KR20120135923A - 자전거 유성 기어 트랜스미션 장치 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 자전거에 관한 것으로서, 상기 자전거는 리시버(20)를 포함하는 프레임(30) 및 이 프레임에 부착되며 허브(36)를 구비하는 적어도 하나의 휠(34), 상기 리시버에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션, 상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션, 및 제1 유성 기어 트랜스미션과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸린 토크를 전달하기 위한 무단 부재(50; endless member)를 더 포함한다.

Description

자전거 유성 기어 트랜스미션 장치{BICYCLE PLANETARY GEAR TRANSMISSION ARRANGEMENT}
본 발명은, 자전거용 유성 기어 메커니즘, 더욱 구체적으로는 프레임에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션 및 휠 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션을 구비하는 자전거에 관한 것이다.
자전거가, 후방 허브에 위치하게 되는 내부 기어형 트랜스미션을 구비할 수 있다는 것은 공지되어 있다. 예를 들면, 시마노 컴퍼니(Shimano Company)는 Shimano NexusTM 8속 트랜스미션을 제공한다. 상기 트랜스미션은, 자전거 후방 휠 허브에 위치하게 되는 내부 기어형 유성 트랜스미션을 포함한다. 독일의 로로프 게엠베하(Rohloff GmbH)는, 또한 자전거 후방 휠 허브에서 사용하기 위한, 14속 유성 기어 트랜스미션을 제공한다.
종래 기술의 트랜스미션은 무거운 중량을 비롯한 공통적인 단점을 가지며, 각각의 트랜스미션은 자전거 후방 휠 허브에 위치하게 된다.
또한, 대표적인 종래 기술로는 모타샴(Mohtasham)에게 허여된 미국 특허 제6,468,178호(2002)가 있는데, 이 미국 특허는 자전거의 프레임에 고정되는 차축 브라켓을 구비하는 자전거에서 사용하기 위한 무체인(chainless) 구동 트레인 기어 조립체 및 후방 휠 허브, 차축 브라켓을 통해 축방향으로 연장되는 스핀들, 그리고 페달 힘의 인가 시에 스핀들을 회전시키기 위한 좌측 및 우측 페달 크랭크 아암을 개시하고 있다. 스핀들에 조립되는 제1 구동 기어는 구동 가능하게 캐리어 기어에 맞물리는데, 캐리어 기어는 클러치 조립체의 선택적인 작동에 의해 결정되는 다양한 기어비에 따라 유성 기어 케이지 하우징 그리고 다수의 유성 기어 및 태양 기어 장치를 작동시킨다. 유성 기어 그룹 각각은, 대응하는 태양 기어 링과 맞물리는 다양한 크기의 유성 기어들의 일체화된 세트를 포함한다. 클러치 조립체의 작동은, 폴 스탑(pawl stops)이 대응하는 태양 기어 링과 선택적으로 맞물리게 하는 역할을 하는데, 이에 따라 대응하는 태양 기어 링이 유성 기어 그룹의 유성 기어들 중 하나와 선택된 기어 비에 따라 맞물린다. 유성 기어 그룹은 환형 기어 링 및 관련된 환형 니들 베어링을 구동하는데, 이는 정방향 회전인 시계방향 회전 시에 허브 본체와 맞물려 후방 자전거 휠이 회전하도록 한다. 환형 기어의 역방향 회전, 즉 반시계 방향 회전은, 허브 본체에 대한 구동 트레인 기어 조립체의 프리휠링(freewheeling)을 초래한다.
공동 계류 중인 미국 가특허 출원 제12/657,461호는, 2010년 1월 20일자로 출원된 것으로서, 자전거용 유성 기어 메커니즘, 보다 구체적으로는 제2 유성 메커니즘과 동축으로 직렬 연결되는 제1 유성 메커니즘을 포함하는 유성 기어 메커니즘을 개시하는데, 상기 제2 유성 메커니즘은 제3 유성 메커니즘과 동축으로 직렬 연결되고, 제2 유성 메커니즘 출력은 제1 유성 메커니즘 출력으로부터의 속도 면에서의 스텝업(step-up)이며, 제3 유성 메커니즘 출력은 제2 유성 메커니즘 출력으로부터의 속도 면에서의 스텝업이다.
프레임 저부 브라켓에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션 및 휠 허브에 배치되는 제2 유성 기어 메커니즘을 구비하는 자전거가 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명의 목적은, 자전거용 유성 기어 메커니즘, 더욱 구체적으로는 프레임에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션 및 휠 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션를 구비하는 자전거를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태는, 프레임 저부 브라켓에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션 및 휠 허브에 배치되는 제2 유성 기어 메커니즘을 구비하는 자전거를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 본 발명의 후술하는 설명 및 첨부도면에 의해서 지적되거나 명확해진다.
본원 발명은 자전거에 관한 것으로서, 상기 자전거는 리시버를 포함하는 프레임 및 이 프레임에 부착되며 허브를 구비하는 적어도 하나의 휠, 상기 리시버에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션, 상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션, 및 제1 유성 기어 트랜스미션과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸린 토크를 전달하기 위한 무단 부재를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 자전거용 유성 기어 메커니즘, 더욱 구체적으로는 프레임에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션 및 휠 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션를 구비하는 자전거를 얻을 수 있다.
본 명세서에 통합되고 그 일부를 이루는 첨부 도면은, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 트랜스미션의 개략적인 단면도이다.
