KR20050117528A - 연속가변식 트랜스미션 - Google Patents

연속가변식 트랜스미션 Download PDF

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KR20050117528A
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도날드 씨 밀러
데이비드 제이 앨런
로버트 에이 스미스손
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폴브룩 테크놀로지즈 인크
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Abstract

본 발명에 따르면, 복수개의 경사사볼(1), 입력디스크(34) 및 출력디스크(101)를 구비하는 변속트랜스미션은 그 변속비의 범위에 걸쳐 무한한 속도조합을 제공하는 것을 설명하고 제안한다. 유성기어장치의 사용은 최소속도가 역으로 되도록 하고, 트랜스미션의 독특한 기하학적 구성은 모든 동력경로를 동축을 이루도록 하여 유사한 변속비 범위를 달성하는 트랜스미션에 비하여 트랜스미션의 전체 크기 및 복잡성을 감소시킨다.

Description

연속가변식 트랜스미션{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은 크게 트랜스미션(transmission)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속가변식 트랜스미션에 관한 것이다.
연속가변식 트랜스미션(continuously variable transmission)을 제공하기 위하여, 토크입력디스크(torque input disc)와 토크출력 디스크 사이의 하우징에 지지되는 마찰롤러(traction roller)를 통해 동력이 전달되는 다양한 마찰롤러방식 트랜스미션이 개발되었다. 이러한 트랜스미션에서, 상기 마찰롤러는 지지 구조체에 장착되어, 피벗(pivot)시 요구되는 변속비(transmission ratio)에 따라 변화하는 직경(varying diameter)의 써클(circle)형태로 상기 마찰롤러는 토크 디스크와 결합된다.
그러나 이러한 종래의 해결방식에서의 성과는 한계가 있다. 예를 들면, 그 해결방안의 하나로, 가변가능하도록 조절가능한 변속비를 갖는 차량용 구동허브(driving hub)가 제안되었다. 이러한 방법은 두 개의 이리스 플레이트(iris plate)의 사용을 제안하고 있는데, 마찰롤러의 각 측면 상의 하나의 이리스 플레이트는 상기 마찰롤러의 각 회전축을 틸팅(tilting)시킨다. 그러나 이러한 이리스 플레이트의 사용은 트랜스미션이 변속하는 동안 그 이리스 플레이트를 조절하기 위하여 요구되는 매우 많은 부품들로 인하여 매우 복잡해 질 수 있다. 이러한 트랜스미션을 갖는 다른 어려움은 각 롤러에 대하여 고정되도록 구성되는 가이드링(guide ring)을 구비함으로 인한 것이다. 상기 가이드링이 고정되기 때문에, 각 마찰롤러의 회전축을 이동시키는 것은 어려움이 있다.
앞의 디자인보다 개선된 예로서, 입력디스크 및 출력디스크가 회전하는 샤프트(shaft)를 포함하는 것이다. 상기 입력디스크 및 출력디스크는 모두 샤프트에 장착되고, 상기 샤프트에 대하여 반경방향으로 등간격 배치되는 복수개의 볼(ball)과 접촉한다. 상기 볼은 두 디스크와 마찰접촉하며, 입력디스크로부터 출력디스크로 동력을 전달한다. 상기 샤프트 위에 동심으로 배치되고, 상기 볼들 사이에 배치되는 아이들러(idler)는 입력디스크와 출력디스크에 대한 마찰접촉을 제공하기 위하여 볼이 분리되도록 유지시키는 힘을 제공한다. 이러한 디자인에서의 해결방안의 한계는, 트랜스미션의 속도비가 변화됨에 따라, 볼에 대한 충분한 마찰접촉으로 입력디스크와 출력디스크를 유지시키도록 통상의 접촉력으로서 작용하는 축력(axial force)을 발생시키고 적절히 제어할 수 있는 수단을 구비하지 않고 있다는 것이다. 롤링 구동(rolling traction)의 연속가변식 트랜스미션은 변속마찰볼 상에서 구동 및 종동회전부재가 슬립(slip)되는 것을 방지하기 위하여 저속에서 보다 큰 축력을 필요로 하기 때문에, 고속비(high speed ratio) 및 입력속도와 출력속도가 동일한 때의 1:1 비율(1:1 ratio)에서 과도한 힘이 가해진다. 이러한 과도한 축력은 효율을 저하시키고, 적정량의 힘이 소정 특정 기어비에 대하여 가해지는 경우보다 변속이 현저히 빨라지지 못하게 된다. 또한 이러한 과도한 힘은 변속 전환을 보다 어렵게 하는 문제점이 있다.
도1은 본 발명의 일실시예의 트랜스미션이 높은 변속비로 변환된 상태를 나타낸 측단면도.
도2는 도1의 트랜스미션가 낮은 변속비로 변환된 상태를 나타낸 측단면도.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 트랜스미션의 일단부를 나타낸 단면도.
도4는 도1의 트랜스미션의 아이들러 및 램프 서브조립체(sub-assembly)을 개략적으로 나타낸 부분 단면 사시도.
도5는 도1의 트랜스미션의 볼 서브조립체를 개략적으로 나타낸 사시도.
도6은 도1의 트랜스미션의 시프트로드 서브조립체를 개략적으로 나타낸 사시도.
도7은 도1의 트랜스미션의 케이지 서브조립체를 개략적으로 나타낸 사시도.
도8은 도1의 트랜스미션의 출력디스크를 나타낸 단면사시도.
도9는 도1의 트랜스미션을 개략적으로 나타낸 단면사시도.
도10은 도1의 트랜스미션의 축력발생장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 일부 단면 사시도.
도11은 도1의 트랜스미션의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도12는 도11의 트랜스미션의 케이지 서브조립체를 개략적으로 나타낸 부분 단면 사시도.
도13은 도11의 트랜스미션의 축 부근으로부터 바라본 다른 결합해제장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도14는 도11의 트랜스미션의 상부 외측으로부터 중앙측으로 바라본 다른 결합해제장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도15는 도11의 트랜스미션의 축력발생장치 서브조립체의 일부분을 개략적으로 나타낸 사시도.
도16은 도1의 트랜스미션의 변환장치를 나타낸 단면도.
도17은 두 개의 변환장치를 갖는 도1의 트랜스미션의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 단면도.
도18은 도17의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 트랜스미션의 일단부 단면도.
도19는 도17의 트랜스미션의 사시도.
도20은 도17의 트랜스미션의 이리스 플레이트의 사시도.
도21은 도17의 트랜스미션의 고정체의 사시도.
도22는 도17의 트랜스미션의 다른 케이지를 나타낸 부분 단면 사시도.
도23은 도5의 볼/레그 조립체의 홈을 갖는 볼을 나타낸 구성도.
도24는 도5의 볼/레그 조립체의 다른 레그를 나타낸 구성도.
도25는 도1 및 도17의 트랜스미션의 시프트 가이드에 대한 볼록곡면을 형성하도록 사용되는 적용가능한 기하학적 관계를 나타낸 볼 및 레그 조립체의 개략도.
도26은 도1 및 도17의 트랜스미션의 시프트 가이드에 대한 볼록곡면을 형성하도록 사용되는 적용가능한 기하학적 관계를 나타낸 경사방향에서의 볼 및 레그 조립체의 개략도.
도27은 도1 및 도17의 트랜스미션의 시프트가이드에 대한 볼록곡면을 형성하도록 이용되는 소정의 기하학적 관계를 나타낸 볼록곡면의 개략도.
도28은 유성기어세트로서의 기능을 나타낸 도1의 트랜스미션의 개략도.
도29는 제1비율에서의 세 개의 유성기어를 나타낸 도1의 트랜스미션의 개략도.
도30은 제2비율에서의 세 개의 유성기어를 나타낸 도1의 트랜스미션의 개략도.
도31은 제3비율에서의 세 개의 유성기어를 나타낸 도1의 트랜스미션의 개략도.
도32는 출력측과 평행 동력경로에서 유성기어세트와 결합된 도1의 트랜스미션을 나타낸 개략도.
도33은 입력측과 평행 동력경로에서 유성기어세트와 결합된 도1의 트랜스미션을 나타낸 개략도.
도34는 출력측에서 유성기어세트와 결합된 도1의 트랜스미션을 나타낸 개략도.
도35는 입력측에서 유성기어세트와 결합된 도의 트랜스미션을 나타낸 개략도.
도36a 내지 도36c는 하나의 입력토크를 이용하고, 두 개의 출력토크 동력원을 제공하는 가변식 트랜스미션의 실시예를 각각 나타낸 측단면도, 사시도, 및 개략도.
도37a는 출력디스크가 회전허브의 일부분으로 이루어지는 연속가변식 트랜스미션의 다른 실시예를 나타낸 측단면도.
도37b는 출력디스크가 고정허브의 일부분으로 이루어지는 연속가변 트랜스미션의 다른 실시예를 나타낸 측단면도.
도38은 다른 볼 축의 측면도.
도39a는 본 발명의 트랜스미션의 실시예에 대하여 다른 축력발생장치를 나타낸 측단면도.
도39b 및 도39c는 각각 다른 축력발생장치의 스크류를 나타낸 사시도 및 측단면도.
도40a는 도39의 다른 축력발생장치와 사용되기 위한 다른 연동조립체를 나타낸 구성도.
도40b는 도40a의 링크조립체가 연장된 형태를 나타낸 구성도.
따라서 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 변속비의 기능으로서 제공되는 힘을 변화시키는 개선된 축방향 부하발생 시스템을 갖는 연속가변식 트랜스미션을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하에서 나타내고 설명되는 시스템 및 방법은 여러 특징을 구비하는 것으로 , 요구되는 특성에 대하여 전용적으로 적용되는 것만은 아니다. 이하의 설명에 의하여 표현된 범위로 한정되는 것은 아니며, 보다 중요한 특성에 대하여 개괄적으로 설명한다. 이러한 논점을 고려해 볼 때, 구체적이고 바람직한 실시예의 상세한 설명"을 살펴보면, 본 시스템 및 방법이 종래의 시스템 및 방법보다 여러 작용효과를 어떻게 제공하는 것인지 이해할 수 있다.
제1관점에 있어서 제안된 연속가변식 트랜스미션은, 장축; 상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼; 상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크; 상기 입력디스크와 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉되는 회전출력디스크; 상기 장축에 대하여 동축으로 실질적으로 일정한 외경을 구비하고, 상기 각 볼의 내측으로 위치되며, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러; 및 상기 장축에 대하여 동축으로 장착되는 유성기어장치를 포함한다.
또한 상기 변속 트랜스미션의 실시예는, 상기 볼이 상기 유성기어장치에 의하여 제공되고, 동축으로 이루어지는 둘 이상의 동력경로로부터 전달되는 토크성분을 합하는 것을 제안한다. 또한 다른 실시예로, 상기 아이들러 또는 출력디스크 중 적어도 하나는 상기 유성기어장치에 입력토크를 제공한다.
다른 관점에서 제안된 변속 트랜스미션에서, 상기 유성기어장치는, 상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 반경방향 내측으로 향하는 기어치를 구비하는 링기어; 상기 링기어 내에서 상기 장축에 대하여 동축으로 분산배치되고, 상기 링기어와 치합되며, 상기 장축으로부터 멀어지는 반경방향으로 위치되는 각각의 유성축에 대하여 회전되는 복수개의 유성기어; 상기 유성기어가 각각 회전되는 복수개의 유성샤프트; 상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 상기 복수개의 유성기어의 반경방향 내에 구비되고, 상기 각 유성기어와 치합되는 태양기어; 및 상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 상기 유성샤프트를 지지하고 위치결정하도록 하는 유성캐리어를 포함한다.
또한 소정의 실시예에서, 상기 볼의 축을 정렬시키고 경사가능하게 하며, 상기 볼의 각도 위치 및 반경 위치를 유지하도록 하는 케이지를 더 포함한다. 소정의 실시예로, 상기 유성캐리어에는 입력토크가 제공되고, 상기 유성캐리어는 상기 입력디스크와 결합되고, 상기 태양기어는 케이지와 결합되고, 상기 링기어는 고정되고 회전하지 않으며, 상기 출력디스크에 의하여 출력토크가 제공된다.
다른 관점에서, 상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 아이들러 및 상기 출력디스크 사이에 마찰력을 증가시키는 축력을 발생시키도록 본 설명에서 제안된 트랜스미션의 실시예와 함께 사용되기 위한 축력발생장치가 제안된다. 소정의 실시예로, 상기 축력발생장치에서 발생된 축력량은 변속비의 기능으로 작용한다. 다른 실시예로, 상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 출력디스크, 및 상기 아이들러 각각은 마찰증가코팅재료로 코팅된 접촉면을 구비한다. 소정의 실시형태에 있어 상기 코팅재료는 세라믹 또는 서멧(cermet)으로 이루어진다. 다른 실시형태로, 상기 코팅은, 질화규소, 탄화규소, 무전해 니켈, 전기도금 니켈, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진다.
또 다른 관점에서 제안된 변속 트랜스미션은, 장축; 상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼; 상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크; 상기 입력디스크에 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉하는 고정 입력디스크; 일정한 외경을 가지며, 상기 각 볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러; 상기 볼의 반경방향 위치 및 축방향 정렬을 유지시키고, 상기 장축에 대하여 회전가능한 케이지; 및 상기 아이들러로부터의 출력토크를 제공받고, 출력토크를 전달하도록 하는 아이들러 샤프트를 포함한다.
또 다른 관점에서 제안된 변속 트랜스미션은, 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되 복수개의 제1 및 제2볼; 제1 및 제2회전입력디스크; 상기 장축과 동축을 이루고, 상기 제1 및 제2입력디스크와 연결되는 입력샤프트; 상기 제1 및 제2볼 사이에 위치되고, 상기 각 제1 및 제2볼과 접촉되는 회전출력디스크; 상기 각 제1볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 제1볼과 접촉하는 제1원통형 아이들러; 및 상기 각 제2볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 제2볼과 접촉하는 제2원통형 아이들러를 포함한다.
본 설명에서 제안된 여러 실시예와 함께 사용되기 위하여, 상기 입력디스크, 상기 출력디스크, 및 상기 복수개의 속도조절장치 사이에 접촉면을 증가시키기 위하여 축력을 작용시키는 축력발생장치가 제안되며, 상기 축력발생장치는, 상기 장축과 동축을 이루고, 상기 장축에 대하여 회전가능하며, 외경과 나사형성 구멍을 갖는 내경을 구비한 베어링디스크; 그의 외경 가까이에서 상기 베어링디스크의 제1측에 부착되는 복수개의 주변램프; 상기 복수개의 베어링디스크 램프과 결합되는 복수개의 베어링; 상기 베어링과 결합되는 상기 속도조절장치의 대향측에서 상기 입력디스크에 장착되는 복수개의 입력디스크 주변램프; 상기 장축과 동축을 이루고, 그 장축에 대항 회전가능하며, 그의 외면을 따라 형성되고 상기 베어링디스크의 나사형성 구멍과 결합되는 암 나사형성부를 구비한 복수개의 원통형 스크류; 상기 스크류의 단부에 부착되는 복수개의 중앙 스크류램프; 및 상기 입력디스크에 부착되고, 상기 복수개의 중앙 스크류램프과 결합되는 복수개의 중앙 입력디스크램프를 포함한다.
다른 관점에서, 복수개의 볼의 어느 일측에 입력디스크 및 출력디스크를 사용하는 롤링마찰 트랜스미션에서, 경사가능한 복수개의 속도조절볼을 지지하고 위치결정하는 케이지가 제안되며, 상기 케이지는, 외부 가장자리로부터 반경방향 내측으로 연장되고, 각각 양측을 갖는 복수개의 슬롯을 구비한 원형시트로 이루어지는 제1 및 제2편평 지지디스크; 및 상기 제1 및 제2편평 지지디스크 사이에서 연장하고, 전방측, 후방측, 제1단부 및 제2단부를 구비하는 복수개의 편평 지지스페이서를 포함하고, 상기 제1단부 및 제2단부 각각은 곡선면으로 이루어지는 장착면을 구비하고, 상기 스페이서는 상기 지지디스크의 홈 사이에서 상기 지지디스크에 대하여 각도있게 위치되어 상기 곡선면은 상기 홈 측면과 정렬된다.
또 다른 관점에서, 변속비 결정볼의 회전축을 형성하는 축을 경사시킴으로써 롤링마찰 트랜스미션의 변속비를 변화시키는 트랜스미션 변속비를 위한 지지레그가 제안되며, 상기 지지레그는, 장방형 몸체; 축 연결 단부; 상기 축 연결 단부에 대향하는 캠단부; 상기 볼을 향하는 전방측 및 상기 볼로부터 멀어지게 향하는 후방측; 및 상기 축 연결단부와 캠단부 사이의 중앙지지부를 포함하며, 상기 축 연결단부는 상기 축을 수용하도록 형성된 구멍을 구비하고, 상기 캠단부의 전방측에는 상기 구멍의 정렬을 제어하도록 보조하는 볼록하게 만곡된 캠기능면이 형성된다.
다른 관점에서, 각각 경사가능한 축에 대하여 회전가능한 복수개의 볼, 상기 복수개의 볼의 일측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 입력디스크, 및 상기 복수개의 볼의 타측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 출력디스크를 사용하는 변속 롤링마찰 트랜스미션에 사용되기 위한 유체펌핑볼이 제안되며, 상기 유체펌핑볼은, 상기 볼을 통과하는 원통형 내면을 형성하는 볼의 직경을 통해 형성되는 구멍을 구비한 구형볼; 및 상기 볼의 내면에 형성되고, 상기 볼을 통해 연장되는 적어도 하나의 헬리컬홈을 포함한다.
또 다른 관점에서, 직경구멍에 의하여 형성된 각 축을 구비한 복수개의 볼, 상기 복수개의 볼의 일측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 입력디스크, 및 상기 복수개의 볼의 타측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 출력디스크를 사용하는 변속 롤링마찰 트랜스미션에 사용되기 위한 유체펌핑축이 제안되며, 상기 유체펌핑축은, 상기 볼을 통하는 구멍의 직경보다 작은 직경을 가지며, 제1단부, 제2단부 및 중간영역을 구비하며, 상기 각 볼의 구멍내에 적절히 위치될 때, 상기 제1단부 및 제2단부는 상기 볼의 대향하는 외측으로 연장되고, 상기 중간영역은 상기 볼 내에 구비되는 원통형 축; 및 상기 축의 외측면에 형성되고, 상기 볼의 외측 지점에서 시작하여 상기 중간영역의 적어도 일부까지 연장되는 적어도 하나의 헬리컬홈을 포함한다.
다른 실시예에 있어, 장축을 구비하고, 상기 장축에 대하여 평면정렬로 분산배치되는 복수개의 경사볼을 사용하고, 트랜스미션의 변속비를 제어하도록 상기 각 볼은 입력디스크와 출력디스크에 의하여 대향측에서 접촉하는 변속 롤링마찰 트랜스미션의 변환장치가 제안되며, 상기 변환장치는, 상기 장축을 따라 구비되는 관형 트랜스미션축; 복수개의 볼 중 대응하는 하나를 통해 형성되는 구멍을 통해 연장되고, 상기 볼이 회전하도록 대응하는 볼의 경사가능한 축을 형성하며, 상기 볼의 외측으로 연장되는 두 단부를 구비한 복수개의 볼 축; 상기 볼 축의 각 단부에 각각 연결되고, 상기 트랜스미션 축측으로 반경방향 내측으로 연장되는 복수개의 레그; 상기 트랜스미션 축에 대하여 동축으로 위치되고, 상기 각 볼과 반경방향 내측으로 접촉하며, 실질적으로 일정한 외경을 갖는 아이들러; 상기 아이들러의 각 단부에 구비되고, 상기 아이들러를 향하는 편평측과, 상기 아이들러로부터 멀어지는 방향을 향하는 볼록곡면측을 각각 구비하며, 상기 볼의 대응측에서 각 레그와 모두 접촉하도록 반경방향으로 연장되는 디스크 형태의 두 시프트가이드; 상기 각 레그에 구비되고, 상기 볼로부터 멀어지는 방향을 향하는 각 레그의 일측에 부착되는 복수개의 롤러 풀리; 상기 적어도 하나의 시프트가이드로부터 축방향으로 연장되는 원통형 풀리 스탠드; 상기 풀리 스탠드에 대하여 반경방향으로 위치되고, 그 풀리스탠드에 부착되는 복수개의 가이드풀리; 및 제1단부 및 제2단부를 구비하는 고정가능한 테더(tether)를 포함하며, 상기 테더의 제1단부는, 상기 축을 통해 상기 풀리스탠드에 근접한 상기 축에 형성되는 슬롯 외측으로 연장되고, 상기 각 롤러풀리 및 각 가이드풀리 주위를 감싸고, 상기 테더의 제2단부는, 상기 축의 외측 변환조정기로 연장되고. 상기 가이드풀리는 그 가이드풀리와 각 롤러풀리의 정렬을 유지하도록 하나 이상의 피벗조인트로 장착되며, 상기 테더가 변속조정기에 의하여 끌어당겨질 경우, 상기 제2단부는 트랜스미션의 변속을 위하여 상기 각 롤러풀리를 끌어당긴다.
다른 실시예에 있어, 장축을 구비하고, 트랜스미션의 변속비를 제어하도록 중심으로부터 볼 반경을 각각 갖는 복수개의 경사볼을 사용하는 변속 트랜스미션의 변환장치가 제안되며, 상기 변환장치는, 대응하는 볼을 통해 형성되는 구멍을 통해 연장되고, 상기 볼의 경사축을 형성하며, 상기 볼의 외측으로 연장되는 두 단부를 구비한 복수개의 볼 축; 상기 볼 축의 각 단부에 각각 연결되고, 상기 트랜스미션 축측으로 반경방향 내측으로 연장되는 복수개의 레그; 실질적으로 일정한 반경을 가지며, 상기 각 볼과 동축 및 반경방향 내측으로 위치되고, 그 볼과 접촉되는 원통형 아이들러; 상기 아이들러의 각 단부에 구비되고, 상기 아이들러를 향하는 편평측과, 상기 아이들러로부터 멀어지는 방향을 향하는 볼록곡면측을 각각 구비하며, 상기 볼의 대응측에서 각 레그와 모두 접촉하도록 반경방향으로 연장되는 디스크 형태의 제1 및 제2시프트가이드; 및 가이드 휠반경을 가지며, 상기 각 레그에 구비되고, 상기 각 레그의 반경방향 내측 단부에 회전가능하게 장착되고, 상기 각 시프트가이드의 곡선면과 접촉하는 복수개의 가이드휠를 포함하며, 상기 볼록곡선면의 형태는, 장축의 삽입에서 중심에 위치되는 원점 및 소정의 두 직경방향의 대향볼의 중심을 통해 그은 라인의 2차원 좌표에 의하여 결정되고, 상기 좌표는 상기 볼록곡선면이 접촉지점에서 가이드휠에 실질적으로 접선(tangent)을 이루는 가정하에서 상기 아이들러와 시프트가이드의 축이동의 상관관계로서 상기 가이드휠면과 시프트가이드면 사이의 접촉 지점의 위치를 나타낸다.
또 다른 실시예에 있어, 엔진; 동력전달계; 및 변속 트랜스미션을 포함하되, 상기 변속 트랜스미션은, 장축; 상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼; 상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크; 상기 입력디스크와 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉되는 회전출력디스크; 상기 장축에 대하여 동축으로 실질적으로 일정한 외경을 구비하고, 상기 각 볼의 내측으로 위치되며, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러; 및 상기 장축에 대하여 동축으로 장착되는 유성기어장치를 포함하는 차량을 제안한다.
본 발명의 다른 특징 및 작용효과는 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 명확히 이해될 것이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 명세서 전반에 걸쳐 동일 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하였다. 본 설명에서 사용되는 용어는 본 발명의 소정의 특정 실시예의 상세한 설명과 함께 사용되기 때문에 단순히 한정하거나 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 또한 본 발명의 실시예는 다양한 새로운 특징을 포함할 수 있으며, 요구되는 특성에 대하여 전용적으로 적용되는 것만은 아니며, 본 발명을 실행함에 있어서 기본적인 내용이다.
이하에서 설명된 트랜스미션(transmission)은 미국특허 제6,241,636호, 제6,322,475호 및 제6,419,608호에서 제안된 바와 같이, 틸팅축(tilting axe)을 갖는 속도조절볼(speed adjuster ball)을 사용하는 방식이다. 이들 특허문헌 및 이하에서 설명된 실시예는 후술되는 베리에이터부(variator portion)에 의하여 대략 구분되는 전형적인 두 부분, 입력측(input side)과 출력측(output side)을 구비한다. 상기 트랜스미션의 구동측, 즉 토크(torque) 또는 회전력을 트랜스미션에서 제공받는 측은 입력측으로 칭하며, 트랜스미션의 종동측 또는 트랜스미션의 변속으로부터의 토크를 전달하는 측을 출력측으로 칭한다. 상기 속도조절볼은 입력디스크(input disc) 및 출력디스크와 접촉된다. 그의 축상에서 볼이 경사짐에 따라, 하나의 디스크에서의 롤링접촉점은 폴(pole)측 또는 볼 축(ball axis)측으로 이동되고, 감소된 직경의 써클(circle)형태로 볼과 접촉하며, 다른 디스크에서의 롤링접촉점(rolling contact surface)은 볼의 균분원(equator)측으로 이동되고, 이에 따라 증가된 직경의 써클 형태로 디스크와 접촉한다. 상기 볼 축이 대향방향으로 경사질 경우, 상기 입력디스크 및 출력디스크 각각은 반대의 관계를 이룬다. 이러한 방식으로, 상기 입력디스크의 회전속도에 대한 출력디스크의 회전속도비, 또는 변속비(transmission ratio)는 속도조절볼의 축을 단순히 경사지게 함으로써 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있다. 상기 볼의 중심부는 트랜스미션의 입력측과 출력측 간의 경계(border)를 형성하고, 상기 볼의 입력측 및 출력측 모두에 배치되는 유사 구성요소들은 동일부호를 부여하여 설명한다. 상기 트랜스미션의 입력측 및 출력측 모두에 위치되는 유사 구성요소들은 입력측에 위치되는 경우 도면부호 끝단에 첨자 "a"를 부여하고, 트랜스미션의 출력측에 위치되는 구성요소들은 각 도면부호 끝단에 첨자 "b"를 부여한다.
도1을 참조해 보면, 트랜스미션(100)의 일실시예는 복수개의 속도조절볼(speed adjusting ball)(1)이 반경방향으로 분배되는 장축(longitudinal axis)(11)을 구비한다. 소정 실시형태의 상기 속도조절볼(1)은 장축(11)에 대하여 각의 위치(angular position)로 구비되고, 다른 실시형태로 상기 볼(1)은 장축(11)에 대하여 공전이 자유롭게 이루어진다. 상기 볼(1)은 그의 입력측에서 입력디스크(34)에 의하여 접촉되고, 그의 출력측에서는 출력디스크(101)에 의하여 접촉된다. 상기 입력디스크(34) 및 출력디스크(101)는 볼(1)의 각 입력측 및 출력측에서 장축에 가까운 내부 보어(bore)로부터 각각 볼(1)과 접촉되도록 하는 반경방향 지점까지 연장하는 환형 디스크로 이루어진다. 상기 입력디스크(34) 및 출력디스크(101) 각각은 각 디스크(34, 101)와 볼(1) 간의 접촉영역을 형성하는 접촉면을 각각 구비한다. 대체로 상기 입력디스크(34)가 장축(11)에 대하여 회전함에 따라, 상기 입력디스크(34)의 접촉영역 각 부분은 회전하고, 회전하는 동안 상기 각 볼(1)과 연속하여 접촉된다. 이는 출력디스크(101)에서도 마찬가지로 유사하게 이루어진다. 상기 입력디스크(34) 및 출력디스크(101)는 단순한 디스크와 같이 형성되거나, 요구되는 입력 및 출력 구성에 따라 오목한형태(concave), 볼록한형태(convex), 원통형태(cylindrical) 또는 다른 어떠한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 입력 및 출력디스크는 경량화를 위하여 스포크(spoke)형태로 이루어진다. 상기 속도조절볼과 결합하는 디스크의 롤링접촉면은 토크 및 사양의 요구효율에 따라 편평형태(flat), 홈형태, 돌출(convex)형태 또는 다른 형태로 구비될 수 있다. 롤링접촉면이 홈형태로 형성되는 경우는 미끄러짐(slippage)을 방지하도록 요구되는 축력(axial force)량을 감소시키고, 돌출형태의 경우는 효율을 증가시킨다. 또한 상기 볼(1) 모두는 반경방향 최내측지점에서 아이들러(idler)(18)와 접촉된다. 상기 아이들러(18)는 장축(11)에 대하여 동축으로 위치되는 대략 원통형태로 이루어지고, 상기 볼(1)의 반경방향 위치를 유지하는 것을 보조한다. 트랜스미션의 여러 실시예들의 장축(11)에 있어서, 상기 입력디스크(34)와 출력디스크(101)의 접촉면은 볼(1)의 중심으로부터 대략 반경방향 외측에 위치될 수 있고, 아이들러(18)는 볼(1)로부터 반경방향 내측에 위치될 수 있어, 각 볼(1)은 아이들러(18), 입력디스크(34), 및 출력디스크(101)와 3지점 접촉을 이룬다. 상기 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)는 아래에서 상세히 설명될 여러 실시예들에서 동일 장축(11)에 대하여 모두 회전할 수 있다.
