KR20230172335A

KR20230172335A - 휠 구조체, 그 휠 구조체의 제어 방법 및 그 휠 구조체를 포함하는 모빌리티

Info

Publication number: KR20230172335A
Application number: KR1020220073080A
Authority: KR
Inventors: 하지우; 김태유; 고훈건; 안재규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-12-22
Also published as: US20230406036A1

Abstract

둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠; 상기 휠이 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부; 상기 휠과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 상기 휠의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크; 상기 반경 방향(R)으로 상기 가변 스포크의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부; 및 상기 스포크 구동부의 동력을 상기 가변 스포크에 전달하는 동력 전달부; 를 포함하고, 상기 가변 스포크는 상기 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비되고, 상기 동력 전달부는, 상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축; 및 상기 가변 스포크와 상기 출력축을 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 가변 스포크에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치; 를 포함하는 휠 구조체가 개시된다.

Description

휠 구조체, 그 휠 구조체의 제어 방법 및 그 휠 구조체를 포함하는 모빌리티{WHEEL STRUCTURE AND MOBILITY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 휠 구조체, 그 휠 구조체의 제어 방법 및 그 휠 구조체를 포함하는 모빌리티에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 주행 중인 지면의 상태에 따라 능동적인 형상 변형이 가능한 구조를 갖는 휠 구조체, 그 휠 구조체의 제어 방법 및 그 휠 구조체를 포함하는 모빌리티에 관한 것이다.

휠체어 등과 같은 저속형 모빌리티의 경우 다양한 형태의 지면에서도 주행 성능이 확보될 것이 요구된다. 그러한 주행 성능을 확보하기 위해 모빌리티에 탑재되는 휠에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

예를 들어, 모빌리티가 주행 중인 지면이 불균일한 경우, 지면에 의해 휠에 가해지는 충격이 탑승자에게 가해지는 충격을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 휠이 모빌리티에 탑재될 필요가 있다.

전술한 성능을 확보하기 위해 종래 기술에 따르면, 휠에 구비되는 각 스포크의 길이가 지면의 상태에 따라 변하도록 구성되었다. 그러나, 종래 기술에 따르면, 각 스포크의 길이가 독립적으로 구동되므로 지면의 상태에 따른 스포크의 응답성이 떨어질 뿐만 아니라, 각 스포크의 길이를 독립적으로 제어하기 위한 구성들이 필요하므로 휠의 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주행 중인 지면의 상태에 따라 스포크의 길이가 변할 수 있도록 하면서도, 간소화된 구조로 각 스포크의 길이를 독립적으로 제어할 수 있는 새로운 형태의 휠 구조체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 외측 영역에 구비되고 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠; 상기 휠이 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부; 상기 휠과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 상기 휠의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크; 상기 반경 방향(R)으로 상기 가변 스포크의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부; 및 상기 스포크 구동부의 동력을 상기 가변 스포크에 전달하는 동력 전달부; 를 포함하고, 상기 가변 스포크는 상기 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비되고, 상기 동력 전달부는, 상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축; 및 상기 가변 스포크와 상기 출력축을 동력적으로 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 가변 스포크에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치; 를 포함하는 휠 구조체가 제공된다.

상기 출력축은 복수로 구비되고, 상기 클러치는 복수로 구비되되 상기 복수의 클러치는 각각 상기 가변 스포크와 상기 출력축을 연결하도록 구비될 수 있다.

상기 가변 스포크는, 일 측이 상기 클러치에 상대적으로 고정되는 제1 스포크 영역; 및 상기 제1 스포크 영역에 결합되고 상기 출력축으로부터 회전력을 제공받아 상기 반경 방향(R) 외측으로 이동 가능하게 구비되는 제2 스포크 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 출력축은, 일 측이 상기 클러치에 연결되고 상기 반경 방향(R)을 따라 연장되는 축 몸체; 및 상기 축 몸체가 고정 결합되고 외측에 톱니 영역이 형성되는 축 기어; 를 포함할 수 있다.

상기 동력 전달부는, 상기 축 기어에 형성되는 톱니 영역과 각각 맞물리는 톱니 영역이 형성되는 링 기어; 를 더 포함할 수 있다.

상기 동력 전달부는, 상기 스포크 구동부에 연결되고 상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 입력축; 을 더 포함하고, 상기 링 기어는, 상기 입력축의 외측 둘레에 고정 결합될 수 있다.

상기 휠은, 상기 복수의 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역; 및 상기 둘레 방향(C)으로 서로 인접한 상기 두 레그 영역 사이에 구비되는 복수의 지지 영역; 을 포함하고, 상기 레그 영역의 상기 둘레 방향(C) 양 끝부는 각각 인접한 상기 지지 영역과 맞닿도록 구비될 수 있다.

상기 휠은, 상기 중심축(A)으로부터 상기 반경 방향(R) 외측으로 연장되고 상기 중심축과 상기 지지 영역을 연결하는 연결 영역; 을 더 포함할 수 있다.

상기 휠은, 상기 복수의 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역; 을 포함하고, 임의의 상기 레그 영역의 상기 둘레 방향(C) 양 끝부는 다른 상기 레그 영역과 맞닿도록 구비될 수 있다.

상기 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 길이가 늘어나면 상기 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크에 힘을 가하는 복귀 부재; 를 더 포함할 수 있다.

상기 복귀 부재는 가스 스프링일 수 있다.

상기 복귀 부재는 상기 가변 스포크와 나란하게 구비되되 상기 휠 구조체의 폭 방향(W)으로 상기 가변 스포크로부터 이격되도록 구비될 수 있다.

상기 복귀 부재는 탄성을 갖는 밴드 부재인 휠 구조체.

상기 동력 전달부는, 상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크 및 상기 클러치를 포함하는 클러치-브레이크 유닛; 을 더 포함하고, 상기 출력축과 상기 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 출력축의 회전력을 상기 클러치-브레이크 유닛에 전달하는 전단 풀리 부재; 및 상기 가변 스포크와 상기 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 클러치-브레이크 유닛의 회전력을 상기 가변 스포크에 전달하는 후단 풀리 부재; 를 더 포함할 수 있다.

상기 동력 전달부는, 상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크 및 상기 클러치를 포함하는 더블 클러치-브레이크 유닛; 을 더 포함하고, 상기 출력축에 고정 결합되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재; 외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 상기 제1 기어 부재의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재; 상기 제2 기어 부재에 고정 결합되는 연결축; 상기 더블 클러치-브레이크 유닛과 상기 가변 스포크를 연결하고 상기 더블 클러치-브레이크 유닛의 회전력을 상기 가변 스포크에 전달하는 제1 후단 풀리 부재; 및 상기 연결축과 상기 더블 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 연결축의 회전력을 상기 더블 클러치-브레이크 유닛에 전달하는 제2 후단 풀리 부재; 를 더 포함하고, 상기 클러치는, 상기 출력축과 상기 제1 후단 풀리 부재를 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 제1 후단 풀리 부재에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제1 클러치; 및 상기 제2 후단 풀리 부재와 상기 제1 후단 풀리 부재를 연결하도록 구비되고 상기 제2 후단 풀리 부재의 회전력을 상기 제1 후단 풀리 부재에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제2 클러치; 를 포함할 수 있다.

