WO2009102156A2 - 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법 - Google Patents

다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power transmission apparatus using a planetary gear having a multi-gear train and a method of using the same. More particularly, the present invention enables not only shifting but also reliable power transmission by arranging multiple planet gears and ring gears. Relates to a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train and a method of using the same.
  • the gear coupling of the gear is used as a method for large power transmission or accurate power transmission.
  • a representative example of such tooth coupling is a planetary gear device.
  • a conventional planetary gear device includes a carrier, a planet gear provided with at least two pairs of carriers, a ring gear internally engaged with the planet gear, and a sun gear externally engaged with the planet gear.
  • acceleration / deceleration and output shafts vary according to the gear ratio of each gear depending on which gear the input shaft and the output shaft are connected to.
  • the output is made through the sun gear, and the rotation is increased in the same direction as the drive shaft.
  • the sun gear is connected to the drive shaft to rotate and the carrier is fixed, the output is made through the ring gear, and the rotation is made by decelerating in the reverse direction.
  • the planetary gear device has various rotational characteristics according to operating conditions of the sun gear, the ring gear, and the carrier, and various applications are possible, and in particular, it is possible to adjust the increase / deceleration ratio according to the gear ratio of each gear.
  • An object of the present invention comprises a ring gear group composed of ring gears respectively engaged with a planet gear group consisting of a plurality of planet gears having different gear ratios, and the power input through the carrier is varied through the sun gear as the ring gear is fixed.
  • the present invention provides a power transmission apparatus using a planetary gear having a multiple gear train that can be shifted at a gear ratio and a method of using the same.
  • a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention for realizing the above object comprises a housing including an openable cover and a shift lock means for selectively fixing and releasing any ring gear. ;
  • a carrier installed inside the housing;
  • a planet gear group having at least three pairs installed on one surface of the carrier and having at least three planet gears of different sizes;
  • a ring gear group consisting of ring gears internally engaged with each planet gear;
  • a sun gear group consisting of a sun gear externally engaged with each planet gear and having an output shaft output outside the housing;
  • an input shaft positioned on the same line as the output shaft and rotating the carrier by an external force transmitted from the outside of the housing.
  • each planet gear group is characterized in that each planet gear is arranged in the order of the radius from the inside of the carrier.
  • the ring gear group is characterized in that fixing grooves are formed at equal intervals on the outer circumferential surface of each ring gear.
  • each ring gear is characterized in that formed in a different diameter corresponding to the size of each planet gear.
  • each sun gear is characterized in that it is formed with a different diameter to be meshed with each planet gear.
  • the sun gear and the planet gear is characterized by a ratio of 1: 1.5.
  • the sun gear and the planet gear is characterized in that the ratio of 1: 1.
  • the sun gear and the planet gear is characterized in that the ratio of 1: 0.5.
  • each sun gear and each planet gear is characterized in that the gear ratio of 1: 0.5 to 1: 3.
  • the carrier is characterized in that the shaft extending portion is formed in parallel with the support on an extension line on which the support and the input shaft for supporting the rotation of each planet gear group is formed.
  • the input shaft is characterized in that it is installed to extend beyond the housing through the shaft extension.
  • the output shaft is characterized in that formed in the form of a hollow tube surrounding the outer periphery of the shaft extension.
  • the shift lock means includes a stopper which moves by receiving elastic support along a guide groove formed in the housing and is selectively locked to any one fixing groove;
  • the wire and the stopper for adjusting the position of the stopper is formed in the housing so as to surround the moving path, characterized in that it comprises a body having an openable cover.
  • the cover is inserted into the stopper is characterized in that the guide is further configured to guide the stopper to be slidable.
  • the method of using a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention characterized in that for transmitting the power generated from the prime mover bicycle or bicycle through the power transmission device according to the present invention.
  • the power transmission device using the planetary gear having a multi-gear train according to the present invention and the method of using the same have the following effects.
  • the input shaft can be extended to the output side, it can be applied to two-wheeled vehicles such as bicycles.
  • the speed ratio can be controlled by the number of teeth formed on the planet gear, the sun gear and the ring gear.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view for showing the mounting state of the ring gear group according to the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view for showing another mounting state of the ring gear group according to the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the shift lock means according to the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing an example of the use of a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing another example of the power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention.
  • ring gear group 30a, 30b, 30c first to third ring gear
  • stopper 122 wire
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention
  • Figures 2 and 3 is a stepped cross-sectional view for showing the various mounting state of the ring gear group
  • Figure 4 An exploded perspective view showing the configuration of the shift lock means.
  • 5 and 6 are perspective views showing different applications of power transmission apparatuses using planetary gears having multiple gear trains of the present invention.
