KR20010005534A - 상시교합형 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 변속시스템에 관한 것으로, 이 변속시스템은 하나 이상의 기어휠(42c)이 축(34)의 둘레에 제공되고, 축(34) 또는 각 기어휠 (42c)에는 폴부재(86, 88)가 배치되며, 각 폴부재(86, 88)는 부분적으로 자석 또는 수압수단에 의하여 관통하는 축(34)에 대하여 자유롭게 회전하는 기어휠(42c) 또는 기어휠을 관통하고 이 기어휠이 자유롭게 회전하는 축 (34)에 결합 및 분리되게 이동되고, 상기 각 기어휠(42c) 또는 축(34)에 대한 폴부재(86, 88)의 결합으로 기어휠(42c)이 축과 함께 회전하게 되며, 상기 또는 각 폴부재(86, 88)는 대향면의 상대요구(98)에 결합될 수 있게 배열되거나 또는 상기 각 폴부재(86, 88)가 폴에 대한 일측 방향만으로 상기 대향면의 회전중에 적극적으로 대향면에 결합토록 배치되어 있고, 이 실시형태에서 적어도 하나의 폴은 각 방향에서 대향면에 결합토록 배치된다.

Description

상시교합형 변속기{PRELOAD CONSTANT MESH GEARBOX}

상시교합형 변속기(constant mesh gear boxes)는 구동축에 대하여 각 기어를 결합 및 해제하는 수단에 의존한다. 기어를 해제하는 것은 이러한 변속기어를 분리하여 축을 중심으로 하여 자유롭게 회전토록 하는 것이다.

축에 대하여 기어를 결합하는 것은 이러한 변속기어가 결합되게 하는 것이다. 이는 이러한 기어가 이에 대한 상대기어가 고정되어 있는 다른 축에 결합되어 축으로부터 동력이 전달될 수 있도록 한다. 이러한 변속기어쌍은 일반적으로 두 평행한 축의 길이를 따라 정렬되어 상시교합되어 있다. 다른 변속기어가 축을 중심으로 하여 자유롭게 회전하고 있는 동안에 일측 변속기어가 어느 한 순간에 결합된다.

종래에 한 기어의 해제시 다음 기어가 동시에 결합되도록 하는 시도가 있었다. 이러한 구성은 기존의 방법이 실행이 느리고 복잡하며 비용이 많이 드는 수단에 의존하므로 실현가능한 해결책을 제시하지 못하는 것으로 보인다.

국제특허출원 PCT/AU97/00024(WO 97/26468)에 기술된 발명에는 평행한 축에 대하여 자기적으로 결합 및 해제되도록 구동되는 기어를 이용하는 변속시스템이 기술되어 있으나 부하하의 기어변속가능성에 대하여서는 기술되어 있지 않다.

종래기술의 수동 및 순차형 변속기에서 기어변속은 다음의 기어휠쌍에 결합하기 전에 현재 결합되어 있는 기어휠쌍의 분리가 요구되므로 이 순간에 동력전달이 끊기고 가속시간을 놓지는 결과를 가져온다. 종래기술의 자동변속기는 전형적으로 비효율적인 반면에 수동변속기는 변속기어사이의 변경이 느리다.

본 발명의 변속시스템은 종래기술에 관련된 상기 결점을 극복하는데 그 목적이 있다. 예를 들어, 부하하에 성공적으로 기어변속이 이루어지는 것은 현재 결합되어 있는 기어가 결합된 상태를 유지하고 있는 동안에 다음의 기어가 결합되는 것이 요구된다. 새로이 결합되는 기어의 결합은 이전의 기어가 이미 부하를 잗고 있으므로 이러한 충격에 노출되지 아니한다. 새로이 결합되는 기어는 이전의 기어로부터의 부하를 넘겨받아 이전의 기어가 그 축으로부터 자유롭게 분리될 수 있도록 한다.

본문에서 별도의 설명이 요구되지 않는 한 "구성된다" 라는 용어나 "구성된" 이라는 용어로 변형되어 사용되는 "구성" 이라는 용어는 어떠한 요소 또는 요소들의 집단을 포함하며 다른 요소 또는 요소들의 집단을 배제하는 것이 아님을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 변속시스템의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 개선된 변속시스템은 전통적인 클러치를 필요로 하지 않고 변속시스템에 대한 동력의 입력시 동력의 순간적인 감소를 실질적으로 최소화하면서 부하하에 기어의 변속이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

도 1 은 15 개의 기어휠쌍이 구비되고 그 둘레에 케이싱 또는 하우징이 구비되어 있는 평행한 축을 보인 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 개선된 변속시스템의 개략단면도.

도 2 는 도 1 의 변속시스템의 한 축의 일부를 보인 것으로 폴부재와 가동자석을 보인 단면도.

도 3 은 도 1 에서 보인 변속시스템의 한 축과 기어휠을 보인 종단면도.

도 4 는 인접한 일측 기어휠로부터 타측 기어휠측으로 가동자석이 이동하는 것을 보인 도 2 에 따른 단면도.

도 5 는 가동자석이 인접한 기어휠에 나란히 배치되어 있고 선행 기어휠의 폴부재는 그대로 결합되어 있음을 보인 도 2 와 도 4 에 따른 단면도.

도 6 은 가동자석이 인접한 기어휠에 나란히 배치되어 있고 선행 기어휠의 폴부재가 축의 내측으로 복귀된 것을 보인 도 2, 도 4 및 도 5 에 따른 단면도.

도 7 은 폴부재가 기어휠에 결합된 것을 보인 도 3 에 따른 종단면도.

도 8 은 기어휠에 장설된 폴부재가 축의 표면에 형성된 상대요구에 결합되는 것을 보이고 전자석어레이의 일부가 하우징 또는 케이싱에 배치된 것을 보인 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 변속시스템의 단면도.

도 9 는 내부에 가동전자석이 배치된 고정중공축을 보이고, 이 축의 둘레에 다수의 회전결합링의 하나가 배치되며, 폴부재가 착설된 구동/피구동 회전축의 일부를 보이고, 기어휠의 일부를 보이며, 폴부재가 기어휠로부터 분리된 것을 보인 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 변속시스템의 단면도.

도 10 은 내부에 가동전자석이 배치된 고정중공축을 보이고, 이 축의 둘레에 다른 회전결합링이 배치되며, 폴부재가 착설된 구동/피구동 회전축의 일부를 보이고, 기어휠의 일부를 보이며, 폴부재가 기어휠에 결합되어 구동/피구동회전축의 회전에 따라 상기 기어휠이 회전하는 것을 보인 도 9 의 변속시스템의 단면도.

도 11 은 고정중공축과, 각 기어휠에 결합된 그 둘레의 4 개의 회전결합링을 보인 도 9 와 도 10 의 변속시스템의 축과 단일쌍의 기어휠의 측단면도.

도 12 는 제 1 및 제 2 돌출부의 구성을 보인 것으로, 도 9 의 변속시스템의 폴부재를 보인 사시도.

