KR101471460B1

KR101471460B1 - 크랭크로 직접 구동되는 허브

Info

Publication number: KR101471460B1
Application number: KR1020140071177A
Authority: KR
Inventors: 복 성 김; 김도환
Original assignee: 복 성 김; 김도환; 주식회사 바이젠
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2014-12-10

Abstract

본 발명은 크랭크로 직접 구동되는 허브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크의 회전력을 허브에 전달하는 체인과 같은 전달장치 없이, 크랭크를 허브축에 직접 연결하여 구동하는 허브에 관한 것이다.
바퀴살이 연결되는 허브쉘; 상기 허브쉘의 중심에 구비되고, 크랭크가 연결되며, 상기 크랭크의 회전력이 입력되는 허브축; 상기 허브축과 허브쉘 사이에 구비되며, 상기 허브축을 통해 입력된 회전력을 상기 허브쉘에 전달하는 내장기어; 및 프레임에 고정할 수 있도록 상기 허브쉘의 양측에 구비되는 고정엑슬;을 포함한다.

Description

크랭크로 직접 구동되는 허브{HUB DRIVEN DIRECTLY BY CRANK}

본 발명은 크랭크로 직접 구동되는 허브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크의 회전력을 허브에 전달하는 체인과 같은 전달장치 없이, 크랭크를 허브축에 직접 연결하여 구동하는 허브에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 체인을 이용한 동력전달장치를 구비한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 동력전달장치(1)는 크랭크(11) 양쪽에 결합되어 있는 페달(12)과 크랭크축에 장착되는 구동스프라켓(13)과, 후륜의 중심축인 허브축(21)과 동력을 전달하는 체인(30)과, 종동스프라켓(22)을 포함한다.

종래의 동력전달장치(1)는 사용자가 양 발의 힘으로 페달(12)을 회전시키면 구동스프라켓(13)이 회전하게 되고, 또한 체인(30)에 의해 종동스프라켓(22)이 회전되게 된다.

이와 같이 종동스프라켓(22)이 회전하게 되면, 클러치수단에 의해 바퀴살이 연결된 허브쉘(23)이 회전하면서 후륜이 회전하게 되는 것이다.

즉, 종래의 동력전달장치는 페달(12)을 회전시켜 구동스프라켓(13)과 종동스프라켓(22)을 회전시키고, 종국적으로 허브쉘(23)을 회전시켜 구동하게 된다.

따라서, 종래에는 체인(30)이 끊어지거나 늘어나는 등의 고장이 잦고, 특히, 동력전달시 체인장력에 의한 힘손실이 크게 발생된다는 문제점이 있다.

또한, 체인(30), 구동스프라켓(13), 종동스프라켓(22) 등 크랭크(11)의 회전력을 허브에 전달하는 구조가 매우 복잡하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 체인, 구동스프라켓, 종동스프라켓 등 크랭크의 회전력을 허브에 전달하는 기존의 전달장치 없이, 크랭크를 허브축에 직접 연결하여 구동하는 허브를 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 바퀴살이 연결되는 허브쉘; 상기 허브쉘의 중심에 구비되고, 크랭크가 연결되며, 상기 크랭크의 회전력이 입력되는 허브축; 상기 허브축과 허브쉘 사이에 구비되며, 상기 허브축을 통해 입력된 회전력을 상기 허브쉘에 전달하는 내장기어; 및 프레임에 고정할 수 있도록 상기 허브쉘의 양측에 구비되는 고정엑슬;을 포함한다.

또한 상기 내장기어는 상기 허브축의 외측에 설치되는 태양기어축이 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 내장기어는 위성기어시스템이 더 구비되며, 상기 위성기어시스템은, 위성기어를 구비한 1개 이상의 캐리어; 상기 위성기어와 맞물리는 1개 이상의 태양기어와 링기어; 및 1개 이상의 클러치수단;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 위성기어시스템에는 변속수단이 더 구비되며, 상기 변속수단은, 상기 허브축과 태양기어축 사이에 위치하는 변속축; 상기 변속축의 회전에 의해 상하로 작동되어 상기 태양기어를 고정 또는 해제시키는 제어체; 및 상기 변속축과 연결되어 상기 변속축을 소정 각도 회전시키는 와이어;를 포함한다.

