KR102560906B1 - 가변 트랜스미션을 위한 유성 베리에이터 - Google Patents

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마자로 엔브이
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Abstract

본 발명은 가변 속력 및 토크 비율을 실현하기 위한 가변 트랜스미션에 적용 가능한 유성 베리에이터에 관한 것이고, 그러한 베리에이터는 링 휠(16), 적어도 2개의 유성 휠(19) 및 태양 휠(17)을 포함하며, 휠들 사이의 상호작용이, 유성 휠의 휠 부분(12)의 각각에 제공된 롤링 표면의 본질적인 무-드릴 롤링 운동을 통해서, 링 휠(16) 및 태양 휠(17)에 제공된 롤링 표면(20, 21) 상에서 발생되고, 각각의 유성 휠(19)은 경첩 축(24)을 중심으로 자유롭게 회전 가능하며, 힌지 축(24)은 유성 휠의 회전 축(25) 및 공통 중앙 축(18)에 의해서 형성된 평면에 대해서 수직으로 배향되는 한편, 공통 중앙 축(18)의 외부에 위치된다.

Description

가변 트랜스미션을 위한 유성 베리에이터
본 발명은 도로 차량, 오프-로드 차량, 농기계, 차량 내의 구동 보조기기뿐만 아니라, 정지적인 장비 또는 이동 가능 장비의 발전기 및 압축기와 같은 산업용 구성요소를 위한 가변 트랜스미션에 관한 것이다.
문헌 WO2009/146748A1은, 무-드릴 유성 베리에이터(drill-free Planetary Variator)를 기초로 하는, 몇 개의 가변 트랜스미션 시스템을 설명한다. 이러한 베리에이터는, 서로 롤링되면서 동력을 전달하고 필요 토크를 전달하기에 충분한 힘으로 함께 가압되는 견인 휠들을 포함한다. 롤링 표면은, 소위 무-드릴 롤링 운동, 즉 접촉 지역 내의 롤링 표면의 미끄러짐이 없는 롤링을 획득하도록 설계된다.
WO2009/146748A1의 유성 베리에이터가 도 1에 도시되어 있다. 그러한 시스템은 보다 복잡한 가변 트랜스미션의 하위시스템(subsystem)으로서 기능한다. 베리에이터는 주 샤프트(1), 링 휠(2), 유성 휠(3)의 세트, 및 태양 휠(4)을 포함한다. 도면에 하나의 유성 휠(3)만이 도시되어 있다. 링 휠, 주 샤프트 및 태양 휠은 동축적으로, 즉 공통 중앙 축(5)에 대해서 장착된다. 링 휠 및 태양 휠은 예를 들어 유압력에 의해서 함께 가압된다. 유성 휠 내에 포함되고 주 샤프트와 함께 기하형태적 링크를 실현하는 기계적 구성요소가, 경첩(8)을 통해서 주 샤프트에 연결되는, 유성 포크(planet fork)(7)로 지칭된다. 경첩 축(9)은 주 샤프트의 축(5)과 교차되고 그에 수직이다. 유성 휠의 피벗 위치와 관계없이 무-드릴 롤링 운동이 보장되도록, 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면들이 설계된다. 도 1의 실시예에서, 이는, 추적선 곡선(tractrix curve)의 기부 상에서 롤링 표면을 실현함으로써 달성된다. 링 휠 및 태양 휠 축에 대한 유성 휠의 각위치를 변화시킴으로써, 트랜스미션 비율이 변화된다. 이는, 링 휠 및/또는 태양 휠의 축방향 이동을 또한 허용하면서, 주 샤프트를 링 휠과 태양 휠에 대해서 축방향으로 이동시키는 것에 의해서 달성될 수 있다. 도 1에 표시된 거리(L)는 도 1의 베리에이터에서 일정하다. 이는 2개의 지점 사이의 거리이고: 2개의 지점 중 하나의 지점은 유성 휠과 링 휠 또는 태양 휠 사이의 접촉 지점이고; 다른 지점은 주 축(5)과 경첩 축(9) 사이의 교차부이다.
경첩 축(9)이 공통 중앙 축(5)과 교차되기 때문에 그리고 모든 힌지 축이 동일한 지점을 통해서 공통 중앙 축(5)과 교차되는 복수의 유성 포크가 있기 때문에, 유성 휠의 모든 경사 각도에서 서로 간섭되지 않도록 유성 포크들이 구성되어야 한다. 또한, 비율이 극단적인 값으로 변화되는 동안, 링 휠(2) 또는 태양 휠(4)이 유성 포크에 접근한다. 상이한 속력들로 회전되는, 유성 포크와 링 휠 또는 태양 휠 사이의 접촉은 반드시 방지되어야 한다. 이러한 구성요소들 사이의 접촉 방지와 관련한 더 엄격한 요건이 더 가벼운 포크 설계에 의해서 충족될 수 있지만, 포크의 크기는 그에 작용하는 힘을 견딜 수 있을 정도로 충분히 커야 한다.
그에 따라, 도 1의 시스템 내의 포크가 복수의 충돌하는 요건들을 따를 필요가 있다는 것이 분명하다. 그에 따라, 포크의 설계는 복잡한 문제이다.
