KR20170032746A - 모터용 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터용 변속기에 관한 것으로서, 특히, 모터 회전축의 정역 회전방향에 따라 서로 다른 변속비로 회전력을 일방향으로만 출력시키는 변속기를 최적화하는 한편 역입력이 가능하도록 하고, 미끄러짐 없이 정확한 회전력 전달이 이루어지도록 하며 장기간 사용 시에도 내구성을 갖도록 하기 위한 장치에 관한 것으로서, 모터(10)의 회전축(12)으로부터 회전력을 전달받아 출력축으로 변속 출력시키되, 상기 모터(10) 회전축(12)의 정방향 또는 역방향 회전에 따라 서로 다른 변속비로 일방향 출력시키는 변속기에 있어서; 일부 구간 외주에 원웨이클러치 경사면(110)이 1개 또는 다수 개 형성된 구동축(100)과; 양면에 소정 위상각 차이를 두고 방사상 등간격으로 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)를 수용하는 캐리어(210)와, 상기 정방향 구속체(211) 및 상기 역방향 구속체(212)의 외측에 위치하여 상기 구동축(100)의 회전방향에 따라 선택적으로 회전하는 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)을 포함하는 2중 원웨이클러치(200)와; 서로 맞물려 회전하는 다수의 기어를 포함하여, 상기 2중 원웨이클러치(200)의 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)으로부터 독립적으로 회전력을 전달받아 서로 다른 경로의 변속비로 상기 출력축(500)을 회전시키는 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)으로 구성되어; 상기 출력축(500)이 출력되는 회전방향에 대하여 역방향 입력을 상기 2중 원웨이클러치(200)가 허용하여, 변속기에 대한 신뢰성 및 변속 정확도를 높이고, 상품성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

모터용 변속기{Transmission for motor}
본 발명은 모터용 변속기에 관한 것으로서 특히, 모터 회전축의 정역 회전방향에 따라 서로 다른 변속비로 회전력을 일방향으로만 출력시키는 변속기를 최적화하는 한편 역입력이 가능하도록 하고, 미끄러짐 없이 정확한 회전력 전달이 이루어지도록 하며 장기간 사용 시에도 내구성을 갖도록 하기 위한 장치로써, 변속기에 대한 신뢰성 및 변속 정확도를 높이고, 상품성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전반적인 산업기기의 운전성능을 향상시키거나, 차륜이 마련되어져 인력을 전달받거나 혹은 전동력 등의 각종 구동력을 이용하여 주행하는 자전거, 휠체어, 자동차, 스쿠터, 오토바이, 선박 등의 운송장치에는 주행성능을 향상시키기 위한 변속기가 마련된다.
이러한 변속기는 탑승자 혹은 사용자의 조작에 따라 변속을 실시하여, 주행 환경에 따라 요구되는 토크 또는 속도를 얻을 수 있는 것이다.
최근에는 태양기어, 유성기어, 링기어, 그리고 캐리어로 이루어진 유성기어세트를 허브쉘 내에 마련하여 다단으로 속도를 변속하는 변속기가 사용되고 있으나, 이러한 변속기는 복잡한 구조에 비해 변속단의 수가 적고, 특히, 부하 구동 주행 상태에서 변속 조작 시 구동부하에 의해 강하게 구속되어진 폴의 제어가 원활하지 않아 변속이 부드럽게 이루어지지 않고 있다는 기술상의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 가지고 있는 유성기어세트를 이용한 변속기의 대안으로 무단변속기가 개발되고 있는데, 무단변속기(Continuously variable transmission; CVT)는 미리 설정된 변속단에 구애받지 않고 변속비를 연속적으로 자유롭게 변경할 수 있으나, 기존의 기어형 변속기에 비해 부피가 크며 구조가 복잡하여 제조 단가가 높고, 특히 마찰력을 기반으로 회전력을 변속시켜 출력해야 하기 때문에 큰 하중이 작용할 경우 내구성이 떨어지며, 무엇보다도 구성요소 상호 간의 미끄러짐에 의한 동력 손실이 발생하기 쉽다는 기술상의 문제점이 있었다.