도 2는 기어비에 관한 표이다.
도 3은 각각의 기어에 대한 브레이크 위치 및 클러치 위치에 관한 표이다.
도 4는 자전거의 부분 측면도이다.
도 4a는 벨트의 측면도이다.
도 5은 트랜스미션의 단면도이다.
도 6은 도 5의 6-6에서의 단면이다.
도 7은 도 5의 7-7에서의 단면이다.
도 8은 도 5의 8-8에서의 단면이다.
도 9는 도 5의 9-9에서의 단면이다.
도 10은 트랜스미션의 분해도이다.
도 11은 도 10의 상세도이다.
도 12는 도 10의 상세도이다.
도 13은 도 10의 상세도이다.
도 14는 도 10의 상세도이다.
도 15는 도 10의 상세도이다.
도 16은 도 10의 상세도이다.
도 17은 시프트 캠 링의 사시도이다.
도 18은 시프트 캠 링의 단부도이다.
도 19는 시프트 캠 링의 측면도이다.
도 20은 시프트 캠 링의 단부도이다.
도 21은 시프트 도그의 평면도이다.
도 22는 시프트 도그의 측면도이다.
도 23은 시프트 도그의 사시도이다.
도 24는 시프트 도그의 사시도이다.
도 25는 시프트 도그의 사시도이다.
도 26은 시프트 도그의 사시도이다.
도 27은 시프트 도그의 사시도이다.
도 28은 클러치의 사시도이다.
도 29는 클러치의 사시도이다.
도 30은 클러치의 사시도이다.
도 1은 트랜스미션의 개략적인 단면도이다. 본 발명은 일반적으로 자전거 저부 브라켓에 배치되는 유성 기어 트랜스미션을 포함한다. 제2 유성 기어 트랜스미션이 후방 허브에 위치하게 된다. 저부 브라켓 트랜스미션은 4개의 기어비를 포함한다. 후방 허브 트랜스미션은 3개의 기어를 포함한다.
자전거 저부 브라켓에 위치하게 되는 트랜스미션(도 4 참고)은 크랭크 아암(도 4 참고)을 포함하는데, 이 크랭크 아암은 입력 부재(22)의 각각의 단부에 부착된다. 부재(100)가 입력 부재(22)에 강성 연결되며, 이에 따라 입력 부재(22)와 함께 회전한다.
링 기어 부재(400)는 제1 링 기어(R1) 및 제2 링 기어(R2)를 포함한다. R1은 부재(100)와 맞물려 결합된다. R2는 피니언(P1)와 맞물려 결합된다.
브레이크 1 및 브레이크 2가 자전거 프레임에 연결된다(도 4 참고). 피니언(P1)의 회전 속도는, 브레이크 1 또는 브레이크 2가 맞물려 있는가 또는 맞물려 있지 않은가에 따른다(도 3 참고).
제2 유성 메커니즘은 캐리어 샤프트(201)에 고정 연결되는 2개의 피니언 기어(P1 및 P2)를 구비하며, 이에 따라 피니언 기어(P1 및 P2)는 샤프트(201)와 함께 회전한다. 링 기어(R2)는 피니언 기어(P1)와 맞물려 결합된다. 캐리어 샤프트(201)는 캐리어(200)에 대해 저널링(journalling)된다. 캐리어(200)는 브레이크 1과 관련된 반응 부재이며, 브레이크 1과 맞물리게 된다.
제3 링 기어(R3)는, 캐리어(300)인 제3 유성 메커니즘의 입력 부재에 고정 부착된다. 제3 유성 메커니즘의 피니언 기어(P3)는 제4 링 기어(R4)와 맞물려 결합된다. 링 기어(R4)는 브레이크 2 및 일방향 클러치(CL2)와 맞물리게 된다. 일방향 클러치(CL2)는 캐리어(300) 및 링 기어(R3)와 맞물리게 된다.
피니언 기어(P3 및 P4)는 각각 캐리어 핀(301)에 대해 저널링되며, 이에 따라 함께 회전한다. 피니언 기어(P3 및 P4)는 바람직하게는 2가지 상이한 직경을 갖는 단일 기어 구성요소를 포함하며, 이에 따라 피니언 기어(P3 및 P4)를 형성한다. 피니언 기어(P4)는 출력 태양 기어(S3)와 맞물려 결합된다. 출력 태양 기어(S3)는 출력 스프라켓(44)에 고정 부착된다.
모든 유성 캐리어 메커니즘은 그 각각의 출력 부재의 가속에 따라 번호가 부여되는데, 즉 제3 유성 메커니즘은 스프라켓(44)의 회전을 유발시키며, 스프라켓은 다음으로 제2 유성 메커니즘의 상대 회전보다 빠르게 회전하고, 제2 유성 메커니즘은 다음으로, 모든 일방향 클러치(CL1 및 CL2)가 맞물려 있지 않은 상태에서 각각의 유성 메커니즘이 작동할 때 제1 유성 메커니즘의 상대 회전보다 빠르게 회전한다[도 3의 기어 4 참고]. 더욱이, 각각의 유성 캐리어 메커니즘은 샤프트(22)를 중심으로 다른 유성 캐리어 메커니즘과 동축이며, 각각의 유성 캐리어 메커니즘은 직렬 연결된다.
