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KR102433297B1 - 무단 변속기 - Google Patents

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KR102433297B1
KR102433297B1 KR1020157032396A KR20157032396A KR102433297B1 KR 102433297 B1 KR102433297 B1 KR 102433297B1 KR 1020157032396 A KR1020157032396 A KR 1020157032396A KR 20157032396 A KR20157032396 A KR 20157032396A KR 102433297 B1 KR102433297 B1 KR 102433297B1
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KR
South Korea
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axis
traction
cvt
carrier member
electric motor
Prior art date
Application number
KR1020157032396A
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English (en)
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KR20150144770A (ko
Inventor
존 엠. 니콜스
크리스토퍼 엠. 바실리오티스
Original Assignee
폴브룩 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 폴브룩 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 엘엘씨 filed Critical 폴브룩 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

무단 변속기(CVT)는 자전거의 라이더에게 동력 지원을 용이하게 하기 위하여 전기 모터와 협력하여 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, CVT 및 모터는 자전거의 후방 휠 허브의 전방 위치에서 자전거의 프레임 상에 장착된다. 일부 실시예들에 있어서, CVT는 자전거 프레임의 부재들 상에 장착되어 이 부재들에 의해 지지되고, 이에 따라 CVT는 자전거의 크랭크샤프트와 동축이다. 크랭크샤프트는 트랙션 링과 트랙션 유성체들을 작동적으로 구동하도록 구성되는 CVT의 요소들을 구동하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터는 CVT의 요소들을 구동하도록 구성된다. 다른 실시예들에 있어서, 모터는 크랭크샤프트를 구동하도록 구성된다. CVT를 위한 본 발명의 구성요소 및 서브 조립체가 개시된다.

Description

무단 변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 출원은 2013년 4월 19일에 "무단 변속기"로 출원되고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 가특허 출원 제61/814,122호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 대체로 변속기들, 특히 무단 변속기(CVT)들에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 입력 속도 대 출력 속도의 비율을 조정하도록 요구되는 임의의 기계, 장치, 차량 등에 유용한 CVT에 관한 것이며, 또한 CVT를 자동적으로 제어하는 것을 포함하는 CVT 제어 방법에 관한 것이다.
자전거의 구동트레인은 전형적으로 "하부 브래킷"으로 언급되는 자전거의 프레임 부재들 내에 수용되고, 이 부재들에 의해 지지되는 크랭크샤프트를 구동하기 위한 크랭크들에 결합된 페달로 구성된다. 크랭크샤프트는 체인에 의해 자전거의 후방 휠에 동력을 전달하는 스프로켓에 결합된다. 후방 휠에 설치된 치형부(cog)는 체인으로부터의 동력을 수용하고, 자전거의 후방 휠을 구동하기 위해 후방 휠 허브와 상호 작용하도록 구성된다. 일부 자전거들은, 치형부로부터의 동력을 수용하여 후방 휠을 구동시키도록 한 세트의 기어가 배치되는, 내기어식(internally geared) 후방 허브들을 구비한다. 일부 애플리케이션들에 있어서, 자전거는 후방 허브에 후방 휠을 구동시키기 위한 CVT를 구비한다. 본 명세서에 개시된 CVT의 실시예들은 무단 변속기의 분야에서의 요구들을 충족시킨다.
또한, 자동 변속기들이 다양한 기계에서 발견된다. 그러나 특정 분야에서, 변속기의 수동 조작이 여전히 유행하고 있다. 예를 들면, 자전거 산업에서, 대부분의 자전거들은, 체인이 하나의 후방 스프로켓으로부터 다른 하나로 이동되도록 레버, 케이블 및 링키지를 일반적으로 수동으로 작동시키는, 변속기의 수동 조작으로 구성된다. 그러나 자전거의 변속기의 자동 제어를 용이하게 하기 위한 시스템 및 대응하는 방법의 지속적인 필요성은 명백하다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은, 변속기들을 자동적으로 제어하는 시스템 및 방법, 일부 경우들에 있어서는, 자전거와 같은 인간 동력 차량에 특히 적합한 시스템 및 방법을 제공하는 것에 의해, 이러한 필요성을 해결하는 것이다.
가변 속도와 일정한 동력을 생산하는 전기 모터가 일부 차량 및 산업 용도로 크게 요구되고 있다. 이러한 일정한 동력 애플리케이션에서, 토크 및 속도는 역으로 변화된다. 예를 들어, 속도가 감소함에 따라 토크는 증가하며, 속도가 증가함에 따라 토크는 감소한다. 일부 전기 모터들은 그들의 정격 동력 이상의 일정한 동력을 제공할 수 있다; 예를 들어, 1750 rpm AC 모터는 토크가 속도 증가에 비례하여 감소되도록 설계될 수 있기 때문에 속도가 1750 rpm을 넘어 증가할 때, 일정한 동력을 제공할 수 있다. 그러나 모터 자체는 그 정격 동력 이하의 속도에서 작동할 때 일정한 동력을 생산할 수 없다. 흔히, 토크는 일정하게 유지되거나 또는 심지어 모터 속도가 감소함에 따라 감소된다. 저속에서 전기 모터 내로 전류 및 토크를 증가시키기 위해 제어기들이 사용될 수 있지만, 과열을 방지하기 위해 추가 전류를 수용하도록 권선의 선 직경의 증가가 요구된다. 모터가 전형적인 작동 상태들에 대해 필요한 것보다 더 크고 비싸지기 때문에 이것은 바람직하지 않다. 전자식 제어기는 또한 비용과 복잡성을 증가시킨다. 충분한 저속 토크를 달성하는 다른 방법은, 더 큰 모터를 사용하는 것이다. 그러나 이는 비용, 크기, 무게를 증가시키고, 모터와, 그리고 모터가 동력을 제공하는 기계를 패키지로 하는 것을 더 어렵게 만든다. 따라서, 전기 모터에 의해 가변 속도와 일정한 동력을 제공하는 개선된 방법에 대한 필요성이 존재한다. 무단 변속기는 몇 가지 유리한 애플리케이션에 대해 전기 모터와 통합될 수 있다.
본 명세서에서 기술된 시스템과 방법들은 다수의 특징을 가지며, 이 특징들 중 하나가 전체의 바람직한 속성에 단독으로 기인하는 것은 아니다. 후속하는 청구항들에 의해 표현된 범위를 제한하지 않고, 더욱 현저한 특징들이 간단히 논의될 것이다. 이 논의를 고려하여, 특히 "특정 실시예들의 상세한 설명" 항목을 읽은 후, 시스템 및 방법의 특징들이 관련된 기존 시스템 및 방법들에 비해 어떻게 다수의 이점을 제공하는지를 이해할 것이다.
본 발명의 하나의 양태는, 다수의 자전거 프레임 부재 및 하나 이상의 크랭크에 작동적으로 결합된 크랭크샤프트를 구비하는 자전거에 관한 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 크랭크샤프트는 실질적으로 크랭크축을 형성한다. 자전거는 크랭크샤프트에 결합된 무단 변속기(CVT)를 구비할 수 있다. CVT는 CVT의 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 트랙션 유성체의 그룹을 구비한다. 각각의 트랙션 유성체는 틸팅 가능한 축을 중심으로 회전되도록 구성된다. 또한, CVT는 제1 캐리어 부재에 형성되고 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 다수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 갖는 제1 캐리어 부재를 구비한다. CVT는 제2 캐리어 부재에 형성되고 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 다수의 반경방향 슬롯을 갖는 제2 캐리어 부재를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 캐리어 부재의 슬롯들은 또한 반경방향으로 오프셋될 수 있다. 제2 캐리어 부재는 제1 캐리어 부재에 결합될 수 있다. 제1 및 제2 캐리어 부재는 각각의 트랙션 유성체에 작동식으로 결합된다. 제1 캐리어 부재는 길이방향 축을 중심으로 제2 캐리어 부재에 관해 각도적으로 회전되도록 구성된다. 또한, CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 트랙션 링을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 트랙션 링은 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된다. CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 제1 및 제2 태양 부재를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 태양 부재는 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된다. 자전거는 CVT에 작동식으로 결합된 전기 모터를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는, 주 구동축에 대해 배치된 트랙션 유성체의 그룹을 구비하는 무단 변속기(CVT)에 관한 것이다. CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 트랙션 링을 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 트랙션 링은 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된다. CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 제1 및 제2 태양 부재를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 태양 부재는 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된다. 제1 태양 부재와 트랙션 링은 회전 동력을 수용하도록 구성된다. 또한, CVT는 제1 및 제2 캐리어 플레이트를 갖는 캐리어 조립체를 구비한다. 제1 캐리어 플레이트는 주 구동축과 동축으로 배치된 중심을 갖는 실질적으로 디스크형 몸체이다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캐리어 플레이트는 중심에 대해 각도적으로 배치된 다수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 구비한다. 각각의 반경방향으로 오프셋된 슬롯은 디스크형 몸체의 반경방향 중심선과 평행하며, 이 디스크형 몸체의 반경방향 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는다. 디스크형 몸체의 중심선은 주 구동축에 수직이며, 이에 의해 좌표계를 형성한다. 좌표계는 주 구동축에 해당하는 z-축, 반경방향 중심선에 해당하는 y-축 및 이 y-축과 z-축에 수직인 x-축을 포함한다. 반경방향으로 오프셋된 슬롯들은 x-축과 y-축에 의해 형성된 평면에 놓인다. 각각의 트랙션 유성체는 y-축과 z-축에 의해 형성된 평면에서 틸팅되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는, 자전거의 하부 브래킷에 결합된 하우징을 구비하는 무단 변속기에 관한 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 변속기는 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 구형 트랙션 유성체의 그룹을 구비한다. 변속기는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 트랙션 링을 구비할 수 있다. 트랙션 링은 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된다. 일부 실시예들에 있어서, 변속기는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 제1 및 제2 태양 부재를 구비한다. 제1 및 제2 태양 부재는 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된다. 제1 태양 부재와 트랙션 링은 회전 동력을 수용하도록 구성된다. 또한, 변속기는 제1 중심을 갖는 대체로 디스크형의 제1 몸체 및 제1 중심에 대해 동축으로 배치되고 이에 의해 주 축을 형성하는 제2 중심을 갖는 대체로 디스크형의 제2 몸체가 제공된 캐리어 조립체를 구비한다. 대체로 디스크형의 제1 몸체는 이 제1 디스크형 몸체 상에 형성되어 이 몸체의 중심에 대해 각도적으로 배치된, 다수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 구비한다. 각각의 반경방향으로 오프셋된 슬롯은 제1 디스크형 몸체의 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는다. 제1 디스크형 몸체의 중심선은 주 축에 수직이며, 이에 의해 좌표계를 형성하며, 이 좌표계는 주 축에 해당하는 z-축, 반경방향 중심선에 해당하는 y-축 및 이 y-축과 z-축에 수직인 x-축을 포함한다. 반경방향으로 오프셋된 슬롯들은 x-축과 y-축에 의해 형성된 평면에 놓인다. 일부 실시예들에 있어서, "반경방향으로 오프셋된 슬롯"들은, 캐리어 부재의 반경과 평행하게 캐리어 부재에 형성되지만, 반경으로부터 어떤 거리로 오프셋되어 형성되며, 이에 따라 그들 각각의 축들은 캐리어의 반경방향 중심과 교차하지 않는, 슬롯이다. 변속기는 트랙션 링에 결합된 전기 모터를 포함할 수 있다. 전기 모터는 길이방향 축에 대해 동축이다. 전기 모터는 하우징의 내부에 위치된다.