특히, 최근에는 모터를 구동원으로 사용하는 자전거, 스쿠터 등의 보급이 급증함에 따라 적은 변속단 수를 가지더라도 콤팩트하고 내구성이 높은 구조의 변속기가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 모터 회전축의 정역 회전방향에 따라 서로 다른 변속비로 회전력을 일방향으로만 출력시키는 변속기를 최적화하는 한편 역입력이 가능하도록 하고, 미끄러짐 없이 정확한 회전력 전달이 이루어지도록 하여 변속기에 대한 신뢰성 및 변속 정확도를 높이고, 대칭적으로 배치된 헬리컬 기어를 통해 장기간 사용 시에도 내구성을 가져 변속기에 대한 상품성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 모터용 변속기를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명은 모터의 회전축으로부터 회전력을 전달받아 출력축으로 변속 출력시키되, 상기 모터 회전축의 정방향 또는 역방향 회전에 따라 서로 다른 변속비로 일방향 출력시키는 변속기에 있어서; 일부 구간 외주에 원웨이클러치 경사면이 1개 또는 다수 개 형성된 구동축과; 양면에 소정 위상각 차이를 두고 방사상 등간격으로 정방향 구속체 및 역방향 구속체를 수용하는 캐리어와, 상기 정방향 구속체 및 상기 역방향 구속체의 외측에 위치하여 상기 구동축의 회전방향에 따라 선택적으로 회전하는 정방향 출력링 및 역방향 출력링을 포함하는 2중 원웨이클러치와; 서로 맞물려 회전하는 다수의 기어를 포함하여, 상기 2중 원웨이클러치의 정방향 출력링 및 역방향 출력링으로부터 독립적으로 회전력을 전달받아 서로 다른 경로의 변속비로 상기 출력축을 회전시키는 저속 및 고속 회전력 전달수단으로 구성되어; 상기 출력축이 출력되는 회전방향에 대하여 역방향 입력을 상기 2중 원웨이클러치가 허용 함으로써 달성된다.
여기에서, 상기 2중 원웨이클러치의 캐리어는 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링의 사이로 플랜지 형상의 연장부가 형성되며, 상기 연장부에는 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링을 향하여 볼을 탄성 지지하는 탄성체가 수용되고, 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링에는 상기 볼에 대응하여 홈이 일주하여 형성되는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 저속 및 고속 전달수단은 상기 2중 원웨이클러치를 중심으로 서로 대향하는 방향으로 배치된 경사진 헬리컬 기어로 이루어져 회전력 전달에 따라 회전하면서 대칭되는 힘을 받는 것이 더욱 바람직할 것이다.
이상과 같은 본 발명은 모터 회전축의 정역 회전방향에 따라 서로 다른 변속비로 회전력을 일방향으로만 출력시키는 변속기를 최적화하는 한편 역입력이 가능하도록 하고, 미끄러짐 없이 정확한 회전력 전달이 이루어지도록 하여 변속기에 대한 신뢰성 및 변속 정확도를 높이고, 대칭적으로 배치된 헬리컬 기어를 통해 장기간 사용 시에도 내구성을 가져 변속기에 대한 상품성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 모터용 변속기를 도시하는 정면 사시도,
도 2는 본 발명의 모터용 변속기를 도시하는 배면 사시도,
도 3은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 정면 분해사시도,
도 4는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 배면 분해사시도,
도 5는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 커버를 분리시킨 정면도,
도 6은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 베어링을 분리시킨 정면 분해사시도,
도 7은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 베어링을 분리시킨 배면 분해사시도,
도 8은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 정면 분해사시도,
도 9는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 배면 분해사시도,
도 10은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 정면도,
도 11은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 평면도.
도 1은 본 발명의 모터용 변속기를 도시하는 정면 사시도이며, 도 2는 본 발명의 모터용 변속기를 도시하는 배면 사시도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 정면 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 배면 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 커버를 분리시킨 정면도이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 베어링을 분리시킨 정면 분해사시도이며, 도 7은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 베어링을 분리시킨 배면 분해사시도이다.
다음으로, 도 8은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 정면 분해사시도이며, 도 9는 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 배면 분해사시도이다.