본 발명에 따라서, 개선된 변속시스템이 제공되는 바, 이 변속시스템은 하나 이상의 기어휠이 축의 둘레에 제공되고, 축 또는 각 기어휠에는 폴부재(pawl member)가 배치되며, 각 폴부재는 부분적으로 자석 또는 수압수단에 의하여 관통하는 축에 대하여 자유롭게 회전하는 기어휠 또는 기어휠을 관통하고 이 기어휠이 자유롭게 회전하는 축에 결합 및 분리되게 이동되고, 상기 각 기어휠 또는 축에 대한 폴부재의 결합으로 기어휠이 축과 함께 회전하게 되며, 상기 또는 각 폴부재는 대향면의 상대요구에 결합될 수 있게 배열되거나 또는 상기 각 폴부재가 폴에 대한 일측 방향만으로 상기 대향면의 회전중에 적극적으로 대향면에 결합토록 배치되어 있음을 특징으로 한다. 적어도 하나의 폴은 각 방향에서 대향면에 결합토록 배치되는 것이 좋다.

선단면에 결합하는 적어도 하나의 폴부재가 제공되고, 상기 선단면은 상대요구의 축회전방향에 대하여 선도하는 면이며 상기 적어도 하나의 폴부재는 전진폴이다.

후단면에 결합하는 적어도 하나의 다른 폴부재가 제공되고, 상기 후단면은 상대요구의 축회전방향에 대하여 뒤따르는 면이며 상기 적어도 하나의 다른 폴부재는 후진폴이다.

자석수단은 하나 이상의 영구자석 또는 전자석(솔레노이드조립체)로 구성된다.

한 구성에 있어서, 가동자석이 축내에 제공되고 각 폴부재는 폴부재에 나란히 가동부재가 배치되므로서 폴부재가 가동자석에 의하여 배척되거나 흡인되고 대향면의 상대요구측으로 돌출되게 자화될 수 있다.

이러한 구성에 있어서, 예비전자석과 그 위치선정수단이 주 전자석 또는 그 위치선정수단의 고장을 대비하여 제공된다.

다른 구성에 있어서, 가동전자석이 축내에 제공되어 전자석의 위치선정과 작동으로 폴이 대향면의 상대요구에 기계적으로 돌출될 수 있도록 한다.

또 다른 구성에 있어서, 수압제어형의 가동작동기가 축내에 제공되어 수압제어형 작동기의 위치선정과 작동으로 폴이 대향면의 상대요구에 기계적으로 돌출될 수 있도록 한다.

본 발명에 따라서, 상기 언급된 변속시스템은 한 쌍의 평행한 축을 가지고 각 축은 그 둘레에 평행한 축사이에 기어휠쌍을 형성하는 둘 이상의 기어휠에 제공됨을 특징으로 한다. 모든 기어휠쌍의 회전에 의하여 일어나는 마찰손실을 최소화하기 위하여 축에 대하여 기어휠쌍의 어느 기어휠도 고정되지 아니한다. 다른 구성에 있어서, 한 축의 기어휠이 축에 대하여 고정될 수 있으며 이 경우 마찰손실은 중요하지 않다.

각 축 또는 각 축과 그 둘레에 배치된 기어휠의 둘레에 제공된 케이싱 또는 하우징은 그 내 부에 전자석의 어레이가 배치되어 있으며, 전자석의 어레이는 선택된 기어휠이 이를 관통하는 이들의 각 축에 선택적으로 결합토록 하나 이상의 전자석의 선택적인 작동이 이루어질 수 있도록 배치된다. 전자석의 어레이는 각 축내에 제공될 수 있다. 또한 전자석 어레이의 작동을 제어할 수 있도록 프로그래머블형태의 논리제어기(PLC), 마이크로프로세서, 컴퓨터 또는 엔진관리시스템이 제공되는 것이 좋다.

가동작동조립체가 내부에서 이동하는 중공형의 중심축과 폴부재가 회전가능하게 착설된 구동/피구동 회전축사이에 다수의 회전형 결합링이 개재되며, 이 회전형 결합링은 기어휠에 선택적으로 결합할 수 있고, 가동작동조립체는 다수의 결합링의 하나의 회전을 순간적으로 저지할 수 있게 되어 있어 폴부재에 동시에 작용하고 선택된 기어휠을 결합 또는 해제할 수 있게 되어 있다.

본 발명의 개선된 변속시스템은 최소의 마모, 손상, 지연 또는 충격부하로 부하하에 기어의 결합 및 해제가 이루어질 수 있는 방법을 제공한다. 이는 동일한 변속시스템에서 상향 및 하향 기어변속에서 모두 이루어진다. 본 발명의 개선된 변속시스템의 구성은 대부분의 작동에 클러치를 요구하지 않으며 본 발 명의 개선된 변속시스템을 이용한 변속기는 자동차, 자전거, 모터싸이클 등에 이상적이다. 그러나, 예를 들어 정지상태로부터 이동할때 클러치가 요구될 수도 있다.

자전거의 경우에 있어서, 본 발명의 변속시스템은 크랭크와 후륜사이의 체인을 이용하지 않는 구동축에 사용될 수 있다. 이 시스템에는 역추진중에 동력을 제공하기 위하여 이중 후측베벨기어와 이중방향 후륜 라쳇트/로울러클러치가 결합될 수 있다. 이러한 구성은 답판추진이 가능하도록 하고 탑승자가 자전거의 페달에 발을 얹어 놓은 상태에서 일측 발에서 타측 발로 자신의 체중을 교대로 이동시켜 전진방향으로 동력을 낼 수 있도록 한다. 이러한 구성은 탑승자가 거친 도로를 통과하거나 그밖에 주행하기 힘든 지역을 통과할 때에도 동력이 유지될 수 있도록한다. 또한 변속시스템에는 후측의 훗브레이크가 구비될 수 있다.

본 발명의 한 형태에서, 작동기, 예를 들어 가동자석은 기어휠을 결합 및 해제하는데 사용되며, 예를 들어 이 가동자석과 이에 연결되는 케이블은 각 축에 한벌씩 두벌이 있다. 이러한 기본 구성은 국제특허출원 PCT/AU97/00024(WO 97/26468)에 기술되어 있다. 그러나, 이러한 구성에서 각 기어휠쌍의 하나의 기어휠은 그 축에 고정되어 있다. 본 발명의 개선된 변속시스템에서 작동기는 하나의 교합된 셋트로 동시에 기어휠쌍의 기어휠을 모두 결합한다. 다음의 기어가 사용자에 의하여 선택될 때 다음의 교합된 기어휠쌍은 이를 관통하는 축에 대하여 결합할 것이다. 이는 한 순간에 4 개의 기어휠(두 개의 기어휠쌍)이 동시에 결합될 수 있도록 한다. 각 축의 저속기어휠이 축에 대하여 역회전할 것이므로 회전중에 평행한 축사이의 상이한 변속비가 유지될 수 없다. 새로이 결합된 기어휠쌍은 해제되지 않아 타측 축의 선행하여 결합된 보다 저속회전의 기어휠이 그 축으로부터 해제될 수 있도록 한다.

