KR20120010629A - 가변디스크 및 이를 이용한 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계장치에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 구동축의 동력을 임의 회전속도로 변속하여 종동축으로 전달할 수 있는 무단변속기에 관한 것이다.
본 발명의 무단변속기는 동력장치의 축에 결합되어 회전하면서 동력을 제공하는 구동디스크(1), 이 구동디스크로부터 동력을 제공받는 종동디스크(2), 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 사이에 감겨 동력을 전달하는 체인 또는 벨트인 전동벨트(3), 그리고 전동벨트(3)의 장력을 유지하는 텐셔너(4)로 구성된다.
본 발명의 무단변속기는 구동디스크(1) 또는 종동디스크(2) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 가변디스크를 사용한다. 가변디스크에는 다수개의 이동휠이 구동축에서 동일한 거리인 벨트회전반경을 가지도록 방사상으로 배치되는데, 이 벨트회전반경이 요구되는 변속비에 따라 가변적으로 변하는 구조로 구성된다. 그리고 각각의 이동휠의 축에는 래칫휠이 구비되어 있어서, 이동휠은 한쪽 방향으로만 회전을 하고 반대방향으로는 회전을 하지 않는다.
본 발명의 무단변속기는 아주 큰 변속비를 얻을 수 있고, 통상의 변속기에 비하여 구조가 아주 간단하여 저렴한 비용으로 생산할 수 있다. 그리고 본 발명의 무단변속기를 자동차에 사용할 경우 자동차의 속도, 엔진 회전속도, 엔진출력 등 다양한 제어변수를 기준으로 최적의 변속비로 변속을 할 수 있다.

Description

가변디스크 및 이를 이용한 무단변속기{Variable Disc and Continuously Variable Transmission Using the Disc}

본 발명은 기계장치에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 구동축의 동력을 임의 회전속도로 변속하여 종동축으로 전달할 수 있는 무단변속기에 관한 것이다.

엔진, 모터 등의 동력발생장치를 사용하는 기계들은 통상적으로 동력발생장치의 축인 구동축의 회전을 일정한 속도로 변경하여 종동축으로 전달하여 동력발생장치의 동력을 이용하고 있다.

회전기계에서 동력(Power, P)은 회전력인 토크(Torque, T)와 회전속도(ω)를 곱한 값으로서(P = T?ω), 동력발생장치에서 발생하는 동력이 일정한 경우, 회전속도가 빠르면 토크가 작아지고, 회전속도가 느리면 토크가 커진다. 따라서 기계장치는 풀리, 기어 등의 동력전달장치를 이용하여 구동축의 회전속도를 필요한 회전속도로 변경하여 종동축으로 전달하는 방식으로 구성되어 있다.

종동축에 연결된 기계장치가 일정한 회전속도로 운전하는 경우, 동력전달장치를 이용하여 구동축의 회전 속도를 일정한 비율로 변경하여 종동축을 구동한다. 그러나 자동차 등과 같이 운전 상황에 따라 종동축의 회전속도가 변하는 경우, 구동축과 종동축의 회전속도비를 필요에 따라 변경할 수 있는 변속기를 사용한다.

자동차에 사용하는 변속기는 이수비가 서로 다른 기어 쌍을 선택할 수 있는 다단변속기를 사용하고 있다. 그리고 자전거의 경우 구동축인 페달축과 종동축인 후륜축에 지름이 서로 다른 스프로켓휠을 다수개 구비하여, 체인이 걸리는 스프로켓휠을 선택하게 하는 방식의 다단변속기를 채택하고 있다.

상기와 같은 다단변속기들은 유한한 단수로 밖에 변속이 되지 않는다. 특히 자동차의 경우 최고 효율을 내는 엔진의 회전속도가 정해져 있는데, 자동차의 변속기는 유한한 단수의 다단변속기이므로 자동차의 주행속도에 따라 최적의 변속비로 변속을 할 수 없다. 이에 따라 엔진회전수를 최고 효율의 회전수로 유지할 수 없어 연료의 소비가 많아지고, 또한 변속이 일어날 때 충격이 발생하는 문제점이 있다.

다단변속기는 상기와 같은 문제점이 있는바, 회전속도비를 임의로 조절할 수 있는 무단변속기가 필요하다. 현재 여러 가지 형태의 무단변속기가 개발되어 사용되고 있는데, 마찰차를 이용한 무단변속기가 주류를 이루고 있다. 그러나 마찰차를 이용한 무단변속기는 마찰차의 특성상 동력전달이 확실치 않고, 마찰차의 마모가 크고, 또한 동력손실이 큰 문제점이 있다.

무단변속기의 하나로는 도 13에 도시한 바와 같이 벨트풀리를 고정판과 가동판으로 구성하고, 가동판이 고정판과 가까워지면 벨트홈이 좁아지고 가동판이 고정판과 멀어지면 벨트홈이 넓어지는 가변풀리를 사용하는 것이 있다. 이와 같이 가변풀리를 구동축 또는 종동축에 사용한 가변변속기는 (a)와 같이 벨트홈이 좁아지면 밸트가 풀리의 외부로 밀려나서 유효반지름(R1)이 커지고, (b)와 같이 벨트홈이 넓어지면 밸트가 풀리의 중심방향으로 들어오게 되어 유효반지름(R2)이 작아져서 일정 범위에서 변속이 가능하다.

상기와 같은 가변풀리를 사용하는 무단변속기 또한 풀리와 벨트 사이의 마찰을 이용하는 것으로서 동력전달이 불확실하고, 변속 범위가 제한적이고, 그리고 큰 동력을 전달할 수 없다. 그리고 벨트 홈이 좁아질 때 벨트에 과도한 압력이 작용하여 동력전달이 원활하지 못할 염려가 있다.