본 발명은 첨부된 청구범위에서 설명된 유성 베리에이터에 관한 것이다. 그에 따라, 본 발명은 가변 속력 및 토크 비율을 실현하기 위한 가변 트랜스미션에 적용 가능한 유성 베리에이터에 관한 것이고, 그러한 베리에이터는 링 휠, 적어도 2개의 유성 휠 및 태양 휠을 포함하며:
· 링 휠 및 태양 휠은 공통 중앙 대칭 축에 대해서 배치된 축대칭적 본체이고,
· 유성 휠은 샤프트 부분 및 샤프트 부분을 중심으로 회전될 수 있는 휠 부분을 포함하고, 샤프트 부분은 길이방향 중앙 축을 가지며, 그러한 축은 또한 휠 부분의 회전 축이고,
· 각각의 유성 휠은, 공통 중앙 축 및 유성 휠의 휠 부분의 회전 축에 의해서 규정되는 평면에 대해서 본질적으로 수직으로 배향된, 경첩 축을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있고,
· 휠들 사이의 상호작용이, 유성 휠의 휠 부분의 각각에 제공된 롤링 표면의 롤링 운동을 통해서, 링 휠 및 태양 휠에 제공된 롤링 표면 상에서 발생되고, 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면에 접선인(tangential) 2개의 평면은, 경첩 축을 중심으로 하는 유성 휠의 각위치와 관계없이, 유성 휠과의 접선 접촉 지점에서, 공통 중앙 축의 지점 내의 유성 휠의 휠 부분의 회전 축과 교차되고,
유성 휠의 각각의 경첩 축은 공통 중앙 축의 외부에 위치된다.
유성 휠의 각위치와 관계없이, 중앙 축의 지점에서 휠 부분의 회전 축과 교차되는 접선 평면의 조건은, 링 휠 및 유성 휠의 롤링 표면의 형상을 규정한다. 이러한 형상은 비-원형이다. 그에 따라, 유성 휠의 각위치의 변화는 중앙 축의 방향을 따른 링 휠과 태양 휠 사이의 상대적인 거리의 변화에 상응한다. 이는, 각각 서로에 대해서 전술한 방향으로 이동 가능하도록 구성된 링 휠 및 태양 휠에 의해서 수용된다. 동작 시에, 태양 휠 및 링 휠은 축방향으로, 즉 중앙 축의 방향으로 함께 가압된다. 기계적 경사부, 또는 유압 또는 공압 피스톤, 또는 당업계에 공지된 이러한 목적을 위한 임의의 다른 적합한 수단과 같은, 태양 휠 및 링 휠을 함께 가압하기 위한 수단이 유성 베리에이터 또는 그러한 베리에이터가 통합되는 트랜스미션의 일부일 수 있다.
실시예에 따라, 경첩 축은 유성 휠의 회전 축과 교차된다(즉, 그러한 회전 축과 공통되는 지점을 갖는다).
추가적인 실시예에 따라, 힌지 축은 유성 휠의 휠 부분과, 유성 휠 회전 축과 중앙 축 사이의 교차 지점 사이에 위치된다.
후자의 경우에, 베리에이터는 반경방향 연장부를 갖는 중앙 샤프트를 포함할 수 있고, 유성 휠의 샤프트 부분은 경첩 조인트를 통해서 반경방향 연장부에 회전 가능하게 연결된다. 유성 휠의 샤프트 부분은, 반경방향 연장부에 대해서, 경첩 조인트를 중심으로 회전될 수 있는 포크를 구비할 수 있다.
실시예에 따라, 포크는 주 본체, 중앙 다리 부분 및 2개의 측면 다리 부분을 가지며, 3개의 다리 부분은 주 본체로부터 멀리 연장되고 경첩 조인트에 연결된다.
추가적인 실시예에 따라, 힌지 축은, 유성 휠의 회전 축과 중앙 축 사이의 교차 지점으로부터 볼 때, 유성 휠의 휠 부분을 넘어서 위치된다.
후자의 경우에, 베리에이터는 링 휠 및 태양 휠과 동축적으로 장착된 지지 휠을 포함할 수 있고, 유성 휠의 샤프트 부분은 경첩 조인트를 통해서 지지 휠에 회전 가능하게 연결된다. 경첩 조인트가 지지 휠 내에 포함될 수 있다.
추가적인 실시예에 따라, 유성 휠의 적어도 하나의 휠 부분의 롤링 표면은, 휠 부분의 회전 축을 통과하는 평면을 갖는 횡단면에서 볼 때, 원의 형상을 갖는다. 대안적으로, 유성 휠의 적어도 하나의 휠 부분의 롤링 표면은, 휠 부분의 회전 축을 통과하는 평면을 갖는 횡단면에서 볼 때, 비-원형 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 유성 휠의 적어도 하나의 휠 부분은 하나 이상의 베어링을 통해서 샤프트 부분을 중심으로 회전되고, 그러한 베어링 또는 베어링들은 내부 링 및 외부 링을 가지며, 휠 부분은 베어링 중 적어도 하나의 외부 링 상에 직접 장착된다.
