KR101354154B1

KR101354154B1 - 무단변속장치

Info

Publication number: KR101354154B1
Application number: KR1020120002561A
Authority: KR
Inventors: 신용철; 신현우
Original assignee: 신현우; 신용철
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR20130130119A

Abstract

본 발명은. 외부하우징을 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접시키고, 회전자가 내접되어 상기 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접된 내부 하우징을 상기 외부하우징 내에 마련하고, 회전자의 정방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 상기 이축을 중심으로 자전되는 역방향구동기어를 마련하고, 회전자의 역방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 이축을 중심으로 자전되는 입력링크를 마련하고, 상기 한 쌍의 중심 이축중 일측 이축에 이축의 직경방향으로 탄성적으로 가변하는 가변링크핀을 장착하고, 레버크랭크기구의 일단이 상기 가변링크핀에 링크결합되게 하고 레버크랭크기구의 타단이 타측 이축에 회전가능하게 외접된 상기 입력링크에 회전가능하게 장착된 출력축에 링크결합되게 하고, 상기 역방향구동기어와 상기 외부하우징에 내접고정된 환형의 랙기어 사이에 아이들기어가 개재되어 이들과 연동하면서 상기 외부하우징과 함께 공전하고 상기 외부하우징의 중심에서 편심된 상태에서 상기 외부하우징에 자전가능하게 장착되게 무단변속기를 개조하였다.

Description

무단변속장치{continuously variable transmission}

본 발명은 무단변속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 감속기는 서로 다른 크기의 기어를 서로 조합함으로써 일정한 감속비로 동력을 출력하는 정속감속기와, 원뿔 형태의 감속장치를 적용하여 감속비를 가변시킬 수 있는 무단 변속기로 구분된다.

모터나 엔진 등의 동력 발생장치로부터 발생되는 회전력은 고회전력으로 출력되지만 힘(토크)이 적다. 따라서, 대부분의 산업기계에 있어서는 감속장치를 이용하여 토크를 증가시켜 작동하게 된다.

여기서, 감속기는 동력발생장치로부터 전달되는 회전수를 감속시키는 대신 토크를 증가시킨다. 그러나, 상기 감속기는 동력발생장치로부터 공급되는 회전수를 감속시킴과 동시에 토크를 증가시켜 출력하게 되나, 출력축에 가해지는 부하가 출력축의 출력토크보다 클 경우 부하가 동력발생원인 모터나 엔진에 역으로 작용함으로써 모터나 엔진의 수명을 단축하는 문제점이 있다.

그리고, 출력축의 출력토크보다 큰 부하가 모터나 엔진에 역방향으로 작용함으로써 목표하는 출력을 출력축으로 공급하지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 무단변속장치가 본 발명자에 의해 특허출원된 제10-2007-0064349호에 개시되어 있다.

상기 특허출원에 의해 개시된 무단변속장치에는 외력(모터 또는 엔진 등)에 의해 일방향회전운동하게 되는 입력축과 상기 입력축의 구동력을 전달받아 외부에 그 구동력을 전달하는 출력축 사이에 레버 크랭크기구가 개재되어 있다.

이 레버 크랭크기구는 입력축의 일방향 회전운동을 출력축이 일정 각도 범위내에서 왕복선회운동하게 하는 공지의 기구이며, 이러한 공지의 기구를 이용하여 장치는 예를 들면, 와이퍼 구동장치가 해당 될 수 있다.

하지만, 상기 레버 크랭크 기구를 이용한 종래의 무단변속장치는 동력전달체계가 일측으로 편위되는 방식을 채택하고 있어서, 작동중 떨림이나 소음이 발생된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 무단변속장치가 본 발명자에 의해 특허출원된 제10-2008-0092992호에 개시되어 있다.

상기 개시된 무단변속장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 프레임에 회전가능하게 장착되어 외부로부터 입력된 회전력을 전달받는 입력축(1); 상기 입력축(1)을 사이에 두고 상기 입력축(1)에 평행하게 배치되어 상기 프레임에 회전가능하게 장착된 상태에서 상기 입력축(1)으로부터의 동력을 전달받게 되는 한 쌍의 종동축(2, 2'); 상기 입력축(1)의 회전력을 전달받아 회전운동가능하게 상기 입력축(1)에 결합되어 있고, 회전반경이 외부 부하에 의해 가변가능한 한 쌍의 가변 핀(P1, P2)을 탄성적으로 방사바깥방향으로 각각 가압하는 한 쌍의 반력장치(3a, 4a)를 상기 한 쌍의 가변 핀(P1, P2)과 함께 각각 수용하고 있는 한 쌍의 가변 입력링크(3, 4); 상기 한 쌍의 종동축(2, 2') 각각에 전달되는 양방향 회전력을 일방향으로만 전달받아 상기 한 쌍의 종동축(2, 2') 각각을 일방향으로 회전시키는 일방향 클러치 베어링(5, 6; 5', 6')을 개재하여, 일단이 외접되어 결합되어 있는 2쌍의 출력링크(7, 8; 7', 8'); 및 상기 한 쌍의 가변 핀(P1, P2) 각각에 일단이 회전가능하게 결합되어 있고, 상기 2쌍의 출력링크(7, 8; 7', 8') 각각에 타단이 회전가능하게 결합되어 있는 2쌍의 커플러링크(9, 10; 9' 10')를 포함하고 있다.

