KR20100097102A - 직경가변 기어장치와 이를 이용한 가변 전동장치 - Google Patents

직경가변 기어장치와 이를 이용한 가변 전동장치 Download PDF

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KR20100097102A
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나단 나베
요셉 로고진스키
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아이큐윈드 엘티디.
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Abstract

본 발명은 직경가변 기어장치에 관한 것으로, (a) 회전축; (b) 다수의 기어이가 일정 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제1 기어치열과, 다수의 기어이가 상기 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제2 기어치열을 갖고, 상기 회전축 둘레에 배치되는 기어이 세트; 및 (c) 상기 회전축과 기어이 세트 사이에 회전모멘트를 전달하기 위해 회전축과 기어이 세트에 기계식으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 기어치열들 사이의 공통 원주길이를 변화시켜 기어장치를 제1 상태와 제2 상태 사이로 움직이기 위한 직경조절기;를 포함하고, - 상기 제1 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공하며; - 상기 제2 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수보다 큰 제2 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공한다.

Description

직경가변 기어장치와 이를 이용한 가변 전동장치{VARIABLE DIAMETER GEAR DEVICE AND VARIABLE TRANSMISSIONS USING SUCH DEVICES}
본 발명은 가변전동장치에 관한 것으로, 구체적으로는 직경가변 기어장치와 이를 이용한 가변전동장치에 관한 것이다.
입출력축 사이의 회전력을 전달하는 전동비는 입력축의 회전율과 출력축의 회전율 사이에 정해진다. 이 전동비는 출력회전이 느리면 1보다 낮지만 토크는 놉아지고, 입출력축의 회전율이 같으면 1이며, 출력측 회전이 빠르면 1보다 크지만 토크는 낮아진다. 전동은 양방향성이어서, 시계방향이나 반시계방향 회전이 모두 가능하다.
전동을 가변적으로 하여, 전동비를 바꿀 수 있도록 하는 것이 필요한 경우가 많다. 예컨대, 필요한 파워에 최적의 속도를 유지하면서 출력속도는 가변적이어야 하는 자동차가 있는데, 이 경우 파워가 변해도 출력속도는 일정한 것이 바람직하다.
기어전동장치나 체인전동장치에서, 2개 기어휠 사이의 전동비는 각각의 기어잇수 비에 의해 결정된다. 따라서, 입력축의 기어잇수가 n1=60이고 출력축의 기어잇수가 n2=30이면 전동비 TR은 n1/n2=2로 되며, 입력축이 1회전할 때 출력축은 2회전한다. 전동비를 바꾸려면, 기어휠의 기어잇수를 다르게 해야 한다. 그러나, 기어휠 사이의 스위칭 결합은 문제가 많다. 입출력 사이의 구동관계에서 순간적인 손실이 생기는 것이 일반적이다. 기어휠 사이의 스위칭 결합에 있어서 순간적인 손실 없이 전동비를 원활하게 바꾸기는 극히 힘들다.
이를 극복하기 위해, 직경가변 풀리나 원추형 구동요소와 벨트를 사용해 전동비를 가변적으로 하는 다양한 방법에 제시되었다. 그러나, 그러나, 이런 무단변동방식은 톱니가 없는 마찰방식으로만 가능하고, 마찰방식의 경우 미끄럼으로 인한 토크손실과, 마찰결합을 유지하는데 필요한 높은 장력 때문에 마모가 심하고 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
직경과 유효잇수가 가변적인 기어휠을 설계하는 많은 시도가 있었다. 특히 자전거의 경우, 기어휠의 여러 구간들 사이를 체인이 반경방향 바깥쪽으로 움직이면서 기어를 바꾸는 시도가 많았다. 이런 설계를 미국특허 2,782,649, 4,634,406 및 WO83/02925에서 볼 수 있는데, 여기서는 비원형 기어를 사용해 기어휠 구간들 사이에 유효잇수의 차이가 있어, 기어휠끼리는 직접 맞물리지 못한다. 체인을 사용할 때도, 원이 아닌 다각형 회전으로 인해 안정성이 없고, 고속에서는 진동이 생기며, 회전중에도 일정한 동력전달이 어렵다.
다른 방법이 DE 10016698에 제시되었는데, 여기서는 반경방향으로 움직이는 구간 둘레에 유연한 체인을 감은 스프로켓을 사용했다. 체인은 움직이는 구간에 고정되고, 이 체인의 타단부의 가변길이 연장부는 스프링에 의해 장치 내부에 되감긴다. 이 장치에서는 스프로켓이 여러 구간들 사이의 간극에 걸쳐있다는 점에서 앞의 문제점에 대한 개선은 보였지만, 체인이 내부로 들어가는 부분에서 이 사이에 여전히 간극이 있고 여전히 원형이 아니기 때문에, 여전히 전술한 문제점들을 어느정도는 발생시키고, 기어휠끼리의 직접결합에 사용할 수 없으며 회전중에 일정한 동력전달이 불가능하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 원형 형상을 유지하면서 다른 기어와 계속적으로 직접결합이 가능하고도 유효잇수가 가변적인 직경가변형 기어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 본 발명의 목적달성을 위해, 본 발명은, 전동비가 가변인 전동시스템용의 직경가변 기어장치에 있어서: (a) 회전축; (b) 다수의 기어이가 일정 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제1 기어치열과, 다수의 기어이가 상기 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제2 기어치열을 갖고, 상기 회전축 둘레에 배치되는 기어이 세트; 및 (c) 상기 회전축과 기어이 세트 사이에 회전모멘트를 전달하기 위해 회전축과 기어이 세트에 기계식으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 기어치열들 사이의 공통 원주길이를 변화시켜 기어장치를 제1 상태와 제2 상태 사이로 움직이기 위한 직경조절기;를 포함하고, - 상기 제1 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공하며; - 상기 제2 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수보다 큰 제2 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공하는 직경가변 기어장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 직경조절기는 제1 및 제2 기어치열들 사이의 공통 원주길이를 변화시키기 위해 상기 기어이 세트를 움직일 수 있고, 이런 공통 원주길이 변화를 통해 기어장치가 여러 중간상태로 선택적으로 변환될 수 있으며, 각각의 중간상태마다 상기 제1 및 제2 유효잇수들 사이의 값인 정수의 유효잇수를 갖는 유효 원통기어가 생긴다.
또, 직경조절기가 기어이 세트의 모든 기어이들을 가상의 원통에 배치하고, 이 원통은 제1 및 제2 상태에서 회전축과 동축이다.
또, 기어치열 각각이 제1 및 제2 상태들 사이의 가변적인 곡률반경을 수용하면서 상기 일정 피치를 유지하도록 서로 연결된 기어이 스트립으로 구현되기도 한다.
또, 직경조절기가 제1 및 제2 기어치열들과 상기 회전축 사이에서 하나의 기계적 연결을 통해 회전모멘트를 전달하기도 한다.
또, 직경조절기가 제1 및 제2 기어치열들과 상기 회전축 사이에서 회전축 둘레에 비스듬하게 이격된 별도의 기계적 연결을 통해 회전모멘트를 전달하기도 한다.
또, 기어이 세트에서 기어치열들 사이의 공통 원주길이가 가변적인 부분이 하나이거나 다수일 수 있다.
또, 직경조절기가 기어치열들과 맞물리는 원추부를 갖고, 원추부의 축방향 이동을 통해 기어치열의 기어이와 회전축 사이의 간격을 변화시킬 수 있다. 이 경우, 원추부는 계단식 경사면이나 매끄러운 경사면을 가질 수 있다.
