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KR101433848B1 - 무한 가변 변속용 구동 메커니즘 - Google Patents

무한 가변 변속용 구동 메커니즘 Download PDF

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KR101433848B1
KR101433848B1 KR1020097004630A KR20097004630A KR101433848B1 KR 101433848 B1 KR101433848 B1 KR 101433848B1 KR 1020097004630 A KR1020097004630 A KR 1020097004630A KR 20097004630 A KR20097004630 A KR 20097004630A KR 101433848 B1 KR101433848 B1 KR 101433848B1
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앤드류 다미안 데 프레이타스
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토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
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Abstract

가변 변속기는 인풋 샤프트(18), 회전을 위해 인풋 샤프트 상에 장착된 인풋 디스크(10) 및 동축으로 회전하도록 배열되고 인풋 디스크를 대향한 아웃풋 디스크(12)를 포함하고, 인풋 디스크와 아웃풋 디스크는 이들 사이에 원환형 공동이 형성된다. 2개의 롤러(14, 16)는 원환형 공동 내에 위치되고, 제 1 및 제 2 롤러 캐리지 수단은 제 1 및 제 2 롤러가 각각 회전가능하게 장착되도록 제공되며, 단부 부하 수단(34, 36)은 구동력을 전달하기 위해 인풋 디스크 및 아웃풋 디스크와 롤러들을 접촉시킨다. 2개의 롤러 캐리지 수단은 레버(50)의 피벗 축의 마주보는 측면 상에 장착되며, 레버(50)의 피벗 축은 인풋 디스크와 아웃풋 디스크의 회전 축에 대해 반경방향과 비-반경방향으로 이동 가능하다.

Description

무한 가변 변속용 구동 메커니즘{DRIVE MECHANISM FOR INFINITELY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은, 하기에서 가변기로 언급되는, 원환형 레이스 롤링 트랙션 타입(toroidal race rolling traction type)의 무한 가변비 변속기에 관한 것이다.
가변기의 기본 형태는 인풋 구동 샤프트에 연결되며 원환 오목형 인풋 디스크 및 인풋 디스크에 대해 동축으로 배열된 원환 오목형 아웃풋 디스크를 포함한다. 복수의 롤러(일반적으로 3개의 롤러)는 인풋 디스크와 아웃풋 디스크 사이에 형성되는 원환형 공동 내에 제공되며, 상기 롤러들에 의해 인풋 디스크로부터 아웃풋 디스크로 동력이 전달된다. 롤러는 횡방향 힘(일반적으로 이중-기능 유압 피스톤에 의해) 노출되는 롤러 캐리지에 장착된다. 롤러가 인풋 및 아웃풋 디스크와 마찰 맞물림되는 것을 보장하기 위해, 일반적으로 동일한 유압력이 소위 단부 부하 챔버로 가해져서 인풋 및 아웃풋 디스크 중 한 디스크로 축방향 힘이 가해진다.
주로 이러한 변속기는 자동차 변속기에서와 같이 상대적으로 높은 동력, 높은 토크 적용시에 이용되도록 설계된다. 실제로, 동력과 토크의 레벨을 조종하고 보다 밸런스가 유지된 변속을 제공할 수 있도록, 각각이 3개의 롤러를 둘러싸는, 일반적으로, 2개의 원환형 공동을 형성하는 한 쌍의 인풋 디스크 및 동축으로 장착된 한 쌍의 아웃풋 디스크를 이용할 필요가 있다. 각각의 원환형 공동 내에서 3개의 롤러를 이용함에 따른 한 장점은, 디스크 주위에서 균등하게 이격된 3개의 위치에서의 롤러 접촉이 가변기 부품의 굽힘을 최소화하고 그에 따라 마모를 최소화한다는 점에서, 이 장치가 본질적으로 안정적이라는 것이다. 그러나 일반적으로 각 롤러는 자체의 이중-기능 제어 피스톤이 제공되고, 유압력은 컴퓨터에 의해 제어될 필요가 있다.
이러한 정교화의 비용은 자동차 변속기에 허용 가능할 수 있지만, 이로 인해 요구조건이 더 적은 환경에서 가변기의 사용이 방해된다.
따라서, 요구조건이 많지 않은 환경에서 사용하기 위한 단순하고 값이 싼 가변기를 제공할 필요가 있다.