여기에서, 상기 입력축(1)과 상기 한 쌍의 가변 입력링크(3, 4) 간의 구동적 결합 방식은, 도 1에 도시된 바와같이, 상기 입력축(1)의 양단에 한 쌍의 가변 입력링크(3, 4) 각각의 일단이 고정적으로 외접되어 있는 방식이 취해질 수도 있고, 또는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 입력축(1)의 외주면에 고정적으로 외접된 입력기어(G1)를 마련하고 그리고 상기 한 쌍의 가변 입력링크(3, 4)를 일체화한 하나의 원통형 하우징(11)에 고정적으로 외접된 1차피동기어(G2)를 마련한 상태에서 이들(G1, G2)을 서로 맞물리게 하는 방식이 취해질 수도 있다.

또한, 상기 한 쌍의 가변 핀(P1, P2)는 서로에 대하여 180도의 위상차를 가지고서 배치되어 있고, 상기 2쌍의 출력링크들 중 출력링크(7, 7')는 상기 하나의 출력링크(7)가 상기 다른 하나의 출력링크(7') 보다도 회전방향에서 0도 보다 크고 180도 보다 작은 앞선 위상차를 가지는 방식으로 배치될 수 있으며, 아울러 다른 출력링크(8, 8')도 상기 하나의 출력링크(8)가 상기 다른 하나의 출력링크(8') 보다도 회전방향에서 0도 보다 크고 180도 보다 작은 앞선 위상차를 가지는 방식으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 2쌍의 출력링크(7, 8; 7', 8')와 상기 한 쌍의 종동축(2, 2') 간의 구동적 결합 방식은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 종동축(2, 2') 각각의 양단에 일방향 클러치 베어링(5, 6; 5', 6')을 개재한 상태에서 상기 출력링크(7, 8, 7' 8')의 일단이 고정적으로 외접되는 방식이 취해질 수 있고, 또는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 종동축(2, 2') 각각을 관형으로 만들고 상기 한 쌍의 종동축(2, 2') 각각의 양단에 일방향 클러치 베어링(5, 6; 5' 6')을 개재한 상태에서 상기 출력링크(7, 8; 7' 8')의 일단이 각각 고정적으로 내접되는 방식이 취해질 수도 있다.

또한, 상기 한 쌍의 종동축(2, 2')에는 한 쌍의 출력기어(G3, G3')가 각각 고정적으로 외접되어 있고, 그리고 상기 한 쌍의 출력기어(G3, G3') 사이에는 이들과 맞물리게 최종출력기어(G4)가 배치되어 있다.

상기 최종출력기어(G4)에는 동력을 전달해야할 외부기기의 도시되지 않은 종동축과 커플링될 최종출력축(15)이 고정적으로 내접되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 무단변속장치는 상기 가변 입력링크를 중심으로 해서, 커플러링크, 출력링크 및 종동축이 좌우에 대칭적으로 배치되어 있어서, 작동중 떨림이 발생되지 않아, 소음이 종래보다 발생되지 않으며, 아울러, 2개의 종동축 사이에 고정적으로 외접된 한 쌍의 출력기어가 최종출력기어를 개재하여 서로 맞물려 있어서, 상기 최종출력기어를 상기 한 쌍의 출력기어들이 서로 협력하여 일방향으로 회전시킴으로써, 출력기어로 하여금 큰 힘을 가지고서 회전하게 하여, 큰 힘으로 외부의 기기를 구동시킬 수가 있다.

하지만, 이러한 무단변속장치는 서로 위상차를 두고서 링크 운동하는 제1링크부(3, 9, 9', 7, 7')와 제2링크부(4, 10, 10', 8, 8')간에 입력축(1)의 길이방향으로 일정 간격 이격되어 있어서, 무단변속장치가 비대해진다고 하는 문제점이 있고, 상기 제1링크부와 제2링크부가 서로 위상차를 가지고서 선회운동 즉, 서로 반대방향으로 선회운동함으로써, 상기 입력축(1)에 배가된 비틀림 부하를 주게 되어, 입력축(1)이 내구성에 취약하게 만들고, 심지어는 정확한 시점에서 시계방향운동에는 반시계방향으로 또는 반시계방향에서 시계방향으로 상기 제1링크부 또는 제2링크부가 선회운동을 전환하지 못한다고 하는 문제점이 있다.

더욱이, 상기와 같이 전체적인 크기가 비대해지는 종래의 무단변속장치를 자전거, 전기자전거, 전동휠체어, 전동카 등의 구동륜의 허브에 장전하는 경우, 두드러지게 돌출되게 되어, 자전거, 전기자전거, 전동휠체어, 전동카 등의 외관을 해친다고 하는 문제를 상기 종래의 무단변속장치는 가지고 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 무단변속장치가 본 발명자에 의해 특허출원되어 공개된 한국공개공보 제10-2010-0076365호 및 10-2010-0090090호에 개시되어 있다.

상기 개시된 무단변속기는 체적이 소형화되어 자전거 등의 허브에 고정적으로 내접될 수 있다.

요즘에는 차량이 환경오염방지차원에서 전동기에 의해 구동되는 전동식 차량으로 개량되는 실정에 있으며, 더욱이 인력에 의해 구동되는 자전거도 전동기에 의해 구동되는 전동식 자전거로 개량되고 있는 실정에 있다.

