KR102279942B1

KR102279942B1 - 입력 합성 장치

Info

Publication number: KR102279942B1
Application number: KR1020190106798A
Authority: KR
Inventors: 박동현; 최병호; 김보식
Original assignee: 주식회사 하이코어
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2021-07-21
Also published as: KR20210026267A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치는, 제1 입력을 제공하는 제1 입력부; 상기 제1 입력과 동일하거나 다른 제2 입력을 제공하는 제2 입력부; 상기 제1 입력부의 기어 및 상기 제2 입력부의 기어와 맞물려 상기 제1 입력과 상기 제2 입력을 합성하는 기어부; 및 상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 합성력이 출력되는 출력부;를 포함하며, 상기 출력부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면에 수직이 되도록 상기 기어부에 형성되는 제1 출력부 및 제2 출력부를 포함하고, 상기 제1 출력부 및 상기 제2 출력부는 서로 분리 형성되되 상기 기어부에 의해서 동기화된 합성력을 출력할 수 있다.

Description

입력 합성 장치{Apparatus for combining inputs}

본 발명은 입력 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력의 토크 또는 속도를 선별적으로 합산하거나 합성함으로써 다양한 출력을 만들어 낼 수 있는 입력 합성 장치를 제공한다.

일반적으로 로봇, 차량, 운송기구 또는 기계 시스템 등을 제어하기 위해서 모터 또는 엔진 등의 동력원이 사용되는데, 이때 요구된 작업(작동, 동작)을 위해서 이를 만족하게 하는 동력원의 용량을 선택하여야 한다. 예를 들어, 동력원이 모터인 경우 모터의 용량은 모터의 크기, 무게, 비용과 밀접한 관계를 가지고 있다.

로봇 또는 기계 시스템 등이 큰 토크, 빠른 속도로 구동되어야 할 필요성이 있는 경우 높은 용량의 동력원이 필요하게 되며, 이에 의해서 로봇 또는 기계 시스템 등의 크기, 무게, 비용이 증가하게 된다.

자동차의 경우, 경사로에서 주행을 원활하게 하기 위한 고토크 출력, 빠른 주행을 위한 고속 출력을 모두 얻기 위해서 엔진의 회전력을 바퀴에 전달하는 과정에서 기어 비를 변화시키는 기어 변속 장치를 사용하게 된다. 하지만, 기어 변속 시스템은 기구적인 구성의 복잡함, 가격, 무게 등의 문제로 소형 구동 시스템에 사용이 어렵다.

한편, 본 출원인은 한국공개특허 제10-2012-0028234호에서 두 개의 입력 특성을 이용한 유성 기어 시스템을 제안한 바 있다. 하지만, 본 출원인은 이 한국공개특허에서 입력 속도를 합성하는 기술만 제안하였다. 따라서, 보다 다양한 특성을 가지는 출력을 생성하기 위해서는 다양한 입력의 속도를 합성할 뿐만 아니라 다양한 입력의 토크도 합성할 수 있는 입력 합성 장치의 필요성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 전기 자전거, 전기 자동차 등 구동 시스템에 적용될 수 있으며 입력의 속도와 토크를 선별적으로 합성하여 다양한 출력을 생성할 수 있는 입력 합성 장치를 제안한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 서로 다르거나 같은 특성을 가지는 다수개의 입력을 합성하여 다양한 출력을 생성할 수 있는 입력 합성 장치를 제공한다.

본 발명은 입력의 토크와 속도를 구분하여 합성함으로써 다양한 출력을 생성할 수 있는 입력 합성 장치를 제공한다.

본 발명은 입력을 생성하는 구동원의 작동 중에 입력의 회전 방향만 변경하여 입력의 속도 또는 토크를 합성할 수 있는 입력 합성 장치를 제공한다.

본 발명은 자전거의 휠 또는 자동차의 휠에 바로 적용할 수 있는 입력 합성 장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치는, 제1 입력을 제공하는 제1 입력부; 상기 제1 입력과 비교하여 입력의 방향, 속도 또는 토크가 모두 동일하거나 적어도 하나가 다른 제2 입력을 제공하는 제2 입력부; 상기 제1 입력부의 기어 및 상기 제2 입력부의 기어와 맞물려 상기 제1 입력과 상기 제2 입력을 합성하는 기어부; 및 상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 합성력이 출력되는 출력부;를 포함하며, 상기 출력부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면에 수직이 되도록 상기 기어부에 형성되는 제1 출력부 및 제2 출력부를 포함하고, 상기 제1 출력부 및 상기 제2 출력부는 서로 분리 형성되되 상기 기어부에 의해서 동기화된 합성력을 출력할 수 있다.

상기 기어부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련된 복수개의 기어를 포함할 수 있다.

상기 기어부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련되며 동일한 회전 중심을 가지는 4개의 기어 및 상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어를 포함할 수 있다.

상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련된 상기 4개의 기어(131,136,139,135) 중 어느 하나의 기어는 나머지 3개의 기어와 이격되어 평행하게 마련될 수 있다.

상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 상기 1개의 기어 및 상기 어느 하나의 기어는 상기 제1 출력부와 일체로 회전하고, 상기 나머지 3개의 기어 중 어느 하나는 상기 제2 출력부와 일체로 회전할 수 있다.

상기 나머지 3개의 기어는 상기 제2 출력부를 중심으로 직경이 차례로 커지는 동심원 형태의 제1 중간기어, 제2 중간기어 및 제3 중간기어를 포함할 수 있다.

상기 기어부는, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부를 동기화시키는 유성기어부를 더 포함할 수 있다. 상기 유성기어부는 상기 제2 출력부의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지는 선기어 및 상기 선기어와 맞물리며 상기 선기어가 회전함에 따라 자전 및 공전하는 유성기어를 포함하며, 상기 중간기어는 상기 선기어 및 상기 유성기어가 마련되는 캐리어인 것을 특징으로 한다. 상기 선기어는 상기 제1 중간기어의 중앙부에 관통되게 배치된 회전중심부의 일단부에 연결될 수 있고, 상기 유성기어는 상기 회전중심부를 기준으로 동일한 반경을 가지는 원주 상에 형성된 복수개의 기어장착부에 연결될 수 있다. 상기 회전중심부의 타단부는 상기 제2 중간기어의 중앙부에 연결될 수 있다.

