KR20240025021A

KR20240025021A - 방사상 반전식 풀리를 갖춘 변속기

Info

Publication number: KR20240025021A
Application number: KR1020247003220A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 컨바움
Original assignee: 에스알아이 인터내셔널
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-02-26
Also published as: EP4363742A1; WO2023278358A1

Abstract

풀리들 사이에서 동력을 전달하는 압축 벨트에 '내측방향' 힘을 가하기 위해서 서로 내포되거나 또는 중첩되는 '방사상 반전식' 풀리를 포함하는 다양한 전달 메커니즘이 제공된다. 벨트에 '내측으로' 가해지는 힘에 의해, 벨트는 길이를 따라 모든 곳에서 순 압축을 받을 수 있다. 이는, 벨트가 풀리들로부터 벨트로 '외측으로' 힘을 가하며, 그에 따라 이러한 벨트가 "푸시" 벨트로 작동되는 경우에도 마찬가지로, 이러한 벨트에 의해 경험되는 종방향 장력을 유지하기 위해 비싸고 기술적으로 까다로운 벨트 팩 또는 기타 요소들을 필요로 하는 변속기의 벨트보다 덜 복잡하고 비용이 저렴하다. 이러한 '방사상 반전식' 풀리를 포함하는 변속기는 '비-방사상 반전식' 풀리를 채용하는 변속기에 비해 감소된 크기와 비용 및 증가된 동력 용량을 나타낼 수 있다.

Description

방사상 반전식 풀리를 갖춘 변속기

[관련 출원에 대한 상호 참조]

본 출원은 2021년 6월 28일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/215,626호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 참조로 포함된다. 본 출원은 2018년 4월 3일자로 출원된 PCT 출원 PCT/US2018/025804, 2019년 5월 21일자로 출원된 PCT 출원 PCT/US2019/033414, 및 2019년 11월 20일자로 출원된 PCT 출원 PCT/US2019/062486을 참조로 포함한다.

본 명세서에 달리 명시되지 않는 한, 이 섹션에 설명된 자료는 본 출원의 청구범위에 대한 선행기술이 아니며, 이 섹션에 포함됨으로써 선행기술로 인정되는 것은 아니다.

변속기들은 입력 토크와 출력 토크 사이의 기계적 이점을 제공하기 위해서 다양한 메커니즘의 일부로서 포함된다. 따라서, 변속기는 모터, 엔진, 터빈, 또는 다른 토크 발생기의 특성(예컨대, 토크-속도 곡선, 효율 곡선)을, 이펙터, 휠, 발전기, 또는 생성된 토크에 대한 기타 다른 의도된 적용예에 맞추기 위해 포함될 수 있다. 예를 들어, 변속기는 내연기관에 의해 생성된 높은 회전 속도 및 상대적으로 낮은 토크를, 자동차의 바퀴를 구동하기 위한 더 낮은 속도 및 더 높은 토크 요구사항에 맞추기 위해 자동차에 제공될 수 있다. 다른 예에서, 변속기는, 내연기관과 발전기 양쪽 모두가 각각의 효율적인 회전 속도에 따라 작동되도록, 내연기관을 발전기에 연결하기 위해 제공될 수 있다.

변속기는 설정된 변속비(적용된 변속기의 입력시 토크 및/또는 회전 속도 대 전달된 변속기의 출력시 토크 및/또는 회전 속도의 비율)를 가질 수 있거나 제어 가능한 변속비를 가질 수 있다. 이러한 변속기의 변속비는 전자식, 기계식, 유압식, 및/또는 기타 방법론(예컨대, 클러치, 슬라이딩 기어(들), 분할 풀리, 드럼, 터빈 베인(들), 유압 밸브(들), 또는 모터, 솔레노이드 또는 기타 방법론에 의한 변속기의 기타 요소들의 작동을 통해)을 통해 제어될 수 있다. 일부 예에서, 변속기는 하나 이상의 클러치 또는 다른 액추에이터를 작동시킴으로써 선택될 수 있는 별개의 개수의 선택 가능한 변속비(또는 "기어들")를 가질 수 있다. 다른 예에서, 변속기는 변속비 범위에 걸쳐 연속적으로 제어 가능한 변속비를 가질 수 있으며; 이러한 변속기는 "연속 가변 변속기"로 지칭될 수 있다. 그러한 가변 변속기는 분할 풀리, 토로이달 드럼, 정역학적 요소, 또는 변속비 범위에 걸쳐 변속비의 연속적인 제어를 허용하기 위한 다른 작동 가능한 구성요소를 포함할 수 있다.

제1 측면에서, 변속기에 있어서, (i) 제1 축을 규정하고 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 제1 분할 풀리로서, 상기 제1 하프-풀리는 상기 제1 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제1 접촉 표면을 갖고, 상기 제2 하프-풀리는 상기 제1 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제2 접촉 표면을 갖는 것과; (ii) 제2 축을 규정하고 제3 및 제4 하프-풀리를 포함하는 제2 분할 풀리로서, 상기 제3 하프-풀리는 상기 제2 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제3 접촉 표면을 갖고, 상기 제4 하프-풀리는 상기 제2 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제4 접촉 표면을 갖고, 상기 제2 풀리는 상기 제1 풀리 내에 내포되는 것과; (iii) 벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고 상기 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하며, 상기 제2 분할 풀리에 인가되는 토크는 상기 벨트를 따라 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 분할 풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것; 을 포함하는 변속기가 제공된다.

제2 측면에서, 변속기에 있어서, (i) 제1 축을 규정하고 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 제1 분할 풀리와; (ii) 제2 축을 규정하고 제3 및 제4 하프-풀리를 포함하는 제2 분할 풀리로서, 상기 제2 분할 풀리는 상기 제1 분할 풀리 내에 내포되는 것과; (iii) 벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1 분할-풀리 및 상기 제2 분할-풀리와 접촉하고, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 커플은 상기 제1 축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리 커플은 상기 제2 축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하고, 상기 제2 분할 풀리에 가해지는 토크는 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 상기 벨트를 따라 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 분할-풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것; 을 포함하는 변속기가 제공된다.

제3 측면에서, 제어 가능한 변속비를 갖는 변속기에 있어서, (i) 제1 축을 규정하는 제1 풀리로서, 상기 제1 풀리는 상기 제1 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 것이 방지되도록 기계적 접지부에 결합되는 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 분할 풀리인 것과; (ii) 제2 축을 규정하는 제2 풀리로서, 상기 제2 풀리는 상기 제1 풀리 내에 내포되고, 상기 제2 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제3 및 제4 하프 풀리를 포함하고, 상기 변속기는 상기 제1 및 제2 하프 풀리 사이의 분리 그리고 상기 제3 및 제4 하프 풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되는 것과; (iii) 벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 하프 풀리와 접촉하고, 상기 제2 풀리에 가해지는 토크는 상기 벨트를 따라 상기 제2 풀리로부터 상기 제1 풀리로 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것과; (iv) 입력 부재로서, 상기 입력 부재는 상기 제2 풀리에 결합되어서 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 제2 축의 움직임을 초래하도록 하는 것과; (v) 출력 부재로서, 상기 출력 부재는 상기 제2 풀리에 결합되어서 상기 제2 풀리의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 하고 또한 상기 입력 부재에서의 토크가 상기 출력 부재에서 토크가 실현되게 야기시키도록 하는 것과; (vi) 중심 기어로서, 상기 중심 기어는 상기 중심 기어의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 출력 부재에 결합되고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 제2 풀리의 회전이 상기 중심 기어의 회전을 초래하도록 상기 중심 기어와 기어식으로 접촉하는 톱니를 갖는 각각의 제1 및 제2 링 기어를 포함하고, 상기 제3 및 제4 하프 풀리는 상기 중심 기어를 중심으로 대칭으로 배열되어서 상기 제3 및 제4 하프 풀리 사이의 분리를 조정하는 것이 상기 중심 기어를 향하거나 멀어지는 상기 제3 및 제4 하프 풀리의 대칭 운동을 초래하도록 하는 것; 을 포함하는 변속기가 제공된다.

도 1은 여러 예시적인 변속기의 요소들의 단면도를 도시한다.
도 2는 예시적인 가변 변속기의 요소들의 단면 사시도이다.
도 3a는 예시적인 변속기의 물리적 모델의 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 예시적인 변속기의 물리적 모델의 또 다른 도면이다.
도 4a는 예시적인 가변 변속기의 요소들의 단면 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 예시적인 변속기의 요소들의 단면도이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 예시적인 변속기의 요소들의 단면도이다.
도 5a는 예시적인 변속기의 벨트의 요소들의 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 예시적인 변속기의 벨트의 요소들의 단면도이다.
도 5c는 도 5a에 도시된 예시적인 변속기의 벨트의 요소들의 단면도이다.
도 6은 벨트의 요소들의 단면도이다.
도 7은 변속기 및 벨트의 요소들의 단면도이다.
도 8a는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 8b는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 8c는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 8d는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 8e는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.
도 8f는 예시적인 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸다.

다음의 상세한 설명에서는, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에서, 유사한 기호는 문맥상 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기술된 예시적인 실시예는 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 제시된 주제의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 활용될 수 있으며 다른 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 설명되고 도면에 예시된 바와 같은 본 개시의 측면은 매우 다양한 구성으로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 명시적으로 고려된다는 것이 쉽게 이해될 것이다.

I. 개요

벨트-풀리 변속기는 벨트와 맞물리는 2개 이상의 풀리들을 포함한다. 이러한 변속기의 변속비는 정적이거나 가변적일 수 있다. 풀리들 사이에서 이동하는 벨트의 길이를 통해 하나의 풀리에서 다른 풀리로 동력이 전달된다. 이 동력은 벨트를 따라 인장력으로서 전달될 수 있거나, 벨트를 따라 압축력을 통해 전달될 수 있다.