또한 상기 변속축에는 상기 제어체가 승강할 수 있도록 단차홈이 형성되고, 상기 태양기어축에는 상기 제어체가 출몰할 수 있도록 홀이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 태양기어축의 홀을 통해 돌출된 상기 제어체가 상기 태양기어의 내주면에 걸려 고정 또는 해제할 수 있도록 상기 태양기어의 내주면에는 걸림턱이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 크랭크의 회전력을 허브에 전달하는 체인과 같은 전달장치 없이, 크랭크로 허브를 직접 구동시킴으로서, 체인장력에 의한 힘손실이 없어 자전거의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한 체인, 구동스프라켓, 종동스프라켓 등 크랭크의 회전력을 허브에 전달하는 기존의 복잡한 전달장치가 없어 제품이 단순하고, 고장이 거의 없다.

도 1 및 도 2는 종래 자전거를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 크랭크직결허브를 구체적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 크랭크직결허브에 연결되는 관절크랭크를 구체적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 크랭크직결허브와 관절크랭크가 구비된 자전거를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 크랭크직결허브의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 크랭크직결허브(200)는 허브축(210)과, 허브쉘(220)과, 내장기어(Internal gear)와, 고정엑슬(251,252)을 포함한다.

본 발명에 의한 허브축(210)은 뒷바퀴(도 7의 110)의 중심에 위치한다는 점에서는 통상적인 허브축과 동일하지만, 회전크랭크암(330)이 직접 연결되어 회전한다는 점, 즉, 회전력이 입력된다는 점에서는 통상적인 허브축과 상이하다.

상기 허브쉘(220)은 바퀴살(도 7의 120)이 연결되는 구성요소이다.

또한 상기 고정엑슬(251,252)은 상기 허브쉘(220)의 양측에 구비되어 프레임(F)에 고정할 수 있는 구성요소이다. 즉, 본 실시예에서는 허브축(210)이 회전하도록 구성되는 대신, 프레임(F)에 고정되는 고정엑슬(251,252)을 구비한다.

상기 내장기어는 상기 허브축(210)과 허브쉘(220) 사이에 구비되어 허브축(210)에 의해 작동되고 허브축(210)을 통해 입력된 회전력을 상기 허브쉘(220)에 전달하는 구성요소이다.

구체적으로 상기 내장기어는 태양기어축(231)과 위성기어시스템을 포함하여 구성된다. 상기 태양기어축(231)은 내부가 중공형성되어 허브축(210)이 관통하도록 설치된다.

본 실시예에서 상기 위성기어시스템은 위성기어(233A,233B,233C)를 구비한 3개의 캐리어(232A,232B,232C)와, 상기 위성기어(233A,233B,233C)와 외접으로 맞물리는 3개의 태양기어(234A,234B,234C)와, 상기 위성기어(233A,233B,233C)와 외접으로 맞물리는 3개의 링기어(235A,235B,235C)와, 허브쉘의 내주면에 접하여 회전력을 전달하는 3개의 클러치베어링((236A,236B,236C))으로 구성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 태양기어(234A,234B,234C)는 상기 태양기어축(231)의 외측에 각각 구비된다.

또한 제1캐리어(232A)에는 제1태양기어(234A)와 맞물리는 제1위성기어(233A)가 구비되는데, 상기 제1위성기어(233A)는 제1캐리어(232A)에 등간격으로 3개가 축결합된다.

또한 제2캐리어(232B)에는 제2태양기어(234B)와 맞물리는 제2위성기어(233B)가 구비되고, 상기 제2캐리어(232B)에는 상기 제1위성기어(233A)에 맞물리는 제1링기어(235A)가 일체형성되고 상기 제1링기어(235A)의 외주면에는 제1클러치베어링(236A)이 구비된다.

또한 제3캐리어(232C)에는 제3태양기어(234C)와 맞물리는 제3위성기어(233C)가 구비되고, 상기 제3캐리어(232C)에는 상기 제2위성기어(233B)와 맞물리는 제2링기어(235B)가 일체형성되고, 상기 제2링기어(235B)의 외주면에 제2클러치베어링(236B)이 구비된다.

마찬가지로 상기 제2위성기어(233B)와 제3위성기어(233C)도 제2캐리어(232B)와 제3캐리어(232C)에 각각 3개가 등간격으로 축결합된다.

또한 본 실시예에는 상기 제3위성기어(233C)와 맞물리는 제3링기어(235C)와, 상기 제3링기어(235C)와 외주면에 구비된 제3클러치베어링(236C)을 포함한다.