  • the present invention includes a carrier 10, a planet gear group 20, a ring gear group 30, a sun gear group 40, an input shaft 50, and a housing 100.
  • Carrier 10 is formed in a plate-like form, the shaft extension portion 12 is protruded in the center of one surface.
  • at least three support members 11 for installing the planetary gear group 20 on an imaginary circumference centering on the shaft extension portion 12 are formed at equal intervals.
  • the carrier 10 made in this way is installed inside the housing 100 so that the input shaft 50 is connected to the other surface and rotated. At this time, the input shaft 50 is supported by the bearing 40a installed in the housing 100.
  • the shaft extension part 12 is rotatably installed by the support of the bearing 42 on the output shaft 41.
  • the planet gear group 20 includes at least three planet gears 20a, 20b, and 20c.
  • each planet gear 20a, 20b, and 20c is comprised with a different radius, respectively.
  • the planet gears 20a, 20b, and 20c are inserted into and mounted in order from the larger diameter when the planetary gears 20a, 20b, and 20c are mounted to the respective support bases 11.
  • At least three pairs of the planetary gear group 20 are provided, one pair each on the support 11 of the carrier 10.
  • the first to third planet gears 20a, 20b, and 20c constituting each planet gear group 20 are rotatably installed.
  • the planetary gear group 20 is an example consisting of three planet gears (20a, 20b, 20c), but the number of planet gears consisting of four or five gear stages of four speed Or it can also comprise five steps.
  • the ring gear group 30 consists of at least three ring gears 30a, 30b, and 30c.
  • each ring gear (30a, 30b, 30c) is in engagement with each planet gear (20a, 20b, 20c) of each planet gear group 20 installed in the support (11). That is, the first ring gear 30a is meshed with the first planet gear 20a, the second ring gear 30b is meshed with the second planet gear 20b, and the third ring gear 30c is third. It is meshed with the planet gear 20c.
  • the ring gears 30a, 30b, and 30c are formed on the outer circumferential surface with fixing grooves 31a, 31b, and 31c at equal intervals, respectively.
  • each of the ring gears 30a, 30b, and 30c may have the same outer diameter or different shapes as in FIGS. 2 and 3.
  • the fixing grooves 31a, 31b and 31c may be inclined so as not to be caught between the ring gears when the stopper 121 to be described later is shifted shortly. It is preferable to form.
  • Each of the ring gears 30a, 30b, and 30c is engaged to rotate independently of the corresponding planet gears 20a, 20b, and 20c, respectively.
  • the sun gear group 40 is composed of at least three sun gears 40a, 40b, and 40c so as to engage with the three pairs of planetary gear groups 20.
  • the sun gear group 40 is provided with an output shaft 41.
  • Each of these sun gears 40a, 40b, and 40c is fixed to the output shaft 41 so as to be integrally rotated.
  • the output shaft 41 is formed in the shape of a hollow shaft, it is installed so as not to contact each other wrapped around the shaft extension portion 12 of the carrier 10. At this time, the output shaft 41 is protruded to the outside of the housing 100, as shown in Figs. 2 and 3, the outer and inner surfaces of the bearings (13, 42) mounted on the cover 110 and the shaft extension (12), respectively ) Will be supported. Sprockets or gears are mounted on the output shaft 41 protruding outside the housing 100.
  • each of the sun gears 40a, 40b, and 40c and the planet gears 20a, 20b, and 20c meshed thereto respectively have a gear ratio of 1: 0.5 to 1: 1.5.
  • the ratio of these values is optionally determined by the speed at which it is to be shifted.
  • the input shaft 50 is vertically mounted on one surface of the carrier 10 on which the support 11 is not installed. At this time, the input shaft 50 is installed on the same line as the shaft extension portion 12, as shown in Figure 2 and 3, receiving the support of the bearing 50a installed in the housing 100 together with the carrier 10 Install to rotate. 2 and 3 show an example in which the input shaft 50 is mounted through the housing 100 so that power transmission is performed at both sides of the housing 100.
  • the input shaft 50 when the input shaft 50 is applied to a device using both feet, such as a bicycle, it is also possible to extend the input shaft 50 to the outside of the housing 100 through the shaft extension 12.
  • the extended input shaft 50 is rotatably installed via the output shaft 41 and the bearing 42.
  • the housing 100 is provided with a cover 110 that can be opened and closed to accommodate the planetary gear described above.
  • the housing 100 is formed in a cylindrical shape, the edge portion is provided with a shift lock means 120 for controlling the operation of the ring gear group (30).
