KR101051581B1 - 효율적인 링크구조를 가지는 무단변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 풀리 형태의 구동부와 피동부가 서로 벨트에 의해 구속되어 가변 풀리형태의 직경이 서로 반비례 관계가 되는 구성을 가지는 무단변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 무단변속기는 상기 구동부와 피동부의 양측면부에 구성되어 구동축과 피동축을 중심축으로 하여 상기 구동축 및 피동축과 일체로 회전가능하되, 구동부와 피동부에 구성된 다수개의 피스톤이 원심력에 의해 가변 풀리 형태로 가변하기 위하여 방사형으로 움직임을 가질 때 안내역할을 하도록 상기 피스톤과 동일개수로 구성된 직선홈 형태의 가이드레인이 구성되어 있는 원판형의 안내판과, 상대적으로 원판형의 안내판보다는 작은 지름을 가지도록 상기 원판형의 안내판의 외측면부에 상기 구동축과 피동축을 중심축으로 하여 구성되되, 상기 구동축과 피동축과는 공회전관계가 되도록 구성된 원판형의 보조안내판과, 상기 피스톤의 양측면부와 상기 보조안내판 상에 각각 일대일 대응하도록 동일개수로 구성된 다수개의 조인트 간을 서로 일대일 대응하도록 연결하는 다수개의 링크가 구성된 것이 특징인 효율적인 링크구조를 가지는 무단변속기에 관한 것이다.

Description

효율적인 링크구조를 가지는 무단변속기{CVT with effective link structure}

통상 자동차나 각종의 산업현장에서는 용도에 따라 호이스트, 물품이송용 건베이어, 원치, 엘리베이트 및 에스카레이트 등의 다양한 곳에서 무단 변속기가 사용되고 있으나, 지금까지 주로 사용되고 있는 무단변속기는 그 구조가 비교적 복잡하고 특히 무단변속기라고는 하지만 실질적인 구조 자체가 유단으로 변속이 이루어지므로 변속이 극히 제한적이어서 용도에 따른 적용이 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라 구조가 복잡함에 따라 사용중 고장의 발생률이 높은 등의 문제점을 수반하였다.

한편, 자동차용 오토매틱 트랜스미션의 경우도 클러치의 대용으로 토크 컨버트를 사용함으로써 동력손실이 과도하고, 고장의 발생률이 매우 높은 문제점을 안고 있으며, 유단으로 변속이 이루어지므로 변속시에 발생하는 충격으로 인해 승차감이 좋지 않고, 불필요한 동력의 손실로 이해 연료의 소모가 많을 뿐만 아니라 부품의 수량이 많아 제작비가 과도히 소요되며, 고장의 발생시 수리 보수가 매우 어려우면서 수리비의 부담이 매우 높아지는 등의 문제점이 있고, 특히 구조가 매우 복잡하고 부품의 수량이 많아 중량이 매우 무거워 연료의 손실을 가중시키는 등의 제반 문제점을 수반하고 있다.

이에 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 원심력에 의해 자유로이 직경이 변하는 구동부와 상기 구동부와 반비례하는 피동부측을 벨트로 연결하여 동력을 전달하는 방식으로 속도에 의해 발생하는 원심력의 변화에 따라 직경이 단계적으로 변화하는 구성이 아니라 점진적으로 증·감소 하기 때문에 운전감이 뛰어나고 변속의 충격이 없기 때문에 승차감이 뛰어나며, 원심력에 의해 증가한 직경의 실린더 측에는 오일이 공급되어 무거운 하중에도 견딜 수 있도록 하였다.

특히, 가변 풀리 형태의 구동부와 피동부가 서로 벨트에 의해 구속되어 가변 풀리형태의 직경이 서로 반비례 관계가 되는 구성을 가지는 무단변속기를 본 출원인은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 특허와 실용신안으로 출원을 하여 등록된 바 있다.

도 1과 도 2는 종전의 무단변속기를 나타낸 사시도와 종전의 안내판을 가지는 무단변속기를 나타낸 사시도이다.

도 1은 본 출원인이 특허출원하여 특허 제0749279호로 등록된 벨트를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.

