KR101327336B1 - 무단변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 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 공전 및 자전운동되지 않게 하면서 부하에 따라 상기 입력링크의 자전운동 반경방향에서 탄성적으로 가변되게 하고, 상기 복수개의 커플러링크와 복수개의 출력링크를 링크결합시키는 링크핀과 그리고 일방향클러치베어링를 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 출력축에 외접된 복수개의 클러치기어가 상기 입력링크의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 하고, 출력기어를 상기 복수개의 클러치기어에 맞물리게 하는 구조를 가진 무단변속장치를 제공하여 가장 중요한 구성요소인 가변 핀, 즉 입력링크와 커플러링크를 링크결합시키는 가변 핀을 입력링크의 자전중심에서 편심되게 위치결정하는 것을 구조적으로 용이하게 할 수 있다.

Description

무단변속장치{continuously variable transmission}

본 발명은 무단변속장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은, 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 공전 및 자전운동되지 않게 하면서 부하에 따라 상기 입력링크의 자전운동 반경방향에서 탄성적으로 가변되게 하고, 상기 복수개의 커플러링크와 복수개의 출력링크를 링크결합시키는 링크핀과 그리고 일방향클러치베어링을 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 출력축에 외접된 복수개의 클러치기어가 상기 입력링크의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 하는 구조를 가진 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 무단변속장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 구동륜의 허브에 고정적으로 내접된 케이스(211)의 일측부에 베어링(B1)을 개재하여 관통하여 회전가능하게 장착되어 있는 입력축(110)과 상기 케이스(211)의 타측부에 베어링(B2)을 개재하여 관통하여 회전가능하게 장착되어 있는 아이들축(S2)을 포함하고 있다.

상기 케이스(211)의 일측부 밖으로 돌출된 상기 입력축(110)의 일측 부분에는 피동 스프로킷(D)이 고정적으로 외접되어 있으며, 상기 피동 스프로킷(D)은 도시되지 않은 페달축에 장착된 도시되지 않은 구동 스프로킷에 감겨진 체인(도시되지 않음)에 감겨진 상태에서, 상기 입력축(110)과 함께 회전하게 되어 있다.

상기 케이스(211) 내에는 기립된 프레임(F)이 내장되어 있으며, 상기 프레임(F) 중앙에 형성된 구멍(O)에 베어링(B3)을 개재한 상태에서 가변입력링크(130)가 상기 프레임(F)에 대하여 회전가능하게 삽입되어 있다.

상기 가변입력링크(130)의 일측에는 일방향클러치(C)를 개재한 상태에서 상기 입력축(110)의 선단이 회전가능하게 삽입되어 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가변입력링크(130)을 사이에 두고 상기 가변입력링크(130)에 대하여 방사상 바깥방향으로 배치되어 90도의 위상차를 가지고서 상기 프레임(F)에 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174)가 회전가능하게 장착되어 있다.

상기 가변입력링크(130)의 타측에는 회전반경이 외부 부하에 의해 가변가능한 가변 캠(P)을 탄성적으로 방사바깥방향으로 가압하는 반력장치(S)를 내장하고 있다.

상기 가변 캠(P)의 선단에는 상기 가변 입력링크(130)의 회전운동에 따라 상기 가변 입력링크(130)의 회전중심에 대하여 공전하게 되는 상기 가변 캠(P)과 함께 상기 가변 입력링크(130)의 회전중심에 대하여 공전식으로 회전하는 디스크판(140)이 회전가능하게 결합되어 있다.

상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174) 각각에는 일방향 클러치 베어링(151, 152, 153, 154)를 개재하여 4개의 종동기어(121, 122, 123, 124)가 외접되어 있어서, 상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174) 각각에 전달되는 양방향 회전력을 일방향으로만 전달받아 상기 4개의 종동기어(121, 122, 123, 124) 각각을 일방향으로 회전시키다.

상기 디스크판(140)에 90도의 위상차를 가지고서 형성된 4개의 구멍(181, 182, 183, 184) 각각에는 동일한 길이의 4개의 커플러링크(191, 192, 193, 194)의 일단이 회전가능하게 링크결합되어 있고, 상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174) 각각에는 상기 4개의 커플러링크(191, 192, 193, 194)의 타단이 회전가능하게 링크결합되어 있다.