  • the shift lock means 120 includes a stopper 121 moving along the guide groove 130 formed along the width direction of the housing 100, and a wire for adjusting the position of the stopper 121. And a body 123 mounted in the position trajectory of the stopper 121.
  • the stopper 121 moves along the guide groove 130 and is fitted into one of the fixing grooves 31a, 31b, and 31c formed in the first to third ring gears 30a, 30b, and 30c. It is fixed so that (30a, 30b, 30c) does not rotate.
  • the stopper 121 is installed so that the tip portion 126 inserted into the fixing groove 31 moves up and down under elastic support. This is to allow the tip portion 126 to move up and down when the diameters of the ring gears 30a, 30b and 30c are different as shown in FIG.
  • the tip portion 126 is preferably manufactured in the form of a cylinder having a lower end in a conical shape. This is to prevent the two ring gears 30a and 30b from being fixed at the same time by easily moving to either side even if the tip 126 is located between the two ring gears 30a and 30b, for example.
  • the stopper 121 is installed in the body 123 so that the tip portion 126 may be selectively fitted into the fixing groove 31 while moving along the guide groove 130. 2 and 3, the stopper 121 shows an example configured to be in the form of being meshed with any one ring gear (30a, 30b, 30c). However, the stopper 121 is more preferably configured to be in an idling state not engaged with any of the ring gears 30a, 30b, 30c. At this time, the body 123 is supported by the spring 127 so that it is always in the idling position, that is, the position away from the fixing groove 31a of the first ring gear 30a.
  • the wire 122 is fixed to the stopper 121, and the other end thereof protrudes out of the body 123.
  • This wire 122 is connected to a transmission lever of a kind of transmission means, for example, a bicycle.
  • the wire 122 allows the stopper 121 to move along the guide groove 130 while being supported by the spring 127 according to the operation of the shift lever.
  • the body 123 is provided with a cover 124 that can be opened and closed to form a space so that the stopper 121 can move along the guide groove 130.
  • the stopper 121 is fitted to the cover 124 to form at least one guide 125 so as to be slidable in the longitudinal direction, so that the stopper 121 can be smoothly moved by the manipulation of the wire 122. do.
  • the speed varies depending on the teeth of each gear.
  • the power transmission device of the present invention is a type for fixing the ring gear, only the forward and acceleration / deceleration are possible.
  • the gear ratio of the first sun gear 40a and the first planetary gear 20a is set at a ratio of 1: 1.5, and the second sun gear 40b and the second planetary gear 20b are used.
  • the ratio of the teeth is 1: 1
  • the ratio of the third sun gear 40c and the third planet gear 20c is 1: 0.5.
  • a power transmission device capable of three-speed transmission can be obtained.
  • the ratio of the sun gear and the planet gear it is 4 times speed at 1: 1.5, 3 times speed at 1: 1, 2 times at 1: 0.5, and so on. It becomes double speed.
  • the stopper 121 when the stopper 121 is in an endless position, the first to third ring gears 30a, 30b, and 30c are in an idle state. At this time, when the stopper 121 is caught by the fixing groove 31a of the first ring gear 30a by pulling the wire 122, only the first ring gear 30a is fixed and the remaining second and third rings The gears 30b and 30c are idle. Accordingly, the rotational force transmitted through the carrier 10 is shifted through the first sun gear 40a through the first planet gear 20a. The rotation at this time is shifted to 4 times speed and is transmitted to the output shaft 41.
  • the stopper 121 returns to the stepless position.
  • the power transmission device using the planetary gear having a multi-gear train according to the present invention can be applied to a bicycle.
  • one pedal 200a is installed on the input shaft 50.
  • the input shaft 50 at this time extends to the outside of the housing 100 through the shaft extension portion 12 to mount the other pedal (200b).
  • the sprocket 300a of the bicycle chain or the bicycle wheel may be directly mounted on the output shaft 41 protruding to the outside of the housing 100.
  • the power transmission device using a planetary gear having a multi-gear train according to the present invention can be applied to a prime mover bicycle as shown in FIG.
  • the prime mover bicycle is a motorcycle of less than 125cc displacement (e.g. motorcycle, scooter, etc.) or less than 50cc displacement (less than 0.59 of rated output when powered by electric power) of motorcycles under Article 3 of the Korean Automobile Management Act.
  • the prime mover (Article 2 No. 18 of the Korean Road Traffic Act).
  • a sprocket is provided for connecting the prime mover 400 of the prime mover bicycle to the input shaft 50 mounted to the carrier 10 and transmitting power to the rear hub of the prime mover bicycle to the output shaft 41. Connect 300b.

