KR101756484B1 - 전기 자전거용 모터 - Google Patents

전기 자전거용 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 전기 자전거용 모터는, 자전거의 허브 하우징; 상기 허브 하우징의 중앙에 고정 설치되는 고정축; 상기 허브 하우징 내측에 설치되며, 상기 고정축과 동축적으로 배치되는 모터; 상기 모터의 중심에 회전 가능하게 배치되어, 상기 모터의 회전력을 출력하는 회전축; 및 상기 회전축과 연결되어, 상기 모터의 동력을 전달받는 별도 부품으로 조립되는 선 기어와, 상기 선 기어와 치합되어 상기 허브 하우징에 상기 모터의 동력을 전달하는 위성 기어 및 링 기어로 구성된 변속기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자전거용 모터{Motor for E-Bike}
본 발명은 전기 자전거에 사용되는 모터에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 페달을 밟는 답력에 의해 바퀴를 회전시킬 수 있도록 구성된 운송수단으로, 최근에는 인력을 대체하거나 보완하기 위하여 모터에 의해 구동되는 전기 자전거(E-Bike)가 등장하였다. 모터를 배치하는 방식에는 여러 가지 시도가 있어왔으나, 최근에는 전륜 또는 후륜의 축을 이루는 허브 내부에 모터와 변속기를 내장하는 방식이 제안되고 있다.
허브는 모터와 변속기를 내부에 일체로 형성한다.
상기 허브는 허브 하우징과 고정축으로 구성된다. 상기 허브 하우징의 내부에 상기 모터가 배치되며, 상기 고정축은 전기 자전거 또는 전기 스쿠터의 프레임의 전륜 또는 후륜 측에 고정된다. 이에 따라, 상기 허브 하우징은 상기 고정축에 대해 상대 회전하여, 상기 허브 하우징에 결합된 자전거의 휠을 회전시킨다.
모터는 상기 허브 하우징 내부에 수용되어 전자기적 상호작용에 의하여 회전축을 회전시킨다. 상기 모터의 모터 하우징은 상기 허브 하우징에 대해 고정되고, 상기 모터 하우징의 중앙에 회전 가능하게 배치된 회전축은 그 끝단에 일체로 형성된 선 기어(Sun Gear)에 회전력을 전달하여, 상기 선 기어를 포함하는 변속기로 동력을 공급한다. 상기 변속기는 상기 선 기어와 치합되는 위성 기어(Planetary Gear)가 마련되고, 상기 변속기의 테두리 부위에는 링 기어(Ring Gear)가 배치되어 상기 위성 기어와 치합되어, 상기 회전축의 회전력을 감속하여 전달받게 된다.
그런데, 상기 선 기어는 상술한 바와 같이, 회전축과 일체로 구성되어, 상기 회전축의 일측 끝단에 마련된다. 이와 같은 구성에 따르면, 변속기의 T-축(T-shaft)와 위성 기어(Planetary Gear)의 조립 시, 상기 선 기어와 변속기를 구성하는 각 기어들 사이의 동심도(同心度, concentricity)가 틀어질 가능성이 높다. 만일, 상기 기어들 사이의 동심도가 틀어질 경우, 기어 소음이 커지고 모터 및 변속기 수명이 단축될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 변속기 조립 시 선 기어와 위성 기어들 사이의 동심도가 틀어지지 않도록 구조가 개선된 전기 자전거용 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 전기 자전거용 모터는, 자전거의 허브 하우징; 상기 허브 하우징의 중앙에 고정 설치되는 고정축; 상기 허브 하우징 내측에 설치되며, 상기 고정축과 동축적으로 배치되는 모터; 상기 모터의 중심에 회전 가능하게 배치되어, 상기 모터의 회전력을 출력하는 회전축; 및 상기 회전축과 연결되어, 상기 모터의 동력을 전달받는 별도 부품으로 조립되는 선 기어와, 상기 선 기어와 치합되어 상기 허브 하우징에 상기 모터의 동력을 전달하는 위성 기어 및 링 기어로 구성된 변속기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전축과 선 기어의 서로 마주보는 면의 형상은 상보적으로 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 회전축의 끝단에는 일정 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기가 형성되고, 상기 선 기어의 상기 결합 돌기와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기의 일정 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기의 길이와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 회전축의 끝단에는 "+" 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기가 형성되고, 상기 선 기어의 상기 결합 돌기와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기의 "+" 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기의 길이와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈이 형성되는 것이 좋다.
