KR102276438B1

KR102276438B1 - 자전거 변속모터

Info

Publication number: KR102276438B1
Application number: KR1020190144173A
Authority: KR
Inventors: 박철훈
Original assignee: 박철훈
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-07-12
Also published as: KR20210057426A

Abstract

본 발명은 변속부가 기어부의 외측에 이격되게 설치됨으로써 크랭크축에 설치되는 기어부의 길이가 증가하게 됨으로써 획득 가능한 변속비의 개수가 증가하게 되며, 기어부가 복수개의 유성기어세트들로 이루어지며, 변속부가 복수개의 기어들과 동시에 접촉되어 기어들의 회전을 제한할 수 있도록 구성됨으로써 복수개의 변속비를 획득할 수 있으며, 구동스프라켓 및 종동스프라켓이 동일한 반경 및 기어 잇수를 가지도록 구성됨으로써 구동스프라켓 및 종동스프라켓에 장착되는 체인이 일정한 장력 및 위치에 설치되어 스프라켓들로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있으며, 구동스프라켓과 종동스프라켓, 체인이 케이스의 내부에 설치되어 외부의 이물질들의 유입이 차단됨으로써 오염 또는 부식 등이 발생하여 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 자전거 변속모터에 관한 것이다.

Description

자전거 변속모터{Motor with transmission for bicycle}

본 발명은 자전거 변속모터에 관한 것으로, 상세하게로는 전기자전거의 크랭크축에 설치되어 모터를 통해 구동력을 구동스프라켓에 가해주며, 변속과정이 내부에서 진행되기 때문에 구동스프라켓과 종동스프라켓이 동일한 크기 및 기어 잇수로 제작될 수 있는 자전거 변속모터에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 탑승자가 페달을 밟아 구동스프라켓을 회전시키면, 구동스프라켓의 회전력이 체인을 통해 후륜과 연결된 종동스프라켓으로 전달됨으로써 후륜이 회전되어 주행된다.

이러한 자전거는 장거리 주행이나 경사로를 오르게 될 경우, 탑승자의 체력소모가 증가하여 정상적인 주행이 어렵기 때문에 모터의 구동력을 통해 탑승자의 주행을 보조하는 전기자전거가 보급되고 있다.

이때 기존의 전기자전거들은 후륜에 설치되는 복수의 종동스프라켓을 이용하여 변속하게 된다.

그러나 전기자전거는 후륜에 설치되는 종동스프라켓을 이용하여 변속하게 될 경우에는, 복수로 구성된 변속용 종동스프라켓을 반드시 구비해야 되며, 전달 효율이 떨어질 뿐만 아니라 정차 시에는 변속을 못하고 반드시 주행 중에만 변속을 해야 하는 단점을 갖는다.

이러한 문제를 해결하기 위해 공개특허 제10-2018-0127232호(발명의 명칭 : 자전거용 다단기어 변속모터)(이하 ‘종래기술’이라 함)가 개발되었다.

도 1은 종래기술의 절개 사시도이며, 도 2는 도 1의 입력축 및 콘트롤러의 사시도이다.

종래기술(100)은 페달(미도시)와 크랭크(미도시)에 의해 연결되는 크랭크축(110)과, 크랭크축(110)이 축방향으로 관통되는 입력축(120)과, 입력축(120)의 외주면에 설치되는 폴(131)들의 출몰을 제어하는 콘트롤러(130)와, 입력축(120)을 회전시키는 모터부(140)와, 모터부(140)와 연결되며 모터부(140)의 회전속도를 감속시켜 입력축(120)으로 전달하는 감속부(150)와, 입력축(120)과 결합되어 출력되는 회전속도를 변화시켜주는 변속부(160)와, 변속부(160)와 결합되어 회전되며 체인(180)을 통해 후륜(미도시)에 설치되는 종동스프라켓(미도시)와 연결되는 구동스프라켓(170)으로 이루어진다.

크랭크축(110)은 양단부에 페달이 설치된 크랭크들이 각각 설치되어 탑승자가 페달을 밟게 되면 회전된다.

입렵축(120)은 내부에 크랭크축(110)이 관통 설치되며, 모터부(140)와 크랭크축(110)로부터 입력되는 회전력에 의해 회전된다.

또한 입력축(120)의 양단부에는 제1 클러치수단(121)들이 각각 설치되어 크랭크축(110)의 회전력은 입력축(120)으로 전달되되, 입력축(120)의 회전력은 크랭크축(110)으로 전달되지 않도록 함으로써 탑승자가 입력축(120)의 회전력에 영향받지 않고 페달을 밟아 주행할 수 있게 된다.