상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어는 상기 유성기어가 공전함에 따라 회전하는 링기어이고, 상기 어느 하나의 기어는 상기 링기어와 일체로 형성되는 원판기어인 것을 특징으로 한다.

상기 기어부는, 상기 제1 입력부에 형성된 제1 입력기어 및 상기 제2 입력부에 형성된 제2 입력기어와 제3 입력기어를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 입력기어, 상기 제2 입력기어 및 상기 제3 입력기어는 각각 상기 제1 중간기어, 상기 제2 중간기어 및 상기 제3 중간기어와 맞물리도록 마련될 수 있다.

상기 기어부는, 상기 원판기어 및 상기 제3 입력기어와 동시에 맞물리는 역회전기어를 더 포함할 수 있다. 상기 원판기어는 상기 제3 중간기어와 마주 보도록 형성될 수 있다.

상기 제2 입력기어와 상기 제2 입력부의 연결 부위에는 제1 원웨이 베어링이 형성될 수 있고, 상기 제3 입력기어와 상기 제2 입력부의 연결 부위에는 상기 제1 원웨이 베어링과 동력전달 차단방향은 서로 반대인 제2 원웨이 베어링이 형성될 수 있다. 상기 제2 중간기어와 상기 회전중심부의 연결 부위에는 제3 원웨이 베어링이 형성될 수 있다.

상기 제3 원웨이 베어링의 동력전달 차단방향은 상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 어느 하나의 동력전달 차단방향과 동일할 수 있다.

상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 상기 제3 원웨이 베어링과 같은 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링이 형성된 기어는 상기 역회전기어와 맞물리고, 상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 상기 제3 원웨이 베어링과 다른 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링이 형성된 기어는 상기 제3 원웨이 베어링이 형성된 상기 제2 중간기어와 맞물릴 수 있다.

상기 기어부는 상기 제1 입력부의 구동방향과 상기 제2 입력부의 구동방향의 동일 여부에 따라 상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 속도를 합성하거나 또는 토크를 합성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 입력 장치는 서로 동일하거나 다른 특성을 갖는 입력의 합력을 출력하되, 입력의 토크 또는 속도를 구분하여 합성하기 때문에 다양한 출력을 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 입력 합성 장치는 입력의 토크 또는 속도를 구분하여 합성할 수 있기 때문에 필요에 따라 다양한 속도 또는 토크를 가지는 출력을 제공할 수 있고 이로 인해 기어 변속의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 입력 합성 장치는 입력의 토크와 속도를 개별적으로 합성하여 필요에 따라 고속-저토크 또는 저속-고토크의 출력을 생산할 수 있어 소형 로봇 등의 소형 구동 시스템도 자유 자재로 출력 특성을 변화시킬 수 있다. 또한, 소형 시스템에도 효과적으로 채용될 수 있고, 비용절감 및 대량생산이 가능하도록 모듈화가 용이하다.

본 발명에 따른 입력 합성 장치는 사용 동력원의 크기 또는 무게에 비해 최대 속도 및 최대 토크를 증가하게 할 수 있고, 출력 축의 부하에 따라 다양한 방법으로 동력원을 구동할 수 있기 때문에 에너지 효율을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 입력 합성 장치는 다수개의 입력이 배치된 방향과 출력이 나오는 방향이 직교하며 입력을 합성하는 기어부가 대향하는 원판부재의 내부에 모두 마련되기 때문에 자전거의 바퀴 또는 자동차의 휠에 적용하기 위해서 자전거의 바퀴 또는 자동차의 휠의 구조를 변경할 필요가 별로 없거나 바퀴나 휠의 구조를 조금만 변경하면 쉽게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 입력 합성 장치를 도시한 측면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 일부에 대한 단면 사시도이다.
도 6 내지 도 9는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 입출력 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 1에 따른 입력 합성 장치의 사용예를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치를 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 따른 입력 합성 장치를 도시한 측면도, 도 3 및 도 4는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 분해 사시도, 도 5는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 일부에 대한 단면 사시도, 도 6 내지 도 9는 도 1에 따른 입력 합성 장치의 입출력 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 입력 합성 장치(100)는 동일한 용량(또는 특성)을 가지는 입력 2개를 합성할 수 있는데, 토크와 속도를 구분하여 각각 합성할 수 있다. 입력의 토크와 속도를 각각 구분하여 합성하게 되면, 저속-고토크의 출력과 고속-저토크의 출력을 모두 만들어 낼 수 있다.

저속-고토크의 출력은 2가지 입력의 토크를 합성한 경우의 출력인데, 토크는 2개 입력의 토크를 합산한 값을 최대치로 가지며, 속도는 2개 입력의 속도와 동일한 속도를 가지는 출력이 생성될 수 있다. 2개의 구동원을 구비한 하이브리드 자동차 등이 출발하는 경우 이와 같은 토크 합성이 필요할 수 있다. 또한, 자동차가 오르막을 오를 때에도 토크 합성이 필요하게 된다.

한편, 고속-저토크의 출력은 2가지 입력의 속도를 합성한 경우의 출력인데, 속도는 2개 입력의 속도를 합산한 값을 최대치로 가지며 토크는 2개 입력의 토크와 동일한 토크를 가지는 출력이 생성될 수 있다. 상기 형태의 하이브리드 자동차 등이 최고 속도를 낼 때 이러한 속도 합성이 필요할 수 있다.

이하에서는 이와 같이 속도 또는 토크를 구분하여 각각 합성할 수 있는 입력 합성 장치에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 입력 합성 장치(100)는, 제1 입력을 제공하는 제1 입력부(110); 상기 제1 입력과 동일하거나 다른 제2 입력을 제공하는 제2 입력부(120); 상기 제1 입력부(110)의 기어(112) 및 상기 제2 입력부(120)의 기어(122,123,126)와 맞물려 상기 제1 입력과 상기 제2 입력을 합성하는 기어부(150); 및 상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 합성력이 출력되는 출력부(101,102);를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 출력부(101,102)는, 상기 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 상기 제2 입력부(120)의 구동축(121, 도 6 참조)이 동시에 위치하는 가상의 평면에 수직이 되도록 상기 기어부(150)에 형성되는 제1 출력부(101) 및 제2 출력부(102)를 포함하고, 상기 제1 출력부(101) 및 상기 제2 출력부(101)는 서로 분리 형성되되 상기 기어부(150)에 의해서 동기화된 합성력을 출력할 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 기어부(150)는 원판 모양으로 형성되고 간격을 두고 상하로 이격 배치된 2개의 기어(135,139) 및 이와 맞물리는 다수개의 기어들을 포함할 수 있다.

