KR20130085608A - 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무단 변속기(CVT)에 관한 것으로서, 둔각의 원추형 동력 전달면을 갖고 접촉압력을 조절할 수 있는 내구면-외구면 마찰구동방식(traction drive type)의 무단 변속기를 게시한다.

Description

무단 변속기{continuously variable transmission}

본 발명은 무단 변속기(CVT)에 관한 것으로서, 둔각의 원추형 동력 전달면을 갖고 접촉압력을 조절할 수 있는 내구면-외구면 마찰구동방식(traction drive type)의 무단 변속기를 게시한다.

마찰을 이용한 무단 변속기는 단수에 구애받지 않고 연속적인 변속이 가능하여 속도 조절이 용이하고, 상대적으로 간단한 구조를 가져 저중량 설계에 유리하다. 뿐만 아니라 다양한 이론적 잠재성을 가지고 있다. 즉, 엔진의 동력을 최대한 이용하여 우수한 동력성능과 연비향상을 얻을 수 있도록 운전 가능하며, 운전이 쉽고 변속에 따른 충격이 거의 없다. 또한, 차량의 주행조건에 알맞도록 변속 되어 동력성능의 향상을 기대할 수 있고 연비소모를 최소화할 수 있도록 변속패턴을 설정하는 데 자유롭다.

이러한 이론적 잠재성이 있음에도 무단변속기는 현실적으로 동력밀도 및 동력전달 효율이 낮아 열 발생이 심하며, 수명시간이 짧고 속도범위가 좁으며, 동력전달 용량을 크게 하는데 제약이 있어서 그동안 실용화가 어려운 문제점이 있었다.

이와 같은 마찰을 이용한 무단변속기는, 다양한 종류가 제안되어 있지만 특히 풀리를 가변시키는 가변 벨트 방식(various pulley-belt type)과 롤러(마찰차)를 이용한 마찰전동 방식(traction drive type) 등이 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 특징이 있다. 그러나 이러한 가변풀리-벨트 방식의 변속장치는, 벨트를 금속으로 특수 제작해야 하는 단점이 있고, 변속범위가 좁고 동력전달의 범위가 크게 제한된다는 한계가 있다.

마찰전동방식 무단변속기는 토로이달 무단변속기(Toroidal CVT)와 내구면-외구면 마찰구동식 무단변속기를 들 수 있다. 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 동력전달 성능도 상당히 커서 중형 승용차에 사용이 검토되고 있다. 그러나 외구면과 외구면이 접촉하여 동력을 전달하므로 큰 동력을 전달하기 위하여 큰 전단압력을 접촉부에 가해야 하기 때문에 무단 변속기의 크기가 커지고 무거워진다.

내구면-외구면 마찰구동식 무단변속기는 주산알 또는 원추형의 롤러를 경사지게 지지하고 마찰 링의 내주면에 접촉시켜 마찰력에 의해 힘을 전달하며, 마찰 링이 이동하며 롤러의 접촉 유효반경을 바꿔줌으로써 변속비를 연속적으로 변화시키고 무단변속을 실현한다. 이러한 형태의 무단변속기는 토로이달형 보다 동력전달 성능이 커서 산업용의 많은 적용 예가 있으며, 복잡한 별도의 유압장치 없이 구동축 및 종동축에 전달되는 동력을 이용한 간단한 기계식 가압유닛에 의해 로터간 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있다.

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.

상술한 가변풀리-벨트 방식이나 기존의 마찰전동방식의 무단변속기를 차량에 적용하려면 차량 성능과 연계된 급발진, 급가속 등의 기능을 위하여, 또는 급정차(Panic Stop) 후에 재발진을 위해 낮은 변속비로 변속하는데 추가 장치가 필요함에 따라 이론적으로 간단한 구성이던 무단 변속기가 실제로는 구조가 매우 복잡해진다.

JP 05-106702 10

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따라서 상기의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 복잡한 별도의 유압장치 없이 구동축 및 종동축에 전달되는 동력을 이용한 간단한 기계식 가압유닛에 의해 마찰 접촉부의 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있는 무단 변속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 급정지 후 재발진이나 급발진, 급가속 등의 기능을 위하여 추가 장치가 필요 없어 실질적으로 조작이 간편하고, 구조가 간단하여 부품 수를 줄일 수 있고, 크기가 작고 가벼우며, 저렴하게 제조할 수 있는 무단 변속기를 제공하는 것이다.

