KR20080079274A - 연속 가변 변속기 - Google Patents

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KR20080079274A
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도날드 씨. 밀러
다비드 제이. 알렌
로버트 에이. 스미슨
브래드 폴
찰스 비. 로
존 엠. 니콜라스
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폴브룩 테크놀로지즈 인크
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Abstract

트랙션 유성체 및 트랙션 링은 연속 가변 변속기(CVT)를 제공하도록 유성 기어 세트에 작동식으로 결합될 수 있다. CVT는 자전거에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, CVT는 자전거의 후륜 허브의 전방 위치에서 자전거의 프레임에 장착된다. 일 실시예에서, CVT는 CVT가 자전거의 크랭크샤프트와 동축이도록 자전거 프레임의 부재 상에 장착되어 이에 의해 지지된다. 크랭크샤프트는 트랙션 링 및 트랙션 유성체를 작동식으로 구동하도록 구성된 유성 기어 세트의 요소를 구동하도록 구성된다. 이러한 CVT를 위한 본 발명의 구성 요소 및 부조립체가 개시된다. 시프팅 기구는 시프트 핀 허브가 축방향으로 이동할 때 트랙션 유성체의 중심에 대해 선회하도록 배열된 복수의 피봇 아암을 포함한다.
자전거, 연속 가변 변속기, 프레임, 크랭크 샤프트, 유성 기어, 썬(태양) 기어, 피봇 아암, 케이지

Description

연속 가변 변속기 {CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
관련 출원
본 출원은 2005년 11월 22일자로 출원되어 그대로 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 미국 가특허출원 제60/738,865호의 우선권을 청구한다.
본 발명의 기술분야는 대체적으로 변속기에 관한 것으로, 특히 연속 가변 변속기(CVT)에 관한 것이다.
여기에 개시된 CVT의 실시예는 입력 속도 대 출력 속도의 비를 조정하도록 요구되는 모든 기계, 장치, 차량 등에 사용될 수 있다. 자전거가 이러한 하나의 적용예이다. 자전거의 구동 전달 계통은 일반적으로 자전거의 프레임 부재 내에 수용되어 이에 의해 지지되는 크랭크샤프트를 구동하기 위한 크랭크에 결합된 페달로 구성되어 있다. 크랭크샤프트는 체인에 의해 자전거의 후륜에 동력을 전달하는 스프로켓에 결합된다. 후륜에 있는 치형부(cog)는 체인으로부터 동력을 수용하고, 자전거의 후륜을 구동하기 위해 후륜 허브와 상호 작용하도록 구성된다. 몇몇 자전거는 한 세트의 기어가 치형부로부터 동력을 수용하고 후륜을 구동하도록 배열된 내기어식(internally geared) 후방 허브를 구비한다. 몇몇 적용예에서, 자전거는 후륜을 구동하기 위한 CVT를 후방 허브에 구비한다.
그러나, 후륜 또는 후륜 허브의 전방 위치에서 자전거의 프레임 부재에 의해 수용 및 지지되는 CVT에 대하여 충족되지 않은 요구가 남아 있다. 여기에 개시된 CVT의 실시예는 연속 가변 변속기 분야의 이러한 그리고 그 외의 요구를 다룬다.
여기에 설명된 시스템 및 방법은 다수의 특징을 갖고, 이들 중 하나가 전체의 바람직한 속성에 단독으로 관여하는 것은 아니다. 후속하는 청구범위에 의해 표현되는 바와 같이 범주를 제한하지 않고, 본 발명의 특정 실시예의 더 많은 현저한 특징이 이제 간략하게 설명될 것이다. 이 설명을 고려한 후에, 특히 "실시예" 부분을 숙독한 후에, 어떠한 방식으로 시스템 및 방법의 특징이 통상의 시스템 및 방법보다 우수한 다수의 장점을 제공하는지를 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 한 특징은 복수의 자전거 프레임 부재와, 자전거의 하나 이상의 크랭크에 작동식으로 결합된 크랭크샤프트와, 크랭크샤프트와 동축으로 결합되고 크랭크샤프트 상에 동축으로 장착되는 연속 가변 변속기(CVT)를 포함하는 자전거에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징은 회전형 유성 기어 세트 캐리어에 결합된 크랭크샤프트와, 캐리어에 결합된 복수의 유성 기어를 갖는 자전거에 관한 것이다. 회전 구속된 링 기어가 유성 기어에 결합될 수 있고, 이 유성 기어는 썬(태양) 기어에 결합될 수 있다. 제1 트랙션 링이 썬(태양) 기어에 작동식으로 결합될 수 있고, 복수의 트랙션 유성체가 트랙션 링에 결합된다. 제2 트랙션 링이 트랙션 유성체에 결합된다. 동력은 크랭크샤프트로부터 유성 기어 세트 캐리어로, 유성 기어로, 썬(태양) 기어로, 제1 트랙션 링으로, 트랙션 유성체로, 그리고 제2 트랙션 링으로 순차적으로 전달된다. 다른 실시예에서, 크랭크샤프트는 트랙션 유성체를 축방향으로 그리고 반경방향으로 지지하고 트랙션 유성체에 동력을 전달하도록 구성된 케이지에 부가적으로 결합된다.
본 발명의 또 다른 특징은 자전거의 크랭크샤프트에 결합하기 위해 구성되고 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착되도록 구성된 유성 기어 세트를 갖는 자전거 변속기에 관한 것이다. 자전거 변속기는 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착되도록 구성된 유성 기어 세트에 결합된 연속 가변 베리에이터(variator)를 더 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 변속비의 조절을 용이하게 하기 위한 시프트 핀 허브 및 시프트 스크루에 관한 것이다. 다른 관점에서, 본 발명은 변속비가 조절될 때 아이들러 또는 트랙션 태양체의 축방향 병진 운동을 작동시키기 위한 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 트랙션 태양체 작동 장치는 피봇 아암의 캠 표면과 계면을 이루도록 구성된 복수의 캠 롤러를 포함한다. 본 발명의 다른 특징은 트랙션 태양체의 축방향 병진 운동을 용이하게 하기 위한 일체형 캠 표면을 갖는 피봇 아암을 다룬다.
일 특징에서, 본 발명은 변속기용 케이지에 관한 것이다. 케이지는 변속 하우징의 대응 스플라인을 결합하기 위한 복수의 스플라인을 갖는다. 케이지는 경사 롤러(skew roller) 반작용 표면을 갖는 복수의 슬롯을 더 가질 수 있다.
도 1은 자전거의 프레임 상에 구현된 연속 가변 변속기(CVT)의 개략 단면도이다.
도 2는 자전거의 프레임 상에 구현된 CVT의 또 다른 실시예의 개략 단면도이다.
도 3은 자전거의 (저부 브래킷과 같은) 프레임 상에 구현될 수 있는 CVT의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 4a는 도 3의 변속기의 단면 사시도이다.
도 4b는 도 3의 변속기의 단면도이다.
도 4c는 도 3의 변속기의 특정 조립체 및 구성 요소의 부분 분해도이다.
도 4d는 도 3의 변속기의 특정 조립체 및 구성 요소의 부분 분해도이다.
도 5는 도 3의 변속기용 하우징의 특정 구성 요소의 부분 분해 사시도이다.
도 6a는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 유성 기어 세트 캐리어의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 유성 기어 세트 캐리어의 측면도이다.
도 7a는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 케이지의 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 케이지의 케이지 구성 요소의 사시도이다.
도 7c는 도 7b의 케이지 구성 요소의 제2 사시도이다.
도 8a는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 유성체-피봇-아암(planet-pivot-arm) 조립체의 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 유성체-피봇-아암 조립체의 단면도이다.
도 9는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 트랙션 링 및 클램핑력 발생 조립체의 사시도이다.
