KR102651399B1 - 가변 유효 직경 롤러 및 롤러 구속을 갖는 순수 구름 사이클로이드 변속기 - Google Patents

가변 유효 직경 롤러 및 롤러 구속을 갖는 순수 구름 사이클로이드 변속기 Download PDF

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Abstract

개선된 효율 및 기타 이점을 갖는 다양한 변속기 및 그 개선이 제공된다. 변속기는 자체적으로 주 회전축을 중심으로 회전하는 회전축을 중심으로 세차 회전에 맞물리기 위해 하나 이상의 캠 또는 다른 수단에 의해 구동되는 하나 이상의 내부 부재를 포함한다. 복수의 성형 롤러들은 내부 부재(들) 및 그라운드 부재 상의 성형 컷아웃과 접촉하여, 캠을 통해 가해지는 입력 회전/토크는 내부 부재(들)에 결합되는 출력 부재에서 출력 회전/토크로 실현된다. 타이어 롤러들 및 접촉표면들은 롤러들이 접촉표면들에 대해 구름운동으로 맞물리도록 형성되어, 효율성이 향상된다. 전력 용량을 증가시키거나, 토크 리플을 감소시키거나, 흔들림을 감소시키거나, 또는 기타 이점을 제공하도록 복수의 내부 부재들 및 대응하는 세트의 성형 롤러들이 제공될 수 있다.

Description

가변 유효 직경 롤러 및 롤러 구속을 갖는 순수 구름 사이클로이드 변속기
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은, 참조로서 여기에 통합된, 2019년 8월 26일자로 출원된 미국 특허출원 제62/891,551호에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 2017년 12월 21일자로 출원된 미국 특허출원 제15/738,706호의 내용을 참조로 통합한다.
[배경]
여기에 달리 표시되지 않는 한, 이 항목에 설명된 사항은 본 출원의 청구범위에 대한 선행기술이 아니며 이 항목에 포함되었다고 선행기술로 인정되는 것은 아니다.
"변속기(transmission)"라는 용어는 일반적으로 회전 동력원으로부터 다른 장치에 속도 및 토크 변환을 제공하는 시스템을 의미할 수 있다. 산업 기계, 의료 로봇, 및 가정용 전자 제품은 그러한 변속기들을 사용할 수 있다. 변속기를 선택하거나 설계하려면 여러 요소들을 고려해야 한다. 예시적인 요인으로는 부하 용량, 효율성, 및 비용이 포함된다.
변속기는 입력 토크와 출력 토크 사이의 기계적 이점을 제공하기 위해 다양한 메커니즘의 일부로서 포함된다. 따라서, 모터, 엔진, 터빈 또는 또 다른 토크 발생기의 속성(예컨대, 토크-속도 곡선, 효율 곡선)을 이펙터, 휠, 발전기, 또는 생성된 토크에 대한 기타 의도된 어플리케이션의 속성에 일치시키기 위해 변속기가 포함될 수 있다. 예를 들어, 변속기는 내연기관에 의해 생성되는 높은 회전속도 및 상대적으로 낮은 토크를 자동차의 바퀴를 구동하기 위한 더 낮은 속도 및 보다 높은 토크 요구사항에 일치시키기 위해 자동차에 제공될 수 있다. 다른 예에서, 변속기는 내연기관 및 발전기 양자 모두가 각각 효율적인 회전속도에 따라 작동되도록 내연기관을 발전기에 결합하기 위해 제공될 수 있다.
커플링은 토크 및 회전이 기계적 요소들 사이에서 전달될 수 있도록 샤프트 또는 또 다른 회전하는 기계적 요소들을 결합하기 위한 다양한 메커니즘의 일부로서 포함된다. 커플링은 회전축들이 오프셋되어 있거나 평행하지 않은 회전축들을 갖는 샤프트들 사이에서 회전/토크의 전달을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어. 올드햄(Oldham) 커플링은 평행하지만 오프셋된 회전축을 갖는 2개의 샤프트들을 결합한다. 일부 예들에서, 커플링은 샤프트들(또는 또 다른 결합된 회전 기계 요소들)이 회전축들의 위치 및/또는 각도와 관련하여 시간에 따라 변하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유니버설 조인트는 상이한 각도에서의 회전축들을 갖는 2개의 샤프트를 결합하여 각도가 시간에 따라 변하는 것을 허용한다.
커플링은 다른 메커니즘의 일부로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 변속기는 변속기 내의 요소들의 회전을 위해 하나 이상의 커플링을 포함할 수 있다. 특히, 다양한 변속기들(예컨대, 사이클로이드 드라이브)은 사이클로이드 운동으로 맞물리고 변속기의 출력 샤프트(또는 또 다른 출력 요소)에 결합되는 하나 이상의 요소를 포함한다. 그러한 사이클로이드 운동은 자체적으로 다른 회전축을 중심으로 선회하는 회전축을 중심으로 하는 회전으로 설명될 수 있다. 사이클로이드 드라이브에 있어서 또는 다른 메커니즘에 있어서, 제1 요소(예컨대, 사이클로이드 기어)의 회전축은 출력 요소(예컨대, 제1 요소가 메커니즘의 입력부에 결합된 캠에 의해 구동될 때)의 회전축을 중심으로 선회될 수 있다. 제1 요소의 회전축과 출력 요소의 회전축과의 사이의 오프셋은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
본 개시의 일부 실시형태들은 다음을 포함하는 변속기를 제공한다: (i) 태양 기어; (ii) 입력 부재의 회전이 태양 기어의 회전을 초래하도록 태양 기어에 결합된 입력 부재; (iii) 태양 기어와 기어식으로 접촉하는 2개 이상의 유성 기어들; (iv) 2개 이상의 캠들로서, 태양 기어의 회전이 2개 이상의 캠들의 각각의 회전을 초래하도록 2개 이상의 캠들 중 각각의 하나가 2개 이상의 유성 기어 중 각각의 하나에 결합되는 것: (v) 2개 이상의 캠들의 회전이 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 2개 이상의 캠들에 결합된 편심 부재로서, 여기서 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 2개의 접촉표면들을 가지는 것: (vi) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 적어도 2개의 접촉표면들을 갖는 그라운드 부재; (vii) 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 편심 부재에 결합된 출력 부재; (viii) 복수의 롤러들로서, 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 입력 부재의 회전이 편심 부재의 회전을 초래하도록 그라운드 부재 및 편심 부재의 접촉표면들과 접촉하며, 그에 따라 입력 부재의 회전은 출력 부재의 회전을 야기시키는 것.
본 개시의 일부 실시형태들은 다음을 포함하는 변속기를 제공한다: (i) 입력 부재; (ii) 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재로서, 여기서 제1 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제1 및 제2 접촉표면들을 가지는 것; (iii) 입력 부재의 회전이 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 여기서 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면들을 가지는 것; (iv) 그라운드 부재로서, (1) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면들과, (2) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면들을 가지는 것; (v) 제1 및 제2 편심 부재들의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 제1 및 제2 편심 부재들에 결합된 출력 부재; (vi) 제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면들과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면들과 접촉하여 입력 부재의 회전이 제1 및 제2 편심 부재들의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 입력 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 야기시키며, 여기서 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것.
본 개시의 일부 실시형태들은 다음을 포함하는 변속기를 제공한다: (i) 입력 부재; (ii) 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재; (iii) 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동과 위상이 같은 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 여기서 제1 및 제2 편심 부재들은 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 각각의 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것; (iv) 입력 부재의 회전이 제3 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 입력 부재에 결합된 제3 편심 부재로서, 여기서 제3 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면들을 가지며, 여기서 제3 편심 부재는 제1 편심 부재와 제2 편심 부재 사이에 위치되는 것; (v) 그라운드 부재로서, (1) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면들과, (2) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면들을 가지는 것; (vi) 제1, 제2, 및 제3 편심 부재들의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 제1, 제2, 및 제3 편심 부재들에 결합된 출력 부재; (vii) 제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서. 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면들과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면들과 접촉하여 입력 부재의 회전이 제1 및 제2 편심 부재들의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 입력 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 야기시키며, 여기서 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것.
이들 뿐만 아니라 또 다른 양태, 장점, 및 대안은, 첨부 도면을 적절한 경우 참조하여, 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1a는 예시적인 구현예에 따른, 링 내에서 구르는 원을 도시한다.
도 1b는 예시적인 구현예에 따른, 링 내에서 원이 구름으로써 생기는 사이클로이드 곡선을 도시한다.
도 2a는 예시적인 구현예에 따른, 제1 링을 도시한다.
도 2b는 예시적인 구현예에 따른, 도 2a에 도시된 제1 링의 개방 환형 공간에서 회전가능한 제2 링을 도시한다.
도 2c는 예시적인 구현예에 따른, 도 2a의 제1 링 내에서 회전가능한 도 2b의 제2 링을 갖춘 사이클로이드 드라이브 장치를 도시한다.
도 2d는 예시적인 구현예에 따른, 도 2c에 도시된 장치의 단순화된 도면을 도시한다.
도 3은 예시적인 구현예에 따른, 180도 위상차로 구동되는, 2 세트의 롤러들을 포함하는 장치의 단순화된 도면을 도시한다.
도 4는 예시적인 변속기의 절단 사시도이다.
도 5a는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들을 단면도로 도시한다.
도 5b는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 4개의 서브-변속기들을 단면도로 도시한다.
도 5c는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 4개의 서브-변속기들을 단면도로 도시한다.
도 5d는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들을 단면도로 도시한다.
도 5e는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들을 절단 사시도로 도시한다.
도 6a는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들의 롤러들과 또 다른 요소들을 단면도로 도시한다.
도 6b는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들의 롤러들과 또 다른 요소들을 단면도로 도시한다.
도 7은 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들의 롤러들과 또 다른 요소들을 절단 사시도로 도시한다.
도 8a는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들을 절단 사시도로 도시한다.
도 8b는 예시적인 구현예에 따른, 병렬로 연결되고 서로에 대해 오프셋된 2개의 서브-변속기들을 절단 사시도로 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에 있어서, 유사한 부호는, 문맥에서 달리 지시하지 않는 한, 전형적으로 유사한 구성요소를 지시한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에 기술된 예시적인 실시형태들은 한정을 의미하지 않는다. 여기에 제시된 주제의 범위를 벗어나지 않으면서, 또 다른 실시형태들이 활용될 수 있고, 또 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에 일반적으로 설명되고 도면에 예시된 바와 같이, 본 개시의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 대체, 결합, 분리, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 여기서 명시적으로 고려된다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
I. 개요
하나 이상의 캠을 통해 입력부에 의해 구동되는 것에 응답하여, 자체적으로, 변속기의 주 회전축을 중심으로 선회하는 회전축을 중심으로 세차 회전으로 맞물리는 내부 부재를 포함하는 변속기가 여기에 제공된다. 이러한 세차 운동은 변속기의 출력부에 결합되어 변속기의 변속비에 따라 입력부과 출력부의 토크/회전 사이의 변환을 제공한다. 반력은 복수의 성형 롤러를 통해 변속기의 그라운드와 내부 부재와의 사이에서 전달된다. 성형 롤러는, 내부 부재가 회전할 때, 성형 롤러가 접촉표면들에 대해 구름운동으로 맞물리도록 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 성형 접촉표면들을 통해 그라운드 및 내부 부재와 접촉한다. 이러한 구름운동은 고효율, 높은 파워/토크 정격, 증가된 수명, 및 기타 이점을 갖는 변속기를 초래한다.
