KR20140111442A - 전동 차량용 변속기를 구비한 자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자전거 프레임, 전방 차륜 및 후방 차륜을 포함하는 자전거로서, 상기 전방 차륜 및 후방 차륜 중 적어도 어느 하나에 배치되어 동력을 제공하는 모터;와 상기 모터에 연결되어 회전 속도를 변경하는 전동 차량용 변속기; 를 포함하며, 상기 자전거 프레임은 상기 모터가 배치된 차륜의 일측으로만 연장된 포크를 포함하며, 상기 전동 차량용 변속기는 상기 포크에 대하여 회전 가능하게 지지되며, 상기 모터의 회전축과 동축으로 배치되고, 클러치와 복수의 유성기어 세트 중 어느 하나의 태양기어를 결합시키는 변속축; 상기 회전축의 단부에 연결되며 상기 유성기어 세트와 결합하는 복수의 클러치 결합면을 포함하는 클러치; 상기 클러치 결합면에 대응되는 태양기어 결합면을 포함하며 상기 클러치와 동축에 배치되는 태양기어, 상기 태양기어에 연결되며, 캐리어에 고정된 유성기어, 상기 유성기어에 연결되며, 차륜과 연결된 링기어를 포함하는 복수의 유성 기어 세트를 포함하며, 상기 클러치에서 상기 복수의 클러치 결합면은 회전축의 중심으로부터 동심원상으로 단차지어 배치되며, 상기 변속축은 중공형으로 구성되며, 상기 변속축의 내측으로 상기 포크에 고정된 중심축이 연결되며, 상기 중심축은 상기 유성기어 세트의 유성 기어를 고정하는 캐리어 및 모터를 고정하며, 상기 모터의 후면 및 상기 변속축은 베어링을 포함하는 하우징과 연결되고, 상기 하우징은 상기 유성기어 세트의 링기어 및 차륜과 연결되어 상기 중심축, 캐리어 및 모터에 대하여 상기 하우징 및 차륜이 회전되는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공한다.

Description

전동 차량용 변속기를 구비한 자전거{Bycicle comprising Transmission for Motor Vehicle}
본 발명은 전동 차량용 변속기를 구비한 자전거에 대한 것으로, 구체적으로 바퀴에 모터와 변속기가 구비하여, 크기가 작으면서도 접이형 구조가 가능한 자전거에 대한 것이다.
종래에 자전거는 사용자의 힘으로 구동되는 것이었으나, 최근에는 전동 모터를 사용할 수 있는 전동 자전거가 개발되고 있다. 전동 자전거의 경우에 사용자의 힘으로 구동되거나, 충전된 전기의 힘으로 모터를 구동시켜서 자전거를 구동시킨다는 점에서 사용자에게 편의성을 제공한다.
다만, 이러한 전동 자전거의 경우에 종래의 자전거 구조에 모터 및 배터리가 장착되며, 모터의 회전을 변속하는 변속기가 들어간다는 점에서 자전거가 커지고, 대형화된다는 한계가 있다.
한편, 최근에는 자전거를 접이식으로 구현하여, 차량에 실어서 자전거를 이동시키거나, 보관이 용이하게 하는 접이형 자전거가 개발되고 있다. 이러한 접이형 자전거의 경우에 종래의 자전거의 구조에서 일부를 접는 구조를 채택함으로써, 자전거의 부피를 줄이는 것이나, 접이식 자전거를 달성하기 위하여 접는 구조는 기계적 안정성과 함께 각 구성의 간섭이 발성되지 않아야 하기 때문에, 상당히 제한적인 구조를 가질 수 밖에 없다.
또한, 전방 바퀴의 경우에 회전축의 양측을 포크로 지지하는 구조를 사용하고 있어서, 접이식 자전거의 구성을 달성하는데 어려움이 있으며, 이에 바퀴의 일측에만 포크(프레임)를 형성하여 접이식 구조를 달성하고자 하는 제안이 있다.
특히, 이러한 일측에만 포크가 형성시키면서 전동 자전거를 구성하기 위하여는 일측에만 형성된 포크를 통하여 모터가 지지되어야 할 뿐만 아니라, 모터로 전원을 공급해야 하기에 그 구조를 도출하는데 어려움이 있다.