도 10a는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 입력 드라이버의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 입력 드라이버의 다른 사시도이다.
도 10c는 도 10a의 입력 드라이버의 단면도이다.
도 10d는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 출력 드라이버의 사시도이다.
도 10e는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 출력 드라이버의 다른 사시도이다.
도 10f는 도 10d의 출력 드라이버의 단면도이다.
도 11a는 도 3의 변속기의 시프팅 작동기와 함께 사용될 수 있는 시프트 스크루의 사시도이다.
도 11b는 도 11a의 시프트 스크루의 단면도이다.
도 12a는 도 3의 변속기의 시프팅 작동기와 함께 사용될 수 있는 시프트 핀 허브의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 시프트 핀 허브의 단면도이다.
도 13a는 도 3의 변속기와 함께 사용될 수 있는 트랙션 태양체 작동 장치를 도시하는 도 4b의 A부분의 상세도이다.
도 13b는 도 13a의 트랙션 태양체 작동 장치의 사시도이다.
도 13c는 도 13b의 트랙션 태양체 작동 장치의 측면도이다.
도 13d는 도 13b의 트랙션 태양체 작동 장치의 분해도이다.
도 14a는 CVT용 시프팅 작동기를 도시하는 도 3의 CVT의 특정 구성 요소의 사시도이다.
도 14b는 도 14a에 도시된 특정 구성 요소의 제2 사시도이다.
도 14c는 도 14a에 도시된 구성 요소의 단면도이다.
이제, 예(들)가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 실시예(들)(예시적인 실시예)를 상세히 참조할 것이다. 가능하면, 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부분(요소)에는 동일한 도면 부호를 사용할 것이다.
여기에 설명된 CVT 실시예는 미국 특허 제6,241,636호, 제6,419,608호, 제6,689,012호 및 제7,011,600호에 개시된 유형의 것들에 대체로 관련된다. 이들 특허의 각각의 전체 개시 내용은 여기에 참조로 포함되어 있다. 또한, 미국 특허 출원 제10/788,736호(현재, 미국 특허 제7,011,600호)는 본 출원이 우선권을 주장하는 가출원의 부록 A로서 포함되어 있다. 2006년 10월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/543,311호의 개시 내용은 그대로 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
이제 바람직한 실시예가 유사한 도면 부호가 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타내고 있는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 여기에 제시된 설명에서 사용된 용어는 단지 본 발명의 특정의 실시예의 상세한 설명과 관련하여 이용되고 있기 때문에 임의의 한정된 또는 제한된 방식으로 해석되는 것으로 의도되지는 않는다. 더욱이, 본 발명의 실시예는 다수의 신규한 특징을 포함할 수 있고, 이들 중 하나가 그 바람직한 속성에 단독으로 관여하는 것은 아니고, 또는 여기에 설명된 발명의 실시에 필수적인 것도 아니다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "작동식으로 접속된", "작동식으로 결합된", "작동식으로 연결된", "작동 가능하게 접속된", "작동 가능하게 결합된", "작동 가능하게 연결된" 등은 일 요소의 작동이 제2 요소의 대응하는, 다음의 또는 동시의 동작 또는 작동을 초래하는 요소 사이의 관계(기계적, 연동, 커플링 등)를 나타낸다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 상기 용어를 사용할 때, 요소를 연결하거나 또는 결합하는 특정 구조체 또는 기구가 일반적으로 설명된다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 달리 구체적으로 언급되지 않으면, 상기 용어 중 하나가 사용될 때, 용어는 실제 연동 또는 결합이 다양한 유형을 취할 수 있다는 것을 나타내고, 이는 특정 상황에서는 이 기술 분야의 숙련자에 명백한 것이다.
설명을 위해, 용어 "반경방향"은 여기에서 변속기 또는 베리에이터의 종축에 대해 수직인 방향 또는 위치를 나타내는데 사용된다. 용어 "축방향"은 여기에서 변속기 또는 베리에이터의 주축 또는 종축에 평행한 축을 따르는 방향 또는 위치를 나타내는데 사용된다. 명료화 및 간결화를 위해, 때때로 유사한 구성 요소에 라벨을 붙인다.
도 1은 자전거(미도시)의 후방 허브보다는 자전거 프레임(102)에 장착된 자전거 변속기(100)의 일 실시예를 도시한다. 도시된 실시예는 자전거의 프레임(102)에 변속기의 지지 구조체(104)를 일체화한다. 변속기(100)의 주요 구성 요 소는 베리에이터(106), 유성 기어 세트(110) 및 지지 구조체(104)를 포함한다. 도시된 실시예의 유성 기어 세트(110)는 중심 썬(태양) 기어(112), 썬(태양) 기어(112) 주위에서 궤도 운동하고 이를 둘러싸는 한 세트의 유성 기어(114) 및 한 세트의 유성 기어(114)를 둘러싸는 링 기어(116)를 포함한다. 도 1에서, 점선 원은 도시된 실시예에서 지지 구조체(104)와 일체화된 링 기어(116)의 위치를 더 양호하게 도시하도록 사용된다. 유성 기어(114)의 각각은 유성 샤프트(118) 각각의 둘레에서 회전하고, 유성 캐리어(120)가 유성 샤프트(118)를 지지한다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 유성 기어(114)는 복합형 유성 기어이다.
미국 특허 제7,011,600호에 기술된 실시예에서 설명되어 있는 바와 같이, 도시된 실시예의 베리에이터(106)는 입력 링(124), 출력 링(126) 및 입력 링(124)과 출력 링(126) 사이에서 이들과 접촉하는 한 세트의 유성 볼(130)을 포함한다. 아이들러(132)가 유성 볼(130) 사이에 배치되어 이들과 접촉하고, 유성 기어 세트(110)의 썬(태양) 기어(112)와 유사하다. 베리에이터(106)는 미국 특허 제7,011,600호에 예시되고 설명되어 있는 바와 같이 작동한다.
자전거의 크랭크(140)는 유성 캐리어(120) 내로 토크 입력을 제공한다. 유성 캐리어(120)는 썬(태양) 기어(112) 둘레에서 유성 기어(114)를 회전시킨다. 링 기어(116)는 고정되고, 유성 기어(114)는 썬(태양) 기어(112)를 구동한다. 링 기어(116)는 고정되고, 유성 기어(114)는 썬(태양) 기어(112)를 구동한다. 유성 캐리어(120)는 베리에이터(106)의 케이지(142)에 접속된다. 썬(태양) 기어(112)는 캠 로더(cam loader)(144), 한 세트의 베어링(146) 및 경사부(ramp)(148)를 거쳐 입력 링(124)에 접속되어 인가된 토크의 양에 비례하는 축력을 발생시키지만, 미국 특허 제7,011,600호에 설명되거나 또는 이전 공보에서 공지된 또는 설명된 임의의 축력 발생 기구가 사용될 수 있다. 따라서, 도시된 실시예에서, 토크는 썬(태양) 기어(112)로부터 입력 링(124)을 거쳐 그리고 캐리어(120)로부터 케이지(142)를 거쳐 베리에이터(106)로 공급된다. 베리에이터(106)는 두 개의 토크 입력을 취하여 합산하고 출력 링(126)으로의 출력 속도를 변경하고 출력 스프로켓(150)을 거쳐 출력한다. 도시된 실시예는 발생된 축력에 반작용하기 위한 선택적인 반작용 슬리브(152) 뿐만 아니라 입력 링(124) 및 출력 링(126)을 유성 볼(130)에 클램핑하도록 발생된 축방향 추력에 반작용하기 위한 스러스트 베어링(154)을 포함한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 베리에이터(106)로의 입력으로서 유성 기어 세트(110)를 또한 이용하는 제2 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 토크가 재차 크랭크(140)로부터 캐리어(120)로 인가되어 썬(태양) 기어(112)를 통해 출력된다. 그러나, 이 실시예에서, 캐리어(120)는 케이지(142)에 부착되지 않고, 그에 따라서 토크는 케이지(142)가 프레임(102)에 고정되어 있는 동안 입력(124)을 통해 베리에이터(106)에 입력될 뿐이다.