또는, 상기 회전축의 끝단에는 다각형 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기가 형성되고, 상기 선 기어의 상기 결합 돌기와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기의 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기의 길이와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈이 형성될 수도 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 회전축과 선 기어가 별도 부품으로 마련되므로, 조립 과정에서 변속기를 구성하는 선 기어와 위성 기어들 사이의 동심도 및 진 위치도, 기어 백래쉬 값 등을 일정하게 관리 가능하여 조립 정밀도가 향상될 수 있다.
또한, 변속기 조립체에서 기어 정렬 상태 검사가 용이하며, 모터와 변속기 조립체를 그대로 조립하는 것이 가능함은 물론, 기어 소음은 줄이고, 기어 수명은 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 자전거의 모터의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 회전축과 선 기어의 결합관계를 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회전축과 선 기어의 결합관계를 도시한 분해 사시도, 그리고,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 회전축과 선 기어의 결합관계를 도시한 분해 사시도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 자전거의 모터를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 전기 자전거의 모터를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기 자전거의 모터는 허브 하우징(11), 모터(20) 및 변속기(30)를 포함한다.
허브 하우징(11)은 대략 원통 형상으로 마련되어, 자전거의 전륜 또는 후륜의 휠 중심축에 배치된다. 허브 하우징(11)의 외주면에는 미도시된 자전거 휠 부재가 배치될 수도 있고, 자전거 휠의 내륜 측에 형성된 허브 하우징 안착홈에 결합될 수도 있다. 한편, 상기 허브 하우징(11)의 중앙에는 고정축(22)이 설치된다. 상기 고정축(22)은 전기 자전거 또는 전기 스쿠터의 프레임의 전륜 또는 후륜 측에 고정된다. 이에 따라, 상기 허브 하우징(11)은 상기 고정축(22)에 대해 상대 회전하여, 상기 허브 하우징(11)에 결합된 자전거의 휠을 회전시킨다.
모터(20)는 상기 허브 하우징(11)의 내부에 상기 고정축(22)과 동심을 이루도록 설치된다. 상기 모터(20)는 스테이터와 로터로 구성된 브러시리스 모터를 많이 사용한다. 상기 모터(20)의 모터 하우징(21)은 상기 허브 하우징(11)에 대해 고정되고, 상기 모터 하우징(21)의 중앙에 회전 가능하게 배치된 회전축(100)은 상기 모터 하우징(21) 내부에 설치된 로터와 스테이터의 상호작용에 의해 발생된 회전력을 상기 변속기(30) 측으로 출력한다.
변속기(30)는 상기 모터(20)의 회전축(100)과 연결되어, 출력되는 동력을 적절한 크기의 회전력으로 변경하여 출력하기 위한 것으로, 상기 회전축(100)과 연결되는 선 기어(200)와, 상기 선 기어(200)어와 치합되는 위성 기어(31) 및 상기 위성 기어(31)의 동력을 전달받는 링 기어(32)를 포함한다.
상기한 모터(20)와 변속기(30)의 세부 구성 및 동작은 본 발명의 요지와 관련이 없으며, 이미 공개된 기술과 큰 차이가 없으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 특징은 상기 회전축(100)과 선 기어(200)의 결합관계에 있으며, 종래와의 차이점은 상기 회전축(100)과 선 기어(200)를 별도의 부품으로 구성하여 이들을 상보적인 결합구조를 통해 결합하는 것에 있다.
즉, 본 발명은 상기 회전축(100)과 선 기어(200)의 서로 마주보는 면의 형상을 상보적으로 구성하여, 이들의 끼워 맞춤 결합을 통해 동력을 전달한다. 이를 위해, 상기 회전축(100)의 끝단에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일정 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기(110a, 110b, 110c)가 형성되고, 상기 선 기어(200)의 상기 결합 돌기(110a, 110b, 110c)와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기(110a, 110b, 110c)의 일정 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기의 길이와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈(210a, 210b, 210c)이 형성되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선 기어(200)의 일측은 회전축(100)과 결합되고, 선 기어(200)의 타측에는 일체로 돌출 형성되는 연장부(220)가 형성될 수 있다. 연장부(220)는 원기둥 형상을 가질 수 있고, 연장부(220)의 지름은 선 기어(200)의 이뿌리원의 지름 보다 작을 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 결합 돌기(110a)는 결합 돌기(110a)의 중심축을 기준으로 대칭적인 형상을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 회전축(100)과 선 기어(200)의 결합관계를 도시한 분해 사시도 이다.