또한, 이러한 모터는 일반적으로 회전수가 높으면 힘이 떨어지고, 힘이 크면 회전수가 떨어지기 때문에, 적절한 감속비 조절을 통하여 구동력과 속도의 조절이 필요하다.
(특허 문헌 1) KR 10-2010-0049373
(특허 문헌 2) KR 10-2010-0049374
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접이식 구조를 달성하기 위하여 일측에만 포크가 형성된 경우에 모터가 결합된 외팔보 구조에 적용 가능한 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공한다.
본 발명은 자전거 프레임, 전방 차륜 및 후방 차륜을 포함하는 자전거로서, 상기 전방 차륜 및 후방 차륜 중 적어도 어느 하나에 배치되어 동력을 제공하는 모터;와 상기 모터에 연결되어 회전 속도를 변경하는 전동 차량용 변속기; 를 포함하며, 상기 자전거 프레임은 상기 모터가 배치된 차륜의 일측으로만 연장된 포크를 포함하며, 상기 전동 차량용 변속기는 상기 포크에 대하여 회전 가능하게 지지되며, 상기 모터의 회전축과 동축으로 배치되고, 클러치와 복수의 유성기어 세트 중 어느 하나의 태양기어를 결합시키는 변속축; 상기 회전축의 단부에 연결되며 상기 유성기어 세트와 결합하는 복수의 클러치 결합면을 포함하는 클러치; 상기 클러치 결합면에 대응되는 태양기어 결합면을 포함하며 상기 클러치와 동축에 배치되는 태양기어, 상기 태양기어에 연결되며, 캐리어에 고정된 유성기어, 상기 유성기어에 연결되며, 차륜과 연결된 링기어를 포함하는 복수의 유성 기어 세트를 포함하며, 상기 클러치에서 상기 복수의 클러치 결합면은 회전축의 중심으로부터 동심원상으로 단차지어 배치되며, 상기 변속축은 중공형으로 구성되며, 상기 변속축의 내측으로 상기 포크에 고정된 중심축이 연결되며, 상기 중심축은 상기 유성기어 세트의 유성 기어를 고정하는 캐리어 및 모터를 고정하며, 상기 모터의 후면 및 상기 변속축은 베어링을 포함하는 하우징과 연결되고, 상기 하우징은 상기 유성기어 세트의 링기어 및 차륜과 연결되어 상기 중심축, 캐리어 및 모터에 대하여 상기 하우징 및 차륜이 회전되는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공한다.
이때, 상기 변속축은 상기 유성기어 세트 중 하나의 태양기어 결합면을 상기 클러치 결합면과 결합시켜, 결합된 클러치 결합면과 태양기어 결합면을 통하여 상기 모터의 회전력이 전달될 수 있다.
본 발명에서 상기 유성기어 세트는 모터 측을 기준으로 순서대로 배치되는 제 1 유성기어 세트와 제 2 유성기어 세트를 포함하며, 상기 변속축은 축방향에 수직인 변속면과 상기 변속면으로 돌출된 제 1 돌기 및 제 2 돌기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 돌기에는 각각 제 1 및 제 2 가압부재가 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 가압부재의 일단은 상기 제 1 및 제 2 돌기와, 타단은 상기 제 1 및 제 2 유성기어 세트의 태양기어에 닿아 있으며, 상기 제 1 및 제 2 돌기는 상기 변속면에서 서로 다른 회전 각도로 배치되어, 상기 변속축이 회전됨에 따라서 상기 제 1 돌기 및 제 2 돌기가 상기 유성기어 세트 중 하나의 태양기어를 상기 클러치로 가압하도록 구성될 수 있다.
또, 상기 유성기어 세트의 태양기어에 상기 모터로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 변속 탄성부재가 각 유성기어 세트의 태양기어에 제공될 수도 있다.
또한, 상기 클러치의 결합면과 상기 태양기어 결합면이 변속에 의해서 결합될 때, 상기 클러치를 모터측으로 이동시켜 상기 태양기어 결합면과 상기 클러치 결합면이 결합되는 것을 보조하도록 클러치 탄성부재가 제공될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 유성기어 세트는 제 1 및 제 2 유성기어 세트를 포함하며, 상기 제 1 유성기어 세트의 태양기어에 연결되는 변속 탄성부재는 상기 모터와 상기 제 1 유성기어 세트 사이에서 상기 클러치 탄성부재 외측으로 배치되며 상기 제 2 유성기어 세트의 태양기어에 연결되는 변속 탄성부재는 상기 클러치의 변속축 측단부에 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 클러치는 실크햇(silk hat)형으로 구성되며, 상기 제 1 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면은 챙부에, 제 2 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면은 탑부에 구비될 수 있다.
