KR960016045B1

KR960016045B1 - Drive convertible device

Info

Publication number: KR960016045B1
Application number: KR1019930010219A
Authority: KR
Inventors: 주상완; 이대일
Original assignee: 주상완
Priority date: 1993-06-05
Filing date: 1993-06-05
Publication date: 1996-11-25
Also published as: KR950001123A

Abstract

The driving converter is designed to generate greater torque than traditional crank arm with same power using a guide housing having special curve of guide surface. The driving converter includes : a roller bearing (4) installed to both ends of a sliding crank arm (2); a guide housing (3); a rotary shaft (1) installed eccentrically to the guide housing (3); and a pin installed to both ends of a sliding crank arm (2).

Description

Radial Length Variable Drive Converter

제1도는 본 발명의 반경길이 가변식 구동 변환 장치의 원리를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing the principle of the variable-length drive conversion apparatus of the present invention.

제2도는 본 발명의 반경길이 가변식 구동 변환 장치를 자전거의 구동부에 적용한 예를 도시한 개략도.2 is a schematic view showing an example in which the variable-length drive conversion device of the present invention is applied to a drive unit of a bicycle.

제3도는 본 발명의 반경길이 가변식 구동 변환 장치를 엔진에 적용한 예로서, 엔진의 안내 하우징의 위상을 변화시키는 기구가 부착된 것을 도시한 개략도로, 안내 하우징을 회전시켰을 때, 위상각의 변화 및 피스톤 행정의 이동으로 인한 압축비의 변화를 설명한 도면.FIG. 3 is a schematic diagram showing an example in which the variable-length drive conversion device of the present invention is applied to an engine, in which a mechanism for changing the phase of the guide housing of the engine is attached. When the guide housing is rotated, the phase angle is changed. And a change in compression ratio due to movement of the piston stroke.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 회전축2 : 활주 크랭크 아암1: rotating shaft 2: sliding crank arm

3 : 안내 하우징4 : 베어링3: guide housing 4: bearing

5 : 핀6 : 페달5: pin 6: pedal

7 : 스프라켓 휘일8 : 체인7: Sprocket wheel 8: Chain

9 : 커넥팅 로드10 : 피스톤9: connecting rod 10: piston

11 : 실린더12 : 하우징 링 기어11 cylinder 12 housing ring gear

13 : 워엄14 : 서보 모터13: Worm 14: Servo Motor

15 : 마이크로프로세서15 microprocessor

본 발명은 반경길이 가변식 구동 변환 장치에 관한 것으로서, 특히, 일정한 길이를 가진 활주 크랭크 아암이, 회전축에 형성된 구멍내에 삽입되어 슬라이딩(활주)되고, 크랭크 아암의 양단이, 특수하게 형성된 안내 하우징의 내주 곡선을 따라 활주하며 회전 운동을 하며, 그 회전각도에 따라 회전축의 중심으로부터 활주 크랭크 아암의 양단부까지의 길이가 변화되므로, 이때, 반경길이 가변식 크랭크 아암의, 회전축으로부터 긴쪽의 선단에 힘을 가하게 되면, 같은 힘을 가지고 종래의 크랭크 아암에서보다 더 큰 토오크를 발생시킬 수 있는 반경길이 가변식 구동 변환 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a variable-length drive conversion apparatus, and in particular, a slide crank arm having a constant length is inserted into a hole formed in a rotating shaft and slides (slides), and both ends of the crank arm are specially formed in a guide housing. As the slide moves along the inner circumferential curve and the length of the slide crank arm is changed from the center of the rotation axis according to the rotation angle, a force is applied to the long end from the rotation axis of the variable-length crank arm. When applied, the invention relates to a variable-length drive drive device with the same force, which can generate greater torque than with conventional crank arms.

종래의 크랭크 기구는, 크랭크 아암의 길이가 항상 일정하여, 아암의 선단이 그리는 궤적은 진원이 되고, 아암의 선단에 일정한 힘이 가해질때, 어느 회전위치에서나 같은 토오크값을 얻을 수 밖에 없다.In the conventional crank mechanism, the length of the crank arm is always constant, the trajectory drawn by the tip of the arm becomes a circle, and when a constant force is applied to the tip of the arm, the same torque value is inevitably obtained at any rotational position.

본 발명의 목적은, 이와 같이 종래의 크랭크 기구의 문제점을 극복하는 것으로서, 크랭크 아암의 회전각도에 따라, 종래의 크랭크 기구보다 더 큰 토오크를 얻기 위해, 활주 크랭크 아암과 특수 곡선의 안내면을 가진 안내 하우징을 이용한, 가변길이 가변식 구동 변환 장치를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to overcome the problems of the conventional crank mechanism in this way, in order to obtain a larger torque than the conventional crank mechanism, depending on the rotational angle of the crank arm, a guide having a sliding crank arm and a guide surface of a special curve It is to provide a variable length variable drive conversion device using a housing.