본 설명에서 설명되는 트랜스미션(100)의 실시예는 롤링마찰 트랜스미션이기 때문에, 소정 실시예에서는 입력디스크(34) 및 출력디스크(101)와 볼(1) 접촉에서의 미끄러짐을 방지하기 위하여 높은 축력이 필요로 된다. 높은 토크가 전달되는 동안 축력이 증가됨에 따라, 상기 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)가 볼(1)과 접촉하는 접촉패치(contact patch)의 변형은 효율을 감소시키고 구성품의 수명을 단축시키는 상당한 문제로 작용한다. 이들 접촉패치를 통해 전달될 수 있는 토크량은 한정되며, 상기 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)가 이루어지는 재료의 항복강도(yield strength)로 작용된다. 상기 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)의 마찰계수(friction coefficient)는 소정 토크량을 전달하도록 요구되는 축력(axial force)량에서의 극적인 효과(dramatic effect)를 가지며, 이에 따라 트랜스미션의 효율 및 수명에 대단한 영향을 미친다. 마찰트랜스미션에서 롤링부재의 마찰계수는 성능에 가변가능하게 영향을 주는 매우 중요한 인자이다.
상기 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101), 및 아이들러(18)의 표면에는 이들의 성능을 향상시키기 위하여 소정의 코팅(coating)이 적용될 수 있다. 실질적으로 이러한 코팅은, 본 설명에서 설명되는 트랜스미션의 실시예에 대하여 달성되는 동일한 추가적 이점(benefit)을 달성하도록 소정의 롤링마찰 트랜스미션의 롤링접촉부재에 효과적으로 사용될 수 있다. 이러한 소정의 코팅은 롤링부재의 표면 마찰계수를 증가시키기에 유용한 효과를 갖는다. 또한 소정의 코팅은 높은 마찰계수를 가지며, 축력이 증가됨에 따라 증가하는 가변마찰계수를 나타낸다. 높은 마찰계수는 소정 토크에 대하여 축력을 적게 필요로 하고, 이에 따라 트랜스미션의 효율 및 수명은 증가한다. 가변마찰계수는 최대토크를 전달하도록 요구되는 축력량을 감소시킴으로써 트랜스미션의 최대토크 등급(rating)을 증가시킨다.
세라믹(ceramic) 또는 서멧(cermet)와 같은 소정의 코팅은 뛰어난 경도(hardness) 및 마모성(wear property)을 가지며, 롤링마찰 트랜스미션에서 고부하(highly load) 롤링부재의 수명을 크게 연장시킬 수 있다. 질화규소(silicon nitride)와 같은 세라믹 코팅은 높은 마찰계수 및 축력을 증가시킴에 따라 증가하는 가변마찰계수를 구비할 수 있으며, 또한 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101), 및 아이들러(18)의 표면에 매우 얇은 층으로 적용될 경우, 이들 구성요소의 수명은 증가될 수 있다. 상기 코팅 두께는 코팅에 사용되는 재료에 따라 좌우되고, 적용 사양(application)에 따라 변화될 수 있지만, 일반적으로 세라믹의 경우 0.5미크론(micron) 내지 2미크론의 범위로 이루어지고, 서멧의 경우 0.75미크론 내지 4미크론의 범위로 이루어진다.
상기 코팅을 적용하도록 이용되는 처리과정은 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101), 및 아이들러(18)가 본 트랜스미션의 여러 실시예에서 사용되는 재료인 경화스틸(hardened steel)로 이루어지는 경우를 고려하는 것이 중요하다. 세라믹 및 서멧을 적용하도록 사용되는 소정의 처리과정은 높은 온도를 필요로 하여 볼(1), 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)의 경도를 저하시켜, 성능에 악영향을 미치고, 빠른 고장을 유발시킨다. 따라서 낮은 온도 적용 처리과정이 요구되며, 저온 진공플라즈마(vacuum plasma), DC 펄스 반작용 마그네트론 스퍼터링(DC pulsed reactive magnetron sputtering), 플라즈마증대 화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition: PE-CVD), 불균형 마그네트론 물리증착(unblanced magnetron physical vapor deposition) 및 도금(plating)을 포함하는 다양한 처리과정이 적용될 수 있다. 상기 도금 처리과정은 저가이고 요구되는 코팅 특성을 달성하도록 맞춤조(custom bath)가 형성될 수 있기 때문에 매우 유용하다. 코-데포지트 비전기도금 니켈(co-deposited electroless nickel)을 갖는 탄화규소(silicon carbide) 조(bath) 또는 질화규소 조 또는 탄화규소나 질화규소를 갖는 전기도금 니켈 조와 같은 저온 용해에 롤링부재를 침적하는 것은 대량생산에 매우 적합하다. 상기에서 언급한 재료에 부가되어 다른 재료가 사용될 수 있음은 당연하다. 이와 같은 처리과정으로, 부품들은 조 내에 침적된 케이지(cage)에 수용되고 교반되어, 용해물은 모든 면에 접촉된다. 상기 코팅의 두께는 구성요소가 조에 침적되는 시간 길이에 의하여 제어된다. 예를 들면 소정 실시예로, 코-데포지트 비전기도금 니켈을 갖는 질화규소를 이용하여 구성요소를 4시간 동안 침적시킴으로써 적절한 코팅두께를 얻을 수 있으며, 이는 단지 일예로 코팅을 형성하기 위한 여러 방법 및 두께를 제어하기 위한 여러 방법은 공지이고, 요구되는 특성, 요구되는 두께 및 구성요소들이 이루어지는 모재(substrate) 또는 베이스(base) 금속을 고려하여 사용될 수 있다.
도1, 도2 및 도3은 트랜스미션(100)을 보호하고, 윤활유를 구비하고, 트랜스미션(100)의 구성요소들을 정렬시키며, 트랜스미션(100)의 힘을 흡수하는 케이스(40)에 둘러싸인 연속가변식 트랜스미션(100)의 일실시예를 나타낸 도면이다. 소정 실시예에서는 상기 케이스(40)를 케이스 캡(cap)(67)으로 커버할 수 있다. 상기 케이스 캡(67)은 중앙부에 입력샤프트가 관통하는 구멍(bore)을 갖는 대략 디스크 형태(disc shape)로 이루어지며, 상기 케이스(40) 내경의 나사부에 대응하여 나사결합되도록 그의 외경에 나사부를 구비한다. 다른 형태로, 상기 케이스 캡(67)은 스냅 링(snap ring)과 케이스(40)의 대응 홈에 의하여 케이스(40)에 고정되거나 그 위치에 유지될 수 있으며, 따라서 그의 외경에 나사부를 구비할 필요는 없다. 상기 케이스 캡(67)을 부착하도록 본 실시예에서 사용되는 패스너(fastener)로서, 상기 케이스 캡(67)은 케이스(40)의 내경으로 연장되어 트랜스미션(100)에 부착되는 기계장치에 케이스(40)를 볼트 결합하도록 사용되는 케이스 패스너(미도시)는 케이스 캡(67)의 대응 홀을 관통할 수 있다. 도시된 실시예의 케이스 캡(67)은 트랜스미션(100)의 다른 구성부품들을 부가적으로 지지하기 위하여 그의 외경에 가까운 영역으로부터 트랜스미션(100)의 출력측으로 연장하는 원형부를 구비한다. 도시된 실시예의 트랜스미션(100)의 중앙부에는, 대체로 구형으로 이루어지고, 트랜스미션(100)의 중심선 또는 회전 장축에 대하여 실질적으로 균일하게 또는 대칭되게 반경방향으로 분산배치된 복수개의 볼(1)이 구비된다. 본 실시예에서는 8개의 볼(1)이 사용된다. 그러나 트랜스미션(100)의 사용목적에 따라 그 이상 또는 그 이하의 볼(1)이 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 트랜스미션은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 이상의 볼(1)을 포함할 수 있다. 3, 4, 5 이상의 볼(1)의 제공은 각각의 볼(1)과 트랜스미션(100)의 다른 구성요소와의 접촉지점에 가해지는 힘을 보다 넓게 분배할 수 있고, 트랜스미션(100)이 볼(1)의 접촉패치에서 미끄러짐을 방지하도록 필요한 힘을 감소시킬 수 있다. 낮은 토크이지만 높은 변속비를 갖는 사양에서의 소정 실시예로 상대적으로 큰 직경의 몇몇 볼을 사용하고, 높은 토크 및 높은 변속비를 갖는 사양에서의 소정 실시예로서는 상대적으로 직경이 큰 많은 볼(1)을 사용할 수 있다. 높은 토크와 낮은 변속비를 가지며 고효율이 중요하지 않는 사양에서의 실시예에서는 상대적으로 직경이 작은 많은 볼(1)을 사용할 수 있다. 마지막으로, 낮은 토크를 가지며 고효율이 중요하지 않은 사양에서의 실시예에서는 상대적으로 작은 직경의 몇몇 볼(1)을 사용한다.
볼 축(ball axle)(3)은 각 볼(1)에 대하여 회전축을 형성하도록 각 볼(1)의 중심을 통과하는 관통홀로 삽입된다. 상기 볼 축(3)은 볼(1)이 회전하는 대략 장방형 샤프트이고, 볼(1) 관통홀의 양측으로 관통되는 두 단부를 구비한다. 소정 실시예에서는 원통형태의 볼 축(3)을 구비하며, 다른 어떠한 형태로 사용될 수 있다. 상기 볼(1)은 볼 축(3)에 대하여 자유자재로 회전하도록 장착된다.
소정 실시예에서는 상기 볼 축(3)의 외면과 대응 볼(1)을 통과하는 구멍의 면 사이에 마찰을 감소시키기 위하여 베어링(별도로 도시하지 않음)이 사용된다. 상기 베어링은 볼(1)의 접촉면 및 대응 볼 축(3)을 따라 소정 위치에 구비되는 소정형태의 베어링으로 이루어질 수 있고, 여러 실시예의 동적기계시스템(dynamic mechanical system)의 디자인에서 공통의 표준 기계구조를 통해 이러한 베어링의 수명 및 유용성을 최대화한다. 이들 실시예 중에서, 상기 볼(1)을 통과하는 구멍의 각 단부에 레이디얼 베어링(radial bearing)이 위치된다. 이들 베어링은 그의 마찰면(race)인 구멍의 내면 또는 볼 축(3)의 외면에 결합되거나, 상기 베어링은 각 볼(1)의 구멍 및 각 볼 축(3)에 형성된 적절한 공동(cavity)에 끼워맞춤되는 별도의 마찰면(race)을 포함할 수 있다. 일실시예로, 베어링의 홈(미도시)은 적어도 양단부에서 적절한 직경으로 각 볼(1)을 통과하는 구멍을 확장시킴으로써 형성되어, 레이디얼베어링, 롤러베어링, 볼베어링 등이 홈으로 끼워맞춰지고 유지될 수 있다. 다른 실시예로, 상기 볼 축(3)은 배빗(babbit), 테프론(Teflon) 또는 이러한 다른 재료와 같은 마찰감소재료로 피복된다.
또한 여러 실시예에서는 볼 축(3)의 구멍에 윤활유를 유입시킴으로써 볼 축(3)과 볼(1) 사이의 마찰을 최소화한다. 상기 윤활유는 압력원에 의하여 볼 축(3) 주위의 구멍으로 주입될 수 있고, 또는 볼 축(3) 자체에 형성된 라이플링(rifling) 또는 헬리컬홈(helical groove)에 의하여 구멍으로 유입될 수 있다. 또한 상기 볼 축(3)의 윤활유의 설명은 아래에서 제공된다.
도1에서, 볼(1)의 회전축은 높은 변속비(high ratio) 즉 출력속도가 입력속도보다 큰 변속상태에 놓인 방향으로 경사진 것을 나타낸 것이다. 상기 볼 축(3)이 수평을 이룰 경우, 즉 트랜스미션(100)의 주축에 평행할 경우, 상기 트랜스미션(100)은 입력 및 출력회전속도가 동일한 1:1의 입력회전율 대 출력회전율의 비율을 이룬다. 도2에서, 상기 볼(1)의 회전축은 트랜스미션(100)이 낮은 변속비(low ratio) 즉 출력회전속도가 입력회전속도보다 느린 방향으로 경사진 것을 나타낸 것이다. 도면의 간략화를 위하여, 도2에서 트랜스미션(100)이 변환되는 경우에, 위치 또는 방향이 변화하는 부분만을 도면부호를 부여하였다.
도1, 도2, 도4 및 도5는 트랜스미션(100)을 변환시키기 위한 방향으로 볼(1)의 축이 어떻게 경사지는 지를 나타낸 것이다. 도5를 참조해 보면, 대부분의 실시예에 대체로 적용되는 복수개의 레그(leg)(2)는 볼(1)을 관통하는 구멍의 단부를 넘어 연장하는 볼 축(3)의 각 단부 가까이에 부착된다. 상기 각 레그(2)는 그의 부착지점으로부터 각 볼 축(3)까지 트랜스미션(100)의 축을 향해 반경방향 내측으로 연장된다. 일실시예로, 각 레그(2)는 볼 축(3)의 각 단부를 수용하는 관통구멍을 구비한다. 상기 볼 축(3)은 레그(2)를 통해 연장되어 각 레그(2)를 넘어 노출되는 단부를 구비하는 것이 바람직하다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 볼 축(3)은 볼 축(3)의 노출단부 위에 동축으로 슬라이딩가능하게 위치된 롤러(4)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 롤러(4)는 레그(2)의 외측에서 볼 축(3)에 끼워맞춰지는 대략 원통형 휠로 이루어지고, 볼 축(3)에 대하여 자유자재로 회전된다. 상기 롤러(4)는 스프링 클립(spring clip) 또는 다른 기계장치를 통해 볼 축(3)에 부착될 수 있고, 또는 볼 축(3)에서 자유자재로 유동될 수 있다.상기 롤러(4)는 예를 들면 베어링의 외륜이 휠 또는 롤링면을 형성하는 레이디얼베어링으로 이루어질 수 있다. 도1 및 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 롤러(4) 및 볼 축(3)의 단부는 한 쌍의 고정체(stator)(80a, 80b)에 의하여 또는 그 고정체에 형성된 내측홈(86)에 끼워맞춰진다.
상기 고정체(80a, 80b)의 일실시예는 도5 및 도7에 나타내었다. 도면에 나타낸 입력고정체(80a) 및 출력고정체(80b)는 볼(1)의 일측에 트랜스미션의 장축(11)에 대하여 위치되는 대략 평행한 환형디스크 형태로 이루어진다. 여러 실시예의 상기 고정체(80a, 80b)는 각각 입력고정디스크(81a) 및 출력고정디스크(81b)로 구성되며, 후술될 복수개의 구멍(aperture)을 갖는 실질적으로 균일한 두께의 환형디스크로 이루어진다. 상기 각 입력 및 출력고정디스크(81a, 81b)는 볼(1)을 향하는 제1측 및 볼(1)로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2측을 구비한다. 상기 고정디스크(81a, 81b)의 제1측에는 복수개의 고정커브(curve)(82)가 부착된다. 상기 고정커브(82)는 고정디스크(81a, 81b)에 부착되는 곡선면으로 이루어지고, 상기 곡선면은 볼(1)측을 향하는 홈면(concave face)(90)과 상기 볼(1)로부터 멀어지는 방향을 향하는 돌출면(91)을 구비하며, 상기 각 고정디스크(81)와 접촉한다. 소정 실시예로, 상기 고정커브(82)는 고정디스크(81a, 81b)와 일체로 이루어진다. 여러 실시예에서의 상기 고정커브(82)는 실질적으로 균일한 두께를 가지며, 고정커브(82)와 고정디스크(81)가 서로 정렬되고 부착되도록 사용되는 하나 이상의 구멍(별도로 도시하지 않음)을 구비한다. 여러 실시예에서의 상기 고정커브(82), 또는 일체로 사용되는 고정디스크(81a, 81b)는 고정커브(82)와 고정디스크(81a, 81b)의 보다 나은 위치결정 및 정렬을 위하여 플랫스페이서(flat spacer)(83)를 수용하는 슬롯(slot)(710)을 포함한다. 상기 플랫스페이서(83)는 대체로 편평하고, 입력고정체(80a)와 출력고정체(80b) 사이에서 연장되고 이들을 상호연결하는 견고한 재료의 대략 사각편(rectangular piece)으로 이루어진다. 상기 플랫스페이서(83)는 고정커브(82)에 형성된 슬롯(710)에 끼워맞춰진다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 플랫스페이서(83)는 고정되지 않거나 고정커브(82)에 연결된다. 그러나 소정 실시예에서 상기 스페이서(83)는 용접, 접착 또는 패스닝(fastening)에 의하여 고정커브(82)에 부착된다.
도7에 나타낸 바와 같이, 상기 플랫스페이서(83)의 내측에 반경방향으로 적어도 각 단부에 구멍(bore)을 갖는 대략 원통형태로 이루어지는 복수개의 원통스페이서(84)가 위치되고, 상기 원통스페이서(84)는 상기 고정디스크(81)와 고정커브(82)를 연결하도록 위치된다. 상기 원통스페이서(84)의 구멍은 각 단부에서 하나의 스페이서 패스너(spacer fastner)(85)를 수용한다. 상기 스페이서 패스너(85)는 고정디스크(81a, 81b), 고정커브(82), 플랫스페이서(83) 및 원통스페이서(84)를 서로 클램핑(clamping)하고 유지하도록 디자인되어, 총괄적으로 케이지(cage)(89)를 형성한다. 상기 케이지(89)는 볼(1)의 반경위치 및 각도위치(radial and angular position)를 유지하고, 서로에 대하여 볼(1)을 정렬시킨다.
상기 볼(1)의 회전축은 트랜스미션(100)의 축으로부터 반경방향 외측으로 입력측 또는 출력측 레그(2)를 이동시킴으로써 변화되고, 볼 축(3)을 경사지게 한다. 이에 따라 각 롤러(4)는, 그 롤러(4)의 직경보다 약간 크게 이루어지고 인접한 각 쌍의 고정커브(82) 사이의 공간에 의하여 형성되는 홈(86)으로 끼워맞춰진다. 따라서 상기 롤러(4)는 고정커브(82)의 측면(92, 93), 즉 고정커브(82)에 대한 제1측(92) 및 제2측(93)을 따라 롤링(rolling)되고, 트랜스미션(100)의 장축(11)과 함께 선상으로의 볼 축(3)의 평면이동을 유지시킨다. 여러 실시예에서, 각 롤러(4)는 트랜스미션(100)의 입력측에서 고정커브(82)의 제1측(92) 및 대응하는 출력고정커브(82)의 대응하는 제1측(92)에서 롤링한다. 이러한 실시예에서 트랜스미션(100)의 힘은 전형적인 통상적인 동작에서 롤러(4)가 고정커브(82)의 제2측(93)과 접촉하는 것을 방지한다. 상기 롤러(4)는 고정커브(82) 사이에 형성된 홈(86)의 폭보다 약간 작은 직경을 가지며, 상기 홈(86)의 가장자리와 대응하는 각 롤러의 주연 사이에 작은 갭(gap)을 형성한다. 상기 입력고정체(80a)와 출력고정체(80b)에서의 고정커브(82)의 대향 배치는 정확한 정렬로 이루어질 경우, 상기 로러(4)의 주연과 홈(86) 사이의 작은 갭은 볼 축이 약간 경사지도록 하고, 트랜스미션(100)의 장축(11)과 정렬되지 않게 된다. 이러한 조건은 볼 축(3)이 측방향으로 약간 이동되도록 하는 상태인 사이드슬립(sideslip)을 발생시켜, 트랜스미션의 전체효율은 저하된다. 소정 실시예로, 상기 트랜스미션(100)의 입력 및 출력측에서의 고정커브(82)는 서로 약간 오프렛(offset)될 수 있어, 상기 볼 축(3)은 트랜스미션(100)의 축과 평행하게 유지된다. 상기 볼(1)이 볼 축(3)으로 가할 수 있는 주로 교차력(transaxial force)인 소정의 접선력(tangential force)은 볼 축(3), 롤러(4), 및 고정커브(82)의 제1측(92, 93)에 의하여 흡수된다. 상기 볼(1)의 회전축이 변화됨으로써 상기 트랜스미션(100)이 낮거나 높은 변속비로 변환됨에 따라, 단일 볼 축(3)의 대향 단부에 위치되는 한 쌍의 롤러(4) 중 각 하나의 롤러는 각 홈(86)측을 롤링업 및 롤링다운(rolling up and down)함으로써 그의 각 대응 홈(86)을 따라 대향방향으로 이동된다.
도1 및 도7을 참조해 보면, 상기 케이지(89)는 하나 이상의 케이스 커넥터(case connector)(160)로 케이스(40)에 견고하게 부착될 수 있다. 상기 케이스 커넥터(160)는 플랫스페이서(83)의 반경방향 최외측부로부터 대략 직교되게 연장된다. 상기 케이스 커넥터(160)는 플랫스페이서(83)에 고정되거나, 플랫스페이서(83)와 일체로 형성될 수 있다. 상기 케이스 커넥터(160)의 외측에 의하여 형성되는 개략적 외경은 실질적으로 케이스(40)의 내경과 같은 치수(dimension)로 이루어지며, 상기 케이스 커넥터(160)를 케이스(40)에 견고하게 부착하는 표준 또는 특정한 패스너의 사용을 위하여 상기 케이스(40) 및 케이스 커넥터(60) 모두에 구멍이 제공되며, 이에 따라 상기 케이스(40)는 지지되고, 그 케이스(40)의 이동은 방지된다. 상기 케이스(40)는 프레임(frame) 또는 다른 구조체에 그 케이스(40)를 부착하기 위하여 장착공을 구비한다. 다른 실시예로, 상기 케이스 커넥터(160)는 케이스(40)의 일부분으로서 형성될 수 있고, 케이지(89)를 이루도록 플랫스페이서(83) 또는 다른 케이스(89) 구성요소의 부착을 위한 위치설정을 제공한다.
도1, 도5 및 도7은 각 레지(2)에 부착되며 측면(92, 93) 가장지리에 근접한 경로(path)를 따라 곡선면(82)의 홈면(90)에서 롤링하는 한 쌍의 고정휠(stator wheel)(30)을 포함하는 실시예를 나타내고 있다. 상기 고정휠(30)은 대략 볼 축(3)이 레그(2)를 관통하는 영역에서 상기 레그(2)에 부착된다. 상기 고정휠(30)은 볼 축(3)에 대략 직교하게 레그(2)의 관통공을 통과하는 고정휠핀(31)에 의해 레그(2)에 부착될 수 있으며, 다른 부착방법에 의하여 부착될 수 있다. 상기 고정휠(30)은 고정휠핀(31) 위에 동축으로 슬라이딩가능하게 장착되고, 예를 들면 스냅링(snap ring)과 같은 보통의 패스너로 고정된다. 소정 실시예에서 상기 고정휠(30)은 고정휠핀(31)에 장착되는 내륜(inner race)과 롤링면을 형성하는 외륜(outer race)을 갖는 레이디얼베어링으로 이루어진다. 소정 실시예에서는, 트랜스미션(100)이 변환될 때, 상기 트랜스미션(100)의 장축(11)에 대하여 고정휠(30)이 홈면(90)을 따라 반경방향으로 롤링하도록 레그(2)로부터 충분한 간극(clearance)을 갖고 레그(2)의 각 측에 하나의 고정휠(30)이 위치된다. 소정 실시예에서, 상기 홈면(90)은 볼(1) 중심에 의하여 형성된 트랜스미션(100)의 장축(11)으로부터 반경에 대하여 동심(concentric)을 이루도록 형성된다.
또한 도1, 도5 및 도7를 참조해 보면, 트랜스미션(100)의 장축(11)에 가장 가까운 레그(2)의 단부에 부착될 수 있는 가이드휠(guide whee)(21)이 나타나 있다. 도시된 실시예에서, 상기 가이드휠(21)은 레그(2)의 단부에 형성된 슬롯으로 삽입된다. 상기 가이드휠(21)은 가이드 휠핀(22)으로 레그(21)의 슬롯 내의 위치에 유지되거나, 다른 부착방법에 의하여 유지된다. 상기 가이드휠(21)은 그 각 가이드휠(21) 측에서 레그(2)에 형성된 구멍으로 삽입되고, 슬롯의 평면에 대하여 직교하는 가이드 휠핀(22)에 동축으로 슬라이딩가능하게 장착된다. 소정 실시예로, 상기 레그(2)는 상대적으로 약간 탄성 변형되도록 디자인되어, 트랜스미션(100)의 부품의 제조공차를 허용한다. 상기 볼(1), 레그(2), 볼 축(3), 롤러(4), 고정휠(30), 고정휠핀(31), 가이드휠(21) 및 가이드휠핀(22)은 총괄적으로 도5에 나타낸 볼/레그 조립체를 형성한다.
도4, 도6 및 도7에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 케이스(40)의 외측에 위치되는 로드(rod)(10)를 회전시킴으로써 변환이 작동된다. 상기 로드(10)는 일단부 각각이 로드에 부착된 유연성 입력케이블(155a) 및 유연성 출력케이블(155b)을 감고(warp) 풀도록(unwrap) 사용되고, 상기 두 케이블은 반대되는 각각의 방향으로 상기 로드(10) 둘레를 감싼다. 소정 실시예로, 도6에 나타낸 로드(10)와 같이 우측으로부터 좌측으로 바라볼 때, 상기 입력케이블(155a)은 로드(10) 둘레를 반시계방향으로 감싸고, 상기 출력케이블(155b)은 로드(10) 둘레를 시계방향으로 감싼다. 상기 입력케이블(155a) 및 출력케이블(155b) 모두는 케이스(40)의 구멍을 통해 연장된 다음, 유연성 입력케이블 하우징(151a), 유연성 출력케이블 하우징(151b)의 일단부를 통해 연장된다. 도면에 나타낸 상기 유연성 입력케이블 하우징(151a) 및 유연성 출력케이블 하우징(151b)은 반경방향 내측 장축(11) 측으로 입력케이블(155a)과 출력케이블(155b)을 안내한 다음, 고정디스크(81a, 81b)의 관통공을 통해 길이방향 외측으로 안내한 후, 다시 반경방향 내측으로 안내하는 유연성 장방형 튜브(elongated tube)로 이루어져, 상기 유연성 입력 및 출력케이블 하우징(151a, 151b)의 타단부는 견고한(rigid) 입력 및 출력케이블 하우징(153a, 153b)의 일단부에 각각 삽입되고 부착된다. 상기 견고한 입력 및 출력케이블 하우징(153a, 153b)은, 케이블(155a, 155b)이 통과하고 유연성 케이블하우징(151a, 151b)의 타단부로부터 반경방향 내측으로 가이드된 다음, 고정디스크(81a, 81b)의 홀을 통해 케이블(155a, 155b)을 길이방향으로 아이들러(18) 가까이의 견고한 케이블하우징(153a, 153b)의 타단부측으로 향하도록 하는 유연성없는(inflexible) 튜브로 이루어진다. 여러 실시예에서, 상기 케이블(155a, 155b)은 그의 타단부에서 일반적은 케이블 패스너 또는 다른 부착수단으로 입력 시프트가이드(shift guide)(13a) 및 출력 시프트가이드(13b)(후술됨)에 부착된다. 후술하겠지만, 상기 시프트가이드(13a, 13b)는 장축(11)을 따라 축방향으로 아이들러(18)를 위치결정하고, 반경방향으로 레그(3)를 위치결정하여, 볼(1)의 축 및 트랜스미션(100)의 변속비를 변화시킨다.
상기 로드(10)가 사용자에 의하여 수동으로 또는 동력원의 보조에 의하여 도6에 나타낸 바와 같이 우측으로부터 좌측으로 로드(10)의 축에 대하여 반시계방향으로 회전될 경우, 상기 입력케이블(155a)은 로드(10)로부터 풀어지고(unwind), 출력케이블(155b)은 로드(10)에 감긴다. 따라서 상기 출력케이블(155b)의 타단부는 출력시프트 가이드(13b)에 텐션력(tension force)을 작용시키고, 상기 입력케이블(155a)은 로드(10)로부터 같은량으로 풀어진다. 이는 아이들러(18)를 트랜스미션(100)의 출력측으로 축방향 이동시키고, 트랜스미션(100)은 낮은 변속비로 변환된다.
또한 도4, 도5 및 도7를 참조해 보면, 각각 내경 및 외경을 갖는 환형링(annular ring)으로 이루어지는 도시된 시프트가이드(13a, 13b)는 두 면을 갖도록 형성된다. 제1면은 상기 각 시프트가이드(13a, 13b)와 각각 결합되는 두 세트(set)의 아이들러 베어링(17a, 17b)을 통해 아이들러(18)와 동력학적으로 접촉하고 그 아아들러(18)를 축방향으로 지지하는 대략 직선면(straight surface)으로 이루어진다. 상기 아이들러(18)로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 각 시프트가이드(13a, 13b)의 제2면은 시프트가이드(13a, 13b)의 내경측으로 직선 또는 편평한 반경방향면(14)으로부터 시프트가이드(13a, 13b)의 외경측 볼록곡선면(97)으로 변화(transition)되는 캠측(cam side)으로 이루어진다. 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 내경에서, 장방형 관형 슬리브(longitudinal tubular sleeve)(417a, 417b)는 그 시프트가이드(13a, 13b)로부터 관형 슬리브(417a, 147b)와 결합되도록 대향하는 시프트가이드(13a, 13b)측으로 축방향 연장된다. 소정 실시예로, 도4에 나타낸 바와 같이, 상기 입력측 시프트가이드(13a)의 관형 슬리브는 출력측 시프트가이드(13b)의 관형 슬리브를 수용하도록 그의 내경에 뚫린 부분을 갖는다. 이에 대응하여, 상기 출력측 시프트가이드(13b)의 관형 슬리브의 외경 일부분은 관형 슬리브(417a, 417b)의 일부분이 입력 시프트가이드(13a)의 관형 슬리브(417a, 417b)로 삽입되도록 제거된다. 이는 이러한 실시예의 시프트가이드(13a, 13b)에 부가적인 안정성을 제공한다.
