KR101183061B1 - 전동기 - Google Patents

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KR101183061B1
KR101183061B1 KR1020100042722A KR20100042722A KR101183061B1 KR 101183061 B1 KR101183061 B1 KR 101183061B1 KR 1020100042722 A KR1020100042722 A KR 1020100042722A KR 20100042722 A KR20100042722 A KR 20100042722A KR 101183061 B1 KR101183061 B1 KR 101183061B1
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송준규
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주식회사 만도
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Abstract

컴팩트한 구성으로 간단하게 감속기능을 수행할 수 있는 변속구조를 가진 전동기를 개시한다.
이러한 전동기는 하우징;과, 하우징의 내면에 마련되는 스테이터;와, 스테이터의 내부에 배치되어 회전하는 로터;와, 로터와 결합되는 입력회전축과 휠과 결합되는 출력회전축;과 로터의 내부에 배치되고, 입력회전축과 출력회전축과 연결되는 볼감속기;와, 볼감속기의 입력단과 결속되는 제 1클러치와 볼감속기의 출력단과 결속되는 제 2클러치;를 포함하고, 제 1클러치와 제 2클러치는 서로 반대방향의 회전을 제한하도록 결속되는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기{Motor}
본 발명은 자전거, 전기자동차 등에 장착되는 전동기에 관한 것으로써, 특히 변속구조를 가진 전동기에 관한 것이다.
최근에 환경 오염을 줄일 수 있는 운송 수단으로서 전동자전거, 전기자동차 등에 대한 연구, 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이미 상용화된 제품이 생산되고 있다.
전동자전거의 동력원으로는 사용자에 의한 페달의 회전력을 전기적 에너지로 변환시키는 발전기가 사용되고, 전기자동차의 동력원으로는 충전이 가능한 전기 엔진이 사용되며, 전동자전거, 전기자동차 모두 발전기 또는 엔진에 축전된 전기적 에너지를 이용하여 휠을 회전시키는 전동기가 휠에 장착될 수 있다.
또한 상기 휠에 장착된 전동기의 속력을 변환시켜 주기 위한 변속기가 장착된다.
본 발명의 일 측면은 컴팩트한 변속구조를 가진 전동기를 제공하는 것이다.
또한, 안정적으로 감속기능을 수행할 수 있는 변속구조를 가진 전동기를 제공하는 것이다.
본 발명의 사상에 따른 전동기는 휠에 장착되는 전동기에 있어서, 상기 전동기는, 하우징;과, 상기 하우징의 내면에 마련되는 스테이터;와, 상기 스테이터의 내부에 배치되어 회전하는 로터;와, 상기 로터와 결합되는 입력회전축과 상기 휠과 결합되는 출력회전축;과 상기 로터의 내부에 배치되고, 상기 입력회전축과 상기 출력회전축과 연결되는 볼감속기;와, 상기 볼감속기의 입력단과 결속되는 제 1클러치와 상기 볼감속기의 출력단과 결속되는 제 2클러치;를 포함하고, 상기 제 1클러치와 상기 제 2클러치는 서로 반대방향의 회전을 제한하도록 결속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1클러치의 내륜은 상기 입력회전축과 결속되고, 상기 제 1클러치의 외륜은 상기 볼감속기의 입력단의 내주면과 결속될 수 있다.
상기 제 2클러치의 내륜은 상기 볼감속기의 출력단의 외주면과 결속될 수 있다.
상기 로터와 결합되는 입력회전축이 역방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 감속되어 정방향으로 회전하게 된다.
상기 로터와 결합되는 입력회전축이 정방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 정방향으로 회전하게 된다.
상기 볼감속기의 몸체는 상기 입력회전축 및 상기 출력회전축과 일체로 회전하게 된다.
또한 본 발명의 사상에 따른 전동자전거는 휠;과, 상기 휠에 장착되는 전동기;를 포함하고, 상기 전동기는 하우징;과, 상기 하우징의 내면에 마련되는 스테이터;와, 상기 스테이터의 내부에 배치되어 회전하는 로터;와, 상기 로터와 결합되는 입력회전축;과, 상기 휠과 결합되는 출력회전축;과, 상기 로터의 내부에 배치되고, 상기 입력회전축과 상기 출력회전축과 연결되는 볼감속기;와, 상기 볼감속기의 입력단과 결속되는 제 1클러치와 상기 볼감속기의 출력단과 결속되는 제 2클러치;를 포함하고, 상기 제 1클러치와 상기 제 2클러치는 서로 반대방향의 회전을 제한하도록 결속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1클러치의 내륜은 상기 입력회전축과 결속되고, 상기 제 1클러치의 외륜은 상기 볼감속기의 입력단의 내주면과 결속되며, 상기 제 2클러치의 내륜은 상기 볼감속기의 출력단의 외주면과 결속될 수 있다.