일부 실시형태들에서, 복수의 그러한 변속기들이 병렬로 제공된다. 이는 결합식 변속기의 부하 용량을 증가시키거나, 결합식 변속기의 수명을 증가시키거나, 또 다른 이점을 제공하기 위해 수행된 수 있다. 예를 들어, 그러한 결합식 변속기의 상이한 서브-변속기들은 (예컨대, 서로에 대한 각각의 상이한 각도 오프셋으로 단일 입력부에 결합되는 각각의 상이한 캠에 의해 구동됨으로써) 서로에 대해 상이한 위상에서 구동될 수 있다. 그러한 배열은 토크 리플의 감소를 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 개별 변속기들의 상대적 위상은 중심에서 벗어난 질량의 움직임(예컨대, 다양한 변속기들의 내부 부재들의 움직임)으로 인한 작동 중 변속기의 병진 및/또는 회전 진동 또는 흔들림을 감소시키기 위해 특정될 수 있다. 이것은 서브-변속기들 중 하나를 분할하여 그 요소들이 중앙 서브-변속기의 양쪽에 배치되도록 하여 중앙 및 분할 변속기들의 회전 질량들이 결합식 변속기의 작동 중에 완전히 균형을 이루도록 하는 것을 포함할 수 있다.
그러한 결합식 변속기의 2개(또는 그 이상)의 변속기들이 대략 180도의 상대 위상을 갖는 경우, 롤러들의 회전 위상을 유지하기 위해서 2개의 변속기의 롤러들이 함께 결합될 수 있다. 이것은, 바인딩, 마모 증가, 수명 감소, 변속기 효율 감소, 또는 기타 원치 않는 효과들을 야기시킬 수 있는, 롤러들의 회전 위상, 방향, 위치, 또는 기타 속성들이 잘못 정렬되거나 차선책이 되는 것을 방지하기 위해 수행될 수 있다. 하나의 변속기의 개별 롤러들은 (예컨대, 대응하는 롤러들을 함께 융합하거나 또 다른 방식으로 단단하게 결합함으로써) 6개의 모든 자유도 또는 더 적은 수의 자유도에서 롤러들의 상대적인 방향 및 위치를 구속하는 중간-평면 구속 요소(mid-plane constraining element)를 통해 두 번째 트랜스미션의 대응하는 롤러들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 성형 로드, 성형 요소들의 세트, 또는 또 다른 중간-평면 구속 요소(들)는, 대응하는 롤러들이 또 다른 2개의 회전 자유도와 관련하여 그리고 3개의 병진 자유도와 관련하여 변하도록 허용하면서, 대응하는 롤러들의 상대 회전을 구속하도록 작용할 수 있다. 롤러 쌍들 사이의 그러한 결합은, (예컨대, 제1 롤러가 일반적으로 접촉하고 있는 하나 이상의 접촉표면과 일시적으로 접촉하지 않기 때문에) 그렇지 않다면 과소-구속(under-constrained)되는 제1 롤러의 움직임의 일부 동안에도, 제1 롤러가 결합되는 제2 롤러로부터 전달된 토크 및/또는 힘에 의해 제1 롤러의 회전 위상이 유지되는 것을 허용할 수 있다. 그러한 커플링은, 6개의 모든 자유도에서 한 쌍의 롤러의 상대 위치 및 방향을 구속하는 경우에도, 상기 쌍의 롤러의 위치 및 방향을 반드시 과도-구속(over-constrain)하는 것은 아니다.
그러한 중간-평면 구속 요소는 추가적인 이점을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 케이지(cage) 또는 또 다른 정렬(aligning) 요소(들)는 중간-평면 구속 요소들의 상대 위치를 유지하기 위해 제공될 수 있으며, 그에 따라, 결합된 롤러들의 상대 위치를 유지한다. 다른 실시예들에서, 중간-평면 구속 요소들은 변속기의 내부 부재 및/또는 그라운드와 기어식 접촉, 구름 접촉, 또는 또 다른 형태의 접촉으로 접촉할 수 있으며, 그에 따라, 결합된 롤러의 적절한 회전 위상을 유지한다.
여기에 설명된 바와 같은 변속기의 내부 부재는 단일 캠에 의해 구동되거나 변속기의 입력부에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 내부 부재는, 추가적으로 또는 대안적으로, 유성 기어 배열의 태양 기어가 변속기 입력부에 결합되는 상태의 유성 기어 배열에서 유성으로서 작용하는 2개 이상의 캠들에 의해 구동될 수 있다. 이것은 변속기의 변속비와 관련하여 이점을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 변속기의 출력부는 출력부에 대한 내부 부재의 결합을 용이하게 하기 위해 2개 이상의 캠들의 축에 결합될 수 있다.
II. 예시적인 변속기
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "사이클로이드(cycloid)"는 미끄러짐 없이 직선 또는 원형 경로를 따라 휠이 구를 때 원형 휠의 테두리 상의 하나의 점이 지나간 곡선을 지칭한다. 그러한 사이클로이드 운동은 하나의 물체가, 자체적으로, 또 다른 회전축(예컨대, 편심 운동을 수행하는 부재에 결합된 캠의 회전축)을 중심으로 선회하는 회전축을 중심으로 회전하는 다양한 "편심 운동" 또는 "룰렛 운동"이다. 일 실시예에서, 그러한 편심, 룰렛, 및/또는 사이클로이드 운동은 원형 휠이 주(main) 원 또는 링의 내부에서 구를 때 생긴다. 도 1a는 예시적인 구현예에 따른, 링(102) 내에서 구르는 원(100)을 도시한다. 링(102)의 내부 표면을 따라 원(100)이 이동할 때, 원(100)의 테두리 상의 하나의 점(104)이 사이클로이드 곡선을 지나간다.
도 1b는 예시적인 구현예에 따른, 링(102) 내에서 원(100)이 구름으로써 초래되는 사이클로이드 곡선(106)을 도시한다. 사이클로이드 곡선(106)은 원(100)이 링(102) 내에서 구를 때 점(104)에 의해 추적된다. 링(102)이 정지 상태로 유지되는 동안, 원(100)의 운동은 편심 운동으로 지칭될 수 있다.
이러한 편심 운동을 활용하는 예시적인 변속기 시스템 및 장치가 여기에 개시되어 있다. 여기에 설명된 바와 같은 특정 실시형태에 대한 편심 운동은, 사이클로이드 운동, 에피사이클로이드 운동, 트로코이드 운동, 또는 몇몇 다른 룰렛 경로 및/또는 궤적에 따른 운동으로 맞물리는 롤러, 베어링, 캠, 또는 또 다른 요소들을 포함할 수 있다. 이들 시스템 및 장치는 고효율, 증가된 서비스 수명, 가벼운 무게, 증가된 파워/토크 정격, 소형 폼 팩터, 또는 기타 이점을 달성할 수 있는 유리한 구성을 제공할 수 있다. 이들 변속기 시스템은 모터와 변속기가 로봇의 본체로부터 떨어져 장착될 수 있는 로봇 응용분야에서 사용될 수 있다. 또 다른 응용분야 중에서, 자동차, 중공업, 및 에너지 발전 분야에서도 여기에 설명된 변속기를 활용하여 이점을 얻을 수 있다.
도 2a, 2b, 2c, 및 2d는 예시적인 구현예에 따른, 예시적인 변속기의 요소들을 도시한다. 특히, 도 2a는 예시적인 구현예에 따른 제1 링(200)을 도시한다. 제1 링(200)은 개방 환형 공간(202)과, 제1 링(200)의 내주 표면(206) 상에 배치된 접촉표면들에 의해 규정되는 일련의 가변-폭 컷아웃(204A, 204B, 204C, 204D, 204E, 204F)들을 갖는다.
도 2b는 예시적인 구현예에 따른, 제1 링(200)의 개방 환형 공간(202) 내에서 회전가능한 제2 링(208)을 도시한다. 제2 링(208)은 제2 링(208)의 외주 표면(212) 상에 배치된 접촉표면들에 의해 규정된 컷아웃(210A, 210B, 210C, 210D)과 같은 일련의 가변-폭 컷아웃을 각각 갖는다.
제1 링(200)의 일련의 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F) 및 제2 링(208)의 일련의 가변-폭 컷아웃(210A 내지 210D)의 각각의 컷아웃은 이 컷아웃의 제1 단부에서 제1 폭으로 시작한다. 그런 다음 폭은 컷아웃의 중심에서 제1 폭보다 큰 제2 폭까지 증가하고, 그런 다음 컷아웃의 제2 단부에서 제1 폭으로 다시 좁아진다. 예시를 위해, 제2 링(208)의 컷아웃(210A)은 제1 단부(214A) 및 제2 단부(214B)를 갖는다. 제1 단부(214A)에서 절개부(210A)의 폭은 작다. 그런 다음, 폭은 컷아웃(210A)의 중심에서 폭 "d"까지 점진적으로 증가하고, 그런 다음 제1 단부(214A)에서의 폭과 유사한 폭의 제2 단부(214B)까지 점진적으로 감소한다.
도 2a 및 2b는 각각 내주 표면(206) 및 외주 표면(212)의 블랭크 영역에 의해 분리된 별개의 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들을 도시한다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 제1 링(200)을 참조하면, 컷아웃(204A 내지 204F)들은 연속적인 접촉표면의 부분들을 각각 형성한다.
그러나, 또 다른 예시적인 구현예에서 내주 표면(206) 및 외주 표면(212)은 각각 그 내부에 배치된 각각의 연속적인 가변-폭 채널 또는 홈을 가질 수 있다. 각각의 연속적인 가변-폭 채널 또는 홈은 베어링의 레이스웨이(raceway)와 유사할 수 있다. 이러한 유사예에서, 링(200 및 208)들은 베어링의 레이스와 유사하게 작동한다. 가변-폭 홈의 폭은 제1 폭과 이 제1 폭보다 큰 제2 폭과의 사이에서 점진적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 폭은 컷아웃(210A)의 제1 단부(214A)에서의 폭과 유사할 수 있고, 제2 폭은 컷아웃(210A)의 중심에서의 폭 "d"와 유사할 수 있다. 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들은 제1 폭에서 제2 폭으로 증가하고 다시 제1 폭으로 되돌아가는 가변-폭 홈의 영역을 나타낼 수 있다. 그런 다음 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들은 제1 폭 또는 일부 다른 폭을 갖는 가변-폭 홈의 일부분와 같은 부분들에 의해 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들은 각각의 가변-폭 연속 홈 또는 레이스웨이의 부분들일 수 있다.
도 2c는 예시적인 구현예에 따른, (예컨대, 제2 링(208)의 중앙에 배치되고 입력 부재에 결합되는 캠에 의해 구동되는 결과로) 제1 링(200) 내에서 회전가능한 제2 링(208)을 갖는 편심 드라이드 변속기(216)를 도시한다. 이 장치(216)는 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되고 복수의 성형 롤러(220A, 220B, 220C, 220D, 및 220E)들을 서로 결합하도록 구성된 롤러 케이지(218)를 포함한다. 롤러 케이지(218)는, 복수의 롤러(220A 내지 220E)들이 제1 링(200)의 내주 표면(206)과 제2 링(208)의 외주 표면(212)과의 사이에서 그리고 그 위에서 구를 때, 제1 링(200)의 개방 환형 공간(202)에서 회전가능하다. 롤러 케이지(218)는 롤러(220A 내지 220E)들이 서로 등거리에 있도록 롤러(220A 내지 220E)들을 결합한다.
롤러(220A 내지 220E)들의 각각의 롤러가 제2 링(208)의 내주 표면(206) 및 외주 표면(212) 상에서 구름에 따라, 롤러는 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)을 횡단한다. 롤러(220A 내지 220E)들 중 하나의 롤러가 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들 중 하나의 컷아웃을 횡단함에 따라, 롤러는 작은 폭을 가지는 컷아웃의 영역으로부터 더 넓은 영역(즉, 컷아웃의 중심 구역 근처)으로 이동한다. 따라서, 롤러가 컷아웃 위를 지날 때, 롤러가 더 많거나 더 적게 컷아웃에 맞물린다. 특히, 컷아웃의 더 넓은 영역에서, 롤러는 컷아웃이 배치되는 표면, 즉 내주 표면(206) 또는 외주 표면(212)을 더 깊게 통과한다. 따라서, 롤러가 컷아웃을 횡단함에 따라, 제1 링(200)의 중심과 롤러 사이의 반경방향 거리는 변한다.