본 실시예에서 도4에 나타낸 가이드샤프트(13a, 13b)의 단면은, 볼 축(3)이 트랜스미션(100)의 장축(11)과 평행할 경우, 아이들러(18)로부터 멀어지는 방향을 향하는 측의 편평면(14)의 형태는 가이드휠(21)이 시프트가이드(13a, 13b)와 접촉하는 반경방향 지점까지 장축(11)과 직교한다. 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 주변(perimeter) 측으로 이동하는 지점으로부터, 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 형태는 볼록한 형태(convex shape)로 만곡된다. 소정 실시예로, 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 볼록면(97)은 하나의 반경뿐만 아니라 복수개의 반경으로 구성되거나, 쌍곡선(hyperbola), 점근선(asymptotic) 등의 형태로 이루어질 수 있다. 상기 트랜스미션(100)이 저속비로 변환됨에 따라, 입력 가이드휠(21a)은 시프트가이드(13a)의 편평면(14)부에서 장축(11)으로 롤링되고, 상기 출력 가이드휠(21b)은 장축(11)으로부터 멀어지는 시프트가이드(13b)의 볼록곡선면(97)부에서 롤링된다. 상기 시프트가이드(13a, 13b)는 수나사(male thread)를 갖는 입력 시프트가이드(13a)의 관형 슬리브를 암나사를 갖는 출력가이드(13b)의 관형슬리브와 나사결합시키거나, 또는 그 반대로 시프트가이드(13a, 13b)를 서로 나사결합시킴으로써 서로 부착될 수 있다. 또한 입력 또는 출력 시프트가이드 중 하나의 시프트가이드(13a, 13b)는 다른 시프트가이드(13a, 13b)로 압입(press)될 수 있다. 상기 시프트가이드(13a, 13b)는 아교접착(glue), 금속접착(metal adhesive), 용접 또는 다른 수단과 같은 다른 방법으로 서로 부착될 수 있다.
상기 두 시프트가이드(13a, 13b)의 볼록곡선면(97)은 복수개의 가이드휠(21)과 각각 접촉하고 밀어내는 캠면으로서 동작한다. 상기 각 시프트가이드(13a, 13b)의 편평면(41) 및 볼록곡선면(97)은 가이드휠(21)과 접촉되어, 그 시프트가이드(13a, 13b)가 장축(11)을 따라 축방향으로 이동됨에 따라, 상기 가이드휠(21)은 시프트가이드(13a, 13b) 면(14, 19)을 따라 장축(11)으로부터 또는 장축(11)으로 레그(2)를 가압하는 대략 반경방향으로 이동되어, 볼 축(3)의 각도 및 결합된 볼(1)의 회전축의 각도는 변화된다.
도4 및 도7를 참조해 보면, 소정 실시예의 아이들러(18)는 시프트가이드(13a, 13b)의 제1측과 슬리브부 사이에 형성된 골부(trough)에 위치되고, 이에 따라 상기 시프트가이드(13a, 13b)와 일치하여 이동된다. 소정 실시예로, 상기 아이들러(18)는 대략 관형으로 이루어지고, 그의 외경은 입력 및 출력 아이들러 베어링(17a, 17b)의 내경 단부에서 그 내경의 중앙부를 따라 실질적으로 원통형으로 이루어진다. 다른 실시예로, 상기 아이들러(18)의 외경 및 내경은 균일하지 않게 이루어지고 변화될 있으며, 경사지거나(ramped) 만곡된 다른 형태로 이루어질 수 있다. 상기 아이들러(18)는 두 개의 측면을 갖는데, 하나는 입력고정체(80a)에 가까이 위치되고 다른 하나는 출력고정체(80b)에 가까이 위치된다. 상기 아이들러 베어링(17a, 17b)은 아이들러(18)와 시프트가이드(13a, 13b) 사이에 롤링접촉을 제공한다. 상기 아이들러 베어링(17a, 17b)은 시프트가이드(13a, 13b)의 슬리브부 주위에 동축으로 위치되고, 아이들러(18)를 트랜스미션(100)의 축에 대하여 자유자재로 회전하도록 한다. 상기 트랜스미션(100)의 장축(11) 둘레에 슬리브(19)가 끼워맞춰지고, 시프트가이드(13a, 13b)의 내경 내측을 끼워맞춘다. 상기 슬리브(19)는 입력 슬리브베어링(172a)과 출력 슬리브베어링(172b)에 의하여 각 시프트가이드(13a, 13b)의 베어링 내륜면과 동작가능한 접촉으로 유지되는 대략 관형 구성품으로 이루어진다. 상기 슬리브베어링(172a, 172b)은 시프트가이드(13a, 13b)의 내륜에 제공되는 베어링 외륜을 따라 롤링됨으로써 슬리브(19)의 회전을 제공한다. 상기 아이들러(18), 아이들러 베어링(17a, 17b), 슬리브(19), 시프트가이드(13a, 13b), 및 슬리브베어링(172a, 172b)은 총괄적으로 도4에 나타낸 아이들러 조립체(402)를 형성한다.
도4, 도7 및 도8를 참조해 보면, 소정 실시예의 상기 슬리브(19)는 아이들러 로드(idler rod)(171)의 나사형성 삽입부를 수용하도록 나사부의 내경을 갖는다. 상기 아이들러로드(171)는 트랜스미션(100)의 장축(11)을 따라 놓이는 대략 원통형 로드로 이루어진다. 소정 실시예로, 상기 아이들러 로드(171)는 슬리브(19)로 삽입되도록 그의 길이를 따라 적어도 부분적으로 나사부가 형성된다. 상기 트랜스미션(100)의 출력측을 향하는 상기 아이들러 로드(171)의 제1단부는 슬리브(19)를 통해 나사결합되고, 출력디스크(101)의 내경으로 삽입되는 슬리브(19)의 출력측을 넘어 연장되는 것이 바람직하다.
도8에 나타낸 바와 같이, 소정 실시예의 출력디스크(101)는 중량을 감소시키기 위하여 스포크(spoke)형태의 대략 원뿔 디스크(conical disc)로 이루어지고, 그의 내경으로부터 트랜스미션(100)의 출력측으로 축방향 연장되는 관형 슬리브부를 구비한다. 상기 출력디스크(101)는 구동샤프트, 휠 또는 다른 기계장치측으로 출력토크를 전달한다. 상기 출력디스크(101)는 그의 출력측에서 볼(1)과 접촉하고, 1:1 이외의 변속비에서 트랜지스터의 입력회전과 다른 속도로 회전된다. 상기 출력디스크(101)는 그의 일단부에서 아이들러 로드(107)를 가이드하고 중심에 위치되도록 제공되어, 상기 슬리브(19), 아이들러(18) 및 시프트가이드(13a, 13b)는 트랜스미션(100)의 축과 동심으로 놓이게 된다. 또한 상기 아이들러 로드(171)와 출력디스크(101)의 내경 사이에 마찰을 최소화하기 위하여 아이들러 로드(171)에 환형 베어링이 위치될 수 있다. 상기 아이들러 로드(171), 슬리브(19), 시프트가이드(13a, 13b) 및 아이들러(18)는 동작가능하게 연결되고, 트랜스미션(100)이 변환될 때 모두 일치하여 축방향으로 이동된다.
도2를 참조해 보면, 입력 시프트가이드(13a)와 고정체(80a) 사이에 위치되는 원뿔 스프링(133)은 트랜스미션(100)의 변환을 낮은 변속비로 편향시킨다. 도1을 참조해 보면, 상기 출력디스크(101)의 주변 가까이의 베어링 주행륜(bearing race)과 접촉하는 출력디스크 베어링(102)은 트랜스미션(100)에 의하여 발생된 축력을 흡수하고 케이스(40)로 전달한다. 상기 케이스(40)는 출력디스크 베어링(102)을 가이드하기 위하여 대응하는 베어링 주행륜을 구비한다.
도4, 도5, 및 도7를 참조해 보면, 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 축방향 이동의 한계는 트랜스미션(100)의 변환범위를 규정한다. 축방향 이동은 시프트가이드(13a, 13b)와 접촉하는 고정디스크(81a, 81b)의 내측면(88a, 88b)에 의하여 제한된다. 과도하게 높은 변속비에서, 시프트가이드(13a)는 입력고정디스크(81a)의 내측면(88a)와 접촉하고, 과도하게 낮은 변속비에서는 상기 시프트가이드(13b)는 출력고정디스크(81b)의 내측면(88b)과 접촉한다. 여러 실시예에서, 상기 시프트가이드(13a, 13b)의 볼록곡선면(97)의 곡률(curvature)은 볼(1)의 중심으로부터 가이드휠(21)의 중심까지의 거리, 가이드휠(21)의 반경, 두 가이드휠(21)과 볼(1) 중심 사이에 형성되는 라인(line) 간의 각도, 및 볼(1) 축의 경사각도에 따라서 기능적으로 좌우된다. 이러한 관계의 예시는 도25, 도26 및 도27을 참조하여 후술된다.
도1, 도5 및 도7에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 하나 이상의 고정휠(30)은 각 레그(2)의 홀을 통해 삽입되는 고정휠핀(31)을 갖는 각 레그(2)에 부착될 수 있다. 상기 고정휠핀(31)은 고정휠(30)이 각 고정휠핀(31)에서 자유자재로 회전되도록 적정한 사이즈 및 디자인으로 이루어진다. 상기 고정휠(30)은 볼(1)을 향하는 고정커브(82)의 홈곡선면(90)을 따라 롤링된다. 상기 고정휠(30)은 레그(2)가 축방향으로 이동되는 것을 방지하고, 트랜스미션(100)이 변환될 때 볼 축(3)이 용이하게 경사되는 것을 확보하도록 축방향 지지를 제공한다.
도1 및 도7을 참조해 보면, 고정체(80a)에 인접하게 위치되는 스포크형 입력디스크(34)는 부분적으로 캡슐형태로 싸이지만(encapsulate), 대체로 고정체(80a)와 접촉하지 않는다. 상기 입력디스크(34)는 둘 이상의 스포크를 구비할 수 있고, 솔리드(solid) 디스크로 이루어질 수 있다. 상기 스포크는 중량을 저감시키고, 트랜스미션(100)의 조립을 향상시킨다. 다른 실시예로 솔리드 디스크가 사용될 수 있다. 상기 입력 디스크(34)는 두 개의 측면을 구비하는데, 제1측은 볼(1)과 접촉하고, 제2측은 제1측에 반대되게 향하는 측이다. 상기 입력디스크(34)는 그의 내경에서 한 세트의 암나사부 또는 너트(37) 상에 동축으로 끼워지고, 그로부터 반경방향으로 연장되는 대략 환형 디스크로 이루어진다. 사용되는 상기 케이스(40)가 볼(1) 및 입력디스크(34)를 캡슐형태로 싸는 방식으로 이루어질 경우, 상기 입력디스크(34)의 외경은 케이스(40)에 끼워맞춰지도록 디자인되고, 상기 케이스(40)의 플랜지(flange)에 형성된 관통볼트공으로 삽입되는 일반적인 볼트로 섀시(chassis) 또는 프레임과 같은 견고한 지지구조체(116)에 장착된다. 전술한 바와 같이, 상기 입력디스크(34)는 볼(1)을 향하는 그 입력디스크(34)의 제1측 립(lip)의 주연방향으로 경사진 면 또는 베어링 접촉면을 따라 볼(1)과 회전접촉된다. 또한 전술한 바와 같이, 상기 입력디스크(34)의 소정 실시예는 그의 내경으로 삽입되는 한 세트의 암나사부(37) 또는 너트(37)를 구비하며, 상기 너트(37)는 스크류(35)에 나사결합되어 입력디스크(34)와 스크류(35)는 결합된다.
도1 및 도4을 참조해 보면, 상기 스크류(35)는 구동샤프트(drive shaft)(69)에 부착되고, 그 구동샤프트(96)에 의하여 회전된다. 상기 구동샤프트(96)는 대략 원통형으로 이루어지고, 내부구멍(inner bore)을 구비하고, 제1단부는 축방향으로 출력측을 향하고, 제2단부는 축방향으로 입력측을 향하며, 대체로 일정한 직경을 갖는다. 상기 제1단부에서 상기 구동샤프트(69)는 일반적으로 기어, 스프라켓(sprocket) 또는 모터로부터 크랭크샤프트와 같은 토크입력장치에 견고하게 부착되고, 이 토크입력장치에 의하여 회전된다. 상기 구동샤프트(69)는 스크류(35)의 내경에 형성된 대응하는 한 세트의 스플라인(spline)과 결합되고 회전되도록 그의 제2단부로부터 연장하는 축방향 스플라인(109)을 구비한다. 상기 구동샤프트(69) 상에 동축으로 위치되는 환형디스크에는 일측이 한 세트의 상승 경사면으로 이루어지는 한 세트의 중앙 구동샤프트 램프(ramp)(99)는 구동샤프트(69)의 스플라인(spline)(109)과 결합되는 결합 프롱(mating prong)을 구비하고, 구동샤프트(69)에 의하여 회전되며, 그 구동샤프트(69)를 따라 축방향으로 이동가능하게 이루어진다. 핀 링(195)은 상기 중앙 구동샤프트 램프(99)의 제2측과 접촉된다. 상기 핀 링(195)은 아이들러 로드(171) 상에 동축으로 위치되고, 축방향이동이 가능하며, 아이들러 로드(171)와 정렬되어 아이들러 핀(196)을 유지하도록 기능하는 횡단구멍(transverse bore)을 구비한다. 상기 아이들러 핀(196)은 핀 링(195)의 직경보다 약간 크게 이루어지는 견고한 장방형 로드로 구성되고, 아이들러 로드(171)의 장방형 슬롯(173)으로 삽입되고, 상기 핀 링(195)의 구멍으로 삽입될 때 제1 및 제2단부 모두에서 핀 링(195)을 약간 넘게 연장된다. 상기 아이들러 로드(171)의 장방형 슬롯(173)은, 도1에 나타낸 바와 같이, 트랜스미션(100)이 1:1로부터 높은 변속비로 변환될 경우, 핀(196)을 축방향 이동하도록 한다. 그러나 상기 트랜스미션(100)이 1:1로부터 낮은 변속비로 변환될 경우, 상기 장방형 슬롯(713)의 입력단부측은 핀(196)과 접촉하고, 이후 상기 핀 링(195)을 통해 중앙 구동샤프트 램프(99)와 동작가능하게 접촉된다. 그러므로 트랜스미션(100)이 1:1및 낮은 변속비일 경우, 상기 아이들러 로드(171)는 중앙 구동샤프트 램프(99)와 작동가능하게 연결되어, 상기 아이들러 로드(171)가 중앙 구동샤프트 램프(99)를 축방향으로 이동시킬 때, 그 아이들러 로드(171)와 함께 축방향으로 이동된다. 상기 중앙 구동샤프트 램프(99)의 램프면(ramp surface)은 헬리컬(helical), 곡선(curve), 선형(linear) 또는 다른 형태로 이루어질 수 있고, 한 세트의 대응하는 중앙베어링 디스크램프(98)와 동작가능하게 접촉된다. 상기 중앙베어링 디스크램프(98)는 중앙 구동샤프트 램프(99)에 적절하고 대응하는 램프면을 구비한다. 상기 트랜스미션(100)의 출력을 향하는 제1측에서, 중앙베어링 디스크램프(98)는 중앙 구동샤프트 램프(99)를 향하고, 그 중앙 구동샤프트 램프(99)와 접촉되고 그에 의해 구동된다.
상기 중앙 베어링디스크 램프(98)는 트랜스미션(100)의 장축(11)에 대하여 동축으로 회전되도록 위치되는 대략 환형디스크의 베어링 디스크(60)에 견고하게 부착된다. 상기 베어링 디스크(60)는 베어링디스크 베어링(66)과 접촉하는 볼(1)로부터 멀어지는 방향을 향하는 측의 그의 주변에 근접하여 베어링 마찰면을 구비한다. 상기 베어링디스크 베어링(66)은 베어링디스크(66) 주변에서 환형 스러스트베어링(thrust bearing)으로 이루어지고, 베어링디스크(60)와 입력디스크(34) 사이에 위치된다. 상기 베어링디스크 베어링(66)은 베어링디스크(60)에 대하여 축방향 및 반경방향 지지를 제공하며, 케이스(40)와 함께 트랜스미션(100)의 내부 일부를 부분적으로 캡슐형태로 싸도록 제공되는 케이스 캡(67)에서의 베어링 마찰면에 의하여 지지된다.
도1을 참조해 보면, 상기 케이스 캡(67)은 그의 주변 또는 그의 주변 가까이로부터 출력 단부로 연장하는 관형부를 갖는 구동샤프트(69)로부터 연장되는 대략 환형 디스크 형태로 이루어진다. 상기 케이스 캡(67)은 트랜스미션(100)에 의하여 발생되는 축방향 및 반경방향 힘을 흡수하고, 트랜스미션(100)을 밀봉하여, 윤활유가 누출되고 오염물이 침투되는 것을 방지한다. 상기 케이스 캡(67)은 고정형태이고, 소정 실시예에서는 종래의 고정방법으로 케이스(40)에 견고하게 부착되거나, 케이스(40)의 내경에 대응하는 암나사부와 결합하도록 그 외경에 수나사부를 구비할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 케이스 캡(67)은 베어링디스크(60)의 주변 가까이에 베어링디스크 베어링(66)과 접촉하고, 그 케이스 캡(67)으로부터 관형 연장부의 출력단부 내측에 위치되는 베어링 마찰면을 구비한다. 또한 상기 케이스 캡(67)은 그 환형부의 내경 가까이에 위치되는 출력측을 향하고, 구동샤프트 베어링(104)과 결합하는 제2베어링 마찰면을 구비한다. 상기 구동샤프트 베어링(104)은 구동샤프트(69)에 축방향 및 반경방향 지지를 제공하도록 스러스트 및 레이디얼 조합베어링으로 이루어진다. 상기 구동샤프트(67)는 입력측을 향하는 그의 외경에 형성되고 구동샤프트 베어링(104)과 결합하는 베어링 마찰면을 구비하고, 스크류(35)에 의하여 발생된 축력을 케이스 캡(67)으로 전달한다. 입력베어링(105)은 구동샤프트(69)에 부가적인 지지를 제공한다. 상기 입력베어링(105)은 구동샤프트(69) 상에 동축으로 위치되고, 트랜스미션(100)의 입력측을 향하는 케이스 캡(67)의 내경에 제3마찰면과 결합된다. 상기 입력베어링(105)에 대한 주행면을 제공하도록 디자인된 베어링 마찰면을 갖는 대략 원통형 나사너트로 이루어진 콘너트(cone nut)(106)는 구동샤프트(69) 상에 나사결합되고, 입력베어링(65)을 지지한다.
도1에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 장축(11)에 대하여 대략 링형태를 형성하는 복수개의 한 세트의 주변램프(perimeter ramp)(61)는 베어링 디스크(60)에 견고하게 부착된다. 상기 주변램프(61)는 장축(11)에 대하여 반경방향으로 위치되고, 베어링디스크(60)에 대하여 또는 그에 형성되는 복수개의 경사진 면으로 이루어지고, 출력측을 향한다. 상기 경사진 면은 곡선형태, 헬리컬형태, 선형 또는 다른 형태로 이루어질 수 있으며, 각각은 복수개의 램프베어링(62)의 하나에 가해지는 축력을 제공하는 웨지(wedge)를 형성한다. 상기 램프베어링(62)은 구형(spherical)뿐만 아니라, 원통형, 원뿔형, 다른 기하학적 형태로 이루어질 수 있으며, 베어링케이지(63)에 수용된다. 상기 도면에 도시된 베어링케이지(63)는 각각의 램프 베어링(62)을 수용하는 복수개의 구멍을 갖는 대략 링형태로 이루어진다. 한 세트의 입력디스크램프(64)는 입력디스크(34)에 견고하게 부착되거나, 그 입력디스크(34)의 일부분으로 형성된다. 소정 실시예에서 상기 입력디스크 램프(64)는 입력측을 향하는 램프를 갖는 주변램프(62)에 제공된다. 다른 실시예로, 상기 입력디스크 램프(64)는 램프베어링(62)을 정렬하고 반경방향으로 중심에 위치시키는 베어링 마찰면으로 형성된다. 상기 램프베어링(62)은 주변램프(61)와 입력디스크 램프(64)의 경사면을 롤링업 또는 롤링다운 함으로써 토크변화에 응답한다.
도1 및 도4를 참조해 보면, 출력발생장치(160)는 입력디스크(34)와 볼(1) 사이의 통상적인 접촉력을 증가시키기 위하여 입력디스크(34)에서 발생되고 그로 가해지는 출력을 생성하는 여러 구성요소로 이루어지고, 입력디스크(34)의 마찰에 볼(1) 회전을 사용하는 구성요소이다. 상기 트랜스미션(100)은 충분한 축력을 제공하여 입력디스크(1), 볼(1), 및 출력디스크(101)가 미끄러지지 않거나, 그들의 접촉지점에서 받아들일 수 있는 양으로만 미끄러진다. 상기 트랜스미션(100)으로 가해지는 토크의 크기가 증가됨에 따라, 적절한 양의 추가적인 축력이 미끄러짐을 방지하도록 요구된다. 또한 높은 변속비 또는 1:1 변속비보다 낮은 변속비에서 미끄러짐을 방지하도록 더 큰 축력이 요구된다. 그러나 높은 변속비 또는 1:1 변속비에서 너무 많은 힘을 제공하는 것은 트랜스미션(100)의 수명을 단축시키고, 효율을 감소시키며, 증가된 축력을 흡수하기 위하여 많은 구성요소를 필요로 한다. 이상적으로 상기 출력발생장치(160)는 트랜스미션(100)의 변환 및 토크의 변화에 따라 볼(1)에 가해지는 축력을 변화시킬 수 있다. 소정 실시예로, 상기 트랜스미션(100)은 이러한 두 가지 목적을 이룰 수 있다. 스크류(screw)(35)는 주변램프(61)에 의하여 제공된 축력으로부터 분리 및 구분되는 축력을 제공하도록 디자인 및 구성될 수 있다. 소정 실시예로, 상기 스크류(35)는 주변램프(61)보다 작은 축력을 제공하고, 트랜스미션(100)의 다른 버젼(version)에서, 상기 스크류(35)는 주변램프(61)보다 큰 힘을 제공하도록 구성된다. 토크의 증가에 따라 상기 스크류(35)가 토크의 증가에 비례하는 양으로 축력을 증가시키도록 너트(37)를 약간 더 회전시킨다. 상기 트랜스미션(100)이 1:1 변속비이고, 사용자 또는 차량이 낮은 변속비로 변환될 경우, 아이들러 로드(171)는 슬리브(19), 슬리브베어링(172), 시프트가이드(13a, 13b) 및 아이들러(18)를 따라 입력측으로 축방향 이동된다. 상기 아이들러 로드(171)가 핀(196) 및 핀링(195)을 통해 중앙 구동샤프트 램프(99)와 접촉하여, 상기 중앙 구동샤프트 램프(99)는 출력측으로 축방향이동하게 된다. 상기 중앙 구동샤프트 램프(99)의 램프면은 중앙 구동디스크 램프(98)의 대향 램프면과 접촉하여, 상기 중앙 베어링디스크 램프(98)는 베어링 디스크(67)를 회전시키고, 주변램프(61)를 램프베어링(62) 및 입력디스크램프(64)와 결합시킨다. 상기 중앙 구동샤프트 램프(99) 및 중앙 베어링디스크 램프(98)는 토크 스플리팅(torque splitting) 작용을 실행하여, 스크류(35)로부터 주변램프(61)로 소정 토크를 이동시킨다. 이는 주변램프(61)를 통해 유도된 전달토크의 비율(percentage)을 증가시키고, 전술한 바와 같이 주변램프(61)가 토크반응됨으로 인하여, 발생되는 축력양은 증가된다.
또한 도1 및 도4를 참조해 보면, 낮은 변속비로 변환될 경우, 상기 아이들러(18)는 축력측으로 축방향 이동되고, 접촉경로에서 힘의 반작용에 의하여 아래측으로 끌어당겨진다. 또한 상기 아이들러(18)가 아래측으로 더 이동할 경우, 아이들러는 더 강하게 끌어당겨진다. 접촉 뿐만 아니라 이동각도를 가로지르는 수직력에서의 증가와 함께 증가하는 "아이들러의 끌어당겨짐"은 높은 변속비로 변환할 경우 발생한다. 상기 아이들러의 끌어당겨짐은 접촉경로에서 작용하는 횡단힘(transverse force)의 집중으로 인하여 발생되고, 이러한 효과는 스핀(spin)이라 불리운다. 스핀은 볼이 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 아이들러(18)와 접촉하는 3개의 접촉경로에서 발생한다. 상기 아이들러(18)와 볼(1) 사이의 접촉에서 작용하는 스핀으로부터 합성력(resultant force)의 크기는 볼(1), 입력 및 출력디스크(34, 101)의 합성력 크기에 비하여 최소로 된다. 상기 아이들러(18)와 볼(1) 경계부의 접촉경로에서 제공되는 최소한의 스핀으로 인하여, 이러한 접촉경로는 다음의 설명에 의하여 무시될 수 있다. 스핀은 입력디스크(34)와 볼(1) 및 출력디스크(101)와 볼(1)의 접촉경로에서 효율손실을 고려할 수 있다. 스핀은 볼(1) 및 디스크(34, 101)의 롤링방향에 직교하는 횡단력을 제공한다. 1:1 변속비에서, 입력 및 출력접촉경로에서의 스핀 또는 접촉스핀에 의하여 제공되는 횡단력은 동일하고 반대되며, 본질적으로 상쇄된다. 이러한 상태에서 아이들러(18)에서 축방향 끌어당김은 존재하지 않는다. 그러나 트랜스미션(100)이 예를 들면 낮은 변속비로 변환됨에 따라, 입력디스크(34)와 볼(1)에서의 접촉경로는 볼(1) 축 또는 기둥(pole) 측으로 더 이동된다. 이는 스핀뿐만 아니라 롤링(rolling)방향에 직교하도록 제공되는 횡단력을 감소시킨다. 동시에 상기 출력디스크(101)와 볼(1) 접촉경로는 볼(1)의 축 또는 기둥에 더 가깝게 이동되어, 스핀 및 횡단력은 증가된다. 이는 트랜스미션(100)의 입력 및 출력측에서 스핀에 의하여 제공되는 횡단력이 동일하지 않고, 출력접촉에서의 횡단력이 커지기 때문에, 출력디스크(101)와 볼(1)의 접촉경로가 볼(1)의 축으로 더 가깝게 이동하는 상태를 발생한다. 상기 트랜스미션(100)이 낮은 변속비로 더 변환되면, 볼(1)에 가해지는 접촉에서의 횡단력은 더 강해지게 된다. 상기 볼(1)에서 스핀에 의하여 발생된 횡단력은 높은 변속비로 변환될 경우 반대방향으로 힘을 가한다. 상기 볼 축(3)에 부착된 레그(2)는 시프트가이드(13a, 13b)에 끌어당김을 전달하고, 상기 시프트가이드(13a, 13b)가 아이들러(18) 및 슬리브(19)에 동작가능하게 부착되기 때문에, 축력은 아이들러 로드(171)로 전달된다. 상기 접촉경로를 가로지르는 수직력이 증가됨에 따라, 접촉스핀 증가의 영향은 모든 비율 및 효율을 감소시킨다.
도1 및 도4를 참조해 보면, 트랜스미션(100)이 낮은 변속비로 변환됨에 따라, 아이들러 로드(171)로 전달되는 끌어당김은 도1에 나타낸 바와 같이 축력을 좌측으로 작용시키고, 입력토크를 스크류(35)로부터 주변램프(61)로 변환시킨다. 상기 트랜스미션(100)이 매우 낮은 변속비로 변환됨에 따라, 상기 아이들러 로드(171)는 더욱 강하게 끌어당겨지고, 중앙 구동샤프트 램프(99)와 중앙 베어링디스크 램프(98)상에 상대이동을 발생시키고, 더 많은 토크를 주변램프(61)로 이동시킨다. 이는 스크류(35)를 통해 전달되는 토크를 감소시키고, 주변램프(61)를 통해 전달되는 토크를 증가시켜, 그 결과 축력을 증가시킨다.
