WO2011031113A2 - 일측 고정형 변속기 - Google Patents

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WO2011031113A2
WO2011031113A2 PCT/KR2010/006236 KR2010006236W WO2011031113A2 WO 2011031113 A2 WO2011031113 A2 WO 2011031113A2 KR 2010006236 W KR2010006236 W KR 2010006236W WO 2011031113 A2 WO2011031113 A2 WO 2011031113A2
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transmission
gear
shaft
carrier
pole
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PCT/KR2010/006236
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WO2011031113A3 (ko
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정태진
유혁
안성철
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(주)엠비아이
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    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
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    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60T1/062Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels acting otherwise than on tread, e.g. employing rim, drum, disc, or transmission or on double wheels acting on transmission parts
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/004Profiled friction surfaces, e.g. grooves, dimples

Definitions

  • the present invention relates to a one-side fixed type transmission, and more particularly, to provide a transmission capable of fixing one side to a body frame by improving a transmission using a planetary gear.
  • it basically takes up smaller volume than general folding bicycles when transporting and storing, and it is possible to shift gears in multiple stages according to driving conditions when driving the bicycles. It is about a device that can maximize.
  • a transmission is a device that receives a driving force and outputs a driven force, and accelerates or decelerates according to a required condition to obtain a desired rotation speed or torque.
  • FIG. 1 is a view showing a folding bicycle provided with a general external gear type transmission, in which FIG. 1 (a) is a perspective view thereof and FIG. 1 (b) is a plan view thereof.
  • Transmissions are classified into various types according to their transmission structure, and the most widely used bicycle transmission is an external gear type transmission as shown in FIG. 1.
  • the external gear type transmission is formed by stacking a plurality of sprockets having different diameters, so that different transmission ratios can be obtained according to the diameters of the sprockets 4 into which the chain 5 is engaged. will be.
  • Such an external gear type transmission has the advantage of being relatively simple in structure, but it is relatively bulky and a large number of sprockets 4 are exposed to the outside, so that contamination is not only easy, but also the phenomenon that the chain 5 is frequently pulled out occurs.
  • an internal gear type transmission having a planetary gear having an advantage of improving the external gear type transmission described above with less trouble and contamination and having a relatively small size can be implemented.
  • the internal gear type transmission is provided with a planetary gear, a carrier, a sun gear, and a ring gear based on a shaft fixed therein, and performs shifting under the control of a pawl.
  • the number or number of planetary gears Multi-stage shifting is possible.
  • the folding bicycle was developed to reduce its volume during transportation or storage, and a structure in which a part of the body is folded and folded is widely applied.
  • the suspension of the body frame 1 supporting the front wheels 2 and the rear wheels 3 is folded in the lateral direction, and when folded, the front wheels as shown in FIG. 2) and the rear wheel (3) is positioned so that they are stacked side by side.
  • FIG. 2 is a view showing another example of a general folding bicycle, in which FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is an enlarged plan view of a part thereof.
  • the folding bicycle shown in FIG. 2 is a one side wheel type folding bicycle.
  • the folding bicycle having such a structure has a structure in which the body frame 1 is folded up and down, in particular the front wheel 2 and the rear wheel. As shown in (a) of FIG. 2, one side is supported on the body frame 1 in a direction facing each other, so that when the bicycle is folded, the front wheel 2 and the rear wheel 3 as shown in (b) of FIG. ) Overlap each other so as to abut, which has the advantage of being folded in a smaller volume compared to the folding bicycle shown in FIG. 1.
  • both ends of the fixed shaft should be fixed to the body frame 1, and when the gearbox-type transmission is applied to the folding bicycle shown in FIG. When folded, the folded width was relatively wide.
  • the front wheel 2 and the rear wheel 3 are connected to the body frame 1 on either one of the left and right sides. Since it is a folding bicycle, there is a problem in the prior art that a general external gear type transmission as well as a conventional internal gear type both end support transmission in which both ends of the shaft must be supported by the body frame 1 are not applicable.