추가적인 실시예에 따라, 유성 휠의 휠 부분은 하나 이상의 베어링을 통해서 샤프트 부분을 중심으로 회전되고, 그러한 베어링 또는 베어링들은 내부 링 및 외부 링을 가지며, 휠 부분은 베어링 중 적어도 하나의 외부 링과 함께 하나의 단편을 형성한다.
본 발명은, 마찬가지로, 본 발명에 따른 하나 이상의 유성 베리에이터를 포함하는 가변 또는 가역적 가변 트랜스미션에 관한 것이다.
도 1은 WO2009/146748A1에 개시된 바와 같은 유성 베리에이터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유성 베리에이터를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 것과 유사한 실시예의 3-D 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면의 형상을 계산하기 위해서 이용되는 기하형태적 매개변수를 도시한다.
도 6은 제2 실시예에 따른 유성 베리에이터를 도시한다.
본 발명은 WO2009/146748의 베리에이터와 유사한 구성요소를 가지나, 경첩 축은 중앙 축과 교차되지 않는, 유성 베리에이터에 관한 것이다. 발명자는, 그럼에도 불구하고, 본질적으로 무-드릴 롤링 운동이 발생되는 방식으로 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면을 설계할 수 있다는 것을 발견하였다. 많은 수의 바람직한 실시예를 기초로 설명되는 바와 같이, 경첩의 편심 위치가 전술한 한계를 극복한다.
도 2는 본 발명에 따른 유성 베리에이터의 제1 실시예를 도시한다. 종래 기술의 설계에서와 같이, 베리에이터는 주 샤프트(15), 공통 중앙 축(18)을 중심으로 동축적으로 배치된 축대칭적 본체들인 링 휠(16) 및 태양 휠(17), 그리고 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면(20 및 21) 위에서 본질적으로 무-드릴 롤링되도록 구성된 유성 휠(19)의 세트를 포함한다. 기계적 경사부, 또는 유압 또는 공압 피스톤과 같은 적절한 수단(미도시)에 의해서, 링 휠(16) 및 태양 휠(17)은 서로에 대해서 가압된다. 각각의 유성 휠(19)은 샤프트 부분(14), 및 트러스트 베어링(13) 및 래디얼 베어링(13')을 통해서 샤프트 부분(14)을 중심으로 회전되는 휠 부분(12)을 구비한다. 샤프트 부분의 길이방향 축(25)이 또한 유성 휠(19)의 휠 부분(12)의 회전 축이다. 유성 휠 샤프트 부분(14)은, 경첩 조인트(23)를 중심으로 피벗될 수 있는 포크(22) 내에서 종료되고, 그에 따라 유성 휠은 전체적으로 경첩 축(24)을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있다. 종래 기술의 시스템과 대조적으로, 경첩 축(24)은 공통 중앙 축(18)의 외부에 위치된다. 다시 말해서, 경첩 축(24)은 공통 중앙 축(18)과 교차되지 않고, 즉 경첩 축은 중앙 축(18)에 대해서 편심적으로 배치된다. 도 2의 실시예에서, 이는, 주 샤프트(15)에 고정되고 바람직하게 주 샤프트(15)와 함께 단일 본체를 형성하는 반경방향 연장부(30)의 테두리 상에 포크(22)를 장착함으로써 달성된다. 경첩 축(24)은 교차되는 유성 휠의 회전 축(25) 및 중앙 축(18)에 의해서 규정되는 평면에 대해서 수직으로 배향된다. 그럼에도 불구하고, 설계자는, 유성 베리에이터가 동작 중에 하중을 받을 때 구성요소의 작은 변형을 보상하기 위해서, 이러한 수직 배향으로부터의 작은 편차를 적용할 수 있다. 다시 말해서, 수직 배향은, 적어도 베리에이터가 동작 중일 때, 얻어진다.
도 3은 이러한 실시예의 3-D 도면을 도시하여, 3개의 유성 휠(19) 및 링 휠(16)을 예시하고, 유성 휠(19)의 관찰을 허용하기 위해서 태양 휠을 누락하였다. 이러한 실시예에서, 반경방향 연장부는 주 샤프트(15)를 둘러싸는 원형 연장부(30)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상이한 유성 휠들(19)을 위한 포크들(22)이 이제 주 샤프트(15)의 원주 주위의 상이한 지점들에 위치된다. 이러한 것은 포크(22)의 구성 및 설계를 더 용이하게 하는데, 이는 포크가 종래 기술의 설계에서와 같이 더 이상 함께 근접하여 배치될 필요가 없기 때문이다. 포크의 단순화된 구성으로 인해서, 이러한 요소는, 하중을 견디기 위한 요구되는 크기 및 기계적 특성과 관련하여 최적화될 수 있는 한편, 동시에, 커버될 수 있는 경사 각도의 증가된 범위를 허용하며, 그러한 경사 각도의 증가된 범위는 획득 가능한 토크 및 속력비의 증가된 범위로 변환된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 실시예에서와 같이, 포크는 주 본체(33), 및 주 본체로부터 멀리 연장되고 경첩 조인트(23)에 연결되는 3개의 다리 부분: 중앙 다리 부분(31) 및 2개의 측면 다리 부분(32)으로 생성될 수 있다. 이러한 구성은, 주로 복수의 포크가 통합될 필요가 있는 제한된 공간으로 인해서 2개의 다리 부분만을 구비하는 도 1의 종래 기술의 설계의 포크와 상이하다. 도 3에 도시된 3개-다리의 구성은 유성 휠(19)의 축을 따른 중요한 당김 력을 견딜 수 있는 그리고 롤링 접촉부 내의 견인력으로부터 초래되는 틸팅 모멘트를 견딜 수 있는 능력을 증가시킨다.
