KR101088799B1 - 자전거의 허브에 내장되어 모터 및 페달의 입력을 다단으로 속도 변환시키는 기어 변속기 - Google Patents

자전거의 허브에 내장되어 모터 및 페달의 입력을 다단으로 속도 변환시키는 기어 변속기 Download PDF

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Abstract

전기자전거 및 스쿠터용으로 모터와 변속기가 결합되어 뒷바퀴 또는 앞바퀴 허브에 내장되는 변속기가 개시된다. 본 발명에 따른 변속기는 모터 또는 페달의 동력을 변속장치를 통해 바퀴의 허브쉘로 출력시키게 된다. 변속장치는 모터의 출력부 또는 감속부를 통한 출력부를 변속장치의 입력측으로 사용하며, 변속장치 입력측의 타측에는 드라이버의 동력을 일방향 회전 입력받도록 일방향클러치가 구성되며 변속장치의 입력측은 변속장치에 유성기어열의 캐리어로 통용되며 캐리어에는 핀에 의해 결합되는 다단의 유성기어와 각단의 유성기어와 맞물려 외부의 변속레버에의해 선택적으로 샤프트에 구속 되는 선기어와, 유성기어와 맞물려 변속장치의 변속된 동력을 허브쉘로 전달하는 링기어와, 캐리어에 핀으로 결합되어 외부의 변속레버에 의해 모든 선기어가 샤프트에 구속 되지 않을 때 링기어의 기어이빨에 결합되어 캐리어의 동력을 직결로 링기어에 전달하는 1속폴과, 선기어들을 외부의 변속레버의 조작에의하여 선택적으로 샤프트에 구속시키는 변속제어부를 포함한다. 링기어와 허브쉘은 출력폴로 연결되어 허브쉘이 링기어보다 빠른 속도로 회전될 때 동력이 역입력 되지 않게 할 수 있다.

Description

자전거의 허브에 내장되어 모터 및 페달의 입력을 다단으로 속도 변환시키는 기어 변속기{A transmission}
본 발명은 자전거의 허브에 내장되는 변속기에 관한 것으로 모터가 내장되어 있는 전동자전거 또는 스쿠터와 일반 페달링 자전거 모두에 적용할 수 있는 다단 기어 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 인력에 의해 페달을 구르면서 바퀴를 회전시켜 전진하는 운송수단이다.
이러한 자전거는 인력을 대체하기 위해 모터에 의해 구동되는 전동식으로 발전하여왔다.
전동식 자전거는 엑셀러레이터(Accelerator)를 조작하여 모터의 회전력을 조절함으로써, 저속에서부터 고속까지 자전거의 속도를 제어할 수 있게 되며, 이러한 엑셀러레이터에 의한 구동방식을 스쿠터식이라고 칭하고 있다.
또한, 전동식 자전거는 페달을 구를 때에 이를 감지하여 자동으로 모터가 회전되도록 하는 페달도움식 또는, 파스(PAS)방식도 있다.
허브내부에 모터를 내장한 허브형 모터는 일반적인 모터와 마찬가지로 회전속도가 낮아지면 효율이 급격하게 저하 되어 전기자전거 또는 스쿠터의 구동능력이 떨어진다. 따라서 저속에서 구동력을 좋게 하기 위해서는 변속기가 필요하다. 허브내에 변속기와 모터를 모두 내장한 허브형 모터는 최근에서야 개발이 되고 있다.
이러한 변속기는 일반적으로 모터의 입력만을 변속하는 것 이며 모터 또는 페달의 구동에 의해 자전거가 운행되는 동안에는 변속제어부에 부하가 걸리면 속도변환이 되지 않는 실정이다.
모터의 입력과 페달의 입력을 하나의 변속기로 입력받아 이를 모터 또는 페달의 구동이 있는 동안에도 원하는 변속단으로 즉시 변환하는 것은 쉽지 않은 문제 가 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기자전거 또는 스쿠터 및 일반자전거의 허브 내장형 변속기에 적용할 수 있는 변속기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 변속기 내장형 허브 모터는,
모터와, 페달의 동력을 변속장치를 통해 허브쉘로 출력시키는 변속기에 있어서,
변속장치는,
모터에 일측이 치합되면서 타측은 페달과 연결된 드라이버에 스플라인 끼워 맞춤 또는 일방향 회전만 구속되도록 결합되는 캐리어와, 캐리어에 접속되면서 변속을 일으켜 허브쉘로 전달하는 링기어와, 캐리어내에 장착되어 링기어와 직결되는 1속폴과, 캐리어내에 장착되어 링기어를 증속시키는 다단유성기어와, 다단유성기어와 맞물려있으면서 선택적으로 샤프트에 구속되는 선기어와, 선기어를 외부의 변속 레버에 의해 샤프트에 선택적으로 구속 되도록 하는 변속 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기를 제공한다.