도1 및 도9를 참조해 보면, (후술될 여러 구성품으로 구성되는) 연결해제장치(disengagement mechanism)가 제안된다. 상기 연결해제장치는 입력디스크(35)와 베어링디스크(60) 사이에 위치되고, 출력회전이 입력회전보다 클 경우 트랜스미션(100)을 연결해제한다. 상기 연결해제장치는 복수개의 부품으로 구성되는데, 입력디스크 커넥터(121), 그의 주변 가까이에서 입력디스크(34)에 견고하게 부착되는 대략 원통 장방형 핀을 포함하며, 트랜스미션(100)의 장축(11)에 실질적으로 평행하는 방향으로 입력디스크(35)로부터 베어링디스크(60)측으로 돌출된다. 상기 입력디스크 커넥터(121)는 그의 제1단부에서 클러치레버(clutch lever)(122)와 연결된다. 상기 클러치레버(122)는 견고한 재료의 대략 L자형 편평편(flat piece)으로 이루어지고, 짧은 레그로서 제1단연장부와, 긴 레그로서 제2단연장부를 구비하며, 이 레그들의 교차 연결점으로부터 프리로더(preloader)(123)에서 피벗된다. 상기 입력디스크 커넥터(121)와 클러치레버(122)의 제1단부의 결합은 슬라이딩결합으로 이루어지고, 입력디스크 커넥터(121)와 클러치레버(122) 간의 상대이동을 허용한다. 상기 클러치레버(122) 결합은 프리로더(123)상에 위치되는 관통공에 의하여 형성된다. 상기 프리로더(123)는 사각, 편평 또는 다른 어떠한 단면형태로 이루어질 수 있는 유연한 장방형 로드로 이루어지며, 그의 제1단부에서 베어링 케이지(63)를 통해 반경방향으로 연장되는 구멍에 부착되고, 그의 제2단부에서는 구동샤프트(69)에 견고하게 부착된다. 상기 프리로더(123)는 램프베어링(62)을 주변램프(61)로 편향시킬 수 있으며, 연결해제장치가 동작하는 동안 입력디스크(34)를 볼로부터 끌어당길 수 있으며, 연결해제장치(120) 구성품과 같이 다른 구성품에 대한 부착 수단으로서 제공될 수 있다. 또한 상기 클러치 레버(122)에 멈춤쇠(pawl)(124)가 부착된다. 상기 멈춤쇠(124)는 대략 웨지(wedge)형으로 이루어지고, 그의 제1단부는 소정지점으로 테이퍼(taper)지고, 제2단부는 관통홀을 갖고 라운드진다. 상기 클러치 레버(122)의 제2단부의 홀로 멈춤쇠 핀(125)이 삽입되어, 멈춤쇠(124)를 클러치 레버(122)에 부착시키고, 멈춤쇠 핀(125)에 대하여 멈춤쇠(124)가 회전되도록 한다. 상기 멈춤쇠(124)는 주연 주위에 기어치(teeth)를 가지며, 클러치레버(122)의 백(back)에 대하여 플랫(flat)이 구비된 디스크 형태의 래칫(ratchet)(126)과 결합되고 접촉한다. 상기 래칫(126)의 중앙부에는 프리로더(123)가 클러치레버(122)에 인접하여 통과하며, 트랜스미션(100)의 장축(11)측 반경방향 내측으로 구멍이 구비된다. 상기 래칫(126)은 일반적인 패스너에 의하여 그 위치에 유지되고, 프리로더(123)에 대하여 회전가능하다. 그의 주변에 베벨 기어치(bevel teeth)를 갖는 기어인 래칫베벨(ratchet bevel)(127)은 래칫(126)에 견고하고 동축으로 부착되고 그 래칫(126)의 일부분을 이룬다. 상기 래칫베벨(127)의 기어치는 베벨기어(128)와 치합된다. 도시된 실시예에서 상기 베벨기어(128)는 베어링디스크(60)에 견고하게 부착되는 링형태로 이루어지지만, 구동샤프트(69)와 중앙 구동샤프트 램프(99)와 같은 다른 회전구성품에 부착될 수 있다. 상기 베벨기어(128)는 래칫(126)상의 기어치와 치합되도록 그의 주변 주위에 기어치를 구비한다. 도11에 나타낸 바와 같이 복수개의 코일(coil)을 갖는 코일 스프링인 메인 스프링(main spring)(129)은 트랜스미션(100)의 장축 주위에 동축으로 위치되고, 제1단부는 입력디스크(34)에 부착되고 제2단부는 베어링디스크(60)에 부착된다. 상기 메인스프링(129)는 스크류(35)에 대하여 회전하도록 입력디스크(34)를 편향시키고, 그 스크류(35)로부터 "권취가 풀어져(unwind)" 입력디스크(34)는 볼(1)과 접촉한다.
또한 도1 및 도9를 참조해 보면, 상기 트랜스미션(100)으로의 입력회전이 중지되고, 입력디스크(101)는 하나 이상의 휠, 구동전달계(drive train), 또는 다른 입력회전장치에 의하여 지속적으로 회전되려할 경우, 상기 볼(1)은 입력디스크(101)에 의하여 구동된다. 이후 상기 볼(1)은 스크류(35)상에서 권취되고(wind) 그 볼(1)로부터 결합해제되는 제1방향으로 입력디스크(34)를 회전시킨다. 동일한 제1방향으로 입력디스크(34)에 의하여 회전되는 입력디스크 커넥터(121)는 제1방향으로 클러치레버(122) 및 멈춤쇠(124)와 접촉되고 이들을 회전시킨다. 상기 멈춤쇠(124)는 멈춤쇠 핀(125) 상에 동축으로 위치되는 텐션스프링으로 이루어질 수 있는 멈춤쇠 텐셔너(pawl tensioner)(미도시)에 의하여 래칫(126)의 기어치와 접촉되도록 편향된다. 상기 멈춤쇠(124)가 래칫(126)의 기어치를 통과함에 따라, 상기 멈춤쇠(124)는 래칫(126)의 기어치상에서 록킹되고, 입력디스크(34)가 제2방향으로 스크류(35)로부터 권치풀림되는 것을 방지하여, 이에 따라 메인스프링(129)의 편향은 유지된다. 상기 래칫(126)의 일부분인 래칫베벨(127)은 회전하지 않는 베벨기어(128)와 상기 래칫(126)은 연결되는 기어치를 구비하기 때문에, 상기 래칫(126)은 제1방향으로 회전되는 것이 방지된다.
상기 트랜스미션(100)의 입력회전이 재개될 경우, 상기 베벨기어(127)는 제1방향으로 베어링디스크(60)에 의하여 회전되고, 래칫베벨(127) 및 래칫(127)은 제2방향으로 회전되며, 그러므로 멈춤쇠(124)는 제2방향으로 회전되어, 입력디스크(34)가 스크류(35)로부터 권치풀림되도록 입력디스크(34)를 편향되도록 하고, 볼(1)과 접촉되도록 한다. 제1단부에서 프리로더(123)에 부착되는 베어링 케이지(63)는 입력디스크(34)가 제1방향으로 회전될 경우 프리로더(123)를 입력디스크(34)에 대햐여 회전하도록 한다. 이는 입력디스크(34)가 제1방향으로 회전할 때, 입력디스크(34)에 대하여 회전하는 램프베어링(62)으로 인한 것이다. 유사하게, 상기 트랜스미션(100)의 입력회전이 재개될 때, 상기 베어링디스크(60)는 동일한 상대회전으로 인하여 프리로더(123)에 대하여 회전한다. 이러한 작용은 연결해제장치(120)의 연결 및 해제를 제공한다.
도1 및 도15를 참조해 보면, 래치(latch)(115)는 상기 베어링디스크(60)를 향하는 입력디스크(34) 측에 견고하게 부착되고, 후크레버(hook lever)(113)의 제1 두 단부에 견고하게 부착되는 후크(114)와 결합된다. 상기 후크레버(113)는 그의 제1단부에서 후크(114)를 갖고 제2단부에서 후크 힌지(116)를 갖는 장방향 스트럿(strut)으로 이루어진다. 상기 래치(115)는 후크(114)의 폭 보다 큰 결합영역 또는 개구부를 가지며, 입력디스크(34)와 베어링디스크(60)가 서로 상대적으로 이동할 때 래치(114)의 제한부 내에서 장축(11)에 대하여 반경방향으로 이동하도록 후크(114)에 대한 여분의 공간(extra room)을 제공한다. 상기 후크 힌지(116)는 중간힌지(119)와 결합되고, 제1힌지핀(111)을 갖는 힌지 결합부를 형성한다. 상기 중간 힌지(119)는 두 개의 단부를 갖는 대략 장방형 스트럿으로 이루어지는 입력디스크 레버(112)의 제2단부와 일체로 이루어진다. 상기 입력디스크 레버(112)의 제2단부에는 제2힌지핀(118)을 사용하여 힌지 버팀대(hinge brace)(110)와 결합하는 입력디스크 힌지(117)를 구비한다. 상기 힌지 버팀대(110)는 후크(114), 후크레버(113), 후크힌지(116), 제1힌지핀(111), 중간힌지(119), 힌지디스크 레버(112), 제2힌지핀(118), 및 입력디스크 힌지(117)를 지지하도록 대략 베이스(base)로 이루어지고, 상기 입력디스크(34)를 향하는 측 베어링디스크(60)에 견고하게 부착된다. 상기 래치(115) 및 후크(14)가 결합될 경우, 상기 램프 베어링(62)은 구동디스크(34)에 대하여 축력의 보정량을 제공하지 않는 주변램프(61) 상의 영역으로 롤링을 방지한다. 이러한 확실한 결합은 주변램프(61)에 의하여 램프베어링(62)으로 가해지는 모든 회전력이 입력디스크(34)로 전달되는 것을 확실하게 한다. 프리로더(123)는 그의 일단부가 구동샤프트(69)에 부착되고, 반경방향 외측으로 연장된다. 상기 프리로더(123)의 제2단부는 입력디스크 레버(112)와 접촉하여 입력디스크(34)를 볼(1)로부터부 멀어지게 편향시켜, 입력디스크(34)가 볼(1)로부터 결합해제되는 경우, 연결해제가 유지되도록 편향된다.
도10을 참조해 보면, 트랜스미션(100)의 다른 축력발생장치의 단면도를 나타내고 있다. 간략화를 위하여, 전술한 축력발생장치와 도10에 나타낸 축력발생장치 사이의 차이점을 나타내었다. 상기 축력발생장치는 하나 이상의 역전 레버(reversing lever)(261)를 포함한다. 상기 역전레버(261)는 반경방향 내측의 제1측과 반경방향 외측의 제2측을 갖는 중심을 벗어난 장착피벗홀을 각각 갖는 대략 편평하고 뷸규칙한 형태의 캠편(cam piece)으로 이루어진다. 상기 역전레버(261)의 제1측은 아이들러 로드(171)의 장방향 슬롯(173)으로 각각 끼워맞춤된다. 트랜스미션(200)이 낮은 변속비로 변환될 경우, 상기 장방형 슬롯(173)의 단부는 역전레버(261)의 제1측과 접촉하고, 상기 역전레버(261)는 그 역전레버(261)의 피벗홀로 삽입되는 역전핀(262)에 의하여 제공된 축에서 피벗된다. 상기 제1측이 장방향 슬롯(173)의 단부에 의하여 접촉됨에 따라, 상기 역전레버(261)의 제1측 각각은 트랜스미션(100)의 출력측으로 이동되고, 역전레버(261)의 제2측은 입력측으로 이동되어, 역전레버(261)의 캠 기능을 실행한다. 상기 제1측 및 제2측의 길이가 증가 및 감소됨에 따라, 상기 역전레버(261)는 입력측으로 축방향 이동되는 거리를 감소시키고 발생되는 힘을 증가시키도록 디자안될 수 있다. 상기 역전레버(261)는 제공되는 축력을 조절하는 기구적 장점을 제공하는 방식으로 디자인될 수 있다. 이들 제2측에서, 상기 역전레버(261)는 트랜스미션(100)이 저속비로 변환될 때 중앙 스크류 램프(298)의 출력측과 각각 접촉된다. 상기 역전레버(261)는 역전핀(262)에 의하여 레버링(263)에 각각 부착되고, 역전레버(261)를 그 위치에 유지시키기 위하여 레버링(263)의 홀로 압입 또는 나사결합될 수 있다. 상기 레버링(263)은 주위에 끼워맞춰지는 링형태의 장치로 이루어지고, 아이들러 로드(171)를 따라 축방향으로 슬라이딩되며, 역전레버(261)을 삽입 및 위치결정하도록 하나 이상의 사각 슬롯을 구비한다.
또한 도10에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 한 세트의 중앙 스크류 램프(229)가 스크류(35)에 부착되고, 그에 의하여 회전될 수 있다. 본 실시예의 상기 중앙 스크류 램프(299)는, 중앙 스크류 램프(299)가 출력측을 향하는 제1측 및 입력측을 향하는 제2측을 갖는 디스크의 제2측에서 램프로서 형성되는 도4에 나타낸 중앙 스크류 램프(99)와 유사하다. 트랜스미션(100)이 저속비로 변환됨에 따라, 상기 역전레버(261)의 제2측은 중앙 스크류 램프(299)의 제1측에 대하여 밀어내어진다. 전술한 스플라인(109)를 통해 구동샤프트(69)에 스플라인되는 중앙 스크류 램프(299)는 구동샤프트(69)에 의하여 회전되고, 장축(11)을 따라 축방향 이동될 수 있으며, 중앙 스크류 램프(299)가 출력측 이외에 트랜스미션(100)의 입력측을 향하는 것을 제외하고, 전술한 실시예의 중앙 구동샤프트 램프(99)와 유사하다. 상기 중앙 스크류 램프(299)는, 구동샤프트(69)에 대하여 자유자재로 회전하고, 중앙 베어링 디스크 램프(298)가 입력측 이외 트랜스미션(100)의 출력측을 향하는 것을 제외하고 도4에 나타낸 중앙 베어링 디스크램프(98)와 유사한 대응하는 한 세트의 베어링디스크 램프(298)와 접촉한다. 중앙 스크류램프(299)가 역전레버(261)에 의하여 중앙 베어링디스크 램프(298)측으로 축방향으로 밀어내어짐에 따라, 중앙 스크류램프(299)와 중앙 베어링디스크 램프(298)의 램프면의 상대회전은, 주변램프(61)가 결합되는 지점에 대하여 베어링디스크(60)가 회전하도록 발생되어, 주변램프(61)에 대하여 토크를 변환시키고, 발생되는 축력량을 증가시킨다.
도11을 참조해 보면, 도1의 트랜스미션(100)의 다른 실시예의 단면도를 나타내고 있다. 간략화를 위하여, 전술한 트랜스미션(100)과 본 트랜스미션(100) 간의 차이점만을 설명한다. 상기 트랜스미션(300)은 다른 케이지(389), 다른 연결해제장치(도13 및 도14에서 320), 및 다른 축력발생장치를 포함한다. 또한 도11에 나타낸 실시예에서, 원뿔형 스프링(133)은 트랜스미션(300)의 출력측으로 이동되고, 고속비측으로의 변환을 편향시킨다.
도11 및 도12를 참조해 보면, 다른 케이지(389)가 제안되었다. 상기 케이지(389)는 입력 및 출력 고정디스크(381a, 381b)를 포함하지만, 도면의 간략화를 위하여 출력고정디스크(381b)는 생략되었다. 여러 실시예에서 출력 고정디스크(381b)는 입력고정디스크(381a)와 구조적으로 유사하다. 복수개의 고정커브(382)는 고정디스크(381a, 381b)에 부착되고, 볼(1)을 향하는 제1측과 볼(1)로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2측을 구비한다. 상기 각 고정커브(382)의 제2측(391)은 고정디스크(181a, 181b)의 각 하나에 대하여 편평하게 놓이는 편평면으로 이루어진다. 상기 고정커브(382)는 일반적인 패스너 또는 다른 방식의 부착장치로 고정디스크(381a, 381b)에 고정커브(382)를 부착하도록 사용되는 두 개의 관통공을 구비한다. 상기 고정커브(382)는 그의 각 제1측에 복수개의 플랫 스페이서(flat spacer)가 삽입되어 고정디스크(381a, 381b)와 연결되도록 사각 슬롯을 구비한다. 상기 플랫 스페이서(383)는 고정디스크(381) 간의 거리를 설정하도록 제공되고, 고정디스크(381) 간의 강한 연결을 형성하며, 고정디스크(381)가 평행 및 정렬상태를 확보한다.
도시된 디자인은 실질적으로 편평한 고정디스크(181)와 결합된다. 따라서 상기 고정디스크(181)는 실질적으로 견고한 시트의 견고한 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 고정디스크(181)는 스탬핑(stamping), 파인 블랭킹(fine blanking) 또는 산업적으로 알려진 다른 기술과 같은 여러 저가의 제조기술을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 디자인의 상기 고정디스크(181)는 박막형태 또는 시트형태의 금속, 플라스틱, 세라믹, 우드(wood) 또는 종이 생산물 또는 다른 재료로부터 이루어질 수 있다. 상기 도시된 디자인은 재료에서의 현저한 비용절감을 이룰 수 있고, 상대적으로 고가의 구성품의 제조를 적절히 높일 수 있게 한다.
도11, 도13 및 도14를 참조해 보면, 다른 연결해제장치(320)를 제안하고 있다. 도13은 트랜스미션(300)의 축 가까이로부터 바라본 개략 단면도이고, 도14는 트랜스미션(300)의 상부 외측으로부터 중앙측으로 대략 반경방향 내측으로 바라본 개략 단면도이다. 전술한 실시예의 래치트(126) 및 래치트 베벨(127)는 멈춤쇠(124)와 결합되고, 베벨기어(328)와 결합되는 티스를 구비한 본 실시예의 하나의 멈춤쇠 기어(pawl gear)(326)로 결합된다. 다른 실시예에서 베벨기어(328)는 베벨기어 티스를 구비하지 않을 수 있다. 클러치레버(322)는 셋 이상의 구멍을 갖는 견고하고 편평한 L자형 구성요소로 이루어진다. 상기 L자형으로 형성되는 두개의 레그의 결합부에서 최중앙의 구멍은 프리로더(123)에 대하여 회전가능하고 동축으로 이루어지는 클러치레버(322)를 위치결정한다. 상기 클러치레버(322)의 긴 레그의 단부 가까이의 구멍은 멈춤쇠 핀(125)의 삽입을 허용하고, 멈춤쇠(124)에 부착된다. 입력디스크 커넥터(321)와 결합되는 상기 클러치레버(322)의 짧은 레그 단부 가까이의 구멍은 입력디스크 커넥터(321)의 슬롯으로 끼워맞춰지는 클러치핀(329)을 수용하고 유지시킨다. 상기 입력디스크 커넥터(321)는 입력디스크(324)에 견고하게 부착되고, 클러치핀(329)의 슬라이딩 결합을 제공하기 위한 슬롯을 구비한다. 상기 다른 연결해제장치(320)의 동작은 도1 및 도9에서 설명하고 나타낸 연결해제장치(120)와 동일하다.
도11 및 도15를 참조해 보면, 다른 축력발생장치는 트랜스미션(300)의 중앙축에 위치되고 그 중앙축을 따라 축방향 이동 가능한 대략 원뿔형 웨이지(360)를 포함한다. 또한 상기 원뿔형 웨이지(360)는 스플라인(190)과 결합된다. 트랜스미션(300)이 저속비로 변환됨에 따라, 상기 원뿔형 웨이지(360)는 아이들러 로드(171)에 의하여 결합되고, 아이들러 로드(171)와 같은 동일 방향으로 축방향 이동된다. 상기 원뿔형 웨이지(360)는 트랜스미션(300 축 가까이에서 AFG(축력발생장치) 레버(362)의 제1단부와 접촉된다. 상기 AFG레버(362)는 원뿔형 웨이지(360)과 결합하는 반원형 제1단부를 구비하고, 장축(11)으로부터 입력디스크 레버(112)와 결합하는 제2단부측으로 반경방향으로 연장하는 대략 장방형 부품으로 이루어진다. 상기 AFG레버(362)는 그 AFG레버(362)가 회전하는 받침핀(fulcrum pin)(361)과 함께 스플라인(109)에 부착된다. 상기 받침핀(361)은 AFG레버(362)의 피벗을 위하여 제공되어, 상기 AFG레버(362)의 제2단부는 입력디스크레버(112)와 결합된다. 상기 입려디스크레버(112)는 베어링디스크(60)에 동작가능하게 부착되고, 베어링디스크(60)를 회전시켜, 상기 주변램프(61)는 결합되며, 이에 따라 스크류(35)로부터 주변램프(61)로 입력토크를 이동시킨다. 상기 다른 축력발생장치(360)의 동작은 도1 및 도4에서 전술하고 나타낸 축력발생장치와 동일하다.
도16 및 도17를 참조해 보면, 도1의 트랜스미션(100)의 다른 실시예를 나타내고 있다. 도면의 간략화를 위하여, 도17의 트랜스미션(1700)과 도1의 트랜시미션(100)의 차이점만을 설명한다. 상기 도1의 트랜스미션(100)은 하나의 변환장치를 포함하며, 이러한 변환장치의 용어는 입력속도비에 대한 출력속도비를 변환시키는 트랜스미션(100)의 구성요소를 설명하도록 사용될 수 있다. 본 실시예의 변환장치(401)를 포함하는 조립체 및 구성요소들은 도5의 볼/레그 조립체(403), 입력디스크(34), 출력디스크(101), 도4의 아이들러 어셈블리(402), 및 도7의 케이지(89)를 포함한다. 상기 변환장치(401)의 모든 구성요소 및 조립체들은 트랜스미션(1700)의 특정 사양에 최적으로 변경될 수 있으며, 도16에서 상기 변환장치(401)를 포함하는 조립체 및 구성요소들의 일반적인 형태를 나타내었다.
도17에 나타낸 트랜스미션(1700)의 실시예는 트랜스미션(100)과 유사하나 두개의 변환장치(401)를 포함한다. 이러한 구성은 작은 직경 또는 작은 전체사이즈를 갖는 트랜스미션(1700)에서 높은 토크용량이 요구되는 사양에 유용하다. 또한 이러한 구성은 베어링디스크(114)와 출력디스크(101)를 지지하도록 필요로 되는 레이디얼베어링을 생략하여, 전체효율을 증가시킨다. 상기 트랜스미션(1700)이 두 개의 변환장치를 가짐으로 인하여, 각 변환장치(401)는 출력측을 가지며, 또한 트랜스미션(1700)도 출력측을 갖는다. 그러므로 세개의 출력측을 갖기 때문에, 본 구성에서는 입력측 및 출력측 사이를 구별하기 위하여 "a" 및 "b"를 갖는 구성요소와 같은 마킹(marking)을 사용하지 않는다. 그러나 도17에 나타낸 바와 같이, 상기 입력측은 우측이고, 입력은 좌측이다.
도17 내지 도19를 참조해 보면, 트랜스미션(1700)을 둘러싸고 캡슐형태로 에워싸는 케이스(423)가 나타나 있다. 상기 케이스(423)는 외측부재 및 오염물로부터 트랜스미션(1700)을 보호하고, 원활한 동작을 위한 윤활유를 수용한다. 상기 케이스(423)는 일반적인 패스너로 엔진, 프레임, 또는 다른 견고한 받침대(미도시)에 부착되고, 케이스 구멍(424)을 통해 끼워맞춰진다. 상기 케이스(423)는 입력토크를 제공받도록 케이스구멍(424)을 갖는 측인 입력측으로 개방되거나 도시된 우측으로 개방된다. 입력토크는 외측 입력원으로부터 토크를 전달할 수 있는 길고, 견고하며, 로드 또는 샤프트로 이루어지는 입력샤프트(425)로 전달된다. 상기 입력샤프트(425)는 스플라인, 키잉(keying), 또는 다른 방식을 통해 베어링디스크(428)로 토크를 전달한다. 상기 베어링디스크(428)는 트랜스미션(1700)에 의하여 발생되는 상당한 축력을 흡수할 수 있는 디스크 형태의 견고한 구성부재로 이루어지고, 도1에 나타낸 베어링디스크(60)와 유사한 디자인으로 이루어진다. 상기 입력샤프트(425)의 입력단부상의 플랜지(429)와 베어링디스크(428) 사이의 입력샤프트(425) 사에는 입력샤프트 베어링(426)이 동축으로 위치되어, 베어링디스크(428)와 입력샤프트(425) 간의 작은량의 상대이동을 허용한다. 상기 베어링디스크(429)가 회전하기 시작할 경우, 주변램프(61), 램프베어링(62), 베어링케이지(63), 입력디스크 램프(64), 및 입력디스크(34)는 전술한 바와 같이 회전한다. 이는 입력측상의 하나인 제1변환장치(420)의 볼(1)을 회전시킨다.
동시에, 입력샤프트(425)가 회전됨에 따라, 제2입력디스크(431)는 회전된다. 상기 제1입력디스크(431)는 입력샤프트(425)에 견고하게 부착되고, 백킹너트(backing nut)로 키잉(keying)될 수 있으며, 용접, 핀결합 또는 다른 부착방법에 의하여 입력샤프트(425) 상에 압착된다. 상기 제2입력디스크(431)는 베어링디스크(428)에 반대되는 트랜스미션(1700)의 출력측에 위치된다. 상기 제2입력디스크(431) 및 베어링디스크(428)는 전술한 바와 같이 볼/디스크 접촉경로에서 미끄러짐을 방지하기 위하여 수직력으로서 작용하는 주변램프(61), 램프베어링(62), 및 입력디스크 램프(64)에 의하여 발생된 상당한 축력을 흡수한다. 상기 제2입력디스크(431)는 전술한 입력디스크(34)의 형태와 유사하고, 입력샤프트(425)의 회전에 따라 제21변환장치(422)의 볼(1)을 회전시킨다. 상기 제2변환장치(422)는 제1변환장치(420)의 대략 경상(mirror image)으로 이루어지고, 트랜스미션(1700)의 입력측으로부터 멀리 위치되어 상기 제1변환장치(420)는 입력측과의 사이에 놓인다.
전술한 바와 같이, 상기 제1변환장치(420)의 볼(1)은 그 구성요소와 함께 그의 롤링접촉을 통해 출력디스크(430)를 회전시킨다. 상기 출력디스크(430)는 전술한 출력디스크(101)와 동일 기능으로서 제공되지만 대향하는 두 접촉면을 구비하고, 두 변환장치(420, 422) 상의 볼(1)과 접촉한다. 도17에 나타낸 단면도로부터, 출력디스크(430)는 얕은 아치형(shallow arch) 또는 거꾸로된 얕은 V자형으로 이루어질 수 있고, 그 단부는 두 변환장치(420, 422)의 볼(1)과 접촉하는 접촉면을 구비한다. 상기 입력디스크(430)는 제2변환장치(422)를 둘어싸고, 대략 원통형태로 출력측으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 상기 출력디스크(430)의 원통형태는 제2입력디스크(431)를 둘러싸는 트랜스미션(1700)의 출력측으로 연속적이고, 이후 추력디스크(430)의 직경이 감소되며, 그런 다음 케이스(423)의 출구와 같이 작은 직경의 대략 원통형으로 된다. 상기 출력디스크(430)가 제1 및 제2입력디스크(34, 431)와 동심 및 정렬을 유지하도록, 환형 베어링(434, 435)이 출력디스크(431)을 반경방향으로 정렬시키도록 사용될 수 있다. 케이스베어링(44)은 케이스(423)의 구멍 및 출력디스크(430) 상에 위치되고, 추가적인 지지를 위하여 출력디스크 베어링(435)은 출력디스크(430)와 입력샤프트(425) 위에 위치된다. 상기 출력디스크(430)는 도시된 출력디스크(430)을 형성하도록 서로 연결되는 두 개의 단편으로 이루어질 수 있다. 이는 출력디스크(430)의 원통형 쉘(shell) 내측에 제2변환장치(422)를 조립할 수 있게 한다.
이는 도17에 나타낸 바와 같이, 출력디스크(430)의 큰 직경을 따라 두 개의 환형 플랜지의 사용에 의하여 달성될 수 있다. 소정 실시예로, 상기 환형플랜지는 출력디스크(430)의 큰 직경을 따라 대략 중간부에 위치된다. 도17, 도20 및 도21을 참조해 보면, 상기 트랜스미션(1700)의 볼 축(433)은 전술한 볼 축(3)과 유사하며, 동일 기능을 실행한다. 또한 상기 볼 축(433)은 트랜스미션(1700)의 속도비를 변환시키기 위하여 볼(1)이 경사지는 장치로서 제공된다. 상기 볼 축(433)은 그의 각 입력측 각각에서 길게 연장되고, 출력고정체(435)의 벽을 통해 연장된다. 상기 출력고정체(435)는 전술한 출력고정체(80b)와 유사하지만, 복수개의 반경홈(436)이 출력고정체(435)를 통해 전체적으로 뚫려있다. 상기 출력고정체(435)의 홈(436)은 그 출력고정체(435) 벽을 통해 전체적으로 연속되어, 일련의 동일한 공간의 반경홈(436)이 출력고정체(435)의 중앙에서의 구멍 가까이로부터 주변으로 반경방향으로 연장된다. 상기 볼 축(433)은 장방형 출력단부 상에 동축으로 위치되는 이리스 롤러(407)를 구비한다. 상기 이리스 롤러(407)는 볼 축(433)에서 회전할 수 있는 대략 원통형 휠로 이루어지고, 이리스 플레이트(409)의 홈(411) 내측으로 끼워맞춰지도록 디자인된다. 상기 이리스 플레이트(409)는 트랜스미션(1700)의 장축(11)에 대하여 동축으로 끼워맞춰지도록 그의 중심을 통해 구멍을 갖는 환형 디스크 또는 환형 플레이트로 이루어진다. 상기 이리스 플레이트(409)는 각 이리스 롤러(407)의 두께보다 두 배 큰 두께를 가지며, 구멍으로부터 이리스플레이트(409)의 주변 가까이로 반경방향 외측으로 연장하는 다수의 이리스 홈(411)을 구비한다. 상기 이리스 홈(411)이 반경방향으로 연장됨에 따라, 그의 각도 위치는 변화하여, 이리스 플레이트(409)가 장축(11)에 대하여 각을 이루고 회전됨에 따라, 상기 이리스 홈(411)은 각 길이를 따라 캠 기능을 제공한다. 다시 말해서, 상기 홈(411)은 이리스 플레이트(409)의 중심의 구멍 가까이로부터 그의 주변 가까이의 각 지점으로 나선형(spiral)을 이룬다.
