KR20110139805A

KR20110139805A - 무단 변속장치

Info

Publication number: KR20110139805A
Application number: KR1020100059848A
Authority: KR
Inventors: 김봉철
Original assignee: 김봉철
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2011-12-30

Abstract

본 발명에 따른 무단 변속장치는 동력의 직접적인 전달에 의해 회전가능하며, 직경이 가변적인 구동부, 구동부와 동일한 구조로서 직경이 가변적이고, 구동부와 이격되어 배치되는 피동부 및 구동부의 동력을 상기 피동부에 전달하고, 구동부 및 피동부를 연결하는 주체인을 포함하는 것으로서, 구동부 및 피동부는 각각 중심축, 제1 중앙홀에 의해 중심축의 양측에 외삽되어 고정되고, 반경 방향으로 복수의 나선홈이 형성된 한 쌍의 제1 원판, 제1 원판의 외측으로부터 제2 중앙홀에 의해 중심축의 양단에 회전가능하도록 외삽되고, 나선홈의 개수와 대응되는 개수의 직선홈이 반경 방향으로 형성된 한 쌍의 제2 원판, 원통 형상으로서 제2 원판의 외측으로부터 중심축의 양단에 외삽되어 제2 원판에 고정되는 한 쌍의 외축, 양단에 슬라이딩 돌기와 일측에 베이스판을 구비하고, 양단이 각각 나선홈을 통과하여 슬라이딩 돌기가 직선홈에 안착되며, 나선홈의 개수와 대응되는 개수로 배치되는 복수의 기어축 및 원통 형상으로서 기어축에 회전 가능하도록 각각 외삽되며, 외주면에 제1 기어 및 일방향으로만 회전하도록 제한하는 회전 제한부재를 구비하는 복수의 기어부를 포함하되, 주체인은 구동부의 제1 기어들과 피동부의 제1 기어들에 맞물리도록 배치된다. 이러한 본 발명에 따르면, 동력전달용 주체인과 제1 기어가 맞물려 회전하기 때문에 무단 변속장치이면서도 슬립현상이 일어나지 않으며, 동력의 손실을 최소로 줄일 수 있고, 나선홈이 형성된 제1 원판, 직선홈이 형성된 제2 원판 및 슬라이딩 돌기를 구비한 기어축 등에 의해 구동부와 피동부의 직경을 서로 반비례하도록 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

무단 변속장치 {Continuously variable transmission}

본 발명은 무단 변속장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동력 전달용 체인 및 기어에 의해 구동부와 피동부의 직경이 반비례하는 무단 변속장치에 관한 것이다.

자동차용 엔진의 경우, 출력은 회전 속도에 비례하여 증가하며, 토크는 중속 영역에서 가장 큰 특성을 가지고 있다. 기어의 단수에 한계가 있는 유단 변속기로는 항상 최적의 상태로 운전할 수가 없고, 엔진 출력을 사용하는 데 있어 손실이 발생하는 문제점이 있다.

무단 변속기는 이러한 문제점을 보완하고, 연료 소비율 및 가속성능 향상을 위해 개발된 것이다. 무단 변속기는 다음과 같은 장점이 있다.

엔진이 최고 효율이 좋은 영역에서 운전되므로 연비가 향상되고, 상시 엔진 출력 100%를 끌어낼 수 있다. 또한, 부품수가 적어 제작이 간단하며 기존 변속기 대비 가격경쟁력이 있으며, 변속 충격이 없고, 운전자의 성향에 따라 필요한 구동력 구간에서 운전이 가능하다. 아울러, 같은 거리를 운전하더라도 이산화탄소(CO₂) 발생량을 줄일 수 있다

하지만, 무단 변속기가 이와 같은 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 지금까지 활성화되지 못한 이유는 지금까지의 무단 변속기가 모두 마찰을 이용하기 때문에 미끄러지는 슬립(Slip) 현상이 일어나 동력을 100% 전달하지 못하고, 내구성 면에서 매우 취약한 문제점이 있었기 때문이다.

더욱 상세히 설명하면, 푸시 벨트 타입(Push belt type)의 경우 벨트와 풀리 사이의 마찰력에 의한 동력전달이 되므로 용도가 한정되어 있고, 마찰력이 약해 벨트와 풀리가 서로 미끄러지는 슬립(Slip)이 발생하면 교환해야 하므로 내구성이 취약하다. 또한, 슬립을 방지하기 위해 토오크 컨버터를 장착하게 되면, 효율이 저하되고 단가 상승의 요인이 된다.