본 발명의 또 다른 양태는, 길이방향 축을 갖는 무단 변속기(CVT)를 구비하는 자전거용 전기 구동트레인에 관한 것이다. 일부 실시예들에 있어서, CVT는 틸팅 가능한 축을 중심으로 회전되도록 구성된 트랙션 유성체의 그룹을 구비한다. CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 트랙션 링을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 트랙션 링은 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된다. CVT는 각각의 트랙션 유성체와 접촉하는 제1 및 제2 태양 부재를 구비한다. 제1 및 제2 태양 부재는 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된다. CVT는 제1 및 제2 태양 부재에 각각 결합된 제1 및 제2 축력 발생기구를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, CVT는 제1 캐리어 부재에 형성되고 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 다수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 갖는 제1 캐리어 부재를 포함한다. CVT는 제2 캐리어 부재에 형성되고 길이방향 축을 중심으로 각도적으로 배치된 다수의 반경방향 슬롯을 갖는 제2 캐리어 부재를 구비한다. 제2 캐리어 부재는 제1 캐리어 부재에 결합된다. 제1 및 제2 캐리어 부재는 각각의 트랙션 유성체에 작동식으로 결합된다. 제1 캐리어 부재는 길이방향 축에 대해 제2 캐리어 부재에 관해 회전되도록 구성된다. 또한, 구동트레인은 CVT에 작동식으로 결합된 시프터(shifter)를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 시프터는 트랙션 유성체의 축들을 틸팅시키도록 CVT에 스큐 조건(skew condition)을 부여하도록 구성된다. 구동트레인은 트랙션 링에 작동식으로 결합된 전기 모터를 구비한다.
본 발명의 하나의 양태는, 자전거의 볼-유성체 변속기를 자동적으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 수신하고, 자전거의 속도를 결정하고, 목표 사용자 페달링 속도 및 결정된 자전거 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 목표 변속비를 결정하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 목표 변속비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 변속비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이 방법은 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 인코더 위치(incoder position)를 결정하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 변속비를 조정하는 단계는 결정된 인코더 위치로 이동시키도록 액츄에이터를 명령하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 시프트 드럼을 조정하는 단계는 변속기의 길이방향 축에 대해 시프트 로드를 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는, 자전거의 볼-유성체 변속기를 자동적으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 수신하고, 자전거의 속도를 결정하고, 목표 사용자 페달링 속도 및 결정된 자전거 속도에 기초하여 목표 사용자 페달링 속도의 밴드 내에서 사용자 페달링 속도를 유지하도록 자전거의 속도비를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 밴드는 목표 사용자 페달링 속도 ± 10 분당회전수(rpm)이다. 다른 실시예들에 있어서, 밴드는 목표 사용자 페달링 속도 ± 2 rpm 내지 약 ± 5 rpm이다. 일부 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 목표 사용자 페달링 속도 및 자전거의 결정된 속도와 연관된 인코더 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 결정된 인코더 위치로 이동하도록 액츄에이터를 명령하는 단계를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 변속기의 시프트 로드를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 시프트 드럼을 조정하는 단계는 변속기의 길이방향 축을 중심으로 시프트 로드를 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는, 자전거의 볼-유성체 변속기를 자동적으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 제공하고, 자전거의 속도를 결정하고, 자전거의 속도와 연관된 목표 인코더 위치를 식별하는 단계를 포함한다. 이 방법은 목표 인코더 위치를 달성하도록 서보(servo)를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 서보를 작동시키는 단계는 변속기의 시프트 로드를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 목표 인코더 위치를 식별하는 단계는 데이터 구조를 생성시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 데이터 구조를 생성시키는 단계는 인코더 위치를 기록하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 구조를 생성시키는 단계는 입력 속도를 기록하고 출력 속도를 기록하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 이 방법은 입력 속도와 출력 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 속도비를 결정하는 단계를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 이 방법은 속도비를 기록하는 단계를 포함한다.
하나의 예에 있어서, 본 발명은 볼-유성체 자전거 변속기를 자동적으로 시프팅시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 자전거의 속도를 검출하도록 구성된 속도 센서, 속도 센서로부터의 입력을 수신하도록 구성된 프로세서, 및 입력 페달링 속도를 표시하는 케이던스(cadence) 데이터를 프로세서로 제공하도록 구성된 데이터 입력 인터페이스를 포함한다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 메모리를 추가적으로 구비할 수 있으며, 이 메모리에는 자전거 속도를 속도비와 연관시키는 하나 이상의 맵이 저장된다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 논리 모듈을 포함하며, 이 논리 모듈은 자전거 속도와 입력 페달링 속도에 기초한 목표 속도비를 맵으로부터 결정하도록 프로세서와 협력하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 액츄에이터를 구비하며, 이 액츄에이터는 결정된 목표 속도비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 유닛은 프로세서, 주문형 집적 회로, 또는 프로그래머블 논리 어레이 중 적어도 하나를 포함한다. 액츄에이터는 변속기의 시프트 로드에 작동식으로 결합되며, 시프트 로드는 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 데이터 입력 인터페이스는 디스플레이와 적어도 하나의 버튼을 포함할 수 있다. 이 시스템은 액츄에이터의 위치의 표시를 제공하도록 구성된 위치 센서를 포함할 수 있다. 데이터 구조들은 속도비 데이터 구조 및 자전거 속도 데이터 구조를 포함할 수 있다. 이 시스템은 액츄에이터에 동력을 공급하도록 구성된 동력원을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 동력원은 다이너모(dynamo)이다. 일부 실시예들에 있어서, 액츄에이터는 변속기의 시프트 로드에 작동식으로 결합된다.
본 발명의 다른 양태는, 볼-유성체 변속기 및 이 볼-유성체 변속기를 자동적으로 시프팅시키기 위한 시스템을 구비하는 자전거에 관한 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 자전거의 속도를 검출하도록 구성된 속도 센서를 구비한다. 이 시스템은 속도 센서로부터의 입력을 수신하도록 구성된 프로세서를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 케이던스 데이터를 프로세서로 제공하도록 구성된 데이터 입력 인터페이스를 포함한다. 케이던스 데이터는 입력 페달링 속도의 표시이다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이 메모리에는 자전거 속도를 속도비와 연관시키는 하나 이상의 맵이 저장된다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 논리 모듈을 포함한다. 이 논리 모듈은 자전거 속도와 입력 페달링 속도에 기초한 목표 속도비를 맵으로부터 결정하도록 프로세서와 협력하도록 구성된다. 또한, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 이 액츄에이터는 결정된 목표 속도비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 입력 인터페이스는 디스플레이와 적어도 하나의 버튼을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 입력 인터페이스는 자전거의 핸들바 상에 장착된다. 자전거는 액츄에이터의 위치의 표시를 제공하도록 구성된 위치 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 구조들은 속도비 데이터 구조 및 자전거 속도 데이터 구조를 갖는다. 다른 실시예들에 있어서, 볼-유성체 변속기는 시프트 로드를 포함하며, 이 시프트 로드는 액츄에이터에 작동식으로 결합된다.
