KR20140044810A - 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브 - Google Patents

Abstract

토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브가 제공된다. 상기 드라이브는 구동 디스크(11)와 피동 디스크(10)를 포함한다. 상기 디스크들(10, 11)은 공통 회전축을 갖는다. 각각의 디스크(10, 11)의 내면은 믐의 토로이드 형태로 형성된다. 상기 드라이브는 상기 디스크들(10, 11) 사이에 삽입되는 복수의 롤러 조립체들을 추가로 포함하며, 각각의 롤러 조립체는 롤러(1)를 포함한다. 상기 디스크들(10, 11)은 클램핑력에 의해 상기 삽입된 롤러 조립체들에 대해 함께 지지된다. 각각의 롤러 조립체의 각각의 롤러(1)는 접촉 지점들(38, 39)에서 각각의 디스크(10, 11)와 접촉한다; 각각의 롤러 조립체는 대응하는 회전 가능한 트러니언(28)에 연결되며; 각각의 트러니언(28)은 상기 디스크들(10, 11)의 마주하는 형상의 내부면들에 의해 형성된 토로이달 캐비티를 관통하는 회전축을 가지며; 상기 트러니언 회전축에 대해 트러니언(28)을 회전시킴으로써, 상기 트러니언(28)은 상기 대응하는 롤러 조립체와 관련된 지점에서 상기 대응하는 롤러 조립체에 조향력을 제공하며; 상기 제공된 조향력은 상기 대응하는 롤러 조립체의 롤러(1)가 다른 접촉 지점들(38, 39)을 조향 및 채택하게 하고; 상기 조향력이 제공되는 지점은 상기 트러니언 회전축으로부터 고정 거리에 오프셋 위치되며 또한 상기 접촉 지점들(38, 39)을 교차하는 라인에 오프셋 위치된다.

Description

토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브{TOROIDAL VARIABLE SPEED TRACTION DRIVE}

본 발명은, 특히 롤러 조향에 의해 속도를 변경시키기 위한 방법 및 장치에 대한 풀 토로이달 방식 레이스 롤링 트랙션 드라이브 타입의, 무단 변속기에 관한 것이다.

기어비(gear ratio)들의 변경을 요하는 차량 또는 다른 기계들을 위한 변속기로서 효과적으로 설계 및 제조되는, 일부 무단 변속기(CVT)들이 존재한다.

시장에서는 일반적으로 유압-기계식 CVT 및 트랙션 기반 CVT로서 제공되고 있다.

비록 많은 제안들이 존재하기는 하지만, 2개의 중요 타입의 트랙션 드라이브들이 사용된다. 하나는 조절 가능한 풀리 활차들 사이에서 동작하는 밸트를 사용하고, 다른 하나는, 2개의 디스크들 사이에서 동작하는 롤러를 사용하며, 상기 디스크들은, 일반적으로 토로이달 배리에이터로서 불리우는, 롤러 내에 기계가공되는 음형(negative) 토로이드 형상을 갖는다.

본 발명은 토로이달 배리에이터들 및 그 안에 있는 롤러들의 제어에 관한 것이다.

토로이달 드라이브 시장은 2개의 유사한 타입의 메카니즘에 의해 지배되고 있다. 하나는 일반적으로 단일 롤러 하프 토로이달 배리에이터(SHTV)라 불리우며, 다른 하나는 단일 롤러 풀 토로이달 배리에이터(SFTV)라 불리운다. 이중 롤러 풀 토로이달 배리에이터(DFTV)라 불리우는 국제출원 제PCT/AU2010/001331호에 속하는 새로운 디자인이 개발되었으며, 이는 서로에 대해 동작하는 2개의 롤러들을 사용한다.

SFTV 및 SHTV 드라이브들 모두는 대향하는 면들 내에 음형 토로이드 형상으로 기계가공된 한쌍의 디스크들의 사용을 포함한다. 상기 디스크들 사이에는 양쪽 토로이달 캐비티들의 표면에 대해 롤운동하고 또한 한 디스크로부터 다른 디스크로 힘과 동력을 전달할 수 있는 롤러들이 위치한다. 상기 이중 롤러 풀 토로이달 드라이브의 경우, 롤러들은 하나의 롤러가 다른 것에 대해 동작하는 쌍으로 존재한다.

트랙션 유체로 불리우는 특수 유체는 실제 힘 전달을 위해 사용된다. 이와 같은 유체는 롤러들과 디스크들 사이에서 압박되므로 극단적인 점성(거의 고체)으로 되기 위한 능력을 갖는다. 힘을 전달하기 위한 그의 능력은, 정적 마찰 계수와 유사한, "견인 계수(traction coefficient)"에 의해 결정된다.

이와 같은 롤러들은, 상기 롤러들이 상기 디스크들을 다른 위치들에서 접촉하도록, 회전 및 조향될 수 있으며, 또한 그와 같이 함으로써 그들이 이동함에 따라 시임리스(seamless) 방식으로 기어비를 변경시킬 수 있다.

SFTV 드라이브에 있어서, 롤러들의 회전 중심은 상기 토로이달 캐비티의 중심 상에 위치된다. SHTV 드라이브에 있어서, 롤러들은 상기 로로이드의 회전 중심을 향해 상기 토로이드의 중심으로부터 편심되어 위치된다.