상기 일방향 클러치 베어링(151, 152; 153, 154)들은 상기 4개의 종동기어(121, 122; 123, 124)에 각각 모두 동일한 방향으로 즉, 시계방향 또는 반시계방향으로 걸음되어, 상기 종동기어(121, 122; 123, 124)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다.

또한, 상기 입력축(110)의 기단에는 상기 4개의 종동기어(121, 122, 123, 124) 모두와 맞물림하여 회전되는 하나의 출력기어(G3)가 회전가능하게 외접되어 있고, 그리고 상기 하나의 출력기어(G3)에는 상기 입력축(110)의 기단쪽으로 돌출되고 상기 입력축(110)의 회전중심과 동심의 회전축선을 가지는 환형 출력축(G4)이 일체로 형성되어 있다.

또한, 상기 환형 출력축(G4)은 상기 케이스(211)의 일측에 고정적으로 내접되어 있다.

상기 프레임(F)은 상기 아이들축(S2)에 일단이 지지되는 제1지지편(220)의 타단에 일측이 고정되어 있고, 환형의 출력축(G4)에 고정적으로 외접된 상기 케이스(211)의 보스(212)에 기단이 베어링(B4)을 개재하여 기립되어 있는 제2지지편(230)의 선단에 타측이 고정되어 있다.

이러한 구성을 가진 무단변속기는 다음같이 동력전달 및 변속된다.

도시되지 않은 체인으로부터 스프로킷(D)을 통하여 동력을 받아 일방향으로 회전하는 입력축(110)은 가변 입력링크(130)을 회전시켜서, 상기 가변 입력링크(130)에 편심되어 수용되게 배치된 가변 캠(P)을 회전시키고, 이 가변 캠(P) 회전력은 상기 가변 캠(P)에 회전가능하게 결합된 디스크판(140)을 상기 가변 입력링크(130)의 회전중심에 대하여 공전식으로 회전시킨다.

공전식으로 회전되는 상기 디스크판(140)은, 상기 디스크판(140)의 0도 ~ 90도 공전운동에 의해, 상기 디스크판(140)에 링크결합된 4개의 커플러링크(191, 192, 193, 194)를 통해서 상기 4개의 커플러링크(191, 192, 193, 194) 각각에 링크결합된 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174)들중 예를 들면, 하나의 출력링크(171)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되는 경우에, 상기 하나의 출력링크(171)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 다른 하나의 출력링크(174)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(171)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 또 다른 하나의 출력링크(172)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(171)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(173)를 역방향으로 선회운동시키고;

계속해서 상기 디스크판(140)의 91도 ~ 180도 공전운동에 의해, 상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174)들중 하나의 출력링크(171)에 대하여 +90도 위상차를 가지는 상기 출력링크(172)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되어서, 상기 출력링크(172)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(171)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 출력링크(172)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(173)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 출력링크(172)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(174)를 역방향으로 선회운동시키며;

계속해서 상기 디스크판(140)의 181도 ~ 270도 공전운동에 의해, 상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174)들중 하나의 출력링크(172)에 대하여 +90도 위상차를 가지는 상기 출력링크(173)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되어서, 상기 출력링크(173)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(172)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 출력링크(173)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(174)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 출력링크(173)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(171)를 역방향으로 선회운동시키며; 그리고

계속해서 상기 디스크판(140)의 271도 ~ 360도 공전운동에 의해, 상기 4개의 출력링크(171, 172, 173, 174)들중 하나의 출력링크(173)에 대하여 +90도 위상차를 가지는 상기 출력링크(174)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되어서, 상기 출력링크(174)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(173)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 출력링크(173)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 상기 출력링크(174)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 출력링크(173)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(171)를 역방향으로 선회운동시킨다.

상기 출력링크(171, 172, 173, 174)와 상기 종동기어(121, 122, 123, 124) 사이에는 상기 출력링크(171, 172, 173, 174)의 정방향 선회운동에만 그 운동을 상기 종동기어(121, 122, 123, 124)에 각각 전달하는 일방향 클러치 베어링(151, 152)이 개재되어 있어서, 결국, 상기 4개의 종동기어(121, 122, 123, 124)들과 동시에 맞물려있는 출력기어(G3)는 상기 입력축(110)이 구동되면 항상 정방향으로 회전운동하게 된다.

결국, 상기 출력기어(G3)는 상기 환형 출력축(G4)에 정방향운동을 전달하게 되어서 상기 환형 출력축(G)에 고정된 케이스(211)를 정방향으로 회전시켜서 자전거의 구동륜을 정방향으로 회전시킨다.

