KR101474936B1 - 차량용 무단 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 무단 변속장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는, 외경의 크기 조절이 가능하며 미끄러짐이 없는 동력전달수단을 가진 가변형 풀리를 이용해 동력을 전달하게 함으로써 동력을 손실없이 효율적으로 전달하면서도 연속적인 변속비 제어가 가능케 하고 변속에 따른 변속 충격과 소음을 방지할 수 있게 한 차량용 무단 변속장치이다.

Description

차량용 무단 변속장치 {CVT FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 무단 변속장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 동력을 손실없이 효율적으로 전달하면서도 연속적인 변속비 제어가 가능케 하고 변속에 따른 변속 충격과 소음을 방지할 수 있게 한 차량용 무단 변속장치에 관한 것이다.

무단 변속장치(Continuously Variable Transmission : CVT)란 4~8단과 같이 제한된 변속단을 가진 기존의 수동 및 자동변속기와는 달리 주어진 변속범위 내에서 연속적인 변속이 가능한 변속장치를 말하는 것이다.

즉, 기존의 수동 및 자동 변속기는 크기가 다른 기어가 엔진축에 맞물리면서 속도를 변화시키는 원리로 작동하게 되는데, 저단에서는 엔진축이 크기가 가장 큰 기어와 맞물려서 천천히 움직이게 되고 반대로, 고단에서는 작은 기어와 맞물리면 속도가 빨라지게 되는데, 이러한 저단과 고단의 범위가 보통 4~8개의 기어로 구성됨으로써 4~8단의 변속단을 가지기 때문에 변속단에 따라서 일정한 기어비로 고정되어 움직이기 때문에 기어를 사용하는 변속기는 변속단계가 한정돼 변속과정에서 변속 충격이 발생하게 된다.

반면에 무단 변속장치는 엔진출력에 맞춰 변속단계가 연속적으로 이루어짐으로써 변속이 부드럽게 이루어져 변속 충격을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 회전 속도를 바퀴와 독립적으로 유지할 수 있기 때문에 엔진의 회전 속도와 회전력을 최적의 상태로 유지하여 운전이 가능함으로써 기존의 수동 및 자동 변속기와 비교할 때 연비 향상은 물론 배기가스 감소 효과도 얻을 수 있기 때문에 무단 변속장치에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

그런데 위와 같은 무단 변속장치의 여러 장점에도 불구하고 무단 변속장치는 구조적으로 치명적이 단점을 가지고 있는데 그것은 동력을 전달하는 과정에서 미끄러짐이 발생함으로써 높은 엔진 토크 즉, 큰 회전력을 전달할 수 없다는 것이다.

즉, 현재까지 개발된 무단 변속장치는 입력축과 출력축에 간격이 변하는 측판을 지닌 가변형 풀리를 각각 설치하고, 입력축과 출력축에 각각 설치된 가변형 풀리 간에 동력을 전달하는 강철벨트를 무한궤도 형태로 연결한 구조이다.

따라서 입력축이 회전하면 강철벨트에 의해 동력이 전달되어 출력축이 회전하게 되는데, 엔진의 회전속도에 따라서 연속적으로 자동 조절되는 유압장치를 이용하여 입력축의 가변형 구동풀리의 폭을 조절하게 되면, 구동풀리의 폭에 따라서 가변형 종동풀리의 폭이 자동으로 조절된다.

따라서 구동풀리의 폭이 좁을 때는 종동풀리의 폭은 자동으로 넓어지면서, 저단기어, 구동풀리의 폭이 넓을 때는 종동풀리의 폭이 자동으로 좁아지면서 고단 기어와 같은 변속비를 가지게 되는데, 유압장치를 이용하여 구동풀리의 폭이 무단계로 변화함으로써 변속비 내에서 무단계로 변속이 이루어지기 때문에 변속 충격을 방지할 수는 있으나, 구동풀리와 종동풀리 간에 동력을 전달하는 강철벨트에 높은 엔진 토크가 가해지면, 구동풀리와 구동벨트 간에 미끄러짐이 발생함으로써 동력 손실이 커지기 때문에 현재까지 무단 변속장치는 엔진 토크가 그다지 크지 않은 소형 승용차에 주로 사용되고 있는 실정이며 높은 엔진 토크를 전달할 수 있는 무단 변속장치의 개발이 절실한 실정이다.

1. 등록특허공보 제10-0215069호 2. 등록특허공보 제10-1266372호

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 외경의 크기 조절이 가능하며 미끄러짐이 없는 동력전달수단을 가진 가변형 풀리를 이용해 동력을 전달하게 함으로써 동력을 손실없이 효율적으로 전달하면서도 연속적인 변속비 제어가 가능케 하며 변속에 따른 변속 충격과 소음을 방지할 수 있는 차량용 무단 변속장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 엔진으로부터 동력을 전달받는 입력축(1)에 제1안내판(10)과 제1고정판(11)을 일정 간격으로 형성하여, 제1안내판(10)과 제1고정판(11) 사이에는 입력축(1)의 길이 방향으로 이동이 가능하고, 제1안내판(10)과 대면하는 측면이 깔때기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사진 동력풀리(12)를 설치하며,

제1안내판(10)과 동력풀리(12)에는 각각 동일한 수의 제1안내홈(10a)(12a)을 방사형으로 형성하여 제1안내판(10)과 동력풀리(12)의 각 제1안내홈(10a)(12a) 간에 양단부가 끼워져 제1안내홈(10a)(12a)을 따라서 이동할 수 있도록 된 제1가변축(13)을 설치하고,

각각의 제1가변축(13)은 가운데에 일방향회전수단이 내장된 제1기어(13a)를 설치하며, 또한 상기 제1가변축(13)은 서로 분산되지 않도록 제1가변축 둘레에 피복되게 제1신축링(15)을 설치하고, 제1고정판(11)과 동력풀리(12) 내측면 간에는 깔때기 형의 제1코일스프링(14)을 설치한 입력부와;