본 발명에 따라서, 본 발명의 개선된 변속시스템의 제어방법이 제공되며, 이러한 제어방법은 기어의 상향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 하위기어의 역방향 폴은 분리하는 단계, 상위기어의 순방향 폴을 결합하는 단계, 하위기어의 순방향 폴을 분리하거나 하위기어의 순방향 폴이 스스로 분리되게 하는 단계와, 상위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본발명의 제어방법은 엔진을 제동하는 것과 같이 부하하에 역방향 폴을 이용하여 기어를 하향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 상위기어의 순방향 폴은 분리하는 단계, 하위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계, 상위기어의 역방향 폴을 분리하거나 상위기어의 순방향 폴이 스스로 분리되게 하는 단계와, 하위기어의 순방향 폴을 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 방법은 예를 들어 추월하거나 언덕을 오를 때와 같이 부하하에 순방향 폴을 이용하여 기어를 하향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 예를 들어 클러치 또는 엔진점화의 제어에 의하여 개선된 변속시스템에 대한 동력을 차단하는 동안 상위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계, 상위기어의 순방향 폴을 분리하는 단계와, 하위기어의 순방향 폴과 역방향 폴을 순서대로 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 프로그래머블 형태의 논리제어기, 마이크로프로세서, 컴퓨터 또는 엔진관리시스템에 의하여 수행된다. 기어의 변경을 요구하는 단계는 프로그래머블 논리제어기, 마이크로프로세서, 컴퓨터 또는 엔진관리기에 의하여 자동으로 개시되거나 수동으로 개시될 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 변속시스템(10)을 보인 것이다. 변속시스템(10)은 페달크랭크(12)와 후륜(14)을 갖는 자전거에 착설되는 것으로 도시되어 있다.

변속시스템(10)은 일부를 보이고 단면으로 보인 케이싱(16)으로 구성된다. 제 1 축(18)은 예를 들어 단일열의 볼베어링(20)(22)에 의하여 케이싱(16)에 착설된다. 볼베어링(20)(22)은 케이싱(16)의 단부 (24)에 견고히 배치된다. 제 1 축(18)은 볼베어링(22)내에 삽입고정되는 제 1 단부(26)를 갖는다. 축(18)의 제 2 단부(28)에는 그 둘레에 베벨기어휠(30)이 착설되어 베벨기어(30)의 회전시 제 1 축(18)이 회전한다.

제 1 축(18)은 제 1 단부(26)에서 폐쇄되고 제 2 단부에서 개방된 통공(32)을 갖는다. 가동자석(34)이 통공(32)내에 배치되어 이 가동자석이 그 길이를 따라 이동할 수 있게 되어 있다. 가동자석(34)은 이에 가이드 케이블(36)이 연결되어 이로부터 통공(32)을 통하여 축(18)의 제 2 단부(28)를 지나 연장된다. 가이드 케이블(36)은 인덱스부재(38)에 이르기까지 연장되고 이에 견고히 그러나 조절가능하게 연결된다. 제 2 단부(28)에 인접하여 통공(32)내에 환상부싱(40)이 배치되고 이를 통하여 가이드 케이블(36)이 연장된다. 부싱(40)은 씨일로서 작용하고 가이드 케이블(36)이 원활하게 이동할 수 있도록 하여 가이드 케이블(36)과 제 1 축(18)의 마모를 방지한다.

일련의 폴 기어휠(42)이 이들이 축(18)을 중심으로 하여 자유롭게 독립적으로 회전할 수 있도록 제 1 축(18)의 둘레에 배치된다. 그러나, 요구되는 경우 이들 폴 기어휠(42)은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 제 1 축(18)에 결합될 수 있다.

제 2 축(60)이 예를 들어 단일열의 볼베어링(62)(64)에 의하여 케이싱(16)에 착설된다. 볼베어링(62)(64)은 케이싱(16)의 단부(24)에 고정적으로 배치되고 축(18)(60)이 평행하게 되도록 배열된다. 제 1 축(60)의 제 1 단부(66)는 볼베어링(64)에 삽입고정된다. 축(60)의 제 2 단부(68)에는 그 둘레에 베벨기어휠(70)이 착설되어 제 1 축(60)의 회전시 베벨기어(70)가 회전한다.

제 2 축(60)은 제 2 단부(68)에서 폐쇄되고 제 1 단부(66)에서 개방된 통공(72)을 갖는다. 가동자석(74)이 통공(72)내에 배치되어 그 길이를 따라 이동할 수 있게 되어 있다. 가동자석(74)은 이에 가이드 케이블(76)이 연결되어 이로부터 통공(72)을 통하여 제 2 축(68)의 제 1 단부(66)를 지나 연장된다. 가이드 케이블(76)은 인덱스부재 (38)에 이르기까지 연장되고 이에 견고히 그러나 조절가능하게 연결된다. 제 2 단부(66)에 인접하여 통공(72)내에 환상부싱(78)이 배치되고 케이싱 (16)의 단부(24)를 통하여 돌출되어 있다. 부싱(78)은 씨일로서 작용하고 가이드 케이블(76)이 원활하게 이동할 수 있도록 하여 가이드 케이블(76)과 제 2 축(60)의 마모를 방지한다.

가동자석(34)(74)은 비록 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니나 네오디뮴 희토류 자석의 형태로 구성될 수 있다.

일련의 폴 기어휠(80)이 이들이 축(18)을 중심으로 하여 자유롭게 독립적으로 회전할 수 있도록 제 2 축(60)의 둘레에 배치된다. 그러나, 요구되는 경우 이들 폴 기어휠(80)은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 제 2 축(60)에 결합될 수 있다.

기어휠(42)(80)은 케이싱(16)의 챔버(84)내에 장설된다. 이 챔버에는 윤활제(도시하지 않았음)가 채워져 있다. 케이싱(16)은 제 1 축(18)의 베벨기어휠(30)이 도 1 에서 가상선으로 보인 바와 같이 페달크랭크(12)의 기어휠에 결합토록 자전거에 착설된다. 따라서 탑승자(도시하지 않았음)에 의하여 가하여지는 구동력은 페달크랭크(12)를 통하여 제 1 축(18)에 전달됨으로서 이 축이 회전되게 한다. 케이싱(16)은 베벨기어휠(30)(70)을 덮는 것이 좋다. 이를 위하여, 케이싱(16)에는 페달크랭크(12)에 제공된 기어휠과 그 축에 이를 수 있도록 적당한 통공이 형성되어 있다.

제 1 축(18)의 기어휠(42)은 제 2 축(60)의 상대 기어휠(80)에 결합한다. 이러한 방식으로 기어휠쌍이 제공되고 그 결과로 일측의 축으로부터의 구동력이 타측의 축으로 전달된다. 기어휠쌍은 두 개의 폴기어휠로 구성된다. 기어휠쌍에서 고정기어휠과 폴기어휠의 상대직경은 이러한 기어휠쌍에 의하여 제공되는 변속비를 결정한다.

제 2 축(60)의 제 2 단부(68)에 착설된 베벨기어휠(70)은 도 1 에서 가상선으로 보인 바와 같이 후륜(14)의 허브축에 착설된 기어휠에 결합된다. 이로써, 제 1 축(18)으로부터 제 2 축(60)으로 전달된 구동력이 후륜(14)에 전달된다.

도 2 - 도 6 에서, 이들 도면에는 제 1 축(18)의 둘레에 착설된 다수의 폴기어휠(42a)(42b)(42c)을 보이고 있다. 폴기어휠(80)의 작동은 유사한 것으로 이해되어야할 것이다. 각 폴기어휠(42a)(42b) (42c)는 폴부재가 결합되지 않았을 때 제 1 축(18)을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있다.