여기에서, 모터와 캐리어는 감속유성기어에 의해 연결되어 감속비를 줄 수도 있다.
또한, 링기어와 허브쉘은 출력폴로 연결되어 허브쉘이 링기어보다 빠른 속도로 회전될 때 동력이 역입력 되지 않게 할 수 있다.
그리고 변속제어부는,
다단유성기어의 내측에 치합된 2속선기어 및 3속선기어를 선택적으로 구속시키기 위한 2속폴 및 3속폴과, 2속폴 및 3속폴의 인접한 샤프트상에 장착되어 2속폴 및 3속폴을 선택적으로 눌러주도록 제어하면서 변속레버와 일방향 탄력적으로 연결된 폴제어링과, 폴제어링의 타측에 돌출된 연장편이 내측의 유격홈을 관통하도록 폴제어링의 옆에 배치되는 미끄럼링과, 드라이버의 내측면상에 장착되어 폴제어링 및 미끄럼링의 외주면으로 연장되는 강제복귀폴을 포함하며,
폴제어링의 외주면상에는 강제복귀폴에 구속되는 레칫홈이 형성되고, 미끄럼링의 외주면상에는 레칫홈보다 앞서도록 형성되어 강제복귀폴이 미끄러져 헛돌게 하는 미끄럼홈이 형성됨이 바람직하다.
그리고 미끄럼링의 옆에는 연장편에 삽입 고정되어 폴제어링과 일체로 회전 하는 회전링이 제2복귀스프링에 의해 배치되고, 회전링의 내측 옆에는 변속레버에 의해 회전력을 전달받는 전달링이 제1복귀스프링에 의해 배치되며, 전달링에는 회전링과 미끄럼링을 일방향으로만 회전시키도록 연장된 제1아암이 형성됨이 바람직하다.
이때, 2속선기어의 내측과 3속선기어의 내측에는 샤프트에 조립된 폴에 치합되는 레칫이빨이 형성되어 있고 타측에 샤프트측과 미끄럼 회전 지지되도록 레칫이빨의 내주면보다 축방향의 아래측으로 연장된 내주면이 일체로 형성되어 기어열이 흔들리지 않고 샤프트에 지지되어 회전되도록 접촉지지할 수 있도록 접촉지지부를 둔다. 또한 샤프트에는 폴의 세워짐이 필요한 폴의 걸림부 및 제어부 부분이 조립되는 부분만 넓게 컷팅하고 얇은 연장부가 조립되는 부분은 얇은 연장부가 안착되어 회전할 정도로만 개구하여 원주방향의 나머지부분은 원형을 유지하도록 하여 선기어의 가이드부와 미끄럼 회전 지지를 원활 하게 한다.
또한, 상기 샤프트는 2속폴 및 3속폴이 샤프트에 안착되었을 때에는 2속폴 및 3속폴의 움직임은 폴자리부 형상에 의해 샤프트의 폴자리부에 폴이 세워지거나 눕혀지는 회전중심에서 일정각도를 회전하거나 회전축의 축직선 방향으로만 끼워지게 제한되어 회전축의 축직각 방향으로는 빠져나오지 못하게 되어 있어 2속폴 및 3속폴이 샤프트와 흔들림이 적게 안착되도록 형성한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 변속기는 모터 및 페달의 입력동력을 변속장치를 통해 저속에서부터 고속까지 마음대로 변환시킬 수 있게 된다.
또한, 변속기가 작동되고 있는 중이나 또는 작동되고 있지 않는 중이라도 모터쪽 입력 또는, 페달쪽 입력을 모두 받을 수 있는 잇점이 있게 된다.
또한, 모터쪽 입력 및 페달쪽 입력이 모두 전가되어 변속장치내에서 부하가 발생되어 선택한 변속단으로 변환되지 못하는 것을 해결하였다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변속기를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 프리휠 즉 일방향 클러치(132)가 마련된 스프로켓(130)이 사용되는 방식의 변속기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에서 프리휠이 결합되는 부분에 스플라인 끼워 맞춤홈을 형성하여 일반적인 스프로켓(130)이 결합되는 방식의 변속기를 나타낸 단면도로 모터(120)에 의한 캐리어(210)의 작동이 스프로켓(130)쪽으로 전가되지 않도록 드라이버(135)에 일방향클러치(137)가 장착되게 된다.
여기에서, 도 1에 변속기(100)의 내부에는 드라이버(135)와 캐리어(210)를 스플라인(136)에 의해 결합시키기 때문에 스프로켓(130)에 일방향클러치(132)가 반드시 마련되는 것이다.