본 발명의 안내 하우징내의 안내면의 곡선은, 상기와 같은 반경길이 가변식 구동 변환 장치에서, 활주 크랭크 아암의 양단부에 설치된 로울러 베어링의 중심축이 그리는 곡선의 궤적이 카디오이드(cardioid)곡선과 같은 특수 폐곡선이 됨을 이용하여, 이 곡선을 기초원으로 하여 형성된 것이다. 상기 안내 하우징의 내부의 기하학적 중심으로부터 편심된 위치에 설치되는 회전축을 중심으로 활주 크랭크 아암이 그 안내면을 따라 회전할때, 회전축을 중심으로 하여 활주 크랭크 아암의 한 단부의 길이는 증가하며, 다른 한 단부의 길이는 그만큼 감소된다. 이때, 회전축의 중심으로부터 크랭크 아암의 선단까지 회전 반경이, 크랭크 아암 전체길이의 절반이상이 되는 궤적부분을 작용범위라 하고, 회전반경이 크랭크 아암 전체길이의 절반이하가 되는 궤적부분을 관성범위라 한다.The curve of the guide surface in the guide housing of the present invention is a special closed curve such as a cardioid curve in which the trajectory of the central axis of the roller bearings installed at both ends of the slide crank arm is drawn in the radially variable drive converter. This curve is formed based on this curve. When the slide crank arm is rotated along its guide surface about an axis of rotation installed at a position eccentric from the geometric center of the interior of the guide housing, the length of one end of the slide crank arm about the axis of rotation increases and the other The length of the end is reduced by that. At this time, the area of rotation from the center of the axis of rotation to the tip of the crank arm is called the operating range, and the area of rotation where the radius of rotation is less than half of the total length of the crank arm is called the inertia range. do.

상기 카디오이드 곡선의 방정식은 예를 들어 r=R+e·cosθ로 정의될 수 있으며, 여기에서 e는 기하학적 중심으로부터의 편심도이고, R은 활주 크랭크 아암의 양단에 부착된 로울러의 중심축간 거리의 절반이며, e=0일때는 카디오이드 곡선은 진원이 되고, e≤0.5R이면, 이때의 곡선은 볼록(convex)하게 되어 본 발명에 필요한 안내 하우징의 안내면을 형성하는 기초 곡선이 된다. 안내면의 곡선은 이 카디오이드 기초곡선과 같은 특수 폐곡선과, 활주 크랭크 아암 양단부의 로울러 베어링의 반경을 참고로 제작이 가능하게 된다.The equation of the cardioid curve can for example be defined as r = R + e.cosθ, where e is the eccentricity from the geometric center and R is the distance between the central axes of the rollers attached to both ends of the slide crank arm. In half, when e = 0, the cardioid curve becomes round, and when e <0.5 R, the curve becomes convex and becomes a basic curve for forming the guide surface of the guide housing required for the present invention. The curve of the guide surface can be manufactured by referring to a special closed curve such as the cardioid foundation curve and the radius of the roller bearing at both ends of the slide crank arm.

본 발명을 더욱 잘 이해하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.In order to better understand the present invention, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도를 보면, 상기와 같이 형성된 안내 하우징(3) 내의 곡선을 따라 활주 크랭크 아암(2)이 회전축(1)을 중심으로 회전할때, 활주 크랭크 아암(2)은 회전축(1)의 축선 방향에 직각 방향으로 직각 방향으로 천공된 구멍내에 활주 가능하게 삽입되어 있으므로, 활주 크랭크 아암(2)이 회전하는 위치에 따라 회전 중심으로부터의 회전 반경이 변하게 된다. 이때, 활주 크랭크 아암(2)의 양단부에는 베어링(4)과 그 베어링을 지지하는 핀(5)이 연결되어 있다. 상기 베어링 대신에 미끄럼 베어링, 또는, 기어로 대체가 가능하며, 이때, 안내 하우징 내부에는 링기어가 부착되어야 하는 것은 당연하다.Referring to FIG. 1, when the slide crank arm 2 rotates about the rotation axis 1 along the curve in the guide housing 3 formed as above, the slide crank arm 2 is the axis of the rotation axis 1. Since the slide is slidably inserted into the hole drilled in the direction perpendicular to the direction, the radius of rotation from the center of rotation changes according to the position at which the slide crank arm 2 rotates. At this time, the bearing 4 and the pin 5 which supports the bearing are connected to the both ends of the slide crank arm 2. Instead of the bearing, it is possible to replace with a sliding bearing or a gear, in which case it is natural that a ring gear should be attached inside the guide housing.

