KR20140113091A

KR20140113091A - 무단 변속기

Info

Publication number: KR20140113091A
Application number: KR1020130028032A
Authority: KR
Inventors: 변동환
Original assignee: 변동환
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-24

Abstract

본 발명의 일 측면은 둔각의 원추형 동력 전달면을 가지는 콘 베벨기어를 동력 롤러로 이용한 내구면-외구면 마찰구동방식을 통하여 보다 간편하고 안정적으로 변속을 수행할 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기는, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기는, 크랭크 로드에 결합되어 회전되는 스핀들과, 스핀들을 감싸도록 배치되어 스핀들에 대해 고정되는 중심축과, 스핀들의 회전력을 전달받는 유성기어 조립체를 포함하는 중심축 모듈;과, 중심축에 끼워져 회전하지 않도록 고정되는 고정 기준기어;와, 고정 기준기어에 대해 동축적으로 장착되는 트랙션 링을 포함하는 트랙션 유닛;과, 고정 기준기어와 치합되는 요철의 동력전달부 및 트랙션 링과 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉하는 동력전달면을 가지는 복수의 동력 롤러와, 복수의 동력 롤러를 방사상으로 배치하여 트랙션 링이 결합되도록 지지하되 유성기어 조립체에 결합 회전되는 회전 캐리어를 포함하는 동력전달모듈;과, 트랙션 링에 대해 축 방향으로 고정되고 원주방향으로 회전 가능하게 설치되어 트랙션 링과 연동하여 변속 출력하게 되는 출력 하우징 모듈;과, 중심축의 일단에서 중심축에 대하여 회전 가능하게 결합되는 가압축을 포함하여, 가압축을 이용하여 동력 롤러와 트랙션 링이 마찰 접촉되면서 회전력이 전달되게 하거나 또는 동력 롤러와 트랙션 링이 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉압력을 제어하는 가압 모듈;과, 중심축에 타단에서 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축을 포함하여, 변속축을 이용하여 트랙션 링의 축 방향 위치를 제어함으로써 트랙션 링의 속도비를 연속적으로 변속하는 변속 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무단 변속기{Continuously Variable Transmission}

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 둔각의 원추형 동력 전달면을 가지는 콘 베벨기어를 동력 롤러로 이용한 내구면-외구면 마찰구동방식을 통하여 보다 간편하고 안정적으로 변속을 수행할 수 있도록 한 무단 변속기에 관한 것이다.

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 무단 변속기는 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 무단 변속기는, 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 무단 변속기는 토로이달 무단 변속기(Toroidal CVT)와 내구면-외구면 마찰구동식 무단 변속기를 들 수 있다. 토로이달 무단 변속기는, 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 무단 변속기에 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 무단 변속기는 주산알 또는 원추형의 롤러를 경사지게 지지하고 트랙션 링의 내주면에 접촉시켜 마찰력에 의해 힘을 전달하며, 트랙션 링이 이동하며 롤러의 접촉 유효반경을 바꿔줌으로써 변속비를 연속적으로 변화시키고 무단변속을 실현한다. 이러한 형태의 무단 변속기는 일본 특개평 05-106702호에 게시된 것과 같이 토로이달형 보다 동력전달 성능이 커서 산업용의 많은 적용 예가 있으며, 복잡한 별도의 유압장치 없이 구동축 및 종동축에 전달되는 동력을 이용한 간단한 기계식 가압 모듈에 의해 로터간 마찰 메카니즘만으로도 미끄럼 현상 없이 동력전달을 충실히 수행할 수 있다.

마찰전동방식의 무단 변속기의 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 무단 변속기를 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.