마지막으로, 도 10은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 2중 원웨이클러치의 정면도이며, 도 11은 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 모터 및 커버를 분리시킨 평면도이다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 모터용 변속기는 도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 간단한 구조를 통해 모터(10) 회전축(12)의 정역 구동에 따라 서로 다른 변속비로 일방향으로만 출력축(500)을 회전시키되 역입력이 가능하도록 하고, 미끄러짐에 의한 오동작 등을 예방하는 한편 내구성을 향상시켜 장기간 사용이 가능하도록 한 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 모터용 변속기는 도 1 내지 도 4와 같이, 모터(10)의 회전축(12)으로부터 회전력을 전달받아 출력축(500)으로 변속 출력시키되, 상기 모터(10) 회전축(12)의 정방향 또는 역방향 회전에 따라 서로 다른 변속비로 일방향 출력시키는 변속기에 있어서; 일부 구간 외주에 원웨이클러치 경사면(110)이 1개 또는 다수 개 형성된 구동축(100)과; 양면에 소정 위상각 차이를 두고 방사상 등간격으로 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)를 수용하는 캐리어(210)와, 상기 정방향 구속체(211) 및 상기 역방향 구속체(212)의 외측에 위치하여 상기 구동축(100)의 회전방향에 따라 선택적으로 회전하는 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)을 포함하는 2중 원웨이클러치(200)와; 서로 맞물려 회전하는 다수의 기어를 포함하여, 상기 2중 원웨이클러치(200)의 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)으로부터 독립적으로 회전력을 전달받아 서로 다른 경로의 변속비로 상기 출력축(500)을 회전시키는 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)으로 구성되어; 상기 출력축(500)이 출력되는 회전방향에 대하여 역방향 입력을 상기 2중 원웨이클러치(200)가 허용하는 것이 바람직하다.
우선 본 발명의 모터용 변속기는 모터(10) 회전축(12)의 회전방향이 정방향인 경우 소정의 변속비로 출력축을 회전시키며, 모터(10) 회전축(12)의 회전방향이 상술한 정방향에 대하여 반대방향인 역방향인 경우 다른 변속비로 출력축을 회전시키는 것으로, 고속 및 저속의 2단 변속이 오직 모터(10) 회전축(12)의 회전방향에 따라 결정되는 것이다.
본 발명의 모터용 변속기는 크게, 구동축(100), 2중 원웨이클러치(200), 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400), 그리고 출력축(500)으로 이루어져 있다.
특히, 본 발명의 모터용 변속기는 자전거, 스쿠터, 오토바이와 같이 모터를 구동원으로 사용할 수 있는 2륜 차량에 최적화되어 있는 것이지만, 이에 국한되는 것이 아니다.
본 발명의 모터용 변속기를 실제 차량에 적용하기 위해서는 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이 모터(10), 커버(20), 프레임(30) 등이 수반될 수 있다.
우선, 모터(10)는 전원 공급에 따라 회전축(12)을 회전시키는 것으로, 이때 운전자의 조작에 따라 모터(10)의 회전축(12)을 정방향 또는 역방향으로 절환시킬 수 있는 것이다.
이러한 모터(10)의 회전축(12)으로부터 본 발명의 모터용 변속기에 있어서 구동축(100)이 회전력을 전달받게 될 것이다.
그리고, 커버(20)는 본 발명의 모터용 변속기를 외부 충격으로부터 보호하는 한편, 외부로 노출되는 것을 막고 이물질 등의 유입을 차단하기 위한 것으로 다수의 체결수단(21)에 의해 프레임(30)에 고정된다.
또한, 프레임(30)은 본 발명의 모터용 변속기가 구성되기 위한 뼈대를 이루는 것으로, 상술한 2륜 차량의 골격을 일체로 사용할 수도 있으나, 조립성 등을 고려해 별도의 프레임(30)으로 구성한 후, 이 프레임(30)을 차량에 고정시키는 것이 양호하다.
이러한 프레임(30)에는 다수의 체결홀이 형성되어, 예를 들어, 차체와의 고정이나, 완충장치 또는 제동장치 등을 연결하거나 설치하는 데에 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 있어서 상기 프레임(30)의 도면상 좌측에는 상술한 모터(10)가 다수의 체결수단(11)에 의해 고정되며, 상기 프레임(30)의 도면상 우측에는 상기 커버(20)가 본 발명의 모터용 변속기를 내장한 상태로 조립된다.