이러한 실정에 맞추어, 전동기인 모터가 하나의 모듈화된 소형의 유니트로서 결합되어 있는 허브타입의 무단변속기를 구동륜의 허브에 내장시키는 방안이 고려되고 있다.

하지만, 상기 종래의 무단변속기들은, 입력링크, 복수개의 커플러링크 및 상기 커플러링크의 갯수와 동일한 갯수의 출력링크를 서로 링크결합하고 있는 레버 크랭크기구를 이용하되, 상기 입력링크가 자전운동되게 하고, 상기 입력링크와 복수개의 커플러링크를 링크결합시키는 가변핀이 상기 입력링크의 자전중심에서 편심되게 배치한 상태에서 공전운동되게 하면서 부하에 따라 상기 입력링크의 자전운동 반경방향에서 탄성적으로 가변되게 하고, 상기 복수개의 커플러링크와 복수개의 출력링크를 링크결합시키는 링크핀이 공전되지 않게 하고 그리고 일방향클러치베어링을 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 출력축에 외접된 복수개의 클러치기어가 공전운동되지 않게 하면서 자전운동하게 하는 구조로 되어 있어서, 상기 입력링크와 복수개의 커플러링크를 링크결합시키는 가변핀이 입력링크의 자전운동의 중심에서 편심되게 하는 것이 무단변속을 위해 가장 중요한 구성요소이지만, 상기 입력링크가 고정체에 베어링을 개재하여 자전운동하는 관계로, 베어링의 마모 등의 변수에 따라 입력링크에 의해 공전운동하게 되는 상기 가변핀이 상기 입력링크의 자전운동의 중심에서 편심되는 양이 상이하여 상기 가변핀을 편심되게 위치결정하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 상기 무단변속기가 소형으로 유니트화됨에 따라 더욱더 상기 가변핀을 편심되게 위치결정하는 것이 구조적으로 어렵다고 하는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 무단변속장치가 본 발명자에 의해 2011년4월7일자에 특허출원 제10-2011-0031969호에 개시되어 있다.

하지만, 상기 특허출원의 무단변속장치는 전동기에 의해 구동대상인 예를 들면 휠을 정회전방향으로 구동시킬 수 있지만, 역회전방향으로 구동시킬 수 없다고 하는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 무단변속장치가 본 발명에 의해 2011년6월 7일자에 특허출원된 제10-2011-0054798호에 개시되어 있다.

상기 특허출원된 무단변속장치는 전동기의 정회전방향의 구동력이 부여될 시에, 가변핀을 공전과 자전시키지 않으면서 레버크랭크기구에 의해 무단변속이 가능한 상태에서 출력부에 정회전방향의 회전력을 부여하고, 그리고 전동기의 역회전방향의 구동력이 부여될 시에, 가변핀을 공전시키면서 레버크랭크기구를 지지하고 있는 뭉치를 역회전방향으로 회전시켜서 출력부에 역회전방향의 회전력을 부여할 수 있다.

하지만, 상기 특허출원된 무단변속장치는 전동차량에 장착되어 모터에 의해 정역으로 구동가능하지만, 전동기가 고장 나거나 배터리가 방전되면 상기 전동차량을 구동시킬 수 없게 한다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은, 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은. 외부하우징을 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접시키고, 회전자가 내접되어 상기 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접된 내부 하우징을 상기 외부하우징 내에 마련하고, 회전자의 정방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 상기 이축을 중심으로 자전되는 역방향구동기어를 마련하고, 회전자의 역방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 이축을 중심으로 자전되는 입력링크를 마련하고, 상기 한 쌍의 중심 이축중 일측 이축에 이축의 직경방향으로 탄성적으로 가변하는 가변링크핀을 장착하고, 레버크랭크기구의 일단이 상기 가변링크핀에 링크결합되게 하고 레버크랭크기구의 타단이 타측 이축에 회전가능하게 외접된 상기 입력링크에 회전가능하게 장착된 출력축에 링크결합되게 하고, 상기 역방향구동기어와 상기 외부하우징에 내접고정된 환형의 랙기어 사이에 아이들기어가 개재되어 이들과 연동하면서 상기 외부하우징과 함께 공전하고 상기 외부하우징의 중심에서 편심된 상태에서 상기 외부하우징에 자전가능하게 장착됨으로써 상기 과제를 해결하였다.

또한 본 발명은 외부하우징을 허브에 고정적으로 내접시키고, 외부하우징의 역방향 자전시에 걸음상태에 있는 일방향클러치베어링을 개재하여 상기 외부하우징이 스프로킷에 외접시키고 상기 스프로킷을 상기 이축에 회전가능하게 외접시키면, 본 발명의 무단변속장치가 전동자전거에 적용될 경우에 바람직하다.

본 발명은. 상기와 같은 과제해결수단에 의해 무단변속을 위해 가장 중요한 구성요소인 가변 핀, 즉 입력링크와 커플러링크를 링크결합시키는 가변 핀을 입력링크의 자전중심에서 편심되게 위치결정하는 것을 구조적으로 용이하게 하면서, 전동기가 내장된 상태에서 소형으로 유니트화된 무단변속기로 하여금 전동기의 역방향 구동시에 외부하우징에 정방향 자전운동을 제공하는 것을 가능하게 함과 동시에, 전동기의 정방향 구동시에 무단변속기와 무관하게 외부하우징에 역방향 자전운동을 감속시켜 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다.

