KR100692285B1 - 자동 양방향구동 일방향 출력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 양방향구동 일방향 출력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 구동방향과는 무관하게 별도 외부조작장치나 행위없이 순방향 또는 역방향 구동에서 발생된 동력이 일방향으로만 출력되도록 유성기어군와 일방향베어링이 결합된 자동출력장치에 관한 것이다.

상기 자동 양방향구동 일방향 출력장치는, 고정축에는 선기어와 위성캐리어를 각각 결합시키되 상기 선기어는 자유회전가능하도록 결합하고, 상기 위성캐리어는 중심에 일방향베어링인 캐리어베어링을 장착하여 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링이 중심에 설치된 위성기어를 결합하되 상기 일방향베어링의 중심축을 위성캐리어에 일체로 결합하고, 상기 위성기어에는 위성캐리어와 동일한 축상에 자유회동가능하게 장착된 링기어의 내치와 치합되도록 결합됨을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 자동 양방향구동 일방향 출력장치는, 유성기어군와 일방향베어링의 조합으로 비교적 부피가 큰 베벨기어를 대체하여 순방향 또는 역방향의 양방향 구동력을 일방향으로의 출력과 공전클러치상태, 후진브레이크상태등을 자동으로 가능하게 하고, 양방향 구동변환 시의 입,출력경로가 동일부품의 직렬형구조의 단순화로 경량화가 가능하여 설계제작의 용이, 제조 비용의 절감과 고장율을 저하시킬 수 있게 되었다.

또한, 일방향베어링이 회전되는 방향에 따라 등속, 감속, 증속의 출력을 얻 을 수 있고, 구동의 변환을 위해 별도의 조작을 할 필요가 없기 때문에 구동방향변환 시 구동의 순간멈춤과 동력끊김현상없이 유기적이고 신속한 내장형으로 다양한 분야에 적용 가능하다.

특히 이동 및 운송수단에 적용하면 경사로등반시 하향으로 미끄러지는 것을 방지할 수 있고, 요철구간에서는 구동방향변환 시의 감속에 따른 큰 힘으로 요철을 통과할 수 있게 하며, 장거리운행시에는 순방향과 역방향을 번갈아가면서 구동시킬 수 있으므로 근육에 대한 피로저하와 단조로움을 해소할수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

양방향구동, 일방향출력, 일방향베어링, 유성기어군, 잠금풀림수단

Description

자동 양방향구동 일방향 출력장치{automatic output apparatus for converting two way drive to one way}

도 1은 종래의 일방향 출력장치를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 양방향구동 일방향 출력장치를 개략적으로 도시한 평면도이고,

도 3a, 3b는 본 발명의 일실시예로 선기어로부터 동력이 전달되는 과정을 도시한 개략도이고,

도 4a, 4b는 본 발명의 다른 실시일예로 관성에 의해 링기어가 구동되는 과정을 도시한 개략도이고,

도 5a, 5b, 5c, 5d는 본 발명에 따른 자동 양방향구동 일방향 출력장치의 다양한 실시일예를 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명에 따른 위성기어와 위성베어링 및 위성캐리어의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도이고,

도 7a, 7b, 7c는 본 발명에서 정 또는 역방향구동변환시의 입, 출력부의 회전비와 토오크의 변환을 설명하기 위한 정면개략도이고,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축에 장착된 선기어구동 링기어출력 장치를 도시한 단면도이고,

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전축에 장착된 선기어구동 링기어출력장치를 도시한 단면도이고,

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축에 장착된 링기어구동 선기어출력장치를 도시한 단면도이고,

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 회전축에 장착된 링기어구동 선기어출력장치를 도시한 단면도이고,

도 12는 본 발명의 다른 실시일로 출력부의 일방향출력만 가능하도록 한 장치에서 그 역방향회전이 가능하도록 한 자동풀림수단이 포함된 자동 양방향출력장치를 도시한 단면도이고,

도 13a와 도 13b는 도 12의 자동풀림수단의 잠금 및 풀림 등 작동상태를 도시한 단면도이고,

도 14는 본 발명의 또 다른 실시일예에 따른 수동풀림수단이 장착된 양방향출력장치를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자동양방향구동 일방향 출력장치

20 : 고정축 21 : 회전축

22 : 본체 30 : 선기어

40 : 위성기어 50 : 위성캐리어

51 : 고정핀 60 : 링기어

70 : 위성베어링 71 : 홈

72 : 볼 80 : 캐리어베어링

90 : 자동풀림수단 91 : 라쳇휠

92 : 레버 93 : 부기어

94 : 고정지지대 95 : 외치기어

96 : 스프링 310 : 스프라켓

410 : 베어링캡 510 : 홀더

520 : 돌출부 530 : 핀홀

911 : 걸림홈 912 : 원통부

913 : 부싱 921 : 걸림돌기

922 : 와이어케이블 931 : 부베어링

본 발명은 자동 양방향구동 일방향 출력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 구동방향과는 무관하게 별도 외부조작장치나 행위없이 순(이하 또는 정)방향 또는 역방향 구동에서 발생된 동력이 일방향으로만 출력되도록 유성기어군와 일방향베어링이 결합된 자동출력장치에 관한 것이다.

일반적인 출력장치는 구동부의 정방향구동에 의한 전진 주행만이 가능하여 장시간 주행할 경우에 사용자의 신체를 쉽게 피로하게 하며 또한, 신체근육의 발달을 불균일하게 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 정방향구동에 의한 전진구동만 가능한 통상의 출력장치를 정,역 양방향으로 구동하여 일방향으로 출력할수 있는 장치(이하 '일방향 출력장치' 라함)를 개발하기 위하여 여러 발명가들이 노력하여 왔다.

대표적인 장치로는 대한민국 특허출원 2004-0025976의 자전거 일방향 동력출력장치(1)가 있다. 도 1에 도시된 바와같이 상기 종래출원건은 페달축(7)에 정방향베어링(2)과 역방향베어링(2')을 각각 결합하고, 상기 정방향베어링(2)에는 제1베벨기어(3)를 치합하고, 상기 역방향베어링(2')에는 제3베벨기어(5)를 치합하고, 상기 제1베벨기어(3)와 제3베벨기어(5)는 제2베벨기어(4)를 이용하여 서로 치합되도록 하되 상기 제2베벨기어(4)는 페달축(7)에 자유회전 가능하게 장착된 캐리어(6)에 유동가능하게 결합시켜 구성된다.

상기 종래출원건은 일방향베어링과 베벨기어(3, 4, 5)의 조합에 의해 양방향구동을 일방향으로 출력되게 하는 것이지만, 제1, 2, 3베벨기어를 조합하여 사용하는 순,역방향구동의 동력전달경로가 이원화된 병렬형이기 때문에 상대적으로 부피가 크고 역구동 시 외부 별도의 조작레버를 조작하는 행위를 수반함으로 인해 구동의 순간적 멈춤과 동력전달의 끊김현상을 유발하여 경사로, 요철, 위험노면에서의 성가심과 부상초래의 단점이 있다. 즉, 근래에는 자전거가 가볍고 부피를 최소화하는 방향으로 개발되는데, 상기 종래출원건은 베벨기어의 사용에 따라 기어박스 자 체의 부피와 중량이 증가되어 자전거의 전체중량과 부피를 증가시키는 단점이 있는 것이다. 이것은 결코 상기 종래출원건 뿐만 아니라 대부분의 종래출원건에서도 마찬가지이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

유성기어군와 일방향베어링의 규칙적 조합으로 순,역방향구동의 동력전달경로가 일원화된 직렬형으로 간단,명료하여 비교적 부피가 큰 베벨기어를 대체하여 순방향 또는 역방향의 양방향 구동력을 일방향으로의 출력과 공전클러치상태, 후진브레이크상태등을 자동으로 가능하게 하고, 구조의 단순화로 소형제작이 가능하고 경량화 및 견고성과 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있어 제조비용 절감과 고장율을 저하시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

또한 소음이 없고, 먼지등 오염물질의 내부유입차단과 기본구성에서 작은부품이 없어서 내구성과 고장방지에 탁월하며, 외부연결조작장치가 없는 내장형이므로 외관이 수려하고 설치장소선택에 제한을 없앨 수 있다.

