KR20020089678A - 무단변속장치 - Google Patents

Abstract

본발명은 입력축의 회전력을 무단으로 변속하여 출력축에 전달하는 무단변속장치에 관한것으로서, 작은 마찰력으로도 마찰차가 미끄럼없이 동작하도록함으로써 내구성을 확보하고, 압력펌프등 주변기기가 필요없도록하여 기기의 단순화를 꾀하며, 동력손실을 최소화하여 동력전달성능을 향상시키는데 그목적이있다.

입력기어(21)와 중간기어(23,24)사이에 입력전달기어(22)를 배치하여, 중간기어 (23,24)에 고정결합된 마찰차(25)가 구동력을 외주부마찰차(37)에 수직방향으로 작용하도록하고, 마찰차(25)의 회전력이 중간큰기어(24)와 출력전달기어(26)를 통해 출력기어(27)에 전달되도록하며, 입력기어(21)와 출력기어(27)까지의 기어비를 달리한상태에서, 마찰차(25)와 외주부마찰차(37)의 원주비를 조정판(38)으로 변경시킴으로해서 무단변속을 가능하게하였으며, 회전력의 작용방향을 마찰면과 평행한것이 아니라, 마찰면에 수직방향으로 작용하도록 함으로써, 작은 마찰력만으로도 동력전달이 이루어지게 됨으로, 종래의 무단변속기가 요구하는 과도한 마찰력을 작은 마찰력만으로도 동작할수있도록하여 내구성을 확보하고, 동력전달성능을 향상시킬수있게 된다.

Description

무단변속 장치{Continuously Variable Transmission}

본발명은 엔진, 모터등의 동력원으로 부터의 회전력을 무단변속하여 출력축에 전달함으로써 변속충격을 최소화하고, 동력전달성능을 향상시킬수 있도록한 무단변속장치에 관한것이다.

종래의 변속장치는 다수의 기어를 조합하여 여러단계로 나누어 변속하여야하는 관계로 별도의 클러치등의 부속장치들이 필요하여 전체적인 구조가 복잡해지고, 변속시 변속충격이 발생하게되는 문제점이 있었다.

상기한 기어식변속장치의 단점을해소하기위해 무단변속기가 개발돼었는데, 통상적으로 두개의 폴리에 벨트를 걸어 각각의 폴리의 지름을 변형시킴으로서 무단변속을하는 벨트드라이브식 무단변속기와 원추형태의 롤러마찰차를 서로밀착시켜 밀착된 롤러의지름에 따라 무단변속되는 트랙션드라이브식 무단변속기등이 개발돼어있다.

그러나 상기와 같은 종래의 무단변속장치에 있어서는 동력을 전달할수있는 충분한 마찰력을 확보하여야하는것이 관건인데 이를 위해 마찰차간의 과도한 압력을 요구하는 관계로 내구성의 문제와 마찰력부족으로 인한 슬립으로 동력의손실이 발생하며, 압력을 위한 압력펌프를 별도로 설치해서 전체적으로 구조의 복잡성을 가지는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 무단변속기의 과도한마찰력의 요구를 작은 마찰력만으로도 동작할수있도록하여 내구성을 확보하고, 동력전달성능을 향상시킬수있도록 한 무단변속장치를 제공하는것이다.

도 1은 본발명의 원리를 설명하기위한 1단계 개념도

도 2는 본발명의 원리를 설명하기위한 2단계 개념도

도 3은 본발명의 원리를 설명하기위한 3단계 개념도

도 4는 본발명의 원리를 설명하기위한 4단계 개념도

도 5는 본발명의 종단면도

도 6은 본발명의 횡단면도

도 7은 전체를 조립한 사시도

도 8은 도7의 사시도에서 일부를 절개한 사시도

도 9는 전체적인 분해조립도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 입력축 21 : 입력기어 22 : 입력전달기어

23 : 중간작은기어 24 : 중간큰기어 25 : 마찰차

26 : 출력전달기어 27 : 출력기어 28 : 출력축

29 : 중간축 30 : 전달기어지지판 31 : 중간축지지판

32 : 입력축지지판 34 : 보조지지판 36 : 균형막대

37 : 외주부마찰판 38 : 조정판 41 : 좌측하우징

이를 실현하기위하여 본기기의 구성을 설명하기전에 이론적인 바탕을 먼저 도1을 가지고 설명하면 고정된바닥(4)과 그위를 구를수있는 마찰차(3),마찰차에 힌지로 연결된막대(1,2)로 구성되어 있는데, 먼저, 오른쪽막대(1)를 화살표 방향으로 가상의 힘으로 누른다고 가정하면, 마찰차(3)는 시계방향으로 회전하면서, 우측방향으로 이동하게되고, 따라서 왼쪽막대(2)를 위로 밀어올리게된다.