최근에 상기와 같이 마찰차를 이용하거나 가변풀리를 사용하는 무단변속기 이외에도 다양한 종류의 무단변속기가 개발되어 특허출원이 되고 있는데, 모두 구조가 아주 복잡하여 제작에 많은 비용이 소요되고 또한 고장이 날 확률이 높다.

상기와 같이 지금까지 알려진 무단변속기들은 모두 동력전달이 확실치 않거나, 큰 동력을 전달할 수 없거나, 변속비가 크지 않거나, 또는 구조가 아주 복잡하여 고가인 문제점이 있다.

따라서 동력전달이 확실하고, 큰 동력을 전달할 수 있고, 또한 구조가 간단하여 저렴하게 제작할 수 있고 고장의 염려가 적은 무단변속기가 필요하다.

본 발명의 무단변속기는 동력장치의 축에 결합되어 회전하면서 동력을 제공하는 구동디스크(1), 이 구동디스크로부터 동력을 제공받는 종동디스크(2), 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 사이에 감겨 동력을 전달하는 체인 또는 벨트인 전동벨트(3), 그리고 전동벨트(3)의 장력을 유지하는 텐셔너(4)로 구성된다.

본 발명의 무단변속기는 구동디스크(1) 또는 종동디스크(2) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 가변디스크를 사용한다. 가변디스크에는 다수개의 이동휠이 구동축에서 동일한 거리인 벨트회전반경을 가지도록 방사상으로 배치되는데, 이 벨트회전반경이 요구되는 변속비에 따라 가변적으로 변하는 구조로 구성된다. 그리고 각각의 이동휠의 축에는 래칫휠이 구비되어 있어서, 이동휠이 한쪽 방향으로만 회전하고 반대방향으로는 회전하지 않는다.

본 발명의 무단변속기는 가변디스크를 사용하여, 구동디스크(1)와 종동디스크(2)의 전동벨트가 디스크에 감기는 벨트회전반경을 임의로 조절함으로써, 임의의 회전수비로 변속을 할 수 있도록 하였다.

본 발명의 무단변속기는 종동축에서 원하는 임의의 회전속도비로 변속할 수 있다. 또한 본 발명의 변속기는 통상의 변속기에 비하여 구조가 아주 간단하여 저렴한 비용으로 생산할 수 있다.

본발명의 무단변속기는 제어가 용이하여, 자동차에 사용할 경우 자동차의 속도, 엔진 회전속도, 엔진출력 등 다양한 제어변수를 기준으로 최적의 제어를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 무단변속기의 전체 구성도이다.
도 2는 액추에이터 방식의 가변디스크의 구성도이다.
도 3은 다른 실시예의 액추에이터 방식의 가변디스크의 구성도이다.
도 4는 유압공급장치의 구성도이다.
도 5는 무단변속기에 적용가능한 가변디스크의 배치도이다.
도 6은 본 발명의 무단변속기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 경사판 방식의 가변디스크의 구성도이다.
도 8은 링크 방식의 가변디스크의 구성도이다.
도 9는 양 링크 방식의 가변디스크의 구성도이다.
도 10은 클러치식역전장치를 구비한 무단변속기 구성도이다.
도 11은 유성기어식역전장치를 구비한 무단변속기 구성도이다.
도 12는 유성기어식역전장치를 구비한 무단변속기의 다른 실시예이다.
도 13은 종래의 가변디스크의 구성도이다.

본 발명의 무단변속기는 도 1에 도시한 바와 같이, 동력장치의 축에 결합되어 회전하면서 동력을 제공하는 구동디스크(1), 구동디스크(1)로부터 동력을 제공받는 종동디스크(2), 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 사이에 감겨 동력을 전달하는 체인 또는 벨트인 전동벨트(3), 그리고 전동벨트(3)의 장력을 유지하는 텐셔너(4)로 구성된다. 그리고 필요에 따라 아이들러(5)를 추가로 구비하여, 전동벨트(3)와 구동디스크(1) 및 종동디스크(2)와의 접촉하는 부위를 더 길게 할 수 있다.

상기 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 그리고 아이들러(5)의 축들은 베어링을 이용하여 변속기하우징(미도시)에 결합된다. 텐셔너(4)는 몸체(41)가 변속기하우징 부착되고, 전동벨트에 항상 일정한 장력이 걸리도록 스프링(42)에 의하여 텐션풀리 또는 텐션스프로켓(43)이 전동벨트(3)를 누르고 있다.

본 발명의 무단변속기는 구동디스크(1) 또는 종동디스크(2) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 가변디스크를 사용한다. 가변디스크는 다수개의 이동휠과 회전장치 그리고 조정장치로 구성된다. 이동휠은 벨트 또는 체인인 전동수단이 감겨서 돌아가는 것으로서, 래칫휠을 구비하여 한쪽 방향으로만 회전하고 반대방향으로는 회전하지 않는다. 회전장치는 기계장치의 회전축에 결합되어 회전하는 것으로서, 상기 이동휠들이 기계장치의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되도록 결속하되, 각각의 이동휠들을 회전축에서 멀어지거나 가까워지도록 이동할 수 있게 하여, 이동휠들의 외곽을 연결하여 형성되는 벨트회전반경이 변할 수 있도록 한다. 그리고 조정장치는 상기 회전장치에서 벨트회전반경을 크게 하거나 작게 하는 조정을 한다.

구동디스크(1) 또는 종동디스크(2)에 사용되는 가변디스크는 여러 가지 형식으로 구성할 수 있는데 그중 하나의 실시예는 액추에이터 방식의 가변디스크(10)로서 도 2에 도시한 바와 같이, 디스크몸체(11), 디스크몸체(11)에 방사상으로 다수 개가 결합된 액추에이터(12), 각 액추에이터(12)의 로드 끝단에 부착되는 가이드블록(13), 가이드블록(13)의 한쪽 끝에 결합되는 그리고 이동휠(14), 그리고 액추에이터(12)의 작동을 제어하는 제어장치(15)로 구성된다.