본 발명에 있어서 구동축(100)은 상술한 모터(10)의 회전축(12)으로부터 회전력을 전달받아 정방향 또는 역방향으로 회전하는 것으로, 상기 모터(10)의 회전축(12)을 그대로 연장하여 구동축(100)으로 사용할 수도 있으나, 호환성이나 조립성 등을 고려하여 본 발명에 있어서는 모터(10)의 회전축(12)이 프레임(30)을 통과하여 구동축(100)의 도면상 좌측 내부로 삽입되어 내기어에 치합되는 형태를 예시하였다.
이러한 구동축(100)은 도 6 및 도 7에 있어서 우측의 베어링(101)을 통해 커버(20)에 회전 가능하게 지지되며, 도면상 좌측의 베어링(102)을 통해 프레임(30)에 회전 가능하게 지지된다.
특히, 이러한 구동축(100)의 일부 구간에는 외주에 원웨이클러치 경사면(110)이 1개 또는 다수 개 형성되어 있으며, 도 10에는 6개의 원웨이클러치 경사면(110)이 형성된 것을 예시하였으며, 이러한 원웨이클러치 경사면(110)의 모서리는 방사상 등간격을 두고 완만한 곡선으로 서로 연결되도록 형성되는 것이 좋다.
이러한 구동축(100)의 원웨이클러치 경사면(110) 외주에는 2중 원웨이클러치(200)가 위치하게 된다.
본 발명에 있어서 2중 원웨이클러치(200)는 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)를 회전 가능하게 수용하는 캐리어(210)와 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)으로 이루어져 있다.
우선, 상기 캐리어(210)는 도 8에 나타난 정면의 수용홈(211a) 및 도 9에 나타난 배면의 수용홈(212a)이 서로 비대칭으로 형성된 링형상체로서, 정면의 수용홈(211a) 내에는 정방향 구속체(211)가 위치하게 되며, 배면의 수용홈(212a) 내에는 역방향 구속체(212)가 각각 위치하게 된다.
상기 정방향 구속체(211) 및 상기 역방향 구속체(212)는 그 형상 및 크기가 서로 동일한 것으로, 오직 기능에 따라 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)로 구분되는 것이다.
이러한 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)는 대략 원기둥 형상의 롤러 형태를 가질 수 있으며, 완전한 구 형상도 가능할 것이다.
그리고, 상기 캐리어(210)에 형성되는 수용홈(211a)(212a)은 상술한 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)를 각각 수용하는 것으로, 캐리어(210)의 회전이 없는 상태에서 수용홈(211a)(212a) 내의 구속체(211)(212)가 원주방향으로 이동하는 것은 제한하고 오직 반경방향으로만 이동이 발생할 수 있도록 안내하는 구성인 것이다.
이때, 상기 캐리어(210)의 정면에 형성되는 수용홈(211a)과 배면에 형성되는 수용홈(212a)은 그 형상 및 크기가 서로 동일하지만, 그 형성 위치에 있어서는 도 10과 같이 소정 위상각 차이를 가지고 있다.
이러한 위상각 차이는 그 내부에 위치하는 구동축(100)에 있어서 원웨이클러치 경사면(110)의 한변 모서리 내에 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)가 하나씩 위치하는 정도이며, 이에 따라, 하나의 캐리어(210)에 다수의 수용홈(211a)(212a)이 형성되고, 이에 각각 정방향 구속체(211) 또는 역방향 구속체(212)가 위치하게 되는 것이다.
도 10에는 6개의 원웨이클러치 경사면(110)이 형성된 구동축(100)을 채택함에 따라 6개의 정방향 구속체(211) 및 6개의 역방향 구속체(212)가 적용된 것을 예시하였지만, 그 개수는 적절하게 증감시킬 수 있음이 자명할 것이다.
이와 함께, 상기 캐리어(210)의 정면과 배면에는 각각 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)이 마련된다.
이에 따라, 상기 캐리어(210)의 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)는 그 내주 측에 구동축(100)의 원웨이클러치 경사면(110)이 위치하며, 그 외주 측의 정면 및 배면에 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)이 각각 위치하게 되는 것이다.