다른 변속기(300)에 대하여 이제 도 3 내지 도 13d를 참조하여 설명할 것이다. 변속기(300)는 변속기(100)의 실시예를 참조하여 전술된 것들과 유사한 구성 요소를 사용할 수 있다. 그러나, 구성 요소에 대한 유사한 또는 동일한 참조 명칭의 사용은 전술된 실시예와 연관된 임의의 특징을 실시예(또는 실시예의 특징)에 반드시 도입하지는 않는다.
도 3은 변속기(300)의 사시도이다. 일 실시예(예를 들면, 자전거 적용예)에서, 동력은 크랭크(350)를 거쳐 변속기(300)에 제공될 수 있고, 동력은 스프로켓(348)을 거쳐 변속기(300) 외부로 전달될 수 있다. 변속기(300)는 단부 캡(302, 346)과 함께 변속기(300)의 대부분의 구성 요소를 위한 하우징(345)을 형성하는 중심 허브 쉘(390)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하우징(345)은 예를 들면 자전거의 저부 브래킷에서와 같이 자전거 프레임 상에 구현되도록 구성될 수 있다. 그러나, 변속기(300)는 출력 속도에 대한 입력 속도의 비를 조절하거나 입력 속도에 대한 출력 속도의 비를 조절하는 것이 요구되는 어떤 기계 또는 차량에 사용될 수 있다. 즉, 여기에 설명된 변속기의 다양한 실시예 및 특징은 자전거 적용예를 참조하여 논의되지만, 이 기술 분야의 기술자는 입력 속도 대 출력 속도의 비를 조절하기 위해 변속기를 사용하는 차량, 기계 또는 장치에 사용될 수 있는 변속기(300)의 변형 및 그 특징을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
이제 도 4a 내지 도 4d를 참조하여, 변속기(300)의 특정 조립체 및 구성 요소의 예시적인 실시예가 이제 설명될 것이다. 일 실시예에서, 변속기(300)는 입력 트랙션 링(330)과 출력 트랙션 링(336) 사이에 위치된 한 세트의 유성체-피봇-아암 조립체(410)를 포함할 수 있다. 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 입력 트랙션 링(330), 출력 트랙션 링(336) 및 트랙션 태양체(333)와 접촉하는 트랙션 유성체(332)의 어레이를 포함할 수 있다. 변속기(300)는 입력 트랙션 링(330)을 작동식으로 구동하기 위한 입력 드라이버(326)를 포함할 수 있다. 출력 트랙션 링(336)은 출력 드라이버(340)를 작동식으로 구동하도록 구성된다. 바람직하게, 변속기(300)는 입력 드라이버(326)와 트랙션 링(330) 사이에 위치된 입력 로드 캠(328)을 포함한다. 변속기는 바람직하게는 또한 출력 트랙션 링(336)과 출력 드라이버(340) 사이에 위치된 출력 로드 캠(338)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 케이지(356)는 유성체-피봇-아암 조립체(410)를 지지하고 안내할 뿐만 아니라 변속기(300)에 강성 및/또는 강도를 제공하도록 구비된다. 변속기(300)의 구성 요소의 이전의 인용은 확장되거나 축소될 수 있고, 열거된 부재는 본 발명의 범주로부터 일탈하지 않고 함께 조합되어 이들의 의도된 기능을 계속 수행할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
크랭크(350)는 베어링(395)에 의해 하우징(345) 내에 일반적으로 위치되어 지지되는 크랭크샤프트 또는 중심 샤프트(360)에 토크를 제공하도록 결합된다. 중심 샤프트(360)는 또한 변속기(300)의 특정 조립체를 위한 반경방향 및 축방향 지지를 제공하도록 구성될 수 있다. 설명을 위해, 중심 샤프트(360)는 변속기(300)의 다른 구성 요소의 위치 및/또는 운동을 설명하기 위한 기준점으로서 작용할 수 있는 변속기(300)의 종축을 규정한다. 여기에 사용될 때, 용어 "축방향", "축방향으로", "측방향", "측방향으로"는 중심 샤프트(360)에 의해 규정된 종축과 동축이거나 평행한 위치 또는 방향을 나타낸다. 용어 "반경방향" 및 "반경방향으로"는 종축으로부터 수직으로 연장하는 위치 또는 방향을 나타낸다.
일 실시예에서, 크랭크(350)는 중심 샤프트(360)를 거쳐 제1 단 유성 기어 세트에 결합된다. 제1 단 유성 기어 세트는 썬(태양) 기어(312), 복합형 유성 기어(310), 캐리어(320) 및 링 기어(316)를 포함한다. 중심 샤프트(360)는 링 기 어(316)에 결합된다. 캐리어(320)는 유성 기어 축(318) 상에 복합형 유성 기어(310)를 수용하고 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 캐리어(320)는 회전식으로 축방향으로 고정되고, 하우징(345)의 부분일 [또는 하우징(345)에 부착될] 수 있다.
링 기어(316)는 썬(태양) 기어(312) 둘레에서 궤도 운동하고 썬(태양) 기어(312)를 구동하는 복합형 유성 기어(310)를 구동한다. 입력 드라이버(326)가 썬(태양) 기어(312)에 결합되어 썬(태양) 기어(312)로부터 토크를 입력받는다. 입력 드라이버(326)는 입력 로드 캠(328)을 거쳐 입력 트랙션 링(330)에 토크를 전달하고, 이 입력 트랙션 링(330)은 유성체-피봇-아암 조립체(410)에 토크를 전달한다. 출력 드라이버(340)는 유성체-피봇-아암 조립체(410)로부터 출력 트랙션 링(340) 및 출력 로드 캠(338)을 거쳐 토크를 입력받는다. 출력 드라이버(340)는 스프로켓(348)에 결합되어 스프로켓(348)에 토크를 전달한다. 스프로켓이 본 예에서 사용되었지만, 변속기(300)의 다른 실시예는 풀리, 프리휠(freewheel), 치형부 등을 사용할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 입력 트랙션 링(330) 및 출력 트랙션 링(340)은 실질적으로 유사하다. 트랙션 링(330, 340)은 바람직하게는 트랙션 유성체(332)와의 마찰 접촉 또는 유탄성동역학적(hydroelastodynamic) 접촉을 통해 토크를 전달하기 위한 트랙션 표면을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 링(330, 340)은 로드 캠 조립체의 부분을 형성하는 경사부를 포함할 수 있다(도 10 참조). 트랙션 링(330, 340)의 트랙션 표면은 수직으로부터 약 45도 경사질 수 있는데, 이 경우에는 반경 방향으로 연장하는 평면 표면이라 칭한다.
케이지(356)는 입력 케이지(352) 및 출력 케이지(354)(도 7a 내지 도 7c 참조)를 포함하고, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 유성체-피봇-아암 조립체(410)를 에워싸고 지지한다. 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 트랙션 유성체(332)를 포함한다. 트랙션 유성체(332)는 트랙션 태양체(333)와 접촉하고 트랙션 태양체(333)에 의해 반경방향으로 지지된다. 예시적인 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 도 9에 도시되어 있다. 트랙션 태양체(333)는 대체로 원통형 튜브일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 태양체(333)는 대체로 일정한 외경을 갖지만, 다른 실시예에서는 외경이 일정하지 않다. 외경은 단부에서보다 중심부에서 더 작을 수도 있고, 또는 중심에서 더 크고 단부에서 더 작을 수도 있다. 다른 실시예에서, 외경은 다른 단부에서보다 일 단부에서 더 크고, 양 단부 사이의 변화는 시프트 속도 및 토크 요건에 따라 선형이거나 비선형일 수 있다.