양쪽 타입들은 비의 변경을 생성하기 위해 상기 롤러들을 회전시키기 위해 다른 방법들을 이용한다. 일반적으로, 그들은 롤러들로부터 벗어나는 토크 반력에 대항하여 작용하는 제어 압력을 사용한다. 이와 같은 방식에 있어서, 상기 롤러들은 제어된 비와는 완전히 다르게 제어된 토크로서 일컬어진다.

상기 제어 압력은, 만약 상기 반력 토크보다 클 경우, 상기 롤러들을 한 방향으로 이동시키게 된다; 만약 작을 경우, 상기 롤러들은 반대 방향으로 이동하게 된다. 상기 롤러들의 이동은 캠 제한에 대항하거나 또는 유사한 배열로 동작하도록 배열될 수 있으며, 따라서 새로운 비를 생성하기 위해 상기 롤러들을 회전시킨다.

이와 같은 타입의 제어는 미국 특허출원 제2008/0254933 A1호(2008년 10월 16일, 발명자: 덧손 브라이언 조셉), 미국 특허 제5,989,150호(1999년 11월 23일, 양수인: 젯코 코포레이션) 및 미국 특허출원 제2008/0009387 A1호(2008년 1월 10일, 양수인: NSK 리미티드)에 개시되어 있다. 상기 게시물들은 참고를 위해 본원에 합체되어 있다.

일부 기구들에 있어서, 상기 롤러들은 개별적으로 제어되는 반면(젯코), 다른 경우(덧손 및 NSK)는 롤러들이 함께 작동된다.

대부분의 경우, 상기 토로이달 디스크들은 전달될 토크 및 소위 견인 계수라 불리우는 마찰 계수에 비례하는 클램핑력으로 클림핑된다. 일반적으로, 2개의 토로이달 캐비티들에는 2개의 외부 디스크들이 제공되는 입력부와 기어 또는 체인들을 사용하여 측면으로부터 벗어나는 출력부가 제공된다. 이와 같은 방식에 있어서, 어떠한 무지지 회전력도 존재하지 않으며 또한 그를 지지하기 위해 제공되는 어떠한 스러스트 베어링(thrust bearing)도 존재하지 않는다.

대부분의 토로이달 드라이브들은, 상기 롤러들을 하나의 비로부터 다른 비로 이동하게 하는 토크 반력 지지 시스템에 합체되는, 롤러 조향 방법을 사용한다. 이와 같은 방식에 있어서, 하나의 위치로부터 다른 위치로 회전시키기 위해, 실제로 매우 작은 힘이 롤러에 제공된다. 이는, 상기 롤러들이 큰 힘으로 상기 디스크들 사이에 클램프될 때, 새로운 비를 생성하기 위해 상기 디스크들의 면을 가로질러 단순 활주하도록 실현되지 않는다는 사실로 이해되야만 한다.

SFTV 또는 SHTV에 있어서, 이와 같은 롤러 조향 효과는, 중심이 일반적으로 상기 토로이달 캐비티의 중심의 접선을 통과하는 피스톤 상에서 상기 롤러로부터의 토크 반력이 지지되는, 롤러 지지 방법을 사용하여 수행된다. 상기 피스톤이 롤러를 전방으로 밀거나 또는 상기 롤러가 상기 피스톤에 대해 후방으로 이동할 때, 상기 롤러의 회전 중심은 상기 디스크들의 회전 중심을 통과하는 것을 중단한다. 그것은 즉시 각각의 디스크 상에서 반대 방향으로 작용하는 측력(sideways force)에 종속되며, 상기 롤러는 회전한다. 이는 일반적으로 롤러 조향과 관련된 것이며, 이는 CVT 타입의 비의 변경 민감성에 원인을 갖는다.

도 1 및 도 2는 풀 토로이달 배리에이터 디스크들 사이에 장착되는 3개의 롤러들(1)을 도시하고 있다. 출력부 디스크(10)는 입력부 디스크(11) 상에 클램프된다(도시되지 않음). 상기 입력부 디스크(11)는 입력 샤프트(12)에 의해 구동되는 반면, 상기 출력부 디스크(10)는 샤프트(13)를 구동한다. 상기 롤러들(1)은 베어링들(3) 상에서 동작하는 축(2)과 함께 제공된다. 상기 베어링들(3)은 요크형 장착부(4)에 보유된다.

상기 요크(4)는 볼 조인트 연결부(5, 6) 및 샤프트(9)를 통해 피스톤(7)에 연결된다. 상기 피스톤(7)은 유압식 실린더(8) 내부에서 동작한다. 2개의 챔버들(14, 15)에는 롤러(1)로부터 벗어나는 토크 반력의 균형을 이루기 위한 고압 오일이 제공될 수 있다. 비록 상기 디스크들이 항상 동일한 방향으로 회전할지라도, 상기 토크 반력은 구동될 기구의 상태(가속 또는 감속)에 기초하여 양 방향들 모두에 작용할 수 있다.