입력축(1)의 측방에서 입력축과 나란히 설치되는 회전축(2)에 끼워져 공회전하도록 제2안내판(20)과 제3안내판(21)을 일정 간격으로 설치하고, 제2안내판(20)과 제3안내판(21) 사이에는 회전축(2)과 별도로 회전하면서 회전축(2)의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 연동풀리(22)를 설치하며 연동풀리(22)는 제2안내판 및 제3안내판과 대면하는 양측면이 주판알과 같은 깔대기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사면을 형성하고,

연동풀리(22)의 일측 경사면과 제2안내판(20)에는 동일한 수의 제2안내홈(20a)(22a)을 방사형으로 형성하며, 연동풀리(22)의 타측 경사면과 제3안내판(21)에는 동일한 수의 제3안내홈(21a)(22b)을 방사형으로 형성하여 제2안내판(20)과 연동풀리(22)의 각 제2안내홈(20a)(22a) 간에 양단부가 끼워져 제2안내홈(20a)(22a)을 따라서 이동할 수 있도록 제2가변축(23)을 설치하며,

상기 제2가변축(23)은 서로 분산되지 않도록 제2가변축 둘레에 피복되게 제2신축링(23b)을 설치하고, 제2가변축(23)의 가운데에는 각각 일방향회전수단이 내장된 제2기어(23a)를 설치하여 입력부의 제1기어(13a)과 제1타이밍벨트(41)로 연결하고, 연동풀리(22)와 제3안내판(21)의 각 제3안내홈(21a)(22b) 간에 양단부가 끼워져 제3안내홈(21a)(22b)을 따라서 이동할 수 있도록 제3가변축(24)을 설치하여

상기 제3가변축(24)은 서로 분산되지 않게 제3가변축 둘레에 피복되게 제3신축링(24b)을 설치하고, 제3가변축(24)의 가운데에는 일방향회전수단이 내장된 제3기어(24a)를 설치하여 회전축(2)의 일측 단부에는 회전축(2)을 회전시키는 회전수단(26)을 설치하고, 회전수단(26) 내측에는 회전축(2)의 회전을 제어하는 클러치부(27)와, 회전축(2)의 회전방향을 제어하는 회전제어부(28)를 순차적으로 설치하여 구성한 변환부와;

회전축(2)의 측방에서 회전축과 나란히 설치되는 출력축(3)에 제4안내판(30)과 제2고정판(31)을 일정 간격으로 형성하고, 제4안내판(30)과 제2고정판(31) 사이에는 출력축(3)의 길이 방향으로 이동이 가능하고 제4안내판(30)과 대면하는 일측면이 깔때기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사면을 형성하는 종동풀리(32)를 설치하여,

제4안내판(30)과 종동풀리(32) 경사면에는 각각 동일한 수의 제4안내홈(30a)(32a)을 방사형으로 형성하여 제4안내판(30)과 종동풀리(32)의 각 제4안내홈(30a)(32a) 간에 양단부가 끼워져 제4안내홈(30a)(32a)을 따라서 이동할 수 있도록 제4가변축(33)을 설치하고,

상기 제4가변축(33)은 서로가 분산되지 않게 제4가변축 둘레에 피복되게 제4신축링(33b)을 설치하며, 제4가변축(33)의 가운데에는 각각 일방향회전수단이 내장된 제4기어(33a)를 설치하여 변환부의 제3기어(24a)과 제2타이밍벨트(42)로 연결하고, 제2고정판(31)과 종동풀리(32) 내측면 간에는 깔때기 형의 제2코일스프링(34)을 설치하여 출력축(3)의 동력이 자동차의 바퀴로 전달되는 출력부를 형성하여 차량용 무단 변속장치를 구성하되,

상기 무단변속장치에 실시되는 제1내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)은 양단부에 결합부를 형성하여, 일측 결합부(501)에는 걸림턱(501a)을 형성하고 중심부에 중공부(601)를 형성한 내결합체(6)를 걸림턱(501)에 밀착되도록 일측결합부에 끼워 결합하고, 내결합체(6)의 외주면에는 중공부(601)까지 관통하는 암나사공(602)를 형성하여, 암나사공(602)에 나사 결합되는 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 체결볼트(7)의 몸통 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 일측단부(501) 외주면 일측에 형성한 유격발생홈(502)의 볼접촉홈(503)에 접촉되도록 장치하고 타측 결합부에는 접속볼을 장치하며,

제1내지 제4기어어(13a)(23a)(24a)(33a)는 해당 가변축이 끼워지는 축공(901) 내주면에 일측이 직선구간(902a)으로 형성되고, 타측이 곡선구간(902b)으로 형성된 요입홈(902)을 방사형으로 형성하여 직선구간(902a)에 환봉(903)을 끼워 넣고 곡선구간(902b) 내부에는 환봉(903)을 직선구간(902a)의 내측 벽면에 밀착시키도록 코일스프링(904)을 장치한 구성의 일방향회전수단을 장치하여 구성함을 특징으로 한다.