도 2의 실시예에서, 라인(26 및 27)은 각각, 유성 휠(19)과의 접촉 지점 내의, 링 휠(16) 및 태양 휠(17) 상의 롤링 표면(20 및 21)에 대한 접선이다. 도면에 도시된 바와 같이, 이러한 접선 및 유성 휠의 회전 축(25)은 공통 중앙 축(18)의 지점(28)에서 교차되고, 이는 본질적인 무-드릴 롤링 운동을 획득하기 위한 조건이다. 더 일반적으로, 롤링 표면(20/21)을 갖는 유성 휠의 2개의 접선 접촉 지점 내의 롤링 표면(20/21)에 대한 접선 평면(26/27)은, 경첩 축(24)을 중심으로 하는 유성 휠(19)의 각위치와 관계없이, 중앙 축(18)의 지점(28)에서 유성 휠 회전 축(25)과 교차한다. '접선 접촉 지점'은: 유성 휠의 휠 부분(12)의 롤링 표면이 링 휠(16) 및 태양 휠(17)의 롤링 표면에 접선적인 지점을 의미한다. 다시, 중앙 축(18)의 지점(28) 내의 이러한 교차 조건으로부터 작은 편차가, 하중 하의 구성요소 변형을 보상하기 위해서 적용될 수 있고, 즉 지점(28) 내의 교차 조건이 적어도 베리에이터의 동작 중에 달성된다.
종래 기술의 시스템과 대조적으로, 교차 지점(28)과 2개의 롤링 표면(20/21) 상의 접촉 지점 사이의 거리(L)는 본 발명에 따른 유성 베리에이터에서 더 이상 상수가 아니다. 이러한 것에도 불구하고, 이하에서 설명되는 바와 같이, 무드릴 롤링 운동을 위한 롤링 표면(20 및 21)의 형상을 계산할 수 있다.
도 4는 도 2의 실시예의 구성요소의 기하형태적 화상을 도시하고, 계산에서 요구되는 많은 수의 치수를 보여준다. 시작 지점은, 유성 휠의 롤링 표면의 횡단면이, 도 2의 도면의 평면에서 볼 때, 반경(Rpo)을 갖는 원의 형상을 갖는 것으로 가정한 것이다. 그에 따라, 유성 휠은 도 4에서 반경(Rpi)을 가지는 디스크로서 모델링되고, 디스크를 둘러싸는 반경(Rpo)의 원환체-형상의 표면을 구비하며, 또한 경첩 축(24)에 대한 (유성 휠 샤프트(14)를 모델링하는) 길이(Lp)의 중앙 연결부를 구비한다. 또한, 설명에서, 원형 표면 대신에, 유성 휠의 롤링 표면의 대안적인 표면 형상이 가능하나, 현재 제시된 계산을 위해서, 유성 휠의 롤링 표면의 원형 횡단면으로 시작한다는 것을 강조하는 바이다.
계산에서 요구되는 추가적인 매개변수는 다음과 같다:
· E는 경첩의 편심도, 즉 경첩 축(24)과 공통 중앙 축(18) 사이의 거리이고,
· L은 전술한 바와 같은 가변 길이이며,
· γ는, 비율을 제어하기 위한 매개변수로서 취해진, 유성 휠의 회전 축(25)의 경사이다.
도 4는, 도면의 평면을 갖는 횡단면에서 볼 때, 태양 휠의 롤링 표면의 곡선(21)의 형상을 계산하는데 필요한 각도 및 거리를 더 나타낸다. 다양한 매개변수가, X=0이 경첩 축(24)의 위치에 의해서 규정된 직각 X-Y 평면 내에서 규정된다.
길이(L)의 접선이 유성 휠의 회전 축(25)과 동일한 지점(28)에서 중앙 축과 교차되는 요건을 표현하는 것에 의해서 태양 휠의 롤링 표면(21)의 형상을 규정하는 수학식의 세트는 이하와 같다:
(1)
(2)
이러한 수학식은, 도 4에 도시된 기하형태로부터 유도될 수 있는 이하의 관계를 적용하는 것에 의해서 변수(γ)의 함수로 작성될 수 있다:
여기에서, Lp, E, Rpi 및 Rpo는 상수 값이다.