각 폴기어휠은 이에 결합되며 축(18)내에 착설된 적어도 두 쌍의 폴부재(86)(88)를 갖는다. 폴기어휠은 시이트(90)상에 고정되며 폴기어휠의 회전에 간섭치 않는 크기를 갖는다. 폴부재(86)(88)는 도 3 에서 상세히 보인바와 같이 축(18)의 요구내에서 회전가능하게 배치된다.

예를들어 폴부재(86)(88)는 강도를 부여하기 위하여 티타늄 베이스나 케이싱에 장설되는 네오디뮴희토류자석의 형태이며 그 N 극과 S 극은 제 1 축(18)의 단면에 대하여 방사상 방향으로 배치된다. 도 2 - 도 6 에서 보인바와 같이 가동자석(34)은 원통형이며 내측의 N 극과 외측의 S 극을 갖는다. 가동자석(34)이 축(18)과 함께 회전될 수 있도록 안내부재(36)와 가동자석(34)의 연결점에 베어링(92)이 착설된다.

폴(86)(88)은 "반대로" 배열되며, 도 3 과 도 7 에서 상세히 보인바와 같이, 양방향 또는 역방향의 회전시 결합될 수 있도록 일측 폴부재가 축의 회전방향에 대하여 선단면에 결합되고 타측 폴부재는 후단면에 결합될 수 있게 되어 있다. 자석금속링(94)이 폴부재(86)(88)의 시이트(90)에 제공되어 해제위치(도 3 참조)에서 이들을 고정하고 도 2 의 기어휠(42a)(42c)를 고정한다. 자석(96)이 각 폴기어휠((42a)(42b) (42c)에 형성된 요구(98)의 방사상 단부에 배치된다.

도 2 에서는 폴기어휠(42b)의 요구(98)에 인접하여 폴부재(86)(88)가 결합된 것을 보이고 있다. 폴기어휠(42c)의 요구(98)에 인접하여 폴부재(86)(88)이 이로부터 분리되어 있다. 도 3 을 참조바란다. 이러한 구성은 폴기어휠(42b)에 인접한 폴부재(86)(88)에 인접하여 가동자석 (34)이 배치되어 이루어진다. 가동자석(34)과 폴부재(86)(88)의 자석 사이의 척력은 폴부재(86)(88)가 외측으로 회전하여 기어휠(42b)의 요구(98)에 결합되게 한다. 이러한 결합의 결과로 기어휠(42b)는 제 1 축(18)과 함께 회전한다. 제 2 축(60)에 배치된 상대측 기어휠 (80)은 그 가동자석(74)의 작용을 통하여 축(60)과 순간적으로 결합되며 구동력이 폴기어휠(42b)와 그 기어휠(80)의 특정변속비에서 축(18)(60) 사이에 전달될 것이다.

도 4 에서 가동자석(34)은 폴기어휠(42c)를 향하여 이동되는 것으로 도시되어 있다. 가동자석(34)은 폴기어휠(42b)의 폴부재(86)(88)에 인접한 점으로부터 폴기어휠(42b)와 폴기어휠(42c)의 중간지점으로 이동되었다. 폴기어휠(42b)은 이때에도 축(18)에 대하여 결합된 상태가 유지된다.

도 5 에서 가동자석(34)은 축(18)에 결합되어 있는 폴기어휠(42c)의 폴부재(86)(88)에 직접 인접하여 정렬된 것을 보이고 있으며 이때까지도 폴기어휠(42b)는 축(18)에 대하여 결합되어 있다. 도 5 에서 보인 구성은 잠깐동안만 유지된다. 폴기어휠(42c)이 결합되므로서 폴기어휠(42b)에 의하여 부분적으로 형성된 기어쌍의 대형기어가 그 축(18) 또는 축(60)에 대하여 역회전할 것이다. 이로써 대형 폴기어휠에는 부하가 걸리지 아니한다. 이는 자석(96)이 폴부재(86)(88)를 해재하고 이들이 가동자석(34)이 복귀할 때까지 금속스트립(94)에 흡입된다.

가동자석(48) 사이의 척력은 스트립(94)과 폴부재(86)(88) 사이의 인력보다 크다. 마찬가지로 가동자석(34)과 폴부재(86)(88) 사이의 척력은 폴부재(86)(88)와 자석(96) 사이의 척력보다 크다.

도 6 은 폴기어휠(42b)가 축(18)으로부터 분리되고 폴기어휠(42c)과 이에 대항하는 폴기어휠(80)이 축(18)(60) 사이에 새로운 구동비율로 결합됨을 보이고 있다. 상기 언급된 과정은 도 1 에서 보인바와 같이 가이드부재(36)(37)에 의하여 구동되는 가동자석(34)(70)이 함께 이동될 때 양 축(18)(60)에서 동시에 일어난다.

예를들어 도 6 에서 폴기어휠(42c)로 보인바와 같이 새로운 변속기어와 결합될 때 결합될 제 1 교합쌍(기어휠 42 와 80 의 기어휠쌍)은 임의의 것이다. 기어가 해제될 때 예를들어 도 5 와 도 6 의 폴기어휠(42b)로 보인바와 같이 먼저 교합된 기어휠쌍의 대형기어가 해제된다. 이는 축에 대하여 대형기어휠이 보다 느리게 회전하기 때문이다. 부하가 가하여지지 않는 것이 이 대형기어휠이다. 교합된 쌍의 한 기어휠이 해제될 때 이에 대응하는 기어휠 또는 그 축이 부하를 받지않아 역시 해제될 것이다.

도 8 에서는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 개선된 변속시스템 (100)을 보인것이다. 이 변속시스템(100)은 변속시스템(10)의 가동자석(34)(70)이 전자석(102)의 어레이로 대체되고 폴부재가 기어(42)(80)에 제공되어 이들이 축(18)(60)에 결합토록 내측으로 회전할 수 있게 되어 있는 것을 제외하고는 상기 언급된 변속시스템(10)과 유사하다. 케이싱(16)의 형태는 전자석(102)의 어레이를 수용할 수 있도록 변화되는 것이 요구된다. 또한 축(18)(60)은 이에 통공이 형성되어 있지 않으므로 그 강도가 개선될 수 있다.

도 8 에서 기어휠(42)은 축(18)에 대하여 결합된 상태에 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 위치에서 전자석(102)은 폴부재(86)(88)에 자기적으로 영향을 주어 이들이 기어휠(42)내에 형성된 요구로부터 내측으로 회전하여 축(18)에 형성된 상대의 요구(104)에 결합된다. 기어휠(80)과 그 축(60)에 대하여서도 유사한 구성이 제공된다.

폴부재(86)(88)는 비록 이들이 쌍으로 제공되지 않고 도 8 에서 보인 바와 같이 하나씩 제공되어 있고 유사하지 않으나 변속시스템(10)과 유사하게 양방향 방식으로 배열된다. 기어 또는 변속비의 변경에 관한 작동방법은 변속시스템(10)에 대하여 앞서 설명한 바와 동일하며, 다만 이 변속시스템(100)의 케이싱(16)의 내측면 또는 내측면에 인접하여 각 교합쌍의 기어휠(42)(48)을 위한 전자석(102)의 어레이가 제공되어 있는 점이 다르다.