도 1은 모터에 입력으로 캐리어가(210)회전 될 때 캐리어에 스플라인 끼워 맞춤 결합 되어진 드라이버(135)가 같이 회전하고, 도 2는 모터에 입력으로 캐리어(210)가 회전 될 때 일방향클러치방식(137)으로 결합되어진 드라이버(135)가 회전되지 않는 차이만 있다.
따라서 도 1과 도 2는 도 1 기준으로 동일하게 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 크게 분류하여 샤프트(110a, 110b)와, 모터(120)와, 변속장치(200)와, 출력 허브쉘(140)과, 페달의 구동력을 체인 전달 장치에 의해 입력 받는 스프로켓(130)을 포함하게 된다.
본 발명에 따른 변속기(100)는, 샤프트(110)가 회전되지 않고 고정되는 것으 로, 내부의 모터(120)나 스프로켓(130)이 회전되어 이를 변속장치(200)를 통해 바퀴가 결합되는 허브쉘(140)로 동력을 출력하게 되는 것이다.
따라서 모터(120)가 샤프트(110a)에 고정되고, 이 모터(120)의 회전축(122)에 변속장치(200)의 일측 입력부가 연결되면서 변속장치(200)의 타측 입력부에 드라이버(135)가 연결되고, 변속장치(200)의 출력부와 샤프트(110a)에 허브쉘(140)이 결합된다.
바람직하게는 샤프트(110)는 두개로 분리되어 일측의 샤프트(110a)는 모터(120)가 결합되고, 타측의 샤프트(110b)는 변속장치(200) 및 드라이버(135)이 결합된다. 그리고 허브쉘(140)은 일측의 샤프트(110a)와 변속장치(200)에 회전가능하게 결합된다.
도 3은 도 1의 변속장치를 상세하게 보이기 위해 샤프트의 상측부위만 확대하여 도시한 단면도이다.
먼저, 변속장치(200)는 도 3에서 보는 바와 같이 모터(120)의 회전축(122)과 치합되는 캐리어(210)를 갖는다. 캐리어(210)는 모터(120)의 동력 및 드라이버(135)의 동력을 입력받는 것으로, 모터(120)쪽에는 감속비를 주기 위해 감속유성기어(212)를 배치하여 연결시킬 수 있다. 즉, 모터(120)의 종류에 따라 감속비가 필요한 모터의 경우에는 감속유성기어(212)를 통해 캐리어(210)에 입력시키고, 감속비가 필요 없는 모터의 경우에는 바로 캐리어(210)에 입력시켜도 된다.
그리고 모터(120)의 반대쪽 캐리어(210)에는 스프로켓(130)과 일체로 결합된 드라이버(135)가 스플라인(136)으로 연결된다.
이때, 전술한 도 2의 변속기(100-1)는 캐리어(210)와 드라이버(135)는 동력차단폴(137)로 연결되어 캐리어(210)쪽에서 드라이버(135)쪽으로는 동력이 전가되지 않도록 구성시키게 되는 것이다. 즉, 동력차단폴(137)은 사선방향으로 세워지게 장착되는 것으로, 기울어진 방향으로만 구속되고, 누워진 방향쪽으로는 헛돌게 되는 것이다.
다음으로, 모터(120)쪽과 스프로켓(130)쪽에서 동력을 입력받은 캐리어(210)는 링기어(220)와 연결된다.
캐리어(210)와 링기어(220)는 세가지 형태로 연결되게 되는데, 첫 번째는 1속폴(230)에 의해 연결되고, 두 번째 및 세 번째는 다단유성기어(240)에 의해 연결된다.
1속폴(230)은 캐리어(210)와 링기어(220)가 다이렉트로 연결되게 하는 것으로, 증속비 없이 1:1의 비율로 연결된다.
다단유성기어(240)는 잇수가 많은 2속유성기어(241)와 잇수가 적은 3속유성기어(242)가 하나의 유성기어에 형성되어 있는 것으로, 링기어(220)의 내주면상에 치합되어 동력을 증속시키면서 연결된다. 물론, 링기어(220)의 내주면상에는 1속폴(230)이 구속되면서 2속유성기어(241) 또는 3속유성기어(242)가 치합되는 내접기어가 형성됨이 당연할 것이다.
여기에서, 다단유성기어(240)의 2속유성기어(241) 및 3속유성기어(242)는 그 내측에 각각 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)가 치합되는데, 이러한 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)는 샤프트(110b)상에 장착되는 2속폴(301) 및 3속 폴(302)이 선택적으로 세워지거나 눕혀지면서 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)를 구속하게 된다.