이러한 관계를 수학식(1) 및 (2)에 대입함으로써 수학식의 시스템을 풀 수 있다. 바람직하게, 이러한 것이, 연속적인 단계들에 대한 곡선의 지점의 좌표를 γ로 계산하는 것에 의한, 수치적 방법에 의해서 이루어져, y-좌표(yZ)의 단계(Δyz)를 초래한다:
당업자에게 알려진 바와 같이, 전술한 방식으로 수학식을 풀기 위해서 적절한 소프트웨어를 이용할 수 있다. 발명자는, 이러한 계산으로부터 초래되는 도 2에 도시된 바와 같은 곡선 형상(21)이, 태양 휠 위의 유성 휠의 본질적인 무-드릴 롤링 운동을 효과적으로 허용한다는 것을 발견하였다.
도 5는 링 휠의 롤링 표면(20)의 계산에 필요한 각도 및 치수를 도시한다.
여기에서 풀고자 하는 수학식은 이하와 같다:
(3)
(4)
여기에서,
이다.
수학식 (3) 및 (4)의 수치적 풀이는, 수학식 (1) 및 (2)와 유사하게, 이하의 방식으로 이루어지고:
도 2에 도시된 바와 같은 곡선(20)을 제공한다.
각도(β)가 γ와 함께 변화되기 때문에, 비율이 변화될 때 유성 휠 상의 접촉 지점의 위치가 이동된다. 이러한 특성은, 설계자가, 반경(Rpo)이 β에 의존하게 만들 수 있게 한다. 다시 말해서, 유성 휠 롤링 표면의 횡단면이 반드시 원일 필요는 없고; 다른 곡선, 예를 들어 타원이 또한 선택될 수 있다. 동일한 식이 유효하게 유지되고; Rpo 만이 γ에 따라 변화된다. 각도(β)는 90°- γ -αZ와 같다. 그에 따라, 유성 휠의 표면은 β의 함수로서 Rpo를 재계산하는 것에 의해서 규정되는데, 이는 도 4 및 도 5가, β 및 Rpo가 극좌표로서 롤링 표면을 규정하는 것을 도시하기 때문이다.
경첩 축(24)을 중심으로 하는 유성 휠(19)의 틸팅 이동 즉, 유성 휠(19)의 경사 각도(γ)의 변화가 트랜스미션 비율의 변화를 유발한다. 이는, 틸팅이, 공통 중앙 축(18)과, 링 휠(16) 및 태양 휠(17) 상의 유성 휠(19)의 접촉 지점 사이의 거리를 변화시키기 때문이다. 링 및 태양 휠의 주행 표면(running surface)(20/21)이 원형 횡단면을 가지지 않기 때문에, 비율이 변화되는 동안, 링 휠(16)과 태양 휠(17) 사이의 거리가 변경된다. 이는, 동작 시에, 링 휠(16) 및 태양 휠(17)의 상대적인 축방향 이동 즉, 중앙 축(18)의 방향을 따른 이동이 가능하다는 것을 의미한다. 이는, 양 휠(16/17)을 이동 가능하게 장착함으로써, 또는 하나의 휠을 고정적으로 유지하고 다른 휠의 이동을 허용함으로써, 달성될 수 있다. 틸팅 작용은 많은 수의 방식으로, 예를 들어 중앙 샤프트(15)를 축방향으로 링 휠 또는 태양 휠에 대해서 이동시키는 것에 의해서, 실시될 수 있다. 대안적으로, 트랜스미션 비율은, 주 샤프트(15)를 축방향으로 고정적으로 유지함으로써 그리고 링 휠(16) 및/또는 태양 휠(17)을 축방향으로 이동시킴으로써 변화될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 매개변수(Lp) 즉, 유성 휠의 샤프트 부분(14)의 길이는 양의 값이다. 그러나, Lp가 음이거나 0인 경우에, 이는 각도(βi) = arctan(Rpi/Lp)가 각각 음 또는 90°가 된다는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 여전히 수학식을 풀 수 있고 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면을 결정할 수 있다. Lp < 0인 경우는 도 6에 도시된 실시예에 상응한다.
도 6에서, 이하의 구성요소가 다시 제공되고, 도 2에서와 동일한 참조 번호에 의해서 참조된다: 링 휠(16), 태양 휠(17), 유성 휠(19), 공통 중앙 축(18), 링 휠 및 태양 휠 각각의 롤링 표면(20 및 21), 유성 휠 샤프트(14), 유성 휠의 휠 부분(12), 유성 휠의 롤러 베어링(13), 지점(28)에서 중앙 축(18) 및 유성 휠(19)의 회전 축(25)과 교차되는 접선(26/27).