각각의 유성 메커니즘은 일방향 클러치, 즉 CL1, CL2를 더 포함한다. 맞물려 있을 때, 각각의 일방향 클러치는 각각의 유성 캐리어 메커니즘을 1:1의 기어비에서 잠그게 된다.
저마찰 부싱(52)이 태양 기어(S3)와 입력 부재(22) 사이에 배치된다.
참조의 편의를 위해, 다음의 조립체는 또한 일반적으로 제1 유성 메커니즘, 제2 유성 메커니즘 및 제3 유성 메커니즘으로 지칭할 수 있다.
제1 입력부 : 부재(100)가 샤프트(22)에 연결된다.
제2 유성 메커니즘 : 캐리어(200); 피니언 기어(P1, P2); 샤프트(201); 일방향 클러치(CL1); 링 기어(R2); 링 기어(R3).
제3 유성 메커니즘 : 캐리어(300); 피니언 기어(P3, P4); 샤프트(301); 일방향 클러치(CL2); 링 기어(R4).
이에 따라, 본 발명의 장치는, 리시버를 포함하는 프레임 및 이 프레임에 부착되며 허브를 구비하는 적어도 하나의 휠을 포함하는 자전거를 포함하는데, 상기 자전거는, 상기 리시버에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션으로서, 링 기어(R1)에 연결되는 입력 부재(100); 링 기어(R1) 및 링 기어(R2)를 포함하는 링 기어(400)로서, 피니언 기어(P1)와 맞물려 결합되는 링 기어(400); 제1 브레이크(브레이크 1)와 맞물리는 제1 캐리어(201)에 대해 저널링되는 피니언 기어(P1)와 피니언 기어(P2)로서, 일방향 클러치(CL1)가 제1 캐리어와 링 기어(400) 사이에 배치되고, 피니언 기어(P2)는 링 기어(R3)와 맞물려 결합되는 것인 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2); 제2 캐리어(301)에 연결되는 링 기어(R3); 그리고 제2 캐리어에 대해 저널링되는 제3 피니언(P3) 및 제4 피니언(P4)으로서, 제3 피니언(P3)은 링 기어(R4)와 맞물려 결합되며, 링 기어(R4)는 제2 브레이크(브레이크 2)와 맞물리고, 제2 일방향 클러치(CL2)가 링 기어(R4)와 링 기어(R3) 사이에 배치되며, 제4 피니언(P4)은 출력 스프라켓(S3)과 맞물려 결합되는 것인 제3 피니언 및 제4 피니언을 포함하는 제1 유성 기어 트랜스미션; 상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션; 및 제1 유성 기어 트랜스미션 출력 스프라켓과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸리는 토크를 전달하기 위한 무단 부재를 포함한다.
도 2는 기어비에 관한 표이다. 유성 메커니즘(200)은 1 및 1.15의 기어비를 갖는다. 유성 메커니즘(300)은 1 및 2.30의 기어비를 갖는다. 조합된 전체 기어비는 i 열에 기재되어 있다.
본 발명의 트랜스미션은, 각각의 기어비 사이에서 평균 대략 15%인 매우 선형적인 단계를 나타낸다. 이는, 운전자(rider)가 기어들을 통해 가속 변속(shift up) 및 감속 변속(shift down)을 행할 때 각각의 변속에 대해 예상 가능한 파워 요구조건을 허용한다.
본 발명의 트랜스미션은 입력 부재(22)의 속도에 비해 출력 부재인 전방 스프라켓(44)의 속도를 증가시키기 때문에, 후방 휠(34)에 설치된 후방 스프라켓(36)과 전방 스프라켓(44) 사이의 비는 이에 따라 조정된다. 이에 따라, 예컨대 전방 스프라켓(44)은 32개의 치형부를 갖고, 후방 스프라켓은 42개의 치형부를 갖는다. 전방 스프라켓 및 후방 스프라켓에서의 치형부의 갯수는 사용자의 요구에 따라 조정될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 저부 브라켓(20)에서의 4속 트랜스미션과 3속 후방 허브 트랜스미션(36) 사이의 비에 있어서의 차이는, 대략 0.75배만큼 후방 스프라켓의 크기를 줄임으로써 보상된다. 후방에서 42개의 치형부를 갖는 스프라켓은 32개의 치형부를 갖는 스프라켓에 의해 대체된다. 전방 스프라켓(44)은 32개의 치형부를 갖는 스프라켓이다. 벨트 비는 1:1일 수 있다.
도 3은 각각의 기어에 대한 브레이크 위치 및 클러치 위치에 관한 표이다. 예를 들면, 제1 기어, 즉 가장 느린 기어는 1:1의 기어비에서 모든 유성 메커니즘(200, 300)을 가지며, 모든 클러치(CL1, CL2)는 잠기게 된다. 제1 기어에서, 모든 브레이크(브레이크 1, 브레이크 2)는 맞물려 있지 않다.
본 발명의 트랜스미션은 종래 기술의 트랜스미션보다 약 20 % 내지 30 % 가볍다. 트랜스미션의 다른 장점은, 전방 스프라켓이 훨씬 작기 때문에 자전거 프레임에서 더욱 양호한 여유 공간을 갖는다는 것이다.
다음은 예로서 제시되는 것이며, 각각의 구성요소에 대해 사용될 수 있는 설계 파라메타를 한정하려는 의도가 아니다. 직경은 mm 단위이다.
