KR101654132B1 - 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 무단변속기에 관한 것으로, 특정 회전수 영역에서 변속이 지연되도록 함으로써 무단변속기가 고유의 동력특성을 갖도록 할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따르면, 고출력 또는 급가속 시 급격한 변속비의 증가를 지연시킬 수 있도록 함으로써, 무단변속기를 고출력의 회전력발생수단에 적용할 수 있고 가속력의 저하가 방지되도록 할 수 있다. 또한 하나의 무단변속기로 무단변속기의 특성 및 유단변속기의 특성을 선택하여 사용할 수 있게 함으로써 사용자가 필요 또는 기호에 따라 원하는 운전을 할 수 있는 무단변속기에 관한 깃이다.

Description

무단변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은 벨트 전동방식의 무단변속기에 관한 것으로, 단속적인 변속이 선택적으로 이루어질 수 있도록 한 무단변속기에 관한 것이다.

엔진이나 모터와 같은 회전력발생수단을 이용하는 다양한 종류의 기계장치에는 적절한 크기의 회전속도와 토크를 얻기 위해 변속기를 이용하는 경우가 많다. 이러한 변속기는 수동변속기와 자동변속기로 대별될 수 있으며, 현재는 자동변속기가 널리 사용되고 있는 추세이다.

자동변속기의 종류는 다양한데, 그 중 무단변속기는 구동풀리와 종동풀리를 벨트로 연결하여 동력이 전달되도록 구성된다. 따라서 벨트 전동방식의 무단변속기는 동력전달이 직결되므로 엔진이나 모터와 같은 회전력발생수단의 출력 활용도가 높고, 다른 방식의 자동변속기보다 구조가 간단하며 경량이고, 변속충격이 발생되지 않으므로 정숙성이 높다는 등의 장점을 갖는다.

이러한 장점들에도 불구하고, 벨트 전동방식의 무단변속기는 고출력의 엔진 등에 적용되었을 때 벨트의 미끄러짐 현상에 의해 전동 효율이 낮아지거나 불가능해질 수 있는 치명적 단점으로 인해 상대적으로 낮은 출력의 엔진 등에 적용되고 있다. 즉, 벨트 전동방식의 무단변속기가 적용될 수 있는 출력의 한계에 의해 현재 무단변속기는 대부분 이륜차나 소형차에 적용되고 있다.

또한, 벨트 전동방식의 무단변속기는 구동풀리의 회전수(rpm)에 의존하여 변속이 이루어지므로, 차량이 오르막길을 주행하거나 다른 차량을 견인하는 등의 상황에서는 충분한 출력을 얻을 수 없게 되는 단점이 있다.

한편, 벨트 전동방식의 무단변속기는 비교적 용이하게 필요한 토크 또는 회전수와 같은 동력특성을 갖도록 구성할 수 있는 장점이 있다.

예를 들어, 공개특허공보 제10-2012-0009218호(이하, '특허문헌 1'이라 함)에는 무단변속기에 구동풀리의 이동시브의 이동거리를 제한하는 속도제한기구를 설치하여 임의의 회전수에서 변속비가 높아지는 것이 제한되도록 하는 내용이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1은 제한된 최고 회전수에서만 원하는 동력특성을 얻을 수 있다는 단점이 있으며, 현재 벨트 전동방식의 무단변속기가 소정의 회전수 영역에서 원하는 동력특성을 갖도록 하는 방안의 제공은 미비한 실정이다.

공개특허공보 제10-2012-0009218호(발명의 명칭: 다목적 운반차량의 무단변속장치의 속도제한구조, 공개일: 2012년 2월 1일)

본 발명의 실시예는 특정 회전수 영역에서 변속이 지연되도록 할 수 있는 무단변속기를 제공하고자 한다.

그리고 본 발명의 실시예는 하나의 무단변속기로 무단변속의 특성 및 유단변속의 특성을 선택하여 갖도록 할 수 있는 무단변속기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 벨트로 연결된 구동풀리 및 종동풀리를 구비한 벨트 전동방식 무단변속기로서, 상기 구동풀리는 구동축에 고정 결합된 고정시브와, 상기 고정시브에 고정 결합된 스파이더와, 상기 고정시브 및 상기 스파이더 사이에 상기 구동축의 길이방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 이동시브와, 상기 이동시브에 일측이 회동 가능하게 결합되고, 그 외주연에 가이드면이 형성된 원심추와, 상기 스파이더에 결합되고 상기 원심추의 회동에 따라 상기 가이드면의 일부분에 슬라이딩 접촉되며 상기 원심추를 지지하는 슬라이더를 포함하고, 상기 슬라이더 및 상기 가이드면에는 상기 슬라이더가 상기 가이드면을 따라 단속적 또는 연속적으로 슬라이딩 이동되도록 하는 이동조절부가 한 곳 이상 형성된 무단변속기가 제공될 수 있다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명의 실시예에 따르면, 특정 회전수 영역에서 변속이 지연되도록 함으로써 무단변속기가 고유의 동력특성을 갖도록 할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 고출력 또는 급가속 시 급격한 변속비의 증가를 지연시킬 수 있도록 함으로써 무단변속기를 고출력의 회전력발생수단에 적용할 수 있고 가속력의 저하가 방지되도록 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 무단변속기로 무단변속기의 특성 및 유단변속기의 특성을 선택하여 사용할 수 있게 함으로써 사용자가 필요 또는 기호에 따라 원하는 운전을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기를 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 도 1에 도시된 구동풀리가 저속으로 회전하는 경우의 단면도
도 3은 도 1에 도시된 종동풀리가 저속으로 회전하는 경우의 단면도
도 4는 도 1에 도시된 구동풀리가 고속으로 회전하는 경우의 단면도
도 5는 도 1에 도시된 종동풀리가 고속으로 회전하는 경우의 단면도
도 6은 도 2 및 도 4에 도시된 원심추 및 슬라이더의 사시도
도 7은 도 6에 도시된 슬라이더의 단면도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 작동특성을 나타낸 도면
도 9는 도 6에 도시된 원심추의 변형예를 나타낸 사시도
도 10 및 도 11은 도 7에 도시된 슬라이더의 변형예를 나타낸 단면도

