KR101828249B1 - 링크기구를 이용한 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링크기구를 이용한 무단변속기에 관한 것으로, 그 목적은 입력축과 출력축을 링크기구로 연결하여 링크기구의 자세변화를 통해 연속적인 변속비를 얻을 수 있도록 한 새로운 방식의 링크기구를 이용한 무단변속기를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 변속기 하우징; 상기 변속기 하우징에 설치된 입력축; 상기 변속기 하우징에 설치된 출력축; 상기 변속기 하우징에 설치된 제1지지축; 상기 변속기 하우징에 설치된 제2지지축; 상기 제1지지축에 설치된 다수의 작동레버; 상기 입력축의 길이방향을 따라 배열되면서 입력축과 각각의 작동레버를 연결하는 다수의 링크기구; 상기 제2지지축에 설치되며 상기 링크기구와 연결되어 링크기구의 자세를 변화시키는 변속레버; 상기 출력축과 2개의 지지링크 및 2개의 기어를 매개로 연결되어 출력축에 지지된 채로 출력축과 함께 회전하는 회전축; 및 상기 회전축에 설치되어 연결부재를 매개로 작동레버와 연결되어 작동레버의 움직임을 회전축으로 전달하여 회전축을 회전시키는 다수의 원웨이 클러치 베어링으로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기를 제공한다.

Description

링크기구를 이용한 무단변속기{Continuously variable transmission using link mechanism}

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자전거의 페달이나 엔진, 모터 등의 동력발생장치로부터 전달되는 동력을 링크기구로써 자전거나 자동차의 주행 또는 장비의 구동에 필요한 토크와 회전속도로 변환하여 출력할 수 있으며, 클러치를 이용하지 않고도 출력을 0으로 설정할 수 있도록 한 링크기구를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.

일반적으로 변속기는 동력발생장치인 엔진이나 모터에서 발생되는 동력을 입력축을 통해 제공받아 차량의 주행이나 장비의 구동에 필요한 토크와 회전속도로 변환하여 출력하는 장치로써, 수동변속기와 자동변속기 및 무단변속기로 구분될 수 있다.

상기 수동변속기는 차량의 주행속도에 따라 운전자가 변속비를 직접 조절하는 방식의 변속기로, 엔진의 동력이 휠에 전달될 때까지의 동력손실이 다른 변속기에 비해 적어 연료소모를 줄일 수 있는 장점이 있으나, 차량의 주행속도에 따라 운전자가 직접 변속비를 조절해주어야만 하므로 변속기의 조작이 숙련되지 않은 초보자의 경우 많은 어려움을 겪게 되며, 운전피로가 가중되는 단점이 있다.

상기 자동변속기는 차량의 주행속도에 따라 자동으로 변속비가 조절되는 방식의 변속기로, 변속조작이 필요없어 운전조작이 쉬우며, 가속 및 감속 때의 충격이 적은 장점이 있으나, 구조가 복잡하고 가격이 비싸며, 연료소비율이 수동변속기에 견줘 10% 정도 증가하는 단점이 있다.

상기 무단변속기는 차량의 주행속도에 따라 자동으로 변속비가 조절되되, 변속비가 무단계로 제어되는 방식의 변속기로, 높은 동력 전달 효율과 주행 중 변속 충격을 없애고 변속비를 자동으로 제어함은 물론 동력 전달 과정의 클러치가 필요 없게 되어 연비 성능 향상과 최적의 주행 상태를 유지할 수 있는 장점이 있다.

이러한 무단변속기는 위와 같은 장점에도 불구하고 비교적 복잡한 구조를 가지며, 내구성이 수동변속기나 자동변속기에 비해 취약한 문제점으로 인하여 그 사용에 제약이 따르는 문제점이 있다.