피니언 기어 링 기어 직경 치형부의 갯수
P1 NA 11.2 14
P2 NA 13.6 17
P3 NA 16 20
P4 NA 10.4 13
NA R1 57.6 72
NA R2 45.6 57
NA R3 48 60
NA R4 52.8 66
도 4는 자전거의 부분 측면도이다. 본 발명의 트랜스미션은 바람직하게는 저부 브라켓(20)에 설치된다. 크랭크 아암(41)이 입력 부재(22)에 연결된다. 운전자의 발은 페탈(42)에 닿는다. 가요성 구동 부재(50)가 전방 스프라켓(44)과 후방 스프라켓(36) 사이에 맞물린다. 휠(34)은 후방 허브(36)를 포함한다. 운전자(도시되어 있지 않음)는 안장(24)에 앉는다. 휠(34), 크랭크 아암(41), 저부 브라켓(20), 안장(24)은 당업계에 공지된 자전거 프레임(30)에 연결된다. 가요성 구동 부재(50)는 벨트 또는 체인을 포함할 수 있다.
후방 허브(36)는 당업계에 공지된 임의의 3속 유성 기어 트랜스미션을 포함할 수 있다. 예를 들면, 스터미 아쳐(Sturmey Archer) 3속 허브 기어 타입 S-RF3는 본 용례에 적합하며 당업계에 공지되어 있다. 다른 공지된 적절한 후방 허브(36)는 Shimano SG-3C41 및 Shimano SG-3R40이다. 다른 적절한 후방 허브 트랜스미션은 3속 SRAM i-Motion을 포함한다.
도 4a는 벨트의 측면도이다. 벨트(50)는 본체(98)를 포함한다. 치형부(99)는 벨트 본체(98)로부터 연장된다. 치형부(99)는 벨트의 폭을 가로질러 연장되며 종방향 또는 무단 방향에 대해 수직이다. 이러한 유형의 벨트는 또한 자동차 업계에서 알려져 있는 바와 같이 치형 벨트, 코그 벨트(cogged belt) 또는 동기 벨트를 가리키는 것이다.
도 5은 트랜스미션의 단면도이다. 유성 캐리어 메커니즘(200)은, 저부 브라켓 또는 트랜스미션 하우징(20) 내에 직렬로 연결된 것으로 도시되어 있다. 부재(100)는 입력 부재(22)에 고정 연결된다. 캐리어(200)는 베어링(1002, 1003) 상에서 입력 부재(22)를 중심으로 회전 가능하다. 캐리어(300)는 베어링(1003, 1004, 1005) 상에서 입력 부재(22)를 중심으로 회전 가능하다. 입력 부재(22)는 저부 브라켓(20) 내 베어링(1001) 상에서 회전한다. 샤프트(22)는 트랜스미션의 중량을 감소시키도록 중공형일 수 있다.
도 6은 도 5의 6-6에서의 단면이다. 이 도면은 태양 기어(S3)를 도시한다. 브레이크 2는 링 기어(R4)와 맞물린다. 피니언(P3, P4)은 태양 기어(S3)와 맞물려 결합된다.
유성 트랜스미션의 변속을 위한 브레이크 메커니즘은, 복합 유성 세트가 2개의 기어 세트와 한 번에 맞물릴 수 없고 이에 따라 잠기게 되는 것을 보장한다. 제안된 메커니즘은, 복합 유성 기어 세트의 태양 기어 근처에 위치하게 되지만, 다수의 링 기어와 함께 복합 유성 기어 세트의 제동 또는 변속에 용이하게 적용될 수 있다.
이 메커니즘은 2개의 레버(721, 722; 821, 822)를 포함하는데, 상기 2개의 레버는, 하나의 레버가 물리적으로 다른 하나의 레버로 하여금 그 태양 기어와 맞물리지 못하도록 방해하거나 억제하는 반면, 다른 하나의 레버는 그 각각의 태양 기어와 맞물리게 되도록 하는 방식으로 구성된다. 하나의 태양 기어가 브레이크에 의해 정지될 때, 다른 하나의 태양 기어는 정지된 태양 기어에 대해 회전하도록 강제될 것이다. 2개가 넘는 태양 기어를 갖춘 복합 세트의 경우에 있어서, 각각의 태양 기어는 다른 태양 기어와 상이한 속도로 회전하게 된다. 그러나, 각각의 브레이크가 동시에 각각의 태양 기어에 적용된다면, 트랜스미션은 잠기게 되며 회전하지 않게 된다. 각각의 레버는, 레버가 계단부의 면에 맞물리고 일 방향으로 태양 기어의 회전을 제한하도록 태양 기어의 계단형 영역과 맞물림으로써 그 각각의 태양 기어를 정지시키거나, 또는 회전을 제한한다. 이 메커니즘은, 요구되는 구성에 따라 반경방향 외측으로부터 또는 반경방향 내측으로부터 태양 기어와 맞물릴 수 있다.
시프트 레버는, 프로파일링된 표면(601B)과 맞물리는 롤러(601)에 의해 작동된다. 프로파일이 변함에 따라, 레버는 브레이크로서 맞물리거나 또는 개방되어 각각의 태양 기어의 자유 운동을 허용하도록 이동하게 된다. 시프트 캠(600)은 시프트 롤러(601)와 맞물린다. 각각의 시프트 롤러(601)는 연성 패드 또는 부재(602)와 맞물린다.
도 7은 도 5의 7-7에서의 단면이다. 피니언 기어(P3)는 링 기어(R4)와 맞물려 결합된다.