또한 본 발명에 의한 위성기어시스템에는 변속수단(240)이 더 구비된다. 상기 변속수단(240)은 변속축(241)과, 제어체(242)와, 와이어(243)를 포함한다.

상기 변속축(241)은 허브축(210)과 태양기어축(231) 사이에 위치하고, 상기 제어체(242)는 상기 변속축(241)의 회전에 의해 상하로 작동되어 상기 태양기어(234B,234C)를 고정 또는 해제시키는 구성요소이다.

상기 제어체는 본 실시예와 달리 다양한 형태로의 변형이 가능하다. 예를 들어 금속구나 다면체 등으로 구성할 수 있다. 또는 통상의 폴로 구성하는 것도 가능하다.

상기 변속축(241)에는 상기 제어체(242)가 승강할 수 있도록 단차홈(241a)이 형성되고, 상기 태양기어축(231)에는 상기 제어체(242)가 출몰할 수 있도록 홀(도 5의 231a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 태양기어(234B,234C)의 내주면에는 걸림턱(도 5의 234P)이 형성되어 있다. 따라서 상기 태양기어축(231)의 홀(231a)을 통해 돌출된 상기 제어체(242)가 상기 태양기어의 내주면에 형성된 걸림턱(234P)에 걸려 태양기어(234B,234C)가 태양기어축(231)에 고정되거나 또는 해제되는 것이다.

또한, 상기 와이어(243)는 상기 변속축(241)에 연결되어 사용자가 레버(미도시)를 조작함으로써 변속축(241)을 소정 각도 회전시키는 구성요소이다.

상기 와이어는 가는 체인이나 벨트 등 당길 수 있는 모든 형태의 수단으로 대체 가능하다.

본 실시예에서 허브쉘(220)의 내주면에 회전력을 전달하는 클러치수단으로서 클러치베어링(236A~236C)을 예시하였으나, 이와 달리 통상적인 폴에 의해 허브쉘(220)을 회전시키는 구성도 가능하다.

도 3을 참조하여 본 발명에 의한 크랭크직결허브(200)의 작동상태를 설명한다.

도 3은 레버(미도시) 및 와이어(2430의 조작으로 변속축(241)을 소정 각도 회전시켜 제어체(242A)를 제어하여 제2태양기어(234B)만 고정시킨 상태이다. 즉, 제2태양기어(234B)는 돌출된 제어체(242A)에 의해 태양기어축(231)에 고정되어 회전되지 않는 상태이다.

상기 허브축(210)에 연결된 회전크랭크암(330)이 회전하면 허브축(210)에 회전력이 입력되고, 이로 인해 제1캐리어(232A)가 회전하게 되고, 이 때 제1위성기어(233A)는 태양기어축(231)에 고정된 제1태양기어(234A)를 타고 넘으면서 제1링기어(235A)를 증속회전시킨다. 제1링기어(235A)의 회전으로 제2캐리어(232B)가 회전되고, 그에 따라 제2위성기어(233B)가 고정된 제2태양기어(234B)를 타고 넘으면서 제2링기어(235B)를 증속 회전시킨다. 그러나 제3태양기어(234C)는 태양기어축(231)에 고정되지 않고 해제된 상태이므로, 제3링기어(235C)에 회전력이 전달되지 않는다. 따라서 도 3에 도시된 상태에서는 제2링기어(235B)의 회전속도에 의해 허브쉘(220)이 회전하게 되는 것이다.

만약, 그 이상의 증속을 원한다면, 레버 및 와이어(243)의 조작으로 변속축(241)을 소정각도 회전하여 제어체(242B)를 돌출시켜 제3태양기어(234C)를 태양기어축(231)에 고정되도록 한다.

한편, 본 발명의 크랭크직결허브에서 속도를 증가 또는 감소시키는 상기 내장기어의 위성기어시스템은 다양한 형태가 가능하며, 위성기어시스템이 아닌 다른 형태의 내장기어도 가능하다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 관절크랭크(300)는 페달크랭크암(320)과 회전크랭크암(330)과, 방향유지수단(340)을 포함한다.

상기 페달크랭크암(320)은 페달(310)이 부착되는 구성요소이다.

상기 회전크랭크암(330)은 일단에 상기 페달크랭크암(320)이 연결되고 타단은 상기 허브축(210)과 직접 연결되어 허브축(210)에 회전력을 입력하는 구성요소이다.