등록특허공보 제0896496호 (2009.05.08. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 입력축과 출력축을 링크기구로 연결하여 링크기구의 자세변화를 통해 연속적인 변속비를 얻을 수 있도록 한 새로운 방식의 링크기구를 이용한 무단변속기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 출력축의 회전속도를 0에서부터 시작하는 방식으로, 출력을 0으로 설정할 수 있도록 하여 동력 전달을 차단하기 위한 클러치의 사용이 불필요한 링크기구를 이용한 무단변속기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력축에 가해지는 부하 및 링크기구에 미리 설정된 탄성력에 따라 자동으로 변속비가 조절될 수 있도록 한 링크기구를 이용한 무단변속기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 변속기 하우징; 상기 변속기 하우징에 설치된 입력축; 상기 입력축과 이격된 채로 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 출력축; 상기 입력축과 상기 출력축의 사이에서 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 제1지지축; 상기 입력축을 기준으로 상기 제1지지축과 반대쪽에서 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 제2지지축; 상기 제1지지축에 설치되되, 제1지지축의 길이방향을 따라 상호 이격된 구조로 설치된 다수의 작동레버; 상기 입력축과 상기 작동레버를 연결하되, 입력축의 회전운동을 작동레버의 왕복회전운동으로 변환하도록 다수의 링크가 조합된 것으로 이루어지며, 입력축의 길이방향을 따라 배열되면서 입력축과 각각의 작동레버를 연결하되, 입력축의 원주방향을 기준으로 서로 다른 위치에서 입력축과 연결된 다수의 링크기구; 상기 제2지지축에 설치되며, 상기 다수의 링크기구와 연결되는 연결축을 포함하여 링크기구와 함께 거동하면서 링크기구의 자세를 변화시키는 변속레버; 상기 출력축의 이웃한 곳에서 출력축과 평행한 구조를 갖도록 배치되되, 2개의 지지링크에 의해 양단이 출력축과 연결되어 출력축에 의해 지지되고, 상기 작동레버의 움직임을 전달받아 회전하며, 2개 이상의 기어로 이루어진 동력전달기구를 매개로 출력축과 연결되어 출력축을 회전시키는 회전축; 및 상기 회전축에 설치되고, 상기 작동레버와 연결부재를 통해 연결되어 작동레버의 움직임을 전달받아 회전축을 회전시키되, 제1방향에 대해서는 회전축과 함께 회전하고, 상기 제1방향과 반대되는 제2방향에 대해서는 회전축에 상관없이 자유롭게 회전하도록 이루어지며, 상기 다수의 작동레버와 일대일로 연결되도록 다수개로 이루어진 원웨이 클러치 베어링;으로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 연결축과 상기 회전축이 일정한 간격을 유지한 채로 함께 거동하도록 연결축과 회전축의 양단을 상호 연결하는 한 쌍의 평형링크;가 더 포함될 수 있다.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 입력축은, 다각형의 단면형상을 갖는 캠결합부가 중앙부 영역에 형성되고, 양단부가 상기 변속기 하우징에 결합된 축부재; 및 상기 축부재와 함께 회전하도록 상기 캠결합부에 결합되되, 상기 링크기구와 일대일로 연결되도록 다수개로 이루어지고, 각기 다른 방향으로 편심되게 캠결합부에 결합되며, 원형의 단면형상을 갖도록 형성되어 링크기구를 회전 가능한 구조로 지지하는 캠부재;로 구성될 수 있다.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 각각의 링크기구는, 상기 입력축의 회전운동을 상하왕복운동으로 변환하도록 입력축에 결합된 제1링크; 상기 제1링크와 상기 연결축을 연결하는 제2링크; 및 상기 제1링크와 작동레버를 연결하는 제3링크;로 구성될 수 있다.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 연결부재는, 상기 원웨이 클러치 베어링의 외주면에 일측단이 힌지 결합되고, 상기 작동레버에 타측단이 힌지 결합된 링크로 구성될 수 있다.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 변속레버 또는 평형링크를 작동레버 방향으로 당기는 탄성부재;를 더 포함하여 상기 출력축에 작용하는 부하와 상기 탄성부재의 탄성력에 따라 상기 링크기구의 자세가 자동으로 변화되면서 변속비가 조절되도록 구성될 수 있다.

한편 상기 링크기구를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 두 평형링크를 상호 연결하도록 설치된 연결판; 상기 연결판에 설치되며 상기 탄성부재의 일측단과 연결되는 장착 브라켓; 상기 변속기 하우징을 횡단하는 방향으로 연장되는 구조를 갖도록 변속기 하우징의 상단부에 배치되며, 일측단이 수직축에 의해 변속기 하우징의 일측벽에 결합되고 상기 탄성부재의 타측단과 연결되어 수직축을 중심으로 회전하면서 탄성부재의 탄성력을 조절하는 세팅 레버; 및 상기 변속기 하우징의 타측벽에 설치되고, 상기 세팅 레버가 탄성부재 방향으로 이동하는 것을 억제하는 다수의 스토퍼가 상단부에 일정 간격으로 형성된 거치대;가 더 포함될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 링크기구를 이용한 단순한 구조로써 제조가 용이하며, 변속비의 안정적인 제어가 가능한 무단변속기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

더욱이 동력 전달을 차단하기 위한 클러치를 이용하지 않고도 출력을 0으로 할 수 있으므로, 무단변속기와 관련된 주변 장비의 구조를 단순화할 수 있는 효과가 있다.

사용자나 별도의 제어기구를 두지 않고도 출력축에 작용하는 부하 및 탄성부재에 설정된 탄성력에 따라 변속비가 자동으로 조절되므로, 사용상의 편의성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 사시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 내부구조를 보인 사시도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 평면도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입력축의 사시도,
도 5 는 본 발명에 따른 축부재의 사시도,
도 6 은 본 발명에 따른 캠부재의 사시도,
도 7 은 A-A` 단면도,
도 8 은 본 발명에 따른 무단변속기의 주요작동구조를 보인 측면도,
도 9 는 본 발명에 따른 원웨이 클러치 베어링의 단면도,
도 10 은 본 발명에 따른 무단변속기의 출력이 0으로 설정된 상태를 보인 예시도,
도 11 은 본 발명의 따른 무단변속기가 저속영역에서 작동할 때의 상태를 보인 예시도,
도 12 는 본 발명에 따른 무단변속기가 고속영역에서 작동할 때의 상태를 보인 예시도,
도 13 은 변속비가 자동으로 조절되는 오토 셀프 방식의 무단변속기의 사시도,
도 14 는 본 발명에 따른 탄성부재의 설치상태를 보인 평면도,
도 15 는 오토 셀프 방식 무단변속기의 작동상태도를 나타낸 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 사시도를, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 내부구조를 보인 사시도를, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무단변속기의 평면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 무단변속기는 동력발생장치로부터 전달되는 동력을 링크기구(700)를 이용하여 자동차나 자전거의 주행 또는 장비의 구동에 필요한 토크와 회전속도로 변환하여 출력하는 장치로서, 변속기 하우징(100), 입력축(200), 출력축(300), 제1지지축(400), 제2지지축(500), 작동레버(600), 링크기구(700), 변속레버(800), 회전축(900), 원웨이 클러치 베어링(1000)으로 구성된다.

상기 변속기 하우징(100)은 무단변속기를 구성하는 부품들이 설치되는 공간을 내부에 포함하는 박스형의 구조로 이루어진다.