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기(3)에는 구동풀리(100), 종동풀리(200) 및 벨트(5)가 포함된다.

회전력발생수단(1)은 엔진이나 모터와 같이 회전력을 발생시키는 수단을 의미한다. 구동풀리(100)는 회전력발생수단(1)과 구동축(2)으로 연결되어, 회전력발생수단(1)에서 발생된 회전력이 구동축(2)을 통하여 구동풀리(100)로 전달된다.

구동풀리(100) 및 종동풀리(200)는 도시된 바와 같이 벨트(5)로 연결되어 구동풀리(100)의 회전력이 종동풀리(200)로 전달되며, 종동풀리(200)로 전달된 회전력은 종동풀리(200)에 연결된 종동축(4)을 통하여 출력된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기(3)는 벨트 전동방식 무단변속기이다.

무단변속기(3)는 구동풀리(100) 및 종동풀리(200)의 회전수 차이를 변화시킴으로써 변속비를 조절한다. 무단변속기(3)의 구성 및 작동은 아래에서 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 2에는 도 1에 도시된 구동풀리가 저속으로 회전하는 경우의 단면도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 구동풀리(100)에는 고정시브(110), 이동시브(120), 스파이더(130), 슬라이더(140), 원심추(150), 밸런스스프링(160) 및 커버(170)가 포함된다.

고정시브(110)의 일측은 구동축(2)의 단부에 고정 결합되어 구동축(2)과 함께 회전되며, 고정시브(110)에는 벨트(5)의 일측면과 접하는 고정시브면(111)이 형성된다.

스파이더(130)는 고정시브(110)의 타측에 고정 결합되어 고정시브(110)와 함께 회전된다. 스파이더(130)는 일부분만 도시되었으나, 고정시브(110)에 결합된 부분을 중심으로 복수의 돌출부가 방사상으로 형성된 형상을 가지며, 이 복수의 돌출부 사이에는 아래에서 설명할 슬라이더(140)가 결합된다.

슬라이더(140)는 고정시브(110)에 고정 결합되거나 도시된 바와 같이 슬라이더축(144)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다.

이동시브(120)는 고정시브(110)에 구동축(2)의 길이방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합된다. 여기서, 이동시브(120)는 고정시브(110) 일측의 고정시브면(111)이 형성된 부분 및 스파이더(130) 사이에 배치되어, 이동시브(120)는 고정시브(110)의 일측으로부터 스파이더(130) 사이의 구간에서 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.

이동시브(120)에는 이동시브면(121)이 형성된다.

도시된 바와 같이 고정시브면(111) 및 이동시브면(121)은 구동축(2)에 수직한 면을 중심으로 대칭되는 경사면 형상을 갖도록 형성되며, 이동시브면(121)에는 벨트(5)의 타측면이 접한다.

따라서, 벨트(5)의 양면은 고정시브면(111) 및 이동시브면(121)에 접하여 이들 사이의 마찰력에 의해 구동풀리(100)의 회전력이 벨트(5)를 통하여 종동풀리(200)로 전달된다.

원심추(150)는 그 일측이 이동시브(120)에 회동 가능하게 결합된다. 즉, 이동시브(120)의 이동시브면(121)이 형성된 면의 반대방향에는 추축(151)이 결합되며, 추축(151)에 원심추(150)가 회동 가능하게 결합된다.

도 6에는 슬라이더(140) 및 원심추(150)의 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 슬라이더(140)의 단면이 도시되어 있다. 도 6 및 도 7을 참조하여 슬라이더(140) 및 원심추(150)에 대하여 설명한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 원심추(150)의 일측에는 에는 추축(도 2의 151)이 삽입되는 추축공(152)이 형성되고, 원심추(150)의 타측 외주연의 일부분에는 가이드면(153)이 형성된다.