예시를 위해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 롤러(220E)는 컷아웃(204B)의 일단부 근처에 있기 때문에, 롤러(220E)는 컷아웃(204B)과 덜 맞물린다. 한편, 롤러(220D)는 컷아웃(204C)과 더 맞물리는데, 즉 롤러(220D)가 컷아웃(204C)의 중심에 가까워짐에 따라 롤러(220D)는 컷아웃(204C)에서 더 깊게 배치된다. 롤러(220C)는 컷아웃(204D)의 실질적으로 중심에 있기 때문에 롤러(220C)는 컷아웃(204C)과 롤러(220D)가 맞물리는 것보다 훨씬 더 컷아웃(204D)과 맞물린다. 롤러(220A 내지 220E)들은 유사하게 거동하고, 롤러(220A 내지 220E)들이 컷아웃(210A 내지 210D)들을 횡단함에 따라, 제2 링(208)의 컷아웃(210A 내지 210D)과 더 많거나 더 적게 맞물린다. 컷아웃을 규정하는 홈들 또는 컷아웃들의 가변 폭은, 롤러들이 컷아웃들 또는 홈들을 횡단함에 따라 롤러들의 유효 직경이 변화되는 수단이다. 롤러들의 유효 직경의 변화는 장치(216)의 링(200, 208)들의 접촉표면들에 대한 롤러들의 순수한, 또는 거의 순수한 구름운동을 유지할 수 있게 한다.
위에서 언급된 바와 같이, 컷아웃(204A 내지 204F 및 210A 내지 210D)들은 베어링의 레이스웨이와 유사하게 작동하는 각각의 가변-폭 홈의 부분들일 수 있다. 따라서, 원칙적으로, 각각의 롤러(220A 내지 220E)는 단일 지점에서 각각의 레이스웨이와 접촉한다. 그러나, 무한히 작은 지점에 대한 하중은 무한히 높은 접촉 압력을 야기시킬 것이다. 실제로, 롤러는 각각의 레이스웨이와 접촉하는 곳에서 약간 변형(편평)하며, 마치 타이어가 도로에 닿는 곳에서 평평해지는 것과 같다. 레이스웨이는 또한 각각의 롤러가 누르는 곳에서 약간 함몰된다. 따라서, 롤러와 레이스웨이 사이의 접촉은 유한한 크기를 가지며 유한한 압력을 갖는다.
일 실시예에서, 장치(216)는 입력 샤프트의 속도를 특정 비율만큼 감소시키도록 구성된 사이클로이드 감속기 또는 변속기로서 작동할 수 있다. 예를 들어, 제2 링(208)은 캠 및 베어링을 통해 편심 장착되어 입력 샤프트(도시하지 않음)에 편심 장착될 수 있다. 이러한 구성에서, 입력 샤프트는 제1 링(200)의 개방 환형 공간(202) 내에서 곡선 경로를 따라 편심적으로 제2 링(208)을 구동한다. 또한, 일 실시예에서, 제1 링(200)은 감속기의 스테이터 또는 그라운드로서 구성될 수 있다(즉, 제1 링(200)은 고정될 수 있음). 그 다음, 출력 샤프트가 입력 샤프트에 비해 감소된 속도를 갖는 상태로, 출력 샤프트는 제2 링(208)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 링(200)은 출력 샤프트에 결합되어 회전할 수 있는 반면, 제2 링(208)은 고정되고 감속기의 스테이터로서 작동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 입력, 출력, 및 스테이터/그라운드 지정은 도 2a 내지 2f 또는 명세서 다른 곳의 실시형태들을 참조하여 교환가능하다.
장치(216)가 그러한 속도 변경(예컨대, 감소 또는 증가) 변속기처럼 작동하도록, 제2 링(208)의 가변-폭 컷아웃(210A 내지 210D)들의 총 개수는 제1 링(200)의 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F)의 총 개수보다 작다. 또한, 롤러(220A 내지 220E)들에 대한 유효 위치의 총 개수(이는 롤러의 총 개수보다 크거나 같을 수 있음)는 제1 링(200)의 가변-폭 컷아웃(204A 내지 204F)들의 총 개수보다 작고 제2 링(208)의 가변-폭 컷아웃(210A 내지 210D)의 총 개수보다 크다. 위에서 설명한 장치(216)에서, 제1 링(200)은 6개의 컷아웃들을 가지며, 제2 링(208)은 4개의 컷아웃들을 가지며, 5개의 롤러(220A 내지 220E)들이 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되어 있다.
변속기의 감속비는 롤러(220A 내지 220E)들에 대한 유효 위치의 총 개수를 기반으로 결정된다. 특히, 감속비는 다음 수학식을 사용하여 계산할 수 있다.
Figure 112022030186400-pct00001
(1)
여기서 R은 감속비이고 Nr은 롤러의 개수이다.
장치(216)의 한 가지 이점은, 수학식 (1)에 기초하여, 장치(216)가 정수가 아닌 감소율을 제공할 수 있다는 것이다.
예를 들어, 제1 링(200)이 7개의 컷아웃들을 갖고, 제2 링(208)이 5개의 컷아웃들을 가지며, 6개의 롤러들이 제1 링(200)과 제2 링(208) 사이에 배치되면, 비율 R은 수학식 (1)에 의해 2.5:1로 계산될 수 있다.
실시예들에서, 컷아웃들 및 롤러들의 총 개수는 3개의 연속적인 정수이며, 예컨대 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 제2 링(208)에 대해 4개의 컷아웃, 롤러 케이지(218)에 5개의 롤러, 그리고 제1 링(200)에 6개의 컷아웃을 갖는다. 그러나 사이클로이드 드라이브는 다른 패턴을 사용하며, 예컨대 제2 링(208)에 대해 4개의 컷아웃, 롤러 케이지(218)에 6개의 롤러, 그리고 제1 링(200)의 8개의 컷아웃도 가능하다.
순수한 구름(pure rolling)은 접촉점에서 강체의 선형 속도의 크기 및 방향 모두가 일치할 때 발생한다. 이러한 순수 또는 거의 순수한 구름운동은 (예컨대, 접촉하는 표면들 사이의 상대 운동을 감소시킴으로써) 마모를 감소시키고 폐열 발생을 감소시켜, 효율성을 증가시키고 장치 수명을 증가시키고 기타 이점을 얻을 수 있게 한다. 도 2d는 예시적인 구현예에 따른 장치(216)의 단순화된 도면을 도시한다. 다음 분석은 롤러의 개수 또는 감소율에 대해 적용된다. 도 2d는 롤러(220A 내지 220E)들의 순수한 또는 거의 순수한 구름을 달성하는 파라미터들 사이의 관계 및 장치(216)의 분석을 용이하게 한다.
도 2d는 제1 링(200), 제2 링(208), 및 롤러 케이지(218)를 원 또는 실린더로 예시한다. 제1 링(200) 및 제2 링(208)의 실린더들은 롤러(220A 내지 220E)가 접촉하는 표면들을 규정한다. 따라서, 이들 실린더는 제1 링(200) 및 제2 링(208)의 홈들 또는 레이스웨이들 내에 놓일 것이다. 제1 링(200), 제2 링(208), 및 롤러 케이지(218) 각각은 각각 강성 및 동심으로 부착되는 대응하는 피치 원을 갖는다. 도 2d에서, 피치 원(222)은 제1 링(200)에 대응하고, 피치 원(224)은 제2 링(208)에 대응하고, 피치 원(226)은 롤러 케이지(218)에 대응한다.
링(200, 208)을 규정하는 표면들은 여기에서 원통으로 설명되지만, 각각의 단면이 원인 원뿔형 섹션일 수도 있다. 이러한 구현예는 베벨 기어 타입의 배열과 유사할 것이다.
3개의 피치 원(222, 224, 및 226)은 장치(216)에 의해 달성될 소망하는 감소율 및 입력 샤프트와 제2 링(208) 사이의 편심량에 의해 규정될 수 있다. 구체적으로, 피치 원 직경의 비율 그리고 제1 링(200), 제2 링(208), 및 롤러 케이지(218)의 직경의 비율은 각 구성요소가 갖는 컷아웃들 또는 롤러들의 정수 개수의 비율과 동일하다. 예를 들어, 피치 원(222)의 직경과 피치 원(224)의 직경 사이의 비율은 제1 링(200)의 컷아웃 개수와 제2 링(208)의 컷아웃 개수 사이의 비율과 동일하다. 유사하게, 제1 링(200)과 제2 링(208)의 직경들 사이의 비율은 또한 제1 링(200)의 컷아웃의 개수와 제2 링(208)의 컷아웃의 개수 사이의 비율과 동일하다. 다른 실시예로서, 피치 원(222)의 직경과 피치 원(226)의 직경 사이의 비율은 제1 링(200)의 컷아웃의 개수와 롤러 케이지(218)에 결합된 롤러의 개수 사이의 비율과 동일하다. 유사하게, 제1 링(200)과 롤러(218)의 직경들 사이의 비율은 또한 제1 링(200)의 컷아웃의 개수와 롤러 케이지(218)에 결합된 롤러의 개수 사이의 비율과 동일하다.
도 2d는 동적 기하학적 구성의 스냅샷을 나타내며, 여기서 회전의 순간 중심(228)은 변속기(216)에 결합된 입력 샤프트의 각각의 회전에 대한 궤도(orbit)를 완성한다. 롤러(220A 내지 220E)들의 유효 직경들은 궤도를 통해 지속적으로 변경된다. 그럼에도 불구하고, 위의 분석은 불변 파라미터에 의존하므로, 사이클을 통한 모든 구성, 따라서 모든 롤러 접촉 지점에 대해 유지된다. 도 2d를 참조하면, 롤러(220A 내지 220E)들과 제1 링(200) 및 제2 링(208)과의 사이에 간섭이 있는 것처럼 보인다. 예를 들어, 도 2d에 도시된 구역(238)은 롤러(220B)와 제1 링(200) 사이의 간섭처럼 보인다. 그러나, 이 구역(238)은 간섭이 아니다. 이 구역(238)은 롤러(220B)가 제1 링(200)에서 각각의 홈 또는 컷아웃(예를 들어, 컷아웃(204A 내지 204F)들 중 하나의 컷아웃)에 더 깊숙이 안착하는 것을 예시한다. 다시 말해서, 롤러(220B)는 충분히 넓은 홈 또는 컷아웃의 일 지점에 있게 되어, 롤러(220B)가 제1 링(200)에서 더 깊게 가라앉게 한다.
전술한 구성에서, 롤러(220A 내지 220E)들은 그 밑면에서 함께 융합된 2개의 원뿔의 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이것은 여기에 설명된 바와 같은 변속기에서의 그러한 롤러들의 비-제한적인 예시적인 실시형태로서 의도된다. 예를 들어, 그러한 롤러들은 구형이거나, 그 선단에서 함께 융합된 2개의 원뿔의 형상을 가질 수 있다. 그러나, 여기에 설명된 바와 같은 변속기의 롤러들은 일반적으로 회전축을 중심으로 회전 대칭일 것이다.
편심 드라이드 변속기(216)는 추가 요소들을 포함할 수 있고/있거나 더 큰 장치의 일부일 수 있다. 예를 들어, 편심 드라이브 변속기(216)는, 편심 드라이브 변속기(216)와는 위상이 다르게 구동되고 편심 드라이브 변속기(216)와 동일한 입력부 및 출력부에 결합되는 추가적인 편심 드라이브 변속기를 포함하는 복합 변속기의 일부일 수 있다. 이것은 복합 변속기에 대한 증가된 토크 용량을 제공하기 위해, 토크 리플을 감소시키기 위해, 작동시 편심 드라이드 변속기(216)의 질량 중심의 균형을 맞추고/맞추거나 진동을 감소시키기 위해, 또는 일부 다른 이점을 제공하기 위해 수행될 수 있다.