또한, 일방향베어링이 회전되는 방향에 따라 등속, 감속, 증속의 출력을 얻을 수 있고, 구동의 변환을 위해 외부의 별도의 조작을 할 필요가 없기 때문에 순,역구동변환 시 구동의 순간적 멈춤과 동력전달의 끊김현상을 유발하여 경사로, 요철, 위험노면에서의 성가심과 부상초래를 사전에 방지하며, 다양한 분야에 적용 가 능하다. 특히 자전거에 적용하면 경사로등반시 하향으로 미끄러지는 것을 방지할 수 있고, 요철구간에서는 역구동변환 시 감속에 따른 큰 힘으로 요철과 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하며, 장거리 주행시에는 순방향과 역방향을 번갈아가면서 구동시킬 수 있으므로 근육에 대한 피로를 낮추고 단조로움을 피해 사용자에게 흥미유발과 사용의욕을 고취시키는 유용한 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 자동풀림수단을 더 설치하여, 후진이 필요할 시에는 자동으로 후진브레이크상태로 잠기게 되는 것을 별도의 조작레버와 사용자의 조작행위 없이 다시금 자동으로 후진이 가능하게하는 장치의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자동 양방향구동 일방향 출력장치는,

고정축에는 선기어와 위성캐리어를 각각 결합시키되 상기 선기어는 자유회전 가능하도록 결합하고, 상기 위성캐리어는 중심에 일방향베어링인 캐리어베어링을 장착하여 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링이 중심에 설치된 위성기어를 결합하되 상기 위성베어링의 중심축을 위성캐리어에 일체로 결합하고, 상기 위성기어에는 위성캐리어와 동일한 축상에 자유회동가능하게 장착된 링기어의 내치와 치합되게 결합함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 자동 양방향 구동 일방향 출력장치는, 고정축에는 선기어와 라쳇휠을 회전가능하도록 결합하고, 상기 라쳇휠은 고정축과 동일한 축상으로 원통부를 돌출형성하여 상기 원통부에 위성캐리어를 일방향베어링인 캐리어베어링으로 결합하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링이 설치된 위성기어를 결합하여 선기어의 외치와 치합되도록 하고, 상기 고정축에는 상기 기어군을 내포할 수 있도록 원통체로 형성된 본체를 회전가능하도록 결합하되 상기 본체의 내주면 일측에는 링기어를 형성하여 링기어의 내치가 위성기어와 치합되도록 하고, 상기 본체의 내부 일면에는 외치기어를 더 형성하고, 상기 외치기어와 근접한 고정축에는 일측에 곡부안내면으로 형성된 고정지지대를 형성하고, 상기 고정지지대에는 반원의 곡부가 형성된 레버를 힌지결합하고, 상기 레버의 일면에 안내돌기를 형성하여 안내돌기가 고정지지대의 곡부안내면을 따라 왕복슬라이딩하게하고, 상기 레버의 내측에는 걸림돌기를 형성하여 라쳇휠의 걸림홈과 치합되도록하되, 라쳇휠의 걸림홈은 상기 레버의 내측의 걸림돌기의 너비보다 넓게하여 이탈 유격을 갖도록 하고, 상기 레버의 일측에는 일방향베어링인 부베어링을 이용하여 부기어를 결합하되 상기 부기어는 외치기어와 치합되도록 하고, 일단이 레버에 결합되고 타단이 고정지지대에 결합된 스프링을 설치하여 레버가 원위치로 복원될 수 있게 할 수 있다.

상기 선기어 및 링기어가 결합되는 고정축은 회전축으로 형성하여 구동방향과 동일한 방향으로 회전 가능하도록 형성할 수 있고, 이 경우 별도의 상기 캐리어 베어링은 외부의 고정체에 고정되어 일방향회전이 가능하도록 할 수 있는 것이다.

상기 출력장치에서 동력전달은 선기어 또는 링기어로 직접 전달될 수 있으며, 상기 위성캐리어에는 요건 수에 부합하는 하나 또는 다수개의 위성기어가 위성캐리어의 중심축에서 등간격으로 결합될 수 있다.

그리고, 상기 위성베어링과 캐리어베어링은 각기 다른 방향으로 회전하게 할 수 있다. 예컨데, 위성베어링과 캐리어베어링을 시계방향인 순방향으로만 회전가능하도록 하거나; 상기 위성베어링은 시계방향인 순방향으로만 회전하고, 캐리어베어링은 반시계방향인 역방향으로만 회전가능하도록 하거나; 상기 위성베어링은 반시계방향인 역방향으로만 회전하고, 캐리어베어링은 시계방향인 순방향으로만 회전가능하도록 하거나; 상기 위성베어링과 캐리어베어링은 반시계방향인 역방향으로만 회전가능하도록 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 양방향구동 일방향 출력장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향구동 일방향 출력장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3a, 3b는 본 발명의 일실시예로 선기어로부터 동력이 전달되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 4a, 4b는 본 발명의 다른 실시일예로 관성에 의해 링기어가 구동되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 5a, 5b, 5c, 5d는 본 발명에 따른 자동 양방향구동 일방향 출력장치의 다양한 실시일예를 도시한 개략도이다.

도 2에 도시된바와 같이 본 발명에 따른 자동 양방향구동 일방향 출력장치(10)는, 선기어(30)와, 위성캐리어(50), 위성기어(40), 링기어(60)로 구성되며, 상기 위성캐리어(50)와 위성기어(40)에는 일방향베어링인 캐리어베어링(80)과 위성베어링(70)이 각각 장착되어 있다.

상기 선기어(30)는 페달등의 동력원으로부터 직접 동력을 전달받을 수 있는 것으로, 동력을 직접 전달받으면, 순방향 또는 역방향으로 회전하며, 고정축(20)에는 자유회동가능하게 결합된다.

상기 위성캐리어(50)는 중심에 일방향베어링인 캐리어베어링(80)이 장착되어, 상기 베어링(80)은 고정축(20)에 고정되고, 상기 위성캐리어(50)는 일측방향으로만 회전하게 된다.

그리고, 상기 위성기어(40)는 상기 위성캐리어(50)의 일측에는 설치되는 것으로, 중심에는 캐리어베어링(80)와 유사한 일방향베어링인 위성베어링(70)이 장착되고, 상기 위성베어링(70)의 중심부가 위성캐리어(50)에 고정설치되는 것이다.

다음으로 상기 링기어(60)는 자유회전가능하도록 고정축(20)에 결합되고, 내주면에 기어치가 형성되어 상기 위성기어(40)와 치합되며, 외주면은 도시된 바와같이 회전동력을 다른 축에 전달시키는 체인을 체결할 수 있는 스프로킷이 형성되거나, 구동바퀴 자체일 수 있다. 또한, 링기어(60)는 페달등의 동력원으로부터 직접 동력을 전달받아 구동될 수 있다.

