KR20130007794A

KR20130007794A - 전동모터와 크랭크축과 유성기어 변속장치를 구동바퀴 허브에 내장한 자전거의 구동 장치

Info

Publication number: KR20130007794A
Application number: KR1020110068341A
Authority: KR
Inventors: 남성훈
Original assignee: 남성훈
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-21

Abstract

본 발명은 구동바퀴의 허브 내에 전동모터와 자전거의 페달이 설치된 크랭크 축과 유성기어 변속장치가 동일한 축으로 내장되고 전동모터와 크랭크축의 회전수를 유성기어 장치로 변속을 하는 전륜 구동 자전거의 구동 장치에 관한 것으로 기존의 후륜 구동 자전거는 크랭크 축과 구동 바퀴의 허브가 서로 분리되어 있어서 체인과 다단 기어 스프라켓을 통해서 동력을 전달하고 변속을 함으로써 체인 변속 장치의 무게와 부피가 커지고 자전거 운행시에 체인이 이탈하거나 변속시에 충격이 생기는 문제점이 있다.
상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 크랭크축을 구동 바퀴의 축으로 설치하고 유성기어 장치와 전동모터를 구동 바퀴의 허브 내에 동일 축선 상으로 설치하여 크랭크 또는 전동모터가 회전하면 외부의 변속 레버에 선택적으로 연결되는 유성기어장치의 유성기어 캐리어 또는 선기어가 회전하고 허브에 설치된 링기어가 회전하여 유성기어 캐리어와 선기어의 회전수의 비율로 구동바퀴를 변속하는 크랭크의 축과 구동 바퀴의 축이 동일하고 전동모터와 유성기어 변속장치를 구동바퀴 허브에 내장한 전륜 구동 자전거의 구동 장치를 제공한다.

Description

전동모터와 크랭크축과 유성기어 변속장치를 구동바퀴 허브에 내장한 자전거의 구동 장치{The bicycle drive wheel hub structure with built-in electric motor and the crankshaft and planetary gear transmission}

본 발명은 전륜구동 자전거의 구동바퀴 허브에 관한 것으로 유성기어 장치 변속기와 전동 모터와 크랭크축이 허브에 내장되어 전동자전거와 일반 페달자전거 모두에 적용할 수 있는 자전거의 구동 장치에 관한 것이다.

본 발명은 자전거의 구동 장치에 관한 것으로 현재 가장 많이 사용하는 구동 장치로는 크랭크의 축에 고정된 스프라켓과 구동바퀴에 고정된 스프라켓을 체인으로 연결하는 방법으로 구동 바퀴의 축과 별도의 크랭크 축을 설치하고, 체인과 연결된 다단의 스프라켓을 사용한 변속 장치를 사용하여 동력전달을 함으로써 자전거의 구조가 복잡하고 부피가 커지고 자전거 운행시에 체인이 이탈하거나 변속시에 충격이 생기는 등의 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 구동 바퀴의 축을 크랭크 축으로 사용하고 전동모터와 유성기어 장치를 구동바퀴의 허브에 내장함으로써 체인과 스프라켓 관련 부품을 사용하지 않고 유성기어 장치를 이용한 변속을 하여 구동 장치의 구성이 간단하고 부피가 작은 자전거를 제공한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 크랭크축을 구동 바퀴의 축으로 설치하고 유성기어 장치와 전동모터를 구동 바퀴의 허브 내에 동일 축 선상으로 설치하여 크랭크 또는 전동모터가 회전하면 외부의 변속 레버에 선택적으로 연결되는 유성기어 장치의 유성기어 캐리어 또는 선 기어가 회전하고 허브에 설치된 링 기어가 회전하여 유성기어 캐리어와 선 기어의 회전수의 비율로 구동바퀴를 변속하는 크랭크의 축과 구동 바퀴의 축이 동일하고 전동모터와 유성기어 변속장치를 구동바퀴 허브에 내장한 전륜 구동 자전거의 구동 장치를 제공한다

상기한 바와 같이 본 발명은 페달이 설치된 크랭크를 구동 바퀴의 허브에 내장하고 전동모터도 내장함으로써 자전거의 구동부분과 프레임의 구조를 단순화시키고 유성기어 장치를 사용하여 변속함으로써 체인과 스프라켓 관련 부품이 없는 전륜구동 자전거를 제작할 수 있는 구동 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 구조를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 구조를 나타내는 정면도
도 3은s 본 발명의 구조를 나타내는 측면도
도 4는 본 발명의 구조를 나타내는 평면도
도 5는 본 발명의 허브의 구조를 나타내는 사시도
도 6은 본 발명의 허브 정면의 단면을 나타내는 단면도
도 7은 본 발명의 허브 측면의 단면을 나타내는 단면도
도 8은 본 발명의 분해 사시도
도 9는 본 발명의 분해 사시도
도 10은 본 발명의 분해 사시도
도 11은 본 발명의 분해 사시도
도 12는 본 발명의 분해 사시도

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명을 하면 다음과 같다.