상기 동력 전달부는, 상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크; 를 더 포함하고, 상기 출력축에 고정 결합되되 상기 브레이크와 상기 출력축 사이에 구비되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재; 외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 상기 제1 기어 부재의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재; 상기 제1 기어 부재에 연결되고 상기 제1 기어 부재의 회전력을 전달받는 전단 풀리 부재; 및 상기 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 후단 풀리 부재; 를 포함하고, 상기 클러치는, 상기 전단 풀리 부재가 연결되는 제1 클러치; 및 상기 제2 기어 부재가 연결되는 제2 클러치; 를 포함하고, 상기 후단 풀리 부재는, 상기 제1 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 제1 후단 풀리 부재; 및 상기 제2 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 제2 후단 풀리 부재; 를 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기 휠 구조체가 지면을 주행하는 과정에서 상기 가변 스포크의 길이를 제어하는 방법으로서, 상기 휠 구조체의 주행 방향을 기준으로 상기 휠 구조체의 전방 영역에 구비되는 상기 가변 스포크의 길이가 증대되는 전방 길이 증대 단계; 및 상기 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 상기 가변 스포크가 상기 휠 구조체의 후방 영역에서 길이가 축소되는 후방 길이 축소 단계; 를 포함하는 휠 구조체의 제어 방법이 제공된다.

상기 전방 길이 증대 단계와 상기 후방 길이 축소 단계 사이에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 증대된 상기 가변 스포크의 길이를 유지하는 길이 유지 단계; 를 더 포함할 수 있다.

상기 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 상기 가변 스포크의 길이가 상기 휠 구조체의 전방 영역에서 축소되는 전방 길이 축소 단계; 및 상기 전방 길이 축소 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 축소 단계에서 축소된 상기 가변 스포크의 길이가 상기 휠 구조체의 후방 영역에서 증대되는 후방 길이 증대 단계; 를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면, 휠 구조체 및 상기 휠 구조체가 결합되는 프레임을 포함하고, 상기 휠 구조체는, 외측에 구비되고 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠; 상기 휠이 중심축(A)에 대해 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부; 상기 휠과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 상기 휠의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크; 상기 반경 방향(R)으로 상기 가변 스포크의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부; 및 상기 스포크 구동부의 동력을 상기 가변 스포크에 전달하는 동력 전달부; 를 포함하고, 상기 가변 스포크는 상기 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비되고, 상기 동력 전달부는, 상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축; 및 상기 가변 스포크와 상기 출력축을 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 복수의 가변 스포크에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치; 를 포함하는 모빌리티가 제공된다.

본 발명에 따르면, 주행 중인 지면의 상태에 따라 스포크의 길이가 변할 수 있도록 하면서도, 간소화된 구조로 각 스포크의 길이를 독립적으로 제어할 수 있는 새로운 형태의 휠 구조체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 구조체를 제1 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 구조체를 제2 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휠 구조체를 제1 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휠 구조체를 제2 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제1 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제2 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제3 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제4 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제3 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 휠 구조체, 휠 구조체의 제어 방법 및 모빌리티를 설명한다.

휠 구조체 및 휠 구조체의 제어 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 구조체를 제1 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 구조체를 제2 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휠 구조체를 제1 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휠 구조체를 제2 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)는 휠 구조체(10)의 반경 방향(R) 외측 영역에 구비되고 휠 구조체(10)의 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠(100)을 포함할 수 있다. 휠(100)에서 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분은 휠 구조체(10)가 지면을 주행할 때 휠 구조체(10)을 지지하는 부분일 수 있다.

또한, 휠 구조체(10)는 휠(100)이 자전 운동을 하도록 동력을 제공하는 휠 구동부(200)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 휠 구동부(200)는 휠(100)이 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 동력을 제공할 수 있다. 따라서, 휠 구동부(200)는 휠 구조체(10)가 지면을 주행하는 데 필요한 동력을 제공하는 구성일 수 있다. 일 예로, 휠 구동부(200)는 전기 모터일 수 있으나, 휠 구동부(200)의 종류는 전기 모터에 제한되지 않는다. 도 1 에는 휠 구동부(200)가 휠(100)의 중심축(A)으로부터 편심되도록 구비되고, 휠 구동부(200)의 동력을 중심축(A)에 전달하는 풀리 부재(210)가 구비된 모습이 일 예로서 도시되어 있다.

휠 구조체(10)는 휠(100)과 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 휠(100)의 반경 방향(R)으로 길이가 변할 수 있도록 구비되는 가변 스포크(300)를 더 포함할 수 있다. 가변 스포크(300)는 휠(100)의 외측 영역 중 적어도 일부를 지지할 뿐만 아니라, 휠(100)의 외측 영역 중 적어도 일부를 휠 구조체(10)의 반경 방향(R)으로 이동할 수 있도록 함으로써 후술할 바와 같이 휠 구조체(10)가 다양한 형태의 지면을 주행할 수 있고 계단과 같은 단차가 형성된 영역도 원활하게 오르내릴 수 있도록 하기 위한 구성일 수 있다.

보다 상세하게, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가변 스포크(300)는 휠 구조체(10)의 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비될 수 있다. 일 예로, 도 1 내지 도 4에는 6개의 가변 스포크(300)가 둘레 방향(C)을 따라 등 간격으로 배치된 모습이 도시되어 있으나, 가변 스포크(300)의 개수는 도면에 도시된 내용에 제한되지 않는다.

계속해서 도 1 내지 도 4를 참고하면, 휠 구조체(10)는 반경 방향(R)으로 가변 스포크(300)의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부(400)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 스포크 구동부(400)를 통해 휠(100)의 외측 영역의 적어도 일부가 반경 방향(R)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 스포크 구동부(400)는 선형 액추에이터일 수 있다.

도 5는 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제1 예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제2 예를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제3 예를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 휠 구조체에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 제4 예를 도시한 도면이다.

도 5 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)는 스포크 구동부(400)의 동력을 복수의 가변 스포크(300)에 전달하는 동력 전달부(500)를 더 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 도 5를 참고하면, 동력 전달부(500)는 스포크 구동부(400)로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축(510) 및 가변 스포크(300)와 출력축(510)을 동력적으로 연결하도록 구비되고 출력축(510)의 회전력을 가변 스포크(300)에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치(520)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 스포크 구동부(400)의 작동에 의해 출력축(510)이 회전하더라도 클러치(520)가 출력축(510)의 회전력을 가변 스포크(300)에 선택적으로 전달하거나 차단할 수 있으므로, 가변 스포크(300)의 길이를 제어할 수 있다. 한편, 클러치(520)가 가변 스포크(300)와 출력축(510)을 동력적으로 연결한다는 것은 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달될 수 있도록 클러치(520)가 매개한다는 것을 의미하며, 반드시 클러치(520)가 출력축(510) 및 가변 스포크(300)와 직접적으로 결합되는 것만을 의미하는 것은 아니다.

