KR101197896B1

KR101197896B1 - 자전거용 변속장치

Info

Publication number: KR101197896B1
Application number: KR1020100027906A
Authority: KR
Inventors: 송윤이
Original assignee: 송윤이
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2012-11-05
Also published as: KR20110108618A

Abstract

본 발명은 자전거의 속도 변환장치에 적용되는 변속 기구의 구조를 개선하여 변속 조작시 충격을 최소화하면서 속도에 상관없이 변속단을 선택할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 변속장치는, 회전 가능한 자전거 페달로부터 회전 구동력을 입력받아 메인 샤프트측으로 전달하는 크랭크 암과, 메인 샤프트로 전달된 회전력을 선택된 변속단에 따른 기어 이의 수 비율로 변속시키기 위한 변속 기어부와, 변속 레버의 조작에 따라 변속 기어부의 변속단중 하나의 변속단을 선택하여 각각의 변속단에 연결된 각각의 케이블중 하나의 케이블을 조작하기 위한 레버 조작부와, 레버 조작부에 선택된 하나의 케이블을 매개로 변속 기어부의 변속 동작을 조작하는 클러칭수단으로 구성된다.
이에 따르면 본 발명은 자전거 변속 레버의 변속 조작시 선택된 케이블과 클러칭수단을 매개로 한 변속단의 변속 동작이 부드럽게 이루어지게 되어 변속 충격을 최소화할 수 있음과 아울러, 주행 속도에 상관없이 사용자가 원하는 임의의 변속단 선택이 가능하게 되므로 정지시 출발 상황에서도 즉시 응답할 수 있으므로 변속시 응답성이 향상되는 유용한 효과를 갖는다.

Description

자전거용 변속장치{TRANSMISSION FOR BICYCLE}

본 발명은 자전거용 변속장치에 관한 것으로, 특히 페달의 속도에 관계없이 변속 선택이 자유롭고 변속시 변속 충격을 최소화하도록 그 구조가 개선된 자전거용 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 자전거는 페달축과 페달간의 크랭크샤프트 거리가 일정하게 고정되어 상기 크랭크샤프트에 결합된 페달의 구동력만으로 주행력을 제공하게 되어 있다.

이와 같은 기존 자전거의 구동구조(주행력 제공구조)는 페달축으로부터 페달의 회전력이 일정한 회전반경내에서 이루어지므로 특히 상향 등반길 등에서 당연히 보다 많은 구동에너지를 필요로 하게 된다.

이를 개선하기 위해, 보다 합리적인 구동에너지를 얻기 위해 변속기어를 설치하여 주행에너지를 극대화할 수 있게 한 것이 가장 널리 일반화되어 있다.

그러나, 이 역시 주행력의 동력원이 되는 페달의 회전반경이 일정하여 항시 동일한 구동에너지가 제공되므로, 페달의 회전반경을 가변화시켜 보다 적은 구동에너지 소모로 주행력을 극대화할 수 있는 변속 장치의 개발이 요구된다.

이를 위해 자전거에는 속도변환장치가 장착된다.

그런데, 기존의 자전거용 속도 변환장치는 순차적인 변속과장을 갖게 되므로, 고단 변속 주행모드에서 정지한 후 다시 출발할 경우 변속 기어를 저단으로 변환하지 않을 경우 주행이 어려운 단점이 있다.

또한, 변속장치의 변속시 변속 충격이 있을 뿐만 아니라, 특히 고단 변속시 충격이 큰 단점이 있다.

본 발명의 목적은 페달의 속도에 관계없이 사용자가 원하는 변속 비율로 즉시 응답할 수 있도록 응답성이 향상된 자전거용 변속장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자전거의 페달과 크랭크 암을 매개로 연결되는 메인 샤프트와,

상기 메인 샤프트와 연동되는 다수개의 변속단이 병렬로 구성되어 상기 메인 샤프트로부터 전달되는 구동력을 입력받아 변속시키기 위한 변속 기어부와,

변속 레버의 조작에 따라 상기 변속 기어부의 변속단 중 하나의 변속단을 선택하여 각각의 변속단에 연결된 각각의 케이블 중 하나의 케이블을 조작하기 위한 레버 조작부와,