종래의 벨트-풀리 변속기의 풀리는, 풀리 회전축에 대해 반경방향(radially) '외측으로' 향하는 풀리의 접촉 표면을 통해, 벨트에 힘을 가함으로써 벨트와 맞물린다. 즉, 그러한 변속기의 풀리에 의해 그러한 변속기의 벨트 상으로 향하는 힘은, 풀리의 회전축으로부터 멀리, 외측으로 향하는 반경방향 성분(풀리의 기하학적 구조에 상대적)을 갖는다. 푸시 벨트를 통해 압축적으로 동력을 전달하는 기존 변속기의 경우, 벨트에 가해지는 이러한 '외측방향' 힘에 대응하기 위해서 벨트는 장력을 갖는 밴드 또는 기타 요소를 포함하며, 이는 벨트의 길이의 일부에 걸쳐 순 인장력(net tensile force)을 초래하고, 그에 따라 벨트가 풀리와 맞물린 상태를 유지한다. 이러한 압축 변속기는 종종 인장력을 통해 동력을 전달하는 변속기보다 선호된다. 그러나 이러한 압축 변속기의 동력 용량과 수명은 고출력 응용 분야의 증가된 장력을 견딜 수 있는 푸시 벨트의 비용과 복잡성으로 인해 제한되는 경우가 많다.

본 명세서에 설명된 개선된 변속기는, 풀리의 회전축에 대해, 반경방향 '내측으로' 향하는 힘을 압축 푸시-타입 벨트에 가하는 '방사상 반전식(radially inverted)' 풀리를 갖는다. 즉, 풀리에 의해 이러한 개선된 변속기의 벨트 상으로 향하는 힘은 풀리의 회전축으로부터 향하는, 내측으로 향하는 반경방향 성분(풀리의 기하학적 구조에 상대적)을 갖는다. 따라서, 이러한 변속기의 벨트는 동력-전달 압축력의 크기와 유사한 크기의 장력을 받지 않는다. 따라서 이러한 벨트는 상당히 감소된 비용 및 복잡성을 나타내는 밴드-팩(band-packs) (또는 벨트에 가해지는 인장력에 저항하도록 구성된 또 다른 요소)을 포함하거나, 심지어 이러한 복잡하고 값비싼 요소를 완전히 생략할 수도 있다.

이러한 변속기의 '방사상 반전식' 풀리가 벨트에 '내측방향' 힘을 가하기 위해서, 풀리들은 서로 내포(nested)되거나 또는 적어도 부분적으로 중첩되도록 구성될 수 있다. 이러한 변속기의 제1 풀리의 요소들(변속비의 변화를 허용하는 분할-풀리일 수 있음)은, 중첩 구성을 허용하도록 분할되는 제2 풀리의 요소들 내에 또는 요소들 사이에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 그러한 변속기의 풀리들의 회전축들 중 하나 또는 양쪽 모두는 서로에 대해 및/또는 이들이 일부인 메커니즘 또는 시스템에 대해 이동할 수 있다. 예를 들어, 이러한 변속기의 제1 풀리는 변속기 내에서 트로코이드 운동으로 맞물려 회전축 주위를 회전할 수 있으며, 여기서 회전축은, 그 자체가, 변속기의 중심 회전축 및/또는 중심 회전축으로부터 지정된 거리에서 제2 풀리의 중심 회전축 주위를 선회한다. 그러한 변속기의 제1 풀리는 입력 부재(예컨대, 편심 캠(off-center cam)을 통해)에 의해 구동될 수 있고, 오프셋 샤프트 커플링 또는 일부 다른 메커니즘을 통해 제1 풀리로부터 동력이 추출될 수 있다. 다른 예에서, 그러한 변속기의 풀리들의 회전축 위치는 고정될 수 있다. 예를 들어, 양쪽 풀리들은 이들이 일부인 메커니즘이나 시스템에 대해 움직이지 않는 오프셋 회전축을 가질 수 있다(예컨대, 외부 풀리는 매우 넓은 목(throat) 또는 내부 풀리의 축이 통과하도록 허용하는 기타 개구부를 가질 수 있음).

II. 예시적인 변속기

다양한 변속기는 양쪽 풀리들과 접촉하는 벨트를 통해 하나(또는 그 이상)의 풀리에서 다른 풀리로 힘을 전달함으로써 입력과 출력 사이의 정적 또는 가변 변속비를 제공한다. 풀리의 유효 직경의 차이는, 변속기가 1이 아닌(non-unity) 변속비(즉, 1보다 크거나 1보다 작은 변속비)를 나타내도록 한다. 풀리(들)는(은), 유효 직경(들)이 조정될 수 있도록 분할되거나 다른 방식으로 구성될 수 있으며, 그에 따라 변속기의 변속비가 조정되도록 한다. 동력은 벨트의 인장력을 통해 또는 압축력(예컨대, '푸시-타입' 벨트를 사용)을 통해 풀리들 사이에서 전달될 수 있다.

도 1은 이러한 다양한 벨트-풀리 변속기를 도시한다. 제1 변속기(100a)는 제1 풀리(110a)와 제2 풀리(120a)를 포함한다. 벨트(130a)는 풀리(110a, 120a)들 주위를 감싼다. 풀리(110a, 120a)들로부터 벨트(130a)에 가해지는(예컨대, 가해진 힘의 반경방향 성분이, 풀리(110a)의 기하학적 구조에 대해, 풀리(110a)의 축(115a)으로부터 멀리, 외측으로 향하도록 제1 풀리(110a)의 회전축(115a)으로부터 멀리 방사상 방향으로 제1 풀리(110a)로부터 가해지는) 외측방향 힘(도 1에 화살표로 도시됨)은 벨트(130a)가 풀리(110a, 120a)들의 접촉 표면에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있게 하여, 풀리들 중 하나에 인가된 동력(토크 및/또는 회전)이, 벨트(130a)를 통해, 다른 풀리에 전달되도록 허용한다. 풀리(110a, 120a)들 중 하나 또는 양쪽 모두는 분할 풀리일 수 있고 분할 풀리의 절반 사이의 축방향 분리가 조정될 수 있도록 구성되어, 변속기(100a)의 변속비를 제어할 수 있다. 도 1의 하반부는 벨트(130a)의 평면을 통한 단면으로 변속기(100a)를 예시하는 한편, 도 1의 상반부는 풀리(110a)의 회전축(115a)을 통과하는 평면을 통한 단면으로 변속기(100a)를 예시하며 제1 풀리(110a) 및 이와 접촉하는 벨트(130a)의 일부만이 도시되어 있다.

벨트-풀리 변속기의 풀리들은 다양한 이점을 제공하기 위해 내포되거나 부분적으로 서로 중첩되도록 만들어질 수 있다. 이러한 이점에는 크기 감소, 변속 비율 증가, (변속기가 비율을 조정하기 위해 분할 풀리를 활용하는 가변 변속기인 경우)변속기의 변속 비율에 더 큰 변화를 가져오는 분할 풀리 절반부들(halves)의 축 분리에 있어서의 작은 변화, 변속비 변동시의 증가된 속도, 또는 비-중첩 구성과 관련된 기타 이점이 포함될 수 있다. 이러한 중첩 변속기는, '내부' 풀리의 요소들이 외부 2개의 절반부들 사이에 위치할 수 있도록, 2개의 절반부들로 분할되는 '외부' 풀리를 포함할 수 있어, 서로 중첩됨에도 불구하고 내부 풀리와 외부 풀리의 양쪽 모두에 벨트가 접촉할 수 있도록 한다.

이러한 내포식 변속기의 풀리들은 고정된(즉, 지면, 하우징, 또는 변속기의 기타 구조적 요소들에 대해 공간 내에서 움직이지 않는) 축을 중심으로 회전할 수 있다. 대안적으로, 풀리(예컨대, 내부 풀리)들 중 하나 또는 양쪽 모두의 회전축은 움직일 수 있다. 예를 들어, 내부 풀리의 회전축은, 내부 풀리가 트로코이드 운동으로 맞물리도록, 외부 풀리의 회전축 주위를 선회할 수 있다.

도 1에 도시된 제2 변속기(100b)는 이러한 내포식 풀리 변속기의 예이다. 제2 변속기(100b)는 제1 풀리(110b)와 제2 풀리(120b)를 포함한다. 벨트(130b)는 풀리(110b, 120b)들 주위를 감싼다. 풀리(110b, 120b)들로부터 벨트(130b)에 가해지는(예컨대, 가해진 힘의 반경방향 성분이, 풀리(110b)의 기하학적 구조에 대해, 풀리(110c)의 축(115b)으로부터 멀리, 외측으로 향하도록 제1 풀리(110b)의 회전축(115b)으로부터 멀어지는 방향으로 제1 풀리(110b)로부터 가해지는) 외측방향 힘(도 1에 화살표로 도시됨)은 벨트(130b)가 풀리(110b, 120b)들의 접촉 표면에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있게 하여, 풀리들 중 하나에 인가된 동력(힘 및/또는 회전)이, 벨트(130b)를 통해, 다른 풀리에 전달되도록 허용한다. 풀리들 중 하나(예컨대, 110b)는 풀리들 중 다른 하나(예컨대, 120b)의 대향 요소들에 배치된 2개의 하프-풀리들로 분할될 수 있어, 양쪽 모두의 풀리가 회전하고 벨트(130b)가 하나의 풀리의 접촉 표면으로부터 다른 풀리로 통과할 수 있다. 풀리(110b, 120b)들의 접촉 표면들은, 벨트(130b)에 이러한 반경방향 '외측으로' 힘을 가하기 위해서, 풀리(110b, 120b)들의 각각의 회전축을 향해 반경방향 내측을 향하는 표면 법선을 갖는다. 따라서, 풀리(110b, 120b)들의 접촉 표면은 볼록하다.

양쪽 풀리(110b, 120b) 모두는 분할 풀리일 수 있고 분할 풀리들의 절반부들 사이의 축방향 분리가 조정될 수 있도록 구성되며, 그에 따라 변속기(100b)의 변속비를 제어할 수 있다. 도 1의 하반부는 벨트(130b)의 평면을 통한 단면으로 변속기(100b)를 예시하는 한편, 도 1의 상반부는 풀리(110b)의 회전축(115b)을 통과하는 평면을 통한 단면으로 변속기(100b)를 예시하며 제1 풀리(110b) 및 그것과 벨트(130b)가 접촉하는 부분만이 도시되어 있다(도 1의 상부에서는 제1 풀리(110b)가 중첩될 수 있는 제2 풀리(120b)의 부분은 생략되어 있다).