다른 양태에 있어서, CVT에 대한 제어 메커니즘의 실시예들이 개시되며, 이동을 제어하는 동안 2개의 캐리어 부재의 네트 위치(net position)를 회전시키도록 구성된다. 태양은 아이들러일 수 있으며, 트랙션 링들은 트랙션 유성체들과의 접촉 패치들을 통하여, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지로 동력을 제공할 수 있다. 태양 부재 및 트랙션 링은 회전 동력을 수용하도록 구성될 수 있다. 캐리어 조립체는 제1 중심을 갖는 제1 캐리어 부재, 제1 중심에 대해 동축으로 배치되고 이에 의해 주 축을 형성하는 제2 중심을 갖는 제2 캐리어 부재, 및 제1 캐리어 부재 상에 형성되고 이 제1 캐리어 부재의 중심에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함할 수 있으며, 본 실시예 및 전술한 다른 실시예들에서 기술한 바와 같이, 각각의 반경방향으로 오프셋된 슬롯은 제1 캐리어 부재의 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 제2 캐리어 부재의 각각을 주 축을 중심으로 다른 속도로 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 맞물리는 제1 기어 및 제2 캐리어 부재와 맞물리는 제2 기어를 구비하는 회전 가능한 기어 구조체를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 제2 캐리어 부재의 각각을 주 축에 대해 가변 속도로 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 접촉하는 제1 캠 면 및 제2 캐리어 부재와 맞물리는 제2 캠 면을 구비하는 이중 캠 구조체를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캠 면은 제1 크기 및 제1 편심축을 가지며, 제2 캠 면은 제2 크기 및 제2 편심축을 가지며, 가변 속도는 제1 크기, 제2 크기, 제1 편심축 및 제2 편심축에 기초하여 결정된다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 편심축은 제2 편심축으로부터 각도적으로 오프셋된다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 편심축과 제2 편심축 중 하나 이상은 길이방향 축과 연관된 제로 평면(zero plane)으로부터 각도적으로 오프셋된다.
도 1은 자전거의 크랭크들에 결합되도록 구성된 CVT의 단면도이다.
도 2는 전기 구동 모터 조립체에 결합된 도 1의 CVT의 부분 단면 사시도이다.
도 3은 도 1의 CVT를 구비하는 전기 구동트레인의 사시도이다.
도 4는 통합된 전기 모터와 CVT의 일 실시예의 단면도이다.
도 5a는 도 1의 CVT의 단면 사시도이다.
도 5b는 도 1 및/또는 도 4의 CVT와 함께 사용될 수 있는 캐리어 플레이트와 시프터 조립체의 사시도이다.
도 6은 크랭크에 결합된 전기 모터 및 CVT를 구비하는 자전거를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 자전거의 크랭크와 동축인 전기 모터, 및 크랭크에 결합되어 이 크랭크로부터 오프셋된 CVT를 구비하는 자전거를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 CVT, 및 CVT와 동축으로 이 CVT에 결합된 전기 모터를 구비하며, 상기 모터 및 CVT가 자전거의 크랭크와 동축으로 이 크랭크에 결합된 자전거를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 자전거의 크랭크에 결합되어 이 크랭크로부터 오프셋된 전기 모터, 및 크랭크와 동축으로 이 크랭크에 결합된 무단 변속기를 구비하는 자전거를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 CVT와 동축으로 이 CVT에 결합된 전기 모터, 및 자전거의 후방 휠과 동축으로 이 후방 휠에 결합된 CVT를 구비하는 자전거를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 한 쌍의 캐리어 부재 및 시프팅 메커니즘의 분해 사시도이다.
도 12는 유성 기어 세트를 포함하는 변속기의 단면 사시도이다.
도 13은 캐리어 부재의 각각과 접촉하는 2개의 스테이터 플레이트 및 회전 가능한 기어 구조체를 포함하는 변속기의 일부를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 다직경 기어 구조체의 사시도이다.
도 15는 도 14의 다직경 기어 구조체의 반대측 사시도이다.
첨부하는 도면들을 참조하여 특정 실시예들을 설명하며, 도면들에서 전체적으로 유사한 참조부호들은 유사한 요소들을 언급한다. 하기의 설명에서 사용된 용어는 본 발명의 어떤 특정 실시예들의 상세한 설명과 관련되어 사용되어 있다는 이유만으로 임의의 한정된 또는 제한된 방식으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들은 몇 가지 새로운 특징을 포함할 수 있으며, 이 특징들 중 어느 것도 바람직한 속성에 단독으로 기인하는 것이 아니거나 또는 기술된 실시예들의 실시에 필수적인 것이 아니다. 본 명세서에서 기술된 특정 CVT 및 무한 변속기(IVT)의 실시예들은, 미국 특허 제6,241,636호; 제6,419,608호; 제6,689,012호; 제7,011,600호; 제7,166,052호; 제7,632,203호; 제7,914,029호; 제8,321,097호; 제8,376,903호; 제8,360,917호; 제8,393,989호; 미국특허출원 제11/243,484호; 제11/543,311호; 제12/198,402호; 제12/251,325호; 및 PCT출원 PCT/US2007/023315호; PCT/IB2006/054911호; PCT/US2008/068929호; 및 PCT/US2008/074496호에 개시된 형태에 대체로 관련되어 있다. 이들 특허 및 특허출원의 각각의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 편입된다.
본 명세서에서 사용된 "작동적으로 연결된", "작동적으로 결합된", "작동적으로 링크된", "작동식으로 연결된", "작동식으로 결합된", "작동식으로 링크된"및 이와 유사한 용어는, 하나의 요소의 작동에 의해 제2 요소의 대응, 종동, 또는 동시 작동 또는 작용이 얻어지는, 요소들 사이의 관계(기계적, 링키지, 커플링 등)를 언급하는 것이다. 본 발명의 실시예들을 기술하기 위해 이들 용어를 사용할 때, 요소들을 링크 또는 결합하는 특정 구조 또는 메커니즘들이 전형적으로 기술된다는 것에 주목해야 한다. 그러나 달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 상기 용어들 중 하나가 사용될 때, 이 용어는 실제의 링키지 또는 커플링이 다양한 형태를 취할 수 있음을 나타내며, 어떤 경우에서는 당해 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
설명을 위해, 본 명세서에서 사용된 "반경방향"이란 용어는, 변속기 또는 베리에이터(variator)의 길이방향 축에 대해 수직이며, 디스크를 설명할 때 중심점으로부터 반경방향 외측으로 연장되는, 방향 또는 위치를 나타내는 데 사용된다. 본 명세서에서 사용된 "축방향"이란 용어는, 변속기 또는 베리에이터의 주 축 또는 길이방향 축에 평행한 축을 따르는 방향 또는 위치를 언급한다. 명확성과 간결성을 위해, 가끔은, 유사한 구성요소들은 유사하게 분류된다.
본 명세서에서 참조하는 "트랙션"이란 용어는 동력 전달의 지배적인 또는 단독적인 모드가 "마찰"을 통해 이루어지는 적용들을 배제하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 본 명세서에서, 트랙션과 마찰 구동 사이의 범주 차이를 설정하기 위한 시도 없이, 대체로 이들은 동력 전달의 다른 체제로서 이해될 수 있다. 트랙션 구동은 통상적으로 요소들 사이에 트랩된 얇은 유체층에서의 전단력에 의해, 2개의 요소 사이의 동력 전달을 수반한다. 이러한 적용들에 사용된 유체는 통상적으로 종래의 광유보다 큰 트랙션 계수를 나타낸다. 트랙션 계수(μ)는 접촉하는 구성요소들의 계면에서 이용 가능한 최대 이용 가능 트랙션력을 나타내고, 최대 이용 가능 구동 토크의 척도이다. 전형적으로, 마찰 구동은 요소들 사이의 마찰력에 의한 2개의 요소 사이의 동력 전달과 대체로 관련된다. 본 발명의 목적을 위해, 본 명세서에서 기술된 CVT 및 IVT는 트랙션 및 마찰 적용 모두에서 작동될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, IVT가 자전거 애플리케이션에 사용되는 실시예에서, IVT는 작동 동안 존재하는 토크와 속도 상태들에 따라, 가끔은 마찰 구동으로서 작동되고, 다른 때에는 트랙션 구동으로서 작동될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 작동 동안 입력 속도 대 출력 속도의 원하는 비율을 달성하도록 조정될 수 있는 틸팅 가능한 회전축(종종, "유성체 회전축"으로서 본 명세서에 언급됨)을 각각 구비하는 대체로 구형의 유성체를 사용하는 베리에이터의 제어에 관련될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 회전축의 조정은 제2 평면에서의 유성체 회전축의 각도 조정을 달성하기 위해 제1 평면에서의 유성체 축의 각도 어긋남을 수반함으로써 베리에이터의 속도비를 조정한다. 본 명세서에서, 제1 평면에서의 각도 어긋남은 "스큐(skew)" 또는 "스큐 각도(skew angle)"로서 언급된다. 이러한 형태의 베리에이터 제어는 미국특허출원 제12/198,402호 및 제12/251,325호에 대체로 기술되어 있다. 이들 특허출원의 각각의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 편입된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 베리에이터의 특정 접촉 요소들 사이에 힘을 생성시키도록 스큐 각도의 사용을 조정하고, 제2 평면에서의 유성체 회전축을 틸팅시킨다. 유성체 회전축의 틸팅은 베리에이터의 속도비를 조정한다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 베리에이터를 시프팅하기 위한 다른 공지의 방법을 이용하여 구현될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 일부 실시예들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 특허 제7,914,029호에 개시된 개선으로 구축된다.