보다 바람직하게, 출력축(510)은 복수로 구비될 수 있고, 클러치(520)는 복수로 구비되되 복수의 클러치(520)는 각각 가변 스포크(300)와 출력축(510)을 연결하도록 구비될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가변 스포크(300), 출력축(510) 및 클러치(520)는 일대일로 대응될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 휠 구조체(10)의 주행 과정에서 복수의 가변 스포크(300) 중 일부의 길이가 늘어날 필요가 있는 경우, 길이가 늘어날 필요가 있는 가변 스포크에 동력적으로 연결된 클러치(520)는 그 클러치에 동력적으로 연결되는 출력축(510)의 회전력을 길이가 늘어날 필요가 있는 가변 스포크에 전달함으로써 그 가변 스포크의 길이가 늘어날 수 있게 된다. 반면에, 나머지 가변 스포크(300)에 연결되는 클러치(520)는 각각의 클러치(520)에 연결되는 출력축(510)의 회전력을 가변 스포크에 전달하는 것을 차단하므로 나머지 가변 스포크(300)의 길이는 변하지 않게 된다.

한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가변 스포크(300)는 복수의 영역으로 구획될 수 있고, 클러치(520)를 통해 출력축(510)의 회전력을 전달받는 경우 복수의 영역은 서로에 대해 이동 가능하게 구비됨으로써 가변 스포크(300)의 길이가 조절될 수 있다.

예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가변 스포크(300)는 일 측이 클러치(520)에 대해 상대적으로 고정되는 제1 스포크 영역(310) 및 제1 스포크 영역(310)에 삽입 결합되고 출력축(510)으로부터 회전력을 제공받아 반경 방향(R) 외측으로 이동 가능하게 구비되는 제2 스포크 영역(320)을 포함할 수 있다. 즉, 가변 스포크(300)가 출력축(510)으로부터 회전력을 제공받으면 제1 스포크 영역(310)은 출력축(510) 및 클러치(520)에 대해 상대적으로 고정된 상태에서 제2 스포크 영역(320)이 반경 방향(R) 외측으로 이동함으로써 가변 스포크(300)의 길이가 늘어날 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4에는 가변 스포크(300)가 제1 스포크 영역(310) 및 제2 스포크 영역(320) 이외에도, 제2 스포크 영역(320)에 삽입 결합되고 출력축(510)으로부터 회전력을 제공받아 반경 방향(R) 외측으로 이동 가능하게 구비되는 제3 스포크 영역(330)을 더 포함하는 모습이 도시되어 있다. 가변 스포크(300)가 제3 스포크 영역(330)을 더 포함하는 경우에 제3 스포크 영역(330)의 반경 방향(R) 외측 끝부에 휠(100)의 외측 영역이 고정 결합될 수 있고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 가변 스포크(300)가 제3 스포크 영역을 포함하지 않는 경우에는 제2 스포크 영역(320)의 반경 방향(R) 외측 끝부에 휠(100)의 외측 영역이 고정 결합될 수 있다.

일 예로, 가변 스포크(300)는 텔레스코픽 볼 스크류(telescopic ball screw)를 포함할 수 있고, 제1 스포크 영역(310) 내지 제3 스포크 영역(330) 또는 제1 스포크 영역(310) 내지 제2 스포크 영역(320)은 각각 텔레스코픽 볼 스크류를 구성하고 서로에 대해 이동 가능하게 구비되는 복수의 스크류 부재들에 고정 결합될 수 있다. 따라서, 텔레스코픽 볼 스크류가 출력축(510)으로부터 회전력을 전달받는 경우 복수의 스크류 부재들이 회전하면서 반경 방향(R)을 따라 이동하게 되고, 그에 따라 제2 스포크 영역(320) 또는 제2 스포크 영역(320) 및 제3 스포크 영역(330)이 반경 방향(R) 외측으로 이동할 수 있게 된다. 텔레스코픽 볼 스크류의 구조 및 작동 방식에 대한 설명은 종래에 공지된 내용으로 갈음한다. 텔레스코픽 볼 스크류는 길이가 늘어나는 방향뿐만 아니라 길이가 줄어드는 방향으로도 원활한 구동이 가능한 구성이므로 후술할 바와 같이 길이가 늘어난 가변 스포크(300)를 원 상태로 복귀하는 데 필요한 힘을 최소화할 수 있다는 점에서 이점이 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 출력축(510)은 복수의 영역으로 구별될 수 있다. 보다 상세하게, 출력축(510)은 일 측이 클러치(520)에 연결되고 반경 방향(R)을 따라 연장되는 축 몸체(512) 및 축 몸체(512)가 고정 결합되고 외측에 톱니 영역이 형성되는 축 기어(514)를 포함할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 동력 전달부(500)는 스포크 구동부(400)에 연결되고 스포크 구동부(400)로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 입력축(540) 및 입력축(540)의 외측 둘레에 고정 결합되는 링 기어(530)를 포함할 수 있다. 이때, 링 기어(530)는 전술한 축 기어(514)에 형성되는 톱니 영역과 각각 맞물리는 톱니 영역이 형성될 수 있고, 입력축(540)에 고정 결합되므로 입력축(540)의 자전 운동에 연동되어 함께 회전 운동할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 스포크 구동부(400)로부터 입력축(540)이 동력을 전달받아 입력축(540)이 회전하게 되면 입력축(540)에 고정 결합되는 링 기어(530)도 회전하게 된다. 그에 따라, 톱니 영역에 의해 링 기어(530)에 맞물린 출력축(510)이 회전하게 된다. 보다 바람직하게, 출력축(510)은 입력축(540)을 중심으로 공전 운동은 하지 않고 제자리에서 자전 운동을 할 수 있다. 예를 들어, 출력축(510)의 축 몸체(512)가 연장되는 방향과 입력축(540)이 연장되는 방향은 서로 수직일 수 있다. 일 예로, 입력축(540), 출력축(510) 및 링 기어(530)는 하나의 입력축과 복수의 출력축이 서로 대응되는 다축 기어 박스를 구성할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따르면, 전술한 휠(100)의 외측 영역은 복수의 가변 스포크(300)의 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역(110) 및 둘레 방향(C)으로 서로 인접한 두 레그 영역(110) 사이에 구비되는 복수의 지지 영역(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 가변 스포크(300)가 6개가 구비되는 경우, 레그 영역(110) 및 지지 영역(120) 역시 각각 6개씩 구비될 수 있다.

본 발명의 일 예에 따르면, 레그 영역(110)은 가변 스포크(300)에 연결되므로 스포크 구동부(400)의 동력이 클러치(520)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달되는 경우 레그 영역(110)은 반경 방향(R) 외측으로 이동할 수 있다. 반면, 지지 영역(120)은 그와 무관하게 고정되어 있을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 예에 따르면, 지지 영역(120)과 휠(100)의 중심축(A) 간의 거리는 항상 일정할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 예에 따르면, 휠(100)은 중심축(A)으로부터 반경 방향(R) 외측으로 연장되고 중심축(A)과 지지 영역(120)을 연결하는 연결 영역(130)을 더 포함할 수 있다. 이를테면, 연결 영역(130)은 길이가 변하는 가변 스포크(300)와 달리 길이가 고정되어 있는 고정형 스포크로 이해될 수 있다.

계속해서, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 예에 따르면, 스포크 구동부(400)의 동력이 클러치(520)를 통해 가변 스포크(300)에 전달되지 않은 상태, 즉, 가변 스포크(300)의 길이가 늘어나지 않은 초기 상태에서 레그 영역(110)의 둘레 방향(C) 양 끝부는 각각 인접한 지지 영역(120)과 맞닿도록 구비될 수 있다. 이 경우, 휠 구조체(10)가 지면을 주행할 때 레그 영역(110)과 지지 영역(120)이 서로를 안정적으로 지지할 수 있으므로, 휠 구조체(10)의 안정적인 주행 성능이 확보될 수 있다.