도 8은 도 5의 8-8에서의 단면이다. 피니언 기어(P2)는 핀(201)에 대해 저널링된다. 피니언 기어(P2)는 링 기어(R3)와 맞물려 결합된다. 브레이크 1은, 치형부(212)와 맞물리는 시프트 부재(901)를 포함한다. 치형부(212)는, 캐리어(200)의 외측 둘레에 배치된다. 본 실시예에서는, 3개 세트의 피니언 기어(P4, P5)가 존재한다.
도 9은 도 5의 9-9에서의 단면이다. 피니언 기어(P1)는 링 기어(R2)와 맞물려 결합된다. 탄성 부재(602)의 사용은, 시프트 도그가 여전히 치형부와 맞물려 있는 동안 시프트 캠이 회전하는 것을 가능하게 해준다. 이 캠은 회전할 수 있으며, 도그가 치형부와 맞물리고 압축식으로 부하를 받게 되면 탄성 부재를 압축시킨다. 자전거 운전자가 자전거에서 페달링(pedaling)할 때, 트랜스미션에 대한 토크 입력은, 이 토크 입력이 페달들 사이에서 옮겨짐에 따라 주기적으로 된다. 심지어 가장 최상의 자전거 선수라도, 입력 토크는 페달들 사이에서의 이러한 입력의 전달 중에 0 또는 거의 0으로 떨어진다. 페달링하는 자전거 운전자의 이러한 주기적인 입력 로딩으로 인해, 토크가 일시적으로 0에 근접하거나 또는 0에 도달할 때, 시프트 도그/치형부 경계에서의 힘은 또한 0 또는 거의 0으로 떨어지고, 이때 시프트 도그는 이완된 상태로 복귀하려는 탄성 부재로 인해 맞물림에서 빠져나와 회전하게 된다. 이는, 실제로 거의 무부하 상태에서 변속이 일어날 때 소정 부하 하에서 변속이 이루어질 수 있다는 느낌을 운전자에게 주게 된다.
도 10은 트랜스미션의 분해도이다. 축선 A-A는 회전 축선이다. 벨트는 스프라켓(44) 및 후방 허브(36)와 맞물리는데, 도 4를 참고하라. 후방 3속 유성 기어 트랜스미션은 후방 허브(36)에 배치된다.
트랜스미션 케이스(20)는 카트리지 방식으로 저부 브라켓 내로 삽입될 수 있다. 즉, 케이스(20)는 원통형 리시버 내로 삽입되는데, 상기 원통형 리시버는 저부 브라켓(20)을 포함한다. 변형례에 있어서, 안장 지지대, 안장 튜브 및 체인 지지대는, 예컨대 용접에 의해 케이스(20)에 직접 부착될 수 있고, 이에 따라 트랜스미션 케이스(20)가 저부 브라켓이 되도록 한다. 트랜스미션에 대한 본질은 어떠한 실시예에 대해서도 변경되지 않는다.
도 11은 도 10의 상세도이다. 스프라켓(44)은, 벨트 치형부(도시 생략됨)를 수용하는 구멍(440)을 포함한다. 더욱이, 구멍(440)은 휠에 의해 떨구어진 먼지 및 부스러기가 스프라켓을 통해 떨어지게 해주며, 이에 따라 스프라켓(44)이 자가 세정(self cleaning)되도록 해준다. 이는 부스러기가 벨트와 스프라켓 사이에 축적되지 않도록 하는데, 그렇지 않은 경우 부스러기는 성능에 방해가 된다. 부싱(1007) 및 부싱(1008)은 각각 베어링(1005) 및 베어링(1006)과 맞물린다.
도 12는 도 10의 상세도이다. 시프트 케이블(1) 및 시프트 케이블(2)(당업계에 공지되어 있음)은 각각 조정 그로밋(81 및 82; grommets)을 통해 트랜스미션에 연결된다. 시프트 케이블(1) 및 시프트 케이블(2)은 보통 예컨대 자전거 핸들바에서 시프트 메커니즘에 연결된다(도시되어 있지 않음). 그로밋(81) 및 그로밋(82)은 각각 구멍(21) 및 구멍(22)에서 케이스(20)와 나사식으로 맞물리게 된다. 베어링(1006)은 태양 기어(S3)와 케이스(20) 사이에 배치된다.
스페이서(800)는 베어링(1004)와 베어링(1003) 사이에 배치된다. 스페이서(801)는 베어링(1003)와 베어링(1002) 사이에 배치된다. 너트(42)는 태양 기어(S3)에서 스파이더(51; spider)에 스프라켓(44)을 부착시킨다.
도 13은 도 10의 상세도이다. 도 14는 도 10의 상세도이다. 각각의 케이블(1) 및 케이블(2)은 리시버(206)에 구속된다. 리시버(206)는 시프트 캠 링(600)의 단부에 고정된다. 각각의 케이블(1) 및 케이블(2)을 연장 또는 수축시킴으로써, 시프트 캠 링은 이에 따라 트랜스미션 케이스(20) 내에서 회전하게 된다. 스프트 캠 링(600)의 회전 운동 범위는 대략적으로 130 °이다.
시프트 도그(820)는 도그 마운트(840)에 피봇 장착된다. 도그 마운트(840)는 케이스(20)에 구속된다(도시되어 있지 않음). 롤러(603)는 표면(601B)과 부재(601) 사이에 배치된다. 스프링(8001A)은 치형부(213)를 향해 시프트 도그(820)를 편향시킨다.
