KR101499935B1 - 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구동축에 고정적으로 외접된 입력링크, 상기 구동축에 평행하게 배치되어 서로에 평행하게 뻗은 한쌍의 피동축, 상기 한쌍의 피동축의 일단에 각각 일방향클러치를 개재하여 외접된 한쌍의 출력링크, 상기 입력링크에 일단이 링크핀을 개재하여 링크결합되어 있고 타단의 내치와 외치에 상기 한쌍의 출력링크 각각이 치합되어 있는 결합링크, 상기 한쌍의 피동축의 타단에 각각 고정적으로 외접된 한쌍의 출력기어, 및 상기 한쌍의 피동축에 평행하게 배치된 최종출력축에 고정적으로 외접되어 되어 상기 한쌍의 출력기어에 치합하는 최종출력기어를 포함하되, 상기 링크핀이 부하에 따라 상기 입력링크의 회전반경방향으로 이동가능하게 되어 있는 무단변속기를 제공함으로써, 결합링크와 상기 한쌍의 출력링크가 기어식으로 결합되어 있어서, 고 부하를 취급하는 크레인 등에 무단변속기로서 적용될 수 있으며, 1개의 레버크랭크기구만으로도 180도 위상차를 가지고서 연속적으로 최종축력축을 일방향으로 구동하는 것을 가능하게 하여 부품수를 줄일 수 있고, 한 쌍의 출력기어 각각과 그리고 출력링크의 중심축선 각각이 구동축 또는 피동축의 중심 축선에 평행하게 되어 있어서, 구동축 또는 피동축의 중심 축선 방향으로 비대해지는 것을 방지함과 동시에, 상기 결합링크 및 상기 출력링크 사이에 베어링이 구비되지 않아, 주기적으로 윤활처리가 수행되는 것을 배제하여 유지보수비용이 낮출 수 있다.

Description

무단변속기{Continuously Variable Transmission}

본 발명은 무단변속기에 관한 것으로서, 레버크랭크기구를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.

무단변속기는 4∼5단의 제한된 변속단을 갖는 기존의 수동 및 자동변속기와는 달리 주어진 변속범위 내에서 연속적인 변속이 가능한 변속장치이다.

기존 변속기는 크기가 다른 기어가 엔진축에 맞물리면서 속도를 변화시키는 윈리로 작동된다. 1단에서는 엔진축이 크기가 가장 큰 기어와 맞물려서 천천히 움직이게 되고 반대로 작은 기어와 맞물리면 속도가 빨라지게 된다. 즉 일정한 기어비로 고정되어 움직이는 것이다. 이런 원리로 기어를 사용하는 변속기는 변속단계가 한정돼 변속과정에서 쇼크가 일어나게 된다.

반면 무단변속기는 변속단계가 연속적으로 이루어지는 시스템으로서, 엔진출력에 맞춰 변속이 부드럽게 이루어지므로 변속시 발생하는 동력의 손실을 줄일 수 있고, 기어 변속에 따른 변속충격이 없는 것은 물론이고 엔진의 속도를 바퀴와 독립적으로 유지할 수 있기 때문에 엔진의 최적운전을 가능하게 하여 자동변속기 대비 20% 이상의 연비향상이 가능하고, 이에 따른 배기가스 절감효과도 있다.

이러한 무단변속기은 절두원추형 드럼이나 모래시계모양의 드럼을 이용한 마찰식과 레버크랭크기구를 이용한 레버식이 있다.

마찰식의 무단변속기는 구동전달이 마찰에 의해 구현되기 때문에, 동력전달효율이 좋지않고, 레버식 무단변속기는 구동전달이 링크운동에 의해 구현되기 때문에, 동력전달효율이 좋다.

상기 레버식 무단변속기는 한국등록특허10-1029316호에 개시되어 있다.