상기 실린더(8)는 중심 축이 일반적으로 토로이달 캐비티의 중심을 통과하며 또한 일반적으로 상기 캐비티의 중심에 의해 한정되는 원과 접선을 이루는 위치에 장착된다. 그러나, 그것은 상기 디스크들의 회전 평면과 평행한 평면에 정확히 놓이지 아니하며, 캐스터 각(castor angle; 16)에 따른 평면과 소정 각으로 경사진다.

입력부 및 출력부 디스크들(10, 11) 및 관련된 샤프트들(12, 13)은 반대 방향으로 회전됨을 알 수 있다.

안정된 상태에 있을 때, 상기 롤러(1)의 회전 축이 상기 디스크들(10, 11)의 회전 축을 통과한다는 사실을 알 수 있을 것이다. 만약, 상기 롤러(1)가 그에 가해지는 힘의 영향하에 전방 또는 후방으로 이동할 때, 그의 회전 축은 더 이상 상기 디스크들(10, 11)의 회전 중심을 통과하지 않으며, 상기 롤러는 상기 롤러를 새로운 비의 위치 내로 회전시키는 조향력에 종속될 것이다.

이와 같은 동시 기구 작용은 캐스터 각에 의해 수행된다. 상기 롤러(1)가 조향력의 영향 하에 회전됨에 따라, 그의 볼 조인트 연결부(5, 6)는 외향으로 선회하여, 그의 회전 축을 상기 디스크들(10, 11)의 회전 중심과 일치하게 한다. 이와 같은 현상이 발생할 때, 상기 조향 작용은 중단되고, 상기 롤러(1)는 안정된 위치에 위치되며, 제공된 롤러 반력과 제어력이 균형을 이룬다.

하프 토로이드 디자인들은 유사 장치를 작동시키나, 다른 기계적 이유로 캐스터 각을 사용할 수 없다. 조향 운동 후에, 상기 롤러 반응에 대항하여 반작용하는 제어 압력을 조절하여, 상기 롤러(1)를 중심 위치로 후방 이동하게 함으로써, 롤러 안정성이 성취된다. 스테퍼 모터 및 캠은 롤러(1)가 어디에 위치될 것인지에 대해 인식하게 되며 또한 피드백 루프를 사용하여 제어 압력을 연속 조절하게 된다. 피드백 루프들은 항상 진동이나 또는 헌팅(hunting)을 초래하는 오버-러닝 타게트(over-running target)에 종속된다. 대부분의 변속기 용례에 있어서, 허용될 수 없는 그와 같은 진동을 제거하기 위해서, 종종 복잡한 감쇄 시스템들이 요구된다.

이와 같은 종래 기술에 따른 예들에 있어서, 모든 롤러들(1)은 독립적인 비례 위치들을 자유로이 채택할 수 있다. 그러나, 모두 동일한 유압식 유체 압력에 종속되는 동일한 크기의 피스톤들(9)에 대해 균형을 이룸에 따라, 그들이 채택한 위치들은 일반적으로 그들이 모두 동일한 토크 반력을 경험하는 위치들이다. 이와 같이 균형된 위치 결정은 모든 롤러들(1)이 전달된 동력에 대해 동일한 양을 확실히 공유하도록 의도된다. 이 때문에 상기 롤러들(1)이 비례 위치를 벗어날 이론적 가능성은 없다. 그러나, 유압식 유체의 내재된 유연성 및 상기 유체들이 동작하는 갤러리들은 진동을 발생시켜, 감쇄를 어렵게 한다.

다른 문제점들로는 그와 같은 롤러 위치 제어의 형태에 존재한다. 먼저, 상기 롤러(1)가 활성 유압식 시스템에 의해 제공된 힘 상에 지지되므로, 에너지는 유압식 압력을 연속적으로 제공할 필요가 있다. 상기 활성 유압식 시스템은 상기 롤러들(1)이 신속하게 이동하도록 충분한 크기를 가져야만 하며, 또한 상기 시스템의 크기는 대체로 상기 CVT를 통과하는 에너지의 2%-4%가 될 수 있는 동력 레벨을 요구하게 된다.

상기 지지 시스템과 연관된 다수의 정밀한 부품들 및 상기 유압식 시스템과 연관된 유압식 제어부들이 존재한다.

상기 롤러들(1)이 회전할 수 있는 각도를 한정하는 기계적 제약들이 존재한다. 이는 전체 비율 스프레드(ratio spread)를 한정한다. 대표적으로는, SFTV에 대한 최대 비율 스프레드는 6:1이다. 그것은 또한 롤러 중심이 디스크 회전 축으로부터 위치될 수 있는 거리를 한정하며, 이는 순차적으로 그의 효율을 감소시킨다.