이에 따라, 상기 구동축(100)이 정방향, 즉 도 10에 있어서 시계방향으로 회전할 경우, 정방향 구속체(211)가 원웨이클러치 경사면(110)과 정방향 출력링(220) 사이에 구속되어 회전력을 시계방향으로 전달하는 반면, 역방향 구속체(212)는 구속되지 않는 위치에 놓이게 됨으로써 역방향 출력링(230)으로는 회전력을 전달하지 않게 된다.
반대로, 상기 구동축(100)이 역방향, 즉 도 10에 있어서 반시계방향으로 회전할 경우, 역방향 구속체(212)가 원웨이클러치 경사면(110)과 역방향 출력링(230) 사이에 구속되어 회전력을 반시계방향으로 전달하는 반면, 정방향 구속체(211)는 구속되지 않는 위치에 놓이게 됨으로써 정방향 출력링(220)으로는 회전력을 전달하지 않게 되는 것이다.
그 결과, 상기 2중 원웨이클러치(200)는 상기 구동축(100)의 정방향 회전 시 정방향 출력링(220)만을 정방향으로 회전시키며, 상기 구동축(100)의 역방향 회전 시 역방향 출력링(230)만을 역방향으로 회전시키게 된다.
그리고, 도 8 및 도 9에 있어서 도면부호 221 및 231은 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)에 각각 일체로 형성된 기어를 나타내며, 이 기어(221)(231)를 통해 2중 원웨이클러치(200)의 출력이 이루어질 것이다.
또한, 도면부호 201 및 202는 구동축(100)에 2중 원웨이클러치(200)를 조립한 후, 분리되는 것을 방지하기 위하여 체결되는 스냅링이다.
마지막으로, 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)은 상기 2중 원웨이클러치(200)의 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)으로부터 독립적으로 회전력을 전달받아 서로 다른 경로의 변속비로 상기 출력축(500)을 회전시키는 것으로 서로 맞물려 회전하는 다수의 기어 배열로 구성된다.
이러한 기어의 배열이나 종류에 제한은 없으며, 저속 회전력 전달수단(300)과 고속 회전력 전달수단(400)이 서로 공유되지 않도록 독립적으로 구현하는 것도 가능하며, 도면에 예시한 바와 같이 일부의 구성을 공유하여 출력이 이루어지도록 하는 것도 가능할 것이다.
본 발명에 있어서 바람직하게는 도 3 내지 도 7에 예시한 바와 같이, 제1대기어(320) 및 제1소기어(330)가 마련된 제1샤프트(310)와, 제2대기어(420) 및 제2소기어(430)가 마련된 제2샤프트(410)와, 상기 출력축(500)에 마련된 기어(510)로 저속 회전력 전달수단(300)과 고속 회전력 전달수단(400)을 구현하는 것이 가능할 것이다.
우선, 제1샤프트(310)는 도면상 우측에 마련된 베어링(301)을 통해 커버(20)에 회전 가능하게 지지되며, 도면상 좌측에 마련된 베어링(302)을 통해 프레임(30)에 회전 가능하게 지지된다.
이때, 상기 제1샤프트(310)에는 제1대기어(320) 및 제1소기어(330)가 일체로 마련되어 있으며, 상기 제1대기어(320)는 상술한 역방향 출력링(230)의 기어(231)와 치합하며, 상기 제1소기어(330)는 이후에 설명할 제2대기어(420)와 치합하고 있다.
그리고, 제2샤프트(410) 또한 도면상 우측에 마련된 베어링(401)을 통해 커버(20)에 회전 가능하게 지지되며, 도면상 좌측에 마련된 베어링(402)을 통해 프레임(30)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
이때, 상기 제2샤프트(410)에는 제2대기어(420) 및 제2소기어(430)가 일체로 마련되어 있으며, 상기 제2대기어(420)는 상술한 정방향 출력링(220)의 기어(221) 및 제1소기어(330)에 동시에 치합하며, 상기 제2소기어(430)는 출력축(500)에 마련된 기어(510)와 치합하고 있다.