상기 로터와 결합되는 입력회전축이 역방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 감속되어 정방향으로 회전하고, 상기 로터와 결합되는 입력회전축이 정방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 정방향으로 회전한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 변속 기능을 가지는 장치를 별도로 사용할 필요가 없으므로, 생산비용이 절감된다.
또한, 전동기에 변속구조가 일체로 조립되므로, 생산성이 향상된다.
또한, 전동기에 변속구조를 내장시켜 소형으로 제작할 수 있으므로, 전동기가 장착되는 공간이 불필요하게 커질 필요가 없다.
도 1은 본 발명에 따른 전동자전거의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전동자전거를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전동자전거의 힌지 결합구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전동자전거의 프런트 프레임과 리어 프레임이 펼쳐진 모습을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전동자전거의 접힌 모습을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동자전거의 이 실시예의 힌지 결합구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전동기의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전동기의 결합사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전동기가 저속(1단)으로 변속하는 원리를 나타내는 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 전동기가 고속(2단)으로 변속하는 원리를 나타내는 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에서는 편의상 전동자전거의 휠에 본 발명에 따른 전동기가 장착된 경우를 예로 들어 설명한다.
그러나 본 발명에 따른 전동기는 도시된 일실시예의 전동자전거에만 장착될 수 있는 것은 아니며, 오토바이, 전기자동차와 같은 운송기계의 휠에도 동일하게 적용될 수 있음을 밝힌다.
본 발명의 전동자전거의 일 실시예는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 프런트 프레임(10)과, 센터 프레임(20)과, 새들 프레임(30) 및 리어 프레임(40)을 가진다. 이러한 프레임들(10,20,30,40)은 힌지축(50)에 의해 순차적으로 축 결합되어 힌지축(50)을 중심으로 전후로 회동 가능하게 마련되는 힌지플레이트(60)와 결합된다.
프런트 프레임(10)의 일단은 앞바퀴(11)와 핸들부(17)가 연결되는 핸들스테이(12)가 결합되는 헤드튜브(13)의 후방에 결합된다. 이때, 프런트 프레임(10)과 헤드튜브(13)은 일체형으로 이루어질 수도 있다. 핸들부(17)는 핸들스테이(12)의 상단에 결합되는 핸들 스템(14)과, 이 핸들 스템(14)에 결합되는 핸들바(15)와, 이 핸들바(15)에 설치되는 핸들 그립(16)을 포함한다.
여기서, 핸들 스템(14)은 핸들부(17)의 높이 조절을 위해 마련된다. 핸들바(15)는 자전거의 조향을 결정하기 위해 마련된다. 핸들 그립(16)에는 후술할 센터 프레임(20)의 발전기(21)를 통한 답력을 조절하는 동시에 후술할 리어 프레임(40)의 전동기(44)의 구동속도를 조절할 수 있도록 조절유닛이 마련된다. 이러한 조절유닛은 후술할 전자제어유닛(43)과 전기적으로 연결된다.
핸들스테이(12)의 하단 일측에는 도시된 바와 같이 앞바퀴(11)가 회전 가능하게 결합된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서 앞바퀴(11)는 도시된 바와 같이 전동자전거를 후방에서 바라볼 때를 기준으로 핸들스테이(12)의 하단 우측에 결합될 수 있으며, 앞바퀴(11)는 도시되지는 않았지만 통상적인 자전거처럼 포크형상으로 이루어진 핸들스테이에 결합될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명되는 방향은 전동자전거를 후방에서 바라볼 때를 기준으로 한다.
프런트 프레임(10)의 타단은 상술한 바와 같이 제1힌지플레이트(61)와 결합된다. 이러한 제1힌지플레이트(61)는 그 중심에 힌지축(50)이 삽입되는 축공을 가진다. 또, 본 발명의 실시예에서 프런트 프레임(10)과 제1힌지플레이트(61)는 개별적으로 마련되지만, 프런트 프레임(10)과 제1힌지플레이트(61)는 일체로 형성될 수도 있다.