다음단계로 오른쪽막대(1)를 점선의막대(1a)와 같이 경사지게하여, 경사진막대(1a)와 평행한 방향으로 가상의 힘(P)으로 누른다고 가정하면, 마찰차(3)는 첫번째단계에서 설명한것과달리 분력(p1,p2)이 발생하게 돼는데, 분력p2에의해 마찰차를 왼쪽으로이동시키게되는 힘이 발생하게돼나, 이힘(p2)이 마찰차(3)와 바닥(4)과의 마찰력이내의 범위에 있다면, 첫번째단계와마찬가지로 마찰차(3)는 바닥(4)에서 미끌어지지 않으면서 회전과 이동운동을하게된다.

결론적으로, 마찰차(3)와 바닥(4)과의 마찰력은 화살표방향으로 미는힘(p)을 전부 부담하는 마찰력이 필요한것이 아니라, 기울어진 화살표 각도 만큼 발생하는 분력(p2)만큼 부담하는 적은 마찰력만 확보한다면, 마찰차는(3)는 미끌어지지 않고 이동하게된다는것이다.

다음 도2로 넘어가서 큰원판(5)과 작은원판(9)이 도1과 같은형태의 마찰차위에 위치하고 있다고 가정할때, 큰원판(5)을 시계방향으로 회전시키면 오른쪽막대(6)는 아래로 눌리면서, 마찰차(7)를 시계방향으로 회전시키면서 우측으로 이동하려고하고, 더불어 왼쪽막대(8)를 위로 밀어 올리면서 작은원판(9)를 회전시키게된다.

이와같은 동작원리로 도3의 바닥(11)처럼 원판(5,9)의 중심점을 원점으로 둥그렇게해주면 큰원판(5)을 회전시킬경우 마찰차(7)는 원판(5,9)의 중심을 원점으로 회전이동하려는 힘이 생기게된다.

이상과 같은 동작원리를 바탕으로 원판(5,9)과 막대(6,8)를 회전운동을 할수있는 기어형태로 바꾸어줌으로써 연속적인 운동을 할수 있도록 한것이 도4이다.

도3과 도4를 연계하여 설명하면 도4에서 큰기어(12)는 큰원판(5), 작은기어(17)는 작은원판(9), 전달기어(13,16)는 막대(6,8)의 역할을하게되고, 마찰차 (15)에 결합돼어있는 중간기어(14)는 전달기어(13)의 회전을 마찰차(15)에 전달하는 역할을 하게돼며, 지지막대(18)는 각각의 기어들이 제위치를 잡을수 있도록해주는 역할을 하며, 외주부차찰차(19)는 도3의 바닥(11)과 같은 역할을 하도록 구성되었다.

동작을 설명하면, 큰기어(12)를 시계방향으로 회전시키면, 우측의 전달기어(13)가 회전하면서, 중간기어(14)와 결합된 마찰차(15)를 바깥방향으로 밀면서 회전시키는 힘을 발생시키게되고, 동시에 마찰차(15)는 외주부마찰차(19)의 곡면을 따라 이동하면서 중간기어(14)를 통해 좌측의 전달기어(16)를 회전시키게되며, 이 회전력이 작은기어(17)에 전달되게되는것이다.

이상태에서, 큰기어(12)를 입력회전으로 보고 작은기어(17)를 출력회전이라 보면 일종의 변속기가 되는것이며, 이변속기를 무단변속을하기위해서는 입력회전을하는 큰기어(12)와 출력회전을하게되는 작은기어(17)까지의 기어비를 달리한상태에서 외주부마찰차(19)와 마찰차(15)의 원주비를 변화시키게되면 무단변속이 되는것이다.