반면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 예에 따르면, 휠(100)은 복수의 가변 스포크(300)의 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역(110)을 포함하되, 전술한 지지 영역(120) 및 연결 영역(130)은 구비되지 않을 수 있다. 이 경우, 본 발명의 다른 예에 따르면, 휠(100)에 구비되는 복수의 레그 영역(110) 중 임의의 레그 영역(110)의 둘레 방향(C) 양 끝부는 각각 인접한 다른 레그 영역(110)과 맞닿도록 구비될 수 있다. 이 경우, 휠 구조체(10)가 지면을 주행할 때 레그 영역(110) 간에 서로 안정적으로 지지할 수 있으므로, 휠 구조체(10)의 안정적인 주행 성능이 확보될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)는 스포크 구동부(400)로부터 동력을 전달받아 길이가 늘어난 가변 스포크(300)의 길이를 원 상태로 복귀하는 구성을 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 휠 구조체(10)는 가변 스포크(300)의 반경 방향(R) 길이가 늘어나면 가변 스포크(300)의 반경 방향(R) 길이가 줄어드는 방향으로 가변 스포크(300)에 힘을 가하는 복귀 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 복귀 부재(600)의 반경 방향(R) 내측 끝부는 중심축(A)에 고정 결합될 수 있고, 복귀 부재(600)의 반경 방향(R) 외측 끝부는 휠(100)의 외측 영역, 보다 상세하게는, 레그 영역(110)에 고정 결합될 수 있다.

예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복귀 부재(600)는 가스 스프링일 수 있다. 가스 스프링은 내부에 주입된 기체의 압력을 이용하여 일 방향으로 힘을 가하는 구성으로서, 가스 스프링의 길이 변화와 무관하게 거의 일정한 크기의 힘을 가할 수 있다는 특성이 있다. 특히, 전술한 바와 같이 가변 스포크(300)가 텔레스코픽 볼 스크류를 포함하는 경우, 길이가 늘어나는 방향뿐만 아니라 길이가 줄어드는 방향으로의 동작 효율이 큰 텔레스코픽 볼 스크류의 특성 상, 클러치(520)를 통해 가변 스포크(300)로 동력이 전달되는 것이 차단되면 그 즉시 복귀 부재(600), 예를 들어, 가스 스프링의 압력에 의해 텔레스코픽 볼 스크류는 길이가 줄어드는 방향으로 운동할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복귀 부재(600)는 가변 스포크(300)의 개수와 동일하게 구비될 수 있고, 복귀 부재(600)가 각각의 가변 스포크(300)에 힘을 가할 수 있도록 복귀 부재(600)는 가변 스포크(300)와 나란하게 구비될 수 있다. 이는, 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향과 나란한 방향으로 복귀 부재(600)가 힘을 가하기 위한 것일 수 있다. 또한, 복귀 부재(600)는 휠 구조체(10)의 폭 방향(W)으로 가변 스포크(300)로부터 이격되도록 구비될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 달리, 복귀 부재(600)는 탄성을 갖는 밴드 부재일 수도 있다. 가변 스포크(300)의 길이 변화량이 커질수록 밴드 부재의 탄성력이 커지므로 가변 스포크(300)에 작용하는 힘의 크기 역시 커진다는 점에서 밴드 부재는 가스 스프링과 차이가 있다. 일 예로, 밴드 부재는 고무 밴드일 수 있다.

복귀 부재(600)로서의 밴드 부재 역시 가변 스포크(300)와 나란하게 구비되되 휠 구조체(10)의 폭 방향(W)으로 가변 스포크(300)로부터 이격되도록 구비될 수도 있으나, 이와 달리 복귀 부재(600)로서의 밴드 부재는 반경 방향(R)을 따라 연장되되 가변 스포크(300)의 외측 둘레의 일부 또는 한 바퀴 이상을 감싸도록 구비될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)는 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향으로 가변 스포크(300)가 운동하는 것을 제동하는 브레이크(525, 도 8 참고)를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 가변 스포크(300)의 길이가 늘어난 상태에서, 스포크 구동부(400)로부터 가변 스포크(300)로 동력이 전달되는 것이 차단되면 복귀 부재(600)에 의해 가변 스포크(300)는 반경 방향(R) 내측으로 길이가 줄어들게 되는데, 브레이크(525)는 이러한 가변 스포크(300)의 수축 운동을 일시적으로 제한하는 구성일 수 있다. 이는, 후술할 바와 같이 휠 구조체(10)의 주행 과정에서 가변 스포크(300)의 길이 변화를 최적화함으로써 휠 구조체(10)의 주행 성능을 극대화시키기 위함일 수 있다.

전술한 클러치(520) 및 브레이크(525)는 각각 전자식 구성일 수 있다. 따라서, 클러치(520)를 통한 동력 전달 및 브레이크(525)를 통한 제동은 각각 전자식으로 제어될 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참고하여, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)에 적용될 수 있는 동력 전달 구조의 다양한 예를 설명한다.

전술한 바와 같이, 도 5에 도시된 바와 같이 동력 전달 구조의 제1 예에 따르면, 동력 전달부(500)는 출력축(510) 및 클러치(520)를 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 8의 경우에도 도 5를 참고하여 전술한 출력축(510) 클러치(520)에 대한 내용이 동일하게 적용된다. 다만, 출력축(510)의 회전력을 가변 스포크(300)에 전달하기 위한 세부적인 구성의 측면에서 후술할 내용은 도 5를 참고하여 전술한 본 발명의 제1 예에 따른 동력 전달 구조와 차이가 있다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제2 예에 따르면, 동력 전달부(500)는 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향으로 가변 스포크(300)가 운동하는 것을 제동하는 브레이크(525, 도 8 참고) 및 클러치(520, 도 5 참고)를 포함하는 클러치-브레이크 유닛(550)를 더 포함할 수 있다.

이때, 휠 구조체(10)는 출력축(510)의 축 몸체(512)와 클러치-브레이크 유닛(550)을 연결하고 출력축(510)의 회전력을 클러치-브레이크 유닛(550)에 전달하는 전단 풀리 부재(900) 및 가변 스포크(300)와 클러치-브레이크 유닛(550)을 연결하고 클러치-브레이크 유닛(550)의 회전력을 가변 스포크(300)에 전달하는 후단 풀리 부재(1000)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제2 예에 따르면, 가변 스포크(300)의 길이가 늘어날 필요가 있을 때는 출력축(510)의 회전력이 전단 풀리 부재(900), 클러치-브레이크 유닛(550) 내 클러치 및 후단 풀리 부재(1000)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달될 수 있다. 그러다가, 클러치가 가변 스포크(300)로 전달되는 동력을 차단하는 경우 복귀 부재(600)에 의해 가변 스포크(300)는 원래 길이로 복귀하게 된다. 이때, 클러치-브레이크 유닛(550) 내 브레이크가 작동하는 경우 가변 스포크(300)의 길이는 줄어들지 않고 유지될 수 있다. 브레이크를 이용한 가변 스포크(300)의 길이 제어는 본 발명에 따른 휠 구조체의 제어 방법에서 후술한다.