상기 무단변속기는 내부에 오일이 충전될 수 있는 공간을 가지며 일면의 중심은 동력이 입력되는 구동축(110)이 타면의 중심은 오일이 왕래할 수 있는 통로가 구성된 중공관 형태의 회전축(120)을 중심축으로 하여 회전가능한 풀리 역할을 하는 모실린더(130)와, 상기 모실린더(130)의 원주면에 구성되어 상기 구동축(110)의 회전에 의해 생긴 원심력으로 인해 방사형으로 돌출되며 끝단부는 벨트가 안착 될 수 있는 벨트홈이 형성된 다수개의 자실린더(140)와, 상기 자실린더(140)의 양측에 구성된 링크(150)에 의해 결합하고 상기 구동축(110)과 회전축(120) 상에서 각각 직선운동이 가능한 구조의 두 개의 리니어부싱(160)으로 구성된 가변 풀리 형태의 구동부(100)와;

상기 구동부(100)와 일정간격 이격된 곳에 동일구조로 구성된 피동부(200)와;

상기 구동부(100)의 자실린더(140)에 형성된 벨트홈과 상기 피동부(200)의 자실린더(240)에 형성된 벨트홈에 안착 되어 구동부(100)의 동력을 상기 피동부(200)로 전달하는 벨트(300)와;

양 끝단부가 상기 구동부(100)의 회전축(120)과 피동부(200)의 회전축(220)에 조인트(500)로 결합하며 상기 구동부(100)의 모실린더(130) 내부에 충전된 오일과 피동부(200)의 모실린더(230)에 충전된 오일을 조절하는 오일조절부(400)로 구성되어 있다.

도 2는 도 1은 본 출원인이 실용신안 출원하여 실용신안 제0443988호로 등록된 벨트를 이용한 무단변속기에 관한 것이다.

특히, 도 2는 도 1의 무단변속기의 구성에 상기 구동부(100)와 피동부(200)의 양측면에는 상기 자실린더(140)가 방사형으로 펼쳐질 때 안내역할을 하는 가이드레인(610)이 구성된 원판형의 안내판(하우징)(600)이 상기 자실린더(140, 240)가 방사형으로 최대로 펼쳐져 회전체를 이룬 직경보다 상대적으로 긴 직경을 가지도록 구성되되, 상기 가이드레인(610)은 중심측에서 원주방향으로 형성된 직사각형의 관통홀 형태로서, 상기 자실린더(140, 240)의 측면에서 상기 자실린더(140, 240)와 일체로 구성된 힌지가 상기 가이드레인(610)을 관통하여 상기 가이드레인(610) 내부에서 중심측과 원주방향으로 직선운동함에 따라 상기 힌지와 일체로 구성된 다단계의 자실린더(140, 240)도 방사형으로 펼쳐지거나 중심방향으로 오므려 질 수 있도록 구성된 것이 특징이다.

그러나 상기와 같은 무단변속기의 구성은 가변 풀리 형태의 구동부(100)와 피동부(200)가 서로 벨트(300)에 의해 구속되어 점진적으로 직경이 가변한다는 장점이 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 다수개의 자실린더(140, 240)가 방사형으로 펼쳐질 때 모두 동일한 속도와 길이를 가지도록 하기 위해 자실린더(140, 240)를 구속하는 링크(150, 250)가 구동축(110)과 피동축(210) 상에서 움직이는 리니어부싱(160, 260)에 구성된 관계로 구동부(100)와 피동부(200)의 직경이 가변할 때 리니어부싱(160, 260)도 구동부(100)와 피동부(200)의 측면방향으로 가변하기 때문에 무단변속기의 설치시 공간적인 제약이 있는 것은 사실이다.

이에 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명과 같이 가이드레인이 구성된 안내판의 외측면에 보조 안내판을 구성하고 상기 보조 안내판과 원심력에 의해 방사형으로 펼쳐지는 피스톤의 양측면부 상에 각각 일대일 대응하도록 동일개수로 구성된 다수개의 조인트 간을 서로 일대일 대응하도록 연결하는 다수개의 링크를 구성함으로써 원심력에 의해 피스톤이 방사형으로 펼쳐질 때 링크의 움직임을 회전방향으로만 따라 움직이도록 하여 구동부와 피동부의 회전체의 형상의 좌우 폭을 제한하기 때문에 특히, 소형차에 적합한 링크구조를 가지도록 할 수 있는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 가지는 본 발명의 해결 수단은 상기 구동부와 피동부의 양측면부에 구성되어 구동축과 피동축을 중심축으로 하여 상기 구동축과 피동축과 일체로 회전가능하되, 구동부와 피동부에 구성된 다수개의 피스톤이 원심력에 의해 가변 풀리 형태로 가변하기 위하여 방사형으로 움직임을 가질 때 안내역할을 하는 직선홈 형태의 가이드레인이 구성되어 있는 원판형의 안내판과;

