KR20220106180A - 스프랙 프리휠 유닛 및 이를 구비한 전기 자전거용 구동 장치 - Google Patents

스프랙 프리휠 유닛 및 이를 구비한 전기 자전거용 구동 장치 Download PDF

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KR20220106180A
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만프레드 엘바허
안드레아스 라드케
크리스프리드 웨이겔
울리히 노악
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지엠엔 파울 뮐러 인더스트리 게엠베하 & 코. 카게
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Abstract

본 발명은 스프랙 프리휠 유닛(3) 및 이를 구비한 전기 자전거(1)의 모터 보조 구동을 위한 구동 장치(A)에 관한 것이다. 스프랙 프리휠 유닛은 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 상호 결합하는 내부 샤프트와 외부 샤프트 사이의 동력을 서로 반대되는 두 개의 회전 방향 중 한쪽으로만 전달 가능한 다수의 스프랙(5), 스프랙 프리휠 유닛(3)의 다수의 스프랙(5)을 원주 방향(U)으로 서로에 대해 소정의 간격으로 수용 유지하는 수용체(35), 및 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 내부 샤프트와 외부 샤프트가 서로 결합시 내부 샤프트와 외부 샤프트가 상호 대향 회전 가능하도록 구성하는 다수의 회전체(6)를 포함하고, 이때 다수의 스프랙(5) 및 회전체(6) 중 적어도 일부는 단일 수용체(35) 내에 함께 수용 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

스프랙 프리휠 유닛 및 이를 구비한 전기 자전거용 구동 장치
본 발명은 다수의 스프랙(sprag), 수용체(cage) 및 다수의 회전체(rolling body)를 포함하는 스프랙 프리휠 유닛(sprag freewheel unit)에 관한 것으로, 여기서 다수의 스프랙은 원주 방향으로 서로에 대해 소정의 간격을 갖도록 배치되며, 다수의 회전체에 의해 스프랙 프리휠 유닛을 통해 서로 결합하는 두 개의 샤프트를 회전 가능하게 제공하도록 구성된다.
스프랙 프리휠 유닛은 이미 널리 공지되어 있는 제품이다. 이러한 종래 기술의 유닛에서는 다수의 스프랙에 의해, 스프랙 프리휠 유닛을 통해 상호 결합하는 내부 및 외부 구성 부재들 사이, 특히 내부 또는 외부 샤프트들 사이에서 서로 반대되는 2개의 회전 방향 중 한쪽으로만 힘(동력)을 전달하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 한쪽 회전 방향으로 회전시 힘(동력)의 전달이 수행되며, 스프랙 프리휠 유닛을 통해 구성 부재들의 상호 대향 방향 회전이 가능하도록 구성된다. 이 경우, 스프랙들은 스프랙 프리휠 유닛의 수용체에서 스프랙 프리휠 유닛에 의해 정의되는 회전축을 중심으로 한쪽 원주 방향으로 서로에 대해 소정의 간격을 갖도록 배치되는 한편, 원주 방향에 수직으로 연장되는 틸팅 축을 중심으로 틸팅 가능하도록 구성되며, 이에 의해 토크를 스프랙들을 거쳐 회전 방향에 따라 비돌출식 체결 형태로 전달하거나 또는 전달 해제시키도록 구성된다.
또한, 스프랙 프리휠 유닛의 다수의 스프랙과 더불어 다수의 회전체를 제공함으로써 비교적 큰 토크로 정밀한 회전을 시키는 방법도 공지되어 있으며, 이러한 회전체들에 의해 서로 결합하는 구성 부재들의 상호 대향 회전이 가능하도록 구성된다. 예컨대, 회전체들은 스프랙 프리휠 유닛의 내부 링과 스프랙 프리휠 유닛의 외부 링 사이에서 서로 결합하는 구성 부재들의 앞쪽에 배치되거나 또는 구성 부재들에 바로 배치된다. 예컨대, 내부 링은 내부 샤프트에 연결되는 반면 외부 링은 외부 샤프트에 연결될 수 있다. 회전체들을 스프랙 프리휠 유닛에 통합하는 경우, 일반적으로 별도의 수용체를 제공함으로써 회전 가능한 회전체들을 서로에 대해 소정의 간격으로 수용 유지하도록 구성된다. 대안적으로, 회전체들이 특히 세장형 형태로 되어 있는 경우, 수용체는 회전체들을 위한 리세스(recess)를 갖도록 구성된다.