또, 직경조절기가 회전축과 연결되고 슬롯이 형성된 디스크들와, 상기 기어치열과 연결되고 상기 슬롯에 맞물리는 다수의 핀을 포함하고, 상기 슬롯이 형성된 디스크들이 회전축을 중심으로 회전하면 기어치열의 기어이와 회전축 사이의 거리가 변할 수도 있다.
또, 직경조절기가 기어장치의 유효직경을 나타내는 출력을 내는 센서를 포함하고, 직경조절기는 상기 출력에 응답해 기어이 세트를 조절하여 정수의 유효잇수를 갖는 유효 원통기어를 제공할 수도 있다.
한편, 직경조절기는 (a) 회전축의 현재 각도위치를 표시하는 출력을 내는 센서; 및 (b) 회전축을 허용 범위로만 회전시키면서 상기 출력에 응답해 상태변환을 선택적으로 실행하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또, 본 발명의 기어장치가, (a) 상기 기어치열과 맞물리는 기어이를 갖고 회전축을 중심으로 회전하는 아이들기어; 및 (b) 상기 회전축에 연결되고 회전축을 움직여, 유효잇수가 변하는 동안 상기 아이들기어와 기어이 세트의 맞물림을 유지하는 작동기를 더 포함할 수도 있다.
또, 본 발명의 기어장치는 기어이 세트의 기어이와 맞물려 상기 제1 및 제2 상태들 사이를 변환하는 동안 기어이와의 구동결합을 유지하는 체인을 더 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 직경가변형 기어장치의 제1 및 제2 기어치열들을 보여주는 측면도;
도 2는 도 1과 비슷하지만 기어치열이 반경방향으로 더 작은 상태의 측면도;
도 3은 기어치열이 완전히 닫힌 상태의 측면도;
도 4는 도 1C의 기어장치의 유효잇수가 28개에서 29개로 바뀌는 상태를 보여주는 측면도;
도 5는 공통 원주부의 기어치열을 보여주는 단면도;
도 6은 직경조절기의 일례의 단면도;
도 7A는 다른 직경조절기의 사시도;
도 7B는 도 7A의 직경조절기의 제어루프의 블록도;
도 8은 본 발명의 직경조절기를 이용한 기어전동장치의 측면도;
도 9는 도 8의 직경조절기의 제어루프의 블록도;
도 10은 컴퓨터 제어시스템의 개략도;
도 11은 본 발명의 직경조절기를 이용한 체인전동장치의 측면도;
도 12는 도 11의 제어루프의 블록도;
도 13은 직경조절 기어장치 2개를 구동체인으로 연결한 전동시스템의 사시도;
도 14A는 도 13의 기어장치 하나의 사시도;
도 14B~C는 제한기구를 생략한 도 14A의 기어장치의 개폐위치에서의 사시도;
도 15는 제한기구가 달린 도 14B의 A 부분의 확대도;
도 16은 도 14A의 기어장치의 일부분을 이루는 링크의 사시도;
도 17은 도 16A의 ffldzm의 사시도와 정면도;
도 18은 도 14B~C의 기어장치 일부분의 정면도;
도 19A~B는 도 16C의 링크의 사시도와 정면도;
도 19C는 도 19A~B의 여러 링크의 사시도;
도 20은 전동체인의 사시도;
도 21은 도 20의 전동체인이 도 14A의 기어장치에 설치된 상태의 부분사시도;
도 22A는 도 13의 기어장치가 폐쇄 위치에 있을 때의 부분사시도;
도 22B는 도 22A의 기어장치가 개방위치에 있을 때의 부분사시도;
도 23은 도 22의 직경조절기에 설치된 링크의 사시도.
도 1에 도시된 본 발명의 직경가변형 기어장치(1000)는 가변 감속장치에 사용된다. 이 기어장치(1000)는 회전축(1002) 둘레에 기어이 세트(1004)가 배치되어 있다. 기어이 세트(1004)는 제1 기어 치열(1004a)과 제2 기어 치열(1004b)을 포함하는데, 각각의 기어 치열에 다수의 기어이(1006)가 일정 피치로 배열되어 있다. 직사각형 형태의 직경조절기(1008)가 회전축(1002)과 기어이 세트(1004)에 기계식으로 연결되어, 회전축(1002)과 기어이 세트(1004) 사이에 회전모멘트를 전달한다.
직경조절기(1008)는 제1, 제2 기어 치열(1004a,b) 사이의 공통원주길이를 변화시키도록 기어이 세트(1004)를 움직여, 기어이 세트(1004)의 유효 기어수를 변화시키는 효과적인 원통기어를 형성한다. 따라서, 예컨대 도 1C에서는 기어 치열(1004a,b)의 고정 중첩부(1010)의 기어 잇수가 17개이고, 가변 중첩부(1012)의 기어 잇수는 1개이다. 그 결과 유효 잇수가 32개인 원통형 기어휠이 생긴다. 도 2C에서는 1012 부분에 5개 이가 중첩되고, 이는 유효 잇수 28개의 원통형 기어휠에 상당한다. 도 3C의 완전히 닫힌 구성에서는 1012 부분에 8개의 중첩 기어이가 있어서, 유효 잇수 25개의 원통형 기어휠이 생긴다. 유효 잇수의 범위는 기어 치열 사이의 중첩이 0인 최대갯수로부터 완전히 닫힌 상태의 최소갯수에 까지 이르는데, 완전히 닫힌 상태에서는 기어 치열이 자체적으로 닫혀있다.
이 단계에서, 본 발명이 큰 장점을 갖는 것이 명백하다. 구체적으로, 2개 이상의 기어 치열 사이의 중첩부를 가변적으로 함으로써, 본 발명은 유효 기어 잇수가 가변적이면서도 원통형 기어휠의 전체 원주에서 연속적으로 기어이 맞물림이 가능하다. 본 발명의 이런 장점들에 대해 더 자세히 설명한다.
먼저 용어를 정리하자. "유효 원통기어"란 간단하거나 복합적인 원통형 아이들기어와 연속적으로 맞물릴 수 있는 구조를 갖는 기어를 말하고, 기어 치열은 도 1A~B에 도시된 것과 같은 공간을 갖는 것이지만, 도 1C와 같이 같이 사용될 때는 기어장치의 완전한 1회전 맞물림이 가능한 것을 말한다. 본 발명은 기어전동과 체인전동 모두에 유리하지만, 체인전동의 경우에도 이론적 구조의 아이들기어를 사용해 기어장치(1000)의 기하학적 특성을 정의할 수 있다.
"아이들기어"란 기어장치(1000)와 기어결합을 하는 모든 기어를 말하고, 보통은 입출력측에 직접 맞물리지 않은 기어열 중의 중간 기어를 말한다. 아이들기어는 다수의 치열과 맞물리기에 충분히 넓은 이를 갖는 표준기어를 말한다. 한편, 공통의 회전축에 2개 이상의 기어휠이 설치된 "복합 아이들기어"가 필요한 경우도 있다. 복합 아이들기어를 이루는 기어휠들은 대개 형상이 같고 동위상(이가 정렬됨)이지만, 치열 사이에 위상차가 있는 (이가 엇갈린) 엇위상 기어휠일 수도 있다.
"기어이(치)"와 "기어휠"은 회전하는 몸체에 형성되어 다른 기어휠에 맞물리거나 체인에 연결되어 회전몸체와 다른 기어휠이나 체인 사이에 확실한 회전결합을 제공하는 모든 것을 말한다. 따라서, 기어, 톱니, 스프로켓 등을 모두 포함하는 개념이다.
