KR101586063B1 - 무단변속기 - Google Patents

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KR101586063B1
KR101586063B1 KR1020140036264A KR20140036264A KR101586063B1 KR 101586063 B1 KR101586063 B1 KR 101586063B1 KR 1020140036264 A KR1020140036264 A KR 1020140036264A KR 20140036264 A KR20140036264 A KR 20140036264A KR 101586063 B1 KR101586063 B1 KR 101586063B1
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Abstract

신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 무단변속기가 개시된다. 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부, 제1가이드슬롯과 교차하는 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부, 제1디스크부에 대한 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 제1가이드슬롯 및 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재를 포함하는 무단변속기는, 가이드부재에 일체로 제공되는 일방향 클러치(one way clutch)를 포함하되, 일방향 클러치는 계면에서 적어도 하나의 엘리먼트 수용부를 정의하는 이너레이스(inner race), 및 아우터레이스(outer race)를 포함하고, 엘리먼트 수용부에는 쐐기(wedge) 형상의 클러치 엘리먼트가 제공된다.

Description

무단변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은 무단변속기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 쐐기형 일방향 클러치(wedge type one way clutch)를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.
일반적으로 변속기는 엔진 또는 모터의 회전력을 도로의 구배 상태 또는 운전자의 의지에 따라 구동륜에 전달하기 위해 사용된다.
변속기는 작동 방식에 따라 운전자의 의지대로 변속단을 직접 선택하는 수동변속기, 차량의 주행조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동변속기, 변속단 사이에 변속영역 없이 무단으로 변속이 이루어지는 무단변속기(CVT; Continuously Variable Transmission) 등으로 분류될 수 있다.
이 중, 무단변속기는 엔진 또는 모터와 연결되는 입력축에 장착된 구동풀리, 출력축에 장착된 종동풀리, 및 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트를 포함하며, 상기 풀리의 이동에 따라 벨트의 외경이 가변되면서 변속이 이루어지는 방식으로 동작한다.
기존 무단변속기 중 하나로서, 등록특허공보 제10-1351073호(2014.01.22)에는, 서로 마주하도록 배치되는 2개의 디스크 상에 서로 교차하는 슬롯을 각각 형성하고, 각 디스크 간의 상대 회전에 따라 각 슬롯에 수용된 상태로 디스크의 반경 방향을 따라 이동하는 슬라이딩핀에 의해 구동벨트의 외경 변화를 줌으로써, 구동풀리 및 종동풀리 간의 회전수를 조절할 수 있도록 한 무단변속기에 대한 내용이 개시되어 있다.
아울러, 기존 무단변속기에서는 슬라이딩핀이 일 방향으로만 회전하고 나머지 다른 일 방향으로는 공전할 수 있도록 일방향 클러치가 사용된다. 그러나, 기존 일방향 클러치는 외륜과 내륜의 사이에 배치되는 볼 또는 롤러와 같은 구름부재에 의해 락(lock) 및 언락(unlock)이 이루어지도록 구성됨에 따라, 안정성 및 정확성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 구름부재에 의한 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 슬립(slip) 및 백래쉬(backlash)가 발생하는 문제점이 있고, 충분한 토크를 전달하기 어려운 문제점이 있으며, 구름부재에 의한 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 신속하게 구현되기 어려운 문제점이 있다.
또한, 기존 일방향 클러치의 경우에는 반복적인 클러치 조작에 의해 볼 또는 롤러에 마모 또는 찍힘이 발생할 시 볼 또는 롤러가 본연의 역할을 수행하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라 최근에는 변속 제어를 신속하고 정확하게 수행하기 위한 무단변속기에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 무단변속기를 제공한다.
특히, 본 발명은 슬립 및 백래쉬 현상을 저감시킬 수 있으며, 락(lock) 및 언락(unlock)의 신속한 전환이 가능한 일방향 클러치를 이용한 무단변속기를 제공한다.
또한, 본 발명은 변속 제어를 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 무단변속기를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부, 제1가이드슬롯과 교차하는 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부, 제1디스크부에 대한 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 제1가이드슬롯 및 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재를 포함하는 무단변속기는, 가이드부재에 일체로 제공되는 일방향 클러치(one way clutch)를 포함하되, 일방향 클러치는 계면에서 적어도 하나의 엘리먼트 수용부를 정의하는 이너레이스(inner race), 및 아우터레이스(outer race)를 포함하고, 엘리먼트 수용부에는 쐐기(wedge) 형상의 클러치 엘리먼트가 제공된다.