본 발명의 일 측면은 둔각의 원추형 동력 전달면을 가지는 콘 베벨기어를 동력 롤러로 이용한 내구면-외구면 마찰구동방식을 통하여 보다 간편하고 안정적으로 변속을 수행할 수 있도록 한 무단 변속기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 측면은 유성 기어 조립체를 이용하여 크랭크 로드에서 동력전달모듈로 동력을 전달하도록 동력 전달 구조를 개선한 무단 변속기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 동력 롤러와 트랙션 링의 사이에 트랙션 오일을 구비하여 정숙성을 향상시킬 수 있는 무단 변속기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기는, 크랭크 로드에 결합되어 회전되는 스핀들과, 상기 스핀들을 감싸도록 배치되어 상기 스핀들에 대해 고정되는 중심축과, 상기 스핀들의 회전력을 전달받는 유성기어 조립체를 포함하는 중심축 모듈;과, 상기 중심축에 끼워져 회전하지 않도록 고정되는 고정 기준기어;와, 상기 고정 기준기어에 대해 동축적으로 장착되는 트랙션 링을 포함하는 트랙션 유닛;과, 상기 고정 기준기어와 치합되는 요철의 동력전달부 및 상기 트랙션 링과 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉하는 동력전달면을 가지는 복수의 동력 롤러와, 상기 복수의 동력 롤러를 방사상으로 배치하여 상기 트랙션 링이 결합되도록 지지하되 상기 유성기어 조립체에 결합 회전되는 회전 캐리어를 포함하는 동력전달모듈;과, 상기 트랙션 링에 대해 축 방향으로 고정되고 원주방향으로 회전 가능하게 설치되어 상기 트랙션 링과 연동하여 변속 출력하게 되는 출력 하우징 모듈;과, 상기 중심축의 일단에서 상기 중심축에 대하여 회전 가능하게 결합되는 가압축을 포함하여, 상기 가압축을 이용하여 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링이 마찰 접촉되면서 회전력이 전달되게 하거나 또는 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링이 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉압력을 제어하는 가압 모듈;과, 상기 중심축에 타단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축을 포함하여, 상기 변속축을 이용하여 상기 트랙션 링의 축 방향 위치를 제어함으로써 상기 트랙션 링의 속도비를 연속적으로 변속하는 변속 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 유성기어 조립체는, 상기 스핀들과 스플라인 결합되되 내주에 기어열이 형성된 인터널 기어;와, 상기 인터널 기어의 중심부에 배치되어 상기 회전 캐리어를 회전시키게 되는 선 기어;와, 상기 인터널 기어와 선 기어 사이에 맞물리도록 상기 중심축에 배치되는 다수의 유성기어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 동력 롤러는, 상기 트랙션 링과 마찰 접촉하는 둔각의 원추형 동력 전달면을 갖는 콘 베벨기어;와, 상기 콘 베벨기어를 회전 가능하게 지지하도록 상기 회전 캐리어에 결합되되 상기 가압 모듈에 의해 반경 방향으로만 이동되는 베벨기어 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 트랙션 유닛은, 상기 콘 베벨기어와 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉되어 상기 콘 베벨기어와 함께 회전되는 트랙션 링;과, 상기 트랙션 링에 대하여 상대 회전 가능하도록 상기 트랙션 링의 적어도 어느 일면에 결합되는 안내링;과, 상기 트랙션 링과 안내링이 축 방향으로는 연동되되 원주방향으로는 상대 이동가능하도록 하는 베어링 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 출력 하우징 모듈은, 상기 트랙션 링의 회전력을 출력하는 허브 쉘;과, 상기 허브 쉘을 트랙션 링에 연동시키기 위하여 상기 허브 쉘의 내주면에 구비되는 다수의 안내핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가압 모듈은, 상기 중심축의 일단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 가압축;과, 상기 가압축에 연동되어 축 방향으로 이동되는 가압 가이드링;과, 상기 가압 가이드링에 연동되어 상기 동력 롤러가 상기 트랙션 링를 향해 반경 방향으로 마찰 접촉하도록 동력 롤러를 반경 방향으로 가압하는 쐐기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 변속 모듈은, 상기 중심축의 타단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축;과, 상기 변속축에 연동되어 회전되는 변속 가이드링;과, 상기 변속 가이드링과 상기 베어링 조립체에 양단이 각각 고정 체결되는 와이어;와, 상기 고정 기준기어에 고정 체결되어 상기 와이어의 이동을 안내하는 롤러 조립체;와, 상기 변속 가이드링과 상기 고정 기준기어에 양단이 각각 체결되어 상기 변속 가이드링에 복원력을 제공하는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 출력 하우징 모듈의 개방된 일면에 결합되는 커버 모듈을 더 포함하며, 상기 커버 모듈은, 상기 출력 하우징 모듈의 허브 쉘의 개방된 일면에 체결되도록 외관을 형성하는 커버;와, 상기 커버의 가장자리에 부착되어 상기 트랙션 링을 가압 지지하는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 중심축은, 상기 스핀들의 어느 일부를 감싸도록 배치되되 상기 고정 기준기어가 고정 체결되는 제1중심축;과, 상기 스핀들의 다른 일부를 감싸도록 배치되는 제2중심축;과, 상기 제1중심축과 제2중심축의 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2중심축에 고정 설치되는 제3중심축;을 포함하여 구성되되, 상기 제1중심축, 제2중심축, 제3중심축은 서로 조립 및 조립 해제되는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 유성기어는 상기 제3중심축에 방사상으로 배치되어 상기 제3중심축과 핀 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 유성기어 조립체는, 상기 스핀들과 스플라인 결합되되 외주에 기어열이 형성된 선 기어;와, 상기 선 기어의 외곽부에 배치되어 상기 회전 캐리어를 회전시키게 되는 인터널 기어;와, 상기 인터널 기어와 선 기어 사이에 맞물리도록 배치되는 다수의 유성기어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 변속 모듈은, 트랙션 링과 동력전달모듈 중 적어도 어느 하나에 결합되어 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링 사이의 축 방향 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기는, 둔각의 원추형 동력 전달면을 가지는 콘 베벨기어를 동력 롤러로 이용한 내구면-외구면 마찰구동방식을 통하여 보다 간편하고 안정적으로 변속을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기는, 유성 기어 조립체를 이용하여 크랭크 로드에서 동력전달모듈로 동력을 전달하도록 동력 전달 구조를 개선하여 동력전달의 효율성이 향상될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 중심축 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 고정 기준기어와 트랙션 유닛과 변속 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 동력전달 모듈과 가압 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 출력 하우징 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 커버 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기를 나타낸 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기를 분해하여 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기(10)는, 크랭크 로드(110)에 결합되어 회전되는 스핀들(120)과, 스핀들(120)을 감싸도록 배치되어 스핀들(120)에 대해 고정되는 중심축(130)과, 스핀들(120)의 회전력을 전달받는 유성기어 조립체(140)를 포함하는 중심축 모듈(100);과, 중심축(130)에 끼워져 회전하지 않도록 고정되는 고정 기준기어(200);와, 고정 기준기어(200)에 대해 동축적으로 장착되는 트랙션 링(310)을 포함하는 트랙션 유닛(300);과, 고정 기준기어(200)와 치합되는 요철의 동력 전달부(421A) 및 트랙션 링(310)과 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉하는 동력 전달면(421B)을 가지는 복수의 동력 롤러(420)와, 복수의 동력 롤러(420)를 방사상으로 배치하여 트랙션 링(310)이 결합되도록 지지하되 유성기어 조립체(140)에 결합 회전되는 회전 캐리어(410)를 포함하는 동력전달모듈(400);과, 트랙션 링(310)에 대해 축 방향으로 고정되고 원주방향으로 회전 가능하게 설치되어 트랙션 링(310)과 연동하여 변속 출력하게 되는 출력 하우징 모듈(500);과, 중심축(130)의 일단에서 중심축(130)에 대하여 회전 가능하게 결합되는 가압축(610)을 포함하여, 가압축(610)을 이용하여 동력 롤러(420)와 트랙션 링(310)이 마찰 접촉되면서 회전력이 전달되게 하거나 또는 동력 롤러(420)와 트랙션 링(310)이 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉압력을 제어하는 가압 모듈(600);과, 중심축(130)에 타단에서 중심축(130)에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축(710)을 포함하여, 변속축(710)을 이용하여 트랙션 링(310)의 축 방향 위치를 제어함으로써 트랙션 링(310)의 속도비를 연속적으로 변속하는 변속 모듈(700);을 포함하여 구성된다.

도 3은 도 2에 도시된 중심축 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축 모듈(100)은, 페달(미도시)에 결합되는 전동부재(110C)로 이루어진 크랭크 로드(110)와, 크랭크 로드(110)에 의해 회전되는 스핀들(120)과, 스핀들(120)을 감싸도록 배치되어 스핀들(120)에 대해 고정되는 중심축(130)과, 스핀들(120)에 결합되어 동력전달모듈(400)에 회전력을 전달하는 유성기어 조립체(140)를 포함하여 구성된다.