디스크몸체(11)는 일정 두께의 원판으로서, 중심부에 축구멍(111)이 뚫려 있고, 방사상으로 사용되는 액추에이터 수만큼 가이드홈(112)이 형성되어 있다. 디스크몸체(11)에는 무게를 줄이기 위하여 다수개의 구멍(113)을 뚫을 수 있다.

액추에이터(12)는 상기 디스크몸체(11)의 각 가이드홈(112) 부위에 방사상으로 다수 개가 결합된다. 본 발명에 사용되는 액추에이터는 액추에이터몸체(121)에서 로드(122)가 신장 또는 수축하는 것으로서 제어 신호에 따라 신장되는 로드(122)의 길이가 제어되는 것을 사용하는데, 이러한 운동제어가 가능한 액추에이터는 시판되고 있다. 사용가능한 액추에이터(12)로는 전기액추에이터, 유압액추에이터, 또는 공압액추에이터 등이 사용될 수 있다.

액추에이터(12)로 유압액추에이터(또는 공압액추에이터, 유압액추에이터와 공압액추에이터는 작동유체로 유압유를 사용하거나 압축공기를 사용하는 차이만 있을 뿐 구조와 작동원리는 동일하므로, 본 명세서에서는 이를 통칭하여 유압액추에이터라 칭함.)를 사용할 경우, 액추에이터에 작동유를 공급하는 유압공급장치(16)가 필요하다. 유압공급장치는 후술한다.

가이드블록(13)은 상기 액추에이터(12)의 로드(122)의 끝단에 결합되어, 액추에이터의 작동에 따라 상기 디스크몸체(11)의 가이드홈(112)을 따라 이동을 한다.

이동휠(14)는 휠(141)의 중심부에 래칫휠(142)이 결합되어 있고, 래칫휠(142)의 중심부에는 휠축(143)이 결합되어 있는데, 휠축(143)이 상기 가이드블록(13)의 일단에 고정되어 회전한다. 이와 같이 이동휠(14)은 래칫휠(142)이 구비되어 있어서, 한쪽 방향으로만 회전을 하고 반대방향으로는 회전을 하지 않는다.

휠(141)은 사용하는 전동벨트(3)에 따라 적절한 것이 사용되는데, 전동벨트로 체인을 사용할 경우 스프로켓(Sprocket)이 사용되고, V벨트를 사용할 경우 V홈풀리가 사용된다. 큰 동력을 전달하기 위하여 전동벨트를 여러 가닥을 사용하거나 다열 체인을 사용할 경우 그에 따라 다수 개를 사용할 수 있다.

래칫휠(142)은 한쪽 방향으로는 회전을 하고 한쪽 방향으로는 회전을 하지 않는 휠로서, 나사를 둘리는 공구인 래칫 등에 많이 사용되는데, 베이링 기능을 겸한 래칫휠인 클러치베어링이 시판되고 있으므로, 이를 사용하면 편리하다.

이동휠(14)은 다수 개가 상기와 같이 가이드블록(13)에 결합되어 디스크몸체(11)의 면에 원형으로 배열되고, 이들 다수개의 이동휠(14)에 전동벨트(3)가 감겨서 회전을 한다. 이동휠(14)은 전동벨트(3)가 인장을 받는 방향으로는 회전을 하지 않고, 전동벨트(3)가 이완되는 방향으로는 회전을 할 수 있게 설치된다.

가변디스크(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 액추에이터(12)가 결합된 디스크몸체(11)를 마주보게 배치하고, 가이드블록(13)의 양단에 각각 액추에이터(12)의 로드(122)를 결합하여, 이동휠(14)의 제어력을 크게 하고, 구조적으로 안전하게 구성할 수도 있다.

액추에이터(12)로 유압액추에이터를 사용하는 경우, 액추에이터들이 디스크몸체(11)에 부착되어 회전을 하는 중에도 작동유를 공급할 수 있어야 하므로, 별도의 유압공급장치가 필요하다.

본 발명의 가변디스크(10)에 사용되는 유압공급장치(16)는 도 4에 도시한 바와 같이, 변속기 몸체에 고정되어 회전하지 않는 고정부(161), 회전축에 고정되어 가변디스크와 함께 회전하는 회전부(162), 그리고 회전부(162)에 결합되어 작동유의 유로를 변환하는 유로전환밸브(164)로 구성된다.

고정부(161)와 회전부(162)는 결합되었을 때 공급부(S)와 회수부(R)가 동심원상으로 형성되는데, 공급부에는 작동유파이프(163)가 연결되어 외부로부터 고압의 작동유가 공급되고, 회수부에는 작동유파이프(163)가 연결되어 액추에이터(12)에서 회수되는 작동유가 외부로 배출된다.

유로전환밸브(164)는 포트가 4개인 밸브로서, 각 액추에이터(12)의 하단에 연결되는 작동유파이프(163)가 모두 한곳에 모여서 유로전환밸브(164)의 하나의 포트에 연결되고, 각 액추에이터(12)의 상단에 연결되는 작동유파이프(163)도 모두 한곳에 모여서 유로전환밸브(164)의 다른 포트에 연결된다. 그리고 유로전환밸브(164)의 나머지 두 포트는 각각 공급부(S)와 회수부(R)에 연결된다.

유로전환밸브(164)는 액추에이터(12)가 신장되는 제어신호를 받으면 액추에이터(12)의 하단부에 공급부(S)의 작동유가 공급되도록 하고, 액추에이터가 수축되는 제어신호를 받으면 액추에이터(12)의 상단부에 작동유가 공급되도록 유로를 형성한다. 그리고 회수되는 작동유는 회수부로 회수되게 한다. 유로전환밸브(164)로는 4로밸브(4 Way Valve)사용되는데, 시중에 이러한 기능을 가진 4로밸브가 시판되고 있다.