유성체-피봇-아암 조립체(410)는 트랙션 태양체 작동 장치(382)(도 4b 및 도 13a 내지 도 13d 참조)에 작동식으로 결합될 수 있는 피봇 아암(380)을 가질 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 트랙션 태양체 작동 장치(382)는 변속기(300)의 속도비가 조절될 때 트랙션 태양체(333)를 축방향으로 병진 운동시키는데 사용될 수 있다. 피봇 아암(380)은 허브 핀 핑거(376)(도 13a 참조) 및 시프트 핀(미도시)을 거쳐 시프트 핀 허브(374)에 결합될 수 있다. 시프트 핀 허브(374)는 시프팅 입력에 응답하여 유성체-피봇-아암 조립체(410)를 작동시키는데 사용될 수 있다. 변속기의 시프팅 또는 속도비의 조절은 도 11a 내지 도 12b를 참조하여 이하에 더 설명될 것이다.
축방향 반력을 조종하고 CVT(300)의 이동 부재와 고정 부재 사이의 구름 접촉을 제공하기 위해, 스러스트 베어링이 CVT(300)의 입력 단부와 출력 단부 중 하나 또는 모두에 제공될 수 있다. 일반적으로 중심 샤프트(360)가 링 기어(316)에 결합하는 영역이라 칭하는 입력측에서, 입력 스러스트 베어링은 고정된 제1 단 유성 캐리어(320)와 입력 드라이버(326) 사이에 위치된다. 입력 스러스트 베어링은, 도 4에 도시된 실시예에서, 캐리어(320)의 리세스에 수용되어 지지된 입력 베어링 레이스(322)를 포함한다. 입력 스러스트 베어링은 또한 롤러 리테이너에 의해 위치되어 지지될 수 있는 한 세트의 롤러(324)를 갖는다. 롤러(324)는 볼, 배럴형 롤러, 비대칭 롤러 또는 임의의 다른 형태의 롤러일 수 있다. 일 실시예에서, 입력 드라이버(326)는 입력 스러스트 베어링을 완성하도록 롤러(324) 및 입력 베어링 레이스(322)와 협동하는 일체형 베어링 레이스를 구비한다.
일반적으로 출력 드라이버(340)가 위치되어 있는 영역이라 칭하는 출력측에서, 입력 스러스트 베어링은 출력 드라이버(340)와 단부 캡(346) 사이에 위치될 수 있고, 이는 출력 베어링 레이스(344)를 수용하고 지지하기 위한 리세스를 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 단부 캡(346)은 변속기(300)에서 발생하는 축력에 반작용하는 것을 보조한다. 베어링 레이스(322, 344)는 강, 베어링강, 세라믹 또는 베어링 레이스에 적합한 기타 다른 재료와 같은 다양한 베어링 레이스 재료로 제조될 수 있다. 출력 스러스트 베어링은 롤러 리테이너에 위치되고 지지된 한 세트의 롤러(342)를 포함한다. 일 실시예에서, 출력 드라이버(340)는 출력 스러스트 베어링을 완성하도록 출력 베어링 레이스(344) 및 롤러(342)와 협동하는 일체형 베어링 레이스를 가질 수 있다.
이제, 도 5를 참조하면, 일 실시예에서, 하우징(345)은 중심 허브 쉘(390), 입력 단부 캡(302) 및 출력 단부 캡(346)을 구비한다. 일 실시예에서, 단부 캡(302, 346)은 체결구(fastener)(미도시)로 중심 허브 쉘(390)에 체결되지만; 단부 캡(302, 346)은 또한 중심 허브 쉘(390) 내에 나사 결합될 수 있거나 또는 중심 허브 쉘(390)에 다른 방식으로 부착될 수 있다. 중심 허브 쉘(390)은 케이지(356)의 상보형 스플라인(925)과 결합하도록 허브 쉘(390)의 내부와 일체로 형성된 내부 스플라인(392)을 구비할 수 있다. 단부 캡(302, 346)은 대체로 편평한 디스크이지만, 하나 또는 양자 모두는 만곡형 또는 다른 형태를 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단부 캡(346)은 출력 베어링 레이스(344)를 수용하고 지지하도록 구성된 리세스(1405)를 구비할 수 있다. 단부 캡(302, 346)의 중심 보어는 변속기(300)의 다른 구성 요소에 대한 위치 설정 및 구름 접촉을 제공하기 위한 베어링(395)을 수용하도록 구성될 수 있다. 단부 캡(302, 346)은 예를 들어 알루미늄, 티타늄강, 고강도 열가소성 또는 열경화성 플라스틱으로 제조될 수 있다. 실시예에 따라, 단부 캡(302, 346)은 바람직하게는 변속기(300)에 강도 및 강성을 제공할 뿐만 아니라 작동 중에 변속기(300)에서 발생하는 축력에 반작용하는데 적합한 재료로 제조된다.
이제 도 6a 내지 도 6b로 돌아가서, 제1 단 유성 캐리어(320)는 복합형 유성 기어(310)를 축방향으로 그리고 반경방향으로 지지할 수 있도록 기계 가공에 의해 또는 일체형 부품으로서 구성될 수 있다. 캐리어(320)는 유성 샤프트(318)를 고정하고 수용하도록 구성된 보어 구멍(605)을 포함한다. 캐리어(320)는 복합형 유성 기어(310)를 수용하도록 캐리어(320)와 일체로 형성된 캐비티(610, 615)를 포함할 수 있다. 캐리어(320)의 중심 보어(620)는 입력 드라이버(326)(예를 들면, 도 4b 참조)를 위치시키고 입력 드라이버(326)를 위한 구름 계면을 제공하는 기능을 하는 베어링(396)을 수용하도록 구성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서 캐리어(320)는 하우징(345)의 일부를 형성하고 그리고/또는 베어링 레이스(322)를 수용하고 지지하도록 구성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c로 가서, 케이지(356)는 두 개의 반부, 즉 입력 케이지 반부(352) 및 입력 케이지 반부(354)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 케이지 반부(352, 354)는 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 따라서, 케이지 반부(352, 354)는 상호 교체 가능할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 케이지(356)는 피봇 아암(380)에 대한 고정 반작용 지지 구조체를 제공하도록 성형되는데, 즉 케이지(356)는 피봇 아암(380)이 변속비의 시프팅 중에 트랙션 유성체(332)에 대해 반경방향 내향 및 외향으로 선회함에 따라 피봇 아암(380)[과 그에 따라서, 트랙션 유성체 축(334)]을 위한 [중심 샤프트(360)의 종축에 대한] 각도 정렬을 제공하도록 구성된다.
일 실시예에서, 케이지(356)의 슬롯(915)은 경사 롤러(1220)와의 접촉을 통해 경사면(910)을 따라 유성체-피봇-아암 조립체(410)를 안내한다. 경사면(910)은 CVT(300)의 변속비가 조절될 때 유성체-피봇-아암 조립체(410)가 슬롯(915) 내에서 선회하거나 경사짐에 따라 경사 롤러(1220)를 위한 반작용 표면을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 케이지 반부(352, 354)의 대응 슬롯은 예를 들면 트랙션 유성체 축(334)(도 9a 참조)의 경사짐(측방향 축에 대한)에 의해 발생될 수 있는 시프팅에 대한 잠재적인 악영향을 감소시키도록 서로에 대해 각도 방향에서 약간 오프셋된다.