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Abstract

본 발명은 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법에 관한 것으로, 서로 다른 기어비를 갖는 다수의 혹성기어로 이루어진 혹성기어군에 각각 치합되는 링기어로 구성된 링기어군을 구성하고, 캐리어를 통해 입력된 동력이 링기어의 고정으로 태양기어를 통해 다양한 변속비로 변속 가능한 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치는, 개폐 가능한 덮개(110)와, 어느 하나의 링기어(30a,30b,30c)를 선택적으로 고정 및 해제시켜 주는 변속로크수단(120)을 포함하는 하우징(100); 하우징(100)의 내부에 설치되는 캐리어(10); 캐리어(10)의 일면에 자유 회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 크기가 다른 적어도 3개의 혹성기어(20a,20b,20c)로 이루어진 혹성기어군(20); 각 혹성기어(20a,20b,20c)과 각각 내접하여 치합되는 링기어(30a,30b,30c)로 이루어진 링기어군(30); 각 혹성기어(20a,20b,20c)과 각각 외접하여 치합되는 태양기어(40a,40b,40c)로 이루어지고, 하우징(100) 외부로 출력되는 출력축(41)을 갖는 태양기어군(40); 및 출력축(41)과 동일 선상에 위치하면서 하우징(100) 외부에서 전달되는 외력으로 캐리어(10)를 회전시켜 주는 입력축(50);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법
본 발명은 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혹성 기어 및 링기어를 다중으로 배치하여 변속이 용이할 뿐만 아니라 확실한 동력 전달이 가능한 본 발명은 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법에 관한 것이다.
일반적으로 큰 동력 전달이라든가 정확한 동력 전달을 하기 위한 방법의 하나로 기어의 치결합을 이용한다. 이러한 치결합의 대표적인 것으로 유성기어 장치를 예로 들 수 있다.
통상의 유성기어장치는 캐리어와, 캐리어에 적어도 2쌍이 구비되는 혹성기어와, 이 혹성기어와 내접하여 치합되는 링기어와, 혹성기어와 외접하여 치합되는 태양기어를 포함하여 이루어진다.
이러한 유성기어장치는 입력축과 출력축이 어떠한 기어에 연결되는가에 따라 각 기어의 기어비에 따라 가감속 및 출력축이 달라지게 된다.
예를 들어, 캐리어를 구동축에 연결하여 회전시키고 링기어를 고정시키는 경우에 태양기어를 통해 출력이 이루어지고 이때의 회전은 구동축과 동일 방향으로 증속하게 된다. 또한, 태양기어를 구동축에 연결하여 회전시키고 캐리어를 고정시키는 경우에 링기어를 통해 출력이 이루어지고, 이때의 회전은 역방향으로 감속하여 이루어지게 된다.
이와 같이 유성기어장치는 태양기어, 링기어, 캐리어의 작동 조건에 따른 회전특성이 각각 달라지게 되어 다양한 응용이 가능하며, 특히 이들 각 기어의 기어비에 따라 증감속비를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은 서로 다른 기어비를 갖는 다수의 혹성기어로 이루어진 혹성기어군에 각각 치합되는 링기어로 구성된 링기어군을 구성하고, 캐리어를 통해 입력된 동력이 링기어의 고정으로 태양기어를 통해 다양한 변속비로 변속 가능한 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치는, 개폐 가능한 덮개와, 어느 하나의 링기어를 선택적으로 고정 및 해제시켜 주는 변속로크수단을 포함하는 하우징; 하우징의 내부에 설치되는 캐리어; 캐리어의 일면에 자유 회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 크기가 다른 적어도 3개의 혹성기어로 이루어진 혹성기어군; 각 혹성기어과 각각 내접하여 치합되는 링기어로 이루어진 링기어군; 각 혹성기어과 각각 외접하여 치합되는 태양기어로 이루어지고, 하우징 외부로 출력되는 출력축을 갖는 태양기어군; 및 출력축과 동일 선상에 위치하면서 하우징 외부에서 전달되는 외력으로 캐리어를 회전시켜 주는 입력축을 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.
또한, 각 혹성기어군은 캐리어의 내측으로부터 반경이 큰 순으로 각 혹성기어가 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 링기어군은 각 링기어의 외주면에 각각 고정용 홈이 등간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 각 링기어는 각 혹성기어의 크기에 대응하여 서로 다른 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 각 태양기어는 각 혹성기어와 치합가능하도록 서로 다른 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 태양기어와 혹성기어는 그 치의 비가 1:1.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 태양기어와 혹성기어는 그 치의 비가 1:1인 것을 특징으로 한다.
또한, 태양기어와 혹성기어는 그 치의 비가 1:0.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 각 태양기어와 각 혹성기어는 각각의 기어비가 1:0.5~1:3인 것을 특징으로 한다.