센터 프레임(20)의 일단에는 발전기(21)가 마련되고, 이 발전기(21)의 양 측에는 페달(23)이 회전 가능하게 장착된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 사용자가 페달(23)을 회전시키면 이 페달(23)의 회전력을 발전기(21)에서 전기적 에너지로 변환되고, 이러한 발전기(21)의 전기적 에너지는 후술할 메인배터리(45)에 축전될 수 있다.
센터 프레임(20)의 타단은 제1힌지플레이트(61)의 우측에 배치되는 제2힌지플레이트(62)와 결합된다. 이러한 제2힌지플레이트(62)는 제1힌지플레이트(61)와 마찬가지로 그 중심에 힌지축(50)이 삽입되는 축공을 가진다. 또, 본 발명의 일 실시예에서 센터 프레임(20)과 제2힌지플레이트(62)는 개별적으로 마련되지만, 센터 프레임(20)과 제2힌지플레이트(62)는 일체로 형성될 수도 있다.
새들 프레임(30)의 일단에는 사용자가 안착되는 안장(31)이 장착된다. 이러한 새들 프레임(30)은 사용자의 체격에 따라 힌지축(50)을 중심으로 회전폭을 조정할 수 있다. 또, 새들 프레임(30)과 안장(31)의 연결부위에는 안장(31)이 항상 수평상태를 유지할 수 있도록 각도를 조정하는 각도조절부재(미도시)가 장착될 수 있다.
새들 프레임(30)은 타단은 제2힌지플레이트(62)의 우측에 배치되는 제3힌지플레이트(63)에 결합된다. 이러한 제3힌지플레이트(63)는 제1,2힌지플레이트(61,62)와 마찬가지로 그 중심에 힌지축(50)이 삽입되는 축공을 가진다. 또, 본 발명의 실시예에서 새들 프레임(30)과 제3힌지플레이트(63)는 개별적으로 마련되지만, 새들 프레임(30)과 제3힌지플레이트(63)는 일체로 형성될 수도 있다.
리어 프레임(40)의 일단 좌측에는 뒷바퀴(41)가 회전 가능하게 장착된다. 또, 뒷바퀴(41)는 도시되지는 않았지만 통상적인 자전거와 같이 포크 형상으로 마련되는 리어 프레임(40)에 장착될 수도 있다.
이러한 뒷바퀴(41)에는 이 뒷바퀴(41)를 회전시켜 자전거를 전진시키기 위해 후술할 변속구조가 내장된 전동기(44)가 장착된다.
이와 같이 리어 프레임(40)의 일단 좌측에 장착되는 뒷바퀴(41)에는 도시된 바와 같이 전동자전거를 펼칠 경우 프런트 프레임(10)에 결합되는 핸들스테이(12)의 하단 우측에 결합되는 앞바퀴(11)와 일직선 상에 배치되도록 마련된다. 이를 위해 리어 프레임(40)은 뒷바퀴(41)와 앞바퀴(11)가 일직선 상에 배치될 수 있도록 리어 프레임(40)의 타단에서 외측으로 굽은 형상을 가진다.
또, 센터 프레임(20)에 장착되는 발전기(21)의 중심 즉, 발전기(21)의 양 측에 장착되는 페달(23)의 중심과, 새들 프레임(30)에 장착되는 안장(31)의 중심 및 핸들스테이(12)에 연결되는 핸들바(15)의 중심은 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(41)를 연장하는 일직선 상에 배치된다. 이를 위해 센터 프레임(20) 역시 상술한 리어 프레임(40)과 같이 외측으로 굽은 형상을 가질 수 있다.
리어 프레임(40)의 타단은 제3힌지플레이트의 우측에 배치되는 제4힌지플레이트(64)에 결합된다. 이러한 제4힌지플레이트(64)는 제1,2,3힌지플레이트(61,62,63)와 마찬가지로 그 중심에 힌지축(50)이 삽입되는 축공을 가진다. 또, 본 발명의 실시예에서 리어 프레임(40)과 제4힌지플레이트(64)는 개별적으로 마련되지만, 리어 프레임(40)과 제4힌지플레이트(64)는 일체로 형성될 수도 있다.