본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해, 차륜이 내리막길이에서 구름운동할 시에 그리고 차륜의 제동시에 관성에 의해 레버크랭크기구를 구동하게 되어 전원에 의해 회전자를 회전시키는 회전수보다 큰 회전수로 회전자를 구동시킬 수 있어서, 이 여분의 회전수에 의해 배터리에 전기를 충전시킬 수 있다.

본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해, 모터의 방전시에, 외부하우징 또는 최종출력축을 수동에 의해 정방향으로 구동시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 무단변속장치를 도시한 개념도,
도 3 및 도 4는 도 1의 무단변속장치를 허브타입으로 개량한 것을 도시한 단면도 및 측면도.
도 5는 본 실시예의 무단변속장치를 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면인 도 5를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

도 5에는 도시되지 않은 구동륜의 허브에 고정적으로 내접될 수 있는 무단변속장치의 실시예가 단면도로서 도시되어 있다.

상기 실시예의 무단변속장치는, 한 쌍의 중심 이축(11, 12); 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 양자에 베어링을 개재하여 회전가능하게 외접되어 있고 상기 허브에 고정적으로 내접된 외부하우징(110)과 그리고 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 양자에 베어링을 개재하여 회전가능하게 외접되어 상기 외부하우징(110) 내에 수용되어 고정자(121), 회전자(122) 및 레버크랭크기구(200)를 수납하고 있는 내부하우징(120)를 포함하고 있다.

상기 내부하우징(120)는 모터케이스(120A)와 그리고 입력링크로서 작용하는 레버크랭크기구케이스(120B)를 볼트 수단(B) 등에 의해 서로 결합시켜 포함하고 있다.

상기 모터 케이스(120A)는 상기 한 쌍의 중심 이축(11 12) 중 일측의 중심 이축(11)에 고정된 고정자(121)에 외접된 회전자(122)가 내접 고정된 제1부분(120A1), 그리고 제1일방향 래치(125)를 재재하여 상기 제1부분(120A1)에 내접되어 있고 상기 일측의 중심 이축(11)에 베어링을 개재하여 회전가능하게 내접된 제2부분(120A2)을 포함하고 있다.

상기 레버크랭크기구케이스(120B)는, 상기 일측의 중심 이축(11)에 베어링을 개재하여 회전가능하게 외접되어 있고 상기 모터 케이스(120A)의 제1부분(120A1)에 상기 볼트 수단(B)에 의해 결합되어 있고 상기 회전자(122)가 내접 고정된 제1부분(120B1), 그리고 상기 레버크랭크기구(200)를 수납한 상태에서 상기 제1부분(120B1)에 제2일방향 래치(126)를 개재하여 외접되어 있고 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 중 타측의 중심 이축(12)에 베어링을 개재하여 회전가능하게 외접된 제2부분(120B2)를 포함하고 있다.

상기 일방향 래치(125)는 회전자(122)가 역방향 자전시에 비걸음상태가 되어 상기 제1부분(120A1)이 제2부분(120A2)에 대하여 회전가능하게 하는 작용을 하고, 그리고 상기 일방향 래치(126)은 회전자(122)가 역방향 자전시에 걸음상태가 되어 상기 제1부분(120B1)이 제2부분(120B2)와 함께 역방향으로 회전하게 하는 작용을 한다. 즉, 상기 일방향 래치(125)는 제1부분(120A1)의 정방향 자전시 및 제2부분(120A2)의 역방향 자전시에 걸음상태에 있고, 그리고 상기 일방향 래치(126)는 제1부분(120B1)의 역방향 자전시 및 제2부분(120A2)의 정방향 자전시에 걸음상태에 있다.

상기 일방향 래치(125, 126)들이 일방향으로 걸음하고 타방향으로 비걸음하는 구성은 공지된 구성이므로 더 이상의 상세 설명은 생략된다.

상기 일측의 중심 이축(11)의 일단에는 상기 중심 이축의 직경방향으로 뻗어 있는 가이드홈(13)이 형성되어 있고, 상기 가이드홈(13)에는 상기 이축의 직경방향으로 이동가능하게 하나의 가변부(130)가 스프링과 같은 탄성수단(135)에 지지되어 있다. 그리고 상기 가변부(130)에는 마주하는 타측 중심 이축(12) 방향으로 뻗어 있는 가변링크핀(131)이 구비되어 있고, 상기 가변링크핀(131)은 상기 중심 이축(11)의 회전중심에서 편심되어 있다.

상기 하나의 가변부(130)에는 상기 가변링크핀(131)을 개재하여 복수개의 커플러링크(140)의 일단 각각이 링크결합되어 있고, 상기 복수개의 커플러링크(140)의 타단 각각에는 동일한 위상차를 두고서 배치된 복수개의 출력링크(150)의 일단 각각이 링크결합되어 있다.