상기 레버 조작부에 선택된 하나의 케이블을 매개로 상기 변속 기어부의 변속 동작을 조작하는 클러칭수단을 구비하며,
상기 레버 조작부는 상부가 하우징의 상측으로 돌출되게 배치되고 하부가 하우징의 내부에 수용되도록 배치되며 전,후 및 좌,우 방향으로 이동가능한 변속 레버와, 상기 변속 레버의 전,후 방향 시프트 동작에 따라 상기 변속 레버의 일부와 간섭되면서 회전 동작되어 상기 케이블을 긴장시키며 상기 변속 기어부의 각 변속단과 동일한 수로 병렬로 배치되는 복수개의 조작 레버와, 상기 변속 레버의 하부에 배치되어 전,후 방향 이동을 탄성 지지하는 쉬프트 스프링부재와, 상기 조작 레버의 하부에 배치되어 상기 조작 레버의 복귀 동작을 탄성 지지하는 리턴 스프링부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 모터의 구동력을 상기 클러칭수단을 통해 선택된 상기 변속 기어부의 변속단측에 전달하기 위한 동력 전달부를 더 구비한다.

삭제

또한, 상기 동력 전달부는 상기 변속 기어부를 감싸는 케이스의 일측에 배치되는 모터의 회전자측과 연동되도록 결합되고, 일측 외주면에 보조 선기어가 배치되는 보조 선기어 샤프트와, 상기 보조 선기어와 기어 맞물림 결합되고 상기 케이스의 내측면에 핀 결합된 보조 유성기어와, 상기 보조 유성기어에 연동되도록 기어이 맞물림 결합되고 유성기어에 축연결된 유성기어 고정핀과 연결된 유성기어 캐리어 커버와, 상기 모터의 회전력과 상기 메인 샤프트의 회전력을 각각 일방향으로 전달하는 일방향 클러치부를 구비한다.

삭제

본 발명은 자전거의 속도 변환장치에 적용되는 변속 기구의 구조를 개선하여 변속 조작시 충격을 최소화하면서 속도에 상관없이 변속단을 선택할 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 자전거 변속 레버의 변속 조작시 선택된 케이블과 클러칭수단을 매개로 한 변속단의 변속 동작이 부드럽게 이루어지게 되어 변속 충격을 최소화할 수 있음과 아울러, 주행 속도에 상관없이 사용자가 원하는 임의의 변속단 선택이 가능하게 되므로 정지시 출발 상황에서도 즉시 응답할 수 있으므로 변속시 응답성이 향상되는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거용 변속장치의 일 실시 예를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명 조작 레버부의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명 변속 레버와 하우징을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명 조작 레버부의 사용상태도.
도 5는 본 발명 변속 레버의 변속 동작을 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명 조작 레버부를 나타낸 측면도.
도 7은 본 발명 클러칭수단을 나타낸 구성도.
도 8은 본 발명 클러칭수단의 사용상태도.
도 9는 본 발명 변속 기어부의 다른 실시 예를 나타낸 구성도.
도 10은 본 발명 변속 기어부의 또 다른 실시 예를 나타낸 구성도.
도 11은 본 발명의 제 1클러치부를 나타낸 정면도.
도 12는 본 발명의 제 2클러치부를 나타낸 정면도.
도 13은 본 발명 동력 전달부의 다른 실시 형태를 보인 사용상태도.

최근에는 앞바퀴와 뒷바퀴의 축에 여러 직경을 갖는 기어를 구성하고, 이 기어들 사이에서 동력을 매개하는 체인의 위치를 변경하여 속도를 변환하는 일반적인 속도변환장치 외에, 자전거의 뒷바퀴 허브의 내부에 설치되는 방식의 속도변환장치가 개발되어 사용되고 있는데, 이는 허브쉘 내에 소형의 기어들을 배열하여 기어이의 수 비율에 의하여 속도를 변환하는 것이다.