이러한 변속기 하우징(100)은 특별한 작동구조가 요구되지 않고, 무단변속기를 구성하는 부품들의 안정적인 지지가 가능한 구조라면 다양한 구조 및 형상으로 구성될 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 변속기 하우징(100)은 입력축(200), 출력축(300), 제1지지축(400), 그리고 제2지지축(500)의 양단부와 결합되어 이들 축을 지지하기 위하여 상호 마주한 채로 이격된 구조를 갖는 제1측벽(110)과 제2측벽(120)을 포함한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입력축의 사시도를, 도 5는 본 발명에 따른 축부재의 사시도를, 도 6은 본 발명에 따른 캠부재의 사시도를 도시하고 있다.

상기 입력축(200)은 동력발생장치에서 발생되는 동력을 전달받아 회전하면서 링크기구(700)를 작동시키는 축으로, 상기 변속기 하우징(100)에 마련된 제1,2측벽(110,120)에 양단부가 결합되어 변속기 하우징(100)의 지지를 받으며 회전하도록 설치된다.

이러한 입력축(200)은 축부재(210)와 캠부재(220)로 이루어진 캠축으로 구성될 수 있다.

상기 축부재(210)는 수평한 자세를 갖고, 양단부가 공지의 베어링을 매개로 제1,2측벽(110,120)에 결합되어 변속기 하우징(100)의 지지를 받으면서 회전하도록 설치되며, 미도시된 동력발생장치에서 발생되는 동력을 제공받아 회전하도록 구성된다.

한편, 상기 축부재(210)의 중앙부 영역에는 다각형의 단면형상을 갖는 캠결합부(211)가 형성되며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠결합부(211)는 6각형의 단면형상을 갖도록 구성된다.

상기 캠부재(220)는 링크기구(700)와 일대일로 연결될 수 있도록 링크기구(700)와 동일하게 다수개로 구성되며, 상기 캠결합부(211)에 편심되게 결합되어 축부재(210)의 회전시 링크기구(700)를 작동시키도록 구성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠부재(220)는 원형의 판재형상으로 이루어지되, 중앙부로부터 벗어난 편심된 위치에 상기 캠결합부(211)가 관통하는 다각형의 관통구멍(221)이 형성된 것으로 이루어지며, 다수개가 캠결합부(211)에 결합됨에 있어서 서로 다른 방향으로 편심되게 결합된다.

참고로, 상기 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 캠부재(220)는 6개로 구성되며, 6개의 캠부재(220)가 60도 간격으로 어긋난 배치구조를 갖도록 캠결합부(211)에 편심되게 결합된다.

아울러, 도 1 내지 도 3에는 변속기 하우징(100)의 제1,2측벽(110,120)에 입력축(200)이 직접 결합된 구조가 도시되어 있으나, 변속기 하우징(100)에 입력축(200)을 직접 결합하지 않고 변속기 하우징(100)의 내부에 별도의 브라켓을 설치하여 입력축(200)을 지지하도록 구성할 수도 있다.

도 7은 A-A` 단면도를, 도 8은 본 발명에 따른 무단변속기의 주요작동구조를 보인 측면도를 도시하고 있다.

상기 출력축(300)은 입력축(200)과 이격된 채로 평행한 구조를 갖도록 변속기 하우징(100)에 설치되며, 양단부가 공지의 베어링을 매개로 변속기 하우징(100)의 제1,2측벽(110,120)에 결합되어 변속기 하우징(100)에 지지된 채로 회전하도록 구성된다.

상기 제1지지축(400)은 입력축(200)과 출력축(300)의 사이에서 입력축(200)과 평행한 구조를 갖도록 변속기 하우징(100)에 설치된다.

한편, 상기 제1지지축(400)은 다수의 작동레버(600)와 결합되어 작동레버(600)의 왕복회전운동을 지지하는 축으로, 서로 다른 방향으로 회전하는 다수의 작동레버(600)를 안정적으로 지지할 수 있도록 제1지지축(400)의 양단부는 제1,2측벽(110,120)에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 제2지지축(500)은 입력축(200)을 기준으로 제1지지축(400)과 반대쪽에 위치하도록 변속기 하우징(100)에 설치된다.

한편, 상기 제2지지축(500)은 변속레버(800)와 결합되어 변속레버(800)의 회전운동을 지지하는 축으로, 변속레버(800)와 함께 회전하도록 양단부가 베어링을 매개로 제1,2측벽(110,120)에 결합되거나, 변속레버(800)의 회전에 상관없이 고정된 상태를 유지하도록 양단부가 제1,2측벽(110,120)에 고정되게 설치될 수 있다.

상기와 같은 입력축(200), 출력축(300), 제1지지축(400), 제2지지축(500)의 설치구조에 따르면, 변속기 하우징(100)에는 출력축(300), 제2지지축(500), 입력축(200), 제2지지축(500)이 순차적으로 배치된다.

상기 작동레버(600)는 링크기구(700)의 움직임을 전달받아 왕복회전운동을 하면서 회전축(900)의 회전을 유도하는 것으로, 다수개가 제1지지축(400)의 길이방향을 따라 상호 일정간격 이격된 구조를 갖도록 제1지지축(400)에 설치된다.

한편, 각각의 작동레버(600)는 하단부가 제1지지축(400)에 결합되어 제1지지축(400)을 중심으로 왕복회전운동을 하도록 설치되며, 제1지지축(400)과의 마찰에 의한 동력손실을 최소화하기 위하여 베어링을 매개로 제1지지축(400)과 결합되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 작동레버(600)는 6개로 구성되고, 각 작동레버(600)의 상단부에는 회전축(900) 방향으로 돌출된 연결대(610)가 형성되어 전체적으로 ㄱ자형으로 굽어진 구조로 형성되며, 각각의 작동레버(600)는 연결부재(620)를 통해 원웨이 클러치 베어링(1000)과 연결되어 작동레버(600)의 움직임을 원웨이 클러치 베어링(1000)으로 전달하도록 구성된다.