트로이달(Troidal) 방식의 경우, 특수 윤활유의 점성에 의한 동력전달 방식이지만 가공이 어렵고 진동에 의한 기계적 문제가 발생하며, 내구성 취약하고 단가가 높은 문제점이 있다.

유압식 무단 변속기의 경우, 부피가 크고 중량물이며 효율이 낮고 유지비가 비싼 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 슬립 현상 또는 동력 손실 없이 큰 동력을 전달할 수 있는 무단 변속장치를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속장치는 동력의 직접적인 전달에 의해 회전가능하며, 직경이 가변적인 구동부; 상기 구동부와 동일한 구조로서 직경이 가변적이고, 상기 구동부와 이격되어 배치되는 피동부; 및 상기 구동부의 동력을 상기 피동부에 전달하고, 상기 구동부 및 상기 피동부를 연결하는 주체인을 포함하는 것으로서, 상기 구동부 및 상기 피동부는 각각 중심축, 제1 중앙홀에 의해 상기 중심축의 양측에 외삽되어 고정되고, 반경 방향으로 복수의 나선홈이 형성된 한 쌍의 제1 원판, 상기 제1 원판의 외측으로부터 제2 중앙홀에 의해 상기 중심축의 양단에 회전가능하도록 외삽되고, 상기 나선홈의 개수와 대응되는 개수의 직선홈이 반경 방향으로 형성된 한 쌍의 제2 원판, 원통 형상으로서 상기 제2 원판의 외측으로부터 상기 중심축의 양단에 외삽되어 상기 제2 원판에 고정되는 한 쌍의 외축, 양단에 슬라이딩 돌기와 일측에 베이스판을 구비하고, 양단이 각각 상기 나선홈을 통과하여 상기 슬라이딩 돌기가 상기 직선홈에 안착되며, 상기 나선홈의 개수와 대응되는 개수로 배치되는 복수의 기어축, 및 원통 형상으로서 상기 기어축에 회전 가능하도록 각각 외삽되며, 외주면에 제1 기어 및 일방향으로만 회전하도록 제한하는 회전 제한부재를 구비하는 복수의 기어부를 포함하되, 상기 주체인은 상기 구동부의 제1 기어들과 상기 피동부의 제1 기어들에 맞물리도록 배치된다.

여기서, 상기 구동부의 제1 원판의 나선홈의 나선 방향과, 상기 피동부의 제1 원판의 나선홈의 나선 방향은 서로 반대방향일 수 있다.

아울러, 상기 구동부의 기어부와, 상기 피동부의 기어부의 회전 가능방향은 서로 반대일 수 있다.

또한, 상기 회전 제한부재는, 상기 기어부의 외주면에 결합되는 라체트 기어(ratchet gear) 및 상기 베이스판에 배치되며 상기 라체트 기어의 회전을 일방향으로 제한하는 라체트 레버(ratchet lever)를 포함할 수 있다.

게다가, 상기 회전 제한부재들은, 원웨이 베어링(One-way bearing)일 수 있다.

나아가, 상기 기어부들은, 외주면에 제2 기어를 더 구비하고, 상기 구동부의 제2 기어들에 맞물리는 제1 보조체인과, 상기 피동부의 제2 기어들에 맞물리는 제2 보조체인을 더 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인은, 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인의 길이를 조절하기 위해 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인과 각각 맞물리며, 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인의 길이 조절이 가능한 복수의 조절기어를 구비한 길이조절 기어부를 각각 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 주체인, 상기 제1 보조체인 및 상기 제2 보조체인은, 상기 제1 기어들 및 상기 제2 기어들에 맞물릴 수 있는 동력 전달용 체인일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무단 변속장치에 따르면,

첫째, 동력전달용 주체인과 제1 기어가 맞물려 회전하기 때문에 무단 변속장치이면서도 슬립 현상이 일어나지 않으며, 동력의 손실을 최소로 줄일 수 있다.