예를 들어, 추가적인 편심 드라이드 변속기는 편심 드라이드 변속기(216)와 위상이 180도(또는 대략 180도) 다르게 구동될 수 있다. 도 3은 그러한 복합 변속기(300)의 요소들을 예시로서 도시한다. 복합 변속기(300)의 추가적인 편심 드라이브 변속기는 추가적인 복수의 롤러(240A 내지 240E)들, 제3 링(도시하지 않음), 및 제4 링(도시하지 않음)을 포함한다. 제3 링은 제1 링(200)에 결합되고, 제3 링은 개방된 환형 공간 및 제3 링의 내주 표면에 배치된 접촉표면들에 의해 규정되는 일련의 가변폭 컷아웃들(크기 및 모양이 제1 링(200)의 가변-폭 컷아웃(204A, 204B, 204C, 204D, 204E, 및 204F)들과 유사할 수 있음)을 갖는다. 추가적인 편심 드라이브 변속기는 또한 제3 링의 개방 환형 공간 내에서 회전가능한 제4 링으로서, 제4 링(209)의 외주 표면에 배치된 접촉표면들에 의해 규정되는 일련의 가변-폭 컷아웃들(크기 및 모양이 제2 링(208)의 가변-폭 컷아웃(210A, 210B, 210C, 및 210D)들과 유사할 수 있음)을 갖는 제4 링(209)을 포함한다.
그러한 구성은 편심 드라이브 변속기(216)의 롤러(220A 내지 220E)들이, 각각의 중간-평면 구속 요소(250A 내지 250E)들을 통해, 추가적인 편심 드라이브 변속기의 각각의 롤러(240A 내지 240E)에 결합되는 것을 허용할 수 있다. 그러한 중간-평면 구속 요소(250A 내지 250E)들은 (도 3의 평면에 실질적으로 수직이고 롤러들이 세차운동 함에 따라 곡선 경로를 따라 병진하는) 단일 회전축을 중심으로 하는 롤러들의 쌍들의 상대 회전을 적어도 구속하도록 구성될 수 있다. 중간-평면 구속 요소(250A 내지 250E)들은 추가적인 회전축을 중심으로 하는 롤러들의 쌍들의 상대 회전을 구속하고/하거나 하나 이상의 방향을 따라 롤러들의 쌍들의 상대 위치를 구속하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 중간-평면 구속 요소(250A 내지 250E)들은 6개의 모든 자유도와 관련하여 롤러들의 쌍들의 상대 회전 및 위치를 구속하도록 구성될 수 있다. 이러한 구속(들)은, 명세서 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 다양한 이점을 제공할 수 있다.
도 3은 복합 변속기(300)의 롤러들의 쌍들의 순간 회전축(속이 채워진 검은 점으로 표시됨)을 도시한다. 개별 롤러들의 회전 대칭 축은 '+' 기호로 표시된다. 예를 들어, 편심 드라이드 변속기(216)의 제1 롤러(220A)는 제1 중간-평면 구속 요소(250A)를 통해 추가적인 편심 드라이드 변속기의 제1 롤러(240A)에 결합된다. 롤러(220A, 250A)들은 서로 오프셋된 각각의 회전 대칭 축('+')을 갖는다. 그러나, 복합 변속기(300)의 구성은 롤러(220A, 250A)들이 동일한 회전축(260A)을 중심으로 회전하게 하며, 그에 따라 롤러(220A, 250A)들이 변속기(300)의 각각의 접촉표면들에 대한 롤러들의 과도-구속 또는 미끄러짐을 초래하지 않고 서로 결합될 수 있게 한다.
여기에 설명된 바와 같이 변속기의 편심 부재는 (예컨대, 입력 부재의 샤프트에 융합되거나 결합됨으로써) 입력 부재에 결합된 편심 캠에 의해 구동될 수 있다. 출력 부재(예컨대, 출력 샤프트)는 입력 부재를 통해 변속기에 회전/토크를 인가한 결과로서 회전/토크를 추출하기 위해서 다양한 방식으로 편심 부재에 결합될 수 있다. 예를 들어, 다수의 핀 또는 포스트가 편심 부재에 단단히 결합(예컨대, 편심 부재와 함께 단일 주조 또는 기계가공된 재료 피스(piece)로 형성됨)될 수 있고 출력 부재에 결합된 정류기 플레이트 또는 또 다른 요소(들)의 원형 구멍 또는 포켓과 (예컨대, 복수의 니들 베어링들을 통해) 베어링 접촉할 수 있다. 역으로, 그러한 핀 또는 포스트는 출력 부재에 결합될 수 있고 편심 부재의 원형 구멍 또는 포켓 내에 배치될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 편심 부재는 편심 부재 및 출력 부재의 (및/또는 그에 결합된 요소들의) 접촉표면들에 대해 구름운동으로 맞물리는 핀들의 세트를 통해 출력 부재에 결합될 수 있다.
이러한 방식으로 (구름운동을 통해) 편심 부재와 출력 부재를 함께 결합함으로써, 변속기의 효율, 동력 용량, 및 수명이 증가되거나 기타 이점이 제공될 수 있다.
도 4는 그러한 방식으로 구성된 변속기(400)의 실시예를 절단 사시도로 도시한다. 변속기(400)는 샤프트(410) 및 이에 결합된 캠(415)을 포함하는 입력 부재와, 편심 부재(420)와, 대향하는 제1 플레이트(430a) 및 제2 플레이트(430b)를 포함하는 출력 부재와, 변속기의 입력부로서 기능하고 입력 샤프트(410) 및 캠(415)을 포함하는 제3 부재를 포함한다. 제1 플레이트(430a) 및 제2 플레이트(430b)는 함께 볼트로 고정되거나 함께 견고하게 결합될 수 있다. 입력 샤프트(410), 캠(415), 그리고 출력 부재의 제1 플레이트(430a) 및 제2 플레이트(430b)는 제1 회전축(401)을 중심으로 회전하고 편심 부재(420)는 제2 회전축(402)을 중심으로 회전한다. 회전축(401, 402)은 실질적으로 평행하고 0이 아닌 거리만큼 서로 오프셋되어 있다.
편심 부재(420)는, 회전/토크가 편심 부재(420)를 통해 입력 부재(410)로부터 출력 부재(430a/430b)에 전달되도록(그 역도 마찬가지임), 핀(460)들의 세트를 통해 출력 부재(430a/430b)에 결합된다. 편심 부재(420) 및 출력 부재(430a/430b)는 각각 원통형 접촉표면(425 및 435)을 포함하며, 이것과 핀(460)이 접촉하고 이것에 대해 핀(460)이 구름운동(예컨대, 실질적으로 순수한 구름운동)으로 맞물린다.
본 개시 전체에 걸쳐 입력 부재들, 편심 부재들, 출력 부재들, 및 그라운드 부재들에 대한 참조가 이루어지며, 그러한 특징들을 통합하는 변속기들은 일반적으로 입력 부재들을 통해 회전 입력을 받아들이고, 출력 부재들을 통해 회전 출력을 제공하고, 그라운드 부재들을 기계적으로 그라운딩하는 것으로서 설명된다. 하지만, 이들 실시형태는 예시를 위한 비-제한적인 예로 의도된다. 통상의 기술자는 입력, 출력 및 그라운딩의 기능이 적용예에 따라 다양한 방식으로 여기에 설명된 변속기의 다양한 요소들에 할당될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 여기 실시형태들 중 하나의 "입력 부재"(예컨대, 도 4에 도시된 변속기(400)의 입력 부재)는 기계적으로 그라운딩될 수 있으며, 여기서 "출력 부재"는 변속기로의 기계적 입력부로 사용되고 "그라운드 부재"는 기계적으로 그라운딩되지 않고 변속기로부터의 기계적 출력부로 사용된다. 또한, 여기에 설명된 바와 같은 변속기는 기계적 동력 또는 토크를 입력부에서 출력부로 그리고 출력부에서 입력부로 양방향으로 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명된 바와 같은 변속기는 전기 자동차의 모터-발전기를 자동차의 바퀴에 연결하여, 변속기가 제1 기간 동안에는 모터-발전기로부터 바퀴에 동력을 전달하기 위해 사용되고, 이어지는 제2 기간 동안에는 회생 제동 방식의 일부로서 바퀴로부터 동력을 추출하기 위해 사용되도록 할 수 있다.
또한, (예컨대, "입력 부재"에서와 같은) 용어 "부재(member)"는 달리 표시되지 않는 한 광범위한 의미를 갖는 것으로 의도된다. 그러한 부재들은 여기에서 단일 주조, 기계가공, 다른 방식으로 형성된 플레이트 또는 다르게 성형된 요소로서 예시될 수 있지만, "부재"는 볼트로 고정되거나, 용접되거나, 나사로 고정되거나, 클립으로 고정되거나, 다른 방식으로 함께 고정된 복수의 요소들을 포함할 수 있다. 하나의 "부재"의 복수의 요소들은 볼트로 고정되거나 다른 방식으로 함께 고정될 수 있어, 이것들은 밀접하게 접촉하거나(예컨대, 단일 "부재"의 그러한 복수의 요소들의 큰 표면들이 접촉하도록) 부재의 중간 추가 요소들을 통해 (예컨대, 일부 중간개재 부재 또는 변속기의 또 다른 요소에 있는 대응하는 구멍을 통과할 수 있는 한 세트의 로드, 핀, 실린더, 또는 나사를 통해) 함께 고정될 수 있다.
III. 예시적인 병렬 변속기
가변-폭 컷아웃들을 규정하는, 변속기의 편심 및 그라운드 부재들의, 접촉표면들에 대한 구름운동(예컨대, 실질적으로 순수한 구름운동)을 나타내는 성형 롤러들을 갖는 전술한 변속기는 다른 변속기에 비해 다양한 이점을 제공한다. 이러한 이점에는 효율성 증가, 구성요소 마모 감소, 서비스 수명 증가, 토크 및/또는 전력 용량 증가, 크기 및/또는 무게 감소, 백래시 감소, 또는 기타 이점이 포함될 수 있다. 결합식 변속기의 일부로서 입력부와 출력부 사이에서 병렬로 구성된, 2개 이상의 그러한 변속기들을 제공함으로써 추가 이점을 실현할 수 있다. 그러한 이점에는 파워/토크 용량 증가, 수명 연장, 또는 기타 이점이 포함될 수 있다. 예를 들어, 토크 리플을 감소시키고, 병진 또는 회전 흔들림을 감소시키고, 일부 다른 이점을 제공하기 위해서 (예컨대, 변속기들의 편심 부재들을 구동하기 위해 사용되는 캠들의 대응하는 각도들을 설정함으로써)서로에 대해 상이한 변속기의 위상을 설정함으로써 추가적인 이점을 얻을 수 있다.
예를 들어, 그러한 결합식 변속기의 2개의 변속기들은 반대 위상으로 구동될 수 있다(예컨대, 변속기들의 편심 부재들은 위상이 170도 내지 190도 사이, 또는 위상이 179도 내지 181도 사이인 각각의 편심 운동을 통해 구동될 수 있음). 이것은, 2개의 결합식 변속기들의 작동에 의해 생성되는, 시간에 따라 변하는 관성력/토크(이를 "흔들림(wobble)"이라고 지칭할 수 있음)를 감소 또는 제거하기 위해, 편심 부재들, 캠들, 성형 롤러들, 및/또는 2개의 변속기들의 또 다른 요소들의 질량 운동의 효과를 서로 부분적으로 또는 완전히 상쇄시킨다.
도 5a는 예시적인 구현예에 따른, 제1 변속기(502)가 제2 변속기(504)에 대해 오프셋되어 있는 상태로 병렬로 연결된 2개의 변속기(502 및 504)들을 도시한다. 제1 변속기(502) 및 제2 변속기(504)는 각각 제1 편심 부재(506) 및 제2 편심 부재(508)를 가지며 기계적 그라운드(514)를 공유한다. 변속기(502, 504)들은 입력 샤프트(520)에 각각 결합된 제1 캠(512A) 및 제2 캠(512B)에 의해 구동된다. 캠들은 170도 내지 190도 사이의 각도(예컨대, 179도 내지 181도 사이의 각도)만큼 서로에 대해 오프셋된다. 따라서, 편심 부재(506, 508)들은 대응하는 양만큼 위상이 다른 각각의 편심 운동으로 맞물린다. 편심 부재(506, 508)들은 단일 출력부에 결합되거나 각각 상이한 출력부에 결합될 수 있다.