크랭크 로드(110)는, 양단부의 각각에 형성된 페달 결합부(110A)와 스핀들 결합부(110B)의 사이에 직선형으로 연장되는 형태의 전동부재(110C)로 이루어진다. 이러한 전동부재(110C)는 스핀들 결합부(110B)를 향해 갈수록 점진적으로 커지는 단면을 이루고 있다.

크랭크 로드(110)는 페달 결합부(110A)에 페달(미도시)의 축이 결합되고, 스핀들 결합부(110B)에 스핀들(120)이 결합된 채로 자전거에 조립될 수 있다.

크랭크 로드(110)는 스핀들(120)을 기준으로 양단부에 각각 배치되는데, 설명의 편의상 스핀들(120)의 일측에 배치된 크랭크 로드(110)를 제1크랭크 로드(111)라 하며, 스핀들(120)의 타측에 배치된 크랭크 로드(110)를 제2크랭크 로드(112)라 한다.

스핀들(120)은, 가로방향으로 길게 배치되되 양단부가 각각 크랭크 로드(110)의 스핀들 결합부(110B)에 결합되어 크랭크 로드(110)에서 제공되는 회전력에 의해 원주방향으로 회전될 수 있다.

이러한 스핀들(120)은 제1크랭크 로드(111)의 스핀들 결합부(110B)에 설치되는 제1스핀들부(121)와, 제2크랭크 로드(112)의 스핀들 결합부(110B)에 설치되는 제2스핀들부(122)와, 제1스핀들부(121)와 제2스핀들부(122)의 중간 지점에 돌출 형성되어 유성기어 조립체(140)의 인터널 기어(141)를 고정 지지하기 위한 스플라인부(123)를 포함하여 구성된다.

이러한 제1 및 제2스핀들부(121,122)은 제1 및 제2크랭크 로드(111,112)가 회전하는 것에 연동하여 회전되면서 유성기어 조립체(140)의 인터널 기어(141)에 회전력을 전달하게 된다.

중심축(130)은, 스핀들(120)에 대하여 상대 고정되되 스핀들(120)이 내부에 수용하도록 스핀들(120)의 외측에 구비된다.

이러한 중심축(130)은, 스핀들(120)을 감싸도록 가로방향으로 길게 배치되는 제1중심축(131), 제2중심축(132), 제3중심축(133)이 서로 조립 및 조립해제되도록 구비될 수 있다.

즉, 이러한 중심축(130)은 제1스핀들부(121)을 감싸도록 배치되되 고정 기준기어(200)와 고정 체결되는 제1중심축(131)과, 제2스핀들부(122)를 감싸도록 배치되는 제2중심축(132)과, 제1중심축(131)과 제2중심축(132)의 사이에 배치되어 제1 및 제2중심축(131,132)에 고정 설치되는 제3중심축(133)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1중심축(131)은, 제1스핀들부(121)이 관통되도록 내부 중심을 관통하여 형성되는 제1개구부(131A)를 가지며, 제1개구부(131A)의 일단 내주면에는 후술하는 제3중심축(133)이 조립 체결되는 제1A결합부(131B)가 형성되어 있으며, 제1개구부(131A)의 일단 외주면에는 고정 기준기어(200)와 고정 체결되는 제1B결합부(131C)가 형성되어 있다.

제2중심축(132)은, 제2스핀들부(122)가 관통되도록 내부 중심을 관통하여 형성되는 제2개구부(132A)를 가지며, 제2개구부(132A)의 일단에는 제3중심축(133)이 조립 체결되는 제2A결합부(132B)가 형성되어 있다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제2중심축(132)의 타단 외주면 일부에는 후술하는 가압 가이드링(620)이 나사 결합되어 축 방향으로 이동될 수 있게 하는 나사홈이 형성되어 있다.

제3중심축(133)은, 제1중심축(131)과 제2중심축(132)의 사이에 배치되는데, 이러한 제3중심축(133)은 스핀들(120)이 관통되도록 내부 중심을 관통하여 형성되는 제3개구부(133A)를 가지며, 제3개구부(133A)의 일단에는 제1중심축(131)의 제1A결합부(131B)에 조립되는 제3A결합부(미부호)와, 제2중심축(132)의 제2A결합부(132B)에 조립되는 제3B결합부(133B)가 형성되어 있다.

특히, 이러한 제3중심축(133)은 2개의 플레이트(미부호)가 결합 체결되는 구조로 이루어질 수 있는데, 2개의 플레이트의 사이에는 유성기어 조립체(140)의 다수개의 유성기어(143)가 방사상 배치되어 회전될 수 있도록 한다.

유성기어 조립체(140)는 인터널 기어(141), 선 기어(142), 유성기어(143)의 조립체로 이루어져 스핀들(120)에 의해 제공된 회전력을 동력전달모듈(400)의 동력 롤러(420)에 전달할 수 있는 기어 조립체(140)이다.

이러한 유성기어 조립체(140)는, 스핀들(120)에 고정 결합되되 내주에 기어열이 형성된 인터널 기어(141)와, 인터널 기어(141)의 중심부에 배치되되 그 출력부(142A)에 의해 동력 롤러(420)의 회전 캐리어(410)를 회전시키는 선 기어(142)와, 제3중심축(133)에서 방사상으로 배치되되 인터널 기어(141)와 선 기어(142) 사이에 맞물리도록 배치되는 다수의 유성기어(143)를 포함하여 구성된다.

인터널 기어(141)는, 내주에 기어열이 형성되어 스핀들(120)에 스플라인 결합부(123)에 고정 결합되어 있으며, 이러한 인터널 기어(141)는 스핀들(120)에 의해 회전력을 전달받아 회전하게 된다.

인터널 기어(141)의 중심에는 선 기어(142)가 배치되는데, 이러한 선 기어(142)는, 회전력을 출력하는 출력부(142A)를 구비하며, 출력부(142A)가 동력 롤러의 회전 캐리어(410)에 고정 결합됨으로써 동력 롤러(420)의 회전 캐리어(410)가 원주방향으로 회전될 수 있도록 한다.

다수의 유성기어(143)는, 인터널 기어(141)와 선 기어(142)의 사이에 맞물리도록 배치되는데, 이러한 다수의 유성기어(143)는 제3중심축(133)에 방사상으로 배치되어 제3중심축(133)과 핀(144)으로 결합될 수 있다.