여기에서, 구동륜 및 케이스(211)를 경유하여 환형 출력축(G4)에서 전달되는 큰 부하가 종동기어, 출력링크, 커플러링크 디스크판 및 가변 캠(P)를 통해서 반력장치(S)에 전달되어, 상기 가변 캠(P)이 가변 입력링크(130)의 중심축선에 가까워질 경우에, 상기 가변 캠(P)의 공전반경이 작아져, 상기 출력링크(171, 172, 173, 174)의 선회왕복운동의 각도가 작아지게 되어서 종동기어(121, 122, 123, 124)는 저속모드가 되고, 반대로 상기 환형 출력축(G4)에서 전달되는 작은 부하가 상기와 같은 방식으로 상기 반력장치(S)에 전달되어, 상기 가변 캠(P)이 상기 가변 입력링크(130)의 중심축선에 대하여 멀어질 경우에, 상기 가변 캠(P)의 공전반경이 커져 상기 출력링크들의 선회왕복운동의 각도가 커지게 되어서 상기 종동기어들은 고속모드가 된다.

그리고 상기 환형 출력축에서 전달되는 부하가 반력장치(S)을 압축시켜 상기 가변 캠(P)이 상기 가변 입력링크(130)의 중심축선에 위치될 경우에, 상기 가변 캠(P)의 공전반경이 제로인 상태에서 자전만 하게 되어, 상기 출력링크의 선회왕복운동의 각도가 제로로 되어서 종동기어들의 속도는 "0"이 되며, 이때, 변속비의 기준이 되는 최저속도가 "0"이 되기 때문에, 이론상 변속비가 0 ~∞으로 되어서 종래의 허브타입의 무단변속기는 무단으로 변속이 가능하다.

상기와 같이 구성된 허브타입의 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 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 일방향클러치베어리을 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.

본 발명은, 무단변속을 위해 가장 중요한 구성요소인 가변 핀, 즉 입력링크와 커플러링크를 링크결합시키는 핀을 공전운동시키지 않고 입력링크의 자전중심에서 편심되게 배치시켜, 그 편심의 위치결정을 구조적으로 용이하게 하여 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 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 공전 및 자전운동되지 않게 하면서 부하에 따라 상기 입력링크의 자전운동 반경방향에서 탄성적으로 가변되게 하고, 상기 복수개의 커플러링크와 복수개의 출력링크를 링크결합시키는 링크핀과 그리고 일방향클러치베어링를 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 출력축에 외접된 복수개의 클러치기어가 상기 입력링크의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 하고, 출력기어를 상기 복수개의 클러치기어에 맞물리게 하는 구조를 가진 무단변속장치를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

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 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 소형으로 유니트와된 무단변속기를 제공하는 것을 가능하게 하여 전동기가 내장되어 있으면서도 외형적으로 비대해지지 않고 외관이 단순한 허브타입의 무단변속기를 제공할 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 허브타입의 종래의 무단변속장치 개념적으로 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 도 5의 개념에 근거하여 허브타입으로 개조된 종래의 무단변속장치를 도시한 도면,
도 8은 본 실시예의 무단변속장치를 도시한 개념사시도, 및
도 9는 도 8의 개념도에 근거한 무단변속장치를 도시한 단면도.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면인 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

도 8 및 도 9에 도시된 본 실시예의 무단변속장치는 종래와 같이 하나의 입력링크(60), 복수개의 커플러링크(90) 및 상기 커플러링크(90)의 갯수와 동일한 갯수의 출력링크(70)를 서로 링크결합하고 있는 레버 크랭크기구를 포함하고 있다.

고정 중심축(21)에 회전가능하게 외접된 상기 입력링크(60)는 외부의 구동원(36)에 의해 자전운동되게 되어 있다.

상기 입력링크(60)와 복수개의 커플러링크(90)를 링크결합시키는 하나의 가변 핀(P1)은 상기 고정 중심축(21)에 상기 고정 중심축(21)의 반경방향으로 뻗은 가이드레일홈(65)에 반력수단(S)에 의해 상기 반경방향 바깥방향으로 탄성적으로 가압을 받으면서 상기 입력링크(60)의 자전중심에서 편심되게 삽입되어 있다.