이제 도 8a 및 도 8b로 돌아가서, 일 실시예에서, 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 트랙션 유성체(332), 트랙션 유성체 축(334) 및 슬롯 형성된 조인트(1210)를 갖는 피봇 아암(380)을 포함할 수 있다. 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 경사 롤러(1220)를 포함할 수 있고, 이 경사 롤러(1220)는 피봇 아암 축(334)의 각각의 단부에 부착된 구름 요소이고 입력 케이지(352)와 출력 케이지(354)의 경사면(910)을 따라 트랙션 유성체 축(334)의 구름 접촉을 제공한다. 유성체-피봇-아암 조립체(410)는 베어링(374)을 포함할 수 있다. 경사 롤러(1220) 및 베어링(374)은 트랙션 유성체 축(334)에 의해 지지될 수 있다. 트랙션 유성체 축(334)은 피봇 아암(380)의 반경방향 외향 단부에 형성된 보어를 통과한다.
일 실시예에서, 피봇 아암(380)은 시프트 기구 입력에 반작용하여 트랙션 태양체(333)를 축방향으로 병진 운동시키는데 적합한 곡률로 기계 가공된다. 피봇 아암(380)은 캠 표면(1230)을 구비할 수 있다. 도 13a 내지 도 13d를 참조하여 이하에 더 설명되는 바와 같이, 캠 표면(1230)의 곡률은 변속비의 시프팅 중에 트랙션 태양체(333)의 원하는 축방향 병진 운동을 생성하도록 구성될 수 있다.
트랙션 유성체 축(334)은 트랙션 유성체(332)의 중심을 통해 형성된 보어를 통하여 연장되는 대체로 원통형 샤프트일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 유성 체 축(334)은 트랙션 유성체 축(334) 상에 트랙션 유성체(332)를 정렬하는 니들 또는 래디얼 베어링을 거쳐 트랙션 유성체(332) 내의 보어의 표면과 계면을 이룬다. 트랙션 유성체 축(334)은, 피봇 아암(380)이 트랙션 유성체(332)의 위치에서 시프트를 작동시킬 수 있도록 보어가 종료하는 트랙션 유성체(332)의 측면을 넘어 연장된다. 트랙션 유성체 축(334)이 트랙션 유성체(332)의 에지를 넘어 연장하는 경우, 이는 피봇 아암(380)의 반경방향 외향 단부에 결합된다. 트랙션 유성체 축(334)은 피봇 아암(380)의 반경방향 외향 단부에 형성된 보어를 통과한다.
다양한 실시예에서, 트랙션 유성체(332)와 트랙션 유성체 축(334) 사이의 계면은 다른 특허 또는 공보에 설명된 임의의 베어링일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 유성체(332)는 유성체 축(334)에 고정되어 유성체 축(334)과 함께 회전된다. 도 8a의 실시예에서, 베어링(374)은 트랙션 유성체 축(332) 상에 작용하는 횡방향 힘이 피봇 아암(380) 뿐만 아니라 대안으로는 케이지(356)에 의해 반작용되도록 트랙션 유성체 축(332)과 피봇 아암(380) 사이에 위치된다. 몇몇 이러한 실시예에서, 베어링(374)은 래디얼 베어링(볼 또는 니들), 저널 베어링, 또는 기타 다른 형태의 베어링 또는 적합한 기구일 수 있다.
일반적으로, 트랙션형 변속기는 특정 레벨의 토크를 전달할 때 트랙션 유성체(332)와 트랙션 링(330, 336) 사이의 미끄러짐을 방지하도록 클램핑 기구를 사용한다. 클램핑 기구의 제공은 종종 여기서 축력을 발생시키는 것 또는 축력 발생기를 제공하는 것으로서 언급된다. 도 4a 내지 도 4d 및 도 9를 참조하여, 이제 변속기(300)와 함께 사용될 수 있는 클램핑력 발생 기구가 설명될 것이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명된 바와 같이, 변속기(300)의 몇몇 실시예는 바람직하게 입력 로드 캠(328) 및/또는 출력 로드 캠(338)을 포함한다. 로드 캠(700)의 이하의 설명은 양 로드 캠(328, 338)에 동등하게 적용된다. 일 실시예에서, 로드 캠(700)은 입력 트랙션 링(330) 또는 출력 트랙션 링(336)과 같은 트랙션 링과 일체로 형성될 수 있는 로드 캠 롤러(705) 및 경사부(710)를 포함한다. 롤러(705)는 예를 들면 롤러 리테이너(720)와 같은 적합한 롤러 리테이너에 지지되어 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 링(330, 340)은 약 16개의 경사부(710)를 포함할 수 있고, 각각의 경사부(710)는 약 10도 경사를 갖는다. 특정 실시예에서, 경사부(710)는 나선형이고 160도 폭에 걸쳐 약 55 내지 66 mm로 등간격의 리드(lead)를 갖는다. 입력 로드 캠(328)은 롤러(327)를 포함하고 입력 트랙션 링(330)과 일체로 경사지며, 출력 로드 캠 조립체(338)는 롤러(337)를 포함하고 출력 트랙션 링(336)과 일체로 경사진다. 롤러(705, 327, 337)는 구형, 원통형, 배럴형, 비대칭형 또는 주어진 적용예에 적합한 다른 형상일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 경사부(710)는 입력 드라이버(326) 또는 입력 트랙션 링(330)에 체결된 링 상에 제공되고, 또 다르게는 입력 드라이버(326) 및 입력 트랙션 링의 각각은 경사부(710)를 갖는 링으로 끼워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 입력 트랙션 링(330) 및 로드 캠 조립체(328)는 효과적으로는 경사부(1610)가 입력 트랙션 링(330) 내로 형성될 때 롤러(705) 및 롤러 리테이너(720)가 별개의 조립체를 형성하기 때문에 일체형 유닛이다.
변속기(300)의 작동 중에, 제1 단 유성 썬(태양) 기어(312)는 입력 드라이 버(326)에 토크를 부여한다. 입력 드라이버(326)는 입력 트랙션 링(330)과 일체일 수 있는 경사부(710)를 거쳐 입력 트랙션 링(330)에 토크를 전달한다. 입력 드라이버(326)가 회전할 때, 경사부(710)는 롤러(705)를 활성화시키고, 이는 경사부(710) 상으로 이동한다. 롤러(705)는 적소에 쇄기 고정되고, 입력 드라이버(326)의 표면과 경사부(705) 사이에 가압되고, 입력 드라이버(326)로부터 입력 트랙션 링(330)에 경사부(705)를 통해 토크 및 축력 모두를 전달한다. 그 다음, 축력은 트랙션 유성체(332)를 입력 트랙션 링(330), 출력 트랙션 링(336) 및 트랙션 태양체(333) 사이에 클램프한다.
이제 도 10a 내지 도 10c로 돌아가서, 입력 드라이버(326)는 썬(태양) 기어(312)를 결합하도록 스플라인 또는 다른 체결 장치로 구성되는 중심 보어(554)를 갖는 대체로 원형인 플레이트(554)일 수 있다. 입력 드라이버(326)는 로드 캠 롤러(327)와 결합하는 표면(556)을 포함한다. 표면(556)은 편평할 수 있고 또는 입력 트랙션 링(330)(예를 들면, 도 4b 및 도 9 참조) 상에 도시된 경사부와 같은 로드 캠 경사부를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 입력 드라이버(326)는 고정 구성 요소 및 회전 구성 요소 사이의 축방향 하중을 지지하고 이들 사이의 구름 접촉을 위한 스러스트 베어링의 기능을 제공하도록 입력 베어링 레이스(322) 및 롤러(342)와 협동하는 베어링 레이스(558)를 포함한다.