전자석(102)의 어레이는 프로그래머블 논리제어기(PLC), 컴퓨터 또는 엔자관리시스템에 연결되어 이들이 변속기어선택 및 변경을 제어토록 전자석(102)의 어레이의 작동을 제어할 것이다.

개선된 변속시스템(10)(100)에서 폴부재(86)(88)의 양방향 또는 "역전" 특성은 라쳇트 작용의 한 형태를 제공함으서 폴부재가 상위기어의 결합시 하위기어를 자동해제한다. 제 1 셋트의 폴부재에 대하여 역회전토록 배열된 제 2 셋트의 폴부재는 본 발명의 변속시스템을 이용하는 변속기가 하향변속토록하는 동시에 변속기가 브레이크로서 이용될 수 있도록 한다.

이러한 경우에 있어서, 하위기어는 과부하가 걸리고 상위기어는 부하의 중단이나 클러치의 이용없이 하향변속이 이루어질 수 있도록 한다.

변속기가 브레이크로서 사용되지 않는 하향변속의 경우 동력이 클러치에 의하여 잠정적으로 전달되지 않거나 변속기에 대한 동력의 감소가 일어날 것이다. 변속기에 대한 동력의 감소는 기어가 해제되고 새로운 기어가 결합될 수 있도록 한다. 이러한 변속기에 대한 동력의 잠정적인 언로딩상태는 상기 언급된 PLC, 컴퓨터 또는 엔진관리시스템에 의하여 이루어질 수 있다. 이러한 구성은 클러치를 필요로 하지 아니하고 부드러운 중간스타트기어나 가변속도구동장치를 제공하는 산업용 변속기에도 적용할 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 변속시스템을 이용하는 자동차용 변속기는 동력의 중단없이 원할한 기어변속이 이루어지는 반면에 통상적이거나 종래기술의 자동차용 변속기의 명백한 비효율성을 조명한다.

도 9 - 도 11 에서, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 변속시스템(106)이 도시되어 있다. 개선된 변속시스템(106)을 제 1 및 제 2 축(18)(60)이 축조립체(108)로 대체된 것을 제외하고는 이미 언급된 변속시스템(10)과 유사하다. 축조립체(108)는 이 축조립체(108)에 착설되고 그 중앙의 중공고정축(118)과 구동/피구동 축(120) 사이에 개재된 기어휠(42)(80)당 4 개씩 다수의 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)을 갖는다. 이 실시형태에서 구동/피구동 축(120)은 제 1 실시형태의 제 1 및 제 2 축(18)(60)에 해당하며, 제 1 실시형태에서 제 1 축(18)은 구동축이고 제 2 축(60)은 피구동축이었다. 다음의 설명을 위하여, 구동/피구동 축(120)에 대한 동력의 인가로 이 축이 시계반대방향으로 회전됨을 밝힌다

또한 개선된 변속시스템은 중앙고정축(118)에 형성된 축공(123)내에 축방향으로 이동토록 배열된 가동솔레노이드조립체(122)의 형태인 자석수단을 구성된다. 이 가동솔레노이드조립체(112)는 자기물질이고 권선(126)으로 구성되는 전자석조립체내에 수용된 작동핀(124)을 갖는다. 이 작동핀(124)은 특히 도 9 와 도 10 에서 보인 바와 같이 복귀스프링(128)에 의하여 후퇴위치에 놓여있다.

중앙고정축(118)의 길이를 따라서 기다란 축방향 통공(130)이 형성되어 있고 이를 통하여 가동솔레노이드조립체(122)의 작동핀(124)이 돌출된다. 각 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)의 내면(127)에는 수 개의 원호형 요구(132)가 형성되어 있고 이들 각각은 정지구(132a)를 갖는다. 각 원효형 요구(132)는 가동솔레노이드조립체(122)의 작동핀(124)이 삽입될 수 있게 되어 있으며, 정지구(132a)는 작동핀(124)을 저지토록 형성되어 있다. 각 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)의 외측면(129)에도 유사하게 수 개의 다른 요구(133)가 형성되어 있으며, 이들 각 요구(133)는 경사부(135)를 포함하도록 구성되어 있다.

구동/피구동 축(120) 내에는 그 주연에 일정한 간격을 두고 수 개의 폴부재(134)가 배치되어 있다. 이 폴부재(134)는 비록 이들이 쌍으로 배치되지 아니하고 하나씩 배치되기는 하였으나 변속시스템(10)과 유사하게 양방향 또는 "역전" 방식으로 배열된다. 순방향의 폴부재 (134)는 구동/피구동(12))의 주연에 역방향의 폴부재(134a)와 교대로 배열되어 있다. 회전축(12)의 둘레에는 각 방향에 3 개의 폴부재(134)가 배치되는 것이 좋다.

폴부재(134)(143a)의 설치는 폴부재(134)(134a)의 일부측방향(주연방향) 활동운동이 허용되는 한편 폴부재(134)(134a)가 힌지봉 구조(137)를 중심으로 회전할 수 있게 되어 있다.

각 폴부재(134)(134a)에는 그 제 1 및 제 2 단부(139)(141)측에 제 1 및 제 2 돌출부(138)(140)가 구비되어 있다. 이들 돌출부(138) (141)는 폴부재(134)의 폭을 가로질러 연장되고 제 1 돌출부(138)가 제 2 돌출부(140)에 대하여 축방향으로 이동된 위치에 놓이도록 구성되며 도 12 에서 상세히 보인 바와 같이 이들 사이가 축방향으로 겹치지 않게 되어 있다. 순방향 폴부재(134)의 제 1 및 제 2 돌출부(138)(140)는 역방향 폴부재(134a)의 돌출부에 대하여 상이한 축방향 위치를 점유한다. 순방향 및 역방향 폴부재(134)의 각 제 1 및 제 2 돌출부(138)(140)은 도 11 에서 상세히 보인 바와 같이 각 기어휠(42)(80)에 결합되는 4 개의 회전형 결합링(110)112(114)(116)의 하나에 일치하도록 구성된다.

각 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)의 외면 (129)에 형성된 요구 (133)의 수는 제 1 또는 제 2 돌출부(138)(140)가 결합될 수 있게 되어 있고 동시에 결합될 수 있게 된 폴부재(134)의 수와 같다. 각 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)의 외면(129)에는 3 개의 요구(133)가 형성되어 있다. 각 교대쌍의 회전형 결합링(110(112)은 순방향의 3 개 폴부재(134)와 결합된다. 이들 폴부재(134)는 구동/피구동 축 (120)의 둘레에 등간격으로 배치되고 이미 언급된 바와 같이 힌지봉구조 (137)에 의하여 배치된다.

각 교대쌍의 회전형 결합링(114)(116)은 역방향의 3 개 폴부재(134a)와 결합되며 이미 언급된 바와 같이 주연방향으로 등간격을 두고 구동/피구동 축(120)에 착설된다. 역방향 폴부재(134a)는 이들이 고정되는 힌지봉구조(137)의 방향이 주연방향으로 역전된 것을 제외하고는 순방향의 폴부재(134)와 동일하다. 역방향 폴부재(134a)와 결합토록 배치된 교대쌍의 회전형 결합링(114)(116)은 인접한 쌍의 회전형 결합링(110)(112)과 동일하다.