이와 같이 된 본 발명은 엔진의 동력을 전달받은 입력부와, 제1타이밍벨트에 의해 입력부의 동력을 전달받을 뿐 아니라 회전수단(26)에 의해 연동풀리(22)의 위치를 변화시켜 가변축의 기어외경을 가감시킴으로써, 전달받은 동력의 변속비를 변경하는 변환부와, 변환부에서 변환시킨 동력을 자동차의 바퀴에 최종적으로 동력을 전달하는 출력부로 구성되어 있고, 제1기어(13a)및 제2기어(23a)와 제3기어(24a)및 제4기어(33a)간에는 길이가 동일한 타이밍벨트가 연결되어 가감되는 외경에 대응하고, 미끄러짐없는 동력전달 수단에 의하여 동력전달을 감당하므로 동력 손실없이 효율적으로 동력을 전달할 수 있고, 동시에 연속적인 변속비 제어가 가능함으로써, 큰 힘을 가진 디젤 엔진뿐만 아니라, 빠른 회전속도를 가진 가솔린 엔진에도 적용할 수 있으며, 소형 엔진에서 대형 엔진까지 대응이 가능한 범용의 변속 장치를 제공할 수 있는 효과가 있고,

또한, 동력 전달 과정에서 손실없이 효율적으로 동력을 전달하면서도 연속적인 변속비 제어가 가능하여 차량에 장착시 연비 절감 효과가 매우 우수하며,
본 발명의 제1 내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)은 양단부에 결합부를 형성하되, 일측 결합부(501)에는 내측에 걸림턱(501a)을 형성하여 중심부에 중공부(601)를 형성한 내결합체(6)가 결합부(501)에 끼워져 걸림턱(501a)에 밀착되도록 결합하고, 내결합체(6)의 외주면에는 중공부(601)까지 관통하는 암나사부(602)를 형성하여, 암나사부(602)에 나사 결합되는 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 체결볼트(7)의 몸통 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 제1내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)의 일측 결합부 외주면의 일측에 형성된 유격발생홈(502)의 중심부에 형성된 볼접촉홈(503)에 접촉되어 고정됨으로써, 가변축(13)(23)(24)(33)의 결합부에 결합된 내결합체(6)가 가변축(13)(23)(24)(33)의 일측 결합부에서 임의로 이탈하는 것을 방지할 수 있게 되며,
또한, 연속적으로 이루어지는 변속 과정에서 다수의 기어는 그 위치가 멈춤 없이 연속적으로 변하게 되는데, 이처럼 그 위치가 연속적으로 변하는 다수의 기어에 타이밍벨트가 물리는 과정에서 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸리면서 기어의 홈 내부로 투입되지 않는 피치에러가 발생할 경우에는 기어가 일방향회전수단에 의해 한 방향으로만 회전되도록 설치되어 있음에도 불구하고, 텐션볼(702)에 의해 고정된 가변축(13)(23)(24)(33)이 좌우 10°내외의 각도로 회전이 이루어지기 때문에 첨부도면 도 8의 (b)와 같이 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸린 상태를 즉각 해소할 수 있는 일측 방향으로 가변축(13)(23)(24)(33)이 회전함으로써 변속 과정에서 기어와 타이밍벨트의 물림이 부드럽고 원만하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 변속 과정에서의 소음과 충격 발생을 방지할 수 있게 되고
위와 같이 텐션볼(702)에 의해 고정된 가변축(13)(23)(24)(33)이 변속 과정에서 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸린 상태를 즉각 해소할 수 있는 일측 방향으로 회전하여 기어와 타이밍벨트의 물림이 부드럽고 원만하게 이루어진 후에는 기어가 회전하면서 타이밍벨트에 가해지는 장력이 감소하는 시점이 되면, 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 변속을 위해 회전했던 가변축(13)(23)(24)(33)의 유격발생홈(502)을 밀어냄으로써 텐션볼(702)은 다시 볼접촉홈(503)에 안착되어 가변축(13)(23)(24)(33)을 안정적으로 고정할 수 있게 되는 것이다.
따라서 차량용 변속 장치로서의 높은 토크에 견딜 수 있을 뿐만 아니라 변속과정에서의 충격과 소음 발생을 감소시켜 사용의 편의성을 높이는 이점이 있고,
제1내지 제4기어의 축공(901) 내주면에는 일측이 직선구간(902a)으로 형성되고, 타측이 곡선구간(902b)으로 형성된 요입홈(902)을 방사형으로 형성하여 각 요입홈의 직선구간(902a)에 환봉(903)을 삽설하고, 각 요입홈의 곡선구간(902b) 내부에는 환봉(903)을 직선구간(902a)의 내측 벽면에 밀착시키도록 코일스프링(904)을 탄설하여 구성한 일방향회전수단을 구비하므로,
첨부도면 도 9의 (a)와 같이 기어가 시계 방향으로 회전하려 할 때는 코일스프링(904)의 압력이 작용하는 환봉(903)이 요입홈(902)의 직선구간(902a)에 끼어서 기어와 가변축 간의 마찰력을 극대화시킴으로써 기어만 회전하는 것을 방지하게 되고,
첨부도면 도 9의 (b)와 같이 기어가 시계 반대 방향으로 회전하려 할 때는 코일스프링(904)이 압축되면서 환봉(903)이 요입홈(902)의 직선구간(902a)에 빠져나와 곡선구간(902b)으로 투입됨으로써 환봉(903)에 의한 기어와 가변축 간의 마찰력이 이완되기 때문에 기어의 시계 반대 방향 회전이 가능케 되어 기어만 공회전되므로 가변축의 일방향 회전이 이루어지게 되는 효과를 내게 되어 무단변속을 보다 원활하게 달성할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주요구성 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주요구성 단면 예시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주요구성측 단면 예시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저속 회전 상태의 평면 예시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고속 회전 상태의 평면 예시도
도 6(a)(b)(c)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변축의 일부 구성 예시도
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변축의 단면 예시도
도 8a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변축과 내결합체의 결합 상태를 나타낸 단면 예시도
도 8b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변축과 내결합체의 결합 상태를 나타낸 또 다른 실시상태 단면 예시도
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변축에 설치된 기어의 결합부 상태를 나타낸 단면 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면들 중에서 동일한 구성 요소들은 가능한 어느 도면에서든지 동일한 부호를 사용하고 있음을 유의해야 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 공지 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였음을 미리 밝혀두는 바이다.

