KR101135884B1

KR101135884B1 - 무체인 자전거용 동력전달장치

Info

Publication number: KR101135884B1
Application number: KR1020090061998A
Authority: KR
Inventors: 윤근수
Original assignee: 윤근수
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2012-04-17
Also published as: WO2011004988A3; TW201116447A; JP5716252B2; CN102470911B; TWI403431B; WO2011004988A2; KR20110004539A; JP2012532789A; CN102470911A

Abstract

본 발명은 다중기어열을 갖는 유성기어장치를 이용함으로써 다양한 변속비를 구현할 수 있고, 변속이 용이할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능하고, 또한 후륜의 탈부착이 용이한 무체인 자전거용 동력전달장치에 관한 것이다. 이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명의 일실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 페달축 상에 설치되고, 페달축의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제1 변속부; 페달축 상에 설치되고, 제1 변속부가 출력하는 속도로 회전하는 제1 베벨기어; 제1 베벨기어와 치합되는 제2 베벨기어를 일단에 구비한 동력전달축; 동력전달축의 타단에 구비된 제3 베벨기어와 치합되는 제4 베벨기어; 제4 베벨기어의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제2 변속부; 및 제2 변속부가 출력하는 속도로 회전하는 후륜축;을 포함하고, 그리고, 제1 및 제2 변속부는 각각 페달축과 제4 베벨기어에 고정연결된 캐리어와, 캐리어의 일면의 가상의 원주상에 적어도 3개의 지지대를 돌출형성하여 각각 독립적으로 자유회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 직경이 서로 다른 적어도 3개의 유성기어로 이루어진 유성기어군과, 각 유성기어와 각각 내접하여 치합되며 각각 독립적으로 자유 회전이 가능한 링기어로 이루어진 링기어군과, 각 유성기어와 각각 외접하여 치합되며 서로 다른 직경으로 일체로 형성된 태양기어로 이루어진 태양기어군과, 태양기어군에 고정연결된 출력축 및 링기어 중 어느 하나를 선택적으로 고정하는 변속로크수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

자전거, 무체인, 변속, 동력전달, 동력전달축, 유성기어, 베벨기어

Description

무체인 자전거용 동력전달장치{Power transmission apparatus of chainless bicycle}

본 발명은 무체인 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중기어열을 갖는 유성기어장치를 이용함으로써 다양한 변속비를 구현할 수 있고, 변속이 용이할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능하고, 또한 후륜의 탈부착이 용이한 무체인 자전거용 동력전달장치에 관한 것이다.

자전거는 인력에 의하여 구동가능한 이동수단으로서 교통수단, 레져, 스포츠 등의 다양한 용도로 활용되고 있다. 자전거는 근래 들어 환경오염 및 고유가 등의 문제에 적극적으로 대처할 수 있는 친환경 교통수단으로 재조명되고 있다. 또한, 자전거는 운동량이 절대적으로 부족한 현대인들이 쉽게 접근할 수 있는 운동수단이다.

자전거는 일반적으로 페달측 스프라켓과 후륜측 스프라켓을 체인으로 연결하여 동력전달이 이루어지는 구조를 갖는다. 이와 같은 체인식 자전거는 변속을 위해 페달 및 후륜측 스프라켓을 다단으로 구성하고, 스프라켓에서 체인을 이동시킴으로써 다양한 변속비를 구현할 수 있다.