이러한 역위상 병렬 변속기(502, 504)의 장점은 제1 변속기(502)의 편심이 제2 변속기(504)의 각각의 편심에 의해 상쇄되거나 보상된다는 것이다. 이러한 배열은 2개의 변속기들의 요소들의 편심 운동으로 인해 병진 "흔들림"을 완전히 또는 부분적으로 상쇄할 수 있지만, 그러한 배열은 0이 아닌 거리만큼 이격되어 있는 평행한 평면들에 있는 변속기들의 편심 운동으로 인해 여전히 회전 "흔들림"을 나타낼 수 있다.
추가적인 또는 대안적인 이점을 제공하기 위해 추가 변속기들(예컨대, 2개보다 많은 변속기들)이 단일의 결합식 변속기 내로 결합될 수 있다. 예를 들어, 그러한 결합식 변속기는 결합식 변속기의 작동에 있어서 토크 리플을 감소시키도록 위상과 관련하여 실질적으로 동일하게 오프셋되는 3개 이상의 병렬 변속기들의 세트를 포함할 수 있다. 도 5b는 병렬로 구성된 제1 변속기(532B), 제2 변속기(534B), 제3 변속기(536B), 및 제4 변속기(538B) 변속기를 포함하는 그러한 결합식 변속기(530B)의 예를 도시한다. 각각의 변속기(532B, 534B, 536B, 538B)는 각각의 캠(552B, 554B, 556B, 558B)에 의해 각각의 편심 운동을 통해 구동되는 각각의 편심 부재(542B, 544B, 546B, 548B)를 포함한다. 캠(552B, 554B, 556B, 558B)은 대응하는 편심 부재(542B, 544B, 546B, 548B)가 대응하는 양만큼 위상이 다른 각각의 편심 운동으로 맞물리도록 각각의 상이한 각도에서 입력 샤프트(560B)에 결합된다. 따라서, 서로에 대한 캠(552B, 554B, 556B, 558B)들의 각도들은 결합식 변속기(530B)에 의해 나타나는 토크 리플의 양을 감소시키도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 각도들(및 편심 부재들의 편심 운동들의 대응하는 위상들)은 실질적으로 균일하게 (예컨대, 정의상 0도인, 캠들 중 특정한 하나의 캠에 대해 90, 180, 및 270도로) 이격될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 결합식 변속기 내의 다중 변속기들의 위상은 작동 동안에 결합식 변속기에 의해 나타나는, 시간에 따라 변하는 관성력 또는 토크(이를 "흔들림"이라고 지칭할 수 있음)를 감소 또는 제거하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 2개의 변속기들(또는, 예컨대 질량이 2개의 변속기와 동일하도록 밸러스트를 포함함으로써 2개의 변속기인 것처럼 관성적으로 거동하도록 구성된 단일의 변속기)이 2개의 추가 변속기들 사이에 배치되고 추가의 2개의 변속기들로부터 위상이 다르게(예컨대, 170도 내지 190도 사이) 구동될 수 있다. 이것은 그러한 결합식 변속기가 작동될 때 발생할 수 있는 병진 및 회전 "흔들림" 모두를 감소시키거나 완전히 제거하는 효과를 가질 수 있다.
도 5c는 병렬로 구성된 제1 변속기(532C), 제2 변속기(534C), 제3 변속기(536C), 및 제4 변속기(538C)를 포함하는 그러한 결합식 변속기(530C)의 실시예를 도시한다. 각각의 변속기(532C, 534C, 536C, 538C)는 각각의 캠(552C, 554C, 556C, 558C)에 의해 각각의 편심 운동을 통해 구동되는 각각의 편심 부재(542C, 544C, 546C, 548C)를 포함한다. 캠(552C, 554C, 556C, 558C)들은 대응하는 편심 부재(542C, 544C, 546C, 548C)들이 대응하는 양만큼 위상이 다른 각각의 편심 운동으로 맞물리도록 각각의 상이한 각도에서 입력 샤프트(560C)에 결합된다. 캠들의 각도는 제1 변속기(532C) 및 제4 변속기(538C)가 서로에 대해 같은 위상으로 구동되는 반면, 제2 변속기(534C) 및 제3 변속기(536C)는 서로에 대해 같은 위상이지만 제1 변속기(532C) 및 제4 변속기(538C)와는 다른 위상(예컨대, 170도 내지 190도 사이, 또는 179도 내지 181도 사이)으로 구동되도록 설정된다.
"흔들림"의 그러한 감소 또는 제거는 또한 2개의 변속기들 중 하나를 변속기들 중 다른 하나의 반대쪽에 위치되는 2개의 별도의 "절반-변속기"들로 "분할(splitting)"함으로써 2개-변속기 결합식 변속기로 달성될 수 있다. 2개의 절반-변속기의 편심 부재들은 중간 변속기의 편심 부재를 통해 형성된 대응하는 구멍들을 통해 연장되는 로드 또는 또 다른 부재들을 경유하여 함께 기계적으로 결합될 수 있다.
도 5d는 병렬로 구성된 제1 변속기(532D) 및 제1 절반-변속기(534D)와 제2 절반-변속기(536D)를 포함하는 결합식 변속기(530D)의 실시예를 도시한다. 각각의 변속기(532D, 534D, 536D)는 각각의 캠(552D, 554D, 556D)에 의해 각각의 편심 운동을 통해 구동되는 각각의 편심 부재(542D, 544D, 546D)를 포함한다. 캠(552D, 554D, 556D)들은 대응하는 편심 부재(542D, 544D, 546D)들이 각각의 편심 운동으로 맞물리도록 각각의 각도로 입력 샤프트(560D)에 결합되며, 여기서 제1 절반-변속기(534D) 및 제2 절반-변속기(536D)는 서로 같은 위상이고 제1 변속기(532D)는 다른 위상이다. 절반-변속기(534D, 536D)들의 편심 부재(544D, 546D)와 변속기(530D)의 그라운드(531D)에 의해 제1 절반-변속기(534D) 및 제2 절반-변속기(536D)의 절반-롤러(예컨대, 574D 및 576D)들에 가해지는 반력은 절반-롤러들을 인장 상태에 있는 로드 또는 또 다른 부재와 함께 결합함으로써 처리될 수 있다. 그러한 인장 부재는, 예컨대, 제1 변속기(532D)의 대응하는 롤러의 상대 위치 및/또는 회전을 구속하기 위해, 추가적인 이점을 제공하도록 형상화되거나 구성될 수 있다.
동력은 다양한 방식으로, 예컨대, 단일 변속기와 관련하여 위에서 설명된 것들과 유사한 메커니즘을 통해, 복수의 편심 부재들로부터 그러한 결합식 변속기의 출력 부재로 추출될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중 변속기들의 편심 부재들은 편심 부재들의 접촉표면들에 대해 구름운동으로 맞물리고 니들 베어링 또는 몇몇 또 다른 다양한 베어링(예컨대, 슬리브 베어링 또는 출력 부재와 핀 사이의 직접 접촉)을 통해 출력 부재와 맞물리는 핀들의 세트를 통해 출력 부재에 결합될 수 있다. (편심 부재들의 표면면에 대한 구름운동을 통해) 이러한 방식으로 편심 부재들과 출력 부재를 함께 결합함으로써, 변속기의 효율, 동력 용량, 및 수명이 증가될 수 있거나 또 다른 이점이 제공될 수 있다.
도 5e는 그러한 방식으로 구성된 도 5d의 예시적인 변속기(530D)의 실시예를 절단 사시도로 도시한다. 회전/토크가 편심 부재(542D, 544D, 546D)들을 통해 입력 부재(560D)로부터 출력 부재(570D/575D)로 전달(반대의 경우도 마찬가지)되도록, 제1 절반-변속기(534D)와 제2 절반-변속기(536D) 및 제1 변속기(532D)의 편심 부재(542D, 544D, 546D)들은 핀(580D)들의 세트를 통해 출력 부재의 제1 플레이트(570D) 및 제2 플레이트(575D)에 결합되었다. 편심 부재(542D, 544D, 546D)들은, 각각, 원통형 접촉표면(543D, 545D, 및 547D)들을 포함하며, 그 표면들과 핀(580D)들이 접촉하고 그 표면들에 대해 핀(580D)들이 구름운동(예컨대, 실질적으로 순수한 구름운동)으로 맞물린다. 핀(580D)들은 니들 베어링 또는 몇몇 또 다른 다양한 베어링을 통해 출력 부재(570D/575D)에 결합된다.
IV. 예시적인 중간-평면 구속 요소
대응하는 가변-폭 접촉표면 컷아웃들과 구름운동 접촉하는 성형 롤러들을 갖는 다양한 변속기들이 여기에서 설명된다. 그러한 변속기들의 성능은, 예컨대, 가변-폭 접촉표면들에 대해 순수한 구름운동으로 맞물리는 정도로, 성형 롤러들의 거동과 관련될 수 있다. 제조 공차, 마모, 먼지, 모래 또는 금속 입자의 존재, 성형 롤러들이 공간 내에서 과도- 또는 과소-구속되는 기계적 특이성, 또는 기타 요인으로 인해, 성형 롤러들이 잘못 정렬되거나, 변속기 내에서 바인딩(bind)되어, 비효율, 손상, 또는 기타 원치 않는 효과를 야기시킬 수 있다.
이들 효과는 다양한 방식으로, 예컨대, 성형 롤러들이 원하는 방식으로 변속기 내에서 회전 및 병진하는 것을 보장하기 위해 변속기에 추가 요소들을 도입함으로써 완화될 수 있다. 예를 들어, 서로에 대해 성형 롤러들의 위치를 유지하기 위해 케이지가 추가될 수 있다(예컨대, 성형 롤러들은 니들 베어링 또는 몇몇 또 다른 다양한 베어링을 통해 케이지와 접촉할 수 있음). 그러한 케이지는 (예컨대, 케이지와 접촉하는 모든 성형 롤러에 의해 경험되는 반력의 합에 기초하여) 성형 롤러들로부터의 반력에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그러한 케이지는, 변속기 내에서 원하는 궤적을 따라, 케이지 및 그에 결합된 성형 롤러들을 유지하기 위해 변속기의 그라운드 부재들, 편심 부재들, 출력 부재들, 또는 또 다른 구성요소들의 대응하는 접촉표면들과 구름운동 접촉하도록 구성된 성형 접촉표면들을 포함할 수 있다.
여기에 설명된 바와 같이 복수의 개별 변속기로 구성된 결합식 변속기는 결합식 변속기의 개별 변속기들 각각에 대한 성형 롤러들의 각각 세트를 포함한다. 그러한 결합식 변속기의 2개의 이웃하는 변속기들이 서로에 대해 특정 상대 위상에서 구동될 때(예컨대, 이웃하는 변속기들의 편심 부재들이 170도 내지 190도 사이, 또는 179도 내지 181도 사이의 서로 다른 위상인 각각의 편심 운동으로 맞물리도록 구성됨), 이웃하는 변속기들의 인접 성형 롤러들의 상대적 위치 및 방향은 중간-평면 구속 요소를 통해 서로 결합될 수 있어, 인접 성형 롤러들의 방향 및/또는 위치는 적어도 하나의 자유도와 관련하여 구속되게 된다. 이러한 구속은 변속기 내에서 이동할 때 원하는 방향 및/또는 위치 궤적을 따라 성형 롤러를 유지하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그러한 구성의 이점은, 성형 롤러가 궤적의 과도- 또는 과소-구속된 영역을 통과하는 동안, 원하는 궤적을 따라 성형 롤러의 위치 및/또는 방향을 유지하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 이점은 성형 롤러가 인접한 성형 롤러(성형 롤러가 이에 결합됨)로부터 및/또는 중간-평면 구속 요소(성형 롤러가 이를 통해 인접한 성형 롤러에 결합됨)로부터 보정력/토크를 받아들임으로써 달성될 수 있다.