CVT 및 그 구성요소들 및 제어 방법의 실시예들을 도 1 내지 도 15를 참조하여 기술한다. 도 1은 자동차, 광 전기 자동차, 하이브리드 인간-, 전기-, 또는 내연기관 차량, 산업용 장비, 풍력 터빈(이들에 한정되는 것은 아님)을 포함하는 다양한 애플리케이션들에 사용될 수 있는 CVT(1)를 도시한다. 동력 입력과 동력 싱크(예를 들어, 하중) 사이의 기계적 동력 전달의 조절이 요구되는 임의의 기술적 애플리케이션은 그 동력 트레인에서 CVT(1)의 실시예들을 구현할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, CVT(1)는 자전거 크랭크(2)의 세트에 작동식으로 결합될 수 있다. 자전거 크랭크(2)는 크랭크축(6)을 중심으로 회전되도록 구성된 크랭크샤프트(4)에 결합된다. CVT(1)는 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 트랙션 유성체들을 포함하는, 다수의 구형 트랙션 유성 조립체(8)를 구비한다. 이 실시예에 있어서, CVT(1)의 길이방향 축은 크랭크축(6)과 동축이다. 다른 실시예들에 있어서, CVT(1)의 길이방향 축은 크랭크축(6)으로부터 반경방향으로 오프셋될 수 있다. 각각의 트랙션 유성 조립체(8)는 제1 및 제2 캐리어 부재(10, 12)에 의해 각각 지지된다. 일부 구현들에 있어서, 제2 캐리어 부재(12)는 제1 캐리어 부재(10)에 작동식으로 결합되며, 제1 및 제2 캐리어 부재(10, 12)는 각각의 트랙션 유성체에 결합된다. 제2 캐리어 부재(12)는 이 제2 캐리어 부재(12)에 형성되고, CVT(1)의 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향 슬롯을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캐리어 부재(10)는 시프터(14)를 포함할 수 있는 제어 메커니즘에 작동식으로 결합된다. 시프터(14)는 트랙션 유성 조립체(8)의 반경방향 외측에 위치되며, 변속기 하우징(16)에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, CVT(1)는 각각의 트랙션 유성 조립체(8)와 접촉하며, 이 조립체의 반경방향 외측에 위치된 트랙션 링(18)을 구비한다. 각각의 트랙션 유성 조립체(8)는 제1 및 제2 태양 부재(20, 22)와 각각 접촉한다. 제1 및 제2 태양 부재(20, 22)는 트랙션 링(18)의 반경방향 내측에 위치된다. 제1 태양 부재(20)는 제1 축력 발생기구(24)에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 축력 발생기구(24)는 CVT(1)의 작동 동안 토크 및/또는 속도에 따라 축력을 제공하도록 구성되는 캠 램프 상의 롤러 세트를 포함한다. 제2 태양 부재(22)는 제2 축력 발생기구(26)에 작동식으로 결합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 토크 센서(28)는 크랭크샤프트(4)와 제1 축력 발생기구(24)에 결합된다.
도 2 및 도 3을 참조하고, 도 1을 다시 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, CVT(1)는 기어 세트(32)를 통해 전기 모터(30)에 작동식으로 결합될 수 있다. 기어 세트(32)는 링 기어(36)와 접촉하는 구동 기어(34)를 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 링 기어(36)는 트랙션 링(18)에 고정식으로 부착될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 링 기어(36)는 사용자가 모터를 끄고 자전거를 페달링할 수 있도록 하는 일방향 롤러 클러치를 통하여 트랙션 링(18)에 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 링 기어(36)는 하우징(16)의 내부에 위치되며, 구동 기어(34)는 하우징(16)의 외부에 실질적으로 위치되어 하우징(16) 내의 개구부를 통하여 링 기어(36)에 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(30)는 크랭크축(6)으로부터 반경방향으로 오프셋되고 이 축에 평행한 구동축(31)을 구비한다. 다른 실시예들에 있어서, 모터(30)의 구동축(31)과 크랭크샤프트(4)의 크랭크축(6)은 동축이다.
CVT(1)와 모터(30)가 설치된 자전거의 작동 동안, 사용자는 크랭크(2)들을 통해 크랭크샤프트(4)에 회전 동력 입력을 부여한다. 크랭크샤프트(4)는 제1 태양 부재(20)를 통해 트랙션 유성 조립체(8)에 동력을 전달한다. 모터(30)는 링 기어(36)와 기어 세트(32)를 통해 트랙션 링(18)에 회전 동력 입력을 부여한다. CVT(1)는 2개의 공급원으로부터의 동력을 연관시켜 제2 태양 부재(22)를 통하여 스프로켓(38)으로 출력 동력을 전달한다. 입력 대 출력 비율의 변경은 CVT(1)의 비율을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. CVT(1)의 비율은 제2 캐리어 부재(12)에 대한 제1 캐리어 부재(10)의 상대 회전에 의해 조정된다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캐리어 부재(10)는 회전 가능하며, 제2 캐리어 부재(12)는 하우징(16)에 고정되어 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캐리어 부재(10)는 제2 캐리어 부재(12)에 관해 회전 가능하며, 제2 캐리어 부재(12)는 고정된 하우징(16)에 관해 회전 가능하다. 메커니즘은 제1 및 제2 캐리어 부재(10, 12) 사이의 관계를 제어하도록 구성될 수 있다. 메커니즘은 고정식 하우징(16)에 관해 회전 가능하며, 제2 캐리어 부재(12)에 관한 회전 가능한 비율과는 다른 비율로 제1 캐리어 부재(10)에 관해 회전 가능하다.
도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 통합된 전기 구동트레인(40)은 자전거의 하부 브래킷에 장착되고 한 세트의 크랭크(42)에 작동식으로 결합될 수 있다. 크랭크(42)는 도시된 실시예에서는 길이방향 축(46)과 동축인 크랭크축에 대해 회전되도록 구성된 크랭크샤프트(44)에 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 구동트레인(40)은 구동축을 갖는 모터(48) 및 길이방향 축(46)을 갖는 CVT(50)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 모터(48)의 구동축은 또한 CVT의 길이방향 축(46)과 동축이다. 모터(48)와 CVT(50)는 하우징(51)에 의해 실질적으로 밀폐된다. CVT(50)는 CVT(1)와 실질적으로 유사하다. 설명을 위해, CVT(50)와 CVT(1) 사이의 차이점만을 기술한다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(48)는 크랭크샤프트(44)에 작동식으로 결합된다. 크랭크샤프트(44)는 크랭크(42)와 모터(48)로부터의 회전 입력 동력을 수용하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(48)는 일방향 롤러 클러치를 통해 크랭크샤프트(44)에 결합된다. 입력 동력은 제1 축력 발생기구 조립체(52)와 제1 태양 부재(54)를 통해 CVT(50)로 전달된다. CVT(50)는 제1 축력 발생기구 조립체(52)에 작동식으로 결합된 토크 센서(58)를 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, CVT(50)는 각각의 트랙션 유성 조립체(8)와 접촉하는 제2 태양 부재(60)를 구비할 수 있다. 제2 태양 부재(60)는 제2 축력 발생기구를 통하여 출력 구동기(62)에 작동식으로 결합된다. 출력 구동기(62)는 구동 스프로켓(64)에 결합된다.
구동트레인(40)의 작동 동안, 회전 동력 입력은 크랭크(42)로부터 크랭크샤프트(44)로 전달된다. 회전 동력의 제2 공급원은 모터(48)로부터 크랭크샤프트(44)로 전달될 수 있다. 각각의 공급원으로부터의 동력은 토크 센서(58)와 제1 축력 발생기구 조립체(52)를 통해 제1 태양 부재(54)로 전달된다. 입력 토크 및/또는 속도 대 출력 토크 및/또는 속도의 비율은 트랙션 유성 조립체(8)의 회전축을 틸팅시키는 것에 의해 조정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 트랙션 유성 조립체(8)는 제2 캐리어 부재(68)에 대한 제1 캐리어 부재(66)의 상대 회전에 의해 틸팅될 수 있다. 조절된 동력은 제2 태양 부재(60)를 통해 CVT(50)로부터 전달될 수 있다. 제2 태양 부재(60)는 출력 구동기(62)를 통해 스프로켓(64)으로 동력을 전달한다.
모터(48)는 CVT(50)의 임의의 구성요소에 결합될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 유사하게, 크랭크샤프트(44)는 CVT(50)의 임의의 구성요소에 작동식으로 결합될 수 있다. 입력 동력 커플링과 출력 동력 커플링의 조합은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 특허 제7,011,600호에 기술되어 있다. 일부 실시예들에 있어서, 미국 특허 제7,727,101호에 개시된, 통합된 모터 또는 발전기 전기 구성요소들이 편입된다.