상기 이리스 롤러(407)는 그의 외경을 따라 곡률을 이루거나, 그이 외부코너에서 필릿(fillet)을 구비하여, 볼 축(433)이 경사질 때 상기 이리스 플레이트(409)의 홈(411) 내측에서 그의 직경은 변화되지 않고 유지된다. 상기 이리스 플레이트(409)는 두 변환장치(420, 422)로부터 이리스 플레이트(409)가 모든 변환속도비에서 이리스 플레이트(433)의 홈(411) 내측에 유지될 수 있도록 충분한 두께로 이루어진다. 상기 이리스 홈(411)은 기존의 이리스 플레이트 방식으로 동작하고, 이리스 플레이트(409)가 회전될 때 볼 축(433)이 반경방향 내측 또는 외측으로 이동되도록 한다. 상기 이리스 플레이트(409)는 제1변환장치를 향하는 제1측 및 제2변환장치를 향하는 제2측을 구비하며, 두 출력고정체(435)로부터 연장하는 관형 연장부 상의 인접한 보스(boss)에서 트랜스미션(1700)의 장축(11)에 대하여 동축으로 위치된다. 상기 두 출력고정체(435)는 그 출력고정체(435)의 보스에서 축 구멍(미도시)을 통해 일반적인 패스너로 서로 부착될 수 있다. 상기 출력고정체(435) 보스는 그의 중심에 구멍을 가지며, 그의 중앙으로부터 반경방향 외측으로 위치되는 복수개의 구멍을 구비한다. 소정 실시예로, 상기 출력고정체(435)의 보스는 이리스 플레이트(433)에 대하여 자유로운 회전을 제공하도록 이리스 플레이트(409) 보다 약간 넓은 공간을 형성하며, 소정 실시예는 출력고정체(435) 사이에 이리스 플레이트(409)의 위치를 정확하게 제어하기 위하여 보스 및 이리스 플레이트(409) 사이에 베어링을 사용한다. 상기 이리스 플레이트(409)의 외경에 가까운 이리스 플레이트(409)의 제1측에 이리스 케이블(406)이 부착되며, 연결지점으로부터 길이방향으로 연장된다. 상기 이리스 케이블(406)은 그 이리스 케이블(406)이 밀어내어질 때 이리스 플레이트(409)를 회전시키는 방향으로 제1변환장치(420)의 출력고정체(435)를 통해 루트(route)를 정한다. 상기 이리스 케이블(406)은 출력고정체(435)의 주변 가까이의 구멍을 통과한 후, 변속비를 제어할 수 있는 트랜스미션(1700)의 외측으로 케이스(423)를 통해 루트를 정한다. 외경에 가까운 이리스 플레이트의 제2측에는 이리스 스프링(408)이 부착된다. 또한 상기 이리스 스프링(408)은 제2변환장치(422)의 출력고정체(435)에 부착된다. 상기 이리스 스프링(408)은 이리스 케이블(406)에 의하여 가해지는 텐션으로부터 이리스 플레이트(409)의 회전에 대항하는 탄성력을 작용시킨다. 상기 이리스 케이블(406)로부터의 텐션이 완화될 때, 상기 이리스 스프링(408)은 이리스 플레이트(409)를 안정위치로 복귀시킨다. 트랜스미션(1700)의 적용에 따라, 이리스 스프링(406)이 이리스 플레이트(409)를 끌어당길 경우, 트랜스미션(1700)은 고속변속비로 변환되고, 이리스 케이블9406)의 텐션이 완화될 경우, 이리스 스프링(408)은 트랜스미션(1700)을 저속변속비로 변환하도록 상기 이리스 플레이트(409)를 구성시킬 수 있다. 또한 상기 이리스 플레이트(409)는, 이리스 케이블(406)이 이리스 플레이트(409)를 끌어당길 경우, 트랜스미션(1700)을 저속비로 변환시키고, 이리스 케이블(406)의 텐션이 완화될 때, 이리스 스프링(408)은 트랜스미션(1700)을 고속비로 변환시키도록 구성될 수 있다.
도16 및 도17를 참조해 보면, 두 변환장치(420, 422)를 갖는 트랜스미션(1700)의 실시예는 트랜스미션(1700)의 부가적인 롤링부재의 정렬에서의 높은 정확도를 필요로 한다. 모든 롤링부재들은 서로 정렬되어야만 하거나, 효율에 영향을 주고, 트랜스미션(1700)의 수명을 단축시킬 수 있다. 조립동안에, 입력디스크(34), 출력디스크(430), 제2입력디스크(431), 및 아이들러 조립체(402)는 동일 장축 상에 정렬된다. 또한 본 실시예에서 전술한 바와 같이 출력고정체(435)에 의하여 결합되는 두 개의 케이지(89)로 이루어지는 케이지(410) 또한 볼/레그 조립체(403)_를 정확하게 위치시키도록 장축에 정렬되어야만 한다. 간소화 및 정확성을 달성하기 위하여, 모든 롤링부재들은 입력샤프트(425)에 대하여 위치된다. 제1입력고정베어링(440) 및 제2입력고정베어링(444)은 케이지(410)의 정렬을 돕도록 입력고정베어링(440, 444)의 구멍에서 입력샤프트(425) 상에 위치된다. 출력고정베어링(442)는 출력고정체(435)의 구멍에서 입력샤프트(425) 상에 위치되고, 케이지(410)를 정렬시킨다. 상기 제1 및 제2아이들러 조립체(402)를 정렬시키기 위하여 제1가이드베어링(441)은 제1시프트가이드(13b)의 구멍에서 입력샤프트(425) 상에 위치되고, 제2가이드베어링(443)은 제2시프트가이드(13b)의 구멍에서 입력샤프트(425)상에 위치된다.
도18 및 도19를 참조해 보면, 상기 케이지(410)는 케이스 슬롯(421)으로 끼워맞춤되는 전술한 케이스 커넥터(383)로 케이스(423)에 부착된다. 상기 케이스 슬롯(421)은 케이스(423)에 그 케이스(423)의 입력측으로 연장하는 장방형 홈으로 이루어지며, 케이스(423)의 일측은 개방된다. 도시된 실시예에서, 상기 케이스는 도19에 나타나지 않은 출력측에서 대부분 폐쇄되지만, 입력측 상에서 개방되고, 케이스(423)를 장착하기 위한 케이스홀(424)을 갖는 케이스(423)의 다른 넓은 원통형 바디로부터 반경방향으로 연장되는 장착플랜지를 구비한다. 조립동안, 케이지(410)로 작용되는 토크에 대항하고, 케이지(410)가 회전되는 것을 방지하기 위하여 케이스 커넥터(383)가 케이스 슬롯(421)에 정렬되는 케이스(423)로 트랜스미션(1700)이 삽입될 수 있다. 상기 케이스(423)의 케이스 커넥터 구멍(412)은 케이지(410)를 케이스(423)에 고정시키도록 케이스 커넥터(383)의 대응하는 구멍으로 패스너를 삽입시킬 수 있다.
도22는 트랜스미션(1700)의 케이지(470)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 제조비용을 감소시키기 위하여, 때때로 제조되는 다른 부품수를 최소화하고, 대량생산기술을 사용하여 저가로 제공될 수 있는 부품으로 디자인하는 것이 바람직하다. 도시된 케이지(470)는 저가 디자인의 네 개의 다른 부품 및 여러 구성요소를 조립하기 위한 공통의 패스너를 사용한다. 상기 고정체(472)는 입력샤프트(425)가 회전되는 중앙 구멍 가까이로부터 반경방향 외측으로 연장되는 복수개의 반경방향 홈을 갖는 대략 편평 디스크형태의 단면으로 이루어진다. 볼 축(도17에서 433)은 고정체(427)의 홈을 통해 연장된다. 상기 고정체(472)의 중앙구멍을 둘러싸는 복수개의 구멍(471)은 다른 구성요소에 고정체(472)를 고정하기 위하여 제공된다. 도면에 나타낸 실시예에서는 모두 서로 유사한 네 개의 고정체(472)로 이루어지며, 케이지(470)의 일부분을 형성한다. 두 개의 입력고정체(472)는 케이지(470)의 각 단부에 구비되고, 두 개의 출력고정체(472)는 케이지(472)의 중앙 가까이에 구비되며, 고정브리지(stator bridge)(477)로 서로 견고하게 부착된다.
또한 도22에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 상기 고정브리지(477)는 중앙구멍을 가지며, 그 고정브리지(477)의 내경 및 외경 사이에 위치도는 관통공을 갖는 디스크형태의 부품으로 이루어진다. 상기 고정브리지(477)의 구멍은 고정체(472)를 고정브리지(477)로 고정하도록 하는 고정체(472) 상의 홀과 상응한다. 이리스 플레이트(409)(미도시)는 고정브리지(477)의 반경방향 외측에 위치되고, 출력고정체(472) 사이에 축방향으로 위치된다. 소정 실시예로, 상기 고정브리지(409)는 이리스 플레이트(409)의 회전을 자유자재로 허용하도록 그 이리스 플레이트(409) 보다 약간 두껍게 이루어지며, 다른 실시예로 출력고정체(472)와 이리스 플레이트(409) 사이뿐만 아니라 고정브리지(477)와 이리스 플레이트(409) 사이에 베어링이 위치된다. 따라서 상기 고정브리지(477)의 외경은 이리스 플레이트(409)의 내경을 위치시키도록 제공되고, 이리스 플레이트(409)의 축을 설정한다.
스페이서(473)은 입력고정체(472)를 출력고정체(472)에 결합시킨다. 일 실시예로, 상기 스페이서(473)는 시트 또는 플레이트 금속과 같은 편평한 재료로 이루어지고, 여러 목적에 맞게 특정형태를 제공하도록 형성된다. 대체로 상기 스페이서(473)는 그의 중앙에 형성된 홀(475)을 갖는 편평한 사각시트로 이루어지고, 각 단부에 직교 연장부를 갖는다. 상기 스페이서(473)는 고정체(472) 간의 정확한 거리를 설정하고, 케이지(470)의 구조적인 플랜지를 형성하여 볼(1)이 트랜스미션(1700)의 장축을 공전운동하는 것을 방지하며, 서로에 대하여 고정구멍을 정렬시켜, 고정체(472)의 중심이 정렬되고, 고정체(472)의 각도지향성이 동일하며, 케이지(470)가 트위스팅(twisting) 또는 콕킹(cocking)되는 것을 방지하고, 고정 휠(30)가 롤링하는 롤링 요홈면(479)을 제공한다. 각 스페이서(473)는 케이지(470)의 장착영역(480)과 곡선면(479)을 형성하도록 스페이서의 나머지 부분을 벤딩(bending)한 두 단부를 갖고 형성된다. 상기 스페이서(473)는 스페이서(473)를 고정체(473)에 고정하도록 고정체(472)의 대응구멍과 정렬되는 고정체(472)와 접촉되는 측에 장착구멍(481)을 구비한다. 상기 스페이서(473)의 중심 가까이의 구멍(475)은 볼(1)에 대하여 간극을 제공한다.
일실시예로, 그 이상 및 그 이하의 스페이서(473)가 사용될 수 있지만, 각 볼(1)에 대하여 두 개의 스페이서(473)가 구비된다. 각 스페이서(473)는 I자형 빔(I-beam) 형태를 형성하도록 경상(mirror image)으로 서로 맞댄(back to back) 쌍을 이룬다. 일실시예에서 상기 스페이서(473)를 스페이서(473)에 연결하고, 고정체(472)를 고정브리지(477)에 연결하도록 리벳(476)이 사용될 수 있다. 상기 리벳(473)은 조립시 고정체(472), 스페이서(473) 및 고정브리지(477)의 홀에 견고하게 압입된다. 도22에는 두 개의 리벳(476)만이 도시되어 있지만, 모두 동일 디자인을 사용할 수 있다. 상기 스페이서(473)는 제1변환장치(420)에 사용되고, 그 스페이서(473)로부터 대략 반경방향 외측으로 연장된 다음 대략 직교되게 벤딩되는 케이스 커넥터(474)를 구비한다. 소정 실시예의 상기 케이스 커넥터(474)는 스탬핑된 다음 최종 형태를 형성하는 시트금속과 같은 편평한 금속으로 이루어진다. 상기 케이스 커넥터(474)는 스페이서(473)와 일체로 이루어질 수 있고, 그 스페이서(473)에 견고하게 부착될 수 있으며, 입력디스크(34)와 출력디스크(430) 사이에서 케이스(423)로 반경방향으로 연장된다. 소정 실시예로, 상기 케이스 커넥터(474)는 스페이서(473)의 제조과정에서 스페이서(473)의 일부분으로서 형성된다. 상기 케이스 커넥터(474)의 직교하는 단부에서의 케이스 커넥터 구멍(478)은 대응하는 케이스 커넥터 구멍(도19에서 412)와 정렬되어, 케이지(470)는 표준 패스너로 케이스(423)에 고정될 수 있다.
도22에 나타낸 디자인은 실질적으로 편평하게 이루어지고, 실질적으로 견고한 재료의 편평 시트를 사용하여 제조될 수 있는 고정디스크(472)와 결합된다. 또한 상기 케이스 커넥터(474)를 구비하거나 구비하지 않는 스페이서(473)는 실질적으로 편평하고 편평시트 재료로 형성될 수 있으며, 여러 실시예의 케이스 커넥터(474)의 직교하는 단부에서 장착영역(480) 및 곡선면(480)은 이어지는 벤딩단계에서 형성된다. 상기 고정디스크(472) 및 스페이서는 스탬핑, 파인 블랭킹, 또는 산업적으로 알려진 다른 기술과 같이 여러 저가의 제조기술로 형성된다. 상기 본 디자인의 정디스크(472) 및 스페이서(473)는 박막형태 또는 시트형태의 금속, 플라스틱, 세라믹, 우드(wood) 또는 종이 생산물 또는 다른 재료로부터 이루어질 수 있다. 도12에 대하여 전술한 바와 같이, 도시된 디자인은 재료에서의 현저한 비용절감을 이룰 수 있고, 상대적으로 고가의 구성품의 제조를 적절히 높일 수 있게 한다. 또한 도22에 나타낸 실시예에서는 트랜스미션에 대하여 이중 공동(dual-cavity) 디자인을 나타내고 있지만, 저가의 제조공정을 통해 제조된 구성요소들은 단일 공동 디자인의 케이지(470)에 대하여도 사용될 수 있다. 예로서, 도시된 두 개의 고정디스크(472)는 이하에서 설명한 트랜스미션(100, 1700)을 사용하기 위한 단일 공동 디자인을 제공하도록 도22의 우측에 케이스 커넥터(474)를 갖는 스페이서(473)에 부착될 수 있다.
도23은 도1 및 도17의 트랜스미션(100, 1700)을 사용하기 위하여 볼(1)의 실시예를 나타낸 것이다. 사기 볼(1)은 그볼(1)을 통해 윤활유를 펌핑(pumping)하도록 헬리컬홈(helical groove)(450)을 구비한다. 일실시예로, 두개의 헬리컬홈(450)은 볼(1)의 구멍의 일단부에서 시작되어 구멍이 타단부까지 연속되도록 사용된다. 상기 헬리컬홈(450)은 볼(1)을 통해 윤활유를 운송시켜, 열을 제거하고 볼(1)과 볼 축(3, 433) 간에 윤활유를 제공하여, 트랜스미션(100, 1700)의 효율을 향상시키고 수명을 연장시킨다.
도24는 도5의 볼/레그 조립체의 다른 레그(460)를 나타낸 것이다. 상기 레그(460)는 도5에 나타낸 레그(2)에 비하여 단순하며, 고정휠(30), 고정휠핀(31), 가이드휠(21) 또는 가이드휠핀(22)을 구비하지 않는다. 상기 레그(460)는 볼(1)로부터 멀어지게 향하는 제1레그측(463)에 볼록면을 구비하고, 각 고정체(80)의 대응 오목홈(미도시)에 끼워맞춰진다. 상기 볼(1)을 향하는 상기 레그(460)의 제2레그측(465)에서는 오목하게 이루어지고, 레그 캠(leg cam)을 형성하도록 그의 반경방향 내측 가까이에 볼록곡선면을 구비하며, 시프트가이드(13)의 면에 의하여 축방향 및 반경방향으로 접촉하고 위치된다. 종횡 윤활포트(transverse and longitudinal lubrication port)(462, 464)는 각각 윤활유가 레그로 공급되도록 하고 다른 영역으로 전달되도록 한다. 윤활유는 레그 및 트랜스미션(100, 1700)의 다른 부품을 냉각시키도록 사용되고, 레그가 시트프가이드(13) 및 고정체(80)와 접촉되는 부위의 마찰을 최소화한다. 다른 영역으로 윤활유가 제공되도록 레그(460)에 부가적인 포트가 천공 또는 형성될 수 있고, 어떤 다른 포트 개구부가 윤활유 유입구로서 사용될 수 있다. 횡방향 포트(464)는 대략 중심에서 레그(460)의 길이를 따라 각 레그(460)의 바닥 및 상단에서의 축 구멍(461)을 통해 연장되는 구멍이다. 종방향 포트(462)는 횡방향 포트(464)에 대략 직교되게 형성되고, 제1레그측(463)을 넘어 연장되는 일측막힘 구멍(blind hole)이다. 소정 실시예로, 나타낸 바와 같이, 종방향 포트(462)는 횡방향 포트(464)와 교차되고, 제2레그측(465)을 관통하지 않고 한정된다. 소정 실시예로, 종방향포트(462)가 횡방향포트(464)와 교차하는 부위에서, 윤활유는 종방향포트(462)의 개구부로 유입된 다음, 횡방향포트(464)를 통해 전달될 수 있다.
소정 실시예에서, 볼 축(3, 433)은 볼(1)에 압입 끼워맞춤되고, 볼(1)과 함께 회전된다. 상기 볼 축(3, 433)은 볼 축 구멍(461)과 롤러(4)의 내측에서 회전된다. 윤활유는 마찰을 감소시키기 위하여 윤활층을 제공하기 위한 부분인 레그(460)의 상단을 통해 볼 축 구멍(461)으로 유입된다.
도25 내지 도27를 참조하여, 시프트가이드(13) 상의 볼록곡선면(97)에 접근하기 위한 도해방법(graphical method)를 제안한다. 간략화를 위하여, 아이들러(18), 아이들러 베어링(17) 및 시프트가이드(13)는 그 시프트가이드(13)의 일 실시예의 올바른 볼록곡선면(97)의 분석 및 도식을 간소화하도록 결합된다. 이러한 분석 및 설명을 위하여 다음과 같이 가정한다.
1. 볼(1)이 그의축에 대하여 회전할 수 있고, 그의 축이 회전할 수 있지만 볼(1)은 변위가 없도록 볼(1)의 중심은 고정된다.
2. 볼(1), 볼 축(3, 433), 레그(2) 및 가이드휠(21)은 고정체로서 회전한다.
3. 아이들러(18)는 x방향으로만 이동할 수 있다.
4. 아이들러(18)이 주변면은 볼(1)의 주연에 대하여 접선(tangent)을 이룬다.
5. 시프트가이드(13)의 측면은 가이드휠(21)의 주연과 접선을 이룬다.
6. 볼(1)의 각 회전은 시프트가이드(123)의 선형이동을 발생시키고, 그 반대도 같다.
7. 볼 축(3, 433)이 장축(11)에 수평하고 평행하게 이루어질 경우, 상기 각 가이드휠(21) 및 각 시프트가이드(13)의 접촉지점은 시프트가이드(13)상의 수직벽이 볼록곡선면(97)으로 변화하는 볼록곡선면(97)의 시작지점이다.
상기 볼(1)이 경사질 경우, 하나의 가이드휠(21)만이 볼록곡선면(97)에 접촉하고, 다른 가이드휠(21)은 가이드시프트(13)의 수직벽에 접촉한다.
이러한 분석의 목적은, 볼(1)의 축의 경사 각도의 기능으로서 가이드휠(21)이 시프트가이드(13)상의 볼록곡선면(97)과 접촉하는 지점에 근접한 좌표를 발견하기 위한 것이다. 이러한 좌표가 여러 볼 축(3, 433) 각도에 대하여 그 좌표가 정해질 경우, 이동범위에 걸쳐 가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉지점의 경로를 따르는 좌표지점을 통해 곡선면은 적합하게 이루어질 수 있다.
회전각도가 제로(zero)일 경우, 상기 좌표는 가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉의 초기위치(xo, yo)에서 시작되고, 이후 볼(1)이 경사지는 동안 증분(incremental) 각도에서 변화된다. 이들 좌표를 비교함으로써, 볼(1) 경사각(theta)의 상관관계로서 상기 가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉위치(xn, yn)가 결정될 수 있다.
도25 및 도26으로부터 알 수 있는 변수(variable)는 다음과 같다.
1. H1: 볼(1)의 중앙으로부터 가이드휠(21)의 중심까지의 수직거리
2. H2: 볼(1)의 반경 및 아이들러(18)의 반경의 합(sum)
3. W: 볼(1)의 중심으로부터 가이드휠(21)의 중심가지의 수평거리
4. rw: 가이드휠(21)의 반경
이들 알 수 있는 변수로부터 다음과 같은 관계를 확인할 수 있다.
R1 = [(W - rw)2 + H12]∧(1/2) (1)
Phi = TAN-1[W - rw)/H1] (2)
xo = W - rw (3)
yo = H1 - H2 (4)
BETA = TAN-1[H1/W] (5)
R2 = [H12 + W2]∧(1/2) (6)
이러한 지점에서, 볼(1)이 시프트가이드(13)가 x방향으로 이동되도록 하는 THETA 각도로 경사지는 것으로 가정한다(도26). 이로부터 다음을 알 수 있다.
Nu = 90°- BETA - THETA (7)
x2 = R2 *SIN(Nu) (8)
x3 = x2 - rw (9)
x_시프트가이드 = xo -x3 (10)
이는 시프트가이드(13)가 소정 THETA에 대하여 이동하는 x거리이다.
x4 = R1 * SIN(Phi + THETA) (11)
x_가이드휠 = x4 -xo (12)
이는 가이드휠(21)이 소정 THETA에 대하여 이동하는 x거리이다.
이러한 지점에서, 아이들러(18)의 중심에서의 x'-y' 원점(origin)을 정의하는 것은 편리하다. 이는 가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉좌표를 정하는데 유요하다.
x1 = xo - (x_시프트가이드 - x_가이드휠) (13)
상기 수학식 (10), (12) 및 (13)을 통합함으로써,
x1 = x4 + x3 -xo (14)
이는 가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉의 x'위치이다.
가이드휠(21)/시프트가이드(13) 접촉의 y' 위치를 찾는 것은 상대적으로 간단하다.
y2 = R1 * COS(Phi + THETA) (15)
y1 = H2 - y2 (16)
이는 가이드휠(12)/시프트가이드(13) 접촉의 y'위치이다.
따라서 x1 및 y1은 결정될 수 있고, 이후 여러 THETA 갑에 대하여 좌표를 정할 수 있다. 이는 도27에 도식적으로 나타내었다. 원위치에서의 좌표를 갖고, 이들을 통해 곡선면을 적용시키는 것은 최적의 CAD 프로그램에 대해서 간단한 문제이다. 전술한 관계로부터 파생된 직접적인 기능도 개발될 수 있지만, 이러한 관계에하여 적절한 곡선면을 결정하기 위하여 곡선면 피팅방법(method of curve fitting)은 예를 들면 리니어 리그레션(linear regression)과 같은 적절한 알고리즘을 포함할 수 있다.
도1, 도7 및 도28을 참고해 보면, 트랜스미션(100)은 연속가변식 유성기어(500)로서 사용될 수 있다. 도1 및 도7를 참조하여, 케이지(89)가 장축(11)에 대하여 자유로이 회전하는 실시예에서, 아이들러(18)는 태양기어로서 제공되고, 볼(1)은 유성기어로서 제공되며, 케이지(89)는 볼(1)을 유지시키고 유성캐리어로서 제공되고, 입력디스크(34)는 제1링기어이고, 출력디스크(101)는 제2링기어이다. 각 볼(1)은 입력디스크(34), 출력디스크(101), 및 아이들러(18)에 접촉되고, 케이지(89)에 의하여 운반되고 그 케이지(89)에 의하여 반경방향 위치에 유지된다.
도28은 간략화를 위하여 유성기어(500)의 상부 절반만을 나타낸 윤곽도 또는 개략도이다. 상기 도면은 유성기어(500)의 중앙선 또는 트랜스미션(100)의 장축(11) 위를 절단한 도면이다. 출력디스크(101)에 의하여 각 볼(1) 주위에 형성되는 접촉선은 각 볼(1)의 부위가 제1유성기어(501)로서 제공되도록 하는 가변 롤링직경을 형성한다. 상기 볼(1)의 일부와 아이들러(18) 간의 접촉은 가변 롤링직경을 형성하고, 각 볼(1)의 일부가 제2유성기어(502)로서 제공되도록 한다. 상기 볼(1)과 입력디스크(34) 간의 접촉은 가변 롤링직경을 형성하고, 볼(1)의 일부가 제3유성기어(503)로서 제공되도록 한다.
유성기어(500)의 실시예에서, 가변 레이디얼 및 스러스트 베어링이 입력디스크(34), 출력디스크(101) 및 케이지(89)의 위치를 서로에 대하여 유지할 수 있도록 효과적으로 사용될 수 있다는 것은 해당 기술분야에서 당연한 것이다. 또한 고형(solid) 또는 중공의 샤프트가 본 설명에서 설명된 기능에 충족되도록 입력디스크(34), 출력디스크(101), 케이지(89) 및/또는 아이들러(18)에 사용 및 부착될 수 있고, 회전동력 트랜스미션 분야의 당업자에게 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당연한 것이다.
도29 내지 도31을 참조해 보면, 제1유성기어(501), 제2유성기어(502), 및 제3유성기어(503)의 각 직경은 트랜스미션(100)을 변환시킴으로써 변화될 수 있다. 도29는 동일 직경을 갖는 제1 및 제3유성기어(501, 503)와, 최대 직경의 제2유성기어(502)를 갖는 트랜스미션(100)을 나타내 것이다. 전술한 바와 같이 볼(1)이 경사져, 유성기어(501, 502, 503)의 직경은 변화되고, 트랜스미션(170)의 입력 대 출력속도비를 변경시킨다. 도30은 볼(1)이 경사져서 제1유성기어(501)의 직경은 증가하고, 제2 및 제3유성기어(502, 503)의 직경은 감소되는 경우를 나타낸 것이다. 도31은 볼(1)이 경사져 제3유성기어(503)의 직경은 경사지고, 제1 및 제2유성기어(501, 503)의 직경은 감소되는 경우를 나타낸 것이다.
입력디스크(34), 아이들러(18), 및/또는 케이지(89) 간의 토크제공원(torque source)을 달리함으로써 여러 다른 속도의 조합이 가능하다. 또한 소정 실시예는 하나 이상의 입력을 사용한다. 예를 들면 입력디스크(34)와 케이지(89)는 모두 입력토크를 제공할 수 있고, 동일속도 또는 다른속도에서 회전할 수 있다. 하나 이상의 입력토크 제공원은 속도를 가변시킬 수 있어 트랜스미션(100)의 능률(ratio possibility)을 증가시킨다. 아래의 리스트는 유성기어로서 트랜스미션(100)을 사용하여 얻을 수 있는 소정 조합을 제공한 것이다. 아래 리스트에서, 입력토크 또는 입력원은 "I", 출력은 "O", 장축(11)에 대하여 회전되지 않도록 고정되는 구성요소는 "F", 구성요소가 자유자재로 회전되도록 하는 경우는 "R"로 나타내었다. "Single In/Single Out"은 하나의 입력 및 하나의 출력을 나타내도록 사용되고, "Dual In/Single Out"은 두 개의 입력 및 하나의 출력을 나타내도록 사용되고, "Dual In/Dual Out"는 두 개의 입력 및 두 개의 출력을 나타내도록 사용되며, "Tripe In/Single Out"는 세 개의 입력 및 하나의 출력을 나타내도록 사용되고, "Single In/Triple Out"는 하나의 입력 및 세 개의 출력을 나타내도록 사용되었다.