롤러들을 새로운 비율로 조향시키기 위한 필요성에 대한 다른 접근 방법이 SHTV에 제공된 미국특허 제6866609호에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 유압식 기계에 대한 필요성 없이 또한 높은 수준의 힘을 요구하는 일 없이 새로운 비율들로 조향하도록 허용하는 방식으로, 기계적으로 롤러의 위치를 제어하는 제어 기구를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 어떠한 탄성적으로 유도되는 진동의 가능성 없이 새로운 비율들을 채택하도록, 모든 롤러들을 함께 정확하게 구성되는 제어 기구를 생성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 롤러 작동 시스템에서의 에너지 손실을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 접촉 지점들에서 속도의 다른 정도가 감소되도록, 롤러 중심을 상기 디스크 회전 축으로부터 더 멀리 위치시킴으로써 배리에이터의 효율을 개선시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 디스크 회전 축으로부터 접촉 지점들의 거리 상의 큰 차이를 생성하는 큰 각도를 통해 상기 롤러들이 회전하도록 함으로써, 상기 배리에이터의 비율 스프레드를 증가시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 상기 디스크 회전 축으로부터 접촉 지점들의 거리 상의 큰 차이를 생성함으로써 토로이달 캐비티 내에 배열될 수 있는 롤러들의 수를 증가시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브가 제공되며: 상기 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브는 구동 디스크 및 피동 디스크로서, 상기 디스크들은 공통 회전축을 가지며, 각각의 디스크 내부면은 음형(negative) 토로이드 형상으로 형성되는, 상기 구동 디스크 및 상기 피동 디스크; 상기 디스크들 사이에 삽입되는 복수의 롤러 조립체들로서, 각각의 롤러 조립체는 롤러를 포함하며, 상기 디스크들은 클램핑력에 의해 상기 삽입된 롤러 조립체들에 대해 함께 지지되고, 각각의 롤러 조립체의 각각의 롤러는 접촉 지점들에서 각각의 디스크와 접촉하는, 상기 복수의 롤러 조립체들을 포함하며; 각각의 롤러 조립체는 대응하는 회전 가능한 트러니언(trunnion)에 연결되며; 각각의 트러니언은 상기 디스크들의 마주하는 형상의 내부면들에 의해 형성된 토로이달 캐비티를 관통하는 회전축을 가지며; 상기 트러니언 회전축에 대해 트러니언을 회전시킴으로써, 상기 트러니언은 상기 대응하는 롤러 조립체와 관련된 지점에서 상기 대응하는 롤러 조립체에 조향력을 제공하며; 상기 제공된 조향력은 상기 대응하는 롤러 조립체의 롤러가 다른 접촉 지점들을 조향 및 채택하게 하고; 상기 조향력이 제공되는 지점은 상기 트러니언 회전축으로부터 고정 거리에 오프셋 위치되며 또한 상기 접촉 지점들을 교차하는 라인에 오프셋 위치된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브가 제공되며: 상기 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브는 구동 디스크 및 피동 디스크로서, 상기 디스크들은 공통 회전축을 가지며, 각각의 디스크 내부면은 음형 토로이드 형상으로 형성되는, 상기 구동 디스크 및 상기 피동 디스크; 상기 디스크들 사이에 삽입되는 복수 쌍들의 롤러 조립체들로서, 각각의 롤러 조립체는 롤러를 포함하며, 상기 디스크들은 클램핑력에 의해 상기 삽입된 롤러 조립체 쌍들에 대해 함께 지지되고, 각각의 롤러 조립체들 쌍의 롤러들의 쌍은 서로 롤에 배열되며, 여기서 하나의 롤러는 제 1 접촉 지점에서 상기 구동 디스크와 접촉하고 다른 롤러는 제 2 접촉 지점에서 상기 피동 디스크와 접촉하는, 상기 복수 쌍들의 롤러 조립체들을 포함하며; 각각의 롤러 조립체들의 각각의 쌍의 롤러 조립체들은 대응하는 회전 가능한 트러니언에 연결되며; 각각의 트러니언은 상기 디스크들의 마주하는 형상의 내부면들에 의해 형성된 토로이달 캐비티를 관통하는 회전축을 가지며; 상기 트러니언 회전축에 대해 트러니언을 회전시킴으로써, 상기 트러니언은 각각의 롤러 조립체 쌍과 관련된 각각의 지점들에서 상기 대응하는 쌍의 롤러 조립체들에 조향력을 제공하며; 상기 제공된 조향력은 상기 대응하는 쌍의 롤러 조립체들의 롤러들이 다른 제 1 및 제 2 접촉 지점들을 조향 및 채택하게 하고; 상기 조향력이 제공되는 각각의 개별 지점은 상기 트러니언 회전축으로부터 고정 거리에 오프셋 위치되며 또한 상기 제 1 및 제 2 접촉 지점들을 교차하는 라인에 오프셋 위치된다.