전기 자전거에서 스프랙 프리휠 동작(sprag freewheel action)을 사용하는 경우, 내부 샤프트/외부 샤프트와 같이 서로 결합하는 두 개의 구성 부재들 사이에 제공되어야 할 허용오차 및 협소한 구조적 공간 조건과 관련하여, 개선된 스프랙 프리휠 장치에 대한 수요가 지속적으로 있어 왔다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술에서 언급된 문제점들을 개선할 수 있는 스프랙 프리휠 유닛 및 이를 구비한 전기 자전거용 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 제공되는 스프랙 프리휠 유닛은, 스프랙 프리휠 유닛의 다수의 회전체 중 적어도 일부와 더불어 스프랙 프리휠 유닛의 스프랙이 하나의 수용체 내에 함께 수용 유지되는 것을 특징으로 한다.
결과적으로 본 발명은 스프랙들 및 추가의 회전체들 모두를 위한 공용 수용체를 제공한다는 기본 개념을 기반으로 한다. 따라서, 하나의 공용 수용체에는 스프랙용 수용 부재 및 회전체용 수용 부재와 같이 상이한 유형의 수용체 수용 부재들이 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 스프랙 프리휠 유닛은 스프랙에 추가하여 내부 샤프트와 외부 샤프트를 상호 회전 가능하게 제공하기에 적합한 다수의 회전체를 포함함으로써, 내부 및 외부 샤프트를 스프랙 프리휠 유닛을 통해 상호 결합하도록 구성된다. 이 경우 추가의 회전체들은 스프랙용 수용체 내에 회전 가능하게 수용 유지된다.
이와 같이 스프랙들과 회전체들을 공용 수용체 내에 통합 수용함으로써, 스프랙 프리휠 유닛의 크기를 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 실제로는 더 큰 허용 오차 범위의 허용이 가능하고, 허용 오차와 관련한 추가의 안전장치도 더는 제공할 필요가 없기 때문에 스프랙 유닛에 대한 비용도 대폭 감소시킬 수 있으며 조립 공정도 역시 단순화시킬 수 있다. 또한, 제안된 스프랙 프리휠 유닛의 결과로, 최대 토크에 대한 견고성을 증가시키는 한편, 프리휠 동작 시의 드래그 토크(drag torque)도 감소시킬 수 있음을 발견하였다.
본 발명에 따른 스프랙 프리휠 유닛은 내부 샤프트와 외부 샤프트의 결합을 위한 내부 링 및/또는 외부 링을 구비하며, 이때 스프랙과 회전체들은 외부 또는 내부에서 이들과 각각 접하도록 구성된다. 그러나 이러한 구성이 반드시 필요한 것은 아니다. 즉, 스프랙 프리휠 유닛은 내부 링 및/또는 외부 링의 제공 없이 샤프트와 스프랙 및/또는 회전체들의 직접 접촉이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 일 실시예의 스프랙 프리휠 유닛은 전기 자전거(즉, 이바이크[eBike] 또는 페달렉[Pedelec])의 모터 구동 장치에 사용하도록 구성 및 제공될 수 있다. 예컨대, 모터 구동에 의해 제1 외부 또는 내부 샤프트가 제1 회전 방향으로 회전하는 경우, 스프랙 프리휠 유닛을 통해 다른 쪽 제2 내부 또는 외부 샤프트로 힘(동력)을 전달함으로써 다른 쪽 제2 샤프트를 구동하도록 구성된다. 이와 동시에, 다른쪽 제2 구동 샤프트도 또한 스프랙 프리휠 유닛을 통해 제1 회전 방향으로 회전함으로써, 제1 구동 샤프트를 추월하도록 구성된다. 또한, 제2 구동 샤프트는 제1 구동 샤프트의 회전 없이도 스프랙 프리휠 유닛을 통해 회전될 수 있다. 이러한 방식으로 스프랙 프리휠 유닛에 의해(특히 전기 자전거에서), 모터 구동 장치의 적어도 하나의 구동 모터를 출력 샤프트로부터 분리함으로써, 전기 자전거의 운전자에 의해 출력 샤프트에 인가되는 토크가 구동 모터로 전달되는 것을 차단하는 한편, 구동 모터 방향으로 유입되는 힘(동력)을 스프랙 프리휠 유닛에 의해 차단하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 스프랙 프리휠 유닛을 통해 전기 자전거의 모터 구동 장치를 근력으로 작동되는 전기 자전거의 페달 구동 장치로부터 분리할 수 있으므로, 모터 구동 장치가 비활성화될 때(즉, 모터 구동 지원 없이) 적어도 하나의 구동 모터 및/또는 모터 구동 장치의 기어 장치의 제공에 의해, 전기 자전거의 운전자로 하여금 어떠한 역작용 저항도 없이 근력에 의해 구동되는 방식으로 전기 자전거를 운전할 수 있도록 구성된다.