시프트 도그(720)는 도그 마운트(740)에 피봇 장착된다. 스프링(8001A)은 치형부(212)를 향해 시프트 도그(720)를 편향시킨다. 롤러(603)는 표면(602A)과 부재(601) 사이에 배치된다.
표면(602A)은 롤러(603)와 맞물리는데, 이 롤러는 연성 부재(601)와 맞물리며 이에 따라 시프트 도그(720, 721)와 맞물린다. 표면(601B)은 롤러(603)와 맞물리는데, 이 롤러는 시프트 도그(820, 821)와 맞물린다.
시프트 도그(720 및 721)는 치형부(212)와 맞물린다. 시프트 도그(820 및 821)는 치형부(213)와 맞물린다.
스프링(8001A, 8001B, 8001C, 8001D)은 각각의 시프트 도그(720, 721, 820, 821)를 편향시켜 각각 치형부(212, 213)와 맞물리도록 한다. 시프트 도그를 편향시키는 것은, 롤러(603)로 하여금 캠 표면(602A 및 601B)과의 접촉을 유지하도록 한다.
도 15는 도 10의 상세도이다. 부싱(1010)은 베어링(1002)과 맞물린다. 부재(100)는 샤프트(22)와 맞물린다.
도 16은 도 10의 상세도이다. 나사식 링(23)은 단부(205)를 케이스(20)에 부착시킨다. 부싱(1009)은 베어링(1001)과 맞물린다. 캡(43)은 크랭크 아암(도시되어 있지 않음)을 차축 샤프트(22)에 유지한다.
도 17은 시프트 캠 링(600)의 사시도이다. 시프트 캠 링(600)은, 제조 및 조립의 용이성을 위해 부재(600A 및 600B)를 포함한다. 부재(600A)는 원통형이다. 시프트 캠 링(600)은 트랜스미션에 배치되며, 부재(100) 및 캐리어(200)로부터 반경방향으로 최원위에 그리고 트랜스미션 케이스(20) 내에 존재하는데, 도 5를 참고하라.
도 18은 시프트 캠 링(600)의 단부도이다. 강도를 유지하면서도 중량을 감소시키기 위해 격자 구조를 갖는 부재(600A)가 도시되어 있다. 시프트 캠 링(600)은 트랜스미션 케이스(20) 내에서 회전 가능하다.
도 19는 시프트 캠 링(600)의 단부도이다.
도 20은 시프트 캠 링(600)의 단부도이다. 각각의 시프트 둘레면(601A 및 602A)은 부재(600A)의 대향 단부에 배치된다. 각각의 표면(601A 및 602A)은 시프트 캠 링(600)의 반경방향 내향면을 포함한다.
둘레면(602A)은, 각각 상이한 경사 또는 반경을 갖는 복수 개의 피쳐(feature)를 포함한다. 연성 부재(601) 및 이에 따른 시프트 도그(720 및 721)와 맞물리는 롤러(603)의 반경방향 위치는, 각각 롤러(603)와 맞물리는 602A의 표면에 따라 결정된다.
둘레면(601B)은, 각각 상이한 경사 또는 반경을 갖는 복수 개의 피쳐를 포함한다. 연성 부재(601) 및 이에 따른 시프트 도그(820 및 821)와 맞물리는 롤러(603)의 반경방향 위치는, 각각 롤러(603)와 맞물리는 601B의 표면에 따라 결정된다. 각각의 표면(603A 및 601B)은 시프트 캠 링(600)의 반경방향 내향면을 포함한다.
시프트 캠 링(600)은, 제조 및 조립의 용이성을 위해 부재(600A 및 600B)를 포함한다. 부재(600B)는 원통형이다. 시프트 캠 링(600)은 트랜스미션에서 유성 기어 세트로부터 최원위에 배치되고 그리고 트랜스미션 케이스(20) 내에 배치되는데, 도 5를 참고하라. 트랜스미션은, 시프트 케이블(1, 2)의 연장 및 수축을 통한 시프트 캠 링(600)의 회전에 의해 변속되는데, 도 14를 참고하라.
도 21은 시프트 도그의 평면도이다. 수용부(760)는 부재(601)를 수용한다. 각각의 시프트 도그(720, 820, 721, 821)는 다른 시프트 도그와 동일하다. 각각의 시프트 도그(720, 820, 721, 821)에 대해 부재(602)는 부분(760)에 고정된다.
도 22는 시프트 도그의 측면도이다. 수용부(760)는 부재(601)를 수용한다.
도 23은 시프트 도그의 사시도이다. 시프트 도그(820)는 도그 마운트(840)에 피봇 장착된다. 도그 마운트(840)는 케이스(20)에 구속된다(도시되어 있지 않음). 롤러(603)는 표면(601B)과 부재(601) 사이에 배치된다.
도 24는 시프트 도그의 사시도이다. 스프링(8001A)은 치형부(213)를 향해 시프트 도그(820)를 편향시킨다.
도 24는 시프트 도그의 사시도이다. 시프트 도그(840)는 케이스(20)에 구속된다.
도 25는 시프트 도그의 사시도이다. 시프트 도그(820)는 도그 마운트(840)에 피봇 장착된다. 시프트 도그(820)는 치형부(213)와 맞물린다.