동시-계속 국제 특허 출원 제 PCT/EP2006/050860호는 가변기 인풋 디스크 및 가변기 아웃풋 디스크와 접촉하는 2개의 롤러를 가진 단순화되고 저비용의 가변기를 공개한다. 각각의 롤러는 작동자 인풋에 응답하여 피벗회전가능한 레버의 마주보는 단부에 연결된 각각의 롤러 캐리지 상에 장착된다. 레버의 피벗 축은 인풋 및 아웃풋 디스크의 회전 축에 대해 반경방향으로 이동 가능하다.
PCT/EP2006/050860호에 공개된 특정 장치 내에서, 레버는 반경방향으로 연장된 슬롯을 따라 이동가능한 피벗 핀이 제공되며, 상기 슬롯은 러그 내에서 가변기 하우징에 대해 고정된다. 이러한 장치가 매우 잘 작동될지라도, 이러한 타입의 변 속기는 일반적으로 저렴한 메커니즘용으로 이용되도록 의도된 것이며, 이에 따라 구조를 단순화시키는 것이 선호되고, 가능한 비용이 저렴해진다.
본 발명에 따라서, 가변 변속기가 제공되며, 상기 가변 변속기는
하우징,
인풋 샤프트,
회전하도록 인풋 샤프트 상에 장착된 인풋 디스크,
동축으로 회전하도록 배열되고 인풋 디스크를 대향한 아웃풋 디스크를 포함하며, 상기 인풋 디스크와 아웃풋 디스크는 이들 사이에 원환형 공동이 형성되고,
원환형 공동 내에 위치된 2개의 롤러,
제 1 및 제 2 롤러가 각각 회전가능하게 장착되는 제 1 및 제 2 롤러 캐리지 수단,
구동력을 전달하기 위해 롤러를 인풋 디스크 및 아웃풋 디스크와 접촉시키는 단부 부하 수단,
피벗 축을 가진 레버 수단을 포함하며, 상기 2개의 롤러 캐리지 수단은 피벗 축의 마주보는 측면들 상에서 레버 수단 상에 장착되고,
피벗 축 주위에서 레버 수단을 피벗회전시키기 위한 피벗회전 수단을 포함하고, 레버 수단은 인풋 디스크와 아웃풋 디스크의 회전축에 대해 반경방향으로 이동가능하고 비-반경방향의 운동 성분(component)을 가진다.
오직 2개의 롤러만을 가진 가변 변속기를 제공하며, 유압방식 대신에 레버 수단을 이용하여 롤러를 제어함으로써, 변속기의 복잡성과 비용이 감소될 수 있으며, PCT/EP2006/050860호에서와 같이 상대적으로 작은-동력, 작은-토크 제공을 위해 적합한 변속기를 제공할 수 있다. 그러나 레버의 피벗 축을 반경방향 그리고 비-반경방향으로 이동시킴으로써 가변기 제어 메커니즘은 상대적으로 단순해지며 저렴한 비용으로 제조 가능하다.
바람직하게, 상기 피벗회전 수단은 레버 수단 내에 하우징에 대해 고정되는 돌출부와 맞물릴 수 있는 신장된 리세스를 포함한다. 하우징에 고정된 돌출부와 맞물리는 레버 내의 리세스(recess)를 제공함으로써 변속기의 구조가 단순해지고, 이에 따라 이의 비용이 감소된다.
바람직하게, 돌출부는 하우징에 대해 고정된 피벗 핀을 포함하며, 상기 피벗 핀 상에 슬라이더 블록이 피벗회전하도록 장착되고, 슬라이더 블록은 레버 수단 내에서 리세스와 맞물린다. 바람직하게, 슬라이더 블록의 폭은 리세스의 폭과 실질적으로 동일하다. 바람직하게, 피벗 축은 사전정해진 길이를 통해 이동가능하다.
바람직하게, 레버 수단을 피벗회전시키기 위한 피벗회전 수단은 작동 암을 추가로 포함한다.
바람직하게, 피벗회전 수단(예를 들어 구형 조인트, spherical joint)은 롤러 캐리지 수단과 레버 수단 사이에 제공된다.
바람직하게, 인풋 샤프트와 아웃풋 디스크는 혼합 유성 기어열의 인풋을 구동시키며, 상기 혼합 유성 기어열은 인풋 샤프트에 대해 동축으로 배열된다.