그러나, 종래의 체인식 자전거는 체인에 도포된 기름이 옷이나 신체에 묻게 되어 위생적이지 못한 문제점이 있다. 또한, 체인이 늘어져서 스프라켓으로부터 이탈하기 쉽고, 심한 경우 끊어지기도 한다. 이로 인해 안전사고가 자주 발생하는 문제점이 있다. 또한, 체인식 자전거는 체인과 스프라켓의 맞물림에 따른 마찰손실이 비교적 크기 때문에 동력전달 효율이 떨어지고, 소음 발생이 크다는 문제점이 있다. 나아가, 자전거의 변속은 주행중에 연속적으로 이루어지기 때문에 자전거의 정지시에는 변속할 수 없는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해소하고자 체인을 사용하지 않고서도 효율적인 동력전달이 가능한 무체인 자전거가 개발되고 있다. 대표적인 것으로 베벨기어를 이용한 무체인 자전거가 있다. 이러한 베벨기어를 이용한 무체인 자전거는 동력전달축이 체인의 역할을 대신하게 된다. 즉, 페달축의 회전력을 베벨기어를 이용하여 직교 변환하여 동력전달축에 전달하고, 다시 동력전달축의 회전력을 베벨기어를 이용하여 직교 변환함으로써 후륜을 구동시키게 된다. 이와 같은 종래의 무체인 자전거는 기존의 체인식 자전거와 비교할 때 동력전달 구조가 비교적 간단하고, 베벨기어 및 동력전달축의 마찰력을 줄임으로써 동력전달 효율을 개선할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 종래의 무체인 자전거는 기존의 체인식 자전거와 같이 다양한 변속비를 구현하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 후륜의 탈부착 또한 용이하지 않아 후륜의 교체나 수리가 어렵다는 문제점이 있다. 이는 무체인 자전거의 대중화에 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 비교적 간단한 구조로 다양한 변속비를 구현할 수 있으며, 변속이 용이할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능하고, 나아가 후륜의 탈부착이 용이한 무체인 자전거용 동력전달장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 페달축(100) 상에 설치되고, 페달축(100)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제1 변속부(200); 페달축(100) 상에 설치되고, 제1 변속부(200)가 출력하는 속도로 회전하는 제1 베벨기어(300); 제1 베벨기어(300)와 치합되는 제2 베벨기어(420)를 일단에 구비한 동력전달축(400); 동력전달축(400)의 타단에 구비된 제3 베벨기어(440)와 치합되는 제4 베벨기어(500); 제4 베벨기어(500)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제2 변속부(600); 및 제2 변속부(600)가 출력하는 속도로 회전하는 후륜축(700);을 포함하고, 그리고, 제1 및 제2 변속부(200,600)는 각각 페달축(100)과 제4 베벨기어(500)에 고정연결된 캐리어(210,610)와, 캐리어(210,610) 일면의 가상의 원주상에 적어도 3개의 지지대(212,612)를 돌출형성하 여 각각 독립적으로 자유회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 직경이 서로 다른 적어도 3개의 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)로 이루어진 유성기어군(220, 620)과, 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)와 각각 내접하여 치합되며 각각 독립적으로 자유 회전이 가능한 링기어(230a,230b, 230c,630a,630b,630c)로 이루어진 링기어군(230,630)과, 각 유성기어(220a, 220b,220c,620a,620b,620c)와 각각 외접하여 치합되며 서로 다른 직경으로 일체로 형성된 태양기어(240a,240b,240c,640a,640b,640c)로 이루어진 태양기어군(240, 640)과, 태양기어군(240,640)에 고정연결된 출력축(250,650) 및 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c) 중 어느 하나를 선택적으로 고정하는 변속로크수단(270,670)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서, 제1 변속부(200)와 제1 베벨기어(300)는 페달축(100)이 지지되는 제1 하우징(10)에 내설되고, 제4 베벨기어(500)와 제2 변속부(600)는 후륜축 축심(800)이 지지되는 제2 하우징(20)에 내설되고, 동력전달축(400)은 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)을 연결하는 파이프 형상의 수평프레임(32)에 내설되고, 제1 및 제2 하우징(10,20)은 개폐가능한 덮개(12,810)가 구비된다.

또한, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서, 제1 변속부(200)는 각 유성기어군(220)을 지지하는 지지대(212)와 페달축(100)이 삽입고정되는 페달축 연결관(214)이 캐리어(210)의 일면에 형성되고, 태양기어군(240)의 일측에 페달축 연결관(214)이 끼워져 지지되는 파이프 형상의 출력축(250)이 형성되 고, 지지대(212)와 체결되어 각 기어군(220,230,240)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 하며, 출력축(250)을 지지하는 출력축 지지판(260)이 더 구비되고, 제1 베벨기어(300)는 출력축(250)에 고정연결된다.

또한, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서, 제2 변속부(600)는 각 유성기어군(620)을 지지하는 지지대(612)가 캐리어(610)의 일면에 형성되고, 제4 베벨기어(500)가 고정연결되는 제4 베벨기어 고정부재(614)가 캐리어(610)의 타면에 형성되고, 지지대(612)와 체결되어 각 기어군(620,630,640)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 하며, 출력축(650)의 타측을 지지하는 출력축 지지판(660)이 더 구비되고, 제4 베벨기어 고정부재(614)의 내측으로 끼워져 지지되도록 파이프 형상의 출력축(650)이 태양기어군(640)에 연장형성된다.