상기 링크기구(700)는 입력축(200)과 작동레버(600)를 연결하여 입력축(200)의 회전운동을 작동레버(600)의 회전왕복운동으로 변환하는 것으로, 입력축(200)에 구비된 다수의 캠부재(220)와 다수의 작동레버(600)를 연결함에 있어서 캠부재(220)와 작동레버(600)를 일대일로 연결하도록 다수개로 구성된다.

예컨대 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 작동레버(600)와 캠부재(220)가 각각 6개로 이루어진 경우, 상기 링크기구(700)도 6개로 이루어진다.

한편, 각각의 링크기구(700)는 제1링크(710)와 제2링크(720) 및 제3링크(730)로 구성된다.

상기 제1링크(710)는 입력축(200)에 형성된 캠부재(220)에 하단부가 회전 가능한 구조로 결합되어 대략 수직한 자세를 유지하면서 입력축(200)의 회전운동을 상하왕복운동으로 변환하게 된다.

이처럼 캠부재(220)에 회전 가능한 구조로 결합되는 제1링크(710)의 원활한 회전을 위해 제1링크(710)와 캠부재(220)의 사이에 공지의 베어링이 더 설치될 수 있다.

상기 제2링크(720)는 제1링크(710)의 상단부와 변속레버(800)를 연결하도록 설치된다.

상기 제3링크(730)는 제1링크(710)의 상단부와 작동레버(600)를 연결하도록 설치된다.

상기와 같은 제1,2,3링크(710,720,730)의 구조에 따르면, 링크기구(700)는 전체적으로 T자형의 구조를 가지며, 입력축(200)의 회전시 작동레버(600)를 밀거나 당기면서 작동레버(600)의 왕복회전운동을 유도하게 된다.

상기 변속레버(800)는 링크기구(700)의 자세를 변화시키는 방식으로 작동레버(600)의 왕복운동폭 즉, 변속비를 사용자가 조절할 수 있도록 하는 것으로, 상기 제2지지축(500)에 하단부가 결합되어 제2지지축(500)과 함께 또는 제2지지축(500)을 중심으로 회전하도록 구성된다.

한편, 상기 변속레버(800)에는 다수의 링크기구(700)에 구비된 제2링크(720)와 연결되는 연결축(810)이 포함되며, 상기 연결축(810)은 변속레버(800)를 수평방향으로 가로지르는 구조를 갖도록 변속레버(800)에 설치되어 다수의 제2링크(720)와 연결되도록 구성된다.

상기 회전축(900)은 작동레버(600)의 움직임을 전달받아 회전하면서 출력축(300)을 회전시키는 것으로, 상기 출력축(300)의 이웃한 곳에서 출력축(300)과 평행한 구조를 갖도록 배치되고, 양단이 지지링크(910)에 의해 출력축(300)과 연결되어 출력축(300)에 지지된 채로 출력축(300)을 중심으로 회전하는 구조를 갖도록 설치된다.

또한, 상기 회전축(900)은 2개 이상의 기어로 이루어진 동력전달기구에 의해 출력축(300)과 연결되어 회전축(900)의 회전시 출력축(300)이 함께 회전하도록 구성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전축(900)에 하나의 기어(G1)가 설치되고, 상기 회전축(900)의 기어(G1)에 맞물려 회전하는 다른 기어(G2)가 출력축(300)에 설치되어 회전축(900)의 회전시 출력축(300)이 함게 회전하도록 구성된다.

도 9는 본 발명에 따른 원웨이 클러치 베어링의 단면도를 도시하고 있다.

상기 원웨이 클러치 베어링(1000)은 작동레버(600)의 움직임을 전달받아 회전축(900)을 회전시키는 것으로, 상기 회전축(900)에 설치되며 연결부재(620)를 통해 작동레버(600)와 연결된다.

한편, 상기 원웨이 클러치 베어링(1000)은 작동레버(600)와 일대일로 연결될 수 있도록 작동레버(600)의 수와 원웨이 클러치 베어링(1000)의 수는 동일하다. 예컨대 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 작동레버(600)가 6개로 구성된 경우, 원웨이 클러치 베어링(1000)도 6개로 구성되며 회전축(900) 상에 상호 일정간격 이격된 구조를 갖도록 설치된다.

이러한 원웨이 클러치 베어링(1000)은 정해진 방향으로만 토크를 전달하고, 반대방향으로는 토크를 전달하지 않고 자유롭게 회전하도록 구성된 베어링으로, 상기 회전축(900)에 설치된 원웨이 클러치 베어링(1000)은 제1방향(D1)에 대해서는 회전축(900)과 함께 회전하고, 상기 제1방향(D1)과 반대되는 제2방향(D2)에 대해서는 회전축(900)에 상관없이 자유롭게 회전하도록 구성된다.

참고도, 원웨이 클러치 베어링(1000)은 이미 널리 사용되고 있는 베어링으로, 도 9에는 내륜(1010)과 외륜(1020)의 사이에 스프링(1030)에 의해 지지된 다수의 캠(1040)이 설치된 구조를 갖는 캠 클러치 방식의 웬웨이 클러치 베어링이 도시되어 있으나, 이는 웬웨이 클러치 베어링의 한 구조를 예시한 것일 뿐, 본 발명에 따른 원웨이 클러치 베어링(1000)이 도 9와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식의 원웨이 클러치 베어링(1000)이 사용될 수 있다.