기어장치(1000)의 유효잇수란 회전축을 중심으로 인접한 이들 사이의 원주각 피치로 2π를 나눈 것이다. 대부분의 경우 각각의 기어 치열의 이들은 다른 이와 동위상으로 정렬될 경우, 유효잇수는 회전축을 따라 결합된 기어이 세트의 잇수를 말한다.
"기어 치열"은 기어장치 둘레의 필요한 이 간격을 유지하는 체인이나 스트립을 포함한 모든 지지구조를 말한다.
끝으로, 2개의 기어치열 사이의 "공통원주길이"란 유효 원통기어의 현재 직경과 무관하게 기어치열들이 서로 중첩된 원주길이를 말한다. 공통원주길이가 0까지 줄어들 수 있는데, 이 경우 양쪽 기어치열이 전혀 중첩되지 않는다.
도 4에는 기어장치(100)의 상태가 변하는 천이과정의 기어치열을 보여주는데, 유효잇수가 하나씩 증가한다. 가변 중첩부(10120의 치열의 이는 새로운 위치로 재정렬될 때까지 순간적으로 오정렬된다(도 4B~D). 따라서, 기어장치(1000)가 회전하는 동안 천이가 일어나고, 이때 아이들기어나 체인은 기어장치가 제공한 유효기어의 다른 부분과만 맞물린다. 천이과정에서 올바른 동기화를 하기위한 제어장치에 대해 아래 설명한다.
도 5는 기어이 세트(1004)를 형성하기 위한 치열의 여러가지 구성을 보여준다. 특히, 도 5A는 2개의 기어치열(1004a,b)이 고정중첩부(1010)에서 서로 연결되어 있고 각각의 기어치열이 자유단부를 갖는 도 4의 치열의 구성을 보여주는데, 자유단부는 기어장치(1000)의 직경가변 구조 둘레에 감쌌을 때 가변 중첩도를 형성하여, 유효 원통기어 구조를 형성할 때 다른 기어치열과 함께 가변 공통원주길이를 갖는다. 기어치열들은 고정중첩부(1010)에서 단일의 치열로 융합되고, 고정중첩부(1010)의 폭은 일정할 필요가 없고 또한 2개의 기어치열(1004a,b)의 폭을 합한 것과 같을 필요도 없음을 알아야 한다.
도 5A에서 "a"로 표시된 부분은 직경조절기(1008)의 (후술될) 기계식 연결부에 연결된다. 이 연결부는 회전축과 기어치열(1004a,b) 사이의 회전모멘트를 전달하여, 회전축과 연결기어 사이에 토크를 전달한다. 기어치열(1004a,b)의 기어이의 각위치가 변한다는 것을 도 1A, 2A, 3A를 비교하면 명백한데, 기어치열(1004a)로 둘러싸인 원주의 분포각도가 이들 도면에서 크게 변한다. 이런 이유로, 본 발명에서는 기어치열의 "a" 위치에서 국부적인 기계식 연결을 채택하고, 이 위치에 인접한 기어이와 나머지 기어이 사이의 원주방향의 힘이 기어치열의 내부구조를 따라 전달된다. 회전축에 대해 필요한 위치에서 각개 기어이의 기계식 연결은 직접적인 방식일수록 이루기가 어렵기는 해도 본 발명의 범위에 포함된다.
도 5B는 도 5A와 비슷하되 기어치열(1004a)이 기어치열(1004b)의 양쪽에 대칭으로 2개 있는 구조이다. 이런 대칭구조는 경우에 따라 유리할 수 있다.
도 5C의 구조에서는 180도 떨어진 2 지점(a)에서 기계식 연결이 이루어지고, 여기서는 기어치열이 1004a-d로 표시된다. 벌어졌을 때 2 지점(a)은 180도를 유지하고 기어치열 끝단의 중첩부가 변하면서 가변적인 유효잇수를 제공한다.
도 5D는 기본적으로 도 5C와 같지만, 기어치열(1004a,b)이 각각의 지점(a)에 하나만 연결되어 있다. 도 5E의 구성은 도 5C와 비슷하되, 3군데 지점(a)이 120도 각도로 벌어져 있고, 3군데에서 가변 중첩부가 형성된다. 이 경우, 기어치열은 1004a-f이다.
어느 경우에도 기어치열의 이 지점(a)에서의 운동이 반드시 방사상일 필요는 없고, 유효직경과 유효잇수가 변하는 아치형이나 더 복잡한 운동경로를 가질 수 있다. 또, 이 지점(a)이 반드시 특정 기어이에 해당할 필요도 없고, 2개의 기어이 사이에 있기만 하면 된다.
이상 기어장치(1000)의 축방향으로 2개 이상의 기어가 나란히 배치된 것에 대해 설명했지만, 고정이나 가변 중첩부가 축방향으로만 형성되고 기어치열들이 실제로는 회전축 방향으로 꽤 떨어져 있음을 알아야 한다.
기어치열의 길이를 따라 힘을 전달하려면, 기어장치(1000)의 여러 상태 사이의 곡률반경의 변화를 수용하면서 전술한 일정 피치를 유지하도록 기어이가 서로 연결된 스트립 형태로 각각의 기어치열을 구성하는 것이 바람직하다. 기어이들을 서로 연결해 기어치열을 형성하기에 적당한 구조는 다양한 힌지식 연결구조나, 기어이 각각을 핀으로 연결한 체인식 지지구조가 있지만, 이에 한정되지도 않는다. 기어이 스트립은 기어장치(100)의 최대직경과 최소직경 사이의 편차를 수용하는데 필요한 범위로 최대곡률과 최소곡률을 한정하는 것이 좋다.
기어장치(1000)의 각 상태에서 회전축(1002)과 동축인 가상의 원통에 모든 기어이를 배치하도록 직경조절기(1008)를 구성하는 것이 바람직하다. 기어장치(1000)가 원형이면 상보적 기어휠과 연속으로 맞물리고, 체인전동장치의 경우에는 전술한 종래의 비원형 전동요소의 문제점도 피할 수 있다.
본 발명의 직경조절기는 필요한 여러 상태 사이에서 기어이 세트(1004)의 필요한 운동을 얻을 수 있다. 일례로, 직경가변형 풀리나 기타 원통형 구조를 만드는 다양한 기존의 메커니즘들이 기어이 세트(1004)를 지지하도록 배열되어, 직경조절기의 기초를 이룰 수도 있다. 예컨대, Yanay의 미국특허 5,830,093에서는 슬롯형 디스크를 이용해 평행한 로드들의 방사운동을 조절하여, 직경가변형 원통에 가깝게 했다. 기어이 세트(1004)가 이런 구조를 감싸거나 로드와 함께 움직이는 궤도에 맞물리면, 필요한 직경의 변화를 이룰 수 있다. 회전축(1002)과 토크 전달을 이루는 기계식 연결은 각각의 기어치열을 적당한 위치에서 로드 각각에 고정하면 간단히 이루어진다.
한편, 도 6에서는 원추형 요소의 축방향 이동을 이용해 기어치열의 기어이의 회전축에서의 거리를 변화시키는 방법에 대해 설명한다.