즉, 큰기어(12)를 회전시키게되면, 마찰차(15)의 이동거리와 회전수가 서로더해져서 작은기어(17)를 회전시키게되는데, 큰기어(12)와 작은기어(17)의 기어비가 다르므로 이동거리는 그대로전달돼고, 회전수는 두기어(12,17)의 기어비에 따라 결정되어 전달돼는데, 이상태에서 외주부마찰차(19)와 마찰차(15)의 원주비를 변화시키게되면, 마찰차(15)의 이동거리와 회전수 또한 변화하게되는데, 이동거리는 그대로 전달돼고, 회전수는 기어비에 따라 변화하게 되므로 무단변속이 이루어지게 된다.

예를들어 마찰차(15)의 이동거리가 0이고 회전수가 10일때 기어비에의해 회전수의 1.5배가 출력축에 전달된다면, 출력회전수는 0+(10*1.5)=15가 될것이며, 마찰차(15)의 원주비가 변화되어, 이동거리가 -10이되고 회전수가 20이된다면 -10+(20*1.5)=20이 된다는것이다.

이상과 같은 이론적인 바탕으로 외주부 마찰차에 수직방향으로 구동력이 작용하도록 기어들을 배치하고, 마찰차의 원주를 변화시킬수 있도록하여 무단변속이 가능하도록한 실시예를 도시한것이 도5에서 도9까지이며, 실시예의 구성을 도5와 도6을 중심으로 설명하면 다음과같다.

여기서, 도5는 도6에 단면표식되어 있는곳을 표현한것이며, 더불어 설명편의상 외주부마찰차(37)의 상부반원부분과 중간큰기어(24)의 우측반원부분을 일부 절개하였으며, 이는 점선으로 표현하였다.

입력기어(21)가 고정결합된 입력축(20)과 출력기어(27)가 고정결합된 출력축(28)이 베어링(44)으로 서로결합되어 있고, 원추형 마찰차(25)와 중간기어(23,24)가 고정결합된 중간축(29)이 있는데, 이 중간축(29)의 한쪽끝은 핀(33)으로써 관절운동하도록 결합돼어있는 중간축지지판(31)과 입력축지지판(32)으로써 입력축(20)에 지지돼어 회전돼도록 돼어있고, 중간축(29)의 다른 한쪽끝은 중간축(29)이 출력축(28)의 원점을 중심으로 바깥쪽으로 슬라이딩가능하도록 슬라이딩홈이 파여진 보조지지판(34)으로 출력축(28)에 지지돼어있으며, 또한 스프링(35)이 부착돼어, 중간축(29)을 바깥방향으로 밀어주어 중간축이 제위치를 잡도록 도와주는 역할을 하며, 더불어, 마찰차(25)의 마찰력이 부족할경우 압력을 주어 부족한 마찰력을 보조해줄수 있도록 구성되었다.

또한, 중간축(29)에는 전달기어지지판(30)이 베어링(44)으로 결합돼어 있는데, 전달기어지지판(30)의 한편에는 입력기어(21)와 중간작은기어(23)의 동력전달역할을 하는 입력전달기어(22)가 베어링(44)으로 결합돼어있고, 다른한편에는 중간큰기어(24)와 출력기어(27)의 동력전달역할을하는 출력전달기어(26)가 베어링 (44)으로 결합돼어 있으며, 입력기어(21)와 출력기어(27)는 기어를 경사가공하여 경사져서 배치된 전달기어(22,26)와 잘물릴수 있도록하였다.

그리고, 본기기가 작동시 중간축(29)이 입력축(20)을 중심으로 편심배치돼어 진동이 발생하게돼는데, 이를 방지하기위하여 입력축지지판(32)과 보조지지판 (34)은 균형막대(36)로서 서로 연결돼어있다.

그리고, 나사형태로 가공된면을 가진 좌측하우징(41)과 나사면에서 회전이동될수있도록 되어있는 외주부마찰차(37)가 결합돼어있고, 외주부마찰차(37)를 나사면을 따라 회전시켜 좌우로 이동시킬수 있도록 외주부마찰차(37)와 스플라인결합된 조정막대(40),조정막대(40)를 손이나 기구등으로 쉽게 회전시킬수있도록한 홈이 파여진 조정판(38)이 결합돼어 있으며, 조정판(38)은 링(39)에의해 위치를 고정하며, 좌우하우징(41,42)은 연결볼트(43)에 의해 합체된다.

이상 실시예에 대한 구성설명을 마치고 그 작용에 대해 설명하면, 먼저 엔진,모터등과같은 동력원으로부터의 회전력을 입력축(20)에 전달받아 입력축(20)을 도5를 기준으로 했을때 반시계방향으로 회전시키게되면, 입력기어(21)가 회전하면서, 입력전달기어(22)를 회전시키게되고, 동시에 중간작은기어(23)를 바깥쪽으로 밀면서 회전하는 힘을 발생케한다.