이러한 속도 변환장치의 변속 기구는 변속 조작시의 변속 충격이 있으며, 자전거의 주행 속도에 적합한 변속단 조작이 이루어져야 하는 번거로움이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명 자전거용 변속장치는, 회전 가능한 자전거 페달로부터 회전 구동력을 입력받아 메인 샤프트측으로 전달하는 크랭크 암과, 메인 샤프트로 전달된 회전력을 선택된 변속단에 따른 기어 이의 수 비율로 변속시키기 위한 변속 기어부와, 변속 레버의 조작에 따라 변속 기어부의 변속단 중 하나의 변속단을 선택하여 각각의 변속단에 연결된 각각의 케이블중 하나의 케이블을 조작하기 위한 레버 조작부와, 레버 조작부에 선택된 하나의 케이블을 매개로 변속 기어부의 변속 동작을 조작하는 클러칭수단으로 대별된다.

본 발명에 따른 자전거용 변속장치의 일 실시 예는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 그 구조는 크랭크 암(20)을 매개로 자전거 페달(10)의 회전 구동력을 전달받아 회전 동작되는 메인 샤프트(100)와, 메인 샤프트(100)에 축 결합되어 연동 회전되고 변속 기어들로 구성된 다수개의 변속단이 병렬로 배열되는 변속 기어부와, 변속 기어부의 변속단을 선택하도록 변속 레버(420)를 조작하여 각각의 변속단에 연결된 각각의 케이블(500) 중 하나의 케이블을 조작하기 위한 레버 조작부와, 레버 조작부의 케이블(500) 조작시 선택된 케이블(500)과 연결된 변속단의 동작을 조작하여 선택적으로 변속 기어부를 조작하기 위한 클러칭수단을 구비한다.

더 상세히 설명하면, 변속 기어부는 메인 샤프트(100)에 연동되어 회전되는 유성기어 캐리어(210)와, 유성기어 캐리어(210)와 유성기어 고정핀(220a)을 매개로 결합되어 연동 회전되고 각각의 변속단에 대응되도록 각각 병렬로 배열되는 복수개의 유성기어(220; 221,222,223,224,225,226)와, 내주면이 유성기어(220)의 외주면과 기어 이 맞물림 결합되어 연동 회전되는 링 기어(240; 241,242,243,244,245,246)와, 각각의 유성기어에 각각 기어 이 맞물리도록 배치되는 선기어(230; 231,232,233,234,235) 및, 선기어(230)에 연동 회전되도록 스플라인 결합되고 타측단에 스프라켓이 구비된 선기어 샤프트(250)로 구성된다.

선기어 샤프트(250)의 스프라켓(310)은 변속된 구동 회전력을 통상의 바퀴 측에 전달하도록 체인과 연결되어 있다.

그리고, 변속 기어부의 기어들은 케이스(205)의 내부에 수납되고, 여기서는 6단 변속단으로 구성되며 각각의 변속단에 대응되는 복수개의 유성기어(220)와 링 기어(240)로 구성된다.

이하에서는 각각의 기어들 개수에 따라 각각의 도면 부호를 기재하거나, 통칭된 도면부호를 기재하기로 한다.

또한, 변속 기어부의 유성기어(220)는 평상시 링기어(240)의 내주면에 형성된 기어 이와 맞물려 메인 샤프트(100)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전되고, 클러칭수단에 의해 링기어가 고정될 때 메인 샤프트(100)의 회전방향에 대해 반대방향으로 회전된다.

유성기어 고정핀(220a)은 케이스(205)의 내측 타측부에 고정되게 결합된 유성기어 캐리어 커버(270)에 회전 가능하게 지지된다.

각각의 유성기어(220)는 변속 조작시 기어 수 비율을 조정할 수 있도록 외경이 서로 다른 크기를 갖는다.

클러칭수단은 일단부가 케이블(500)과 연결되고 타단부가 케이스(205)내에 결합된 고정축(260)에 고정되어 레버 조작부의 선택에 따라 선택된 케이블(500)이 당겨져 긴장됨에 따라 링 기어 측으로 이동 가능한 클러치 링부재(610)와, 클러치 링부재(610)의 내측에 배치되어 링 기어(240)의 외주면에 접촉되어 선택된 링기어를 고정시키는 브레이크 패드부재(620)로 구성된다.

클러치 링부재(610)는 각각의 링기어(240) 외주면에 각각 대응되도록 배치된다.