상기 개시된 레버식 무단변속기는 상기 한국등록특허공보의 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구동축에 고정적으로 외접되어 부하에 따라 반경방향으로 가변되는 입력링크, 피동축에 일방향클러치를 개재하여 외접된 출력링크, 상기 입력링크와 상기 출력링크에 양단이 링크결합된 결합(커플러)링크로 이루어진 레버크랭크기구 2개가 상기 구동축와 상기 피동축에 대하여 180도 위상차를 갖게 배치되어 있다.

하지만, 상기 개시된 레버식 무단변속기는 결합링크와 상기 출력링크가 링크핀에 의해 결합되어 있어서, 상기 링크핀에 부하가 집중되어, 고부하를 취급하는 크레인 등에 무단변속기로서 적용될 수 없다고 하는 문제점을 가지며, 상기 2개의 레버크랭크기구가 구동축 또는 피동축의 중심 축선을 따라 일정 간격 이격되어 있어서, 구동축 또는 피동축의 중심 축선 방향으로 비대해지면서 부품수가 증대되다고 하는 문제점을 가지며, 상기 링크핀과 상기 결합링크 및 상기 출력링크 사이에 베어링이 개재되어 이들 사이의 상대선회운동을 허용하고 있지만, 부품수가 증대되고 주기적으로 윤활처리가 수행되게 하여 제조비용 및 유지보수비용이 증대된다고 하는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 엔진 또는 모터의 구동축에 고정적으로 외접된 입력링크, 상기 구동축에 평행하게 배치되어 서로에 평행하게 뻗은 한 쌍의 피동축, 상기 한 쌍의 피동축의 일단에 각각 일방향클러치를 개재하여 외접된 한 쌍의 출력링크, 상기 입력링크에 일단이 링크핀을 개재하여 링크결합되어 있고 타단의 내치와 외치에 상기 한 쌍의 출력링크 각각이 치합되어 있는 원호 또는 링 형상의 결합링크, 상기 한 쌍의 피동축의 타단에 각각 고정적으로 외접된 한 쌍의 출력기어, 및 상기 한 쌍의 피동축에 평행하게 배치된 최종출력축에 고정적으로 외접되어 되어 상기 한 쌍의 출력기어에 치합하는 최종출력기어를 포함하되, 상기 링크핀이 부하에 따라 상기 입력링크의 회전반경방향으로 이동가능하게 되어 있는 무단변속기를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 결합링크와 상기 한 쌍의 출력링크가 기어식으로 결합되어 있어서, 고 부하를 취급하는 크레인 등에 무단변속기로서 적용될 수 있으며, 1개의 레버크랭크기구만으로도 180도 위상차를 가지고서 연속적으로 최종축력축을 일방향으로 구동하는 것을 가능하게 하여 부품수를 줄일 수 있고, 한 쌍의 출력기어 각각과 그리고 출력링크의 중심축선 각각이 구동축 또는 피동축의 중심 축선에 평행하게 되어 있어서, 구동축 또는 피동축의 중심 축선 방향으로 비대해지는 것을 방지함과 동시에, 상기 결합링크 및 상기 출력링크 사이에 베어링이 구비되지 않아, 주기적으로 윤활처리가 수행되는 것을 배제하여 유지보수비용을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 무단변속기의 개념사시도,
도 2는 도 1무단변속기의 한 쌍의 출력중 어느 하나가 시계방향으로 구동될 때를 도시한 도면, 및
도 3은 도 1무단변속기의 한 쌍의 출력중 다른 하나가 시계방향으로 구동될 때를 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 무단변속기가 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 실시예의 무단변속기가 100으로서 지시되어 있다.