도 26은 시프트 도그의 사시도이다. 시프트 도그(720)는 도그 마운트(740)에 피봇 장착된다. 시프트 도그(720)는 치형부(212)와 맞물린다. 도그 마운트(740)는 케이스(20)에 구속된다. 스프링(8001B)은 치형부(212)에 대해 시프트 도그(720)를 편향시킨다.
도 27은 시프트 도그의 사시도이다.
도 28은 일방향 클러치 도그의 상세도이다. 일방향 클러치 도그(920)는 캐리어(300)에 피봇 장착된다. 스프링(921)은 링 기어(R4)의 치형부에 대해 일방향 클러치 도그(920)를 편향시킨다. 일방향 클러치 도그(920)는 링 기어 치형부와의 맞물림 해제에 의해 링 기어(R4)의 역회전 운동을 가능하게 한다. 맞물려 있는 특정 기어에 따라, 일방향 클러치는 트랜스미션의 "프리휠링" 특징부이며, 이는 운전자가 페달링을 중단하고 타주(coast)하도록 해준다. 제2의 동일한 일방향 클러치 도그가 도 28에 도시된 바와 반대로 배치되는데, 이에 따라 한 쌍의 일방향 클러치 시프트 도그가 형성된다.
도 29는 일방향 클러치 도그의 상세도이다. 일방향 클러치 도그(930)는 캐리어(200)에 피봇 장착된다. 스프링(931)은 링 기어(R1)의 치형부(401)에 대해 일방향 클러치 도그(930)를 편향시킨다. 일방향 클러치 도그(930)는 치형부(401)와의 맞물림에 의해 링 기어(R1)의 역회전 운동을 저지한다. 일방향 클러치 도그(930)는 치형부(401)로부터의 맞물림 해제에 의해 캐리어(200)에 대한 링 기어(R1)의 정방향 회전 운동을 가능하게 한다. 맞물려 있는 특정 기어에 따라, 일방향 클러치는 트랜스미션의 "프리휠링" 특징부이며, 이는 운전자가 페달링을 중단하고 타주하도록 해준다. 제2의 동일한 일방향 클러치 도그가 도 28에 도시된 바와 반대로 배치되는데, 이에 따라 한 쌍의 일방향 클러치 시프트 도그가 형성된다.
도 30는 일방향 클러치 도그의 상세도이다. 일방향 클러치 도그(901)는 캐리어(100)에 피봇 장착된다. 스프링(902)은 링 기어(R1)의 치형부(401)에 대해 일방향 클러치 도그(901)를 편향시킨다. 일방향 클러치 도그(901)는 치형부(401)와의 맞물림 해제에 의해 캐리어(100)에 대한 링 기어(R1)의 정방향 회전 운동을 가능하게 한다. 일방향 클러치 도그(901)는 치형부(401)와의 맞물림에 의해 링 기어(R1)의 역회전 운동을 저지한다. 맞물려 있는 특정 기어에 따라, 일방향 클러치는 트랜스미션의 "프리휠링" 특징부이며, 이는 운전자가 페달링을 중단하고 타주하도록 해준다. 제2의 동일한 일방향 클러치 도그가 도 29에 도시된 바와 반대로 배치되는데, 이에 따라 한 쌍의 일방향 클러치 시프트 도그가 형성된다.
본 발명의 형태를 본 명세서에서 설명하였지만, 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품의 구조 및 관계에 있어서 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다.
22 : 샤프트
44 : 스프라켓
52 : 저마찰 부싱
100 : 부재
201 : 캐리어 샤프트
301 : 캐리어 핀
400 : 링 기어
CL1, CL2 : 클러치
P1, P2 : 피니언 기어
R1, R2 : 링 기어
P3, P4 : 피니언 기어
R3, R4 : 링 기어
S3 : 출력 태양 기어

Claims (18)

  1. 자전거로서,
    리시버를 포함하는 프레임 및 이 프레임에 부착되며 허브를 구비하는 적어도 하나의 휠;
    상기 리시버에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션;
    상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션; 및
    제1 유성 기어 트랜스미션과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸리는 토크를 전달하기 위한 무단 부재
    를 포함하는 자전거.
  2. 제1항에 있어서, 제1 유성 기어 트랜스미션은 4가지 속도를 포함하는 것인 자전거.
  3. 제1항에 있어서, 제2 유성 기어 트랜스미션은 3가지 속도를 포함하는 것인 자전거.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무단 부재는 벨트를 포함하는 것인 자전거.
  5. 제1항에 있어서, 상기 리시버는 프레임 저부 브라켓에 배치되는 것인 자전거.
  6. 제1항에 있어서, 제1 유성 기어 트랜스미션은 직렬로 연결되는 2개의 유성 기어 세트를 포함하는 것인 자전거.