본발명의 가변디스크(10)는 상기와 같이 하나의 유로전환밸브(164)를 사용하는 대신에, 각 액추에이터(12)에 각각 유로전환밸브(164)를 구비하여 각 액추에이터를 개별적으로 제어할 수도 있다.

본 발명의 무단변속기는 도 5에 도시한 바와 같이 다양한 방법으로 구성할 수 있는데, (a)와 같이 구동디스크(1)로 가변디스크(10)를 사용하고 종동디스크(2)로는 일정크기의 전동휠(전동벨트로 체인을 사용하는 경우 스프로켓휠이 사용되고, 전동벨트로 V벨트를 사용할 경우 V벨트풀리)을 사용하거나, (b)와 같이 구동디스크(1)로 일정크기의 전동휠을 사용하고 종동디스크(2)로는 가변디스크(10)를 사용하거나, (c)와 같이 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 모두 가변디스크(10)를 사용할 수 있다. 특히 (c)와 같이 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 모두 가변디스크(10)를 사용할 경우, 구동디스크(1)는 최대로 확장하고 종동디스크(2)는 최소로 축소하여 종동축의 회전속도를 아주 크게 하거나, 구동디스크(1)는 최소로 축소하고 종동디스크는 최대로 확장하여 종동축의 회전속도를 아주 높게 할 수 있으므로, 변속범위를 아주 크게 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 무단변속기의 작동을 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 모두 가변디스크(10)를 사용한 경우에 대해서 도 6을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

구동측 가변디스크가 확장할 때는 액추에이터(12)들의 작동에 따라 이동휠(14)들이 디스크몸체(11)의 원주 방향으로 밀려나게 되고, 각 이동휠(14)들 간의 간격이 넓어지는데, 이 경우 4번 이동휠을 기준으로 3, 2, 1번 이동휠들이 도면의 반시계방향으로 자전을 하면서 이동휠(14)들 간의 간격이 넓어지는 것을 허용한다. 이때 1번 이동휠이 가장 많이 자전하고, 2번, 3번 이동휠이 순으로 큰 자전이 일어난다.(이때 전동벨트의 이송속도가 1번 이동휠이 자전하는 만큼 빨라지게 되고 종동디스크의 회전속도가 증가한다.) 이동휠들이 시계방향으로 자전하면서 가변디스크에 감기는 길이가 증가한 전동벨트(3)의 길이는 텐셔너(4)가 아래로 밀리면서 공급된다.

구동측 가변디스크가 축소할 때는 액추에이터(12)들의 작동에 따라 이동휠(14)들이 디스크몸체(11)의 중심 방향으로 모여들게 되고, 각 이동휠(14)들 간의 간격이 좁아지는데, 이동휠들이 시계방향으로 자전하면서 가변디스크에 감기는 길이가 감소한 전동벨트(3)는 텐셔너(4)가 위로 밀리면서 흡수한다. 이때 4번 이동휠이 가장 많이 자전하고, 3번, 2번 이동휠 순으로 큰 자전이 일어난다.

종동측 가변디스크가 확장할 때는 액추에이터(12)들의 작동에 따라 이동휠(14)들이 디스크몸체(11)의 원주 방향으로 밀려나게 되고, 각 이동휠(14)들 간의 간격이 넓어지는데, 이 경우 4번 이동휠을 기준으로 3, 2, 1번 이동휠 들이 도면의 시계방향으로 자전을 하면서 이동휠(14)들 간의 간격이 넓어지는 것을 허용한다. 이때 1번 이동휠이 가장 많이 자전하고, 2번, 3번 이동휠이 순으로 큰 자전이 일어난다.(이때 종동측 가변디스크는 반 시계방향으로 공전을 하고, 이동휠은 시계방향으로 자전을 한다. 전동벨트의 이송속도는 1번 이동휠이 자전하는 만큼 느려지게 되고 종동디스크의 회전속도가 감소한다.) 이동휠들이 시계방향으로 자전하면서 가변디스크에 감기는 길이가 증가한 전동벨트(3)의 길이는 텐셔너(4)가 아래로 밀리면서 공급된다.

종동측 가변디스크가 축소할 때는 액추에이터(12)들의 작동에 따라 이동휠(14)들이 디스크몸체(11)의 중심 방향으로 모여들게 되고, 각 이동휠(14)들 간의 간격이 좁아지는데, 이동휠들이 시계방향으로 자전하면서 가변디스크에 감기는 길이가 감소한 전동벨트(3)는 텐셔너(4)가 위로 밀리면서 흡수한다. 이때 4번 이동휠이 가장 많이 자전하고, 3번, 2번 이동휠 순으로 큰 자전이 일어난다.

상기와 같이 가변디스크(10)는 래칫휠(142)이 구비된 이동휠(14)을 장착하여, 이동휠(14)이 디스크몸체(11)에서 한쪽 방향으로 자전을 하게 함으로써, 동력은 전달할 수 있으면서 가변디스크가 축소 또는 확장할 때 가변디스크에 감기는 전동벨트의 길이 변화를 수용할 수 있다.

상기와 같이, 하나의 디스크몸체(11)에 유한 개의 이동휠(14)이 있는 가변디스크(10)는 디스크몸체(11)의 회전각도에 따라 벨트 또는 체인의 전송속도가 상이하게 되어 진동과 소음의 원인이 될 수 있다. 이 경우 하나의 축에 상기 가변디스크(10) 여러 개를 사용하고, 사용하는 각각의 가변디스크(10)에 별도의 체인 또는 벨트를 사용하되, 각각의 디스크몸체(11)에 결합되는 이동휠(14)의 위치가 서로 어긋나게 하여 극복할 수 있다. 사용하는 가변디스크의 개수를 많이 할수록 벨트의 전송속도는 점점 더 균일해진다.