그리고, 제1 및 제2 변속부(200,600)는 각 유성기어군(220a,220b,220c, 620a,620b,620c)이 캐리어(210,610)의 내측으로부터 반경이 큰 순서대로 배치된다. 그리고, 각 태양기어(240a,240b,240c,640a,640b,640c)와 각 유성기어(220a,220b, 220c,620a,620b,620c)는 기어비가 1 : 0.2 ~ 3인 것이 바람직하다. 그리고, 링기어군(230,630)은 각 링기어(230a,230b,230c,630a, 630b,630c)의 외주면의 직경이 동일하고, 각 링기어(230a, 230b,230c, 630a,630b,630c)의 외주면에는 다수의 걸림돌기(232,632)가 등간격으로 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서, 변속로크수단(270,670)은 제1 및 제2 하우징(10,20)에 형성된 가이드홈(14,24)을 따라 탄성 지지를 받아 움직이며 각 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c)에 형성된 어느 하나의 걸림돌기(232a,232b,232c,632a,632b,632c)에 선택적으로 록킹되는 스토퍼(272,672); 스토퍼(272,672)가 이동하는 괘적을 감싸도록 제1 및 제2 하우징(10,20)에 형성되고, 개폐가능한 덮개(275,675)를 구비한 몸체(274,674); 및 스토퍼(272,672)의 위치를 조절하기 위한 와이어(276, 676);를 포함하여 이루어진다. 이때, 덮개(275,675)는 스토퍼(272,672)에 삽입되어 스토퍼(272,672)가 슬라이딩 가능하도록 안내하는 가이드(275a,675a)가 더 구비된다.

이상과 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 다중기어열을 갖는 유성기어장치를 이용하는 제1 및 제2 변속부를 구비함으로써 기존의 체인식 자전거와 같이 다양한 변속비를 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 자전거의 정지시에도 변속이 가능하며, 비교적 단순한 구조로 내구성이 우수할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능한 이점이 있다.

또한, 후륜의 탈부착이 용이하여 후륜의 교체나 수리가 용이하다는 장점이 있다.

나아가, 본 발명의 무체인 자전거용 동력전달장치는 페달축을 회전시키기 위한 배터리와 전기모터 또는 내연기관이 구비됨으로써 전기자전거 또는 원동기장치 자전거로도 활용이 가능하다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.

[본 발명의 구성]

먼저, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치의 구성에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동력전달장치를 구비한 무체인 자전거를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 동력전달장치(2)는 페달축(100)의 회전속도를 변환하여 후륜(3)을 구동시키게 된다. 이때, 페달(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 아암(101)으로 페달축(100)과 연결되고, 페달(102)을 밟음으로써 동력전달장치(2)의 페달축(100)을 회전시키게 된다. 이와 달리 페달축(100)을 회전시키기 위해 배터리(미도시)와 전기모터(미도시) 또는 원동기(미도시)을 무체인 자전거(1)에 설치하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 동력전달장치(2)는 전기자전거와 원동기장치 자전거에 적용될 수 있다. 이때, 원동기장치 자전거는 자동차관리법 제3조의 규정에 의한 이륜자동차 가운데 배기량 125cc 이하의 이륜자동차(예: 오토바이, 스쿠터 등)를 말한다.

도 2는 무체인 자전거용 동력전달장치의 프레임을 도시한 사시도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 동력전달장치는 도 2에 도시된 바와 같은 프레임 상에 설 치된다. 본 발명의 일실시예에 의하면 프레임은 전체적으로 수평프레임(32,34) 및 경사프레임(40,50)으로 이루어진다. 이때, 수평프레임(32,34)은 파이프 형상을 갖고, 자전거(1)의 좌우측에 위치하도록 한 쌍이 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 수평프레임(32)과 제1 경사프레임(40)의 연결부에는 원통형상의 제1 하우징(10)이 형성되고, 제1 수평프레임(32)과 제2 경사프레임(50)의 연결부에는 원통형상의 제2 하우징(20)이 형성된다. 제1 하우징(10)에는 페달축(100), 제1 변속부(200), 제1 베벨기어(300) 및 제2 베벨기어(420)가 설치되고, 제2 하우징(20)에는 제3 베벨기어(440), 제4 베벨기어(500), 제2 변속부(600)가 설치된다. 그리고, 제1 수평프레임(32) 내부에 동력전달축(400)이 설치된다. 또한, 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)은 각각 덮개(12, 810)가 설치된다.