이와 같은 2속폴(301) 및 3속폴(302)은 외부의 변속기 레버(160)에 의해 폴제어링(310)이 회전되면서 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 세우거나 눕히게 되는 통상적인 것이다.
결과적으로, 링기어(220)는 출력폴(225)에 의해 허브쉘(140)과 접속되어 링기어(220)의 회전력이 허브쉘(140)로 전달되어 허브쉘(140)에 결합된 바퀴가 구동되는 것이다. 이때의 출력폴(225)도 사선방향으로 장착된 것으로, 링기어(220)쪽에서의 동력만을 허브쉘(140)로 출력하고, 허브쉘(140)쪽에서의 역입력은 헛돌게 하는 역할을 수행한다.
전술한 바와 같은 변속장치(200)의 구성에 의해 모터(120)쪽에서의 동력 입력이나, 스프로켓(130)쪽에서의 동력 입력이 캐리어(210)를 통해 1속폴(230)이나 다단유성기어(240)에 의해 변속되어 링기어(220)와 허브쉘(140)로 출력된다.
이때, 1속폴(230)은 2속유성기어(241)나 3속유성기어(242)가 접속될때에 링기어(220)가 더 빨리 회전되므로 걸림이 없이 겉돌게 된다.
또한, 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 둘다 세워져 둘다 구속이 된다고 하여도 3속폴(302)에 의해 접속된 속도비의 차이 즉 3속유성기어(242)와 2속유성기어에 의해 2속선기어가 2속폴에(301) 걸리지 않는 방향으로 회전되어 2속폴(301)의 기능을 무력화 시킬 수 있게 되는 것이다. 이는 3속폴(302)만 세우나 3속폴(302)과 2속폴(301)을 모두 세우나 변속기가 3속상태가 되어 동일한 효과가 된다.
다음은 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 컨트롤하는 변속제어부(300)를 살펴보자.
2속폴(301) 및 3속폴(302)은 전술한 바와 같이 변속레버(160)에 연결되어 회전되는 폴제어링(310)에 의해 컨트롤되나, 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 2속 및 3속선기어의 내주면에 형성된 레칫(255, 256)에 강하게 걸려있는 상태에서 억제되지 않는 경우가 발생될 수 있어 이를 해결하기 위해 특별한 구성을 더 마련하였다.
기본적으로 변속제어부(300)는 변속레버(160)에 와이어(325)로 연결된 레버링(320)이 샤프트(110b)상에 결합되어 일정한 각도로 회전을 하게 되고, 이 회전을 동축상의 폴제어링(310)에 전가시켜 폴제어링(310)이 일정각도내에서 회전하면서 동축상에 장착된 2속폴(301) 또는 3속폴(302)을 세우거나 눕히게 되는 것이다. 이는 폴을 폴스프링(170)으로 탄력있게 눌러줌으로 폴제어링(310)에 의해 폴이 눌리지 않으면 폴이 레칫(255, 256)과 걸릴 수 있도록 탄성적으로 세워짐으로 가능하다.
즉, 예를 들어 폴제어링(310)의 기본 위치는 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 눌러 눕혀진 상태가 되고, 이를 레버링(320)이 일방향으로 회전되면서 폴제어링(310)을 함께 회전시켜주어 2속폴(301)의 누름을 벗어나면서 세워주게 한다. 그리고 레버링(320)이 일방향으로 더 많이 회전되면서 폴제어링(310)이 계속 회전되어 2속폴(301) 뿐만 아니라 3속폴(302)도 누름이 해제되어 세워주게 된다.
그리고 다시 1속으로 가거나 또는, 2속으로 한단계 낮추기 위해서는 레버링(320)이 리턴되어야 하는데, 레버링(320)과, 폴제어링(310)의 사이에 스프링 고 정링(330)이 샤프트(110b)에 고정되게 결합되고, 이 고정링(330)의 양측으로 복귀스프링(331, 332)이 각각의 레버링(320)과 폴제어링(310)으로 연결된다. 즉, 제1복귀스프링(331)은 레버링(320)을 리턴시키고, 제2복귀스프링(332)은 폴제어링(310)을 리턴시켜 달성된다.
그러나 위와 같은 기본형태만으로 구성되면, 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)의 레칫(255,256)에 강하게 구속되는 경우에 제2리턴스프링(332)의 복귀력만으로는 2속폴(301)이나 3속폴(302)을 누를 수 없게 되어 변속에 지장을 주게 되는 문제가 발생될 수 있다.
즉, 본 발명은 모터(120)의 회전력뿐만 아니라 스프로켓(130)의 회전력도 변속장치(200)에 전달되기 때문에 자전거가 평지 운행중에 있더라도 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 선기어(251, 252)에 강하게 파고들 수 있어 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 큰 힘으로 눌러야만 해제될 수 있게 된다.