따라서, 유성기어 조립체(140)의 인터널 기어(141)가 스핀들(120)에 의해 원주방향으로 회전하는 것에 의해 유성기어(143), 선 기어(142)가 차례대로 회전하면서 동력 롤러(420)의 회전 캐리어(410)가 원주방향에 대하여 회전될 수 있게 된다.

한편, 도면에서는 스핀들(120)에 인터널 기어(141)가 체결되고, 회전 캐리어(410)에 선 기어(142)가 체결되어 인터널 기어(141)와 선 기(142)어의 사이에 유성기어(143)가 배치되어 감속모드를 실행할 수 있는 것으로 도시되어 있지만, 스핀들(120)에 선 기어가 체결되고, 회전 캐리어(410)에 인터널 기어(141)가 체결되어 선 기어(142)와 인터널 기어(141)의 사이에 유성기어(143)가 배치되어 가속모드를 실행할 수 있도록 구성할 수 있음은 물론이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 조립체(140)는, 스핀들(120)과 스플라인 결합되되 외주에 기어열이 형성된 선 기어(미도시)와, 선 기어의 외곽부에 배치되어 회전 캐리어를 회전시키게 되는 인터널 기어(미도시)와, 인터널 기어와 선 기어 사이에 맞물리도록 배치되는 다수의 유성기어(미도시)를 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.

도 4는 도 2에 도시된 고정 기준기어와 트랙션 유닛과 변속 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 기준기어(200)는 커버 모듈(800)의 커버(810)를 관통하여 제1중심축(131)에 고정 설치되어 동력전달모듈(400)의 동력 롤러(420)가 원주방향으로 회전됨과 동시에 자전될 수 있도록 하는 기준기어(200)이다.

이러한 고정 기준기어(200)에는 고정 기준기어(200)의 중앙을 관통하여 고정부(210)가 형성되는데, 이러한 고정부(210)의 내주면이 제1중심축(131)의 제1B결합부(131C)에 고정 설치되고, 고정부(210)의 외주면에 베어링(220)이 동력 롤러(420)의 회전 캐리어(410)와의 사이에서 개재되어 고정 기준기어(200)가 동력전달모듈(400)에 의해 회전하지 않고, 트랙션 링(310), 동력전달모듈(400), 출력 하우징 모듈(500)에 대하여 상대적으로 고정될 수 있도록 한다.

이러한 고정 기준기어(200)에는 상술한 유성기어 조립체(140)의 선 기어(142)에서 회전력을 전달받아 원주방향으로 회전하게 되는 동력전달모듈(400)이 결합되어 있다.

도 5는 도 2에 도시된 동력전달 모듈과 가압 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 동력전달모듈(400)은, 회전 캐리어(410), 동력 롤러(420)를 포함하여 구성된다.

회전 캐리어(410)는, 중심에 선 기어(142)가 관통 체결되어 선 기어(142)의 원주방향 회전력을 전달받는 중심 체결부(411)가 형성되고, 외주면에는 동력 롤러(420)를 반경 방향으로 이동하기 위한 쐐기(630)와 베벨기어 하우징(422)을 수용하는 수용홈(412)이 방사상으로 형성된 다각의 날개를 갖는 몸체로 이루어진다.

회전 캐리어(410)에는 회전 캐리어(410)에 연동하여 원주방향으로 회전하면서 고정 기준기어(200)와 요철의 동력 전달부(421A)가 접촉되어 자전하게 되는 복수의 동력 롤러(420)가 구비되어 있다.

복수의 동력 롤러(420)는, 각각, 콘 베벨기어(421), 베벨기어 하우징(422), 연결 중심축(423), 고정핀(424), 고정 플런저(425)를 포함하여 구성된다.

콘 베벨기어(421)는, 고정 기준기어(200)와 요철부가 접촉되어 치합하는 동력 전달부(421A)와, 트랙션 링(310)과 접촉되는 동력 전달면(421B)을 포함하는데, 이러한 동력 전달면(421B)은 토크 전달을 위해 매우 큰 접촉력이 인가된다.

베벨기어 하우징(422)은 측면에 돌기가 형성되어, 회전 캐리어(410)의 수용홈(412)에 체결되는데, 이러한 베벨기어 하우징(422)의 돌기는 회전 캐리어(410)의 수용홈(412)에 걸려 회전 캐리어(410)에 대하여 축 방향 이동이 차단되면서 쐐기(630)에 의해 반경 방향으로만 이동된다.

그리고, 베벨기어 하우징(422)에는, 콘 베벨기어(421)가 베벨기어 하우징(422)으로부터 이탈하지 않도록 연결 중심축(423)을 통하여 베어링으로 콘 베벨기어(421)가 회전가능하게 지지한다.

연결 중심축(423)은, 고정핀(424)에 의해 베벨기어 하우징(422)에서 이탈되지 않게 된다.

한편, 쐐기(630)는 베벨기어 하우징(422)이 쐐기(630)에 의해 반경 방향으로 이동되면서 베벨기어 하우징(422)과 함께 콘 베벨기어(421)의 반경 방향 위치를 제어하여 콘 베벨기어(421)가 트랙션 링(310)과 마찰 접촉되어 회전력이 전달되게 하거나 또는 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)이 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉 압력을 결정한다.

베어링(426,427)은 콘 베벨기어(421)가 받는 높은 하중을 지지할 수 있도록 비교적 큰 크기를 가지는 베어링(426)과, 콘 베벨기어(421)가 베벨기어 하우징(422)으로부터 이탈하지 않도록 동력 롤러(420)의 연결 중심축(423)을 통해 콘 베벨기어(421)를 회전하게 지지하는 작은 크기의 베어링(427)을 포함할 수 있다.

고정 플런저(425)는, 상술한 고정핀(424)이 작동 중 빠지지 않고 조립과 분해가 손쉽게 이루어질 수 있도록 하는 구성이다.

회전 캐리어(410)는 고정 기준기어(200)를 이용하여 입력 회전 속도의 입력 토크를 동력 롤러의 콘 베벨기어(421)에 전달한다. 콘 베벨기어(421)가 각각의 연결 중심축(423)에 대해 회전됨에 따라, 콘 베벨기어(421)는 토크를 트랙션 링(310)에 전달하여 회전력이 전달되게 하거나 회전력 전달이 차단되게 한다.