또한 입력축(120)의 외주면에는 폴(131)이 설치되는 폴 설치홈(122)들이 형성된다.

또한 폴 설치홈(122)의 외측에는 복수개의 구동기어(123)들이 설치된다.

구동기어(123)들은 각각 서로 다른 잇수를 가지며, 평시에는 입력축(120)과 이격되게 설치되어 공회전하되, 콘트롤러(130)에 의해 폴(131)이 입력축(120)으로부터 돌출되면, 폴(131)이 구동기어(123)의 내주면에 삽입된다. 이때 폴(131)이 삽입된 구동기어(123)는 폴(131)에 의해 입력축(120)과 결합되어 입력축(120)과 함께 회전된다.

콘트롤러(130)는 입력축(120)에 형성된 폴 설치홈(122)들에 각각 설치되는 폴(131)들과, 입력축(120)의 축방향을 따라 이동되는 이동부(132)로 이루어진다.

폴(131)들은 평시에는 폴 설치홈(122)들로부터 돌출되지 않도록 설치되되, 이동부(132)의 위치에 따라서 폴(131)이 폴 설치홈(122)으로부터 돌출되어 구동기어(123)와 결합된다.

모터부(140)는 모터(141)와, 모터(141)의 회전력을 감속부(150)로 전달하는 모터 회전축(142)으로 이루어진다.

모터(141)는 입력축(120)의 외측에 설치되며, 배터리(미도시)의 전원을 공급받아 구동된다.

모터 회전축(142)은 모터(141)의 회전력을 감속부(150)로 전달한다.

감속부(150)는 입력축(120)과 제2 클러치수단(154)에 의해 연결되는 감속기어박스(151)와, 감소기어박스(151) 내에 입력축(120)의 길이방향으로 설치되는 감속기어축(152)들과, 감속기어축(152)들에 각각 설치되는 감속기어(153)들로 이루어진다.

감속부(150)는 감속기어(153)들 중 하나가 모터 회전축(142)과 연결됨으로써 감속기어박스(151)가 모터의 회전력에 의해 회전된다.

또한 감속기어박스(151)는 입력축(120)과 제2 클러치수단(154)에 의해 연결된다.

제2 클러치수단(154)은 모터(141)의 회전력이 입력축(120)의 회전방향과 동일한 방향일 때에만 동력이 전달되도록 한다.

변속부(160)는 입력축(120)의 외측에 설치되는 변속기어박스(161)와, 변속기어박스(161) 내에 입력축(120)의 길이방향으로 설치되는 변속기어축(162)들과, 변속기어축(162)들에 각각 설치되는 변속기어(163)들로 이루어진다.

변속기어박스(161)는 일단부가 구동스프라켓(170)과 결합되며, 내부에 변속기어축(162)들이 입력축(120)과 평행하게 설치된다.

변속기어(163)들은 서로 다른 잇수를 가지며, 구동기어(123)들과 각각 치합된다. 또한 변속기어(163)들은 서로 결합되어 하나의 변속기어(163)가 회전되면 다른 변속기어(163)들도 함께 회전된다.

구동스프라켓(170)은 변속부(160)로부터 회전력을 전달받으며, 외측에 연결되는 체인(180)을 통해 회전력을 종동스프라켓으로 전달하여 후륜을 회전시킨다.

이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 크랭크축(110)의 외측에 설치되는 감속부(150)와 변속부(160)에 의해 변속이 이루어지기 때문에 복수개의 종동스프라켓을 필요로 하지 않게 된다.

또한 종래기술(100)은 구동기어(123)와 폴(131)의 결합여부에 의해 변속이 이루어지기 때문에 정차 시에도 변속이 가능하다.

그러나 이러한 종래기술(100)은 페달에 의해 주행되는 자전거의 특성으로 인하여 크랭크축(110)의 길이가 제한되며, 콘트롤러(130)가 입력축(120) 상에 설치되기 때문에 변속부(160)의 길이가 한정된다.

이로 인해 종래기술(100)은 내부에 설치될 수 있는 변속기어(163)의 개수가 감소하여 변속 가능한 기어의 단수가 제한된다.