첨부도면에서 도시한 바와 같이 본 발명은 엔진의 동력을 전달받는 입력부와, 제1타이밍벨트(41)에 의해 입력부의 동력을 전달받을 뿐만 아니라, 회전수단(26)에 의해 연동풀리(22)의 위치를 변화시켜 연속적으로 변속비를 변경하는 변환부와, 변환부에서 동력을 전달받아 자동차의 바퀴에 최종적으로 동력을 전달하는 출력부로 구성되는데 각 구성부를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력부는 엔진으로부터 동력을 전달받는 입력축(1)에 제1안내판(10)과 제1고정판(11)을 일정 간격으로 형성함으로써 제1안내판(10)과 제1고정판(11)은 입력축(1)과 같이 회전하게 된다.

이때, 제1안내판(10)과 제1고정판(11) 사이에는 입력축(1)의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 동력풀리(12)를 설치하게 되는데, 동력풀리(12)는 일측면을 깔때기 모양으로 경사지게 형성하게 된다.

그리하여 제1안내판(10)과 동력풀리(12)에서 제1안내판(10)쪽을 향하는 경사면에는 각각 동일한 수의 제1안내홈(10a)(12a)을 방사형으로 형성하여 제1안내판(10)과 동력풀리(12)의 각 제1안내홈(10a)(12a) 간에 양단부가 끼워져 제1안내홈(10a)(12a)을 따라서 이동할 수 있도록 일정수가 한조를 이루는 제1가변축(13)을 설치하게 된다.

이때, 각각의 제1가변축(13)은 서로 분산되지 않도록 제1가변축(13)을 외부에서 감싸는 제1신축링(15)을 설치함으로써 각각의 제1가변축(13)이 흩어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 각 제1가변축(13)의 가운데에는 역회전을 방지할 수 있도록 일방향회전수단이 내장된 제1기어(13a)를 설치함으로써 각각의 제1기어(13a)는 일측 방향으로는 공회전되고 타측 방향으로는 제1가변축(13)과 같이 회전할 수 있게 된다.

아울러, 제1고정판(11)과 동력풀리(12) 내측면 간에는 깔때기 형의 제1코일스프링(14)을 설치하게 된다.

이때, 모든 제1가변축(13)은 제1신축링(15)에 의해 원형으로 모아져 중심부 쪽으로 압력을 받는 상태이고, 제1가변축(13)의 일측 단부는 동력풀리(12)의 경사면에 형성된 제1안내홈(12a)에 접촉된 상태이기 때문에 모든 제1가변축(13)은 제1신축링(15)에 의해 동력풀리(12)의 제1안내홈(12a)에 접촉된 상태를 유지하게 되며,

또한, 제1고정판(11)과 동력풀리(12) 간에 설치된 제1코일스프링(14)에 의해 항상 제1안내판(10) 쪽으로도 압력을 받기 때문에 제1신축링(15)과 제1코일스프링(14)에 의해 동력풀리(12)에 접촉된 상태를 유지하게 된다.

한편, 변환부는 입력축(1)의 일측에서 입력축(1)과 나란하게 회전축(2)을 설치하고, 상기 회전축(2)에 제2안내판(20)과 제3안내판(21)을 공회전 가능하게 회전축(2)에 일정 간격을 두고 설치하게 된다.

이때, 제2안내판(20)과 제3안내판(21) 사이에는 회전축(2)에서 독립적으로 회전하면서 회전축(2)의 길이 방향으로 이동할 수 있는 연동풀리(22)를 설치하게 된다.

즉, 회전축(2)의 가운데 부분에는 수나사부(2a)를 형성하여, 이 수나사부(2a)에 나사 결합되는 이동체(25)를 장치하고, 이동체 외측에 베어링(25a)을 설치하여 그 베어링(25a)에 의해 지지되도록 연동풀리(22)를 설치함으로써 연동풀리(22)는 회전축(2)에서 독립적으로 회전할 수 있게 된다.

또한, 연동풀리(22)가 회전하지 않도록 한 상태에서 회전축(2)을 회전시키면 회전축(2)의 수나사부(2a)에 나사 결합된 이동체(25)가 회전축(2)의 회전방향에 따라 회전축 길이방향으로 전진 또는 후진함으로써 연동풀리(22)를 회전축(2)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있게 된다.

한편, 연동풀리(22)는 주판알 형상과 같이 양면이 돌출되며 돌출면이 경사지게 형성되고, 제2안내판(20)과 그 제2안내판(20)에 대향하는 연동풀리(22)의 일측면에는 각각 동일한 수의 제2안내홈(20a)(22a)을 방사형으로 형성하고, 제3안내판(21)과 그 제3안내판(21)에 대향하는 연동풀리(22)의 타측면에도 각각 동일한 수의 제3안내홈(21a)(22b)을 방사형으로 형성하게 된다.

그리하여 제2안내판(20)과 연동풀리(22)의 각 제2안내홈(20a)(22a) 간에 양단부가 끼워져 제2안내홈(20a)(22a)을 따라서 이동할 수 있도록 일정수가 한조를 이루는 제2가변축(23)을 설치하게 된다.

이때, 각각의 제2가변축(23)은 서로 분산되지 않도록 제2가변축을 외부에서 감싸는 제2신축링(23b)을 설치함으로써, 각각의 제2가변축(23)이 흩어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 각각의 제2가변축은 가운데에 역회전을 방지할 수 있도록 일방향회전수단이 내장된 제2기어(23a)을 설치함으로써, 각각의 제2기어는 일측방향으로는 공회전 되고, 타측방향으로는 제2가변축과 같이 회전할 수 있게 된다,

또한, 제3안내판(21)과 연동풀리(22)의 각 제3안내홈(21a)(22b) 간에 양단부가 끼워져 제3안내홈(21a)(22b)을 따라서 이동할 수 있도록 각각의 제3가변축(24)을 설치하게 된다.

이때, 각각의 제3가변축(24)은 서로 분산되지 않도록 제3가변축을 외부에서 감싸는 제3신축링(24b)을 설치함으로써, 각각의 제3가변축이 흩어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

또 각각의 제3가변축(24)은 가운데에 역회전을 방지할 수 있도록 일방향회전수단이 내장된 제3기어(24a)을 설치함으로써 각각의 제3기어는 일측 방향으로 공회전되고 타측방향으로는 제3가변축과 같이 회전할 수 있게 된다.