또한, 캐리어는 각 혹성기어군의 회전 지지를 위한 지지대 및 입력축이 장착되는 연장선상에 지지대와 나란하게 축연장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 입력축은 축연장부를 지나 하우징 외부로 연장되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 출력축은 축연장부의 외주연을 감싸주는 중공관 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 변속로크수단은 하우징에 형성된 가이드홈을 따라 탄성 지지를 받아 움직이며 어느 하나의 고정용 홈에 선택적으로 록킹되는 스톱퍼; 스톱퍼의 위치를 조절하기 위한 와이어 및 스톱퍼가 이동하는 괘적을 감싸도록 하우징에 형성되며, 개폐가능한 덮개를 갖는 몸체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 덮개는 스톱퍼에 삽입되어 스톱퍼가 슬라이딩 가능하도록 안내하는 가이드가 더 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 이용방법은, 원동기장치자전거 또는 자전거로부터 발생된 동력을 본 발명에 따르는 동력 전달장치를 통하여 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법은 다음과 같은 효과가 있다.
1) 링기어군의 각 링기어를 고정시킴에 따라 다양한 변속비의 출력값을 얻을 수 있다.
2) 입력축을 출력측 방향으로 연장하여 구성하는 것이 가능하기 때문에 자전거와 같은 이륜차에도 적용이 가능하다.
3) 유성기어를 이용하여 큰 동력 전달이라든가 정확한 동력 전달이 가능하기 때문에 원동기장치자전거에도 적용이 가능하다.
4) 혹성기어와 태양기어 그리고 링기어에 형성되는 치의 갯수를 통해 변속비를 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 구성을 보여주는 분해사시도.
도 2는 본 발명에 따른 링기어군의 장착 상태를 나타내기 위한 계단단면도.
도 3은 본 발명에 따른 링기어군의 다른 장착 상태를 나타내기 위한 계단단면도.
도 4는 본 발명에 따르는 변속로크수단의 구성을 보여주는 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 이용예를 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 다른 이용예를 보여주는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캐리어 11 : 지지대
12 : 축연장부 13 : 베어링
20 : 혹성기어군 20a, 20b, 20c : 제1~제3혹성기어
30 : 링기어군 30a, 30b, 30c : 제1~제3링기어
31, 31a, 31b, 31c : 고정용 홈 40 : 태양기어군
40a, 40b, 40c : 태양기어 41 : 출력축
42 : 베어링 50 : 입력축
50a : 베어링 100 : 하우징
110 : 덮개 120 : 변속로크수단
121 : 스톱퍼 122 : 와이어
123 : 몸체 124 : 덮개
125 : 가이드 126 : 팁부
127 : 스프링 130 : 가이드홈
200a, 200b : 페달 300a, 300b : 스프라켓
400 : 원동기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치 및 그 이용방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 구성을 보여주는 분해사시도이고, 도 2 및 도 3은 링기어군의 여러 장착 상태를 나타내기 위한 계단단면도이며, 도 4는 변속로크수단의 구성을 보여주는 분해사시도이다. 그리고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 각기 다른 이용예를 보여주는 사시도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명은 캐리어(10), 혹성기어군(20), 링기어군(30), 태양기어군(40), 입력축(50) 및 하우징(100)을 포함하여 이루어진다.
캐리어(10)는 판상 형태로 이루어지며, 일면의 중앙에는 축연장부(12)가 돌출성형되어 있다. 또한, 이 축연장부(12)을 중심으로 하는 가상의 원주상에 혹성기어군(20)을 설치하기 위한 지지대(11)가 등간격으로 적어도 3개 형성된다.
이와 같이 이루어진 캐리어(10)는 타면에 입력축(50)이 연결되어 회전할 수 있도록 하우징(100) 내부에 설치된다. 이때, 입력축(50)은 하우징(100)에 설치된 베어링(40a)의 지지를 받는다. 또한, 축연장부(12)는 출력축(41)에 베어링(42)의 지지를 받아 회전 가능하게 설치된다.
혹성기어군(20)은 적어도 3개의 혹성기어(20a,20b,20c)로 이루어진다. 또한, 각 혹성기어(20a,20b,20c)는 각각 반경이 서로 다른 것으로 구성된다. 특히, 각 혹성기어(20a,20b,20c)는 각 지지대(11)에 장착시, 직경이 큰 것부터 차례대로 삽입 장착된다.
