KR20130124706A - 무단 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저속으로 변속시 종동풀리의 이동풀리면이 벨트의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 벨트의 장력을 유지시켜주게 함으로써, 플래핑 현상을 방지하여 차량이 울컥 거리지 않고 더욱 더 부드럽고 안정적인 변속이 이루어질 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 회전속도에 따라 구동풀리의 반경을 조절해 주는 캠 암이 롤러를 따라 안정적으로 움직일 수 있도록 함으로써, 회전속도가 급격하게 가감속되더라도 이에 대하여 캠암이 롤러에 의해 항상 정해진 궤적을 따라 움직이면서 구동풀리의 반경이 부드럽고 원활하게 가감되게 되어 변속 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

Description

무단 변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저속으로 변속시 종동측에서 발생되는 벨트의 미끌림 현상(플래핑 현상)을 최소화하여 부드럽고 안정적으로 변속이 이루어질 수 있도록 한 무단 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 변속기는 컨버터를 이용하는 것으로 중대형 차량에 많이 사용되는 자동변속기와 벨트를 이용하여 차속에 따라 연속적으로 변속되며 중소형 차량에 많이 적용하여 사용되는 (연속)무단변속기(CVT; Continuously Variable Transmission)로 구분할 수 있다.

이러한 CVT는 엔진과 같은 동력발생장치에 연결되는 구동축과 실제 동력을 전달받는 종동축에 각각 구동풀리와 종동풀리가 하나의 벨트에 의해 연결되어 동력전달이 이루어진다.

이때, 종동풀리와 구동풀리는 각각 그 반경이 가변되도록 구성되는데, 그 반경의 크기는 서로 반대로 작용하게 형성된다. 즉, 저속에서는 구동풀리의의 직경이 작고 종동풀리의 직경의 크며, 반대로 고속으로 갈수록 구동풀리의 직경이 커지고 종동풀리의 직경이 작아지도록 구성된다. 그리고, 이들 종동풀리와 구동풀리는 하나의 벨트에 의해 연결되어 연동한다.

하지만, 이러한 종래의 CVT는 다음과 같은 문제가 발생하였다.

1) 고속으로 주행중 저속으로 변속하게 되면 구동풀리에 반경은 작아지고 종동풀리의 반경이 커지게 되는데, 이때문에 구동풀리의 회전량보다 종동풀리의 회전량이 많아서 구동풀리와 종동풀리 사이의 벨트가 출렁이듯이 미끌리는 플래핑 현상이 발생한다.

2) 이러한 플래핑 현상은 종동풀리와 벨트 사이의 슬립 현상을 발생시켜 동력전달이 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라 차량의 동력전달이 원활하게 이루어지지 않아 승차감을 떨어뜨리는 요인으로 작용하였다.

