KR20100065906A - 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로서, 경사된 회전축을 갖는 동력전달체의 축방향 위치를 제어하여 변속하는 마찰전동방식(traction drive type)의 무단 변속기를 개시한다.

회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전구동부재와; 상기 회전구동부재에 대해 회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전피동부재와; 두개의 동력 롤러가 서로 회전력을 전달할 수 있게 결합하며, 각각의 동력 롤러는 상기 회전구동부재 및 회전피동부재의 내주면과 나누어 마찰 결합하여 상기 회전구동부재의 회전력을 상기 회전피동부재로 전달하는 동력전달조립체;를 포함하고, 상기 동력전달조립체를 상기 회전구동부재에 대해 동축적으로 그리고 방사상으로 다수 배치하되 상기 모든 동력전달조립체가 축방향으로 같이 병진하게 구성하고, 상기 회전구동부재와 회전피동부재와 다수의 동력전달조립체 중에 적어도 하나의 축방향 위치를 제어하여 변속한다.

입력 속도대 출력 속도비의 범위가 제한되지 않고, 구성이 단순하여 부품 수가 적고, 크기가 작고 가벼우며, 제조비용을 줄일 수 있다.

동력전달장치, 변속기, 무단 변속기, 마찰전동

Description

무단 변속기{continuously variable transmission}

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로서, 경사된 회전축을 갖는 동력전달체의 축방향 위치를 제어하여 변속하는 마찰전동방식(traction drive type)의 무단 변속기를 개시한다.

일반적으로 마찰을 이용한 무단 변속기는 속도 조절이 용이하고 상대적으로 간단한 구조를 가져서 차량에 적용하였을 때에 주행 성능 및 승차감 등이 우수한 장점이 있다. 이와 같은 마찰을 이용한 무단변속기는, 풀리를 가변시키는 벨트 방식(various pulley-belt type)과 로터(마찰차)를 이용한 마찰전동방식(traction drive type)이 있다.

현재 상용화된 가변풀리-벨트 방식의 무단 변속기는, 풀리의 한쪽면을 분리시켜 이동 가능하도록 구성하여 풀리를 가변시킴으로써 벨트의 회전반경이 변화되고, 이에 따라서 속도가 연속적으로 변화되는 방식이다. 이와 같은 가변 풀리-벨트방식은 구조가 간단하고 풀리의 위치 조정이 용이하다.

따라서 기존의 수동 변속기나 자동 변속기와 달리 변속 충격이 없고, 운전방법은 자동 변속기와 동일하며 연비는 수동변속기와 동일 내지는 약간 우수한 특징 이 있다. 그러나 이러한 가변풀리-벨트 방식의 변속장치는, 변속범위가 좁고 벨트를 특수 제작해야 하는 단점이 있고, 동력전달의 범위가 크게 제한된다는 한계가 있으며 급정차(Panic Stop) 후에 재발진을 위해 낮은 변속비로 변속하는데 추가 장치가 필요하다.

그리고 마찰전동방식의 무단변속기의 하나로써 토로이달 무단변속기(Toroidal CVT)를 들 수 있다. 이러한 토로이달 무단변속기는, 무단변속을 위한 변속기구(Variator)의 구조가 원환면 상에 홈을 만든 2장의 회전원판과 중간에 배치한 수 개의 롤러로 상호 접촉시켜 마찰력에 의해 힘을 전달하며, 롤러와 디스크가 맞닿는 유효 반경을 바꿔줌으로써 변속비를 연속적으로 변화시키고 무단변속을 실현한다. 상술한 가변풀리-벨트방식의 무단변속기에 비하여 변속범위가 상대적으로 넓고 동력전달도 상당히 크기 때문에 중형 승용차에 사용되고 있다. 그러나 큰 동력을 전달하기 위하여 무단 변속기의 크기가 커지고 무거워진다.

또한 가변풀리-벨트 방식이나 마찰전동방식의 무단변속기는 차량 성능과 연계된 급발진, 급가속 등의 기능을 위하여 추가 장치가 필요함에 따라 실제로는 구조가 복잡해진다.