이때, 본 발명의 실시예에서 각 힌지플레이트(61,62,63,64)는 원형으로 도시되었지만, 이와 같이 원형으로 한정되는 것이 아닌 다른 형상으로 마련될 수도 있다.
또, 리어 프레임(40)에는 발전기(21)를 통해 변환된 전기적 에너지를 축전시키는 메인배터리(45)와, 배터리 관리 시스템(BMS, Battery mangement system,미도시)과, 전자제어유닛(43)이 내장될 수 있다.
이때, 메인배터리(45)는 상술한 바와 같이 리어 프레임(40) 뿐만 아니라 다른 프레임들(10,20,30)에 내장될 수도 있다.
전자제어유닛(43)은 발전기(21), 메인배터리(45), 배터리 관리 시스템, 전동기(44)를 전기적으로 제어하는 역할을 한다.
여기서, 배터리 관리 시스템은 배터리의 상태를 모니터링하여 최적의 조건에서 배터리를 사용할 수 있도록 자동 관리하고, 배터리의 교체시기를 예측하고 문제의 배터리를 사전 발견하는 역할을 한다.
또, 본 발명의 실시예에서 프런트 프레임(10)과 센터 프레임(20)의 사이에는 제1와이어부재(71)가 설치되고, 센터 프레임(20)과 리어 프레임(40)의 사이에는 제2와이어부재(73)가 설치된다.
상기와 같은 제1와이어부재(71)와 제2와이어부재(73)는 센터 프레임(20)을 중심으로 서로 마주보게 설치되는데, 제1,2와이어부재(71,73)는 지면을 기준으로 할 때 동일한 경사를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 제1,2와이어부재(71,73)는 각 프레임(10,20,30,40)이 사용자의 체중으로 인해 발생되는 하중을 견딜 수 있도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 제1,2와이어부재(71,73)는 전동자전거를 펼쳤을 때 최대로 인장되도록 마련된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 힌지플레이트(60)는 상술한 바와 같이 원형으로 이루어져 힌지축(50)에 순차적으로 축 결합된다.
이러한 힌지플레이트(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 앞바퀴(11) 및 뒷바퀴(41)의 축과 수평인 직선을 기준으로 할 때 일정 각도로 틀어지도록 마련된다. 즉, 힌지플레이트(60)와 결합되는 각 프레임(10,20,30,40)의 타단은 일정 각도로 틀어진 상태로 회동 가능하게 마련된다.
또, 프런트 프레임(10)에 결합되는 앞바퀴(11)의 회전축과 힌지축(50) 사이의 거리와 리어 프레임(40)에 결합되는 뒷바퀴(41)의 회전축과 힌지축(50) 사이의 거리는 동일한 것이 바람직하다.
이와 같이 각 프레임(10,20,30,40)의 타단이 일정 각도로 틀어지게 마련되고 앞바퀴(11)의 회전축과 힌지축(50) 사이의 거리와 뒷바퀴(41)의 회전축과 힌지축(50) 사이의 거리가 동일하게 되는 것은 전동자전거를 펼칠 때 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(41)가 서로 동일 직선상에 배치되도록 하고, 전동자전거를 접을 때 도 5에 도시된 바와 같이 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(41)가 좌우로 나란히 접힐 수 있도록 하기 위함이다.
또한 도 3을 다시 참고하면, 본 발명의 실시예에서 힌지플레이트(60)를 관통하는 힌지축(50)에는 각 힌지플레이트(61,62,63,64)에 형성되는 축공 중 힌지축(50)이 관통되는 첫번째 힌지플레이트(64)에 형성되는 축공에 마련된 회전방지홈에 대응되는 회전방지돌기(50a)가 마련된다.
또, 힌지축(50)에는 이 힌지축(50)의 풀림을 방지하는 너트부재(51)가 결합된다. 너트부재(51)는 힌지축(50)이 마지막으로 관통되는 힌지플레이트 즉, 본 발명의 실시예의 제1힌지플레이트(61)의 외측에 마련된다. 너트부재(51)와 제1힌지플레이트(61)의 사이에는 이 너트부재(51)가 힌지축(50)과 원활히 결합되도록 와셔(52)와 베어링(53)이 배치된다. 베어링(53)은 스러스트 베어링일 수 있다. 와셔(52)는 너트부재(51)와 일체로 이루어질 수도 있다.