제1 입력부(110) 및 제2 입력부(120)는 원판 모양의 기어(135,139)의 반경 방향으로 배치되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 입력부(110,120)는 원판 모양의 기어(135,139)의 원판면과 나란한 가상의 평면 상에 위치하게 된다. 즉, 제1 및 제2 입력부(110,120)의 구동축(111,121)이 동시에 위치하는 가상의 평면은 원판 모양의 기어(135,139)의 원판면과 평행한 면이 된다. 다시 말하면, 제1 및 제2 입력부(110,120)의 구동축(111,121)은 동일한 가상의 평면에 위치하게 된다.

반면에, 출력부(101,102)는 원판 모양의 기어(135,139)의 원판면에 수직하게 형성되기 때문에, 출력부(101,102)는 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면에 수직이 되도록 마련될 수 있다. 이때, 출력부(101,102) 즉, 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)는 기어부(150)를 사이에 두고 서로 분리된 상태로 마련되는데, 기어부(150)에 의해서 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)는 동기화되어 합성력을 출력할 수 있다. 즉, 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)는 서로 분리 형성되어 있지만 기어부(150)에 의해서 동일한 속도 및 토크로 동일한 방향으로 회전하는 합성력을 출력할 수 있다. 다시 말하면, 기어부(150)에 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)가 분리된 상태로 각각 연결됨으로써 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)는 마치 서로가 연결되어 일체로 형성된 것과 동일한 작동을 나타낼 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 본 발명에 따른 입력 합성 장치(100)는 입력의 속도만 합성하거나 입력의 토크만 합성할 수 있으며, 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)의 작동 중에 토크를 합성하거나 속도를 합성하여 다양한 특성의 출력을 만들어 낼 수 있다.

한편, 상기 제1 입력부(110) 및 상기 제2 입력부(120)에는 각각 상기 기어부(150)와 맞물리는 기어가 형성되는데, 상기 제1 입력부(110)에 형성된 기어(112)와 상기 제2 입력부(120,220)에 형성된 기어(122,123,126)의 개수는 상이하게 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 입력 합성 장치(100)는 제1 입력부(110)에는 1개의 기어(112)가 형성되고 제2 입력부(120)에는 3개의 기어(122,123,126)가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 2개의 입력부(110,120)를 포함하는데, 입력부는 전동기, 모터, 엔진 등 다양한 동력원이 사용될 수 있다. 2개의 입력부(110,120)는 동일한 가상의 평면 상에 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 입력부(110,120)의 입력은 각각 구동축(111,121)을 통해서 기어부(150)에 전달될 수 있다. 제1 및 제2 입력부(110,120)는 각각 제1 입력 및 제2 입력을 기어부(150)에 제공하게 되는데, 제1 입력과 제2 입력은 서로 동일하거나 다른 특성을 가질 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 입력은 회전력의 형태로 제공될 수 있다.

제1 입력부(110)의 구동축(111)에는 제1 입력기어(112)가 형성되고, 제2 입력부(120)의 구동축(121)에는 제2 입력기어(122) 및 제3 입력기어(123)가 형성될 수 있다. 즉, 2개의 입력부에는 서로 다른 개수의 기어가 장착되거나 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)의 경우에는 제1 입력부(110)에는 1개의 기어가 형성되고 제2 입력부(120)에는 2개의 기어가 형성될 수 있다.

제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)는 기어부(150)와 맞물려서 제1 및 제2입력의 속도 또는 토크를 합성할 수 있다. 여기서, 기어부(150)에 제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)가 포함될 수도 있다. 이하에서는 제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)가 기어부(150)에 포함되는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 3을 참조하면, 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)는 동일 평면 상에 배치되되 출력부(101,102)를 중심으로 원을 그리는 가상의 평면 상에 배치된다. 이때, 제1 및 제2 입력부(110,120)의 구동축(111,121)은 각각 원의 반지름 상에 놓이게 되며, 제1 구동축(111)과 제2 구동축(121)의 사잇각이 대략 120도가 되도록 제1 및 제2 입력부(110,120)가 배치되는 것이 바람직하다. 후술하겠지만, 제1 입력부(110) 및 제2 입력부(120)의 배치 위치(또는 양자의 사잇각)는 입력 합성 장치(100)가 적용되는 바퀴 또는 휠의 구조에 따라 달라질 수 있다.

제1 입력부(110)의 구동축(111)에는 제1 입력기어(112)가 형성될 수 있다. 제1 입력기어(112)는 제1 구동축(111)의 일단에 형성되어 제1 구동축(111)과 동일한 방향 및 속도로 회전할 수 있다. 제1 입력기어(112)는 베벨기어(bevel gear)로 마련되는 것이 바람직하다.

제2 입력부(120)의 구동축(121)에는 제2 입력기어(122)와 제3 입력기어(123)가 형성될 수 있다. 제2 구동축(121)에는 제3 입력기어(123)가 더 형성되는데, 제3 입력기어(123)는 제2 입력기어(122)의 뒤쪽에 마련된다. 즉, 제2 입력기어(122)와 제2 입력부(120) 사이에 제3 입력기어(123)가 위치하게 된다. 제2 입력기어(122) 및 제3 입력기어(123)는 모두 제2 구동축(121)에 형성되기 때문에 제2 구동축(121)과 동일한 방향 및 속도로 회전할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 입력기어(122)는 베벨기어(bevel gear)로 마련되고 제3 입력기어(123)는 평기어로 마련되는 것이 바람직하다.

제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)는 기어부(150)의 상하를 형성하는 원판 모양의 기어(135,139)의 회전 중심 즉, 제1 및 제2 출력부(101,102)에서부터 서로 다른 거리에 위치하도록 마련될 수 있다. 즉, 제1 입력기어(112)가 출력부(101,102)에서 가장 가깝고, 제2 입력기어(122) 및 제3 입력기어(123)의 순으로 거리가 멀어지도록 마련될 수 있다.