제1디스크부 및 제2디스크부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 단일 디스크부재로 구성되거나 복수개의 디스크부재로 구성될 수 있다. 제1디스크부 및 제2디스크부는 서로 동일한 개수의 디스크부재로 구성될 수 있으나, 경우에 따라서는 제1디스크부 및 제2디스크부가 서로 다른 개수의 디스크부재로 구성되는 것도 가능하다.
참고로, 본 발명에서 이너레이스 및 아우터레이스의 계면에서 적어도 하나의 엘리먼트 수용부가 정의된다 함은, 이너레이스의 외주면 및 아우터레이스의 내주면 중 적어도 어느 일측에 엘리먼트 수용부가 제공되는 것으로 이해될 수 있다.
쐐기(wedge) 형상의 클러치 엘리먼트는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 클러치 엘리먼트는 엘리먼트 수용부에 면접촉되는 평면접촉부, 및 평면접촉부에 대향하는 곡면클램핑부(curved clamping portion)를 포함하여 구성될 수 있다.
엘리먼트 수용부는 클러치 엘리먼트가 평면접촉 가능한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 엘리먼트 수용부는, 이너레이스에서 양단 중 일단이 상대적으로 이너레이스의 중심에 인접하도록 이너레이스의 외주면 접선 방향에 대해 경사지게 형성되는 평면바닥부, 평면바닥부의 양단 중 상대적으로 이너레이스에 중심에 인접한 평면바닥부의 일단에서 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제1벽부, 평면바닥부의 타단에서 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제2벽부를 포함할 수 있고, 클러치 엘리먼트는 제1벽부와 제2벽부의 사이에 배치될 수 있으며, 곡면클램핑부는 이너레이스에 대한 아우터레이스의 회전 방향에 따라 아우터레이스의 내주면에 면접촉 가능하게 제공되어 선택적으로 아우터레이스의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)될 수 있다.
여기서, 클러치 엘리먼트가 아우터레이스의 내주면에 락(lock)된 상태라 함은, 이너레이스에 대한 아우터레이스의 회전이 구속된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스에 대한 클러치 엘리먼트의 회전이 구속된 상태에서는 이너레이스에 대한 아우터레이스의 상대 회전이 구속될 수 있다. 또한, 클러치 엘리먼트가 아우터레이스의 내주면에 언락(unlock)된 상태라 함은, 아우터레이스에 대한 클러치 엘리먼트의 회전이 허용된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스에 대한 클러치 엘리먼트의 회전이 허용된 상태에서는 이너레이스에 대한 아우터레이스의 상대 회전이 허용될 수 있다.
엘리먼트 수용부 및 이에 대응하는 클러치 엘리먼트의 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트는 이너레이스의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스의 원주 방향을 따라 등간격으로 짝수개가 제공될 수 있다. 경우에 따라서는, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 이너레이스의 중심을 기준으로 비대칭적으로 홀수개 또는 짝수개로 제공되는 것도 가능하지만, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 비대칭적으로 제공될 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 및 슬립 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트는 이너레이스의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스의 원주 방향을 따라 짝수개로 제공되는 것이 바람직하다.
엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트의 설계 조건은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다.
바람직하게 신속한 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 이루어 질 수 있도록, 클러치 엘리먼트가 아우터레이스의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다. 참고로, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.001㎜보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 신속하게 이루어지기 어려운 문제점이 있고, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.05㎜보다 클 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 클러치 엘리먼트가 아우터레이스의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이에는 0.02㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다.
또한, 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 평면접촉부의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성될 수 있다. 즉, 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 평면접촉부의 각도(θ1)가 5°보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 비교적 큰 회전력을 필요로 해야하는 문제점이 있고, 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 평면접촉부의 각도(θ1)가 20°보다 클 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 상태가 안정적으로 유지되기 어렵기 때문에, 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 평면접촉부의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 락(lock) 및 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부에 대한 클러치 엘리먼트의 이동거리(ΔL)는 0.003㎜ ~ 0.572㎜로 구성될 수 있다.
또한, 클러치 엘리먼트의 락(lock) 상태에서 제2벽부와 클러치 엘리먼트의 사이에는 여유공차(L2)가 제공될 수 있다. 여유공차(L2)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 여유공차(L2)는 0.2㎜ ~ 1㎜로 제공될 수 있다.