둘째, 나선홈이 형성된 제1 원판, 직선홈이 형성된 제2 원판 및 슬라이딩 돌기를 구비한 기어축 등에 의해 구동부와 피동부의 직경을 서로 반비례하도록 용이하게 조절할 수 있다.

셋째, 회전 제한부재에 의해 기어축들이 일방향으로만 회전하도록 제한할 수 있다.

넷째, 제1 원판과 제2 원판의 회전으로 기어부들이 원을 그리며 주체인을 끌고 회전할 때, 제2 기어와 보조체인들에 의해 제1 기어들이 주체인과 빠졌다가 다시 반대편에서 정확하게 맞물리게 할 수 있다.

다섯째, 자동차는 물론 오토바이. 자전거. 전기모터 등의 다양한 무단변속기로서 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기어부를 확대한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 무단 변속장치의 결합사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 구동부의 기어부를 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 피동부의 기어부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 무단 변속장치의 다른 동작을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 보조체인과 길이조절 기어부를 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속장치의 분해사시도, 도 2는 도 1에 도시된 기어부를 확대한 사시도, 도 3은 도 1에 도시된 무단 변속장치의 결합사시도, 도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 구동부의 기어부를 나타낸 사시도, 도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 피동부의 기어부를 나타낸 사시도, 도 8은 도 2에 도시된 무단 변속장치의 다른 동작을 나타낸 사시도, 도 9는 도 1에 도시된 보조체인과 길이조절 기어부를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속장치는 구동부(100), 피동부(200) 및 주체인(310)을 포함한다.

구동부(100)는 동력의 직접적인 전달에 의해 회전가능하며, 직경이 가변적이다. 또한, 피동부(200)는 구동부(100)와 동일한 구조로서 직경이 가변적이고, 구동부(100)와 일정 거리 이격되어 배치된다.

주체인(310)은 동력 전달용 체인으로서 구동부(100)의 동력을 피동부(200)에 전달하고, 구동부(100) 및 피동부(200)를 서로 연결한다. 도 1, 도 3, 도 8, 도 9에서 주체인(310)은 설명의 편의상 점선으로 도시하였다.

먼저, 구동부(100)는 중심축(110), 한 쌍의 제1 원판(120), 한 쌍의 제2 원판(130), 한 쌍의 외축(140), 복수의 기어축(150) 및 복수의 기어부(160)를 포함한다.

중심축(110)은 엔진축 등과 연결되어 동력을 전달받아 회전한다.

한 쌍의 제1 원판(120)은 제1 중앙홀(121)에 의해 중심축(110)의 양측에 외삽되어 고정되고, 반경 방향으로 복수의 나선홈(122)이 형성되어 있다. 제1 원판(120)은 중심축(110)의 외주면에 구비된 원판 등에 볼트로 고정될 수 있다.

한 쌍의 제2 원판(130)은 제1 원판(120)의 외측으로부터 제2 중앙홀(131)에 의해 중심축(110)의 양단에 회전가능하도록 외삽되고, 나선홈(122)의 개수와 대응되는 개수의 직선홈(132)이 반경 방향으로 형성되어 있다.

한 쌍의 외축(140)은 원통 형상으로서 제2 원판(130)의 외측으로부터 중심축(110)의 양단에 외삽되어 제2 원판(130)에 고정된다. 제2 원판(130)은 외축(140)의 외주면에 구비된 원판 등에 볼트로 고정될 수 있다. 외축들(140)은 기계적 또는 전기적으로 동시에 회전하게 할 수 있다.

복수의 기어축(150)은 양단에 슬라이딩 돌기(151)와 일측에 베이스판(BP)을 구비하고, 양단이 각각 나선홈(122)을 통과하여 슬라이딩 돌기(151)가 직선홈(132)에 안착되며, 나선홈(122)의 개수와 대응되는 개수로 배치된다.

기어부(160)는 원통 형상으로서 기어축(150)에 회전 가능하도록 각각 외삽되며, 외주면에 제1 기어(161) 및 일방향으로만 회전하도록 제한하는 회전 제한부재(162)를 구비한다. 도면에서 기어부(160)는 수직방향 기준으로 동일한 방향으로 배치되어 있지만, 공간을 많이 차지하므로 공간의 효율성을 높이기 위해 하나 걸러 수직방향 기준으로 뒤집어서 배치될 수도 있다.