가이드면(153)은 도시된 바와 같이 곡면 형상으로 형성될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 평면 형상으로 형성될 수도 있다.

가이드면(153)에는 가이드그루브(154)가 함입된 형상, 즉 오목한 형상으로 성된다. 가이드그루브(154)는 가이드면(153)의 길이방향을 따라 형성된다.

가이드면(153)에는 걸림홈(155)이 형성된다. 걸림홈(155)은 도시된 바와 같이 일정한 간격(D)을 갖도록 복수 개가 형성된다. 걸림홈(155)은 도시된 바와 같이 가이드그루브(154)를 따라 그 내부에 형성될 수 있다.

참고로, 걸림홈(155)의 수 및 간격은 변경될 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

슬라이더(140)에는 슬라이더본체, 롤러볼(141), 볼홀더(142) 및 작동지지체(143)가 포함되고, 슬라이더본체에는 슬라이더축(144) 및 가이드리브(145)가 형성된다.

구 형상을 갖는 롤러볼(141)은 내열성, 내부식성 및 내마멸성 등이 높은 견고한 소재로 제조될 수 있다. 볼홀더(142)는 롤러볼(141)의 노출된 일측이 자유롭게 회전할 수 있도록 롤러볼(141)의 타측을 지지한다.

작동지지체(143)는 롤러볼(141)의 일측이 걸림홈(155)에 삽입되는 방향으로 볼홀더(142) 탄성 지지한다. 작동지지체(143)으로는 판스프링 등이 사용될 수 있다. 따라서 롤러볼(141)은 작동지지체(143)에 의해 슬라이더본체에 압입, 즉 외력이 가해지면 돌출된 반대방향으로 이동 가능하게 설치된다.

슬라이더(140)는 가이드면(153)의 일부분에 슬라이딩 가능하게 접촉된다. 이때, 자세하게 도시되지는 않았으나, 슬라이더본체의 가이드면(153)과 접촉되는 부분은 가이드면(153)과 상응하는 형상을 갖도록 형성되어 슬라이더(140)가 가이드면(153)의 길이방향을 따라 안정적으로 슬라이딩 이동될 수 있도록 할 수 있다.

슬라이더(140)가 가이드면(153)에 접촉된 상태로 가이드면(153)을 따라 이동되는 중 걸림홈(155)에 해당되는 위치에서는 롤러볼(141)의 일측이 걸림홈(155)에 삽입되며, 그 외의 위치에서는 롤러볼(141)이 압입되면서 걸림홈(155)으로부터 이탈된다.

따라서 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 슬라이딩 이동되는 과정에서 롤러볼(141)이 걸림홈(155)에 삽입 및 이탈이 반복된다.

여기서, 롤러볼(141)이 걸림홈(155)에 삽입된 상태로부터 이탈되도록 하기 위해서는 롤러볼(141)의 걸림홈(155)의 면을 따라 이동되면서 압입되어 작동지지체(143)가 탄성변형 되어야 하므로, 걸림홈(155)이 형성되지 않은 부분을 슬라이딩 이동할 때보다 더 큰 힘이 필요하게 된다.

그러므로, 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 슬라이딩 이동할 때에는 일시적으로 단속적인 이동 형태를 갖게 된다. 단속적인 지점의 수는 걸림홈(155)의 수에 의해 결정될 수 있다.

이와 같이 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 슬라이딩 이동되는 과정에서 단속적 또는 연속적인 이동 형태를 나타내도록 하는 부분을 이동조절부(J)라 칭하기로 한다. 본 실시예의 이동조절부(J)에는 롤러볼(141) 및 걸림홈(155)이 포함되며, 이동조절부(J)의 수는 상술한 바와 같이 걸림홈(155)의 수에 의해 결정될 수 있다.
가이드리브(145)는 상기 가이드면(153)이 형성된 상기 원심추(150)의 외주연 양측을 슬라이딩 가능하게 지지하게 한 쌍이 돌출된다. 가이드리브(145)는 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 슬라이딩 이동할 때 가이드리브(145)가 위치 이탈이 일어나지 않고 안정적으로 이동할 수 있도록 도움을 준다.

다시 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이 슬라이더(140)는 원심추(150)의 외주연 일부분에 접촉되며 원심추(150)를 지지한다. 이때, 복수의 걸림홈(155) 중 일측에 형성된 것에 롤러볼(141)이 삽입되어 있다.

자세하게 도시되지는 않았으나, 원심추(150)는 복수 개가 구동축(2)을 중심으로 방사상으로 배치된다. 이때, 원심추(150) 수는 스파이더(130)에 형성된 돌출부의 수 및 슬라이더(140)와 상응하도록 설정될 수 있으며, 원심추(150)가 추축(151)을 중심으로 회동될 때 원심추(150)의 타측이 스파이더(130)의 돌출부들 사이로 이동되도록 배치된다.