상기 안내 하우징의 안내면을 따라 회전 운동하는 활주 크랭크 아암(2)의 전체 길이는 언제나 일정한 것이 특징이며, 이와 같은 기구는 신규한 것이다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 구조를 통해 얻어지는 역학적 특성을 이용하여 종래의 회전운동을 하는 모든 산업용 기계기구에 적용할 수 있다.The overall length of the sliding crank arm 2 which rotates along the guide surface of the guide housing is always constant, such a mechanism being novel. Therefore, the present invention can be applied to all industrial machinery that performs the conventional rotary motion by using the mechanical properties obtained through such a structure.

다음에 본 발명을 적용한 예를 통해 상세히 설명한다.Next will be described in detail through an example of applying the present invention.

제2도를 보면, 자전거의 구동기구를 도시한 것으로서, 앞에서 설명한 기본원리를 자전거 구동기구에 적용한 예를 간략하게 도시한 것이다. 각 부품(1 내지 5)은 제1도의 명칭과 구조가 동일하므로 여기에서는 설명을 생략한다.2 illustrates a driving mechanism of a bicycle, and briefly illustrates an example in which the basic principle described above is applied to a bicycle driving mechanism. Each of the parts 1 to 5 has the same name and structure as those in FIG. 1, and thus description thereof is omitted here.

도면부호(6)은 페달이고, 도면부호(7)은 스파라켓 휘일, 도면부호(8)은 체인이다. 제2도에 도시된 바와 같이, 활주 크랭크 아암의 회전축 중심으로부터 아암의 한 끝까지의 길이 r은 제1도에 설명한 바와 같이 R보다 커지다가, 페달이 하강하여 수평(θ=0)을 지나는 시점에서부터는 아암의 길이 r이 점차 줄어들게 되며, 아암이 수직인 위치에서는 r=R이 되므로, 회전축으로부터 아암의 양단까지의 길이가 같아지게 된다. 이와 같이, 아암의 길이 r이 R보다 커지게 되는 특성을 이용하여, 동일한 힘 F로 더 큰 토오크를 발생시킬 수 있다. 한편, 인간공학적, 역학적 측면에서 볼 때, 페달(6)이 점 B에 도달하여 점 A로 운동하는 동안 페달(6)의 궤적은 종래의 자전가에서 보아온 원운동과는 달리 상대적 운동량이 적게 됨으로, 불필요한 에너지 손실을 방지할 수잇는 효고가 있다.Reference numeral 6 is a pedal, reference numeral 7 is a sprocket rack, and reference numeral 8 is a chain. As shown in FIG. 2, the length r from the center of the axis of rotation of the slide crank arm to one end of the arm is greater than R, as described in FIG. 1, from the point when the pedal descends and passes horizontal (θ = 0). The length r of the arm gradually decreases, and since r = R in the position where the arm is vertical, the length from the axis of rotation to both ends of the arm becomes equal. Thus, by using the property that the length r of the arm becomes larger than R, larger torque can be generated with the same force F. On the other hand, in terms of ergonomic and mechanical aspects, while the pedal 6 reaches the point B and moves to the point A, the trajectory of the pedal 6 is reduced in relative motion unlike the circular motion seen in the conventional bicycle. There is a filial piety that can prevent unnecessary energy loss.

제3도는 본 발명의 원리를 엔진에 적용한 것으로서, 기존의 실린더)(11), 피스톤(10) 및 커넥팅 로드(9)를 구비하여, 제1도 및 제2도에 설명한 바와 같이, 도면부호(1) 내지 (5)는 동일하게 설치되어 있다. 본 실시예에서는 회전축(1)이 하방으로 편심되게 배치되어 있다. 이와 같은 배치로 기대되는 개선점은 안내 하우징의 하부의 곡선이 거의 직선에 가까우므로 피스톤의 하사점 부근에서의 정체시간이 대단히 길어지게 되어, 흡,배기효율을 대폭 개선시킬 수 있으며, 피스톤의 상,하사점에서의 운동속도 등 운동학적 특성을 편심도 e값을 바꿈으로써 조절 가능하게 되어, 연소효율을 향상시킬 수 있으며, 그 결과로써 기존 엔진보다 출력 토오크를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.3 is a view of applying the principles of the present invention to an engine, and includes a conventional cylinder 11, a piston 10, and a connecting rod 9, as described in FIGS. 1) to (5) are provided in the same manner. In this embodiment, the rotating shaft 1 is arranged eccentrically downward. The improvement expected by this arrangement is that the curve of the lower part of the guide housing is almost straight, so the stagnation time near the bottom dead center of the piston becomes very long, and the intake and exhaust efficiency can be greatly improved. By changing the eccentricity e value, the kinematic characteristics such as the movement speed at the bottom dead center can be adjusted, thereby improving the combustion efficiency, and as a result, the output torque can be increased as compared to the existing engine.