이러한 구성에 따라, 저속 회전력 전달수단(300)은 2중 원웨이클러치(200)의 역방향 출력링(230)→제1대기어(320)→제1소기어(330)→제2대기어(420)→제2소기어(430)→출력축(500)으로 구성된다.
또한, 고속 회전력 전달수단(400)은 2중 원웨이클러치(200)의 정방향 출력링(220)→제2대기어(420)→제2소기어(430)→출력축(500)으로 구성되는 것이다.
즉, 저속 회전력 전달수단(300)은 제1대기어(320) 및 제1소기어(330)를 통과하면서 잇수비를 통해 변속을 실시하게 됨으로써, 모터(10) 회전축(12)의 역방향 출력 시 저속으로 변속이 실시되며, 고속 회전력 전달수단(400)은 이러한 감속 변속을 거치지 않고 모터(10) 회전축(12)의 정방향 출력 시 고속으로 변속이 실시되는 것이다.
물론 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 2단의 변속비를 얻는 것이 가능해진다.
이때, 회전 방향에 있어서는 상기 구동축(100)의 정방향(도 5 및 도 10에 있어서 시계방향) 회전 시 회전력은 제1대기어(320) 및 제1소기어(330)를 경유하지 않기 때문에 상기 출력축(500)은 동일한 방향(도 5에 있어서 시계방향)으로 회전하도록 출력되며, 상기 구동축(100)의 역방향(도 5 및 도 10에 있어서 반시계방향) 회전시 회전력은 제1대기어(320) 및 제1소기어(330)를 경유함에 따라 그 회전방향이 역전되기 때문에 상기 출력축(500)은 그 반대방향(도 5에 있어서 시계방향)으로 회전하도록 출력될 것이다.
위에서는 제1샤프트(310) 및 제2샤프트(410)를 포함하도록 하여 모터(10) 회전축(12)의 정방향(도 5 및 도 10에 있어서 시계방향) 또는 역방향(도 5 및 도 10에 있어서 반시계방향) 회전에 관계 없이 항상 출력축(500)이 도 5에 있어서 시계방향으로 회전력을 출력시키는 것을 예시하였지만, 예를 들어 제2샤프트(410)를 출력축으로 설정한다면, 모터(10) 회전축(12)의 정방향(도 5 및 도 10에 있어서 시계방향) 또는 역방향(도 5 및 도 10에 있어서 반시계방향) 회전에 관계 없이 항상 출력축이 도 5에 있어서 반시계방향으로 회전력을 출력시키는 것도 가능할 것이다.
여기에서, 도면부호 501 및 502는 상기 출력축(500)을 커버(20) 및 프레임(30)에 회전 가능하도록 지지하는 베어링이며, 상기 출력축(500)의 중간에 별도의 외기어(520)를 형성하여, 이 외기어(520)를 통해 차륜으로 출력이 전달될 수 있도록 하는 것도 가능하다.
그 결과, 본 발명은 모터(10) 회전축(12)의 정방향 또는 역방향 회전에 따라 서로 다른 변속비로 일방향 출력시키는 것이 가능해진다.
상술한 본 발명의 실시예에 있어서는 출력축(500)이 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)을 구성하는 다수의 기어와 직결되어 있기 때문에, 출력축(500)의 회전에 따라 연동하여 다수의 기어가 함께 회전하게 된다.
이에 따라, 예를 들어 본 발명의 모터용 변속기가 장착된 전기 자전거를 사용자가 직접 끌어서 후진시킬 경우, 상기 출력축(500)에는 상기 출력축(500)이 출력되는 전진을 위한 회전방향(도 5에 있어서 시계방향)에 대하여 역방향(도 5에 있어서 반시계방향) 회전력이 역입력 될 수 있다.