따라서, 중간작은기어(23)에 연결된 마찰차(25)를 바깥쪽으로 밀면서 회전시키는 힘이 발생하게되고, 이로인해 마찰차(25)와 중간작은기어(23) ,중간큰기어 (24)는 중간축(39)을중심으로 반시계방향으로회전하면서, 뭉치전체(23,24,25)가 마찰차(22)와 외주부마찰차(37)의 마찰력으로 인해 입력축(20)을 중심으로 시계방향으로 위성이동하게되고, 마찰차(25)의 회전력과 뭉치전체(23,24,25)의 이동거리가 합해져서 중간큰기어(24)에의해 출력전달기어(26)를 통해 출력기어(27)에 전달돼어 최종적으로 출력축(28)을 회전시키게된다.

그리고 변속은 조정판(38)을 돌려서 외주부마찰판(37)을 좌우로 이동시켜, 외주부마찰판(37)이 마찰차(25)의 작은직경 또는 큰직경부분에 접촉하여 원주거리비를 변화시킴으로써 엔진으로부터의 구동력을 무단으로변속하여 출력축(28)으로 동력전달이 이루어지게 되는것이다

이상에서와 같이 본 발명은 무단변속수단으로 마찰차와 기어를 이용하여, 회전력의 작용방향을 마찰면과 평행한것이 아니라, 마찰면에 수직방향으로 작용하도록 함으로써, 작은 마찰력만으로도 동력전달이 이루어지게 됨으로, 종래의 무단변속기가 요구하는 과도한 마찰력을 작은 마찰력만으로도 동작할수있도록하여 내구성을 확보하고, 동력전달성능을 향상시킬수있게 된다.

Claims (3)

1. 입력기어(21)가 고정결합된 입력축(20)에 베어링(44)으로 결합된 입력축지지판(32)과;

   출력기어(27)가 고정결합된 출력축(28)에 베어링(44)으로 결합된 스프링(35)이 부착되어있는 보조지지판(34)과;

   입력축지지판(32)과 핀(33)으로 결합돼어있는 중간축지지판(31)과;

   중간축지지판(31)과 보조지지판(34)에의해 지지된 중간축(29)에 고정결합돼어있는 중간작은기어(23),중간큰기어(24),마찰차(25)와;

   중간축지지판(31)과 보조지지판(34)에 각각 고정된 균형막대(36)와;

   중간축(29)과 베어링(44)으로 결합된 전달기어지지판(30)과;

   전달기어지지판(30)에 베어링(44)으로 결합돼고 입력기어(21)와 중간작은 기어(23)를 서로 동력연결하는 입력전달기어(22)와

   전달기어지지판(30)에 베어링(44)으로 결합돼고 중간큰기어(24)와 출력기어(27)를 서로 동력연결하는 출력전달기어(26)와;

   입력축(20)과 출력축(28)을 각각 베어링(44)으로 지지하고, 서로 연결볼트(43)으로 결합돼어있는 우측하우징(42)과 좌측하우징(41)과;

   내부에 나사산이 형성된 좌측하우징(41)에 결합된 외주부마찰차(37)와;

   외주부마찰차(37)를 조정막대(40)로서 회전시켜 좌우로 이동시키기위한 조정판(38)을;

   포함하여 이루어짐을 특징으로하는 마찰차와 기어를 이용한 무단변속장치
2. 제1항에 있어서, 각기어들(21,22,23,24,26,27)이 입력기어(21)에서의 회전수가 출력기어(27)에서 달리 출력되도록 기어비를 달리하여 가공한 기어들을 갖고, 전달기어(22,26)에 의해 마찰차(25)가 외주부마찰차(37)에 대해 수직방향으로 구동력이 작용하도록 배치한 구조를 가진것을 특징 으로하는 마찰차와 기어를 이용한 무단변속장치
3. 제1항에 있어서, 마찰차(25)는 원추형의 형상으로 이루어지며, 외주부마찰차(37)와 선접촉하면서, 회전과 동시에 외주부마찰차(37)의 원점을 중심으로 위성이동하는 구조를 가진것을 특징으로하는 마찰차와 기어를 이용한 무단변속장치