가변디스크의 다른 실시예는 도 7에 도시한 바와 같이 경사판 방식의 가변디스크(10-1)로 구성할 수도 있다. 이 경사판 방식의 가변디스크(10-1)는 한쪽으로 경사면을 가진 원추형 경사판(11-1) 2개를 마주보게 배치하고, 두 경사판(11-1) 사이에 상기 이동휠(14)이 결합되어 구성된다. 경사판(11-1)은 구동축에 스플라인 등으로 결합되어 전후로 미끄러질 수 있도록 결합된다.

경사판(11-1)은 이동휠(14)의 수만큼 가이드홈(111-1)을 구비하여 이동휠(14)의 축이 경사판(11-1)의 중심으로 또는 가장자리로 이동할 수 있게 한다. 이동휠(14)의 휠축(143)의 양단에는 상기 가이드홈(111-1)에 결합되어 미끄러질 수 있는 가이드판(143-1)이 구비된다. 양 경사판(11-1)의 거리가 가까워지면 이동휠(14)이 가장자리로 밀려나서 벨트회전반경이 커지고, 양 경사판(11-1)의 거리가 멀어지면 이동휠(14)이 중심으로 이동하여 벨트회전반경이 작아진다.

가이드판(143-1)의 바닥면에는 롤러 또는 구름베어링을 구비하여 가이드홈(111-1)에서 잘 미끄러지게 할 수 있다. 변속을 할 때는 유압 또는 기계적 방법으로 양 경사판(11-1)에 힘을 가하여 경사판의 간격을 조절한다.

가변디스크의 또 다른 실시예는 도 8에 도시한 바와 같이 링크 방식으로 구성할 수 있다. 이 링크 방식의 가변디스크(10-2)는 축에 고정되어 회전하는 것으로서 상기 유공압 방식의 가변디스크의 디스크몸체(11)와 동일한 가이드디스크(11-2), 상기 유공압 방식의 가변디스크의 가이드블록(13)과 동일한 가이드블록(11-21), 축에 삽입되어 전후로 미끄러지는 변속슬리브(11-22), 가이드디스크(11-2)변속슬리브(11-22)와 상기 가이드블록(11-21)을 연결하는 링크(11-23), 그리고 상기 가이드블록(11-21)에 결합된 이동휠(14)로 구성된다.

상기와 같은 링크방식의 가변디스크(10-2)에서 변속슬리브(11-22)가 가이드디스크(11-2)에 접근하면 링크(11-23)가 가이드블록(11-21)이 가이드디스크(11-2)의 가장자리로 밀려나서 벨트회전반경이 커지고, 변속슬리브(11-22)가 가이드디스크(11-2)에서 멀어지면 링크(11-23)가 가이드블록(11-21)을 중심으로 이동하여 벨트회전반경이 작아진다. 변속을 할 때는 유압 또는 기계적 방법으로 변속슬리브(11-22)에 힘을 가하여 가이드디스크(11-2)와의 간격을 조절한다.

가변디스크의 또 다른 실시예는 도 9에 도시한 바와 같이 양링크 방식으로 구성할 수 있다. 이 양링크 방식의 가변디스크(10-3)는 상기 링크방식의 가변디스크(10-2)에서 가이드디스크(11-2) 대신에 변속슬리브(11-22)와 링크(11-23)를 양쪽에 사용하여 구성한다.

상기 양링크방식의 가변디스크(11-3)에서 양 변속슬리브(11-22)가 서로 접근하면 링크(11-23)가 가이드블록(11-21)을 가장자리로 밀어내어 벨트회전반경이 커지고, 양 변속슬리브(11-22)가 서로 멀어지면 링크(11-23)가 가이드블록(11-21)을 중심으로 당겨서 벨트회전반경이 작아진다. 변속을 할 때는 유압 또는 기계적 방법으로 양 변속슬리브(11-22)에 힘을 가하여 간격을 조절한다.

본 발명의 무단변속기는 역전장치를 구비하여 종동축의 회전을 구동축과 반대방향으로 회전시킬 수 있다.

역전장치의 한 실시예로는 도 10에 도시한 바와 같은 클러치식역전장치(6)가 있다. 클러치식역전장치(6)는 구동축과 종동축에 각각 클러치(61)를 구비하고, 구동축 클러치(61)의 뒤에 한 쌍의 기어쌍(62)를 구비하고, 구동축에 물려 회전하는 기어축(63)과 종동축에 각각 풀리(64, 전동벨트로 체인을 사용할 경우 스프로켓)를 구비하고, 그리고 이들 풀리(64)를 감고 회전하는 벨트 또는 체인인 전동벨트(65)로 구성된다.

상기와 같은 클러치식역전장치(6)는 정회전을 할 때는 (a)에 도시한 바와 같이, 구동축의 클러치는 끊어지고, 종동축의 클러치는 연결되어 역전정치가 작동을 하지 아니하여 정회전이 일어난다. 그리고 역회전을 할 때는 (b)에 도시한 바와 같이, 구동축의 클러치는 연결되고, 종동축의 클러치는 끊어져서 동력이 역전장치를 통하여 종동축으로 전달되는데, 기어쌍(62)에서 구동축의 회전방향이 역전되어 동동축도 역회전을 하게 된다. 이때 기이쌍(62)의 잇수비와 풀리(64)의 직경비를 적절히 선택하여 역회전을 할 때 회전수비를 조절할 수 있다.