도 6의 직경조절기의 원추요소(1014)는 원추면이 매끈하다. 해당 기어치열의 기어이(1006)는 원추요소(1014)의 대응 부분을 수용하기 위한 슬롯(1018)이 형성된 지지블록(1016)과 함께 형성된다. 기어이(1006) 자체는 축방향으로 움직이지 않지만, 원추요소(1014)는 축방향으로 움직인다. 원추요소(1014)가 도면에서 우측방향인 안쪽으로 움직이면 지지블록(1016)의 슬롯(1018) 안으로 더 깊이 들어가게 되어, 기어치열(1014a)이 반경방향 안쪽으로 움직이고, 원추요소가 도면 좌측방향인 바깥쪽으로 움직이면 기어치열은 바깥쪽으로 벌어진다. 슬롯(1018)은 직선형이거나 안쪽을 향해 약간 곡률지고 바깥쪽을 향해 더 크게 곡률을 지어, 기어이(1006)가 반경방향으로 움직이는 동안 슬롯(1018)과 원추요소(1014)의 곡률범위 사이에서 선접촉을 하도록 한다.
회전축(1002)과 기어치열 사이의 토크전달 연결은 원추요소와 기어이(1006) 사이의 핀-슬롯 연결이나 회전축과 기어이(1006) 사이의 별도의 직접적인 레이디얼 미끄럼 연결로 이루어진다. 전자의 경우, 회전축의 핀을 원추요소(1014)의 중앙 원통 칼라의 슬롯(1020)에 끼워 연결이 이루어진다.
도 7A의 직경조절기(1008)는 도 6에 도시된 원추요소(1014)를 한쌍 마주보게 배치하여 한쌍의 기어치열(1004a,b)을 조절하는데 사용한다. 여기서는 직경조절기를 조절하는 제어기도 사용한다. 구체적으로는 원추요소(1014)를 축방향으로 움직여 기어치열의 직경을 조절하는데는 선형 작동기(1022)를 이용하고, 원추요소의 회전축을 따른 실제위치를 결정하는데는 선형인코더(1024)를 이용한다. 2개의 원추요소(1014)는 항상 대칭으로 움직이게 기계식으로 연결된다. 축방향의 선형위치는 기어장치(1000)의 현재 유효직경과 직접 관련되고 정수의 유효잇수에 대응하는 값으로 정해진다. 회전축(1002)의 회전위치는 언제나 회전축 인코더(1025)로 측정된다.
도 7B는 직경조절자(1008)를 조절하기 위한 제어회로의 블록도이다. 현재 필요한 기어직경을 나타내는 입력신호(1026)이 디퍼런서(1028; differencer)를 통해 드라이버(1030)로 입력되고, 드라이버는 선형 작동기(1022)에 출력신호를 보내, 원추요소(1014)의 운동을 제어한다. 선형인코더(1024)는 디퍼런서(1028)를 통해 음성피드백을 하여, 필요한 위치와 실제 측정위치가 정확히 일치할 때까지 원추요소의 위치를 실시간 보정한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 기어전동과 체인전동 모두에 적용된다. 도 1~7의 예도 마찬가지이지만, 도 8~9에서는 기어전동을 예로 들어 자세히 설명한다.
도 8에 의하면, 기어장치(1000)의 직경이 가변적이려면 기어장치의 회전축과 이곳에 맞물린 다른 기어휠(1032) 사이의 간격이 변해야 한다. 이런 변화를 위해, 기어휠(1032)을 가동 플랫폼(1034)에 설치하고, 이 플랫폼은 작동기(1036)에 의해 움직인다. 작동기(1035)는 선형작동기가 일반적이지만, 회전축과의 간격에 필요한 변화를 주기 위해서라면 아치형 운동이나 다른 형태의 운동을 할 수도 있다. 선형 인코더(1038)가 기어휠(1032)의 실제 현위치에 관한 피드백을 제공한다. 도 8A의 상태에서 기어장치(1000)는 유효직경이 작은 첫번째 상태에 있고 기어휠(1032)는 회전축(1002)를 향해 이동해 있다. 도 8B의 상태에서 기어장치(1000)는 유효직경이 큰 두번째 상태에 있고 기어휠(1032)은 회전축(1002)에서 그만큼 멀어져 있다. 이동거리가 1039로 표시되었다. 물론, 기어휠(1032) 자체를 기어장치(1000)와 비슷하게 구현하여, 양쪽 회전축 사이에 필요한 회전범위를 일부 상쇄하는 한편 전동율의 범위도 증가시킬 수 있다.
도 9는 플랫폼(1034)의 운동을 제어하는 컨트롤러의 일례이다. 현재 필요한 기어장치(1000)와 기어휠(1032) 사이의 간격을 나타내는 입력신호(1040)가 디퍼런서(1042)를 통해 드라이버(1044)로 입력되면, 드라이버에서 출력신호를 작동기(1036)로 보내 플랫폼(1034)의 운동을 제어한다. 인코더(1038)는 디퍼런서(1042)를 통해 음성 피드백을 하여, 필요한 위치와 실제 측정위치가 정확히 일치할 때까지 플랫폼의 위치를 실시간 보정한다.
도 10에 의하면, 기어장치(1000)를 채택한 전동시스템을 제어하는 프로세서칩(1046)을 볼 수 있다. 현재 요청된 전동비를 표시하는 입력(1048)과 인코더(1025)로부터 유도되어 회전축(1002)의 현재 각위치를 나타내는 입력(1050)을 통해 허용된 회전범위내에서의 시프트 비율을 동기화할 수 있다. 시프트가 허용되는 정확한 각도범위는 기어장치(1000)의 주어진 상태 각각에 대해 메모리에 저장된 룩업 테이블에 규정되어 있거나, 제어시스템에 의해 실시간으로 유도될 수 있다. 상태 시프트에 허용된 각도범위는 기어장치의 현재 직경의 함수이고, 기어장치의 현재 각속도와 같은 다른 인자의 영향도 받을 수 있다. 이런 각도는 직접접촉 기어전동장치와 체인전동장치에서 분명히 다르다. 제어시스템은 기어장치(1000)의 직경변화와 관련 부품을 제어하는 출력을 할 수 있는데, 예를 들면 도 7B에서의 출력(1026)이나 도 9에서의 출력(1040)이 있다. 제어시스템은 다른 여러 센서, 예컨대 선형인코더(1024)와 인코더(1038)에서 생긴 입력을 받아 전동시스템이 제대로 동작하는지 확인하기도 한다.
경우에 따라서는, 컴퓨터 제어시스템이 여러가지 추가 입력을 받고, 전동시스템에서 사용해야 할 애플리케이션을 위한 각종 알고리즘을 실행할 수도 있다. 또, 다른 컴퓨터나 외부장치와 유무선 통신하면서 다른 시스템에 종속된 시스템이나 관련 장치를 자동으로 제어할 수도 있다. 이를 위해, 원격으로 입력(1049)과 출력(1051)을 관리할 수 있다.
도 11~12에는 체인계 전동시스템이 도시되어 있다. 여기서, 기어장치(1000)는 구동체인(1052)에 연결되어 기어휠(1054)를 회전시키고, 기어휠 자체는 일반 기어휠이거나 또다른 기어장치일 수 있다. 기어장치(1000)가 도 11A에서는 첫번째 상태로 직경이 작고, 도 11B에서는 두번째 상태로 직경이 큰 상태이다. 양쪽 기어휠에 구동체인(1052)을 확실히 맞물리게 하기 위해, 일정 범위(1061)에 걸쳐 작동기(1060)로 움직이는 플랫폼(1058)에 인장 기어휠(1056)을 설치한다. 플랫폼(1058)의 현위치는 인코더(1062)로 측정한다.