일 실시예에서, 스프랙 프리휠 유닛의 다수의 회전체는 원주 방향으로 연장되는 제1 베어링 열에 배치되며, 이러한 제1 베어링 열은 다수의 스프랙을 갖는 스프랙 프리휠 유닛의 제2 베어링 열에 평행하게 연장되도록 구성된다(하나의 동일한 수용체에 수용 유지됨). 따라서, 제1 및 제2 베어링 열은 스프랙 프리휠 유닛에 의해 정의되는 회전축에 대해 축 방향으로 상호 오프셋(offset) 되는 형태로 배치된다.
일 실시예에서, 다수의 회전체는 스프랙 프리휠 유닛의 원주 방향으로 연장되는 베어링 열에서 다수의 스프랙과 함께 배치된다. 이에 따라, 다수의 회전체 및 다수의 스프랙은 이러한 베어링 열에서 원주 방향으로 앞뒤로 나란히 배치된다. 이러한 실시예의 스프랙 프리휠 유닛에는 회전체와 스프랙이 함께 배치된 혼합 베어링 열 외에도 추가의 베어링 열이 제공될 수 있으며, 이러한 추가의 베어링 열은 회전체와 스프랙의 혼합물을 포함할 수도 있고, 회전체만 포함하거나 또는 스프랙만 포함하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 회전체 및 다수의 스프랙을 갖는 베어링 열에서 적어도 2개의 스프랙이 원주 방향으로 앞뒤로 나란히 배치된 다음, 적어도 2개의 스프랙 중 하나에 뒤이어 적어도 하나의 회전체가 원주 방향으로 나란히 배치되도록 구성된다. 따라서, 베어링 열에는 일반적으로 회전체보다 더 많은 수의 스프랙이 제공되며, 이에 의해 동력 전달을 위한 더 큰 토크가 스프랙을 통해 전달되도록 구성된다.
일 실시예에서, 스프랙 프리휠 유닛은 각각 다수의 스프랙을 갖는 한편 스프랙 프리휠 유닛에 의해 정의되는 회전축을 따라 측면 방향으로 나란히 배치되는 적어도 2개의 베어링 열을 포함한다. 또한, 스프랙 프리휠 유닛은 회전축을 따라 서로 측면 방향으로 나란히 배치되는 3개의 베어링 열을 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 2개의 베어링 열은 각각 다수의 스프랙을 보유하는 반면(스프랙만 보유하거나 또는 스프랙과 다수의 회전체의 혼합물을 보유할 수도 있음), 1개의 베어링 열은 다수의 회전체만 보유하도록 구성된다. 이러한 3열 구성식 스프랙 프리휠 유닛에는 최종적으로 회전체들만을 갖는 적어도 하나의 베어링 열이 제공되는데, 이때 이러한 회전체들은 다른 스프랙 베어링 열 중 하나 또는 모두와 동일한 하나의 수용체에서 회전 가능하게 수용 유지되도록 구성된다.
일 실시예의 3열 구성식 스프랙 프리휠 유닛에서, 수용체는 다수의 스프랙을 갖는 베어링 열 중 하나와 다수의 회전체만을 갖는 베어링 열과의 사이에서 회전축에 대해 반경 방향 외측으로 연장되는 웹을 제공한다. 이와 같이 반경 방향으로 외측으로 연장되는 웹에 의해, 각각의 베어링 열들이 스프랙 프리휠 유닛에서 기능적으로뿐만 아니라 구조적으로 상호 분리되도록 구성된다.