또한, 제1 입력기어(112)와 제2 입력기어(122)는 모두 베벨기어의 형태로 마련되지만 기어의 직경은 동일하지 않다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 입력기어(122)의 직경(크기)이 제1 입력기어(112)의 직경(크기) 보다 더 크게 형성될 수 있다.

제2 입력부(120)에는 역회전기어(126)가 연결될 수 있다. 역회전기어(126)는 제2 구동축(121)에 연결되는 것이 아니라 제3 입력기어(123)와 맞물리도록 형성될 수 있다. 즉, 역회전기어(126)는 제3 입력기어(123)와 맞물리기 때문에 제3 입력기어(123)에 의해서 회전하게 되고 제3 입력기어(123)와 반대 방향으로 회전하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 역회전기어(126)는 제3 입력기어(123)의 위쪽에서 맞물리도록 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 역회전기어(126)도 평기어의 형태로 마련된다.

기어부(150)는 제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)와 맞물리는 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)는 기어부(150) 중 아래쪽에 위치하는 원판기어로서, 제2 출력부(102)를 중심으로 직경이 차례로 커지는 동심원 형태로 마련될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)는 제2 출력부(102)에서부터 가장 가까이에 형성되는 제1 중간기어(131), 제1 중간기어(131) 보다 먼 위치에 형성되는 제2 중간기어(136), 제2 중간기어(136) 보다 먼 위치에 형성되는 제3 중간기어(139)를 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)는 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면 즉, 기어부(150) 중 아래쪽에 위치하는 원판모양 부재와 나란한 방향으로 마련될 수 있다.

제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)는 각각 제1 내지 제3 입력기어(112,122,123)와 맞물리게 된다. 가장 안쪽에 위치하는 제1 중간기어(131)는 제1 입력기어(112)와 맞물리게 되는데, 제1 중간기어(131)도 베벨기어의 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 제1 중간기어(131)의 외측에 마련되는 제2 중간기어(136)는 제2 입력기어(122)와 맞물리게 되는데, 제2 중간기어(136)도 베벨기어의 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 제2 중간기어(136)의 외측에 마련되는 제3 중간기어(139)는 제3 입력기어(123)와 맞물리게 되는데, 제3 중간기어(139)는 평기어의 형태로 마련되는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 제2 출력부(102)는 제3 중간기어(139)의 하측 외면에 형성된 홈(미도시)에 일단이 삽입 연결됨으로써 제3 중간기어(139)와 함께 회전할 수 있다. 즉, 제3 중간기어(139)는 제2 출력부(102)와 동일한 방향을 따라 동일한 속도로 회전하면서 제2 출력부(102)를 통해서 합성력을 출력할 수 있다.

도 5에는 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)의 단면 구조가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 중간기어(131,136)는 베벨기어로 마련되고 제3 중간기어(139)는 크라운 기어(crown gear)로 마련될 수 있다.

또한, 제3 중간기어(139)의 하측 외면에서부터 제1 중간기어(131)가 가장 위쪽에 위치하고 제2 중간기어(136)가 가장 아래쪽에 위치하며 제3 중간기어(139)는 제1 중간기어(131)와 제2 중간기어(136)의 사이에 위치할 수 있다. 왜냐하면, 제2 중간기어(136)와 맞물리는 제2 입력기어(122)가 가장 크고, 그 다음으로 제3 중간기어(139)와 맞물리는 제3 입력기어(123)가 크고, 제1 중간기어(131)와 맞물리는 제1 입력기어(112)가 가장 작기 때문이다.

도 5를 참조하면, 제3 중간기어(139) 위에 제2 중간기어(136)가 위치하고, 제2 중간기어(136) 위에 제1 중간기어(131)가 위치하게 된다. 제1 중간기어(131)는 그 중심에 관통되게 마련된 회전중심부(103)를 기준으로 회전하게 된다.

도 5에서 알 수 있듯이, 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)는 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련될 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1 중간기어(131)의 상측 외면에는 회전중심부(103)를 기준으로 동일한 반경을 가지는 원주 상에 3개의 기어장착부(104)가 형성될 수 있다. 여기서, 회전중심부(103)의 일단부 및 기어장착부(104)에는 유성기어부가 마련될 수 있다.

상기 유성기어부는 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)를 동기화시키는 기어부(150)의 구성요소이다. 제2 출력부(102)는 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139) 중 어느 하나에 연결되는 반면에, 제1 출력부(101)는 제2 출력부(102)와 분리된 상태로 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)와 마주 보는 원판 모양의 기어(135)에 연결되기 때문에 제1 출력부(101)와 제2 출력부(102)를 동기화시키기 위해서는 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)와 이격된 원판 모양의 기어(135, 이하 '원판기어'라 함)에 서로 맞물리는 연결기어가 필요하다. 이러한 연결기어의 역할을 위해서 제1 중간기어(131)의 상측 외면에 상기 유성기어부를 마련할 수 있다.

상기 유성기어부는, 제2 출력부(102)의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지는 선기어(134) 및 선기어(134)와 맞물리며 선기어(134)가 회전함에 따라 자전 및 공전하는 유성기어(132)를 포함할 수 있다. 선기어(134)는 회전중심부(103)의 일단부에 장착되고 유성기어(132)는 기어장착부(104)에 장착될 수 있다.

여기서, 제1 중간기어(131)는 선기어(134) 및 3개의 유성기어(132)가 마련되는 캐리어(carrier)이다. 즉, 제1 중간기어(131)가 회전함에 따라 3개의 유성기어(132)는 제1 중간기어(131)의 회전방향과 동일한 방향으로 공전하게 된다. 이때, 유성기어(132)는 공전방향과 반대방향으로 자전하게 된다. 다만, 선기어(134)는 회전중심부(103)와 함께 회전되는 구조로서, 후술하는 제3 원웨이 베어링(137) 및 회전하지 않는 제2 중간기어(136)에 의해서 회전이 방지된다.