도 12는 플랫폼(1058)의 움직임을 제어하는 회로의 블록도이다. 플랫폼(1058)의 현재 필요 위치를 나타내는 입력신호(1064)가 디퍼런서(1066)를 거쳐 드라이버(1068)로 보내지고, 드라이버는 작동기(1060)에 출력신호를 보내 플랫폼의 운동을 제어한다. 인코더(1062)는 디퍼런서(1066)를 통해 음성 피드백을 하여, 필요한 위치와 실측 위치가 정확히 일치할 때까지 플랫폼의 위치를 보정한다.
체인계 전동의 제어도 도 10과 같지만, 인코더(1038)로부터의 입력이 인코더(1062)로부터의 입력으로 바뀌고, 출력(1040)은 출력(1064)으로 바뀐다.
도 13에서는 2개의 비슷한 직경가변형 기어장치(110,110')가 공통의 구동체인(170)에 맞물려있고, 이 체인은 인장 기어휠(160)에 의해 장력을 유지한다. 각 기어장치의 구성에 대해 도 14~22를 참조해 자세히 설명한다.
도 14A의 기어장치(110)는 중앙구간(120), 양쪽 측면구간(130,140) 및 제한기구(150)를 포함한다.
중앙구간(120)은 17개의 풀베이스 링크(121)로 이루어지고, 각각의 링크의 축방향 길이는 2W이다. 각각의 풀베이스 링크(121)는 2개의 이(126A,B)로 형성되어, 2개의 치열(124A,B)이 원주방향으로 형성된다. 첫번째 측면구간(130)은 8개의 부분베이스 링크(131)로 이루어지고, 두번째 측면구간(140) 역시 8개의 부분베이스 링크(141)로 이루어지는데, 이들 링크(131,141)의 축방향 길이는 W이다. 링크(131,141)마다 이(136,146)가 하나씩 형성되어, 각각의 측면구간(130,140)에 1개의 치열(134,144)이 각각 원주형으로 형성된다.
제한기구(150)는 링크(121,131,141)를 서로 연결하는데 사용되고, 핀(154) 여러개를 서로 연결한 다수의 제한판(152)으로 이루어진다. 풀베이스 링크(121) 하나당 축방향으로 한쪽에 3개씩 양쪽으로 6개의 제한판(162)에 결합되고, 각각의 부분베이스 링크는 3개의 제한판(152)에 결합된다. 따라서, 모든 베이스링크(121,131,141)가 서로 연결된다. 이런 제한기구는 피치를 제한하는데 사용되고, 이하 자세히 설명되는 동작을 제한하는데에도 사용된다.
도 14B의 기어장치(110)는 개방 위치에 있는 것이고, 설명의 편의상 제한기구(150)는 없앤 것이다. 이 위치에서, 첫번째 측면구간(130)의 최종 부분베이스 링크(1318)가 두번째 측면구간(140)의 최종 부분베이스 링크(1418)와 정렬된다. 따라서, 첫번째와 마지막 베이스 링크(1211,12117)가 각각 중앙구간(120)의 첫번째와 두번째 단부(122a,b)를 이룬다고 할 수 있다. 마지막 부분베이스 링크(1318,1418)는 측면구간(130,140)의 자유단부(132b,142a)를 각각 구성하여, 자유단부(132b)는 중앙구간(120)의 제2 단부(122b)에서 떨어져 있고, 자유단부(142a)는 중앙구간의 제1 단부(122a)에서 떨어져 있다.
제1, 제2 측면구간(130,140)이 축방향으로 맞물린채 원주방향으로 미끄러질 수 있어, 기어장치(110)의 직경을 바꿀 수 있다. 이런 결합관계에 대해서는 도 15에서 자세히 설명한다.
도 14C의 기어장치(110)는 닫힌 위치에 있고, 역시 설명의 편의상 제한기구(150)는 생략했다. 이 위치에서, 제1 측면구간(130)의 마지막 링크(1318)와 첫번째 링크(1311)가 제2 측면구간(140)의 첫번째 링크(1411)와 마지막 링크(1418)에 각각 정렬된다. 따라서, 자유단부(132b)는 제2 단부(122b)에 인접하고, 자유단부(142a)는 제1 단부(122a)에 인접한다.
결합관계
도 15는 2개 측면구간(130,140)의 결합부의 확대도이다. 제1 측면구간(130)의 돌기(133R)를제2 측면구간(140)의 홈(143G)에 끼워 결합이 이루어진다. 이 돌기(133R)는 제1 측면구간(130)의 각각의 링크(131)에 형성된 돌출부(133)로 이루어지고, 홈(143G)은 제2 측면구간(140)의 각각의 링크(141)에 형성된 요홈으로 이루어진다.
제1 측면구간(130)의 돌기(133R)가 홈(143G)을 따라 원주방향으로 미끄럼 운동하면서 제1 측면구간(130)이 제2 측면구간(140)에 대해 원주방향으로 미끄럼 운동이 가능하므로, 기어장치(110)의 직경을 변화시킬 수 있다.
베이스 링크 구조
도 16A는 중앙구간(120)의 일부분을 이루는 풀베이스 링크(121)의 사시도로서, 이 링크의 축방향 길이는 2W이다. 풀베이스 링크(121)는 도면에서 보아 아래와 같이 구성된다:
- 반경방향으로 바깥을 향하는 윗면(121RO);
- 반경방향으로 안쪽을 향하는 아랫면(121RI);
- 축방향으로 앞을 향하는 정면(121F);
- 축방향으로 뒤를 향하는 뒷면(121R);
- 중앙축(X-X)을 중심으로 시계방향을 향하는 우측면(121CW); 및
- 중앙축(X-X)을 중심으로 반시계방향을 향하는 좌측면(121CCW).
풀베이스 링크(121)의 표면(121F,R)은 각각 경사면(127F,R)을 이루고, 이런 경사면(127F,R)은 기어장치(110)의 직경을 변화시키기 위한 것이다. 측면(121CW,CCW)은 중앙축(X-X)을 향해 테이퍼형이다. 이런 경사면(127F,R)과 테이퍼형 측면(121CW,CCW)의 기능에 대해서는 도 18을 참조하여 후술한다.
풀베이스 링크(121)의 표면(121RO) 위에 솟은 2개의 이(126A,B)는 치열(124A,B)의 일부를 이루고, 이들 치열은 전동체인에 맞물린다(도 20 참조). 플베이스 링크(121)의 양쪽 측면(121CW,CCW)에 각각 2쌍의 슬롯(128R,F)이 형성되어 있는데, 이들 슬롯에 전술한 제한판(152)이 맞물린다.
도 16B는 제1 측면구간(130)의 일부를 이루는 부분베이스 링크(131)의 사시도이다. 이 링크(131)의 축방향 길이는 W이고, 아래와 같이 형성된다:
- 반경방향으로 바깥을 향한 표면(131RO);
- 반경방향으로 안쪽을 향한 표면(131RI);
- 축방향으로 앞쪽을 향한 표면(131F);
- 축방향으로 뒷쪽을 향한 표면(131R);
- 중앙축(X-X)을 중심으로 시계방향을 향한 측면(131CW); 및
- 중앙축(X-X)을 중심으로 반시계방향을 향한 측면(131CCW).
링크(131)의 표면(131R)은 경사면(137R)으로, 기어장치(110)의 직경을 변화시키기 위한 것이고, 측면(131CW,CCW)도 테이퍼형이다. 경사면(137R)과 테이퍼형 측면(131CW,CCW)의 기능에 대해서는 도 18에서 자세히 설명한다.