상대적으로 상기 원판형의 안내판보다는 작은 지름을 가지도록 상기 원판형의 안내판의 외측면부에 상기 구동축과 피동축을 중심축으로 하여 구성되되, 상기 구동축과 피동축과는 공회전관계가 되도록 구성된 원판형의 보조안내판과;

상기 피스톤의 양측면부와 상기 보조안내판 상에 각각 일대일 대응하도록 동일개수로 구성된 다수개의 조인트 간을 서로 일대일 대응하도록 연결하는 다수개의 링크가 구성되는 것이 특징이다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 효율적인 링크구조를 가지는 무단변속기는 가변 풀리 형태의 구동부와 피동부의 직경이 가변하더라도 링크의 공간적 구속이 적기 때문에 소형차와 같은 작은 운반기기에도 장착이 유리하며, 기존의 가이드부싱을 가지는 무단변속기 보다 설치무게가 가볍다는 장점을 기대할 수 있다.

도 1은 종전의 무단변속기를 나타낸 사시도.
도 2는 종전의 안내판을 가지는 무단변속기를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 무단변속기의 링크형태를 나타낸 개요도.
도 4는 본 발명의 무단변속기의 구동부를 나타낸 일부분 개요도.
도 5는 본 발명의 무단변속기가 저속일 때 링크형태를 나타낸 개요도.

상술한 목적 및 구성을 가지는 본 발명의 무단변속기의 구조를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 무단변속기의 링크형태를 나타낸 개요도로써 특히, 구동축의 회전을 빨리 했을 때를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 무단변속기의 구동부를 나타낸 일부분 개요도이다.

실질적으로 무단변속기는 도 1과 도 2에 도시된 것처럼 가변 풀리 형태의 구동부(10)와 피동부(20)가 서로 벨트(30)에 의해 직경이 반비례하도록 구속되는 것은 현 시점에서는 일반적인 구성이라 할 수 있다.

동력의 직접적인 전달에 의해 회전하는 구동축(11)의 원심력에 의해 직경이 가변적으로 변하는 가변 풀리형태의 구동부(10)와, 상기 구동부(10)와는 동일한 구조로서 일정간격 이격된 곳에 구성된 가변 풀리형태의 피동부(20)와, 상기 구동부(10)와 피동부(20) 사이의 동력전달 및 서로 직경이 반비례가 되도록 구속하는 벨트(30)로 구성되는 무단변속기에서 상기 구동부(10)와 피동부(20)의 양측면부에는 구동축(11)과 피동축(21)을 중심축으로 하여 상기 구동축(11)과 피동축(21)과 일체로 회전가능한 구성의 원판형태의 안내판(12)이 구성된다.

상기 구동축(11)과 피동축(21)은 각각 구동부(10)와 피동부(20)의 회전 중심축이다.

또한, 상기 원판형태의 안내판(12)에는 원심력에 의해 구동부(10)와 피동부(20)가 회전체를 이루기 위해 방사형으로 펼쳐지는 다수개의 피스톤(17)을 안내하는 직선홈 형태의 가이드레인(13)이 다수개가 중심측에서 원주방향을 향하도록 구성되어 있다.

물론, 상기 가이드레인(13)은 상기 피스톤(17)의 개수와 동일하도록 구성된다.

그리고 상기 원판형의 안내판(12)의 양측면부에는 또한 구동축(11)과 피동축(21)을 중심축으로 하는 또 다른 원판형 형태의 보조안내판(14)이 구성된다.

상기 보조안내판(14)은 상기 원판형의 안내판(12)보다는 작은 지름을 가지도록 구성되며, 또한 상기 구동축(11)과 피동축(21)과는 공회전관계가 되도록 구성되지만 구동축(11)과 피동축(21)으로부터는 이탈되지 않도록 구성되어 있다.