도 7,8,12 와 같이 페달(31)(32)이 설치된 크랭크축(5)을 구동 바퀴의 중공된 허브축(3)(4)내에 설치하며 크랭크축(5)에는 크랭크축 선기어(12)가 돌출되어 있고, 도 11과 같이 크랭크축 선기어(12)는 허브축 도그 클러치(3)에 삽입 설치된 크랭크축 유성기어(10)(11)와 연결되며 일단에 도그 클러치가 설치된 허브축 도그 클러치(3)는 일단에 선기어가 설치된 허브축 선기어(4)와 고정연결되고, 도 8,12 와 같이 고정연결된 허브축(3)(4)은 포크(30)에 고정된다.

도 10과 같이 크랭크축 유성기어(10)(11)는 크랭크축 링기어(9)와 연결되고 크랭크축 링기어(9)는 크랭크축 연결 일방향 클러치(8)와 연결되며 크랭크축 연결 일방향 클러치(8)는 드라이브 도그 클러치(7)와 연결이 되고, 도 11과 같이 드라이브 도그 클러치(7)는 도그 클러치가 설치된 변속 유성기어 입력 캐리어(29)와 도그 클러치가 설치된 변속 선기어(25)와 각기 양단에 돌기가 구성된 변속폴(23)(24)에 의해서 선택적으로 연결이 된다.

변속 유성기어 입력 캐리어(29)는 변속 유성기어(26)(27)가 설치되고 도그 클러치가 설치된 변속 유성기어 고정 캐리어(28)와 고정되며 변속 유성기어 고정 캐리어(28)의 내면에 홈을 두어 변속 유성기어 캐리어 변속폴(23)의 돌기가 삽입되어 연결되고 변속 유성기어(26)(27)와 연결된 변속 선기어(25)도 양단에 도그 클러치를 설치하고 외면에 홈을 두어 변속 선기어 변속폴(24)의 돌기가 삽입되어 연결되며 변속폴(23)(24)은 허브축 도그 클러치(3)의 도그 클러치면에 관통 삽입되어 외부의 변속 유성기어 캐리어 변속링(20)과 변속 선기어 변속링(21)의 홈에 각각 삽입 연결되고 변속 유성기어(26)(27)는 스포크 홈을 설치하고 내면에 링기어를 설치한 허브 스포크 링기어(2)에 연결된다.

도 9와 같이 허브축 선기어(4)와 연결된 허브축 유성기어(13)는 허브축 유성기어 캐리어(14)에 고정되고 허브축 유성기어 캐리어(14)는 전동모터 연결 일방향 클러치(15)와 연결되며 전동모터 연결 일방향 클러치(15)는 도 10과 같이 드라이브 도그 클러치(7)와 연결이 되는 한편, 허브축 유성기어(13)는 전동모터 모듈 회전자 링기어(6)와 연결되며, 스포크홈을 설치하고 허브 스포크 링기어(2)와 고정되는 허브 스포크 바디(1)에 내장된다.

먼저 페달(31)(32) 회전에 의한 크랭크축(5) 동력전달 상태를 보면, 크랭크축(5) 회전으로 크랭크축 선기어(12)와 크랭크축 유성기어(10)(11), 크랭크축 링기어(9)가 회전하고 허브축 도그 클러치(3)에 삽입고정된 크랭크축 더블피니언 유성기어(10)(11)에 의해서 입력 대 출력비가 (크랭크축 링기어의 잇수/크랭크축 선기어의 잇수) 대 1의 비율로 감속이 되며 크랭크축 연결 일방향 클러치(8)를 통해서 드라이브 도그 클러치(7)에 일방향으로 동력이 전달되고 선택적으로 연결된 변속유성기어 장치에 따라서 변속이 되어 허브 스포크 링기어(2)에 동력이 전달된다.