이러한 혹성기어군(20)은 캐리어(10)의 지지대(11)에 각각 1쌍씩 적어도 3쌍이 설치된다. 특히, 각 혹성기어군(20)을 구성하는 제1 내지 제3혹성기어(20a,20b,20c)는 각각 독립적으로 회전가능하도록 설치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 혹성기어군(20)은 3개의 혹성기어(20a,20b,20c)로 구성된 것을 예로 들고 있으나, 혹성기어의 갯수를 4개 또는 5개로 구성하여 변속단수를 4단 또는 5단으로 구성하는 것도 가능하다.
링기어군(30)은 적어도 3개의 링기어(30a,30b,30c)로 이루어진다. 이때의 각 링기어(30a,30b,30c)는 지지대(11)에 설치된 각 혹성기어군(20)의 각 혹성기어(20a,20b,20c)와 내접하도록 치합된다. 즉, 제1링기어(30a)는 제1혹성기어(20a)에 치합되고, 제2링기어(30b)는 제2혹성기어(20b)에 치합되며, 제3링기어(30c)는 제3혹성기어(20c)에 치합된다. 또한, 각 링기어(30a,30b,30c)는 외주면에 등간격으로 각각 고정용 홈(31a,31b,31c)이 형성되어 있다. 특히, 각 링기어(30a,30b,30c)는 도 2 및 도 3에서와 같이 외경을 같게 형성하거나 다르게 형성할 수 있다. 도 2에서와 같이 각 링기어(30a,30b,30c)의 외경이 다르게 형성된 경우, 고정용 홈(31a,31b,31c)은 후술할 스톱퍼(121)가 단변속시 링기어 사이에 걸리지 않도록 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 각 링기어(30a,30b,30c)는 대응하는 혹성기어(20a,20b,20c)에 각각 독립적으로 회전할 수 있도록 치합된다.
태양기어군(40)은 3쌍의 혹성기어군(20)과 치합할 수 있도록 적어도 3개의 태양기어(40a,40b,40c)로 구성된다. 특히, 태양기어군(40)에는 출력축(41)이 구비되어 있다. 또한, 이들 각 태양기어(40a,40b,40c)는 이 출력축(41)에 고정되어 일체로 회전하도록 설치된다.
또한, 출력축(41)은 중공축 형태로 형성되며, 캐리어(10)의 축연장부(12)를 감싸 서로 접촉되지 않도록 설치된다. 이때, 출력축(41)은 하우징(100)의 외부로 돌출되게 되는데, 도 2 및 도 3과 같이, 그 외면과 내면이 각각 덮개(110)와 축연장부(12)에 장착된 베어링(13,42)의 지지를 받게 된다. 하우징(100) 외부로 돌출된 출력축(41)에는 스프라켓 또는 기어 등을 장착한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 태양기어(40a,40b,40c)와 여기에 각각 치합되는 혹성기어(20a,20b,20c)는 기어비가 각각 1:0.5~1:1.5로 형성하게 된다. 이러한 치의 비는 변속하려고 하는 속도에 따라 선택적으로 결정한다.
입력축(50)은 지지대(11)가 설치되지 않은 캐리어(10)의 일면에 수직으로 장착된다. 이때, 입력축(50)은 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 축연장부(12)와 동일선상에 설치하며, 하우징(100)에 설치된 베어링(50a)의 지지를 받아 캐리어(10)와 함께 회전하도록 설치한다. 도 2 및 도 3에서는 입력축(50)이 하우징(100)을 관통하여 장착되어 하우징(100)의 양쪽에서 동력전달이 이루어지는 예를 보여준다.
특히, 입력축(50)은 자전거처럼 양발을 사용하는 장치에 적용하는 경우, 이 입력축(50)을 축연장부(12)를 통해 하우징(100)의 바깥쪽으로 연장하는 구성도 가능하다. 물론, 연장된 입력축(50)은 출력축(41)과 베어링(42)을 매개로 회전가능하게 설치된다.
하우징(100)은 개폐 가능한 덮개(110)가 구비되어 있으며, 상술한 유성기어를 수용하게 된다. 특히, 하우징(100)은 원기둥 형상으로 이루어지며 테두리부에는 링기어군(30)의 동작을 단속시키기 위한 변속로크수단(120)이 구비되어 있다.
변속로크수단(120)은, 도 4에서 보는 바와 같이, 하우징(100)의 폭방향을 따라 형성된 가이드홈(130)을 따라 움직이는 스톱퍼(121)와, 이 스톱퍼(121)의 위치 조절을 위한 와이어(122)와, 스톱퍼(121)의 위치 괘적 내에 장착되는 몸체(123)를 포함하여 이루어진다.