그리하여 입력부의 입력축(1)의 중심에서 방사형으로 배치된 다수 개의 제1기어(13a)와, 변환부의 회전축(2)의 중심에서 방사형으로 배치된 다수 개의 제2기어(23a)의 외곽으로 일정한 길이의 제1타이밍벨트(41)을 연결함으로써 엔진의 동력은 입력부의 제1기어(13a)를 통해 변환부의 제2기어(23a)로 전달되며, 제1기어(13a)의 외경이 커지면 제2기어(23a)의 외경은 적어지게 되고 제2기어(23a)의 외경이 커지면 제1기어(13a)의 외경은 적어지는 가변이 일어나게 된다.

한편, 출력부는 회전축(2) 일측에 회전축(2)과 수평으로 출력축(3)을 설치하되, 출력축(3)에는 제4안내판(30)과 제2고정판(31)을 일정 간격으로 형성함으로써 제4안내판(30)과 제2고정판(31)은 출력축(3)과 같이 회전하게 된다.

이때, 제4안내판(30)과 제2고정판(31) 사이에는 출력축(3)의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 종동풀리(32)를 설치하게 되는데, 종동풀리(32)는 일측면이 깔때기 모양으로 돌출되어 돌출부가 경사지게 형성된다.

그리하여 제4안내판(30)과 종동풀리(32)에서 제4안내판(30)을 향하는 경사면에는 각각 동일한 수의 제4안내홈(30a)(32a)을 방사형으로 형성하여 제4안내판(30)과 종동풀리(32)의 각 제4안내홈(30a)(32a) 간에 양단부가 끼워져 제4안내홈(30a)(32a)을 따라서 이동할 수 있도록 각각의 제4가변축(33)을 설치하게 된다.

이때, 각각의 제4가변축(33)은 서로 분산되지 않도록 제4가변축을 외부에서 감싸는 제4신축링(33b)을 설치함으로써, 각각의 제4가변축이 흩어지는 것으로 방지할 수 있게 된다.

또 각각의 제4가변축(33)의 가운데에 역회전을 방지할 수 있도록 일방향회전수단이 내장된 제4기어(33a)를 설치함으로써, 각각의 제4기어(33a)는 일측 방향으로 공회전되고, 타측 방향으로 제4가변축(33)과 같이 회전할 수 있게 된다.

아울러, 제2고정판(31)과 종동풀리(32)의 내측면 간에는 깔때기 형의 제2코일스프링(34)을 설치하게 된다.

이때, 모든 제4가변축(33)은 제4신축링(33b)에 의해 원형으로 모아져 중앙 부 쪽으로 압력을 받는 상태이고, 제4가변축(33)의 일측 단부는 종동풀리(32)의 경사면에 형성된 제4안내홈(32a)에 접촉된 상태이기 때문에 제4가변축(33)은 제4신축링(33b)에 의해 종동풀리에 접촉된 상태를 유지하게 되며,

또한, 제2고정판(31)와 종동풀리(32) 간에 설치된 제2코일스프링(34)에 의해 항상 제4안내판(30) 쪽으로도 압력을 받기 때문에 종동풀리(32)에 접촉된 상태를 유지하게 되고, 출력축(3)의 길이 방향을 따라서 이동 가능케 설치된 종동풀리(32)는 일정한 위치를 유지하게 된다.

그리하여 변환부의 회전축(2)의 중심에서 방사형으로 배치된 다수 개의 제3기어(24a)와, 출력부의 출력축(3)의 중심에서 방사형으로 배치된 다수 개의 제4기어(33a)의 외곽으로 일정한 길이의 제2타이밍벨트(42)을 연결함으로써 엔진의 동력은 입력부에서 변환부를 지나 출력부의 제4기어(33a)로 전달되며, 제3기어의 외경이 커지면 제4기어의 외경은 적어지게 되고, 제4기어의 외경이 커지면 제3기어의 외경이 적어지는 가변이 일어나게 된다.

이와 같이 된 본 발명은 엔진의 동력에 의해 입력축(1)이 회전하면, 그 회전속도와 회전력은 입력축(1)의 중심에서 방사형으로 배치된 제1기어(13a)로 전달되어 제1기어(13a)와 제1타이밍벨트(41)로 연결된 변환부의 회전축(2) 중심에서 방사형으로 배치된 제2기어(23a)로 전달된다.

제2기어(23a)로 전달된 엔진의 회전속도와 회전력은 연동풀리(22)를 건너 제3기어(24a)로 전달되어 제3기어(24a)와 제2타이밍벨트(42)로 연결된 출력부의 출력축(3) 중심에서 방사형으로 배치된 제4기어(33a)로 전달됨으로써 제4기어(33a)로 전달된 엔진의 회전속도와 회전력이 출력축(3)을 회전시키게 되고, 그 출력축(3)의 회전속도와 회전력을 자동차의 바퀴에 전달함으로써 미끄러짐에 의한 동력 손실 없이 효율적인 동력 전달이 가능할 뿐만 아니라, 높은 엔진 토크를 바퀴에 그대로 전달할 수 있게 된다.

한편, 회전축(2)의 일측 단부에는 회전축(2)을 회전시키는 회전수단(26)을 설치하고, 회전수단(26) 내측에는 회전축(2)의 회전을 제어하는 클러치부(27)와, 회전축(2)의 회전방향을 제어하는 회전제어부(28)를 순차적으로 설치하게 된다.