커버(170)는 이동시브(120)에 결합되며, 스파이더(130), 슬라이더(140), 원심추(150) 및 밸런스스프링(160)을 감싸도록 형성된다. 커버(170)에는 내부에서 발생되는 열이 외부로 발산되도록 방열팬 등이 형성될 수 있는데, 편의상 도시를 생략하였다.

밸런스스프링(160)은 이동시브(120)를 스파이더(130) 방향, 즉 고정시브면(111) 및 이동시브면(121)이 서로 멀어지는 방향으로 탄성 지지한다. 이를 위하여 밸런스스프링(160)은 도시된 바와 같이 스파이더(130) 및 커버(170) 내측에 양단부가 접하도록 배치될 수 있다.

도 2에는 이동시브(120)가 스파이더(130)에 최대로 접근한 상태, 즉 고정시브(110) 및 이동시브(120)가 최대한 이격되어 고정시브면(111) 및 이동시브면(121) 사이가 가장 멀리 벌어진 상태가 도시되어 있다.

이때, 벨트(5)는 구동축(2)과 가장 가까이 배치된 상태가 되며, 밸런스스프링(160)은 최대로 신장된 상태이다. 따라서, 구동축(2)이 회전될 경우 벨트(5)의 회전반경은 최소인 상태가 되므로 종동풀리(도 1의 200)는 저속으로 회전된다.

도 3에는 종동풀리(200)가 저속으로 회전하는 경우의 단면도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 종동풀리(200)에는 고정시브(210), 이동시브(220), 고정보스(230), 지지블록(240), 이동보스(250) 및 리턴스프링(260)이 포함된다.

종동축(4)에는 고정보스(230)가 고정 결합되고, 고정시브(210)는 고정보스(230)의 일측에 고정 결합된다. 따라서, 고정시브(210)는 종동축(4)에 고정 결합되어 종동축(4)과 함께 회전된다. 그리고 고정시브(210)에는 벨트(5)의 일측면이 접하는 고정시브면(211)이 형성된다.

도시되지는 않았으나, 고정시브(210)는 종동축(4)에 직접 고정 결합될 수도 있다.

지지블록(240)은 고정보스(230)의 타측에 고정 결합된다.

이동보스(250)는 고정보스(230)에 종동축(4)의 길이방향과 나란한 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는데, 이동보스(250)는 고정보스(230)의 일측으로부터 타측 사이에서 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 이동보스(250)는 고정보스(230)에 대하여 슬라이딩 이동은 가능하나 고정보스(230)와 함께 회전되도록 설치된다.

이동보스(250)에는 이동시브(220)가 고정 결합된다. 이동시브(220)에는 벨트(5)의 타측면이 접하는 이동시브면(221)이 형성된다.

리턴스프링(260)는 그 양단이 이동보스(250) 및 지지블록(240)에 접하도록 설치되며, 리턴스프링(260)은 이동보스(250)를 고정시브(210)에 근접하는 방향으로 탄성 지지한다. 즉, 리턴스프링(260)은 고정시브면(211) 및 이동시브면(221) 사이의 간격이 최소화되는 방향으로 탄성 지지한다.

도 3에는 이동시브(220)가 고정시브(210)에 최대로 접근한 상태, 즉 고정시브면(211) 및 이동시브면(221) 사이의 간격이 가장 작은 상태가 도시되어 있다.

이때, 벨트(5)는 종동축(4)과 가장 가까이 멀리 배치된 상태가 되며, 리턴스프링(260)은 최대로 신장된 상태이다. 따라서, 벨트(5)로부터 전달되어 오는 회전력에 의해 종동풀리(200)가 회전되는 경우, 벨트(5)의 회전반경은 최대인 상태가 되므로 종동축(4)은 저속으로 회전된다.

도 4에는 도 1에 도시된 구동풀리가 고속으로 회전하는 경우의 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 1에 도시된 종동풀리가 고속으로 회전하는 경우의 단면도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 구동축(2)이 회전됨에 따라 원심추(150)도 회전하게 되며, 이때 원심추(150)에 작용하는 원심력에 의해 원심추(150)가 도 2에 도시된 상태로부터 도시된 바와 같이 추축(151)을 중심으로 회전된다. 여기서, 도 4에 도시된 상태는 원심추(150)가 최대로 회전된 상태를 상정하여 도시한 것이다.

도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 중간 과정은 생략되었으나, 원심추(150)가 도 2에 도시된 바와 같이 추축(151)을 중심으로 회전되지 않은 상태로부터 도 4에 도시된 바와 같이 최대로 회전되는 과정에서 슬라이더(140)는 가이드면(도 6의 153)을 따라 슬라이딩하며 지속적으로 원심추(150)를 지지한다.

이때 슬라이더(140)는 슬라이더축(144)을 중심으로 회전되면서 가이드면(153)과 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 원심추(150)가 원심력에 의해 회동하는 힘과 슬라이더(140)의 지지에 의해 원심추(150)에는 추축(151)이 고정시브(110) 방향으로 이동되도록 하는 방향의 힘이 작용되며, 이 힘에 의해 이동시브(120)가 고정시브(110) 방향으로 슬라이딩 이동된다. 이에 따라 이동시브(120)에 결합된 커버(170) 또한 고정시브(110) 방향으로 이동되며, 이 과정에서 밸런스스프링(160)이 압축된다.