여기서, 회전 제한부재(162)는 라체트 기어(ratchet gear)(162a) 및 라체트 레버(ratchet lever)(162b)를 포함할 수 있다.

라체트 기어(162a)는 기어부(160)의 외주면에 결합되고, 라체트 레버(162b)는 베이스판(BP)에 배치되며 라체트 기어(162a)의 회전을 일방향으로 제한한다. 회전 제한부재(162)는 라체트 레버(162b)가 항상 원위치로 복귀하도록 탄성부재(162c)를 더 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼 기어축(150)에 고정된 베이스판(BP)에 라체트 레버(162b)와 탄성부재(162c)는 배치된다.

도 4를 참조하면 회전 제한부재(162)는 기어부(160)가 시계 반대방향으로는 자유롭게 회전하고, 시계 방향으로는 회전하지 못하도록 구성된 것이 예시되어 있다.

이러한 회전 제한부재들(162)은 원웨이 베어링(One-way bearing)(미도시)일 수도 있다.

도 4 및 도 6에 도시된 것처럼, 주체인(310)은 구동부(100)의 제1 기어들(161)과 피동부(200)의 제1 기어들(261)에 맞물리도록 배치된다.

한편, 제1 원판(120)과 제2 원판(130)의 회전으로 기어부들(160)이 원을 그리며 주체인(310)을 끌고 회전할 때, 제1 기어들(161)이 주체인(310)과 빠졌다가 다시 반대편에서 정확하게 맞물리도록 해야 한다.

이를 위해, 도 5에 도시된 것처럼 기어부들(160)은 외주면에 제2 기어(163)를 더 구비하고, 구동부(100)의 제2 기어들(163)에 맞물리며 동력 전달용 체인인 제1 보조체인(320)을 포함할 수 있다. 도 1, 도 3, 도 8, 도 9에서 제1 보조체인(320)은 설명의 편의상 점선으로 도시하였다.

또한, 제1 보조체인(320)은 제1 보조체인(320)의 길이를 조절하기 위해 제1 보조체인(320)과 맞물리며, 제1 보조체인(320)의 길이 조절이 가능한 복수의 조절기어(171, 172)를 구비한 길이조절 기어부(170)를 각각 포함할 수 있다. 구동부(100)의 기어축들(150) 간의 직경이 변화하기 때문에 그에 따른 제1 보조체인(320)의 길이를 조절하기 위한 길이조절 기어부(170)가 필요하게 된다.

다음으로, 피동부(200) 역시 구동부(100)와 마찬가지로 중심축(210), 한 쌍의 제1 원판(220), 한 쌍의 제2 원판(230), 한 쌍의 외축(240), 복수의 기어축(250) 및 기어부(260)를 포함한다.

피동부(200)의 중심축(210)은 구동부(100)의 중심축(110)과 주체인(310)에 의해 연결되어 회전하게 된다.

피동부(200)의 한 쌍의 제1 원판(220), 한 쌍의 제2 원판(230), 한 쌍의 외축(240), 복수의 기어축(250) 및 기어부(260)는 앞서 설명한 구동부(100)의 중심축(110), 한 쌍의 제1 원판(120), 한 쌍의 제2 원판(130), 한 쌍의 외축(140), 복수의 기어축(150) 및 기어부(160)와 동일한 구조이다.

즉, 한 쌍의 제1 원판(220)은 제1 중앙홀(221)에 의해 중심축(110)의 양측에 외삽되어 고정되고, 반경 방향으로 복수의 나선홈(222)이 형성되어 있다.

한 쌍의 제2 원판(230)은 제1 원판(220)의 외측으로부터 제2 중앙홀(231)에 의해 중심축(210)의 양단에 회전가능하도록 외삽되고, 나선홈(222)의 개수와 대응되는 개수의 직선홈(232)이 반경 방향으로 형성되어 있다.

한 쌍의 외축(240)은 원통 형상으로서 제2 원판(230)의 외측으로부터 중심축(210)의 양단에 외삽되어 제2 원판(230)에 고정된다. 여기서도 외축들(240)은 기계적 또는 전기적으로 동시에 회전하게 할 수 있다.