한편, 유성기어부(131,132,134)는 후술하는 원웨이 베어링과 함께 입력의 토크 또는 속도를 합성하는 부분이라고 할 수 있다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 제1 내지 제3 중간기어(131,136,139)와 이격되어 서로 마주 보는 원판기어(135)는 하측 외면에 기어가 형성되어 있는데, 제3 중간기어(139)와 마주 보도록 형성되어 있다. 원판기어(135)는 역회전기어(126)와 맞물리게 된다. 제3 입력기어(123)의 회전이 제3 중간기어(139)에 전달되어 제3 중간기어(139)가 회전하면서 동시에 제3 입력기어(123)의 회전은 역회전기어(126)로 전달될 수 있다. 역회전기어(126)는 제3 입력기어(123)와 반대방향으로 회전하게 된다. 역회전기어(126)의 회전은 원판기어(135)에 전달될 수 있는데, 역회전기어(126)가 제3 입력기어(123)와 반대방향으로 회전하기 때문에 원판기어(135)는 제3 중간기어(139)와 동일한 방향으로 회전하게 된다.

상기 기어부(150)는 원판기어(135) 및 제3 입력기어(123)와 동시에 맞물리는 역회전기어(126)를 포함하며, 원판기어(135)는 제3 중간기어(139)와 마주 보도록 형성될 수 있다.

한편, 원판기어(135)의 하측 외면에는 3개의 유성기어(132)를 둘러싸면서 유성기어(132)와 맞물리는 링기어(ring gear, 133)가 하측으로 연장 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 링기어(133)는 중공의 원통형상을 가지며 원판기어(135)의 하면에 일체로 형성되고 원통형상의 하단 내면에 원주방향을 따라 형성될 수 있다. 링기어(133)는 3개의 유성기어(132)와 맞물리도록 마련된다. 따라서, 링기어(133)는 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된다고 할 수 있다.

상기 기어부(150)는, 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련된 복수개의 기어(131,135,136,139)를 포함할 수 있다.

보다 자세히 말하면, 상기 기어부(150)는, 제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련되며 동일한 회전 중심을 가지는 4개의 기어(131,135,136,139) 및 상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어(133)를 포함할 수 있다.

제1 입력부(110)의 구동축(111)과 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련된 상기 4개의 기어(131,135,136,139) 중 어느 하나의 기어(135)는 나머지 3개의 기어(131,136,139)와 이격되어 평행하게 마련될 수 있다.

여기서, 상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 상기 1개의 기어(133) 및 상기 어느 하나의 기어(135)는 제1 출력부(101)와 일체로 회전하고, 상기 나머지 3개의 기어(131,136,139) 중 어느 하나는 제2 출력부(102)와 일체로 회전할 수 있다. 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 나머지 3개의 기어(131,136,139) 중 가장 외각에 배치된 제3 중간기어(139)의 중앙 부위에 일체로 연결된 것으로 설명한다.

또한, 상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어(133)는 유성기어(132)가 공전함에 따라 회전하는 링기어(133)이고, 상기 어느 하나의 기어(135)는 링기어(133)와 일체로 형성되는 원판기어(135)이다.

도 3을 참조하면, 제1 출력부(101)는 원판기어(135)의 상측 외면에 형성된 체결홈(미도시)에 삽입 연결됨으로써 원판기어(135) 및 링기어(133)와 함께 동일한 속도 및 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 기어부(150)에 의해서 제1 및 제2 입력부(110,120)의 속도를 합성하거나 토크를 합성하게 되는데, 제1 입력부(110)의 구동방향과 제2 입력부(120)의 구동방향의 동일 여부에 따라 제1 입력과 제2 입력의 속도를 합성하거나 또는 토크를 합성할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 입력의 회전방향이 동일한지 동일하지 않은지에 따라서 속도를 합성하거나 토크를 합성하게 된다. 이와 같이, 속도와 토크를 구분하여 합성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)의 기어부(150)에는 원웨이 베어링(one-way bearing)이 마련될 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 입력부(110) 또는 제2 입력부(120) 중 어느 하나에는 기어부(150)와 맞물리거나 기어부(150)에 포함되는 2개의 기어(122,123)가 형성되고, 상기 2개의 기어(122,123)에는 제1 원웨이 베어링(124) 및 제2 원웨이 베어링(125)이 각각 형성될 수 있다. 즉, 제2 입력부(120)의 구동축(121) 및 제2 입력기어(122)의 연결 부위에는 제1 원웨이 베어링(124)이 형성될 수 있고, 제2 입력부(120)의 구동축(121) 및 제3 입력기어(123)의 연결 부위에는 제2 원웨이 베어링(125)이 형성될 수 있다.

원웨이 베어링(one-way bearing)은 클러치 베어링(clutch bearing)이라고도 불리우며, 어느 한 방향으로는 회전력 내지 동력을 전달하지만 다른 반대 방향으로는 회전력 내지 동력을 전달하지 않는 부재이다. 도 6 내지 도 9를 참조하면, 제1 원웨이 베어링(124) 및 제2 원웨이 베어링(125)의 회전력 내지 동력전달 차단방향이 도시되어 있다.

여기서, 제1 원웨이 베어링(124)과 제2 원웨이 베어링(125)의 동력전달 차단방향은 서로 반대로 형성될 수 있다.

또한, 제2 중간기어(136)와 회전중심부(103)의 연결 부위에는 제3 원웨이 베어링(137)이 형성될 수 있다. 제3 원웨이 베어링(137)은 제2 중간기어(136)의 중앙부와 선기어(134)의 회전중심이 되는 회전중심부(103)에 마련되되, 회전중심부(103)의 회전을 적절하게 제어함으로써 기어부(150)의 회전 방향이나 속도가 조절될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 입력부(120)의 제2 입력이 제1 원웨이 베어링(124)와 제2 입력기어(122) 및 제2 중간기어(136)를 통해 제3 원웨이 베어링(137)에 회전력의 형태로 전달되면, 제3 원웨이 베어링(137)은 전달받은 회전력을 회전중심부(103)에 제공하여 회전중심부(103)의 일단부에 연결된 선기어(134)를 제2 중간기어(136)와 함께 회전시킬 수 있다. 따라서, 기어부(150)의 유성기어부(131,132,134)에서는 선기어(134)에 입력되는 회전력에 의해 제1,2 출력부(101, 102)로 출력되는 동력을 조절할 수 있다.
도 7과 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 입력부(120)의 제2 입력이 제1 원웨이 베어링(124)와 제2 입력기어(122) 및 제2 중간기어(136)를 통해 제3 원웨이 베어링(137)에 전달되지 않으면, 제3 원웨이 베어링(137)은 선기어(134)와 회전중심부(103)의 회전을 차단할 수 있다. 따라서, 기어부(150)의 유성기어부(131,132,134)에서는 선기어(134)가 회전되지 않는 상태로 유성기어(132)만이 회전하면서 제1,2 출력부(101, 102)로 출력되는 동력을 조절할 수 있다.