도 3은 무체인 자전거용 동력전달장치의 페달측을 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 조립상태를 나타낸 단면도이고, 도 5는 무체인 자전거용 동력전달장치의 후륜측을 나타낸 분해사시도이고, 도 6은 도 5의 조립상태를 나타낸 단면도이다. 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 동력전달장치는 대략 페달축(100), 제1 변속부(200), 제1 베벨기어(300), 제2 및 제3 베벨기어(420,440)를 구비한 동력전달축(400), 제4 베벨기어(500), 제2 변속부(600) 그리고 후륜축(700)으로 구성된다.

페달축(100)은 제1 하우징(10)에 회전가능하도록 설치된다.

제1 변속부(200)는 제1 하우징(10)에 설치되고, 다중기어열을 갖는 유성기어장치를 이용함으로써 페달축(100)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 역할을 한다. 제1 변속부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 크게 캐리어(210), 유성기어군(220), 링기어군(230), 태양기어군(240), 출력축(250), 변속로크수단(270)으로 구성된다.

캐리어(210)는 전체적으로 원형 판상체를 이루는 몸체(211)를 구비한다. 그리고, 캐리어(210)의 중앙에는 페달축(100)이 끼워져 고정되는 페달축 연결관(214)이 형성된다. 따라서, 캐리어(210)는 페달축(100)과 함께 회전하게 된다. 그리고, 캐리어(210)의 일면에는 페달축 연결관(214)을 중심으로 하는 가상의 원주상에 유성기어군(220)을 설치하기 위한 지지대(212)가 돌출형성된다. 이때, 지지대(212)는 적어도 3개가 등간격으로 형성된다. 한편, 페달축 연결관(214)과 페달축(100) 사이에는 일방향 클러치 베어링(미도시)이 구비될 수 있다. 일방향 클러치 베어링(미도시)은 페달축(100)을 정회전시킬 경우에만 캐리어(210)를 회전시키고, 페달축(100)이 역회전하는 경우에는 캐리어(210)를 회전시키지 않고 공회전을 하게 된다. 따라서, 페달축(100)의 정회전시에만 후륜(3)에 동력이 전달된다.

유성기어군(220)은 캐리어(210)의 지지대(212)에 회전가능하도록 설치된다. 그리고, 유성기어군(220)은 각각 독립적으로 회전가능하도록 적어도 3쌍의 유성기어(220a,220b,220c)가 설치된다. 또한, 각 유성기어(220a,220b, 220c)는 직경이 서로 다른 것으로 구성되고, 각 지지대(212)에 장착시 직경이 큰 것부터 차례대로 끼워져 장착된다. 본 실시예에서 유성기어군(220)은 3개의 유성기어(220a,220b,220c)로 구성된 것을 예로 들고 있으나, 유성기어의 갯수를 4개 또는 5개로 구성하여 제1 변속부(200)의 변속 단수를 4단 또는 5단으로 구성하는 것도 가능하다.

링기어군(230)은 3개의 링기어(230a,230b,230c)로 이루어진다. 이때, 각 링기어(230a,230b,230c)는 각 유성기어군(220)의 각 유성기어(220a,220b,220c)와 내접하도록 치합되어 독립적으로 회전가능하다. 즉, 제1 링기어(230a)는 제1 유성기어(220a)에 치합되고, 제2 링기어(230b)는 제2 유성기어(220b)에 치합되며, 제3 링기어(230c)는 제3 유성기어(220c)에 치합된다. 또한, 각 링기어(230a,230b,230c)는 외주면에 등간격으로 걸림돌기(232a,232b,232c)가 형성되어 있다. 특히, 각 링기어(230a,230b,230c)는 후술될 스토퍼(272)의 팁부(273)가 원활하게 치합되도록 외주면의 직경이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

태양기어군(240)은 3쌍의 유성기어군(220)과 외접하여 치합될 수 있도록 3개의 태양기어(240a,240b,240c)로 구성되고, 각 태양기어(240a, 240b,240c)는 서로 다른 직경을 갖는다. 이때, 각 태양기어(240a,240b,240c)는 일체로 형성되어 회전하게 된다.

한편, 앞서 설명한 각 태양기어(240a,240b,240c)와 각 유성기어(220a,220b,220c)는 기어비가 1 : 0.2 ~ 3의 범위를 갖도록 구성된다. 이에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.

출력축(250)은 파이프 형상을 갖고, 태양기어군(240)의 제3 태양기어(240c)의 일측에 고정연결된다. 이때, 출력축(250)에는 캐리어(210)의 페달축 연결관(214)이 끼워져 지지되고, 베어링(B)으로 서로 접촉되지 않도록 설치된다.