또한 클러치 링부재(610)는 일단부가 변속 기어부의 케이스(205)에 고정되고, 타단부가 케이블(500)을 이완시키는 방향의 탄성력을 갖는 연결 스프링(630)이 배치된다.

레버 조작부는 변속 레버(420)의 상부가 상측으로 돌출되게 배치되고 변속 레버(420)가 전,후 및 좌,우 방향으로 이동가능하게 수용되도록 배치되는 하우징(410)과, 변속 레버(420)의 전,후 방향 시프트 동작에 따라 변속 레버(420)의 일부와 간섭되면서 회전 동작되어 케이블(500)을 긴장시키며 변속 기어부의 각 변속단과 동일한 수로 병렬로 배치되는 복수개의 조작 레버(430; 430a,430b,430c,430d,430e,430f)와, 변속 레버(420)의 하부에 배치되어 후방 이동을 탄성 지지하는 쉬프트 스프링부재(450)와, 조작 레버(430)의 하부에 배치되어 조작 레버(430)의 전방 이동을 탄성 지지하는 리턴 스프링부재(440)를 구비한다.

변속 레버(420)는 하우징(410)의 좌,우 측면에 양측 단부가 고정된 힌지축(422)에 하부가 축결합되고, 힌지축(422)을 중심으로 전,후로 회전 가능한 구조를 갖는다.

또, 하우징(410)은 상부에 변속 레버(420)의 좌,우 방향이 이동 가능하고 각 조작 레버(430)와 대응되는 형태의 가이드 홈(412)이 형성되어 있다.

하우징(410)의 전면 내측부에는 조작 레버(430)의 전,후 동작을 가이드함과 아울러, 좌,우 방향 이동을 제한하는 레버 가이드(460)가 고정 설치되어 있다.

하우징(410)은 자전거의 몸체에 클램프 등을 매개로 고정되도록 결합된다.

레버 가이드(460)는 각각의 조작 레버(430)의 일부위가 수용되고 후방측으로 개구된 레버 안내홈(462)이 형성되어 있다.

변속 레버(420)의 좌,우 방향 이동은 변속단 선택을 위해 이동하는 조작 동작이 되고, 전,후 방향 이동은 변속 조작을 위한 케이블(500)을 긴장/이완 시키기 위한 조작 동작이 된다.

각각의 조작 레버(430)는 하우징(410)의 내부에 가로 방향으로 축 결합된 연결축(435)을 매개로 전,후 방향으로 회전 가능한 구조로 되어 있다.

또한, 조작 레버(430)는 상부 일측에 변속 레버(420)의 단부가 수용되도록 수용홈(432)이 형성되고, 변속 레버(420)는 각 조작 레버(430)의 수용홈(432)들중 하나에 삽입되도록 단부가 절곡된 걸림 돌기가 형성되어 있다.

리턴 스프링부재(440)는 일단부가 하우징(410)의 전면 내측부에 고정되고 타단부가 조작 레버(430)에 걸려 고정되며, 중간부위가 연결축(435)의 외주면에 감겨진 구조를 갖는다.

이로 인해 리턴 스프링부재(440)는 조작 레버(430)를 하우징(410)의 전방측으로 탄성 지지하는 기능을 가지며, 조작 레버(430)의 변속 동작 후에 전방 복귀동작을 보조하는 기능을 갖는다.

한편, 쉬프트 스프링부재(450)는 변속 레버(420)를 하우징(410)의 후방측 방향으로 탄성 지지하며, 이로 인해 변속 레버(420)의 변속단 선택시 후방 이동을 지지하는 기능을 갖는다.

도 9는 본 발명 변속 기어부의 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 그 구조는 앞서 설명한 변속 기어부가 링기어(240; 241,242,243,244,245,246) 하나 당 유성기어(220;221,222,223,224,225,226) 두쌍 및 선기어(230; 231,232) 하나에 의해 변속이 이루어지는 구조로 되어 있다.

유성기어(220)가 동일축 상에서 고정 연결된 구조를 가지게 되어 링기어의 연결과 관계없이 동일축 상의 유성기어에 대응되는 구조를 갖는다.