제3 원웨이 베어링(137)의 동력전달 차단방향은 제1 원웨이 베어링(124) 또는 제2 원웨이 베어링(125) 중 어느 하나의 동력전달 차단방향과 동일하게 형성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 제3 원웨이 베어링(137)과 제2 원웨이 베어링(125)의 동력전달 차단방향이 동일하고, 제1 원웨이 베어링(124)의 동력전달 차단방향은 다르다.

제1 원웨이 베어링(124) 또는 제2 원웨이 베어링(125) 중 제3 원웨이 베어링(137)과 같은 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링(125)이 형성된 기어(123)는 역회전기어(126)와 맞물리도록 형성될 수 있다.

또한, 제1 원웨이 베어링(124) 또는 제2 원웨이 베어링(125) 중 제3 원웨이 베어링(137)과 다른 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링(124)이 형성된 기어(122)는 제3 원웨이 베어링(137)이 형성된 제2 중간기어(136)와 맞물리도록 형성될 수 있다.

기어부(150)는 제1 입력부(110)에 형성된 제1 입력기어(112) 및 제2 입력부(120)에 형성된 제2 입력기어(122)와 제3 입력기어(123)를 포함하고, 상기 유성기어부는 링기어(133)와 맞물리도록 형성될 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)에 의해 입력의 토크 및 속도가 합성되는 원리에 대해서 설명한다. 도 7 내지 도 9에서 ⊙로 표시된 기호는 기어가 평면에서부터 튀어나오는 방향으로 회전한다 것을 의미하고, ○ 안에 X가 표시된 기호는 기어가 평면에서부터 들어가는 방향으로 회전한다 것을 의미한다. 즉 기어의 회전방향을 의미하는 기호이다.

도 7은 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)의 토크를 합성하는 원리를 보여 준다. 즉, 제1 입력부(110)에서 제공되는 제1 입력의 토크와 제2 입력부(120)에서 제공되는 제2 입력의 토크를 합성하는 경우의 동력 전달 과정을 나타낸다. 우선, 제1 입력부(110)에서 생성되는 제1 입력과 제2 입력부(120)에서 생성되는 제2 입력의 회전 방향이 같을 경우에 입력의 토크가 합성될 수 있다(도 7의 실선 화살표 참조).

제1 입력부(110)의 구동축(111)이 회전함에 따라 제1 입력기어(112)가 회전하게 되고 제1 입력기어(112)와 맞물린 제1 중간기어(131)가 회전하게 된다. 제1 입력부(110)의 제1 입력은 제1 중간기어(131)에 전달될 수 있다. 제1 중간기어(131)가 회전하게 되면, 제1 중간기어(131)에 장착된 유성기어(132)가 공전하면서 자전하게 된다. 유성기어(132)의 공전에 의해서 링기어(133)가 회전하게 되는데, 유성기어(132)의 공전방향과 동일방향으로 회전하게 된다. 링기어(133)가 회전하게 되면 이와 동일한 방향으로 원판기어(135)가 회전하게 되고, 원판기어(135)에 연결된 제1 출력부(101)도 회전하게 된다. 이러한 과정을 통해 제1 입력부(110)의 제1 입력이 제1 출력부(101)까지 전달된다.

또한, 유성기어(132)가 자전함에 따라 유성기어(132)와 맞물린 선기어(134)도 회전하게 되는데, 링기어(133)와 같은 방향으로 선기어(134)는 회전하려고 한다. 이때 선기어(134)는 제2 입력부(120)의 제2 입력에 의해 회전되지 않은 제2 중간기어(136)에 제3 원웨이 베어링(137)을 매개로 연결된 구조이므로, 선기어(134)는 제3 원웨이 베어링(137)에 의해 회전하지 못하고, 링기어(133)만이 회전하게 된다.

한편, 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 회전함에 따라 제2 입력기어(122) 및 제3 입력기어(123)가 회전해야 하는데, 제1 원웨이 베어링(124)에 의해서 제2 입력기어(122)는 회전하지 않고, 제3 입력기어(123)만 회전하게 된다. 즉, 제2 입력부(120)의 구동축(121)은 제1 원웨이 베어링(124)에서 공회전될 수 있고, 제2 입력기어(122)는 제1 원웨이 베어링(124)을 통해 동력을 전달 받지 못해 정지될 수 있다. 반면에, 제2 원웨이 베어링(125)은 제2 입력부(120)의 구동축(121)에서 제2 입력에 의한 동력을 제공받아 제3 입력기어(123)에 전달하게 된다.

제3 입력기어(123)는 제3 중간기어(139)와 맞물리게 되는데, 제2 입력이 제3 중간기어(139)에 전달되고 최종적으로 제2 출력부(102)까지 전달된다. 이와 같이, 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)가 동일 방향으로 회전하는 경우, 즉 제1 입력과 제2 입력의 회전방향이 동일한 경우에는 상기한 유성기어부와 원웨이 베어링에 의해 제1 입력과 제2 입력이 각각 제1 중간기어(131)와 제3 중간기어(139)에 직접 전달되기 때문에 제1 입력과 제2 입력의 토크가 합성(도 7의 점선 화살표 참조)되어 제1 및 제2 출력부(101,102)를 통해 생성될 수 있다.

만약, 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)가 도 7에 도시된 방향과 반대 방향으로 구동한다면, 제1 및 제2 출력부(101,102)의 회전 방향도 반대가 된다.

도 8은 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)의 속도를 합성하는 원리를 보여 준다. 즉, 제1 입력부(110)에서 제공되는 제1 입력의 속도와 제2 입력부(120)에서 제공되는 제2 입력의 속도를 합성하는 경우의 동력 전달 과정을 나타낸다. 우선, 제1 입력부(110)에서 생성되는 제1 입력과 제2 입력부(120)에서 생성되는 제2 입력의 회전 방향이 다를 경우에 입력의 속도가 합성될 수 있다(도 8의 실선 화살표 참조).