상기 복수개의 출력링크(150)의 타단 각각에는 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2부분(120B2)에 베어링을 개재하여 자전선회 가능하게 장착된 복수개의 출력축(151) 각각이 링크결합되어 마주하는 타측 중심 이축(12) 방향으로 뻗어 있고, 그리고 상기 복수개의 출력축(151) 각각에는 일방향클러치베어링(153)을 개재하여 복수개의 클러치기어(152) 각각이 외접되어 있다. 상기 일방향클러치베어링(153)은 상기 출력축(151)이 역방향으로 자전시에 그리고 상기 클러치기어(152)의 정방향 자전시에 걸음상태가 되어 상기 클러치기어(152)를 역방향으로 회전시키는 작용을 한다.

상기 복수개의 클러치기어(152)들은 상기 타측 중심 이축(12)에 베어링을 개재하여 회전가능하게 외접되어 상기 외부하우징(110)에 고정된 하나의 최종출력기어(160)에 맞물려 있다.

또한, 상기 외부하우징(110) 밖으로 돌출되어 외부로 노출된 상기 일측 중심 이축(11) 타단에는 베어링(175)을 개재하여 외접된 보스(171)를 중앙에 구비한 스프로킷(170)이 장착되어 있고, 그리고 상기 스프로킷(170)의 보스(171)에는 일방향클러치베어링(112)을 개재하여 상기 외부하우징(110)의 보스(111)가 외접되어 있다.

상기 일방향클러치베어링(112)은 외부하우징(110)이 정방향으로 자전할 때 비걸음상태에 있어서 스프로킷(170)에 구동력을 전달하지 않는다. 즉, 외부하우징(110)의 역방향 자전시에 그리고 스프로킷(170)의 정방향 자전시에 걸음상태에 있다.

또한, 상기 외부하우징(110)에는 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)의 중심과 편심되어 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)에 대하여 평행하게 뻗은 아이들축(115)이 상기 외부하우징(110) 내로 돌출되어 자전불가능하게 그리고 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)의 중심축선을 중심으로 공전가능하게 구비되어 있고, 상기 아이들축(115)에는 베어링을 개재하여 회전가능하게 아이들기어(116)가 외접되어 있다.

또한, 상기 외부하우징(110)에는 상기 아이들기어(116)와 맞물리는 환형의 랙기어(117)가 고정적으로 내접 구비되어 있고, 그리고 상기 아이들기어(116)는 상기 중심 이축(11)에 회전가능하게 외접된 상기 모터 케이스(120A)의 제2부분(120A2)에 형성된 보스(129)에 고정적으로 외접된 역방향 구동기어(128)에 맞물려 있다.

상기 실시예에서 무단변속기가 구동륜의 허브에 고정적으로 내접되어 적용되는 경우를 근거로 하여 설명되었지만, 본 실시예의 무단변속기는 별도 실시예로서, 스프로킷을 배제한 상태에서, 최종출력축을 외부하우징 밖으로 돌출시켜서 외부하우징 밖에 배치된 동력전달대상물의 축에 결합시키는 것도 가능하다.

상기와 같은 구성된 무단변속장치는 다음과 같이 작동될 수 있다.

1. 모터의 역방향 회전시

상기 고정자(121)에 전원을 인가하여 회전자(122)가 역방향으로 회전시키면, 상기 모터케이스(120A)의 제1 부분(120A1)과 레버크랭크기구케이스(120B)의 제1부분(120B1)이 한 쌍의 이축(11, 12)을 중심으로 역방향으로 회전된다.

이 상태에서는 제1일방향 래치(125)가 비걸음 상태가 되어, 상기 제1부분(120A1)에 의해 상기 모터케이스(120A)의 제2 부분(120A2)에 구동력을 전달하지 않게 되고, 그리고 제2일방향 래치(126)가 걸음 상태가 되어, 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2 부분(120B2)은 제1부분(120B1)과 함께 일측 중심 이축(11)을 중심으로 역방향으로 자전운동하면서 입력링크로서 작동하게 된다.

상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2 부분(120B2)이 상기 한 쌍의 이축(11, 12)을 중심으로서 역방향으로 자전운동하게 되면, 상기 한 쌍의 이축(11, 12)에 편심되어 공전 및 자전 불가능하게 장착된 가변링크핀(131)에 일단이 링크결합되어 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2 부분(120B2)에 수납된 복수개의 커플러링크(140)가 상기 한 쌍의 이축(11, 12)을 중심으로서 역방향으로 공전운동하게 된다.

이에 따라, 상기 복수개의 커플러링크(140)은 상기 가변링크핀(131)을 중심으로 정방향 및 역방향으로 선회링크운동하게 되며, 이에 의해 상기 복수개의 커플러링크(140)에 링크결합된 복수개의 출력링크(150)도 상기 한 쌍의 이축(11, 12)을 중심으로 역방향으로 공전운동하면서 상기 커플러링크와 상기 출력링크를 서로 링크결합하고 있는 링크핀을 중심으로서 정역방향으로 선회링크운동하게 된다.

상기 커플러링크(140)가 상기 커플러링크(150)의 공전중심에 편심된 상기 가변핀(P1)에 링크결합된 관계로, 상기 커플러링크(140)가 4개인 경우에, 상기 커플러링크(140)의 0도 ~ 90도 공전운동, 91도 ~ 180도 공전운동, 181도 ~ 270도 공전운동, 및 271도 ~ 360도 공전운동에 의해, 상기 4개의 커플러링크(140)는, 상기 4개의 커플러링크(140) 각각에 링크결합된 4개의 출력링크(150)들중 하나의 출력링크(150)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되는 경우에, 상기 하나의 출력링크(150)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 다른 하나의 출력링크(150)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(150)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 또 다른 하나의 출력링크(150)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(150)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(150)를 역방향으로 선회운동시킨다.