상기와 같이 조합된 자동 양방향구동 일방향 출력장치(10)는 위성캐리어(50)에 장착된 위성기어(40)수를 도시된 2개의 형태 이외에 요건 수에 부합하는 하나 또는 다수개로 더 장착하여 사용될 수 있으며, 바람직하게는 동력의 전달을 원활히하고, 마찰을 최소화하는 범위인 2~4개만 장착하는 것이다. 따라서, 상기 선기어(30), 위성기어(40), 링기어(60)에는 스퍼어기어 이외에 마찰소음을 최소화 할 수 있는 헬리컬기어 등 다양한 형태의 기어를 사용할 수 있다.

상기 일방향베어링인 캐리어베어링(80)과 위성베어링(70)은 베어링의 내주면에 홈(71)을 형성하되 홈의 형태를 일측과 타측의 깊이를 달리하는 비대칭으로 형성하고, 상기 홈(71)에 볼(72)을 삽입한 형태이다. 즉, 상기 볼(72)이 홈(71)의 일측인 깊은 부분에 위치하면 베어링의 외측부분인 위성기어(40) 또는 위성캐리어(50)가 회전되도록 하고, 볼(72)이 타측인 얇은 부분에 위치하면 볼이 베어링의 홈과 외측부분 사이에 걸리게 되어 베어링의 중심과 외측부분이 일체로 고정되는 것이다.

상기 일체로 고정되는 작용을 신속, 정확히 하기 위해 홈(71)의 일측인 깊은 부분의 끝단에 구멍을 성형하고, 상기 구멍에 스프링을 삽입하여 상기 볼(72)을 타측인 얇은 부분으로 항상 압박하는 구조로 만들 수 있다.

또한 공간이 협소하거나 소형사이즈의 경우에는 베어링의 내륜과 외륜을 제거하고 상기 홈(71)을 베어링의 중심축에 직접 형성하되 홈의 형태를 일측과 타측의 깊이를 달리하는 비대칭으로 형성하고, 상기 홈(71)에 볼(72)을 삽입한 형태로 형성할 수 있다.

상기한 바와같은 구조로 결합된 자동 양방향구동 일방향 출력장치(10)의 작 용상태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a에 도시된 바와같이, 구동부를 진행방향(시계방향)인 순방향으로 회전시키면 선기어(30)는 구동부의 방향과 동일하게 순방향으로 회전하게 된다.

상기 선기어(30)의 순방향회전에 의해 선기어와 치합된 위성기어(40)는 역방향으로 회전력이 발생되며, 상기 역방향으로 회전하려는 위성기어(40)는 중심에 결합된 위성베어링(70)에 의해 회전이 잠기게 되고, 위성기어(40)과 위성베어링(70)이 일체로 고정되는 것이다. 즉, 상기 위성기어(40)에는 순방향으로만 회전가능한 위성베어링이 결합되어 있어, 상기 위성기어의 역회전에 따라 위성베어링(70)의 홈(71)에 안치된 볼(72)이 좁은 깊이를 갖는 방향으로 이동되어 걸리게 됨으로, 상기 위성기어(40)와 위성베어링(70)이 일체로 고정되며, 상기 위성캐리어(50)도 위성베어링의 중심축과 고정되어 있으므로, 상기 위성기어(40), 위성베어링(70), 위성캐리어(50)가 일체로 고정되는 것이다.

따라서, 상기 선기어(30)에서 전달된 동력은 위성기어(40), 위성베어링(70), 위성캐리어(50)의 기어뭉치를 순방향으로 회전시키고, 상기 위성캐리어(50)에 결합된 캐리어베어링(80)에는 순방향의 회전력이 전달되어 잠김없이 위성캐리어의 회전을 가능하게 하는 것이다.

그러므로, 상기 위성기어(40)에 치합된 링기어(60)도 순방향으로 회전하여 최종출력은 순방향의 등속으로 이루어지는 것이다.

도 3b는 선기어(30)가 역방향으로 회전하는 것을 도시한 것으로, 도시된 바 와같이, 구동부를 진행 역방향(시계역방향)인 역방향으로 회전시키면 선기어는 구동부의 방향과 동일하게 역방향으로 회전하게 된다.

상기 선기어(30)의 역방향회전에 의해 선기어와 치합된 위성기어(40)는 순방향으로 회전력이 발생되고, 위성기어(40)의 중심에 결합된 위성베어링(70)에도 순방향의 회전력이 전달됨으로 위성기어는 순방향으로 회전하게 된다.

상기 순방향으로 회전하는 위성기어(40)에는 위성기어의 중심이 이에 치합된 링기어(60)를 따라 역방향으로 회전하는 역방향회전력이 발생되며, 이 역방향회전력에 의해 위성캐리어(50)는 역방향으로 이동하려고 한다.

이 때 위성캐리어(50)의 중심에 결합된 캐리어베어링(80)은 도 3a에서 상술한 위성베어링과 동일한 작용에 의해 잠기게 됨으로, 위성기어(40)의 순방향 회전은 링기어(60)에 직접 전달되어 링기어도 순방향으로 회전함으로 최종출력은 순방향의 감속으로 이루어지는 것이다.

한편, 도 4a는 구동부에 의한 동력전달과는 무관하게 만유인력의 법칙 또는 관성의 법칙에 의해 링기어(60)가 순방향으로 회전할 때를 설명한 것이다. 도시된 바와같이 회전력은 링기어(60)에서 순방향으로 발생되고, 상기 링기어에 치합되어 있는 위성기어(40)도 순방향으로 회전하려고 한다. 이러한 순방향의 회전력은 위성기어(40)에 결합된 위성베어링(70)에 전달되어 위성베어링에 잠금작용이 발생되지 않으므로 위성기어(40)가 자유로운 회전이 이루어지게 된는 것이다. 이 때 상기 위성기어(40)에는 구동부와 연결된 선기어(30)가 치합되어 있으므로, 구동부를 고정 시키게 되면 선기어가 고정되어 이에 치합된 위성기어(40)는 고정축(20)을 중심으로 선기어(30)와 링기어(60) 사이에서 순방향으로 회전하게 되는 것이다.

따라서, 상기 링기어(60)의 회전력은 위성기어(40)가 고정되어 있는 위성캐리어(50)에 전달되고, 위성캐리어의 중심에 결합된 캐리어베어링(80)에도 순방향의 회전력이 전달되며, 상술된 위성베어링(70)과 동일하게 자유회전이 가능하게 함으로서, 관성의 법칙에 의해 구동되는 링기어(60)의 순방향회전력은 구동부와 고정된 선기어(30)를 정지하여도 마찰없이 순방향으로 계속 회전할 수 있는 공전클러치상태가 되는 것이다. 이것은 운행중 구동부의 구동휴식 또는 출력부보다 느린 회전의 구동에서도 자동적으로 똑같은 작용상태가 제공된다.

또한, 도 4b는 경사진 곳에서 상부로 올라갈 때 구동부에 힘을 제거하게 되면 중력에 의해 낮은 곳으로 내려가려는 과정에서 링기어(60)가 역방향으로 회전하려는 것을 설명한 것이다. 도시된 바와같이 구동부를 구동하지 않은 상태에서 링기어(60)에 역방향회전력이 발생될 경우, 상기 링기어(60)에 치합되어 있는 위성기어(40)에도 역방향의 회전력이 전달되어, 상기 위성기어에 결합된 위성베어링(70)이 잠기게 된다. 따라서, 상기 역방향회전력은 위성기어(40)가 고정된 위성캐리어(50)에 전달되고, 위성캐리어에 결합된 캐리어베어링(80)이 잠기게 됨으로서 위성캐리어(50)도 고정되는 것이다.

