KR20050086134A - 링크를 이용한 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재 사용되고 있는, 벨트가 걸리는 풀리의 직경을 가변시키는데 있어서 원추형 풀리를 사용할 것이 아니라 링크를 이용하여 주동부와 종동부의 회전비를 가변하는 것으로, 본 발명에서의 풀리는 기존풀리의 쓰임과 달리 링크의 제어와 지지역할을 하고, 각각의 종동링크(follower link)에 벨트가 걸려서 회전축을 중심으로 종동링크의 고유운동궤도에 따라 원의 직경을 변화시킬 수 있는 구조로 형성시켜 발명된 벨트 및 체인 구동식 무단변속기에 관한 것이다

이에 따른 본 발명은 먼저 구동축(11)에 지지풀리[support pully](1)가 결합된 구조와;

회전축(13)은 제어풀리[control pully](3)와 결합된 구조(여기서 구동축과 회전축은 동심이다)와;

회전축에는 제어풀리의 회전각을 제어하고, 지지풀리와 제어풀리의 간격을 유지시키는 역할을 하는 제어와셔(15)가 결합되어있는 구조와;

지지풀리에는 종동링크[follower link](7)가 결합되어 있고 제어풀리와 종동링크는 연결링크[couple link](5)로 연결되어 있는 구조;

로 구성 된다.

Description

링크를 이용한 무단변속기{Auto Transmission by linkage}

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반적으로 사용되고 있는 벨트구동방식의 무단변속기에 있어서, 먼저 구동축(11)에 지지풀리[support pully](1)가 결합 되고, 회전축(13)은 제어풀리[control pully](3)와 결합 되고(여기서 구동축과 회전축은 동심이다), 회전축에는 제어풀리의 회전각을 제어하고 지지풀리와 제어풀리의 간격을 유지시키는 역할을 하는 제어와셔(15)가 결합되고, 지지풀리에는 종동링크[follower link](7)가 결합되어 있고 제어풀리와 종동링크는 연결링크[couple link](5)로 연결되어 있는, 풀리에 연결된 다수의 링크가 이루는 원의 직경 변화에 따라 마찰 손실 없이 무단 변속이 이루어지도록 하는 무단변속기에 관한 것이다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 무단변속기는 종래의 수동변속기나 유성기어를 이용한 자동변속기, CVT:(continuously variable transmission)라 불리는 벨트방식의 무단 변속기가 있다. 이중 무단변속기는 종동부에 걸리는 부하에 맞추어 단수 없이 부드럽게 변속을 이루는 장치로 최근의 재료기술의 발달로 각광받고 있는 장치이다.

무단 변속기에는 여러 구동방식이 있는데 그 중 벨트 구동방식이 가장 선호되고있다. 비교적 간단하고 저렴하게 구현이 가능하기 때문이다. 그러나 이러한 벨트구동방식에는 적지 않은 문제점이있다. 대부분 문제의 원인은 무리한 마찰이다. 변속시에 커다란 마찰열이 발생하기 때문에 이를 위한 별도의 냉각장치가 있어야 장치의 원활한 작동이 이루어진다. 또한 변속시 풀리의 직경을 제어하기 위해 여러가지 제어부가 필요하게 되어 장치가 복잡해지는 경향이 있다.

따라서 본 발명은 상기 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 벨트가 걸리는 풀리의 직경을 가변하는 것이 아니라 풀리와 연결된 링크가 이루는 원의 직경을 변화시킬 수 있는 링크 구조의 간단한 장치로 힘을 원하는 방항으로 거의 마찰없이 변환하여 전달할 수 있는 링크를 이용한 무단 변속기를 제공함에 있다. 다시 말해서, 동력전달 효율이 높은 링크를 이용한 무단 변속기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구동축(11)에 지지풀리[support pully](1)가 결합된 구조와;

회전축(13)은 제어풀리[control pully](3)와 결합된 구조(여기서 구동축과 회전축은 동심이다)와;

회전축에는 제어풀리의 회전각을 제어하고, 지지풀리와 제어풀리의 간격을 유지시키는 역할을 하는 제어와셔(15)가 결합되어있는 구조와;

지지풀리에는 종동링크[follower link](7)가 결합되어 있고 제어풀리와 종동링크는 연결링크[couple link](5)로 연결되어 있는 구조;

로 구성 되는 특징을 갖는다.

도2는 본 고안의 기본 구성요소인 풀리와 축, 링크의 결합을 나타내고 있다. 먼저 구동축(11)에 지지풀리[support pully](1)이 결합되어있고, 회전축(13)은 제어풀리[control pully](3)과 결합된다. 여기서 구동축과 회전축은 동심이다. 회전축에는 제어풀리의 회전각을 제어하고, 지지풀리와 제어풀리의 간격을 유지시키는 역할을 하는 제어와셔(15)가 결합되어있다. 지지풀리에는 종동링크[follower link](7)가 결합되어 있고 제어풀리와 종동링크는 연결링크[couple link](5)로 연결되어 있는 모습이다. 위의 결합상태는 도면7의 분해도를 참고하면 알기 쉽다.