풀리가 풀리 주위를 감싸는 벨트에 회전축으로부터 외측으로 힘을 가하는 예시적인 변속기(100a, 100b)의 방식으로 변속기를 구성하는 것은 다양한 이점과 단점을 제공할 수 있다. 벨트가 벨트 내의 인장력을 통해 풀리들 사이에서 힘을 전달하도록 구성되는 경우(예컨대, 벨트는 "풀 타입(pull type)" 벨트임), 전달된 동력의 증가는 벨트에 가해지는 수직력의 증가를 가져오고, 벨트가 풀리(들)에 대해 미끄러질 가능성을 감소시킨다.

일부 예에서, 벨트 내의 압축력을 통해 풀리들 사이에서 힘을 전달하도록 구성된 벨트를 사용하는 것이 바람직하다(예컨대, 벨트는 "푸시 타입" 벨트임). 벨트를 통한 이러한 동력 전달 방법은, 효율성을 향상시키거나, 소음과 진동을 감소시키거나, 변속기의 다른 특징들을 위해서 선택될 수 있다. 그러나 이러한 벨트가 벨트에 '외측으로 향하는' 힘을 가하는 풀리들과 함께 활용되는 경우, 벨트는 일반적으로 스트랩, 밴드 팩, 힌지, 다중-막대 링크, 또는 벨트를 따라 실질적으로 정적 인장 하중을 전달하는 기타 요소를 포함한다. 이러한 인장 하중의 크기는, 풀리들에 의해 벨트에 가해지는 수직력(normal force)이 풀리들의 접촉 표면들에 대한 벨트의 미끄러짐을 방지하기에 충분하도록 맞춰진다. 따라서, 그러한 변속기의 동력 용량의 증가는 벨트가 견뎌야 하는 인장 하중의 증가를 수반하며, 벨트의 비용, 질량, 부피 및/또는 복잡성을 증가시킨다. 또한, 이러한 "푸시 벨트"를 통해 전달되는 동력의 증가는 (벨트 내의 실질적으로 정적인 인장력을 더 많이 상쇄하는, 증가된 압축가능한 동력 전달력으로 인해) 벨트에 가해지는 수직력의 감소를 초래하여, 전달된 동력이 증가함에 따라 벨트가 풀리(들)에 대해 미끄러져 잠재적인 불안정성을 초래할 가능성이 있다.

중첩-풀리 타입의 벨트-풀리 변속기의 풀리들은 풀리들의 유효 원주에 의해 완전히 둘러싸인 영역을 규정한다. 따라서, 이러한 중첩-풀리 타입의 변속기는 회전축을 향해 '내측으로' 벨트에 힘을 가하도록 구성될 수 있다. 따라서 벨트는 모든 곳에서 압축을 받게 되며 벨트의 무결성 및/또는 벨트 세그먼트의 정렬을 유지하기 위해 인장-전달 요소들을 생략(또는 더 적고/적거나, 더 작고/작거나, 더 저렴하게 포함)할 수 있다.

도 1에 도시된 제3 변속기(100c)는 풀리들이 벨트에 '내측방향' 힘을 가하는 내포식-풀리 변속기의 예이다. 제3 변속기(100c)는 제1 풀리(110c) 및 제2 풀리(120c)를 포함한다. 벨트(130c)는 풀리(110c, 120c)들의 중첩되는 유효 원주에 의해 규정되는 영역 내에 배치된다. 풀리(110c, 120c)들로부터 벨트(130c)에 가해지는(예컨대, 가해진 힘의 반경방향 성분이, 풀리(110c)의 기하학적 구조에 대해, 풀리(110c)의 축(115c)을 향하여, 내측으로 향하도록 제1 풀리(110c)의 회전축(115c)을 향하는 방향으로 제1 풀리(110c)로부터 가해지는) 내측방향 힘(도 1에 화살표로 도시됨)은 벨트(130c)가 풀리(110c, 120c)들의 접촉 표면에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있게 하여, 풀리들 중 하나에 인가된 동력(힘 및/또는 회전)이, 벨트(130c)를 통해, 다른 풀리에 전달되도록 허용한다. 벨트(130c)는 제1 접촉 표면(131c)을 따라 제1 풀리(110c)와 접촉하고, 제2 접촉 표면(133c)을 통해 제2 풀리(120c)와 접촉한다. 풀리(110c, 120c)들의 접촉 표면(131c, 133c)들은, 벨트(130c)에 반경방향 '내측' 힘을 가하기 위해서, 풀리(110c, 120c)들의 각각의 회전축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 표면 법선을 갖는다. 따라서, 풀리(110c, 120c)들의 접촉 표면(131c, 133c)은 오목하다. 도 1의 하반부는 벨트(130c)의 평면을 통한 단면으로 변속기(100c)를 도시하는 한편, 도 1의 상반부는 풀리의 회전축(115c)을 통과하는 평면을 통한 단면으로 변속기(100c)를 도시하며 제1 풀리(110c)와 벨트(130c)만이 도시되어 있다(제1 풀리(110c)가 중첩될 수 있는 제2 풀리(120c)의 일부는 더 명확한 도시를 위해 도 1의 상부에서 생략되어 있다).

벨트(130c)의 길이의 대부분(예컨대, 다중-세그먼트 벨트의 개별 세그먼트의 대부분)은 접촉 표면(131c, 133c)들 중 하나 또는 다른 하나와 접촉된다. 그러나, 벨트의 2개의 부분(135c)은 '부유(floating)'되어, 양 풀리(110c, 120c)와 접촉하지 않는다. 이러한 '부유' 부분은 풀리들 중 하나와의 접촉부와 다른 풀리와의 접촉부 사이에서 이동하는 벨트 부분이다.

풀리들 중 하나(예컨대, 110c)는 풀리들 중 다른 하나(예컨대, 120c)의 대향 요소들에 위치된 2개의 하프-풀리로 분할될 수 있다. 이러한 구성은 양쪽 풀리 모두가 회전하는 것을 허용하고 벨트(130c)가 하나의 풀리의 접촉 표면에서 다른 풀리로 통과하는 것을 허용한다. 풀리(110c, 120c)들 모두는 분할 풀리일 수 있고 분할 풀리의 절반부들 사이의 축방향 분리가 조정될 수 있도록 구성되어, 변속기(100c)의 변속비를 제어할 수 있다.

벨트에 내향 힘을 가하여 벨트의 장력-유지(tension-sustaining) 요소에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하는 이러한 변속기는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 풀리들 중 하나 또는 양쪽 모두는 분할-풀리일 수 있으며, 분할-풀리(들)의 하프-풀리들 사이의 분리(들)는(은) 변속기의 변속비를 제어하도록 제어 가능하다. 일부 예에서, 본 명세서에 설명된 변속기의 풀리들 모두는 변속기 내에서 움직이지 않는 각각의 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 대안적으로, 풀리들 중 하나는 기계적으로 접지(grounded)될 수 있는 한편 다른 풀리의 회전축은 접지된 풀리의 대칭 축 주위에서 회전(orbiting)할 수 있으며, 회전축의 궤도는 변속기의 입력이 되고 축 주위를 회전하는 풀리의 전체 회전은 변속기의 출력이 된다(예컨대, 변속기는 다양한 사이클로이드 변속기로 구성될 수 있음). 풀리들 중 하나가 이러한 방식으로 '회전(orbit)'하도록 구성되는 경우, 변속기를 구동하고/하거나 회전하는 풀리의 운동을 수정하여 출력을 제공하거나 그 반대로 하기 위해 다양한 메커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 내부 풀리의 회전축의 운동은 내부 풀리에 회전 가능하게 결합된 편심 캠에 결합된 입력 부재에 의해 구동될 수 있다. 내부 풀리의 회전축이 변속기 내에서 회전할 때 내부 풀리의 편심된 질량의 이동을 상쇄하기 위해 균형 질량(balancing mass)이 캠 및/또는 입력 부재에 결합될 수도 있다. 회전축을 중심으로 하는 내부 풀리의 회전은 내부 풀리의 상응하는 구멍이나 기타 특징부를 관통하는 개별 핀(pin)들의 세트(베어링으로 둘러싸여 있음)를 이용하여 출력 부재에 결합(또는 '교정(rectified)')될 수 있다. 이러한 변속기의 요소들에 회전/토크를 결합하거나 결합 해제하는 다른 방법도 가능하다.

그러한 변속기의 벨트의 구성은 또한 원하는 이점 또는 절충점에 접근하기 위한 다양한 가능성으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 벨트는 "A"자 모양의 단면을 가질 수 있으며(즉, 벨트가 풀리와 접촉하는 모든 접촉 표면들이 서로로부터 멀어지는 방향을 향함), 양쪽 분할-풀리 모두는 벨트에(예컨대, 벨트의 개별 세그먼트에) 국부적인 압축력을 가하여, 벨트를 구동하고 풀리에 대한 벨트의 미끄러짐을 방지한다. 다른 예에서, 벨트는 "M"자형 단면을 가질 수 있으며(즉, 벨트의 풀리-접촉 표면들 중 일부는 서로를 향하고 일부는 서로로부터 멀어지는 방향을 향함), 분할-풀리들 중 하나(예컨대, 서로 반대 방향으로 향하는 벨트 접촉 표면과 접촉하는 '내부' 풀리)가 벨트에 국부적인 압축력을 가하고 다른 하나는 벨트에 국부적인 인장/팽창력을 가하여, 벨트를 구동하고 풀리(예컨대, 서로를 향하는 벨트 접촉 표면들과 접촉하는 '외부' 풀리)에 대한 벨트의 미끄러짐을 방지한다. "M-벨트"를 사용하면 "A-벨트"를 사용하는 것보다 더 작고/작거나, 더 짧고/짧거나, 더 가벼운 변속기를 제공할 수 있지만, 잠재적으로 변속기 제조의 복잡성이 증가하거나, 벨트의 제조 및 재료에 대한 더 높은 제조 요구사항이 부과(예컨대, 더 높은 인장 하중을 견딜 수 있는 재료의 사용 및/또는 압축 및 인장 하중의 반복적인 교대를 요구함)되거나, 또는 변속기의 제조 또는 작동과 관련하여 일부 다른 상이한 요소를 부과한다.