또한, 회전축(2)의 가운데 부분에는 수나사부(2a)를 형성하여, 이 수나사부(2a)에 나사 결합되는 이동체(25)의 외측에 베어링(25a)을 설치하여 그 베어링(25a)에 의해 지지되도록 연동풀리(22)를 설치함으로써 연동풀리(22)가 회전하지 않도록 한 상태에서 회전축(2)을 회전시키면 회전축(2)의 수나사부(2a)에 나사 결합된 이동체(25)가 전진 또는 후진함으로써 연동풀리(22)가 회전축(2)의 길이 방향으로 이동할 수 있게 된다.

따라서, 회전수단(26)으로서 회전축(2)의 일측 단부에 정역회전 가능한 서보모터를 설치하여 클러치부(27)를 연결한 상태에서 서보모터를 이용해 회전축(2)을 정회전시키면서 첨부도면 도 2와 같이 회전축(2)의 수나사부(2a)에 나사 결합된 이동체(25)가 제2안내판(20) 쪽으로 이동함으로써 첨부도면 도 4와 같이 제2안내판(20)과 연동풀리(22) 간의 간격은 좁아지면서 제2안내판(20)과 연동풀리(22) 간에 설치된 제2가변축(23)은 바깥쪽으로 벌어지게 되고, 연동풀리(22)와 제3안내판(21) 간의 간격은 넓어짐으로써 연동풀리(22)와 제3안내판(21) 간에 설치된 제3가변축(24)은 중앙으로 모이게 된다.

이때, 제2기어(23a)는 입력부의 제1기어(13a)과 제1타이밍벨트(41)로 연결되어 있기 때문에 제2기어(23a)의 전체 회전반경이 확대됨에 따라서 제1기어(13a)에 연결된 제1타이밍벨트(41)의 장력이 긴장되고, 그로 인해 제1안내판(10)과 동력풀리(12)의 제1안내홈(10a)(12a)에 설치된 제1가변축(13)이 중앙으로 모이기 때문에 제1기어(13a)의 전체 회전 반경이 축소된다.

또한, 제3가변축(24)에 설치되는 제3기어(24a)는 출력부의 제4기어(33a)와 제2타이밍벨트(42)로 연결되어 있기 때문에 제3기어(24a)의 전체 회전반경이 축소됨에 따라서 제4기어(33a)에 연결된 제2타이밍벨트(42)의 장력이 느슨해지고, 그로 인해 제4안내판(30)과 종동풀리(32)의 제4안내홈(30a)(32a)에 설치된 제4가변축(33)이 바깥쪽으로 벌어짐으로써 제4기어(33a)의 전체 회전 반경이 확대되기 때문에 최종적으로 입력축(1)의 회전속도보다 출력축(3)의 회전속도가 낮아지면서 출력축(3)의 저속회전이 이루어지게 된다.

한편, 위와 반대로 회전축(2)의 일측 단부에 정역회전 가능한 서보모터를 설치하여 클러치부(27)를 연결한 상태에서 서보모터를 이용해 회전축(2)을 정회전시키면서 첨부도면 도 5와 같이 회전축(2)의 수나사부(2a)에 나사 결합된 이동체(25)가 제3안내판(21) 쪽으로 이동함으로써 제3안내판(21)과 연동풀리(22) 간의 간격은 좁아지면서 제3안내판(21)과 연동풀리(22) 간에 설치된 제3가변축(24)은 바깥쪽으로 벌어지고, 제2안내판(20)과 연동풀리(22) 간의 간격은 넓어짐으로써 제2안내판(20)과 연동풀리(22) 간에 설치된 제2가변축(23)은 중앙으로 모이게 된다.

이때, 제2기어(23a)는 입력부의 제1기어(13a)과 제1타이밍벨트(41)로 연결되어 있기 때문에 제2기어(23a)의 전체 회전반경이 축소됨에 따라서 제1기어(13a)에 연결된 제1타이밍벨트(41)의 장력이 느슨해지고 그로 인해 제1안내판(10)과 동력풀리(12)의 제1안내홈(10a)(12a)에 설치된 제1가변축(13)이 바깥쪽으로 벌어지기 때문에 제1기어(13a)의 전체 회전 반경이 확대된다.

또한, 제3가변축(24)에 설치되는 제3기어(24a)는 출력부의 제4기어(33a)와 제2타이밍벨트(42)로 연결되어 있기 때문에 제3기어(24a)의 전체 회전반경이 확대됨에 따라서 제4기어(33a)에 연결된 제2타이밍벨트(42)의 장력이 긴장되고, 그로 인해 제4안내판(30)과 종동풀리(32)의 제4안내홈(30a)(32a)에 설치된 제4가변축(33)이 중앙으로 모이면서 제4기어(33a)의 전체 회전 반경이 축소되기 때문에 최종적으로 입력축(1)의 회전속도보다 출력축(3)의 회전속도가 빨라져 출력축(3)의 고속회전이 이루어지게 되는 것이다.

아울러 위와 같이 저속회전 및 고속회전을 위한 변속 과정이 이루어진 상태를 지속하기 위하여 변환부의 회전축(2)을 회전시켜 연동풀리(22)의 위치를 조절한 후에는 클러치부(27)의 조작에 의해 회전축(2)의 회전이 멈추도록 함으로써 일정한 변속비를 그대로 유지할 수 있게 된다.

한편, 첨부도면 도 6 내지 도 9에서 도시한 바와 같이 본 발명의 제1 내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)은 양단부에 결합부를 형성하되, 일측 결합부(501)에는 내측에 걸림턱(501a)을 형성하여 중심부에 중공부(601)를 형성한 내결합체(6)가 결합부(501)에 끼워져 걸림턱(501a)에 밀착되도록 결합하고, 내결합체(6)의 외주면에는 중공부(601)까지 관통하는 암나사부(602)를 형성하여, 암나사부(602)에 나사 결합되는 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 체결볼트(7)의 몸통 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 제1내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)의 일측 결합부 외주면의 일측에 형성된 유격발생홈(502)의 중심부에 형성된 볼접촉홈(503)에 접촉되어 고정됨으로써, 가변축(13)(23)(24)(33)의 결합부에 결합된 내결합체(6)가 가변축(13)(23)(24)(33)의 일측 결합부에서 임의로 이탈하는 것을 방지할 수 있게 되며, 타측단부에는 접촉볼(B)이 장치되고 타측단부 외면에는 신축링고정홈(H)을 구비하게 된다.