따라서 제2복귀스프링(332)이 리턴 되는데도 불구하고, 폴제어링(310)이 복귀되지 않을 경우 이를 강제적으로 복귀시키는 방안이 마련되는 것이다.
도 4는 도 3의 변속제어부를 상세하게 보인 확대 단면도이고, 도 5는 변속제어부만을 분해하여 도시한 사시도이고, 도 6은 변속제어부를 일부 결합시켜 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 강제복귀수단은 도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이 폴제어링(310)의 옆에 미끄럼링(360)을 배치하고, 이 미끄럼링(360)과 폴제어링(310)의 외주면과 맞닿는 강제복귀폴(370)을 드라이버(135)의 내측과 접속되도록 장착하여 달성된다.
즉, 드라이버(135)는 모터(120)에 의해서나 또는 스프로켓(130)에 의해서 회전하게 되는데, 이러한 회전력을 강제복귀폴(270)을 통해 폴제어링(310)측으로 강제 전달시키게 되는 것이다.
이때, 폴제어링(310)의 외주면상에는 강제복귀폴(370)이 구속되도록 레칫홈(315)이 형성되고, 미끄럼링(360)의 외주면상에는 강제복귀폴(370)이 구속되지 않는 완만하게 굴곡진 미끄럼홈(365)이 형성된다. 그리고 폴제어링(310)에 결합되어 일체로 회전되는 회전링(350)의 걸림턱(357)과 미끄럼링(360)의 걸림턱(367)이 전달링(340)의 제1제어암(341)에 의해 일렬로 정렬 될 때 미끄럼홈(365)을 폴제어링(310)의 레칫홈(315)보다 앞쪽으로 위치시켜 강제복기폴(370)이 폴제어링(310)의 레칫홈(315)에 구속되지 않고 미끄럼홈(365)에 미끄러지도록 설정한다.
따라서 정상적일 때에는 강제복귀폴(370)이 먼저 닿고 있는 미끄럼홈(365)위에서 헛돌다가 2속폴(301) 및 3속폴(302)에 부하가 걸리는 경우에는 미끄럼링(360)이 유격홈(361)과 폴제어링(310)에 연장편(312)의 공간만큼 회전하면서 미끄럼홈(365)가 폴제어링(310)의 레칫홈(315)의 뒤쪽으로 위치하여 강제복귀폴(370)이 폴제어링(310)에 구속됨으로써, 모터 구동력 또는 페달의 구동력이 폴제어링(310)에 전달되어 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 강제로 제어하게 되는 것이다.
그렇다면, 2속폴(301) 및 3속폴(302)에 부하가 걸려 리턴스프링 복원력만으로 폴제어링(310)이 작동되는 경우에 누름편(311)로 폴이 눕혀지지 않는 이상을 느끼는 순간에 이를 감지하여 폴제어링(310)의 레칫홈(315)에 앞서 있는 미끄럼 링(360)을 뒤쪽으로 회전시켜주는 구조를 살펴보아야 할 것이다.
폴제어링(310)에는 일측면상에 2속폴(301)이나 3속폴(302)을 눌러주는 누름편(311)이 형성되어 있고, 2속폴(301)을 선택적으로 눌러주는 누름편(311a)과 3속폴(302)을 선택적으로 눌러주는 누름편(311b)를 번갈아 형성하고 타측면상에는 돌출된 연장편(312)이 형성되어 있다.
그리고 미끄럼링(360)의 내측면상에는 연장편(312)이 일정한 회전상의 유격을 갖고 관통하도록 홈이 파진 유격홈(361)이 형성된다. 이때, 유격홈(361)은 연장편(312)의 폭길이 보다 더 넓게 형성된다. 또한, 유격홈(361)의 위치는 폴제어링(310)이 2속폴(301)이나 3속폴(302)을 제어하기 위해 폴이 세워지도록 누름편(311)이 폴(301,302)에서 벗어나게 되는 회전 방향으로 맞닿았을 때에 미끄럼링(360)의 미끄럼홈(365)을 강제복귀폴(370)이 폴제어링(310)의 레칫홈(315)에 구속되지 않도록 폴제어링(310)의 레칫홈(315)보다 앞서 위치하게 한다.
또한, 연장편(312)의 끝부분에 삽입되어 실질적으로 폴제어링(310)을 회전시켜주는 회전링(350)이 미끄럼링(360)의 옆에 구비되고, 회전링(360)의 옆에는 회전링(360)이 제2복귀스프링(332)으로 연결되어 있는 고정링(330)이 구비된다.