여기서, 입력 속도 대 출력 속도의 비는 동력 롤러(420)의 연결 중심축(423)에 대한 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)의 접촉점의 반지름의 함수이다. 그러므로, 트랙션 링(310)의 축 방향 위치를 조절함으로써 속도비를 연속적으로 조절할 수 있으며, 회전 캐리어(410)의 회전 방향과 트랙션 링(310)의 회전 방향이 같은 정회전 변속이 된다.

콘 베벨기어(421)에서 동력 전달면(421B)을 이루는 원추의 단면에 형성된 원추각은 예각, 직각, 둔각 어느 것도 가능하지만 본 실시예에서는 120를 이루고 있다. 이 경우 동력 롤러(420)의 연결 중심축(423)은 중심 체결부에 대해 60도의 각도를 이루게 배치되어 있다.

여기서, 쐐기(630)는 베벨기어 하우징(422)의 하단에 결합되어 콘 베벨기어(421)를 반경 방향으로 이동할 수 있도록 경사면을 구비하여, 가압축(610) 및 가압 가이드링(620)에 의해 축 방향으로 이동되어 회전 캐리어(410)의 중심 체결부(411)에 대한 콘 베벨기어(421)의 반경 방향 위치를 제어하게 된다.

이러한 쐐기(630)를 통하여 콘 베벨기어(421)가 트랙션 링(310)과 접촉하여 동력을 전달할 수 있는데, 고속으로 주행 중 급정지하면 출발하기 위해서 저속 출발 위치로 변속해야 하는데, 종래의 무단 변속기는 이를 위해 많은 장치가 있어야 했으나, 본 발명은 고속 주행 위치에서 쐐기(630)를 빼고 트랙션 링(310)을 저속출발 위치로 옮긴 후 쐐기(630)를 넣어 접촉시킨 후 출발할 수 있게 된다.

그리고, 같은 속도 위치에서 좀 더 높은 토크를 전달하고자 할 때에 쐐기(630)를 넣어 가압함으로써 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)이 좀 더 큰 토크를 전달할 수 있도록 한다.

동력전달모듈(400)의 동력 전달면(421B)에는 고정 기준기어(200) 또는 중심축(130)에 대해 동축적으로 장착된 트랙션 링(310)을 포함하는 트랙션 유닛(300)이 구비된다.

트랙션 유닛(300)은, 콘 베벨기어(421)와 트랙션 오일(미도시)을 사이에 두고 마찰 접촉되어 콘 베벨기어(421)와 함께 원주방향으로 회전하는 트랙션 링(310)과, 트랙션 링(310)에 대하여 상대 회전 가능하도록 트랙션 링(310)의 일면에 결합되는 안내링(320);과, 트랙션 링(310)과 안내링(320)이 축 방향으로는 연동되되 원주방향으로는 상대 이동가능하도록 하는 베어링 조립체(330);을 포함하여 구성된다.

트랙션 링(310)은, 콘 베벨기어(421)를 통하여 회전 캐리어(410)에 가해진 입력 토크를 전달받게 된다. 즉, 트랙션 링(310)은, 동력 롤러(420) 콘 베벨기어(421)가 원주방향으로 회전하면서 각각의 연결 중심축(423)에 대해 자전함에 따라서 콘 베벨기어(421)의 토크를 전달받게 된다. 여기서, 트랙션 링(310)은 콘 베벨기어(421)과 직접 닿지 않고 트랙션 오일을 통해 동력을 전달하여 정숙성이 도움이 될 수 있다.

여기서, 트랙션 오일은 저압에서 윤활작용을 하며 고압에서는 고체와 같은 역할을 하게 되는데, 이를 통하여 트랙션 오일은 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)이 고압으로 접촉하면 접촉부위가 미끄러지지 않게 물고 동력을 전달할 수 있도록 한다.

이때, 트랙션 링(310)은, 회전 캐리어(410)의 중심 체결부(411)에 대한 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)의 상대적 위치에 의해 속도비를 연속적으로 조절할 수 있게 된다.

그리고, 트랙션 링(310)의 일면에는 안내링이 구비되는데, 이러한 안내링(320)은 베어링 조립체에 의해 트랙션 링(310)이 축 방향으로 위치 이동될 수 있도록 한다.

베어링 조립체(330)는 트랙션 링(310)과 안내링(320)의 사이에 배치된 미도시된 볼을 포함하는 베어링(331)과, 베어링(331)의 일면에 배치되어 베어링(331)의 이탈을 방지하는 베어링 커버(332)를 포함할 수 있다.

따라서, 베어링 조립체(330)는 베어링(331)과 베어링 커버(332)를 통하여 안내링(320)이 트랙션 링(310)에 대하여 축 방향으로는 회전력을 전달하지 않도록 하고, 원주방향으로는 회전력을 전달할 수 있도록 한다.

도 6은 도 2에 도시된 출력 하우징 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 출력 하우징 모듈(500)은 트랙션 링(310)에 대해 축 방향으로 고정되고 원주방향으로 회전 가능하게 설치되어 트랙션 링(310)과 연동하여 변속 출력하게 된다.

이러한 출력 하우징 모듈(500)은, 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)에 밀착 체결되어 회전력을 변속 출력하는 허브 쉘(510)과, 허브 쉘(510)의 일면에서 허브 쉘(510)에 고정 설치되는 디스크(520)와, 허브 쉘(510)을 트랙션 링(310)에 연동시키기 위하여 허브 쉘(510)의 내주면에 구비되는 다수의 안내핀(530)과, 허브 쉘(510)과 회전 캐리어(410)의 상대 이동을 위하여 허브 쉘(510)의 개구(512) 선단에 구비되는 베어링(540)과, 허브 쉘(510)과 가압축(610)의 상대 이동을 위하여 허브 쉘(510)의 개구(512) 내주면에 구비되는 베어링(550)과, 허브 쉘(510)의 개구를 통하여 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 립-실(560)을 포함하여 구성된다.

허브 쉘(510)은, 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)의 외주면에 허브 쉘(510) 내주면이 밀착 체결되어 안내핀(530)을 통하여 트랙션 유닛(300)의 회전력을 전달받아 회전력을 변속 출력하는 구성이다.