마찰전동방식의 무단변속기의 다른 하나로써 국제공개번호 WO 1999/20918를 들 수 있다. 이 고안은 베어링의 양쪽에 동력을 전달받는 입력 디스크와 동력을 전달하는 출력 디스크가 위치하는데, 베어링의 축을 기울이는 방식으로 변속하는 것으로서 비교적 크기가 작아 자전거에 사용되고 있다. 그러나 기존에 자전거에 사용되고 있는 체인식 변속기나 유성기어 허브식 변속기에 비하면 많은 중량을 가진다.

따라서 상기의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 급정지 후 재발진이나 급발진, 급가속 등의 기능을 위하여 추가 장치가 필요없어 실질적으로 조작이 간편하고, 구조가 간단하여 부품 수를 줄일 수 있고, 크기가 작고 가벼우며, 저렴하게 제조할 수 있는 무단 변속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 입/출력 각속도비의 범위가 제한되지 않는 무단변속기를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 무단 변속기는 회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전구동부재와; 상기 회전구동부재에 대해 회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전피동부재와; 두개의 동력 롤러가 서로 회전력을 전달할 수 있게 결합하며, 각각의 동력 롤러는 상기 회전구동부재 및 회전피동부재의 내주면과 나누어 마찰 결합하여 상기 회전구동부재의 회전력을 상기 회전피동부재로 전달하는 동력전달조립체;를 포함하고, 상기 동력전달조립체를 상기 회전구동부재에 대해 동축적으로 그리고 방사상으로 다수 배치하되 상기 모든 동력전달조립체가 축방향으로 같이 병진하게 구성하고, 상기 회전구동부재와 회전피동부재와 다수의 동력전달조립체 중에 적어도 하나의 축방향 위치를 제어하여 변속한다.

또한, 상기 각각의 동력전달조립체가 상기 회전구동부재 및 회전피동부재를 향해 반경방향으로 마찰결합할 수 있도록 상기 동력전달조립체를 반경방향으로 가 압하는 가압부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압부재는 상기 동력전달조립체들과 상기 회전구동부재와 상기 회전피동부재가 마찰결합하여 회전력을 전달하거나 분리되어 회전력 전달을 차단할 수 있게 위치를 제어하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 동력전달조립체를 지지부재에 대해 축방향으로 고정하고 방사상으로 병진 가능하게 지지하며 상기 회전구동부재에 대해 동축적으로 설치되고 축방향으로 병진 가능한 지지부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

1) 상기 지지부재는 회전가능하거나 회전불가능한 것에 관계 없이 적용 가능하다. 회전하면 반경방향 제어가 어려우며 회전 관성 때문에 약간의 동력 손실이 있지만 냉각이 효율적이고, 회전하지 않으면 그 반대이다.

2) 상기 지지부재는 축방향으로 고정하거나 병진 가능한 것에 관계없이 적용 가능하다. 상기 지지부재가 고정되면 회전구동부재와 회전피동부재가 축방향으로 이동하여 변속하고, 상기 지지부재가 축방향으로 병진하면 상기 회전구동부재와 회전피동부재를 축방향으로 고정시켜 변속한다.

또한 상기 다수의 동력전달조립체는 각각 두 개의 동력 롤러축을 갖는 롤러하우징과 상기 동력 롤러축에 지지가 되어 회전하는 두 개의 동력 롤러로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 동력 롤러는 한쪽에 원뿔형의 동력전달면과 반대쪽에 기어 또는 원뿔형의 외주면을 가져 상기 두 동력 롤러가 서로 회전력을 전달할 수 있게 결합하는 것이 바람직하다. 특히 상기 기어는 베벨 기어인 것이 바람직하다. 또한 기어 의 위치는 원뿔의 어느 쪽이라도 설치 가능하지만 밑면 쪽에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 동력 롤러가 축방향으로 병진할 때에, 상기 회전구동부재 및 회전피동부재와 접하는 상기 동력 롤러의 외주면은 축방향으로 평행하게 병진하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전구동부재와 회전피동부재는 내주면에 볼록한 동력전달면을 가져 상기 동력전달조립체와 마찰결합하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압부재는 상기 동력전달조립체와 상기 지지부재 사이에 축방향으로 미끄러지는 축방향 쐐기인 것이 바람직하다.