복수의 기어축(250)은 양단에 슬라이딩 돌기(251)와 일측에 베이스판(BP)을 구비하고, 양단이 각각 나선홈(222)을 통과하여 슬라이딩 돌기(251)가 직선홈(232)에 안착되며, 나선홈(222)의 개수와 대응되는 개수로 배치된다.

기어부(260)는 원통 형상으로서 기어축(250)에 회전 가능하도록 외삽되며, 외주면에 제1 기어(261) 및 일방향으로만 회전하도록 제한하는 회전 제한부재(262)를 구비한다. 여기서도 기어부(260)는 수직방향 기준으로 동일한 방향으로 배치되어 있지만, 공간의 효율성을 높이기 위해 하나 걸러 수직방향 기준으로 뒤집어서 배치될 수도 있다.

여기서도, 회전 제한부재(262)는 기어부(260)의 외주면에 결합되는 라체트 기어(262a), 라체트 레버(262b), 탄성부재(262c) 등을 포함할 수 있으며, 회전 제한부재들(262)은 원웨이 베어링(One-way bearing)(미도시)일 수도 있다. 도 6을 참조하면 회전 제한부재(262)는 기어부(260)가 시계 방향으로는 자유롭게 회전하고, 시계 반대방향으로는 회전하지 못하도록 구성된 것이 예시되어 있다.

여기서도, 주체인(310)은 구동부(100)의 제1 기어들(161)과 피동부(200)의 제1 기어들(261)에 맞물리도록 배치된다.

앞서 설명한 것과 마찬가지로, 제1 원판(220)과 제2 원판(230)의 회전으로 기어부들(260)이 원을 그리며 주체인(310)을 끌고 회전할 때, 제1 기어들(261)이 주체인(310)과 빠졌다가 다시 반대편에서 정확하게 맞물리도록 해야 한다.

이를 위해 도 7에 도시된 것처럼 기어부들(260)은 외주면에 제2 기어(263)를 더 구비하고, 피동부(200)의 제2 기어들(263)에 맞물리며 동력 전달용 체인인 제2 보조체인(330)을 포함할 수 있다. 도 1, 도 3, 도 8, 도 9에서 제2 보조체인(330)은 설명의 편의상 점선으로 도시하였다.

또한, 제2 보조체인(330)은 제2 보조체인(330)의 길이를 조절하기 위해 제2 보조체인(330)과 맞물리며, 제2 보조체인(330)의 길이 조절이 가능한 복수의 조절기어(271, 272)를 구비한 길이조절 기어부(270)를 각각 포함할 수 있다.

구동부(100)의 제1 원판(120)의 나선홈(122)의 나선 방향과, 피동부(200)의 제1 원판(220)의 나선홈(222)의 나선 방향은 서로 반대방향으로 형성된다. 또한, 구동부(100)의 기어부(160)와 피동부(200)의 기어부(260)의 회전 가능방향은 서로반대로 형성되어 있다.

이하에서는 도 3, 도 8, 도 9를 참조하여 앞서 설명한 무단 변속장치의 작동 원리에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 구동력이 구동부(100)에서 피동부(200)로 전달되는 과정에 대해 설명한다. 엔진 등의 구동력이 구동부(100)의 중심축(110)을 회전시키면 주체인(310)으로 연결된 피동부(200)의 중심축(210)이 회전하게 되어 피동부(200)로 전달된다.

즉, 도 3에 도시된 것처럼 구동력에 의해 구동부(100)의 중심축(110)이 시계 반대방향으로 회전하면, 제1 원판(120) 및 제2 원판(130) 역시 동시에 시계 반대방향으로 회전한다. 이때 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 기어부(160)는 라체트 기어(162)에 의해 시계 반대방향으로는 자연스럽게 회전하고 시계 방향으로는 회전하지 못하게 된다.

기어부(160)가 시계 반대방향으로 회전하지 못하기 때문에 제1 원판(120)이 시계 반대방향으로 회전하면 회전하지 못하는 기어부들(160)은 주체인(310)을 끌어 당기게 되어 주체인(310) 역시 시계 반대방향으로 회전하게 된다.