다음으로 전동모터에 의한 동력전달 상태를 보면, 전동모터 모듈 회전자 내면에 링기어를 설치한 전동모터 모듈 회전자 링기어(6)가 회전하면 허브축 싱글피니언 유성기어(13)가 허브축의 외면에 설치한 허브축 선기어(4)가 포크(30)에 고정됨에 의해서 입력 대 출력비가 ((허브축 선기어 잇수 + 전동모터 모듈 회전자 링기어 잇수)/전동모터 모듈 회전자 링기어 잇수) 대 1의 비율로 감속이 되며 허브축 유성기어 캐리어(14)에 연결된 전동모터 연결 일방향 클러치(15)를 통해서 드라이브 도그 클러치(7)에 일방향으로 동력이 전달되고 선택적으로 연결된 변속 유성기어 장치에 따라서 변속이 되어 허브 스포크 링기어(2)에 동력이 전달된다.

다음으로 변속 유성기어장치의 변속 작동 상태를 보면, 일반적으로 자전거 핸들에 설치된 변속레버에 와이어로 연결된 변속링(20)(21)이 허브축 도그 클러치(3)상에 결합되어 일정한 각도로 회전을 하게 되고, 이 회전으로 서로 반대방향으로 천공된 변속링(20)(21)의 각각의 홈을 따라서 변속폴(23)(24)이 허브축 도그 클러치(3)상에서 서로 반대방향으로 이동하고 이동한 각 변속폴(23)(24)에 따라서 변속 선기어(25)와 변속 유성기어(26)(27)가 서로 반대방향으로 이동하여, 드라이브 도그 클러치(7)에 맞물려서 연결되어 동력 전달을 받거나 포크(30)에 고정된 허브축 도그 클러치(3)에 맞물려서 연결되어 고정되는 상태에 따라서 변속이 되는데, 먼저 변속 유성기어(26)(27)가 고정된 상태를 살펴보면, 변속 선기어(25)에 설치된 도그 클러치와 드라이브 도그 클러치(7)가 맞물려서 연결되어 동력전달을 받고 변속 유성기어 고정 캐리어(28)에 설치된 도그 클러치와 포크(30)에 고정된 허브축 도그 클러치(3)가 맞물려서 연결되어 고정되면 입력 대 출력비가 (링기어의 잇수/선기어의 잇수) 대 1의 비율로 감속이 되고, 반대의 경우에는 변속 선기어(25)에 설치된 도그 클러치와 포크(30)에 고정된 허브축 도그 클러치(3)가 맞물려서 연결되어 고정되고 변속유성기어 입력 캐리어(29)에 설치된 도그 클러치와 드라이브 도그 클러치(7)가 맞물려서 연결되어 동력전달을 받으면 입력 대 출력비가 ((-링기어의 잇수)/(선기어의 잇수-링기어의 잇수)) 대 1의 비율로 감속이 된다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시 예와 별도로 변속 유성기어를 여러 단계로 구성하여 여러 단계의 변속을 할 수 있게 구성할 수 있으며 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.

1: 허브 스포크 바디
2: 허브 스포크 링기어
3: 허브축 도그 클러치
4: 허브축 선기어
5: 크랭크축
6: 전동모터 모듈 회전자 링기어
7: 드라이브 도그 클러치
8: 크랭크축 연결 일방향 클러치
9: 크랭크축 링기어
10: 크랭크축 유성기어1
11: 크랭크축 유성기어2
12: 크랭크축 선기어
13: 허브축 유성기어
14: 허브축 유성기어 캐리어
15: 전동모터 연결 일방향 클러치
20: 변속 유성기어 캐리어 변속링
21: 변속 선기어 변속링
22: 변속링 커버
23: 변속 유성기어 캐리어 변속폴
24: 변속 선기어 변속폴
25: 변속 선기어
26: 변속 유성기어1
27: 변속 유성기어2
28: 변속 유성기어 고정 캐리어
29: 변속 유성기어 입력 캐리어
30: 포크
31: 왼페달
32: 오른페달

Claims

구동바퀴의 허브(1) 내에 크랭크축(5)과 전동모터(6)와 유성기어 변속장치(25)(26)(27)가 내장되어 있고,
상기 허브(1)에 내장되어 있는 전동모터(6)에 의해 구동되는 동력과, 상기 허브(1)에 내장되어 페달 회전에 의해 크랭크축(5)으로 구동되는 동력을 상기 허브(1)에 내장되어 있는 유성기어 변속장치(25)(26)(27)에 의해서 각각 또는 동시에 변속시킴
을 특징으로 하는 전동모터와 크랭크축과 유성기어 변속장치를 구동바퀴 허브에 내장한 구동 장치 구조.