또한, 상기 쐐기는 상기 무단 변속기를 감싸는 허브 쉘 외부에서 내부로 동축적으로 확장된 가압제어축과 결합하여 상기 가압제어축이 정역으로 회전함에 따라 축방향으로 병진하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 쐐기는 상기 지지부재에 지지가되어 축방향으로 작동하는 유압실린더와 결합하여 축방향으로 변진하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압부재는 동력전달조립체와 지지부재 사이에 반경방향으로 작동하는 유압실린더인 것이 바람직하다.

또한, 상기 동력전달조립체의 축방향 위치를 제어하는 변속 수단은, 상기 무단 변속기를 감싸는 허브 쉘 외부에서 내부로 동축적으로 확장된 변속축을 갖고, 상기 변속축이 정역으로 회전함에 따라 축방향으로 병진하는 동력전달조립체인 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따르는 무단변속기는 급정지 후 재발진이나 급발진, 급가속 등의 기능을 위하여 추가 장치가 필요없어 실질적으로 조작이 간편하고, 구조가 간단하여 부품 수를 줄일 수 있고, 크기가 작고 가벼우며, 저렴하게 제조할 수 있는 무단 변속기를 제공한다.

또한 본 발명의 무단변속기는 입/출력 각속도비의 범위가 제한되지 않는 무단변속기를 제공한다.

또한, 본 발명의 무단변속기는 이상적인 입력 대 출력 각속도비를 제공하여 에너지를 절약할 수 있다.

또한 본 발명의 무단변속기는 변속이 요구되는 모든 형태의 기계에 사용될 수 있는 무단변속 동력전달장치를 포함한다. 일례로, 본 발명의 무단변속기는 자동차, 오토바이, 또는 선박과 같은 동력 차량과, 이륜 자전차, 삼륜 자전차, 스쿠터, 운동기구와 같은 무동력 차량과, 또는 드릴, 프레스, 콘베이어와 같은 산업동력설비 또는 풍력발전기와 같은 동력발생설비에 사용할 수 있을 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 고안자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

여기에서 용어 "축 방향"은 변속기 또는 변속기구(Variator)의 중심축 또는 종축에 평행인 축을 따르는 방향 또는 위치를 나타내기 위해 사용된다. 용어 "반지름" 및 "반지름 방향"은 변속기 또는 베리에이터의 종축에 대해 직각으로 연장된 방향 또는 위치를 나타내기 위해 사용된다. 명료화 및 간결화를 위해, 종종 유사하게 도면 부호가 붙여진 유사한 구성 요소(예를 들면, 제어 피스톤(582A) 및 제어 피스톤(582B))는 단일 도면 부호(예를 들면, 제어피스톤(582))로 총칭될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 비록 본 실시예가 자전거에 사용하기 위한 무단변속기(0)를 설명하고 있으나, 무단변속기(0)는 변속기를 이용하는 어떠한 장치에도 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 일실시 예로서

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형할 수 있는 것은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 일실시 예로서 자전거의 뒷바퀴에 설치할 수 있게 구성된 무단변속기의 단면도

도 2는 도 1의 분해 사시도

Claims (14)

1. 무단 변속기(CVT)에 있어서,

   회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전구동부재와;

   상기 회전구동부재에 대해 회전 가능하게 그리고 동축적으로 장착된 회전피동부재와;

   두개의 동력 롤러가 서로 회전력을 전달할 수 있게 결합하며, 각각의 동력 롤러는 상기 회전구동부재 및 회전피동부재의 내주면과 나누어 마찰 결합하여 상기 회전구동부재의 회전력을 상기 회전피동부재로 전달하는 동력전달조립체;를 포함하고,