도3과 도4를 보면 제어풀리와 지지풀리 사이의 회전각도의 변화에 따라 종동링크가 형성하는 원의 직경이 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 제어풀리의 회전각을 제어함으로서 구동부의 회전직경을 제어할 수 있는 것이다.

여기서 종동링크의 개수는 임의적이다. 원활한 회전을 위해서는 종동링크의 개수가 많을 수록 좋겠지만, 이는 설계에 따라 유동적일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

이러한 무단변속원리를 실현하기 위해서는 다음과 같이 고려 해야할 사항들이 있다.

1)제어풀리의 회전각을 어떻게 제어할 것인가.

2)종동링크와 벨트의 동력전달을 어떻게 효과적으로 할것인가.

3)종동링크에서 벨트와 닿는 끝부분의 강도를 어떻게 확보할 것인가.

제어풀리의 회전각을 제어하기 위해 웜기어나 랙/피니언기어를 이용한 제어 방법이 있다 도면7의 분해도를 보면 회전축과 연결이된 제어와셔 부분에 기어를 장치하여 제어풀리의 회전각의 제어가 가능하게 된다. 이는 스텝모터를 이용한 정밀제어에 적합한 방법이라 할 수 있다.

두번째 제어 방법으로는 원심력을 이용한 제어를 생각할 수 있다. 이 때는 회전부에 적합한 변속장치의 고안이 필요하다. 그러한 회전부의 변속장치를 도5와 도6 에서와 같이 고안하였다. 기존의 변속장치와 유사하나 기존의 종동링크가 아닌 질량체가 부착된 종동링크[follower link with mass](17)로 대체된 형태이다. 이는 회전부의 회전속도에 따라서 저절로 종동링크가 이루는 원의 직경이 변화하게 된다. 도7과 도8의 분해도를 비교하면 차이를 잘 알 수 있다.

장치의 원리에대한 설명의 편의상 원심력에 의해 제어되는 변속기를 종동부에 두었다. 하지만, 이는 설계의도에 따라 주동부에 놓일 수도 있다. 주동부의 변화에 맞게 종동부에 장치된 종동링크가 이루는 원의 직경도 변화해야한다. 이를 위해서 제어와셔에 스프링이나 토션바를 이용하여 종동부의 제어풀리가 한쪽방향으로 힘이 가해져 회전하도록 한다면, 이에 연결된 종동링크가 이루는 원의 직경은 별다른 제어장치 없이 주동부의 원심력에 의해 제어되는 종동링크가 이루는 원의 직경에 맞게 정확히 변화 될 수 있다. 이때 벨트의 장력은 도7과 도8에서와 같이 각 축에 부착된 제어와셔의 스프링이나 토션바의 크기와 방향을 조절하여 벨트의 장력도 제어할수 있다.

이러한 고안은 도11와 도12에서 보는 것과 같이 장치할 수 있다. 도11은 저속시에 구동부와 종동부의 모습을 나타내고 있다. 구동부와 종동부의 회전비가 거의 비슷하기 때문에 큰 힘을 전달할 수 있다. 도12는 고속시의 모습을 나타내고 있다. 주동부의 종동링크가 이루는 원의 직경이 종동부보다 크기때문에 고속회전이 가능하다.

[실시예2]

위와 같은 장치에 의한 동력의 전달에 있어서 기존의 마찰력에 의한 동력전달에는 한계가 있다. 벨트와 종동링크의 끝부분(19)의 접촉면이 너무 좁기 때문이다. 그러므로 동력전달의 효율을 높이기 위해 홈이 있는 체인벨트나 체인의 사용이 필요하다.

연구결과, 벨트의 장력은 홈이 있는 체인벨트나 체인을 이용하여 동력을 전달할 경우 종동링크 끝(19)의 원통면이 작고 벨트나 체인의 홈이 촘촘할수록 부드러운 변속이 가능하다. 그러나 벨트와의 접촉면이 줄어들어 동력전달율이 떨어지게 된다. 이는 설계 목적에 따라서 각 축의 제어와셔에 의한 벨트의 장력을제어 하거나 종동링크의 개수를 조정해서 극복할 수 있다.

변속장치의 사용용도에 따라서 물론 장치의 크기나 무게에 구애받지 않는 설계를 한다면 종동풀리의 끝부분(19)를 원통면이 아닌 원주면으로 하여 벨트와 의 접촉면을 늘려 일반벨트를 사용해서 동력 전달의 효율을 높일 수도 있다.