상기 출력링크(150)의 타단에 고정적으로 내접된 출력축(151)과 상기 클러치기어(152) 사이에는 상기 출력축(151)의 역방향 선회운동에만 그 운동을 상기 클러치기어(152)에 각각 전달하는 일방향 클러치 베어링(153)이 개재되어 있어서, 결국, 상기 4개의 클러치기어(152)들과 동시에 맞물려 있는 최종출력기어(160)는 상기 회전자(122)가 역방향으로 구동되면 항상 정방향으로 회전운동하게 되며, 이에 의해 외부하우징(110)가 정방향으로 자전운동하게 되어서, 상기 외부케이스(110)에 고정적으로 외접된 구동륜의 허브가 정방향으로 자잔운동하게 된다.

여기에서, 구동륜의 상기 허브를 통하여 상기 최종출력기어(160)에 전달되는 큰 부하가 클러치기어, 출력링크, 커플러링크 및 핀을 통해서 탄성수단(135)에 전달되어, 상기 가변링크핀(131)이 상기 일측 이축(11)의 중심축선에 가까워질 경우에, 상기 출력링크(150)의 선회왕복운동의 각도가 작아지게 되어서 상기 출력기어(152)는 저속모드가 되고, 반대로 상기 최종출력기어(160)에서 전달되는 작은 부하가 상기와 같은 방식으로 상기 탄성수단(135)에 전달되어, 상기 가변링크핀(131)이 상기 일측 이축(11)의 중심축선에 대하여 멀어질 경우에, 상기 출력링크들의 선회왕복운동의 각도가 커지게 되어서 상기 클러치기어들은 고속모드가 된다.

그리고 상기 최종출력기어에서 전달되는 부하가 탄성수단(135)을 압축시켜 상기 가변링크핀(131)이 상기 일측 이축(11)의 중심축선에 위치될 경우에, 커플러링크가 선회운동없이 공전만 하게 되어, 상기 출력링크의 선회왕복운동의 각도가 제로로 되어서 클러치기어들의 속도는 "0"이 되며, 이때, 변속비의 기준이 되는 최저속도가 "0"이 되기 때문에, 이론상 변속비가 0 ~∞으로 되어서 본 실시예의 무단변속기는 무단으로 변속이 가능하다.

상기 외부 하우징(110)이 정방향으로 자전함에 따라, 상기 일방향클러치베어링(112)은 비걸음상태가 되어 스프로킷(170)에 어떠한 동력도 전달하지 않게 되며, 그리고 상기 외부 하우징(110)이 정방향으로 자전함에 따라 정방향으로 공전하는 상기 아이들기어(116)는 상기 정지상태에 있는 상기 모터케이스(120A)의 제2부분(120A2)의 허브(129)에 고정외접된 역방향 구동기어(128)를 상기 아이들기어(116)의 정방향 공전력과 자전력에 의해 상기 모터케이스(120A)의 제2부분(120A2)을 역방향으로 자전운동시켜서 상기 모터케이스(120A)의 제1부분(120A1)과 함께 역방향으로 자전운동하게 한다.

2. 모터의 방전시,

상기 스프로킷(170)을 수동으로 정방향으로 구동하게 되면, 일방향클러치베어링(112)가 걸음상태가 되어 상기 외부하우징(110)을 정방향으로 구동하게 되고, 이에 따라 외부하우징(110)의 환형의 랙기어(117)에 맞물려 있는 아이들기어(116)가 정방향으로 공전하면서, 그 공전력과 자전력에 의해 역방향 구동기어(128)을 경유하여 상기 모터케이스(120A)의 제2부분(120A2)을 역방향으로 자전운동시켜서 제1 일방향 래치(125)에 물려 있는 상기 모터케이스(120A)의 제1부분(120A1)과 함께 역방향으로 자전운동하게 되지만, 제어프로그램상 모터의 방전시에 전원이 자동으로 차단되므로 상기 회전자(122)는 역방향으로 회전되기만 한다. 그리고 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제1부분(120B1)도 역방향으로 자전운동하지만, 제2일방향 래치(126)가 비걸음상태가 되어 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2부분(120B2)는 자전운동하지 않는다.

또한, 외부하우징(110)이 정방향으로 자전운동하게 되면, 클러치기어(152)가 역방향으로 회전하지만, 일방향클러치베어링(153)이 비걸음상태가 되어 레버크랭크기구는 어떠한 작용도 하지 않는다.

따라서, 스프로킷(170)을 수동으로 정방향으로 회전시키면, 오로지 수동의 힘에 의해서만, 상기 외부하우징(110)을 정방향으로 자전운동시켜 구동륜의 허브를 정방향으로 구동하게 된다.

그리고, 상기 스프로킷(170)을 수동으로 역방향으로 구동하게 되면, 일방향클러치베어링(112)가 비걸음상태가 되어 상기 외부하우징(110)과 상기 일측 이축(11)에 대하여 상기 스프로킷(170)이 헛돌게 되어, 어떠한 동력도 전달하지 않게 된다.