또한 혼합 유성 기어열의 아웃풋으로 연결된 감속 기어 수단(reduction gear means)이 제공될 수 있다.
바람직하게, 단부 부하 수단은 탄성변형가능한 수단을 포함한다. 바람직하게, 탄성변형가능한 수단은 인풋 및 아웃풋 디스크들 중 한 디스크와 변속기 사이에서 연장된다. 바람직하게, 탄성변형가능한 수단은 스프링, 예를 들어 Belleville 스프링 와셔를 포함한다.
오직 실례에 따라, 본 발명의 특정 실시예가 첨부된 도면에 따라 기술된다.
도 1은 본 발명에 따르는 가변 변속기의 실시예를 절단한 종방향 횡단면도.
도 2는 도 1에서 변속기를 도시하는 도면.
도 3은, 롤러 제어 수단을 도시하는, 화살표 III-III 방향으로 본 도 1의 변속기의 전방 횡단면도.
연속 가변비 변속 시스템(continuously variable ratio transmission system)은 원환 오목형 인풋 디스크(toroidally-recessed input disc, 10) 및 대향하는 원환 오목형 아웃풋 디스크(facing toroidally-recessed output disc, 12)를 둘러싸는 하우징(H)을 가진 가변기(variator, V)를 포함한다. 2개의 롤러(14, 16)는 인풋 및 아웃풋 디스크(10, 12)의 대향하는 원환 오목형 면들 사이에 형성되는 원환형 공동 내에 장착되어, 롤러(14, 16)를 편향시킴으로써(tilting) 가변되는 비율로 인풋 디스크(10)로부터 아웃풋 디스크(12)로 구동력을 전달한다.
인풋 디스크(10)는 시스템 인풋 샤프트(18)에 연결되며, 시스템 인풋 샤프트(18)와 함께 회전한다. 가변기(V)는 관형 아웃풋 샤프트(20)를 통해 아웃풋을 제공하는데, 이 아웃풋 샤프트(20)는 아웃풋 디스크(12)에 연결되고 인풋 샤프트(18)의 둘레에서 인풋 샤프트와 동축으로 배열된다. 인풋 샤프트(18) 및 가변기 아웃풋 샤프트(20)는 복합 혼합 유성 기어열(compound mixing epicyclic gear train; E1)에 인풋을 제공한다. 도식적으로 도시된 바와 같이, 아웃풋 디스크(12)로부터 이격된 가변기 아웃풋 샤프트(20)의 단부는 혼합 유성 기어열(E1)의 제 1 선 기어(sun gear, S1)이 형성된다. 기어열(E1)의 캐리어(C1)는 인풋 샤프트(18)로 연결되어 인풋 샤프트(18)에 의해 구동된다. 캐리어(C1)는 4개의 동일하고 균등하게 이격된 방사상 내부 유성 기어(P1) 및 방사상 내부 유성 기어(P1)와 동일한 크기인, 4개의 동일하여 균등하게 이격된 방사상 외부 유성 기어(P2)(도 1에서 도시되지 않음)를 포함한다. 방사상 내부 유성 기어(P1)는 제 1 선 기어(S1) 및 4개의 방사상 외부 유성 기어(P2) 중 각각의 하나와 맞물린다. 또한, 방사상 외부 유성 기어(P2)는 내부 치형 환형체(A1)와 맞물리며, 내부 치형 환형체는 혼합 유성 기어열(E1)의 아웃풋을 형성한다. 환형체(A1)로부터의 아웃풋은 관 형상의 동축 아웃풋 샤프트(22)를 통해 단순 감속 유성 기어세트(reducing epicyclic gearset, E2)에 연결된다. 이 단순 감속 유성 기어세트(E2)는 샤프트(22)에 의해 지지되는 인풋 선 기어(S2)를 포함하며, 이 샤프트(22)는 캐리어(C2)에 의해 지지되는 4개의 동일한 각도로 이격 된 유성 기어(P3)와 맞물린다. 또한, 유성 기어(P3)는 변속기 하우징에 고정되는 환형체(A2)와 맞물린다. 캐리어(C2)의 회전은 감속 유성 기어세트(E2)의 아웃풋을 형성하고, 캐리어(C2)에 연결되는 아웃풋 샤프트(24)에 의해 외부로 전달된다. 아웃풋 샤프트(24)는 인풋 샤프트(18)와 동축이며, 인풋 샤프트의 한 단부는 아웃풋 샤프트(24)의 최내 단부의 리세스(26) 내에 수용된다.