한편, 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제3 예에 따르면, 동력 전달부(500)는 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향으로 가변 스포크(300)가 운동하는 것을 제동하는 브레이크(525, 도 8 참고) 및 클러치(520, 도 5 참고)를 포함하는 더블 클러치-브레이크 유닛(560)을 포함할 수 있다. 후술할 바와 같이 더블 클러치-브레이크 유닛(560)은 복수의 클러치를 포함한다는 점에서 전술한 클러치-브레이크 유닛(550)과 차이가 있다.

이때, 휠 구조체(10)는 출력축(510)의 축 몸체(512)에 고정 결합되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재(810), 외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 제1 기어 부재(810)의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재(820), 제2 기어 부재(820)에 고정 결합되고 일 방향으로 연장되는 연결축(700), 더블 클러치-브레이크 유닛(560)과 가변 스포크(300)를 연결하고 더블 클러치-브레이크 유닛(560)의 회전력을 가변 스포크(300)에 전달하는 제1 후단 풀리 부재(1010) 및 연결축(700)과 더블 클러치-브레이크 유닛(560)을 연결하고 연결축(700)의 회전력을 더블 클러치-브레이크 유닛(560)에 전달하는 제2 후단 풀리 부재(1020)를 더 포함할 수 있다.

이때, 더블 클러치-브레이크 유닛(560) 내 클러치는 출력축(510)과 제1 후단 풀리 부재(1010)를 연결하도록 구비되고 출력축(510)의 회전력을 제1 후단 풀리 부재(1010)에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제1 클러치 및 제2 후단 풀리 부재(1020)와 제1 후단 풀리 부재(1010)를 연결하도록 구비되고 제2 후단 풀리 부재(1020)의 회전력을 제1 후단 풀리 부재(1010)에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제2 클러치를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 후단 풀리 부재(1010) 및 제2 후단 풀리 부재(1020)는 제2 클러치에 결합되는 축을 통해 서로 간접적으로 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제3 예에 따르면, 복수의 동력 전달 경로를 통해 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달될 수 있다.

예를 들어, 가변 스포크(300)의 길이를 늘릴 필요가 있는 경우에는 출력축(510)의 회전력은 제1 클러치 및 제1 후단 풀리 부재(1010)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달된다. 반면, 제2 클러치는 동력 전달을 차단한다.

그러다가, 가변 스포크(300)의 길이를 줄일 필요가 있는 경우에는 출력축(510)의 회전력이 제1 기어 부재(810), 제2 기어 부재(820), 연결축(700), 제2 후단 풀리 부재(1020), 제2 클러치 및 제1 후단 풀리 부재(1010)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달된다. 즉, 제1 기어 부재(810)와 제2 기어 부재(820)는 서로 맞물려 있으므로, 출력축(510)의 회전 방향과 제2 기어 부재(820)의 회전 방향은 서로 반대 방향이므로, 출력축(510)의 회전력이 제1 클러치를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달되는 경우 가변 스포크(300)의 운동 방향과 제2 클러치를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달되는 경우 가변 스포크(300)의 운동 방향은 서로 반대가 된다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이 동력 전달 구조의 제3 예에 따르면, 복귀 부재(600, 도 1 및 도 2 참고)를 통한 가변 스포크(300)의 길이 축소 속도가 충분하지 않은 경우 보다 능동적으로 가변 스포크(300)의 길이를 축소시킬 수 있다는 점에서 이점이 존재할 수 있다.

한편, 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제4 예에 따르면, 동력 전달부(500)는 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향으로 가변 스포크(300)가 운동하는 것을 제동하는 브레이크(525)를 더 포함할 수 있다.

또한, 휠 구조체(10)는 출력축(510)의 축 몸체(512)에 고정 결합되되 브레이크(525)와 출력축(510)의 축 몸체(512) 사이에 구비되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재(810), 외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 제1 기어 부재(810)의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재(820), 제1 기어 부재(810)에 연결되고 제1 기어 부재(810)의 회전력을 전달받는 전단 풀리 부재(900) 및 클러치(520)와 가변 스포크(300)를 연결하는 후단 풀리 부재(1000)를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 전단 풀리 부재(900)는 별도의 회전축을 통해 제1 기어 부재(810)에 간접적으로 연결될 수 있고, 후단 풀리 부재(1000) 역시 별도의 회전축을 통해 클러치(520)와 가변 스포크(300)에 각각 간접적으로 연결될 수 있다.

계속해서 도 8을 참고하면, 클러치(520)는 전단 풀리 부재(900)가 연결되는 제1 클러치(521) 및 제2 기어 부재(820)가 연결되는 제2 클러치(522)를 포함할 수 있다. 이때, 후단 풀리 부재(1000)는 제1 클러치(521)와 가변 스포크(300)를 연결하는 제1 후단 풀리 부재(1010) 및 제2 클러치(522)와 가변 스포크(300)를 연결하는 제2 후단 풀리 부재(1020)를 포함할 수 있다.

전술한 동력 전달 구조의 제3 예와 유사하게, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조의 제4 예에 따르면, 복수의 동력 전달 경로를 통해 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달될 수 있다.

예를 들어, 가변 스포크(300)의 길이를 늘릴 필요가 있는 경우에는 출력축(510)의 회전력은 전단 풀리 부재(900), 제1 클러치(521) 및 제1 후단 풀리 부재(1010)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달된다. 반면, 제2 클러치(522)는 동력 전달을 차단한다.

그러다가, 가변 스포크(300)의 길이를 줄일 필요가 있는 경우에는 출력축(510)의 회전력이 제1 기어 부재(810), 제2 기어 부재(820), 제2 클러치(522) 및 제2 후단 풀리 부재(1020)를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달된다. 즉, 제1 출력축(510)의 회전 방향과 전단 풀리 부재(900)의 회전 방향은 서로 동일한 반면, 제1 기어 부재(810)와 제2 기어 부재(820) 간의 맞물림 때문에 출력축(510)의 회전 방향과 제2 기어 부재(820)의 회전 방향은 서로 반대가 된다. 따라서, 제1 클러치(521)를 통해 가변 스포크(300)에 동력이 전달되었을 때의 가변 스포크(300)의 운동 방향과 제2 클러치(522)를 통해 가변 스포크(300)에 동력이 전달되었을 때의 가변 스포크(300)의 운동 방향은 서로 반대가 된다. 동력 전달 구조의 제3 예와 유사하게, 동력 전달 구조의 제4 예의 경우에도, 복귀 부재(600, 도 1 및 도 2 참고)를 통한 가변 스포크(300)의 길이 축소 속도가 충분하지 않은 경우 보다 능동적으로 가변 스포크(300)의 길이를 축소시킬 수 있다는 점에서 이점이 존재할 수 있다.

이하, 전술한 내용을 참고하여, 본 발명에 따른 휠 구조체의 제어 방법을 설명한다.