그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 벨트(5)는 구동축(2)으로부터 가장 이격된 위치에 있게 되므로, 벨트(5)의 회전반경은 최대가 되어 벨트(5)의 이동속도 또한 최대가 된다.

여기서, 벨트(5)의 전체길이는 미리 정해져 있으므로, 벨트(5)의 구동풀리(100)에 연결된 부분의 회전반경이 최대가 되면 벨트(5)에 인장력이 작용된다.

이에 따라 벨트(5)는 종동풀리(200)의 고정시브면(211) 및 이동시브면(221) 사이로 압입되므로, 종동풀리(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 이동시브(220) 및 고정시브(210) 사이의 간격이 최대가 된다.

그러므로 벨트(5)의 종동풀리(200)에 연결된 부분은 종동축(4)에 가장 근접하게 되므로 종동풀리(200)에서의 벨트(5)의 회전반경은 최소가 되며, 리턴스프링(260)은 도시된 바와 같이 압축된다.

한편, 원심추(150)가 도 2에 도시된 상태로부터 도 4에 도시된 상태, 즉 구동축(2)이 정지되어 있거나 저속으로 회전하던 상황에서 고속으로 회전하는 상황으로 변경되고, 이에 따라 무단변속기(3)의 변속비가 구동축(2)의 회전수에 비례하여 증가되는 과정에서 슬라이더(140)는 가이드면(153)의 일측으로부터 타측으로 상대적인 슬라이딩 이동을 하게 된다.

이와 같이 슬라이더(140)가 이동되면, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 롤러볼(141)은 복수의 걸림홈(155)에 삽입 또는 이탈을 반복하게 된다. 즉, 이동조절부(J)에 의해 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 단속적 및 연속적으로 슬라이딩 이동된다.

더 상세히 설명하자면, 구동축(2)의 회전수가 증가되는 과정에서, 원심추(150)가 회전수에 따라 회동되어 슬라이더(140)가 가이드면(153)을 따라 이동되는 중, 롤러볼(141)이 복수의 걸림홈(155) 중 어느 하나에 삽입되기 전까지는 무단변속기(3)의 변속비가 연속적으로 증가된다.

그러나, 롤러볼(141)이 복수의 걸림홈(155) 중 어느 하나에 삽입된 후에는 롤러볼(141)이 해당 걸림홈(155)으로부터 이탈되기 전까지 구동축(2)의 회전수가 증가되더라도 원심추(150)가 더 이상 회동되지 않는다. 즉, 이동시브(120)가 이동되지 않으므로 무단변속기(3)의 변속비가 일정하게 유지된다.

이후, 구동축(2)의 회전수가 더 증가되어 원심추(150)에 작용되는 원심력에 의한 힘이 롤러볼(141)이 삽입되어 있는 걸림홈(155)으로부터 이탈될 정도로 커지면, 롤러볼(141)이 걸림홈(155)으로부터 이탈되면서 무단변속기(3)의 변속비는 다시 연속적으로 증가된다.

이 현상은 복수의 걸림홈(155)과 롤러볼(141)이 삽입 및 이탈될 때마다 반복되므로, 무단변속기(3)는 롤러볼(141) 및 걸림홈(155)을 포함하는 이동조절부(J)에 의해 단속적 또는 연속적으로 변속비가 증가된다.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 작동특성을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 가로축은 화살표 방향으로 갈수록 구동축(2)과 벨트(5)의 이격거리(R)가 증가됨을 의미하고, 세로축은 화살표 방향으로 갈수록 구동축(2)의 회전수(rpm)가 증가됨을 의미한다.

여기에, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 무단변속기(3)의 회전수(rpm)와 이격거리(R)의 상관관계(Ta)를 나타내면 도 8과 같이 된다. 참고로, R0는 도 2에 도시된 바와 같이 이격거리(R)의 값이고, R1은 도 4에 도시된 바와 같이 이격거리(R)의 최대값이며, Tb는 회전수(rpm)와 이격거리(R)가 비례관계를 갖는 일반적인 무단변속기(도시되지 않음)의 상관관계를 비교하여 나타낸 것이다.

도 2, 도 4 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기(3)에 포함된 원심추(150)에는 5개의 걸림홈(155)이 형성되어 있다.

도 2를 참조하면 롤러볼(141)은 5개의 걸림홈(155) 중 가이드면(153) 중 일측에 배치된 것에 삽입되어 있고, 도 4를 참조하면 롤러볼(141)은 이들 중 가이드면(153)의 타측에 배치된 것에 삽입되어 있다.

따라서, 구동축(2)의 회전속도가 정지 또는 저속으로부터 최대속도로 이동되는 경우를 상정하면, 이격거리(R)는 최소값(R0)으로부터 최대값(R1)으로 변화된다.