한편, 출력축 지지판(260)은 중앙에 출력축 삽입홀(262)이 형성된 원형판으로서, 캐리어(210)의 지지대(212)와 체결되며, 각 기어군(220,230,240)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 일면에 각 기어군(220,230,240)과 대응하여 돌출형성된 링 형상의 지지돌기(264)가 마련되며, 출력축(250)을 지지하게 된다. 그리고, 출력축(250)과 출력축 삽입홀(262) 사이에는 베어링(B)이 설치된다.

한편, 제1 변속부(200)에 구비되는 변속로크수단(270)은 제2 변속부(600)에 구비되는 변속로크수단(670)과 구성 및 작용에 있어서 동일하므로 뒤에서 한꺼번에 설명하기로 한다.

제1 베벨기어(300)는 출력축(250)의 끝단에 고정연결되고, 제1 변속부(200)가 출력하는 속도로 회전하게 된다.

한편, 제1 하우징(10)은 제1 변속부(200) 및 제1 베벨기어(300)가 외부에 노출되지 않도록 덮개(12)를 구비한다.

동력전달축(400)은 양단에 제2 베벨기어(420)와 제3 베벨기어(440)를 구비하고, 제2 베벨기어(420)와 제3 베벨기어(440)가 각각 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)에 위치하도록 제1 수평프레임(32)에 설치된다. 이때, 동력전달축(400)과 제1 수평프레임(32) 사이에 베어링(미도시)을 설치하여 마찰력에 의한 에너지 손실을 최소화하는 것이 바람직하다. 그리고, 동력전달축(400)의 제2 베벨기어(420)가 제1 베벨기어(300)와 치합됨으로써 제1 베벨기어(300)의 회전력은 직교변환된다.

제4 베벨기어(500)는 제2 변속부(600)의 캐리어(610)에 키이 결합되고, 동력전달축(400)의 제3 베벨기어(440)와 치합됨으로써 동력전달축(400)의 회전력을 직교변환하여 제2 변속부(600)에 제공한다.

제2 변속부(600)는 제2 하우징(20)에 설치되고, 다중기어열을 갖는 유성기어 장치를 이용하여 제4 베벨기어(500)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 역할을 한다. 제2 변속부(600)의 캐리어(610), 유성기어군(620), 링기어군(630), 태양기어군(640), 출력축(650) 및 변속로크수단(670)은 전체적으로 제1 변속부(200)의 구성과 동일하다. 이하, 특징부를 위주로 설명하기로 한다.

캐리어(610)는 몸체(611)의 일면에 각 유성기어군(620)을 지지하는 지지대(612)가 형성되고, 타면에는 제4 베벨기어(500)가 고정연결되는 제4 베벨기어 고정부재(614)가 형성된다. 그리고, 출력축(650)은 파이프 형상을 갖고, 제4 베벨기어 고정부재(614)의 내측으로 끼워져 지지되도록 태양기어군(640)의 일측으로 길게 형성되고, 타측으로는 짧게 연장형성된다. 그리고, 출력축 지지판(660)은 중앙에 출력축 삽입홀(662)이 형성된 원형판으로서, 캐리어(610)의 지지대(612)와 체결되며, 각 기어군(620,630,640)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 일면에 각 기어군(620,630,640)과 대응하여 돌출형성된 링형상의 지지돌기(664)가 마련되며, 출력축(650)의 타측을 지지하는 역할을 한다.

한편, 후륜축(700)은 후륜(3)의 허브축(미도시)에 끼워져 후륜(3)과 일체적으로 형성된다. 이에 따라 출력축(650)이 후륜축(700)에 키이 결합되어 회전하게 되면 제2 변속부(600)가 출력하는 속도로 후륜(3)이 구동하게 된다. 이때, 후륜축(700)과 허브축(미도시) 사이에는 일방향 클러치 베어링(미도시)이 설치되는 것이 바람직하다. 이는 후륜(3)이 내리막길과 같은 곳에서 제2 변속부(600)의 출력축(650) 회전속도보다 더 빠르게 정회전하는 경우 공회전되도록 함으로써 제2 변속부(600)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 후륜축 축심(800)은 제2 하우징(20)의 타측을 개폐하는 덮개(810)가 일단에 일체로 형성되고, 출력축(650)에 끼워진다. 이때 후륜축 축심(800)은 출력축(650), 후륜축(700) 및 후륜(3)을 지지하고, 후륜축 축심(800)의 말단은 도 2에 도시된 체결공(60)에 나사결합됨으로써 후륜(3)이 프레임으로부터 이탈되지 않도록 한다.