그러나, 도 6의 실시예에서, 경첩 축(24)은, 유성 휠 회전 축(25)과 중앙 축(18)의 교차 지점(28)으로부터 볼 때, 유성 휠의 휠 부분(12)을 넘어서 위치되는 반면, 도 2의 실시예에서는, 힌지 축(24)이 교차 지점(28)과 휠 부분(12) 사이에 놓인다. 도 6에 도시된 특별한 시스템에서, 유성 휠(19)은 지지 휠(40) 내에 피벗 가능하게 장착되고, 지지 휠(40) 자체는 링 휠(16) 및 태양 휠(17)과 동축적으로 장착된다. 이는 효과적으로 도 2의 상황이 되나, 유성 휠의 샤프트(14)는 휠 부분(12)의 대향 측면 상에서 연장된다. 이제 유성 휠의 샤프트(14)는 지지 휠(40)에 대해서 피벗 가능하게 장착되고, 그에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 유성 휠의 회전 축(25) 및 중앙 축(18)에 의해서 규정된 평면에 대해서 수직으로 배향되는 한편 중앙 축의 외부에 위치되는 경첩 축(24)을 중심으로 피벗될 수 있다. 도 6의 실시예에서 도시된 바와 같이, 유성 휠의 샤프트(14)는 바람직하게 지지 휠(40) 내에 포함된 경첩 조인트(41) 내로 직접적으로 장착된다. 이러한 실시예에서, 베리에이터의 중앙 부분 내에는 중앙 샤프트 및 포크가 없다. 그에 따라, 유성 휠의 각도 범위를 제한할 수 있는 물리적 제약이 이러한 중앙 부분 내에 존재하지 않는다.
도 2의 실시예에서와 같이, 유성 휠(19)의 틸팅은, 링 휠과 태양 휠의 상대적인 축방향 이동을 포함하여, 트랜스미션 비율의 변화를 생성한다. 지지 휠(40)은 링 휠 또는 태양 휠에 대해서 축방향으로 이동 가능할 수 있거나, 지지 휠은 축방향으로 이동 가능한 링 및 태양 휠과 고정되어 유지될 수 있다. 지지 휠(40)은 중앙 축(18)을 중심으로 회전될 수 있다. 그러한 경우에, 지지 휠(40)은 베어링 상에 장착되고, 유성 베리에이터의 외측에 배치되며, 그리고 도면에 도시되어 있지 않다. 지지 휠(40) 대신에, 임의의 대안적인 지지부가 도 6에 도시된 방식으로 유성 휠을 지지하기 위해서 이용될 수 있다.
Lp = 0인 경우가 마찬가지로 본 발명의 범위에 포함되고, 유성 휠의 샤프트 부분(14)이, 유성 휠과 롤링 표면(20/21) 사이의 접촉 지점과 동일 평면적인 축을 중심으로 경첩 운동되는 실시예에 상응한다.
도 2 및 도 6의 실시예에서, 경첩 축(24)은 유성 휠(19)의 휠 부분(12)의 회전 축(25)과 교차된다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예로 제한되지 않는다. 회전 축(25) 및 중앙 축(18)에 의해서 형성된 평면에 본질적으로 수직으로 유지되는 동안, 경첩 축(24)은 교차가 없이, 즉 공통 지점을 가지지 않고, 회전 축(25)을 가로지를 수 있다. 그에 따라, 도 2 또는 도 6에 도시된 구조물이 수정될 수 있고, 경첩 축(24)은, 예를 들어, 유성 휠의 회전 축(25)과 관련하여 좌측 또는 우측 또는 위로 또는 아래로 이동될 수 있다. 경첩 축(24)이 회전 축(25)과 교차되지 않을 때, 본질적인 무-드릴 롤링을 위한 조건, 즉 유성 휠(19)과의 접선 접촉 지점에서, 롤링 표면(20/21)에 대한 접선인 2개의 평면(26/27)이, 경첩 축(24)을 중심으로 하는 유성 휠(19)의 각위치와 관계없이, 공통 중앙 축(18)의 지점(28)에서 유성 휠(19)의 휠 부분(12)의 회전 축(25)과 교차되는 조건을 기초로, 링 휠 및 태양 휠의 롤링 표면(20/21)의 형상을 여전히 계산할 수 있다.
경첩 축(24)이 유성 휠의 회전 축(25)과 교차되지 않는 경우에, 경첩 축(24)과 유성 휠의 회전 축(25) 사이의 공통 수직 라인이 유성 휠(19)의 휠 부분(12)과 유성 휠 회전 축(25) 및 중앙 축(18)의 교차 지점(28) 사이의 지점에서 유성 휠의 회전 축(25)과 교차될 때, 경첩 축은 '유성 휠(19)의 휠 부분(12)과 유성 휠 회전 축(25) 및 중앙 축(18)의 교차 지점(28) 사이에' 놓이는 것으로 규정된다. 또한, 경첩 축(24)이 유성 휠의 회전 축(25)과 교차되지 않는 경우에, 경첩 축(24)과 유성 휠의 회전 축(25) 사이의 공통 수직 라인이, 유성 휠 회전 축(25)과 중앙 축(18) 사이의 교차 지점(28)으로부터 볼 때, 유성 휠의 휠 부분(12)을 넘어서 위치되는 지점에서 유성 휠의 회전 축(25)과 교차될 때, 유성 휠 회전 축(25)과 중앙 축(18) 사이의 교차 지점(28)으로부터 볼 때, 경첩 축은 '유성 휠의 휠 부분(12)을 넘어서' 놓이는 것으로 규정된다.