도32를 참조해 보면, 트랜스미션(100)은 보다 많은 속도 조합(speed combination)을 제공하도록 유성기어(505)를 갖는 평행한 동력경로를 통해 결합될 수 있다. 전형적인 유성기어장치(505)는 중심에 태양기어, 태양기어의 주위에 분산배치되고 그 태양기어와 결합되며 그의 각 중심에서 캐리어라 불리는 유성캐리어에 모두 회전가능하게 부착되는 복수개의 유성기어, 및 상기 유성기어를 둘러싸고 그 유성기어와 결합되는 링기어로 이루어진다. 태양기어, 캐리어 및 링기어 간의 입력 및 출력 토크원을 전환함으로써, 많은 속도 조합을 얻을 수 있다. 트랜스미션(100)과 결합된 상기 유성기어장치(505)는 매우 많은 수의 속도조합을 제공하고, 소정의 경우에는 무한 가변 가능한 트랜스미션을 얻을 수 있다. 도32에서, 트랜스미션(100)의 토크입력은 입력디스크(34), 및 그 입력디스크(34)와 대략 동축을 이루고 평행한 동력경로를 구동하도록 제2기어(509)와 접촉하고 회전하는 제1기어(506)에 결합된다. 트랜스미션(100) 또는 CVT(100)의 입력디스크(34)와, 모터 또는 다른 동력장치와 같은 원동기(prime mover) 또는 다른 토크원에 평행한 동력경로의 입력 모두를 결합하는 기본 구성을 "입력결합(Input Coupled)"으로 칭한다. 제1기어(506) 및 제2기어(509)의 직경을 변화시킴으로써, 평행한 동력경로에 대한 입력속도는 변화될 수 있다. 상기 제2기어(509)는 기어샤프트(508)에 부착되고 기어샤프트(508)를 회전시키며, 소정 실시예에서 기어박스(507)를 회전시킨다. 소정 실시예에서 디자인 옵션으로서 제공되는 기어박스(507)는 평행 동력경로의 회전속도를 더 변화시킬 수 있고, 일반적인 연동 트랜스미션으로 이루어질 수 있다. 기어박스(507)를 사용하지 않는 실시예에서, 기어샤프트(508)는 제3기어(510)를 구동시킨다. 상기 제3기어(510)는 유성기어장치(505)의 태양기어, 캐리어, 또는 링기어를 구동시키고, 요구되는 속도/토크비를 형성하도록 디자인된 직경을 갖는다. 또한 상기 제3기어(510)는 생략될 수 있고, 상기 기어박스(508)가 유성기어장치(505)의 태양기어, 캐리어, 또는 링기어를 직접적으로 회전시킬 수 있다. 또한 상기 유성기어장치(505)는 다른 태양기어, 캐리어 또는 링기어를 구동시키는 CVT(100)의 출력으로부터 입력을 갖는다.
"입력결합(Input Coupled)"으로 명명된 다음의 테이블(table)에서는, 많지만 전부는 아닌 전술한 바와 같은 기본 배치를 갖고 확인할 수 있는 가능한 다양한 입력 및 출력조합이다. 본 테이블에서, "IT"는 CVT(100)로의 입력토크원을 나타내고, "O"는 유성기어장치(505)와 결합된 CVT의 구성요소를 나타내고, "I1"은 CVT(100) 출력에 결합된 유성기어장치(505)의 구성요소를 나타내고, "OV"는 차량 또는 장치의 출력에 연결되는 유성기어장치(505)의 구성요소를 나타내고, "F"는 축에 대하여 회전하지 않도록 고정된 유성기어장치(505) 또는 트랜스미션(100)의 구성요소를 나타내고, "I2"는 제3기어(509)인 평행경로에 결합된 구성요소를 나타내며, "R"은 축에 대하여 자유자재로 회전하고 따라서 다른 구성요소를 구동시키지 않는 구성요소를 나타낸다. 본 테이블 및 "출력결합(Output Coupled)"으로 명명된 다음의 테이블에 대하여, 제공되는 전체 테이블 수를 감소시키기 위하여 링기어는 고정되는 유성기어장치(505)만의 구성요소로 가정한다. 또한 태양기어 또는 유성캐리어는 다른 구성요소에 대하여 대응하는 입력 및 출력조합으로 고정될 수 있고, 이들 조합은 본 설명의 지면을 감소시키기 위하여 여기에 제공되지 않지만, 다음의 두 테이블에 기초하여 용이하게 결정될 수 있다.
도33에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 토크입력원은 CVT(100)에 입력으로서 결합되는 유성기어장치(505)를 구동시킨다. 상기 CVT(100)의 하나 이상의 구성요소는 평행 동력경로 및 트랜스미션의 출력에 결합된다. 본 실시예에서 평행 동력경로는 다음과 같다. 유성기어장치(505)의 구성요소, 기어샤프트(508)를 회전시킨 다음 전술한 기어박스(507)를 구동시키는 제3기어(510)와 결합되는 태양기어, 캐리어, 또는 링기어 중 하나이다. 상기 기어박스(507)는 제2기어(509)를 회전시킨 다음 제1기어(506)를 구동시키는 기어박스샤프트(511)를 회전시킨다. 이후 상기 제1기어(506)는 CVT(100)의 출력에 결합되는 트랜스미션의 출력샤프트에 장착된다. 본 실시예에서, 상기 유성기어장치(505)는 트랜스미션의 토크원에 결합된 다음, 평행 경로 및 CVT(100) 모두에 토크를 제공하고, 이들 두 경로로부터의 토크는 차량 또는 설비장치의 출력에 결합된다. 그러므로 유성기어장치(505)가 CVT(100) 및 고정 속도비의 평행 경로에 토크를 제공하도록 결합되고, 두 경로는 구동샤프트, 휠 또는 다른 하부장치와 같은 출력에 결합될 경우, 이러한 구성을 "출력결합(Output Coupled)"으로서 칭한다. 이러한 기본 구성에서, CVT(100)와 결합된 유성기어장치(505)는 매우 많은 수의 속도조합을 제공하고, 어떤 경우에는 무한 가변 트랜스미션을 얻을 수 있다.
"출력결합(Output Coupled)"으로 명명된 다음의 테이블에서, 도33에 나타낸 기본 배치의 가능한 많은 조합을 제공하고 설명하나 전부는 아니다. 본 테이블에서, 유성기어장치(505)에 있어, CVT(100)에 결합된 유성기어장치(505)의 구성요소는 "O1"으로 나타내고, "I"는 엔진, 인간 또는 어떠한 동력원으로부터의 입력을 나타내고, "F"는 그 자체의 축에 대하여 회전되지 않도록 고정되는 구성요소를 나타내고, "O2"는 유성기어장치(505)를 통해 평행 경로에 결합된 구성요소를 나타낸다. CVT(100)에 있어, "I"는 유성기어장치(505)에 결합되는 구성요소를 나타내고, "O"는 차량 또는 기계장치의 출력에 결합되는 구성요소를 나타내고, "F"는 전술한 바와 같이 고정 구성요소를 나타내며, "R"은 그의 축에 대하여 자유자재로 회전되어 이에 따라 다른 구성요소를 구동시키지 않는 구성요소를 나타낸다.
도32에 나타낸 실시예를 참조해 보면, "듀얼입력 동력경로 결합 입력(Input Coupled Dual Input Power paths)"으로 명명된 다음의 테이블은 유성기어장치(505)에 두 토크입력원을 갖는 기본 입력결합배치(basic input coupled arrangement)에서의 조합을 나타낸 것이다. 본 테이블에 제공된 참조문자는 전술한 테이블과 같은 동일 구성요소를 나타내나, 유성기어장치(505)에 있어서, CVT(100)의 출력을 나타내는 "I1" 및 평행 경로, 본 경우는 유성기어(510)에 결합되는 구성요소를 나타내는 "I2"는 제외이다.
또한 도32에 나타낸 실시예를 참조해 보면, "트리플입력 결하입력(Input Coupled Triple Input)"으로 명명된 다음의 테이블은 CVT(100)에 세 개의 입력토크원을 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 본 테이블에 있어서, CVT(100) 참조문자는 전술한 테이블에서와 같이 동일 구성요소를 나타내고, 유성기어장치(505)의 참조문자는 평행경로에 결합되는 구성요소를 나타내는 "I2"를 제외한 동일 구성요소를 나타낸다.
도34에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 평행경로는 본 제안에서 설명되는 실시예의 특정한 배치로 인하여 생략될 수 있다. 상기 평행경로는 CVT 및 유성기어장치(505)의 여러 구성요소가 전술하고 이하에서 설명될 모든 조합을 제공하도록 결합되는 동일선상 배치(collinear arrangement)로 조합된다. 소정 실시예로, 유성기어장치(505)는 CVT(100) 입력에 결합되거나, 도34에 나타낸 바와 같이 CVT(100) 출력에 결합될 수 있다. "듀얼출력경로 결합 입력(Input Coupled Dual Output paths)"으로 명명된 다음의 테이블은 CVT(100)로부터 유성기어장치(505)로 두 개의 입력을 구비하는 경우에 이용가능한 여러 조합의 리스트이다. CVT(100)에 대한 참조문자는 전술한 테이블과 동일하고, 유성기어장치(505)의 참조문자에 있어서는, 평행경로에 더 이상 결합되지 않지만 제2CVT(100) 출력에 결합되는 "I2"를 제외하고 동일 구성요소를 나타낸다.
앞의 두 테이블에 있어, 전술한 트랜스미션은 각 조합에 대하여 반대의 결과를 제공하도록 반대로 될 수 있지만, 이러한 반대의 조합은 용이하게 확인할 수 있기 때문에, 본 설명에서는 지면을 고려하여 별도로 설명하지 않는다. 예를 들면, 듀얼출력 결합 출력(Output Coupled Dual Output)에 대하여, 듀얼입력 결합 입력(Input Coupled/Dual Input)의 반대(inverse)는 유성기어장치(505) 입력의 어느 한쪽이 CVT(100) 출력의 어느 한쪽에 결합되는 것임을 알 수 있다.
또한 도34에 나타낸 실시예를 참조해 보면, "듀얼-듀얼 결합 입력(Input Coupled Dual-Dual)"으로 명명된 다음의 테이블은 CVT(100)로 두 개의 토크입력 및 CVT(100)로부터 두 개의 출력이 유성기어장치(505)로 제공되는 경우에 이용가능한 여러 조합을 제공한다.
도34를 참조하여, "출력에 일체로 결합된 유성기어장치(Internally Coupled Planetary on Output)"로 명명된 다음의 테이블은 유성기어장치(505)가 CVT(100)의 구성요소에 직접적으로 결합될 때 이용가능한 전부는 아닌 여러 조합을 제공한다. CVT(100)에 있어서, 참조문자 "O1"은 유성기어장치(505)의 "I1"에 결합되는 구성요소를 나타내고, "R"은 자유로이 롤링하거나 제2입력인 구성요소를 나타내고, "F"는 트랜스미션에 대한 고정 구조체 또는 고정 케이스와 같은 고정 구성요소에 견고하게 부착되는 구성요소를 나타내고, "O2"는 유성기어장치(505)의 "I2"에 결합되는 구성요소이다. 유성기어장치(505)에 있어서, "I1"은 CVT(100)의 제1출력 구성요소에 결합되는 구성요소를 나타내고, "O"는 차량 또는 다른 부하장치에 출력을 제공하는 구성요소를 나타내고, "F"는 고정 구성요소를 나타내고, "I2"는 제2CVT(100) 출력 구성요소에 결합되는 구성요소를 나타낸다. 다음의 테이블에서 나타낸 조합에 있어, 입력부재는 다른 부재의 결합배치에 대응하는 변화를 갖는 유성부재의 어느 하나에 결합될 수 있는 것임을 알 수 있다.
도35는 출력결합배치(output-coupled arrangement)에서 유성기어장치(505)와 결합되는 트랜스미션(100)의 실시예를 나타낸 사시도이다. 이러한 출력결합배치에서, 평행경로는 생략되고, 하나 이상의 입력토크원이 유성기어장치(505)에 결합된다. 그런 다음 상기 유성기어장치(505)는 대응하는 CVT(100)의 하나 또는 두 개의 구성요소에 결합되는 하나 또는 두 개의 출력을 구비한다. 예를 들면, 일실시의 구성에서, 링기어(524)는 케이스(40)(미도시)에 견고하게 부착되고, 복수개의 유성기어(522)는 유성샤프트(523)를 통해 입력디스크(34)에 동작가능하게 부착되고, 입력은 유성샤프트(523)를 연결하는 유성캐리어(미도시)에 결합된다. 이러한 배치에서 상기 유성기어(522)는 태양기어(520)를 회전시키고, 또한 상기 태양기어(520)는 케이지(89)(미도시)를 회전시키는 케이지 샤프트(521)에 부착된다. 상기 유성기어(522)는 태양기어(520)를 공전할 때 상기 태양기어(520)는 한번 회전하고, 또한 각 축(523)에 대하여 회전하는 유성기어(522)에 의하여 더 회전된다. 따라서 상기 태양기어(520) 및 케이지(89)(미도시)는 유성캐리어(미도시) 및 입력디스크(34)보다 빠르게 회전한다.
이러한 구성에서 상기 케이지(89)가 입력디스크(34)보다 빠르게 회전하기 때문에, 볼(1)은 입력의 역방향으로 회전하고, CVT(100)의 속도범위에 대하여 변화는 구성요소의 지향성은 변화되는데, 여기에서 다른 실시예의 저속에 대한 지향(orientation)은 고속을 제공하고, 고속에 대한 지향은 저속을 제공한다. 아이들러(18)(미도시)가 CVT(100)의 입력측으로 이동됨에 따라, 출력속도는 제로로 감소되고, 출력디스크(101)는 회전하지 않는다. 다시 말해서, 이러한 상태는 트랜스미션이 회전하는 입력과 완전히 결합되지만 출력은 회전되지 않는 경우를 발생시킨다. 이러한 상태는 유성기어(522) 및 태양기어(520)의 치수(tooth count)를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들면, 태양기어(520)가 유성기어(522)의 사이즈에 두 배일 경우, 태양기어(520) 및 케이지(89)는 유성캐리어 및 입력디스크(34)의 속도보다 두 배로 회전한다. 상기 입력디스크(34) 속도에 대한 케이지(89)속도를 증가시킴으로써, 출력디스크(101)가 CVT(100)의 변환범위의 일단에서 역으로 회전되고, 이러한 단부와 CVT(100)의 변환범위의 중가지점 사이에서 출력디스크(101)가 제로로 되는 범위를 제공할 수 있다. 변환범위를 결정하는 모든 다른 인자(factor)는 제로이고, 출력속도는 일정하다는 가정하에서, 상기 출력디스크(101)의 속도가 제로가 되는 CVT(100)의 변위범위에서의 지점은 태양기어(520)의 속도를 유성캐리어의 속도로 분할함으로써 좌표를 정할 수 있다.
"입력에 일체로 결합된 유성기어장치(Internally Coupled Planetary on Input)"로 명명된 다음의 테이블은 도35에 나타낸 실시예를 변화시킴으로써 달성될 수 있는 조합을 전부는 아니지만 대부분 나타낸 것이다. 유성기어장치(505)의 구성요소에 대한 참조에 있어, "I1"은 제1CVT(100) 입력 구성요소 "I1"에 결합되는 출력 구성요소를 나타내고, "I2"는 제2CVT(100)입력 구성요소 "I2"에 결합되는 제2출력 구성요소를 나타내고, "F"는 유성기어장치(505)와 CVT(100) 모두에 대하여 고정되는 구성요소를 나타낸다. CVT(100)에 있어, "R"은 자유로이 회전하거나 토크의 제2출력 중 하나인 구성요소를 나타낸다. 본 테이블 및 앞의 테이블에서, 유성 링기어만이 고정되는 것으로 나타내며, 보다 많은 조합의 결과를 이루는 구조일 경우 어떤 다른 유성부재가 고정부재로 이루어질 수 있다. 본 설명에서 이러한 부가적인 조합은 지면(space)을 절약하기 위하여 나타내지 않았다. 또한 다음의 테이블에서, 주 발동기(엔진)로부터 하나의 입력만을 나타내었다. 이러한 구성은 병행 하이브리드 차량에서와 같이 유성부재에 걸쳐 두 개의 독립된 입력을 수용하기 위한 용적을 갖지만, 이들 조합은 지면 절약을 위하여 별도로 나타내지 않았으며, 이는 도시된 예 및 설명으로부터 부가적인 실시예로 당업자가 충분히 이해할 수 있다. 다음의 테이블로부터의 구성은 앞의 테이블로부터의 어떠한 구성과 조합될 수 있으며, 입력 및 출력에 각각 구비되는 두 개의 유성장치를 사용하는 구성의 장치를 제공하도록 단일 또는 이중 용적 CVT와 조합될 수 있다.
앞의 테이블에서는, 하나의 CVT(100) 및 하나의 유성기어장치(505)만이 사용된다. 부가적인 조합을 개발하도록 많은 유성기어장치를 사용하는 것은 당업자에게 주지의 사실이다. 상기 테이블에서 설명한 CVT(100)는 유성기어장치에 유사한 방식으로 제공될 수 있음으로 인하여, 본 설명에서 당연히 리스트되지 않은 실질적으로 많은 조합들을 생성하기 위하여 입력 및 출력단 모두에서 유성기어장치를 갖는 CVT(100)를 조합하는 것은 본 기술분야의 당업자에게 용이한 것이다. 그러나 이러한 조합들은 본 기술분야의 특성내에서 본 설명의 일부로서 충분히 고려되는 것이다.
예시
이하의 변형은 각각의 특정 사양에 대하여 효과적인 특성을 구비할 수 있다. 상기 변형은 어떠한 특정 사양의 목적을 달성하도록 필요에 따라 변경되고 제어될 수 있다. 이하에서 설명 및/또는 앞의 테이블에서 열거한 소정의 변형을 적용한 특정 실시예를 설명한다. 도36a 내지 도36c는 하나의 토크입력원을 구비하는 변형이며, 두 개의 토크출력원을 제공하는 일실시예의 트랜스미션(3600)을 나타낸 것이다. 앞에서와 같이, 도36a 내지 도36c에 나타낸 실시예와 앞서 나타내고 설명한 실시예 간의 현저한 차이점만을 설명한다. 또한 나타낸 구성요소들은 앞서 나타내지 않은 동력경로(power path) 및 토크출력원의 제공방식을 본 기술분야의 당업자에게 제안하도록 제공된다. 많은 부가적인 구성요쇼들이 동작가능한 실시예에 대하여 사용될 수 있음을 알 수 있으나, 도면의 간략화를 위하여 많은 구성요소들은 생략하거나 개략적으로 박스형태로 나타내었다.
도36a를 참조해 보면, 토크는 전술한 실시예와 같이 구동샤프트(3669)를 통해 입력된다. 본 실시예의 상기 구동샤프트(3669)는 두 개의 단부를 갖는 중공 샤프트로 이루어지고, 제1단에서 트랜스미션(3600)으로 토크를 제공하는 소정의 원동기(prime mover)와 결합되고, 제2단에서는 유성캐리어(3630)와 결합된다. 상기 유성캐리어(3630)는 트랜스미션(3660)의 장축과 동축으로 위치되는 디스크형태로 이루어지고, 그의 중심에서 구동샤프트(3669)와 연결되고, 트랜스미션(3600)의 케이스(3640) 내측 반경 가까이로 반경방향 연장한다. 본 실시예에서, 케이스(3640)는 고정되고, 사용되는 차량 또는 설비의 소정 지지구조체에 고정된다. 레이디얼 캐리어베어링(radial carrier bearing)(3631)은 케이스(3640)의 내면과 유성캐리어(3630)의 외부 가장자리 사이에 위치된다. 어떤 실시예의 캐리어베어링(3631)은 유성캐리어(3630)에 레이디얼 지지를 제공하는 레이디얼베어링으로 이루어진다. 다른 실시예로, 상기 캐리어베어링(3631)은 콕킹뿐만 아니라 반경방향 또는 축방향 이동을 방지하는 유성캐리어에 반경방향 및 축방향 모두의 지지를 제공하는 콤파운드베어링(compound bearing)으로 이루어진다.
복수개의 유성샤프트(3632)는 유성캐리어(3630)의 중심 및 외부 가장자리 사이 반경방향 위치로부터 유성캐리어(3630)에서 연장된다. 상기 유성샤프트(3632)는 트랜스미션(3600)의 출력단 측으로 축방향으로 연장되고, 유성캐리어(3630)를 입력디스크(3634)를 연결하는 대략 원통형 샤프트로 이루어지며, 각 유성기어(3635)가 회전하는 축을 각각 형성한다. 상기 유성샤프트((3632)는 입력디스크(3634) 또는 유성캐리어(3630)의 입력측으로 형성될 수 있고, 입력디스크(3634) 또는 유성캐리어로 나사결합될 수 있고, 입력디스크(3634) 또는 유성캐리어 중 하나로 나사결합될 수 있으며, 패스너 또는 다른 방법으로 부착될 수 있다. 상기 유성기어(3635)는 유성샤프트(3632)에 의하여 지지되고 그 유성샤프트(3632)에 대하여 회전하는 단순한 회전기어로 이루어지고, 많은 실시예에서 유성기어(3635)와 유성샤프트(3632) 사이에 베어링을 사용한다. 이들은 직선기어치 또는 헬리컬기어치를 구비할 수 있지만, 헬리컬 기어치가 사용될 경우, 유성기어(3635)에 의한 토크의 전달에 의하여 발생되는 축방향 스러스트를 흡수하도록 스러스트 베어링이 사용된다.
또한 도36a에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 상기 유성기어(3635)는 그의 각축에 대하여 회전할 때마다 각 주연을 따라 두 영역에서 치합한다. 상기 트랜스미션(3600)의 장축으로부터 가장 멀리 떨어지게 위치된 제1주연위치에서, 각 유성기어(3635)는 링기어(3637)와 치합된다. 상기 링기어(3637)는 케이스(3640)의 내면에 형성되거나 그에 부착되는 내부기어이다. 소정의 실시예로, 상기 링기어(3637)는 그 링기어(3637)의 내면에 형성되는 한 세트(set)의 레이디얼 기어치로 이루어지고, 반경방향 내측으로 연장되어, 유성기어(3635)는 상기 기어치와 결합될 수 있고, 링기어(3637)의 내면을 따라 진행되며 트랜스미션(3600)의 장축을 공전한다. 반경방향 최외측부에 대략 대향하는 유성기어(3635)의 주연지점에서, 상기 링기어(3635)는 태양기어(3620)와 치합된다. 상기 태양기어(3620)는 유성기어(3635)의 중심부에서 트랜스미션(3600)의 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 모든 유성기어(3635)와 치합되는 레이디얼 기어이다. 상기 유성캐리어(3630)가 유성기어(3635)를 태양기어(3620)에 대하여 회전시킴에 따라, 상기 유성기어(3635)는 링기어(3637)와 치합에 의하여 각 유성샤프트(3632)에 대하여 회전되고, 따라서 태양기어(3620)를 공전함과 동시에 그 공전함에 따라 자신의 샤프트에서 회전된다. 이는 구동샤프트(3669)에 의한 입력속도보다 큰 속도에서 태양기어(3620)로 전달되는 회전에너지로부터 비롯된 것이다.
도36a에 나타낸 실시예에서, 상기 구동샤프트(3669)는 유성캐리어(3630) 및 유성샤프트(3632)를 통해 입력디스크(3634)를 구동시킨다. 그러나 상기 유성기어(3635)는 태양기어(3620)를 구동시켜, 상기 유성캐리어로부터의 동력은 입력디스크(3634) 및 태양기어(362)로 분배된다. 상기 태양기어(3620)는 본 실시예의 케이지(3689)에 견고하게 연결되고 그 케이지(3689)를 회전시킨다. 상기 케이지(2689)는 전술한 실시예와 유사하며, 따라서 도면의 간략화 및 설명의 이해를 위하여 본 설명에서는 상기 구성요소들의 전부에 대해서는 나타내지 않았다. 다른 실시예로, 상기 케이지(3689)는 트랜스미션(3660)의 장축에 대하여 볼(3601)을 위치결정하고, 본 실시예의 상기 케이지(2689)는 축에 대하여 회전하기 때문에, 상기 볼(3601)은 트랜스미션(3600)의 장축을 공전하게 된다. 앞서 설명한 바와 유사한 입력디스크(3634)는 앞의 실시예들과 같은 방식으로 볼(3601)에 입력토크를 제공한다. 그러나 상기 태양기어(3620) 또한 케이지(3689)의 회전에 의하여 볼(3601)에 입력토크를 제공하고, 입력디스크(3634)로부터 입력을 부가시킨다. 본 실시예에서, 출력디스크(3611)는 케이스(3640)에 견고하게 고정되고, 축에 대하여 회전되지 않는다. 따라서 상기 볼(3601)은 출력디스크(3611)의 표면을 따라 롤링하고, 이에 따라 트랜스미션(3600)의 장축을 공전하고, 각 축에 대하여 회전된다.
다른 실시예로, 상기 볼(3601)은 그 축에 대하여 아이들러(3618)를 회전시키나, 본 실시예에서 상기 아이들러(3618)는 출력디스크(3611)의 내경에 의하여 형성된 완전통체(whole)를 넘어 연장되는 아이들러 샤프트(3610)를 포함한다. 상기 볼(3601)은 아이들러(3618)를 구동시키고, 이어서 아이들러 샤프트(3610)를 구동시키며, 트랜스미션(3600)으로부터 제1출력토크를 제공한다. 도36b에 나타낸 바와 같이, 상기 아이들러 샤프트(3610)는 그 아이들러 샤프트(3610)로부터 동력을 받아들이는 장치와 용이하게 결합되도록 하는 단면형태로 이루어질 수 있으며, 소정 실시예로 도시된 바와 같이 6각형(hexagonal)으로 이루어지지만, 어떤 다른 형태가 사용될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 변속하는 동안 아이들러(3618)의 축방향으로 인하여, 상기 아이들러 샤프트(3610)는 트랜스미션(3600)의 변속동안 축방향으로 이동된다. 이는 이러한 디자인의 아이들러 샤프트(3610)와 입력장치(미도시) 간의 결합이 아이들러샤프트(3618)의 축이동을 허용하도록 하는 것을 의미한다. 이는 아이들러 샤프트(3610)가 출력장치 내에서 자유로이 이동되거나, 볼 스플라인에 의한 것과 같이 스플라인 출력 아이들러샤프트(3610)의 사용에 의하여 출력장치 내에서 자유로이 이동되도록 약각 큰 출력장치를 허용함으로써 달성될 수 있다. 또한 아이들러(3618)는 아이들러샤프트(3610)의 축방향 위치를 유지하도록 아이들러 샤프트(3610)에 스플라인(spline)될 수 있다.
도36a 및 도36b에 나타낸 바와 같이, 케이지(3689)는 출력 동력원도 제공할 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 케이지(3689)는 그의 출력측 내경에서 케이지샤프트(3690)에 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 케이지 샤프트(3690)는 그의 단부에서 출력기어 또는 스플라인이 형성되어, 제2출력원으로서 동력을 제공한다.
도36a에 나타낸 바와 같이, 트랜스미션(3600)의 여러 구성요소의 축방향 및 반경방향 위치를 유지하도록 여러 베어링이 제공될 수 있다. 상기 케이지(3689)는 케이지 출력베어링(3691)에 의하여 그의 위치에 지지될 수 있고, 상기 케이지 출력베어링은 케이스(3640)에 대하여 케이지의 축방향 및 반경방향 위치 모두를 유지하도록 레이디얼 지지체를 제공하도록 레이디얼 베어링으로 이루어지거나 베어링을 적절하게 조합하여 이루어질 수 있다.
상기 케이지 출력베어링(3691)은 케이지 입력베어링(3692)에 의하여 보조되는데, 상기 케이지입력베어링은, 레이디얼 베어링으로 이루어지거나 적절히 조합된 레이디얼-스러스트베어링으로 이루어지며, 입력디스크(3634)에 대하여 케이지(3689)를 위치결정한다. 상기 입력디스크(3634)에 약간의 축방향 이동 또는 변형이 가해질 경우에 축력발생장치를 사용하는 실시예에서, 상기 케이지 입력베어링(3692)은 산업적으로 공지된 기계장치에 의하여 이러한 이동을 허용하도록 디자인된다. 입력디스크(3634)가 케이지입력베어링(3692)의 외륜에 대하여 축방향으로 약간 이동될 수 있도록, 일실시예로 예를 들면 볼 스플라인에 의하여 입력디스크(3634)의 내경에 스플라인된 외부 베어링마찰면을 사용한다.
도36a에서 나타낸 실시예의 변환장치는 아이들러(3618)에 의하여 제공되는 출력토크를 허용하도록 도시된 실시예로부터 약간 변경된다. 본 실시예에서, 상기 아이들러(3618)는 시프트로드(3671)에 의한 동작에 따라 축방향으로 이동됨으로써 변위를 시작하고, 이어 시프트가이드(3613)를 축방향으로 이동시켜 전술한 바와 같이 변환장치가 볼(3601)의 축을 변경하도록 한다. 본 실시예에서 상기 시프프로드(3671)는 아이들러(3618)로 나아가지 않지만, 아이들러 입력베어링(3674)와 아이들러 출력베어링(3673)을 통해 아이들러(3618)와 접촉만 한다. 상기 아이들러 입력 및 출력베어링(3674, 3673) 각각은 트랜스미션(3600)의 장축을 따라 축방향 및 반경방향 모두로 아이들러(3618)를 위치결정하는 조합 스러스트 및 레이디얼베어링이다.
상기 시프트로드(3671)가 출력단측으로 축방향 이동될 경우, 상기 입력 아이들러베어링(3674)는 아이들러에 축력을 가하고, 이에 따라 상기 아이들러는 출력단부로 이동하고, 소정의 변속비로 변화하기 시작한다. 도시된 실시예의 시프트로드(3671)는 태양기어(3620)의 중심에 형성된 내경을 통해 아이들러(3618)을 넘어 아이들러 단부베어링(3675)에 으하여 구동샤프트(3669) 내에 반경방향 정렬이 유지되는 구동샤프트(3669)의 제2단부로 연장된다. 상기 시프트로드(3671)는 구동샤프트(3669)내에서 축방향으로 이동되지만, 여러 실시예들의 아이들러 단부베어링(3675)은 이러한 동작을 허용한다. 전술한 바와 같이, 여러 실시예들은 구동샤프트(3669)의 내면에 형성된 결합스플라인과 결합되는 스플라인 외륜을 사용한다. 이러한 스플라인 외륜은 시프트로드(3671)가 축방향으로 전후 이동됨에 따라 구동샤프트(3669)의 내면을 따라 슬라이딩하도록 하고, 시프트로드(3671)를 반경방향으로 정렬을 보조하도록 사용되는 레이디얼 지지체를 제공한다. 상기 태양기어(3620)의 내부구멍은 시프트로드(3671)와 태양기어(3620) 사이에 위치되는 베어링(미도시)에 의하여 시프트로드(3671)에 대하여 반경방향으로 지지될 수 있다. 상기 시프트로드(3671)이 축이동 할 수 있도록 내륜 또는 외륜은 스플라인될 수 있다.