이제, 도 10d 내지 도 10f를 참조하면, 출력 드라이버(340)는, 베어링(395)을 수용하고 예를 들면 스프로켓(348)과 결합하도록 구성된 플랜지(562)를 갖는 중심 보어를 구비한 대체로 원형 플레이트(560)일 수 있다. 다른 실시예에서, 플랜 지(562)는 출력 단부 캡(346)을 위치시키고 지지하는 베어링(391)을 수용하도록 구성될 수 있다. 출력 드라이버(340)는 로드 캠 롤러(337)를 결합하도록 구성된 표면(564)을 포함한다. 표면(546)은 편평할 수 있고, 또는 출력 트랙션 링(336) 상의 도시된(도면 부호는 없음) 경사부와 같은 로드 경사부를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 출력 드라이버(340)는 입력 드라이버(326)를 참조하여 전술된 바와 같이, 스러스트 베어링의 기능을 제공하도록 출력 베어링 레이스(344) 및 롤러(342)와 협동하는 베어링 레이스(566)를 포함한다. 베어링 레이스(566)는 표면(564)을 갖는 측면에 대향하는 출력 드라이버(326)의 측면 상에 위치된다.
이제 도 11a 내지 도 12b를 참조하면, 변속기(300)의 속도비는 시프트 스크루(370) 및 시프트 핀 허브(374)를 사용하여 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 시프트 휠(375)이 시프트 스크루(370)를 구동하는데 사용될 수 있다. 시프트 휠(375)은 예를 들면 케이블 또는 체인(미도시)과 같은 선형 작동기에 의해 작동되도록 구성된 풀리 또는 복합형 기어일 수 있다. 하우징(345)은 선형 작동기가 시프트 휠(375)에 접근하는 것을 허용하도록 적합하게 구성될 수 있다.
시프트 핀 허브(374)는 피봇 아암(380)의 시프트 핀 구멍(1212) 및 핑거(376) 내에 끼워지는 시프트 핀(미도시)에 의해 피봇 아암(380)에 결합된다(도 8a 내지 도 8b 참조). 핑거(376)는 피봇 아암(380)의 슬롯(1280) 내에 끼워지도록 구성된다. 시프트 핀 허브(374)는 일 실시예에서 시프트 스크루(370)가 시프트 스크루(370)의 대응 시프팅 스크루 나사산(1005)을 거쳐 시프트 핀 허브(374)를 작동시키는 것을 허용하도록 하는 나사산 형성 단부(580)를 구비한다.
시프트 스크루(370)는 중심 샤프트(360)와 동축으로 장착될 수 있고 중심 샤프트(360) 둘레에서 회전 가능하다. 일 실시예에서, 시프트 스크루(370)는 썬(태양) 기어(312) 및 링 기어(316)에 의해 축방향으로 구속될 수 있다. 적합한 스러스트 베어링이 시프트 스크루(370)와 썬(태양) 기어(312) 및 링 기어(316) 각각 사이에 위치될 수 있다(예를 들면, 도 4b 참조). 일 실시예에서, 시프트 스크루(370)는 시프트 휠(375)에 결합하도록 구성된 시프트 스크루 플랜지(1010)를 포함한다.
변속기(300)의 속도비를 조절하기 위해, 시프트 입력이 시프트 스크루(370)를 회전시키는 시프트 휠(375)에 선형 작동기(체인, 케이블 등)에 의해 제공된다. 시프트 스크루 나사산(1005)은 시프트 핀 허브 나사산(580)에 결합되고, 시프트 스크루(370)가 축방향으로 구속되는 동시에 시프트 핀 허브(374)가 회전 구속되기 때문에, 시프트 스크루(370)는 시프트 핀 허브(374)가 축방향으로 이동할 수 있게 한다. 시프트 핀 허브(374)의 축방향 병진 운동은 피봇 아암(380)을 피봇 핀(미도시)에 대해 선회시켜 시프트 핀 허브 핑거(376) 및 피봇 아암(380)을 결합한다. 피봇 아암(380)은 유성체(332)의 중심에 대해 선회한다. 피봇 아암(380)은 트랙션 유성체 축(334)에 결합되기 때문에, 피봇 아암(380)의 선회는 트랙션 유성체 축(334)을 반경방향 내향 또는 외향으로 경사지게 하고, 이는 트랙션 유성체(332)와 입력 트랙션 링(330) 및 출력 트랙션 링(336) 각각 사이의 상대 접촉점의 변경을 초래한다. 이 트랙션 유성체(332)와 트랙션 링(330, 336) 사이의 상대 접촉점의 변경은 변속기(300)의 속도비의 변경을 초래한다.
몇몇 실시예에서, 트랙션 태양체(333)는 피봇 아암(380)이 트랙션 유성체 축(334)을 경사지게 할 때 축방향으로 병진 운동한다. 트랙션 태양체(333)의 병진 운동은 트랙션 태양체 작동 장치(382)에 의해 성취될 수 있고, 이 트랙션 태양체 작동 장치(382)는 일 실시예에서 트랙션 태양체(333)와 피봇 아암(380) 사이에 위치된다. 일 실시예에서, 트랙션 태양체 작동 장치(382)는 피봇 아암(380)의 캠 표면(1230)에 결합하도록 구성된 캠 롤러(1805)를 포함한다. 캠 롤러(1805)는 지지 연장부(1812)를 갖는 캠 롤러 지지 링(1810) 상에 지지되고 위치될 수 있다. 축력에 반작용하고 전달하기 위해, 각 접촉 스러스트 베어링이 지지 링(1810)과 트랙션 태양체(333) 사이에 위치된다. 도 13a 내지 도 13d에 도시된 실시예에서, 베어링 레이스(1811)는 지지 링(1810)과 일체이고, 베어링 레이스(1825)는 트랙션 태양체(333)에 적합하게 결합되거나 부착되고, 한 세트의 베어링 롤러(1820)는 베어링 롤러 리테이너(1815)에 의해 지지되고 위치된다. 몇몇 실시예에서, 트랙션 태양체 작동 장치(382)는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 트랙션 태양체(333)의 단부의 각각에 제공될 수 있다.
피봇 아암(380)이 유성체(332)에 대해 선회할 때, 피봇 아암(380)의 캠 표면(1230)은 캠 롤러(1805) 상에 작용하고, 이는 캠 롤러 지지 링(1810)에 축력을 전달한다. 캠 롤러(1805)는 피봇 아암(380)에 결합하기 위한 플랜지(1807)를 구비하고, 이에 의해 지지 링(1810)은 중심 샤프트(360) 둘레에서의 회전이 구속된다. 지지 링(1810)은 이어서 베어링 레이스(1810), 베어링 롤러(1820) 및 베어링 레이스(1825)를 거쳐 트랙션 태양체(333)에 축력을 전달한다. 이하에 더 설명되는 바 와 같이, 캠 표면(1230)의 곡률 또는 프로파일은 트랙션 유성체 축(334)의 경사 변화의 속도와 트랙션 태양체(333)의 축방향 병진 운동의 속도 사이의 상대 속도를 결정한다.
시프트 캠 표면(1230)의 프로파일은 일반적으로 트랙션 태양체(333)와 트랙션 유성체(332) 사이의 접촉점의 위치, 뿐만 아니라 트랙션 유성체(332)와 트랙션 태양체(333) 사이의 상대 축방향 운동의 소정량에 따라 변경된다. 캠 표면(1230)의 프로파일은 트랙션 유성체(332)에 대한 트랙션 태양체(333)의 축방향 병진 운동이 트랙션 유성체 축(334)의 경사의 변화에 비례하도록 이루어질 수 있다. 트랙션 유성체 축(334)의 경사각은 여기서 "감마"라 칭한다. 출원인은 감마의 변화에 대한 트랙션 태양체(333)의 축방향 병진 운동을 제어하는 것이 CVT 변속비 제어력에 영향을 준다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 트랙션 태양체(333)의 축방향 병진 운동이 감마의 변화에 선형적으로 비례하면, 캠 표면(1230) 및 캠 롤러(1805)에서의 수직력은 일반적으로 트랙션 유성체 축(334)에 평행하다. 이는 트랙션 태양체(333)를 병진 운동시키는 수평 시프트력으로의 트랙션 유성체(332) 둘레의 시프트 모멘트의 효과적인 전달을 가능하게 한다.