도 2 및 도 6에 도시된 유성 휠(19)은, 이러한 유형의 현재 알려진 시스템에서 적용되는 유성 휠과 상이한 구조적 특징을 갖는다. 도 2를 참조하면, 유성 휠(19)의 휠 부분(12)이 트러스트 베어링(13) 및 래디얼 베어링(13')의 외부 링 상에 직접 장착된다는 것을 알 수 있다. 도 6과 마찬가지로, 유성 휠 부분(12)은 롤러 베어링(13)의 외부 링에 직접 장착된다. 휠 부분을 베어링에 직접 장착하는 이러한 특징은 단순화된 유성 휠 설계를 가능하게 한다. 그러나, 이는 유성 휠 크기가 기존 설계에 비해서 감소될 수 있을 때에만 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 편심 경첩을 가지는 베리에이터가 링 휠과 태양 휠 사이에서 적은 공간을 필요로 하기 때문에, 유성 휠 부분은 비교적 작은 직경으로 만들어질 수 있다. 이러한 이유로, 베어링 링에 직접 장착된 휠 부분을 갖는 유성 휠 설계는 본 발명에 따른 베리에이터에 특히 적합하다. 특별한 실시예에 따라, 유성 휠의 휠 부분(12) 및 베어링 또는 베어링들(13 또는 13')의 외부 링이 하나의 단편으로 생산된다. 휠 부분(12)이 하나의 베어링의 외부 링 상에 직접 장착되는 한편, 제2 베어링의 외부 링과 함께 하나의 단편을 형성하는, 다른 실시예가 가능하다.
WO2009/146748의 시스템에 대해서 알려진 임의 구성이 또한 본 발명의 베리에이터와 함께 실현될 수 있다. 그에 따라, 본 발명은, 마찬가지로, 본 발명에 따른 하나 이상의 유성 베리에이터를 포함하는 가변 트랜스미션 또는 가역적 가변 트랜스미션에 관한 것이다. 임의의 그러한 트랜스미션은, 본 발명의 유성 베리에이터를 WO2009/146748에서 설명된 가변 또는 가역적 가변 트랜스미션에 통합하는 것에 의해서 실현될 수 있다.
본 발명이 도면에서 그리고 전술한 설명에서 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 묘사적인 또는 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 도면, 개시 내용, 및 첨부된 청구항으로부터, 청구된 발명을 실시하는 통상의 기술자는, 개시된 실시예에 대한 다른 변형예를 이해하고 실시할 수 있을 것이다. 청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않고, 부정관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정 수단이 서로 상이한 종속항 내에서 열거된다는 단순한 사실은, 이러한 수단들의 조합이 유리하게 이용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구범위 내의 임의의 인용 부호가 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
종래 기술의 베리에이터(도 1)
1 : 주 샤프트
2 : 링 휠
3 : 유성 휠
4 : 태양 휠
5 : 중앙 축
7 : 유성 포크
8 : 경첩
9 : 경첩 축
본 발명에 따른 베리에이터(도 2 내지 도 6)
12 : 유성 휠의 휠 부분
13 : 베어링
13' : 래디얼 베어링
14 : 유성 휠의 샤프트 부분
15 : 주 샤프트
16 : 링 휠
17 : 태양 휠
18 : 중앙 축
19 : 유성 휠
20 : 링 휠 상의 롤링 표면
21 : 태양 휠 상의 롤링 표면
22 : 포크
23 : 경첩 조인트
24 : 경첩 축
25 : 일부 경우에 이러한 설명에서 '유성 휠의 회전 축'으로도 지칭되는, 유성 휠의 휠 부분의 회전 축
26 : 유성 휠과의 접촉 지점에서 링 휠의 롤링 표면에 대한 접선
27 : 태양 휠과의 접촉 지점에서 태양 휠의 롤링 표면에 대한 접선
28 : 접선과 중앙 축의 교차 지점
30 : 반경방향 연장부
31 : 포크의 중앙 다리
32 : 포크의 측면 다리
40 : 지지 휠
41 : 지지 휠 내의 경첩 조인트

Claims (15)

  1. 가변 속력 및 토크 비율을 실현하기 위한 가변 트랜스미션에 적용 가능한 유성 베리에이터로서, 상기 베리에이터는 링 휠(16), 적어도 2개의 유성 휠(19) 및 태양 휠(17)을 포함하며:
    · 상기 링 휠 및 상기 태양 휠은 공통 중앙 대칭 축(18)에 대해서 배치된 축대칭적 본체이고,
    · 상기 유성 휠(19)은 샤프트 부분(14) 및 상기 샤프트 부분을 중심으로 회전될 수 있는 휠 부분(12)을 포함하고, 상기 샤프트 부분은 길이방향 중앙 축(25)을 가지며, 상기 길이방향 중앙 축(25)은 또한 상기 휠 부분(12)의 회전 축이고,
    · 각각의 유성 휠(19)은, 상기 공통 중앙 대칭 축(18) 및 상기 유성 휠(19)의 휠 부분(12)의 상기 길이방향 중앙 축(25)에 의해서 규정되는 평면에 대해서 본질적으로 수직으로 배향된, 경첩 축(24)을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있고,