  • the present invention is to solve the above problems, by being able to apply the transmission to a folding bicycle, in particular, one-side wheel type folding bicycle, and at the same time to occupy a smaller volume than the general folding bicycle when carrying and storage,
  • a folding bicycle in particular, one-side wheel type folding bicycle
  • the present invention is to solve the above problems, by being able to apply the transmission to a folding bicycle, in particular, one-side wheel type folding bicycle, and at the same time to occupy a smaller volume than the general folding bicycle when carrying and storage,
  • the present invention is a shaft consisting of a fixed end, and the free end of the other side is fixed to the body frame;
  • a carrier rotating the outer circumference of the free end of the shaft, a planetary gear rotatably supported by the carrier, a ring gear engaged with the outer circumference of the planetary gear, a sun gear engaged with the inner circumference of the planetary gear, and the carrier
  • a transmission portion including a clutch means for selectively transmitting rotation to the ring gear
  • An input unit which receives the driving force from the outside and rotates the carrier;
  • a shift control unit selectively restraining rotation of the sun gear;
  • An output unit for outputting a driven force shifted from the ring gear through a hub shell; It is achieved by a fastening means fixed to the end of the free end, the shifting means, the input part, the shift control part, and the fastening means for limiting the separation of the output unit in the axial direction of the shaft relative to the body frame.
  • a brake lining may be provided on the outer circumferential surface of the hub shell.
  • the shaft is preferably grooved in a circular cross-sectional shape on the outer circumferential surface of the shaft axially engraved in the radial direction, and fixed to the vehicle body frame using a fixing bush in the groove of the circular cross-sectional shape.
  • the fixing bush is spline is formed so that the outer circumferential surface is coupled to the vehicle body frame, the inner circumferential surface is preferably formed a spline coupled to the groove of the circular cross-sectional shape of the shaft.
  • the outer periphery of the pole seat portion of the shaft is formed higher than the thickness of the pole, it is possible to smoothly guide the rotation of the sun gear.
  • the shift control unit may include: a pawl selectively engaged with a ratchet tooth formed on an inner circumferential surface of each of the sun gears; A pole control ring having a position control protrusion formed on an inner circumferential surface thereof to control the protrusion of the pole according to rotation; It is preferable to include a shifting ring connected to the pole control ring and rotating according to the extraction of the shifting cable.
  • the pawl is most preferably assembled axially in the groove of the circular cross-sectional shape of the shaft, so that it does not separate in the normal direction of the shaft.
  • the present invention can be applied to a folding bicycle, in particular, a one-side wheel type folding bicycle, thereby basically occupying a smaller volume than a general folding bicycle during transportation and storage, and at the same time driving conditions when driving a bicycle. It is an invention that can maximize the merchandise and user convenience of the bicycle as well as the transmission by allowing the transmission to be carried out in multiple stages.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a typical folding bicycle
  • FIG. 2 is a view showing another example of a general folding bicycle
  • FIG. 3 is a perspective view showing a fixed transmission of one side of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fixed transmission of one side of the present invention.
  • FIG. 5 is a view illustrating a speed change unit in the fixed transmission of one side of the present invention.
  • FIG. 6 is a view illustrating a shift control unit in a fixed transmission of one side of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 4;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 4;
  • 10 is a sun gear, a pole, and in one fixed transmission of the present invention
  • Sectional drawing which shows the positional relationship of a shaft.
  • Figure 3 is a perspective view showing a one side fixed transmission of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing one side fixed transmission of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a speed change portion in the one-side fixed transmission of the present invention
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing a shift control unit in the one-side fixed transmission of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 4
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the sun gear, the pole, and the shaft in the fixed transmission of one side of the present invention.