구동/피구동 축(120)에 관계없이 회전하는 분리된 기어휠(42)(80)에 대하여, 순방향 및 역방향의 폴부재(134)(134a)는 기어휠(42)(80)의 회전에 간섭치 않게 배치된다. 해당 회전형 결합링(110)의 외면(129)에 형성된 요구(133)에 삽입되는 순방향 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)는 회전형 결합링이 구동/피구동 축(120)과 함께 회전토록 한다. 폴부재는 도 10 에서 상세히 도시되어 있다.

가동솔레노이드 조립체(122)의 전자석을 통하여 전류를 인가함으로써 작동핀(124)은 중앙고정축(118)의 통공(130)을 통하여 이동되며 중앙고정 축(118)에 형성된 공간부(123)에서 가동솔레노이드조립체(122)의 위치에 따라서 회전형 결합링(110)의 원호형 요구(132)의 여러 정지구(132a)의 하나에 결합된다.

도 10 에서, 작동핀(124)은 회전형 결합링(110)의 회전을 잠정적으로 감소시키는 반면에 구동/피구동축의 회전운동은 영향을 받지 않는다. 이와 같이, 회전형 결합링(110)의 외측면(129)에 형성된 다른 요구(133)의 경사부(135)는 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)에 대하여 가압되므로서 순방향 폴부재(134)의 제 1 단부(139)가 힌지봉(137)을 중심으로하여 방사상 외측으로 회전하여 폴부재(134)의 각 제 1 단부(139)가 각 기어휠(42)(80)의 내면(143)에 형성된 상대측의 여러 원호형 요구(142)중의 하나에 결합토록한다. 가동솔레노이드 조립체(122)의 전자석을 통한 전류의 인가는 동기화수단(도시하지 않았음)에 의하여 제어되며 이에 의하여 전류인 가시간을 작동핀(124)이 회전형 결합링(110)(112)(114)(116)에 형성된 원호형 요구(132)의 여러 정지구(132a) 중 하나와 강제로 접촉되지 않게 맞추어진다.

또한 가동솔레노이드 조립체(122)의 전자석을 통한 전류의 인가는 순방향 폴부재(134)의 제 1 단부(139)와 역방향 폴부재(134a)의 제 2 단부 (141)가 각 기어휠(42)(80)의 내면(143)에 형성된 상대의 원호형 요구(142)의 직각면(142a)에 접촉되지 않도록 시간이 맞추어져 있다.

이러한 조건에서, 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)는 회전형 결합링 (110)의 외면(129)에 형성된 다른 요구(133)에 완전히 결합되지 아니하고 회전형 결합링(110)은 구동/피구동 축(120)에 관계없이 부분적인 회전이 이루어질 수 있다.

상기 언급된 힌지봉(137)을 중심으로 한 순방향 폴부재(134)의 회전 운동에 부가하여, 폴부재(134)는 이들의 제 1 단부(139)의 방향으로 힌지봉 (137)을 중심으로 하여 축방향으로 이동되어 기어휠(42)(80)의 내면(143)에 형성된 상대요구(142)에 제 1 단부(139)가 결합된 상태를 유지토록 작용하는 원심력을 증강시킨다.

상기 언급된 힌지봉(137)을 중심으로 한 순방향 폴부재(134)의 회전운동 및 측방향 운동의 결과로서, 폴부재(134)의 제 2 돌출부(140)는 인접한 회전형 결합링(112)의 외면에 형성된 다른 요구(133)에 결합되어 인접한 회전형 결합링(112)이 구동/피구동축(120)과 함께 완전히 회전토록한다.

구동/피구동 축(120)으로부터 기어휠(42)(80)의 분리는 중앙고정축(118)의 공간부(123)내에 가동솔레노이드조립체(122)가 배치되므로서 이루어지며 그 작동핀(124)는 순방향 폴부재(134)의 제 2 돌출부(140)에 일치하는 회전형 결합링(112)의 하나와 정렬된다.

가동솔레노이드 조립체(122)를 통한 전류의 인가로 작동핀(124)는 중앙고정축(118)의 통공(130)을 통하여 순간적으로 이동되고 해당 회전형 결합링(112)의 원호형 요구(132)에 형성된 여러 정지구(132a)의 하나에 결합되므로서 그 회전이 순간적으로 감소되는 반면에 구동/피구동축의 회전운동은 영향받지 아니한다.

순방향 폴부재(134)의 제 2 돌출부(140)는 각 폴부재(134)의 제 2 단부(141)가 구동/피구동축(120)내의 직각면(145)에 대하여 접촉되어 있는 동안에 해당 회전형 결합링(112)의 외면(129)에 형성된 다른 요구(133)와의 결합으로 순간적으로 회전이 감소된다. 폴부재(134)의 제 2 단부 (141)에서 직각면(145)의 작용은 상기 폴부재(134)의 제 1 단부(139)가 방사상 내측으로 이동되도록 하고 기어휠(42)(80)의 내면(143)에 형성된 상대요구(142)로부터 분리되게하는 반면에, 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)는 해당 회전형 결합링(110)의 외면(129)에 형성된 요구(133)와 재결합하여 상기 회전형 결합링(110)이 이미 언급된 바와 같이 구동/피구동축(120)과 함께 회전토록 한다.

상기 언급된 힌지봉(137)을 중심으로 한 폴부재(134)의 측방향 운동은 이미 언급된 바와 같이 구동/피구동 축(120)으로부터 기어휠(42)(80)의 분리가 용이하도록 한다.

각 회전형 결합링(114)(116)에 대한 역방향 폴부재(134a)의 작동은 상기 언급된 방법과 유사한 방법으로 진행한다. 회전형 결합링(110) (112)(114)(116)이 중앙고정 축(118)을 따라 축방향으로 배열된 것은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 본 발명의 방법을 신속히 실현하는데 있으며 충분한 범위까지 인접한 회전형 결합링(110(112)(114)(116)이 순차적으로 작동될 수 있다. 예를들어, 가속하에 기어를 상향변속할 때 변속속도가 가장 중요하므로 상위기어의 순방향 폴부재(134)와 역방향 폴부재 (134a)는 가능한한 순차적으로 신속히 결합되어야 한다. 이와 같이, 가동솔레노이드 조립체(122)에 의하여 마주하는 제 1 의 두 회전형 결합링(110)(116)은 가동솔레노이드 조립체가 상위기어측으로 이동할 때 각각 순방향 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)와 역방향 폴부재(134a)의 제 2 돌출부에 일치 한다.

기어휠과 폴부재가 배치되는 축사이의 결합이 이루어지도록하는 폴부재가 상기 언급된 바와 같이 방사상 방식이 아닌 축방향 방식으로 수행된다. 또한 변속시스템(100)(106)과 함께 사용되는 엔진관리시스템은 엔진동력을 언로딩함으로서 부하가 감소되거나 무부하상태에서 결합과 해제가 이루어질 수 있도록 한다. 또한 엔진관리시스템은 전자장치이며 전기모터의 전력을 차단하거나 내연기관의 스타크(점화)를 차단하는데 이용될 수 있다. 또한 자동모드로 구성되는 엔진관리시스템과 함께 사용되는 잇점이 있다. 이러한 자동모드는 적어도 하나의 회전감지기와 가속위치를 결정하기 위한 감지기를 필요로 하는 것으로 예상된다. 예를들어 100 % 의 피크 rpm 에서 엔진관리자동부하는 기어의 상향변속을 요구할 것이다. 만약 악셀레이터가 완전히 오프위치에 있다면 하향변속이 결정될 것이다. 엔진 관리시스템은 충격과 잡음을 줄이기 위하여 가속중에 본 발명 변속시스템으로의 동력을 차단할 것이다. 폴부재를 작동시키는 예비수단이 주장치의 고장에 대비하여 제공될 수 있다.