각각 스프랙들을 갖는 2개의 베어링 열에서, 원칙적으로 연결되지 않은 스프랙들이 베어링 열들의 위쪽으로 제공될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 2개의 인접한 베어링 열의 스프랙들을 서로 연결하는 한편, 특히 서로 일체로 구성함으로써 단일식 스프랙 열을 형성한다. 예컨대, 스프랙 열의 스프랙들은 반경 방향 내측 면에 공용 베이스를 갖는 한편, 회전축을 중심으로 연장되는 슬롯(slot)에 의해 반경 방향 외 측면에서 국부적으로 상호 분리되도록 구성된다. 원주 방향 위쪽으로 연장되는 슬롯에 의해, 결과적으로 2개의 베어링 열을 갖는 스프랙 열이 형성되며, 이와 같이 원주 방향으로 서로 앞뒤로 나란히 배치된 스프랙으로 구성된 열의 제공으로 공용 베이스를 통해 내부 샤프트에 각각 힘(동력)을 전달하도록 구성된다.
따라서 본 발명에 따라 제공되는 특정 실시예의 스프랙 프리휠 유닛은 수용체 내에, 회전체만 포함하는 열(회전체 열)과 더불어, 원주 방향으로 앞뒤로 나란히 배치되는 적어도 하나의 스프랙 열, 예컨대 슬롯형 또는 비슬롯형 스프랙들(스프랙 열)이 추가로 제공된다. 또한, 스프랙 열의 원주 방향으로 앞뒤로 나란히 배치된 스프랙들 사이의 갭에서 축 방향으로 앞뒤로 나란히 배치된 2개의 회전체가 제공됨으로써, 수용체 내에 회전체들 및 스프랙들을 각각 갖는 2개의 베어링 열을 형성하도록 구성된다.
추가의 기능적 통합을 위해, 일 실시예에서 수용체에는 하나 이상의 밀봉부가 제공된다. 이러한 밀봉부는 예컨대 수용체 상에 사출 성형의 형태로 제공된다.
예컨대, 밀봉부는 스프랙 프리휠 유닛에 의해 정의된 회전축에 대해 수용체의 축 방향 전방 측부에 제공된다. 수용체의 전방 측부에 통합 제공되는 한편 수용체 상에 사출 성형되는 밀봉부에 의해, 예컨대 스프랙 프리휠 유닛의 장착시 전기 자전거용 구동 장치를 외부 환경과 대하여 밀봉 가능하도록 구성된다.
예컨대, 수용체에 제공되는 한편 수용체 상에 사출 성형되는 밀봉부에는 적어도 하나의 밀봉 립(seal lip)이 제공된다.
일 실시예에서, 회전체들의 적어도 일부는 실린더 롤러(cylinder roller)의 형태로 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 제안된 적어도 하나의 스프랙 프리휠 유닛을 갖는 전기 자전거용 구동 장치에 관한 것이다. 따라서 이러한 구동 장치는 예컨대 전기 자전거의 모터 구동을 위해 설정 및 제공되는 한편, 적어도 하나의 스프랙 프리휠 유닛을 구비함으로써 스프랙 프리휠 동작을 제공하도록 구성된다.
일 실시예에서, 구동 장치는 적어도 하나의 구동 모터 및 기어 장치를 포함함으로써 적어도 하나의 구동 모터에 의해 생성된 구동 토크를 (기어 장치를 통해) 출력 샤프트로 전달하도록 구성된다. 출력 샤프트는 예컨대 전기 자전거용 하부 브래킷 샤프트(bottom bracket shaft)일 수 있다. 그런 다음 적어도 하나의 구동 모터와 기어 장치 및/또는 기어 장치와 출력 샤프트를 스프랙 프리휠 유닛을 통해 상호 분리할 수 있다. 이러한 방식으로 구동 모터 방향의 동력 흐름을 스프랙 프리휠 유닛을 통해 차단함으로써, 근력에 의한 전기 자전거 구동시 모터 구동 장치 및 특히 적어도 하나의 구동 모터의 드래그 현상(drag)을 방지하도록 구성된다.