2개(또는 그 이상)의 평행 변속기들의 대응하는 성형 롤러들은, 중간-평면 구속 요소에 의해, 대응하는 성형 롤러들의 상대 위치 및 회전을 규정하는 하나 이상(예컨대, 모두 6개)의 자유도와 관련하여 구속될 수 있다. 예를 들어, 중간-평면 구속 요소는, 대응하는 성형 롤러들의 상대 위치 및 방향이 모두 6개의 자유도에서 완전히 구속되도록, 대응하는 성형 롤러들 양쪽 모두가 융합되거나 단단하게 결합되는 강성 요소일 수 있다. 다른 실시예에서, 중간-평면 구속은, 제1 축(예를 들어, 성형 롤러(들)의 회전 대칭 축에 평행한 축)을 중심으로 서로에 대해 성형 롤러들의 회전이 구속되는 반면 나머지 2개의 축을 중심으로 하는 회전 및 3차원에서의 상대 운동은 상대적으로 구속되지 않도록 구성될 수 있다. 그러한 중간-평면 구속 요소는, 각각의 성형 롤러에 결합되고, 단일-자유도 구속이 달성되도록, 성형된 표면을 통해 서로 및/또는 하나 이상의 중간개재 요소와 접촉하는 2개 이상의 성형 표면들을 포함할 수 있다.
도 6a는 여기에 설명된 바와 같은 중간-평면 구속 요소(640A)를 포함하는 예시적인 결합식 변속기(600A)를 절단 사시도로 도시한다. 변속기(600A)는 제2 편심 부재(615A)의 편심 운동과 위상이 다른(예컨대, 170도 내지 190도 사이, 또는 179도 내지 181도 사이) 편심 운동을 통해 구동되는 제1 편심 부재(610A)를 포함한다. 제1 편심 부재(610A)는, 순차적으로, 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 성형 접촉표면(622A)들을 통해 기계적인 그라운드(620A)와 구름운동 접촉하는 제1 세트의 성형 롤러들(성형 롤러(630A)를 포함함)과 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 성형 접촉표면(612A)을 통해 구름운동 접촉한다. 제2 편심 부재(615A)는, 순차적으로, 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 성형 접촉표면(624A)들을 통해 기계적인 그라운드(620A)와 구름운동 접촉하는 제2 세트의 성형 롤러들(성형 롤러(635A)를 포함함)과 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 성형 접촉표면(617A)을 통해 구름운동 접촉한다.
대응하는 성형 롤러(630A 및 635A)들은 중간-평면 구속 요소(640A)를 통해 서로 결합된다. 도시된 바와 같이, 성형 롤러(630A, 635A)들은 중간-평면 구속 요소(640A)에 견고하게 결합되어, 성형 롤러(630A, 635A)들의 상대 위치 및 방향이 모두 6개의 자유도와 관련하여 구속되게 한다. 성형 롤러(630A, 635A)들은 중간-평면 구속 요소(640A)에 용접, 볼트 고정, 융합, 또는 견고하게 결합되는 별개의 요소들일 수 있다. 대안적으로, 성형 롤러(630A, 635A)들 중 일부 또는 전부 및 중간-평면 구속 요소(640A)는 단일의 연속 조각 또는 재료일 수 있으며, 예컨대 단일의 재료 조각으로 함께 주조되거나, 단일의 재료 조각으로 기계가공될 수 있다.
도 6a의 예시적인 성형 롤러(630A, 630B)들은 "다이아몬드" 단면을 가지며, 쌍을 이루는 원뿔의 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 또 다른 형상의 성형 롤러들, 예컨대 도 5e에 도시된 바와 같은 구체가 가능하다. 일부 실시예들에서, 그러한 성형 롤러들의 구름-운동 접촉표면들은 "외향(outward-facing)"일 수 있으며, 즉 구름-운동 접촉표면들은 서로로부터 멀어지도록 지향될 수 있다. 이것은 구 및 이중-원뿔 형상의 롤러들의 경우이다. 외향 접촉표면들을 갖는 그러한 성형 롤러들은 여기에 설명된 바와 같이 변속기에 사용될 때 압축력을 받게 될 것이다. 그러나, 일부 응용분야에서는 내향(inward-facing) 구름운동 접촉표면들을 갖는 성형 롤러들을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 내향 접촉표면들을 갖는 이그러한 성형 롤러들은 여기에 설명된 바와 같이 변속기에 사용될 때 인장력을 받게 될 것이다. 이것은, 예컨대, 변속기의 편심 부재 및/또는 그라운드 부재가 (인장력보다) 성형 롤러-접촉표면들 사이에서 압축력을 유지하는 것이 바람직한 실시형태에서 유리할 수 있다. 그러한 내향 성형 롤러들은 단일 변속기에서 또는 병렬로 이러한 단일 변속기들을 복수개 포함하는 결합식 변속기에서 이점을 제공할 수 있다.
내향 접촉표면들을 갖는 이러한 성형 롤러들의 한 가지 가능한 이점은 롤러들을 서로 및/또는 중간-평면 구속 요소에 결합하기 위하여 롤러의 단부에 추가 표면적을 제공한다는 것이다. 도 6b는 중간-평면 구속 요소(640B)를 통해 제2 성형 롤러(635B)에 결합된 제1 성형 롤러(630B)를 단면도로 도시한다. 각각의 성형 롤러(630B, 635B)는 "나비넥타이(bowtie)" 단면을 가지며, 그에 따라 성형 롤러(630B, 635B)들이 여기에 설명된 바와 같은 변속기의 편심 부재, 그라운드 부재, 또는 또 다른 요소들의 대응하는 성형 접촉표면들에 대해 순수한 구름운동으로 맞물릴 수 있는 각각의 내향 접촉표면(632B, 637B)들을 갖는다.
중간-평면 구속 요소는 결합되는 성형 롤러보다 작은 강성을 가질 수 있다. 이것은 중간-평면 구속 요소가 탄성적으로 변형되도록 허용함으로써 성형 롤러들의 바인딩(binding)을 방지함으로써, 성형 롤러(들)가 변속기 내에서의 바인딩을 방지하도록 허용할 수 있다.
중간-평면 구속 요소는 하나 이상의 자유도와 관련하여 2개의 성형 롤러의 상대 위치 및/또는 방향을 구속하기 위해 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 중간-평면 구속 요소는, 제1 성형 롤러의 양쪽에 위치되는 분할식 성형 롤러의 절반-롤러들을 함께 결합하고 그 사이에 장력을 유지하는 동안, 제1 성형 롤러의 대응하는 구멍 또는 개구를 통과하는 인장 로드를 포함할 수 있다. 로드 및 대응하는 구멍 또는 개구는, 분할식 성형 롤러의 절반-롤러들 및 제1 성형 롤러가 인장 로드의 장축을 따라, 구속 없이, 병진하도록 허용하는 동안, 5개의 자유도(모든 회전 자유도 및 2개의 병진 자유도)와 관련하여 절반-롤러들 및 제1 성형 롤러의 상대 위치 및 방향을 구속하도록 대응하는 단면 형상을 가질 수 있다.
그러한 실시예는 도 7에 예시로 도시되어 있다. 도 7은, 공통의 입력부 및 출력부(도시되지 않음)에 모두가 병렬로 결합되는, 제1 절반-변속기(704)와 제2 절반-변속기(706) 사이에 위치된 제1 변속기(702)를 포함하는 결합식 변속기(700)의 요소를 절단 사시도로 도시한다. 제1 변속기(702)는 제1 편심 롤러(722)와, 변속기(700)의 그라운드 부재(710) 및 제1 편심 부재(722)의 성형 접촉표면들에 대해 구름운동(예컨대, 실질적으로 순수한 구름운동)으로 맞물리는 복수의 성형 롤러(732)들을 포함한다. 제1 절반-변속기(704) 및 제2 절반-변속기(706)는 각각의 제2 편심 부재(724) 및 제3 편심 부재(726)와, 제2 편심 부재(724) 및 제3 편심 부재(726) 각각의 성형 접촉표면에 대해 그리고 그라운드 부재의 성형 접촉표면에 대해 구름운동(예컨대, 실질적으로 순수한 구름운동)으로 맞물리는 각각의 복수의 제1 절반-롤러(734)들 및 제2 절반 롤러(736)들을 포함한다. 변속기(700)는 또한 절반-롤러(734, 736)들 사이의 장력을 유지하고 제1 변속기(702)의 성형 롤러(732) 내의 대응하는 성형 구멍 또는 개구를 통과하는 인장 로드(740)를 포함하는 중간-평면 구속 요소를 포함한다.
중간-평면 구속 요소는 변속기의 그라운드 또는 또 다른 요소들에 대해 성형 롤러들의 절대 또는 상대 위치 및 방향을 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 성형 롤러들의 상대 위치는 변속기의 그라운드 또는 또 다른 요소들에 및/또는 서로에 대해 중간-평면 구속 요소들의 위치를 유지하는 중간-평면 구속 요소들에 결합되는 케이지에 의해 유지될 수 있다. 그러한 케이지는 서로 및/또는 변속기의 또 다른 요소들에 대해 성형 롤러들의 세트의 위치를 유지하도록 구성된 케이지(들)에 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 중간-평면 구속 요소들은 변속기의 편심 부재들, 그라운드 부재들, 또는 또 다른 요소들의 대응하는 접촉표면들과 기어식 접촉 및/또는 순수 구름 접촉하는 롤러들 또는 또 다른 성형 요소들을 포함할 수 있다. 그러한 기어식 접촉 또는 구름 접촉은,
바인딩을 방지하도록, 효율성을 증가시키도록, 성형 롤러가 단독으로 과소-구속되는 궤적 부분을 통하여 원하는 병진 및 회전 궤적과 롤러들이 어울리는 것을 보장하도록, 및/또는 몇몇 다른 이점을 제공하도록, 성형 롤러들의 상대적인 각도 위상을 유지하기 위해 제공될 수 있다.
그러한 특징들은 도 7에 예시로 도시되어 있다. 도 7에 도시된 중간-평면 구속 요소는, 인장 로드에 추가하여, 변속기가 작동 중일 때 롤러(750, 752, 754, 756)들이 접촉표면에 대해 구름운동(예를 들어, 실질적으로 순수한 구름운동)으로 맞물리도록 변속기의 대응하는 접촉표면들과 접촉하는 다수의 롤러(750, 752, 754, 756)들을 포함한다. 제1 롤러(750)는 결합식 변속기(700)의 그라운드 부재(710)의 접촉표면들과 접촉한다. 제2 롤러(752), 제3 롤러(754), 및 제4 롤러(756)는 결합식 변속기(700)의 각각의 제1 편심 부재(722), 제2 편심 부재(724), 및 제3 편심 부재(726)의 접촉표면들과 각각 접촉한다. 그러한 구름운동 접촉은 결합식 변속기(700)의 편심 부재 및/또는 롤러들의 정확한 회전 위상을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 도 7에 도시된 롤러들이 대응하는 접촉표면들과 구름운동 접촉하는 동안, 여기에 설명된 바와 같은 중간-평면 구속 요소의 그러한 요소들은 추가적으로 또는 대안적으로 그러한 변속기의 성형 롤러들, 편심 부재들, 또는 또 다른 요소들의 회전 위상을 유지하는 것을 돕기 위해 그러한 변속기의 요소들과 기어식으로 또는 몇몇 다른 형태의 접촉으로 접촉할 수 있다는 것에 주의한다.