이때, 회전링(350)및 고정링(330)및 미끄럼링(360)과 내측 샤프트(110b) 사이에는 회전링(350)및 미끄럼링을 폴제어링(310)이 2속폴(301)이나 3속폴(302)을 제어하기 위해 폴이 세워지도록 누름편(311)이 폴(301,302)에서 벗어나게 되는 회전 방향만으로 즉 일측방향으로만 회전시켜주는 전달링(340)이 장착된다.
바람직하게는 전달링(340)은 고정링(330)에 제1복귀스프링(331)으로 연결되 어 있고, 전달링(340)의 양쪽에는 돌출된 제1아암(341) 및 제2아암(342)이 일체로 형성된다. 따라서 제1아암(341)은 변속레버와 와이어(325)로 연결된 레버링(320)과 결합되어 회전을 하며, 제2아암(342)은 회전링(350)내에 돌출된 걸림턱(357) 및 미끄럼링(360)내에 돌출된 걸림턱(367)에 동시에 일방향만으로 맞닿도록 연장된다.
오른쪽 축 베어링 지지대(380)는 샤프트에 고정되며 드라이버(135)와 베어링에 의해 결합되어 드라이버(135)를 지지한다.
전술한 바와 같은 구성에 의한 폴제어링(310)의 강제 복귀 작용을 살펴보자.
도 7은 본 발명에 따른 변속제어부를 나타낸 측면도로서, 3속모드의 상태를 나타낸 도면이고, 도 8 및 도 9는 도 7의 3속모드에서 강제복귀되는 모습을 나타낸 도면이며, 그리고 도 10은 강제복귀후의 모습을 나타낸 2속모드의 도면이다.
도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 변속레버를 작동하여 와이어를 당겼을 때 와이어가 걸려 있는 레버링(320)이 회전되며, 이 레버링(320)에 끼워 맞춤 결합되어 있는 전달링(340)이 회전되고, 전달링(340)의 회전은 다시 제2아암(342)을 통해 회전링(350)과 미끄럼링(360)을 돌리게 된다. 이때, 전달링(340)이 회전하면서 제1복귀스프링(331)이 인장되어 전달링(340)의 복원력이 발생되고, 또한, 회전링(350)이 회전하면서 제2복귀스프링(332)이 인장되어 회전링(350)의 복원력이 발생된다.
이러한 회전링(350)의 회전은 회전링과 끼워 맞춤으로 결합되어진 연장편(312)을 통해 폴제어링(310)을 회전시켜 폴제어링의 일측에 형성되어진 2속누름편(311a)이 2속폴(301)을 자유롭게 하여 1차적으로 2속폴(301)을 폴스프링(170)의 탄성력에 의해 세워지도록 하여, 2속폴(301)이 2속선기어(251)를 샤프트에 구속하므로 1속모드에서 2속모드로 변환 된다.
변속레버의 계속된 회전력이 전달되면, 1속에서 2속으로 변환되는 방법과 같은 방식으로 폴제어링(310)이 더 회전되면서 3속폴(302)까지 세우게 된다. 즉, 도 7에서 보는 것과 같은 상태이며, 이러한 상태가 변속기(200)의 3속모드이다.
이하에서는 3속모드에서 2속모드로 또는 2속모드에서 1속모드로 변환되는 과정은 유사하므로 3속모드에서 2속모드로 변환되는 상태를 기준으로 기술한다.
도 6 및 도 10에서 보는 바와 같이 변속레버를 3속모드에서 2속모드로 조작하게 되면 와이어가 느슨해지며, 제1복귀스프링(331)의 복원력으로 전달링(340), 레버링(320) 및 변속레버가 복원된다. 그리고 제2복귀스프링(332)의 복원력으로 회전링(350) 및 폴제어링(310)이 복원되면서 누름편(311)이 2속폴(301) 또는 3속폴(302)을 눌러 1속으로 변속된다. 즉, 도 10에서 보는 것과 같은 상태이며, 이러한 상태가 2속모드이다.