도 2는 풀리가 벨트에 반경방향으로 '내측' 힘을 가하고 풀리들 중 하나의 축이 다른 풀리의 회전축 주위를 '회전(orbits)'하는 예시적인 변속기(200)의 요소들을, 단면도로, 도시한다. 변속기(200)는 내부 풀리(230), 외부 분할 풀리(220), 및 벨트(240)를 포함한다. 벨트(240)의 제1 부분(도 2의 상부에 도시됨)은 내부 풀리(230)와 접촉하고, 벨트(240)의 제2 부분(도 2의 하부에 도시됨)은 외부 분할 풀리(220)와 접촉한다. 입력 부재(210)는 변속기(200) 내/외부로 토크/회전을 커플링시켜, 입력 부재(210)가 회전함에 따라 내부 풀리(230)가 중심축(201)(외부 분할 풀리(220)의 벨트-접촉 표면의 대칭축이기도 함)을 중심으로 회전하는 캠(215) 주위에서 회전함으로써 세차 운동하게 한다. 균형추(217)는 또한 축(201)을 중심으로 내부 풀리(230)의 질량 중심의 움직임을 보상하기 위해 입력 부재(210)에 결합된다. 외부 분할 풀리(220)는 변속기(200)의 기계적 접지부(260)(예컨대, 하우징)에 기계적으로 결합되어, 접지부(260)에 대한 회전이 방지되도록 한다. 출력 부재(270)는, 기어(275)를 통해, 내부 풀리(230)의 톱니형 접촉 표면(235)에 결합됨으로써 변속기(200) 외부/내부로의 토크/회전을 커플링한다. 따라서, 입력부재(210)에 회전/토크가 가해지면 출력부재(270)에서도 회전/토크가 실현되며, 그 반대도 마찬가지이다.

예시적인 변속기(200)의 내부 풀리(230)는 분할되지 않으므로 벨트(240)와의 접촉에 대해 조정 불가능한 유효 직경을 갖는다. 따라서, 변속기(200)는 고정된 변속비를 갖는다. 분할 외부 풀리(220)의 절반부들 사이의 축방향 분리는 정적으로 설정될 수 있거나 (예컨대, 상이한 토크 및/또는 동력 조건에 걸쳐 벨트(240)의 장력을 최적화하기 위해) 연속적으로 조정될 수 있다. 그러나 일부 예에서는, 내부 풀리가 분할될 수도 있다. 그러한 예에서, 내부 분할 풀리 및 외부 분할 풀리의 절반부들 사이의 축방향 거리를 조정하여 변속기의 변속비를 제어하고/하거나 벨트의 장력 수준을 제어할 수 있다.

일부 예에서, 내부 풀리(230)는 기어(275)의 중심 평면을 중심으로 대칭으로 분할될 수 있다. 이러한 예에서, 기어(275)의 갈매기형 또는 "V"형 톱니의 각도, 기하구조, 개수, 또는 기타 특성은, 내부 풀리(230)의 톱니형 접촉 표면(235)과 기어(275)와의 사이의 상호작용이 벨트(240)의 장력에 대해 음의 피드백을 제공하도록, 지정될 수 있다. 이러한 접근법은 더 적은 수의 액추에이터로 변속기(240)의 제어를 유리하게 단순화시킨다. 예를 들어, 변속기(240)는 변속기(200)를 통한 동력 전달의 증가가 내부 풀리(230)의 절반부들을 함께 당기기 위해 가해지는 힘의 증가를 초래하도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 내부 풀리(230)에 의해 벨트에 가해지는 내측-방향 힘이 증가하고 벨트(240)가 풀리(220, 230)들에 대해 미끄러질 가능성을 감소시킨다. 이는 정적 또는 동적으로 제어 가능한 변속비를 갖는 변속기(200)의 예에서 구현될 수 있다. 이러한 메커니즘은, 변속기의 풀리가 벨트에 '통상적인' 외측방향 힘을 가하는 변속기에 유리하게 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다(예컨대, 벨트가 벨트를 따라 큰 인장 하중을 전달하도록 구성된 밴드 팩 또는 기타 인장 요소를 포함하고, 그에 따라 큰 외측방향 힘이 벨트에 가해지게 하여 벨트가 미끄러지지 않고 하나의 풀리에서 다른 풀리로 큰 하중이 전달될 수 있도록 하는 변속기). 이러한 적용에는 전달된 토크와 (벨트에 반경방향 외측 방향으로 가해지는 힘으로 인한) 벨트 장력과의 사이에서 유익한 관계가 얻어지도록 "V"자형 톱니의 방향을 역전시키는 것이 포함될 수 있다.

위에서 "V"자형 톱니를 갖는 기어의 사용은 비제한적인 예시적 실시예로서 의도된 것임을 유의해야 한다. 중심 기어는, 맞물리도록 톱니가 형성된 하프-풀리들이 기어를 통해 중심 평면을 향하여/중심 평면으로부터 멀어지는 방향으로, 축방향으로, 대칭적으로 이동할 수 있도록 형성되는 또 다른 방식으로 형성된 톱니(예컨대, 평평한 톱니)를 가짐.

도 2에 도시된 바와 같이, 벨트(240)는 "M"자형 단면을 갖는다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 분할 풀리(220)는 서로를 향하는 벨트의 접촉 표면을 통해 벨트에 국부적인 인장/팽창력을 가하는 한편, 내부 분할 풀리(230)는 서로로부터 멀리 향하는 벨트의 접촉 표면을 통해 벨트에 국부적인 압축력을 가한다. 그러나, 벨트에 '내측방향' 힘을 가하도록 구성되는 내포식 또는 중첩식 풀리들을 갖는, 본 명세서에 설명된 변속기는 "A"자형 단면 또는 다른 단면 형상을 갖는 벨트를 사용하여 구현될 수도 있다.

또한, 내부 부재(210)와 내부 풀리(230) 및/또는 출력 부재(270)와 내부 풀리(230) 사이의 결합(즉, 내부 풀리(230) 내의 톱니형 접촉 표면(235)과 접촉하는 기어(275)를 사용함)은 수정될 수 있다. 예를 들어, 출력 부재(270)는 오프셋 샤프트 커플링, 사이클로이드 변속기, 또는 다른 다양한 커플링을 이용하여 내부 풀리(230)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

추가적으로, 본 명세서에 설명된 변속기(예컨대, 200, 300, 400)는 동력이 출력부로 전달되는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하지만, 이러한 변속기는 추가적으로 또는 대안적으로 백-구동 가능(back-drivable)하도록 구성되거나 또는 양방향 에너지 변속기 및/또는 출력부(들)에서 입력부(들)로의 에너지 변속기를 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 변속기는 로봇의 관절들 사이에서 양방향으로 에너지를 전달하기 위해, 예컨대 에너지를 하나의 관절(예컨대 접지부와의 접촉부로부터 현재 에너지를 받는 관절)로부터 거둬들이도록 (harvested) 허용하고 다른 관절(예컨대 페이로드에 힘을 가하기 위해 현재 사용되는 관절)에 적용되도록 허용함으로써, 또는 그 반대로 함으로써, 로봇의 전체 효율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 그러한 구성은 (예컨대, 로봇의 하나 이상의 관절의) 다중 자유도가 단일 모터에 의해(예컨대, 각각의 내포식-풀리 무한 가변 변속기를 통해) 구동되도록 허용할 수 있다.

또한, 이러한 변속기는 하나 이상의 내부 풀리 및/또는 하나 이상의 외부 풀리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 변속기는, 중심축 주위에서의 질량 중심의 움직임이 상쇄되도록 중심축 주위에서 균일하게 배열된 다중 내부 풀리들을 포함할 수 있으며, 그에 따라 진동이나, 베어링을 통해 전달되는 반력의 크기를 줄이거나, 다른 이점을 제공할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 어디에서나 압축되는 벨트에 '내측방향으로' 힘을 가하는 풀리들을 포함하는 변속기(300)의 도면이다. 도 3a는 전체 변속기(300)를 도시한다. 도 3b는 변속기(300)의 벨트(340)의 개별 요소들의 형상 및 배열을 보여주기 위해 클로즈업된 백라이트 방식으로 변속기(300)의 일부를 도시한다.

도 4a는 풀리들이 벨트에 '내측방향' 힘을 가하고 풀리들의 회전축이 전체적으로 변속기(400)에 대해 정적 상태인 예시적인 변속기(400)의 요소들을, 투시 단면으로, 도시한다. 변속기(400)는, 제1 회전축(401)을 중심으로 회전하는 내부 분할 풀리(410)(제1 하프-풀리(410a) 및 제2 하프-풀리(410b)를 포함함)와, 제2 회전축(403)을 중심으로 회전하는 외부 분할 풀리(420)(제1 하프-풀리(420a) 및 제2 하프-풀리(420b)를 포함함)와, 벨트(430)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 외부 분할-풀리(420)와 내부 분할-풀리(410)의 하프-풀리들 사이의 축방향 거리는, 예컨대 변속기의 변속비에 있어서의 변경에 영향을 미치도록 제어 가능하여, 430의 장력을 조정하고/하거나 다른 이점을 제공한다. 벨트(430)의 제1 부분(도 4의 상부에 도시됨)은 외부 하프-풀리(420a, 420b)와 접촉하고 벨트(430)의 제2 부분(도 4의 하부에 도시됨)은 내부 하프-풀리(410a, 410b)와 접촉한다. 입력 부재(405)는 변속기(400) 내부로/외부로 토크/회전을 커플링하여, 입력 부재(405)가 회전함에 따라 내부 분할 풀리(410)가 제1 축(401)을 중심으로 회전하게 한다. 출력 부재(407)는 변속기(400) 내부로/외부로 토크/회전을 커플링하여, 출력 부재(407)가 회전함에 따라 외부 분할 풀리(420)가 제2 축(403)을 중심으로 회전하게 한다. 따라서, 입력 부재(405)에서의 회전/토크의 적용은 출력 부재(407)에서의 회전/토크의 실현을 초래하고, 그 반대도 마찬가지이다.