따라서, 제2 변속부(600)에 있어서, 캐리어(610)의 지지대(612)와 체결되는 출력축 지지판(660)에 의해 출력축(650)을 포함하는 각 기어군(620,630,640)의 장치들이 일체화됨으로써 후륜축 축심(800)과 더불어 프레임으로부터 후륜(3)의 탈부착이 용이하게 된다.

도 7은 본 발명의 변속로크수단을 나타낸 분해사시도이다. 변속로크수단(270, 670)은 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)에 각각 설치되어 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)의 출력속도를 조절하는 역할을 한다. 제1 변속로크수단(270)과 제2 변속로크수단(670)의 구성 및 작용은 동일하므로 이하 제1 변속로크수단(270)에 대해서만 설명한다. 제1 변속로크수단(270)은 도 7에 도시된 바와 같이 크게 스토퍼(272), 몸체(274) 및 와이어(276)를 포함하여 이루어진다.

스토퍼(272)는 하단에 팁부(273)를 구비하고, 팁부(273)가 제1 하우징(10)의 폭방향을 따라 형성된 가이드홈(14)을 따라 이동하도록 설치된다. 이때, 팁부(273)는 전체적으로 원기둥 형상을 갖고, 하단부는 원뿔형상을 갖는다. 스토퍼(272)는 팁부(273)가 제1 변속부(200)의 제1 내지 제3 링기어(230a,230b,230c)에 형성된 어느 하나의 걸림돌기(232a,232b,232c)에 선택적으로 걸림으로써 해당 링기 어(230a,230b, 230c)가 회전하지 않도록 고정시켜 주는 역할을 한다.

몸체(274)는 스토퍼(272)가 가이드홈(14)을 따라 이동하는 괘적을 감싸도록 공간부를 구비하고, 제1 하우징(10)의 외측면에 형성된다. 그리고, 몸체(274)의 일측에는 개폐가능한 덮개(275)가 장착된다. 특히, 덮개(275)에는 스토퍼(272)가 끼워져서 길이방향으로 슬라이딩 가능하도록 적어도 1개의 가이드(275a)가 형성된다. 이때, 가이드(275a)에는 스토퍼(272)를 탄성지지하는 스프링(278)이 끼워진다. 스프링(278)은 도 4에 도시된 바와 같이 탄성력이 해제되면 스토퍼(272)가 제1 변속부(200)의 어느 링기어(230a,230b,230c)와도 치합되지 않은 상태, 즉 무단상태가 되어 제1 변속부(200)는 공회전하게 된다. 이는 전기모터 또는 원동기와 연결된 전기자전거 또는 원동기장치 자전거에 있어서 더욱 유용하다.

와이어(276)는 일단이 스토퍼(272)에 고정되고, 타단은 덮개(275)를 통하여 자전거(1)의 핸들에 설치되는 변속레버(미도시)와 연결된다. 이러한 와이어(276)는 변속레버(미도시)의 조작에 따라 스토퍼(272)는 스프링(278)의 탄성지지를 받으면서 가이드홈(14)을 따라 이동하게 된다.

[ 무체인 자전거용 동력전달장치의 작동]

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치의 작동에 대해서 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 의하면 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)는 다중기어열을 갖는 유성기어장치를 이용하여 다음과 같은 변속작용을 수행한다.

먼저, 페달축(100) 또는 제4 베벨기어(500)의 회전속도로 회전하는 캐리어(210,610)에 의해 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)는 페달축(100) 또는 후륜축 축심(800)을 중심으로 회전하게 된다. 그리고, 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)와 내접하여 치합되는 각 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c) 중 어느 하나가 스토퍼(272,672)에 의해 고정되고, 이에 대응되는 유성기어와 태양기어가 회전하게 된다. 이때, 나머지 링기어는 공회전하게 된다. 결국, 태양기어군(240,640)에 고정된 출력축(250,650)이 회전함으로써 변속이 이루어진다.