하지만, 본 발명의 모터용 변속기는 이러한 출력축(500)의 역방향 회전력이 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)을 구성하는 다수의 기어를 통해 역입력 되더라도, 상술한 2중 원웨이클러치(200)가 이러한 역방향 회전 입력을 허용할 수 있기 때문에 역입력에 의한 기기의 손상 등을 미연에 방지할 수 있다는 큰 이점을 가지는 것이다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 모터용 변속기에 있어서, 구동축(100)의 정방향 또는 역방향 회전 시, 캐리어(210)가 만약 함께 회전한다면 정방향 구속체(211) 및 역방향 구속체(212)가 구동축(100)의 원웨이클러치 경사면(110)과 정방향 출력링(220) 또는 역방향 출력링(230) 사이에 구속되지 못할 우려가 있으며, 이러한 경우 회전력을 적절하게 출력시키지 못할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는 이러한 현상을 방지하기 위하여, 도 8 및 도 9와 같이 상기 2중 원웨이클러치(200)의 캐리어(210)는 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)의 사이로 플랜지 형상의 연장부(213)가 형성되며, 상기 연장부(213)에는 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)을 향하여 볼(214)을 탄성 지지하는 탄성체(215)가 수용되고, 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)에는 상기 볼(214)에 대응하여 홈(222)(232)이 일주하여 형성되는 것이 바람직하다.
도면에는 캐리어(210)의 연장부(213) 앞뒤에 총 12개의 홀(216)이 형성된 것을 예시하였으며, 정방향 출력이 이루어지는 측에 6개와 역방향 출력이 이루어지는 측에 6개가 60도의 위상각 차이를 두고 등간격으로 형성되어 있다.
그리고, 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)에는 상기 볼(214)의 크기에 대응하는 크기로 홈(222)(232)이 일주하여 형성되어 있는 것이다.
특히, 상기 캐리어(210)의 연장부(213)에 마련된 다수의 볼(214)이 상기 정방향 출력링(220) 및 상기 역방향 출력링(230)의 홈(222)(232) 내에서 안내되기 때문에, 상기 캐리어(210)가 더욱 안정적으로 회전할 수 있도록 돕게 된다.
이에 따라, 상기 볼(214)은 각각의 홀(216) 내에서 탄성체(215)에 의하여 탄성 지지되어 정방향 출력링(220) 또는 역방향 출력링(230)과 접촉한 상태를 유지하게 되며, 그 결과, 상기 캐리어(210)가 구동축(100)과 함께 회전하는 것을 제한하게 됨으로써, 캐리어(210)가 구동축(100)과 함께 회전함에 따라 발생할 수 있는 미끄러짐과 같은 오동작을 미연에 방지하게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 다수의 기어열의 배치로 구성되는 상기 저속 및 고속 전달수단(300)(400)은 도 11에 예시한 바와 같이 상기 2중 원웨이클러치(200)를 중심으로 서로 대향하는 방향으로 배치된 경사진 헬리컬 기어로 이루어져 회전력 전달에 따라 회전하면서 대칭되는 힘을 받는 것이 가장 바람직할 것이다.
이는 정방향 출력 시 헬리컬 기어에서 발생하는 편심과 역방향 출력시 헬리컬 기어에서 발생하는 편심을 상쇄시키는 것으로, 장기간 사용하더라도 축에 작용하는 횡방향 힘이 누적되어 기기의 손상을 발생시키는 것을 미연에 예방할 수 있는 것이다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 모터용 변속기는 모터(10) 회전축(12)의 정방향 회전 시, 2중 원웨이클러치(200)에서는 구동축(100)의 원웨이클러치 경사면(110)과 정방향 출력링(220) 사이에 정방향 구속체(211)가 구속된다.
이때, 역방향 구속체(212)는 캐리어(210)에 의해 유지되는 위상각 차이에 의해 구속되지 않는 것이다.
이에 따라, 상기 정방향 출력링(220)에 형성된 기어(221)로부터 다수의 기어열로 이루어진 고속 회전력 전달수단(400)을 거치면서 잇수비에 의해 변속이 수행된 후, 출력축(500)이 고속 회전하는 것이다.
그리고, 모터(10) 회전축(12)의 역방향 회전 시, 2중 원웨이클러치(200)에서는 구동축(100)의 원웨이클러치 경사면(110)과 역방향 출력링(230) 사이에 역방향 구속체(212)가 구속된다.
이때, 정방향 구속체(211)는 캐리어(210)에 의해 유지되는 위상각 차이에 의해 구속되지 않는 것이다.
이에 따라, 상기 역방향 출력링(230)에 형성된 기어(231)로부터 다수의 기어열로 이루어진 저속 회전력 전달수단(300)을 거치면서 잇수비에 의해 변속이 수행된 후, 출력축(500)이 저속 회전하는 것이다.