내부 분할-풀리(410)의 하프-풀리(410a, 410b)들 사이의 축방향 분리와 내부 분할-풀리(420)의 하프-풀리(420a, 420b)들 사이의 축방향 분리는 변속기의 변속비를 제어하기 위해서 조정될 수 있다. 이는, 벨트(430)가 내부 분할 풀리(410) 및 외부 분할 풀리(420)와 접촉하는 내부 분할 풀리(410) 및 외부 분할 풀리(420)를 따른 위치가 변경되도록, 내부 분할 풀리(410) 및 외부 분할 풀리(420)의 축방향 분리를 조정함으로써 이루어질 수 있으며, 그에 따라 벨트(430)와의 상호 작용에 대한 내부 분할 풀리(410) 및 외부 분할 풀리(420)의 유효 직경을 조정한다. 예를 들어, 도 4b는 축방향 분리가 감소 또는 언더드라이브 비율(underdrive ratio)에 영향을 미치도록 조정되었을 때의 변속기(400)를 도시한다. 내부 하프-풀리(410a, 410b)들 사이의 분리가 감소되면, 벨트(430)가 제1 축(401)에 더 가까운 내부 하프-풀리(410a, 410b)들의 접촉 표면(415a, 415b)들과 접촉할 수 있게 되어, 내부 분할 풀리(410)의 유효 직경에 있어서의 감소로 이어지며; 대조적으로, 외부 하프-풀리(420a, 420b)들 사이의 분리가 증가하면, 벨트(430)가 제2 축(403)으로부터 더 멀리 있는 외부 하프-풀리(420a, 420b)들의 접촉 표면(425a, 425b)들과 접촉할 수 있게 되어, 외부 분할 풀리(420)의 유효 직경에 있어서의 증가로 이어진다. 다른 예에서, 도 4c는 축방향 분리가 오버드라이브 비율(overdrive ratio)에 영향을 미치도록 조정되었을 때의 변속기(400)를 도시한다. 내부 하프-풀리(410a, 410b)들 사이의 분리가 증가하면, 벨트(430)가 제1 축(401)으로부터 더 멀리 있는 내부 하프-풀리(410a, 410b)들의 접촉 표면(415a, 415b)들과 접촉할 수 있게 되어, 내부 분할 풀리(410)의 유효 직경에 있어서의 증가로 이어지며; 대조적으로, 외부 하프-풀리(420a, 420b)들 사이의 분리가 감소하면, 벨트(430)가 제2 축(403)에 더 가까운 외부 하프-풀리(420a, 420b)들의 접촉 표면(425a, 425b)들과 접촉할 수 있게 되어, 외부 분할-풀리(420)의 유효 직경에 있어서의 감소로 이어진다.

도 4b는 변속기(400)의 풀리들에 의해 벨트(430)에 가해지는 힘을 상세히 도시한다. 특히, 외부 하프-풀리(420a, 420b)들의 접촉 표면(425a, 425b)들은 벨트(430)에 각각의 힘(427a, 427b)을 가하고 내부 하프-풀리(410a, 410b)들의 접촉 표면(415a, 415b)들은 벨트(430)에 각각의 힘(417a, 417b)을 가한다. 힘(417a, 417b, 427a, 427b)들은 도 4b의 평면 내부로/외부로 향하는 성분(도시되지 않음)을 가질 수 있음에 유의해야 하며; 이러한 성분은 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 원통형 기하구조에 대한 "접선" 성분이다. 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 회전축(410, 403)에 평행하게 향하는 힘(417a, 417b, 427a, 427b)의 성분은 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 원통형 기하구조에 대한 "축방향" 성분이다. 도 4b의 평면에서 그리고 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 회전축(410, 403)에 수직으로 향하는 힘(417a, 417b, 427a, 427b)의 성분은 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 원통형 기하구조에 대한 "반경방향" 성분이다. 따라서, 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)들에 의해 가해지는 힘들은 모두, 각각의 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 각각의 회전축(410, 403)을 향해 내측으로 향하는 반경방향 성분을 갖는다는 점에서 반경방향으로 '내측으로' 향한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 분할 풀리를 형성하는 한 쌍의 하프-풀리들은 하프-풀리들 사이에서 압축력 커플(compressive force couple)을 나타내는 한 쌍의 힘을 벨트에 가한다. 따라서, 외부 하프-풀리(420a, 420b)들에 의해 벨트에 가해지는 힘(427a, 427b)들은 벨트(430)에 대한 압축력(힘(427a, 427b)의 축방향 성분이 서로를 향하기 때문에)과 벨트(430)에 대한 반경방향 내측-방향의 힘, 뿐만 아니라 잠재적으로 벨트(430)에 대한 접선방향 힘을 가하는 작용을 하는 압축 커플을 형성한다. 마찬가지로, 내부 하프-풀리(410a, 410b)들에 의해 벨트에 가해지는 힘(417a, 417b)들은 벨트(430)에 대한 압축력(힘(417a, 417b)의 축방향 성분이 서로를 향하기 때문에)과 벨트(430)에 대한 반경방향 내측-방향의 힘, 뿐만 아니라 잠재적으로 벨트(430)에 대한 접선방향 힘을 가하는 작용을 하는 압축 커플을 형성한다. 그러나, 본 명세서의 다른 곳에서 언급된 바와 같이(예컨대, 도 2에 도시된 변속기(200)와 관련하여), 벨트에 반경방향 내측 방향으로 가해지는, 이러한 커플은, 서로를 향하는 벨트의 접촉 표면들에 대해, 서로 멀어지게 가해질 수 있으며, 그에 따라 벨트에 인장력(뿐만 아니라 반경방향 내측-방향의 힘 및 선택적으로 접선력)을 가한다.

이러한 반경방향 '내측' 힘을 벨트(430)에 가하기 위해서, 접촉 표면(415a, 415b, 425a, 425b)들은 각각의 절반-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)의 각각의 회전축(410, 403)을 향해 반경방향 내측으로 향하는 표면 법선을 갖는다. 즉, 임의의 접촉 표면(415a, 415b, 425a, 425b) 중 임의의 부분의 국부적인 법선 표면은, 도 4b의 평면에 있고 회전축(401, 403)에 수직인, 그리고 상응하는 회전축(401, 403)을 향해 내측으로 향하는 반경방향 성분을 갖는다. 임의의 접촉 표면(415a, 415b, 425a, 425b)들 중 임의의 부분의 국부적인 법선 표면의 축방향 성분은 벨트에 압축력을 가하는 것을 촉진하기에 적절한 방향을 가질 수 있어 벨트(430)와 접촉 표면 사이의 미끄럼 방지 접촉을 유지한다(예컨대, 제1 하프-풀리(410a)의 접촉 표면(415a)의 부분에 법선인 표면의 축방향 성분은 도 4b의 도면에서 '위쪽으로' 향하는 한편, 제2 하프-풀리(410b)의 접촉 표면(415b)의 부분에 법선인 표면의 축방향 성분은 도 4b의 도면에서 '아래쪽으로' 향한다. 따라서, 하프-풀리(410a, 410b, 420a, 420b)들의 접촉 표면(415a, 415b, 425a, 425b)들은 오목하다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 벨트(430)는 "A"자형 단면을 갖는다. 따라서, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 외부 분할 풀리(420)는 (서로로부터 멀어지게 향하는 벨트(430)의 접촉 표면을 통해) 벨트(430)에 국부적인 압축력을 가하고, 내부 분할 풀리(410)는 또한 (서로로부터 멀어지게 향하는 벨트(430)의 접촉 표면을 통해) 벨트에 국부적인 압축력을 가한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 벨트에 '내측방향' 힘을 가하도록 구성되는 내포식 또는 중첩식 풀리들을 갖는 변속기는 "M"자형 단면 또는 다른 단면 형상을 갖는 벨트를 이용하여 구현될 수도 있다.

본 명세서에 설명된 바와 같은, 벨트에 내측방향 힘을 가하는 풀리들을 갖는 변속기(예컨대, 100c, 200, 300, 400)의 벨트는 작동 수명의 연장된 기간에 걸쳐 그리고 큰 크기의 전달되는 동력에 대하여 하나의 풀리로부터 다른 하나로의 힘의 효율적인, 저-리플(low-ripple) 전달을 촉진하기 위해 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 벨트는, (특정 시점에) 제1, 내부 풀리와 접촉하는 세그먼트의 제1 서브세트, 제2, 외부 풀리와 접촉하는 세그먼트의 제2 서브세트, 및 풀리와 접촉하지 않지만 압축 하중을 통해 제1 풀리로부터 제2 풀리로 동력을 전달하는 세그먼트의 제3 서브세트를 갖춘, 변속기 내에 함께 적층된 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다(이러한 변속기에는 풀리와 접촉하지 않고 동력을 압축적으로 전달하지 않지만 단지 구동되고 있는 풀리로부터 구동 풀리로 다시 전환하는 세그먼트의 제4 서브세트도 포함됨). 풀리(들)의 회전축에 수직인 평면을 통한 세그먼트의 단면 형상은 원형, 타원형, 또는 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동으로 서로 맞물려, 변속기의 효율을 높이고 벨트 및/또는 변속기의 작동 수명을 증가시키도록 특정된 기타 다른 형상일 수 있다. 벨트에 대해 내측방향으로 힘을 향하게 하는 이러한 변속기의 벨트는 모든 곳에서 압축될 수 있기 때문에, 밴드 팩 또는 벨트를 따라 정적 인장력을 유지하기 위해 다른 변속기에 존재하는 기타 요소들이 감소되거나 완전히 생략될 수 있다.