한편, 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)는 각 태양기어(240a,240b,240c,640a,640b,640c) 및 이에 치합되는 유성기어의 기어비에 따라 페달축(100)의 회전속도를 증가시켜 출력하게 된다. 예를 들어 제1 태양기어(240a,640a)와 제1 유성기어(220a,620a)의 기어비가 1 : 1.5인 경우 출력축(250)은 페달축(100)의 4배의 회전속도로 회전하게 된다. 그리고, 제2 태양기어(240b,640b)와 제2 유성기어(220b,620b)의 기어비가 1 : 1인 경우 출력축(250)은 페달축(100)의 3배의 회전속도로 회전하게 된다. 그리고, 제3 태양기어(240c,640c)와 제3 유성기어(220c,620c)의 기어비가 1 : 0.5인 경우 출력축(250)은 페달축(100)의 2배의 회전속도로 회전하게 된다. 따라서, 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)는 각각 3단 변속이 가능하다. 이때, 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)는 동력전달축(400)에 의해 연결되므로 무체인 자전거용 동력전달장치(2)는 총 9단 변속이 가능하다. 또한, 제1 변속부(200)와 제2 변속부(600)의 유성기어 군(220,620), 링기어군(230,630) 및 태양기어군(240,640)의 기어수를 늘림에 따라 9단 이상의 변속도 구현할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 무체인 자전거용 동력전달장치(2)는 유성기어를 이용하는 제1 및 제2 변속부(200,600)를 구비함으로써 기존의 체인식 자전거와 같이 다양한 변속비를 구현할 수 있게 된다.

또한, 변속로크수단(270,670)을 이용하여 무체인 자전거(1)의 정지시에도 변속이 가능하다. 그리고, 비교적 단순한 구조로 내구성이 우수할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능한 이점이 있다.

또한, 제2 변속부(600)에 있어서, 캐리어(610)의 지지대(612)와 체결되는 출력축 지지판(660)을 통해 출력축(650)을 포함한 각 기어군(620,630,640)의 장치들을 일체화시킴으로써 프레임으로부터 후륜(3)의 탈부착을 용이하게 하는 이점이 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동력전달장치를 구비한 무체인 자전거를 도시한 사시도.

도 2는 무체인 자전거용 동력전달장치의 프레임을 도시한 사시도.

도 3은 무체인 자전거용 동력전달장치의 페달측을 나타낸 분해사시도.

도 4는 도 3의 조립상태를 나타낸 단면도.

도 5는 무체인 자전거용 동력전달장치의 후륜측을 나타낸 분해사시도.

도 6은 도 5의 조립상태를 나타낸 단면도.

도 7은 본 발명의 변속로크수단을 나타낸 분해사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 무체인 자전거 2 : 동력전달장치

3 : 후륜 10 : 제1 하우징

20 : 제2 하우징 12, 810 : 덮개

14, 24 : 가이드홈 32 : 제1 수평프레임

34 : 제2 수평프레임 40 : 제1 경사프레임

50 : 제2 경사프레임 100 : 페달축

101 : 아암 102 : 페달

200 : 제1 변속부 600 제2 변속부

210, 610 : 캐리어 211, 611 : 몸체

212, 612 : 지지대 214 : 페달축 연결관

614 : 제4 베벨기어 고정부재 220, 620 : 유성기어군

230, 630 : 링기어군

240, 640 : 태양기어군 250, 650 : 출력축

260, 660 : 출력축 지지판 264, 664 : 지지돌기

270, 670 : 변속로크수단 272, 672 : 스토퍼

273, 673 : 팁부 274, 674 : 몸체

275, 675 : 덮개 275a, 675a : 가이드

276, 676 : 와이어 278, 678 : 스프링

300 : 제1 베벨기어 400 : 동력전달축

420 : 제2 베벨기어 440 : 제3 베벨기어

500 : 제4 베벨기어 700 : 후륜축

800 : 후륜축 축심

Claims

페달축(100) 상에 설치되고, 상기 페달축(100)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제1 변속부(200);

상기 페달축(100) 상에 설치되고, 상기 제1 변속부(200)가 출력하는 속도로 회전하는 제1 베벨기어(300);

상기 제1 베벨기어(300)와 치합되는 제2 베벨기어(420)를 일단에 구비한 동력전달축(400);

상기 동력전달축(400)의 타단에 구비된 제3 베벨기어(440)와 치합되는 제4 베벨기어(500);

상기 제4 베벨기어(500)의 회전속도를 증가시켜 출력시키는 제2 변속부(600); 및

상기 제2 변속부(600)가 출력하는 속도로 회전하는 후륜축(700);을 포함하고, 그리고,

상기 제1 및 제2 변속부(200,600)는

상기 페달축(100)과 상기 제4 베벨기어(500)에 각각 고정연결된 캐리어(210,610)와,

상기 캐리어(210,610)의 일면의 가상의 원주상에 적어도 3개의 지지대(212,612)를 돌출형성하여 각각 독립적으로 자유회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 직경이 서로 다른 적어도 3개의 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)로 이루어진 유성기어군(220,620)과,