이러한 허브 쉘(510)은 제2중심축(132) 및 가압축(610)에 회전 가능하게 지지되어 고정 기준기어(200), 트랙션 유닛(300), 동력전달모듈(400)을 내부에 수용하고 있다.

허브 쉘(510)의 외주면에는 디스크(520) 또는 자전거 바퀴와 연결하는 바퀴살을 수용하는 다수의 관통구멍이 형성되어 있으며, 허브 쉘(510)의 내주면에는 트랙션 링(310)과의 결합을 위한 안내핀(530)을 수용하는 축 방향 홈(511)이 다수 형성되어 있다.

이러한 안내핀(530)은 트랙션 링(310)이 허브 쉘(510)에 대해 축 방향으로 상대 이동가능하도록 고정되고 트랙션 링(310)이 허브 쉘(510)에 대해 원주방향으로 연동되게 설치되어 트랙션 링(310)의 회전력을 변속 출력할 수 있도록 한다.

디스크(520)는 허브 쉘(510)의 일면에서 스크류(S)에 의해 허브 쉘(510)에 고정 체결되어 허브 쉘(510)과 연동하여 회전력을 변속 출력하는 구성이다. 이러한 디스크(520)의 외주면에는 자전거 바퀴와 연결하는 바퀴살을 수용하는 다수의 관통구멍이 형성되어 있다.

그리고, 허브 쉘(510)의 개구(512) 선단에는 허브 쉘(510)이 회전 캐리어(410)와 상대 이동될 수 있도록 하는 베어링(540)이 구비되어 있다.

그리고, 허브 쉘(510)의 개구(512)의 내주면에는 허브 쉘(510)의 개구(512)를 통하여 외부의 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 립-실(550)과, 가압 모듈(600) 가압축(610)과의 상대 회전을 위한 베어링(540)이 구비되어 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 동력전달모듈(400)의 중심 체결부(411) 후단에 인접한 중심축(130)의 일단에는 가압 모듈(600)이 결합되는데, 이러한 가압 모듈(600)은, 가압축(610), 가압 가이드링(620), 쐐기(630)의 상대적 위치를 연속적으로 조절하여 동력 롤러(420)의 회전 캐리어(410)의 중심 체결부(411)에 대한 상대적 위치를 제어한다.

이러한 가압 모듈(600)은, 가압 와이어(미도시)에 연결되어 원주방향으로 회전되는 가압축(610)과, 가압축(610)에 연동되어 축 방향으로 이동되는 가압 가이드링(620)과, 가압 가이드링(620)에 연동되어 동력 롤러(420)가 트랙션 링(310)를 향해 반경 방향으로 마찰 접촉하도록 동력 롤러(420)를 반경 방향으로 가압하는 쐐기(630)를 포함하여 구성된다.

가압축(610)은, 제2중심축(132)의 외주면에 그 내주면이 결합되는데 이러한 가압축(610)은 가압 가이드링(620)과 같이 회전하게 결합되어 있고, 가압축(610)을 감싸고 돌아 당겨지고 풀리는 가압 와이어(미도시)에 의해 회전하게 구성되어 있다.

이러한 가압축(610)은 그 선단에 돌출부(611)가 형성되는데, 이러한 돌출부(611)는 가압 가이드링(620)의 후단에 구비된 내면홈(621)에 끼워져, 가압 가이드링(620)은 제2중심축(132) 외주면의 나사홈(미도시)을 따라서 이동되어서, 가압 가이드링(620)은 가압축(610)의 원주방향 회전에 대하여 축 방향(원주방향 회전 포함)으로 위치 이동될 수 있다.

쐐기(630)는, 베벨기어 하우징(422)의 하단에 결합되어 콘 베벨기어(421)를 반경 방향으로 이동할 수 있도록 경사면을 구비하여, 가압 가이드링(620)의 외면홈(622)에 걸려 축 방향으로 이동되어 회전 캐리어(410)의 중심 체결부(411)에 대한 콘 베벨기어(421)의 반경 방향 위치를 제어하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기(10)의 가압 모듈(600)은, 가압 와이어를 당기는 것만으로 가압축(610), 가압 가이드링(620), 쐐기(630)로 회전력이 전달되어 동력 롤러(420) 콘 베벨기어(421)의 반경 방향으로 위치가 결정되므로 동력 롤러(420) 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)가 마찰 접촉되어 회전력이 전달되게 하거나 또는 동력 롤러(420) 콘 베벨기어(421)와 트랙션 링(310)가 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉압력을 제어할 수 있게 된다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 트랙션 유닛(300)의 선단에 인접한 중심축(130)의 타단에는 변속 모듈(700)이 결합되는데, 이러한 변속 모듈(700)은, 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)의 위치를 축 방향으로 조절하여 동력 롤러(420)의 콘 베벨기어(421)에 대한 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)의 축 방향의 상대적 위치를 제어한다.

이러한 변속 모듈(700)은, 변속 와이어(미도시)에 연결되어 원주방향으로 회전하는 변속축(710)과, 변속축(710)에 연동되어 원주방향으로 회전되는 변속 가이드링(720)과, 변속 가이드링(720)에 연동되어 와이어(W)가 동력 롤러(420)에 대한 트랙션 링(310)의 상대적 위치를 조절할 수 있도록 하는 와이어 롤러 조립체(730)와, 양단이 각각 변속 안내링(320)과 고정 기준기어(200)에 체결되어 변속 안내링(320)에 복원력을 제공하기 위한 변속 스프링(740)을 포함하여 구성된다.

변속축(710)은 제1중심축(131)의 외주면에 그 내주면이 결합되는데 이러한 변속축(710)은 변속 가이드링(720)과 같이 회전하게 결합되어 있고, 변속축(710)을 감싸고 돌아 당겨지고 풀리는 변속 와이어(미도시)에 의해 회전하게 구성되어 있다.

이러한 변속축(710)은 그 선단에 돌출부(711)가 형성되는데, 이러한 돌출부(711)에 변속 가이드링(720)에 홈(721)에 결합되어서, 변속 가이드링(720)은 가압축(610)의 원주방향 회전에 연동하여 원주방향으로 회전하면서 위치 이동될 수 있다.

와이어 롤러 조립체(730)는 변속 가이드링(720)에 의해 제공된 회전력을 통해 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)이 축 방향으로 위치 이동될 수 있도록 한다.