또한, 엘리먼트 수용부의 외부로 노출되는 클러치 엘리먼트의 모서리에는 라운드 처리부가 형성될 수 있으며, 라운드 처리부는 클러치 엘리먼트의 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 클러치 엘리먼트의 모서리가 아우터레이스의 내주면에 찍히는 현상을 미연에 방지할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무단변속기는, 락(lock) 상태의 클러치 엘리먼트가 언락(unlock) 상태로 리턴될 시 리턴력을 제공하는 리턴수단을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 리턴수단은 제1벽부의 표면에 형성되는 제1자석코팅층, 및 제1자석코팅층과 상호 척력(repulsive force)을 갖도록 제1벽부를 마주하는 클러치 엘리먼트의 표면(제1단부 표면)에 형성되는 제2자석코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무단변속기에 의하면, 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 일방향 클러치로서 평면접촉부 및 곡면클램핑부를 포함하는 쐐기(wedge) 형태의 클러치 엘리먼트를 사용함으로써, 클램핑력을 향상시킴은 물론, 락(lock) 및 언락(unlock)의 신속한 전환을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명에 따르면 신속하고 정확한 변속제어가 가능하며, 변속 충격을 저감시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 클러치 엘리먼트가 아우터레이스의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면의 사이에는 0.001㎜ ~ 0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있고, 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 평면접촉부의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 제공될 수 있으며, 락(lock) 및 상기 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부에 대한 클러치 엘리먼트의 이동거리(ΔL)는 0.003㎜ ~ 0.572㎜로 제공될 수 있기 때문에, 클러치 엘리먼트의 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 슬립 및 백래쉬 현상을 최소화할 수 있으며, 변속 시간을 보다 단축할 수 있다.
또한, 기존 일방향 클러치의 경우에는 반복적인 클러치 조작에 의해 볼 또는 롤러에 마모 또는 찍힘이 발생할 시 볼 또는 롤러가 본연의 역할을 수행하기 어렵지만, 본 발명에서는 클러치 엘리먼트의 곡면클램핑부가 면접촉되며 클러치 동작을 수행할 수 있기 때문에, 반복적인 클러치 조작에 의해 클러치 엘리먼트에 마모가 발생하더라도 클러치 엘리먼트가 본연의 역할을 수행할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 클러치 엘리먼트의 락(lock) 상태에서 제2벽부와 클러치 엘리먼트의 사이에는 여유공차가 제공될 수 있기 때문에, 반복적인 클러치 조작에 의해 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면에 일정 이상 마모가 발생하더라도 여유공차 구간에 의해 곡면클램핑부와 아우터레이스의 간의 락(lock) 동작이 정상적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 쐐기형 일방향 클러치를 이용함과 아울러 단 하나의 제1디스크부 및 제2디스크부 조합에 의해 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 제1디스크부 및 제2디스크부의 비회전 상태에서도 변속이 가능한 이점이 있다. 즉, 기존 2개의 제1디스크부 및 제2디스크부 조합에 의해 변속이 이루어지는 방식의 경우에는, 변속시 동력전달부재의 늘어짐 및 처짐을 방지할 수 있도록 필연적으로 회전 상태에서 변속이 이루어질 수 있어야 한다. 하지만, 본 발명에서는 쐐기형 일방향 클러치를 이용한 단 하나의 제1디스크부 및 제2디스크부 조합에 의해 변속이 이루어질 수 있기 때문에 제1디스크부 및 제2디스크부 조합이 회전하지 않은 상태에서도 변속이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 출력 동력을 보다 향상시킬 수 있으며, 동력전달의 연속성 및 안정성을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무단변속기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 무단변속기의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무단변속기를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무단변속기를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 무단변속기(100)는 제1디스크부(200), 제2디스크부(300), 가이드부재(400) 및 일방향 클러치(500)를 포함한다.
상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)는 소정 간격을 두고 이격되게 배치되며, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 사이에는 반경 방향을 따라 이동하게 가이드부재(400)가 제공된다.
상기 제1디스크부(200)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 단 하나의 디스크부재 또는 복수개의 디스크부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1디스크부(200)는 복수개의 제1디스크부재(210,220)를 포함할 수 있으며, 상기 각 제1디스크부재(210,220)에는 각각 제1가이드슬롯(212,222)이 형성될 수 있다.