도 5a 및 도 5b를 다시 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 시프터(14)는, 그들의 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 특허 제8,360,917호에 기술된 시프터, 또는 국제공개 WO 2010/017242 Al호에 기술된 시프터와 유사할 수 있다. 시프터(14)는 자전거(도시되지 않음)로부터의 제어 케이블들을 수용할 수 있는 케이블 채널(70)들을 구비할 수 있다. 시프터(14)는 스플라인(74)을 갖는 시프트 드럼(72)에 결합된다. 스플라인(74)들은 시프터(14)에 제공된 대응 스프라인(76)들을 맞문다. 일부 실시예들에 있어서, 시프트 드럼(74)의 단부는 편심 오프셋된 종동부(78)를 갖는다. 종동부(78)는 캐리어 부재(10), 예를 들어 슬롯(80)에 수용될 수 있다. 작동 동안, 시프터(14)는 시프트 드럼(72)을 회전시키고, 이에 따라 슬롯(80) 내의 종동부(78)를 안내하여 캐리어 부재(10)의 회전을 야기하는 데 사용될 수 있다. 캐리어 부재(10)는 다수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯(82)을 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 반경방향으로 오프셋된 슬롯(82)들은 평행하지만, 제1 캐리어 부재(10)의 반경방향 중심선으로부터 선형 오프셋된다. 제1 캐리어 부재(10)의 반경방향 중심선은 길이방향 축(6)에 수직이다. 길이방향 축(6)에 해당하는 z-축, 반경방향 중심선에 해당하는 y-축, 및 y-축과 z-축에 수직인 x-축을 갖는 좌표계는 제1 캐리어 부재(10)의 반경방향으로 오프셋된 슬롯(82)들의 위치를 묘사하는 데 사용될 수 있다. 반경방향으로 오프셋된 슬롯(82)들은 x-축과 y-축에 의해 형성된 평면에 놓인다. 각각의 트랙션 유성체는 y-축과 z-축에 의해 형성된 평면에서 틸팅되도록 구성된다. 더 자세한 내용은, 그들의 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국특허출원 제12/198,402호(미국 공개공보 제2010/0056322호에 해당함) 및 미국 특허 제8,167,759호에 제공되어 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 캐리어 부재(12)는 그의 반경으로부터 반경방향으로 오프셋되는 슬롯들을 또한 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 캐리어 부재(12)는, 예를 들어 시프트 드럼(72)과 실질적으로 유사한 제2 시프트 드럼(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 레버 메커니즘은 제1 및 제2 캐리어 부재(10, 12) 중 하나 또는 양쪽을 회전시키도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 CVT의 비율의 변경을 용이하게 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 자전거(90)는 하부 브래킷 크랭크샤프트(92)와 스프로켓(94)을 구비할 수 있다. 크랭크샤프트(92)는 모터(96)와 CVT(98)를 구비하는 전기 구동트레인에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(96)는 크랭크샤프트(92)의 크랭크축으로부터 반경방향으로 오프셋되는 구동축을 구비한다. CVT(98)는 크랭크샤프트(92)의 크랭크축으로부터 반경방향으로 오프셋되는 길이방향 축을 구비한다.
도 7을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 자전거(100)는 하부 브래킷 크랭크샤프트(102)와 스프로켓(104)을 구비할 수 있다. 크랭크샤프트(102)는 모터(106)와 CVT(108)를 구비하는 전기 구동트레인에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(106)의 구동축과 크랭크샤프트(102)의 크랭크축은 동축이다. CVT(108)는 크랭크샤프트(102)의 크랭크축으로부터 반경방향으로 오프셋되는 길이방향 축을 구비한다.
도 8을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 자전거(110)는 하부 브래킷 크랭크샤프트(112)와 스프로켓(114)을 구비할 수 있다. 크랭크샤프트(112)는 모터(116)와 CVT(118)를 구비하는 전기 구동트레인에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(116)는 크랭크샤프트(112)의 크랭크축으로부터 반경방향으로 오프셋되는 구동축을 구비한다. CVT(118)의 길이방향 축과 크랭크샤프트(112)의 크랭크축은 동축이다.
도 9를 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 자전거(120)는 하부 브래킷 크랭크샤프트(122)와 스프로켓(124)을 구비할 수 있다. 크랭크샤프트(122)는 모터(126)와 CVT(128)를 구비하는 전기 구동트레인에 작동식으로 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(126)의 구동축과 크랭크샤프트(122)의 크랭크축은 동축이다. CVT(128)의 길이방향 축과 크랭크샤프트(122)의 크랭크축은 동축이다.
도 10을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 자전거(130)는 하부 브래킷 크랭크샤프트(132)와 스프로켓(134)을 구비할 수 있다. 크랭크샤프트(132)는 자전거(130)의 후방 휠(140)에 결합되는 모터(136) 및 CVT(138)를 구비하는 전기 구동트레인에 작동식으로 결합된다.
일부 실시예들에 있어서, 전기 모터(30 및/또는 48)는, 그들의 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 특허 제7,343,236호, 제7,885,747호 및 유럽 특허 제1,984,637호에 기술된 바와 같은, 전자식 제어기, 다수의 센서, 전기 동력 공급원, 및 적절한 배선과 전기 하드웨어를 구비하는 제어 시스템과 전기 통신할 수 있다. 전자식 제어기는, 예를 들어 모터(30)의 자동 조정을 제공하도록 구성된 알고리즘으로 프로그램될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전자식 제어기는, 예를 들어 CVT(1)의 자동 조정을 제공하도록 구성된 알고리즘으로 프로그램될 수 있다. 구체적인 예로써, 제어기는 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 수신하여 자전거의 속도를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, PID(비례-적분-미분) 제어기 및 알고리즘이 제어 시스템에 이용될 수 있다. 예를 들면, 제어기는 토크 센서로부터의 판독에 적어도 부분적으로 기초하여 변속비를 조정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 제어기는 바람직한 기능을 구현하는 장치 또는 시스템으로 언급될 수 있다. 제어기 또는 그의 부분들의 실시예들은 다른 구성요소들과 통합 또는 분리될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 제어기는 다른 구성요소들에 통신적으로 결합되는 독립형 장치일 수 있다. 유선 또는 무선 통신은 제어기를 다른 구성요소들에 통신적으로 결합하는 것을 가능하게 할 수 있다. 무선 통신은 블루투스, 임의의 802.11 호환 프로토콜 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 무선 프로토콜을 통해 이루어질 수 있다. 일부 실시예들은 제어기와 시프트 액츄에이터 사이의 무선 통신을 사용한다. 논리의 일부는 CVT와 연관된 메모리에 저장될 수 있으며, 논리의 일부는 CVT에 통신적으로 결합된 제어기에 의해 구현될 수 있다. 예를 들면, 스마트 폰과 같은 전자 장치들은 논리를 저장하고 실행하는 것이 가능한 메모리 및 프로세서를 구비하며, 사용자에 의한 쉬운 접근과 사용을 허용하도록 CVT에 장착되거나 또는 다른 방식으로 연관될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 자전거의 사용자는 수동으로, 예를 들어 시프터(14)로 변속비를 조정할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 전자식 제어기는 모터(30)를 제어하고 토크 센서 판독에 기초하여 라이더에게 추가적인 동력 지원을 제공하도록 프로그램될 수 있다. 토크 지원은 자전거의 작동 상태에 영향을 미치는 지형 변화 또는 다른 요인들의 존재에서 라이더가 자전거의 케이던스 및/또는 속도를 유지하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(30)로부터의 토크는 전자식 제어기로부터의 명령에 적어도 부분적으로 기초하여 변화된다.
일부 실시예들에 있어서, CVT(1) 및/또는 모터(30)의 자동 제어 방법은, 예를 들어 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 수신하고, 자전거의 속도를 결정하고, 그리고 목표 사용자 페달링 속도 및 결정된 자전거의 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 목표 변속비를 결정하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 목표 변속비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 변속비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이 방법은 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 인코더 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 변속비를 조정할 수 있는 제어기는 결정된 인코더 위치로 이동하도록 액츄에이터를 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 시프트 드럼을 조정하는 단계는 변속기의 길이방향 축을 중심으로 시프트 로드를 회전시키는 단계를 포함한다.
CVT 및/또는 모터의 자동 제어 방법은, 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 수신하고, 자전거의 속도를 결정하고, 목표 사용자 페달링 속도 및 결정된 자전거 속도에 기초하여 목표 사용자 페달링 속도의 밴드 내에서 사용자 페달링 속도를 유지하도록 자전거의 속도비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 밴드는 목표 사용자 페달링 속도 ± 10 분당회전수(rpm)이다. 일부 실시예들에 있어서, 밴드는 목표 사용자 페달링 속도 ± 2 rpm 내지 약 ± 5 rpm이다. 일부 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 목표 사용자 페달링 속도 및 결정된 자전거의 속도와 연관된 인코더 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 결정된 인코더 위치로 이동하도록 액츄에이터를 명령하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 자전거의 속도비를 조정하는 단계는 변속기의 시프트 로드를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 시프트 로드를 조정하는 단계는 변속기의 길이방향 축에 대해 시프트 로드를 회전시키는 단계를 포함한다.