상기 복수개의 커플러링크(90)와 복수개의 출력링크(70)를 링크결합시키는, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수개의 링크핀(P2)과 그리고 일방향클러치베어링(43)를 개재하여 상기 복수개의 출력링크(70)의 복수개의 출력축(80)에 외접된 복수개의 클러치기어(81)가 상기 입력링크(60)의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 상기 입력링크(60)에 장착되어 있다.

상기 복수개의 링크핀(P2)들은 상기 입력링크(60)의 자전궤적에서 동일한 위상차를 갖고서 이격배치되어 있고, 그리고 상기 복수개의 출력축(80)들도 상기 입력링크(60)의 자전궤적에서 동일한 위상차를 갖고서 이격배치되어 있다.

상기 복수개의 출력축(80)에 일방향클러치베어링(43)을 개재하여 외접된 복수개의 클러치기어(81)들은 상기 입력링크(60)의 자전중심과 동일한 자전중심을 갖고 자전운동하는 출력기어(82)에 치합되어 있다.

상기 출력기어(82)의 기어부 또는 상기 출력기어(82)에 고정적으로 내접된 구동축(83)에는 구동하고자 하는 외부기기들이 구동적으로 결합되어 있다.

상기 실시예와 같이 구성된 무단변속기는 다음과 같이 작동될 수 있다.

외부동력원에 의해 상기 입력링크(60)가 상기 고정 중심축(21)의 중심축선을 중심으로 자전운동하게 된다.

상기 입력링크(60)가 자전운동함에 따라, 상기 입력링크(60)에 장착된 커플러링크(90), 출력링크(70), 출력축(80) 및 클러치기어(81)가 상기 고정 중심축(21)의 중심축선을 중심으로 공전운동하게 된다.

상기 커플러링크(90)가 상기 커플러링크(90)의 공전중심에 편심된 상기 가변핀(P1)에 링크결합된 관계로, 상기 커플러링크(90)의 0도 ~ 90도 공전운동, 91도 ~ 180도 공전운동, 181도 ~ 270도 공전운동, 및 271도 ~ 360도 공전운동에 의해, 상기 4개의 커플러링크(90)는, 상기 4개의 커플러링크(90) 각각에 링크결합된 4개의 출력링크(70)들중 하나의 출력링크(70)가 실질의 구동을 위한 일정각도 선회운동되는 경우에, 상기 하나의 출력링크(70)에 대하여 -180도 이내의 위상차를 가지는 다른 하나의 출력링크(70)를 정방향으로 진퇴 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(70)에 대하여 +180도 이내의 위상차를 가지는 또 다른 하나의 출력링크(70)를 정방향으로 진입 선회운동시키고, 상기 하나의 출력링크(70)에 대하여 180도 이상의 위상차를 가지는 나머지 하나의 출력링크(70)를 역방향으로 선회운동시킨다.

상기 출력링크(70)의 타단에 고정적으로 내접된 출력축(80)과 상기 클러치기어(81) 사이에는 상기 출력링크(70)의 정방향 선회운동에만 그 운동을 상기 클러치기어(81)에 각각 전달하는 일방향 클러치 베어링(43)이 개재되어 있어서, 결국, 상기 4개의 클러치기어(81)들과 동시에 맞물려 있는 출력기어(82)는 상기 전동기(30)가 구동되면 항상 정방향으로 회전운동하게 되며, 이에 의해 상기 출력기어(82)에 구동적으로 결합된 외부기기가가 정방향으로 회전운동하게 된다.

여기에서, 상기 외부기기를 통하여 상기 출력기어(82)에 전달되는 큰 부하가 클러치기어, 출력링크, 커플러링크 및 가변핀(P1)을 통해서 반력장치(S)에 전달되어, 상기 가변핀(P1)이 입력링크(60)의 중심축선에 가까워질 경우에, 상기 출력링크(70)의 선회왕복운동의 각도가 작아지게 되어서 상기 클러치기어(81)는 저속모드가 되고, 반대로 상기 출력기어(82)에서 전달되는 작은 부하가 상기와 같은 방식으로 상기 반력장치(S)에 전달되어, 상기 가변핀(P1)이 상기 입력링크(60)의 중심축선에 대하여 멀어질 경우에, 상기 출력링크들의 선회왕복운동의 각도가 커지게 되어서 상기 클러치기어들은 고속모드가 된다.