또한, 상기 제 2 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면 내측에 상기 제 2 유성기어 세트와 연결되는 변속 탄성부재가 배치되며, 상기 제 1 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면 외측에 상기 제 1 유성기어 세트와 연결되는 변속 탄성 부재가 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 중심축은 중공형으로 구성되어, 상기 중심축의 중공으로 모터로 전원을 공급하는 전선이 통과하고, 상기 전선은 상기 캐리어에서 반경 방향 외측으로 연장된 후 상기 유성기어 세트의 유성기어 사이의 공간을 통과하여 모터에 접속될 수 있다.
본 발명에서, 상기 모터에서 변속축을 향하는 면의 반대면에서 상기 하우징과 상기 모터 사이의 제 1 베어링, 상기 하우징과 포크 사이에 제 2 베어링, 및 상기 중심축과 상기 하우징 사이에 제 3 베어링을 포함하여, 상기 하우징 및 차륜이 상기 포크, 중심축 및 모터에 대하여 회전될 수 있다.
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 차륜에 직접 장착될 수 있도록 작은 크기와 간단한 구조를 가지는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 접이식 구조를 달성하기 위하여 일측에만 포크가 형성된 경우에 모터가 결합된 외팔보 구조에 적용 가능한 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 전동 차량용 변속기가 구비된 전동 자전거의 사시도이다.
도 2 는 전동 차량용 변속기가 구비된 전동 자전거의 측면도이다.
도 3 은 본 발명의 전동 차량용 변속기의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 전동 차량용 변속기의 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 전동 차량용 변속기의 변속축을 도시한 도면으로 도 5a는 변속축의 사시도이며, 도 5b는 변속축의 정면도이다.
도 6 는 도 2 의 I-I 단면도로서 전선의 모습을 보이는 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 전동 차량용 변속기의 캐리어에서 본 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2 에는 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)가 적용된 자전거(1)가 도시되어 있다. 자전거(1)는 좌석(20)에 프레임이 연결되며, 핸들(15)을 포함한 전방 차륜부(10)와 구동부(30)와 연결된 후방 차륜부(30)를 포함한다.
도 1 및 도 2 에서 자전거(1)에 전동 차량용 변속기(100)가 적용된 모습을 도시하고 있으나, 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)는 자전거를 포함한 다양한 전동 차량에 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 전방 차륜부(10)는 핸들(15)로부터 연장되며, 전방 차륜(16)의 일측으로만 연장되는 포크(11)를 포함하며, 상기 포크를 통하여 상기 전동 차량용 변속기(100)가 연결된다. 상기 전동 차량용 변속기는 전방 차륜부(10) 구비된 모터(110; 도 3 참고)에 의해서 전달되는 구동력을 서로 다른 속도/구동력으로 전환한다.
본 발명의 자전거(1)에서, 상기 전방 차륜부(10)는 접이부(50)를 통하여 접어질 수 있도록 상기 포크(11)가 상기 차륜(16)의 일측으로만 연장 형성되어 있다.
이렇게 전방 차륜(16)의 일측으로만 포크(11)가 형성되어 있기에 접이부(50)를 통하여 전방 차륜부(10)을 접었을 때, 포크(11)와 프레임의 간섭이 없게 되어 작은 사이즈로 접이식 자전거를 구현할 수 있다.
한편, 도 3 및 4 에는 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)에 대하여 도시하고 있다. 구체적으로 도 3 에는 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)의 단면도가, 도 4 에는 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)의 개략도가 도시되어 있다.
도 3 내지 4 에서 보이듯이, 본 발명의 전동 차량용 변속기(100)는 포크(11)의 단부에 중심축(170)이 너트(12)를 통하여 고정되며, 상기 중심축(170)에 모터(110)가 연결된다. 한편, 상기 모터(110)의 회전축(111)은 클러치(155)와 유성기어 세트를 통하여 하우징(160)으로 연결되며, 모터(110)에 전원이 공급되어 상기 회전축(111)이 회전하고, 변속축(141)에 의해서 상기 클러치(155)와 한 유성기어 세트가 결합됨으로 인하여 상기 모터(110), 중심축(170) 및 포크(11)에 대하여 하우징(160) 및 그에 연결된 차륜(16)이 회전되게 된다.