동력전달용 주체인(310)이 시계 반대방향으로 회전하면 주체인(310)에 의해 연결되어 있는 피동부(200)의 기어부(260)가 끌려 오게 된다. 즉, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 피동부(200)의 제1 기어(261)는 라체트 기어(262)에 의해 구동부(100)의 기어부(160)와는 반대로 시계 방향으로는 자연스럽게 회전하고 시계 반대방향으로는 회전하지 못한다. 따라서, 주체인(310)이 시계 반대방향으로 회전하면 주체인(310)에 의해 연결되어 있는 피동부(200)의 기어부(260)가 끌려와서 결국 시계 반대방향으로 회전하고, 이에 의해 동력이 전달되는 것이다.

다음으로, 구동부(100)와 피동부(200)의 직경이 반비례하게 되는 과정에 대해 설명한다.

구동부(100)의 외축(140)이 일정 각도 회전함에 따라 제2 원판(130)이 회전하고, 피동부(200)의 외축(240)이 일정 각도 회전함에 따라 제2 원판(230)이 회전하여 기어축(150, 250) 간의 직경을 가변시켜 구동부(100)와 피동부(200)의 회전수를 다르게 해줄 수 있게 된다.

즉, 구동부(100)의 외축(140)이 시계 반대방향으로 일정 각도 회전하면 제2 원판(130)도 일정 각도 시계 반대방향으로 회전한다. 이때, 도 3에 도시된 것처럼 제1 원판(120)이 제2 원판(130)에 대해 상대적으로 고정된 상태이므로 나선홈(122)을 따라 기어축들(150)도 원을 그리며 시계 반대방향으로 일정 구간만큼 나선 이동하여 기어축들(150) 간의 직경이 작아지게 된다.

마찬가지로, 피동부(200)의 외축(240)이 시계 반대방향으로 회전하면 제2 원판(230)도 시계 반대방향으로 회전한다. 이때, 도 3에 도시된 것처럼 제1 원판(220)이 제2 원판(230)에 대해 상대적으로 고정된 상태이므로 나선홈(222)을 따라 기어축들(250)도 원을 그리며 시계 반대방향으로 나선 이동하여 기어축들(250) 간의 직경이 커지게 된다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 구동부(100)의 외축들(140)을 일정 각도만큼 함께 회전시키면 외축에 고정 결합된 제2 원판(130)이 회전하고 제1 원판(120)의 나선홈(122)과 제2 원판(130)의 직선홈(132)에 동시에 삽입된 기어축(150)이 나선홈(122)을 따라 이동하면서 기어축들(150) 간의 직경의 변화를 가능하게 한다. 외축들(140)은 기계적 또는 전기적으로 동시에 회전하게 할 수 있다.

이때 기어축(150)의 슬라이딩 돌기(151)에 의해 기어축(150) 자체는 직선홈(132)에서 슬라이딩할 뿐 회전하지는 못한다.

주체인(310)의 길이는 일정하기 때문에 구동부(100)의 외축들(140)을 회전시켜 기어축(150) 간의 직경의 변화가 일어나면, 그와 반대로 피동부(200)의 외축들(240) 역시 회전시켜 직경이 반비례하도록 변화시켜야 한다. 이는 피동부(200)의 외축들(240)을 같은 방향으로 회전시킴으로써 자연스럽게 이루어질 수 있다. 다만, 구동부(100)의 변화하는 직경과 피동부(200)의 변화하는 직경이 다르므로 그 직경 변화량을 동일하게 하려면 구동부(100)의 외축들(140)의 회전 각도와 피동부(200)의 외축들(240)의 회전 각도를 서로 다르게 조절할 필요가 있다. 여기서도 외축들(240)은 기계적 또는 전기적으로 동시에 회전하게 할 수 있고, 구동부(100)의 외축들(140)의 회전 각도와 피동부(200)의 외축들(240)의 회전 각도 역시 전자적으로 제어할 수 있다.

이때, 구동부(100)의 기어축들(150) 간의 직경 변화는 변화된 기어축들(150) 간의 직경의 변화량만큼 다른 기어축들(250) 간의 직경들도 동일하게 상대적으로 변화하도록 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 외축들(140)과 외축들(240) 간의 회전 각도를 동일하게 하는 것이 아니고, 직경의 변화량이 동일하도록 개별적으로 회전 각도를 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 제어는 전자식 제어 등에 의해 가능하다.

도 8의 경우는 도 2의 경우와 반대로 구동부(100)의 기어축(150) 간의 직경이 커지고, 피동부(200)의 기어축(250) 간의 직경이 작아지는 것을 나타낸 것이다. 원리는 도 2의 경우와 동일하므로 반복적인 설명은 생략한다.