그리고 상기 출력기어에서 전달되는 부하가 반력장치(S)을 압축시켜 상기 가변핀(P1)이 상기 입력링크(60)의 중심축선에 위치될 경우에, 커플러링크는 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 실시예에서 상기 고정 중심축(21)에 대하여 방사상 바깥방향으로 4개의 커플러링크가 90도의 위상차를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합되어 있는 것으로서 도시 및 설명되었지만, 상기 실시예에서 상기 고정 중심축(21)에 대하여 방사상 바깥방향으로 서로에 180도의 위상차를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합되어 있는 2개 커플러링크, 서로에 120도의 위상차를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합되어 있는 3개의 커플러링크, 서로에 72도의 위상차를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합되어 있는 5개의 커플러링크, 서로에 60도의 위상차를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합되어 있는 6개의 커플러링크 등, 적어도 10개 이내의 커플러링크들이 상기 고정 중심축(21)의 둘레 방향으로 서로에 일정각도를 가지고서 상기 가변핀(P1)에 링크결합될 수 있는 구현방법은 당해업자에게는 자명하게 치환될 수 있는 구현방법이다.

21; 고정중심축, 43; 일방향 클러치 베어링, 60; 입력링크, 70; 출력링크, 90; 커플러링크, P1; 가변핀, P2; 링크핀, S; 반력수단

Claims (4)

1. 하나의 입력링크, 복수개의 커플러링크 및 상기 커플러링크의 갯수와 동일한 갯수의 출력링크를 서로 링크결합하고 있는 레버 크랭크기구를 이용하는 무단변속장치에 있어서,
   상기 입력링크가 자전운동하게 되어 있고,
   상기 입력링크와 복수개의 커플러링크를 링크결합시키는 가변핀은 상기 입력링크의 자전중심에서 편심되게 배치한 상태에서 공전 및 자전 운동되지 않게 하면서 외부의 부하에 따라 상기 입력링크의 자전운동 반경방향에서 탄성적으로 가변되게 되어 있고,
   상기 복수개의 커플러링크와 복수개의 출력링크를 링크결합시키는 복수개의 링크핀과 그리고 일방향클러치베어링를 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 출력축에 외접된 복수개의 클러치기어는 상기 입력링크의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 되어 있고,
   상기 복수개의 클러치기어에 출력기어가 맞물리게 되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
2. 하나의 입력링크(60), 복수개의 커플러링크(90) 및 상기 커플러링크(90)의 갯수와 동일한 갯수의 출력링크(70)를 서로 링크결합하고 있는 레버 크랭크기구를 이용하는 무단변속장치에 있어서,
   고정 중심축(21)에 회전가능하게 외접된 상기 입력링크(60)는 외부의 구동원에 의해 자전운동되게 되어 있고,
   상기 입력링크(60)와 복수개의 커플러링크(90)를 링크결합시키는 하나의 가변 핀(P1)은, 상기 고정 중심축(21)의 반경방향으로 뻗어서 상기 고정 중심축(21)에 형성된 가이드레일홈(65)에, 반력수단(S)에 의해 상기 반경방향 바깥방향으로 탄성적으로 가압을 받으면서 상기 입력링크(60)의 자전중심에서 편심되게 삽입되어 있고,
   상기 복수개의 커플러링크(90)와 복수개의 출력링크(70)를 링크결합시키는 복수개의 링크핀(P2)과 그리고 일방향클러치베어링(43)를 개재하여 상기 복수개의 출력링크의 복수개의 출력축(80)에 외접된 복수개의 클러치기어(81)는 상기 입력링크(60)의 자전중심과 동일한 공전중심을 갖고서 공전되게 상기 입력링크(60)에 장착되어 있고,
   상기 복수개의 출력축(80)에 일방향클러치베어링(43)을 개재하여 외접된 복수개의 클러치기어(81)들은 상기 입력링크(60)의 자전중심과 동일한 자전중심을 갖고 자전운동하는 출력기어(82)에 치합되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 복수개의 링크핀(P2)들은 상기 입력링크(60)의 자전궤적에서 동일한 위상차를 갖고서 이격배치되어 있고, 그리고 상기 복수개의 출력축(80)들도 상기 입력링크(60)의 자전궤적에서 동일한 위상차를 갖고서 이격배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 출력기어(82) 또는 상기 출력기어(82)에 고정적으로 내접된 구동축(83)에는 구동하고자 하는 외부기기들이 구동적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 무단변속장치.

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