트랙션 태양체(333)의 병진 운동과 감마 변화 사이의 선형 관계는 트랙션 태양체(333)의 병진 운동이 유성체(332)의 반경, 감마각 및 RSF의 수학 곱(product)[즉, 트랙션 태양체(333)의 병진 운동=볼 반경*감마각*RSF]으로 제공되고, 여기서 RSF는 롤-슬라이드 팩터이다. RSF는 트랙션 유성체(332)와 트랙션 태양체(333) 사이의 횡단방향 크리프율(creep rate)이다. 여기에 사용되는 바와 같 이, "크리프"는 다른 본체에 대한 일 본체의 개별적인 국부 운동이다. 트랙션 드라이브에서, 트랙션 계면을 거친 구동 요소로부터 피동 요소의 동력의 전달은 크리프를 요구한다. 일반적으로, 동력 전달 방향에서의 크리프는 "구름 방향에서의 크리프"라 칭한다. 종종, 구동 요소 및 피동 요소는 동력 전달 방향에 수직인 방향으로 크리프를 경험하고, 이러한 경우에 이 크리프의 성분은 "횡단방향 크리프"라 칭한다. 작동 중에, 트랙션 유성체(332) 및 트랙션 태양체(333)는 서로의 위에 있다. 트랙션 태양체(333)가 축방향으로(즉, 구름 방향에 수직으로) 병진 운동할 때, 횡단방향 크리프는 트랙션 태양체(333)와 트랙션 유성체(332) 사이에 부여된다. 1.0인 RSF는 순수 구름을 나타낸다. 1.0 미만의 RSF 값에서, 트랙션 태양체(333)는 트랙션 유성체(332)가 회전하는 것보다 느리게 병진 운동한다. 1.0 초과의 RSF 값에서, 트랙션 태양체(333)는 트랙션 유성체(332)가 회전하는 것보다 빠르게 병진 운동한다.
프로세스는 트랙션 태양체(333)와 피봇 아암(380)과 캠 롤러(1805) 사이의 계면에서의 횡단방향 크리프 및/또는 위치의 임의의 편차를 위한 캠 표면(1230)에 대한 프로파일을 규정한다. 이 프로세스는 상이한 캠 프로파일을 생성하고, 시프트력 및 시프터 변위에 대한 영향을 결정하는 것을 보조한다. 일 실시예에서, 프로세스는 캠 표면(1230)을 위한 소정의 프로파일을 갖는 2차원 데이텀 커브(datum curve)를 규정하기 위한 매개 방정식의 사용을 수반한다. 커브는 이어서 캠 표면(1230)의 모델을 생성하는데 사용된다. 프로세스의 일 실시예에서, 데이텀 커브의 매개 방정식은 이하와 같다:
세타=2*GAMMA_MAX*t-GAMMA_MAX
x=LEG*sin(세타)-0.5*BALL_DIA*RSF*세타*pi/180+0.5*ARM*cos(세타)
y=LEG*cos(세타)-0.5*ARM*sin(세타)
z=0
각도 세타는 최소 감마(몇몇 실시예에서는 -20도)로부터 최대 감마(몇몇 실시예에서는 +20도)로 변화한다. GAMMA_MAX는 최대 감마이다. 매개 범위 변수 "t"는 0 내지 1로 변화한다. 여기서, "x" 및 "y"는 트랙션 태양체(333)의 각 측면에서 캠 롤러(1805)의 중심점이다. x 및 y에 대한 식은 매개식이다. "LEG" 및 "ARM"은 피봇 아암(380), 캠 롤러(1805) 및 트랙션 태양체(333) 사이의 계면의 위치를 규정한다. 더 구체적으로는, LEG는 두 개의 대응 캠 롤러(1805)의 중심을 통과하는 라인에 대한 트랙션 유성체 축(334)의 종축 사이의 수직 거리이다. ARM은 트랙션 태양체(333)의 각 측면에서의 캠 롤러(1805)의 중심 사이의 거리이다.
0을 초과하는 RSF 값이 바람직하다. 출원인은 0의 RSF가 CVT를 시프트하는데 요구되는 힘을 상당히 증가시킨다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 1.0 초과 2.5 미만의 RSF 값이 바람직하다. 최대 감마각에 대한 최대 RSF가 존재한다. 예를 들면, +20도인 감마에서, 약 1.6의 RSF가 최대이다. RSF는 또한 트랙션 유성체(332)의 크기 및 트랙션 태양체(333)의 크기, 뿐만 아니라 캠 롤러(1805)의 위치에 따라 달라진다.
감마에 대한 트랙션 태양체(333)의 선형 축방향 병진 운동은 단지 소정의 관계인 것은 아니다. 따라서, 예를 들면 트랙션 태양체(333)의 병진 운동이 CVT비에 선형적으로 비례하는 것이 바람직하면, RSF 팩터는 트랙션 태양체(333)의 위치와 CVT비 사이의 관계가 선형적으로 비례하도록 감마각 또는 CVT비의 함수로서 이루어진다. 이는 소정 유형의 제어 체계에 대해 바람직한 특징이다.
자전거 변속기를 위한 유성 기어 세트와 함께 연속 가변 베리에이터를 구현하는 다수의 실시예가 전술되었지만, 다른 실시예에서 유성 기어 세트가 사용되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 오히려, 크랭크샤프트가 베리에이터의 입력 드라이버(326) 또는 입력 트랙션 링(330)에 직접 또는 로드 캠 조립체를 통해 결합될 수 있다.
이제 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 시프트 작동기(1)가 시프트 휠(375)을 작동시키도록 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 단부 캡(302) 및/또는 유성 기어 세트 캐리어(320)는 시프트 작동기(1)가 시프트 휠(375)을 결합할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 단부 캡(302)은 예를 들면 시프트 작동기(1)가 하우징(345)에 진입하고 하우징(345)으로부터 나오는 것을 허용하는 구멍(2)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어(320)는 시프트 휠(375)을 (도시되지 않은 축 또는 핀 상에서) 지지하고, 따라서 캐리어(320)는 시프트 작동기(1)가 캐리어(320) 내로 그리고 캐리어(320)로부터 통과하여 시프트 휠(375)에 접근하게 하는 구멍(3)을 구비할 수 있다. 시프트 작동기(1)는 예를 들면 시프트 케이블, 와이어, 벨트 등일 수 있다. 시프트 휠(375)이 치형부(teeth)를 갖는 기어이면, 시프트 작동기(1)는 예를 들면 체인일 수 있다. 다른 시프트 작동기가 시프트 휠(375)을 제어하는데 사용될 수 있다는 것은 이 기술 분야의 숙련자라면 명백하게 이해 할 것이다.
상기 설명은 본 발명의 특정 실시예를 상세히 설명하였다. 그러나, 본문에서 상기에 아무리 상세하게 설명하였어도, 본 발명은 다수의 방식으로 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한 전술된 바와 같이, 본 발명의 특정 특징을 설명할 때 사용한 특정 용어는 이 용어가 연관되는 본 발명의 특정한 특징을 포함하는 것으로 제한하는 것으로 여기에서 재규정되는 것을 암시하는 것으로 취해져서는 안 된다.

Claims (50)

  1. 복수의 자전거 프레임 부재와,
    자전거의 하나 이상의 크랭크에 작동식으로 결합된 크랭크샤프트와,
    상기 크랭크샤프트와 동축으로 결합되고 상기 크랭크샤프트 상에 동축으로 장착되는 연속 가변 변속기(CVT)를 포함하는 자전거.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 CVT는 복수의 트랙션 유성체를 포함하는 자전거.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 CVT는 트랙션 유성체에 결합된 하나 이상의 피봇 아암을 포함하는 자전거.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 CVT의 하우징은 자전거 프레임 부재와 통합되는 자전거.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 CVT의 하우징은 유성 기어 세트의 캐리어를 통합하는 자전거.