이러한 동작을 통해 구동부(100) 및 피동부(200)의 기어축(150, 250) 간의 직경의 변화로 구동부(100) 및 피동부(200)의 회전수를 변화시킬 수 있다.

한편, 주체인(310)이 연결되어 있지 않은 상태에서는 기어축들(150)(250) 간의 직경을 쉽게 변화시킬 수 있다. 하지만, 주체인(310)이 연결되어 있고, 만일 기어부(160, 260)가 기어축(150, 250)에 회전 불가능하게 고정 결합되어 있는 상태라면 기어축(150, 250) 간의 간격의 변화가 불가능하므로 직경의 변화도 불가능하다.

아울러, 기어축들(150, 250) 간의 직경이 커진다는 것은 기어축들(150, 250) 간에 간격이 넓어지는 것이기 때문에, 직경이 커지면 기어부(160, 260)가 자연스럽게 회전하여 간격을 넓혀야 한다. 반대로 직경이 작아지면 간격이 좁아지는 것이므로 기어부(160, 260)가 자연스럽게 회전하여 간격을 좁혀야 한다.

따라서, 기어부(160, 260)는 기어축(150, 250)에 대해 일방향으로 회전 가능하도록 배치된다. 즉, 기어축들(150, 250) 간의 직경이 변하면 기어축들(250) 간에 달라진 간격을 제1 기어(161)가 시계 반대방향으로, 제1 기어(261)가 시계 방향으로 자연스럽게 회전하면서 기어축들(250) 간에 달라진 간격을 조절한다.

마지막으로, 제2 기어(163, 263), 제1 보조체인(320), 제2 보조체인(330), 길이조절 기어부(170, 270)에 대해 설명한다.

제1 원판(120, 220)과 제2 원판(130, 230)의 회전으로 기어부들(160, 260)이 원을 그리며 주체인(310)을 끌고 회전할 때, 제1 기어들(161, 261)이 주체인(310)과 빠졌다가 다시 반대편에서 정확하게 맞물리도록 해야 한다. 이를 위해 구비된 제2 기어(163, 263), 제1 보조체인(320), 제2 보조체인(330), 길이조절 기어부(170, 270)에 의해 주체인(310)과 보조체인들(320, 330)의 각 체인 링크들의 간격이 일정하게 유지되며, 제1 기어들(161, 261)이 주체인(310)에 정확하게 맞물리게 된다.

도 9를 참조하면, 구동부(100)의 경우 제1 기어들(161)에는 주체인(310)이, 제2 기어들(163)에는 제1 보조체인(320)이 체결되어 있고, 피동부(200)의 경우 제1 기어들(261)에는 주체인(310)이, 제2 기어들(263)에는 제2 보조체인(330)이 각각 함께 체결되어 있다.

도 9에 도시된 A, B, C, D, E의 위치에 있는 기어부(160)는 제1 기어(161)에 주체인(310)이, 제2 기어(163)에 제1 보조체인(320)이 동시에 체결되어 있기 때문에 주체인(310)과 제1 보조체인(320)의 각 체인 링크들의 간격이 일정하게 유지된다.

이때, 도 9에 도시된 F, G, H의 위치에 있는 기어부(160)는 제2 기어(163)에는 제1 보조체인(320)이 체결되어 있지만, 제1 기어(161)에는 주체인(310)이 체결되어 있지 않다. 하지만, A, B, C, D, E의 위치에 있는 기어부(160)에 의해 주체인(310)과 제1 보조체인(320)의 각 체인 링크들의 간격이 일정하게 유지된 상태이므로 회전하다가 다시 주체인(310)에 정확하게 체결된다.