    · 상기 유성 휠 및 상기 링 휠 사이의 상호작용 및 상기 유성 휠 및 상기 태양 휠 사이의 상호작용이, 상기 유성 휠의 휠 부분(12)의 각각에 제공된 롤링 표면의 롤링 운동을 통해서, 상기 링 휠(16) 및 상기 태양 휠(17)에 제공된 롤링 표면(20, 21) 상에서 발생되고, 상기 링 휠 및 상기 태양 휠의 롤링 표면(20, 21)의 접선인 2개의 평면(26, 27)은, 상기 경첩 축(24)을 중심으로 하는 상기 유성 휠(19)의 각위치와 관계없이, 상기 유성 휠(19)과의 접선 접촉 지점에서, 상기 공통 중앙 대칭 축(18)의 지점(28) 내의 상기 유성 휠(19)의 휠 부분(12)의 상기 길이방향 중앙 축(25)과 교차되고, 그리고
    상기 유성 휠(19)의 각각의 상기 경첩 축(24)은 일정한 편심도로 상기 공통 중앙 대칭 축(18)에 편심이고,
    상기 휠 부분(12) 및 상기 경첩 축(24) 사이의 거리는 일정하고,
    상기 유성 베리에이터는, 상기 유성 휠(19)의 각위치(γ)의 변화 및 이와 함께 상기 경첩 축(24) 및 상기 링 휠(16) 사이의 상대적인 축방향 이동 및/또는 상기 경첩 축(24) 및 상기 태양 휠(17) 사이의 상대적인 축방향 이동에 의한 트랜스미션 비율의 변화를 실시하도록 구성된, 유성 베리에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경첩 축(24)은 상기 유성 휠(19)의 상기 길이방향 중앙 축(25)과 교차되는, 유성 베리에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경첩 축(24)은 상기 유성 휠(19)의 휠 부분(12)과, 상기 유성 휠(19)의 상기 길이방향 중앙 축(25)과 상기 공통 중앙 대칭 축(18)의 교차 지점(28) 사이에 위치되는, 유성 베리에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베리에이터는 반경방향 연장부(30)를 갖는 중앙 샤프트(15)를 포함하고, 상기 유성 휠(19)의 샤프트 부분(14)은 경첩 조인트(23)를 통해서 상기 반경방향 연장부에 회전 가능하게 연결되는, 유성 베리에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유성 휠(19)의 샤프트 부분(14)은, 상기 반경방향 연장부(30)에 대해서, 상기 경첩 조인트(23)를 중심으로 회전될 수 있는 포크(22)를 구비하는, 유성 베리에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포크(22)는 주 본체(33), 중앙 다리 부분(31) 및 2개의 측면 다리 부분(32)을 가지며, 상기 3개의 다리 부분은 상기 주 본체(33)로부터 멀리 연장되고 상기 경첩 조인트(23)에 연결되는, 유성 베리에이터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성 휠 회전 축(25)과 상기 공통 중앙 대칭 축(18) 사이의 교차 지점(28)으로부터 볼 때, 상기 경첩 축(24)이 상기 유성 휠의 휠 부분(12)을 넘어서 위치되는, 유성 베리에이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베리에이터는 상기 링 휠(16) 및 상기 태양 휠(17)과 동축적으로 장착된 지지 휠(40)을 포함하고, 상기 유성 휠의 샤프트 부분(14)은 경첩 조인트(41)를 통해서 상기 지지 휠에 회전 가능하게 연결되는, 유성 베리에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경첩 조인트가 상기 지지 휠(40) 내에 포함되는, 유성 베리에이터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성 휠(19)의 적어도 하나의 휠 부분(12)의 롤링 표면은, 상기 휠 부분의 상기 길이방향 중앙 축(25)을 통과하는 평면을 갖는 횡단면에서 볼 때, 원형 형상을 가지는, 유성 베리에이터.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성 휠(19)의 적어도 하나의 휠 부분(12)의 롤링 표면은, 상기 휠 부분의 상기 길이방향 중앙 축(25)을 통과하는 평면을 갖는 횡단면에서 볼 때, 비-원형 형상을 가지는, 유성 베리에이터.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성 휠(19)의 적어도 하나의 휠 부분(12)은 하나 이상의 베어링(13, 13')을 통해서 상기 샤프트 부분(14)을 중심으로 회전되고, 상기 베어링 또는 베어링들은 내부 링 및 외부 링을 가지며, 상기 휠 부분(12)은 상기 베어링 중 적어도 하나의 외부 링 상에 직접 장착되는, 유성 베리에이터.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유성 휠(19)의 휠 부분(12)은 하나 이상의 베어링(13, 13')을 통해서 상기 샤프트 부분(14)을 중심으로 회전되고, 상기 베어링 또는 베어링들은 내부 링 및 외부 링을 가지며, 상기 휠 부분(12)은 상기 베어링 중 적어도 하나의 외부 링과 함께 하나의 단편을 형성하는, 유성 베리에이터.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 하나 이상의 유성 베리에이터를 포함하는 가변 트랜스미션.
  15. 제1항 또는 제2항에 따른 하나 이상의 유성 베리에이터를 포함하는 가역적 가변 트랜스미션.
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