본 발명은 상기 제안된 적어도 하나의 스프랙 프리휠 유닛 및/또는 구동 장치를 구비한 전기 자전거를 더 포함한다.
본 발명에 따라 상기 종래 기술에서 언급된 문제점들을 개선할 수 있는 스프랙 프리휠 유닛 및 이를 구비한 전기 자전거용 구동 장치가 제공된다.
첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시적으로 도시한다.
도 1은 3개의 베어링 열을 갖는 제1 실시예의 스프랙 프리휠 유닛에 대한 사시도를 도시하며, 여기서 스프랙들 및 회전체들은 스프랙 프리휠 유닛의 단일 공용 수용체 내에 수용 유지된다.
도 2는 2개의 혼합 베어링 열을 갖는 제2 실시예의 스프랙 프리휠 유닛에 대한 사시도를 도시하며, 이러한 혼합 베어링 열은 축 방향으로 상호 나란히 배치되는 한편 공용 수용체 내에서 각각 스프랙들과 회전체들을 보유하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 사용되는 전기 자전거의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 스프랙 프리휠 유닛(3)의 제1 실시예의 사시도를 도시한다. 도 1의 스프랙 프리휠 유닛(3)은 3개의 열을 가지며, 즉 3개의 베어링 열(3a, 3b, 3c)로 구성된다. 이들 3개의 베어링 열(3a, 3b, 3c)은 스프랙 프리휠 유닛(3)에 의해 정의되는 회전축(D) 및 이에 대해 평행하게 연장되는 축 방향(X)을 따라 측면 방향으로 서로 나란히 배치된다.
축 방향(X)에서 볼 때 제1축 전방 측부(30)로부터 앞뒤로 나란히 배치된 2개의 제1 베어링 열(3a, 3b)은 각각 스프랙들(5)만을 갖도록 구성된다. 이러한 스프랙들(5)은 회전축(D)을 중심으로 원주 방향(U)을 따라 서로에 대해 소정의 간격으로 상호 나란히 배치되는 한편, 상호 지지 됨으로써, 회전축(D)과 평행한 틸팅축을 중심으로 틸팅 가능하도록 구성된다. 이와 같이 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 서로 결합된 내부 샤프트와 외부 샤프트의 회전 방향과 더불어 이에 따른 틸팅 위치에 따라, 스프랙들(5)은 내부 샤프트와 외부 샤프트 사이에 토크를 전달하거나 내부 샤프트와 외부 샤프트의 상호 대향 회전을 허용하도록 구성된다. 내부 샤프트로의 연결을 위해, 스프랙 프리휠 유닛(3)은 중앙 베어링 개구(O)를 갖는데, 이에 의해 내부 샤프트를 결합하는 한편 특히 가압을 가능하게 하도록 구성된다. 외부 샤프트는, 예컨대 스프랙 프리휠 유닛(3)을 외부 샤프트의 중공 단부에 삽입함으로써 또는 그 반대로 하거나, 적어도 일 단부가 중공인 (중공) 샤프트를 스프랙 프리휠 유닛(3)에 결합 및 특히 가압시킴으로써, 스프랙 프리휠 유닛(3)에 대해 방사상 외부 방향으로 차례로 연결하도록 구성된다.
도 1의 스프랙 프리휠 유닛(3)을 참조하면, 스프랙들(5)로 구성된 2개의 베어링 열(3a, 3b)에 더하여 실린더 롤러(6) 형태의 회전체들만으로 구성된 제3 베어링 열(3c)이 추가로 제공된다. 내부 및 외부 샤프트가 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 상호 결합하는 경우, 내부 및 외부 샤프트는 실린더 롤러들(6)을 통해 (추가로) 상호 대향 회전 가능하도록 구성된다. 이 경우 실린더 롤러들(6)은, 다른 2개의 베어링 열(3a, 3b)의 스프랙(5)용 수용 부재(355)도 형성하고 있는 하나의 동일한 수용체(35)에 의해 형성된 수용 부재(356)에서 원주 방향(U)으로 서로에 대해 소정의 간격으로 수용 유지된다. 따라서, 도 1의 스프랙 프리휠 유닛(3)의 수용체(35)는 스프랙(5) 및 실린더 롤러(6)용 수용 부재(355, 356)를 통합 제공한다.