스톱퍼(121)는 가이드홈(130)을 따라 움직이며, 제1 내지 제3링기어(30a,30b,30c)에 형성된 어느 하나의 고정용 홈(31a,31b,31c)에 끼워져서 해당 링기어(30a,30b,30c)가 회전되지 않도록 고정시켜 준다. 특히, 스톱퍼(121)는 고정용 홈(31)에 삽입되는 팁부(126)가 탄성지지를 받아 상하로 움직이도록 설치된다. 이는 도 2에서와 같이, 링기어(30a,30b,30c)의 직경이 다른 경우 팁부(126)가 상하로 움직일 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 팁부(126)는 하단부가 원뿔형상인 원기둥 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 이는 팁부(126)가, 예를 들어 2개의 링기어(30a,30b) 사이에 위치하더라도 어느 한쪽으로 쉽게 이동하여 이 2개의 링기어(30a,30b)가 동시에 고정되는 것을 막기 위함이다.
이러한 스톱퍼(121)는 가이드홈(130)을 따라 움직이면서 팁부(126)가 고정용 홈(31)에 선택적으로 끼워질 수 있도록 몸체(123)에 설치된다. 도 2 및 도 3에서, 스톱퍼(121)는 항상 어느 하나의 링기어(30a,30b,30c)에 치합되어 있는 형태가 되도록 구성된 예를 보여준다. 그러나, 이 스톱퍼(121)는 어느 링기어(30a,30b,30c)와도 치합되지 않는 아이들링 상태가 되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 몸체(123) 내부에서 스프링(127)의 지지를 받아 항상 아이들링 상태인 위치, 즉 제1링기어(30a)의 고정용 홈(31a)으로부터 벗어난 위치에 있도록 한다.
와이어(122)는 일단이 스톱퍼(121)에 고정되고 타단이 몸체(123) 외부로 돌출되게 된다. 이러한 와이어(122)는 일종의 변속수단, 예를 들어, 자전거인 경우 변속 레버에 연결된다. 이러한 와이어(122)는 변속 레버의 조작에 따라 스톱퍼(121)가 스프링(127)의 지지를 받으면서 강제로 가이드홈(130)을 따라 움직이도록 해주게 된다.
몸체(123)는 개폐가능한 덮개(124)가 구비되어 있으며, 스톱퍼(121)가 가이드홈(130)을 따라 움직일 수 있도록 공간부를 형성시켜 주게 된다. 특히, 덮개(124)에는 스톱퍼(121)가 끼워져서 길이방향으로 슬라이딩 가능하도록 적어도 1개의 가이드(125)를 구성하여, 와이어(122)의 조작에 의해 스톱퍼(121)가 원활하게 움직일 수 있도록 구성한다.
(동력 전달장치의 실시예)
본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치는 각 기어의 치에 따라 그 속도가 달라진다. 또한, 본 발명의 동력 전달장치는 링기어를 고정시키는 타입이기 때문에 전진만 가능하고 가감속만 가능한 구조로 이루어진다.
또한, 이때의 기어의 변속비로, 제1태양기어(40a)와 제1혹성기어(20a)는 그 치의 비를 1:1.5로 하고, 제2태양기어(40b)와 제2혹성기어(20b)는 그 치의 비를 1:1로 하며, 제3태양기어(40c)와 제3혹성기어(20c)는 그 치의 비를 1:0.5로 하였다. 이와 같은 기어비를 통해 3단 변속이 가능한 동력 전달장치를 얻을 수 있으며, 태양기어와 혹성기어의 치의 비에 따라 1:1.5일 때 4배속, 1:1일 때 3배속, 1:0.5일 때 2배속이 된다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 동력 전달장치는 스톱퍼(121)가 무단인 위치에 있게 되면, 제1 내지 제3링기어(30a,30b,30c)은 공회전 상태에 있게 된다. 이때, 와이어(122)를 잡아 당겨 스톱퍼(121)가 제1링기어(30a)의 고정용 홈(31a)에 걸리게 되면, 제1링기어(30a)만 고정되고, 나머지 제2 및 제3링기어(30b,30c)는 공회전을 하게 된다. 이에 따라 캐리어(10)를 통해 전달된 회전력은 제1혹성기어(20a)를 통해 제1태양기어(40a)를 통해 변속이 이루어진다. 이때의 회전은 4배속으로 변속되어 출력축(41)으로 전달된다.
2단 변속 및 3단 변속은 1단 변속과 동일하게 이루어지기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 변속 후 다시 와이어(122)를 해제하게 되면, 스톱퍼(121)는 무단인 위치로 되돌아 간다.