부분베이스 링크(131)의 표면(131RO)에 형성된 이(136)는 치열(134)의 일부분을 이루고, 치열은 전동체인과 맞물린다(도 20 참조).
이 링크(131)의 표면(131F)에 돌기(133)가 형성되어 이하 수링크(131)라 하고 제1 측면구간을 수 측면구간(130)이라고도 한다. 돌기(133)는 수 측면구간(130)과 제2 측면구간(140) 사이의 맞물림을 위한 융기(133R)의 일부분을 이룬다.
수링크(131)의 측면(131CW,CCW)에 슬롯(138)이 형성되고, 이들 슬롯(138)에 전술한 제한판(152)이 맞물린다.
도 16C는 제2 측면구간(140)의 일부분을 이루는 부분베이스 링크(141)의 사시도이다. 이 링크(141)의 축방향 길이도 W로서, 전술한 수링크(131)와 비슷하며 아래와 같이 형성된다:
- 반경방향으로 바깥을 향한 표면(141RO);
- 반경방향으로 안쪽을 향한 표면(141RI);
- 축방향으로 앞쪽을 향한 표면(141F);
- 축방향으로 뒷쪽을 향한 표면(141R);
- 중앙축(X-X)을 중심으로 시계방향을 향한 측면(141CW); 및
- 중앙축(X-X)을 중심으로 반시계방향을 향한 측면(141CCW).
링크(141)의 표면(141F)은 경사면(147F)으로, 기어장치(110)의 직경을 변화시키기 위한 것이고, 측면(141CW,CCW)도 테이퍼형이다. 경사면(147F)과 테이퍼형 측면(141CW,CCW)의 기능에 대해서는 도 18에서 자세히 설명한다.
부분베이스 링크(141)의 표면(141RO)에 형성된 이(146)는 치열(144)의 일부분을 이루고, 이치열은 전동체인과 맞물린다(도 20 참조).
이 링크(141)의 뒷면(141F)에 홈(144)이 형성되어 암링크라 하고, 제2 측면구간(140)을 암측면구간이라 한다. 홈(144)은 수측면구간(130)의 융기(133R)와 맞물리는 홈(143G)을 형성한다.
암링크(141)의 측면(141CW,CCW)에 형성된 슬롯(148)에 전술한 제한판(152)이 맞물린다.
도 16D는 암수 링크(141,131)이 정렬되여 표면(131CW,141CW)과 표면(131CCW,141CCW)가 서로 일치하고, 암수 링크(141,131)가 도 16A의 풀베이스 링크(121)와 비스한 복합링크(121')를 이루는 것을 보여준다.
도 14B~C를 보면, 도 14B의 기어장치(110)가 2개 측면구간(130,140)의 마지막 암수링크(1318,1418)로 이루어진 복합 베이스 링크(121') 하나를 이룸을 알 수 있다. 수측면구간(130)의 모든 수링크(131)는 암측면구간(140)의 모든 암링크(141)와 정렬되어 8개의 복합링크(121')를 이룬다.
기어 형상과 피치 제한
도 17을 보면, 이(126)의 양측면에 각각 형성된 아치부(129)는 중심이 C인 가상의 원(I)의 원호의 일부분의 형상을 이루고, 풀베이스 링크(121)의 시계방향쪽의 2개 원(I)의 중심(C)은 축선(XCW)상에 있고, 반대쪽 2개의 원(I)의 중심(C)은 축선(XCCW)상에 있다. 링크의 양쪽의 중심(C) 사이의 원주방향을 따른 간격이 기어장치(110)의 피치를 결정한다.
도 18은 기어장치(110)의 개폐위치 각각에서의 확대도이다. 양쪽 위치에서, 링크(121)의 양쪽 측면(121CW,CCW)의 테이퍼로 인해 인접한 2개 링크 사이에 각각 d1과 d2의 틈새가 생긴다. 한편, 주축선(X-X)에 대해 2개의 인접 링크(121) 사이의 각도는 개방위치에서 폐쇄위치로 바뀌는 동안 α에서 β로 변한다. 2개의 인접 링크 사이의 틈새 때문에 직경이 변하는 동안 링크(121,131,141)가 서로 충돌하지 않는다.
각각의 위치에서, 기어장치(110)의 곡률을 정해 결국 중앙 및 양측면 구간들(120,130,140)의 곡률을 정하는 곡률반경은 모든 가상 원(I)의 중심(C) 사이의 원호경로 보간을 나타내는 선인 곡선(C.L)의 반경에 의해 결정된다.
개폐위치에서, 링크(121)의 시계방향쪽 원(I)이 인접 링크(121)의 반시계방향쪽 원(I)과 정렬하도록, 즉 이들 원의 중심(C)이 서로 일치하도록 링크들이 배열되어야 한다. 이 경우, 인접 2개 중심(C) 사이의 원주방향의 거리가 기본적으로 동일하게 된다. 중심(C) 사이의 간격을 동일하게 하는 것은 기어장치(110)의 동작에 중요한데, 이는 기어이(126,136,146)에 일정 피치를 갖는 전동체인이 맞물려야 하기 때문이다(도 20 참조).
그러나, 아무런 제한이 없는 일반 환경에서는 직경이 변하는 동안, 베이스 링크들이 움직여 원의 중심(C)이 정렬하지 않게된다. 제한기구(150)는 피치를 일정하게 유지하기 위한 것으로서, 중심(C)을 일치시키기 위한 것인데, 이에 대해서는 도 19에서 설명한다.
제한판(152)에는 2개의 구멍(153CW,153CCW), 2개의 톱니부(155CW,155CCW) 및 2개의 결합부(157CW,157CCW)가 형성되어 있다. 제한판(152)의 축방향 두께는 t이다. 결합부(157CW,157CCW)가 링크(141)의 슬롯(148)에 맞물리도록 제한판(152)을 링크(141)에 설치하는데, 이 위치에서 구멍(153CW,153CCW)의 중심들은 기어이(146)의 아치부(129)로 이루어진 가상의 원(I)의 중심(C)과 일치한다.
도 19C에 의하면, 링크(1411~1413)마다 3개씩의 제한판(1521a~1521c;1522a~1522c;1523a~1523c)이 각각 설치되는데, 제한판 사이의 간격은 t이다. 따라서, 제한판(152)이 서로 연결되면, 제한판(1521b,1521c)이 다른 링크(1412)의 제한판(1522ㅁ~1522c)의 틈새(t) 안으로 끼워진다. 이 위치에서, 첫번째 링크(1411)에 설치된 제한판(152)의 톱니부(1551CW)가 세번째 링크(1413)에 설치된 제한판(152)의 톱니부(1553CCW)와 맞물린다.
또, 제한판(152) 여러개를 핀(154)으로 연결하면, 핀(1541-2,1542-3)의 중심축이 구멍(1531CW,1532CCW,1532CW,1533CCW)와 각각 정렬된다. 즉, 제한기구(150)에 의해 기어장치(110)의 각 구간(120,130,140)의 형상이나 곡률과 무관하게 피치(P)가 항상 일정하게 유지될 수 있는 것이다.
도 20의 표준 이중 전동체인(170)은 체인플레이트(171-174), 롤러(176A,176B), 롤러에 끼워지는 홀딩핀(177)으로 이루어진다. 홀딩핀(177)과 롤러(176A,176B)의 축선(Y)은 피치(P)와 같은 간격을 유지한다. 피치(P)는 전동체인(170) 전체에 걸쳐 일정해야 한다.