이러한 벨트는 충격, 진동, 변속기 내의 미립자, 변속기 요소의 결함(예컨대, 풀리의 결함, 벨트 세그먼트의 결함), 또는 세그먼트가 서로 및/또는 변속기 풀리와의 정렬에서 벗어나게 만들 수 있는 기타 프로세스나 요인에도 불구하고 벨트의 세그먼트를 적절한 정렬로 유지하는 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 세그먼트는 이웃하는 세그먼트 상의 대응하는 특징부(예컨대, 반구형 중공부) 내에 안착되도록 구성된 하나 이상의 반구형 또는 다른 형상의 돌출 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 특징부는, 변속기의 정상 작동 중에, 순수한 롤링 운동 이외의 방식(예컨대, 슬라이딩 운동)으로 서로 맞물릴 수 있다. 그러나, 세그먼트는 벨트를 통한 압축력의 대부분이 세그먼트의 다른 측면을 통해(예컨대, 실질적으로 순수한 롤링 운동을 통해 서로 맞물리도록 형상화된 더 큰 표면을 통해) 전달되도록 형상화될 수 있어서, 서로에 대한 정렬 특징부의 비-순수한 롤링 운동은 벨트 및/또는 변속기의 효율성이나 작동 수명에 크게 부정적인 영향을 미치지 않는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그러한 벨트는 변속기가 작동할 때 세그먼트가 서로에 대해 롤링되는 것을 허용하면서 세그먼트의 정렬을 유지하기 위해 스트랩 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 스트랩 또는 다른 특징부는 직조 배열로 세그먼트 사이/주변에 배열될 수 있다(예컨대, 금속, 직물 또는 기타 재료 밴드가 '날실' 역할을 하고 벨트의 하중-지지 세그먼트가 '씨실' 역할을 함). 스트랩 또는 다른 특징부는 벨트를 통한 동력-전달 압축에 대응하기에 충분한 큰 정적 장력을 유지하기보다는, 작은 오정렬(misaligning) 힘에 대응하는 역할을 하기 때문에, 스트랩 또는 다른 특징부는 더 작거나, 더 가볍거나, 더 저렴하거나, 또는 기존의 푸시-타입 벨트의 인장 밴드-팩에 비해 개선될 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 벨트가 힘을 전달하는 방향에 수직인 평면을 통한 세그먼트의 단면 형상은 "A"자형, "M"자형, 또는 세그먼트가 미끄러지지 않고 변속기의 풀리들과 접촉하도록 특정된 일부 다른 형상일 수 있다. 벨트 세그먼트의 특정 구성은, 원하는 크기, 부피, 무게, 비용, 제조의 복잡성, 수명, 재료 조성 또는 사양, 변속비 또는 제어 가능한 변속비 범위, 효율성, 발생되는 진동 또는 소음 진동 강도, 또는 벨트 및/또는 변속기의 일부 다른 원하는 제약을 얻기 위해 특정될 수 있다.

도 6은 본 명세서에 설명된 바와 같은 예시적인 벨트(600)(예컨대, M-벨트, A-벨트)의 다수의 세그먼트들(예시적인 세그먼트(610)를 포함함)의 단면을 도시한다. 단면도의 평면은 벨트(600)의 길이 및 벨트(600)가 접촉하는 풀리의 회전축에 수직이다. 각각의 세그먼트는 이웃하는 세그먼트와 접촉하고 이웃하는 세그먼트에 및 이웃하는 세그먼트로부터 힘을 전달하는 접촉 표면들(예컨대, 세그먼트(610)의 표면(615))을 가지고 있다. 이러한 접촉 표면들(예컨대, 615)의 형상은, 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동을 통해 서로 맞물리도록, 원형, 타원형, 또는 기타 특정 형상일 수 있다. 따라서, 하나의 풀리에서 다음 풀리로 벨트를 따라 전달되는 실질적으로 모든 압축력은 롤링 운동을 통해 서로 맞물리는 그러한 접촉 표면을 통해 전달될 수 있다(예컨대, 하나의 풀리에서 다음 풀리로 벨트를 따라 전달되는 압축력의 90% 초과의 압축력이 그러한 롤링-운동 접촉 표면들을 통해 전달될 수 있음). 접촉 표면들의 형상은 속도 리플(ripple)을 최소화하거나, 변속기의 하나의 풀리 또는 다른 풀리와의 접촉 사이에서 "부유"하는 벨트 부분을 안정화하거나, 기타 이점을 제공하기 위해 특정될 수도 있다. 세그먼트의 두께는, 헤르츠 접촉력(Hertzian contact forces)을 감소시켜 하중과 강성을 증가시키기 위해 감소될 수 있다.

다중 세그먼트 벨트를 포함하는 기존의 벨트-풀리 변속기에서는, 풀리와 세그먼트의 접촉 위치와, 인접한 세그먼트들 사이의 인장/압축력의 전달 위치와의 사이의 차이로 인해 세그먼트에 순 모멘트가 부여될 수 있다. 이 순 모멘트로 인해 풀리에 대해 세그먼트가 기울어져, 효율성과 최대 동력 전달이 감소하고, 마모가 증가하고, 장치 수명이 단축될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같은 내측방향 변속기의 벨트의 세그먼트들은, 벨트 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동을 통해 서로 맞물리도록 구속하는 특징부를 포함하도록 구성될 때, 보상력을 구속 특징부(constraint features)를 통해 전달함으로써 이러한 모멘트를 완전히 또는 부분적으로 개선할 수 있다. 이러한 변속기의 요소들에 의해 나타나는 이러한 힘의 다이어그램이 도 7에 도시되어 있다.

도 7은 본 명세서에 설명된 바와 같은 예시적인 벨트(700)(예컨대, A-벨트)의 다수의 세그먼트들(예시적인 세그먼트(710)를 포함함)의 단면을 도시한다. 단면도의 평면은 벨트(700)의 길이에 수직이다. 각 세그먼트는 이웃하는 세그먼트와 접촉하고 이웃하는 세그먼트에 그리고 이웃하는 세그먼트로부터 힘을 전달하는 접촉 표면들을 가지고 있다. 이러한 접촉 표면들의 형상은, 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동을 통해 서로 맞물리도록, 원형, 타원형, 또는 기타 특정 형상일 수 있다. 벨트는 또한, 서로에 대해 세그먼트의 정렬을 유지하도록, 세그먼트가 서로에 대해 실질적으로 순수한 롤링 운동으로 맞물리게 제한하도록, 그리고 세그먼트가 변속기의 어느 하나의 풀리와의 접촉 사이에서 '부유'할 때 벨트의 세그먼트가 벨트로부터 '방출'되는 것을 방지하도록 구성되는 구속 특징부(세그먼트 주위/사이를 통과하는 스트랩, 이웃하는 세그먼트의 대응하는 특징부 내에 안착하도록 구성된 서로 맞물리는 반구형 또는 다른 형상의 돌출 특징부 등, 도시되지 않음)를 포함한다. 웨지와 변속기의 풀리와의 사이의 접촉 라인은 곡선(720a)으로 도시되는 한편, 인접한 웨지 사이의 접촉 라인은 곡선(720b)으로 도시된다. 이들 접촉점은 각각 725a 및 725b로 도시된, 예시적인 세그먼트(710)에 대해 대향하는 힘을 가한다. 서로 오프셋되어 있으므로, 이들 힘은 예시적인 세그먼트(710)에 대해 스큐잉 모멘트(skewing moment)를 부여할 수 있다. 그러나, 서로에 대해 실질적으로 순수한 롤링으로 맞물리도록 웨지를 구속하도록 구성된 구속 특징부(스트랩, 웨지의 표면 상의 서로 맞물리는 돌출 특징부)는 보상력을 발휘하여 스큐잉 모멘트에 대응(counter)하고, 세그먼트가 서로 및 풀리와 적절한 정렬을 유지하도록 할 수 있다. 예시적인 세그먼트(710)에 그 좌우측 세그먼트에 의해 가해지는 이들 대응력(countering forces)은 각각 727a 및 727b로 표시된다. 이러한 구성은 벨트 설계를 크게 단순화하고 주어진 토크에 대해 총 구동 볼륨을 40%까지 줄일 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 벨트의 세그먼트의 기하구조, 및 특히 인접한 벨트 세그먼트가 서로 접촉하는 접촉 표면의 기하구조는, 벨트를 포함하는 변속기의 효율성을 향상시키도록 특정될 수 있어, 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동으로 서로 맞물릴 가능성이 더 높아지게 만들어질 수 있다. 이는 마모와 소음을 감소시키고, 효율성과 벨트 수명을 증가시키고, 변속기의 토크 및/또는 에너지 용량을 증가시킨다. 벨트 세그먼트의 기하구조는, 벨트 세그먼트가 하나의 풀리와의 접촉에서 다른 풀리와의 접촉으로 "부유하는" 위치에서 벨트의 안정성을 높이기 위해 특정될 수 있어, 양 풀리에 의해 직접적으로 가해지는 안정화 힘이 부족함에도 불구하고, 큰 하중이 이러한 '부유하는' 벨트 세그먼트를 가로질러 압축적으로 전달될 수 있도록 보장한다.

도 5a는 벨트(500)의 세그먼트(예컨대, 세그먼트(550, 551, 553))를 도시한다. 세그먼트들의 제1 서브세트(501a)는 풀리와 접촉하지 않고(또는 '부유하고'), 제2 서브세트(503a)는 제1 풀리와 접촉하고, 제3 서브세트(505a)는 제2 풀리와 접촉한다. 제2 서브세트(503a)는 벨트(500)와의 상호작용과 관련하여 제1 풀리의 유효 직경을 규정하는 제1 풀리의 제1 피치 라인(510a)을 따라 제1 풀리와 접촉하고, 제3 서브세트(505a)는 벨트(500)와의 상호작용과 관련하여 제2 풀리의 유효 직경을 규정하는 제2 풀리의 제2 피치 라인(520a)을 따라 제2 풀리와 접촉한다. 변속기의 전체 변속비는 피치 라인(510a, 520a)들의 반경들 사이의 비율과 관련이 있다.