상기 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)와 각각 내접하여 치합되며 각각 독립적으로 자유 회전이 가능한 링기어(230a,230b,230c, 630a,630b,630c)로 이루어진 링기어군(230,630)과,

상기 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)와 각각 외접하여 치합되며 서로 다른 직경으로 일체로 형성된 태양기어(240a,240b,240c, 640a,640b,640c)로 이루어진 태양기어군(240,640)과,

상기 태양기어군(240,640)에 고정연결된 출력축(250,650) 및

상기 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c) 중 어느 하나를 선택적으로 고정하는 변속로크수단(270,670)으로 이루어지되,

상기 변속로크수단(270,670)은

상기 제1 및 제2 하우징(10,20)에 형성된 가이드홈(14,24)을 따라 탄성 지지를 받아 움직이며 상기 각 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c)에 형성된 어느 하나의 걸림돌기(232a,232b,232c,632a,632b,632c)에 선택적으로 록킹되는 스토퍼(272,672);

상기 스토퍼(272,672)가 이동하는 괘적을 감싸도록 상기 제1 및 제2 하우징(10,20)에 형성되고, 개폐가능한 덮개(275,675)를 구비한 몸체(274,674); 및

상기 스토퍼(272,672)의 위치를 조절하기 위한 와이어(276,676)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 변속부(200)와 상기 제1 베벨기어(300)는 상기 페달축(100)이 지지되는 제1 하우징(10)에 내설되고,

상기 제4 베벨기어(500)와 상기 제2 변속부(600)는 상기 후륜축 축심(800)이 지지되는 제2 하우징(20)에 내설되고,

상기 동력전달축(400)은 상기 제1 하우징(10)과 상기 제2 하우징(20)을 연결하는 파이프 형상의 수평프레임(32)에 내설되고,

상기 제1 및 제2 하우징(10,20)은 개폐가능한 덮개(12,810)가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 변속부(200)는

상기 유성기어군(220)을 지지하는 지지대(212)와 상기 페달축(100)이 삽입고정되는 페달축 연결관(214)이 캐리어(210)의 일면에 형성되고,

상기 태양기어군(240)의 일측에 상기 페달축 연결관(214)이 끼워져 지지되는 파이프 형상의 상기 출력축(250)이 형성되고,

상기 지지대(212)와 체결되어 상기 각 기어군(220,230,240)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 하며, 상기 출력축(250)을 지지하는 출력축 지지판(260)이 더 구비되고, 그리고

상기 제1 베벨기어(300)는 상기 출력축(250)에 고정연결된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 변속부(600)는

상기 유성기어군(620)을 지지하는 지지대(612)가 캐리어(610)의 일면에 형성되고, 상기 제4 베벨기어(500)가 고정연결되는 제4 베벨기어 고정부재(614)가 캐리어(610)의 타면에 형성되고, 상기 지지대(612)와 체결되어 상기 각 기어군(620,630,640)의 이탈을 방지하여 서로 치합이 잘 이루어지도록 하며, 상기 출력축(650)의 타측을 지지하는 출력축 지지판(660)이 더 구비되고, 그리고

상기 제4 베벨기어 고정부재(614)의 내측으로 끼워져 지지되도록 파이프 형상의 상기 출력축(650)이 상기 태양기어군(640)에 연장형성된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 제1 및 제2 변속부(200,600)는 상기 각 유성기어(220a,220b, 220c,620a,620b,620c)가 상기 캐리어(210,610)의 내측으로부터 반경이 큰 순서대로 배치된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 각 태양기어(240a,240b,240c,640a,640b,640c)와 상기 각 유성기어(220a,220b,220c,620a,620b,620c)는 기어비가 1 : 0.2 ~ 3인 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 링기어군(230,630)은

상기 각 링기어(230a,230b,230c,630a,630b, 630c)의 외주면의 직경이 동일하고,

상기 각 링기어(230a,230b,230c,630a,630b,630c)의 외주면에는 다수의 걸림 돌기(232,632)가 등간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 덮개(275,675)는 상기 스토퍼(272,672)에 삽입되어 상기 스토퍼(272,672)가 슬라이딩 가능하도록 안내하는 가이드(275a,675a)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 페달축(100)은 전기모터 또는 원동기와 연결된 것을 특징으로 하는 전기자전거 또는 원동기장치 자전거용 동력전달장치.