또한, 상기 장치에서 압축비를 변화시키기 위하여, 안내 하우징(3)의 외주 일부에 하우징 링기어(1)를 회전축(1)을 중심으로 반경 V로 회전할 수 있도록 형성하고, 마이크로프로세서(15)가 엔진 회전 속도를 감지하여, 서보 모터(14)의 축에 연결된 워엄(13)이 상기 하우징 링기어(12)와 결합되어 있어, 마이크로프로세서(15)의 신호에 따라 안내 하우징(3)을 회전시킬 수 있다. 즉, 서보 모터(14)의 회전각도는 예를 들어 엔코더에 의해 감지되고 상기 엔코더의 출력신호는 서보 모터(14)의 회전각도를 제어하는 모터콘트롤러(15)에 피드백됩니다. 이와 같은 구성에서 엔진의 회전속도를 감지하는 타코제네레이터(Tacho-generator)의 출력신호의 마이크로프로세서 즉, 모터콘트롤러(15)가 읽어들여 현재의 엔진 회전속도에 최적의 압축비를 실현시키기 위하여 서보 모터(14)를 필요한 각도만큼 회전시킴으로서 워엄(13) 및 하우징 링기어(12)를 통하여 안내 하우징(3)의 위상각이 변화됨으로 실린더 내의 압축비를 변화시킬 수 있습니다. 결국, 안내 하우징이 회전됨으로써, 본 발명의 특징인, 회전축을 지나는 반경길이 가변식 구동 변환 장치의 크랭크 아암의 전 길이는 항상 일정하므로, 피스톤의 행정길이는 일정하되, 상,하사점의 위치가 변하게 되어, 압축비를 변화시킬 수 있게 된다. 제3도에서, 안내면이 2점쇄선으로 도시된 부분을 보면, 상기에 설명한 바와 같이, 안내 하우징(3)이 회전하여 변화된 두 위치의 위상각 변화를 나타내고 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 행정의 변화없이 상사점 및 하사점의 위치만이 변화되므로, 엔진의 현재 회전속도에 최적인 압축비의 변화를 제어할 수 있는 특징이 있다.In addition, in order to change the compression ratio in the apparatus, the housing ring gear 1 is formed on a part of the outer circumference of the guide housing 3 so as to be rotated by a radius V about the rotation axis 1, and the microprocessor 15 is By detecting the engine rotational speed, a worm 13 connected to the shaft of the servo motor 14 is coupled with the housing ring gear 12 to rotate the guide housing 3 according to the signal of the microprocessor 15. Can be. That is, the rotation angle of the servo motor 14 is detected by the encoder, for example, and the output signal of the encoder is fed back to the motor controller 15 which controls the rotation angle of the servo motor 14. In such a configuration, the microprocessor of the output signal of the tacho-generator for detecting the rotational speed of the engine, that is, the motor controller 15, reads the servo motor to realize an optimum compression ratio at the current engine rotational speed. By rotating 14) by the required angle, the phase angle of the guide housing (3) can be changed through the worm (13) and the housing ring gear (12) to change the compression ratio in the cylinder. As a result, the guide housing is rotated so that the full length of the crank arm of the variable-length drive conversion device passing through the rotating shaft, which is a feature of the present invention, is always constant, so that the stroke length of the piston is constant, but the position of the top and bottom dead center is It is possible to change the compression ratio. In FIG. 3, the part where the guide surface is shown by the dashed-dotted line shows the change of the phase angle of the two positions which rotated and changed as the guide housing 3 demonstrated above. As can be seen from the figure, since only the positions of the top dead center and the bottom dead center are changed without changing the stroke, there is a feature that can control the change of the compression ratio that is optimal for the current rotational speed of the engine.

Claims

In the radially variable drive converter, a guide housing 3 formed on the basis of a special closed curve such as a cardioid curve drawn by a central axis of the roller bearing 4 provided at both ends of the slide crank arm 2, and a guide housing. (3) is axially mounted from the geometric center and slidably installed through a rotating shaft 1 having a hole formed in a direction perpendicular to the axial direction, and a hole formed in the rotating shaft 1, and having bearings at both ends thereof. 4) and a variable length drive conversion device, characterized in that the pin (5) is connected to the slide crank arm (2).

According to claim 1, In order to control the rotation angle of the guide housing, the microprocessor 15 for sensing the engine rotational speed, and the housing ring gear 12 for rotating the worm 13 and installed outside the guide housing (3) And a drive source (14) for rotating the drive.

2. The drive converter according to claim 1, wherein the guide housing (3) is formed inside a special closed curve.

2. The drive converter according to claim 1, wherein the guide housing (3) is formed outside of a special closed curve.

2. The variable drive type drive converter according to claim 1, wherein pinion gears are formed at both ends of the slide crank arm (2), and guide surfaces of the guide housing (3) are formed with ring gears.