한편, 상기 원웨이 클러치 베어링(1000)과 작동레버(600)를 연결하는 연결부재(620)는 와이어와 같이 유연하게 변형이 가능한 부재로 구성되거나, 바(bar)와 같이 형태가 변하지 않는 링크로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연결부재(620)는 일측단이 원웨이 클러치 베어링(1000)의 외주면에 힌지 결합되고, 타측단이 작동레버(600)의 연결대(610)에 힌지 결합된 바형태의 링크로 구성되며, 이처럼 바 형태의 링크로 이루어지는 연결부재(620)는 원웨이 클러치 베어링(1000)과의 간섭을 회피할 수 있도록 원호의 형상으로 굽어진 구조로 형성되어 원웨이 클러치 베어링(1000)의 외주면과 연결대(610)의 끝단을 연결하도록 설치된다.

이와 같이 양단부가 원웨이 클러치 베어링(1000)과 연결대(610)에 힌지 결합된 연결부재(620)는 출력축(300)의 회전이 0이 되도록 변속레버(800)와 링크기구(700)의 자세가 조절되었을 때, 미세하게 왕복회전운동을 하는 작동레버(600)의 움직임을 전달받아 움직이되, 원웨이 클러치 베어링(1000)의 외주면과 연결된 힌지축을 중심으로 미세하게 왕복회전운동을 하면서 작동레버(600)의 움직임을 상쇄하게 되며, 이러한 연결부재(620)의 움직임을 통해 무단변속기의 출력을 0으로 설정할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 링크기구(700)를 이용한 무단변속기에 있어서, 상기 변속레버(800)와 회전축(900)을 상호 연결하여 변속레버(800)와 회전축(900)이 링크기구(700)의 자세에 상관없이 항상 일정한 자세를 유지하면서 안정적으로 작동할 수 있도록 하는 평형링크(1100)가 더 포함될 수 있다.

상기 평형링크(1100)는 변속레버(800)의 연결축(810)과 회전축(900)의 양단을 서로 연결하도록 2개로 구성된다.

이와 같이 변속레버(800)의 연결축(810)과 회전축(900)이 양단이 두 평형링크(1100)에 의해 상호 연결된 경우, 상기 작동레버(600)에 의하여 연결부재(620)가 당겨지면서 원웨이 클러치 베어링(1000) 및 회전축(900)을 회전시킬 때, 회전축(900)에 작용하는 힘이 변속레버(800)의 조절력에 영향을 미치는 것을 감소시키게 되며, 이에 따라 변속비의 조절을 위한 변속레버(800)의 조작에 요구되는 힘을 감소시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 링크기구(700)를 이용한 무단변속기는 자동차의 엔진 또는 자전거의 페달 또는 각종 기계장비에 마련된 모터나 엔진 등에 적용될 수 있으며, 변속레버(800)의 조작에 따라 변속비가 조절되는 매뉴얼 방식의 무단변속기로 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 무단변속기의 출력이 0으로 설정된 상태를 보인 예시도를, 도 11은 본 발명의 따른 무단변속기가 저속영역에서 작동할 때의 상태를 보인 예시도를, 도 12는 본 발명에 따른 무단변속기가 고속영역에서 작동할 때의 상태를 보인 예시도를 도시하고 있다.

이하에서 입력축(200)으로 입력되는 동력이 링크기구(700)와 작동레버(600) 및 원웨이 클러치 베어링(1000)을 통하여 회전축(900)으로 전달되어 회전축(900) 및 출력축(300)이 회전하는 과정을 설명하도록 한다.

상기 입력축(200)의 회전시, 입력축(200)의 캠부재(220)에 결합된 각 링크기구(700)의 제1링크(710)는 상하왕복운동을 하게 된다.

한편, 입력축(200)에는 다수의 캠부재(220)가 서로 다른 자세를 갖도록 설치되어 있고, 다수의 캠부재(220)와 다수의 링크기구(700)가 일대일의 구조로 연결되어 있으므로, 다수의 링크기구(700)에 구비된 제1링크(710)들은 서로 다른 자세로 반복적으로 상하왕복운동을 하게 된다.

이와 같이 상하왕복운동을 하는 제1링크(710)와 작동레버(600)를 연결하는 제3링크(730)는 제1링크(710)의 움직임에 대응하여 작동레버(600)를 밀거나 당기면서 작동레버(600)를 제1지지축(400)을 중심으로 시계방향 및 반시계방향으로 반복적으로 회전시키게 되고, 이에 따라 작동레버(600)의 왕복회전운동을 구현된다.

이처럼 작동레버(600)가 왕복회전운동을 하는 경우, 작동레버(600)와 원웨이 클러치 베어링(1000)을 연결하는 연결부재(620)는 작동레버(600)의 움직임에 대응하여 원웨이 클러치 베어링(1000)을 밀거나 당기게 되며, 연결부재(620)에 의해 원웨이 클러치 베어링(1000)이 당겨질 때, 원웨이 클러치 베어링(1000)은 제1방향(D1)으로 회전하게 되고, 이때 회전축(900)이 원웨이 클러치 베어링(1000)과 함께 회전하게 되며, 반대로 연결부재(620)에 의해 원웨이 클러치 베어링(1000)이 밀려나면서 제2방향(D2)으로 회전할 때는 원웨이 클러치 베어링(1000)의 구조상 회전축(900)의 회전은 이루어지지 않는다.

결국, 상기 작동레버(600)가 왕복회전운동을 하면서 연결부재(620)를 밀거나 당기는 반면, 회전축(900)은 제1방향(D1)으로만 회전하게 되고, 상기 회전축(900)과 기어(G1,G2)를 통해 연결되는 출력축(300)도 한쪽 방향으로만 회전하게 된다.