그리고, 상기 2중 원웨이클러치(200)에 있어서 연장부(213)에 추가로 마련된 볼(214)이 정방향 출력링(220) 및 역방향 출력링(230)에 각각 탄력적으로 접촉함으로써, 캐리어(210)가 구동축(100)과 함께 회전하는 것을 방지하여 변속기의 오동작을 예방할 수 있게 된다.
특히, 저속 및 고속 회전력 전달수단(300)(400)을 구성하는 다수의 기어를 서로 대칭되도록 배치되는 헬리컬 기어로 구현함으로써, 장기간 사용 시 편심 하중에 의한 기기의 손상 또한 방지할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 모터용 변속기는 모터(10) 회전축(12)의 정역 회전방향에 따라 서로 다른 변속비로 회전력을 일방향으로만 출력시키는 변속기를 제공하는 한편 역입력이 가능하도록 하고, 2중 원웨이클러치(200) 내에서 미끄러짐 없이 정확한 회전력 전달이 이루어지도록 한다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.
추가적으로는 그 내부에 마련된 다수의 기어열을 대칭적으로 배치된 헬리컬 기어로 적용하여 장기간 사용 시에도 편심 하중에 의한 기기 손상을 막아 내구성 또한 증대시킨다는 이점을 가진다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.
10 : 모터 11 : 체결수단
12 : 회전축 20 : 커버
21 : 체결수단 30 : 프레임
100 : 구동축 101, 102 : 베어링
110 : 원웨이클러치 경사면 200 : 2중 원웨이클러치
201, 202 : 스냅링 210 : 캐리어
211 : 정방향 구속체 211a : 수용홈
212 : 역방향 구속체 212a : 수용홈
213 : 연장부 214 : 볼
215 : 탄성체 216 : 홀
220 : 정방향 출력링 221 : 기어
222 : 홈 230 : 역방향 출력링
231 : 기어 232 : 홈
300 : 저속 회전력 전달수단 301, 302 : 베어링
310 : 제1샤프트 320 : 제1대기어
330 : 제1소기어 400 : 고속 회전력 전달수단
401, 402 : 베어링 410 : 제2샤프트
420 : 제2대기어 430 : 제2소기어
500 : 출력축 501, 502 : 베어링
510 : 기어 520 : 외기어

Claims (3)

  1. 모터의 회전축으로부터 회전력을 전달받아 출력축으로 변속 출력시키되, 상기 모터 회전축의 정방향 또는 역방향 회전에 따라 서로 다른 변속비로 일방향 출력시키는 변속기에 있어서;
    일부 구간 외주에 원웨이클러치 경사면이 1개 또는 다수 개 형성된 구동축과;
    양면에 소정 위상각 차이를 두고 방사상 등간격으로 정방향 구속체 및 역방향 구속체를 수용하는 캐리어와, 상기 정방향 구속체 및 상기 역방향 구속체의 외측에 위치하여 상기 구동축의 회전방향에 따라 선택적으로 회전하는 정방향 출력링 및 역방향 출력링을 포함하는 2중 원웨이클러치와;
    서로 맞물려 회전하는 다수의 기어를 포함하여, 상기 2중 원웨이클러치의 정방향 출력링 및 역방향 출력링으로부터 독립적으로 회전력을 전달받아 서로 다른 경로의 변속비로 상기 출력축을 회전시키는 저속 및 고속 회전력 전달수단으로 구성되어;
    상기 출력축이 출력되는 회전방향에 대하여 역방향 입력을 상기 2중 원웨이클러치가 허용 가능한 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2중 원웨이클러치의 캐리어는 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링의 사이로 플랜지 형상의 연장부가 형성되며, 상기 연장부에는 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링을 향하여 볼을 탄성 지지하는 탄성체가 수용되고, 상기 정방향 출력링 및 상기 역방향 출력링에는 상기 볼에 대응하여 홈이 일주하여 형성된 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저속 및 고속 전달수단은 상기 2중 원웨이클러치를 중심으로 서로 대향하는 방향으로 배치된 경사진 헬리컬 기어로 이루어져 회전력 전달에 따라 회전하면서 대칭되는 힘을 받는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
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