또한, 중간-평면 구속 요소의 그러한 롤러들은 추가적인 또는 대안적인 이점을 제공할 수 있다는 것에 주의한다. 예를 들어, 그러한 롤러들은 편심 부재로부터 변속기의 그라운드로 하중을 전달할 수 있어, 변속기 내의 대안적인 베어링 표면들의 필요성을 감소시키거나, 변속기의 효율을 증가시키거나, 변속기의 비용을 감소시키거나, 변속기를 통한 부하 경로를 단축시키거나, 또는 그러한 변속기에 대한 또 다른 이점을 제공한다.
추가로, 도 7은 여기에 도시된 결합식 변속기(700)의 각각의 편심 부재들 및 그라운드 부재와 접촉하는 롤러들을 갖는 중간-평면 구속 요소를 도시하지만, 이것은 단지 비-제한적인 예시적인 실시형태로서 의도된다는 것에 주의한다. 그러한 중간-평면 구속 요소는 응용분야에 따라 그러한 롤러들의 임의의 서브세트를 포함할 수 있다고 예상된다. 예를 들어, 그러한 중간-평면 구속 요소는 변속기의 그라운드 부재와 접촉하는 롤러들을 단지 포함할 수 있거나, 변속기의 하나 이상의 편심 부재와 접촉하는 롤러들을 단지 포함할 수 있다.
V. 예시적인 편심 부재(들)의 유성 구동
전술한 변속기에서, 개별 편심 부재는 단일 캠에 의해 입력부(또는 출력부, 또는 기계적인 그라운드)에 결합되어, 편심 부재는 입력부의 회전에 응답하여 편심 운동으로 맞물린다. 그러나, 변속기의 그러한 편심 부재는 유성 배열에 제공된 복수의 캠들에 의해 구동될 수 있다. 그러한 각각의 캠은 각각의 기어에 결합될 수 있고 입력 샤프트 또는 또 다른 부재에 결합된 태양 기어에 의해, 기어를 통해, 구동될 수 있다. 변속기의 그러한 구성은, 예를 들어 입력 부하를 복수의 캠들 사이로 분배함으로써, 변속기의 변속비에 대한 추가적인 증가 또는 감소를 제공하는 유성 기어 세트에 의해, 다양한 이점 또는 몇몇 다른 이점을 제공할 수 있다.
도 8a는 병렬로 구동되고 위상이 다른 2개의 서브-변속기들을 포함하는, 그러한 변속기(800A)의 실시예를 도시한다. 변속기(800A)는 입력 부재(810A)의 회전이 태양 기어(815A)의 회전을 초래하도록 태양 기어(815A)에 결합되어 있는 입력 부재(810A)를 포함한다. 태양 기어(815A)는 각각의 축(820A)에 각각 결합되는 다수의 유성 기어(821A)들과 기어식으로 접촉한다. 각각의 축(820A)은 또한 각각의 편심 부재(830A, 835A)와 접촉하는 캠(825A, 823A)들의 세트에 결합된다. 그러한 변속기의 출력부는 변속기를 통한 토크 및/또는 파워의 전달을 용이하게 하기 위해 (예컨대, 명세서 다른 곳에서 설명된 바와 같은) 다양한 방식으로 편심 부재에 결합될 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이. 변속기(800A)의 출력 부재(840A)는 축(820A)을 통해 편심 부재(830A, 835A)들에 결합된다. 각각의 축(820A)은 니들 베어링 또는 몇몇 다른 다양한 베어링을 통해 출력 부재(840A)와 접촉한다.
도 8a는 내부에 2개의 완전한 서브-변속기들이 나란히 있는 결합식 변속기의 편심 부재들을 구동하기 위한 유성 캠들의 세트의 사용을 도시하지만, 그러한 유성 캠들의 세트는 또 다른 방식으로 구성된 단일 또는 다중 변속기, 예컨대 도 2c 내지 2d, 3, 4, 5a 내지 5e, 6a, 또는 7에 도시된 단일 또는 다중 변속기의 구성들 중 임의의 것을 구동하기 위해 적용될 수 있다.
도 8a의 변속기(800A)의 유성 기어들은 변속기의 캠들에 대해 "원위에(distally)" 위치(즉, 캠들 사이가 아님)된다. 이러한 배열은 예컨대 변속기의 비용을 감소시킴으로써 및/또는 변속기를 조립 및/또는 서비스하는 것을 더 쉽게 함으로써 다양한 이점을 제공할 수 있다. 그러나, 일부 응용 프로그램에서는 캠들 사이에 유성 기어들을 배치하는 것이 유용할 수 있다. 이것은, 예컨대, 유성 기어들로부터 전달되는 하중의 균형을 유지하기 위해, 변속기 내의 하중 경로를 단축하기 위해, 상당한 하중을 받는 축의 베어링 개수를 감소시키기 위해 및/또는 그 하중의 크기를 감소시키기 위해, 또는 몇몇 다른 이점을 제공하기 위해 수행될 수 있다.
도 8b는 그러한 방식으로 구성된 변속기(800B)를 도시한다. 변속기(800B)는 입력 부재(810B)의 회전이 태양 기어(815B)의 회전을 초래하도록 태양 기어(815B)에 결합된 입력 부재(810B)를 포함한다. 태양 기어(815B)는 각각의 축(820B)에 각각 결합되는 다수의 유성 기어(821B)들과 기어식으로 접촉한다. 각각의 축(820B)은 또한 유성 기어(821B)의 양쪽에 위치되고 각각의 편심 부재(830B, 835B)들과 접촉하는 캠(825B, 823B)들의 세트에 결합된다. 변속기(800B)의 출력 부재(840B)는 축(820B)을 통해 편심 부재(830B, 835B)들에 결합된다. 각 축(820B)은 니들 베어링 또는 몇몇 또 다른 다양한 베어링을 통해 출력 부재(840B)와 접촉한다.
VI. 결론
도면에 도시된 특정 배열은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 또 다른 실시형태들이 주어진 도면에 도시된 각각의 요소를 더 많거나 더 적게 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 나아가서, 예시된 요소들 중 일부는 결합되거나 생략될 수 있다. 더 나아가, 예시적인 실시형태는 도면에 예시되지 않은 요소들을 포함할 수 있다.
추가로, 다양한 양태들 및 실시형태들이 여기에 개시되었지만, 또 다른 양태들 및 실시형태들은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 여기에 개시된 다양한 양태들 및 실시형태들은 예시를 위한 것이고 제한하고자 하는 것이 아니며, 진정한 범위 및 사상은 이어지는 청구범위에 의해 표시된다. 여기에 제시된 주제의 정신 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 또 다른 실시형태들이 활용될 수 있고, 또 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에 일반적으로 설명되고 도면에 예시된 바와 같이, 본 개시의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 대체, 결합, 분리, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 여기에서 고려되어 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
추가로, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 변속기들 또는 여기에 설명된 바와 같은 또 다른 메커니즘의 롤러들의 상대 회전 및/또는 위치를 구속하도록 구성된 "중간-평면 구속 요소들"이 전체적으로 참조된다. 그러한 "중간-평면 구속 요소들"의 세트들은 일반적으로 복합 변속기의 5개 이상의 서브-변속기들 사이에 위치하는 공통 평면을 따라 배치되는 것으로 여기에서 설명되어 있다. 그러나 이것은 비-제한적인 예시적인 실시형태인 것으로 의도된다. 그러한 구속 요소들의 세트들 중 일부인 구속 요소들은, 복합 변속기의 서브-변속기들 사이에 배치되거나 배치되지 않을 수 있는 복수의 상이한 평면들에 배치될 수 있다(예컨대, 교호의 구속 요소들이 각각의 상이한 평면들에 배치될 수 있음).
"중간-평면 구속 요소"라는 용어는 여기에서 비-제한적인 방식으로 사용되며, 복합 변속기의 서브-변속기들 사이에 위치된 평면에 배치되지 않고/않거나 단일 평면을 따라 모두 배치되지 않은 그러한 구속 요소들(예컨대, 교호적으로, 2개의 상이한 평면들을 따라 배치됨)의 세트들의 일부인 구속 요소들을 기술할 수 있다.

Claims (44)

  1. 변속기로서,
    태양 기어;
    입력 부재의 회전이 상기 태양 기어의 회전을 초래하도록 상기 태양 기어에 결합된 입력 부재;
    상기 태양 기어와 기어식으로 접촉하는 2개 이상의 유성 기어들;
    2개 이상의 캠들로서, 상기 태양 기어의 회전이 2개 이상의 캠들의 각각의 회전을 초래하도록 2개 이상의 캠들의 각각의 하나가 2개 이상의 유성 기어들의 각각의 하나에 결합되는 것:
    2개 이상의 캠들의 회전이 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 2개 이상의 캠들에 결합된 편심 부재로서, 상기 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 2개의 접촉표면들을 가지는 것:
    일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 적어도 2개의 접촉표면들을 갖는 그라운드 부재;
    상기 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 편심 부재에 결합된 출력 부재; 및
    복수의 롤러들로서, 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 상기 입력 부재의 회전이 상기 편심 부재의 회전을 초래하도록 상기 그라운드 부재 및 상기 편심 부재의 접촉표면들과 접촉하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키는 것;
    을 포함하며,
    복수의 롤러들 중 특정 롤러는 상기 편심 부재의 상기 접촉표면들과 접촉하는 적어도 2개의 내향 접촉표면들을 가지는, 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    2개 이상의 추가 캠들로서, 상기 태양 기어의 회전이 2개 이상의 추가 캠들의 각각의 회전을 초래하도록 2개 이상의 추가 캠들 중 각각의 하나는 2개 이상의 유성 기어들의 각각의 하나에 결합되는 것;
    2개 이상의 추가 캠들의 회전이 추가 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 2개 이상의 추가 캠들에 결합되는 추가 편심 부재로서, 상기 추가 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 2개의 접촉표면들을 가지며, 상기 그라운드 부재는 일련의 추가 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 적어도 2개의 추가 접촉표면들을 가지는 것; 그리고
    복수의 추가 롤러들로서, 상기 입력 부재의 회전이 상기 추가 편심 부재의 회전을 초래하도록 복수의 추가 롤러들의 각각의 롤러는 상기 그라운드 부재의 적어도 2개의 추가 접촉표면들 및 상기 추가 편심 부재의 접촉표면들과 접촉하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키는 것;
    을 더 포함하는, 변속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    2개 이상의 유성 기어들 중 특정 유성 기어는 2개 이상의 캠들의 캠과 상기 특정 유성 기어가 결합되는 2개 이상의 추가 캠들의 캠과의 사이에 위치되는, 변속기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 입력 부재의 회전은 상기 편심 부재 및 상기 추가 편심 부재가 위상이 170도 내지 190도 사이에 있는 각각의 편심 운동으로 맞물리게 야기시키는, 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    복수의 중간-평면 구속 요소들을 더 포함하며, 복수의 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 복수의 추가 롤러들 중 대응하는 제2 특정 롤러에 대해 복수의 롤러들 중 제1 특정 롤러의 위치 및 회전을 실질적으로 구속하는, 변속기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소, 상기 제1 특정 롤러, 및 상기 제2 특정 롤러는 함께 결합되는, 변속기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 (i) 상기 제1 특정 롤러에 결합된 제1 구속 부분 및 (ii) 상기 제2 특정 롤러에 결합된 제2 구속 부분을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 구속 부분은 제1 회전축을 중심으로 하는 상기 제1 특정 롤러와 상기 제2 특정 롤러 사이의 상대 회전을 구속하는 반면 제1 회전축에 직교하는 제2 및 제3 회전축을 중심으로 하는 제1 특정 롤러와 제2 특정 롤러 사이의 상대 회전을 허용하고 상기 제1 특정 롤러와 상기 제2 특정 롤러 사이의 상대 병진이동을 또한 허용하는, 변속기.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는, 상기 특정 중간-평면 구속 요소가 제1 회전축을 중심으로 하는 상기 제1 특정 롤러와 상기 제2 특정 롤러 사이의 상대 회전을 구속하는 반면 상기 제1 회전축을 따른 상기 제1 특정 롤러와 상기 제2 특정 롤러 사이의 상대 병진이동을 허용하도록, 상기 제1 및 제2 특정 롤러의 개구 내에 배치되는 로드를 포함하는, 변속기.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 롤러 및 제2 롤러를 포함하며, 상기 제1 롤러는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하고 상기 제2 롤러는 상기 편심 부재의 추가 접촉 표면과 접촉하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러가, 각각, 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면 및 상기 편심 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 추가 편심 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제3 롤러를 추가적으로 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제3 롤러가 상기 추가 편심 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  11. 청구항 5에 있어서,
    서로에 대해 복수의 중간-평면 구속 요소들의 위치를 유지하도록 복수의 중간-평면 구속 요소들과 접촉하는 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    서로에 대해 복수의 롤러들의 위치를 유지하도록 복수의 롤러들과 접촉하는 추가 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제1 롤러를 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러가 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  14. 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 기어식으로 접촉하는, 변속기.