한편, 다수의 작동레버(600)는 서로 다른 자세로 반복적으로 왕복회전운동을 하면서 각각의 원웨이 클러치 베어링(1000)을 회전시키게 되므로, 다수의 원웨이 클러치 베어링(1000) 중 하나 이상의 원웨이 클러치 베어링(1000)은 제1방향(D1)으로 회전하면서 회전축(900)의 회전을 유도하게 되므로, 결국 회전축(900)과 출력축(300)의 연속적인 회전이 구현될 수 있다.

한편, 도 10 내지 도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 변속레버(800)의 위치 차이에 따라 링크기구(700)의 자세를 달라지고, 이로 인해 작동레버(600)의 왕복회전운동폭과 원웨이 클러치 베어링(1000)의 회전량이 달라지므로, 변속레버(800)를 이용하여 변속비를 조절할 수 있다.

특히, 도 10에서와 같이, 회전축(900)의 중심과, 연결부재(620)와 원웨이 클러치 베어링(1000)을 연결하는 힌지축(H1)과, 연결부재(620)와 작동레버(600)를 연결하는 힌지축(H2)이 하나의 수직선 상에 정렬되거나 근접하도록 변속레버(800) 및 링크기구(700)의 자세가 조절된 경우, 미세하게 왕복회전운동을 하는 작동레버(600)의 움직임을 연결부재(620)가 힌지축(H1)을 중심으로 미세하게 왕복회전운동을 하면서 상쇄하게 되므로, 무단변속기의 출력을 0으로 유지할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 무단변속기는 동력 전달을 차단하기 위한 공지의 클러치를 이용하지 않더라도 출력을 0으로 유지하여 동력 전달을 차단할 수 있게 되는 이점이 있다.

참고로, 도 11에 도시된 무단변속기와 도 12에 도시된 무단변속기를 비교하였을 때, 도 11에 도시된 무단변속기의 작동레버의 회전왕복운동폭이 상대적으로 작은 것을 확인할 수 있으며, 이러한 작동레버의 회전왕복운동폭의 차이로 인해 출력축의 회전속도에 차이가 발생되며, 출력축의 회전속도는 작동레버의 회전왕복운동폭이 상대적으로 큰 도 12의 무단변속기가 빠르다.

도 13은 변속비가 자동으로 조절되는 오토 셀프 방식의 무단변속기의 사시도를, 도 14는 본 발명에 따른 탄성부재의 설치상태를 보인 평면도를, 도 15는 오토 셀프 방식 무단변속기의 작동상태도를 나타낸 예시도를 도시하고 있다.

상기 매뉴얼 방식의 무단변속기에 있어서, 상기 출력축(300)에 작용하는 부하와 사용자에 의해 설정된 세팅값에 따라 링크기구(700)의 자세가 자동으로 변화되면서 변속비가 조절되도록 유도하는 탄성부재(1200)가 더 포함될 수 있다.

참고로, 상기 탄성부재(1200)는 변속레버(800) 또는 평형링크(1100)를 자체 탄성을 이용하여 작동레버(600) 방향으로 당기는 힘을 발생하도록 설치되며, 이러한 탄성부재(1200)의 안정적인 설치와 탄성력의 용이한 조절을 위하여 연결판(1210), 장착 브라켓(1220), 세팅 레버(1230), 거치대(1240)가 더 포함될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 연결판(1210)은 두 평형링크(1100)의 상부에서 두 평형링크(1100)를 연결하도록 설치된 판재로 이루어지며, 이러한 연결판(1210)은 두 평형링크(1100)와 함께 움직이게 된다.

한편, 상기 두 평형링크(1100)는 변속레버(800)와 회전축(900)을 연결하도록 설치되어 있으므로, 상기 연결판(1210)을 이동시키는 것을 통해 변속레버(800)를 밀거나 당기면서 변속레버(800)를 조절할 수 있다. 즉, 연결판(1210)의 이동을 통해 링크기구(700)의 자세를 변화시킬 수 있게 된다.

상기 장착 브라켓(1220)은 탄성부재(1200)의 한쪽 끝단과 연결되어 탄성부재(1200)를 지지하는 것으로, 상기 연결판(1210)과 함께 움직이도록 연결판(1210)에 고정되게 설치되며, 일부분이 연결판(1210)의 상부로 돌출되게 형성되어 탄성부재(1200)의 한쪽 끝단과 결합되도록 구성된다.

상기 세팅 레버(1230)는 장착 브라켓(1220)에 한쪽 끝단이 결합되어 고정된 탄성부재(1200)의 반대쪽 끝단부와 결합되어 탄성부재(1200)를 지지하되, 탄성부재(1200)를 늘이거나 줄이면서 탄성부재(1200)의 탄성을 사용자가 조절할 수 있도록 하는 것으로, 상기 연결판(1210) 보다 높은 위치에서 변속기 하우징(100)을 횡단하는 방향으로 연장되는 구조를 갖도록 변속기 하우징(100)의 상단부에 배치되되, 일측단이 수직축(1231)에 의해 변속기 하우징(100)의 제1측벽(110)에 결합되어 수직축을 중심으로 수평방향으로 회전하도록 구성되며, 타측단은 변속기 하우징(100)의 제2측벽(120) 상에 위치하도록 구성된다.

상기 거치대(1240)는 사용자에 의해 위치가 조절된 세팅 레버(1230)를 그 위치에서 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것으로, 상기 변속기 하우징(100)의 제2측벽(120)에 고정되게 설치되며, 상단부에는 세팅 레버(1230)의 타측단과 간섭되면서 세팅 레버(1230)가 탄성부재(1200) 방향으로 당겨지는 것을 방지하는 다수의 스토퍼(1241)가 상단부에 일정 간격으로 형성된 것으로 구성된다.