역전장치의 다른 실시예로는 도 11에 도시한 바와 같은 유성기어식역전장치(7)가 있다. 유성기어식역전장치(7)는 종동축에 설치되는데, 통상의 유성기어장치와 유사하게 종동디스크(2)의 축에 결합되는 썬기어(71), 썬기어(71) 주위를 공전하면서 자전하는 유성기어(72), 유성기어(72)들을 결속하는 캐리어(73), 유성기어(72)들이 내접하여 공전을 하는 링기어(74), 그리고 캐리어(73)의 일단에 결합되어 캐리어와 함께 전진 또는 후진하는 전동체(75)로 구성된다.

썬기어(71)는 한쪽 면에 전동돌기(711)가 구비되어 있다. 그리고 캐리어(73)는 썬기어(71)의 축을 따라 전진 또는 후진하는데, 회전하지 못하도록 회전운동이 구속된다.

링기어(74)의 중심부에는 축이 결합된다. 링기어(74)는 상부에 상기 유성기어(72)들이 물리는 내접기어(741)가 형성되어 있고, 중심부에는 캐리어(73)와 전동체(75)를 수용할 수 있는 2단홈(742)이 형성되어 있다. 2단홈(742)의 단 부위에는 전동체(75)가 물려 회전력을 전달할 수 있는 전동체결합부(743)가 형성되어 있다.

전동체(75)는 원기둥형상으로서, 상부 측면에는 상기 캐리어(73)의 끝단에 걸리는 홈(751)이 원주를 따라 구비되어 있고, 상면에는 상기 썬기어(71)의 전동돌기(711)와 결합되어 회전력을 전달할 수 있는 전동홈(752)이 형성되어 있고, 하부 측면에는 링기어(74)의 전동체결합부(743)와 물리는 결합돌기(753)가 형성되어 있다.

상기 유성기어식역전장치(7)가 정회전을 할 때는, 캐리어(73)가 링기어(74)에서 빠져 나와 유성기어(72)와 링기어(74)의 내접기어(741)가 분리되고, 전동체(75)의 전동홈(752)은 썬기어(71)의 전동돌기(711)에 물리게 되고, 결합돌기(753)는 링기어(74)의 전동체결합부(743)와 물리게 되어, 썬기어(71) 축의 동력이 유성기어(72)를 거치지 않고, 직접 링기어(74)의 축으로 전달되어 회전방향이 변하지 않는다.

유성기어식역전장치(7)가 역회전을 할 때는, 캐리어(73)가 링기어(74) 쪽으로 전진하여 유성기어(72)와 링기어(74)의 내접기어(741)가 물리게 되고, 전동체(75)의 전동홈(752)은 썬기어(71)의 전동돌기(711)에 빠지고, 결합돌기(753)는 링기어(74)의 전동체결합부(743)에서 빠지게 되어, 썬기어(71) 축의 동력이 유성기어(72)를 거쳐 링기어(74)의 축으로 전달되는데, 유성기어(72)에 의하여 회전방향이 역전된다.

유성기어식역전장치의 다른 실시예로는 상기 유성기어식역전장치(7)를 변형한 것으로서, 도 12에 도시한 바와 같이 전동체(75)를 사용하는 대신에 클러치(75-1)을 사용하여 유성기어식역전장치(7-1)를 구성할 수 있다. 클러치(75-1)는 전동돌기(711)와 링기어(74) 사이에 설치되는데, 정회전을 하기 위하여 유성기어(72)가 링기어(74)에서 분리될 때는 클러치(75-1)가 연결되어 썬기어의 동력이 전동돌기(711)를 통하여 링기어(74)로 연결된다. 그리고 역회전을 하기 위하여 유성기어(72)가 링기어(74)에 결합될 때는 클러치(75-1)가 끊어져서 썬기어의 동력이 유성기어(72)를 통하여 링기어(74)로 연결된다.

1 : 구동디스크, 2 : 종동디스크, 3 : 전동벨트, 4 : 텐셔너,
5 : 아이들러, 6 : 클러치식역전장치, 7 : 유성기어식역전장치,
10 : 액추에이터 방식 가변디스크, 11 : 디스크몸체, 12 : 액추에이터,
13 : 가이드블록, 14 : 이동휠, 15 : 제어장치, 16 : 유압공급장치,
42 : 몸체, 42 : 스프링, 43 : 텐션롤러,
61 : 클러치, 62 : 기어쌍, 63 :기어축, 64 : 풀리, 65 : 전동벨트,
71 : 썬기어, 72 : 유성기어, 73 : 캐리어, 74 : 링기어, 75 : 전동체.
10-1 : 경사판방식 가변디스크, 11-1 : 경사판, 111-1 : 가이드홈,
143-1 : 가이드판,
10-2 : 링크 방식 가변디스크, 11-2 : 가이드디스크,
11-21 : 가이드블록, 11-22 : 변속슬리브, 11-23 : 링크,
10-3 : 양 링크 방식 가변디스크, 75-1 : 클러치.

Claims (12)