이제 본 발명의 적합한 실시예들은 도면들을 참고로 하여 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 토로이달 배리에이터의 예에 대한 개략 평면도.
도 2는 도 1에 따른 종래 기술의 배리에이터의 측면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토로이달 배리에이터의 개략 평면도.
도 4는 격리 상태에 있는 도 3의 배리에이터의 2개의 트러니언 및 롤러 조립체들의 개략도.
도 5는 도 3의 배리에이터의 개략 측면도.
도 6은 격리 상태에 있는 도 3의 배리에이터의 트러니언 및 롤러 조립체의 평면도 및 측면도.
도 7은 격리 상태에 있는 트러니언 및 롤러 조립체의 대안적 실시예 버전을 도시하는 도면.
도 8은, 도 7의 트러니언 및 롤러 조립체를 합체하는, 본 발명의 대안적 실시예에 따른 토로이달 배리에이터의 개략 평면도.
도 9는 도 7의 트러니언의 개략 측면도.
도 10은 롤러 쌍들을 채용하는 배리에이터의 대안적 실시예의 개략도.
도 11은 도 10의 배리에이터의 롤러 쌍 조립체들의 평면도.
도 12는 도 10의 배리에이터의 개략 평면도.
도 13은 도 10의 배리에이터의 이중 롤러 장치 및 트러니언을 나타내는 도면.
도 14는 격리 상태에 있는 트러니언 및 롤러 조립체의 대안적 실시예 버전을 나타내는 도면.

본 발명의 제 1 특정 실시예에 있어서, 3개의 단일 롤러들이 상술된 종래 기술에서와 같이 대표적인 토로이달 캐비티 내에 배열된다.

도 3은 이전과 같이 상기 롤러들(1)이 베어링들(3) 상의 축(2) 상에 장착되고 요크(4)에 보유되는 장치의 평면도를 나타낸다. 상기 요크의 한 단부에는 볼 밀봉체(27) 내부에 안착되는 볼(5)이 위치한다. 상기 볼 밀봉체는 트러니언(28)의 한 단부 내에 장착된다.

상기 트러니언(28)은 몸체 밀봉체(38) 내에 장착되는 축(29 및 30)과 함께 각각의 단부에 형성되어, 그 결과 상기 트러니언(28)은 자유롭게 회전한다. 상기 트러니언(28)의 중심 축은 상기 토로이달 캐비티의 중심을 통과한다.

상기 롤러(1)가 다른 비율들을 생성하기 위해 회전될 수 있는 각도 상에서 어떠한 기계적 제한도 존재하지 않는다는 사실을 쉽게 알 수 있다. 그로 인해, 20:1 초과의 비율 스프레드를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 그로 인해, 상기 롤러들(1)을 중심 축으로부터 먼 거리에 위치시키는 것이 가능해지며, 동시에 4개의 롤러들을 합체시킬 수 있도록 설계될 수 있는 수용 가능한 비율을 지속시킬 수 있고, 또한 더욱 효율적으로 작동할 수 있게 된다.

상기 트러니언들(28)은 맞물림 기어들(31)과 정합되는 돌출부(26)와 정합되어, 각각의 트러니언(28)은 다른 2개의 트러니언들과 일치하는 지지 축들(29, 30) 상에서 회전되야만 한다.

상기 트러니언들 중 하나는 또한 액추에이터(32) 내에 위치된 랙 기어(또는 유사 액추에이터)에 의해 회전될 수 있는 다른 기어(33)와 정합된다.

도 4는, 명료하게 도시된, 축들(29, 30)이 돌출되는 트러니언 몸체(28), 기어(31), 볼(5) 및 볼 밀봉체(27)를 구비한 케이싱으로부터 제거된 2개의 트러니언들을 나타낸다.

상기 롤러(1)를 지지하는 요크(4)는 상기 볼(5) 및 볼 밀봉체(27) 상에서 자유롭게 되전함으로써, 상기 롤러(1)는 상기 트로이달 캐비티 내에서 자체 조향될 수 있다. 다시 말해서, 상기 롤러 조립체는 상기 볼(5)에 대해 상기 트러니언과 관련하여 재배향될 수 있다. 도 4의 우측 상에 트러니언은 1.2도 회전된 롤러(1)를 도시한다.

도 5는 상기 토로이달 캐비티를 통한 개략도를 도시한다. 좌측 상에서, 상기 도면은 롤러(1)의 중심을 통과하며, 또한 상기 중심 또는 1:1 위치에서 상기 롤러(1)를 구비하는 트러니언 몸체(28)는 입력부 및 출력부 디스크들(10, 11) 사이에 보유된다.

좌측 상에는 축(30)의 단부, 기어들(31)의 측면도, 트러니언 몸체(28) 및 캐스터 오프셋(35)에 의해 상기 축(30)으로부터 오프셋되는 볼(5)의 위치를 나타내는 트러니언(28)의 개략 단면도가 도시되어 있다.

상기 트러니언(28)이 그의 축 둘레를 회전할 때, 상기 볼(5)의 중심은 아크부(37)를 형성한다. 상기 요크(4)에 연결된 볼 밀봉체(27)는 상기 볼(5)을 따라야만 하며, 그로 인해 상기 롤러(1)를 회전시켜 조향이 발생한다. 조향량은 상기 트러니언(28)의 회전 각도와 상기 캐스터 오프셋(35) 및 조향 오프셋(36)의 상대 크기에 대한 함수 관계를 갖는다.

만약 상기 트러니언(28)의 회전이 (도 4에서 볼 수 있는 바와 같이) 시계 방향이고 상기 입력부 디스크(11)가 도시된 바와 같이 회전할 때, 상기 롤러(1)는 상기 중심 회전 축에 더욱 근접 이동하는 입력부 접촉 지점을 갖는 하부 기어를 향해 추진된다. 뿐만 아니라, 중심을 향해 조향되도록, 상기 캐스터 오프셋(35)과 조향 오프셋(36)의 영향 하에 상기 볼(5)의 운동에 의해 회전되는 방향으로 추진된다. 출력부 접촉 지점에서, 상기 디스크(10)의 회전이 역전되므로, 상기 조향은 외부를 향한다.