이때, 상기 피스톤(17)의 양측면부와 상기 보조안내판(14)의 측면부 상에는 서로 일대일 대응할 수 있는 개수의 조인트(15)가 구성되어 있다.

상기 조인트(15)는 볼조인트와 같이 피스톤(17)과 보조안내판(14)의 동작에 맞는 형태로써 다양하게 구현할 수 있다.

상기 보조안내판(14) 상에 구성된 조인트(15)는 서로 동일 간격을 가지며 중심부로부터도 동일거리에 위치하도록 구성되어 있어야 한다.

그리고 상기 피스톤(17)의 양측면부에 구성된 조인트(15)와 상기 보조안내판(14) 상에 구성된 조인트(15)에는 각각 링크(16)가 일대일 대응하도록 구성되어 있다.

따라서, 구동축(11)이 빠르게 회전하면 원심력에 의해 피스톤(17)은 가이드레인(13)을 따라 방사형으로 펼쳐지고, 피스톤(17)이 방사형으로 펼쳐짐에 따라 피스톤(17)의 측면부에 조인트(15)로서 있는 링크(16)는 최대한 가이드레인(13)과 일직선이 되는 형태로 취해진다.

여기서 상기 안내판(12)과 보조안내판(14)의 상관관계를 살펴보면 안내판(12)은 구동축(11)과 일체로 회전하지만, 구동축(11)과 공회전이 되도록 구성되어 있는 보조안내판(14)은 구동축(11)의 회전에 의해서 보다는 피스톤(17)의 측면부와 보조안내판(14) 상에 구성된 조인트(15) 간을 연결하는 링크(16)에 의해 구속되어 있기 때문에 피스톤(17)에 의해 이끌리어 회전하게 되는 것이다.

즉, 피스톤(17)이 가이드레인(13)을 따라 방사형으로 움직는 것을 따라서 상기 링크(16)는 가이드레인(13)과의 기울기가 점진적으로 변하면서 피스톤(17)을 따라 구동축(11) 또는 피동축(21)을 중심축으로 하여 회전하게 되는 것이다.

따라서, 상기 구동부(10)의 피스톤(17)이 방사형으로 펼쳐져서 최대한의 지름을 가지는 회전체를 이루면 벨트(30)로써 구속되어 직경이 반비례 관계인 피동부(20) 측의 피스톤(27)은 상대적으로 피동부(20)의 중심측으로 오므려지는 형상이 되고 이때 피동부(20)의 피스톤(27)과 조인트(25)로 구속되어 있는 피동부(20)측의 링크(26)는 가이드레인(23)으로부터 최대한 기울여진 형태를 취하게 된다.

이때, 상기 보조안내판(24) 상에 구성된 조인트(25)와 피스톤(27)의 측면부 상에 구성된 조인트(25)가 위치한 높이를 서로 다르게 구성한다면 피스톤(27)이 중심부측으로 오므려지는 형태가 되어 링크(26)가 가이드레인(23)으로부터 최대한으로 기울여지는 형태를 취하게 되더라도 각각의 링크(26) 간에는 서로 접촉이나 간섭이 없게 된다.

즉, 피스톤(27)에 구성된 조인트(25)의 높이를 보조안내판(24) 상에 구성된 조인트(25)의 위치보다 높게 구성하면, 보조안내판(24)의 평면을 기준으로 할 때 서로 조인트(25) 간을 연결하는 링크(26)는 일정한 기울기를 가지는 형태가 된다.

따라서, 피스톤(27)이 중심부측으로 최대한 오므려진 형태를 취할 때 보조안내판(24) 상에 구성된 조인트(25)가 위치하는 곳은 뒤따르는 위치에 구성된 링크(26)가 기울여진 공간부에 위치하게 되므로 서로 간에 링크(26)는 접촉이나 간섭이 없게 된다.

도면에 도시된 도면부호 25는 피동부(20)측의 보조안내판을 가리킨다.

상기 도면부호를 20번대로 사용한 것은 도 3의 도면상 피동부(20)측의 피스톤(27)이 중심부 측으로 오므려진 형태를 취하기 때문에 설명의 편의상 사용한 것이며, 구동축(11)의 회전이 작아져 도 5로서 예를 든다면 도면부호는 구동부(10) 측의 부호인 10번대의 도면부호를 사용하여 설명함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 최대한의 지름을 가지는 회전체가 되도록 피스톤(17)이 펼쳐지는 과정에서 상기 피스톤(17)과 구속되어 있는 링크(16)는 피스톤(17)과 함께 피스톤(17)과의 동일한 방향으로 움직임을 가지기 때문에 구동부(10) 또는 피동부(20)의 측면 상의 공간적인 제약을 적게 받을 수 있게 된다.