한편, 상기 다수의 스토퍼(1241)는 세팅 레버(1230)가 탄성부재(1200) 방향으로 당겨지는 것을 방지하도록 세팅 레버(1230)와 마주하는 제1측면(1241a)은 수직한 구조로 형성되고, 상기 제1측면(1241a)의 반대쪽에 위치한 제2측면(1241b)은 경사진 구조로 형성되어 세팅 레버(1230)의 위치조정이 요구되는 경우 사용자가 세팅 레버(1230)를 보다 용이하게 조정할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 장착 브라켓(1220)과 세팅 레버(1230)를 연결하도록 설치되는 탄성부재(1200)는 공기의 인장 코일 스프링으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 탄성부재(1200)를 포함하여 변속비가 상황에 따라 자동으로 조절되는 오토 셀프 방식의 무단변속기는 앞서 설명된 매뉴얼 방식의 무단변속기와 마찬가지로 입력축(200)의 회전에 의해 링크기구(700)가 작동하면서 작동레버(600)를 왕복회전운동시키게 되고, 이러한 작동레버(600)에 의해 회전축(900)과 출력축(300)이 회전하게 된다.

다만, 탄성부재(1200)를 포함하는 오토 셀프 방식의 무단변속기는 변속레버(800)의 조작없이도 탄성부재(1200)에 설정된 탄성력과, 출력축(300)에 작용하는 부하의 크기에 따라 회전축(900)이 이동하면서 링크기구(700)의 자세가 조절되어 변속비가 자동으로 조절된다.

보다 구체적으로, 상기 세팅 레버(1230)와 장착 브라켓(1220)의 사이에 설치된 탄성부재(1200)에 의해 세팅 레버(1230)와 장착 브라켓(1220)의 사이에는 세팅 레버(1230)와 장착 브라켓(1220)을 상호 근접시키는 인력이 형성된다.

한편, 상기 세팅 레버(1230)는 한쪽 단부가 변속기 하우징(100)의 제1측벽(110)에 고정되어 있고, 반대쪽 단부는 변속기 하우징(100)의 제2측벽(120)에 설치된 거치대(1240)의 스토퍼(1241)에 의해 결속되어 움직임이 구속된 반면, 장착 브라켓(1220)이 설치된 연결판(1210)은 입력축(200)과 출력축(300)에 부하가 가해지지 않을 경우 움직임이 구속되지 않으므로 장착 브라켓(1220)과 연결판(1210)은 세팅 레버(1230) 방향으로 당겨지면서 이동하게 된다.

따라서, 상기 연결판(1210)과 연결된 평형링크(1100)가 함께 이동하면서 변속레버(800)와 링크기구(700)의 자세를 변화시키게 된다.

한편, 상기 세팅 레버(1230)는 사용자에 따라 위치조절이 가능하므로, 사용자는 무단변속기가 사용되는 환경 즉, 장비나 사용자의 무게나 부하 등을 고려하여 세팅 레버(1230)를 적절한 곳에 위치시키게 된다.

참고로, 변속레버(800)가 작동레버(600) 방향으로 당겨진 경우, 출력축(300)의 회전속도는 증가하는 반면 토크는 저하되므로, 사용자나 장비의 작동에 유리한 방향으로 작동레버(600)의 위치를 결정하여 탄성부재(1200)의 탄성력을 사전에 조절하게 된다.

한편, 앞서 설명된 바와 같이 입력축(200)의 회전으로 인해 링크기구(700)가 작동하고, 링크기구(700)에 의해 작동레버(600)가 왕복회전운동을 하며, 작동레버(600)에 의해 회전축(900)과 출력축(300)이 회전하는 과정에서 서로 맞물려 회전하는 회전축(900)의 기어(G1)와 출력축(300)의 기어(G2) 사이에 반력이 발생되는데, 출력축(300)은 변속기 하우징(100)에 고정되어 이동이 불가능하므로, 상대적으로 움직임이 자유로운 회전축(900)이 두 기어의 사이에 형성되는 반력에 의해 화살표 A 방향으로 이동하려는 움직임을 보이게 된다.

상기와 같은 회전축(900)의 움직임의 강도는 출력축(300)에 작용하는 부하의 크기에 비례하여 증가하게 된다. 즉 출력축(300)에 가해지는 부하가 작은 경우 두 기어(G1,G2)의 사이에 형성되는 반력 또한 작아지게 되므로 회전축(900)이 화살표 A 방향으로 움직이는 폭은 작은 반면, 출력축(300)에 가해지는 부하가 큰 경우 두 기어(G1,G2)의 사이에 형성되는 반력이 커지면서 회전축(900)이 화살표 A 방향으로 움직이는 폭이 증가하게 된다.

예컨대, 자동차나 자전거가 오르막길을 올라갈 때와 같이, 출력축(300)에 큰 부하가 작용하는 경우, 회전축(900)의 이동으로 평형링크(1100)가 이동하면서 변속레버(800) 및 링크기구(700)의 자세를 변화시키되, 출력축(300)의 회전속도는 감소하고 토크가 증가하는 방향으로 링크기구(700)의 자세를 변화시키게 된다.

한편, 상기 평형링크(1100)에는 탄성부재(1200)의 탄성력이 화살표 B방향으로 작용하게 되므로, 평형링크(1100)는 두 기어(G1,G2)의 사이에 형성되는 반력 즉, 출력축(300)에 작용하는 부하와, 세팅 레버(1230)의 위치에 따라 설정된 탄성부재(1200)의 탄성력에 따라 화살표 A 또는 화살표 B 방향으로 이동하게 된다.