스프랙들(5)을 갖는 인접 베어링 열(3b)로부터 베어링 열(3c)의 실린더 롤러들(6)을 공간적으로 분리하기 위해, 수용체(35)는 환형으로 연장되는 반경 방향 외측 돌출 웹(350)을 형성 제공한다.
원칙적으로, 2개의 제1 베어링 열(3a, 3b)의 스프랙들(5)은 서로 완전히 별개로 구성될 수 있다. 이와 대조적으로 도시된 도 1의 변형 실시예에서는, 2개의 인접한 제1 베어링 열(3a, 3b)의 스프랙들(5)이 서로 일체로 제공될 수 있다. 따라서, 도 1의 스프랙 프리휠 유닛(3)은 구조적 측면에서 볼 때 단일 회전체 열(3c) 및 그에 축 방향으로 인접 배치된 단일 스프랙 열(3a, 3b)을 갖도록 구성된다.
따라서, 스프랙들(5)은 반경 방향 내측 면에 공용 베이스(50)를 갖는 한편, 회전축(D)을 중심으로 연장되는 슬롯에 의해 반경 방향 외측 면에서 국부적으로 서로 분리된다. 외부 샤프트와의 접촉을 위한 환형 스프링(7)이 이러한 슬롯에 배치되며, 이러한 슬롯은 2개의 베어링 열(3a, 3b) 사이에서 원주방향으로 연장된다. 원주방향 위쪽으로 연장되는 슬롯에 의해, 한 열의 스프랙(5)을 정확히 양분하는 한편, 원주 방향으로 양옆으로 나란히 배치된 2개의 베어링 열(3a, 3b)을 형성한다. 이러한 방식으로, 슬롯에 의해 정의되는 축 방향 간격이 스프랙들(5)의 반경 방향 외측 커버 면의 섹션들 사이에서 사전 결정되고, 이때 섹션들은 외부 샤프트에 인접하도록 구성된다. 이와 동시에, 양쪽 베어링 열(3a, 3b)의 스프랙들(5)은 공용 베이스(50)를 통해 내부 샤프트에 힘(동력)을 전달하도록 구성된다.
3개의 베어링 열(3a, 3b, 3c)은 수용체(35)의 2개의 축 방향 전방 측부들(30, 31) 사이에 위치한다. 이러한 전방 측부들(30, 31) 중 하나, 즉 도 1에서 왼쪽에 표시된 전방 측부(31)에는 밀봉 립(sealing lip)을 구비한 환형 밀봉부(4)가 사출 성형 형태로 제공된다. 이러한 방식으로, 스프랙 프리휠 유닛(3)의 결합시 축 방향 및/또는 반경 방향 밀봉이 가능하도록 구성된다.
도 2의 추가 실시예에서, 스프랙 프리휠 유닛(3)은 단일 스프랙 열 내에 혼합 베어링 열(3a, 3b)을 제공하며, 이때도 역시 베어링 열(3a, 3b) 사이에 환형 스프링(7)을 제공하도록 구성된다. 또한, 스프랙들(5) 및 실린더 롤러들(6)은 스프랙 프리휠 유닛(3)의 공용 수용체(35) 내에 수용 유지된다. 또한, 밀봉부(4)는 이러한 수용체(35)의 전방 측부(31)에서 사출 성형 형태로 제공된다.
도 1의 스프랙 프리휠 유닛과 달리, 도 2의 스프랙 프리휠 유닛(3)은 혼합 베어링 열(3a, 3b)로 구성된 2개의 열을 가지며, 여기서 스프랙들(5) 및 실린더 롤러들(6)은 모두 회전축(D)을 중심으로 원주 방향(U)으로 제공된다. 따라서 수용체(35)의 각 베어링 열(3a, 3b)에는 클램핑 롤러들(5) 외에 실린더 롤러(6)들도 각각 배치된다. 결과적으로, 수용체(35)는 각각의 베어링 열(3a, 3b)에 대해 스프랙(5)용 수용 부재(355)뿐만 아니라 실린더 롤러(6)용 수용 부재(356)도 형성한다. 도 2의 실시예에서, 각 베어링 열(3a, 3b)에는 정확히 하나의 실린더 롤러(6)마다 다수의 스프랙(5)(본 실시예의 경우 3개)이 반복적으로 뒤이어 배치되도록 구성된다.