힌지플레이트(60)를 관통하는 베어링(53)과 제1힌지플레이트(61)의 사이에는 힌지축(50)과 축 결합되어 각 힌지플레이트(61,62,63,64)를 잠그거나 풀게 하는 제1캠부재(54)와 제2캠부재(55)가 마련된다. 제1캠부재(54)와 제2캠부재(55)는 서로 대응되는 형상의 캠을 갖도록 마련되어 제1캠부재(54)의 회전 시 각 프레임(10,20,30,40) 사이의 간격을 벌어지게 하여 각 힌지플레이트(61,62,63,64)를 힌지축(50)을 중심으로 회전 가능하게 한다.
이를 위해 제1캠부재(54)는 도시된 바와 같이 원형의 캠(54a)과 이 캠(54a)으로부터 일측으로 연장되는 레버(54b)를 포함한다. 제2캠부재(55)에는 제1캠부재(54)의 캠(54a)과 대응되는 캠(미도시)을 가지며 제1힌지플레이트(61)의 축공에 안착되어 제2캠부재(55)의 회전을 방지하는 회전방지돌기(55a)가 형성된다.
도 6에는 본 발명의 전동자전거의 이 실시예가 도시되어 있다. 이러한 전동자전거의 이 실시예에서 일 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 구체적인 설명을 생략하고 동일한 도면부호를 부여한다.
본 발명의 전동자전거의 이 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 프런트 프레임(110)과, 센터 프레임(120)과, 새들 프레임(130), 리어 프레임(140)을 가진다. 이러한 프레임들(110,120,130,140)은 힌지플레이트(160)와 결합될 수 있다.
힌지플레이트(160)는 일 실시예와 다르게 프런트 프레임(110)이 결합되거나 일체로 형성되는 제1힌지플레이트(161)와, 센터 프레임(120)과 새들 프레임(130)이 결합되거나 일체로 형성되는 제2힌지플레이트(162)와, 리어 프레임(140)이 결합되거나 일체로 형성되는 제3힌지플레이트(163)를 포함한다.
여기서, 제1힌지플레이트(161)와 제3힌지플레이트(163)는 일 실시예의 제1힌지플레이트(61)와 제4힌지플레이트(64)와 동일한 구성을 가진다. 제2힌지플레이트(162)는 센터 프레임(120)의 타단과 새들 프레임(130)의 타단이 결합되거나 일체로 형성된다. 즉, 제2힌지플레이트(162)에는 센터 프레임(120)과 새들 프레임(130)이 동시에 결합된다.
또, 힌지플레이트(161,162,163)는 힌지축(150)에 순차적으로 축 결합되고, 이러한 힌지플레이트(161,162,163)에 결합되거나 일체로 형성되는 프레임들 중 일부는 힌지축(150)을 중심으로 전후로 회동 가능하게 마련된다. 본 발명의 이 실시예에서는 전동자전거를 접을 때 프런트 프레임(110)과 리어 프레임(140)이 전후로 회동되고, 새들 프레임(130)은 이 새들 프레임(130)에 마련되는 힌지부재(135)에 의해 접철 가능하게 마련된다.
또, 힌지플레이트(161,162,163)는 앞바퀴(11) 및 뒷바퀴(41)의 축과 수평인 직선을 기준으로 할 때 일정 각도로 틀어지도록 마련되며, 이러한 힌지플레이트(161,163)와 결합되거나 일체로 형성되는 프런트 프레임(110)과 리어 프레임(140)은 일정 각도로 틀어진 상태로 회동 가능하게 마련된다.
메인배터리(45)는 전동기(44)를 구동시키도록 전원을 제공하는 동시에 발전기(21)를 통해 발전된 전기적 에너지를 축전시키는 역할을 한다. 이때, 메인배터리(45)는 상술한 바와 같이 각 프레임(10,20,30,40,110,120,130,140) 중 하나에 내장되는 내장형 배터리로 마련된다. 바람직하게 메인배터리(45)는 리어 프레임(40,140)에 내장될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 전동기(44)에 대해 자세히 설명한다.
상기에서 전동기(44)는 뒷바퀴(41)에 장착되는 것으로 설명하였으나, 자전거의 구조에 따라서는 앞바퀴(11)에도 장착될 수 있으므로, 이하 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(41)를 합쳐 휠(11,41)로 통칭한다.