또한 종래기술(100)은 변속기어(163)들이 일체로 회전되기 때문에 변속기어(163)들과 접촉될 수 있는 구동기어(123)의 개수는 하나로 제한됨으로써 변속기어(163)의 개수만큼의 기어의 단수만을 가지게 되며, 이로 인해 다양한 변속비를 가질 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 크랭크축의 길이가 한정되는 자전거에서 다양한 기어 단수를 가질 수 있도록 기어부와 접촉되어 변속비를 변경하는 변속부가 기어부의 외측에 이격되게 설치됨으로써 크랭크축에 기어부가 설치되는 공간이 증가되는 자전거 변속모터를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 기어부가 복수개의 유성기어세트로 이루어지며, 변속부가 한번에 복수개의 유성기어세트들과 접촉 가능하도록 구성됨으로써 복수개의 변속비를 획득할 수 있는 자전거 변속모터를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 구동스프라켓 및 종동스프라켓이 동일한 반경 및 기어 잇수를 가지도록 구성됨으로써 구동스프라켓 및 종동스프라켓에 장착되는 체인이 일정한 장력을 유지한 상태로 장착되어 스프라켓들로부터 체인이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 자전거 변속모터를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 구동스프라켓, 종동스프라켓 및 체인이 케이스의 내부에 위치되도록 함으로써 외부의 이물질로 인해 오염 또는 부식 등이 발생하게 되는 것을 방지할 수 있는 자전거 변속모터를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 전기자전거의 크랭크축 상에 설치되는 자전거 변속모터에 있어서: 내부에 공간이 형성되는 함체 형상으로 형성되며, 양측면에 상기 크랭크축이 관통되도록 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 모터부; 상기 크랭크축 상에 설치되는 복수개의 기어들로 이루어지며, 상기 모터부와 접촉되어 구동력을 전달받는 기어부; 상기 하우징의 외측으로 돌출되는 상기 크랭크축에 설치되며, 일측이 상기 기어부와 결합되어 상기 기어부를 통해 상기 모터로부터 출력되는 구동력을 전달받아 회전되는 링크부; 상기 하우징의 내부에서 상기 기어부와 이격되게 설치되며, 상기 기어부의 외주면과 접촉되어 상기 링크부의 회전속도를 조절하는 변속부를 포함하고, 상기 기어부는 상기 크랭크축 상에 설치되며, 상기 모터부로부터 동력을 전달받는 동력전달기어; 상기 크랭크축 상에 설치되는 유성기어세트들을 포함하고, 상기 동력전달기어와 상기 유성기어세트들, 상기 링크부는 연결축들에 의해 연결되고, 상기 유성기어세트들 각각은 상기 크랭크축 상에 설치되는 제1 선기어; 상기 제1 선기어와 치합되도록 배치되는 제1 유성기어들; 상기 제1 유성기어와 일면이 결합되어 함께 회전되는 제2 유성기어들; 상기 크랭크축 상에 설치되며, 상기 제2 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제2 선기어; 상기 크랭크축 상에 설치되며, 원판 형상으로 형성되되, 일면에 상기 유성기어들이 삽입 설치되는 유성기어 삽입축들이 돌출 형성되는 캐리어; 내주면에 형성된 기어 이빨들이 상기 제1 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제1 링기어; 내주면에 형성된 기어 이빨들이 상기 제2 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제2 링기어를 포함하고, 상기 제1, 제2 링기어와 캐리어의 외주면에는 걸림돌기가 형성되고, 상기 변속부는 상기 내부에 공간이 형성되는 함체 형상으로 형성되며, 일면에 가동홈들이 형성되는 변속부 몸체; 상기 가동홈들 내에 이동 가능하게 설치되는 가동막대들; 상기 변속부 몸체의 내부에 설치되며, 상기 가동막대들의 이동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 변속부는 상기 가동막대들이 상기 유성기어세트들의 링기어들 및 캐리어의 외주면에 형성된 걸림돌기들과 선택적으로 접촉되어 접촉대상물의 회전을 제한하고, 상기 기어부는 상기 유성기어세트들이 상기 변속부에 의해 링기어들 및 캐리어의 회전이 제한되었을 때 변속비가 변화되며, 상기 유성기어세트들이 상기 연결축들에 의해 연결되도록 구성되기 때문에 각 유성기어세트들의 변속비의 결합에 의해 전체적인 변속비가 결정되는 것이다.