이하에서는 상기 각 제1디스크부재(210,220)에 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)이 서로 교차하게 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 일 예로, 2개의 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나의 제1디스크부재(210,220)에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있고, 2개의 제1디스크부재(210,220) 중 다른 하나의 제1디스크부재(210,220)에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 직선 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 후술할 가이드부재(400)의 이동시 비틀림 및 비정상적인 유동을 방지할 수 있게 한다. 더욱이, 상기 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있기 때문에, 변속 동작시 가이드부재(400) 간의 간섭을 미연에 방지할 수 있다.
상기 제2디스크부(300)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 단 하나의 디스크부재 또는 복수개의 디스크부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 제2디스크부(300)는 복수개의 제2디스크부재(310,320)를 포함할 수 있으며, 상기 각 제2디스크부재(310,320)에는 각각 전술한 제1가이드슬롯(212,222)과 교차하는 제2가이드슬롯(312,322)이 형성될 수 있다. 이하에서는 상기 각 제2디스크부재(310,320)에 형성되는 각 제2가이드슬롯(312,322)이 서로 교차하게 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 일 예로, 2개의 제2디스크부재(310,320) 중 어느 하나의 제2디스크부재(310,320)에 방사상으로 형성되는 제2가이드슬롯(312,322)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있고, 2개의 제2디스크부재(310,320) 중 다른 하나의 제2디스크부재(310,320)에 방사상으로 형성되는 제2가이드슬롯(312,322)은 직선 형태로 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 제1디스크부 및 제2디스크부가 각각 복수개의 디스크부재를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1디스크부 및 제2디스크부 중 어느 하나는 단일 디스크부재로 구성되고, 나머지 다른 하나는 복수개의 디스크부재를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
상기 가이드부재(400)는 동력전달부재(600)의 회전 반경을 정의하기 위해 제공된다.
여기서, 상기 가이드부재(400)에 의해 동력전달부재(600)의 회전 반경이 정의된다 함은, 동력전달부재(600)가 복수개의 가이드부재(400)의 둘레에 공통적으로 감겨짐으로써, 복수개의 가이드부재(400)에 의해 동력전달부재(600)의 회전 반경(회전 궤적 반경)이 정의되는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 반경 방향을 따른 가이드부재(400)의 이동에 대응하여, 가이드부재(400)의 둘레를 따라 감겨지는 동력전달부재(600)의 회전 반경이 가변될 수 있다.
즉, 상기 가이드부재(400)의 일단은 제1가이드슬롯(212,222)에 수용된 상태로 제1가이드슬롯(212,222)을 따라 이동할 수 있고, 상기 가이드부재(400)의 타단은 제2가이드슬롯(312,322)에 수용된 상태로 제2가이드슬롯(312,322)을 따라 이동할 수 있다.
상기 제1디스크부(200)에 대해 제2디스크부(300)(또는 제2디스크부에 대해 제1디스크부)가 회전함에 따라, 가이드부재(400)는 제1가이드슬롯(212,222) 및 제2가이드슬롯(312,322)을 따라 이동함으로써 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 반경 방향을 따라 이동할 수 있다. 아울러, 상기 가이드부재(400)의 양단부에는 동력전달부재의 이탈을 방지하고, 가이드부재(400)의 이동을 가이드하기 위한 단부마감부(551,552)가 결합될 수 있다.
상기 일방향 클러치(500)는 가이드부재(400)의 일 방향 회전만을 허용하기 위해 제공되며, 이너레이스(inner race)(510), 아우터레이스(outer race)(520), 및 클러치 엘리먼트(clutch element)(530)를 포함한다.
상기 이너레이스(510)는 가이드부재(400)에 일체로 제공되며, 이너레이스(510)의 외주면에는 후술할 클러치 엘리먼트(530)가 수용되기 위한 엘리먼트 수용부(512)가 형성된다.
참고로, 본 발명에서 이너레이스(510)가 가이드부재(400)에 일체로 제공된다 함은, 이너레이스(510)와 가이드부재(400)가 일체로 회전 가능하게 결합 또는 형성된 상태로 이해될 수 있다. 일 예로, 이너레이스와 가이드부재는 각각 별도로 형성된 후 일체로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 다른 일 예로, 이너레이스는 가이드부재의 외주면 상에 직접 형성될 수 있다.
상기 아우터레이스(520)는 이너레이스(510)에 대해 상대 회전 가능하게 이너레이스(510)의 외측에 동축적으로 배치된다.
상기 클러치 엘리먼트(530)는 이너레이스(510)의 엘리먼트 수용부(512)에 수용되며, 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)된다.