롤러 회전이 트러니언 회전을 "따라잡을(catch up)" 때, 조향 작업은 제로(0)로 감소하고, 상기 롤러(1)는 다시 회전 축의 중심이 주 축을 통과하는 위치에 있게 된다.

만약, 상기 트러니언(28)이 반대 방향으로 회전된다면, 반대 상황이 발생할 것이다.

이제, 상기 조향 작업은 상기 트러니언(28)의 회전과 직접 연관된다. 상기 롤러(1)는 상기 롤러(1) 상의 커다란 비틀림력을 요할 수 있는 새로운 비례 위치를 강제 채택하지 않고 한번에 조향된다.

도 6은 다른 관점에서의 캐스터 오프셋(35)과 캐스터 변위부(36)의 관계를 도시한다.

상기 롤러(1) 상의 지점들(38, 39)은 입력부 및 출력부 접촉을 나타낸다. 비록 상기 디스크들(10, 11) 및 상기 롤러들(1)이 회전할지라도, 상기 지점들은 공간 내에 고정되고 또한 상기 롤러(1)는 어떤 인가력 없이는 그들로부터 변위될 수 없다. 그러나, 만약 상기 롤러가 회전(조향)될 경우, 상기 지점(38)은 한 방향으로 이동하고 상기 지점(39)은 다른 방향으로 이동한다.

그와 같은 타입의, 100mm의 내경을 가지며, 1,000RPM 입력하에 작동하는 대표적인 드라이브 장치에 있어서, 2도의 조향각은 상기 롤러를 고속 기어로부터 초당 0.25 미만의 저속 기어로 스위프(sweep)시킨다.

도 7, 도 8 및 도 9는, 캐스터 변위부(36a)가 내측에 형성되고 캐스터 오프셋(35a)과 크기면에서 관련된, 캐스터 오프셋 및 캐스터 변위부의 다른 구성을 나타낸다.

여기서, 상기 롤러(1)는 상기 볼(5)과 상기 볼 밀봉체(27)를 포함하는 하우징을 둘러싸는 대직경의 베어링 상에 장착된다.

여기서, 상기 볼(5)은 상기 트러니언(28) 상에 직접 장착된다.

이것은 더욱 콤팩트한 기구이나, 각각의 롤러(1)가 다른 롤러들과 같은 토로이달 캐비티 내의 동일한 상대 위치를 지속하도록 더욱 기계적인 정밀성을 요구하게 된다.

도 14는 추가적인 대안적 구성을 나타낸다. 이와 같은 대안적 구성에 있어서, 상기 트러니언(28)은, 상기 트러니언(28)이 회전될 때, 상기 롤러(1)의 외부 에지 상에서 직접 작용하는 양면 오프셋 조향 캠(60)을 포함한다. 이 경우, 상기 롤러(1)는 베어링(63) 상에 회전 가능하게 장착된다. 상기 베어링(63)은 볼 조인트(62) 상의 회전 축에 지지된다. 상기 볼 조인트(62)는 돌출부(61) 상의 트러니언(28)에 고정 장착된다. 다시, 상기 롤러 조립체는 상기 볼 조인트(62)에 대해 트러니언(28)과 관련하여 재배향될 수 있다. 상기 트러니언(28)이 그의 축(64)에 대해 회전함에 따라, 상기 조향 캠(60)은 상기 롤러 접촉 지점들(38, 39)을 교차하는 라인으로부터 오프셋되고 [조향 오프셋(36)] 또한 상기 트러니언의 회전 축(64)으로부터 오프셋되는 지점에서 상기 롤러(1)와 접촉하여, 상기 롤러(1)를 조향시킨다.

다른 적합한 실시예에 있어서, 트러니언, 요크, 및 오프셋 볼 조인트의 조합이, 본원에 참고를 위해 합체된 국제 PCT출원 제PCT/AU2010/001331호에서 공개된 바와 같은, 이중 롤러 풀 토로이달 배리에이터에 제공된다.

이와 같은 디자인에 있어서, 한쌍의 롤러들(40)은 상기 토로이달 캐비티 내측에 위치되며, 상기 롤러들(40)은 토로이달 표면을 가지며 상기 디스크들의 토로이달 표면 상에서 롤운동하며, 원뿔형 표면 상에서 서로 롤운동한다.

도 10은 그와 같은 실시예를 통한 섹션을 나타낸다.

이중 롤러들(40)은 상기 입력부 디스크들(41, 42) 상에서 롤운동하는 토로이달 표면을 포함하며, 원뿔형 표면을 갖는 출력부 디스크들(43) 쌍은 서로에 대해 롤운동 한다. 상기 롤러들은 관절식 조인트를 통해 트러니언들(44)에 연결되는 요크들(45)을 통과하는 축들(46) 상에 지지된다.