1. 벨트 또는 체인인 전동수단이 감겨서 돌아가는 것으로서, 한쪽 방향으로만 회전하고 반대방향으로는 회전하지 못하는 래칫휠을 구비한 다수개의 이동휠;
   기계장치의 회전축에 결합되어 회전하는 것으로서, 상기 이동휠들이 기계장치의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되도록 결속하되, 각각의 이동휠들을 회전축에서 멀어지거나 가까워지도록 이동할 수 있도록 하여, 이동휠들의 외곽을 연결하여 형성되는 벨트회전반경이 변할 수 있도록 하는 회전장치;
   그리고, 상기 회전장치에서 벨트회전반경을 크게 하거나 작게 하는 회전반경조정장치;
   로 구성되는, 무단변속기용 가변디스크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전장치는, 일정 두께의 원판으로서, 중심부에 축구멍(111)이 뚫려 있고, 방사상으로 사용되는 액추에이터 수만큼 가이드홈(112)이 형성되어 있는 디스크몸체(11)와, 상기 디스크몸체(11)의 가이드홈(112)을 따라 이동하는 다수 개의 가이드블록(13)으로 구성되는 회전장치이고;
   상기 이동휠은, 상기 각 가이드블록(13)에 결합되어 디스크몸체(11)의 면에 원형으로 배열되어 전동벨트가 감겨서 돌아가는 것으로서, 벨트 또는 체인인 전동벨트가 감겨 돌아갈 수 있는 벨트풀리 또는 스프로켓인 휠(141), 상기 휠(141)의 중심부에 결합되어 휠(141)을 한쪽 방향으로만 회전하게 하는 래칫휠(142), 그리고 상기 래칫휠(142)의 중심부에 결합되는 것으로서 상기 가이드블록(13)에 결합되어 회전하는 휠축(143)으로 구성되는 이동휠(14)이고;
   상기 조정장치는 상기 디스크몸체(11)의 각 가이드홈(112) 부위에 방사상으로 다수 개가 결합되는 것으로서, 액추에이터몸체(121)와 상기 액추에이터몸체(121)에서 신장 또는 수축하는 로드(122)로 구성되고, 로드(122)의 끝이 상기 회전장치의 가이드블록(13)에 결합되는 액추에이터(12)를 사용한 조정정치;
   인 것을 특징으로 하는, 액추에이터 방식의 무단변속기용 가변디스크(10).
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전장치는, 한쪽으로 경사면을 가진 원추형 경사판(11-1) 2개를 마주보게 배치하고, 각 경사판(11-2)의 경사면에는 다수개의 가이드홈(111-1)이 방사상으로 형성되어 있는 경사판 방식의 회전장치이고;
   상기 이동휠은, 상기 원추형 경사판(11-1)의 양 각 가이드홈(111-1)에 결합되어 양 경사판(11-1) 사이에서 원형으로 배열되어 전동벨트가 감겨서 돌아가는 것으로서, 벨트 또는 체인인 전동벨트가 감겨 돌아갈 수 있는 벨트풀리 또는 스프로켓인 휠(141), 상기 휠(141)의 중심부에 결합되어 휠(141)을 한쪽 방향으로만 회전하게 하는 래칫휠(142), 그리고 상기 는 래칫휠(142)의 중심부에 결합되는 것으로서 양단에 상기 가이드홈(111-1)에 결합되어 미끄러지는 가이드판(143-1)이 구비된 휠축(143)으로 구성되는 이동휠(14)이고;
   상기 조정장치는, 유압 또는 기계식으로 양 경사판(11-1)의 간격을 조정하는 조정장치;
   인 것을 특징으로 하는, 경사판 방식의 무단변속기용 가변디스크(10-1).
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전장치는, 상기 액추에이터 방식의 가변디스크(10)의 디스크몸체(11)와 동일한 가이드디스크(11-2), 상기 액추에이터 방식의 가변디스크의 가이드블록(13)과 동일한 가이드블록(11-21), 회전축에 삽입되어 전후로 미끄러지는 변속슬리브(11-22), 그리고 상기 가이드디스크(11-2)와 변속슬리브(11-22)와 상기 가이드블록(11-21)들과 양단이 핀으로 연결되는 다수 개의 링크(11-23)로 구성되는 링크 방식의 회전장치이고,
   상기 이동휠은, 상기 각 가이드블록(11-21)에 결합되어 가이드디스크(11-2)의 면에 원형으로 배열되어 전동벨트가 감겨서 돌아가는 것으로서, 벨트 또는 체인인 전동벨트가 감겨 돌아갈 수 있는 벨트풀리 또는 스프로켓인 휠(141), 상기 휠(141)의 중심부에 결합되어 휠(141)을 한쪽 방향으로만 회전하게 하는 래칫휠(142), 그리고 상기 래칫휠(142)의 중심부에 결합되는 것으로서 상기 가이드블록(11-21)에 결합되어 회전하는 휠축(143)으로 구성되는 이동휠(14)이고;
   상기 조정장치는, 유압 또는 기계식으로 상기 변속슬리브(11-22)를 축을 따라 가이드디스크(11-2)와의 거리를 조정하는 조정장치;
   인 것을 특징으로 하는, 링크 방식의 무단변속기용 가변디스크(10-2).
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전장치는, 상기 링크 방식의 무단변속기용 가변디스크(10-2)의 것과 동일한 변속슬리브(11-22)와 링크(11-23)가 두 개가 서로 마주보게 배치되고, 서로 마주보는 각 링크(11-23)의 끝에는 가이드블록(11-21)이 결합된 회전장치이고,
   상기 이동휠은, 전동벨트가 감겨서 돌아가는 것으로서, 벨트 또는 체인인 전동벨트가 감겨 돌아갈 수 있는 벨트풀리 또는 스프로켓인 휠(141), 상기 휠(141)의 중심부에 결합되어 휠(141)을 한쪽 방향으로만 회전하게 하는 래칫휠(142), 그리고 상기 래칫휠(142)의 중심부에 결합되는 것으로서 상기 서로 마주보는 각 쌍의 가이드블록(11-21)에 양단이 결합되어 회전하는 휠축(143)으로 구성되는 이동휠(14)이고;
   상기 조정장치는, 유압 또는 기계식으로 상기 두 변속슬리브(11-22)의 거리를 조정하는 조정장치;
   인 것을 특징으로 하는, 양 링크 방식의 무단변속기용 가변디스크(10-3).