즉, 링기어(60) 자체가 역방향으로 회전하게 되면 상기 링기어에 치합된 위성기어(40), 선기어(30), 위성캐리어(50)가 모두 고정되게 됨으로, 경사진 곳을 올 라갈 때 임의로 후진되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명의 자동 양방향구동 일방향 출력장치(10)는 유성기어군에서의 동력을 전달받는 위치에 따라 감속, 등속, 증속이 발생되고, 일방향베어링의 결합되는 회전가능방향도 변하게 된다.

또한 최종 요구되는 일방향출력의 방향에 따라서도 일방향베어링의 결합되는 회전가능방향도 변하게 된다.

1. 도 5a에 도시된 바와같이 위성베어링-정방향회전가능; 캐리어베어링-정방향회전가능 일때

1-1. 동력발생-선기어 정방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)는 위성캐리어(50)에 고정되어, 위성캐리어가 무부하 상태에서 정방향으로 회전하며, 상기 위성기어에 치합된 링기어(60)도 정방향으로 회전하게 되어 등속출력이 발생된다.

1-2. 동력발생-선기어 역방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 정방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)는 역방향회전력이 발생되어 고정되어 위성기어의 회전력은 링기어(60)에 전달되어 링기어가 정방향으로 출력하게 된다. 이 때 상기 선기어(30)보다 링기어(60)의 기어치가 더 크기 때문에 감속된 정방향출력이 발생된다.

1-3. 동력발생-링기어 정방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 정방향으로 회전하게 되고, 위성캐리어(50)도 무부하 상태에서 정방향으로 회전하게 되어 선기어(30)에는 동력이 전달되지 않게 되는 등 공전상태이다.

1-4. 동력발생-링기어 정방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)와 상기 위성기어에 결합된 위성캐리어(50)에 역방향회전이 각각 전달됨으로 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)이 잠기게 되어 회전이 이루어지지 않는다.

상기 내용을 정리하면,

2. 도 5b에 도시된 바와같이 위성베어링-역방향회전가능; 캐리어베어링-정방향회전가능 일때

2-1. 동력발생-선기어 정방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 역방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)도 무부하 상태에서 정방향으로 회전하여 링기어(60)에 동력이 전달되니 않는 공전상태이다.

2-2. 동력발생-선기어 역방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)에는 정방향회전력이 전달되고, 위성캐리어(50)에는 역방향회전이 각각 전달되어, 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)이 잠기게 됨으로, 회전이 이루어지지 않는다.

2-3. 동력발생-링기어 정방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 위성캐리어(50)에 고정되어, 위성캐리어가 무부하 상태에서 정방향으로 회전하며, 상기 위성기어에 치합된 선기어(30)도 정방향으로 회전하게 되어 등속출력이 발생된다.

2-4. 동력발생-링기어 역방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 역방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)는 역방향회전력이 발생되어 고정됨으로, 위성기어(40)의 회전력은 선기어(30)에 전달되어 정방향출력이 발생된다. 이 때 상기 링기어(60)보다 선기어(30)의 기어치가 작기 때문에 증속된 정방향출력이 발생된다.

상기 내용을 정리하면

3. 도 5c에 도시된 바와같이 위성베어링-역방향회전가능; 캐리어베어링-역방향회전가능 일때

3-1. 동력발생-선기어 정방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 역방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)에는 정방향회전력이 전달되어 잠기게 되어, 위성기어에 치합된 링기어(60)가 역방향으로 회전하여 역방향출력이 발생된다. 이 때 상기 선기어(30)보다 링기어(60)의 기어치가 많기 때문에 감속된 역방향출력이 발생된다.

3-2. 동력발생-선기어 역방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)에는 정방향회전력이 전달되어 잠기게 되고, 상기 위성기어가 고정된 위성캐리어(50)는 역방향으로 회전하게 됨으로, 상기 위성기어에 치합된 링기어(60)는 역방향으로 등속출력이 발생된다.

3-3. 동력발생-링기어 정방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)와 위성캐리어(50)에 정방향회전이 각각 전달됨으로 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)이 잠기게 되어 회전이 이루어지지 않는다.

3-4. 동력발생-링기어 역방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 역방향으로 회전하게 되고, 위성캐리어(50)도 무부하 상태에서 역방향으로 회전하게 되어 선기어(30)에는 동력이 전달되지 않게 되는 등 공전상태이다.

상기 내용을 정리하면,

4. 도 5d에 도시된 바와같이 위성베어링-정방향회전가능; 캐리어베어링-역방향회전가능 일때

4-1. 동력발생-선기어 정방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)에는 역방향회전력이 전달되고, 상기 위성기어에 결합된 위성캐리어(50)에는 정방향회전이 각각 전달되어, 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)이 잠기게 됨으로, 회전이 이루어지지 않는다.

4-2. 동력발생-선기어 역방향회전; 출력부-링기어 일때

선기어(30)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 정방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)도 무부하 상태에서 역방향으로 회전하여 링기어(60)에 동력이 전달되니 않는 공전상태이다.

4-3. 동력발생-링기어 정방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 무부하 상태에서 정방향으로 회전하고, 위성캐리어(50)는 정방향회전력이 발생되어 잠기게 됨으로, 위성기어의 회전력은 선기어(30)에 전달되어 역방향출력이 발생된다. 이 때 상기 링기어(60)보다 선기어(30)의 기어치가 작기 때문에 증속된 역방향출력이 발생된다.

4-4. 동력발생-링기어 역방향회전; 출력부-선기어 일때

링기어(60)에 치합된 위성기어(40)는 위성캐리어(50)에 고정되어, 위성캐리어가 무부하 상태에서 역방향으로 회전하며, 상기 위성기어(40)에 치합된 선기어(30)도 역방향으로 회전하게 되어 등속출력이 발생된다.

상기 내용을 정리하면,

이상 선기어(30), 위성기어(40), 위성캐리어(50), 링기어(60)가 고정축(20)을 중심으로 결합된 것을 상술하고 있으나, 상술된 고정축 이외에 회전축에 각 기어를 장착하여 사용할 수 있으며, 이 때 적용되는 일방향베어링인 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)은 필요한 출력에 따라 그 회전방향을 결정시켜 장착될 수 있다.

도 6은 본 발명에서 위성기어와 위성베어링 및 위성캐리어의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도로써, 위성기어(40)의 일단 면에 베어링캡(410)을 일체로 형성하여 위성베어링(70)을 결합한다. 상기 결합방법으로는 베어링캡(410)을 위성베어링보다 크게 형성하여 위성베어링(70)을 내설하거나, 베어링캡을 위성베어링보다 작게 형성하여 베어링을 외설하거나, 동일한 지름을 형성하여 별도의 결합수단을 이용하여 결합할 수 있다.

도시된 바와같이 위성캐리어(50)는 관체로 일측단부는 폐구되고 폐구된 부분에 캐리어베어링(80)을 설치할 수 있는 홀더(510)가 형성되고, 타측단부는 선기어가 조립될 수 있도록 개구된 형상이다. 또한 관체의 양단부 일측과 이에 대향되는 타측에 각각 돌출부(520)가 형성되고, 상기 돌출부에 핀홀(530)을 형성하여 핀홀에 고정핀(51)이 삽설될 수 있도록 한다.

상기 핀홀(530)을 대응되는 두 돌출부에 각각 형성되어 한 쌍을 형성하는 것으로, 일측 돌출부에는 원형으로 형성되고, 타측 돌출부에는 일부분이 깎인 형태로 형성되어 고정핀(51)이 핀홀상에서 자유회동되는 것을 방지한다.