한편, 2속모드에서 2속폴(301) 또는 3속모드에서 3속폴(302)이 각각 2속선기어(251) 또는 3속선기어(252)에 부하가 걸린상태로 구속되어 있으면, 제2복귀스프링(332)의 복귀력만으로는 폴제어링(310)의 누름편(311)이 폴(301,302)을 누르는 힘이 부족하여 원하는 변속단으로 변속제어가 안 된다.(도 8의 3속누름편(311b), 3속폴(312), 3속선기어 레칫(256)의 상호 위치)
이와 같은 순간에 도 8 및 도 9에서 보는 것과 같이 전달링(340)의 제2아암(342)이 2속상태의 위치로 복귀하여 미끄럼링(360)의 걸림턱(367)및 회전링(350)의 걸림턱(357)을 자유롭게 하고 제2리턴스프링(332)에 의해 3속누름편(311b)가 3 속폴(312)의 누름부에 걸리기 전까지 복귀한다. 이때 만약 모터의 구동 또는 페달의 구동에 의해 자전거가 구동 중에 있다면 3속폴(312)의 걸림부가 3속선기어의(252)의 레칫(256)에 강하게 맞물려 있어 폴제어링(310)의 3속누름편(311b)이 3속폴(312)을 누를 수 없어 더 이상의 폴제어링(310)의 다음단계 복귀과정이 이루어 지지 않는지만 미끄럼홈(365)을 폴제어링(310)의 레칫홈(315)보다 앞서게 했던 미끄럼링(360)의 걸림턱(367)이 자유상태가 되어 미끄럼홈(365)은 유격홈(361)과 연장편(312)의 유격만큼, 즉 모터의 구동 또는 페달의 구동에 의해 회전하는 드라이버(135)에 장착되어진 강제복귀폴(370)의 지속적인 마찰에 의해 더 회전하게 되어 폴제어링(310)의 레칫홈(315)의 뒤에 위치하면서 폴제어링(310)의 레칫홈(315)에 강제복귀폴(370)이 구속된다.
즉, 도 8에서 보는 것과 같이 전달링(340)가 복귀되어 제2아암(342)이 회전링(350) 및 미끄럼링(360)내의 걸림턱(357, 367)에서 떨어지게 되는데, 회전링(350)은 폴제어링(310)의 연장편(312)에 끼워 맞춤되어 있기 때문에 폴제어링(310)과 함께 복귀되지 않게 된다.
그러나 도 9에서 보는 것과 같이 미끄럼링(360)은 폴제어링(310)의 연장편(312)이 삽입되는 유격홈(361)이 더 넓게 형성되어 있기 때문에 연장편(312)의 폭길이와 유격홈(361)의 폭길이의 차이만큼 복귀되게 된다. 즉, 미끄럼링(360)은 전달링(340)의 제2아암(342)이 걸림턱(367)에 걸려 붙잡고 있었으므로 강제복귀폴(370)이 마찰을 일으키며 헛돌았으나, 제2아암(342)이 없는 상태에서는 강제복귀폴(370)의 마찰력이 더 세므로 돌아가게 되는 것이다.
따라서 미끄럼링(360)이 복귀되면서 강제복귀폴(370)은 폴제어링(310)의 레칫홈(315)에 접속되면서 모터의 구동 또는 페달의 구동력이 드라이버(135)에 장착된 강제복귀폴(370)에 의해 폴제어링(310)에 전달되어 폴제어링이(310)이 선택되어진 변속단 까지 강제 회전되는 것이다.
그리고 강제복귀폴(370)은 도 10에서 보는 것과 같이 폴제어링(310)을 강제회전시키다가 다음 변속단에 위치하고 있던 제2아암(342)에 의해 구속되어진 미끄럼링(360)을 만나면 다시 미끄럼홈(365)에 의해 헛돌게 되며 폴제어링(310)은 미끄럼링(360)의 걸림턱(367)과 회전링(350)의 걸림턱(357)이 일렬로 정렬되어 제2아암(342)에 의해 구속될 때 까지 회전하게 된다. 이때 3속누름편(311b)의 경사면에서 3속폴(302)의 누름부가 벗어나 누름편(311b)에 내면으로 위치하여 폴제어링(310)이 회전하는 데에 더 이상 부하가 없으므로 제2리턴스프링(332)의 복귀력에 의해 더 회전하게 되는 것이다.
이처럼 폴제어링(310)의 레칫홈(315)과 강제복귀폴(370)이 접속된 상태에서 도 1과 같은 변속기(100)에서는 드라이버(135)이 항상 회전하기 때문에 자동으로 강제 제어가 되게 되며, 도 2와 같은 변속기(100-1)에서는 드라이버의(135)회전은 스프로켓(130)을 구르는 작용으로 나타나므로 이때 강제 복귀가 될 수 있게 된다.
한편, 2속선기어(251)의 타측과, 3속선기어(252)의 일측에는 도 4에서 보는 바와 같이 각각 접촉지지부(253, 254)가 형성되어 있어, 샤프트와 미끄럼 회전 접촉하여 위아래 또는 좌우로 덜그덕 거리지 않으면서 안정적으로 샤프트에 지지되는 역할을 수행한다.