상기 중심축(170)의 포크측 단부는 나사산이 형성되어 있으며, 타단부에는 제 2 유성기어 세트의 캐리어(149) 및 제 1 유성기어 세트의 캐리어(154) 및 모터(110)가 연결되어 있다. 상기 제 1 유성기어 세트의 캐리어(154)는 상기 모터(110)를 고정하는 모터 지지부로서의 역할도 수행하도록 도시하였으나, 상기 캐리어(154)와 모터 지지부는 별도의 부품으로 구성되더라도 무방하다.
한편, 상기 중심축(170) 외부에 상기 중심축(170)이 중공에 배치되는 중공형의 변속축(141)이 배치된다. 변속축(141)은 축방향에 수직인 변속면(143)을 포함하며, 상기 변속면(143)에는 제 1 및 제 2 돌기(143b, 143c)가 형성되어 있다.
변속면(143)에서 상기 제 1 및 제 2 돌기(143b, 143c)는 소정의 각도를 가지고 대칭적으로 서로 엇갈려 배치되어 있으며, 이는 도 5 를 가지고 뒤에서 다시 설명하도록 한다.
한편, 변속면(143)의 제 1 및 제 2 돌기(143b, 143c)는 제 1 가압부재(145), 제 2 가압부재(144)에 각각 맞닿아 있으며, 변속면(143)의 회전에 따라서, 제 1 가압부재(145) 또는 제 2 가압부재(144)가 제 1 또는 제 2 돌기(143b, 143c)에 의해서 이동되며, 이렇게 이동되는 제 1 또는 제 2 가압부재(144, 145)는 제 1 태양기어(151) 또는 제 2 단 태양기어(146)을 클러치(155)와 연결시키게 된다.
상기 중심축(170)에는 제 1 유성기어 세트의 제 1 유성기어(153)가 고정되는 제 1 캐리어(154)와 제 2 유성기어 세트의 제 2 유성기어(148)가 고정되는 제 2 캐리어가(149)가 결합되어 있으며, 이는 고정된 중심축(170)에 연결되어 있기에 회전되지 않고 정위치를 유지하게 된다.
제 2 유성기어 세트는 상기 중심축(170)측으로 배치되며, 상기 제 2 유성기어 세트의 제 2 태양기어(146)는 내측 홈(146a)과 클러치(155)의 클러치 결합면(155a)과 결합되는 태양기어 결합면(146b)을 포함한다.
이때, 상기 내측 홈(146a)에는 상기 제 2 태양기어(146)를 상기 중심축 방향으로 가압하는 제 2 변속 탄성부재(147)가 배치되며, 그에 따라서, 상기 태양기어 결합면(146b)는 상기 제 2 가압부재(144)에 의해서 상기 제 2 태양기어(146)가 가압되지 않는 평상시에 상기 클러치(155)의 클러치 결합면(155a)으로부터 풀려있게 되며, 변속축(141)의 동작에 의해서 선택적으로 클러치(155)와 결합되어 회전된다.
상기 제 2 태양기어(146)의 외측으로는 상기 캐리어(149)에 고정된 제 2 유성기어(148)가 복수 개로 배치되며, 상기 제 2 유성기어(148)의 외측에는 상기 하우징(160)에 연결된 링기어(150)가 배치된다.
본 발명의 실시예에서 링기어(150)는 제 1 유성기어 세트의 링기어 임과 동시에 제 2 유성기어 세트의 링기어를 동시에 달성하는 것으로 도시하였으나, 하우징에 연결된다면, 각각 별도의 링기어로 구성된 수 있음은 물론이다.
상기 제 2 유성기어 세트와 상기 모터(110) 사이에는 제 1 유성기어 세트가 배치된다.
제 1 유성기어 세트는 제 1 태양기어(151), 제 1 유성기어(153) 및 링기어(150)로 구성되며, 제 1 유성기어(153)가 캐리어(154)에 고정되어 있으며, 상기 제 1 태양기어(151)가 변속축(141)의 동작에 따라서, 선택적으로 상기 클러치(155)와 결합되어서 동력을 전달한다.