예컨대, 출력축(300)에 작용하는 부하에 의해 두 기어의 사이에 형성되는 반력의 크기가 탄성부재(1200)에 설정된 탄성력 보다 큰 경우에는 평형링크(1100)가 화살표 A 방향으로 이동하면서 변속비가 조절되고, 출력축(300)에 작용하는 부하에 의해 두 기어(G1,G2)의 사이에 형성되는 반력의 크기가 탄성부재(1200)에 설정된 탄성력 보다 작은 경우에는 평형링크(1100)가 화살표 B 방향으로 이동하면서 변속비가 조절된다.

따라서, 자전거의 경우 탑승자의 체중에 따라 세팅 레버(1230)의 위치를 적절하게 설정해두게 되면, 자전거의 주행상황 즉, 출력축(300)에 가해지는 부하의 크기에 따라 변속비가 자동으로 조절되므로, 보다 쉽게 자전거를 탈 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 변속기 하우징 200: 입력축
210: 축부재 211: 캠결합부
220: 캠부재 300: 출력축
400: 제1지지축 500: 제2지지축
600: 작동레버 610: 연결대
620: 연결부재 700: 링크기구
710: 제1링크 720: 제2링크
730: 제3링크 800: 변속레버
810: 연결축 900: 회전축
910: 지지링크 1000: 원웨이 클러치 베어링
1100: 평형링크 1200: 탄성부재
1210: 연결판 1220: 장착 브라켓
1230: 세팅 레버 1240: 거치대
1241: 스토퍼

Claims (7)

1. 변속기 하우징;
   상기 변속기 하우징에 설치된 입력축;
   상기 입력축과 이격된 채로 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 출력축;
   상기 입력축과 상기 출력축의 사이에서 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 제1지지축;
   상기 입력축을 기준으로 상기 제1지지축과 반대쪽에서 입력축과 평행한 구조를 갖도록 상기 변속기 하우징에 설치된 제2지지축;
   상기 제1지지축에 설치되되, 제1지지축의 길이방향을 따라 상호 이격된 구조로 설치된 다수의 작동레버;
   상기 입력축과 상기 작동레버를 연결하되, 입력축의 회전운동을 작동레버의 왕복회전운동으로 변환하도록 다수의 링크가 조합된 것으로 이루어지며, 입력축의 길이방향을 따라 배열되면서 입력축과 각각의 작동레버를 연결하되, 입력축의 원주방향을 기준으로 서로 다른 위치에서 입력축과 연결된 다수의 링크기구;
   상기 제2지지축에 설치되며, 상기 다수의 링크기구와 연결되는 연결축을 포함하여 링크기구와 함께 거동하면서 링크기구의 자세를 변화시키는 변속레버;
   상기 출력축의 이웃한 곳에서 출력축과 평행한 구조를 갖도록 배치되되, 2개의 지지링크에 의해 양단이 출력축과 연결되어 출력축에 의해 지지되고, 상기 작동레버의 움직임을 전달받아 회전하며, 2개 이상의 기어로 이루어진 동력전달기구를 매개로 출력축과 연결되어 출력축을 회전시키는 회전축; 및
   상기 회전축에 설치되고, 상기 작동레버와 연결부재를 통해 연결되어 작동레버의 움직임을 전달받아 회전축을 회전시키되, 제1방향에 대해서는 회전축과 함께 회전하고, 상기 제1방향과 반대되는 제2방향에 대해서는 회전축에 상관없이 자유롭게 회전하도록 이루어지며, 상기 다수의 작동레버와 일대일로 연결되도록 다수개로 이루어진 원웨이 클러치 베어링;으로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결축과 상기 회전축이 일정한 간격을 유지한 채로 함께 거동하도록 연결축과 회전축의 양단을 상호 연결하는 한 쌍의 평형링크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 입력축은,
   다각형의 단면형상을 갖는 캠결합부가 중앙부 영역에 형성되고, 양단부가 상기 변속기 하우징에 결합된 축부재; 및
   상기 축부재와 함께 회전하도록 상기 캠결합부에 결합되되, 상기 링크기구와 일대일로 연결되도록 다수개로 이루어지고, 각기 다른 방향으로 편심되게 캠결합부에 결합되며, 원형의 단면형상을 갖도록 형성되어 링크기구를 회전 가능한 구조로 지지하는 캠부재;로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 각각의 링크기구는,
   상기 입력축의 회전운동을 상하왕복운동으로 변환하도록 입력축에 결합된 제1링크;
   상기 제1링크와 상기 연결축을 연결하는 제2링크; 및
   상기 제1링크와 작동레버를 연결하는 제3링크;로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결부재는,
   상기 원웨이 클러치 베어링의 외주면에 일측단이 힌지 결합되고, 상기 작동레버에 타측단이 힌지 결합된 링크로 구성된 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 변속레버 또는 평형링크를 작동레버 방향으로 당기는 탄성부재;를 더 포함하여 상기 출력축에 작용하는 부하와 상기 탄성부재의 탄성력에 따라 상기 링크기구의 자세가 자동으로 변화되면서 변속비가 조절되게 한 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 두 평형링크를 상호 연결하도록 설치된 연결판;
   상기 연결판에 설치되며 상기 탄성부재의 일측단과 연결되는 장착 브라켓;
   상기 변속기 하우징을 횡단하는 방향으로 연장되는 구조를 갖도록 변속기 하우징의 상단부에 배치되며, 일측단이 수직축에 의해 변속기 하우징의 일측벽에 결합되고 상기 탄성부재의 타측단과 연결되어 수직축을 중심으로 회전하면서 탄성부재의 탄성력을 조절하는 세팅 레버; 및
   상기 변속기 하우징의 타측벽에 설치되고, 상기 세팅 레버가 탄성부재 방향으로 이동하는 것을 억제하는 다수의 스토퍼가 상단부에 일정 간격으로 형성된 거치대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 무단변속기.

Images