도36a에 나타낸 실시예의 아이들러(3618)가 트랜스미션(3600)를 변속시키도록 축방향 이동될 경우, 상기 아이들러(3618)는 시프트가이드(3613)를 이동시킨다. 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 시프트가이드(3613)는 아이들러(3618)의 각 단부에 대하여 동축으로 장착되는 환형 링으로 이루어진다. 상기 도시된 시프트가이드(3613)는 내부 시프트가이드 베어링(3617) 및 외부 시프트가이드 베어링(3672)에 의하여 반경방향 및 축방향 위치에 각각 유지된다. 본 실시예의 상기 내부 및 외부 시프트가이드 베어링은 아이들러(2618)에 대하여 시프트가이드(3613)의 축방향 및 반경방향 정렬을 유지하도록 그 시프트가이드(3613)에 축방향 및 반경방향 지지를 제공하는 조합 베어링으로 이루어진다. 상기 각 시프트가이드(3613)는 아이들러(3618)로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 관형슬리브(미도시)를 구비할 수 있어, 상기 시프트가이드베어링(3617, 3672)은 필요한 만큼 시프트가이드(3613)에 부가적인 공간적 지지를 제공할 수 있다. 상기 시프트로드(3671)는 리드스크류(lead screw)와 같은 에크미 나사단부(acme threaded end)나 유압동작피스톤 또는 다른 공지의 기계장치와 같이 축이동을 발생시키기 위한 공지의 장치에 의하여 축방향으로 이동될 수 있다.
도36a와 도36b, 주로 도36c에 나타낸 바와 같이, 트랜스미션(3600)을 통한 동력경로는 평행하고 동축경로를 이룬다. 초기에 동력은 구동샤프트(3669)를 통해 트랜스미션(3600)으로 전달된다. 그런 다음 상기 동력은 유성캐리어(3630) 및 유성기어(3635)를 통해 입려디스크(3634)와 태양기어(3620) 모두로 전달된다. 이후 다음의 동력경로는 태양기어(3620) 및 케이지(3689)로부터 전달되고, 케이지샤프트(3689)를 통해 트랜스미션(3600)으로 출력된다. 이러한 동력경로는 태양기어(3620)와 유성기어(3635)의 치수(dimension)에 기초하여 구동샤프트로부터 고정된 변속비를 제공한다. 제2동력경로는 유성샤프트(3632)를 통해 유성캐리어(3630)로부터 일력디스크(3634)로의 경로이다. 이러한 동력경로는 입려디스크(3634)로부터 볼(3601)로, 볼(3601)로부터 아이들샤프트(3618)로 연속되고, 아이들러샤프트(3610)를 통해 트랜스미션(3600)으로부터 출력된다. 이러한 특정한 배치는 두 개의 동력경로가 트랜시미션(3600)을 통해 평행하고 동축 경로로 전달되도록 한다. 이러한 방식의 트랜스미션은 동일 토크 트랜시미션에 비하여 작은 단면적을 갖도록 하고, 다른 IVTs에 비하여 보다 단순한 디자인이고 사이즈 및 중량에서도 현저한 감소를 갖도록 한다.
도36a 내지 도36c에 나타낸 실시예는 전술한 테이블에서의 리스트에서와 같이 아이들러(3618)가 어떻게 동력출력으로 사용될 수 있는지와, 전술한 바와 같이 유성기어장치가 CVT와 어떻게 결합되는 것인지를 해당기술분야의 당업자에게 설명된다. 이러한 디자인의 변형이 사용될 수 있고, 설명된 여러 조합을 달성할 수 있으며, 이용가능한 매우 많은 조합들로 인하여 본 설명에서는 모든 다른 디자인은 설명하지 않는다. 또한 본 설명에서 제공되는 축력발생장치는 본 실시예에서도 사용될 수 있지만, 이러한 장치의 간략화를 위하여 설명하지 않았다. 본 설명에서 설명된 축력발생장치 또는 다른 축력발생장치를 사용하는 실시예에 있어, 축력발생장치의 구성요소들은 유성샤프트(3632)가 입력디스크(3634)에 연결되는 부위 사이에 제공될 수 있지만, 다른 배치에도 적용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 도32 및 도33에 설명된 동력경로는 동일 토크 트랜스미션에 대하여 보다 작은 트랜스미션(3600)을 허용하도록 트랜스미션(3600)의 축과 동축을 이루도록 이동되고, 이에 따라 이러한 실시예의 중량 및 공간의 감소를 이룬다. 도36a 내지 도36c는 여러 실시예에서 트랜스미션의 여러 구성요소로부터 회전동력이 어떻게 제공될 수 있는지를 나타내도록 한 하나의 조합을 설명한다. 분명하게 본 기술분야의 당업자는 연경을 변화시킴으로써 본 설명에서 제공된 다른 구성이 어떻게 달성될 수 있는지를 쉽게 이해할 수 있으며, 제안된 조합을 간략히 설명하기 위한 목적에 있어 모든 조합 또는 다른 여러 조합을 설명하기에는 너무 방대하고 불필요한 부담이 된다. 따라서 도35 및 도36a에 나타낸 실시예는 분리된 비동축 평행 동력경로(separate non-coaxial parallel power path)에 대한 설명의 필요없이 앞에서 또는 아래에서 리스트된 어떠한 변형을 제공하도록 필요에 따라 변경될 수 있다.
다음으로 도37a에 나타낸 바와 같은 트랜스미션(3700)의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예에서, 출력디스크(3711)는 회전허브쉘(rotating hub shell)(3740)를 형성하도록 앞의 실시예의 케이스의 일부분으로서 형성된다. 이러한 실시예는 모터사이클(motorcycle) 또는 바이사이클(bicycle)과 같은 적용에 가장 적합하다. 앞서 언급한 바와 같이, 지면 및 설명을 간략히 하기 위하여 본 실시예와 전술한 실시예 간의 본질적인 차이저만을 설명한다. 본 실시예에서, 입력토크는 체인(chain) 또는 유사한 소정의 장치용 벨트 또는 스프라켓(sprocket)의 풀리(pully)로 이루어질 수 있는 입력휠(3730)으로 제공된다. 이후 상기 입력휠(3770)은 두 회전구성요소의 각도 정렬을 유지하도록 압입끼워맞춤, 키결합(splining) 또는 다른 적절한 방법에 의하여 중공 구동샤프트(3769)의 외측에 부착된다. 상기 구동샤프트(3679)는 소위 엔드캡(end cap)(3741)이라 하는 허브쉘(3749)의 제거가능한 단부를 통과한다. 상기 엔드캡(3741)은 그의 중심에 구동샤프트가 트랜스미션(3700)의 내측으로 통과하도록 하는 구멍을 가지며, 상기 허브쉘(3740)의 내경과 결합하는 외경을 구비하는 대략 환형형태로 이루어진다. 상기 엔드캡(3741)은 허브쉘(3740)에 고정되거나, 트랜스미션(3700)의 내부 구성요소를 캡슐형태로 싸도록 상기 허브쉘에 나사결합될 수 있다. 도면에 나타낸 실시예의 상기 엔드캡(3741)은 출력발생장치(3760)을 위치결정하고 지지하도록 그의 외경 내측에 베어링면 및 대응 베어링을 구비하고, 그 엔드캡(3741)과 구동샤프트(3769) 간의 지지를 제공하도록 그의 내경에 베어링면 및 대응 베어링을 구비한다.
상기 구동샤프트(3769)는 입력축(3751)에 끼워맞춰지고 그에 대하여 회전하며, 프레임너트(3752)에 의하여 차량 프레임(3715)에 고정되고, 트랜스미션(3700)에 대한 지지를 제공하는 중공튜브로 이루어진다. 상기 입력축(3751)은 도1에 나타낸 바와 같이 이전의 실시예에 제안된 시프트로드와 유사한 시프트로드(3771)를 수용한다. 본 실시예의 시프트로드(3771)는 차량프레임(3715)을 넘어 연장되는 입력축(3751)의 단부에 나사결합되는 시프트캡(3743)에 의하여 동작된다. 상기 시프트캡(3743)은 입력축(37551)의 외면에 형성된 외측 나사형성부와 결합하는 내면에 형성되는 한 세트의 내측 나사형성부를 갖는 튜브 캡으로 이루어진다. 상기 시프트로드(3771)의 단부는 시프트캡(3743)의 입력단부에 형성된 구멍을 통해 연장되고, 시프트캡(3743)이 시프트로드(3771)에 고정되도록 나사결합된다. 애크미나사 또는 다른 나사로 이루어질 수 있는 상기 시프트로드(3771)의 나사형성부를 회전시킴으로써, 축방향으로 이동하게 되고, 상기 시프트로드(3771)는 시프트캡(3743)에 고정되기기 때문에, 상기 시프트로드(3771)도 축방향으로 이동되어, 시프트가이드(3713) 및 아이들러(3718)의 이동을 동작시키고, 이에 따라 트랜스미션(3700)은 변속된다.
도37a에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 구동샤프트(3769)는 출력축(3751) 및 하나 이상의 니들베어링(needle bearing) 또는 다른 레이디얼 지지베어링으로 이루어질 수 있는 샤프트지지베어링(3722)에서 이동되고, 그에 의하여 지지된다. 상기 구동샤프트(3769)는 전술한 실시예와 같이 축력발생장치(3760)으로 토크를 제공한다. 본 설명에서 제안된 어떠한 다른 축력발생장치가 본 트랜스미션(3700)에 사용될 수 있고, 본 실시예는, 전술한 실시예와 같이, 입력디스크(3734)와 베어링디스크(3760)으로 토크를 분배하도록 키고정(splining) 또는 다른 적절한 장치에 의하여 구동샤프트(3769)에 의하여 구동되는 스크류(3735)를 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 트랜스미션(3700)의 내측으로 침투되는 이물질의 양을 제한하도록 구동샤프트(3769)의 단부를 넘어 입력휠(3770)의 내경과 입력축(3751)의 외경 사이에 구동밀봉부재(drive seal)(3722)가 제공된다. 상기 엔드캡(3741)과 구동샤프트(3769) 사이로부터 이물질 침투를 제한하도록 케이스캡(3742)과 입력휠 사이에 다른 밀봉부재가 사용될 수 있다. 또한 도면에 나타낸 실시예는 전술한 실시예와 같은 유사한 케이지(3789)를 사용하지만, 도면에 나타낸 트랜스미션(3700)은 볼 축(3703)에서 볼(1)을 지지하도록 축베어링(3799)를 사용한다. 상기 축 베어링(3799)은 니들베어링이나 다른 적절한 베어링으로 이루어질 수 있고, 볼과 볼 축(3703) 간의 마찰을 감소시킨다. 본 설명에서 제안되거나 해당분야에서 공지의 볼 및 볼 축의 다른 여러 실시예가 발생되는 마찰을 감소시키도록 이용될 수 있다.
도37a에 나타낸 실시예를 참조해 보면, 케이지(3789) 및 시프트로드(3771)는 출력축(3753)에 의하여 출력측에 지지된다. 상기 출력축(3753)은 허브쉘(3740)의 출력단부에 형성되는 구멍에 위치되고, 케이지(3789)와 외측 차량프레임(3715) 사이에서 소정의 관형 지지부재로 이루어진다. 상기 출력축(3753)은 그의 외경과 허브쉘(3740)의 내경 사이에 형성되는 베어링마찰면 및 베어링을 구비하여, 출력축(3753)이 트랜스미션(3700)의 출력측에 지지를 제공함으로써 두 구성요소가 상대회전하도록 한다. 상기 출력샤프트는 출력지지너트(3754)에 의하여 차량프레임(3715)에 클램핑된다.
도37a에 나타낸 바와 같이, 본 트랜스미션(3700)은 주위를 덮어싸는 시프트코드(shifting cord)(3755)에 텐션을 가함으로써 변속되고, 시프트캡(3743)에 회전력을 제공한다. 상기 시프트코드(3755)는 텐션력을 작용시킬 수 있는 테더(tether)로 이루어지고, 조작자(operator)에 의하여 트랜스미션(3700)을 변속하도록 사용되는 변속조정기(shifter)(미도시)로 동작한다. 소정 실시예로, 상기 시프트코드(3755)는 밀고 당길 수 있는 가이드와이어로 이루어져, 단지 하나의 동축 가이드선(미도시)이 트랜스미션(3700)으로부터 변속조정기로 연결될 필요가 있다. 상기 시프트코드(3755)는 조작자에 의하여 사용되는 변속조정기로부터 시프트캡으로 그리고 그 시프트캡으로부터 하우징 스톱퍼(housing stop)(3716)에 의하여 실행된다. 상기 하우징 스토퍼(3716)는 시프트코드(3755)를 시프트캡(3743)으로 가이드하도록 차량프레임(3715)로부터의 연장부이다. 도면에 나타낸 실시예에서, 스토퍼 가이드(3716)는 시프트코드(3755)가 통과하는 가이드되는 그의 길이방향을 따라 형성된 슬롯을 구비한 소정의 원통형으로 이루어진다. 다른 사항에 대하여, 도37a에 나타낸 트랜스미션(3700)은 본 설명에서 제안된 다른 실시예와 유사하다.
도37a에 나타낸 일 실시예와 유사한 다른 실시예를 도37b에 나타내었다. 본 실시예에서, 출력디스크(3711)는 케이스(3740)에 고정되지만, 상기 케이스(3740)는 고정되고 회전되지 않는다. 그러나 본 실시예에서 도36a에 나타낸 본 실시예와 유사하게 상기 케이지(3689)는 출력디스크(3711) 및 케이스(3740)에 대하여 자유로이 회전된다. 이는 출력이 아이들러(3718)를 통해 원위치되는 것을 의미한다. 본 실시예에서 아이들러(3718)은 도36a의 실시예에서 제안된 것과 유사한 이동가능한 출력샤프트(3753)에 부착된다. 출력샤프트(3753)는 출력스플라인(3754)이ㅡ 출력측의 먼 단부에서 종결되고, 이동가능한 출력샤프트(3753)를 트랜스미션(3700)에 의하여 토크를 공급하는 소정의 장치와 결합되도록 한다. 본 실시예에서, 토크는 체인 및 스프라켓(미도시), 입력기어(미도시) 또는 공지의 다른 결합수단에 의하여 입력샤프트(3772)를 통해 트랜스미션(3700)으로 토크가 제공된다. 그런 다음 토크는 앞의 실시예에서 제안된 바와 같이 일력디스크(3734)를 통과한다. 그러나 제안된 바와 같이, 도37a를 참조해 보면, 볼(3701)은 출력디스크(3711)의 표면을 따라 이동되고, 아이들러(3718)로 토크를 전달한다.
도36a에 나타낸 실시예와 같이, 아이들러(3718)를 통해 토크출력을 제공함으로써, 본 실시예의 시프트가이드(3713)는 출력샤프트(3753)의 외면에서 베어링(3717)에 의하여 지지된다. 본 트랜스미션(3700)은 시프트로드(3771)를 축방향 이동시킴으로써 변속되고, 엑추에이터(actuator)(3743)에 의하여 작동된다. 상기 엑추에이터는 도37a에 나타낸 시프트캡으로 이루어지거나, 작동모터 또는 수동ㅇ로 제어되는 휠 또는 기어로 이루어질 수 있고, 상기 엑추에이터(3743)는 하나 이상의 유압피스톤과 같이 시프트로드(3771)을 축방향으로 위치결정하기 위한 다른 장치로 이루어질 수 있다. 소정 실시예로, 아래에서 설명될 축력발생장치(3960) 및 변위장치가 사용될 수 있다. 본 실시예는, 다른 트랜스미션 방식과 비교해 볼 때, 매우 높은 변속비가 매우 높은 효율 및 매우 작은 마찰손실에서 이루어질 수 있다.
도38은 본 설명에서 제안된 여러 트랜스미션에서 사용될 수 있는 볼 축(3803)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에서, 볼 축(3803)의 외경에 형성된 나사형성부(3810)에 의하여 볼의 구멍으로 오일이 펌핑된다. 구멍의 부근에서 볼(1)의 표면에 부착되는 오일층은, 부착된 표면와 같은 동일속도로 볼(1)이 축(3803)에 대하여 회전하고 주행됨에 따라 축(3803)으로부터 빠져나오고, 표면층으로부터 각 거리에 따른 접합력의 감소로 오일 점도를 생성하는 동일 인력에 의하여 결속되는 인접한 오일층이 빠져나온다. 이들 오일층이 축에 대하여 빠져나오게 됨에 따라, 이 오일층에서 특정량의 오일 선단(leading edge)이 축(3803)의 외면에 형성된 한 세트의 나사형성부의 표면에 의하여 밀림(shear)된다. 상기 나사형성부(3810)는 애크미 나사로 이루어지거나, 본 설명에서 제안된 펌핑작용에 적절한 다른 방식의 나사형성부로 이루어질 수 있다. 각 오일량은 나사형성부(3810)의 반경 외측인 인접한 층으로부터 밀림되고, 이는 동일작용에 의하여 연속적으로 밀림되는 유사한 층으로 이동된다. 상기 나사형성부(3810)가 볼(1)의 구멍으로 나아가도록 형성되기 때문에, 밀림되는 오일량은 이어서 발생되는 추가적인 밀림작용에 의하여 연속적으로 이동됨에 따라 볼(1) 내측으로 이동된다. 이러한 작용이 연속됨에 따라, 오일은 그 자신의 인력에 의하여 볼(1)의 구멍 내측으로 강제 이동되고, 일종의 펌핑작용을 형성한다. 따라서 상기 "펌핑" 작용은 오일의 점도에 비례한다. 이러한 펌핑효과를 촉진하기 위하여, 여러 실시예에서, 윤활유는, 어떤 특정 실시예의 볼(1)에 의하여 실험된 볼의 회전비율(spin rate)의 범위에 걸쳐 실험된 전단율(shear rate)에서 뉴튼유체(Newtonian fluid)로서 작용하도록 사용에 적합한 윤활유이다.
도38을 참조해 보면, 상기 나사형성부(3810)는, 오일을 볼(1)로 흐르도록 하는 이동 밀림작용을 생성하도록 볼(1) 가장자리의 약간 외측인 볼 축(3803)의 축을 따른 지점에서 시작된다. 상기 나사형성부(3810)가 연장되는 볼(1) 외측 거리는 만분의 5인치(0.5 thousandths of an inch) 내지 2인치로 이루어질 수 있고, 다른 실시예로 상기 거리는 백분의 1인치(10 thousandths of an inch) 내지 1인치로 이루어지거나, 제조비용 및 다른 고려사항에 따라 그 이상 또는 그 이하로 이루어질 수 있다. 도면에 나타낸 실시예의 나사형성부(3810)는 볼(1)의 구멍으로 연장되고, 볼 축(3803)의 여분 보다 작은 직경이 되도록 볼 축(3803)의 길이에 의하여 형성되는 저장소(reservoir)(3820)의 볼 내측에서 종결된다. 상기 저장소(3820)는 볼 축의 외경이 볼(1)의 내경에 근접하도록 증가하는 졸(1) 내측의 저장소 단부(3830)에서 끝나게 되어, 오일은 볼 축(3803)과 볼(1)의 내면 사이의 작은 갭으로부터 볼(1)로 새어나오도록 하고, 그 결과 두 구성요소 사이에 윤활막(lubricating film)을 형성하도록 고압오일이 제공된다. 소정 실시예로, 저장소(3820)는 형성되지 않고, 단순히 나사형성부(3810)가 구멍의 중간 부근에서 종결된다.
상기 볼(1) 구멍에 윤활압력을 유지하기 위하여 상기 볼 축(3803)과 볼(1)의 니면 사이의 갭 사이즈를 조절함으로써 새어나오는 오일량과 펌핑되는 오일량 간의 균형은 구현될 수 있다. 이러한 균형은 오일의 점도, 갭의 사이즈 및 볼(1)의 회전율에 좌우된다. 상기 저장소 단부(3830)가 볼(1)의 중간부 가까이에 위치되도록 나타내고 있지만, 이는 단지 도식화를 위한 목적이며, 적용에 따라 상기 저장소(3820)는 볼(1)의 다른 단부에 근접하여 종결되거나, 나사형성부(3810) 가까이에서 종결될 수 있다. 유사한 다른 실시예로, 볼(1) 및 볼 축(3803)의 중간부 가까이에 저장소(3820)에서 종결되는 본 실시예에서 제안한 바와 같이 나사형성부(3810)가 형성되는 것을 제외하고, 도23에 나타낸 것과 유사하게, 볼(1) 구멍의 내측에 형성되는 나사형성부에 의하여 동일한 지향성으로 형성된다.
도39a 내지 도39c를 참조하여, 또 다른 축력발생장치(3960)를 설명한다. 본 실시예에서, 스크류(3935)는 입력디스크(3934) 대신에 베어링디스크(미도시)의 내부구멍에 위치된다. 본 실시예에서, 상기 스크류(3935)는 구동샤프트로부터 결합스플라인과 결합하는 스플라인(3975)를 통해 구동샤프트(미도시)에 의하여 직접적으로 구동된다. 그런 다음 상기 스크류(3935)는 중앙 스클류 램프(3998)과 중앙디스크램프(3999)를 통하여 입력디스크(3934), 및 나사형성부(3976)와 베어링디스크의 구멍의 내면에 형성된 대응하는 한 세트의 내측 나사형성부(미도시)를 통해 베어링디스크로 토크를 분배한다. 상기 스크류(3935)가 구동샤프트에 의하여 회전됨에 따라, 상기 스크류(3935)의 출력단부에 형성되는 한 세트의 중앙 스크류램프(3998)이 회전되고, 대응하는 한 세트의 중앙디스크램프(3999)를 회전시킨다. 상기 중앙 디스크램프(3999)는 그의 내경 가까이에서 입력디스크(3934)의 입력측에 형성된 스러스트 와셔면(thrust washer surface)에 형성되고, 상기 중앙스크류램프(3998)에 의하여 회전됨에 따라, 상기 중앙디스크램프(3999)는 중앙디스크램프(3998, 3999)의 경사면의 반작용으로부터 입력디스크(3934)에 토크 및 축력을 제공하기 시작한다. 또한 상기 스크류(3935)의 회전은 나사형성부(3976)가 베어링디스크의 나사형성부와 결합되도록 하여, 베어링디스크를 회전시키기 시작한다.
도39a를 참조해 보면, 도면에 나타낸 실시예에서, 상기 축력발생장치(3960)는 아이들러(3918)의 위치에 의하여 직접적으로 영향을 받는다. 본 실시예에서, 아이들러 조립체는, 입력측 스러스트가이드(3713)로부터 연장하고, 반경방향 외측으로 환형 연장되어 입력디스크(3934) 가까이에서 끝나는 소위 풀리스탠드(pully stand)(3930)인 관형 연장부를 구비한다. 고정링크(3916), 제1링크핀(3917), 숏(short)링크(3912), 캠링크(3914), 캠링크핀(3915) 및 고정캠핀(3923)으로 이루어지는 연동조립체는 풀리스탠드(3930)으로부터 스크류(3935)측으로 축방향으로 연장되고, 변속비에 따라 스크류(3935)를 축방향으로 위치결정한다. 상기 고정링크(3916)는 풀리스탠드(3930)의 입력단으로부터 스크류(3935)측으로 연장되고, 제1링크핀(3917)에 의하여 숏링크(3912)를 개재하도록 연결된다. 상기 제1링크핀(3917)은 고정링크(3916)과 숏링크(3912) 간의 플로팅핀조인트(floating pin joint)을 형성하여, 상기 숏링크(3912)는 변속동안 두 링크(3916, 3912)가 축방향으로 이동됨에 따라 제1링크핀(3917)에 대하여 회전할 수 있다. 그런다음 상기 숏링크(3912)는 그의 타단부에서 캠링크핀(3915)에 의하여 캠링크(3914)에 연결되어, 플로팅핀조인트를 형성한다. 상기 캠링크(3914)는 축(3971)에 고정되는 고정캠핀(3923), 또는 다른 고정구성요소에 의하여 축방향으로 고정되고, 아이들러(3918)가 축방향으로 이동됨에 따라 캠링크(3914)가 회전되는 핀조인트를 형성한다.
다음의 설명에서, 도면의 간략화를 위하여, 도1의 베어링디스크(60), 램프베어링(62), 주변램프(61) 및 입력디스크램프(64)에 대하여 별도의 설명은 생략하지만, 유사한 구성요소가 본 실시예에서에서 매우 유사하게 기능하도록 사용될 수 있다. 도39a 내지 도39c에 나타낸 축력발생장치(3960)가 높은 변속비로 동작할 경우, 상기 아이들러(3918)는 그의 먼 입력측 축위치에 위치되고, 이에 따라 고정링크(3916)도 입력측으로 먼 축방향 지점에 위치된다. 상기 제1링크핀(3917), 숏링크(3912) 및 제2링크핀(3921)은 모두 입력측으로 위치되고, 이에 따라 캠링크(3914)는 고정캠핀(3923)에 대하여 지향되어, 그의 캠면(별도로 도시하지 않음)은 스크류(3935)로부터 멀어지게 회전된다. 낮은 변속비에서 출력측으로 스크류를 이동시키도록 상기 캠링크(3914)가 고정캠핀(3923) 축에 대하여 회전될 경우, 상기 캠링크(3914)는 스크류(3935)에 캠력을 작용시킨다. 그러나 낮은 변속비에서, 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 캠링크(3914)의 캠면은 스크류(3935)로부터 멀어지게 회전된다. 이는 스크류(3935)가 가장 먼 지점에서 입력측으로 놓이도록(settle)하여, 스크류 나사형성부(3976)와의 결합을 유지시키도록 입력측으로부터 출력측으로 바라볼 때 베어링디스크를 스크류(3935)에 대하여 반시계방향으로 회전하도록 한다. 이에 따라, 베어링램프는 반시계방향으로 회전되어, 베어링이 적거나 없는 축력을 제공하는 베어링디스크램프와 입력디스크(3934)의 램프 사이의 지점에서 디스크베어링(도면에 나타나 있지 않지만 도1과 관련하여 앞서 제안된 것과 유사함)이 롤링되록 한다.
한편, 도39a에서 좌측으로 바라본 스크류(3935)의 최대 위치로 인하여, 중앙스크류램프(3998)는 중앙디스크램프(3999)와 완전히 결합되어, 상기 입력디스크(3934)는 시계방향으로 약간 회전되며, 이에 따라 스크류(3935)의 축방향 위치를 그의 가장 먼 출력측 위치에 있도록 한다. 이러한 방식의 입력디스크(3934)의 회전은 입력디스크램프가 베어링디스크램프의 반대방향으로 회전되지 않고, 이에 따라 주변램프 및 베어링을 부하를 작용시키지 않는 효과를 확대한다는 것을 의미한다. 이러한 상태에서, 대부분의 축력 또는 모든 축력은 중앙램프(3998, 3999)에 의하여 제공될 수 있고, 주변램프에 의한 축력은 거의 발생되지 않는다.
상기 아이들러(3918)가 출력측으로 이동되어 낮은 변속비로 변속됨에 따라, 상기 링크조립체는 연장되고, 이에 따라 고정링크(3916)는 스크류(3935)로부터 멀어지는 축방향으로 이동되고, 캠링크(3914)는 고정캠핀(3923)에 대하여 회전된다. 상기 캠링크(3914)가 캠핑크핀(3923)에 대하여 회전됨에 따라, 상기 고정링크(3916)의 축이동은 캠링크(3914)의 일단에서 동작하고, 타단은 스크류(3935)측으로 이동되며, 이에 따라 고정링크(3916)에 의하여 작용되는 축력의 방향은 전환된다. 상기 캠링크(3914)에 여러 연결이 이루어지는 부위의 길이를 조절함으로써, 상기 고정링크(3916)에 의하여 작용되는 축력은 레버동작에 의하여 감소되거나 확대된다. 상기 캠링크(3914)의 캠단부는 스크류(3935)의 출력측에서 스러스트 와셔(3924)로 축력을 작용시킨다. 상기 스러스트 와셔(3924)는 스크류(3935)에 합성축력을 제공하도록 스크류 스러스트베어링(3925) 및 베어링 마찰면(3926)에 결합된다. 이에 대응하여, 상기 스크류(3935)는 입력측으로 축방향 이동되고, 그의 나사형성부(3976)는 입력측으로부터 출력측으로 바라볼 때 베어링디스크를 시계방향으로 회전시켜, 주변램프가 회전되도록 하여 램프베어링은 주변램프를 따라 축력을 발생시키도록 시작하는 위치로 이동된다. 이 때, 입력측으로의 스크류(3935)의 축방향 이동으로 인하여, 중앙스크류램프(3998)는 중앙디스크램프(3999)로부터 결합해제되고, 입력디스크(3934)는 스크류(3935)에 대하여 반시계방향으로 회전되며, 축력을 발생시키는 위치로 주변램프베어링이 이동되도록 한다. 상기 링크조립체의 이러한 레버동작으로, 본 실시예의 축력발생장치(3960)는 중앙램프(3998, 3999)와 주변램프 사이의 축력 및 토크를 효과적으로 분배한다.
