속 장치
1000: 외부 케이스
1010: 몸체
S1: 제 1 스플라인 기구
H: 관통홀
K1: 인력
K2: 척력
IS: 입력축
OS: 출력축
G1: 제 1 출력 기어
G2: 제 2 출력 기어
B1: 제 1 베어링
B3; 제 3 베어링
DB: 디스크 베어링
PB1: 제 1 가압 베어링
PB2: 제 2 가압 베어링

Claims (12)

1. 각도 조절이 가능한 적어도 하나의 변속용 로울러;
   상기 변속용 로울러의 일측에 접촉되는 입력측 토로이달 디스크;
   상기 변속용 로울러의 타측에 접촉되는 출력측 토로이달 디스크;
   상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 입력측 토로이달 디스크의 제 1 압착력과 상기 변속용 로울러를 가압하는 상기 출력측 토로이달 디스크의 제 2 압착력이 서로 균등하게 분배되도록 상기 입력측 토로이달 디스크와 상기 출력측 토로이달 디스크에 설치되는 압착력 균등 분배 장치; 및
   상기 제 1 압착력 및 제 2 압착력의 크기를 조절할 수 있는 압착력 조절 장치;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변속용 로울러는,
   제 1 각도 조절축이 설치되는 제 1 변속용 로울러; 및
   제 2 각도 조절축이 설치되고, 연동 장치에 의해서 상기 제 1 변속용 로울러와 연동되는 제 2 변속용 로울러;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 연동 장치는,
   상기 제 1 각도 조절축에 설치되는 제 1 기어;
   상기 제 2 각도 조절축에 설치되고, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어; 및
   상기 제 1 각도 조절축에 설치되고, 상기 제 1 각도 조절축을 회전시키는 스윙 손잡이;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 변속용 로울러는, 상기 제 1 각도 조절축 선상에 위치되어 상기 제 1 각도 조절축에 직교하는 제 1 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치되고,
   상기 제 2 변속용 로울러는, 상기 제 2 각도 조절축 선상에 위치되어 상기 제 2 각도 조절축에 직교하는 제 2 피봇축을 중심으로 회전이 자유롭게 설치되는 것인, 토로이달 무단 변속 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 압착력 균등 분배 장치는,
   상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 선단부와 외부 케이스 사이에 설치되는 제 1 스플라인 기구;
   상기 출력측 토로이달 디스크에 형성된 관통홀을 관통하여 연장되는 상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 후단부에 설치되는 제 2 가압 베어링;
   상기 제 2 가압 베어링과 외부 케이스 사이에 설치되고, 축방향으로 슬라이딩이 가능한 축 슬라이딩 기구;
   상기 축 슬라이딩 기구에 설치되는 탄성 스프링;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 압착력 조절 장치는,
   상기 제 2 가압 베어링을 상기 입력측 토로이달 디스크의 상기 회전축의 후단부에 고정시키는 고정 너트; 및
   상기 제 2 가압 베어링과 상기 축 슬라이딩 기구 사이에 설치되고,상기 축 슬라이딩 기구와 나사 전후진이 가능하게 나사 결합되는 스프링 장력 조절나사;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 스플라인 기구는,
   상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축의 선단부 및 후단부에 각각 설치되는 스플라인 축; 및
   상기 스플라인 축과 결합되는 스플라인 보스;
   를 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 외부 케이스의 일측 외부로 일부가 노출되고, 제 1 스플라인 기구와 연결되는 입력축; 및
   상기 외부 케이스의 타측 외부로 일부가 노출되고, 상기 출력측 토로이달 디스크에 설치된 제 1 출력 기어와 치합되는 제 2 출력 기어를 갖는 출력축;
   을 더 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 외부 케이스는,
   몸체;
   상기 몸체에 설치되고, 상기 입력축을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 1 베어링;
   상기 몸체에 설치되고, 상기 출력축을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 3 베어링;
   상기 몸체에 설치되고, 상기 변속용 로울러의 제 1 각도 조절축을 회전시키는 스윙 손잡이를 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 4 베어링; 및
   상기 몸체에 설치되고, 상기 제 1 각도 조절축을 회전이 자유롭게 지지하는 적어도 하나의 제 5 베어링;
   을 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
10. 제 5 항에 있어서,
    상기 입력측 토로이달 디스크의 회전축과, 상기 출력측 토로이달 디스크의 관통홀 사이에 설치되는 디스크 베어링; 및
    상기 탄성 스프링과, 상기 출력측 토로이달 디스크 사이에 설치되는 제 1 가압 베어링;
    을 더 포함하는, 토로이달 무단 변속 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가압 베어링은, 압력 전달이 우수한 경사 로울러 베어링인, 토로이달 무단 변속 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 토로이달 디스크는, 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 입력측 접촉면이 형성되고,
    상기 출력측 토로이달 디스크는, 상기 입력측 접촉면과 대향하고, 일측에 단면이 갈매기 날개 형상으로 굴곡진 출력측 접촉면이 형성되는 것인, 토로이달 무단 변속 장치.

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