웜 기어(47)는 각각의 트러니언(44)에 고정되며 또한 하나의 토로이달 캐비티로부터 다음의 토로이달 캐비티로 통과하는 관형 형상의 4개의 시동 웜(48)과 맞물려, 도 12 및 도 13에 도시된 트러니언 축들(52)을 지지하는 플레이트를 위한 지지부로서 작용하는 다른 튜브(49)와의 동축 디자인을 형성한다.

롤러 및 램프 시스템(50)은, 내부 샤프트(51a)로 전달된 입력부 샤프트(51)로부터 공급되는 토크를 전달할 때, 상기 디스크들을 함께 클램프하도록 작용한다.

토크는 상기 디스크(43)로부터 상기 출력부 샤프트(52a)에 대한 벨 하우징(52)으로 출력된다.

도 11은 축들(46) 상의 요크들(45)에 지지되는 이중 롤러들의 평면도를 도시한다. 트러니언들은 도시되지 않았다. 상기 도면들에서 롤러들은 CVT로부터 고속 또는 저속 기어를 출력하도록 회전된 위치에 설정된다.

도 12는 샤프들(55)에 정합된 볼 조인트들 상에 요크들(도시되지 않음)을 지지하기 위해 사용되는 트러니언들(44)을 도시한 도면이다. 상기 트러니언들은 축들(52) 상의 정위치에 고정되어, 그들을 그들의 회전 축 상에서 회전하게 한다. 상기 디스크 지지 샤프트(51a)는 상기 지지 튜브(49) 및 4개의 시동 웜(48)에 의해 둘러싸이는 중심을 통과하는 것을 알 수 있다. 상기 웜은 상기 웜 기어(47)와 맞물려, 모든 4개의 트러니언들(44)이 동시에 회전하도록 한다.

도 13은 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 DFTV와 연관된 트러니언, 요크 및 볼 조인트에 대한 상세도이다.

상기 트러니언(44)의 평면도는 A-A, B-B, C-C, D-D, 및 E-E 위치로 구분 도시된다. 상기 트러니언 축들(52 및 52a)은 양 단부로부터 돌출되며, 또한 조립된 CVT의 몸체 내에 지지된다. 구형 베어링 지지부(55)는 양쪽 요크들(45)을 지지하기 위해 상기 트러니언(44)을 통과한다.

섹션 E는 상기 트러니언(44)과 그의 축들(52 및 52a)에 대한 이중 롤러들의 관계를 도시한다. 상기 구형 베어링들(53) 및 그들의 하우징(54)은 상기 요크들(45 및 45a) 내에 고정된다.

섹션 A는 섹션 E와 동일 구성 요소들을 통해 동일한 위치에서, 그러나 그와는 다른 방향으로부터 통과한다. 상기 요크들(45 및 45a)의 형상은 일반적으로 상기 트러니언(44)과 정렬되는 한 부분 및 상기 롤러 축들과 정렬되는 포크형 부분을 합체하는 것으로 관측될 수 있다.

섹션 B는, 상기 요크가 고형이고 또한 상기 포크가 아직 상기 롤러를 지지할 필요가 없는 위치에서, 상기 트러니언(44)과 상기 2개의 요크들(45 및 45a)을 통과한다.

섹션 C는 이제 그들이 포크형 형상을 이루는 요크들을 통과한다.

섹션 D는 상기 롤러들의 중심을 통과하며 또한 상기 요크들(45 및 45a) 내에 고정되는 롤러 축들(46 및 46a)을 도시한다. 점선(56)은 하나의 롤러/디스크 접촉부(57)로부터 원뿔형 접촉부(58)를 통해 다른 롤러/디스크 접촉부(59)로 통과하는 힘의 라인을 나타낸다.

상기 트러니언(44)이 회전될 때, 상기 이중 롤러들은 상기 라인(56)에 대해 하나는 일 방향으로 그리고 다른 하나는 반대 방향으로 회전하며, 상기 요크는 구형 베어링 상에서 회전한다는 사실을 알 수 있다. 상기 롤러들의 회전 축은 더 이상 상기 디스크의 회전 축을 통과하지 않으며, 상기 롤러들은 상기 디스크들의 표면을 가로질러 조향하기 시작한다. 양쪽 디스크들이 동일한 방향으로 회전하므로, 하나의 롤러는 일 방향으로 입력부 디스크를 가로질러 조향하게 되며 다른 롤러는 다른 방향으로 출력부 디스크를 가로질러 조향하게 된다. 일단 상기 요크들이 상기 구형 베어링 상에서 충분히 역회전되면, 상기 롤러의 회전 축이 다시 상기 디스크의 회전 축을 통과하도록 하기 위해 상기 조향 장치는 정지된다.