도 1 및 도 2의 실시예 모두에서, 스프랙들(5)은 내부적으로는 2개의 베어링 열(3a, 3b)에 걸쳐있는 반면, 외부적으로는 환형 스프링(7)이 삽입되는 갭에 의해 분리되도록 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2의 스프랙 프리휠 유닛(3)은 예컨대 도 3에 따른 전기 자전거(1)의 전동 구동 장치(A)에 사용하도록 제공된다. 이러한 전동 구동 장치(A)에 의해, 구동측 전자 제어 유닛(SE) 및 예컨대 전기 자전거의 핸들 바에 배치된 조작 유닛(2)에 의해 제어되는 방식으로, 전기 자전거(1)를 전동 구동시키도록 구성된다. 이때, 전륜(11)과 후륜(12)은 전기 자전거(1)의 프레임(10)에 각각 회전 가능하게 제공되며, 여기서 후륜(12)은 전동 구동 장치(A)를 통해 예컨대 체인 또는 벨트(13)의 형태의 동력 전달 부재를 거쳐 구동될 수 있다.
구동 토크는 일반적으로 전동 구동 장치(A)의 기어 장치와 함께 전동 구동 장치(A)의 적어도 하나의 전기 모터를 통해 체인 또는 벨트(13)에 연결된 출력 샤프트 쪽으로 전달된다. 특히, 전기 자전거(1)의 하부 브래킷 샤프트(bottom bracket shaft)일 수 있는 출력 샤프트(output shaft)는 스프랙 프리휠 유닛(3)에서 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 전동 구동 장치(A)의 구동 샤프트에 연결되는 내부 또는 외부 샤프트를 형성하도록 구성된다. 이 경우, 스프랙 프리휠 유닛(3)은 비활성 시 전동 구동 장치(A)로 하여금 근력에 의한 구동에 의해 출력 샤프트에서 발생하는 토크에 대항하여 역작용하지 않도록 함과 동시에 모터에 의해 발생된 토크를 후륜(12)에 전달하도록 구성된다. 이 경우, 실린더 롤러들(6)을 공용 수용체(35)의 스프랙들(5) 옆에 축 방향으로 배치하거나(도 1의 실시예) 또는 스프랙들(5) 사이에 배치함으로써(도 2의 실시예), 대응되는 스프랙 프리휠의 동작과 더불어 컴팩트한 구성을 용이하게 하도록 구성된다.
1 전기 자전거
10 프레임
11 전륜
12 후륜
13 체인/벨트(동력 전달 부재)
2 조작 유닛
3 스프랙 프리휠 유닛
30, 31 전방 측면
35 수용체(cage)
350 웹(web)
355 스프랙용 수용 부재
356 회전체용 수용 부재
3a, 3b, 3c 베어링 열
4 밀봉부(seal)
5 스프랙
50 베이스
6 실린더 롤러(회전체)
7 환형 스프링
A 구동 장치
D 회전축
O 베어링 개구
SE 전자 제어 유닛
U 원주 방향
X 축 방향

Claims (17)

  1. 스프랙 프리휠 유닛(sprag freewheel unit)에 있어서, 상기 유닛은:
    - 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 상호 결합하는 내부 샤프트와 외부 샤프트 사이의 동력을 서로 반대되는 두 개의 회전 방향 중 한쪽으로만 전달 가능한 다수의 스프랙(5),
    - 스프랙 프리휠 유닛(3)의 다수의 스프랙(5)을 원주 방향(U)으로 서로에 대해 소정의 간격으로 수용 유지하는 수용체(35), 및
    - 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 내부 샤프트와 외부 샤프트가 서로 결합시 내부 샤프트와 외부 샤프트가 상호 대향 회전 가능하도록 구성되는 다수의 회전체(6)를 포함하고,
    이때 다수의 스프랙(5) 및 회전체(6) 중 적어도 일부는 단일 수용체(35) 내에 함께 수용 유지되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    다수의 회전체(6)는 스프랙 프리휠 유닛(3)의 제1 베어링 열(3c)에 배치되고, 이때 제1 베어링 열은 원주 방향(U)으로 연장되는 한편 다수의 스프랙(5)을 갖는 스프랙 프리휠 유닛(3)의 제2 베어링 열(3a, 3b)에 평행하게 연장 배치되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다수의 회전체(6)는 스프랙 프리휠 유닛(3)의 원주 방향(U)으로 연장되는 베어링 열(3a, 3b)에서 다수의 스프랙(5)과 함께 배치되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    다수의 회전체(6) 및 다수의 스프랙(5)을 갖는 베어링 열(3a, 3b)에서 적어도 2개의 스프랙(5)을 원주 방향(U)으로 앞뒤로 나란히 배치한 다음, 적어도 2개의 