  6. 청구항 1에 있어서, 유성 기어 세트를 더 포함하는 자전거.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 유성 기어 세트의 캐리어는 상기 CVT의 하우징과 통합되는 자전거.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 크랭크샤프트는 상기 유성 기어 세트의 링 기어를 구동하도록 구성되는 자전거.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 링 기어는 상기 유성 기어 세트의 유성 기어를 구동하도록 구성되는 자전거.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 유성 기어는 상기 유성 기어 세트의 썬 기어를 구동하도록 구성되는 자전거.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 썬 기어는 상기 CVT의 입력 드라이버를 구동하도록 구성되는 자전거.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 입력 드라이버는 상기 CVT의 트랙션 링을 작동식으로 구동하도록 구성되는 자전거.
  13. 청구항 3에 있어서, 피봇 아암에 결합된 피봇 핀 허브를 더 포함하는 자전거.
  14. 청구항 13에 있어서, 피봇 핀 허브의 축방향 운동은 피봇 아암을 선회시키는 자전거.
  15. 크랭크샤프트와,
    상기 크랭크샤프트에 결합된 회전 가능한 유성 기어 세트 캐리어와,
    상기 캐리어에 결합된 복수의 유성 기어와,
    상기 유성 기어에 결합된 회전 구속된 링 기어와,
    상기 유성 기어에 결합된 썬 기어와,
    상기 썬 기어에 작동식으로 결합된 제1 트랙션 링과,
    상기 트랙션 링에 결합된 복수의 트랙션 유성체와,
    상기 트랙션 유성체에 결합된 제2 트랙션 링을 포함하는 자전거.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 크랭크샤프트에 결합되고 트랙션 유성체에 동력을 전달하도록 구성된 케이지를 더 포함하는 자전거.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 트랙션 유성체는 구형 롤러인 자전거.
  18. 청구항 15에 있어서, 축력 반작용 슬리브를 더 포함하는 자전거.
  19. 청구항 15에 있어서, 축방향 스러스트 베어링을 더 포함하는 자전거.
  20. 청구항 15에 있어서, 트랙션 태양체를 더 포함하는 자전거.
  21. 청구항 15에 있어서, 적어도 하나의 로드 캠 조립체를 더 포함하는 자전거.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 로드 캠 조립체는 로드 캠 롤러 및 경사부를 포함하는 자전거.
  23. 크랭크샤프트와,
    상기 크랭크샤프트에 결합된 회전형 유성 기어 세트 캐리어와,
    상기 캐리어에 결합된 복수의 유성 기어와,
    상기 유성 기어에 결합된 회전 구속된 링 기어와,
    상기 유성 기어에 결합된 썬 기어와,
    상기 썬 기어에 작동식으로 결합되고 상기 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착된 제1 트랙션 링과,
    상기 트랙션 링에 결합된 복수의 트랙션 유성체와,
    상기 트랙션 유성체에 결합되고 상기 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착된 제2 트랙션 링을 포함하는 자전거.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 자전거의 상기 프레임의 부재에 견고하게 결합된 케이지를 더 포함하고, 상기 케이지는 상기 복수의 트랙션 유성체를 축방향으로 그리고 반경방향으로 지지하도록 구성되는 자전거.
  25. 청구항 23에 있어서, 자전거의 프레임 부재와 일체인 하우징을 더 포함하는 자전거.
  26. 자전거의 크랭크샤프트에 결합하기 위해 구성되고 상기 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착되도록 구성된 유성 기어 세트와,
    상기 크랭크샤프트 둘레에 동축으로 장착되도록 구성된 상기 유성 기어 세트에 결합된 연속 가변 베리에이터를 포함하는 자전거 변속기.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 변속기는 상기 자전거의 프레임 부재 상에 장착되도록 구성되는 자전거 변속기.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 변속기는 후륜의 전방에 장착되는 자전거 변속기.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 변속기는 상기 자전거의 저부 브래킷 상에 장착되는 자전거 변속기.
  30. 청구항 26에 있어서, 상기 크랭크샤프트는 상기 유성 기어 세트의 캐리어에 결합되는 자전거 변속기.
  31. 청구항 26에 있어서, 상기 크랭크샤프트는 상기 유성 기어 세트의 링 기어에 결합되는 자전거 변속기.
  32. 청구항 26에 있어서, 상기 유성 기어 세트의 링 기어는 회전 구속되는 자전거 변속기.
  33. 청구항 26에 있어서, 상기 크랭크샤프트는 상기 베리에이터의 케이지에 결합되는 자전거 변속기.
  34. 청구항 26에 있어서, 상기 유성 기어 세트의 썬 기어는 상기 베리에이터의 입력 드라이버에 결합되는 자전거 변속기.
  35. 청구항 26에 있어서, 상기 유성 기어 세트의 캐리어는 회전 구속되는 자전거 변속기.
  36. 청구항 26에 있어서, 상기 베리에이터의 케이지는 상기 자전거의 프레임 부재에 견고하게 결합되는 자전거 변속기.
  37. 도 11a 내지 도 12b를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 시프트 스크루 및 시프트 핀 허브.
  38. 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 유성 기어 세트 캐리어.
  39. 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 케이지.
  40. 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 피봇 아암 조립체.
  41. 도 10a 내지 도 10f를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 입력 및 출력 드라이버.
  42. 도 13a 내지 도 13d를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 트랙션 태양체 작동 장치.
  43. 변속기의 시프팅을 용이하게 하기 위한 피봇 아암 조립체로서,
    하나 이상의 피봇 아암을 갖고, 피봇 아암의 말단부가 트랙션 유성체 축의 단부를 수용하도록 구성되는, 사실상 u-형상인 본체와,
    시프트 핀 허브의 핑거를 수용하도록 구성된 슬롯과,
    상기 피봇 아암 조립체를 상기 핀 허브에 결합하는 시프트 핀을 수용하기 위한 상기 슬롯 내의 관통 구멍을 포함하는 피봇 아암 조립체.
  44. 토크를 수용하거나 또는 전달하도록 구성된 중심 보어와,
    베어링 레이스와,
    로드 캠 롤러를 결합하도록 구성된 표면을 포함하는 드라이버 링.
  45. 변속비의 조절을 용이하게 하기 위한 시프터로서,
    시프터 작동기를 결합하기 위한 표면 및 제1 세트의 나사산을 갖는 시프트 스크루와,
    복수의 시프트 핀을 결합하도록 구성된 복수의 핑거 및 제2 세트의 나사산을 갖는 시프트 핀 허브를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 세트의 나사산은 상기 시프트 스크루의 회전이 상기 시프트 핀 허브의 축방향 병진 운동을 일으키도록 구성되는 시프터.
  46. 캠 표면과,
    상기 캠 표면을 결합하도록 구성된 복수의 캠 롤러를 포함하는 트랙션 태양체 작동 장치.
  47. 청구항 46에 있어서, 상기 캠 롤러로부터 상기 트랙션 태양체로 축력을 전달하도록 구성된 스러스트 베어링을 더 포함하는 트랙션 태양체 작동 장치.
  48. 청구항 46에 있어서, 상기 캠 표면은 변속기의 피봇 아암과 일체인 트랙션 태양체 작동 장치.
  49. 청구항 47에 있어서, 상기 스러스트 베어링의 제1 베어링 레이스는 상기 캠 롤러의 지지 링과 일체이고, 상기 스러스트 베어링의 제2 베어링 레이스는 상기 트랙션 태양체에 결합되는 트랙션 태양체 작동 장치.
  50. 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 사실상 도시되고 설명된 바와 같은 변속기.
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