상기 제 1 태양기어(151), 상기 제 2 태양기어(146), 중심축(170), 변속축(141) 및 모터(110)의 회전축(111)은 동축으로 형성되며, 상기 제 1 태양기어(151)보다 상기 제 2 태양기어(146)는 작은 직경을 가져서, 상기 변속면(143)의 제 1 돌기(143b)에 의해서 동작하는 제 1 가압부재(145)는 상기 제 2 태양기어(146)의 외측에서 상기 제 1 태양기어(151)를 동작시킨다.
상기 제 1 태양기어(151)는 클러치(155)의 몸통부 외측에 배치되며, 상기 제 1 가압부재(145)의 이동에 따라서 상기 클러치(155)의 챙부에 배치된 클러치 결합면(155b) 측으로 이동된다. 상기 제 1 태양기어(151)는 상기 클러치 결합면(155b)와 결합되어 동력을 전달할 수 있도록 태양기어 결합면(151b)을 포함하며, 그 외측으로 상기 제 1 태양기어(151)를 중심축(170) 측으로 가압하는 변속 탄성부재(152)가 배치된다.
따라서, 상기 제 1 가압부재(145)가 상기 변속면(143)의 회전에 의해서 상기 제 1 태양기어(151)를 가압하지 않은 이상, 상기 제 1 태양기어(151)는 중심축(170)측으로 이동되어 있으며, 그에 따라서, 상기 제 1 태양기어(151)와 상기 클러치(155)는 연결되지 않는다.
즉, 변속축(141)의 회전에 따라서, 상기 제 1 가압부재(145)가 상기 제 1 태양기어(151)를 가압하게되면, 상기 제 1 태양기어(151)는 상기 클러치(155)와 함께 회전하게 된다.
한편, 클러치(155)는 모터(110)의 회전축(111)의 단부에 연결되며, 대략 실크햇(silk hat)형상을 가지며, 내측에 회전축(111)의 단부가 연결된다. 클러치(155)는 상기 회전축(111)의 회전에 의해서 함께 회전될 수 있다.
클러치(155)는 탑부에는 상기 제 2 태양기어(146)를 중심축(170)측으로 가압하는 변속 탄성부재(147)와 상기 제 2 태양기어(146)의 태양기어 결합면(146b)와 맞물리는 클러치 결합면(155a)이 배치된다. 또한, 클러치(155)의 챙부에는 상기 제 1 태양기어(151)의 태양기어 결합면(151b)와 맞물리는 클러치 결합면(155b)이 배치된다.
상기 제 1 태양기어(151)의 태양기어 결합면(151b)와 맞물리는 클러치 결합면(155b)의 반대측에는 상기 클러치(155)의 위치를 유지하게 하는 클러치 탄성부재(156)가 배치된다. 클러치 탄성부재(156)는 상기 제 1 태양기어(151) 혹은 제 2 태양기어(146)의 태양기어 결합면(146b, 151b)과 상기 클러치 결합면(155a, 155b)이 연결될 때, 정확하게 맞물리지 못하는 경우에 상기 클러치(155)의 위치를 모터(110)측으로 잠시 이동시켜 정확하게 맞물리는 것을 돕는다.
본 발명에서 상기 클러치(155)는 모터(110)의 회전축(111)에 연결되며, 상기 모터(110)는 일측은 클러치(155)와 연결되며, 타측은 하우징(160)의 제 1 베어링(163)에 회전 가능하게 연결된다. 따라서, 모터(110)의 회전축(111)의 회전으로 하우징(160)이 회전될 수 있다.
도 5a 및 도 5b 에는 본 발명의 변속면(143)의 모습이 도시되어 있다. 도 5a 및 5b 에서 보이듯이, 본 발명의 변속축(141)의 변속면(143)에서 제 1 및 제 2 돌기(143b, 143c)는 소정의 각도를 가지도 대칭적으로 배치된다.