도 9는 본 발명의 제1 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 제2 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다. 도 11은 본 발명의 제3 예에 따른 휠 구조체의 제어 방법에 의해 가변 스포크가 제어되는 경우 가변 스포크의 길이의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 제어 방법은 휠 구조체(10)가 주행하는 지면의 전방에 하방으로 만입된 영역(예를 들어, 구덩이)을 주행하는 경우에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)의 제어 방법은 휠 구조체(10)의 중심축(A)의 높이 변화를 최소화한 상태로 휠 구조체(10)가 하방으로 만입된 지면을 통과할 수 있다는 점에서 이점이 있다. 본 명세서에서 휠 구조체(10)의 전방 영역은 휠 구조체(10)가 지면을 주행하는 과정에서 휠 구조체(10)가 지면과 접하는 영역보다 전방에 위치한 영역으로 정의될 수 있고, 휠 구조체(10)의 후방 영역은 휠 구조체(10)가 지면을 주행하는 과정에서 휠 구조체(10)가 지면과 접하는 영역보다 후방에 위치한 영역으로 정의될 수 있다.

보다 상세하게, 휠 구조체(10)의 제어 방법은 휠 구조체(10)의 주행 방향을 기준으로 전방에 하방으로 만입된 지면이 존재하는 경우, 휠 구조체(10)의 전방 영역에 구비되는 가변 스포크(300)의 길이가 증대되는 전방 길이 증대 단계를 포함할 수 있다. 전방 길이 증대 단계는, 휠 구조체(10)의 전방에 하방으로 만입된 지면이 존재하는 경우, 만입된 지면과 맞닿을 예정인 가변 스포크(300)의 길이를 증대시킴으로써 휠 구조체(10)가 하방으로 이동하는 것을 최소화함으로써 휠 구조체(10)가 구비된 모빌리티의 탑승감을 증대시키기 위한 것일 수 있다.

전술한 전방 길이 증대 단계는 스포크 구동부(400)의 동력이 클러치를 거쳐 가변 스포크(300)에 전달됨으로써 이루어질 수 있다. 전방 길이 증대 단계는, 전술한 동력 전달 구조의 제1 예의 클러치(520, 도 5 참고), 전술한 동력 전달 구조의 제2 예의 클러치-브레이크 유닛(550, 도 6 참고) 내 클러치, 전술한 동력 전달 구조의 제3 예의 더블 클러치-브레이크 유닛(560, 도 7 참고) 내 제1 클러치 및 전술한 동력 전달 구조의 제4 예의 제1 클러치(521, 도 8 참고)를 통해 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달됨으로써 이루어질 수 있다. 전술한 전방 길이 증대 단계는, 도 9의 (a) 구간, 도 10의 (a) 구간 및 도 11의 (a) 구간에서 시간에 따라 가변 스포크(300)의 길이가 증대되는 것에 대응될 수 있다.

또한, 휠 구조체(10)의 제어 방법은 전술한 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 가변 스포크(300)가 휠 구조체(10)의 후방 영역에서 길이가 축소되는 후방 길이 축소 단계를 더 포함할 수 있다. 후방 길이 축소 단계는, 길이가 늘어난 상태로 하방으로 만입된 지면을 지지한 가변 스포크(300)가 다시 원래 상태의 길이를 갖도록 함으로써 다시 평지에서의 주행을 준비하기 위한 것일 수 있다.

전술한 후방 길이 축소 단계는 스포크 구동부(400)의 동력이 클러치에서 차단된 상태에서 복귀 부재(600)에 의해 가변 스포크(300)의 길이가 축소됨으로써 이루어질 수 있다. 후방 길이 축소 단계는, 전술한 동력 전달 구조의 제1 예의 클러치(520, 도 5 참고), 전술한 동력 전달 구조의 제2 예의 클러치-브레이크 유닛(550, 도 6 참고) 내 클러치, 전술한 동력 전달 구조의 제3 예의 더블 클러치-브레이크 유닛(560, 도 7 참고) 내 제1 클러치 및 전술한 동력 전달 구조의 제4 예의 제1 클러치(521, 도 8 참고)가 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달되는 것을 차단함으로써 이루어질 수 있다. 다만, 전술한 동력 전달 구조의 제3 예 및 제4 예의 경우에는, 후방 길이 축소 단계에서 각각 더블 클러치-브레이크 유닛(560, 도 7 참고) 내 제2 클러치 및 제2 클러치(522, 도 8 참고)를 통해 출력축(510)의 회전력이 가변 스포크(300)에 전달될 수 있는데, 제2 클러치를 통해 가변 스포크(300)에 전달된 회전력을 통해 가변 스포크(300)의 길이가 능동적으로 축소될 수 있다. 이는, 제1 클러치를 통해 가변 스포크(300)에 전달된 회전력의 방향과 제2 클러치를 통해 가변 스포크(300)에 전달된 회전력의 방향이 서로 반대이기 때문일 수 있고, 두 회전력의 방향이 반대인 이유에 대해서는 도 7 및 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 휠 구조체(10)에 대해 전술한 내용으로 갈음한다. 전술한 후방 길이 축소 단계는, 도 9의 (b) 구간, 도 10의 (c) 구간 및 도 11의 (d) 구간에서 시간에 따라 가변 스포크(300)의 길이가 축소되는 것에 대응될 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 예에 따르면, 휠 구조체(10)의 제어 방법에서 전술한 후방 길이 축소 단계는 전방 길이 증대 단계가 끝난 직후에 이루어질 수 있다. 이 경우, 시간에 따른 가변 스포크(300)의 길이는 도 9에 도시된 바와 같이 변할 수 있다. 보다 바람직하게, 전방 길이 증대 단계가 끝나는 시점, 즉, 후방 길이 축소 단계가 시작되는 시점은 길이가 늘어난 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면과 닿은 상태일 수 있다. 예를 들어, 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조가 도 5에 도시된 바와 같이 구성되는 경우, 후방 길이 축소 단계가 전방 길이 증대 단계가 끝난 직후에 이루어지는 방식으로 휠 구조체(10)가 제어될 수 있다.

반면, 본 발명의 제2 예에 따르면, 휠 구조체(10)의 제어 방법은 전술한 전방 길이 증대 단계와 후방 길이 축소 단계 사이에 이루어지고 전방 길이 증대 단계에서 증대된 가변 스포크(300)의 길이를 유지하는 길이 유지 단계를 더 포함할 수 있다. 전술한 길이 유지 단계는 스포크 구동부(400)의 동력이 가변 스포크(300)에 전달되는 것이 차단된 상태에서 브레이크가 작동함으로써 이루어질 수 있다. 전술한 길이 유지 단계는, 도 10의 (b) 구간에서 시간에 따른 가변 스포크(300)의 길이가 일정하게 유지되는 것에 대응될 수 있다. 예를 들어, 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조가 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 구성되는 경우, 휠 구조체(10)는 길이 유지 단계를 포함하는 방식으로 제어될 수 있다.

전술한 바와 같이 길이 유지 단계가 추가로 이루어지는 경우 전방 길이 증대 단계는 길이가 증대된 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면에 도달하기 전에 종료될 수 있고, 후방 길이 축소 단계는 길이가 증대된 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면으로부터 이격된 후에 시작될 수 있다. 이는 가변 스포크(300)의 길이 증대가 완료된 후 가변 스포크(300)의 길이가 일정한 상태에서 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 하방으로 만입된 지면에 닿도록 함으로써 구덩이에서 휠 구조체(10)의 안정적인 주행을 구현하기 위함일 수 있다.