3) 이러한 플래핑 현상은 저속으로 변속시 지속적으로 나타나기 때문에 변속 작용이 많은 경우 승차감을 더욱 더 악화시키는 요인으로 작용하였다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 저속으로 변속시 종동풀리의 이동풀리면이 벨트의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 벨트의 장력을 유지시켜주게 함으로써, 플래핑 현상을 방지하여 차량이 울컥 거리지 않고 더욱 더 부드럽고 안정적인 변속이 이루어질 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 회전속도에 따라 구동풀리의 반경을 조절해 주는 캠 암이 가이드를 따라 안정적으로 움직일 수 있도록 함으로써, 회전속도가 급격하게 가감속되더라도 이에 대하여 캠암이 가이드에 의해 항상 정해진 궤적을 따라 움직이면서 구동풀리의 반경이 부드럽고 원활하게 가감되게 되어 변속 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무단 변속기는, 종동풀리와 구동풀리 사이에 벨트로 연결되어 구동되는 무단 변속기에 있어서, 종동축에 고정된 고정풀리면; 상기 종동축을 따라 움직이면서 일면이 고정풀리면과 마주보도록 설치된 이동풀리면; 상기 이동풀리면이 고정풀리면을 향하여 탄성지지하면서 저속으로 변속시에 벨트가 처지지 않도록 이동풀리면을 회전시켜 주는 토션 스프링이 구비되며, 상기 종동축의 단부에 장착된 가이드 블럭;를 포함하는 종동풀리;, 및 구동축에 고정된 고정풀리면; 밸런스 스프링의 탄성지지를 받으면서 고정풀리면과 마주보도록 구동축에 설치된 이동풀리면; 및 상기 이동풀리면에 장착되어 구동축의 회전속도에 비례하여 밸런스 스프링의 탄성력을 이기면서 이 이동풀리면이 고정풀리면측으로 이동시켜 주는 캠 암;을 포함하는 구동풀리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 토션 스프링은 벨트의 회전방향과 반대방향으로 이동풀리면을 회전시켜 주는 것을 특징으로 한다. 이러한 상기 토션 스프링은, 무부하 상태(저속 상태)에서는 이동풀리면이 고정풀리면과 맞닿게 하고, 부하가 걸리는 상태(가속 상태)에서는 이동풀리면이 고정풀리면으로부터 멀어지면서 비틀림 장력을 받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동풀리면과 가이드 블럭의 마주보는 면에는 토션 스프링에 의해 회전하는 이동풀리면을 안내할 수 있도록 각각 적어도 하나의 캠과 캠 가이드가 형성된 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 캠과 캠 가이드는 2~4개를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구동축의 단부에는 방열팬이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸런스 스프링은, 저속 상태에서는 무부하 상태로 있고, 저속 상태에서 고속 상태로 변함에 따라 점차 압축되면서 탄성력을 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동풀리면과 밸런스 스프링 사이에는 캠 암의 회전을 안내하기 위한 가이드가 구비된 스파이더가 더 설치된 것을 특징으로 한다. 이때의 가이드는 롤러인 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 캠 암은 구동축의 회전속도에 따라 가이드와 맞닿는 외표면의 형상이 미리 형성된 형태로 형성하여 원심력이 급격하게 가변되지 않도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무단 변속기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 저속으로 변속시 종동풀리의 이동풀리면이 종동풀리와 반대방향으로 회전하면서 벨트의 미끌림을 방지하여 줌으로써, 변속시 차량이 울컥거리는 플래핑 현상을 방지하여 승차감을 향상시킬 수 있게 된다.

2) 구동풀리의 고정풀리면과 이동풀리면 사이의 폭 조절을 통하여 구동풀리의 직경을 조절해 주는 캠 암이, 미리 정해진 루트를 따라서 움직이도록 가이드를 통해 안내하도록 구성함으로써, 이동풀리면이 부드럽고 안정적으로 변속이 이루어질 수 있도록 유도할 수 있게 된다.

3) 구동축에 구동팬을 더 구비함으로써, 동력 전달과정과 변속과정에서 발생된 열과 각 구성요소들간의 마찰로 인하여 발생된 열을 효과적으로 방출하여 냉각효과를 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 종동풀리의 구성을 보여주기 위한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 종동풀리가 저속인 상태를 보여주기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 종동풀리가 고속인 상태를 보여주기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 구동풀리의 구성을 보여주기 위한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 구동풀리의 구성을 보여주기 위해 저속과 고곳 구간의 상태를 동시에 보여주는 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명은 벨트(B)에 의해 구동되며, 구동축(S2)의 회전속도에 비례하여 그 반경이 가변되는 종동풀리(100)와 구동풀리(200)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 종동풀리(100)는 저속으로 변속시 이동풀리면(120)이 벨트(B)의 회전방향과 반대로 회전하게 하여 벨트(B)의 떨림이나 슬립과 같은 플래핑 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 구동풀리(200)는 구동축(S2)의 가감속 속도에 따라 이동풀리면(220)을 이동시켜 주는 캠 암(230)이 속도에 따라 미리 정해진 경로를 따라서 움직이도록 함으로써, 구동풀리의 변속이 안정적이고 부드럽게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<종동풀리>

도 1은 본 발명에 종동풀리의 구성을 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 종동풀리가 저속인 상태를 보여주기 위한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 종동풀리가 고속인 상태를 보여주기 위한 단면도이다.

본 발명에 따른 종동풀리(100)는, 회전속도에 따라 반경이 가변되도록 하기 위한 고정풀리면(110) 및 이동풀리면(120), 이 이동풀리면(120)을 탄성지지하여 고정풀리면(110)을 향하도록 탄성지지해 주는 토션 스프링(132)이 구비된 가이드 블럭(130)을 포함한다.