상기 제 1 돌기 및 제 2 돌기(143b, 143c)는 경사면(143b1, 143c1)과 평면(143b2, 143c2)을 포함하여 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 가압부재(144, 145)가 걸림없이 이동될 수 있도록 경사면(143b1, 143c1)을 구비하나, 상기 가압부재(144, 145)의 형상이 변화되어 걸림이 발생되지 않는 경우에는 경사면(143b1, 143c1)이 배제될 수도 있으며, 가압부재(144, 145)가 충분히 이동될 수 있다면 평면(143b2, 143c2)이 배제될 수도 있다.
도 5b의 점선으로 표시된 선에 가압부재(144, 145)가 배치된다고 하면, 변속기(100)가 동작하지 않을 때, 상기 모터(110)의 회전축(110)에 연결된 클러치(155)와 제 1 및 제 2 유성기어 세트는 연결되지 않는다. 즉, 제 1 및 제 2 돌기(143b, 143c) 어느 것도 제 1 및 제 2 가압부재(144, 145)를 이동시키지 않아서, 상기 클러치 결합면(155a, 155b)과 태양기어 결합면(146b, 151b)가 결합되지 않는다.
한편, 점선을 중심으로 변속축(141)이 시계방향으로 회전되는 경우에 변속면(143) 역시 함께 회전되며, 그로 인하여, 제 2 가압부재(144)가 제 2 돌기(143c)의 경사면(143c1)을 타고 평면(143c2)으로 올라간다. 그에 따라서, 제 2 가압부재(144)가 제 2 태양기어(146)를 모터(110) 측으로 이동시키며, 제 2 태양기어(146)의 태양기어 결합면(146b)이 클러치 결합면(155a)에 맞물리게 되면서, 모터(110)의 회전력이 제 2 태양기어(146)를 타고 전달되어, 하우징(160) 및 그에 연결된 차륜을 회전시킨다.
이때, 태양기어 결합면(146b) 및 클러치 결합면(155a)은 기어로 구성되어 동력을 전달될 수도 있으나, 기어가 아닌 다른 동력 전달 방식을 취할 수 있음은 물론이다. 또한, 태양기어 결합면(146b) 및 클러치 결합면(155a)가 부정합하는 경우에 간극을 벌어줄 수 있도록 클러치(155)는 클러치 탄성부재(156)를 포함한다.
한편, 점선을 중심으로 변속축(141)이 반시계 방향으로 회전되는 경우에 변속면(143) 역시 함께 회전되며, 그로 인하여, 제 1 가압부재(145)가 제 1 돌기(143b)의 경사면(143b1)을 타고 평면(143b2)으로 올라간다. 그에 따라서, 제 1 가압부재(145)가 제 1 태양기어(151)를 모터(110) 측으로 이동시키며, 제 1 태양기어(151)의 태양기어 결합면(151b)가 클러치 결합면(156a)에 맞물리게 되면서, 모터(110)의 회전력이 제 1 태양기어(151)를 타고 전달되어, 하우징(160) 및 그에 연결된 차륜을 회전시킨다.
본 발명에서, 상기 제 1 태양기어(151)는 클러치(155)의 상기 제 2 태양기어(146)보다 큰 직경을 가지며, 동일한 링기어(150)를 사용하므로, 상기 제 1 태양기어(151)와 상기 제 2 태양기어(146)의 직경에 따라서 변속비가 변경될 수 있다.
도 6 및 도 7 에는 도 1 및 도 2 에서와 같이 포크(11)가 일측으로만 연장된 경우에 전원을 공급하는 구조가 도시되어 있다. 도 6 에서는 도 2 의 I-I 단면이 도시되어 있으며, 도 7 에서는 캐리어(149) 전방에서 절단된 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에서 하우징(160)은 포크 측의 전방 하우징(161)과 그 반대 측의 후방 하우징(162)의 두 부품으로 구성되는데, 상기 전방 하우징(161)은 상기 링기어(150) 에 연결되어서 함께 회전된다.
상기 후방 하우징(162)은 모터(110)의 후면을 덮으며, 상기 모터(110)에 지지되면서 회전될 수 있도록 중앙에 배치된 원기둥 상의 돌기와 상기 돌기를 중심으로 배치되는 환형 제 1 베어링(163)을 포함한다. 상기 제 1 베어링(163)은 모터(110)에 대하여 상기 후방 하우징(162)이 회전되게 한다.