즉, 복수의 유성기어(220) 중 하나가 동일 축상에 고정되도록 연결된 다른 하나의 유성기어에만 대응하여 하나의 선기어(230)가 기어 이 맞물림 결합된 구조를 갖는다.

예를 들어 복수의 링 기어(240) 중 하나의 링기어(241)를 클러칭 수단으로 고정시킬 경우, 링기어(241)과 맞물린 유성기어(221)가 시계 바늘의 진행반향과 반대되는 반 시계방향으로 회전 동작되고, 유성기어(221)에 고정 연결된 유성기어(223)도 반 시계방향으로 회전 동작되며, 유성기어(223)와 기어 이 맞물린 선기어(231)에 회전 구동력을 전달시켜 시계 방향으로 회전시키게 된다.

이로 인해 선기어(231)와 스플라인 연결된 선기어 샤프트(250)를 시계 방향으로 회전시켜 스프라켓(310)에 각 기어이 비율에 의해 변속된 회전력을 전달한다.

상기한 변속 기어부의 다른 실시 예는 다양한 구조로 배치됨에 따라 변속 기어의 기어수 비율에 따라 다양한 형태의 변속 비로 변속될 수 있음을 나타낸 것이다.

즉, 상기한 변속 기어부외에 다른 형태의 변속 기어들이 배치될 수 있다.

도 10은 본 발명 변속 기어부의 또 다른 실시 예를 보인 도면으로서, 변속 기어부에 모터(700)의 회전 구동력을 전달하는 동력 전달부가 더 구비된 것이다.

상세히 설명하면, 동력 전달부는 고정자(710)와 회전자(720)로 구성된 모터(700)와, 회전자(720)와 기어 이 맞물림 결합되는 보조 선기어 샤프트(830) 및, 보조 선기어 샤프트(830)의 단부에 배치되는 보조 선기어(835)와, 보조 선기어(835)와 기어 맞물림 결합되고 케이스(205)의 내측면에 핀 결합된 보조 유성기어(280)와, 보조 유성기어(280)에 기어이 맞물림 결합되어 연동 회전되고 유성기어(220)와 축 결합축된 유성기어 고정핀(220a)과 연결되어 회전력을 전달하는 유성기어 캐리어 커버(270)로 구성된다.

또한, 동력 전달부는 모터(700)의 회전력과 메인 샤프트(100)의 회전력을 일방향으로 전달하도록 일방향 클러치부를 구비한다.

일방향 클러치부는 모터(700)의 회전자(720)와 보조 선기어 샤프트(830) 사이에 배치된 제 1클러치부와, 메인 샤프트(100)와 유성기어 캐리어(210) 사이에 배치된 제 2클러치부로 구성된다.

제 1클러치부는 도 11에 도시된 바와 같이, 모터(700)의 회전자(720) 내주면에 톱니 형태의 기어 이(725)가 형성되고, 보조 선기어 샤프트(830)의 외주면에 배치되고 일방향 스프링부재(820)에 의해 외측으로 회전 가능하게 탄성 지지되는 일방향 스토퍼 편(810)을 구비한다.

일방향 스프링부재(820)는 보조 선기어 샤프트(830)의 내부에 수용되도록 배치되어 일방향 스토퍼 편(810)을 외측으로 밀어내는 방향으로 탄성 지지한다.

일방향 스토퍼 편(810)은 보조 선기어 샤프트(830)에 핀 결합된 회전핀(815)을 매개로 회전 가능하도록 배치된다.

일방향 스토퍼 편(810)은 모터(700)의 회전자(720)가 일방향으로 회전되고, 타측 방향으로 회전되는 것을 차단하는 기능을 수행한다.

즉, 모터(700)의 회전자(720)가 반 시계방향으로 회전할 때 일방향 스토퍼 편을 통해 보조 선기어 샤프트(830)측에 반 시계방향 회전력을 전달하고, 반대방향인 시계방향 시에는 공회전되도록 한 것이다.