3. 모터의 정방향 회전시

상기 고정자(121)에 전원을 인가하여 회전자(122)가 정방향으로 회전시키면, 상기 모터케이스(120A)의 제1 부분(120A1)과 레버크랭크기구케이스(120B)의 제1부분(120B1)이 한 쌍의 이축(11, 12)을 중심으로 정방향으로 회전된다.

이 상태에서는 제1일방향 래치(125)가 걸음 상태가 되어, 상기 제1부분(120A1)에 의해 상기 모터케이스(120A)의 제2 부분(120A2)에 구동력을 전달하여 상기 제2부분(120A2)를 일측 이축(11)을 중심으로 정방향으로 자전시키고, 이에 의해 아이들기어(116)가 상기 제2부분(120A2)의 정방향 자전중심과 편심된 중심을 갖고서 역방향으로 자전운동하게 되어, 결국, 상기 아이들기어(116)와 상기 환형의 랙기어(117)가 서로 맞물려 상기 외부 하우징(110)이 역방향으로 상기 일측 중심 이축(11)을 중심으로 자전운동하게 된다.

상기 아이들기어(116)와 상기 환형의 랙기어(117)가 동일한 방향으로 자전운동하는 이유는, 상기 환형의 랙기어(117)가 내륜기어이고 상기 아이들기어(116)가 외륜기어이기 때문이다. 즉, 외륜기어와 외륜기어가 맞물리면 서로 반대방향으로 자전운동하고, 내륜기어와 외륜기어가 맞물리면 서로 동일한 방향으로 자전운동하게 된다.

또한, 상기 회전자(122)의 정방향 자전에 의해 레버크랭크기구케이스(120B)의 제1부분(120B1)이 정방향으로 자전운동하게 되면, 상기 제2 일방향 래치(126)이 비걸음 상태가 되어 상기 제2부분(120B2)에 어떠한 동력을 전달하지 않아 레버크랭크기구운동이 발생되지 않는다.

따라서, 모터가 정방향으로 회전되면, 레버크랭크기구에 의한 무단변속 작용없이 오로지 아이들기어(116)과 환형의 랙기어(126)의 기어 잇수에 의한 감속비를 갖고서 모터의 구동력에 의해 외부 하우징(110)을 역방향으로 자전시켜 구동륜의 허브를 역방향으로 자전운동시킨다.

11; 일측 중심 이축, 12; 타측 중심 이축, 110; 외부 하우징, 120; 내부 하우징, 130; 가변부, 140; 커플러 링크, 150; 출력링크, 160; 최종출력축, 170; 스프로킷