가이드레인(13)의 홈과 동일 너비를 가지는 가이드부재를 피스톤(17)의 측면부 상에 구성을 하고 상기 가이드부재의 상면에 조인트(15)를 구성한다면 더욱 원활하게 피스톤(17)이 가이드레인(13)을 따라 움직임을 가질 수 있을 것이다.

피스톤(17)의 측면부 상에 구성되는 가이드부재는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 쉽게 도출해낼 수 있을 정도의 간단한 구성이기 때문에 도면에서 생략하기로 한다.

만일 보조안내판(14)과 조인트(15)의 높이를 동일하게 한다면 피스톤(17)이 최대한 중심측으로 오므려 들 때의 기울기를 계산하여 링크(16)가 앞선의 보조안내판(14) 상에 구성된 조인트(15)를 간섭하지 않도록 피스톤(17)의 개수나 가이드레인(13) 상에서의 이동거리를 정밀하게 측정하여 구성하여야 할 것이다.

도 5는 본 발명의 무단변속기가 저속일 때 링크구조를 나타낸 개요도이다.

도 3의 설명과는 반대로 도 5에 도시된 바와 같이 구동축(11)의 회전속도가 줄어든다면 구동부(10)에 구성된 피스톤(17)은 중심부 측으로 오므려 질 것이고 피동부(20)에 구성된 피스톤(27)은 방사형으로 펼쳐지는 형태가 될 것이다.

10. 구동부 11. 구동축 12. 안내판
13. 가이드레인 14. 보조안내판 15. 조인트
16. 링크 17. 피스톤
20. 피동부 21. 피동축 22. 안내판
23. 가이드레인 24. 보조안내판 25. 조인트
26. 링크 27. 피스톤
30. 벨트
100. 구동부 110. 구동축 120. 회전축
130. 모실린더 140. 자실린더 150. 링크
160. 리니어부싱
200. 피동부 210. 피동축 220. 회전축
230. 모실린더 240. 자실린더 250. 링크
300. 벨트 400. 오일조절부 500. 조인트
600. 안내판 610. 가이드레인

Claims (1)

1. 동력의 직접적인 전달에 의해 회전하는 구동축의 원심력에 의해 직경이 가변적으로 변하는 가변 풀리형태의 구동부와, 상기 구동부와는 동일한 구조로서 일정간격 이격된 곳에 구성된 가변 풀리형태의 피동부와, 상기 구동부와 피동부 사이의 동력전달 및 서로 직경이 반비례가 되도록 구속하는 벨트로 구성되는 무단변속기에 있어서,
   상기 무단변속기는 상기 구동부(10)와 피동부(20)의 양측면부에 구성되어 구동축(11)과 피동축(21)을 중심축으로 하여 상기 구동축(11) 및 피동축(21)과 일체로 회전가능하되, 구동부(10)와 피동부(20)에 구성된 다수개의 피스톤(17)이 원심력에 의해 가변 풀리 형태로 가변하기 위하여 방사형으로 움직임을 가질 때 안내역할을 하도록 상기 피스톤(17)과 동일개수로 구성된 직선홈 형태의 가이드레인(13)이 구성되어 있는 원판형의 안내판(12)과;
   상대적으로 원판형의 안내판(12)보다는 작은 지름을 가지도록 상기 원판형의 안내판(12)의 외측면부에 상기 구동축(11)과 피동축(21)을 중심축으로 하여 구성되되, 상기 구동축(11)과 피동축(21)과는 공회전관계가 되도록 구성된 원판형의 보조안내판(14)과;
   상기 피스톤(17)의 양측면부와 상기 보조안내판(14) 상에 각각 일대일 대응하도록 동일개수로 구성된 다수개의 조인트(15) 간을 서로 일대일 대응하도록 연결하는 다수개의 링크(16)가 구성된 것이 특징인 효율적인 링크구조를 가지는 무단변속기.
   

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