  7. 자전거로서,
    리시버를 포함하는 프레임 및 이 프레임에 부착되며 허브를 구비하는 적어도 하나의 휠;
    상기 리시버에 배치되는 제1 유성 기어 트랜스미션으로서,
    링 기어(R1)에 연결되는 입력 부재(100);
    링 기어(R1) 및 링 기어(R2)를 포함하고 피니언 기어(P1)에 맞물려 결합되는 링 기어(400);
    제1 브레이크(브레이크 1)와 맞물리는 제1 캐리어(201)에 대해 저널링되는 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2)로서, 일방향 클러치(CL1)가 제1 캐리어와 링 기어(400) 사이에 배치되며, 피니언 기어(P2)는 링 기어(R3)와 맞물려 결합되는 것인 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2);
    제2 캐리어(301)에 연결되는 링 기어(R3);
    제2 캐리어에 대해 저널링되는 제3 피니언(P3) 및 제4 피니언(P4)으로서, 제3 피니언(P3)은 링 기어(R4)와 맞물려 결합되고, 링 기어(R4)는 제2 브레이크(브레이크 2)와 맞물리며, 제2 일방향 클러치(CL2)가 링 기어(R4)와 링 기어(R3) 사이에 배치되고, 제4 피니언(P4)은 출력 스프라켓(S3)과 맞물려 결합되는 것인 제3 피니언 및 제4 피니언
    을 포함하는 제1 유성 기어 트랜스미션;
    상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션; 및
    제1 유성 기어 트랜스미션 출력 스프라켓과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸리는 토크를 전달하기 위한 무단 부재
    를 포함하는 자전거.
  8. 제7항에 있어서, 제1 유성 기어 트랜스미션은 4가지 속도를 포함하는 것인 자전거.
  9. 제7항에 있어서, 제2 유성 기어 트랜스미션은 3가지 속도를 포함하는 것인 자전거.
  10. 제7항에 있어서, 상기 무단 부재는 벨트를 포함하는 것인 자전거.
  11. 제7항에 있어서, 상기 무단 부재는 체인을 포함하는 것인 자전거.
  12. 제7항에 있어서, 상기 리시버는 프레임 저부 브라켓에 배치되는 것인 자전거.
  13. 자전거를 위한 벨트 구동 시스템으로서,
    리시버를 포함하는 프레임;
    상기 리시버에 배치 가능한 제1 유성 기어 트랜스미션으로서,
    링 기어(R1)에 연결되는 입력 부재(100);
    링 기어(R1) 및 링 기어(R2)를 포함하고 피니언 기어(P1)에 맞물려 결합되는 링 기어(400);
    제1 브레이크(브레이크 1)와 맞물리는 제1 캐리어(201)에 대해 저널링되는 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2)로서, 일방향 클러치(CL1)가 제1 캐리어와 링 기어(400) 사이에 배치되며, 피니언 기어(P2)는 링 기어(R3)와 맞물려 결합되는 것인 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2);
    제2 캐리어(301)에 연결되는 링 기어(R3); 및
    제2 캐리어에 대해 저널링되는 제3 피니언(P3) 및 제4 피니언(P4)으로서, 제3 피니언(P3)은 링 기어(R4)와 맞물려 결합되고, 링 기어(R4)는 제2 브레이크(브레이크 2)와 맞물리며, 제2 일방향 클러치(CL2)가 링 기어(R4)와 링 기어(R3) 사이에 배치되고, 제4 피니언(P4)은 출력 스프라켓(S3)과 맞물려 결합되는 것인 제3 피니언 및 제4 피니언
    을 포함하는 제1 유성 기어 트랜스미션;
    상기 프레임에 맞물림 가능하고 허브를 구비하는 휠;
    상기 허브에 배치되는 제2 유성 기어 트랜스미션; 및
    제1 유성 기어 트랜스미션 출력 스프라켓과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸릴 수 있는 토크를 전달하기 위한 무단 벨트 부재
    를 포함하는 벨트 구동 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 제1 유성 기어 트랜스미션은 4가지 속도를 포함하는 것인 벨트 구동 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 제2 유성 기어 트랜스미션은 3가지 속도를 포함하는 것인 벨트 구동 시스템.
  16. 벨트 구동 시스템으로서,
    제1 리시버에 장착 가능한 제1 유성 기어 트랜스미션으로서,
    링 기어(R1)에 연결되는 입력 부재(100);
    링 기어(R1) 및 링 기어(R2)를 포함하고 피니언 기어(P1)에 맞물려 결합되는 링 기어(400);
    제1 브레이크(브레이크 1)와 맞물리는 제1 캐리어(201)에 대해 저널링되는 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2)로서, 일방향 클러치(CL1)가 제1 캐리어와 링 기어(400) 사이에 배치되며, 피니언 기어(P2)는 링 기어(R3)와 맞물려 결합되는 것인 피니언 기어(P1) 및 피니언 기어(P2);
    제2 캐리어(301)에 연결되는 링 기어(R3); 및
    제2 캐리어에 대해 저널링되는 제3 피니언(P3) 및 제4 피니언(P4)으로서, 제3 피니언(P3)은 링 기어(R4)와 맞물려 결합되고, 링 기어(R4)는 제2 브레이크(브레이크 2)와 맞물리며, 제2 일방향 클러치(CL2)가 링 기어(R4)와 링 기어(R3) 사이에 배치되고, 제4 피니언(P4)은 출력 스프라켓(S3)과 맞물려 결합되는 것인 제3 피니언 및 제4 피니언
    을 포함하는 제1 유성 기어 트랜스미션;
    제2 리시버에 장착 가능한 제2 유성 기어 트랜스미션; 및
    제1 유성 기어 트랜스미션 출력 스프라켓과 제2 유성 기어 트랜스미션 사이에 걸릴 수 있는 토크를 전달하기 위한 무단 벨트 부재
    를 포함하는 벨트 구동 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 제1 유성 기어 트랜스미션은 4가지 속도를 포함하는 것인 벨트 구동 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 제2 유성 기어 트랜스미션은 3가지 속도를 포함하는 것인 벨트 구동 시스템.
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