도39a에는 트랜스미션의 전체 사이즈를 감소시키도록 도5의 레그조립체에 대하여 다른 레그조립체를 나타낸다. 도면에 나타낸 실시예에서, 롤러(3904)는 도5의 레그(3)에 비하여 레그(302)의 반경방향 내측에 위치된다. 또한 입력디스크(34) 및 출력디스크(미도시)는 아이들러(18)의 부하를 감소시키는 그의 축에 근접한 지점에서 볼(1)과 접촉하고, 트랜스미션이 보다 많은 토크를 발생하도록 한다. 이러한 두 변형예로, 본 실시예의 입력디스크(34) 및 출력디스크는 선 "O.D"로 나타낸 바와 같이 직경방향으로 대향하는 본 실시예의 두 볼(3901)에서 가장 먼 대향지점과 실질적으로 같은 직경으로 전체 직경을 감소시킬 수 있다.
도39A에 나타낸 실시예의 다른 특징은 변환조립체의 변형이다. 본 실시예의 롤러(304)는 트랜스미션을 변속하기 위하여 볼 축(3903)과 볼(3901)의 축을 변경시키기 위한 풀리로서 작용하도록 할 뿐만 아니라, 볼 축(3903)을 완전하게 정렬하도록 한다. 도1 및 도6과 관련하여 제안된 유연성 케이블(155) 또는 유사한 변속케이블이 일측의 롤러(3904) 주위에 감쌀 수 있도록 하여, 텐션이 작용될 경우, 이들 롤러(3904)는 서로 가깝게 되고, 이에 따라 트랜스미션을 변속시킨다. 상기 변속케이블(도39에서는 미도시)은 케이지(도1의 89)를 통하여 가이드롤러(3951)에 의해 롤러(3904)로 가이드될 수 있고, 또한 도면에 나타낸 실시예에서는 풀리스탠드(3930)의 출력단부에 대하여 가이드샤프트(3952)에 장착되는 풀리로 이루어진다.
소정 실시예로, 상기 가이드롤러(3951) 및 가이드샤프트(3952)는 가이드롤러(3951)의 축이 피벗되도록 디자인되어, 볼 축(3903)의 각이 트랜스미션의 축에 대하여 변화됨에 따라 롤러(3904)와 풀리방식 정렬을 유지하다. 소정 실시예로, 이는 가이드샤프트(3952)를 피벗조인트 또는 트러니언(trunnion) 또는 다른 공지의 방법으로 풀리스탠드(3930)에 장착함으로써 달성될 수 있다. 본 실시예에서, 하나의 시프트케이블이 볼(3901)의 입력측 또는 출력측 중 하나에 한 세트의 롤러(3904)에서 동작할 수 있고, 스프링(미도시)은 다른 방향으로 변위시키도록 볼 축(3903)을 편향시킨다. 다른 실시예로, 두 개의 시프트케이블이 사용될 수 있는데, 하나는 일측에서 롤러(3904)를 반경방향 내측으로 끌어당기고, 다른 하나는 볼(3901)의 대향단부에서 롤러(3904)를 그 측에서 반경방향 내측으로 끌어당겨 트랜스미션을 변속시킨다. 이러한 실시예에서, 제2풀리 스탠드(3930) 또는 다른 적절한 구성이 시프트가이드(3913)의 출력단부에 형성되고, 대응하는 한 세트의 가이드샤프트(3925) 및 가이드돌러(3951)이 제2풀리스탠드(3930)에 장착된다. 이러한 실시예의 케이블(미도시)은 축(3971)에 형성된 구멍 또는 슬롯(미도시)을 통과하고, 상기 축(3971)을 통해 트랜스미션 외측으로 인출된다. 상기 케이블은 축(3971)의 일단부 또는 양단부를 통과할 수 있고, 또는 입력디스크(미도시)와 출력디스크(미도시) 중 하나 또는 모두, 또는 허브(미도시)를 축방향으로 넘어 축(3971)에 형성된 부가적인 구멍을 통해 통과될 수 있다. 여기에서 상기 출력디스크는 회전허브이다. 상기 케이블이 통과하는 구멍 및/또는 슬롯은 반경 가장자리의 사용을 통해 케이블 재료의 수명을 최대화하도록 디자인되며, 풀리 및 이러한 장치는 케이블의 운반(conveyance)을 위하여 축 및 트랜스미션의 여러 위치에 사용될 수 있다.
도39a, 도40a 및 도40b를 참조하여, 도39a의 축력발생장치(3960)의 연동조립체(400)의 일실시예를 설명한다. 도면에 나타낸 연동조립체(4000) 또한 고정링크(3916), 제1링크핀(3917), 숏링크(3912), 제2링크핀(3921), 캠링크(3914), 캠링크핀(3915) 및 고정캠핀으로 이루어진다. 본 실시예의 고정링크(3916)는 도39a의 풀리스탠드(3930)에 견고하게 부착도는 제1단부 및 제1단부로부터 멀어지는 방향을 향하고, 핀조인트구멍이 형성된 제2단부를 구비하는 장방형 스트럿(elongated strut)으로 이루어진다. 상기 고정링크(3916)는 축(3971) 측을 따라 대략 평행하게 이루어진다. 상기 제1링크핀(3917)은 고정링크(3916)의 제2단부의 구멍 내에 위치되고, 상기 고정링크(3916)의 제2단부와 숏링크(3912)의 제2단부를 결합하며, 대응하는 핀조인트구멍을 구비한다. 상기 숏링크(3912)는 두 단부를 갖는 스트럿(strut)으로 이루어지지만, 그의 제1 및 제2단부에 형성된 구멍을 구비한다. 캠링크핀(3915)은 숏링크(3912)의 제2단부의 구멍 내에 위치되고, 캠링크(3914)에 형성된 핀조인트구멍을 통해 숏링크(3912)의 제2단부를 캠링크의 제1단부와 결합시킨다. 상기 캠링크(3914)는 두 개의 단부를 갖는데, 제1단부는 캠단부 및 대향 캠단부는 그의 외측 가장자리에 형성된 캠면(4020)을 구비한다. 또한 상기 캠링크(3914)는 제2단부와 캠단부 사이 중간에 혀엉된 제2핀조인트구멍을 구비하고, 고정캠핀(3923)이 통과한다. 상기 고정캠핀(3923)은 축(3971)과 같은 트랜스미션의 고정부에 고정되어, 캠링크(3914)가 회전하는 축을 형성한다.
도40a는 매우 높은 변속비에 대응하여 수축상태에서의 연동조립체(4000)를 나타낸 것으로, 고정링크는 도39a에 대하여 앞서 제안된 바와 같이 트랜스미션의 입력단부측으로 모두 이동된 상태이다. 도40b는 낮은 변속비에 대응하여 확장상태에서의 링크조립체(4000)를 나타낸 것이다. 앞서 제안된 바와 같이, 상기 캠링크(3914)는 스크류(3935)로 축력을 작용시켜, 트랜스미션이 높은 변속비에서 낮은 변속비로 변환됨에 따라 중앙램프(3998, 3999)로부터의 축력발생을 주변램프로 이동시킨다. 또한 트랜스미션이 낮은 변속비로부터 높은 변속비로 변환될 때, 상기 캠링크(3914)는 스크류(3935)로 작용되는 축력량을 감소시켜, 스크류(3935)가 출력단부측으로 축방향 이동되도록 하고, 이에 따라 주변램프로부터의 축력발생은 중앙램프(3998, 3999)로 이동된다.
도40a 및 도40b에 나타낸 바와 같이, 상기 캠링크(3914)의 캠면은 매우 다양한 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 형태를 제공하도록 디자인될 수 있다. 실질적으로, 본 실시예에서, 제2캠면(4010)은 캠링크(3914)의 제2단부에 제공된다. 도40a에 나타낸 바와 같이, 매우 높은 변속비에서는, 캠면(4020)은 스크류(3935)로의 축력이 전혀 또는 작은량으로 작용하도록 완전하게 언로딩(unloading)된다. 그러나 소정 실시예에서, 다양한 속도비에서 작용되는 높은 축력량이 요구될 수 있으며, 이 경우 가장 높은 변속비에서, 제2캠면(4010)은 스크류로의 축력을 증가시키고, 이에 따라 소정의 축력발생이 역으로 주변디스크로 전달되어, 높은 변속비에서 필요할 수 있는 축력량을 증가시킨다. 이는 단지 여러 변형의 일예로, 특정 적용이 요구되는 토크-속도 형태에 따라 축려발생장치(4060)에 의한 축력발생 제어를 변화시키는 것을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (51)

  1. 장축;
    상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼;
    상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크;
    상기 입력디스크와 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉되는 회전출력디스크;
    상기 장축에 대하여 동축으로 실질적으로 일정한 외경을 구비하고, 상기 각 볼의 내측으로 위치되며, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러; 및
    상기 장축에 대하여 동축으로 장착되는 유성기어장치
    를 포함하는 변속 트랜스미션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼은
    상기 유성기어장치에 의하여 제공되고, 동축으로 이루어지는 둘 이상의 동력경로로부터 전달되는 토크성분을 합하는
    변속 트랜스미션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아이들러 또는 출력디스크 중 적어도 하나는
    상기 유성기어장치에 입력토크를 제공하는
    변속 트랜스미션.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아이들러는
    불규칙한 내부 구멍을 구비하고,
    상기 내부 구멍에 동추으로 끼워맞춰지는 제1 및 제2시프트 가이드 슬리브에 의하여 그 아이들어의 반경방향 위치에서 지지되며,
    상기 아이들러의 내부 구명과 상기 각 제1 및 제2시프트 가이드 슬리브 사이에 위치되는 제1 및 제2레이디얼 지지베어링에 의하여 지지되는
    변속 트랜스미션.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2시프트 가이드 슬리브를 축방향 이동시킴으로써 변속되는
    변속 트랜스미션.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어장치는
    상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 반경방향 내측으로 향하는 기어치를 구비하는 링기어;
    상기 링기어 내에서 상기 장축에 대하여 동축으로 분산배치되고, 상기 링기어와 치합되며, 상기 장축으로부터 멀어지는 반경방향으로 위치되는 각각의 유성축에 대하여 회전되는 복수개의 유성기어;
    상기 유성기어가 각각 회전되는 복수개의 유성샤프트;
    상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 상기 복수개의 유성기어의 반경방향 내에 구비되고, 상기 각 유성기어와 치합되는 태양기어; 및
    상기 장축에 대하여 동축으로 장착되고, 상기 유성샤프트를 지지하고 위치결정하도록 하는 유성캐리어
    를 포함하는 변속 트랜스미션.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼의 축을 정렬시키고 경사가능하게 하며, 상기 볼의 각도 위치 및 반경 위치를 유지하도록 하는 케이지를 더 포함하는
    변속 트랜스미션.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아이들러, 상기 케이지 및 상기 출력디스크 중 적어도 하나는 상기 유성기어장치로 입력토크를 제공하는
    변속 트랜스미션.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유성캐리어에는 입력토크가 제공되고,
    상기 유성캐리어는 상기 입력디스크와 결합되고,
    상기 태양기어는 상기 케이지와 결합되고,
    상기 링기어는 고정되고 회전하지 않으며,
    상기 출력디스크에 의하여 출력토크가 제공되는
    변속 트랜스미션.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 아이들러 및 상기 출력디스크 사이에 마찰력을 증가시키는 축력을 발생시키도록 하는 축력발생장치를 더 포함하는
    변속 트랜스미션.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 축력발생장치에서 발생된 축력량은 변속비의 기능으로 작용하는
    변속 트랜스미션.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 출력디스크, 및 상기 아이들러 각각은 마찰증가코팅재료로 코팅된 접촉면을 구비하는
    변속 트랜스미션.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅재료는 세라믹(ceramic)인
    변속 트랜스미션.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅재료는 서멧(cermet)인
    변속 트랜스미션.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 코팅은
    질화규소, 탄화규소, 무전해 니켈, 전기도금 니켈, 또는 이들의 소정 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 코팅재료의 두께는 0.25 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  17. 제12항에 있어서, 상기 코팅재료의 두께는 0.5 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  18. 장축;
    상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼;
    상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크;
    상기 입력디스크에 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉하는 고정 입력디스크;
    일정한 외경을 가지며, 상기 각 볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러;
    상기 볼의 반경방향 위치 및 축방향 정렬을 유지시키고, 상기 장축에 대하여 회전가능한 케이지; 및
    상기 아이들러로부터의 출력토크를 제공받고, 출력토크를 전달하도록 하는 아이들러 샤프트
    를 포함하는 변속 트랜스미션.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 아이들러 및 상기 출력디스크 사이에 마찰력을 증가시키는 축력을 발생시키도록 하는 축력발생장치를 더 포함하는
    변속 트랜스미션.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 축력발생장치에서 발생된 축력량은 변속비의 기능으로 작용하는
    변속 트랜스미션.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 출력디스크, 및 상기 아이들러 각각은 마찰증가코팅재료로 코팅된 접촉면을 구비하는
    변속 트랜스미션.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 코팅재료는 세라믹(ceramic)인
    변속 트랜스미션.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 코팅재료는 서멧(ceramic)인
    변속 트랜스미션.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 코팅은
    질화규소, 탄화규소, 무전해 니켈, 전기도금 니켈, 또는 이들의 소정 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 코팅재료의 두께는 0.25 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 코팅재료의 두께는 0.5 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  27. 장축;
    상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 제1볼;
    상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 제2볼;
    상기 제1볼에 인접하게 위치되고, 각 제1볼과 접촉하는 제1회전입력디스크;
    상기 제2볼에 인접하게 위치되고, 각 제2볼과 접촉하는 제2회전입력디스크;
    상기 장축과 동축을 이루고, 상기 제1 및 제2입력디스크와 연결되는 입력샤프트;
    상기 제1 및 제2볼 사이에 위치되고, 상기 각 제1 및 제2볼과 접촉되는 회전출력디스크;
    상기 각 제1볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 제1볼과 접촉하는 제1원통형 아이들러; 및
    상기 각 제2볼의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 각 제2볼과 접촉하는 제2원통형 아이들러;
    를 포함하는 변속 트랜스미션.
  28. 제27항에 있어서,
    제18항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 아이들러 및 상기 출력디스크 사이에 마찰력을 증가시키는 축력을 발생시키도록 하는 축력발생장치를 더 포함하는
    변속 트랜스미션.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 축력발생장치에서 발생된 축력량은 변속비의 기능으로 작용하는
    변속 트랜스미션.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 입력디스크, 상기 볼, 상기 출력디스크, 및 상기 아이들러 각각은 마찰증가코팅재료로 코팅된 접촉면을 구비하는
    변속 트랜스미션.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 코팅재료는 세라믹(ceramic)인
    변속 트랜스미션.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 코팅재료는 서멧(cermet)인
    변속 트랜스미션.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 코팅은
    질화규소, 탄화규소, 무전해 니켈, 전기도금 니켈, 또는 이들의 소정 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 코팅재료의 두께는 0.25 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 코팅재료의 두께는 0.5 내지 4미크론으로 이루어지는
    변속 트랜스미션.
  36. 장축;
    상기 장축에 대하여 분산배치되고, 경사가능한 회전축을 각각 구비한 복수개의 라운드 속도조절장치;
    상기 장축과 동축을 이루고, 상기 장축에 대하여 회전가능하며, 상기 각 라운드 속도조절장치에 인접하고 위치되고 그 속도장치와 접촉되는 입력디스크;
    상기 장축과 동축을 이루고, 상기 장축에 대하여 회전가능하며, 상기 각 라운드 속도조절장치에 인접하고 위치되고 그 속도장치와 접촉되는 출력디스크; 및
    상기 입력디스크, 상기 출력디스크, 및 상기 복수개의 속도조절장치 사이에 접촉면을 증가시키기 위하여 축력을 작용시키는 축력발생장치
    를 포함하며;
    상기 축력발생장치는
    상기 장축과 동축을 이루고, 상기 장축에 대하여 회전가능하며, 외경과 나사형성 구멍을 갖는 내경을 구비한 베어링디스크;
    그의 외경 가까이에서 상기 베어링디스크의 제1측에 부착되는 복수개의 주변램프;
    상기 복수개의 베어링디스크 램프과 결합되는 복수개의 베어링;
    상기 베어링과 결합되는 상기 속도조절장치의 대향측에서 상기 입력디스크에 장착되는 복수개의 입력디스크 주변램프;
    상기 장축과 동축을 이루고, 그 장축에 대항 회전가능하며, 그의 외면을 따라 형성되고 상기 베어링디스크의 나사형성 구멍과 결합되는 암 나사형성부를 구비한 복수개의 원통형 스크류;
    상기 속도조절장치를 향하는 스크류의 단부에 부착되는 복수개의 중앙 스크류램프; 및
    상기 입력디스크에 부착되고, 상기 복수개의 중앙 스크류램프과 결합되는 복수개의 중앙 입력디스크램프
    를 포함하는 롤링마찰 변속 트랜스미션.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 축력발생장치는
    상기 스크류의 단부와 접촉하는 스러스트베어링; 및
    상기 장축을 따라 위치되고, 변속비의 변속에 응답하여 상기 입력디스크로부터 멀어지는 축방향으로 상기 스크류를 이동시키도록 상기 스러스트베어링에 축력을 작용시키는 링크조립체
    를 더 포함하며,
    변속시, 변속비의 기능으로서 상기 링크조립체는 상기 스러스트베어링에 적절량의 축력을 작용시키는
    롤링마찰 변속 트랜스미션.
  38. 복수개의 볼의 어느 일측에 입력디스크 및 출력디스크를 사용하는 롤링마찰 트랜스미션에서, 경사가능한 복수개의 속도조절볼을 지지하고 위치결정하는 지지 케이지에 있어서,
    상기 케이지는
    외부 가장자리로부터 반경방향 내측으로 연장되고, 각각 양측을 갖는 복수개의 슬롯을 구비한 원형시트로 이루어지는 제1 및 제2편평 지지디스크; 및
    상기 제1 및 제2편평 지지디스크 사이에서 연장하고, 전방측, 후방측, 제1단부 및 제2단부를 구비하는 복수개의 편평 지지스페이서
    를 포함하고,
    상기 제1단부 및 제2단부 각각은 곡선면으로 이루어지는 장착면을 구비하고,
    상기 스페이서는 상기 지지디스크의 홈 사이에서 상기 지지디스크에 대하여 각도있게 위치되어 상기 곡선면은 상기 홈 측면과 정렬되는
    케이지.
  39. 변속비 결정볼의 회전축을 형성하는 축을 경사시킴으로써 롤링마찰 트랜스미션의 변속비를 변화시키는 트랜스미션 변속비를 위한 지지레그에 있어서,
    상기 지지레그는
    장방형 몸체;
    축 연결 단부;
    상기 축 연결 단부에 대향하는 캠단부;
    상기 볼을 향하는 전방측 및 상기 볼로부터 멀어지게 향하는 후방측; 및
    상기 축 연결단부와 캠단부 사이의 중앙지지부;
    를 포함하며,
    상기 축 연결단부는 상기 축을 수용하도록 형성된 구멍을 구비하고,
    상기 캠단부의 전방측에는 상기 구멍의 정렬을 제어하도록 보조하는 볼록하게 만곡된 캠기능면이 형성된
    지지레그.
  40. 각각 경사가능한 축에 대하여 회전가능한 복수개의 볼, 상기 복수개의 볼의 일측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 입력디스크, 및 상기 복수개의 볼의 타측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 출력디스크를 사용하는 변속 롤링마찰 트랜스미션에 사용되기 위한 유체펌핑볼에 있어서,
    상기 유체펌핑볼은
    상기 볼을 통과하는 원통형 내면을 형성하는 볼의 직경을 통해 형성되는 구멍을 구비한 구형볼; 및
    상기 볼의 내면에 형성되고, 상기 볼을 통해 연장되는 적어도 하나의 헬리컬홈
    을 포함하는 유체펌핑볼.
  41. 직경구멍에 의하여 형성된 각 축을 구비한 복수개의 볼, 상기 복수개의 볼의 일측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 입력디스크, 및 상기 복수개의 볼의 타측에 구비되고 그 각각의 볼과 접촉하는 출력디스크를 사용하는 변속 롤링마찰 트랜스미션에 사용되기 위한 유체펌핑축에 있어서,
    상기 유체펌핑축은
    상기 볼을 통하는 구멍의 직경보다 작은 직경을 가지며, 제1단부, 제2단부 및 중간영역을 구비하며, 상기 각 볼의 구멍내에 적절히 위치될 때, 상기 제1단부 및 제2단부는 상기 볼의 대향하는 외측으로 연장되고, 상기 중간영역은 상기 볼 내에 구비되는 원통형 축; 및
    상기 축의 외측면에 형성되고, 상기 볼의 외측 지점에서 시작하여 상기 중간영역의 적어도 일부까지 연장되는 적어도 하나의 헬리컬홈
    을 포함하는 유체펌핑축.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 헬리컬홈은 애크미(acme) 나사를 더 포함하는
    유체펌핑축.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 애크미 나사는
    상기 볼 측을 지나 만분의 5인치(0.5 thousandths of an inch) 내지 2인치의 거리로 연장되는
    유체펌핑축.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 애크미 나사는
    상기 볼 측을 지나 백분의 1인치(10 thousandths of an inch) 내지 1인치의 거리로 연장되는
    유체펌핑축.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 중간영역의 일부에는 저장영역이 형성되는
    유체펌핑축.
  46. 장축을 구비하고, 상기 장축에 대하여 평면정렬로 분산배치되는 복수개의 경사볼을 사용하고, 트랜스미션의 변속비를 제어하도록 상기 각 볼은 입력디스크와 출력디스크에 의하여 대향측에서 접촉하는 변속 롤링마찰 트랜스미션의 변환장치에 있어서,
    상기 변환장치는
    상기 장축을 따라 구비되는 관형 트랜스미션축;
    복수개의 볼 중 대응하는 하나를 통해 형성되는 구멍을 통해 연장되고, 상기 볼이 회전하도록 대응하는 볼의 경사가능한 축을 형성하며, 상기 볼의 외측으로 연장되는 두 단부를 구비한 복수개의 볼 축;
    상기 볼 축의 각 단부에 각각 연결되고, 상기 트랜스미션 축측으로 반경방향 내측으로 연장되는 복수개의 레그;
    상기 트랜스미션 축에 대하여 동축으로 위치되고, 상기 각 볼과 반경방향 내측으로 접촉하며, 실질적으로 일정한 외경을 갖는 아이들러;
    상기 아이들러의 각 단부에 구비되고, 상기 아이들러를 향하는 편평측과, 상기 아이들러로부터 멀어지는 방향을 향하는 볼록곡면측을 각각 구비하며, 상기 볼의 대응측에서 각 레그와 모두 접촉하도록 반경방향으로 연장되는 디스크 형태의 두 시프트가이드;
    상기 각 레그에 구비되고, 상기 볼로부터 멀어지는 방향을 향하는 각 레그의 일측에 부착되는 복수개의 롤러 풀리;
    상기 적어도 하나의 시프트가이드로부터 축방향으로 연장되는 원통형 풀리 스탠드;
    상기 풀리 스탠드에 대하여 반경방향으로 위치되고, 그 풀리스탠드에 부착되는 복수개의 가이드풀리; 및
    제1단부 및 제2단부를 구비하는 고정가능한 테더(tether)
    를 포함하며,
    상기 테더의 제1단부는, 상기 축을 통해 상기 풀리스탠드에 근접한 상기 축에 형성되는 슬롯 외측으로 연장되고, 상기 각 롤러풀리 및 각 가이드풀리 주위를 감싸고,
    상기 테더의 제2단부는, 상기 축의 외측 변환조정기로 연장되고.
    상기 가이드풀리는 그 가이드풀리와 각 롤러풀리의 정렬을 유지하도록 하나 이상의 피벗조인트로 장착되며,
    상기 테더가 변속조정기에 의하여 끌어당겨질 경우, 상기 제2단부는 트랜스미션의 변속을 위하여 상기 각 롤러풀리를 끌어당기는
    변환장치.
  47. 장축을 구비하고, 트랜스미션의 변속비를 제어하도록 중심으로부터 볼 반경을 각각 갖는 복수개의 경사볼을 사용하는 변속 트랜스미션의 변환장치에 있어서,
    상기 변환장치는
    대응하는 볼을 통해 형성되는 구멍을 통해 연장되고, 상기 볼의 경사축을 형성하며, 상기 볼의 외측으로 연장되는 두 단부를 구비한 복수개의 볼 축;
    상기 볼 축의 각 단부에 각각 연결되고, 상기 트랜스미션 축측으로 반경방향 내측으로 연장되는 복수개의 레그;
    실질적으로 일정한 반경을 가지며, 상기 각 볼과 동축 및 반경방향 내측으로 위치되고, 그 볼과 접촉되는 원통형 아이들러;
    상기 아이들러의 각 단부에 구비되고, 상기 아이들러를 향하는 편평측과, 상기 아이들러로부터 멀어지는 방향을 향하는 볼록곡면측을 각각 구비하며, 상기 볼의 대응측에서 각 레그와 모두 접촉하도록 반경방향으로 연장되는 디스크 형태의 제1 및 제2시프트가이드; 및
    가이드 휠반경을 가지며, 상기 각 레그에 구비되고, 상기 각 레그의 반경방향 내측 단부에 회전가능하게 장착되고, 상기 각 시프트가이드의 곡선면과 접촉하는 복수개의 가이드휠;
    를 포함하며,
    상기 볼록곡선면의 형태는, 장축의 삽입에서 중심에 위치되는 원점 및 소정의 두 직경방향의 대향볼의 중심을 통해 긋은 라인의 2차원 좌표에 의하여 결정되고, 상기 좌표는 상기 볼록곡선면이 접촉지점에서 가이드휠에 실질적으로 접선(tangent)을 이루는 가정하에서 상기 아이들러와 시프트가이드의 축이동의 상관관계로서 상기 가이드휠면과 시프트가이드면 사이의 접촉 지점의 위치를 나타내는
    변환장치.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 볼록곡선면의 형태는 상기 볼의 반경 및 상기 가이드휠의 반경의 상관관계로 이루어지는
    변환장치.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 볼록곡선면의 형태는 상기 아이들러의 반경의 상관관계로 이루어지는
    변환장치.
  50. 엔진;
    동력전달계; 및
    변속 트랜스미션
    을 포함하며,
    상기 변속 트랜스미션은
    장축;
    상기 장축에 대하여 반경방향으로 분산배치되고, 회전되는 경사축을 각각 구비하는 복수개의 볼;
    상기 볼에 인접하게 위치되고, 각 볼과 접촉하는 회전입력디스크;
    상기 입력디스크와 대향하여 상기 볼에 인접하게 위치되고, 상기 각 볼과 접촉되는 회전출력디스크;
    상기 장축에 대하여 동축으로 실질적으로 일정한 외경을 구비하고, 상기 각 볼의 내측으로 위치되며, 상기 각 볼과 접촉하는 회전 아이들러; 및
    상기 장축에 대하여 동축으로 장착되는 유성기어장치
    를 포함하는 차량.
  51. 회전 원동기와 결합되고, 변속비를 제어하도록 대향하는 입력디스크와 출력디스크 사이의 복수개의 경사가능한 속도조절볼을 이용하는 롤링마찰 트랜스미션의 타행장치(coasting mechanism)에 있어서,
    상기 타행장치는
    상기 볼에 대향하는 입력디스크의 일측으로부터 연장되고, 상기 입력디스크에 견고하게 부착되는 제1단부와, 상기 입력디스크로부터 연장되는 제2단부를 구비하는 커넥터;
    상기 커넥터의 제2단부에 동작가능하게 결합되는 제1클러치단부, 멈춤쇠쇠에 부착되는 제2클러치단부, 및 클러치레버가 피벗할 수 있도록 축을 제공하는 지점(fulcrum)을 형성하는 구멍을 갖는 중간부를 구비하는 클러치레버;
    상기 클러치레버를 유지시키고, 상기 클러치레버의 구멍보다 큰 외형으로 이루어져 상기 클러치레버가 자유로이 회전할 수 있고, 상기 입력디스크가 회전하고 입력토크가 중단될 경우 상기 입력디스크 보다 느린 속도로 회전되며, 상기 원동기가 구동하기 시작하고 상기 입력디스크가 회전하지 않을 경우 상기 원동기보다 느린 속도로 회전하는 장방형 탄성로드;
    외경에 형성된 기어치를 구비하고, 상기 탄성로드가 연장되도록 그의 중심에 형성된 구멍을 구비하는 적어도 하나의 래칫디스크; 및
    상기 클러치레버의 제2단부에 장착되고, 상기 적어도 하나의 래칫디스크의 치어치와 치합되는 적어도 하나의 멈춤쇠
    를 포함하며,
    이전의 입력토크의 중단에 이어 상기 원동기로부터 입력토크의 적용은 상기 래칫디스크를 회전시키고, 이에 따라 상기 멈춤쇠의 연결을 해제하고, 상기 클러치레버는 회전되며, 상기 클러치레버와의 접촉을 유지하도록 상기 커넥터를 이동시켜 상기 입력디스크는 일방향으로 회전되어 상기 볼과 접촉되는
    타행장치.
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