또한, 연속적으로 이루어지는 변속 과정에서 다수의 기어는 그 위치가 멈춤 없이 연속적으로 변하게 되는데, 이처럼 그 위치가 연속적으로 변하는 다수의 기어에 타이밍벨트가 물리는 과정에서 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸리면서 기어의 홈 내부로 투입되지 않는 경우에는 기어가 일방향회전수단에 의해 한 방향으로만 회전되도록 설치되어 있음에도 불구하고, 텐션볼(702)에 의해 고정된 가변축(13)(23)(24)(33)이 좌우 10°내외의 각도로 회전이 이루어지기 때문에 첨부도면 도 8의 (b)와 같이 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸린 상태를 즉각 해소할 수 있는 일측 방향으로 가변축(13)(23)(24)(33)이 회전함으로써 변속 과정에서 기어와 타이밍벨트의 물림이 부드럽고 원만하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 변속 과정에서의 소음과 충격 발생을 방지할 수 있게 된다.

아울러 위와 같이 텐션볼(702)에 의해 고정된 가변축(13)(23)(24)(33)이 변속 과정에서 타이밍벨트가 기어의 톱니 끝에 걸린 상태를 즉각 해소할 수 있는 일측 방향으로 회전하여 기어와 타이밍벨트의 물림이 부드럽고 원만하게 이루어진 후에는 기어가 회전하면서 타이밍벨트에 가해지는 장력이 감소하는 시점이 되면, 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 변속을 위해 회전했던 가변축(13)(23)(24)(33)의 유격발생홈(502)을 밀어냄으로써 텐션볼(702)은 다시 볼접촉홈(503)에 안착되어 가변축(13)(23)(24)(33)을 안정적으로 고정할 수 있게 된다.

이때 텐션볼(702)은 쿠션작용이 있는 탄성접촉제(702a)가 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 모든 기어는 평기어 또는 더블헬리컬기어로 구성함으로써 차량용 변속 장치로서의 높은 토크에 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 타이밍벨트에 의한 구동 과정에서의 소음 발생도 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고 제1내지 제4기어의 축공(901) 내주면에는 일측이 직선구간(902a)으로 형성되고, 타측이 곡선구간(902b)으로 형성된 요입홈(902)을 방사형으로 형성하여 각 요입홈의 직선구간(902a)에 환봉(903)을 삽설하고, 각 요입홈의 곡선구간(902b) 내부에는 환봉(903)을 직선구간(902a)의 내측 벽면에 밀착시키도록 코일스프링(904)을 탄설하여 구성한 일방향회전수단을 구성하게 된다.

아울러, 요입홈(902)의 직선구간(902a)에 설치되는 환봉(903)은 요입홈(902)에 각각 하나씩 설치하거나, 두 요입홈(902)을 가로질러 설치되도록 길이가 긴 하나의 환봉(903)만을 설치할 수도 있음을 미리 밝혀두는 바이다.

따라서 첨부도면 도 9의 (a)와 같이 기어가 시계 방향으로 회전하려 할 때는 코일스프링(904)의 압력이 작용하는 환봉(903)이 요입홈(902)의 직선구간(902a)에 끼어서 기어와 가변축 간의 마찰력을 극대화시킴으로써 기어의 회전을 방지하게 된다.

반면에 첨부도면 도 9의 (b)와 같이 기어가 시계 반대 방향으로 회전하려 할 때는 코일스프링(904)이 압축되면서 환봉(903)이 요입홈(902)의 직선구간(902a)에 빠져나와 곡선구간(902b)으로 투입됨으로써 환봉(903)에 의한 기어와 가변축 간의 마찰력이 감소되기 때문에 기어의 시계 반대 방향 회전이 가능케 됨으로써 가변축의 일방향 회전이 이루어지게 되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

1: 입력축 10: 제1안내판
11: 제1고정판 12: 동력풀리
10a, 12a: 제1안내홈 13: 제1가변축
13a: 제1기어 15: 제1신축링
14: 제1코일스프링 2: 회전축
2a: 수나사부 20: 제2안내판
21: 제3안내판 22: 연동풀리
20a, 22a: 제2안내홈 21a, 22b: 제3안내홈
23: 제2가변축 23a: 제2기어
23b: 제2신축링 24: 제3가변축
24a: 제3기어 24b: 제3신축링
25: 이동체 25a: 베어링
26: 회전수단 27: 클러치부
28: 회전제어부 3: 출력축
30: 제4안내판 31: 제2고정판
32: 종동풀리 30a, 32a: 제4안내홈
33: 제4가변축 33a: 제4기어
33b: 제4신축링 34: 제2코일스프링
41: 제1타이밍벨트 42: 제2타이밍벨트
501: 걸림턱 502: 유격발생홈
503: 볼접촉홈 6: 내결합체
601: 중공부 602: 암나사부
7: 체결볼트 701: 가압스프링
702: 텐션볼 702a : 접촉제
901: 축공 902: 요입홈
902a: 직선구간 902b: 곡선구간
903: 환봉 904: 코일스프링

Claims (4)