여기서, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock)된 상태라 함은, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 구속된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 구속된 상태에서는 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 구속될 수 있다.
또한, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태라 함은, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 허용된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 허용된 상태에서는 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 허용될 수 있다.
상기 엘리먼트 수용부(512)는 클러치 엘리먼트(530)를 부분적으로 수용 가능한 사이즈로 제공되며, 클러치 엘리먼트(530)는 엘리먼트 수용부(512)에 부분적으로 수용된 상태에서, 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 엘리먼트 수용부(512)는, 양단 중 일단이 상대적으로 이너레이스(510)의 중심에 인접하도록 이너레이스(510)의 외주면 접선 방향에 대해 경사지게 형성되는 평면바닥부(513), 상기 평면바닥부(513)의 양단 중 상대적으로 이너레이스(510)에 중심에 인접한 평면바닥부(513)의 일단에서 이너레이스(510)의 외주면까지 형성되는 제1벽부(514), 및 상기 평면바닥부(513)의 타단에서 이너레이스(510)의 외주면까지 형성되는 제2벽부(515)를 포함하여, 대략 "ㄷ"자 형상의 홈 형태로 형성된다.
상기 클러치 엘리먼트(530)는 평면바닥부(513)에 면접촉되는 평면접촉부(532), 및 상기 아우터레이스(520)의 내주면에 면접촉 가능한 곡면클램핑부(curved clamping portion)(534)를 포함하여 대략 쐐기(wedge) 형태로 형성되며, 제1벽부(514)와 제2벽부(515)의 사이에 배치되도록 엘리먼트 수용부(512)에 수용된다. 아울러, 이하에서는 제1벽부(514)를 마주하는 클러치 엘리먼트(530)의 단부를 제1단부(537)로 지칭하고, 제2벽부(515)를 마주하는 클러치 엘리먼트(530)의 다른 단부를 제2단부(538)로 지칭하기로 한다.
상기 클러치 엘리먼트(530)의 평면접촉부(532)는 제1디스크부(200)에 대한 제2디스크부(300)의 회전 방향에 따라 평면바닥부(513)에 면접촉된 상태로 엘리먼트 수용부(512) 상에서 이동할 수 있고, 상기 곡면클램핑부(534)는 제1디스크부(200)에 대한 제2디스크부(300)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉될 수 있다. 참고로, 상기 곡면클램핑부(534)가 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉된 상태는 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock)된 상태로 이해될 수 있는 바, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉됨에 따른 클램핑력(마찰력)에 의해 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 구속될 수 있으며, 아우터레이스(520)의 일 방향 회전에 대응하여 이너레이스(510)도 함께 동일한 일 방향으로 회전할 수 있다.
상기 엘리먼트 수용부(512) 및 이에 대응하는 클러치 엘리먼트(530)의 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 상기 엘리먼트 수용부(512) 및 클러치 엘리먼트(530)는 이너레이스(510)의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스(510)의 원주 방향을 따라 등간격으로 짝수개(예를 들어, 6개, 8개, 10개, 12개 등)가 제공될 수 있다. 경우에 따라서는, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 이너레이스의 중심을 기준으로 비대칭적으로 홀수개(예를 들어, 5개, 7개, 9개 등)로 제공되는 것도 가능하지만, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 홀수개로 제공될 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 및 슬립 현상이 발생되는 문제점이 있고, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 이너레이스의 중심을 기준으로 비대칭적으로 짝수개가 제공될 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 및 슬립 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트는 이너레이스의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스의 원주 방향을 따라 짝수개로 제공되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 클러치 엘리먼트(530)가 평면접촉부(532) 및 곡면클램핑부(534)를 포함하는 쐐기(wedge) 형태로 형성되게 함으로써, 충분한 클램핑력을 제공함은 물론, 슬립 및 백래쉬 현상을 저감시키고, 락(lock) 및 언락(unlock)의 신속한 전환이 가능하게 한다.
상기 엘리먼트 수용부(512) 및 클러치 엘리먼트(530)의 설계 조건은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다.
바람직하게 도 5를 참조하면, 신속한 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 이루어 질 수 있도록, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다. 참고로, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.001㎜보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 신속하게 이루어지기 어려운 문제점이 있고, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.05㎜보다 클 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.02㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다.