이 과정에서 슬라이더(140)의 슬라이딩 이동에 따라 롤러볼(141)은 5개의 걸림홈(155) 중 가장 일측에 배치된 것에 삽입된 상태로부터 가장 타측에 배치된 것에 삽입된 상태까지 이동되므로, 회전수(rpm)의 변화 중 3개의 롤러볼(141)에 삽입 및 이탈을 반복하게 된다.

그러므로 도 8에 도시된 바와 같이 무단변속기(3)의 변속비가 단속적으로 변화되는 부분도 3곳이 형성된다.

우선, 구동축(2)의 회전수(rpm)가 정지상태로부터 점차 증가되면 원심추(150)에 작용되는 원심력은 점차 증가된다. 그러나 롤러볼(141)이 도 2에 도시된 바와 같이 가장 일측에 배치된 걸림홈(155)에 삽입된 상태이므로, 원심추(150)에 작용되는 원심력이 충분히 증가되기 전까지는 원심추(150)가 회동되지 않게 된다.

이에 따라 고정시브(110) 및 이동시브(120) 사이의 간격 또한 일정하게 유지되므로, 이격거리(R)는 구동축(2)의 회전수(rpm)가 일정한 값에 이르기 전까지 최소값(R0)의 상태를 유지한다. 이는, Ta에서 세로축과 나란하게 형성된 부분이다.

이 영역에서는 무단변속기(3)의 변속비가 최소, 즉 구동축(2)보다 종동축(4)이 가장 느리게 회전하는 상태이므로, 종동축(4)으로 출력되는 회전력이 최대이며, 회전수의 증가에 따라 토크 또한 증가될 수 있다.

따라서, 무단변속기(3)가 차량에 설치된 경우를 상정하면 최초로 차량을 출발할 때 차량의 속도는 느리지만 가장 강한 추진력을 얻을 수 있다. 이 상태는 유단변속기를 이용한 차량이 출발할 때 가장 낮은 변속비를 이용하는 것과 유사한 상태이다.

이러한 상태는, 무단변속기(3)가 설치된 차량이 다른 차량을 견인하거나, 오르막길을 오르거나, 산길이나 비포장도로와 같은 험로를 주행하는 등 가장 강한 추진력이 필요할 경우에 응용할 수 있다.

구동축(2)의 회전수(rpm)가 더 증가되어 롤러볼(141)이 가장 일측에 배치된 걸림홈(155)으로부터 이탈되면, 롤러볼(141)이 타측 방향으로 가장 근접하게 배치된 걸림홈(155)에 삽입될 때까지 무단변속이 행해진다. 즉, 구동축(2)의 회전수(rpm)의 증가에 따라 무단변속기(3)의 변속비도 비례하여 증가된다.

이후 롤러볼(141)이 타측 방향으로 가장 근접하게 배치된 걸림홈(155)에 삽입되면 다시 이탈되기 전까지 상술한 바와 같이 구동축(2)의 회전수(rpm)가 증가되어도 이격거리(R)는 증가되지 않는 상태의 작동이 반복된다.

즉, 이격거리(R)의 값이 A, B, C는 5개의 걸림홈(155) 중 양측 가장자리의 것을 제외한 3개의 걸림홈(155)에 롤러볼(141)이 삽입된 경우를 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기(3)는 구동축(2)의 회전수(rpm) 증가에 대하여 단속적 또는 연속적인 변속비의 증가를 갖게 된다.

한편, 이격거리(R)의 값이 A, B, C인 경우에 나타나는 변속비의 단속적 변화는 구동축(2)이 특정한 회전수(rpm)의 범위 내에 있을 때 더 강한 토크를 얻고자 할 경우 사용할 수 있다.

예를 들어, 고속도로에서 추월을 하거나 방어운전을 위하여 급가속을 하고자 할 경우 일상적인 주행상태보다 더 높은 추진력을 요하게 된다. 이때 고속도로의 평균 주행속도 또는 제한속도 등을 감안하여 그 영역에서 일정한 범위의 속도 내에서는 무단변속기(3)가 단속적인 변속이 되도록 함으로써 이러한 목적이 달성되도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기(3)는 걸림홈(155)과 롤러볼(141)의 결합상태를 해제하기 위한 힘을 조절함으로써 구동축(2)의 특정 회전수(rpm) 영역에서의 동력특성을 갖도록 할 수 있다. 이는 롤러볼(141)의 탄성 지지하는 작동지지체(143)의 탄성력을 조절함으로써 구현할 수 있다.

이때, 걸림홈(155)으로부터 롤러볼(141)이 이탈되도록 하는 데에 소요되는 힘이 커질수록 변속비가 단속적인 구간의 회전수(rpm) 변화폭, 즉 그래프에서 수직인 영역의 폭이 증가된다.

이는 특정 회전수(rpm)에서 높은 토크의 추진력이 폭넓은 범위로 필요한 경우, 예를 들어 버스나 전차와 같이 하중이 큰 차량을 정지상태로부터 출발시켜 일정한 속도에 신속하게 도달하고자 하는 경우나 지면에 놓인 큰 중량의 물체가 정지마찰력을 극복하고 지면에 대하여 슬라이딩 이동되도록 하는 건설장비 등에 사용될 수 있다.