상기 전방 하우징(161)의 경우에 상기 포크(11)에 지지되면서 회전 운동 가능하도록 전방 하우징(161)의 외측에 제 2 베어링(13)이 배치된다. 또한, 전방 하우징(161)이 변속축(141) 혹은 중심축(170)에 대하여도 지지되면서 회전될 수 있도록 전방 하우징(161)의 내측에 제 3 베어링(14)이 배치된다.
본 발명에서 하우징(161)은 전방 차륜(16)과 연결되게 되는데 일측에만 포크(11)가 배치됨에도 구조적으로 불안정하지 않도록 제 1 내지 제 3 베어링(13, 14, 163)을 통하여 3 지점에서 하우징(160)을 회전 지지하도록 구성된다. 즉, 하우징(160)의 내측에는 제 1 및 제 3 베어링(14, 163)이 외측에 제 2 베어링(13)이 배치되어, 고정부인 중심축(170), 모터(110)를 중심으로 하우징(160)의 내/외/내측으로 베어링이 배치되어 안정적 지지가 가능하다.
또한, 본 발명의 모터(110)로 전원을 공급할 수 있도록 포크(11)를 타고 내려오는 전선(180)은 중공형으로 구성된 중심축(170)의 내부 중공을 따라서 연장된다. 전선(180)이 중심축(170)의 중공으로 들어올 수 있도록 상기 중심축(170)에는 관통홀(170a)이 구비된다.
한편, 모터(110)의 경우에 회전축(111)은 클러치(155)에 연결되어 있어 전선의 통과가 곤란하므로 모터(110)의 반경방향 외측으로 전선(150)이 빠져 나가야 한다. 도 7 에서 보이듯이, 이렇게 전선(180)을 모터(110)의 반경방향 외측으로 빼내기 위하여, 즉, 중심축(170)의 내부를 통과하는 전선(150)이 빠져나가기 위하여, 상기 중심축(170)은 상기 캐리어(149) 전방에서 중심축(170)으로부터 빠져 나오게 된다.
전선(180)은 상기 캐리어(149)에 고정된 제 2 유성기어(148)의 사이로 반경 방향 외측으로 연장되어, 캐리어(149)의 반경 방향 외측으로 빠져나간 후 그 외측에 형성된 홈(149a)을 통하여 모터(110)로 연결된다. 이렇게 전선(180)은 상기 중심축(170)에 연결된 고정 요소 및 유성 기어(148) 사이의 틈을 통하여 모터(110)로 연결되기 때문에, 하우징(160)의 회전과 무관하게 안정적으로 모터(110)에 전원을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 중심축(170)을 통과하기 때문에, 변속기(100)와의 간섭을 배제할 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 변속기(100) 및 그를 포함하는 차량, 즉, 자전거(1)의 경우에, 단일의 포크(11)에 차륜(16)이 연결되면서도, 차륜(16)의 중심에 모터(110)가 구비되는 외팔보 구조에서도 안정적이면서도 작은 부피를 차지하는 구조의 달성이 가능하다.
또한, 회전되는 차륜(16) 내부에 배치되는 모터(110)로 전선(180)을 통하여 전원을 공급하는 것이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 위 실시예로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 청구범위에 기재된 사상 내에서 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
1: 자전거 11: 포크
100: 전동 차량용 변속기 110: 모터
111: 회전축 141: 변속축
143: 변속면 144, 145: 가압부재
146, 151: 태양기어 146b, 151b: 결합면
148, 153: 유성기어 150: 링기어
149, 154: 캐리어 155: 클러치
160: 하우징 170: 중심축
180: 전선

Claims (10)

  1. 자전거 프레임, 전방 차륜 및 후방 차륜을 포함하는 자전거로서,
    상기 전방 차륜 및 후방 차륜 중 적어도 어느 하나에 배치되어 동력을 제공하는 모터;와 상기 모터에 연결되어 회전 속도를 변경하는 전동 차량용 변속기; 를 포함하며,
    상기 자전거 프레임은 상기 모터가 배치된 차륜의 일측으로만 연장된 포크를 포함하며,
    상기 전동 차량용 변속기는 상기 포크에 대하여 회전 가능하게 지지되며, 상기 모터의 회전축과 동축으로 배치되고, 클러치와 복수의 유성기어 세트 중 어느 하나의 태양기어를 결합시키는 변속축; 상기 회전축의 단부에 연결되며 상기 유성기어 세트와 결합하는 복수의 클러치 결합면을 포함하는 클러치; 상기 클러치 결합면에 대응되는 태양기어 결합면을 포함하며 상기 클러치와 동축에 배치되는 태양기어, 상기 태양기어에 연결되며, 캐리어에 고정된 유성기어, 상기 유성기어에 연결되며, 차륜과 연결된 링기어를 포함하는 복수의 유성 기어 세트를 포함하며, 상기 클러치에서 상기 복수의 클러치 결합면은 회전축의 중심으로부터 동심원상으로 단차지어 배치되며,