도 7은 본 발명에 따른 전동기의 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 전동기의 결합사시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동기(44)는 하우징(202) 및 커버(204)와, 스테이터(212)와, 로터(214)와, 입력회전축(222) 및 출력회전축(224)과, 볼감속기(230)와, 제 1클러치(240) 및 제 2클러치(250)를 포함한다.
하우징(202)은 일단이 개방된 원통형 형상을 가지며, 그 내부에는 스테이터(212)와, 로터(214)와, 입력회전축(222) 및 출력회전축(224)과, 볼감속기(230)와, 제 1클러치(240) 및 제 2클러치(250) 등을 수용할 수 있는 수용공간이 마련된다.
또한, 하우징(202)의 개방되지 않은 타단에는 소정 지름을 가진 지지홀(203)이 형성되고, 지지홀(203)은 그 내주면으로 제 1지지베어링(262)과 결합된다.
하우징(202)의 개구부(206)의 내주면에는 커버(204)가 결합된다.
커버(204)는 그 내주면으로 제 2클러치(250) 및 제 3지지베어링(266)을 통해 볼감속기(230)의 출력단(234)와 연결되고, 그 외주면으로 제 4지지베어링(268)을 통해 휠(11,41)과 연결된다.
하우징(202) 및 커버(204)는 휠(11,41)에 고정되어 로터(214)와, 입력회전축(222)과, 볼감속기(230)와 출력회전축(224)이 안정적으로 회전할 수 있도록, 지지하는 역할을 한다.
하우징(202)의 내주면에는 스테이터(212)가 배치된다.
스테이터(212)는 전자제어유닛(43)의 제어 신호에 따라 로터(214)를 회전시키는 역할을 한다.
스테이터(212)의 내부에는 로터(214)가 배치되며, 로터(214)는 일단이 개방된 원통형 형상을 가지며, 그 내부에는 볼감속기(230)와, 제 1클러치(240) 등을 수용할 수 있는 수용공간이 마련된다.
로터(214)는 스테이터(212)와의 상호작용을 통해 회전하면서, 로터(214)와 연결된 입력회전축(222)을 동시에 회전시킨다.
입력회전축(222)은 환봉형상으로 형성되며, 그 일단으로부터, 볼감속기(230), 제 1클러치(240), 로터(214), 제 1지지베어링(262)과 순차적으로 결속된다.
입력회전축(222)의 양단은 각각 제 1지지베어링(262) 및 볼감속기(230)와 결속되어 지지되는 상태에서 회전한다.
입력회전축(222)은 로터(214)와 함께 회전하여, 출력회전축(224)에 동력을 전달한다.
출력회전축(224)은 환봉형상으로 형성되며, 그 양단은 각각 볼감속기(230) 및 휠(11,14)와 결속된다.
출력회전축(224)은 입력회전축(222)으로부터 동력을 전달받아, 휠(11,14)을 회전시킨다.
볼감속기(230)는 그 입력단(232)에서 입력회전축(222)과 결합하고, 그 출력단(234)에서 출력회전축(224)과 결합한다.
입력회전축(222)과 출력회전축(224)은 볼감속기(230)와 별개로 제작되어 결합될 수도 있고, 볼감속기(230)와 일체로 제작될 수도 있다.
본 발명의 전동기(44)에 사용되는 볼감속기(230)로는 입력축의 회전 속도는 소정의 감속비율로 감속시켜 출력되게 하면서, 입력축의 회전 방향과 반대 방향으로 출력되게 하는 사양을 가진 일반적인 감속기가 사용된다.
볼감속기(230)의 출력단(234)과 로터(214) 사이에는 제 2지지베어링(264)이 내장되고, 볼감속기(230)의 출력단(234)과 커버(204) 사이에는 제 2클러치(250)와 제 3지지베어링(266)이 내장된다.
본 발명에 따른 변속 구조에 따르면, 볼감속기(230)는 입력회전축(222)에 의해 입력되는 회전 속도를 감속하면서 회전 방향을 반대로 바꾸어 출력회전축(224)에 전달하는 역할 이외에, 볼감속기(230) 자체가 회전하는 경우도 있는데 이는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
제 1클러치(240)는 내륜(244), 외륜(246), 락킹롤러(248)로 구성되며, 락킹롤러(248)는 내륜(244)과 외륜(246) 사이에 배치되어 내륜(244)의 회전을 어느 한 방향으로만 가능하게 하는 역할을 한다.