Claims (14)

1. 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브로서,
   구동 디스크 및 피동 디스크로서, 상기 디스크들은 공통 회전축을 가지며, 각각의 디스크 내부면은 음형(negative) 토로이드 형상으로 형성되는, 상기 구동 디스크 및 상기 피동 디스크;
   상기 디스크들 사이에 삽입되는 복수의 롤러 조립체들로서, 각각의 롤러 조립체는 롤러를 포함하며, 상기 디스크들은 클램핑력에 의해 상기 삽입된 롤러 조립체들에 대해 함께 지지되고, 각각의 롤러 조립체의 각각의 롤러는 접촉 지점들에서 각각의 디스크와 접촉하는, 상기 복수의 롤러 조립체들을 포함하며,
   각각의 롤러 조립체는 대응하는 회전 가능한 트러니언(trunnion)에 연결되며, 각각의 트러니언은 상기 디스크들의 마주하는 형상의 내부면들에 의해 형성된 토로이달 캐비티를 관통하는 회전축을 가지며, 상기 트러니언 회전축에 대해 트러니언을 회전시킴으로써, 상기 트러니언은 상기 대응하는 롤러 조립체와 관련된 지점에서 상기 대응하는 롤러 조립체에 조향력을 제공하며; 상기 제공된 조향력은 상기 대응하는 롤러 조립체의 롤러가 다른 접촉 지점들을 조향 및 채택하게 하고; 상기 조향력이 제공되는 지점은 상기 트러니언 회전축으로부터 고정 거리에 오프셋 위치되며 또한 상기 접촉 지점들을 교차하는 라인에 오프셋 위치되는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
2. 제 1 항에 있어서, 롤러 조립체와 대응하는 트러니언 사이의 연결부는 조인트를 포함하며; 상기 조인트는 상기 조향력이 제공되는 지점을 한정하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조인트는 볼 조인트를 포함하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
4. 제 3 항에 있어서, 각각의 롤러 조립체는 요크(yoke)를 포함하며; 상기 볼 조인트는 상기 요크 상에 배열되며 또한 대응하는 트러니언 내에 캐비티를 결합하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 볼 조인트는 상기 회전 가능한 트러니언 상에 배열되며 또한 상기 대응하는 롤러 조립체 내에 캐비티를 결합하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
6. 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브로서,
   구동 디스크 및 피동 디스크로서, 상기 디스크들은 공통 회전축을 가지며, 각각의 디스크 내부면은 음형 토로이드 형상으로 형성되는, 상기 구동 디스크 및 상기 피동 디스크;
   상기 디스크들 사이에 삽입되는 복수 쌍들의 롤러 조립체들로서, 각각의 롤러 조립체는 롤러를 포함하며, 상기 디스크들은 클램핑력에 의해 상기 삽입된 롤러 조립체 쌍들에 대해 함께 지지되고, 각각의 롤러 조립체들 쌍의 롤러들의 쌍은 서로 롤에 배열되며, 여기서 하나의 롤러는 제 1 접촉 지점에서 상기 구동 디스크와 접촉하고 다른 롤러는 제 2 접촉 지점에서 상기 피동 디스크와 접촉하는, 상기 복수 쌍들의 롤러 조립체들을 포함하며,
   각각의 롤러 조립체들의 각각의 쌍의 롤러 조립체들은 대응하는 회전 가능한 트러니언에 연결되며, 각각의 트러니언은 상기 디스크들의 마주하는 형상의 내부면들에 의해 형성된 토로이달 캐비티를 관통하는 회전축을 가지며, 상기 트러니언 회전축에 대해 트러니언을 회전시킴으로써, 상기 트러니언은 각각의 롤러 조립체 쌍과 관련된 각각의 지점들에서 상기 대응하는 쌍의 롤러 조립체들에 조향력을 제공하며; 상기 제공된 조향력은 상기 대응하는 쌍의 롤러 조립체들의 롤러들이 다른 제 1 및 제 2 접촉 지점들을 조향 및 채택하게 하고; 상기 조향력이 제공되는 각각의 개별 지점은 상기 트러니언 회전축으로부터 고정 거리에 오프셋 위치되며 또한 상기 제 1 및 제 2 접촉 지점들을 교차하는 라인에 오프셋 위치되는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 쌍의 각각의 롤러는 상기 대응하는 디스크와 접촉하는 토로이달 표면, 및 상기 롤러들이 서로 접촉하는 원뿔형 표면으로 형성되는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 각각의 롤러 조립체와 대응하는 회전 가능한 트러니언 사이의 연결부는 조인트를 포함하며; 상기 조인트는 상기 조향력이 제공되는 개별 지점을 한정하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 조인트는 볼 조인트를 포함하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
10. 제 9 항에 있어서, 롤러 조립체들의 각각의 쌍의 볼 조인트들은 상기 회전 가능한 트러니언 상에 상호 연결 및 배열되며, 각각의 볼 조인트는 상기 대응하는 롤러 조립체 내의 캐비티를 결합하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램핑력은 상기 토로이달 캐비티의 중심을 통과하도록 배열되어, 풀 토로이달 배리에이터(full toroidal variator)를 형성하는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트러니언 회전축은 상기 토로이달 캐비티의 중심을 통과하며 또한 상기 토로이달 캐비티의 중심을 한정하는 원과 접선을 이루는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 드라이브 내의 모든 트러니언들은 그들의 대응하는 회전축에 대해 동일한 양의 각만큼 회전하도록 제한되는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 트러니언들은 맞물림식 기어들에 의해 제한되는 토로이달 방식 가변 속도 트랙션 드라이브.
    

Images