제 2클러치부는 도 12에 도시된 바와 같이, 유성기어 캐리어(210)의 내주면에 톱니 형태의 기어 이(215)가 형성되고, 메인 샤프트(100)와 유성기어 캐리어(210) 사이에 배치되어 메인 샤프트(100)의 회전력에 연동 회전되는 회전 클러치(840)와, 회전 클러치(840)의 외주면에 배치되고 일방향 스프링부재(820)에 의해 외측으로 회전 가능하게 탄성 지지되는 일방향 스토퍼 편(810)을 구비한다.

제 2클러치부는 메인 샤프트(100)가 시계방향으로 회전될 경우에만 회전 클러치(840)를 통해 유성기어 캐리어(210) 측에 회전력을 전달하고, 메인 샤프트(100)가 반 시계방향으로 회전될 경우에는 공회전되도록 된 것이다.

상기한 일방향 스프링부재(820)와 일방향 스토퍼 편(810)은 앞서 설명한 도 9의 일방향 스프링부재와 일방향 스토퍼 편과 상반되는 방향으로 일방향 회전시키는 기능을 갖는 것이며, 단지 회전 방향만 다를 뿐, 일방향 회전만을 허용하는 동일한 기능을 가지므로 중복되는 설명은 생략한다.

이러한 변속 기어부는 모터(700)의 회전력이 전달될 경우, 회전자(720)로부터 제 1클러치부를 통해 보조 선기어 샤프트(830)와 보조 선기어측에 전달되고, 보조 선기어와 기어 맞물림 결합된 유성기어 캐리어 커버(270)와 유성기어 고정핀(220a)을 통해 회전력이 유성기어에 전달된다.

이후, 레버 조작부를 통해 선택된 변속단에 해당하는 링기어(240)가 고정됨에 따라 유성기어와 맞물린 선기어의 회전력 전달과정은 앞서의 실시 예와 동일하다.

또한, 제 2클러치부는 메인 샤프트(100)의 회전력을 일방향인 시계방향으로 유성기어 캐리어(210)에 전달하기 위한 것으로서, 이후의 유성기어 측으로 전달되는 동력 전달과정은 앞서 설명한 선 실시 예와 동일하다.

도 13은 모터 대신에 외부의 동력이 전달되는 동력 연결부가 더 구비된 실시 예로서, 동력 연결부는 선기어 샤프트(250)의 외측에 일방향 클러치부를 매개로 일방향으로 연동 회전되는 보조 선기어 샤프트(830)와, 보조 선기어 샤프트(830)의 외측에 연동되도록 배치되며 외주면에 보조 스프라켓(330)이 배치되는 클러치판(320)과, 보조 스프라켓(330)에 연결되어 외부의 동력이 전달되는 벨트 체인(340)을 구비한 것이다.

이는, 모터의 위치를 한정하지 않고, 외부의 동력을 변속 기어부측에 전달할 수 있도록 한 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명 실시 예들의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자전거용 변속장치는, 페달(10)의 답력이 크랭크 암(20)을 통해 메인 샤프트(100)에 전달되면, 메인 샤프트(100)와 연결된 유성기어 캐리어(210)가 연동 회전되고, 유성기어 캐리어(210)의 회전력이 연결된 유성기어 고정핀(220a)을 통해 변속 기어부의 유성기어(220)에 전달된다.

이때, 평상시에는 변속 기어부의 유성기어(220)는 링기어의 내주면에 형성된 기어 이와 맞물려 메인 샤프트(100)의 회전방향과 동일한 방향으로 링기어(240)와 같이 회전되지만, 클러칭수단에 의해 하나의 링기어가 선택되어 선택된 링기어의 회전이 고정될 때에는 메인 샤프트(100)의 회전방향에 대해 반대방향으로 회전 동작된다.

클러칭수단의 동작은 레버 조작부의 동작과 레버 조작부에 의해 선택된 링기어를 고정시키는 동작으로 구분할 수 있다.

레버 조작부의 변속 레버(420)는 변속 단계가 아닌 평상시에는 쉬프트 스프링부재(450)의 탄성 지지력에 의해 가장 최근에 선택된 변속단에 대응되는 하우징(410)의 가이드 홈(412) 후방에 위치하게 된다.