제 1클러치(240)의 내륜(244)은 입력회전축(222)과 결속되고, 제 1클러치(240)의 외륜(246)은 볼감속기(230)의 입력단(232)의 내주면과 결속된다.
위와 같이, 제 1클러치(240)는 어느 한 방향으로만 회전이 가능하도록 하는 체결요소이므로 입력회전축(222)의 회전방향이 제 1클러치(240)가 허용하는 회전방향일 경우에는 입력회전축(222)의 회전이 볼감속기(230)에 전달되어 출력회전축(224)을 통해 출력된다. 즉, 출력회전축(224)의 회전속도는 감속되고, 회전방향은 입력회전축(222)의 회전방향과 반대가 된다.
만약 입력회전축(222)의 회전방향이 제 1클러치(240)가 제한하는 회전방향일 경우에는 입력회전축(222)의 회전이 볼감속기(230)에 전달되지 않는다. 즉, 볼감속기(230) 의해 감속되거나 회전방향이 반대가 되지 않는다.
제 2클러치(250)는 내륜(254), 외륜(256), 락킹롤러(258)로 구성되며, 락킹롤러(258)는 내륜(254)과 외륜(256) 사이에 배치되어 내륜(254)의 회전을 어느 한 방향으로만 가능하게 하는 역할을 한다.
제 2클러치(250)의 내륜(254)은 볼감속기(230)의 출력단(234)의 외주면과 결속되며, 제 1클러치(240)와 서로 반대 방향의 회전을 제한하도록 결속된다. 즉, 제 1클러치(240)가 시계방향으로의 회전을 제한하는 경우, 제 2클러치(250)는 반시계방향으로의 회전을 제한하게 되고, 제 1클러치(240)가 반시계방향으로의 회전을 제한하는 경우, 제 2클러치(250)는 시계방향으로의 회전을 제한하게 된다.
제 2클러치(250)는 볼감속기(230)의 출력단(234)의 외주면을 통해 볼감속기(230)의 몸체의 회전방향을 제한한다.
이하에서는 본 발명에 따른 전동기에 의해 변속되는 원리에 대해 자세히 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 전동기가 저속(1단)으로 변속하는 원리를 나타내는 것이고, 도 10은 본 발명에 따른 전동기가 고속(2단)으로 변속하는 원리를 나타내는 것이다.
설명을 위해, 도 9에 도시된 입력회전축(222)의 회전방향을 역방향이라고 하고, 도 10에 도시된 입력회전축(222)의 회전방향을 정방향이라고 한다. 그리고, 제 1클러치(240)는 역방향으로는 회전을 제한하지 않고, 정방향으로는 회전을 제한하도록 배치되고, 제 2클러치(250)는 정방향으로는 회전을 제한하지 않고, 역방향으로는 회전을 제한하도록 배치된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 로터(214)와 연결된 입력회전축(222)이 역방향으로 회전하면, 제 1클러치(240)는 역방향으로는 회전을 제한하지 않으므로(즉, 외륜(246)은 볼감속기(230)의 입력단(232)의 내주면과 결속된 상태로 고정되어 있고, 내륜(244)만 회전한다.), 입력회전축(222)의 회전이 볼감속기(230)로 전달되고 볼감속기(230)에 의해 출력회전축(224)은 정해진 감속비로 회전 속도가 감속되고 회전방향도 반대(정방향)가 된다.
이 때, 제 2클러치(250)는 역방향으로 회전을 제한하므로, 볼감속기(230)의 몸체가 역방향으로 회전하는 것을 방지하게 된다.
출력회전축(224)과 연결된 휠(11,41)은 출력회전축(224)의 회전 속도 및 회전방향(정방향)으로 회전하게 된다.
즉, 휠(11,41)은 로터(214)의 회전방향(역방향)과 반대방향(정방향)으로 감속되어 회전하게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 로터(214)와 연결된 입력회전축(222)이 정방향으로 회전하면, 제 1클러치(240)는 정방향으로의 회전을 제한하므로, 입력회전축(222)의 회전이 볼감속기(230)로 전달되지 않는다.
이 때, 제 1클러치(240)의 내륜(244)과 외륜(246)은 락킹롤러(248)를 사이에 두고, 서로 고정된다.