1. 엔진으로부터 동력을 전달받는 입력축(1)에 제1안내판(10)과 제1고정판(11)을 일정 간격으로 형성하여, 제1안내판(10)과 제1고정판(11) 사이에는 입력축(1)의 길이 방향으로 이동이 가능하고, 제1안내판(10)과 대면하는 측면이 깔때기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사진 동력풀리(12)를 설치하며,
   제1안내판(10)과 동력풀리(12)에는 각각 동일한 수의 제1안내홈(10a)(12a)을 방사형으로 형성하여 제1안내판(10)과 동력풀리(12)의 각 제1안내홈(10a)(12a) 간에 양단부가 끼워져 제1안내홈(10a)(12a)을 따라서 이동할 수 있도록 된 제1가변축(13)을 설치하고,
   각각의 제1가변축(13)은 가운데에 일방향회전수단이 내장된 제1기어(13a)를 설치하며, 또한 상기 제1가변축(13)은 서로 분산되지 않도록 제1가변축 둘레에 피복되게 제1신축링(15)을 설치하고, 제1고정판(11)과 동력풀리(12) 내측면 간에는 깔때기 형의 제1코일스프링(14)을 설치한 입력부와;
   입력축(1)의 측방에서 입력축과 나란히 설치되는 회전축(2)에 끼워져 공회전하도록 제2안내판(20)과 제3안내판(21)을 일정 간격으로 설치하고, 제2안내판(20)과 제3안내판(21) 사이에는 회전축(2)과 별도로 회전하면서 회전축(2)의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 연동풀리(22)를 설치하며, 연동풀리(22)는 제2안내판 및 제3안내판과 대면하는 양측면이 주판알과 같은 깔대기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사면을 형성하고,
   연동풀리(22)의 일측경사면과 제2안내판(20)에는 동일한 수의 제2안내홈(20a)( 22a)을 방사형으로 형성하며, 연동풀리(22)의 타측경사면과 제3안내판(21)에는 동일한 수의 제3안내홈(21a)(22b)을 방사형으로 형성하여 제2안내판(20)과 연동풀리(22)의 각 제2안내홈(20a)(22a) 간에 양단부가 끼워져 제2안내홈(20a)(22a)을 따라서 이동할 수 있도록 제2가변축(23)을 설치하며,
   상기 제2가변축(23)은 서로 분산되지 않도록 제2가변축 둘레에 피복되게 제2신축링(23b)을 설치하고, 제2가변축(23)의 가운데에는 각각 일방향회전수단이 내장된 제2기어(23a)을 설치하여 입력부의 제1기어(13a)과 제1타이밍벨트(41)로 연결하고, 연동풀리(22)와 제3안내판(21)의 각 제3안내홈(21a)(22b) 간에 양단부가 끼워져 제3안내홈(21a)(22b)을 따라서 이동할 수 있도록 제3가변축(24)을 설치하여,
   상기 제3가변축(24)은 서로 분산되지 않게 제3가변축 둘레에 피복되게 제3신축링(24b)을 설치하고, 제3가변축(24)의 가운데에는 일방향회전수단이 내장된 제3기어(24a)을 설치하며, 회전축(2)의 일측 단부에는 회전축(2)을 회전시키는 회전수단(26)을 설치하고, 회전수단(26) 내측에는 회전축(2)의 회전을 제어하는 클러치부(27)와, 회전축(2)의 회전방향을 제어하는 회전제어부(28)를 순차적으로 설치하여 구성한 변환부와;
   회전축(2)의 측방에서 회전축과 나란히 설치되는 출력축(3)에 제4안내판(30)과 제2고정판(31)을 일정 간격으로 형성하고, 제4안내판(30)과 제2고정판(31) 사이에는 출력축(3)의 길이 방향으로 이동이 가능하고 제4안내판(30)과 대면하는 일측면이 깔때기 모양으로 돌출되어 돌출면이 경사면을 형성하는 종동풀리(32)를 설치하여,
   제4안내판(30)과 종동풀리(32) 경사면에는 각각 동일한 수의 제4안내홈(30a)(32a)을 방사형으로 형성하여 제4안내판(30)과 종동풀리(32)의 각 제4안내홈(30a)(32a) 간에 양단부가 끼워져 제4안내홈(30a)(32a)을 따라서 이동할 수 있도록 제4가변축(33)을 설치하고,
   상기 제4가변축(33)은 서로가 분산되지 않게 제4가변축 둘레에 제4신축링(33b)을 설치하며, 제4가변축(33)의 가운데에는 각각 일방향회전수단이 내장된 제4기어(33a)를 설치하여 변환부의 제3기어(24a)과 제2타이밍벨트(42)로 연결하고, 제2고정판(31)과 종동풀리(32) 내측면 간에는 깔때기 형의 제2코일스프링(34)을 설치하여 출력축(3)의 동력이 자동차의 바퀴로 전달되는 출력부로 구성되는 차량용 무단 변속장치에 있어서,
   제1 내지 제4 가변축(13)(23)(24)(33)은 양단부에 결합부를 형성하여, 일측 결합부(501)에는 걸림턱(501a)을 형성하고 중심부에 중공부(601)를 형성한 내결합체(6)가 걸림턱(501)에 밀착되도록 일측결합부에 끼워져 결합되고, 내결합체(6)의 외주면에는 중공부(601)까지 관통하는 암나사공(602)를 형성하여, 암나사공(602)에 나사 결합되는 체결볼트(7)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(701)에 의해 체결볼트(7)의 몸통 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(702)이 일측결합부(501) 외주면 일측에 형성한 유격발생홈(502)의 볼접촉홈(503)에 접촉되게 고정하고 타측단에는 접촉볼(3)을 형성하며,
   제1내지 제4가변축에 끼워지는 제1내지 제4 기어어(13a)(23a)(24a)(33a)는 해당 가변축이 끼워지는 축공(901) 내주면에 일측이 직선구간(902a)으로 형성되고, 타측이 곡선구간(902b)으로 형성된 요입홈(902)을 방사형으로 형성하여 직선구간(902a)에 환봉(903)을 끼워 넣고 곡선구간(902b) 내부에는 환봉(903)을 직선구간(902a)의 내측 벽면에 밀착시키도록 코일스프링(904)을 장치하여 제1내지 제4가변축의 일방향 회전을 달성케 한 차량용 무단 변속장치.
   
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