상기에서 설명한 변속기는 3속을 가지고 있지만 4속, 2속등 낮추거나 높이는 단으로 구성하거나, 같은 3속을 반복적으로 추가하거나, 단수가 다른 4속, 2속등과 혼합하여 반복적으로 쉽게 추가하거나 또는 모터 없이 변속기만으로도 구성할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 스쿠터방식의 변속기를 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 파스방식의 변속기를 나타낸 단면도이고,
도 3은 도 1의 변속장치를 상세하게 나타낸 확대도이고,
도 4는 도 3의 변속제어부를 상세하게 나타낸 확대도이고,
도 5는 도 3의 변속제어부를 분해하여 도시한 사시도이고,
도 6은 도 3의 변속제어부 일부를 분해하여 도시한 사시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 변속제어부를 나타낸 측면도로서, 3속모드의 상태를 나타낸 도면이고,
도 8 및 도 9는 도 7의 3속모드에서 강제복귀되는 모습을 나타낸 도면이고,
도 10은 강제복귀후의 모습을 나타낸 2속모드의 도면이며, 그리고
도 11은 1속모드의 상태를 나타낸 도면이다.

Claims (4)

  1. 모터(120)와, 스프로켓(130)의 동력을 변속장치(200)를 통해 허브쉘(140)로 출력시키는 변속기에 있어서,
    상기 변속장치(200)는,
    상기 모터(120)에 일측이 치합되면서 타측은 상기 스프로켓(130)과 연결된 드라이버(135)에 일방향 또는 끼워 맞춤 결합되는 캐리어(210)와, 상기 캐리어(210)에 접속되면서 변속을 일으켜 상기 허브쉘(140)로 전달하는 링기어(220)와, 상기 캐리어(210)내에 장착되어 상기 링기어(220)와 직결되는 1속폴(230)과, 상기 캐리어(210)내에 장착되어 상기 링기어(220)를 증속시키는 다단유성기어(240)와, 상기 다단유성기어(240)에 맞물리며 샤프트(110b)에 미끄럼 접촉 지지되어 선택적으로 샤프트(110b)에 구속되어 속도변환 가능하게 하는 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)와, 외부의 변속레버(160)로 조작하여 선택적으로 2속폴(301)과 3속폴(302)을 제어하는 변속제어부(300)와, 상기 변속제어부(300)내에 드라이버의(135)회전력을 선택적으로 입력받게하는 미끄럼링(360)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변속제어부(300)는;
    상기 다단유성기어(240)의 내측에 치합된 2속선기어(251) 및 3속선기어(252)를 선택적으로 구속시키기 위해 샤프트(110b)상에 장착되는 2속폴(301) 및 3속폴(302)과, 상기 2속폴(301) 및 3속폴(302)을 선택적으로 눌러주도록 제어하면서 상기 변속레버(160)와 리턴스프링에 의해 탄력적으로 연결된 폴제어링(310)과, 상기 폴제어링(310)의 타측에 돌출된 연장편(312)이 내측의 유격홈(361)을 관통하도록 상기 폴제어링(310)의 레칫홈(315)옆에 배치되는 미끄럼링(360)과, 상기 드라이버(135)의 내측면상에 장착되어 상기 폴제어링(310)의 레칫홈(315)및 미끄럼링(360)의 외주면으로 연장되는 강제복귀폴(370)을 포함하며,
    상기 폴제어링(310)의 외주면상에는 상기 강제복귀폴(370)에 구속되는 레칫홈(315)이 형성되고, 상기 미끄럼링(360)의 외주면상에는 강제복귀폴(370)을 선택적으로 헛돌게 하는 미끄럼홈(365)이 형성됨을 특징으로 하는 변속기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 미끄럼링(360)의 옆에는 상기 연장편(312)이 삽입되는 회전링(350)이 제2리턴스프링(332)에 의해 스프링고정링(330)에 탄력적으로 연결되도록 배치되고, 상기 회전링(350)의 내측 옆에는 상기 변속레버(160)에 의해 회전력을 전달받는 전달링(340)이 제1리턴스프링(331)에 의해 스프링고정링(330)에 탄력적으로 연결되도록 배치되며, 상기 전달링(340)에는 상기 회전링(350)과 미끄럼링(360)을 일방향으로만 회전시키도록 연장된 제2아암(342)이 형성됨을 특징으로 하는 변속기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트(110b)는 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 샤프트에 안착되었을때에는 2속폴(301) 및 3속폴(302)의 움직임은 폴자리부 형상에 의해 샤프트(110b)의 폴자리부에 폴이 세워지거나 눕혀지는 회전중심에서 일정각도를 회전하거나 회전축의 축직선 방향으로만 끼워지게 제한되어 회전축의 축직각 방향으로는 빠져나오지 못하게 되어 있어 2속폴(301) 및 3속폴(302)이 샤프트와 흔들림이 적게 안착되도록 형성됨을 특징으로 하는 변속기.
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