이는 변속 레버(420)를 하우징(410)의 후방측 방향으로 탄성 지지하는 쉬프트 스프링부재(450)의 탄성 지지력이 조작 레버(430)의 전방 이동을 탄성 지지하는 리턴 스프링부재(440)의 탄성력과 케이블(500)을 이완시키는 방향으로 지지하는 연결 스프링(630)의 탄성력을 합한 힘보다 더 큰 힘으로 작용하기 때문이다.

변속시에는 사용자가 변속레버(420)를 하우징(410)의 후방에서 전방으로 좌,우 방향 이동이 가능한 위치로 이동시킨 후 원하는 변속단 홈 위치에서 변속레버(420)를 조작하는 힘을 제거하면, 변속 레버(420)를 하우징(410)의 후방측 방향으로 탄성 지지하는 쉬프트 스프링부재(450)의 탄성 지지력에 의해 후방으로 이동한 후에 변속 레버(420)가 고정된다.

변속 레버(420)의 후방 이동시, 변속 레버(420)의 걸림돌기는 복수의 조작 레버(430) 중 하나의 조작 레버(430)의 수용홈(432)에 수용되도록 삽입되고, 이어서 선택된 조작 레버(430)가 변속 레버(420)의 회전에 따라 같이 회전하게 된다.

이때 조작 레버(430)는 연결축(435)을 중심으로 회전 동작된다.

조작 레버(430)의 회전시 연결축(435)을 기준으로 상부가 하우징(410)의 후방측으로 젖혀지지만, 하부가 하우징(410)의 전방측으로 이동하게 된다.

이로 인해 조작 레버(430)의 하부에 연결된 케이블(500)이 조작 레버(430)의 회전 동작에 의해 당겨져 긴장된다.

이때 케이블(500)은 각각의 조작 레버(430)에 연결되어 있으며, 복수의 조작 레버(430) 중 선택된 조작 레버(430)의 움직임에 따라 케이블(500) 중 하나가 긴장된다.

케이블(500)이 당겨져 긴장되면, 케이블(500)의 타단부에 연결된 클러치 링부재(610)가 링 기어(240)측으로 이동하게 된다.

클러치 링부재(610)의 이동시 클러치 링부재(610)의 내측면에 마련된 브레이크 패드부재(620)가 복수의 링기어 중 선택된 링기어의 외주면에 접촉되면서 마찰 저항에 의해 링기어가 고정된다.

링기어가 정지됨에 따라 링 기어와 기어 맞물려 있는 유성기어가 유성기어 캐리어(210)를 통해 전달되는 시계바늘의 진행 방향(이하, 시계방향이라 칭함) 회전력에 의해 시계 바늘의 반대 진행 방향(이하, 반 시계방향이라 칭함)으로 회전된다.

유성기어(220) 또는 선택된 유성기어와 고정 연결된 다른 유성기어들이 반 시계방향으로 회전 동작됨에 따라 기어 이 맞물림 결합된 선기어(230)를 시계 방향으로 회전시키게 된다.

이어서, 선기어(230)와 스플라인 결합된 선기어 샤프트(250)를 시계방향으로 회전시키고, 선기어 샤프트(250)의 외측에 구비된 스프라켓(310)을 회전시킨다.

이러한 회전 구동력이 스프라켓(310)에 전달되면, 스프라켓(310)과 연결된 체인을 통해 변속된 회전력을 바퀴측에 전달하게 되는 동력 전달과정을 갖는다.

이때, 변속 기어부를 통한 변속 조작시 메인 샤프트(100)와 스프라켓(310)의 속도를 기준으로 스프라켓(310)의 회전수가 더 빨라지는 경우를 고단 변속이라 하고, 반대의 경우를 저단 변속이라 한다.

변속 조작에 따른 변속 시 복수개의 클러치 링부재(610)중 하나만이 선택된 변속단에 해당하는 링기어를 고정시키게 되고, 다른 나머지는 링기어와 간섭되지 않는다.

따라서, 나머지 링기어는 유성기어의 회전 동작과 연동되지만, 아이들 상태로 되어 유성기어의 회전에 영향을 미치지 않는다.