또한, 상기 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성될 수 있다. 즉, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)가 5°보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 비교적 큰 회전력을 필요로 해야하는 문제점이 있고, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)가 20°보다 클 경우에는 충분한 클램핑력을 보장하기 어렵고 락(lock) 및 언락(unlock) 상태가 안정적으로 유지되기 어렵기 때문에, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 전술한 조건 하에서 상기 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 및 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부(513)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 이동거리(ΔL)는 0.003㎜ ~ 0.572㎜로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 평면바닥부(513)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 이동거리(ΔL)라 함은, 상기 락(lock) 및 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부(513) 상에서 면접촉된 상태로 이동하는 평면접촉부(532)의 직선 이동거리로 이해될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 상태에서 제2벽부(515)와 상기 클러치 엘리먼트(530)의 사이에는 여유공차(L2)가 제공될 수 있다. 이와 같은 구조는, 반복적인 클러치 조작에 의해 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면에 마모가 발생하더라도 여유공차 구간에 의해 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520) 간의 락(lock) 동작이 정상적으로 이루어질 수 있다. 상기 여유공차(L2)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 상기 여유공차(L2)는 0.2㎜보다 큰 값으로 구성될 수 있으며, 더욱 바람직하게 여유공차(L2)는 0.2㎜ ~ 1㎜로 제공될 수 있다.
상기 클러치 엘리먼트(530)가 반복된 클러치 조작(락 및 언락 전환)에 의해 일정 이상 마모될 시에는, 클러치 엘리먼트(530)의 제2단부(538)가 제2벽부(515)에 구속됨으로써, 마모에 따른 락(lock) 불능 상태를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 엘리먼트 수용부(512)의 외부로 노출되는 클러치 엘리먼트(530)의 모서리에는 라운드 처리부(535,536)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 아우터레이스(520)의 내주면에 인접한 제1단부(537)의 모서리 및 제2단부(538)의 모서리에는 소정 반경을 갖는 라운드 처리부(535,536)가 형성될 수 있다. 상기 라운드 처리부(535,536)는 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 클러치 엘리먼트(530)의 모서리가 아우터레이스(520)의 내주면에 찍히는 현상을 미연에 방지할 수 있게 한다.
한편, 상기 동력전달부재(600)로서는 통상의 벨트 또는 체인 등이 사용될 수 있으며, 동력전달부재(600)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 동력전달부재(600)로서 통상의 체인이 사용되고, 아우터레이스(520)의 외주면에는 체인과 치합(engage)되는 기어부(524)가 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 무단변속기(100)의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제1디스크부(200)에 대한 제2디스크부(300)의 상대 회전에 대응하여 가이드부재(400)가 제1디스크부(200)(제2디스크부)의 반경 방향을 따라 이동함으로써, 동력전달부재(600)의 회전 반경이 선택적으로 가변될 수 있으며, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)가 동시에 회전함에 따른 구동력은 동력전달부재(600)를 통해 출력축(110)으로 전달되어 출력될 수 있다.
또한, 상기 일방향 클러치(500)는 변속 과정시(가이드부재(400)의 이동시) 가이드부재(400)가 일 방향으로만 회전될 수 있게 함으로써, 변속 과정 중 동력전달의 연속성 및 안정성을 유지할 수 있게 한다.
한편, 상기 가이드부재(400)를 제1디스크부(200)(제2디스크부)의 반경 방향을 따라 이동시키기 위해 제1디스크부(200)에 대해 제2디스크부(300)를 상대 회전시키기 위한 회전수단으로서는 통상의 회전수단이 사용될 수 있으며, 회전수단의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 무단변속기는 동력전달부재(600)의 장력을 조절하기 위한 장력조절수단을 포함할 수 있으며, 장력조절수단에 의해 동력전달부재(600)의 장력이 적절히 조절될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무단변속기(100)를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무단변속기(100)는, 락(lock) 상태의 클러치 엘리먼트(530)가 언락(unlock) 상태로 리턴될 시 리턴력을 제공하는 리턴수단(700)을 더 포함할 수 있다.
상기 리턴수단(700)으로서는 제1벽부(514)에 인접한 클러치 엘리먼트(530)를 제2벽부(515) 측으로 밀어내는 리턴력을 제공 가능한 다양한 리턴수단(700)이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 리턴수단(700)은 제1벽부(514)의 표면에 형성되는 제1자석코팅층(710), 및 상기 제1자석코팅층(710)과 상호 척력(repulsive force)을 갖도록 제1벽부(514)를 마주하는 클러치 엘리먼트(530)의 표면(제1단부(537) 표면)에 형성되는 제2자석코팅층(720)을 포함할 수 있다.