도 21의 전동체인(170)은 기어장치(110)에 맞물린 상태를 보여준다. 이 위치에서, 전동체인(170)의 롤러(176)의 중심축(Y), 기어이(126)의 원(I)의 중심(C), 제한판(152)의 구멍(153) 및 연결핀(154)의 축(X) 모두 일직선으로 정렬된다. 피치(P)가 일정하기 때문에, 기어장치(110)는 항상 전동체인(170)과 맞물린다.
직경 변동
도 22의 직경조절기(180)에 달린 2개의 원추부(182A,B)는 각각 기어장치(110)의 방사상 외측부(RO)에 맞물린다. 원추부(182)는 베이스(184)와 원추형 겨사부(186)로 이루어지고, 원통형 커넥터(181)에 연결되는데, 이 커넥터에 뚫린 보어(183)에 구동축이 끼워진다.
기어장치(110)가 직경조절기(180)에 놓이면, 구간(120,130,140) 각각의 링크(121,131,141)의 경사면(127,137,147) 각각이 경사부(186)에 맞닿는다. 도 22A의 기어장치(110)는 폐쇄위치에 있고, 도 14C의 위치에 해당한다. 이 위치에서, 원추부(182)의 양쪽 베이스(184) 사이의 거리는 T1이고, 링크(121,131,141)는 축선(X-X) 가까이 위치하되 그 거리는 R=D2/2이다. 양쪽 베이스(184) 사이의 간격(T1) 때문에, 링크(121,131)는 베이스(184)에서 떨어진 위치에서 경사부(186)에 놓인다.
도 22A에서, 기어장치(110)의 직경을 증가시키려면, 원추부(182)의 베이스(184) 간격을 T2로 좁혀, 링크(121,131,141)가 경사면을 타고올라 바깥쪽으로 움직이도록 한다. 이 경우, 기어장치(110)의 직경이 증가한다. 도 22B의 기어장치(110)는 폐쇄위치에 있는 것으로, 도 14B의 위치에 해당한다. 이 위치에서, 링크(121,131,141)는 중심축(X-X)에서 더 멀어져 R=D1/2로 된다. 원추부(182A,B) 사이의 간격(T2)이 기본적으로 좁기 때문에, 링크(121,131)는 베이스(184) 가까운 위치에서 경사부(186)에 위치한다.
기어장치(110)의 직경을 줄이려면, 위의 과정을 반대로 하여, 원추부(182)의 베이스(184) 사이의 간격을 T1으로 벌려, 링크(121,131,141)가 경사면을 타고 내려 안쪽으로 움직이도록 한다. 직경의 증가와는 반대로, 직경이 감소하는 동안 링크(121,131,141)는 기어장치(110)에 설치된 전동체인(170)의 압력에 의해 안쪽으로 힘을 받는다.
이상의 직경조절기(180)를 이용하면 기어장치(110)의 직경이 원추부(182)의 베이스(184) 사이의 거리(T)에 의해 다양하게 변할 수 있다. 예컨대, 직경이 조금씩 단계별로 커지거나 작아질 수 있다.
원추부(182)의 경사부(186)의 링크(121,131,141)의 경사면(127,137,147)은 다양하게 디자인할 수 있다. 또, 원추부(182)의 방향은 물론 작동방식(유압식, 전기식 등)도 아주 다양할 수 있다.
동작
도 23에서, 구동축에 의해 원추부(182)가 회전할 때, 원추부에서 기어장치(110)로 토크가 전달되어야 한다. 따라서, 직경조절기(180)는 토크전달기 역할도 한다.
이를 위해, 각각의 원추부(182)의 제1 폐쇄단부(1851)와 제2 폐쇄단부(1852) 사이에서 반경방향으로 뻗는 안내슬롯(185)이 형성된다. 링크(121L) 중의 하나에는 안내슬롯(185)에 끼워지도록 충분히 기다란 연장부(125A,125B)가 형성되는데, 이 연장부(125)의 단면 형상은 안내슬롯(185)와 같다.
구동축이 회전하면 원추부(182)도 회전한다. 연장부(125)가 안내슬롯(185)에 결합되어 있어, 원추부(182)의 회전운동은 링크(121L)의 회전운동을 일으킨다. 이어서, 모든 링크(121,131,141)가 제한기구(150)에 의해 서로 연결되어 있으므로, 링크(121L)의 회전은 전체 기어장치(110)의 회전을 일으킨다.
도 22에서 설명한대로, 기어장치(110)의 직경이 변할 때, 링크(121,131,141)는 원추부(182)의 경사부(186)를 타고 오르락내리락 한다. 그러나, 기어장치(110)의 양방향으로의 이동은 폐쇄단부(1851,1852)에 의해 제한된다. 따라서, 기어장치(110)의 직경이 커질 때는 링크(121L)의 RO 표면이 폐쇄단부(1851)에 걸릴 때까지만 링크(121L)가 경사면을 타고오르며, 직경이 작아질 때는 링크(121L)의 RI 표면이 폐쇄단부(1852)에 걸릴 때까지만 링크가 경사면을 타고내린다. 링크(121L)의 이동 제한은 기어장치(110) 전체에 적용되어, 직경변동이 제한된다.
안내슬롯(185)의 길이는 기어장치(110)의 링크(121,131,141)의 갯수에 맞게 결정되고, 적어도 개방상태에서는 제1 및 제2 구간(130,140) 사이의 이(136,146)가 원하는 갯수 중첩될 수 있도록 안내슬롯을 설계할 수 있다. 또, 기어장치(110)의 직경이 최대치를 넘지않아, 개방위치에서 양측 구간(130,140) 사이의 이(136,146)가 적어도 하나 중복되도록 안내슬롯을 설계할 수 있다.
복합 동작
이의 형태를 적절히 취한 기어장치(110)는 기어전동이나 체인전동을 포함한 어떤 전동시스템에도 이용될 수 있고, 기어장치도 한쪽 기어나 양쪽기어 모두에 적용될 수 있다.
도 13의 기어장치(100)에 적용할 경우, 원추부(182)를 구동축(S)에 설치하고, 원추부(182')는 피동축(S')에 설치된다. 기어장치(110,110')는 각각 해당 원추부(182,182')에 위치한다. 전동체인(170)는 기어장치(110,110')에 설치되고, 인장휠(160)은 전동체인(170)에 장력을 주도록 배치된다.
직경조정기(190)는 주축(192)을 포함하고, 직경조절기(180)에 연접된 아암(194)이 조정기(190)에 구비된다. 이 조정기(190)는 기어장치(110)의 직경을 바꾸기 위해 원추부(182)를 벌리거나 좁히는 기능을 한다. 아암(194)이 축방향으로 움직이면 된다.
직경조정기(190)를 마찬가지로 도시되지 않은 아암(194')을 이용해 다른 기어장치(110')에 연결하여, 이 기어장치(110')의 직경을 기어장치(110)의 직경과 같이 관리할 수 있다. 그러나, 기어장치(110,110') 각각을 각개 조정기(190,190')에 연결하여 기어장치(110,110')의 직경을 서로 무관하게 바꿀 수도 있다.