제1 입력부(110)의 제1 입력이 제1 중간기어(131)를 통해 최종적으로 제1 출력부(101)까지 전달되는 과정은 도 7의 경우와 동일하다.

한편, 제2 입력부(120)의 구동축(121)이 회전함에 따라 제2 입력기어(122) 및 제3 입력기어(123)가 회전해야 하는데, 제1 원웨이 베어링(124)에 의해서 제2 입력기어(122)는 회전하게 되지만, 제2 원웨이 베어링(125)에 의해서 제3 입력기어(123)는 헛돌게 된다. 즉, 제3 입력기어(123)가 회전하기는 하지만 제3 중간기어(139)에 회전력을 전달하지는 않는다.

제2 입력기어(122)는 제2 중간기어(136)와 맞물려서 제2 중간기어(136)에 회전력을 전달하고, 제2 중간기어(136)는 연결된 선기어(134)에 회전력을 전달하게 된다. 이 때, 제2 중간기어(136)에 의해 선기어(134)에 전달되는 회전력의 회전방향과 제1 입력기어(112)에 의해 선기어(134)에 전달되는 회전력의 회전방향은 동일하게 된다.

선기어(134)가 회전함에 따라 유성기어(132)의 공전속도가 증가하게 되고, 유성기어(132) 공전속도가 증가함에 따라 링기어(133)의 회전속도가 증가하게 된다. 이로 인해서, 원판기어(135)의 회전속도가 증가하게 되고, 최종적으로 제1 입력과 제2 입력의 속도가 합성(도 8의 점선 화살표 참조)되어 제1 및 제2 출력부(101,102)를 통해 생성될 수 있다.

만약, 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)가 도 8에 도시된 방향과 반대 방향으로 구동한다면, 제1 및 제2 출력부(101,102)의 회전 방향도 반대가 된다.

도 9는 제1 입력부(110)만 구동되는 경우에 출력 합성을 보여준다. 제1 입력부(110)의 구동축(111)이 회전함에 따라 제1 입력기어(112)가 회전하게 되고 제1 입력기어(112)와 맞물린 제1 중간기어(131)가 회전하게 된다. 제1 입력부(110)의 제1 입력은 제1 중간기어(131)에 전달될 수 있다. 제1 중간기어(131)가 회전하게 되면, 제1 중간기어(131)에 장착된 유성기어(132)가 공전하면서 자전하게 된다. 유성기어(132)의 공전에 의해서 링기어(133)가 회전하게 되는데, 유성기어(132)의 공전방향과 동일방향으로 회전하게 된다. 유성기어(132)의 공전에 의해서 링기어(133)의 회전 속도가 조절될 수 있다. 다만, 제3 원웨이 베어링(137)에 의해서 동력 전달이 차단되기 때문에 선기어(134)는 회전하지 않는다.
다만, 제3 원웨이 베어링(137)에 의해서 동력 전달이 차단되기 때문에 선기어(134)는 회전하지 않는다. 즉, 제2 입력부(120)의 제2 입력이 존재하지 않기 때문에 제1 원웨이 베어링(124)과 제2 원웨이 베어링(125)을 통해 제2 입력기어(122)와 제3 입력기어(123)에 전달되는 입력도 없다. 따라서, 제2 입력기어(122)가 회전되지 않아 제2 중간기어(136)도 정지된 상태이므로, 도 7에서 언급한 것과 마찬가지로 선기어(134)의 회전이 제3 원웨이 베어링(137)에 의해 억제된다.

링기어(133)가 회전하게 되면 이와 동일한 방향으로 원판기어(135)가 회전하게 되고, 원판기어(135)에 연결된 제1 출력부(101)도 회전하게 된다. 이러한 과정을 통해 제1 입력부(110)의 제1 입력이 제1 출력부(101)까지 전달된다.

이때, 원판기어(135)에 맞물린 역회전기어(126)에도 제1 입력이 전달될 수 있고, 제2 원웨이 베어링(125)에 의해 공회전되는 제3 입력기어(123)를 통해 제3 중간기어(139)에 간접적으로 전달될 수 있다. 왜냐하면 역회전기어(126)의 회전력은 회전방향이 반대이기 때문에 제2 원웨이 베어링(125)에 의해 제2 입력부(120)의 구동축(121)로 동력 전달이 차단되고 제3 입력기어(123)가 제2 입력부(120)의 구동축(121)을 중심으로 공회전될 수 있다.

유성기어(132)가 회전함에 따라 링기어(133)가 회전하게 되고 제3 원웨이 베어링(137)에 의해서 동력전달이 차단되지 않기 때문에 제2 중간기어(136)도 회전할 수 있다. 이러한 동력 전달 과정을 통해서 최종적으로 제1 입력과 동일한 출력(도 9의 점선 화살표 참조)되어 제1 및 제2 출력부(101,102)를 통해 생성될 수 있다.

도 10 및 도 11은 도 1에 따른 입력 합성 장치의 사용예를 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 자전거(200)의 바퀴(300)에 적용될 수 있다. 이때, 자전거(200)는 전기자전거이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)가 자전거(200)의 바퀴(300)에 적용될 경우 사람이 페달을 밟지 않아도 입력 합성 장치(100)에서 생성되는 출력에 의해서 바퀴(300)가 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)가 적용되는 자전거(200)의 바퀴(300)는 앞뒤 상관없이 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)가 탑재되기 위해서는 자전거(200)의 바퀴(300) 형태가 일반적인 바퀴와는 달라야 한다. 즉, 바퀴의 스포크(spoke)가 가는 철사 형태인 바퀴에는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)를 적용할 수 없다. 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 스포크(320)는 그 내부에 충분한 공간이 마련될 수 있는 형태를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 다수개의 스포크(320)가 만나는 중앙부(미도시)에도 충분한 공간이 마련되는 것이 바람직하다. 도 10에서 도면부호 "310"은 바퀴 타이어이다.

예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 스포크(320)는 3갈래로 분기되고 그 내부에 충분한 공간이 형성되도록 폭이 넓은 형태로 마련되며, 2개의 부분으로 분리 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)의 제1 입력부(110)와 제2 입력부(120)는 각각 서로 다른 스포크(320)의 내부에 위치하게 되고, 제1 및 제2 출력부(101,102)는 체인(미도시)이 감기는 스프로켓(미도시)에 연결되도록 마련될 수 있다.