이러한 와이어 롤러 조립체(730)는, 와이어 고정팁(731A)을 통하여 일단이 트랙션 유닛(300)의 안내링(320)에 고정 설치되고 타단이 무드 볼트(미도시)에 의해 변속 가이드링(720)에 고정 설치되는 와이어(731)와, 고정 기준기어(200)에 설치되어 와이어(731)의 이동을 안내하기 위한 와이어 롤러(732)를 포함하여 구성된다.

와이어(731)는, 변속 가이드링(720)과 트랙션 유닛(300)의 안내링(320)을 연결하는데, 와이어(731)를 통해 변속 가이드링(720)이 회전되는 것에 의해 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)이 축 방향으로 위치 이동될 수 있다.

즉, 트랙션 유닛(300)의 안내링(320)은 베어링 조립체(330)를 통해 트랙션 링에 체결되어 있으므로, 와이어(731)가 당겨지면 안내링(320)과 베어링 조립체(330)를 매개로 축 방향으로 이동될 수 있게 된다.

와이어 롤러(732)는, 고정 기준기어(200)의 관통구멍(230)에 고정 설치되어 변속 안내링(320)에 의해 가해지는 비틀림 회전이 트랙션 링(310)의 축 방향 이동을 위해 원활하게 전달될 수 있도록 한다.

변속 스프링(740)은, 일단이 변속 가이드링(720)에 끼워지고 타단이 고정 기준기어(200)에 끼워지는데, 이러한 변속 스프링(740)은, 변속 가이드링(720)에 의해 가해진 비틀림 회전에 복원력을 제공할 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무단 변속기(10)의 변속 모듈(700)은, 변속 와이어에 의해 변속축(710)이 회전되는 것만으로 변속 가이드링(720)이 비트림 회전되어 와이어(731)가 축 방향으로 위치 이동되므로 트랙션 링(310)의 속도비를 연속적으로 변속할 수 있게 된다.

한편, 도면에서는 변속 모듈(700)이 트랙션 링(310)을 축 방향으로 이동시키는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 변속 모듈(700)은 동력전달모듈(400)에 결합되어 동력전달모듈(400)을 축 방향으로 이동시킴으로써 동력 롤러(420)과 트랙션 링(310)의 상대적 변위를 발생시키도록 구성될 수 있음은 물론이다.

도 7은 도 2에 도시된 커버 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 커버 모듈(800)은, 출력 하우징 모듈(500)의 허브 쉘(510)의 개방된 일면에 체결되도록 외관을 형성하는 커버(810)와, 커버(810)의 가장자리에 부착되어 트랙션 링(310)을 밀착 지지하는 스프링(820)과, 변속축(710)과의 상대 이동을 위하여 커버(810) 개구(811) 내주면에 구비되는 베어링(830)과, 커버(810) 개구(811)를 통하여 외부의 이물질이 유입되는 것을 방지하는 립-실(840)을 포함하여 구성된다.

커버(810)는, 스크류(S)에 의해 출력 하우징 모듈(500)의 허브 쉘(510)의 개방된 일면에 체결되도록 원판형의 외관을 형성한다.

커버(810)의 일면 가장자리에는 다수의 스프링(820)의 일단이 부착되는데, 이러한 다수의 스프링(820)의 타단은 트랙션 유닛(300)의 트랙션 링(310)에 부착되어 트랙션 링(310)을 탄성 지지하게 된다.

베어링(830)은, 커버(810) 개구(811) 내주면에 구비되어 변속축(710)과 커버가 상대 이동될 수 있도록 한다.

립-실(840)은, 커버(810) 개구(811) 내주면에 구비되어 커버(810) 개구(811)를 통하여 외부의 이물질이 유입되는 것을 방지한다.

본 발명의 무단 변속기의 작동 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

자전거의 크랭크 로드(110)를 전진 방향으로 구동하면 스핀들(120)도 회전하게 되고 회전 캐리어(410)도 시계 방향으로 회전하게 되면서 회전 캐리어에 결합된 동력 롤러(420)도 같이 회전하게 된다.

동력 롤러(420)와 가압 접촉 상태로 있던 트랙션 링(310)에 회전력이 전달되어 회전하게 되고 트랙션 링과 안내핀(530)으로 결합된 허브 쉘(510)도 같이 회전하게 되며 자전거 바퀴가 회전하여 자전거는 전진한다.

구동 중에 변속 와이어를 한쪽으로 당겨 속도를 조절하면 당겨진 변속 와이어에 의해 변속축(710)이 회전하고, 그 회전에 의해 변속 가이드링(720)이 비틀림 회전하여 와이어(731)가 축 방향으로 당겨짐과 동시에 와이어(W)로 결합되어 있는 트랙션 링(310)도 축 방향으로 이동하게 된다. 이때 동력 롤러(420)의 접촉점 반지름이 변경되므로 변속이 이루어진다. 만약 접촉점 반지름이 작아지는 방향으로 이동하였다면 감속되어 허브 쉘(510)은 이전보다 좀 더 천천히 회전하게 된다. 또한 변속 와이어를 반대쪽으로 당기면 트랙션 링(310)도 반대 방향으로 이동하여 좀 더 빠르게 회전하게 변속된다.

주행 중에 좀 더 많은 토크가 필요로 하는 경우에는 가압축(610)이 시계방향으로 회전하도록 가압 와이어를 당기면 가압축(610)과 결합한 가압 가이드링(620)이 축 방향으로 전진하며 쐐기(630)를 전진시켜 동력 롤러(420)가 트랙션 링(310)과 더 많은 접촉 압력으로 접촉하도록 작동하여 원하는 토크를 더 가할 수 있다.

또한 정지 중에 변속을 해야 하는 경우에 이미 가해진 높은 접촉 압력 때문에 트랙션 링(310)을 축 방향으로 이동하는 것은 불가능하다. 이때 가압축(610)을 반시계 방향으로 회전하도록 가압 와이어를 당기면 가압축(610)과 결합한 가압 가이드링(620)이 축 방향으로 후진하며 쐐기(630)를 후진시켜 쐐기(630)가 동력 롤러(420)를 트랙션 링(310)과 접촉하게 가압하는 것을 가압력을 경감하거나 제거할 수 있다. 이러한 상태에서 변속 와이어를 통해 변속축(710)을 조작하면 저속위치로 변경할 수 있다.