CVT 및/또는 모터의 자동 제어 방법은, 목표 사용자 페달링 속도와 연관된 입력을 제공하고, 자전거의 속도를 결정하고, 자전거의 속도와 연관된 목표 인코더 위치를 식별하는 단계를 수반할 수 있다. 이 방법은 목표 인코더 위치를 달성하도록 서보를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 서보를 작동시키는 단계는 변속기의 시프트 로드를 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 목표 인코더 위치를 식별하는 단계는 데이터 구조를 생성시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 구조를 생성시키는 단계는 인코더 위치를 기록하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 구조를 생성시키는 단계는 입력 속도를 기록하고 출력 속도를 기록하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 방법은 입력 속도와 출력 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 속도비를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 방법은 속도비를 기록하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 전기 구동트레인(40)에 대한 제어 시스템은, 예를 들어, 자전거의 속도를 검출하도록 구성된 속도 센서, 속도 센서로부터의 입력을 수신하도록 구성된 프로세서, 및 입력 페달링 속도를 표시하는 케이던스 데이터를 프로세서로 제공하도록 구성된 데이터 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 메모리를 포함할 수 있으며, 이 메모리에는 자전거 속도를 속도비와 연관시키는 하나 이상의 맵이 저장된다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 논리 모듈을 포함하며, 이 논리 모듈은 자전거 속도와 입력 페달링 속도에 기초한 목표 속도비를 맵으로부터 결정하도록 프로세서와 협력하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 액츄에이터를 구비하며, 이 액츄에이터는 결정된 목표 속도비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 유닛은 프로세서, 주문형 집적 회로, 또는 프로그래머블 논리 어레이 중 적어도 하나를 포함한다. 액츄에이터는 변속기의 시프트 로드에 작동식으로 결합되며, 시프트 로드는 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 데이터 입력 인터페이스는 디스플레이와 적어도 하나의 버튼을 포함할 수 있다. 이 시스템은 액츄에이터의 위치의 표시를 제공하도록 구성된 위치 센서를 포함할 수 있다. 데이터 구조들은 속도비 데이터 구조 및 자전거 속도 데이터 구조를 포함할 수 있다. 이 시스템은 액츄에이터에 동력을 공급하도록 구성된 동력원을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 동력원은 다이너모이다. 일부 실시예들에 있어서, 액츄에이터는 변속기의 시프트 로드에 작동식으로 결합된다.
일부 실시예들에 있어서, CVT(1) 및/또는 전기 구동트레인(40)이 설치된 자전거에 사용하기 위한 제어 시스템은, 예를 들어, 자전거의 속도를 검출하도록 구성된 속도 센서를 구비한다. 이 시스템은 속도 센서로부터의 입력을 수신하도록 구성된 프로세서를 구비한다. 일부 실시예들에 있어서, 이 시스템은 케이던스 데이터를 프로세서로 제공하도록 구성된 데이터 입력 인터페이스를 포함한다. 케이던스 데이터는 입력 페달링 속도의 표시이다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이 메모리에는 자전거 속도를 속도비와 연관시키는 하나 이상의 맵이 저장된다. 이 시스템은 프로세서와 통신하는 논리 모듈을 포함한다. 이 논리 모듈은 자전거 속도와 입력 페달링 속도에 기초한 목표 속도비를 맵으로부터 결정하도록 프로세서와 협력하도록 구성된다. 또한, 이 시스템은 프로세서와 통신하는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 이 액츄에이터는 결정된 목표 속도비와 실질적으로 동일하도록 변속기의 속도비를 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 입력 인터페이스는 디스플레이와 적어도 하나의 버튼을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 입력 인터페이스는 자전거의 핸들바 상에 장착된다. 자전거는 액츄에이터의 위치의 표시를 제공하도록 구성된 위치 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 구조들은 속도비 데이터 구조 및 자전거 속도 데이터 구조를 갖는다. 다른 실시예들에 있어서, 볼-유성체 변속기는 시프트 로드를 포함하며, 이 시프트 로드는 액츄에이터에 작동식으로 결합된다.
틸팅 각도가 0°가 아닌 유성체에서, 2개의 캐리어 부재 상에 반대 토크의 크기에 차이가 존재하고, 네트 토크(net torque)가 2개의 캐리어 부재 상에 개발될 수 있다. 2개의 캐리어 부재의 얻어진 네트 위치(net position)가 변경되는 경우, 2개의 캐리어 부재의 상대 위치가 변경될 때, 일(work)은 2개의 캐리어 부재에 대해 수행되거나 또는 일은 2개의 캐리어에 의해 수행된다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 제어 액츄에이터의 힘-위치 관계를 수정하도록 이러한 일을 이용할 수 있다.
도 11은 스테이터 플레이트로도 언급되는 한 쌍의 캐리어 부재(대안적으로, 캐리어 플레이트로 언급됨)들 및 스테이터 플레이트들 중 하나의 회전을 다른 스테이터 플레이트에 대해 진행 또는 지연시키는 데 사용될 수 있는 시프팅 메커니즘의 분해 사시도이다.
제로 평면은 그 유성체 축이 주 축에 평행인 경우, CVT의 주 축 및 적어도 하나의 유성체 축이 놓이는 평면으로 정의될 수 있다. 도시된 실시예에서, 시프팅 메커니즘은, 이 시프팅 메커니즘의 각각의 측면에 하나씩 있는 2개의 캠 면 및 시프팅 메커니즘이 회전하도록 구성될 수 있는, 외측으로 연장되는 스핀들을 포함한다. 각각의 스테이터 플레이트는 캠 면들 중 하나를 수용하도록 구성된 개구부를 포함한다. 캠 면들 중 하나는 시프팅 메커니즘의 회전축에 관해 다른 캠 면의 반경방향 외측 또는 내측에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 캠 면의 편심축은 제2 캠 면의 편심축으로부터 각도적으로 오프셋될 수 있다. 편심축에 대한 편심 또는 각도 오프셋의 하나 이상의 크기 차이의 결과로서, 시프팅 메커니즘의 회전은 반경방향 외측 캠 면과 접촉하는 스테이터 플레이트의 회전량이 반경방향 내측 캠 면과 접촉하는 스테이터 플레이트의 회전량보다 크게 유도될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 하나 이상의 편심축은 제로 평면에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같은 시프팅 메커니즘은 양 스테이터 플레이트에 의해 경험된 토크력을 합산할 수 있으며, 이에 의해 본 명세서에서 기술된 변속기들 또는 다른 유사한 변속기들의 시프트를 개시하도록 시프팅 메커니즘의 위치를 변경시키는 데 필요한 전체 시프트 힘을 감소시킨다.
일부 실시예들에 있어서, 캠 면들에는 스프링이 적용될 수 있거나 또는 하중 증가에 반응하여 다른 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 하나의 특정 실시예에 있어서, 캠 면의 적어도 일부는 부여된 하중에 반응하여 변형되는 물질의 탄성 밴드일 수 있다. 동적 캠 면을 제공하는 것에 의해, 그의 형상은 적어도 부분적으로 하중에 의존하며, 서로에 대한 스테이터 플레이트들의 상대 회전의 일부 수동적 피드백 제어가 제공될 수 있으며, 스테이터 플레이트들과 캠 면에 의해 경험된 하중에 반응하여 속도비를 조정할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 2개의 스테이터 플레이트의 상대 위치는 부여된 하중뿐만 아니라 시프팅 메커니즘의 위치에 의존될 수 있다. 캠 면들을 갖는 회전 부재가 변속기의 상태에 기초하여 스테이터 플레이트에 의해 경험된 힘을 합치는 것을 나타내는 동안, 합산 및 시프팅은 레버, 오프셋 기어 또는 다른 공지의 구조체에 의해 실행될 수 있으며, 또한 각각의 경우에, 이들은 스테이터 플레이트에 작동식으로 결합된다.
도 12는 유성 기어 세트를 포함하는 변속기의 단면 사시도이다. 본 명세서에서 기술되고, 도 11에 도시된 바와 같은 실시예들의 시프팅 메커니즘의 위치를 시프트하도록 웜 스크류가 제공될 수 있다. 도시된 구현은 시프팅 메커니즘 또는 스테이터 플레이트의 위치를 변경하는 데 사용될 수 있는 웜 스크류를 도시하지만, 임의의 적절한 제어 시스템 또는 장치가 시프팅 메커니즘 또는 스테이터 플레이트의 위치를 제어하는 데 사용될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 유성 기어 세트는 본 명세서에서 기술된 실시예들의 변속기 또는 모터에 부여된 속도를 변경하고 토크를 바꾸도록 동력 경로의 일부로서 사용될 수 있거나, 또는 변속기의 가변 경로를 통과한 토크의 양을 원하는 대로 관리하도록 변속기의 다양한 구성요소들에 걸쳐 토크를 분배하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 동력을 통과시키기 위한 여러 경로가 존재하며, 또한 토크 및 연관된 응력 또는 다른 일반적으로 알려진 원인들을 관리하기 위해, 효율성을 개선하도록 변속기의 유성체들을 통하여 전달되는 동력의 양을 변화시키는 것이 이로울 수 있다. 예를 들면, 유성 기어 세트는 입력 구성요소의 속도를 상승시키고 축력 발생기구로 진행하는 토크를 감소시키는 데 사용될 수 있다.
또한, 모터는 유성 기어 세트와 통합될 수 있다. 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 편입된, 미국 특허 제7,632,203호에 상세히 기술된 바와 같이, 모터 및 변속기의 통합은 또한 모터의 작동 상태들을 변경하고 모터의 성능을 향상시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 구성요소들에 관한 특정 모터 구성요소들의 속도를 증가시키는 것은 얻어진 플럭스 특성들을 증가시키고 모터 성능을 향상시킬 수 있다. 모터 형태, 모터 구성의 추가적인 예 및 모터와 유성 기어 세트를 포함하는 변속기를 통합하는 것에 의해 달성될 수 있는 유익한 효과는 미국 특허 제7,632,203호에 기술되어 있다.