도 9에는 도 6에 도시된 원심추의 변형예를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 원심추(350)에는 추축공(352) 및 가이드면(353)이 형성되고, 가이드면(353)에는 가이드그루브(354) 및 복수의 걸림홈(355a, 355b, 355c, 355d)이 형성되어 있다.

여기서, 추축공(352), 가이드면(353) 및 가이드그루브(354)는 도 6을 참조하여 설명한 추축공(152), 가이드면(153) 및 가이드그루브(154)와 동일하므로, 이들에 대한 설명은 추축공(152), 가이드면(153) 및 가이드그루브(154)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

다만, 복수의 걸림홈(355a, 355b, 355c, 355d) 중 일부는 그 간격(D1, D2, D3)이 상이하게 형성되어 있다. 즉, 두 걸림홈(355a, 355b) 사이의 간격(D1)은 다른 걸림홈(355b, 355c, 355d) 사이의 간격(D2, D3)보다 크게 형성되어 있다.

이는 무단변속기(3)에 원심추(350)가 적용되었을 경우 변속비가 단속적으로 변화하는 구간이 특정 변속비 구간에서 나타나도록 하는 경우를 상정한 것이다.

예를 들어, 원심추(350)가 적용된 무단변속기(3)가 설치된 차량은 처음 출발할 때 높은 추진력을 얻을 수 있고, 차량이 다소 고속인 상태에 도달한 후 다시 높은 추진력을 얻을 수 있는 구간이 나타난다. 이는 경주용 자동차와 같이 처음 출발하는 시점과 고속주행 중 추월 시 높은 추진력을 요구하는 경우 등에 응용할 수 있다.

이와 같이 복수의 걸림홈(355a, 355b, 355c, 355d) 사이의 간격을 적절히 형성함으로써 무단변속기(3)가 원하는 동력특성을 갖도록 할 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 작동지지체(143)에는 롤러볼(141)의 일측과 상응하는 형상을 갖는 반구형돌기가 돌출 형성되도록 하여 이 부분이 걸림홈(355a, 355b, 355c, 355d)에 삽입 및 이탈되도록 함으로써 롤러볼(141) 및 볼홀더(142)를 대체하도록 할 수 있다.

이는 무단변속기(3)의 경량화 및 생산비용의 절감이 가능한 장점이 있다. 반면, 반구형돌기가 가이드그루브(354)의 내측면 및 걸림홈(355a, 355b, 355c, 355d)과 빈번하게 직접 마찰되므로 소음이 발생되거나 마멸에 의한 손상이 가속화 될 수 있으므로, 상술한 경주용 차량과 같이 경량화가 요구되는 경우 등에 적용할 수 있다.

삭제

삭제

삭제

도 10 및 도 11에는 도 7에 도시된 슬라이더의 변형예를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

삭제

도 10 및 도 11을 참조하면, 슬라이더(440)에는 슬라이더본체, 롤러볼(441), 볼홀더(442) 및 작동지지체(449)가 포함되고, 작동지지체(449)에는 가동자석(443) 및 전자석(447)이 포함되며, 전자석(447)에는 전력이 인가되는 도선(448)이 포함된다.

그리고 슬라이더본체에는 슬라이더축(444), 가이드리브(445) 및 가동공간(446)이 형성된다.

여기서, 롤러볼(441), 볼홀더(442), 슬라이더축(444) 및 가이드리브(445)는 앞에서 도 7을 참조하여 설명한 롤러볼(141), 볼홀더(142), 슬라이더축(144) 및 가이드리브(145)와 동일하므로, 롤러볼(441), 볼홀더(442), 슬라이더축(444) 및 가이드리브(445)에 대한 설명은 롤러볼(141), 볼홀더(142), 슬라이더축(144) 및 가이드리브(145)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

볼홀더(442)는 타측이 가동공간(446) 내로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다. 즉, 볼홀더(442)는 롤러볼(441)이 슬라이더(440)로부터 돌출되거나 후퇴되는 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 그리고 작동지지체(449)는 볼홀더(442)가 돌출 또는 후퇴되도록 슬라이딩 이동시킨다.

즉, 수용공간(446)의 내측에 배치된 전자석(447)에 전기적으로 연결된 도선(448)을 통하여 전력이 공급될 때 그 전류의 방향을 조절함에 따라 영구자석인 가동자석(443)과 전자석(447) 사이에 자기력에 의한 인력 또는 척력이 작용되도록 할 수 있다.

가동자석(443)과 전자석(447) 사이에 척력이 작용되도록 하면 도 10에 도시된 바와 같이 롤러볼(441)은 슬라이더(440)로부터 돌출되고, 인력이 작용되도록 하면 도 11에 도시된 바와 같이 롤러볼(441)은 볼홀더(442)에 이해 슬라이더(440) 내측으로 후퇴된다.