저단에서 고단으로의 변속과정과 고단에서 저단으로의 변속 동작이 이루어질 경우, 각각의 변속단에 해당하는 링기어(240)에 클러치 링부재(610)가 이동되어 변속이 이루어지게 되므로 주행 속도에 상관없이 자연스러운 변속 동작이 이루어지게 된다.

본 발명은 상기한 변속 기어부의 기어 배치 형태나 기어 이 비율에 의해 변속비가 결정되며, 변속단의 개수에 따른 변속 조작을 할 수 있다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 페달 20 : 크랭크 암
100 : 메인 샤프트 205 : 케이스
210 : 유성기어 캐리어
220(221,222,223,224,225,226) : 유성기어
220a : 유성기어 고정핀
230(231,232,233,234,235,236) : 선기어
240(241,242,243,244,245,246) : 링기어
250 : 선기어 샤프트 270 : 유성기어 캐리어 커버
280 : 보조 유성기어 310 : 스프라켓
410 : 하우징 412 : 가이드홈
420 : 변속 레버 425 : 걸림돌기
430 : 조작 레버 432 : 수용홈
435 : 연결축 440 : 리턴 스프링부재
450 : 쉬프트 스프링부재 460 : 레버 가이드
500 : 케이블 610 : 클러치 링부재
620 : 브레이크 패드부재 630 : 연결 스프링
700 : 모터 710 : 고정자
720 : 회전자 810 : 일방향 스토퍼 편
820 : 일방향 스프링부재 830 : 보조 선기어 샤프트
840 : 회전 클러치

Claims

자전거의 페달(10)과 크랭크 암(20)을 매개로 연결되는 메인 샤프트(100)와,
상기 메인 샤프트(100)와 연동되는 다수개의 변속단이 병렬로 구성되어 상기 메인 샤프트(100)로부터 전달되는 구동력을 입력받아 변속시키기 위한 변속 기어부와,
변속 레버(420)의 조작에 따라 상기 변속 기어부의 다수개의 변속단 중 하나의 변속단을 선택하여 각각의 변속단에 연결된 각각의 케이블(500) 중 하나의 케이블을 조작하기 위한 레버 조작부와,
상기 레버 조작부에 선택된 하나의 케이블을 매개로 상기 변속 기어부의 변속 동작을 조작하는 클러칭수단을 구비하며,
상기 레버 조작부는 상부가 하우징(410)의 상측으로 돌출되게 배치되고 하부가 하우징(410)의 내부에 수용되도록 배치되며 전,후 및 좌,우 방향으로 이동가능한 변속 레버(420)와, 상기 변속 레버(420)의 전,후 방향 시프트 동작에 따라 상기 변속 레버(420)의 일부와 간섭되면서 회전 동작되어 상기 케이블(500)을 긴장시키며 상기 변속 기어부의 각 변속단과 동일한 수로 병렬로 배치되는 복수개의 조작 레버(430)와, 상기 변속 레버(420)의 하부에 배치되어 전,후 방향 이동을 탄성 지지하는 쉬프트 스프링부재(450)와, 상기 조작 레버(430)의 하부에 배치되어 상기 조작 레버(430)의 복귀 동작을 탄성 지지하는 리턴 스프링부재(440)를 구비한 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
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청구항 1에 있어서,
모터(700)의 구동력을 상기 클러칭수단을 통해 선택된 상기 변속 기어부의 변속단측에 전달하기 위한 동력 전달부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
청구항 6에 있어서,
상기 동력 전달부는 상기 변속 기어부를 감싸는 케이스(205)의 일측에 배치되는 모터(700)의 회전자(720)측과 연동되도록 결합되고, 일측 외주면에 보조 선기어(835)가 배치되는 보조 선기어 샤프트(830)와,
상기 보조 선기어(835)와 기어 맞물림 결합되고 상기 케이스(205)의 내측면에 핀 결합된 보조 유성기어(280)와,
상기 보조 유성기어(280)에 연동되도록 기어이 맞물림 결합되고 유성기어(220)에 축연결된 유성기어 고정핀(220a)과 연결된 유성기어 캐리어 커버(270)와,
상기 모터(700)의 회전력과 상기 메인 샤프트(100)의 회전력을 각각 일방향으로 전달하는 일방향 클러치부를 구비한 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.