스프랙(5) 중 하나에 뒤이어 적어도 하나의 회전체(6)를 원주 방향(U)으로 나란히 배치하는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프랙 프리휠 유닛(3)은 각각 다수의 스프랙(5)을 갖는 한편 서로 평행하게 연장되는 적어도 2개의 베어링 열(3a, 3b)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프랙 프리휠 유닛(3)은 각각 다수의 스프랙(5)을 갖는 적어도 2개의 베어링 열(3a, 3b)을 포함하고, 이들 베어링 열은 내부 샤프트 및 외부 샤프트를 위해 스프랙 프리휠 유닛(3)에 의해 정의되는 회전축(D)을 따라 측면 방향으로 서로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프랙 프리휠 유닛(3)은 내부 샤프트 및 외부 샤프트를 위해 스프랙 프리휠 유닛(3)에 의해 정의되는 회전축(D)을 따라 측면 방향으로 서로 나란히 배치된 3개의 베어링 열(3a, 3b, 3c)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    3개의 베어링 열(3a, 3b, 3c) 중 2개의 베어링 열(3a, 3b)은 각각 다수의 스프랙(5)을 갖는 반면 1개의 베어링 열(3c)은 다수의 회전체(6)만을 갖는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    다수의 스프랙(5)을 갖는 베어링 열(3a, 3b) 중 하나와 다수의 회전체(6)만을 갖는 베어링 열(3c) 사이에서, 회전축(D)에 대해 반경 방향 외측으로 연장되는 웹(350)이 수용체(35) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    2개의 인접한 베어링 열(3a, 3b)의 스프랙들(5)은 상호 연결되는 한편 특히 서로 일체로 구성되며, 방사상 외부 측면에서 볼 때 회전축(D)을 중심으로 연장되는 슬롯에 의해 국부적으로 서로 분리되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  11. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프랙 프리휠 유닛(3)의 하나 이상의 베어링 열(3a, 3b)은 원주 방향(U)으로 앞뒤로 나란히 배치되는 스프랙(5)을 갖는 스프랙 열에 의해 형성되고, 이러한 베어링 열은 방사상 외부 측면에서 볼 때 각각 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  12. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 밀봉부(4)가 수용체 (35) 상에 특히, 사출 성형 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    밀봉부(4)는 스프랙 프리휠 유닛(3)에 의해 정의된 회전축(D)에 대해 수용체(35)의 축 방향 전방 측면(31)에 제공되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  14. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전체들 중 적어도 일부는 실린더 롤러(6)의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는
    스프랙 프리휠 유닛.
  15. 전술한 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 스프랙 프리휠 유닛(3)을 구비한 전기 자전거(1)용 구동 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    구동 장치(A)는 적어도 하나의 구동 모터 및 기어 장치를 포함함으로써 적어도 하나의 구동 모터에 의해 생성된 구동 토크를 출력 샤프트로 전달하고, 적어도 하나의 구동 모터와 기어 장치 및/또는 기어 장치와 출력 샤프트는 스프랙 프리휠 유닛(3)을 통해 서로 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는
    전기 자전거(1)용 구동 장치.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 스프랙 프리휠 유닛 및 제15항 또는 제16항에 따른 구동 장치(A)를 구비한 전기 자전거.
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