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또한 본 발명에서 상기 모터부는 상기 하우징에 고정되어 구동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터와 일단부가 연결되어 상기 구동모터의 동력에 의해 회전되는 모터회전축; 상기 모터회전축의 단부에 설치되는 구동기어를 포함하고, 상기 구동기어는 상기 동력전달기어와 치합되어 상기 구동모터의 구동력을 기어부로 전달하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 구동기어와 상기 동력전달기어의 사이에는 적어도 한 개 이상의 피동기어들이 치합되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 전기자전거는 상기 전기자전거의 후륜에 설치되는 종동부; 상기 링크부와 종동부에 장착되어 상기 링크부의 구동력을 상기 종동부로 전달하는 구동력 전달수단; 상기 링크부와 상기 종동부, 상기 구동력 전달수단을 덮는 케이스를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 링크부와 종동부는 스프라켓으로 이루어지며, 상기 구동력 전달수단은 체인인 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 변속부가 기어부의 외측에 이격되게 설치됨으로써 크랭크축에 설치되는 기어부의 길이가 증가하게 됨으로써 획득 가능한 변속비의 개수가 증가하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 기어부가 복수개의 유성기어세트들로 이루어지며, 변속부가 복수개의 기어들과 동시에 접촉되어 기어들의 회전을 제한할 수 있도록 구성됨으로써 복수개의 변속비를 획득할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 구동스프라켓 및 종동스프라켓이 동일한 반경 및 기어 잇수를 가지도록 구성됨으로써 구동스프라켓 및 종동스프라켓에 장착되는 체인이 일정한 장력 및 위치에 설치되어 스프라켓들로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 구동스프라켓과 종동스프라켓, 체인이 케이스의 내부에 설치되어 외부의 이물질들의 유입이 차단됨으로써 오염 또는 부식 등이 발생하여 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술의 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 입력축 및 콘트롤러의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 자전거 변속모터가 설치된 전기자전거의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 자전거 변속모터의 사시도이다.
도 5는 도 4의 기어부의 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 제1 유성기어세트의 부분 단면도이다.
도 7은 도 3의 변속부의 단면도이다.
도 8은 도 3의 전기자전거에 케이스가 추가로 설치된 전기자전거의 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 자전거 변속모터가 설치된 전기자전거의 예시도이며, 도 4는 본 발명의 자전거 변속모터의 사시도이다.

자전거 변속모터(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 크랭크축(72)이 설치되는 전기자전거(7)의 프레임(71) 중앙 하부에 설치되어 구동스프라켓(73)에 추가적인 회전력을 가해줌으로써 탑승자의 주행을 보조한다.

또한 자전거 변속모터(1)는 탑승자의 페달링에 의한 회전력과 도 4에 도시된 모터부(3)로부터 발생한 회전력을 변속시켜 구동스프라켓(73)으로 전달한 후, 체인(74)을 통해 후륜(75)에 설치되는 종동스프라켓(76)을 회전시켜 후륜(75)을 구동시킨다.

또한 전기자전거(7)의 핸들(77)에는 탑승자가 자전거 변속모터(1)의 변속비를 조절할 수 있는 기어조절부(78)가 설치된다.

이러한 자전거 변속모터(1)가 설치된 전기자전거(7)는 자전거 변속모터(1)가 모터부(3)를 통해 구동스프라켓(73)과 연결되어 탑승자의 주행을 보조해줄 뿐만 아니라, 구동스프라켓(73)으로 동력이 전달되기 전에 변속과정이 이루어지기 때문에 변속을 위하여 서로 다른 크기를 갖는 복수개의 구동스프라켓(73) 및 종동스프라켓(76)을 설치하지 않아도 된다.

또한 구동스프라켓(73)과 종동스프라켓(76)은 변속 과정이 자전거 변속모터(1) 내에서 이루어지기 때문에 서로 동일한 반경 및 기어 잇수를 가지도록 제작될 수 있다.

이로 인해 스프라켓(73), (76)들 사이에 장착되는 체인(74)은 스프라켓(73), (76)들의 반경이 일정하기 때문에 일정한 장력을 유지한 채로 설치되어 스프라켓(73), (76)들로부터 체인(74)이 이탈되는 현상이 현저하게 저하된다.

이때 설명의 편의를 위해 체인 및 스프라켓들을 통해 회전력을 전달하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 회전력의 전달수단은 이에 한정되지 않고, 벨트와 풀리, 베벨기어 등을 사용할 수 있다.