    상기 변속축은 중공형으로 구성되며, 상기 변속축의 내측으로 상기 포크에 고정된 중심축이 연결되며, 상기 중심축은 상기 유성기어 세트의 유성 기어를 고정하는 캐리어 및 모터를 고정하며,
    상기 모터의 후면 및 상기 변속축은 베어링을 포함하는 하우징과 연결되고,
    상기 하우징은 상기 유성기어 세트의 링기어 및 차륜과 연결되어 상기 중심축, 캐리어 및 모터에 대하여 상기 하우징 및 차륜이 회전되는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속축은 상기 유성기어 세트 중 하나의 태양기어 결합면을 상기 클러치 결합면과 결합시켜, 결합된 클러치 결합면과 태양기어 결합면을 통하여 상기 모터의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유성기어 세트는 모터 측을 기준으로 순서대로 배치되는 제 1 유성기어 세트와 제 2 유성기어 세트를 포함하며,
    상기 변속축은 축방향에 수직인 변속면과 상기 변속면으로 돌출된 제 1 돌기 및 제 2 돌기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 돌기에는 각각 제 1 및 제 2 가압부재가 연결되고,
    상기 제 1 및 제 2 가압부재의 일단은 상기 제 1 및 제 2 돌기와, 타단은 상기 제 1 및 제 2 유성기어 세트의 태양기어에 닿아 있으며,
    상기 제 1 및 제 2 돌기는 상기 변속면에서 서로 다른 회전 각도로 배치되어, 상기 변속축이 회전됨에 따라서 상기 제 1 돌기 및 제 2 돌기가 상기 유성기어 세트 중 하나의 태양기어를 상기 클러치로 가압하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유성기어 세트의 태양기어에 상기 모터로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 제공하도록 변속 탄성부재가 각 유성기어 세트의 태양기어에 제공되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클러치의 결합면과 상기 태양기어 결합면이 변속에 의해서 결합될 때, 상기 클러치를 모터측으로 이동시켜 상기 태양기어 결합면과 상기 클러치 결합면이 결합되는 것을 보조하도록 클러치 탄성부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유성기어 세트는 제 1 및 제 2 유성기어 세트를 포함하며,
    상기 제 1 유성기어 세트의 태양기어에 연결되는 변속 탄성부재는 상기 모터와 상기 제 1 유성기어 세트 사이에서 상기 클러치 탄성부재 외측으로 배치되며
    상기 제 2 유성기어 세트의 태양기어에 연결되는 변속 탄성부재는 상기 클러치의 변속축 측단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 클러치는 실크햇(silk hat)형으로 구성되며, 상기 제 1 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면은 챙부에, 제 2 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면은 탑부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면 내측에 상기 제 2 유성기어 세트와 연결되는 변속 탄성부재가 배치되며,
    상기 제 1 유성기어 세트와 결합되는 클러치 결합면 외측에 상기 제 1 유성기어 세트와 연결되는 변속 탄성 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 중심축은 중공형으로 구성되어, 상기 중심축의 중공으로 모터로 전원을 공급하는 전선이 통과하고,
    상기 전선은 상기 캐리어에서 반경 방향 외측으로 연장된 후 상기 유성기어 세트의 유성기어 사이의 공간을 통과하여 모터에 접속되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터에서 변속축을 향하는 면의 반대면에서 상기 하우징과 상기 모터 사이의 제 1 베어링,
    상기 하우징과 포크 사이에 제 2 베어링, 및
    상기 중심축과 상기 하우징 사이에 제 3 베어링을 포함하여, 상기 하우징 및 차륜이 상기 포크, 중심축 및 모터에 대하여 회전되는 것을 특징으로 하는 전동 차량용 변속기를 포함하는 자전거.
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