따라서, 입력회전축(222)과 제 1클러치(240)의 내륜(244)과 외륜(246)은 서로 일체로 회전하게 되고, 외륜(246)은 볼감속기(230)의 입력단(232)의 내주면과 결속되어 있으므로, 결국, 입력회전축(222), 제 1클러치(240), 볼감속기(230)의 몸체가 일체가 되어 정방향으로 회전하게 된다.
제 2클러치(250)는 정방향으로 회전은 제한하지 않으므로, 볼감속기(230)에 연결된 출력회전축(224)도 일체가 되어 회전하고, 출력회전축(224)과 연결된 휠(11,41)은 출력회전축(224)의 회전 속도 및 회전방향(정방향)으로 회전하게 된다.
즉, 휠(11,41)은 로터(214)의 회전방향(정방향)과 같은 방향(정방향)으로 감속되지 않고 회전하게 된다.
저속(1단)모드나 고속(2단)모드에서 휠(11,41)의 회전방향은 언제나 정방향으로 유지된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 변속구조를 가진 전동기(44)를 사용할 경우, 회전방향을 제어함으로써 간단하게 휠(11,14)의 속도를 변속할 수 있게 된다.
10,110 : 프런트 프레임 11 : 앞바퀴
16 : 핸들 그립 17 : 핸들부
20,120 : 센터 프레임 21 : 발전기
23 : 페달 30,130 : 새들 프레임
31 : 안장 40,140 : 리어 프레임
41 : 뒷바퀴 43 : 전자제어유닛
44 : 전동기 45 : 메인배터리
46 : 커넥터 47 : 보조배터리
50 : 힌지축 60,160 : 힌지플레이트
202 : 하우징 204 : 커버
212 : 스테이터 214 : 로터
222 : 입력회전축 224 : 출력회전축
230 : 볼감속기 240 : 제 1클러치
250 : 제 2클러치

Claims (9)

  1. 휠에 장착되는 전동기에 있어서, 상기 전동기는,
    하우징; 상기 하우징의 내면에 마련되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되어 회전하는 로터; 상기 로터와 결합되는 입력회전축과 상기 휠과 결합되는 출력회전축; 상기 로터의 내부에 배치되고, 상기 입력회전축과 상기 출력회전축과 연결되는 볼감속기; 상기 볼감속기의 입력단과 결합되는 제 1클러치와 상기 볼감속기의 출력단과 결합되는 제 2클러치;를 포함하고,
    상기 제 1클러치와 상기 제 2클러치는 서로 반대방향의 회전을 제한하도록 결합되며,
    상기 제 1클러치의 내륜은 상기 입력회전축과 결합되고 외륜은 상기 볼감속기의 입력단의 내주면과 결합되며, 상기 제 2클러치의 내륜은 상기 볼감속기의 출력단의 외주면과 결합되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 로터와 결합되는 입력회전축이 역방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 감속되어 정방향으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 로터와 결합되는 입력회전축이 정방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 정방향으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 볼감속기의 몸체는 상기 입력회전축 및 상기 출력회전축과 일체로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 삭제
  8. 휠;
    상기 휠에 장착되는 전동기;를 포함하고,
    상기 전동기는 하우징;과, 상기 하우징의 내면에 마련되는 스테이터;와, 상기 스테이터의 내부에 배치되어 회전하는 로터;와, 상기 로터와 결합되는 입력회전축;과, 상기 휠과 결합되는 출력회전축;과, 상기 로터의 내부에 배치되고, 상기 입력회전축과 상기 출력회전축과 연결되는 볼감속기;와, 상기 볼감속기의 입력단과 결합되는 제 1클러치와 상기 볼감속기의 출력단과 결합되는 제 2클러치;를 포함하고, 상기 제 1클러치와 상기 제 2클러치는 서로 반대방향의 회전을 제한하도록 결합되되,
    상기 제 1클러치의 내륜은 상기 입력회전축과 결합되고, 상기 제 1클러치의 외륜은 상기 볼감속기의 입력단의 내주면과 결합되며, 상기 제 2클러치의 내륜은 상기 볼감속기의 출력단의 외주면과 결합되는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 로터와 결합되는 입력회전축이 역방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 감속되어 정방향으로 회전하고, 상기 로터와 결합되는 입력회전축이 정방향으로 회전하면, 상기 휠과 결합되는 상기 출력회전축은 정방향으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 전동자전거.
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