자전거 변속모터(1)는 크랭크축(72)에 양면이 관통되도록 설치되는 하우징(2)과, 하우징(2)의 내부에 설치되는 모터부(3)와, 크랭크축(72) 상에 직렬로 설치되며 모터부(3)로부터 동력을 전달받는 기어부(4)와, 기어부(4)의 구성품들 중 일부를 선택적으로 고정시켜 변속비를 바꿔 구동스프라켓(73)으로 전달하는 변속부(5)로 이루어진다.

하우징(2)은 내부가 개구되어 내측에 모터부(3)와 기어부(4), 변속부(5)가 설치되며, 양측면에 크랭크축(72)이 관통되는 크랭크축 관통공(미도시)이 형성된다.

모터부(3)는 하우징(2)에 고정되어 동력을 발생시키는 구동모터(31)와, 구동모터(31)와 일단부가 연결되어 구동모터(31)의 동력에 의해 회전되는 모터회전축(32)과, 모터회전축(32)의 단부에 설치되는 구동기어(33)와, 구동기어(33)와 치합되는 피동기어(34)로 이루어진다.

피동기어(34)는 구동기어(33)와 치합되게 설치되며, 후술되는 기어부(4)의 동력전달기어(41)와 치합되어 구동모터(31)로부터 발생한 구동력을 기어부(4)로 전달한다.

이때 피동기어(34)는 설치환경 및 변속비에 따라서 설치되는 개수가 변경될 수 있다.

이와 같이 구성되는 모터부(3)는 구동모터(31)로부터 발생한 동력이 모터회전축(32) -> 구동기어(33) -> 피동기어(34) -> 동력전달기어(41)의 경로를 통해 기어부(4)로 전달되며, 이렇게 전달된 동력은 전기자전거(7)의 주행을 보조해 줌으로써 탑승자가 경사로를 주행할 때 혹은 장거리를 주행할 때 탑승자의 체력 소모를 감소시켜준다.

도 5는 도 4의 기어부의 절개 사시도이며, 도 6은 도 5의 제1 유성기어세트의 부분 단면도이다.

기어부(4)는 도 5에 도시된 바와 같이, 모터부(3)로부터 동력을 전달받는 동력전달기어(41)와, 제1, 제2, 제3 유성기어세트(42), (43), (44)들로 이루어진다.

이때 동력전달기어(41)와 유성기어세트(42), (43), (44)들, 구동스프라켓(73)은 제1, 제2, 제3, 제4 연결축(61), (62), (63), (64)들에 의해 직렬로 연결되어 구동모터(31)로부터 발생한 회전력이 순차적으로 전달된다.

이때 설명의 편의를 위해 구동스프라켓(73)으로부터 동력전달기어(41)를 향하는 방향을 전방이라고 설명하기로 한다.

동력전달기어(41)는 크랭크축(72) 상에 피동기어(34)와 치합되도록 설치됨으로써 피동기어(34)로부터 동력을 전달받는다.

또한 동력전달기어(41)는 내부에 원웨이 제1 원웨이 클러치(411)가 설치되어 정회전 시에는 정상적으로 동작되되, 역회전 시 공회전 되도록 함으로써 단방향으로만 회전력이 전달되도록 한다.

이때 제1 원웨이 클러치(411)는 공지된 다양한 원웨이 클러치가 적용될 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략하도록 한다.

또한 동력전달기어(41)는 후면이 제1 연결축(61)의 전단부와 결합되고, 제1 연결축(61)의 후단부에는 제1 유성기어세트(42)의 제1 선기어(421)가 결합됨으로써 동력전달기어(41)와 제1 선기어(421)는 제1 연결축(61)에 의해 연결되어 함께 회전된다.

제1 유성기어세트(42)는 제1, 제2 선기어(421a), (421b)와, 제1, 제2 유성기어(422a), (422b)들과, 제1 캐리어(423)와, 제1, 제2 링기어(424a), (424b)들로 이루어진다.

제1 선기어(421a)는 제1 연결축(61)의 후단부에 결합되어 동력전달기어(41)와 함께 회전된다.

제1 유성기어(422a)는 제1 선기어(421a)와 치합되기 때문에 제1 선기어(421a)가 회전되면 함께 회전하게 된다.

제2 유성기어(422b)는 전면이 제1 유성기어(422a)의 후면과 결합되어 함께 회전되기 때문에 제1 유성기어(422a)와 동일한 회전속도를 가지되, 기어의 잇수가 제1 유성기어(422a)와 다르다.

또한 제2 유성기어(422b)는 제2 선기어(421b)와 치합된다.