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

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 무단 변속기는 입력축으로부터 동력을 전달받는 추진력 전달용 부재 및 출력축으로 동력을 전달하는 변속링, 원추형 형상으로 상기 추진력 전달용 링 부재로부터 동력을 전달받아 변속링으로 동력을 전달하는 원추형 굴림대, 상기 원추형 굴림대를 지지하는 홀더, 상기 변속링의 위치를 제어하여 변속을 수행하는 변속조작장치를 갖는 원추형 동력전달 부재를 이용한 무단 변속기에 있어서, 상기 원추형 굴림대가 변속링과 가압접촉하게 원추형 굴림대를 지지하는 궤도링과 링부재의 위치를 제어하여 상기 원추형 굴림대와 변속링 사이의 접촉압력을 제어하는 접촉압력 조작장치를 갖는 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.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 실시 예로서 중심축이 회전하는 무단변속기의 단면도
도 2는 도 1의 사시도
도 3은 도 1의 단면도

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 가장 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 중심축 또는 지지부재의 중심축에 평행인 축을 따르는 방향 또는 위치를 나타내기 위해 사용된다. 용어 "반경방향" 및 "방사상"은 변속기의 중심축에 대해 직각으로 연장된 방향 또는 위치를 나타내기 위해 사용된다.

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 자전거의 뒷바퀴에 설치할 수 있게 구성된 무단변속기의 단면도이며, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 AA 단면도이다.

변속기가 사용되는 모든 부분에 적용될 수 있다.

1 : 입력축, 2 : 출력축, 3 : 변속링, 4 : 원추형굴림대
5 : 원추면, 8 : 홀더, 11 : 궤도링, 12 : 압력발생장치
20 : 변속조작장치, 21 : 연동부재 23 : 링부재

Claims (14)

1. 입력축으로부터 동력을 전달받는 추진력 전달용 부재 및 출력축으로 동력을 전달하는 변속링, 원추형 형상으로 상기 추진력 전달용 링 부재로부터 동력을 전달받아 변속링으로 동력을 전달하는 원추형 굴림대, 상기 원추형 굴림대를 지지하는 홀더, 상기 변속링의 위치를 제어하여 변속을 수행하는 변속조작장치를 갖는 원추형 동력전달 부재를 이용한 무단 변속기에 있어서, 상기 원추형 굴림대가 변속링과 가압접촉하게 원추형 굴림대를 지지하는 궤도링과 링부재의 위치를 제어하여 상기 원추형 굴림대와 변속링 사이의 접촉압력을 제어하는 접촉압력 조작장치를 갖는 무단변속기
2. 제 1항에 있어서, 상기 궤도링과 링부재는 원추형 굴림대와 접하는 면이 경사져 있는 것인 무단변속기
3. 제 1항에 있어서, 상기 접촉압력 조절장치는 상기 궤도링과 링부재를 출력축의 축방향으로 위치를 제어하는 것인 무단변속기
4. 제 1항에 있어서, 상기 접촉압력 조절장치는 상기 궤도링과 링부재를 서로 반대 방향으로 위치를 제어하는 것인 무단변속기
5. 제 1항에 있어서, 상기 접촉압력 조절장치는 상기 궤도링과 링부재를 동시에 위치를 제어하는 것인 무단변속기
6. 제 1항에 있어서, 상기 궤도링은 변속기의 하우징에 대해 회전 불가능하고 변속기의 축방향으로 이동 가능하게 결합한 것인 무단변속기
7. 제 1항에 있어서, 상기 궤도링은 궤도링과 하우징 사이에 위치한 링형의 축방향 쐐기에 의해 위치가 제어되는 것인 무단변속기
8. 제 1항에 있어서, 상기 궤도링 또는 축방향 쐐기는 유압 또는 공압 또는 전동 액추에이터에 의해 위치가 제어되는 것인 무단변속기
9. 제 1항에 있어서, 상기 링부재는 변속링과 축방향으로 이동 가능하게 결합함과 동시에 출력축에 대해 회전 불가능하고 축방향으로 이동 가능하게 결합한 연동부재에 회전 가능하게 지지 되어 있는 것인 무단변속기
10. 제 1항에 있어서, 상기 링부재는 링부재와 하우징 또는 출력축 사이에 위치한 링형의 축방향 쐐기에 의해 위치가 제어되는 것인 무단변속기
11. 제 1항에 있어서, 상기 링부재 또는 축방향 쐐기는 유압 또는 공압 또는 전동 액추에이터에 의해 위치가 제어되는 것인 무단변속기
12. 제 1항에 있어서,
13. 제 1항에 있어서,
14. 제 1항에 있어서,
    

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