[실시예3]

앞에서 언급한 종동링크의 핀(19)의 직경이 작을수록 원활한 변속이 이루어진다고 했는데 이는 또한 동력이 전달되면서 응력이 집중되는 부분이기 때문에 강도를 확보해야한다. 이를 위해서 고안된 무단변속 장치의 대칭된 부분을 만들어 보완한다. 이는 구동부인 도9와 종동부인 도10를 보면 알 수 있다. 이런 구조인 경우 같은 재질이라도 좀 더 큰 응력을 받을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

종래의 장치는 커다란 마찰에 의한 발열을 방지하기 위한 냉각장치가 필요하고, 마찰을 고려한 설계로 부품단가가 상승하며, 풀리의 직경제어를 위한 복잡한 제어장치를 필요로 했다. 본 발명으로 인한 효과는 다음과 같다..

첫째로, 벨트와의 접촉면이 줄어 마찰이 작아진다. 이에 따른 별도의 냉각장치가 필요 없다. 또한 링크의 궤적이 축에 대해 직선이 아닌 원호를 그리기 때문에 변속시 마찰을 줄일 수 있어 부드러운 변속이 가능하다. 즉, 병마개를 수직으로 당기면 어렵지만, 마개를 비틀어서 당기면 쉽게 빠지는 원리와 같다.

둘째로, 단순한 제어방식이다. 제어링크의 회전각을 조절하여 주동부의 회전직경을 제어할 수 있다. 이는 기존의 제어 방식에 비해 간단하며, 제작비도 그만큼 저렴할 수 있다. 제어풀리의 회전각의 조절만으로 여러 개의 종동풀리를 일정하게 움직일수 있어 간단한 제어로 일정한 선속도를 유지할수 있다

셋째로, 장치가 단순하고, 설계의 제한이 적어 다양한 적용이 가능하다. 이는 설계의도에 따라서 기존에 무단변속기를 달기 어려웠던 자전거나 미니스쿠터에 부착할 수 있다.

도1 및 도2는 본 발명에 따른 벨트구동식 무단변속기 원리를 설명하기 위한 주동부(driver part) 도면 (도1)과 상세도 (도2), 도3은 종동링크가 이루는 원의 최대직경을 이룰때의 모습 및 도4는 그 원이 최소를 이룰때의 모습을 도시한 사시도 이다.

도5 및 도6은 본 발명에 따른 벨트 및 체인 구동식 무단변속기 원리를 성명하기 위한 종동부(driven part) 도면 (도5)과 상세도 (도6) 이다.

도7과 도8은 본 발명의 한 실시예의 주동부 분해도 (도7) 및 종동부 분해도 (도8) 이다.

도9와 도10은 본 발명의 다른 실시예의 주동부 상세도 (도9) 및 종동부 상세도(도10) 이다.

도11과 도12는 본 발명의 또다른 실시예로 저속시 측면도 (도11) 및 고속시 측면도 (도12)를 도시한 사시도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 지지풀리[support pully]

3 : 제어풀리[control pully]

5 : 연결링크[couple link]

7 : 종동링크[follower link]

9 : 벨트나 체인

11 : 구동축

13 : 회전축

15 : 제어와셔

17 : 질량체가 부착된 종동링크[follower link with mass]

19 : 종동링크끝의 핀

Claims (5)

1. 구동축(11)에 지지풀리[support pully](1)가 결합된 구조와;

   회전축(13)은 제어풀리[control pully](3)와 결합된 구조(여기서 구동축과 회전축은 동심이다)와;

   회전축에는 제어풀리의 회전각을 제어하고, 지지풀리와 제어풀리의 간격을 유지시키는 역할을 하는 제어와셔(15)가 결합되어 있는 구조와;

   지지풀리에는 종동링크[follower link](7)가 결합되어 있고 제어풀리와 종동링크는 연결링크[couple link](5)로 연결되어 있는 구조; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 링크를 이용한 무단 변속기
2. 청구항 1에 있어서, 주동측의 동력을 종동측에 전달하는 변속기에는, 주동부(11)에 의해 회전하는 지지풀리(1)와 그에 부착된 종동링크(7,17), 회전축(13)에 의해 회전하는 제어풀리(3), 이를 연결하는 연결링크(5)로 구성되며, 상기의 제어풀리의 회전각의 제어로 링크운동에 의해 종동링크의 끝부분(19)이 이루는 원의 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 링크를 이용한 무단변속기.
3. 청구항2에 있어서, 회전부의 제어풀리가 원심력에 의해 제어되고, 다른 편 회전부의 제어풀리가 스프링이나 토션바에 의한 탄성에 의해서 제어되는 것을 특징으로하는 링크를 이용한 무단변속기.
4. 청구항3에 있어서, 제어풀리가 기어에 의해서 제어되는것을 특징으로 하는 벨트 및 체인 구동식 무단변속기.
5. 청구항 1~4중 어느 한 항에 있어서, 상기 고안된 장치와 대칭으로 이루어져 장치의 강도를 보완하는 것을 특징으로 하는 벨트 및 체인 구동식 무단변속기.