상기 방향유지수단(340)은 페달크랭크암(320)의 방향을 일정하게 유지시켜 회전을 가능하게 하는 구성요소인데, 본 실시예에서는 고정기어(341)와, 공전기어(343)와, 연결부재로서 회전기어(342)를 포함한다.

상기 고정기어(341)는 허브축(310)과 동일한 축으로 상기 프레임(F)에 고정설치된다. 상기 고정기어(341)는 상기 고정엑슬(251,252)에 고정하는 것도 가능하다.

또한 상기 공전기어(343)는 회전크랭크암(330)과 페달크랭크암(320)이 연결되는 회전축(321)에 장착되며, 페달크랭크암(320)에 고정되어 상기 고정기어(341)를 중심으로 공전하도록 구성된다.

특히, 상기 회전기어(342)는 상기 고정기어(341)와 공전기어(343) 사이에서 상기 회전크랭크암(330)에 축결합된다.

상기 회전기어(342)는 1개 이상 복수개로 구비될 수 있다.

또한 본 실시예와 달리 연결부재로서 회전기어(342) 이외에 고정기어(341)와 공전기어(343)를 연결하는 체인이나 벨트로 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 관절크랭크의 작동상태를 살펴보면, 페달을 가압하면 공전기어(343)가 회전기어(342)를 따라 회전하면서 결과적으로 고정기어(341)를 중심으로 공전하게 된다. 이러한 작용으로 페달크랭크암(320)은 방향을 일정하게 유지한다. 즉, 본 실시예에서 회전크랭크암(330)은 허브축(210)을 중심으로 360°회전운동하지만, 페달크랭크암(320)은 지면에 일정한 방향이 유지되도록 작동된다. 이러한 동작으로 페달(310)이 지면에 닿지 않고 회전할 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 크랭크직결허브를 구비한 자전거(100)의 결합관계를 나타낸 것이다. 자전거(100)는 크랭크직결허브(200)와, 관절크랭크(300)를 포함한다.

100: 자전거
200: 크랭크직결허브
210: 허브축 220: 허브쉘
231: 태양기어축 232A~232C: 캐리어
233A~233C: 위성기어 234A~234C: 태양기어
235A~235C: 링기어 236A~236C: 클러치베어링
240: 변속수단 241: 변속축
242,242A,242B: 제어체 243: 와이어
251,252: 고정엑슬
300: 관절크랭크 310: 페달
320: 페달크랭크암 330: 회전크랭크암
340: 방향유지수단 341: 고정기어
342: 회전기어 343: 공전기어

Claims

바퀴살이 연결되는 허브쉘;
상기 허브쉘의 중심에 구비되고, 크랭크가 연결되며, 상기 크랭크의 회전력이 입력되는 허브축;
상기 허브축과 허브쉘 사이에 구비되며, 상기 허브축을 통해 입력된 회전력을 상기 허브쉘에 전달하는 내장기어; 및
프레임에 고정할 수 있도록 상기 허브쉘의 양측에 구비되는 고정엑슬;을 포함하며,
상기 내장기어는 상기 허브축의 외측에 설치되는 태양기어축이 구비되고,
상기 허브축과 태양기어축 사이에는 변속축이 구비되는 것을 특징으로 하는 크랭크직결허브.
삭제
제1항에 있어서,
상기 내장기어는 위성기어시스템이 더 구비되며,
상기 위성기어시스템은,
위성기어를 구비한 1개 이상의 캐리어;
상기 위성기어와 맞물리는 1개 이상의 태양기어와 링기어; 및
1개 이상의 클러치수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크직결허브.
제3항에 있어서,
상기 위성기어시스템에는 변속수단이 더 구비되며,
상기 변속수단은,
상기 변속축의 회전에 의해 상하로 작동되어 상기 태양기어를 고정 또는 해제시키는 제어체; 및
상기 변속축과 연결되어 상기 변속축을 소정 각도 회전시키는 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크직결허브.
제4항에 있어서,
상기 변속축에는 상기 제어체가 승강할 수 있도록 단차홈이 형성되고,
상기 태양기어축에는 상기 제어체가 출몰할 수 있도록 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크직결허브.
제5항에 있어서,
상기 태양기어축의 홀을 통해 돌출된 상기 제어체가 상기 태양기어의 내주면에 걸려 고정 또는 해제할 수 있도록 상기 태양기어의 내주면에는 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크직결허브.