도 13 내지 도 15는 도 4에 도시된 캐리어 부재(66, 68)들과 같은, 2개의 캐리어 부재의 상대 회전을 제어하는 방법을 도시한다. 도 13은 캐리어 부재(66, 68), 및 스테이터 플레이트의 각각과 접촉하며 축(1305)에 대해 회전될 수 있는 회전 가능한 기어 구조체(1300)를 포함하는 변속기의 일부를 개략적으로 도시한다. 기어 구조체(1300)는 제1 직경을 갖고 제1 캐리어 부재(66)와 접촉하는 제1 섹션(1310) 및 제2 직경을 갖고 제2 캐리어 부재(68)와 접촉하는 제2 섹션(1320)을 포함한다. 2개의 기어 섹션의 직경이 다르기 때문에, 기어 구조체는 2개의 캐리어 부재의 반동력을 여전히 합산하면서, 제1 및 제2 캐리어 부재(66, 68)의 회전의 상대 비율을 제어하여, 본 명세서에서 기술된 변속기의 볼 축들의 틸팅 각도를 조정하는 데 필요한 전체 시프트 힘을 감소시킬 수 있다.
도 14는 도 13에 대해 전술한 바와 같은 다직경 기어 구조체의 사시도이며, 하나의 플레이트의 톱니부와 접촉한 것을 도시한다. 특히, 다직경 기어 구조체의 나머지 부분보다 큰 직경을 갖는 제1 부분은 제1 플레이트의 톱니부와 접촉한다. 다직경 기어 구조체의 작은 직경을 갖는 제2 부분은, 명확성을 위해 도 14에는 도시되지 않은 제2 플레이트(도 15 참조)의 톱니부와 접촉할 수 있다.
도 15는 도 14의 다직경 기어 구조체의 반대측 사시도이며, 2개의 플레이트와 접촉한 것을 도시한다. 다직경 기어 구조체의 협소부(도 14에서는 볼 수 없음)는 후방 플레이트의 톱니부와 접촉되며, 다직경 기어 구조체의 두꺼운 부분은 전방 플레이트의 톱니부와 접촉된다. 도 13과 관련하여 전술한 바와 같이, 다직경 기어 구조체의 기어부 사이의 직경의 차이는 2개의 플레이트 사이의 회전의 상대적인 양을 제어한다.
당업자는, 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로 및 알고리즘 단계들은 본 명세서에서 기술된 변속기 제어 시스템들과 관련하여, 본 명세서에서 기술된 실시예들과 연관하여 기술된 것으로 인식할 것이며, 예를 들어, 전자 하드웨어, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되고 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호 교환을 명확히 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소, 블록, 모듈, 회로 및 단계들은 그들의 기능의 관점에서 일반적으로 기술되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약 조건들에 의존한다. 당업자는 기술된 기능을 각각의 특정 애플리케이션에 대하여 다양한 방식으로 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 범위를 벗어나도록 하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들면, 본 명세서에서 기술된 실시예들과 연관하여 기술된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래머블 논리 소자, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 컴포넌트, 또는 본 명세서에서 기술한 기능들을 실행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 실행될 수 있다. 일반적인 목적의 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안적으로, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 기계(state machine)일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치들의 조합으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 구현될 수 있다. 이러한 모듈과 연관된 소프트웨어는 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에서 공지된 저장 매체의 임의의 다른 적합한 형태에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 결합되며, 이에 따라 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체로 정보를 기록할 수 있다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, CVT(1)에 대한 제어기는 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다.
전술한 설명들은 본 발명의 특정 실시예들을 상세히 기술한다. 그러나 본문에서 상기에 아무리 상세하게 설명하였어도, 본 발명은 다양한 방식으로 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 특정 특징 또는 양태들을 기술할 때 사용된 특정 용어는, 그 용어가 연관되는 본 발명의 특징 및 양태들의 임의의 특정한 특성들을 포함하는 것으로 제한되도록 재규정되는 것을 암시하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것에 주목해야 한다.
전술한 하나 이상의 실시예들은 하기와 같이 청구될 수 있지만, 이 리스트가 모든 것을 망라한 것은 아니며 또한 성세한 설명은 다른 실시예들을 포함한다.

Claims (55)

  1. 자전거로서,
    ㆍ 복수의 자전거 프레임 부재와;
    ㆍ 크랭크들에 결합되고, 크랭크축을 규정하는 크랭크샤프트와;
    ㆍ 상기 크랭크샤프트와 동축으로 결합되고, 길이방향 축을 규정하는 무단 변속기(CVT)를 포함하며,
    상기 CVT는,
    - 상기 CVT의 상기 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치되는 복수의 트랙션 유성체들로서, 각각의 상기 트랙션 유성체는 틸팅 가능한 축선을 규정하는 틸팅 가능한 축을 중심으로 회전되도록 구성되고, 각각의 상기 틸팅 가능한 축은 제1 단부와 제2 단부를 구비하는 복수의 트랙션 유성체들과;
    - 상기 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함하는 제1 캐리어 부재로서, 상기 제1 캐리어 부재의 각각의 상기 반경방향으로 오프셋된 슬롯은 상기 복수의 트랙션 유성체들의 각각의 상기 트랙션 유성체의 각각의 상기 틸팅 가능한 축의 상기 제1 단부를 수용하도록 구성된 제1 캐리어 부재와;
    - 상기 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향 슬롯을 포함하는 제2 캐리어 부재로서, 상기 제2 캐리어 부재의 각각의 상기 반경방향 슬롯은 상기 복수의 트랙션 유성체들의 각각의 상기 트랙션 유성체의 각각의 상기 틸팅 가능한 축의 상기 제2 단부를 수용하도록 구성된 제2 캐리어 부재와;
    - 각각의 상기 트랙션 유성체와 접촉하며, 각각의 상기 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된 제1 및 제2 트랙션 링들과;
    - 각각의 상기 트랙션 유성체와 접촉하며, 상기 제1 및 제2 트랙션 링들의 반경방향 내측에 위치된 제1 및 제2 태양 부재와;
    - 상기 CVT에 결합된 전기 모터를 포함하며,
    상기 제1 캐리어 부재는 상기 길이방향 축을 중심으로, 상기 제2 캐리어 부재에 대해 회전하여, 각각의 상기 틸팅 가능한 축을 스큐(skew)시켜, 상기 길이방향 축에 대해 각각의 상기 틸팅 가능한 축을 스큐(skew)시키도록 구성된 자전거.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 구동축을 구비하며, 상기 전기 모터의 구동축과 CVT의 길이방향 축은 동축인, 자전거.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 모터의 구동축, CVT의 길이방향 축 및 크랭크샤프트의 크랭크축은 동축인, 자전거.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 구동축을 구비하며, 상기 구동축은 CVT의 길이방향 축으로부터 오프셋된, 자전거.
  6. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 구동축을 구비하며,
    상기 전기 모터의 구동축과 CVT의 길이방향 축은 각각 크랭크축으로부터 반경 방향으로 오프셋된, 자전거.
  7. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 구동축을 구비하며,
    상기 전기 모터의 구동축과 크랭크샤프트의 크랭크축은 동축인, 자전거.
  8. 제1항에 있어서,
    CVT의 길이방향 축은 전기 모터의 구동축으로부터 오프셋된, 자전거.
  9. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    CVT의 하우징은 자전거 프레임 부재들에 대하여 비회전식인, 자전거.
  10. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터에 작동식으로 결합된 유성 기어 세트를 더 포함하는, 자전거.
  11. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    크랭크샤프트는 제1 태양 부재에 작동식으로 결합되는, 자전거.
  12. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 상기 제1 및 제2 트랙션 링들 중에서 적어도 하나에 작동식으로 결합되는, 자전거.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랙션 링들 중에서 적어도 하나는 상기 전기 모터로부터의 회전 동력 입력을 수용하도록 구성되는, 자전거.
  14. 제13항에 있어서,
    제1 태양 부재는 크랭크들로부터의 회전 입력 동력을 수용하도록 구성되는, 자전거.
  15. 제14항에 있어서,
    크랭크들에 작동식으로 결합된 토크 센서를 더 포함하며,
    상기 토크 센서는 크랭크샤프트로부터의 입력 토크를 감지하도록 구성된, 자전거.
  16. 제15항에 있어서,
    제1 태양 부재에 결합된 제1 축력 발생기구를 더 포함하며,
    상기 제1 축력 발생기구는 토크 센서에 결합된, 자전거.
  17. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터와 전기 통신하는 전자식 제어기를 더 포함하는, 자전거.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전자식 제어기와 전기 통신하는 복수의 센서를 더 포함하는, 자전거.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전자식 제어기와 전기 통신하는 데이터 입력 인터페이스를 더 포함하는, 자전거.
  20. 제19항에 있어서,
    데이터 입력 인터페이스는 사용자에 의해 원하는 작동 모드를 입력하기 위한 수단을 더 포함하는, 자전거.
  21. 제20항에 있어서,
    원하는 작동 모드는 상기 크랭크들의 원하는 케이던스를 포함하는, 자전거.
  22. 제21항에 있어서,
    원하는 작동 모드는 상기 크랭크들에서의 원하는 토크 입력을 포함하는, 자전거.
  23. 제18항에 있어서,
    복수의 센서는 자전거 휠 속도 센서 및 크랭크 속도 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 자전거.
  24. 제18항에 있어서,
    복수의 센서는 크랭크 토크 센서를 포함하는, 자전거.
  25. 제17항에 있어서,
    CVT에 작동식으로 결합된 시프터를 더 포함하며,
    상기 시프터는 CVT의 비율을 변경하도록 구성되는, 자전거.