6. 제2항에 있어서, 상기 가변디스크(10)는,
   액추에이터(12)가 결합된 디스크몸체(11) 하나 더 구비하여, 두 디스크몸체(11)가 서로 마주보게 배치되고, 가이드블록(13)의 양단에 각 디스크몸체(11)에 구비된 액추에이터(12)의 로드(122)에 결합되어, 이동휠(14)의 제어력을 크게 한 것을 특징으로 하는, 무단변속기용 가변디스크(10).
7. 제2항에 있어서, 상기 가변디스크(10)는,
   상기 가변디스크(10)의 액추에이터(12)가 유압액추에이터 또는 공압액추에이터이고;
   변속기 몸체에 고정되어 회전하지 않는 고정부(161)와 회전축 또는 디스크몸체(11)에 고정되어 가변디스크와 함께 회전하는 회전부(162)로 구성되어 고정부(161)와 회전부(162)가 결합되었을 때 공급부(S)와 회수부(R)가 동심원상으로 형성되고, 상기 공급부(S)와 회수부(R)를 각 액추에아터(12)의 액추에이터몸체(121) 상단 또는 하단에 선택적으로 작동유를 공급하도록 유로를 형성하는 유로전환밸브(164)를 구비한 유압공급장치(16)를 추가로 구비하여;
   유압 또는 공압을 이용하여 작동하는 것을 특징으로 하는, 무단변속기용 가변디스크(10).
8. 동력장치의 축에 결합되어 회전하면서 동력을 제공하는 구동디스크(1), 상기 구동디스크(1)로부터 동력을 제공받는 종동디스크(2), 상기 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 사이에 감겨 동력을 전달하는 체인 또는 벨트인 전동벨트(3), 그리고 상기 전동벨트(3)의 장력을 유지하는 텐셔너(4)로 구성되는 변속기에 있어서:
   상기 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 중 어느 하나 또는 구동디스크(1)와 종동디스크(2) 모두가 제1항 내지 제7항의 가변디스크 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 무단변속기.
9. 제8항에 있어서, 상기 무단변속기는,
   상기 액추에이터(12)의 작동을 제어하는 제어장치(15)를 추가로 구비하여, 액추에이터몸체(121)에서 로드(122)가 신장 또는 수축되는 길이를 제어함으로써, 가변디스크(10)에 감겨서 돌아가는 전동벨트의 유효반경을 조절하여 변속비를 제어하는 것을 특징으로 하는, 무단변속기.
10. 제8항에 있어서, 상기 무단변속기는,
    구동축과 종동축에 각각 구비된 클러치(61);
    상기 구동축 클러치(61)의 뒤에 구비되는 한 쌍의 기어쌍(62);
    상기 기어쌍의 기어축(63)과 종동축에 각각 구비된 풀리(64);
    그리고 상기 풀리(64)를 감고 회전하는 전동벨트(65);
    로 구성되는 클러치식역전장치(6)를 추가로 구비하여, 종동축의 역회전이 가능한 것을 특징으로 하는, 무단변속기.
11. 제8항에 있어서, 상기 무단변속기는,
    종동디스크(2)의 축에 결합되어 종동축과 함께 회전하는 것으로서, 한쪽 면에 전동돌기(711)가 구비되어 있는 썬기어(71);
    상기 썬기어(71) 주위를 공전하면서 자전하는 유성기어(72);
    유성기어(72)들이 결합되어 있는 것으로서, 상기 썬기어(71)의 축을 따라 전진 또는 후진하는 운동을 하고 회전운동이 구속되어 회전을 하지않는 케리어(73);
    유성기어(72)들이 내접하여 공전을 하는 것으로서, 상부에 상기 유성기어(72)들이 물리는 내접기어(741)가 형성되어 있고, 중심부에는 상기 캐리어(73)와 하기 전동체(75)를 수용할 수 있는 2단홈(742)이 형성되어 있고, 2단홈(742)의 하단에는 하기 전동체(75)가 물려 회전력을 전달할 수 있는 전동체결합부(743)가 형성되어 있는 링기어(74);
    그리고, 원기둥형상으로서 상부 측면에는 상기 캐리어(73)의 끝단에 걸리는 홈(751)이 원주를 따라 구비되어 있고, 상면에는 상기 썬기어(71)의 전동돌기(711)와 결합되어 회전력을 전달할 수 있는 전동홈(752)이 형성되어 있고, 하부 측면에는 링기어(74)의 전동체결합부(743)와 물리는 결합돌기(753)가 형성되어 있는 것으로서, 캐리어(73)와 함께 전진 또는 후진하면서 상기 썬기어(71)의 회전력을 유성기어(72)를 통하여 링기어(74)로 전달하거나 또는 썬기어(71)의 회전력을 직접 링기어(74)로 전달하는 전동체(75);
    로 구성되는 유성기어식역전장치(7)를 추가로 구비하여, 종동축의 역회전이 가능한 것을 특징으로 하는, 무단변속기.
12. 제8항에 있어서, 상기 무단변속기는,
    종동디스크(2)의 축에 결합되어 종동축과 함께 회전하는 것으로서, 한쪽 면에 전동돌기가 구비되어 있는 썬기어(71);
    상기 썬기어(71) 주위를 공전하면서 자전하는 유성기어(72);
    상기 유성기어(72)들이 결합되어 있는 것으로서, 상기 썬기어(71)의 축을 따라 전진 또는 후진하는 운동을 하고 회전운동이 구속되어 회전을 하지않는 캐리어(73);
    상기 유성기어(72)들이 내접하여 공전을 하는 것으로서, 상부에 상기 유성기어(72)들이 물리는 내접기어(741)가 형성되어 있고, 중심부에는 하기 클러치(75-1)를 수용할 수 있는 홈이 형성되어 있는 링기어(74);
    그리고, 상기 썬기어(71)의 전동돌기의 외면과 상기 링기어(74)의 홈 내면 사이에 설치되어, 썬기어(71) 축의 동력이 링기어(74)로 전달되도록 하거나 동력이 차단되도곡 하는 클러치(75-1);
    로 구성되는 유성기어식역전장치(7-1)를 추가로 구비하여, 종동축의 역회전이 가능한 것을 특징으로 하는, 무단변속기.
    

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