상기 무단변속기(100)는 엔진 또는 모터(10)의 구동축(11)에 고정적으로 외접된 디스크 또는 로드 형상의 입력링크(20), 상기 구동축(11)에 평행하게 배치되어 서로에 평행하게 뻗은 한 쌍의 피동축(30, 30), 상기 한 쌍의 피동축(30, 30)의 일단에 각각 일방향클러치(31, 31)를 개재하여 외접되어 기어형상을 가진 한 쌍의 출력링크(32, 32), 상기 입력링크(20)에 링크핀(21)을 개재하여 링크결합되어 있고 내외주면에서 형성된 내치기어(41)와 외치기어(42)에 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32) 각각이 치합되어 있는 원호 또는 링 형상의 결합링크(40), 상기 한 쌍의 피동축의 타단에 각각 고정적으로 외접된 한 쌍의 출력기어(50, 50), 및 상기 한 쌍의 피동축(30, 30)에 평행하게 배치된 최종출력축(60)에 고정적으로 외접되어 상기 한 쌍의 출력기어(50, 50)에 치합하는 최종출력기어(61)를 포함하고 있다.

상기 링크핀(21)이 부하에 따라 상기 입력링크(20)의 회전반경방향으로 이동가능하게 되어 있다. 즉, 상기 입력링크(20)에는 상기 링크핀(21)이 반경방향으로 이동가능하게 안내하는 반경방향으로 뻗은 슬롯가이드홈(22)이 형성되어 있고, 상기 반경방향 안쪽 단부와 상기 링크핀(21) 사이에는 부하에 따라 반경방향으로 가변하는 예를 들면 스프링과 같이 탄성적으로 반경방향으로 가변하는 가변수단(23)이 구비되어 있다.

상기 일방향클러치(31, 31)들은 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32)가 시계방향으로 회전하거나 상기 한 쌍의 피동축(30, 30)이 반시계방향으로 회전할 때 걸음상태가 되어 동력전달이 가능하고 그 반대인 경우에는 동력전달이 가능하게 않게 하는 공지된 일방향 클러치이다.

도 1 내지 도 3에는 결합링크(40)가 링기어 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일정 원호길이를 가진 원호 형상을 가질 수도 있다.

상기와 같이 구성된 무단변속기는 다음과 같이 작동될 수 있다.

먼저, 구동축(11)이 반시계방향으로 돌면, 상기 링크핀(21)이 구동축(11)의 회전중심축선을 중심으로 공전운동하게 되고, 상기 결합링크(40)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공전운동하는 링크핀(21)에 의해 타원궤적을 그리면서 링크운동하게 된다.

상기 결합링크(40)가 링크운동하게 되면, 상기 한 쌍의 출력링크(32)중 하나의 출력링크(32)는 상기 링크핀(21)의 1회전 마다 시계방향회전과 반시계방향회전을 반복하게 되고, 다른 하나의 출력링크(32)는 상기 링크핀(21)의 1회전 마다 반시계방향회전과 시계방향회전을 반복하게 된다.

따라서, 상기 한 쌍의 출력링크(32)중 시계방향으로 회전하는 출력링크(32)는 해당 일방향클러치(31)에 의해 걸음되어 해당 피동축(30)에 시계방향으로 동력을 전달하게 되고, 상기 한 쌍의 출력링크(32)중 반시계방향으로 회전하는 출력링크(32)는 해당 일방향클러치(31)에 의해 걸음되지 않아 해당 피동축(30)에 어느 방향으로도 동력을 전달하지 않게 된다.

이에 의해 상기 한 쌍의 피동축(30, 30)에 고정적으로 각각 외접된 상기 출력기어(50)는 상기 링크핀(21)의 1회전 동안, 순차적으로 연이어서 최종출력기어(61)에 시계방향으로 동력을 전달하여 상기 최종출력기어(61)에 고정적으로 내접된 최종출력축(60)이 반시계방향으로 회전되게 한다.