이와 같은 구성 및 작동에 의해 슬라이더(440)가 가이드면(153)을 따라 슬라이딩 이동되는 과정에서 롤러볼(441)이 걸림홈(155)에 삽입되는 경우와 삽입되지 않는 경우를 선택할 수 있게 된다.

즉, 슬라이더(440)가 무단변속기(3)에 적용되는 경우, 이 무단변속기(3)는 구동축(2)의 회전수(rpm)에 대하여 단속적 또는 연속적인 변속비를 갖도록 할 수도 있고, 필요에 따라서는 일반적인 무단변속기(도 8의 Tb 참조)와 같이 연속적인 변속비를 갖도록 할 수도 있다.

이에 따라 하나의 무단변속기(3)로 사용자가 필요에 따라 그 동력특성을 선택하여 사용할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 구동축(2)의 타단부 또는 스파이더(130) 등에 브러시 등을 설치하여 도선(448)에 전력이 인가되도록 할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 가동수단(449)은 가동자석(443) 및 전자석(447)을 포함하는 직선구동수단 외에 그 길이가 신축되는 유압실린더로 대체될 수도 있다. 즉, 유압실린더의 양단을 볼홀더(442) 및 가동공간(446)의 내측에 각각 결합시킨 후, 유압실린더의 길이가 신장되도록 하면 롤러볼(441)이 슬라이더(440)로부터 돌출되고, 유압실린더의 길이가 단축되도록 하면 롤러볼(441)이 슬라이더(440) 내측으로 후퇴되도록 할 수 있다.

유압실린더에 작동유가 유입 또는 유출되도록 하는 유압라인은 도선(448)과 마찬가지로 구동축(2)의 타단부, 스파이더(130) 등에 회전연결부재를 이용하여 설치할 수 있다.

참고로, 스포츠카와 같이 운전 자체를 즐기기 위한 경우, 상술한 바와 같은 무단변속기(3)가 설치된 차량이 단속적인 변속비를 갖도록 하면 유단변속기가 설치된 것과 유사한 승차감을 느낄 수 있는 장점도 있다.

본 명세서에서의 '나란함' 및 '수직'은 수학적인 '나란함' 및 '수직'을 의미하는 것이 아니라, 가공오차 및 조립오차 등 각종 오차를 감안한 '나란함' 및 '수직'을 의미함을 밝힌다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 무단변속기에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 회전력발생수단 2: 구동축
3: 무단변속기 4: 종동축
5: 벨트 100: 구동풀리
110: 고정시브 120: 이동시브
130: 스파이더 140: 슬라이더
150: 원심추 160: 밸런스스프링
170: 커버 200: 종동풀리
210: 고정시브 220: 이동시브
230: 고정보스 240: 지지블록
250: 이동보스 260: 리턴스프링

Claims (9)

1. 벨트로 연결된 구동풀리 및 종동풀리를 구비한 벨트 전동방식 무단변속기로서,
   상기 구동풀리는,
   구동축에 고정 결합된 고정시브;
   상기 고정시브에 고정 결합된 스파이더;
   상기 고정시브 및 상기 스파이더 사이에 상기 구동축의 길이방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 이동시브;
   상기 이동시브에 일측이 회동 가능하게 결합되고, 그 외주연에 가이드면이 형성된 원심추; 및
   상기 스파이더에 결합되고 상기 원심추의 회동에 따라 상기 가이드면의 일부분에 슬라이딩 접촉되며 상기 원심추를 지지하는 슬라이더;
   를 포함하고,
   상기 슬라이더 및 상기 가이드면에는 상기 슬라이더가 상기 가이드면을 따라 단속적 또는 연속적으로 슬라이딩 이동되도록 하는 이동조절부가 한 곳 이상 형성되되,
   상기 이동조절부는,
   상기 가이드면에서 상기 슬라이더가 슬라이딩되는 방향을 따라 함입된 형상으로 형성된 가이드그루브 내부에 하나 이상으로 형성되는 걸림홈과, 상기 슬라이더에 압입 가능하게 설치되고 상기 걸림홈에 상응하는 형상을 갖는 롤러볼을 포함고,
   상기 슬라이더는,
   상기 롤러볼을 회전 가능하게 지지하고, 상기 롤러볼이 상기 걸림홈에 삽입되는 방향으로 돌출되거나 후퇴되는 방향으로 이동 가능하게 설치된 볼홀더; 및
   상기 롤러볼이 상기 걸림홈에 삽입되는 방향으로 상기 볼홀더를 지지하는 작동지지체;
   상기 가이드면이 형성된 상기 원심추의 외주연 양측을 슬라이딩 가능하게 지지하게 돌출되는 한쌍의 가이드리브;를 포함하는 무단 변속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작동지지체는,
   판스프링, 상기 볼홀더에 결합된 가동자석과 상기 가동자석에 인력 또는 척력이 작용되도록 하는 전자석, 길이가 신축되는 유압실린더 중 어느 하나인 무단변속기.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images