고정풀리면(110)과 이동풀리면(120)은 서로 마주보는 테두리 부분에 벨트(B)를 회전지지하기 위한 실질적인 풀리를 구성하는 구성요소이다. 이러한 고정풀리면(110)은 종동축(S1)에 고정되고, 이동풀리면(120)은 이 종동축(S1)에 그 길이방향을 따라서 움직일 수 있도록 장착된다.

도면에서, 이동풀리면(120)은 고정풀리면(110)을 지지하기 위하여 종동축(S1)에 스플라인과 같은 방식으로 회전되지 않도록 고정된 축 리브에 끼워져서 종동축(S1)의 길이방향으로 움직이도록 설치된 예를 보여주고 있다.

또한, 상기 이동풀리면(120)에는 고정풀리면(110)과 마주하지 않는 면에 캠(121)이 형성된다. 이 캠(121)은 후술하게 될 가이드 블럭(130)의 캠 가이드(131)를 따라 미리 정해진 방향으로 이동풀리면(120)이 회전안내하도록 유도하게 되는데, 이에 대해서는 후술한다. 이러한 캠(121)은 캠 가이드(131)와 동일한 갯수만큼 형성하게 되는데, 가장 바람직하기로는 2~4개를 형성하는 것이 좋다. 이는 적어도 2개를 구성해야 대칭이 되게 형성하여 원심력이 편중되지 않게 할 수 있고, 4개보다 많으면 회전하는데 보다 안정적일 수는 있으나 구성이 조잡해질 뿐만 아니라 조립과 유지보수에 어려움이 따르기 때문이다.

가이드 블럭(130)은 이동풀리면(120)이 종동축(S1)의 길이방향으로 움직이면서 회전할 수 있도록 안내한다. 이때, 상기 가이드 블럭(130)은 캠(121)과 마주보도록 종동축(S1)의 선단부에 고정되며, 특히 이 이동풀리면(120)을 가압하여 항상 고정풀리면(110)과 마주보도록 토션 스프링(132)이 구비된다.

토션 스프링(132)은, 도 2와 같이 저속구간에서는 종동풀리(100)의 반경이 최대가 되도록 고정풀리면(110)과 이동풀리면(120)이 맞닿게 탄성력을 제공하게 된다. 그리고, 도 3과 같이 고속구간에서는 벨트(B)의 장력에 의해 고정풀리면(110)으로부터 이동풀리면(120)이 벌어지지게 되는데, 이로 인하여 토션 스프링(132)은 압축되면서 종동풀리(100)의 반경이 작아지게 하는 역할을 한다.

특히, 상기 토션 스프링(132)은 비틀렸다가 원래 상태로 돌아갈 때, 즉 고속 구간에서 저속으로 변속될 때(도 3에서 도 2로의 변속)에 이동풀리면(120)이 벨트(B)의 회전방향과 반대로 회전하도록 설치한다. 이는, 저속으로 변속하게 되면, 종동풀리(100)의 반경이 구동풀리(200)보다 커지게 됨에 따라 발생되는 플래핑 현상을 방지하기 위함이다. 즉, 직경이 작은 구동풀리(200)의 회전량보다 직경이 큰 종동풀리(100)의 회전량이 많기 때문에 그만큼 벨트(B)의 장력이 약해져서 출렁이듯 하여 플래핑 현상이 발생하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 종동풀리(100)를 반대방향으로 회전시킴으로써 이러한 슬립 현상 등을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 상기 가이드 블럭(130)에는 상술한 캠(121)과 마주보는 면에 캠 가이드(131)가 형성된다. 캠 가이드(131)는 캠(121)이 일정한 방향으로 회전할 수 있도록 안내하기 위한 것이다. 즉, 상술한 바와 같이, 저속으로 변속시 이동풀리면(120)이 토션 스프링(132)에 의해 종동축(S1)을 중심으로 회전하게 되는데, 이때 캠(121)이 미리 정해진 형태의 캠 가이드(131)와 접하여 움직이도록 구성하여 이동풀리면(120)이 비틀림에 상관없이 일정한 경로(캠이 맞닿아서 움직이는 캠 가이드의 형상)를 따라서 움직일 수 있도록 유도하기 위함이다.