이 상태에서 최종출력축(60)에 결합된 도시되지 않은 구동대상물(예를 들면 차륜)에 의해 최종출력축(60)에 전달되는 부하는 피동축(30)과 결합링크(40)을 순차적으로 경유하여 상기 링크핀(21)에 전달되게 되고, 부하를 전달받은 상기 링크핀(21)은 부하가 증대되면 반경방향안쪽으로 이동하게 되어 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32)의 각운동량을 증대시키게 되고, 부하가 감소되면 반경방향바깥쪽으로 이동되어 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32)의 각운동량을 감소시키게 되어, 결국 최종출력축(60)은 최종출력축(60)에 절달되는 부하에 따라 자동으로 변속되게 된다.

상기 가변수단(23)은 제어부에 접속되어 최종출력축(60)에 전달되는 부하를 감지하여 전달되는 부하정보를 수신하여 그 부하정보에 따라 링크핀(21)을 반경방향으로 밀고 당길 수 있는 구성을 가질 수도 있다. 그 일예가 일본국 특개2012-206545호에 개시되어 있다.

상기와 같이 구동되어 작동하는 무단변속기에서는 결합링크(40)와 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32)가 기어식으로 결합되어 있어서, 고 부하를 취급하는 크레인 등에 무단변속기로서 적용될 수 있으며, 상기 1개의 레버크랭크기구만으로도 180도 위상차를 가지고서 연속적으로 최종축력축을 일방향으로 구동하는 것을 가능하게 하여 부품수를 줄일 수 있고, 한 쌍의 출력기어 각각과 그리고 출력링크의 중심축선 각각이 구동축 또는 피동축의 중심 축선에 평행하게 되어 있어서, 구동축 또는 피동축의 중심 축선 방향으로 비대해지는 것을 방지함과 동시에, 상기 결합링크(40) 및 상기 출력링크(32) 사이에 베어링이 구비되지 않아, 주기적으로 윤활처리가 수행되는 것을 배제하여 유지보수비용이 낮추어 진다.

20; 입력링크, 30; 피동축, 40; 결합링크, 50; 출력기어, 60; 최종출력축

Claims (3)

1. 레버크랭크기구를 이용한 무단변속기(100)에 있어서,
   구동축(11)에 고정적으로 외접된 입력링크(20),
   상기 구동축(11)에 평행하게 배치되어 서로에 평행하게 뻗은 한 쌍의 피동축(30, 30),
   상기 한 쌍의 피동축(30, 30)의 일단에 각각 일방향클러치(31, 31)를 개재하여 외접되어 기어형상을 가진 한 쌍의 출력링크(32, 32),
   상기 입력링크(20)에 링크핀(21)을 개재하여 링크결합되어 있고 내외주면에서 형성된 내치기어(41)와 외치기어(42)에 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32) 각각이 치합되어 있는 원호 또는 링 형상의 결합링크(40),
   상기 한 쌍의 피동축의 타단에 각각 고정적으로 외접된 한 쌍의 출력기어(50, 50), 및
   상기 한 쌍의 피동축(30, 30)에 평행하게 배치된 최종출력축(60)에 고정적으로 외접되어 상기 한 쌍의 출력기어(50, 50)에 치합하는 최종출력기어(61)를 포함하고 있고,
   상기 링크핀(21)이 부하에 따라 상기 입력링크(20)의 회전반경방향으로 이동가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 입력링크(20)에는 상기 링크핀(21)이 반경방향으로 이동가능하게 안내하는 반경방향으로 뻗은 슬롯가이드홈(22)이 형성되어 있고,
   상기 슬롯가이드홈(22)에는 상기 링크핀(21)을 부하에 따라 반경방향으로 가변하는 가변수단(23)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일방향클러치(31, 31)들은 상기 한 쌍의 출력링크(32, 32)가 시계방향으로 회전하거나 상기 한 쌍의 피동축(30, 30)이 반시계방향으로 회전할 때 걸음상태가 되어 동력전달이 가능하고 그 반대인 경우에는 동력전달이 가능하게 않게 하는 일방향 클러치인 것을 특징으로 하는 무단변속기.
   

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