힘/일은 벨트 세그먼트의 '부유하는' 제1 서브세트(501)를 통해 제1 풀리로부터 제2 풀리로(또는 그 반대로) 전달된다. 벨트 세그먼트가 실질적으로 순수한 롤링 운동을 통해 (예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이, 원형 또는 다른 타원형 단면을 따르는 접촉 표면을 가짐으로써) 서로 맞물리도록 구성될 때, 이들 힘은 직선(559a)을 따라, 제1 피치 원(510a)에서 제2 피치 원(520a)으로, 세그먼트에서 세그먼트로 전달된다. 각각의 벨트 세그먼트는, 라인(559a)을 따른 지점에서 이웃 벨트 세그먼트와 접촉하도록, 이웃 벨트 세그먼트와 맞물리도록 구성되어 있으며, 그에 따라 라인(559a)을 따른 힘의 전달을 용이하게 한다. 따라서, 예를 들어, 부유하는 세그먼트(501a)의 제1 벨트 세그먼트(550)는 제1 접촉 지점(555)에서 제1 이웃 벨트 세그먼트(551)와 접촉하고 제1 접촉 지점(557)에서 제2 이웃 벨트 세그먼트(553)와 접촉한다.

벨트의 실제 구현은 순수한 롤링 운동으로부터 약간의 편차를 초래하며, 따라서 전달된 힘의 일부는 라인(559a)에서 약간 벗어난 위치의 세그먼트들 사이 및/또는 라인(559a)의 방향에 완전하게 평행하지는 않은 방향으로 전달될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 실제로, 벨트 세그먼트는 반구형 돌출부/피트, 포장 벨트 또는 스트랩, 또는 벨트 세그먼트의 정렬을 보장하는 기타 정렬 특징부를 포함할 수 있으며, 전달된 힘의 일부는 (전달된 힘의 방향 및 위치가 벨트 세그먼트들을 적절한 정렬을 유지하도록 작용하는 상태로) 이러한 정렬 특징부를 통해 전달될 수 있다.

풀리의 유효 직경은 변속기의 변속비를 조정하기 위해서 수정될 수 있으며, 그에 따라 제1 풀리 및 제2 풀리와 접촉하는 세그먼트의 개수 및 위치, 그리고 어느 풀리에도 접촉하지 않는 '부유하는' 세그먼트의 개수 및 위치를 조정할 수 있다. 도 5b는 변속기가 1.36 : 1의 토크 비율을 갖도록 설정될 때의 벨트(500)의 구성을 도시한다. 이 구성에서의 각각의 제1 풀리 및 제2 풀리의 회전축(515b, 515b)뿐만 아니라 각각의 피치 라인(510b, 520b)의 위치가 도 5b에 도시되어 있다. 또한 도 5b에는 압축력이 제1 풀리에서 제2 풀리로(또는 그 반대로) 전달되는 라인(559b)의 위치가 도시되어 있다. 도 5c는 변속기가 0.96 : 1의 토크 비율을 갖도록 설정될 때의 벨트(500)의 구성을 도시한다. 이 구성에서의 각각의 제1 풀리 및 제2 풀리의 회전축(515c, 515c)뿐만 아니라 각각의 피치 라인(510c, 520c)의 위치가 도 5c에 도시되어 있다. 또한 도 5c에는 압축력이 제1 풀리에서 제2 풀리로(또는 그 반대로) 전달되는 라인(559c)의 위치가 도시되어 있다.

III. 실험 결과

압축형 푸시-타입 벨트에 '내측으로' 힘을 가하는 '방사상 반전식' 풀리를 갖는, 본 명세서에 설명된 바와 같은 변속기는 이러한 변속기의 이점을 확인하기 위해서 다양한 조건과 구성에 걸쳐 실험적으로 평가되었다. 특히, 회전축이 '정적인' 2개의 풀리를 갖는 변속기(예컨대, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 변속기(400)와 유사)가 제작되고 평가되었다. 이 평가 결과는 본 섹션과 관련이 있다.

제작된 변속기는 금속 풀리와 플라스틱 벨트를 갖고 있으며, 윤활 없이 1.2 : 1의 변속비로 평가되었다. 이 변속기는 5 ~ 10 뉴턴-미터의 입력 토크를 가했을 때 감김(binding)이나 끼임(jamming) 없이 조용하게 작동했으며, 90% 이상의 효율을 나타냈다. ~ 20 뉴턴-미터 이상의 토크가 적용된 경우에 소음 진동 강도가 증가했다. 변속기의 성능은 30 ~ 210 RPM에서 평가되었으며, 해당 범위에서 3% 미만의 효율 손실이 관찰되었다. 최대 동력 전달은 210 RPM 및 22 뉴턴-미터 입력에서 관찰되었으며, 총 출력은 78 와트였다.

변속기는 또한 강철 벨트를 사용하여 1 : 1의 변속비 및 풀리들의 축 사이의 7mm 분리("작은 오프셋(small offset)")로 평가되었다. 풀리에 의해 강철 벨트에 가해지는 클램핑력이 효율성에 미치는 영향과 미끄러짐을 초래하는 입력 토크의 수준에 대한 영향을 평가했다. 도 8a는 다양한 풀리 클램핑력 값(800, 1200, 2000, 및 3000 뉴턴)에 대한 출력 토크의 함수로서 변속기의 미끄러짐 없는 효율성과 최대 토크를 보여주는 이러한 테스트 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 미끄러짐이 없는 최대 토크는 풀리 클램핑력에 대략 선형적으로 비례한다. 도 8b는 이와 동일한 결과를 보여주지만, 출력 토크의 함수로서, 적용된 클램핑력에 대해 표준화된다(normalize). 도 8b에 도시된 바와 같이, 효율성과 미끄러짐 없는 표준화된 최대 토크에 대한 클램핑력의 효과는 1000 뉴턴 이상의 클램핑력에서 거의 동일했다.

도 8c 및 도 8d는 언더드라이브(변속비 1.1 : 1, 도 8c) 및 오버드라이브(변속비 0.9 : 1, 도 8d) 하에서 플라스틱 벨트와 강철 벨트 양쪽 모두에 대한 변속기의 효율 및 미끄러짐 없는 최대 토크를 비교한다. 이러한 결과는, 벨트와 풀리 사이의 접촉 면적이 감소할 때(예컨대, 도 8d에 도시된 오버드라이브 조건 동안), 플라스틱 벨트의 낮은 강성이 성능 저하를 초래할 수 있음을 나타낸다. 이러한 결과는 또한 강철 벨트의 강성이 풀리 표면에 '고착되는(sticking)' 벨트 웨지와 관련된 효율 손실을 악화시킬 수 있음을 의미한다.

24mm 분리("큰 오프셋(large offset)")의 풀리 축을 갖춘 강철 벨트 변속기에 대해 변속기 효율 및 미끄러짐 없는 최대 토크에 대한 변속비의 효과도 조사되었다. 도 8e에 도시된 결과는 1.1 : 1, 1 : 1, 및 0.9 : 1의 변속비에 대한 것이다. 도 8e에 도시된 바와 같이, 효율과 토크 용량은 언더드라이브(1.1 : 1)에서 약간 높았고 언더드라이브(0.9 : 1)에서는 약간 낮았다. 그러나 스틸 벨트의 경우 이러한 차이는 작았다.

풀리 축 오프셋 및 클램핑력이 변속기 효율 및 미끄러짐 없는 최대 토크에 미치는 영향도 강철 벨트 변속기에 대해 조사되었으며; 이러한 결과는 도 8f에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 더 큰 풀리 축 오프셋("큰 오프셋", 24mm)은, 클램핑력에 대해 표준화된 출력 토크의 함수로서 더 작은 풀리 축 오프셋("작은 오프셋", 7mm)보다, 효율이 떨어지지만, 미끄러짐 없는 최대 토크는 유사함을 나타냈다. 클램핑력의 영향은 약 1000 뉴턴 이상에서는 최소화되었다.

IV. 결론

도면에 도시된 특정 배열은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 또 다른 실시예가 주어진 도면에 도시된 각 요소를 더 많거나 더 적게 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 도시된 구성요소 중 일부는 결합되거나 생략될 수도 있다. 또한, 예시적인 실시예는 도면에 도시되지 않은 요소를 포함할 수 있다.

추가적으로, 다양한 측면 및 실시예가 본 명세서에 개시되었지만, 다른 측면 및 실시예가 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 측면 및 실시예는 설명을 위한 것이고 제한하려는 것이 아니며, 진정한 범위와 사상은 이어지는 청구범위에 의해 나타난다. 본 명세서에 제시된 주제의 사상이나 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 활용될 수 있고 다른 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 설명되고 도면에 도시된 바와 같은 본 개시의 측면은 매우 다양한 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 고려된다는 것이 쉽게 이해될 것이다.