제2 선기어(421b)는 제2 유성기어(422b)와 치합되기 때문에 제2 유성기어(422b)가 회전되면 함께 회전하게 된다.

이때 제2 선기어(421b)의 후면은 제2 연결축(62)의 전단부와 결합되며, 제2 연결축(62)의 후단부에는 제2 유성기어세트(43)의 제3 선기어(431a)와 결합되기 때문에 제1 유성기어세트(42)의 회전력이 제2 연결축(62)에 의해 제2 유성기어세트(43)로 전달된다.

제1 캐리어(423)는 원판 형상으로 형성되되, 전방으로 유성기어(422a), (422b)들이 삽입 설치되는 유성기어 삽입축(4231)들이 형성된다. 또한 제1 캐리어(423)의 내주면에는 제2 원웨이 클러치(4232)가 설치됨으로써 단방향으로만 회전 가능하도록 구성된다.

또한 제1 캐리어(423)는 외주면에 복수개의 걸림돌기들이 형성되어 후술되는 변속부(5)의 접촉돌기(531)가 걸림돌기들 사이에 삽입되면 회전이 제한된다.

제1, 제2 링기어(424a), (424b)들은 링 형상으로 형성되며, 내주면에 형성된 기어 이빨들이 각각 제1 유성기어(422a)와 제2 유성기어(422b)에 치합됨으로써 유성기어(422a), (422b)들이 회전될 때 함께 회전된다.

또한 링기어(424a), (424b)들은 외주면에 복수개의 걸림돌기들이 형성되어 접촉돌기(531)가 걸림돌기들 사이에 삽입되면 회전이 제한된다.

이와 같이 구성되는 제1 유성기어세트(42)는 평시에는 기존에 설정된 변속비에 맞춰 회전되되, 제1 링기어(424a)와 제2 링기어(424b), 제1 캐리어(423)의 외주면에 형성된 걸림돌기들에 접촉돌기(531)가 삽입될 경우에는 접촉돌기(531)가 삽입된 해당 구성품이 회전이 제한됨으로써 변속비가 변화하게 된다.

제2 유성기어세트(43)와 제3 유성기어세트(44)는 제1 유성기어세트(42)와 동일한 구성 및 형상으로 이루어지되, 제3, 제4, 제5, 제6 선기어(431a), (431b), (441a), (441b)들과 제3, 제4, 제5, 제6 유성기어(432a), (432b), (442a), (442b)들, 제3, 제4, 제5, 제6 링기어(434a), (434b), (444a), (444b)들의 기어 잇수는 획득하고자 하는 변속비에 따라서 변화될 수 있다.

또한 설명의 편의를 위해 3개의 유성기어세트가 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 필요한 변속비의 개수에 따라서 더 적거나 더 많은 수의 유성기어세트들이 설치될 수 있다.

또한 제3 유성기어세트(44)의 제6 선기어(441b)는 후면이 제4 연결축(64)의 전단부와 결합되며, 제4 연결축(64)의 후단부에는 구동스프라켓(73)이 결합된다.

이와 같이 구성되는 기어부(4)는 모터부(3)로부터 출력된 회전력을 구동스프라켓(73)으로 전달한다.

또한 기어부(4)는 변속부(5)와 접촉되어 회전이 정지되는 구성품이 총 9개이며, 복수개가 동시에 정지될 수 있기 때문에 9개 이상의 변속비를 획득할 수 있다.

도 7은 도 3의 변속부의 단면도이다.

변속부(5)는 변속부 몸체(51)와, 제어부(52)와, 가동막대(53)들, 스프링(54)들로 이루어진다.

변속부 몸체(51)는 함체 형상으로 형성되며, 기어부(4)와 인접한 위치에 설치된다.

또한 변속부 몸체(51)에는 가동막대(53)들이 삽입 설치되어 상하방향으로 이동되는 가동홈(511)들이 형성된다.

제어부(52)는 변속부 몸체(51)의 내부에 설치되며, 탑승자가 전기자전거(7)의 프레임(71)에 설치되는 기어조절부(78)를 통해 가동막대(53)들의 동작을 제어하며, 가동막대(53)들의 제어 과정은 공지된 다양한 기술들이 적용될 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략하도록 한다.

가동막대(53)는 가동홈(511) 내부에 삽입 설치되며, 제어부(52)에 의해 가동홈(511) 내에서 상하로 이동하게 된다.