도 7a, 7b, 7c는 본 발명에서 정 또는 역방향구동변환시의 입, 출력부의 회전비와 토오크의 변환을 설명하기 위한 정면개략도로서,

도 7a는 등-감속의 경우로 선기어(30)구동, 위성기어(40)보조, 링기어(60)출력의 유성기어군으로 상기 각 기어의 치차수로 등, 감속비를 조정할 수 있다.

도 7b는 기본적으로는 등속-등속의 경우로 선기어(30)구동, 링기어(60)출력 또는 링기어(60)구동 선기어(30)출력의 경우 모두 위성기어(40)를 치차수가 다른 두 개의 기어를 일체 또는 한 동력으로 묶어줘서 선기어(30), 링기어(60)와 함께 치차수의 조절로 회전비를 조정한다. 또한 위성기어(40)의 상기일체 또는 한 동력으로 묶인 두개의 기어의 치차수의 비로 감속, 등속, 증속의 비를 조절할 수 있다.

도 7c는 등속-증속의 경우로 링기어(60)구동, 위성기어(40)보조, 선기어(30)출력이며 상기 각 기어의 치차수로 등속, 증속비를 조정할 수 있다.

상기 링기어(60)는 본체(22) 내부에 형성된 내치기어를 뜻하지만 상기 도 7a, 7b에서 링기어는 링기어가 형성된 본체를 포함하는 것으로 서술하였다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축에 장착된 선기어구동 링기어출력장치를 도시한 단면도이다.

도시된 바와같이 고정축(20)에는 선기어(30), 위성캐리어(50), 내주면에 링기어(60)가 형성된 본체(22)가 회동가능하게 장착되고, 상기 위성캐리어(50)에는 위성기어(40)가 장착된다. 또한, 상기 선기어(30)의 외치에 위성기어(40)가 치합되고, 상기 위성기어는 링기어(60)의 내치와 치합된다. 이러한 구조에서 상기 위성캐리어(50)는 일방향베어링인 캐리어베어링(80)에 의해 고정축에 장착되고, 상기 위성기어(40)는 위성베어링(70) 의해 위성캐리어에 장착되는 것이다. 이와같은 구조 상기 유성기어군은 링기어(60)가 형성된 본체(22)에 의해 내부의 기어군이 보호받기 때문에 외부의 먼지,오염물질등을 차단할 수 있다.

*동력전달체계를 살펴보면 다음과 같으며, 설치된 일방향베어링은 정방향으로만 회전되도록 장착되었다.

1) 구동부 정방향 구동시 : 스프라켓(310) → 선기어(30) → 위성기어(40) → 링기어(60)

2) 구동부 역방향 구동시 : 스프라켓(310) → 선기어(30) → 위성기어(40) → 링기어(60)

3) 링기어 정방향 구동시 : 링기어(60) → 위성기어(40)

4) 링기어 역방향 구동시 : 링기어(60) → 위성기어(40) → 위성캐리어(50) → 고정축(20)

또한,구동방향과 출력결과는 표 1과 같다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전축에 장착된 선기어구동 링기어출력장치를 도시한 단면도이다.

도시된 바와같이 선기어(30)는 스프라켓(310)이 형성된 회전축(21)과 일체로 형성되어 동일하게 회전하며, 위성캐리어(50)와 링기어(60)가 내주면에 형성된 본체(22)는 베어링을 이용하여 상기 회전축에 장착되고, 위성캐리어에는 일측에 위성기어(40)가 베어링결합된다. 상기 베어링 중 위성기어를 위성캐리어에 결합시키기 위한 위성베어링(70)과, 위성캐리어를 회전축에 고정시키기 위한 캐리어베어링(80)은 일방향베어링으로 구성하여 상술된 동력전달에 있어 특정방향으로 동력이 전달되도록 할 수 있다. 즉, 상기 선기어(30)의 외치는 위성기어(40)와 치합되고, 위성기어는 링기어(60)의 내치와 치합되는 것이다.

*동력전달체계는 두 일방향베어링이 정방향으로만 회전되도록 장착될 경우를 대략적으로 기재한 것이다.

1) 선기어 정방향 구동시 : 선기어(30) → 위성기어(40) →링기어(60) 출력

2) 선기어 역방향 구동시 : 선기어(30) → 위성기어(40) →링기어(60) 출력

3) 링기어 정방향 구동시 : 위성기어(40) → 위성캐리어(50)

4) 링기어 역방향 구동시 : 링기어(60) → 위성기어(40) → 위성캐리어(50)

또한,구동방향과 출력결과는 표 1과 같다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축에 장착된 링기어구동 선기어출력장치를 도시한 단면도이다.

선기어(30)는 출력부 본체와 일체로 형성하거나 고정결합하고, 고정축(20)에는 스프라켓이 결합된 링기어(60)를 회전가능하도록 결합하고, 위성캐리어(50) 및 선기어(30)는 베어링결합하되 상기 위성캐리어의 일측에는 고정축(20)으로부터 등간격의 하나 또는 다수개의 위성기어(40)를 장착하여 상기 위성기어(40)가 링기어(60)의 내치와 선기어(30)의 외치를 동시에 치합되도록 하고, 상기 기어군을 내포할 수 있는 본체(22)를 회전가능하게 장착한다.

즉, 상기 위성기어(40)를 위성캐리어(50)에 결합하는 위성베어링(70)과 위성캐리어를 고정축(20)에 결합하는 캐리어베어링(80)은 일방향베어링을 이용하여 장착함으로써 전달된 동력을 특정방향으로만 전달되도록 할 수 있다.

상기 위성베어링(70)은 역방향공전, 캐리어베어링(80)은 정방향공전으로 서로 반대방향으로 조합설치된 선기어 출력의 경우 양방향구동에서 항상 정방향 출력을 한다.

*동력전달체계를 살펴보면 다음과 같다.

1) 링기어 정방향 구동시 : 링기어(60) → 위성기어(40) → 선기어(30)출력

2) 링기어 역방향 구동시 : 링기어(60) → 위성기어(40) → 선기어(30)출력

3) 선기어 정방향 구동시 : 선기어(30) → 위성기어(40)

4) 선기어 역방향 구동시 : 선기어(30) → 위성기어(40) → 위성캐리어(50) → 고정축(20)

또한,구동방향과 출력결과는 표 2와 같다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 회전축에 장착된 링기어구동 선기어출력장치를 도시한 단면도이다.

선기어(30)는 출력부 본체와 일체로 형성하거나 고정결합하고, 회전축(21)에는 링기어(60)를 일체로 형성하고, 위성캐리어(50)와 선기어(30)를 베어링에 의해 결합하되 상기 위성캐리어에는 위성기어(40)를 베어링 결합하여 상기 선기어(30)의 외치와 위성기어(40)가 치합되도록 하고, 상기 위성기어(40)는 링기어(60)의 내치와 치합되도록 한다.

즉, 상기 위성기어(40)와 위성캐리어(50)의 결합부분과 위성캐리어(50)와 회전축(21)의 결합부분은 일방향베어링을 이용하여 장착함으로써 전달된 동력을 특정방향으로만 전달되도록 할 수 있다.

상기 위성베어링(70)은 역방향공전, 캐리어베어링(80)은 정방향공전의 서로 반대방향으로 조합설치된 선기어 출력의 경우 양방향 구동에서 항상 정방향 출력을 한다.

*동력전달체계를 살펴보면 다음과 같다.