아웃풋 샤프트(20)로 연결된 기어링(gearing)은 이용될 수 있는 기어링의 오직 한 실례이다. 변속기의 용도 및 요구사항에 의존하여 기어링의 그 외의 다른 조합이 이용될 수 있다.
변속기는 인풋 샤프트(18) 및 아웃풋 샤프트(20)를 지지하는 일반적으로 관형상인 케이싱(30) 내에 수용된다. 인풋 샤프트(18)에 인접하는 케이싱(30)의 단부는 단부 플레이트(end plate, 32)에 의해 폐쇄된다. 원뿔형 Belleville 스프링 와셔(34)는, 단부 플레이트(32)의 내측 면과 가변기 인풋 디스크(10)의 외부 평면과 롤링 접촉하는 환형 베어링 플레이트(36) 사이에 배열된다. Belleville 스프링 와셔는, 인풋 디스크(10)에 힘("단부 부하(end load)")을 가하여, 토크가 인풋 디스크(10)로부터 롤러(14, 16)를 거쳐 아웃풋 디스크(12)로 전달된다.
2개의 롤러(14, 16)(하기에서 언급되어 질)의 기울기를 변화시킴으로써, 인풋 디스크(10)에 대한 아웃풋 디스크(12)의 속도는 변화될 수 있다. 혼합 유성 기어열(E1)에서 변속기 인풋과 가변기 아웃풋의 회전을 결합시킴으로써 변속기의 아웃풋이 변화될 수 있다. 도시된 장치에서, 변속기는 "기어 중립"을 거쳐서 완전 후진 내지 완전 전진 사이에서 변화될 수 있다. 그러나 기어링의 적합한 선택에 의 해, 가변기의 작동 범위가 요구조건에 맞추어질 수 있다. 예를 들면, 변속기가 고정되는 차량이 전진 기어에서 정상적으로 작동되고 오직 때때로 후진에서 작동되는 경우, 가변기는 기어 중립을 거친 저속 후진과 고속 전진 증속 구동(high forward overdrive) 사이에서 변화하도록 배열될 수 있다.
2개의 롤러(14, 16)의 기울기를 변화시키는 메커니즘은 도 3에 보다 상세히 도시되어 있다. 각각의 롤러(14, 16)는 롤러 캐리지의 마주보는 평면 지지 플레이트(44, 46) 내에서 회전 가능하게 장착된 스터브 차축(42)에 의해 롤러 캐리지(40) 내에서 회전 가능하게 장착된다. 각각의 롤러 캐리지(40)의 한 단부는 구형 베어링(52)(예를 들면, Rose Bearings Limited에서 제조한 "Rose bearing")에 의해 제어 레버(50)의 크로스-바(48)의 2개의 단부들 중 한 단부에 각각 연결된다. 제어 레버(48)는 레버의 크로스-바(48)에 대해 수직하게 연장되며, 2개의 구형 베어링(52)의 중심점들 사이의 중앙에 위치되는 슬롯(slot, 54)이 제공된다. 슬롯(54)은 슬롯(54)의 폭과 동일한 폭의 신장되고 직선형-측면을 가진 슬라이더 블록(56)의 형태인 돌출부를 수용한다. 상기 슬라이더 블록(54)은 가변기의 하우징에 대해 고정되게 장착된 피벗 핀(58) 상에 피벗회전하도록 장착된다.