도시된 바와 같이, 상기 회전축(100)의 끝단에는, "+" 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기(110a)가 형성되고, 상기 선 기어(200)의 상기 결합 돌기(110a)와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기(110a)의 "+" 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기(110a)의 길이(L)와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈(210a)이 형성되는 것이 좋다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회전축(100)과 선 기어(200)의 결합관계를 도시한 분해 사시도 이다.
도시된 바와 같이, 상기 회전축(100)의 끝단에는, "△" 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기(110b)가 형성되고, 상기 선 기어(200)의 상기 결합 돌기(110b)와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기(110b)의 "△" 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기(110b)의 길이(L)와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈(210b)이 형성되는 것이 좋다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 회전축(100)과 선 기어(200)의 결합관계를 도시한 분해 사시도 이다.
도시된 바와 같이, 상기 회전축(100)의 끝단에는, "☆" 형상으로 돌출 형성된 결합 돌기(110c)가 형성되고, 상기 선 기어(200)의 상기 결합 돌기(110c)와 대응되는 면에는, 상기 결합 돌기(110c)의 "☆" 형상과 대응되는 형상을 가지며, 상기 결합 돌기(110c)의 길이(L)와 대응되는 깊이를 가지는 결합 홈(210c)이 형성되는 것이 좋다.
한편, 상기 도면들에는 도시하지는 않았으나, 상기 결합 돌기(110)와 결합 홈(210)의 형상은 상기한 "+", "△", 및 "☆" 형상으로 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 "□", "◇"와 같은 다각형 형상도 사용할 수 있으며, 동력을 전달할 수 있는 다각형상이라면 어떠한 형상이든 사용 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 회전축(100)과 선 기어(200)를 개별 부품으로 구성하면, 회전축(100)과 결합되는 변속기(30)를 구성하는 선 기어(200), 위성 기어(31), 링 기어(32)들 각각의 동심도를 손쉽게 조율할 수 있다.
즉, 종전에는 회전축(100)에 선 기어가 일체로 구성될 경우, 선 기어와 위성 기어(31)를 치합하는 과정에서 변속기를 구성하는 각각의 기어들 사이의 동심도가 틀어질 수 있었다. 그러나, 상기한 바와 같이 회전축(100)과 선 기어(200)를 분리하면, 상기 선 기어(200)를 포함하는 변속기를 모듈로 조립하여, 완전히 조립된 변속기 모듈을 회전축(100)과 연결하면 되므로, 조립성이 향상됨은 물론, 조립 정밀도 향상될 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
11; 허브 하우징 20; 모터
21; 모터 하우징 22; 고정축
30; 변속기 31; 위성기어
32; 링 기어 100; 회전축
110a, 110b, 110c; 결합 돌기 200; 선 기어
210a, 210b, 210c; 결합 홈

Claims (6)

  1. 자전거의 허브 하우징;
    상기 허브 하우징에 고정 설치되는 고정축;
    상기 허브 하우징의 내측에 설치되며, 상기 고정축과 동축적으로 배치되는 모터;
    상기 모터에 회전 가능하게 배치되는 회전축; 및
    상기 회전축과 연결되어 상기 모터의 동력을 전달받는 별도 부품으로 조립되는 선 기어와, 상기 선 기어와 치합되어 상기 허브 하우징에 상기 모터의 동력을 전달하는 위성 기어 및 링 기어를 포함하는 변속기를 포함하고,
    상기 회전축의 끝단에는 돌출 형성되는 결합 돌기가 형성되고,
    상기 선 기어의 상기 결합 돌기와 대응되는 면에는 상기 결합 돌기의 형상과 대응되는 형상을 갖는 결합 홈이 형성되고,
    상기 선 기어의 일측은 상기 회전축과 결합되고, 상기 선 기어의 타측에는 일체로 돌출 형성되는 연장부가 형성되고,
    상기 연장부는 원기둥 형상을 갖고,
    상기 연장부의 지름은 상기 선 기어의 이뿌리원의 지름 보다 작은 전기 자전거용 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축과 상기 선 기어의 서로 마주보는 면의 형상은 상보적으로 형성되는 전기 자전거용 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 홈은 상기 결합 돌기의 길이와 대응되는 깊이를 가지는 전기 자전거용 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 돌기는 "+" 형상으로 돌출 형성되고,
    상기 결합 홈은 상기 결합 돌기의 "+" 형상과 대응되는 형상을 가지는 전기 자전거용 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 돌기는 다각형 형상으로 돌출 형성되고,
    상기 결합 홈은 상기 결합 돌기의 다각형 형상과 대응되는 형상을 가지는 전기 자전거용 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 돌기는 상기 결합 돌기의 중심축을 기준으로 대칭적인 형상을 갖는 전기 자전거용 모터.
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