또한 가동막대(53)의 하면에는 접촉돌기(531)가 돌출 형성되며, 가동막대(53)가 가동홈(511) 내에서 상하로 이동됨에 따라서 단부가 변속부 몸체(51)로부터 돌출 및 삽입된다.

스프링(54)은 양단부가 가동막대(53)의 하면과 접촉부 몸체(51)의 상면에 각각 접촉되며, 가동막대(53)가 상향 이동되도록 상부로 탄성력을 가한다.

이와 같이 구성되는 변속부(5)는 평시에는 스프링(54)의 탄성력에 의해 가동막대(53)가 상향 이동되어 접촉돌기(531)의 단부가 변속부 몸체(51) 내부에 위치하지만, 탑승자가 기어조절부(78)를 조작하게 되면, 해당하는 기어 단수에 맞춰 가동막대(53)들이 제어부(52)에 의해 하부로 가압되어 하향 이동된다.

이로 인해 접촉돌기(51)들은 링기어(424a), (424b), (434a), (434b), (444a), (444b)들 및 캐리어(423), (433), (443)들의 외주면에 형성된 걸림돌기들로 삽입되어 해당 구성품의 회전을 제한시킨다.

이와 같이 구성되는 자전거 변속모터(1)는 양단부에 페달이 설치되어 길이가 한정되는 크랭크축(72) 상에 모터부(3)의 동력을 전달받는 동력전달기어(41)와, 유성기어세트(42), (43), (44)들, 구동스프라켓(73)을 제외한 구성품이 설치되지 않기 때문에 복수개의 유성기어세트를 설치하여 다양한 변속비를 얻을 수 있다.

또한 자전거 변속모터(1)는 하나의 유성기어세트마다 3가지의 변속비를 획득할 수 있을 뿐만 아니라. 제어부(52)에 의해 복수개의 접촉돌기(531)들이 동시에 유성기어세트들과 접촉될 수 있도록 구성됨으로써 더욱 많은 변속비를 획득할 수 있게 된다.

또한 자전거 변속모터(1)는 내부에서 모터부(3)와, 기어부(4), 변속부(5)를 통해 변속과정이 완료되기 때문에 구동스프라켓(73)과 종동스프라켓(76)이 동일한 반경 및 기어 잇수를 가지도록 구성될 수 있으며, 복수개의 스프라켓(73), (76)들이 요구되지 않게 된다.

이로 인해 체인(74)은 스프라켓(73), (76)들의 반경이 일정하기 때문에 일정한 장력을 유지한 채로 설치되어 스프라켓(73), (76)들로부터 체인이 이탈되는 현상이 현저하게 저하된다.

또한 스프라켓(73), (76)들과 체인(74)은 일정한 형상을 유지하기 때문에 외부의 이물질들이 유입되는 것을 방지하는 케이스(79)가 설치될수 있다.

도 8은 도 3의 전기자전거에 케이스가 추가로 설치된 전기자전거의 예시도이다.

케이스(79)는 도 8에 도시된 바와 같이, 구동스프라켓(73)을 감싸는 전방 케이스(791)와, 체인(74)을 감싸는 체인 케이스(792)와, 종동스프라켓(76)을 감싸는 후방 케이스(793)로 이루어진다.

전방 케이스(791)와 후방케이스(793)는 내부에 구동스프라켓(73)과 종동스프라켓(76)이 각각 삽입될 수 있도록 내부에 공간이 형성된 원판 형상으로 형성된다.

체인 케이스(792)는 내부에 체인(74)이 삽입될 수 있도록 내부에 공간이 형성된 기둥형상으로 형성되며, 양단부가 각각 전방 케이스(791)와 후방 케이스(793)에 연결된다.

이와 같이 구성되는 케이스(79)는 체인(74), 구동스프라켓(73) 및 종동스프라켓(76)으로 외부의 이물질들이 유입되는 것을 방지해 줌으로써 체인(74), 구동스프라켓(73) 및 종동스프라켓(76)이 외부의 이물질들에 의해 부식되거나 오염되어 내구성이 감소하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

1 : 자전거 변속모터 2 : 하우징
3 : 모터부 4 : 기어부
5 : 변속부 7 : 전기자전거
31 : 구동모터 32 : 모터회전축
33 : 구동기어 34 : 피동기어
41 : 동력전달기어 42 : 제1 유성기어세트
43 : 제2 유성기어세트 44 : 제3 유성기어세트
51 : 변속부 몸체 52 : 제어부
53 : 가동막대 54 : 스프링
71 : 프레임 72 : 크랭크축
73 : 구동스프라켓 74 : 체인
75 : 후륜 76 : 종동스프라켓
77 : 핸들 78 : 기어조절부
79 : 케이스