상기 제1자석코팅층(710) 및 제2자석코팅층(720)은 페라이트와 같은 통상의 자석물질로 형성될 수 있으며, 그 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 다르게는 리턴수단(700)으로서 스프링부재와 같은 탄성부재를 사용하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 무단변속기 200 : 제1디스크부
300 : 제2디스크부 400 : 가이드부재
500 : 일방향 클러치 510 : 이너레이스
512 : 엘리먼트 수용부 513 : 평면바닥부
514 : 제1벽부 515 : 제2벽부
520 : 아우터레이스 530 : 클러치 엘리먼트
532 : 평면접촉부 534 : 곡면클램핑부
600 : 동력전달부재 700 : 리턴수단

Claims (11)

  1. 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부, 상기 제1가이드슬롯과 교차하는 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부, 상기 제1디스크부에 대한 상기 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 상기 제1가이드슬롯 및 상기 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재를 포함하는 무단변속기에 있어서,
    상기 가이드부재에 일체로 제공되는 일방향 클러치(one way clutch)를 포함하되, 상기 일방향 클러치는, 아우터레이스(outer race); 상기 아우터레이스의 내부에 회전 가능하게 배치되는 이너레이스(inner race); 및 상기 아우터레이스 및 상기 이너레이스의 사이에 제공되는 쐐기(wedge) 형상의 클러치 엘리먼트;를 포함하고,
    상기 아우터레이스 및 상기 이너레이스의 계면 중 적어도 어느 일측에는 엘리먼트 수용부가 제공되며, 상기 클러치 엘리먼트는 상기 엘리먼트 수용부에 면접촉되는 평면접촉부 및 상기 평면접촉부에 대향하는 곡면클램핑부(curved clamping portion)를 구비하여 상기 엘리먼트 수용부에 수용되고,
    상기 엘리먼트 수용부는, 상기 이너레이스에서 양단 중 일단이 상대적으로 상기 이너레이스의 중심에 인접하도록 상기 이너레이스의 외주면 접선 방향에 대해 경사지게 형성되며 상기 평면접촉부가 면접촉되는 평면바닥부, 상기 평면바닥부의 양단 중 상대적으로 상기 이너레이스에 중심에 인접한 상기 평면바닥부의 일단에서 상기 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제1벽부, 및 상기 평면바닥부의 타단에서 상기 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제2벽부를 포함하고,
    상기 클러치 엘리먼트는 상기 제1벽부와 상기 제2벽부의 사이에 배치되고, 상기 곡면클램핑부는 상기 이너레이스에 대한 상기 아우터레이스의 회전 방향에 따라 상기 아우터레이스의 내주면에 면접촉 가능하게 제공되어 선택적으로 상기 아우터레이스의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)되는 것을 특징으로 하는 일방향 클러치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 엘리먼트가 상기 아우터레이스의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 상기 곡면클램핑부와 상기 아우터레이스의 내주면의 사이에는 0.001㎜ ~ 0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공되는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 곡면클램핑부의 현(chord)에 대한 상기 평면접촉부의 각도(θ1)는 5°~ 20°인 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 락(lock) 및 상기 언락(unlock) 간의 전환시 상기 평면바닥부에 대한 상기 클러치 엘리먼트의 이동거리(ΔL)는 0.003㎜ ~ 0.572㎜인 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 엘리먼트의 상기 락(lock) 상태에서 상기 제2벽부와 상기 클러치 엘리먼트의 사이에는 여유공차(L2)가 제공되는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엘리먼트 수용부 및 상기 클러치 엘리먼트는 상기 이너레이스의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 상기 이너레이스의 원주 방향을 따라 짝수개가 제공되는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 엘리먼트 수용부의 외부로 노출되는 상기 클러치 엘리먼트의 모서리에는 라운드 처리부가 형성된 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 락(lock) 상태의 상기 클러치 엘리먼트가 상기 언락(unlock) 상태로 리턴될 시 리턴력을 제공하는 리턴수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 리턴수단은,
    상기 제1벽부의 표면에 형성되는 제1자석코팅층;
    상기 제1자석코팅층과 상호 척력(repulsive force)을 갖도록 상기 제1벽부를 마주하는 상기 클러치 엘리먼트의 표면에 형성되는 제2자석코팅층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
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