  26. 제25항에 있어서,
    시프터는 트랙션 유성체들의 축을 틸팅시키기 위해 CVT에 스큐 조건을 부여하도록 구성되는, 자전거.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 시프터는 상기 전자식 제어기와 전기 통신하는, 자전거.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 시프터는 작동 상태를 표시하는 입력을 수신하고, 상기 입력에 적어도 부분적으로 기초하여 CVT의 비율을 변경하도록 구성되는, 자전거.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 전자식 제어기는 상기 시프터에서의 상기 입력을 표시하는 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 작동 상태를 변경하도록 구성되는, 자전거.
  30. 주 구동축에 대해 배치된 복수의 트랙션 유성체를 구비하는 무단 변속기(CVT)에 있어서,
    ㆍ 전기 모터;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된 트랙션 링;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치되는 제1 및 제2 태양 부재;
    - 상기 제1 태양 부재는 회전 동력을 수용하도록 구성되며;
    - 상기 트랙션 링은 전기 모터로부터의 회전 동력을 수용하도록 구성되며;
    ㆍ 제1 및 제2 캐리어 플레이트를 구비하는 캐리어 조립체를 포함하며,
    상기 제1 캐리어 플레이트는,
    - 주 구동축과 동축으로 배치된 중심을 갖는 실질적으로 디스크형 몸체;
    - 상기 중심에 대해 각도적으로 배치되고, 각각이 상기 디스크형 몸체의 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는, 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함하며,
    상기 디스크형 몸체의 반경방향 중심선은 주 구동축에 수직이며, 이에 의해 주 구동축에 해당하는 z-축, 반경방향 중심선에 해당하는 y-축 및 y-축과 z-축에 수직인 x-축을 갖는 좌표계를 형성하며;
    반경방향으로 오프셋된 슬롯들은 x-축과 y-축에 의해 형성된 평면에 놓이며; 그리고,
    각각의 트랙션 유성체는 y-축과 z-축에 의해 형성된 평면에서 틸팅되도록 구성되는, 무단 변속기.
  31. 자전거의 하부 브래킷에 결합된 하우징을 구비하는 무단 변속기에 있어서,
    ㆍ 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 구형 트랙션 유성체;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된 트랙션 링;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된 제1 및 제2 태양 부재;
    제1 태양 부재와 트랙션 링은 회전 동력을 수용하도록 구성되며;
    ㆍ 캐리어 조립체;
    상기 캐리어 조립체는,
    - 제1 중심을 갖는 디스크형 제1 몸체;
    - 제1 중심에 대하여 동축으로 배치되어 주 축을 형성하는 제2 중심을 갖는 디스크형 제2 몸체;
    - 제1 디스크형 몸체에 형성되어 이 제1 디스크형 몸체의 중심에 대해 각도적으로 배치되며, 각각이 제1 디스크형 몸체의 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는, 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함하며,
    상기 제1 디스크형 몸체의 중심선은 주 축에 수직이며, 이에 의해 주 축에 해당하는 z-축, 반경방향 중심선에 해당하는 y-축 및 y-축과 z-축에 수직인 x-축을 갖는 좌표계를 형성하며;
    반경방향으로 오프셋된 슬롯들은 x-축과 y-축에 의해 형성된 평면에 놓이며;
    ㆍ 트랙션 링에 결합되고, 상기 길이방향 축에 대해 동축이며, 하우징의 내부에 위치된 전기 모터를 포함하는, 무단 변속기.
  32. 자전거용 전기 구동트레인에 있어서,
    ㆍ 길이방향 축을 갖는 무단 변속기(CVT);
    상기 CVT는,
    - 각각이 틸팅 가능한 축을 중심으로 회전되도록 구성된 복수의 트랙션 유성체;
    - 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된 트랙션 링;
    - 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치되는 제1 및 제2 태양 부재;
    - 제1 및 제2 태양 부재에 각각 결합된 제1 및 제2 축력 발생기구;
    - 제1 캐리어 부재로서, 이 제1 캐리어 부재에 형성되며, 상기 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함하는, 제1 캐리어 부재;
    - 제2 캐리어 부재로서, 이 제2 캐리어 부재에 형성되고, 상기 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 반경방향 슬롯을 포함하며, 제2 캐리어 부재는 제1 캐리어 부재에 결합되며, 제1 및 제2 캐리어 부재는 각각의 트랙션 유성체에 작동식으로 결합되며, 제1 캐리어 부재는 상기 길이방향 축에 대해 제2 캐리어 부재에 관해 회전되도록 구성되는, 제2 캐리어 부재를 포함하며,
    ㆍ CVT에 작동식으로 결합되며, 트랙션 유성체들의 축을 틸팅시키도록 CVT에 스큐 조건을 부여하도록 구성된, 시프터; 및
    ㆍ 트랙션 링에 작동식으로 결합된 전기 모터를 포함하는, 구동트레인.
  33. 제1 태양 부재에 작동식으로 결합된 제1 축력 발생기구 및 상기 제1 축력 발생기구에 작동식으로 결합된 토크 센서를 더 포함하는, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  34. 전기 모터는 발전기인, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  35. 전기 모터는 3 스테이터 위상을 갖는 8-극 브러시리스 DC 모터인, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  36. 전기 모터는 브러시리스 DC 모터인, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  37. 전기 모터는 AC 모터인, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  38. 전기 모터는 DC 모터인, 제31항의 CVT 또는 제32항의 구동트레인.
  39. 제1 태양 부재에 작동식으로 결합된 제1 축력 발생기구 및 상기 제1 축력 발생기구에 작동식으로 결합된 토크 센서를 더 포함하는, 제30항 또는 제31항의 CVT, 또는 제32항의 구동트레인.
  40. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 발전기인, 자전거.
  41. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 3 스테이터 위상을 갖는 8-극 브러시리스 DC 모터인, 자전거.
  42. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 브러시리스 DC 모터인, 자전거.
  43. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 AC 모터인, 자전거.
  44. 제1항에 있어서,
    전기 모터는 DC 모터인, 자전거.
  45. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    구동축은 크랭크축에 평행인, 자전거.
  46. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    구동축은 크랭크축에 비평행인, 자전거.
  47. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터에 작동식으로 결합된 트랙션 유성체를 더 포함하는, 자전거.
  48. 무단 변속기에 있어서,
    ㆍ 길이방향 축에 대해 각도적으로 배치된 복수의 구형 트랙션 유성체;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 각각의 트랙션 유성체의 반경방향 외측에 위치된 트랙션 링;
    ㆍ 각각의 트랙션 유성체와 접촉하며, 트랙션 링의 반경방향 내측에 위치된 태양 부재;
    상기 태양 부재와 트랙션 링은 회전 동력을 수용하도록 구성되며;
    ㆍ 캐리어 조립체;
    상기 캐리어 조립체는,
    - 제1 중심을 갖는 제1 캐리어 부재;
    - 제1 중심에 대하여 동축으로 배치되어 주 축을 형성하는 제2 중심을 갖는 제2 캐리어 부재; 및
    - 제1 캐리어 부재에 형성되어 이 제1 캐리어 부재의 중심에 대해 각도적으로 배치되며, 각각이 제1 캐리어 부재의 중심선으로부터 선형 오프셋을 갖는, 복수의 반경방향으로 오프셋된 슬롯을 포함하며,
    ㆍ 제어 이동 동안 2개의 캐리어 부재의 네트 위치(net position)를 회전시키도록 구성된 제어 메커니즘을 포함하며;
    제1 캐리어 부재의 중심선은 주 축에 수직이며, 이에 의해 주 축에 해당하는 제1 축, 중심선에 해당하는 제2 축 및 제1 축과 제2 축에 수직인 제3 축을 갖는 좌표계를 형성하며;
    반경방향으로 오프셋된 슬롯들은 제2 축과 제3 축에 의해 형성된 평면에 놓이는, 무단 변속기.
  49. 제48항에 있어서,
    제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 제2 캐리어 부재의 각각을 다른 비율로 주 축을 중심으로 회전시키도록 구성되는, 무단 변속기.
  50. 제49항에 있어서,
    제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 맞물리는 제1 기어 및 제2 캐리어 부재와 맞물리는 제2 기어를 구비하는 회전 가능한 기어 구조체를 포함하는, 무단 변속기.
  51. 제48항에 있어서,
    제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 제2 캐리어 부재의 각각을 가변 속도로 주 축을 중심으로 회전시키도록 구성되는, 무단 변속기.
  52. 제51항에 있어서,
    제어 메커니즘은 제1 캐리어 부재와 접촉하는 제1 캠 면 및 제2 캐리어 부재와 맞물리는 제2 캠 면을 구비하는 이중 캠 구조체를 포함하는, 무단 변속기.
  53. 제52항에 있어서,
    제1 캠 면은 제1 크기 및 제1 편심축을 구비하며,
    제2 캠 면은 제2 크기 및 제2 편심축을 구비하며,
    상기 가변 속도는 제1 크기, 제2 크기, 제1 편심축 및 제2 편심축에 기초하여 결정되는, 무단 변속기.
  54. 제53항에 있어서,
    제1 편심축은 제2 편심축으로부터 각도적으로 오프셋되는, 무단 변속기.
  55. 제53항에 있어서,
    제1 편심축과 제2 편심축의 하나 이상은 상기 길이방향 축과 연관된 제로 평면으로부터 각도적으로 오프셋되는, 무단 변속기.
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