이 동작들이 반복적으로 계속 이루어지면서 빠졌던 제1 기어(161)가 반대쪽 주체인(310)에 정확하게 끼이면서 자연스럽게 회전할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 동력전달용 주체인(310)과 제1 기어(161, 261)가 맞물려 회전하기 때문에 무단 변속장치이면서도 슬립 현상이 일어나지 않으며, 동력의 손실을 최소로 줄일 수 있고, 나선홈(122, 222)이 형성된 제1 원판(120, 220), 직선홈(132, 232)이 형성된 제2 원판(130, 230) 및 슬라이딩 돌기(151, 251)를 구비한 기어축(150, 250) 등에 의해 구동부(100)와 피동부(200)의 직경을 서로 반비례하도록 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 회전 제한부재(162, 262)에 의해 기어축들(150, 250)이 일방향으로만 회전하도록 제한할 수 있으며, 제1 원판(120, 220)과 제2 원판(130, 230)의 회전으로 기어부들(160, 260)이 원을 그리며 주체인(310)을 끌고 회전할 때, 제1 기어들(161, 261)이 주체인(310)과 빠졌다가 다시 반대편에서 정확하게 맞물리게 할 수 있다.

아울러, 자동차는 물론 오토바이. 자전거. 전기모터 등의 다양한 무단변속기로서 활용이 가능하다.(산업기계, 권양장치, 선박 및 보트의 변속기, 풍력발전, 전기자동차 등)

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100...구동부 200...피동부
110(210)...중심축 120(220)...제1 원판
130(230)...제2 원판 140(240)...외축
150(250)...기어축 160(260)...기어부
170(270)...길이조절 기어부 310...주체인
320...제1 보조체인 330...제2 보조체인

Claims

동력의 직접적인 전달에 의해 회전가능하며, 직경이 가변적인 구동부;
상기 구동부와 동일한 구조로서 직경이 가변적이고, 상기 구동부와 이격되어 배치되는 피동부; 및
상기 구동부의 동력을 상기 피동부에 전달하고, 상기 구동부 및 상기 피동부를 연결하는 주체인을 포함하는 것으로서,
상기 구동부 및 상기 피동부는 각각,
중심축,
제1 중앙홀에 의해 상기 중심축의 양측에 외삽되어 고정되고, 반경 방향으로 복수의 나선홈이 형성된 한 쌍의 제1 원판,
상기 제1 원판의 외측으로부터 제2 중앙홀에 의해 상기 중심축의 양단에 회전가능하도록 외삽되고, 상기 나선홈의 개수와 대응되는 개수의 직선홈이 반경 방향으로 형성된 한 쌍의 제2 원판,
원통 형상으로서 상기 제2 원판의 외측으로부터 상기 중심축의 양단에 외삽되어 상기 제2 원판에 고정되는 한 쌍의 외축,
양단에 슬라이딩 돌기와 일측에 베이스판을 구비하고, 양단이 각각 상기 나선홈을 통과하여 상기 슬라이딩 돌기가 상기 직선홈에 안착되며, 상기 나선홈의 개수와 대응되는 개수로 배치되는 복수의 기어축, 및
원통 형상으로서 상기 기어축에 회전 가능하도록 각각 외삽되며, 외주면에 제1 기어 및 일방향으로만 회전하도록 제한하는 회전 제한부재를 구비하는 복수의 기어부를 포함하되,
상기 주체인은 상기 구동부의 제1 기어들과 상기 피동부의 제1 기어들에 맞물리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동부의 제1 원판의 나선홈의 나선 방향과, 상기 피동부의 제1 원판의 나선홈의 나선 방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동부의 기어부와, 상기 피동부의 기어부의 회전 가능방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전 제한부재는,
상기 기어부의 외주면에 결합되는 라체트 기어(ratchet gear) 및 상기 베이스판에 배치되며 상기 라체트 기어의 회전을 일방향으로 제한하는 라체트 레버(ratchet lever)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전 제한부재들은,
원웨이 베어링(One-way bearing)인 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기어부들은,
외주면에 제2 기어를 더 구비하고,
상기 구동부의 제2 기어들에 맞물리는 제1 보조체인과, 상기 피동부의 제2 기어들에 맞물리는 제2 보조체인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인은,
상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인의 길이를 조절하기 위해 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인과 각각 맞물리며, 상기 제1 보조체인과 상기 제2 보조체인의 길이 조절이 가능한 복수의 조절기어를 구비한 길이조절 기어부를 각각 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.
청구항 6에 있어서,
상기 주체인, 상기 제1 보조체인 및 상기 제2 보조체인은,
상기 제1 기어들 및 상기 제2 기어들에 맞물릴 수 있는 동력 전달용 체인인 것을 특징으로 하는 무단 변속장치.