한편, 도시하지는 않았지만, 제1 및 제2 입력부(110,120)가 위치하는 스포크를 제외한 나머지 스포크의 내부에는 제1 및 제2 입력부(110,120)에 전원을 제공하는 배터리, 웨이트 밸런서(weight balancer), 각종 센서, 컨트롤러 또는 PCB 등의 부품이 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 자전거의 바퀴 뿐만 아니라 자동차의 휠(wheel)에도 적용될 수 있고 로봇 등에도 적용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 합성 장치(100)는 3개의 원웨이 베어링과 유성기어부를 구비하는 경우, 제1 입력부에서 제공되는 제1 입력과 제2 입력부에서 제공되는 제2 입력의 회전방향이 서로 동일하면 토크를 합성하고 회전방향이 서로 다르면 속도를 합성함으로써 다양한 특성을 가지는 출력을 만들어낼 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 입력 합성 장치 101: 제1 출력부
102: 제2 출력부 110: 제1 입력부
120: 제2 입력부 112: 제1 입력기어
122: 제2 입력기어 123: 제3 입력기어
124: 제1 원웨이 베어링 125: 제2 원웨이 베어링
126: 역회전기어 137: 제3 원웨이 베어링
131: 제1 중간기어 135: 원판기어
133: 링기어 136: 제2 중간기어
139: 제3 중간기어 150: 기어부

Claims

제1 입력을 제공하는 제1 입력부;
상기 제1 입력과 비교하여 입력의 방향, 속도 또는 토크가 모두 동일하거나 적어도 하나가 다른 제2 입력을 제공하는 제2 입력부;
상기 제1 입력부의 기어 및 상기 제2 입력부의 기어와 맞물려 상기 제1 입력과 상기 제2 입력을 합성하는 기어부; 및
상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 합성력이 출력되는 출력부;를 포함하며,
상기 출력부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면에 수직이 되도록 상기 기어부에 형성되는 제1 출력부 및 제2 출력부를 포함하고,
상기 제1 출력부 및 상기 제2 출력부는 서로 분리 형성되되 상기 기어부에 의해서 동기화된 합성력을 출력하며,
상기 기어부는, 상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련되며 동일한 회전 중심을 가지는 4개의 기어 및 상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어를 포함하고,
상기 제1 입력부의 구동축과 상기 제2 입력부의 구동축이 동시에 위치하는 가상의 평면과 나란한 방향으로 마련된 상기 4개의 기어 중 어느 하나의 기어는 나머지 3개의 기어와 이격되어 평행하게 마련되며,
상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 상기 1개의 기어 및 상기 어느 하나의 기어는 상기 제1 출력부와 일체로 회전하고, 상기 나머지 3개의 기어 중 어느 하나는 상기 제2 출력부와 일체로 회전하는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
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제1항에 있어서,
상기 나머지 3개의 기어는 상기 제2 출력부를 중심으로 직경이 차례로 커지는 동심원 형태의 제1 중간기어, 제2 중간기어 및 제3 중간기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제6항에 있어서,
상기 기어부는, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부를 동기화시키는 유성기어부를 더 포함하고,
상기 유성기어부는 상기 제2 출력부의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지는 선기어 및 상기 선기어와 맞물리며 상기 선기어가 회전함에 따라 자전 및 공전하는 유성기어를 포함하며,
상기 제1 중간기어는 상기 선기어 및 상기 유성기어가 마련되는 캐리어이고,
상기 선기어는 상기 제1 중간기어의 중앙부에 관통되게 배치된 회전중심부의 일단부에 연결되고, 상기 유성기어는 상기 회전중심부를 기준으로 동일한 반경을 가지는 원주 상에 형성된 복수개의 기어장착부에 연결되며,
상기 회전중심부의 타단부는 상기 제2 중간기어의 중앙부에 연결되는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제7항에 있어서,
상기 가상의 평면과 수직하는 방향으로 마련된 1개의 기어는 상기 유성기어가 공전함에 따라 회전하는 링기어이고,
상기 어느 하나의 기어는 상기 링기어와 일체로 형성되는 원판기어인 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제8항에 있어서,
상기 기어부는, 상기 제1 입력부에 형성된 제1 입력기어 및 상기 제2 입력부에 형성된 제2 입력기어와 제3 입력기어를 더 포함하고,
상기 제1 입력기어, 상기 제2 입력기어 및 상기 제3 입력기어는 각각 상기 제1 중간기어, 상기 제2 중간기어 및 상기 제3 중간기어와 맞물리도록 마련되는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제9항에 있어서,
상기 기어부는, 상기 원판기어 및 상기 제3 입력기어와 동시에 맞물리는 역회전기어를 더 포함하며,
상기 원판기어는 상기 제3 중간기어와 마주 보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 입력기어와 상기 제2 입력부의 연결 부위에는 제1 원웨이 베어링이 형성되고,
상기 제3 입력기어와 상기 제2 입력부의 연결 부위에는 상기 제1 원웨이 베어링과 동력전달 차단방향이 반대인 제2 원웨이 베어링이 형성되며,
상기 제2 중간기어와 상기 회전중심부의 연결 부위에는 제3 원웨이 베어링이 형성되는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제11항에 있어서,
상기 제3 원웨이 베어링의 동력전달 차단방향은 상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 어느 하나의 동력전달 차단방향과 동일한 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 상기 제3 원웨이 베어링과 같은 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링이 형성된 기어는 상기 역회전기어와 맞물리고,
상기 제1 원웨이 베어링 또는 상기 제2 원웨이 베어링 중 상기 제3 원웨이 베어링과 다른 동력전달 차단방향을 가지는 원웨이 베어링이 형성된 기어는 상기 제3 원웨이 베어링이 형성된 상기 제2 중간기어와 맞물리는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.
제1항, 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기어부는 상기 제1 입력부의 구동방향과 상기 제2 입력부의 구동방향의 동일 여부에 따라 상기 제1 입력과 상기 제2 입력의 속도를 합성하거나 또는 토크를 합성하는 것을 특징으로 하는 입력 합성 장치.