<구동풀리>

도 4는 본 발명에 따른 구동풀리의 구성을 보여주기 위한 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 구동풀리의 구성을 보여주기 위해 저속과 고곳 구간의 상태를 동시에 보여주는 단면도이다.

본 발명에 따른 구동풀리(200)는 벨트(B)를 지지할 수 있도록 종동풀리(100)와 나란하게 장착된 구동축(S2)에 설치되는 고정풀리면(210)과 이동풀리면(220), 그리고 구동축(S2)의 회전속도에 비례하여 고정풀리면(210)과 이동풀리면(220) 사이의 간격을 조절시켜 주도록 이동풀리면(220)에 장착되는 캠 암(230)을 포함한다.

특히, 이동풀리면(220)은 밸런스 스프링(221)의 탄성지지를 받으면서 저속의 위치, 즉 구동풀리(200)의 직경이 최소가 되도록, 도 5에서 구동축(S2)을 중심으로 위쪽에 도시한 바와 같이, 탄성지지를 받도록 설치된다.

이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

고정풀리면(210)과 이동풀리면(220)은, 상술한 종동풀리(100)와 같이, 실제 구동풀리(100)를 구성하며 벨트(B)를 지지해 주기 위한 풀리를 형성하는 구성요소이다.

이때, 상기 고정풀리면(210)은 구동축(S2)에 고정되고, 이동풀리면(220)은 구동축(S2)의 축방향을 따라 움직이면서 고정풀리면(210)과 마주보도록 설치된다.

특히, 상기 이동풀리면(220)에는 고정풀리면(210)과 마주보지 않는 면을 감싸도록 커버(222)가 구비된다. 그리고, 커버(222)와 구동축(S2) 사이에는 도 5의 구동축(S2) 상부와 같이 밸런스 스프링(221)이 장착된다. 이때 밸런스 스프링(221)은 부하가 가해지지 않은 상태로서 고정풀리면(210)과 일정한 간격 즉, 구동풀리(200)의 반경이 최소가 되는 저속 상태로 있게 한다.

캠 암(230)은 상기 커버(222) 내부에 위치하도록 이동풀리면(220)에 장착된다. 이때, 캠 암(230)은 적어도 2개가 구동축(S2)을 중심으로 하는 가상의 원주상에 배치되며, 구동축(S2)이 회전함에 따라 원심력에 의해 구동축(S2)을 중심으로 바깥쪽으로 벌어지면서 회전하도록 설치된다.

이러한 캠 암(230)은 구동축(S2)의 회전속도에 비례하여 원심력의 세기가 달라지게 되는데, 원심력이 커짐에 따라 밸런스 스프링(221)의 탄성력을 이기면서 도 5에서 아래와 같이, 이동풀리면(220)을 고정풀리면(210)으로 이동시켜 주게 된다.

즉, 캠 암(230)은 구동축(S2)의 회전속도에 비례하여 회전하게 되는데, 이에 따라 구동축(S2)의 중심으로부터 그 단부까지의 길이가 길어지면서 점차 원심력도 함께 꺼지게 되는 것이다. 이처럼 커지는 원심력은 점차적으로 밸런스 스프링(221)의 탄성력보다 커지면서 밸런스 스프링(221)을 압축하게 되어, 결국 이동풀리면(220)이 고정풀리면(210)과의 간격을 좁혀 구동풀리(200)의 직경이 커지게 하여 고속 상태를 유지하게 되는 것이다.

한편, 고속 상태에서 저속으로 변속이 되게 되면, 회전속도의 감소로 원심력이 작아지면서 밸런스 스프링(221)의 탄성력에 의해, 도 5의 위와 같이 원래 위치로 되돌아 가게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 구동축(S2)에는 커버(222) 내부에 위치하도록 스파이더(250)를 고정설치하고, 이 스파이더(250)에는 상기 캠 암(230)이 회전함에 따라 급격하게 동작하지 않고 캠 암(230)의 미리 정해진 형상을 따라 안내하도록 가이드(251)를 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 구동축(S2)의 회전이 급격하게 변함에 따라 캠 암(230)의 원심력이 급격하게 변하더라도 캠 암(230)이 이 가이드(251)에 걸려 마치 스톱퍼 처럼 회급격한 회전을 방지할 수 있게 함으로써, 이동풀리면(220)이 급격하게 고정풀리면(210)과의 간격이 넓어지거나 좁아지지 않고 항상 캠 암(230)의 형상에 따라서 부드럽게 회전하도록 유도하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 구동축(S2)의 선단에는 방열팬(240)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 방열팬(240)은 구동축(S2), 즉 엔동력발생장치라든가 변속기어 등으로부터 발생된 열을 냉각시켜 줌으로써, 각 구성요소들의 파손을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