한편, 본 발명의 제3 예에 따르면, 휠 구조체(10)의 제어 방법은 전술한 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 가변 스포크(300)의 길이가 휠 구조체(10)의 전방 영역에서 축소되는 전방 길이 축소 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 제3 예에 따르면, 전방 길이 증대 단계는 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면에 닿을 때까지 이루어질 수 있고, 전방 길이 축소 단계는 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면에 닿기 시작한 시점부터 레그 영역(110)이 휠 구조체(10)의 후방 영역으로 이동할 때까지 이루어질 수 있다. 이는, 휠 구조체(10)가 하방으로 만입된 지면을 주행할 때 휠 구조체(10)의 중심축(A)의 높이 변화를 최소화하기 위한 것일 수 있다. 전술한 전방 길이 축소 단계는 도 11의 (b) 구간에서 시간에 따른 가변 스포크(300)의 길이가 축소되는 것에 대응될 수 있다. 예를 들어, 휠 구조체(10)의 동력 전달 구조가 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 구성되는 경우, 휠 구조체(10)는 전술한 전방 길이 축소 단계를 포함하는 방식으로 제어될 수 있다. 보다 상세하게, 길이 축소 단계는 도 7의 더블 클러치-브레이크 유닛(560) 내 제2 클러치 및 도 8의 제2 클러치(522)를 통해 가변 스포크(300)에 동력이 전달됨으로써 이루어질 수 있다.

계속해서 본 발명의 제3 예에 따르면, 휠 구조체(10)의 제어 방법은 전방 길이 축소 단계 이후에 이루어지고 전방 길이 축소 단계에서 축소된 가변 스포크(300)의 길이가 휠 구조체(10)의 후방 영역에서 증대되는 후방 길이 증대 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 제3 예에 따르면, 후방 길이 증대 단계는 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 휠 구조체(10)의 후방 영역으로 이동한 시점부터 레그 영역(110)이 지면으로부터 이격될 때까지 이루어질 수 있고, 후방 길이 축소 단계는 가변 스포크(300)가 결합된 레그 영역(110)이 지면으로부터 이격된 시점부터 이루어질 수 있다. 이는, 휠 구조체(10)가 하방으로 만입된 지면을 주행할 때 휠 구조체(10)의 중심축(A)의 높이 변화를 최소화하기 위한 것일 수 있다. 전술한 후방 길이 증대 단계는 도 11의 (c) 구간에서 시간에 따른 가변 스포크(300)의 길이가 증대되는 것에 대응될 수 있다.

한편, 도 11에는 전방 길이 증대 단계가 종료된 직후에 전방 길이 축소 단계가 이루어지고, 후방 길이 증대 단계가 종료된 직후에 후방 길이 축소 단계가 이루어지는 경우가 도시되어 있으나, 이와 달리 전방 길이 증대 단계와 전방 길이 축소 단계 사이, 그리고, 후방 길이 증대 단계와 후방 길이 축소 단계 사이에는 가변 스포크(300)의 길이를 유지하는 길이 유지 단계가 이루어질 수도 있다.

한편, 전술한 동력 전달 구조의 제3 예 및 제4 예에 도시된 바와 같이 동력 전달부(500)가 제1 클러치 및 제2 클러치를 포함하는 경우에는 가변 스포크(300)의 길이가 줄어드는 방향으로 제2 클러치가 가변 스포크(300)에 동력을 전달하므로, 복귀 부재(600)가 구비되지 않을 수도 있다.

모빌리티

본 발명에 따른 모빌리티는 저속 주행용 모빌리티일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 모빌리티는 전동 휠체어일 수 있다.

본 발명에 따른 모빌리티는 휠 구조체(10)및 휠 구조체가 결합되는 프레임(미도시)을 포함할 수 있다.

휠 구조체(10)는 외측에 구비되고 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠(100), 휠(100)이 중심축(A)에 대해 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부(200), 휠(100)과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 휠(100)의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크(300), 반경 방향(R)으로 가변 스포크(300)의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부(400) 및 스포크 구동부(400)의 동력을 가변 스포크(300)에 전달하는 동력 전달부(500)를 포함할 수 있다.

또한, 가변 스포크(300)는 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비될 수 있고, 동력 전달부(500)는 스포크 구동부(400)로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축(510) 및 가변 스포크(300)와 출력축(510)을 연결하도록 구비되고 출력축(510)의 회전력을 복수의 가변 스포크(300)에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치(520)를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 휠 구조체(10)에 대해 도면을 참고하여 전술한 내용은 본 발명에 따른 모빌리티에도 동일하게 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

10 : 휠 구조체
100 : 휠
110 : 레그 영역
120 : 지지 영역
130 : 연결 영역
200 : 휠 구동부
210 : 풀리 부재
300 : 가변 스포크
310 : 제1 스포크 영역
320 : 제2 스포크 영역
330 : 제3 스포크 영역
400 : 스포크 구동부
500 : 동력 전달부
510 : 출력축
512 : 축 몸체
514 : 축 기어
520 : 클러치
521 : 제1 클러치
522 : 제2 클러치
525 : 브레이크
530 : 링 기어
540 : 입력축
550 : 클러치-브레이크 유닛
560 : 더블 클러치-브레이크 유닛
600 : 복귀 부재
700 : 연결축
810 : 제1 기어 부재
820 : 제2 기어 부재
900 : 전단 풀리 부재
1000 : 후단 풀리 부재
1010 : 제1 후단 풀리 부재
1020 : 제2 후단 풀리 부재
C : 둘레 방향
R : 반경 방향
A : 중심축
W : 폭 방향