저속 위치로 변경 후에 변속 와이어(미도시)를 놓으면 변속 스프링(740)의 복원력에 의하여 동력 롤러(420)와 트랙션 링(310)은 가압 접촉 상태로 돌아가게 된다.

10...무단 변속기 100...중심축 모듈
200...고정 기준기어 300...트랙션 유닛
400...동력전달모듈 500...출력 하우징 모듈
600...가압 모듈 700...변속 모듈
800...커버 모듈

Claims

크랭크 로드에 결합되어 회전되는 스핀들과, 상기 스핀들을 감싸도록 배치되어 상기 스핀들에 대해 고정되는 중심축과, 상기 스핀들의 회전력을 전달받는 유성기어 조립체를 포함하는 중심축 모듈;과,
상기 중심축에 끼워져 회전하지 않도록 고정되는 고정 기준기어;와,
상기 고정 기준기어에 대해 동축적으로 장착되는 트랙션 링을 포함하는 트랙션 유닛;과,
상기 고정 기준기어와 치합되는 요철의 동력전달부 및 상기 트랙션 링과 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉하는 동력전달면을 가지는 복수의 동력 롤러와, 상기 복수의 동력 롤러를 방사상으로 배치하여 상기 트랙션 링이 결합되도록 지지하되 상기 유성기어 조립체에 결합 회전되는 회전 캐리어를 포함하는 동력전달모듈;과,
상기 트랙션 링에 대해 축 방향으로 고정되고 원주방향으로 회전 가능하게 설치되어 상기 트랙션 링과 연동하여 변속 출력하게 되는 출력 하우징 모듈;과,
상기 중심축의 일단에서 상기 중심축에 대하여 회전 가능하게 결합되는 가압축을 포함하여, 상기 가압축을 이용하여 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링이 마찰 접촉되면서 회전력이 전달되게 하거나 또는 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링이 분리되어 회전력 전달이 차단되게 접촉압력을 제어하는 가압 모듈;과,
상기 중심축에 타단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축을 포함하여, 상기 변속축을 이용하여 상기 트랙션 링의 축 방향 위치를 제어함으로써 상기 트랙션 링의 속도비를 연속적으로 변속하는 변속 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 유성기어 조립체는,
상기 스핀들과 스플라인 결합되되 내주에 기어열이 형성된 인터널 기어;와,
상기 인터널 기어의 중심부에 배치되어 상기 회전 캐리어를 회전시키게 되는 선 기어;와,
상기 인터널 기어와 선 기어 사이에 맞물리도록 상기 중심축에 배치되는 다수의 유성기어;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제2항에 있어서,
상기 동력 롤러는,
상기 트랙션 링과 마찰 접촉하는 둔각의 원추형 동력 전달면을 갖는 콘 베벨기어;와,
상기 콘 베벨기어를 회전 가능하게 지지하도록 상기 회전 캐리어에 결합되되 상기 가압 모듈에 의해 반경 방향으로만 이동되는 베벨기어 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제3항에 있어서,
상기 트랙션 유닛은,
상기 콘 베벨기어와 트랙션 오일을 사이에 두고 마찰 접촉되어 상기 콘 베벨기어와 함께 회전되는 트랙션 링;과,
상기 트랙션 링에 대하여 상대 회전 가능하도록 상기 트랙션 링의 적어도 어느 일면에 결합되는 안내링;과,
상기 트랙션 링과 안내링이 축 방향으로는 연동되되 원주방향으로는 상대 이동가능하도록 하는 베어링 조립체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 출력 하우징 모듈은,
상기 트랙션 링의 회전력을 출력하는 허브 쉘;과,
상기 허브 쉘을 트랙션 링에 연동시키기 위하여 상기 허브 쉘의 내주면에 구비되는 다수의 안내핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 가압 모듈은,
상기 중심축의 일단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 가압축;과,
상기 가압축에 연동되어 축 방향으로 이동되는 가압 가이드링;과,
상기 가압 가이드링에 연동되어 상기 동력 롤러가 상기 트랙션 링를 향해 반경 방향으로 마찰 접촉하도록 동력 롤러를 반경 방향으로 가압하는 쐐기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제4항에 있어서,
상기 변속 모듈은,
상기 중심축의 타단에서 상기 중심축에 대하여 원주방향으로 회전 가능하게 결합되는 변속축;과,
상기 변속축에 연동되어 회전되는 변속 가이드링;과,
상기 변속 가이드링과 상기 베어링 조립체에 양단이 각각 고정 체결되는 와이어;와,
상기 고정 기준기어에 고정 체결되어 상기 와이어의 이동을 안내하는 롤러 조립체;와,
상기 변속 가이드링과 상기 고정 기준기어에 양단이 각각 체결되어 상기 변속 가이드링에 복원력을 제공하는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 출력 하우징 모듈의 개방된 일면에 결합되는 커버 모듈을 더 포함하며,
상기 커버 모듈은,
상기 출력 하우징 모듈의 허브 쉘의 개방된 일면에 체결되도록 외관을 형성하는 커버;와,
상기 커버의 가장자리에 부착되어 상기 트랙션 링을 가압 지지하는 스프링;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 중심축은,
상기 스핀들의 어느 일부를 감싸도록 배치되되 상기 고정 기준기어가 고정 체결되는 제1중심축;과,
상기 스핀들의 다른 일부를 감싸도록 배치되는 제2중심축;과,
상기 제1중심축과 제2중심축의 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2중심축에 고정 설치되는 제3중심축;을 포함하여 구성되되,
상기 제1중심축, 제2중심축, 제3중심축은 서로 조립 및 조립 해제되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제9항에 있어서,
상기 다수의 유성기어는 상기 제3중심축에 방사상으로 배치되어 상기 제3중심축과 핀 결합되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 유성기어 조립체는,
상기 스핀들과 스플라인 결합되되 외주에 기어열이 형성된 선 기어;와,
상기 선 기어의 외곽부에 배치되어 상기 회전 캐리어를 회전시키게 되는 인터널 기어;와,
상기 인터널 기어와 선 기어 사이에 맞물리도록 배치되는 다수의 유성기어;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.
제1항에 있어서,
상기 변속 모듈은,
상기 트랙션 링과 동력전달모듈 중 적어도 어느 하나에 결합되어 상기 동력 롤러와 상기 트랙션 링 사이의 축 방향 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 무단 변속기.