   상기 동력전달조립체를 상기 회전구동부재에 대해 동축적으로 그리고 방사상으로 다수 배치하되 상기 모든 동력전달조립체가 축방향으로 같이 병진하게 구성하고, 상기 회전구동부재와 회전피동부재와 다수의 동력전달조립체 중에 적어도 하나의 축방향 위치를 제어하여 변속하는 무단 변속기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 동력전달조립체가 상기 회전구동부재 및 회전피동부재를 향해 반경방향으로 마찰결합할 수 있도록 상기 동력전달조립체를 반경방향으로 가압하는 가압부재를 더 포함하는 무단 변속기
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가압부재는 상기 동력전달조립체들과 상기 회전구동부재와 상기 회전피동부재가 마찰결합하여 회전력을 전달하거나 분리되어 회전력 전달을 차단할 수 있게 위치를 제어하는 것을 더 포함하는 무단 변속기
4. 제 1항에 있어서,

   상기 동력전달조립체를 지지부재에 대해 축방향으로 고정하고 방사상으로 병진 가능하게 지지하며 상기 회전구동부재에 대해 동축적으로 설치되고 축방향으로 병진 가능한 지지부재를 더 포함하는 무단 변속기

   1) 상기 지지부재는 회전가능하거나 회전불가능한 것에 관계 없이 적용 가능하다.

   회전하면 반경방향 제어가 어려우며 회전 관성 때문에 약간의 동력 손실이 있지만 냉각이 효율적이고, 회전하지 않으면 그 반대이다.

   2) 상기 지지부재는 축방향으로 고정
5. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 동력전달조립체는 각각 두 개의 동력 롤러축을 갖는 롤러하우징과 상기 동력 롤러축에 지지가 되어 회전하는 두 개의 동력 롤러로 구성되는 것인 무단 변속기
6. 제 1항에 있어서,

   상기 동력 롤러는 한쪽에 원뿔형의 동력전달면과 반대쪽에 기어 또는 원뿔형의 외주면을 가져 상기 두 동력 롤러가 서로 회전력을 전달할 수 있게 결합하는 무단 변속기
7. 제 6항에 있어서,

   상기 기어는 베벨 기어인 무단 변속기
8. 제 1항에 있어서,

   상기 동력 롤러가 축방향으로 병진할 때에, 상기 회전구동부재 및 회전피동부재와 접하는 상기 동력 롤러의 외주면은 축방향으로 평행하게 병진하도록 배치되는 것인 무단 변속기
9. 제 1항에 있어서,

   상기 회전구동부재와 회전피동부재는 내주면에 볼록한 동력전달면을 가져 상기 동력전달조립체와 마찰결합하는 것인 무단 변속기
10. 제 4항에 있어서,

    상기 가압부재는 상기 동력전달조립체와 상기 지지부재 사이에 축방향으로 미끄러지는 축방향 쐐기인 무단 변속기
11. 제 10항에 있어서,

    상기 쐐기는 상기 무단 변속기를 감싸는 허브 쉘 외부에서 내부로 동축적으로 확장된 가압제어축과 결합하여 상기 가압제어축이 정역으로 회전함에 따라 축방향으로 병진하는 것인 무단 변속기
12. 제 10항에 있어서,

    상기 쐐기는 상기 지지부재에 지지가되어 축방향으로 작동하는 유압실린더와 결합하여 축방향으로 변진하는 것인 무단 변속기
13. 제 4항에 있어서,

    상기 가압부재는 동력전달조립체와 지지부재 사이에 반경방향으로 작동하는 유압실린더인 무단 변속기
14. 제 1항에 있어서,

    상기 동력전달조립체의 축방향 위치를 제어하는 변속 수단은,

    상기 무단 변속기를 감싸는 허브 쉘 외부에서 내부로 동축적으로 확장된 변속축을 갖고, 상기 변속축이 정역으로 회전함에 따라 축방향으로 병진하는 동력전달조립체인 무단 변속기

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