레버(50)는 작동 암(60)이 제공되며, 상기 작동 암(60)은 2개의 구형 베어링(52)의 중심점들을 잇는 선에 수직한 방향으로(즉, 레버의 크로스-바(48)의 축에 대해 수직한) 가변기 하우징으로부터 돌출된다. 가변기 하우징으로부터 돌출된 암(60)의 단부는 2개의 Bowden 케이블(도시되지 않음)의 연결을 위한 홀(62) 또는 상반된 방향으로 레버를 피벗회전시키기 위한 그 외의 다른 직접적인 기계적 링키 지가 제공된다. 이러한 연결은 변속기가 일부를 형성해야하는 설비를 작동시키는 사람으로부터의 직접적인 기계적 연결이다. 예를 들어, 암(60)은 차량 가속기 페달 또는 전진 및 후진 페달로 연결될 수 있다.레버(50)가 피벗회전함에 따라, 롤러(10, 12)들 중 한 롤러는 동일한 토크에 따라 밀리고 다른 하나는 당겨진다. 하우징에 대해 고정된 피벗 상에 피벗회전하도록 장착되는 슬라이더 블록 상에서 미끄럼 가능하게 배열된 레버(50) 내에 슬롯(54)을 제공함으로써 한 롤러에 의해 전달되는 토크를 감소시키는 위치 그리고 그 외의 다른 롤러에 의해 전달되는 토크를 증가시키는 위치로 슬롯을 따라 롤러의 움직임이 롤러들을 조종하기 때문에 상기 시스템은 균형이 이뤄진다(equalise). 이와 같은 방식으로, 반작용력은 밸런스에 대해 조절되며, 이에 따라 정밀한 작동이 구현된다. 이는 부품들의 제조가 정밀함을 덜 요구하는 저-비용 조립체에서 중요하다. 레버의 피벗의 반경 방향 운동으로 인해 레버는 제조 공차로 인해 2개의 롤러들 사이의 임의의 불균형이 상쇄되는 위치로 이동될 수 있다.
기술된 장치에 따라 레버 움직임의 작은 횡방향 성분(즉 비-반경방향)이 보다 단순해지며, 이에 따라 PCT/EP2006/050860에 공개된 장치보다 제조 비용이 저렴해진다.

Claims (16)

  1. 하우징,
    인풋 샤프트,
    회전하도록 인풋 샤프트 상에 장착된 인풋 디스크,
    동축으로 회전하도록 배열되고 인풋 디스크를 대향한 아웃풋 디스크를 포함하며, 상기 인풋 디스크와 아웃풋 디스크는 이들 사이에 원환형 공동이 형성되고,
    원환형 공동 내에 위치된 2개의 롤러,
    제 1 및 제 2 롤러가 각각 회전가능하게 장착되는 제 1 및 제 2 롤러 캐리지 수단,
    구동력을 전달하기 위해 롤러를 인풋 디스크 및 아웃풋 디스크와 접촉시키는 단부 부하 수단,
    피벗 축을 가진 레버 수단을 포함하며, 상기 2개의 롤러 캐리지 수단은 피벗 축의 마주보는 측면들 상에서 레버 수단 상에 장착되고,
    피벗 축 주위에서 레버 수단을 피벗회전시키기 위한 피벗회전 수단을 포함하는 가변 변속기에 있어서,
    상기 레버 수단은 인풋 디스크와 아웃풋 디스크의 회전축에 대해 반경방향으로 이동가능하고 비-반경방향의 운동성분을 가지는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피벗회전 수단은 레버 수단 내에 하우징에 대해 고정되는 돌출부와 맞물릴 수 있는 신장된 리세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  3. 제 2 항에 있어서, 돌출부는 하우징에 대해 고정된 피벗 핀을 포함하며, 상기 피벗 핀 상에 슬라이더 블록이 피벗회전하도록 장착되고, 슬라이더 블록은 레버 수단 내에서 리세스와 맞물리는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  4. 제 3 항에 있어서, 슬라이더 블록의 폭은 리세스의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 수단 내의 리세스는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 수단의 피벗 축은 사전정해진 길이를 통해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 피벗 축 주위에서 레버 수단을 피벗회전시키기 위한 피벗회전 수단은 암 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 수단과 롤러 캐리지 수단 사이에 피벗회전 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 피벗회전 수단은 구형 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 인풋 샤프트와 아웃풋 디스크는 혼합 유성 기어열의 인풋을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 혼합 유성 기어열은 인풋 샤프트에 대해 동축으로 배열되는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  12. 제 10 항에 있어서, 혼합 유성 기어열의 아웃풋으로 연결된 감속 기어 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 단부 부하 수단은 탄성변형가능한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  14. 제 13 항에 있어서, 단부 부하 수단은 오직 탄성변형가능한 수단만 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  15. 제 13 항에 있어서, 탄성변형가능한 수단은 인풋 디스크 및 아웃풋 디스크들 중 한 디스크와 변속기 하우징 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
  16. 제 13 항에 있어서, 탄성변형가능한 수단은 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 변속기.
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