Claims

외측 영역에 구비되고 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠;
상기 휠이 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부;
상기 휠과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 상기 휠의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크;
상기 반경 방향(R)으로 상기 가변 스포크의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부; 및
상기 스포크 구동부의 동력을 상기 가변 스포크에 전달하는 동력 전달부; 를 포함하고,
상기 가변 스포크는 상기 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비되고,
상기 동력 전달부는,
상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축; 및
상기 가변 스포크와 상기 출력축을 동력적으로 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 가변 스포크에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치; 를 포함하는 휠 구조체.
청구항 1에서,
상기 출력축은 복수로 구비되고,
상기 클러치는 복수로 구비되되 상기 복수의 클러치는 각각 상기 가변 스포크와 상기 출력축을 연결하도록 구비되는 휠 구조체.
청구항 2에서,
상기 가변 스포크는,
일 측이 상기 클러치에 상대적으로 고정되는 제1 스포크 영역; 및
상기 제1 스포크 영역에 결합되고 상기 출력축으로부터 회전력을 제공받아 상기 반경 방향(R) 외측으로 이동 가능하게 구비되는 제2 스포크 영역; 을 포함하는 휠 구조체.
청구항 2에서,
상기 출력축은,
일 측이 상기 클러치에 연결되고 상기 반경 방향(R)을 따라 연장되는 축 몸체; 및
상기 축 몸체가 고정 결합되고 외측에 톱니 영역이 형성되는 축 기어; 를 포함하는 휠 구조체.
청구항 4에서,
상기 동력 전달부는,
상기 축 기어에 형성되는 톱니 영역과 각각 맞물리는 톱니 영역이 형성되는 링 기어; 를 더 포함하는 휠 구조체.
청구항 5에서,
상기 동력 전달부는,
상기 스포크 구동부에 연결되고 상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 입력축; 을 더 포함하고,
상기 링 기어는,
상기 입력축의 외측 둘레에 고정 결합되는 휠 구조체.
청구항 2에서,
상기 휠은,
상기 복수의 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역; 및
상기 둘레 방향(C)으로 서로 인접한 상기 두 레그 영역 사이에 구비되는 복수의 지지 영역; 을 포함하고,
상기 레그 영역의 상기 둘레 방향(C) 양 끝부는 각각 인접한 상기 지지 영역과 맞닿도록 구비되는 휠 구조체.
청구항 7에서,
상기 휠은,
상기 중심축(A)으로부터 상기 반경 방향(R) 외측으로 연장되고 상기 중심축과 상기 지지 영역을 연결하는 연결 영역; 을 더 포함하는 휠 구조체.
청구항 2에서,
상기 휠은,
상기 복수의 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부에 각각 고정 결합되는 복수의 레그 영역; 을 포함하고,
임의의 상기 레그 영역의 상기 둘레 방향(C) 양 끝부는 다른 상기 레그 영역과 맞닿도록 구비되는 휠 구조체.
청구항 1에서,
상기 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 길이가 늘어나면 상기 가변 스포크의 상기 반경 방향(R) 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크에 힘을 가하는 복귀 부재; 를 더 포함하는 휠 구조체.
청구항 10에서,
상기 복귀 부재는 가스 스프링인 휠 구조체.
청구항 10에서,
상기 복귀 부재는 상기 가변 스포크와 나란하게 구비되되 상기 휠 구조체의 폭 방향(W)으로 상기 가변 스포크로부터 이격되도록 구비되는 휠 구조체.
청구항 10에서,
상기 복귀 부재는 탄성을 갖는 밴드 부재인 휠 구조체.
청구항 1에서,
상기 동력 전달부는,
상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크 및 상기 클러치를 포함하는 클러치-브레이크 유닛; 을 더 포함하고,
상기 출력축과 상기 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 출력축의 회전력을 상기 클러치-브레이크 유닛에 전달하는 전단 풀리 부재; 및
상기 가변 스포크와 상기 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 클러치-브레이크 유닛의 회전력을 상기 가변 스포크에 전달하는 후단 풀리 부재; 를 더 포함하는 휠 구조체.
청구항 1에서,
상기 동력 전달부는,
상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크 및 상기 클러치를 포함하는 더블 클러치-브레이크 유닛; 을 더 포함하고,
상기 출력축에 고정 결합되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재;
외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 상기 제1 기어 부재의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재;
상기 제2 기어 부재에 고정 결합되는 연결축;
상기 더블 클러치-브레이크 유닛과 상기 가변 스포크를 연결하고 상기 더블 클러치-브레이크 유닛의 회전력을 상기 가변 스포크에 전달하는 제1 후단 풀리 부재; 및
상기 연결축과 상기 더블 클러치-브레이크 유닛을 연결하고 상기 연결축의 회전력을 상기 더블 클러치-브레이크 유닛에 전달하는 제2 후단 풀리 부재; 를 더 포함하고,
상기 클러치는,
상기 출력축과 상기 제1 후단 풀리 부재를 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 제1 후단 풀리 부재에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제1 클러치; 및
상기 제2 후단 풀리 부재와 상기 제1 후단 풀리 부재를 연결하도록 구비되고 상기 제2 후단 풀리 부재의 회전력을 상기 제1 후단 풀리 부재에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 제2 클러치; 를 포함하는 휠 구조체.
청구항 1에서,
상기 동력 전달부는,
상기 가변 스포크의 길이가 줄어드는 방향으로 상기 가변 스포크가 운동하는 것을 제동하는 브레이크; 를 더 포함하고,
상기 출력축에 고정 결합되되 상기 브레이크와 상기 출력축 사이에 구비되고 외측면에 톱니 영역이 형성되는 제1 기어 부재;
외측면에 톱니 영역이 형성되고 상기 톱니 영역이 상기 제1 기어 부재의 상기 톱니 영역과 맞물리도록 구비되는 제2 기어 부재;
상기 제1 기어 부재에 연결되고 상기 제1 기어 부재의 회전력을 전달받는 전단 풀리 부재; 및
상기 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 후단 풀리 부재; 를 포함하고,
상기 클러치는,
상기 전단 풀리 부재가 연결되는 제1 클러치; 및
상기 제2 기어 부재가 연결되는 제2 클러치; 를 포함하고,
상기 후단 풀리 부재는,
상기 제1 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 제1 후단 풀리 부재; 및
상기 제2 클러치와 상기 가변 스포크를 연결하는 제2 후단 풀리 부재; 를 포함하는 휠 구조체.
청구항 1의 휠 구조체가 지면을 주행하는 과정에서 상기 가변 스포크의 길이를 제어하는 방법으로서,
상기 휠 구조체의 주행 방향을 기준으로 상기 휠 구조체의 전방 영역에 구비되는 상기 가변 스포크의 길이가 증대되는 전방 길이 증대 단계; 및
상기 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 상기 가변 스포크가 상기 휠 구조체의 후방 영역에서 길이가 축소되는 후방 길이 축소 단계; 를 포함하는 휠 구조체의 제어 방법.
청구항 17에서,
상기 전방 길이 증대 단계와 상기 후방 길이 축소 단계 사이에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 증대된 상기 가변 스포크의 길이를 유지하는 길이 유지 단계; 를 더 포함하는 휠 구조체의 제어 방법.
청구항 17에서,
상기 전방 길이 증대 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 증대 단계에서 길이가 증대된 상기 가변 스포크의 길이가 상기 휠 구조체의 전방 영역에서 축소되는 전방 길이 축소 단계; 및
상기 전방 길이 축소 단계 이후에 이루어지고 상기 전방 길이 축소 단계에서 축소된 상기 가변 스포크의 길이가 상기 휠 구조체의 후방 영역에서 증대되는 후방 길이 증대 단계; 를 더 포함하는 휠 구조체의 제어 방법.
휠 구조체 및 상기 휠 구조체가 결합되는 프레임을 포함하고,
상기 휠 구조체는,
외측에 구비되고 둘레 방향(C)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 휠;
상기 휠이 중심축(A)에 대해 자전 운동하도록 동력을 제공하는 휠 구동부;
상기 휠과 상기 중심축(A)을 연결하도록 구비되고 상기 휠의 반경 방향(R)으로 길이가 변하도록 구비되는 가변 스포크;
상기 반경 방향(R)으로 상기 가변 스포크의 길이가 변하도록 동력을 제공하는 스포크 구동부; 및
상기 스포크 구동부의 동력을 상기 가변 스포크에 전달하는 동력 전달부; 를 포함하고,
상기 가변 스포크는 상기 둘레 방향(C)을 따라 서로 이격되도록 복수로 구비되고,
상기 동력 전달부는,
상기 스포크 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하도록 구비되는 출력축; 및
상기 가변 스포크와 상기 출력축을 연결하도록 구비되고 상기 출력축의 회전력을 상기 복수의 가변 스포크에 선택적으로 전달 또는 차단하도록 구비되는 클러치; 를 포함하는 모빌리티.