  15. 삭제
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 2개 이상의 유성 기어들, 상기 2개 이상의 캠들, 및 상기 편심 부재는 제1 서브-변속기를 형성하며, 상기 변속기는:
    2개 이상의 추가 서브-변속기들로서, 각각의 상기 추가 서브-변속기들은 각각의 추가 편심 부재, 2개 이상의 추가 유성 기어들, 및 2개 이상의 추가 캠들을 포함하는 것
    을 추가적으로 포함하는, 변속기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 입력 부재의 회전은 상기 편심 부재 및 상기 추가 서브-변속기들의 상기 편심 부재들이 실질적으로 균일하게 이격된 위상을 갖는 각각의 편심 운동으로 맞물리게 야기시키는, 변속기.
  18. 청구항 1에 있어서,
    2개 이상의 캠들 각각은 각각의 베어링을 갖는 각각의 축에 결합되어 그 주위에서 회전하며, 상기 출력 부재는 베어링들 및 축들을 통해 상기 편심 부재에 결합되는, 변속기.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력 부재의 접촉표면들 및 상기 편심 부재의 추가 접촉표면들과 구름 접촉하는 2개 이상의 핀들을 더 포함하며,
    상기 출력 부재는 2개 이상의 핀들을 통해 상기 편심 부재에 결합되는, 변속기.
  20. 청구항 1에 있어서,
    서로에 대해 복수의 롤러들의 위치를 유지하도록 복수의 롤러들과 접촉하는 추가 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  21. 삭제
  22. 변속기로서,
    입력 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재로서, 상기 제1 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것;
    상기 입력 부재의 회전이 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 상기 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면을 가지는 것;
    그라운드 부재로서, (i) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면과, (ii) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면을 가지는 것;
    상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 제1 및 제2 편심 부재에 결합된 출력 부재; 및
    제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면과 접촉하여 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키며, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것;
    을 포함하며,
    제1 복수의 롤러들 중 특정 롤러는 상기 제1 편심 부재의 상기 제1 및 제2 접촉표면과 접촉하는 적어도 2개의 내향 접촉표면들을 가지는, 변속기.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 입력 부재의 회전이 제1 캠의 회전을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 캠으로서, 상기 제1 편심 부재는 상기 제1 캠의 회전이 상기 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 제1 캠에 결합되는 것; 및
    상기 입력 부재의 회전이 제2 캠의 회전을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 캠으로서, 상기 제2 편심 부재는 상기 제2 캠의 회전이 상기 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 제2 캠에 결합되며, 상기 제1 캠 및 상기 제2 캠은 오프셋 방식으로 상기 입력 부재에 결합되어, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 편심 부재 및 상기 제2 편심 부재가 위상이 170도 내지 190도 사이인 각각의 편심 운동으로 맞물리게 야기시키도록 하는, 변속기.
  24. 삭제
  25. 청구항 22에 있어서,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 복수의 롤러들의 제1 롤러 및 제2 복수의 롤러들의 제2 롤러에 대응하며, 상기 특정 중간-평면 구속 요소와 제1 및 제2 롤러는 함께 결합되는, 변속기.
  26. 변속기로서,
    입력 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재로서, 상기 제1 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것;
    상기 입력 부재의 회전이 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 상기 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면을 가지는 것;
    그라운드 부재로서, (i) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면과, (ii) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면을 가지는 것;
    상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 제1 및 제2 편심 부재에 결합된 출력 부재; 및
    제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면과 접촉하여 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키며, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것;
    을 포함하며,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 복수의 롤러들의 제1 롤러 및 제2 복수의 롤러들의 제2 롤러에 대응하며,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 (i) 상기 제1 롤러에 결합된 제1 구속 부분 및 (ii) 제2 롤러에 결합된 제2 구속 부분을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 구속 부분은 제1 회전축을 중심으로 하는 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러 사이의 상대 회전을 구속하는 반면 상기 제1 회전축에 직교하는 제2 및 제3 회전축을 중심으로 하는 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러 사이의 상대 회전을 허용하고 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러 사이의 상대 병진이동을 또한 허용하는, 변속기.
  27. 변속기로서,
    입력 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재로서, 상기 제1 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것;
    상기 입력 부재의 회전이 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 상기 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면을 가지는 것;
    그라운드 부재로서, (i) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면과, (ii) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면을 가지는 것;
    상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 제1 및 제2 편심 부재에 결합된 출력 부재; 및
    제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면과 접촉하여 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키며, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것;
    을 포함하며,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 복수의 롤러들의 제1 롤러 및 제2 복수의 롤러들의 제2 롤러에 대응하며,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 제1 및 제2 롤러의 개구 내에 배치된 로드를 포함하여, 상기 특정 중간-평면 구속 요소가 제1 회전축을 중심으로 하는 제1 롤러와 제2 롤러 사이의 상대 회전을 제한하는 반면 상기 제1 회전축을 따른 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러 사이의 상대 병진이동을 허용하도록 하는, 변속기.
  28. 변속기로서,
    입력 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재로서, 상기 제1 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것;
    상기 입력 부재의 회전이 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 상기 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면을 가지는 것;
    그라운드 부재로서, (i) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면과, (ii) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면을 가지는 것;
    상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 제1 및 제2 편심 부재에 결합된 출력 부재; 및
    제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면과 접촉하여 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키며, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것;
    을 포함하며,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 롤러 및 제2 롤러를 포함하며,
    상기 제1 롤러는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하고 상기 제2 롤러는 상기 제1 편심 부재의 추가 접촉표면과 접촉하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러가, 각각, 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면 및 상기 제1 편심 부재의 상기 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 제2 편심 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제3 롤러를 추가적으로 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제3 롤러가 상기 제2 편심 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  30. 청구항 22에 있어서,
    서로에 대한 상기 중간-평면 구속 요소들의 위치를 유지하도록 각각의 상기 중간-평면 구속 요소들과 접촉하는 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  31. 청구항 30에 있어서,
    서로에 대해 제1 복수의 롤러들의 위치를 유지하도록 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러와 접촉하는 추가 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제1 롤러를 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러가 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  33. 청구항 22에 있어서,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 기어식으로 접촉하는, 변속기.
  34. 청구항 22에 있어서,
    상기 출력 부재의 접촉표면들 및 상기 제1 및 제2 편심 부재의 추가 접촉표면들과 구름 접촉하는 2개 이상의 핀들을 더 포함하며,
    상기 출력 부재는 상기 2개 이상의 핀들을 통해 상기 제1 및 제2 편심 부재에 결합되는, 변속기.
  35. 청구항 22에 있어서,
    서로에 대해 제1 복수의 롤러들의 위치를 유지하도록 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러와 접촉하는 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 케이지는, 각각, 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면 및 상기 제1 편심 부재의 추가 접촉표면과 구름 접촉하는 제1 및 제2 접촉표면을 포함하는, 변속기.
  37. 변속기로서,
    입력 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 제1 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제1 편심 부재;
    상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 편심 부재의 편심 운동과 위상이 같은 제2 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제2 편심 부재로서, 상기 제1 및 제2 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 각각의 제1 및 제2 접촉표면을 가지는 것;
    상기 입력 부재의 회전이 제3 편심 부재의 편심 운동을 초래하도록 상기 입력 부재에 결합된 제3 편심 부재로서, 상기 제3 편심 부재는 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제3 및 제4 접촉표면을 가지며, 상기 제3 편심 부재는 상기 제1 편심 부재와 상기 제2 편심 부재 사이에 위치되는 것;
    그라운드 부재로서, (i) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제5 및 제6 접촉표면과, (2) 일련의 가변-폭 컷아웃들을 규정하는 제7 및 제8 접촉표면을 가지는 것;
    상기 제1, 제2, 및 제3 편심 부재들의 회전이 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 제1, 제2, 및 제3 편심 부재들에 결합된 출력 부재; 및
    제1 복수의 롤러들 및 제2 복수의 롤러들로서. 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제1, 제2, 제5, 및 제6 접촉표면과 접촉하고 제2 복수의 롤러들의 각각의 롤러는 제3, 제4, 제7, 및 제8 접촉표면과 접촉하여 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 및 제2 편심 부재의 회전을 초래하도록 하며, 그에 따라 상기 입력 부재의 회전은 상기 출력 부재의 회전을 야기시키며, 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러는, 적어도 하나의 자유도와 관련하여, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 대한 제1 복수의 롤러들의 롤러의 위치 및 회전을 구속하는 각각의 중간-평면 구속 요소를 통해, 제2 복수의 롤러들의 대응하는 롤러에 결합되는 것;
    을 포함하는, 변속기.
  38. 청구항 37에 있어서,
    제1 복수의 롤러들 중 특정 제1 롤러는 상기 제1 및 제5 접촉표면과 접촉하는 제1 절반-롤러 및 상기 제2 및 제6 접촉표면과 접촉하는 제2 절반-롤러를 포함하며, 상기 제1 및 제2 절반-롤러는 상기 제1 절반-롤러와 상기 제2 절반-롤러 사이의 축방향 간격을 유지하도록 구성된 인장 부재에 의해 함께 결합되는, 변속기.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 인장 부재는 상기 특정 제1 롤러에 대응하는 상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소의 일부이며,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 또한 제2 복수의 롤러들의 특정 제2 롤러에 대응하며,
    상기 인장 부재는 상기 특정 제2 롤러의 개구 내에 배치되어 상기 인장 부재가 제1 회전축을 중심으로 하는 상기 특정 제1 롤러와 상기 특정 제2 롤러 사이의 상대 회전을 구속하는 반면 상기 제1 회전축을 따른 상기 특정 제1 롤러와 상기 특정 제2 롤러 사이의 상대 병진이동을 허용하도록 하는, 변속기.
  40. 청구항 37에 있어서,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 제1 롤러 및 제2 롤러를 포함하며,
    상기 제1 롤러는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하고 상기 제2 롤러는 상기 제3 편심 부재의 추가 접촉표면과 접촉하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러가, 각각, 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면 및 상기 제3 편심부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리도록 하는, 변속기.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 제1 편심 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제3 롤러를 추가적으로 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제3 롤러가 상기 제1 편심 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  42. 청구항 37에 있어서,
    서로에 대한 상기 중간-평면 구속 요소들의 위치를 유지하도록 상기 중간-평면 구속 요소들 각각과 접촉하는 케이지를 더 포함하는, 변속기.
  43. 청구항 37에 있어서,
    상기 중간-평면 구속 요소들 중 특정 중간-평면 구속 요소는 상기 그라운드 부재의 추가 접촉표면과 접촉하는 제1 롤러를 포함하여, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 롤러가 상기 그라운드 부재의 상기 추가 접촉표면과 접촉하여 구름운동으로 맞물리는 것을 초래하도록 하는, 변속기.
  44. 청구항 37에 있어서,
    서로에 대해 제1 복수의 롤러들의 위치를 유지하도록 제1 복수의 롤러들의 각각의 롤러와 접촉하는 케이지를 더 포함하는, 변속기.
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