이제 제 3 실시형태의 개선된 변속시스템의 제어방법에 대하여 설명키로 한다. 가동솔레노이드 조립체(122)의 위치선정은 프로그래머블 논리제어기(도시하지 않았음)의 제어하에 있는 스텝핑 모터(도시하지 않았음)에 의하여 제어된다. 프로그래머블 논리제어기는 가동솔레노이드 조립체(122)에 대한 전류의 흐름을 제어하여 작동핀(124)의 작동과 제 3 실시형태의 개선된 변속시스템의 부하를 제어한다.

사용자 또는 엔진관리시스템의 지시에 의하여 기어의 상향변속이 요구되는 상황에서, 프로그래머블 논리제어기는 중앙고정 축(118)의 공간부 (123)를 통한 스텝핑 모터에 의한 가동솔레노이드 조립체(122)의 운동이 작동핀(124)이 역방향 폴부재(134a)의 제 1 돌출부(138)에 일치하는 하위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되는 위치까지 이루어지도록 한다. 그리고 프로그래머블 논리제어기는 가동솔레노이드 조립체(122)를 통하여 전류가 흐르도록 함으로서 상기 언급된 기구에 의하여 역방향의 폴부재 (134a)가 분리되게 한다.

프로그래머블 논리제어기는 스텝핑모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)의 운동이 작동핀(124)이 순방향 폴부재(134)의 제 1 돌출부(138)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되고 상기 언급된 바와 같이 순방향 폴부재(134)에 결합하는 위치까지 이루어지도록 한다.

연속하여 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 순방향 폴부재(134)의 제 2 돌출부 (140)에 일치하는 하위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되고 이미 언급된 기구에 의하여 순방향 폴부재(134)가 분리되며, 또는 이러한 분리가 축(120)에 대하여 하위기어휠의 생대속도에 기초하여 순간적으로 일어나도록 하는 위치까지 이동한다.

끝으로, 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 역방향 폴부재(134a)의 제 2 돌출부(140)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되그 이미 언급된 기구에 의하여 역방향 폴부재(134a)에 결합되는 위치까지 이동되게 한다.

이와같이, 변속비의 변경은 동력원으로부터 부하로의 동력전달이 정지됨이 없이 이루어진다.

엔진이 제동될 때와 같이 사용자 또는 엔진관리시스템의 지시에 의하여 기어의 하향변속이 부하하에 역방향 폴에 의하여 요구되는 상황에서, 프래그래머블 논리제어기는 중앙고정축(118)의 공간부(123)를 통하여 스텝핑 모터에 의해 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 순방향 폴부재 (134)의 제 2 돌출부(140)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링과 정렬되는 위치까지 이동토록 한다. 그리고 프로그래머블 논리제어기는 전도체(126)를 통하여 전류가 고르도록하여 상기 언급된 기구에 의하여 순방향 폴부재(134)의 분리가 이루어질 수 있도록 한다.

그리고 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 역방향 폴부재(134a)의 제 2 돌출부 (140)에 일치하는 하위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되고 상기 언급된 기구에 의하여 역방향 폴부재(134a)에 결합되는 위치까지 이동토록 한다.

계속하여 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 역방향 폴부재(134a)의 제 1 돌출부 (138)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되고 상기 언급된 기구에 의하여 역방향 폴부재(134a)를 분리하거나 또는 이러한 분리가 축(120)에 대한 하위기어의 상대속도에 기초하여 순간적으로 이루어지도록 한는 위치까지 이동되도록 한다.

끝으로, 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 순방향 폴부재(134)의 제 1 돌출부(140)에 일치하는 하위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되고 상기 언급된 기구에 의하여 순방향 폴부재(134)에 결합되는 위치까지 이동되도록 한다.

역시 변속비의 변경이 동력원으로부터 부하로의 동력전달이 정지됨이 없이 이루어진다.

예를들어 추월하거나 언덕을 오를 때 사용자 또는 엔진관리시스템의 지시에 의하여 부하하에 기어의 하향변속이 순방향 폴부재(134)에 의하여 요구되는 상황에서, 프로그래머블 논리제어기는 스텝핑 모터에 의하여 중앙고정 축(118)의 공간부(123)를 통하여 가동솔레 중앙고정 축(118)의 공간부(123)를 통하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 역방향의 폴부재(134a)의 제 1 돌출부(138)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되는 위치까지 이동토록 한다. 그리고 프로그래머블 논리제어기는 가동솔레노이드 조립체(122)를 통하여 전류가 하르도록하여 상기 언급된 기구에 의하여 역방향 폴부재(134a)의 분리가 이루어지도록 한다.

동시에, 프로그래머블 논리제어기는 예를들어 클러치기구에 의하여 또는 내연기관에 대한 스파크를 차단함으로서 본 발명의 변속시스템에서 부하를 제거하며, 스텝핑 모터에 의하여 중앙고정 축(118)의 공간부(123)를 통하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 순방향 폴부재(134)의 제 2 돌출부(138)에 일치하는 상위기어(42)(80)의 회전형 결합링에 정렬되는 위치 까지 이동토록 한다. 그리고, 프로그래머블 논리제어기는 가동 솔레노이드 조립체(122)를 통하여 전류가 흐르도록 하여 순방향 폴부재(134)의 분리가 이루어지도록 한다.

프로그래머블 논리제어기는 스텝핑모터에 의하여 가동솔레노이드 조립체(122)가 작동핀(124)이 순방향 또는 역방향의 폴부재(134)(134a)의 제 1 돌출부(140)에 일치하는 하위기어(42)(80)의 회전형 결합링과 결합되는 위치까지 이동토록하며 상기 언급된 기구에 의하여 하위기어(42)(80)의 나머지 폴부재(134)(134a)가 결합되기전에 이러한 폴부재(134)(134a)가 결합되도록 한다.

끝으로, 프로그래머블 논리제어기는 본 발명의 개선된 변속시스템에 부하를 복원하고 동력원으로부터 우하로의 동력전달이 정지되는 것이 최소화 되는 상태에서 변속이 이루어지도록 한다.