Claims (16)

  1. 전동비가 가변인 전동시스템용의 직경가변 기어장치에 있어서:
    (a) 회전축;
    (b) 다수의 기어이가 일정 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제1 기어치열과, 다수의 기어이가 상기 피치로 배열되어 움직일 수 있는 제2 기어치열을 갖고, 상기 회전축 둘레에 배치되는 기어이 세트; 및
    (c) 상기 회전축과 기어이 세트 사이에 회전모멘트를 전달하기 위해 회전축과 기어이 세트에 기계식으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 기어치열들 사이의 공통 원주길이를 변화시켜 기어장치를 제1 상태와 제2 상태 사이로 움직이기 위한 직경조절기;를 포함하고,
    - 상기 제1 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공하며;
    - 상기 제2 상태에서는 기어이 세트가 제1 유효잇수보다 큰 제2 유효잇수를 갖는 원통기어를 제공하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가 제1 및 제2 기어치열들 사이의 공통 원주길이를 변화시키기 위해 상기 기어이 세트를 움직일 수 있고, 이런 공통 원주길이 변화를 통해 기어장치가 여러 중간상태로 선택적으로 변환될 수 있으며, 각각의 중간상태마다 상기 제1 및 제2 유효잇수들 사이의 값인 정수의 유효잇수를 갖는 유효 원통기어가 생기는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가 기어이 세트의 모든 기어이들을 가상의 원통에 배치하고, 이 원통은 제1 및 제2 상태에서 회전축과 동축인 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기어치열 각각이 상기 제1 및 제2 상태들 사이의 가변적인 곡률반경을 수용하면서 상기 일정 피치를 유지하도록 서로 연결된 기어이 스트립으로 구현되는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 직경조절기가 제1 및 제2 기어치열들과 상기 회전축 사이에서 하나의 기계적 연결을 통해 회전모멘트를 전달하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 직경조절기가 제1 및 제2 기어치열들과 상기 회전축 사이에서 회전축 둘레에 비스듬하게 이격된 별도의 기계적 연결을 통해 회전모멘트를 전달하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기어이 세트에서 기어치열들 사이의 공통 원주길이가 가변적인 부분이 하나인 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 기어이 세트에서 기어치열들 사이의 공통 원주길이가 가변적인 부분이 다수인 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가 기어치열들과 맞물리는 원추부를 갖고, 원추부의 축방향 이동을 통해 기어치열의 기어이와 회전축 사이의 간격을 변화시키는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원추부가 계단식 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 원추부가 매끄러운 경사면을 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가 회전축과 연결되고 슬롯이 형성된 디스크들와, 상기 기어치열과 연결되고 상기 슬롯에 맞물리는 다수의 핀을 포함하고, 상기 슬롯이 형성된 디스크들이 회전축을 중심으로 회전하면 기어치열의 기어이와 회전축 사이의 거리가 변하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가 기어장치의 유효직경을 나타내는 출력을 내는 센서를 포함하고, 직경조절기는 상기 출력에 응답해 기어이 세트를 조절하여 정수의 유효잇수를 갖는 유효 원통기어를 제공하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 직경조절기가,
    (a) 회전축의 현재 각도위치를 표시하는 출력을 내는 센서; 및
    (b) 회전축을 허용 범위로만 회전시키면서 상기 출력에 응답해 상태변환을 선택적으로 실행하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  15. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 기어치열과 맞물리는 기어이를 갖고 회전축을 중심으로 회전하는 아이들기어; 및
    (b) 상기 회전축에 연결되고 회전축을 움직여, 유효잇수가 변하는 동안 상기 아이들기어와 기어이 세트의 맞물림을 유지하는 작동기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기어이 세트의 기어이와 맞물려 상기 제1 및 제2 상태들 사이를 변환하는 동안 기어이와의 구동결합을 유지하는 체인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직경가변 기어장치.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7425971B2 (en) * 2003-09-22 2008-09-16 Seiko Epson Corporation Line head and image forming apparatus incorporating the same
WO2005111463A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Anthony Wong Synchronized segmentally interchanging pulley transmission system
US20110226077A1 (en) * 2008-12-11 2011-09-22 Iqwind Ltd. Apparatus including a gear tooth sequence for use in a variable transmission
US8485933B2 (en) 2010-07-20 2013-07-16 Differential Dynamics Corporation Infinitely variable motion control (IVMC) for river turbines
US8388481B2 (en) 2009-07-20 2013-03-05 Differential Dynamics Corporation System and method for providing a constant output from a variable flow input
US8641570B2 (en) 2010-07-20 2014-02-04 Differential Dynamics Corporation Infinitely variable motion control (IVMC) for generators, transmissions and pumps/compressors
US8698341B2 (en) * 2010-05-02 2014-04-15 Iqwind Ltd. Wind turbine with discretely variable diameter gear box
CA2871623C (en) * 2011-04-26 2020-07-14 1783590 Ontario Ltd. D/B/A Inmotive Key pulley segment features, segment stack configuration, and cam and roller design and actuation in a synchronized segmentally interchanging pulley transmission system
CN102537245A (zh) * 2012-02-14 2012-07-04 任孝忠 一种不闭合齿轮组合变齿数装置
CN103133646A (zh) * 2013-03-01 2013-06-05 江苏保捷锻压有限公司 新型多用途齿轮
CN107289089B (zh) * 2016-03-31 2019-07-02 上海汽车集团股份有限公司 可变直径滑轮和无级变速器
WO2018065679A1 (fr) 2016-10-03 2018-04-12 Guigan Franck 75017 Paris France Engrenage a circonférence variable
FR3057044A1 (fr) * 2016-10-13 2018-04-06 Franck Guigan Engrenage a diametre variable
US20180335107A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Armin Sebastian Tay Torque transmitting members for uniformed surface cone
CN108708959A (zh) * 2018-05-29 2018-10-26 山东理工大学 一种可变齿数外齿轮
WO2020251599A1 (en) * 2019-06-08 2020-12-17 Rajendran Raja Ramanujam Pseudo continuously variable transmission, a multi speed transmission capable of uninterrupted shifting (mstus)
CN110219946A (zh) * 2019-05-29 2019-09-10 西安工业大学 多级嵌套式传动装置
CN114423966A (zh) * 2020-02-12 2022-04-29 R·R·拉金德兰 具有不依赖于摩擦的均匀输入－输出比的无限无级变速器
CN114502859A (zh) * 2020-06-08 2022-05-13 R·R·拉金德兰 具有不间断换挡的伪无级变速器
CN111963634B (zh) * 2020-08-10 2023-11-24 武汉理工大学 一种可变齿轮式无级变速传动机构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2782649A (en) * 1953-11-11 1957-02-26 Mellor Bromley & Co Ltd Change speed mechanism
US4129044A (en) * 1977-05-19 1978-12-12 Erickson Marlo W V Variable gear ratio chain drive system for bicycles
US4634406A (en) * 1985-08-07 1987-01-06 Hufschmid Eric B Multiple speed transmission for bicycles
EP0396978A1 (de) * 1989-05-10 1990-11-14 Hans Georg Braunschweiler Kreisbogenförmiges Zahnsegment und Zahnradgetriebe mit einem solchen Zahnsegment
GB9312194D0 (en) * 1993-06-14 1993-07-28 Gardiner Michael J A velociped
US5984814A (en) * 1997-09-04 1999-11-16 Davenport; Bruce Variable ratio chain drive transmission
US5830093A (en) * 1997-09-08 1998-11-03 Yanay; Yosef Continuously variable transmission employing cable wound around variable diameter drums
EP1421299A4 (en) * 2001-01-25 2008-03-26 Ltd Cvtron SLIP-FREE TRANSMISSION, ESPECIALLY FOR USE AS A CHAIRLESS TRANSMISSION AND GEARING COMPONENTS THEREOF

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CN101849120A (zh) 2010-09-29

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