(동력 전달장치 이용예1)
본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치는, 자전거에 적용하여 이용할 수 있다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 자전거에 적용하는 경우에는 입력축(50)에 하나의 페달(200a)을 설치한다. 특히, 이때의 입력축(50)은 축연장부(12)를 통해 하우징(100) 외부로 연장하여 다른 페달(200b)를 장착한다. 물론, 하우징(100)의 외부로 돌출된 출력축(41)에 자전거 체인의 스프라켓(300a)이나 직접 자전거 휠 등에 장착하여 사용할 수도 있다.
(동력 전달장치 이용예2)
본 발명에 따르는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치는, 도 6에서와 같이, 원동기장치자전거에도 적용하여 이용할 수 있다. 여기서, 원동기장치자전거는 대한민국 자동차관리법 제3조의 규정에 의한 이륜자동차 가운데 배기량 125cc 이하의 이륜자동차(예: 오토바이, 스쿠터 등) 또는 배기량 50cc 미만(전기를 동력으로 하는 경우에는 정격출력 0.59 미만)의 원동기를 단 차를 말한다(대한민국 도로교통법 제2조 제18호).
원동기장치자전거인 경우는 캐리어(10)에 장착되는 입력축(50)에 원동기장치자전거의 원동기(400)를 연결하고, 출력축(41)에 원동기장치자전거의 리어허브에 동력을 전달하기 위해 구비된 스프라켓(300b)을 연결한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예 및 이용예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 개폐 가능한 덮개(110)와, 어느 하나의 링기어(30a,30b,30c)를 선택적으로 고정 및 해제시켜 주는 변속로크수단(120)을 포함하는 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 캐리어(10);
    상기 캐리어(10)의 일면에 자유 회전이 가능하도록 적어도 3쌍이 설치되며, 크기가 다른 적어도 3개의 혹성기어(20a,20b,20c)로 이루어진 혹성기어군(20);
    상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)과 각각 내접하여 치합되는 링기어(30a,30b,30c)로 이루어진 링기어군(30);
    상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)과 각각 외접하여 치합되는 태양기어(40a,40b,40c)로 이루어지고, 상기 하우징(100) 외부로 출력되는 출력축(41)을 갖는 태양기어군(40); 및
    상기 출력축(41)과 동일 선상에 위치하면서 상기 하우징(100) 외부에서 전달되는 외력으로 상기 캐리어(10)를 회전시켜 주는 입력축(50);
    을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 혹성기어군(20)은
    상기 캐리어(10)의 내측으로부터 반경이 큰 순으로 상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)가 배치된 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 링기어군(30)은
    상기 각 링기어(30a,30b,30c)의 외주면에 각각 고정용 홈(31a,31b,31c)이 등간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 링기어(30a,30b,30c)는
    상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)의 크기에 대응하여 서로 다른 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 태양기어(40a,40b,40c)는
    상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)와 치합가능하도록 서로 다른 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 태양기어(40a)와 상기 혹성기어(20a)는 그 치의 비가 1:1.5인 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 태양기어(40b)와 상기 혹성기어(20b)는 그 치의 비가 1:1인 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 태양기어(40c)와 상기 혹성기어(20c)는 그 치의 비가 1:0.5인 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 각 태양기어(40a,40b,40c)와 상기 각 혹성기어(20a,20b,20c)는 그 치의 비가 1:0.5~1:3인 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어(10)는
    상기 각 혹성기어군(20)의 회전 지지를 위한 지지대(11); 및 상기 입력축(50)이 장착되는 연장선상에 상기 지지대(11)와 나란하게 축연장부(12)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 입력축(50)은
    상기 축연장부(12)를 지나 상기 하우징(100) 외부로 연장되어 설치되는 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 출력축(41)은
    상기 축연장부(12)의 외주연을 감싸주는 중공관 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 변속로크수단(120)은
    상기 하우징(100)에 형성된 가이드홈(130)을 따라 탄성 지지를 받아 움직이며 상기 어느 하나의 고정용 홈(31a,31b,31c)에 선택적으로 록킹되는 스톱퍼(121);
    상기 스톱퍼(121)의 위치를 조절하기 위한 와이어(122); 및
    상기 스톱퍼(121)가 이동하는 괘적을 감싸도록 상기 하우징(100)에 형성되며, 개폐가능한 덮개(124)를 갖는 몸체(123);
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 덮개(124)는
    상기 스톱퍼(121)에 삽입되어 상기 스톱퍼(121)가 슬라이딩 가능하도록 안내하는 가이드(125)가 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치.
  15. 동력발생수단으로부터 발생된 동력을 제1항 내지 제14항중 어느 한항에 의한 동력 전달장치를 이용하여 전달하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 이용방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 동력발생수단은 원동기장치자전거 또는 자전거인 것을 특징으로 하는 다중기어열을 갖는 유성기어를 이용한 동력 전달장치의 이용방법.
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