1) 링기어 정방향 구동시 : 스프라켓(310)의 회전에 의한 회전축(21) 구동 → 링기어(60) → 위성기어(40) → 선기어(30)→ 출력

2) 링기어 역방향 구동시 : 스프라켓(310)의 회전에 의한 회전축(21) 구동 → 링기어(60) → 위성기어(40) → 선기어(30)→ 출력

3) 선기어 정방향 구동시 : 선기어(30)→ 위성기어(40)

4) 선기어 역방향 구동시 : 선기어(30)→ 위성기어(40) → 위성캐리어(50)

또한,구동방향과 출력결과는 표 2와 같다.

도 12는 본 발명의 다른 실시일예로 양방향구동에서 출력부가 일방향으로만 출력가능하도록 한 장치에서 출력부의 역방향회전시 외부 조작장치의 조작행위없이 자동으로 후진브레이크상태의 해제가 가능하도록 한 자동풀림수단이 포함된 자동 양방향구동 일방향출력장치를 도시한 단면도이다.

도시된 바와같이 고정축(20)에는 선기어(30), 라쳇휠(91), 본체(22)를 회전가능하게 장착하고, 상기 라쳇휠(91)의 일측에는 위성캐리어(50)를 장착하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 위성기어(40)가 장착된다. 상기 본체(22)는 통체 형상으로 내부에 상기 각 기어군을 내포할 수 있도록 하며, 라쳇휠(91)과 근접된 축상에는 외치기어(95)가 형성되고, 외치기어(95) 내주면은 링기어(60)가 형성된 출력부 본체와 고정결합된다. 이러한 구성에서 상기 선기어(30)는 위성기어(40)에 치합되고, 상기 위성기어는 링기어(60)의 내치와 치합된다. 그리고, 상기 위성캐리어(50)는 일방향베어링인 캐리어베어링(80)에 의해 라쳇휠(91)에 결합되고, 상기 위성기어(40)는 일방향베어링인 위성베어링(70)에 의해 위성캐리어(50)에 결합됨으로써, 위성캐리어와 위성기어를 일방향으로만 회전하도록 하는 것이다.

또한, 상기 라쳇휠(91)은 고정축(20)에 부싱(913)을 이용하여 결합될 수 있고, 외주면을 따라 다수의 걸림홈(911)이 형성되어 후술되는 레버(92)의 걸림돌기(921)가 걸릴 수 있도록 하며, 축방향으로 원통부(912)가 일부 돌출되어 있어 상기 원통부에 상술된 위성캐리어(50)가 베어링결합되는 것이다.

또한 상기 고정축(20)에는 판상의 고정지지대(94)가 본체의 내부에 포함되는 경우엔 라쳇휠(91)과 외치기어(95) 사이에 고정결합되고, 본체의 외부에 포함 되는 경우엔 외치기어(95), 라쳇휠(91), 고정지지대(94)의 순으로 결합되며, 상기 고정지지대(94)에 레버(92)의 일측이 힌지고정되는 것이다. 이와같이 일단이 힌지결합된 레버(92)는 내측에 상기 라쳇휠(91)의 걸림홈과 대응되는 걸림돌기(921)가 형성되고, 타단부에는 일방향베어링에 의해 부기어(93)가 장착되는 것이다. 상기 부기어는 본체(22)의 내측 또는 외측에 형성된 외치기어(95)와 치합된다.

상기 라쳇휠(91), 외치기어(95), 레버(92), 부기어(93)는 양방향출력장치가 후진시 잠기게 되는 것을 풀릴 수 있게 하는 자동풀림수단(90)으로써, 상기 레버(92)가 힌지축을 중심으로 회동가능하게 하기 위해 일단과 타단이 레버(92)와 고정지지대(94)에 각각 결합되는 스프링(96)을 더 설치하여 자동풀림상태에서 레버가 원위치로 복원될 수 있도록 한 것이다.

즉, 상기 자동풀림수단(90)은, 양방향 구동시와 공전클러치 상태에서는 작동되지 않고, 출력부인 링기어(60)의 후진방향 회전이 필요시 회전잠김의 브레이크 상태에서 외부 조작행위없이 자동으로 작동하여 잠긴 후진브레이크 상태를 강제해제시켜 후진방향의 회전을 가능하게하는 것이다.

한편, 상기 자동풀림수단이 포함된 자동 양방향구동 일방향출력장치는 고정축을 회전축으로 형성할 수 있다. 이 때 회전축에는 선기어와 라쳇휠을 회전가능하게 결합하고, 상기 라쳇휠은 회전축과 동일한 축상으로 원통부를 돌출형성하여 위성케리어를 결합하는 것이다.

또한, 상기 자동풀림수단(90)에서 레버(92)의 일단에 장착되는 부기어(93)를 제거하고 단속장치를 장착하여 레버와 연결함으로써 출력부인 링기어의 후진방향 회전이 필요시 회전잠김의 브레이크 상태에서 외부 수동조작행위에 의해 레버(92)를 상기 라쳇휠(91)로부터 강제 이탈시켜 양방향구동의 출력부 일방향출력과 공전클러치 상태, 후진브레이크상태등과 함께 출력부 후진방향의 회전작용이 가능하도록 할 수 있다.

그리고 도시되지 않았지만, 본 발명의 자동 양방향구동 일방향출력장치에 자동풀림수단이 포함된 다른 실시일예로 고정축(20)에는 링기어(60)와 라쳇휠(91)을 회전가능하도록 결합하고, 상기 라쳇휠은 고정축과 동일한 축상으로 원통부(912)를 돌출형성하여 상기 원통부에 위성캐리어(50)를 일방향베어링인 캐리어베어링(80)으로 결합하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 설치된 위성기어(40)를 결합하여 링기어(60)의 내치와 치합되도록 하고, 상기 고정축(20)에는 상기 기어군을 내포할 수 있도록 원통체로 형성된 본체(22)를 회전가능하도록 결합하되 상기 본체의 내주면 일측에는 선기어를 형성하여 선기어(30)의 외치가 위성기어(40)와 치합되도록 하고, 상기 본체의 내부 또는 외부 일면에는 외치기어(95)를 더 형성하고, 상기 외치기어와 근접한 고정축의 일측에는 곡부안내면(941)이 형성된 고정지지대(94)를 형성하고, 상기 고정지지대의 일측에는 반원의 곡부가 형성된 레버(92)를 힌지결합하고, 상기 레버(92)의 일면에 안내돌기(922)를 형성하여 외치기어(95)보다 큰 반경으로 갖는 고정지지대(94)의 곡부안내면(941)을 따라 왕복 슬라이딩하도록 하고, 상기 레버(92)의 내측에는 걸림돌기(921)를 형성하여 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)과 치합되도록하되, 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)은 상기 레버(92)의 내측의 걸림돌기(921)의 너비보다 넓게하여 이탈 유격을 갖도록 하고, 상기 레버(92)의 일측에는 일방향베어링인 부베어링(931)을 이용하여 부기어(93)를 결합하되 상기 부기어는 외치기어(95)와 치합되도록 하고, 일단이 레버(92)에 결합되고 타단이 고정지지대에 결합된 스프링(96)을 설치하여 레버가 원위치로 복원될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 자동 양방향구동 일방향출력장치에 자동풀림수단이 포함된 또다른 실시일예로는 회전축(21)에는 링기어(60)와 라쳇휠(91)을 회전가능하도록 결합하고, 상기 라쳇휠은 회전축과 동일한 축상으로 원통부(912)를 돌출형성하여 상기 원통부에 위성캐리어(50)를 일방향베어링인 캐리어베어링(80)으로 결합하여, 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 설치된 위성기어(40)를 결합하여 링기어(60)의 내치와 치합되도록 하고, 상기 회전축(21)에는 상기 기어군을 내포할 수 있도록 원통체로 형성된 본체(22)를 회전가능하도록 결합하되 상기 본체의 내주면 일측에는 선기어를 형성하여 선기어(60)의 외치가 위성기어(40)와 치합되도록 하고, 상기 본체의 내부 또는 외부 일면에는 외치기어(95)를 더 형성하고, 상기 외치기어와 근접한 외부 고정체에는 일측에 곡부안내면(941)이 형성된 고정지지대(94)를 형성하고, 상기 고정지지대 일측에는 반원의 곡부가 형성된 레버(92)를 힌지결합하고, 상기 레버(92)의 일면에 안내돌기(922)를 형성하여 외치기어(95)보다 큰 반경으로 갖는 고정지지대(94)의 곡부안내면(941)을 따라 왕복 슬라이딩하도록 하고, 상기 레버(92)의 내측에는 걸림돌기(921)를 형성하여 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)과 치합되도록하되, 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)은 상기 레버(92)의 내측의 걸림돌기(921)의 너비보다 넓게하여 이탈 유격을 갖도록 하고, 상기 레버(92)의 일측에는 일방향베어링인 부베어링(931)을 이용하여 부기어(93)를 결합하되 상기 부기어는 외치기어(95)와 치합되도록 하고, 일단이 레버(92)에 결합되고 타단이 고정지지대에 결합된 스프링(96)을 설치하여 레버가 원위치로 복원될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