Claims

변속기에 있어서,
제1 축을 규정하고 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 제1 분할 풀리로서, 상기 제1 하프-풀리는 상기 제1 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제1 접촉 표면을 갖고, 상기 제2 하프-풀리는 상기 제1 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제2 접촉 표면을 갖는 것과;
제2 축을 규정하고 제3 및 제4 하프-풀리를 포함하는 제2 분할 풀리로서, 상기 제3 하프-풀리는 상기 제2 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제3 접촉 표면을 갖고, 상기 제4 하프-풀리는 상기 제2 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제4 접촉 표면을 갖고, 상기 제2 풀리는 상기 제1 풀리 내에 내포되는 것과;
벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고 상기 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하며, 상기 제2 분할 풀리에 인가되는 토크는 상기 벨트를 따라 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 분할 풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것;
을 포함하는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고, 상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 벨트는 서로를 향하는 상기 벨트의 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고, 상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 벨트는 상기 벨트의 길이를 따른 모든 위치에서 상기 벨트의 길이를 따라 순 압축력(net compressive force)을 받는, 변속기.
청구항 4에 있어서,
상기 벨트는 장력을 받는 종방향 밴드를 포함하지 않는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 벨트는 복수의 벨트 세그먼트들을 포함하는, 변속기.
청구항 6에 있어서,
상기 벨트의 각각의 벨트 세그먼트는 접촉 표면들을 따른 롤링 운동을 통해 상기 벨트 세그먼트들이 서로 맞물리도록 형상화되는 접촉 표면들을 통해 상기 벨트의 이웃하는 세그먼트들과 맞물리고, 상기 벨트를 따라 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 전달되는 압축력의 90% 이상이 상기 벨트 세그먼트들의 접촉 표면들을 통해 전달되는, 변속기.
청구항 7에 있어서,
상기 벨트 세그먼트들의 접촉 표면들은 타원형 실린더의 부분과 일치하는 형상을 갖는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
기계적 접지부(mechanical ground)를 더 포함하며,
상기 제1 축 및 제2 축의 위치는 상기 기계적 접지부에 대해 정적(static)이고, 상기 제1 분할 풀리는 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 제2 분할 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능한, 변속기.
청구항 9에 있어서,
입력 부재로서, 상기 입력 부재의 회전이 상기 제2 분할 풀리의 회전을 초래하도록 상기 제2 분할 풀리에 결합되는 상기 입력 부재를 더 포함하며,
상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
상기 변속기는, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 분리 그리고 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되는, 변속기.
청구항 1에 있어서,
입력 부재; 및
출력 부재; 를 더 포함하며,
상기 제2 분할 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 제1 분할 풀리는 상기 제1 분할 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 것이 방지되도록 기계적 접지부에 결합되고, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 제2 축의 움직임을 초래하고, 상기 출력 부재는 상기 제2 분할 풀리에 결합되어 상기 제2 분할 풀리의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 하고 또한 상기 입력 부재에서의 토크가 상기 출력 부재에서 토크가 실현되게 야기시키도록 하는, 변속기.
청구항 12에 있어서,
상기 변속기는, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 분리와, 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되고, 상기 변속기는:
중심 기어로서, 상기 중심 기어의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 출력 부재에 결합되는 상기 중심 기어를 더 포함하며,
상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 제2 분할 풀리의 회전이 상기 중심 기어의 회전을 초래하도록 상기 중심 기어와 기어식으로 접촉하는 톱니를 갖는 각각의 제1 및 제2 링 기어를 포함하고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 중심 기어를 중심으로 대칭으로 배열되어서 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정하는 것이 상기 중심 기어를 향하거나 멀어지는 상기 제3 및 제4 하프-풀리의 대칭 운동을 초래하도록 하는, 변속기.
변속기에 있어서,
제1 축을 규정하고 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 제1 분할 풀리와;
제2 축을 규정하고 제3 및 제4 하프-풀리를 포함하는 제2 분할 풀리로서, 상기 제2 분할 풀리는 상기 제1 분할 풀리 내에 내포되는 것과;
벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1 분할-풀리 및 상기 제2 분할-풀리와 접촉하고, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 커플은 상기 제1 축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리 커플은 상기 제2 축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하고, 상기 제2 분할 풀리에 가해지는 토크는 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 상기 벨트를 따라 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 분할-풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것;
을 포함하는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고, 상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할-풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 벨트는 서로를 향하는 상기 벨트의 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 분할 풀리와 접촉하고, 상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 벨트는 상기 벨트의 길이를 따른 모든 위치에서 상기 벨트의 길이를 따라 순 압축력을 받는, 변속기.
청구항 17에 있어서,
상기 벨트는 장력을 받는 종방향 밴드를 포함하지 않는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 벨트는 복수의 벨트 세그먼트들을 포함하는, 변속기.
청구항 19에 있어서,
상기 벨트의 각각의 벨트 세그먼트는 접촉 표면들을 따른 롤링 운동을 통해 상기 벨트 세그먼트들이 서로 맞물리도록 형상화되는 접촉 표면들을 통해 상기 벨트의 이웃하는 세그먼트들과 맞물리고, 상기 벨트를 따라 상기 제2 분할 풀리로부터 상기 제1 분할 풀리로 전달되는 압축력의 95% 이상이 상기 벨트 세그먼트들의 접촉 표면들을 통해 전달되는, 변속기.
청구항 20에 있어서,
상기 벨트 세그먼트들의 접촉 표면들은 타원형 실린더의 부분과 일치하는 형상을 갖는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
기계적 접지부를 더 포함하며,
상기 제1 축 및 제2 축의 위치는 상기 기계적 접지부에 대해 정적이고, 상기 제1 분할 풀리는 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 제2 분할 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능한, 변속기.
청구항 22에 있어서,
입력 부재로서, 상기 입력 부재의 회전이 상기 제2 분할 풀리의 회전을 초래하도록 상기 제2 분할 풀리에 결합되는 상기 입력 부재를 더 포함하며,
상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 상기 벨트의 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 분할 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
상기 변속기는, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 분리 그리고 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되는, 변속기.
청구항 14에 있어서,
입력 부재; 및
출력 부재; 를 더 포함하며,
상기 제2 분할 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 제1 풀리는 상기 제1 분할 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 것이 방지되도록 기계적 접지부에 결합되고, 상기 입력 부재의 회전은 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 제2 축의 움직임을 초래하고, 상기 출력 부재는 상기 제2 분할 풀리에 결합되어 상기 제2 분할 풀리의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 하고 또한 상기 입력 부재에서의 토크가 상기 출력 부재에서 토크가 실현되게 야기시키도록 하는, 변속기.
청구항 25에 있어서,
상기 변속기는, 상기 제1 및 제2 하프-풀리 사이의 분리와, 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되고, 상기 변속기는:
중심 기어로서, 상기 중심 기어의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 출력 부재에 결합되는 상기 중심 기어를 더 포함하며,
상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 제2 분할 풀리의 회전이 상기 중심 기어의 회전을 초래하도록 상기 중심 기어와 기어식으로 접촉하는 톱니를 갖는 각각의 제1 및 제2 링 기어를 포함하고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 중심 기어를 중심으로 대칭으로 배열되어서 상기 제3 및 제4 하프-풀리 사이의 분리를 조정하는 것이 상기 중심 기어를 향하거나 멀어지는 상기 제3 및 제4 하프-풀리의 대칭 운동을 초래하도록 하는, 변속기.
제어 가능한 변속비를 갖는 변속기에 있어서,
제1 축을 규정하는 제1 풀리로서, 상기 제1 풀리는 상기 제1 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 것이 방지되도록 기계적 접지부에 결합되는 제1 및 제2 하프-풀리를 포함하는 분할 풀리인 것과;
제2 축을 규정하는 제2 풀리로서, 상기 제2 풀리는 상기 제1 풀리 내에 내포되고, 상기 제2 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제3 및 제4 하프 풀리를 포함하고, 상기 변속기는 상기 제1 및 제2 하프 풀리 사이의 분리 그리고 상기 제3 및 제4 하프 풀리 사이의 분리를 조정함으로써 상기 변속기의 변속비를 제어하도록 구성되는 것과;
벨트로서, 상기 벨트는 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 하프 풀리와 접촉하고, 상기 제2 풀리에 가해지는 토크는 상기 벨트를 따라 상기 제2 풀리로부터 상기 제1 풀리로 전달되는 압축력을 통해 상기 제1 풀리에서 토크가 실현되도록 하는 것과;
입력 부재로서, 상기 입력 부재는 상기 제2 풀리에 결합되어서 상기 입력 부재의 회전이 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 제2 축의 움직임을 초래하도록 하는 것과;
출력 부재로서, 상기 출력 부재는 상기 제2 풀리에 결합되어서 상기 제2 풀리의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 하고 또한 상기 입력 부재에서의 토크가 상기 출력 부재에서 토크가 실현되게 야기시키도록 하는 것과;
중심 기어로서, 상기 중심 기어는 상기 중심 기어의 회전이 상기 출력 부재의 회전을 초래하도록 상기 출력 부재에 결합되고, 상기 제3 및 제4 하프-풀리는 상기 제2 풀리의 회전이 상기 중심 기어의 회전을 초래하도록 상기 중심 기어와 기어식으로 접촉하는 톱니를 갖는 각각의 제1 및 제2 링 기어를 포함하고, 상기 제3 및 제4 하프 풀리는 상기 중심 기어를 중심으로 대칭으로 배열되어서 상기 제3 및 제4 하프 풀리 사이의 분리를 조정하는 것이 상기 중심 기어를 향하거나 멀어지는 상기 제3 및 제4 하프 풀리의 대칭 운동을 초래하도록 하는 것;
을 포함하는, 변속기.
청구항 27에 있어서,
상기 제1 풀리는 상기 제1 축을 향해 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하고, 상기 제2 풀리는 상기 제2 축을 향하여 반경방향 내측으로 향하는 힘을 상기 벨트에 가하는, 변속기.
청구항 27에 있어서,
상기 제1 하프-풀리는 상기 제1 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제1 접촉 표면을 통해 상기 벨트에 힘을 가하고, 상기 제3 하프-풀리는 상기 제2 축을 중심으로 방사상 대칭이고 오목한 제2 접촉 표면을 통해 힘을 가하는, 변속기.
청구항 27에 있어서,
상기 벨트는 서로를 향하는 상기 벨트의 제1 및 제2 접촉 표면을 통해 상기 제1 풀리와 접촉하고, 상기 벨트는 서로로부터 멀리 향하는 제3 및 제4 접촉 표면을 통해 상기 제2 풀리와 접촉하는, 변속기.
청구항 27에 있어서,
상기 벨트는 복수의 벨트 세그먼트들을 포함하며,
상기 벨트의 각각의 벨트 세그먼트는 접촉 표면들을 따른 롤링 운동을 통해 상기 벨트 세그먼트들이 서로 맞물리도록 형상화되는 접촉 표면들을 통해 상기 벨트의 이웃하는 세그먼트들과 맞물리고, 상기 벨트를 따라 상기 제2 풀리로부터 상기 제1 풀리로 전달되는 압축력의 90% 이상이 상기 벨트 세그먼트들의 접촉 표면들을 통해 전달되는, 변속기.
청구항 27에 있어서,
상기 벨트는 상기 벨트의 길이를 따른 모든 위치에서 상기 벨트의 길이를 따라 순 압축력을 받는, 변속기.