본 발명의 기술분야에 전문가라면 본 발명의 범위내에서 수정이나 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (27)

1. 변속시스템에 있어서, 이 변속시스템이 하나 이상의 기어휠이 축의 둘레에 제공되고, 축 또는 각 기어휠에는 폴부재가 배치되며, 각 폴부재는 부분적으로 자석 또는 수압수단에 의하여 관통하는 축에 대하여 자유롭게 회전하는 기어휠 또는 기어휠을 관통하고 이 기어휠이 자유롭게 회전하는 축에 결합 및 분리되게 이동되고, 상기 각 기어휠 또는 축에 대한 폴부재의 결합으로 기어휠이 축과 함께 회전하게 되며, 상기 또는 각 폴부재는 대향면의 상대요구에 결합될 수 있게 배열되거나 또는 상기 각 폴부재가 폴에 대한 일측 방향만으로 상기 대향면의 회전중에 적극적으로 대향면에 결합토록 배치되어 있음을 특징으로 하는 변속시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 폴부재가 각 방향에서 대향면에 결합토록 배치됨을 특징으로 하는 변속시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 선단면에 결합하는 하나 이상의 폴부재가 제공되고, 상기 선단면은 상대요구의 축회전방향에 대하여 선도하는 면이며 상기 하나 이상의 폴부재가 전진폴임을 특징으로 하는 변속시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 후단면에 결합하는 하나 이상의 다른 폴부재가 제공되고, 상기 후단면은 상대요구의 축회전방향에 대하여 뒤따르는 면이며 상기 하나 이상의 다른 폴부재가 후진폴임을 특징으로 하는 변속시스템.
5. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 자석수단이 축내에 제공되는 가동자석을 포함하고 각 폴부재가 폴부재에 나란히 가동자석이 배치되므로서 폴부재가 가동자석에 의하여 배척되거나 흡인되고 대향면의 상대요구측으로 돌출되게 자화됨을 특징으로 하는 변속시스템.
6. 제 1 항 - 제 4 항의 어느 한 항에 있어서, 자석수단이 축내에 제공되는 가동전자석을 포함하고 폴부재에 나란히 가동전자석이 배치되므로서 폴부재가 작동되는 가동전자석에 의하여 배척되거나 흡인되고 대향면의 상대요구측으로 돌출되게 자화됨을 특징으로 하는 변속시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 가동전자석이 솔레노이드로 구성됨을 특징으로 하는 변속시스템.
8. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 한 쌍의 평행한 축을 가지고 각 축은 그 둘레에 평행한 축사이에 기어휠쌍을 형성하는 둘 이상의 기어휠에 제공됨을 특징으로 하는 변속시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 모든 기어휠쌍의 회전에 의하여 일어나는 마찰손실을 최소화하기 위하여 축에 대하여 기어휠쌍의 어느 기어휠도 고정되지 않음을 특징으로 하는 변속시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 기어휠쌍의 기어휠이 상기 축에 대하여 고정됨을 특징으로 하는 변속시스템.
11. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 각 축 또는 각 축과 그 둘레에 배치된 기어휠의 둘레에 제공된 케이싱 또는 하우징은 그 내부에 전자석의 어레이가 배치되어 있으며, 전자석의 어레이는 선택된 기어휠이 이를 관통하는 이들의 각 축에 선택적으로 결합토록 하나 이상의 전자석의 선택적인 작동이 이루어질 수 있도록 배치됨을 특징으로 하는 변속시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전자석의 어레이가 각 축내에 제공됨을 특징으로 하는 변속시스템.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 전자석 어레이의 작동을 제어할 수 있도록 프로그래머블 논리제어기(PLC), 마이크로프로세서, 컴퓨터 또는 엔진관리시스템이 제공됨을 특징으로 하는 변속시스템.
14. 제 1 항 - 제 10 항의 어느 한 항에 있어서, 각 축이 가동솔레노이드조립체가 내부에서 이동하는 중공형의 중심축과 폴부재가 회전가능하게 착설된 구동/피구동 회전축사이에 개재된 다수의 회전형 결합링으로 구성되고, 이 회전형 결합링은 기어휠에 선택적으로 결합할 수 있고, 가동솔레노이드조립체는 다수의 결합링의 하나의 회전을 순간적으로 저지할 수 있게 되어 있어 폴부재에 작용하고 선택된 기어휠을 결합 또는 해제할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 변속시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 각 기어휠이 4 개의 상기 회전형 결합링과 결합됨을 특징으로 하는 변속시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 4 개의 회전형 결합링으로 구성되는 쌍이 하나 이상의 상기 폴부재와 결합됨을 특징으로 하는 변속시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 인접한 쌍의 상기 회전형 결합링이 3 개의 상기 폴부재와 결합되고, 상기 구동/피구동 축의 둘레에 등간격을 두고 배열됨을 특징으로 하는 변속시스템.
18. 제 14 항 - 제 17 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 각 기어휠이 기어휠을 상기 구동/피구동 축에 결합토록 상기 폴부재의 선단변부와 결합하는 정지구가 형성된 하나 이상의 요구를 포함함을 특징으로 하는 변속시스템.
19. 제 16 항 - 제 18 항에 있어서, 상기 회전형 결합링 쌍의 하나가 순방향으로 정렬된 폴부재와 결합되고 상기 회전형 결합링 쌍의 다른 하나가 역방향으로 정렬된 폴부재와 결합됨을 특징으로 하는 변속시스템.
20. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 변속시스템이 크랭크와 후륜사이의 체인없는 구동축에 결합됨을 특징으로 하는 변속시스템.
21. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 작동기가 하나의 교합셋트에 기어휠쌍의 양 기어휠을 동시에 결합하고, 사용자에 의하여 다음의 기어가 선택될 때 다음의 교합된 기어휠쌍이 이를 관통하는 축에 대하여 결합함을 특징으로 하는 변속시스템.
22. 제 21 항에 있어서, 폴부재가 새로이 결합된 기어휠쌍이 해제되지 않을 때 타측 축에서 선행하여 결합되고 보다 느리게 회전하는 기어휠이 상기 축으로부터 해제되도록 구성되고 각 축에서 느리게 회전하는 기어휠이 축에 대하여 역회전할 때 평행한 축사이의 상이한 변속비가 회전중에 유지되지 않음을 특징으로 하는 변속시스템.
23. 전기 청구항의 어느 한 항에 청구된 바와 같은 변속시스템을 제어하는 방법에 있어서, 이 제어방법이 기어의 상향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 하위기어의 역방향 폴을 분리하는 단계, 상위기어의 순방향 폴을 결합하는 단계, 하위기어의 순방향 폴을 분리하거나 하위기어의 순방향 폴이 스스로 분리되게 하는 단계와, 상위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 변속시스템의 제어방법.
24. 제 1 항 - 제 22 항의 어느 한 항에 청구된 바와 같은 변속시스템을 제어하는 방법에 있어서, 이 제어방법이 감속 또는 과회전하에서 기어를 하향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 상위기어의 순방향 폴은 분리하는 단계, 하위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계, 상위기어의 역방향 폴을 분리하거나 상위기어의 순방향 폴이 스스로 분리되게 하는 단계와, 하위기어의 순방향 폴을 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 변속시스템의 제어방법.
25. 제 1 항 - 제 22 항의 어느 한 항에 청구된 바와 같은 변속시스템을 제어하는 방법에 있어서, 이 제어방법이 엔진의 제동시 가속하에 기어를 하향변속시 기어의 변경을 요구하는 단계, 예를 들어 클러치 또는 엔진점화의 제어에 의하여 개선된 변속시스템에 대한 동력을 차단하는 동안 상위기어의 역방향 폴을 결합하는 단계, 상위기어의 순방향 폴을 분리하는 단계와, 하위기어의 순방향 폴과 역방향 폴을 결합하는 단계로 구성됨을 특징으로 변속시스템의 제어방법.
26. 실시형태의 어느 하나를 참조하여 설명한 바와 같은 변속시스템.
27. 실시형태의 설명을 참조하여 기술된 바와 같은 변속시스템의 제어방법.