이상과 같이 본 발명은 저속으로 감속시 종동풀리의 이동풀리면이 벨트와 반대방향으로 회전하게 하면서 실제 변속을 위한 구동풀리의 이동풀리면이 너무 급격하게 이동되지 않게 함으로써, 벨트의 플래핑 발생을 억제하여 보다 부드러운 변속이 가능하게 되는 것이다.

100 : 종동풀리
110, 210 : 고정풀리면
120, 220 : 이동풀리면
121 : 캠
130 : 가이드 블럭
131 : 캠 가이드
132 : 토션 스프링
200 : 구동풀리
221 : 밸런스 스프링
222 : 커버
230 : 캠 암
240 : 방열팬
2520 : 스파이더
251 : 롤러

Claims (10)

1. 종동풀리(100)와 구동풀리(200) 사이에 벨트(B)로 연결되어 구동되는 무단 변속기에 있어서,
   종동축(S1)에 고정된 고정풀리면(110); 상기 종동축(S1)을 따라 움직이면서 일면이 고정풀리면(110)과 마주보도록 설치된 이동풀리면(120); 상기 이동풀리면(120)이 고정풀리면(110)을 향하여 탄성지지하면서 저속으로 변속시에 벨트(B)가 처지지 않도록 이동풀리면(120)을 회전시켜 주는 토션 스프링(132)이 구비되며, 상기 종동축(S1)의 단부에 장착된 가이드 블럭(130);를 포함하는 종동풀리(100); 및
   구동축(S2)에 고정된 고정풀리면(210); 밸런스 스프링(221)의 탄성지지를 받으면서 고정풀리면(210)과 마주보도록 구동축(S2)에 설치된 이동풀리면(220); 및 상기 이동풀리면(220)에 장착되어 구동축(S2)의 회전속도에 비례하여 밸런스 스프링(221)의 탄성력을 이기면서 이 이동풀리면(220)이 고정풀리면(210)측으로 이동시켜 주는 캠 암(230);을 포함하는 구동풀리(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토션 스프링(132)은,
   무부하 상태(저속 상태)에서는 이동풀리면(220)이 고정풀리면(210)과 맞닿게 하고,
   부하가 걸리는 상태(가속 상태)에서는 이동풀리면(220)이 고정풀리면(210)으로부터 멀어지면서 비틀림 장력을 받는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 토션 스프링(132)은 벨트(B)의 회전방향과 반대방향으로 이동풀리면(110)을 회전시켜 주는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동풀리면(110)과 가이드 블럭(130)의 마주보는 면에는 토션 스프링(132)에 의해 회전하는 이동풀리면(110)을 안내할 수 있도록 각각 적어도 하나의 캠(121)과 캠 가이드(131)가 형성된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 캠(121)과 캠 가이드(131)는 각각 2~4개인 것을 특징으로 하는 무단 변속기
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동축(S2)의 단부에는 방열팬(240)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   밸런스 스프링(221)은,
   저속 상태에서는 무부하 상태로 있고,
   저속 상태에서 고속 상태로 변함에 따라 점차 압축되면서 탄성력을 저장하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이동풀리면(220)과 밸런스 스프링(221) 사이에는 캠 암(230)의 회전을 안내하기 위한 가이드(251)가 구비된 스파이더(250)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 캠 암(230)은 구동축(S2)의 회전속도에 따라 가이드(251)와 맞닿는 외표면의 형상이 미리 형성된 형태로 형성하여 원심력이 급격하게 가변되지 않도록 이루어진 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드(251)는 롤러인 것을 특징으로 하는 무단 변속기.

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