Claims

전기자전거의 크랭크축 상에 설치되는 자전거 변속모터에 있어서:
내부에 공간이 형성되는 함체 형상으로 형성되며, 양측면에 상기 크랭크축이 관통되도록 설치되는 하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되는 모터부;
상기 크랭크축 상에 설치되는 복수개의 기어들로 이루어지며, 상기 모터부와 접촉되어 구동력을 전달받는 기어부;
상기 하우징의 외측으로 돌출되는 상기 크랭크축에 설치되며, 일측이 상기 기어부와 결합되어 상기 기어부를 통해 상기 모터로부터 출력되는 구동력을 전달받아 회전되는 링크부;
상기 하우징의 내부에서 상기 기어부와 이격되게 설치되며, 상기 기어부의 외주면과 접촉되어 상기 링크부의 회전속도를 조절하는 변속부를 포함하고,
상기 기어부는
상기 크랭크축 상에 설치되며, 상기 모터부로부터 동력을 전달받는 동력전달기어;
상기 크랭크축 상에 설치되는 유성기어세트들을 포함하고,
상기 동력전달기어와 상기 유성기어세트들, 상기 링크부는 연결축들에 의해 연결되고,
상기 유성기어세트들 각각은
상기 크랭크축 상에 설치되는 제1 선기어;
상기 제1 선기어와 치합되도록 배치되는 제1 유성기어들;
상기 제1 유성기어와 일면이 결합되어 함께 회전되는 제2 유성기어들;
상기 크랭크축 상에 설치되며, 상기 제2 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제2 선기어;
상기 크랭크축 상에 설치되며, 원판 형상으로 형성되되, 일면에 상기 유성기어들이 삽입 설치되는 유성기어 삽입축들이 돌출 형성되는 캐리어;
내주면에 형성된 기어 이빨들이 상기 제1 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제1 링기어;
내주면에 형성된 기어 이빨들이 상기 제2 유성기어들과 치합되도록 배치되는 제2 링기어를 포함하고,
상기 제1, 제2 링기어와 캐리어의 외주면에는 걸림돌기가 형성되고,
상기 변속부는
상기 내부에 공간이 형성되는 함체 형상으로 형성되며, 일면에 가동홈들이 형성되는 변속부 몸체;
상기 가동홈들 내에 이동 가능하게 설치되는 가동막대들;
상기 변속부 몸체의 내부에 설치되며, 상기 가동막대들의 이동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 변속부는
상기 가동막대들이 상기 유성기어세트들의 링기어들 및 캐리어의 외주면에 형성된 걸림돌기들과 선택적으로 접촉되어 접촉대상물의 회전을 제한하고,
상기 기어부는
상기 유성기어세트들이 상기 변속부에 의해 링기어들 및 캐리어의 회전이 제한되었을 때 변속비가 변화되며, 상기 유성기어세트들이 상기 연결축들에 의해 연결되도록 구성되기 때문에 각 유성기어세트들의 변속비의 결합에 의해 전체적인 변속비가 결정되는 것을 특징으로 하는 자전거 변속모터.
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청구항 제1항에 있어서, 상기 모터부는
상기 하우징에 고정되어 구동력을 발생시키는 구동모터;
상기 구동모터와 일단부가 연결되어 상기 구동모터의 동력에 의해 회전되는 모터회전축;
상기 모터회전축의 단부에 설치되는 구동기어를 포함하고,
상기 구동기어는
상기 동력전달기어와 치합되어 상기 구동모터의 구동력을 기어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 변속부 모터.
청구항 제5항에 있어서, 상기 구동기어와 상기 동력전달기어의 사이에는 적어도 한 개 이상의 피동기어들이 치합되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 변속부 모터.
청구항 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 전기자전거는
상기 전기자전거의 후륜에 설치되는 종동부;
상기 링크부와 종동부에 장착되어 상기 링크부의 구동력을 상기 종동부로 전달하는 구동력 전달수단;
상기 링크부와 상기 종동부, 상기 구동력 전달수단을 덮는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속부 모터.
청구항 제7항에 있어서, 상기 링크부와 종동부는
스프라켓으로 이루어지며, 상기 구동력 전달수단은 체인인 것을 특징으로 하는 변속부 모터.