도 13a와 도 13b는 도 12의 자동풀림수단의 잠금 및 풀림 등 작동상태를 도시한 단면도이다.

도 13a를 참조한 바와같이 선기어(30)의 정방향 구동에 의해 최종출력이 링기어(60)를 통해 정방향회전이 발생되면, 상기 본체(22)는 링기어와 동일하게 정방향으로 회전력이 발생되어 회전하고, 본체에 형성된 외치기어(95)도 정방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상기 외치치어(95)에 치합된 부기어(93)는 역방향으로 회전하게 됨으로, 외치기어의 회전력을 레버(92)로 전달하지 않게 됨에 따라 상기 레버는 스프링(96)의 탄성력에 의해 라쳇휠(91)에 결합되는 것이다. 즉, 레버(92)의 걸림돌기(921)가 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)에 삽입되어 라쳇휠(91)이 회전하는 것을 방지함으로 라쳇휠을 고정축(20)에 고정시키는 것이다.

반대의 경우로는 도 13b를 참조한 바와같이 후진시 본체에는 역방향 회전력이 발생되어 본체(22)의 링기어(60)와 치합된 위성기어(40), 위성캐리어(50)가 잠기게 됨으로, 상기 위성캐리어(50)는 라쳇휠(91)에 고정되는 것이다. 반면, 본체(22)와 일체로 형성된 외치기어(95)는 역방향으로 회전하게 되어 외치기어(95)와 치합된 부기어(93)는 정방향으로 회전하려고 한다. 아울러 상기 부기어(93)의 일방향베어링인 부베어링(931)은 역방향만 가능하게 되어 있어 상기 정방향의 회전력에 의해 부기어가 잠기게 되는 것이다. 따라서, 외치기어(95)의 역방향 회전력을 상기 부기어(93)가 장착되어 있는 레버(92)에 전달되어 상기 레버가 힌지축을 중심으로 역방향으로 회전하게 되며, 이 때 상기 레버(92)의 일측에 형성된 안내돌기(922)가 고정지지대(94)의 곡부안내면(941)을 따라 슬라이딩하게 된다. 즉, 상기 곡부안내면(941)의 반경이 외치기어(95)보다 크게 형성됨으로, 곡부안내면(941)을 접하여 슬라이딩되는 안내돌기(922)에 의해 레버(92)는 고정지지대(94)의 곡부안내면과 동일한 회전반경을 갖게 역방향 회전하는 것이다. 이 과정에서 걸림돌기(921)는 라쳇휠의 걸림홈(911)에서 이탈되어 라쳇휠(91)의 잠금이 풀리게 됨으로, 라쳇휠(91)이 고정축(20)을 중심으로 회전가능하게 되어 출력부인 본체(22)가 회전가능하게 되는 것이다. 또한, 상기 레버(92)의 역방향회전이 완료된 지점에서는 부기어(93)가 외치기어(95)의 치차로부터 이탈된 채 복원준비를 한다.

이때 상기 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)은 상기 레버(92) 내측의 걸림돌기(921) 너비보다 넓게하여 상기 외치기어(95)가 역방향회전할 경우 또는 상기 라쳇휠(91)이 상기 위성캐리어(50)와 함께 잠긴상태로 역방향회전할 경우에 상기 레버(92) 내측의 걸림돌기(921)가 상기 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)으로부터 용이하게 이탈될 수 있는 유격을 제공한다.

또한, 역방향에서 정방향으로 구동이 전환되면도 13a의 설명에서 서술된 바와같이 레버(92)는 역방향으로 미는 힘이 제거되어 결합된 스프링(96)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복원되며, 레버(92)의 걸림돌기(921)가 라쳇휠의 걸림홈(911)에 삽입되어 라쳇휠(91)이 고정되게 하는 것이다.

상술한 바와같이 풀림수단은 자동으로 이루어지는 것 이외에 도 14에 도시된 바와같이, 상기 레버(92)에는 와이어케이블(922)의 일단이 연결되고, 상기 와이어케이블의 타단은 단속레버에 연결되어 있다. 따라서, 상기 단속레버를 수동조작하게 되면, 와이어케이블이 일측으로 당겨져 고정지지대(94)에 힌지결합된 부분을 중심으로 레버(92)가 회전하게 됨으로, 레버의 걸림돌기(921)가 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)에서 이탈된다. 또한, 단속레버를 가하는 하중을 제거하면, 레버는 스프링(96)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀하면서 라쳇휠에 고정되는 것이다.

한편, 상기 서술한 예는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 자동 양방향구동 일방향 출력장치는,

유성기어군와 일방향베어링의 규칙적 조합으로 순, 역방향변환 구동의 동력전달경로가 일원화된 직렬형으로 간단, 명료하여 비교적 부피가 크고 이원화 된 병렬형의 베벨기어를 대체하여 순방향 또는 역방향의 양방향 구동력을 일방향으로의 출력과 공전클러치상태, 후진브레이크상태등을 별도의 조작행위없이 자동으로 가능하게 하며, 구조의 단순화로 소형사이즈제작이 가능하고 경량화 및 견고성과 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있어 설계제작용이, 조립공정의 단순화, 제조비용 절감과 고장율을 저하시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

또한 소음이 없고, 먼지등 오염물질의 내부유입차단과 기본구성에서 작은부품이 없어서 내구성과 고장방지에 탁월하며, 외부 별도의 연결 조작장치가 없는 내장형이므로 외관이 수려하고 외부충격으로부터 파손과 변형의 우려감소, 설치장소선택에 제한을 없애 수 있게 되었다.

또한, 일방향베어링이 회전되는 방향과 각 기어의 치차수, 크기와 형상을 조 정하여 등속, 감속, 증속의 다양한 회전과 토오크의 출력을 얻을 수 있어 다양한 분야에 적용 가능하도록 하고, 구동의 변환을 위해 외부의 별도의 조작을 할 필요가 없기 때문에 순,역구동변환 시 구동의 순간적 멈춤과 동력전달의 끊김현상을 유발하여 경사로, 요철, 위험노면에서의 막대한 성가심과 부상초래의 위험을 사전에 방지하며 특히 자전거에 적용하면 경사로등반시 하향으로 미끄러지는 것을 방지할 수 있고, 요철구간에서는 역구동변환시 감속에 따른 큰 힘으로 요철과 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하며, 장거리 주행시에는 순방향과 역방향을 번갈아가면서 구동시킬 수 있으므로 장시간사용의 사전 부담감해소, 근육에 대한 피로를 낮추고 단조로움을 피할 수 있다.