Claims

모터의 구동력을 레버크랭크기구를 통하여 최종출력축에 전달하면서 무단변속을 하는 무단변속장치에 있어서,
외부하우징이 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접되어 있고,
모터의 회전자가 내접 고정되어 상기 한 쌍의 중심 이축에 회전가능하게 외접된 내부 하우징이 상기 외부하우징 내에 배치되고,
상기 회전자의 정방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 상기 한 쌍의 중심 이축을 중심으로 자전되는 역방향구동기어가 상기 내부하우징에 결합되고,
상기 회전자의 역방향 자전시에 상기 내부하우징과 함께 이축을 중심으로 자전되는 입력링크가 상기 내부하우징에 결합되고,
상기 한 쌍의 중심 이축 중 일측 중심 이축의 일단에 이축의 직경방향으로 탄성적으로 가변하는 가변링크핀이 장착되고,
레버크랭크기구의 일단이 상기 가변링크핀에 링크결합되고 그리고 레버크랭크기구의 타단이 상기 한 쌍의 중심 이축 중 타측 중심 이축에 회전가능하게 외접된 상기 입력링크에 회전가능하게 장착된 출력축에 링크결합되고,
상기 역방향구동기어와 상기 외부하우징에 내접고정된 환형의 랙기어 사이에 아이들기어가 맞물리게 개재되어 상기 외부하우징과 함께 공전하면서 상기 외부하우징의 중심에서 편심된 상태에서 상기 외부하우징에 자전가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
제 1항에 있어서,
상기 출력축은 상기 입력링크에 동일한 위상차를 두고서 복수개 회전가능하게 배치되어 있고,
상기 레버크랭크기구는 하나의 입력링크, 상기 가변링크핀에 링크결합되고 동일한 위상차를 두고서 배치된 복수개의 커플러링크 및 상기 복수개의 커플러링크각각에 일단이 링크결합되고 상기 복수개의 출력축에 타단이 링크경합된 출력링크를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출력축에는 일방향 클러치 베어링을 개재하여 클러치기어가 외접되어 있고,
상기 출력축에는 상기 한 쌍의 중심 이축 중 타측 중심 이축에 회전가능하게 외접되고 상기 외부하우징의 자전중심과 동일한 자전중심을 갖고서 상기 외부하우징에 장착된 최종출력축이 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 내부하우징은 제1 일방향 래치를 개재하여 상기 역방향구동기어에 외접되어 있고, 그리고 제2 일방향 래치를 개재하여 상기 입력링크에 내접되어 있으며,
상기 제1 일방향 래치는 회전자의 정방향 자전시에 걸음상태에 있고, 그리고 상기 제2 일방향 래치는 회전자의 역방향 자전시에 걸음상태에 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 외부하우징은 허브에 고정적으로 내접되어 있고,
상기 외부하우징 밖으로 돌출되어 외부로 노출된 한 쌍의 일측 중심 이축 타단에는 스프로킷의 보스가 회전가능하게 외접 되어 있고, 그리고 상기 스프로킷의 보스에는 일방향클러치베어링을 개재하여 상기 외부하우징의 보스가 외접되어 있고,
상기 일방향클러치베어링은 외부하우징이 역방향으로 자전할 때 걸음상태에 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
한 쌍의 중심 이축(11, 12);
상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 양자에 회전가능하게 외접되어 있는 외부하우징;
상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 양자에 회전가능하게 외접되어 상기 외부하우징(110) 내에 수용되어 고정자(121), 회전자(122) 및 레버크랭크기구(200)를 수용하고서, 모터케이스(120A)와 그리고 입력링크로서 작용하는 레버크랭크기구케이스(120B)를 서로 결합시켜 포함하고 있는 내부하우징(120)으로서, 상기 모터 케이스(120A)는 상기 한 쌍의 중심 이축(11 12) 중 일측의 중심 이축(11)에 고정된 고정자(121)에 외접된 회전자(122)가 내접 고정된 제1부분(120A1), 및 회전자(122)의 정방향 자전시에 걸음상태에 있는 제1일방향 래치(125)를 재재하여 상기 제1부분(120A1)에 내접되어 있고 상기 일측의 중심 이축(11)에 회전가능하게 내접된 제2부분(120A2)을 포함하고 있고, 그리고 상기 레버크랭크기구케이스(120B)는, 상기 일측의 중심 이축(11)에 회전가능하게 외접되어 있고 상기 모터 케이스(120A)의 제1부분(120A1)에 결합되어 있고 상기 회전자(122)가 내접 고정된 제1부분(120B1), 및 상기 레버크랭크기구(200)를 수납한 상태에서 상기 제1부분(120B1)에 회전자(122)의 역방향 자전시에 걸음상태에 있는 제2일방향 래치(126)를 개재하여 외접되어 있고 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12) 중 타측의 중심 이축(12)에 회전가능하게 외접된 제2부분(120B2)를 포함하고 있는 상기 내부하우징(120)을 포함하고 있는 무단변속기로서,
상기 일측의 중심 이축(11)의 일단에는 상기 중심 이축의 직경방향으로 뻗어 있는 가이드홈(13)이 형성되어 있고, 상기 가이드홈(13)에는 상기 이축의 직경방향으로 이동가능하게 하나의 가변부(130)가 탄성수단(135)에 지지되어 있고, 그리고 상기 가변부(130)에는 마주하는 타측 중심 이축(12) 방향으로 뻗어 있는 가변링크핀(131)이 상기 중심 이축(11)의 회전중심에서 편심되게 구비되어 있고,
상기 하나의 가변부(130)에는 상기 가변링크핀(131)을 개재하여 복수개의 커플러링크(140), 및 복수개의 출력링크(150)를 구비한 레버크랭크기기구(200)가 링크연결되어 있고,
상기 복수개의 출력링크(150)의 타단 각각에는 상기 레버크랭크기구케이스(120B)의 제2부분(120B2)에 자전선회 가능하게 장착된 복수개의 출력축(151) 각각이 링크결합되어 마주하는 타측 중심 이축(12) 방향으로 뻗어 있고, 그리고 상기 복수개의 출력축(151) 각각에는 상기 출력축(151)이 역방향으로 자전시에 걸음상태가 되는 일방향클러치베어링(153)을 개재하여 복수개의 클러치기어(152) 각각이 외접되어 있고,
상기 복수개의 클러치기어(152)들은 상기 타측 중심 이축(12)에 회전가능하게 외접되어 상기 외부하우징(110)에 고정된 하나의 최종출력기어(160)에 맞물려 있ㄱ고,
상기 외부하우징(110)에는 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)의 중심과 편심되어 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)에 대하여 평행하게 뻗은 아이들축(115)이 상기 외부하우징(110) 내로 돌출되어 자전불가능하게 그리고 상기 한 쌍의 중심 이축(11, 12)의 중심축선을 중심으로 공전가능하게 구비되어 있고, 상기 아이들축(115)에는 회전가능하게 아이들기어(116)가 외접되어 있고,
상기 외부하우징(110)에는 상기 아이들기어(116)와 맞물리는 환형의 랙기어(117)가 고정적으로 내접 구비되어 있고, 그리고 상기 아이들기어(116)는 상기 중심 이축(11)에 회전가능하게 외접된 상기 모터 케이스(120A)의 제2부분(120A2)에 형성된 보스(129)에 고정적으로 외접된 역방향 구동기어(128)에 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
제 6항에 있어서,
상기 외부하우징(110)은 차륜의 허브에 고정적으로 내접되어 있고,
상기 외부하우징(110) 밖으로 돌출되어 외부로 노출된 상기 일측 중심 이축(11) 타단에는 회전가능하게 외접된 보스(171)를 중앙에 구비한 스프로킷(170)이 장착되어 있고, 그리고 상기 스프로킷(170)의 보스(171)에는 일방향클러치베어링(112)을 개재하여 상기 외부하우징(110)의 보스(111)가 외접되어 있고,
상기 일방향클러치베어링(112)은 외부하우징(110)이 역방향으로 자전할 때 걸음상태에 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.