또한, 자동풀림수단을 더 설치하여, 후진이 필요할 시에는 자동으로 브레이크상태로 잠기게 되는 것을 별도의 조작레버와 사용자의 조작행위 없이 다시금 자동으로 후진이 가능하게하는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

아울러, 자동풀림수단을 수동화로 제작하여 양방향구동의 출력부 일방향출력과 공전클러치 상태, 후진브레이크상태등과 함께 출력부 후진방향의 회전작용을 모두 제공할 수 있게 된 것이다.

또한, 본 발명은 제품의 신뢰도와 선호도를 한층 높이고 사용자에게 흥미유발과 사용의욕을 고취시키는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

Claims (11)

1. 고정축(20)에는 선기어(30)와 위성캐리어(50)를 각각 결합시키되 상기 선기어(30)는 자유회전 가능하도록 결합하고, 상기 위성캐리어(50)는 중심에 일방향베어링인 캐리어베어링(80)을 장착하여 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어(50)의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 중심에 설치된 위성기어(40)를 결합하되 상기 위성베어링(70)의 중심축을 위성캐리어(50)에 일체로 결합하고, 상기 위성기어(40)에는 위성캐리어(50)와 동일한 축상에 자유회동가능하게 장착된 링기어(60)의 내치와 치합되게 결합함을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
2. 회전축(21)에는 선기어(30)와 위성캐리어(50)를 각각 결합시키되 상기 선기어(30)는 회전축에 일체로 형성하고, 상기 위성캐리어(50)는 중심에 일방향베어링인 캐리어베어링(80)을 장착하고, 상기 캐리어베어링의 중심은 외부고정체에 고정되어 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어(50)의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 중심에 설치된 위성기어(40)를 결합하되 상기 위성베어링(70)의 중심축을 위성캐리어(50)에 일체로 결합하고, 상기 위성기어(40)에는 위성캐리어(50)와 동일한 축상에 자유회동가능하게 장착된 링기어(60)의 내치와 치합되게 결합함을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
3. 고정축(20)에는 선기어(30)와 라쳇휠(91)을 회전가능하도록 결합하고, 상기 라쳇휠은 고정축과 동일한 축상으로 원통부(912)를 돌출형성하여 상기 원통부에 위성캐리어(50)를 일방향베어링인 캐리어베어링(80)으로 결합하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 설치된 위성기어(40)를 결합하여 선기어(30)의 외치와 치합되도록 하고, 상기 고정축(20)에는 상기 기어군을 내포할 수 있도록 원통체로 형성된 본체(22)를 회전가능하도록 결합하되 상기 본체의 내주면 일측에는 링기어를 형성하여 링기어(60)의 내치가 위성기어(40)와 치합되도록 하고, 상기 본체의 일면에는 외치기어(95)를 더 형성하고, 상기 외치기어와 근접한 고정축에는 일측에 곡부안내면(941)으로 형성된 고정지지대(94)를 형성하고, 상기 고정지지대에는 반원의 곡부가 형성된 레버(92)를 힌지결합하고, 상기 레버(92)의 일면에 안내돌기(922)를 형성하여 외치기어(95)보다 큰 반경으로 갖는 고정지지대(94)의 곡부안내면(941)을 따라 왕복 슬라이딩하도록 하고, 상기 레버(92)의 내측에는 걸림돌기(921)를 형성하여 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)과 치합되도록하되, 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)은 상기 레버(92)의 내측의 걸림돌기(921)의 너비보다 넓게하여 이탈 유격을 갖도록 하고, 상기 레버(92)의 일측에는 일방향베어링인 부베어링(931)을 이용하여 부기어(93)를 결합하되 상기 부기어는 외치기어(95)와 치합되도록 하고, 일단이 레버(92)에 결합되고 타단이 고정지지대에 결합된 스프링(96)을 설치하여 레버가 원위치로 복원될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
4. 회전축(21)에는 선기어(30)와 라쳇휠(91)을 결합하되, 상기 선기어는 회전축과 일체로 형성하고, 상기 라쳇휠은 회전가능하게 결합하고, 상기 라쳇휠은 회전축과 동일한 축상으로 원통부(912)를 돌출형성하여 상기 원통부에 위성캐리어(50)를 일방향베어링인 캐리어베어링(80)으로 결합하여 위성캐리어가 일측방향으로만 회전되도록 하고, 상기 위성캐리어의 일측에는 일방향베어링인 위성베어링(70)이 설치된 위성기어(40)를 결합하여 선기어(30)의 외치와 치합되도록 하고, 상기 회전축(21)에는 상기 기어군을 내포할 수 있도록 원통체로 형성된 본체(22)를 회전가능하도록 결합하되 상기 본체의 내주면 일측에는 링기어를 형성하여 링기어(60)의 내치가 위성기어(40)와 치합되도록 하고, 상기 본체의 일면에는 외치기어(95)를 더 형성하고, 상기 외치기어와 근접한 회전축에는 일측에 곡부안내면(941)으로 형성된 고정지지대(94)를 형성하고, 상기 고정지지대에는 반원의 곡부가 형성된 레버(92)를 힌지결합하고, 상기 레버(92)의 일면에 안내돌기(922)를 형성하여 외치기어(95)보다 큰 반경으로 갖는 고정지지대(94)의 곡부안내면(941)을 따라 왕복 슬라이딩하도록 하고, 상기 레버(92)의 내측에는 걸림돌기(921)를 형성하여 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)과 치합되도록하되, 라쳇휠(91)의 걸림홈(911)은 상기 레버(92)의 내측의 걸림돌기(921)의 너비보다 넓게하여 이탈 유격을 갖도록 하고, 상기 레버(92)의 일측에는 일방향베어링인 부베어링(931)을 이용하여 부기어(93)를 결합하되 상기 부기어는 외치기어(95)와 치합되도록 하고, 일단이 레버(92)에 결합되고 타단이 고정지지대에 결합된 스프링(96)을 설치하여 레버가 원위치로 복원될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
5. 제 2항 또는 4항에 있어서,

   상기 회전축(21)에는 선기어(30)를 회전가능하게 장착하고, 링기어(60)는 일체로 결합됨을 특징으로 하는 자동양방향구동 일방향 출력장치.
6. 제 3항 또는 4항에 있어서,

   상기 레버(92)에는 수동조작되는 단속레버에 일단이 연결된 와이어케이블(922)을 연결하여 수동에 의해 레버의 걸림돌기(921)가 라쳇휠의 걸림홈(911)에서 이탈될 수 있도록 함을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
7. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 위성캐리어(50)에는 하나 또는 다수개의 위성기어(40)가 위성캐리어의 중심축에서 등간격으로 결합됨을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)은 시계방향인 순방향으로만 회전가능하도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 위성베어링(70)은 시계방향인 순방향으로만 회전하고, 캐리어베어링 (80)은 반시계방향인 역방향으로만 회전가능하도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 위성베어링(70)은 반시계방향인 역방향으로만 회전하고, 캐리어베어링(80)은 시계방향인 순방향으로만 회전가능하도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 위성베어링(70)과 캐리어베어링(80)은 반시계방향인 역방향으로만 회전가능하도록 한 것을 특징으로 하는 자동 양방향구동 일방향 출력장치.

Images