  • the fixed transmission of the present invention as shown in Figures 3 to 6, in the shaft 100 is supported on one side to the body frame 10 of the bicycle via the fixed end 110, on the free end 120
  • the input unit 300, the output unit 500, the transmission unit 200, and the shift control unit 400 are all eccentrically provided to one side to prevent separation by the fastening means 600, one-side wheel type folding bike.
  • the present invention is a one-side fixed type transmission that can be applied to a folding bicycle of one side wheel type, will be described below by applying to the rear wheel (3) of the folding bicycle shown in FIG. 2 as an example, of course, the limitation to the application target none.
  • the shaft 100 is a component that serves as a skeleton in the present invention, and a predetermined section thread 111 is formed on the outer circumferential surface thereof, and a plurality of grooves 101 having a circular cross-sectional shape are radially positioned in the axial direction. It is engraved.
  • the groove 101 of the circular cross-sectional shape prevents the pawls 421 and 422 from escaping in the normal direction other than the axial direction on the shaft 100, and at the same time, the pawls 421 and 422 shown in FIG. It is desirable to smoothly operate the pivoting operation, ie standing or lying down.
  • the outer circumferential surface of the pole seat portion of the shaft 100 is formed to be higher than the thickness of the poles 421 and 422 as shown in FIG. 10, thereby accompanied with a guide function to smooth the rotation of the sun gear 240. .
  • the right side of the shaft 100 corresponds to the fixed end 110 fixedly supported by the vehicle body frame 10, and other portions thereof correspond to the free end 120.
  • the shaft 100 is to be rotatably fixed to the body frame 10 through the fixing bush 130 shown in FIG.
  • the fixing bush 130 has a spline shape such that its outer circumferential surface is coupled to the vehicle body frame 10, and its inner circumferential surface is formed so as to be coupled to the groove 101 having a circular cross-sectional shape of the shaft 100.
  • the fixing bush 130 may be made of a separate material, it is of course possible to form the fixing bush 130 integrally with the body frame 10.
  • the shifting unit 200 is a component that actually shifts as shown in FIG. 5, and is generally a carrier 210, a planetary gear 220, a ring gear 230, and a sun gear 240. And clutch means 250.
  • the carrier 210 is freely rotatable on the outer circumference of the free end 120 of the shaft 100, and the carrier 210 has one or more planetary gears 220 rotatably connected to the pin 211. It is supported through, exemplified that three planetary gears 220 are provided on the drawing.
  • the planetary gear 220 may rotate on the carrier 210 and revolve as the carrier 210 rotates.
  • a ring gear 230 is provided on an outer side of the carrier 210, and a gear 231 is formed on an inner circumferential surface of the ring gear 230 to engage with the outer circumference of the planetary gear 220.
  • a sun gear 240 is provided inside the carrier 210, and the sun gear 240 meshes with the inner circumference of the planetary gear 220, thereby restraining the sun gear 240. Depending on whether or not the rotation is possible to the planetary gear 220 or to transmit the rotational force.
  • a clutch means 250 is further added between the carrier 210 and the ring gear 230, and the clutch means 250 transmits a rotational force to the ring gear 230 directly from the carrier 210. If a faster rotational speed is transmitted from the carrier 210 to the ring gear 230 through the planetary gear 220, the clutch means 250 slips and the ring gear from the carrier 210. It is not possible to transmit the rotational force directly to the 230.
  • the input unit 300 is a component that receives a driving force from the outside, for example, a person's stepping force or a rotation of a separately provided motor as a driving force and is directly connected to the carrier 210 to rotate the transmission unit 200. It is located between the body frame 10.
  • the shift control unit 400 is positioned inside the shift unit 200 and controls the shift of the shift unit 200 according to the driver's operation.
  • the shift control unit 400 meshes with the inner circumference of the planetary gear 220. By selectively restraining the rotation of the sun gear 240, the planetary gear 220 described above is controlled to be idle or transmit the rotational force.
  • the output unit 500 is a component positioned at the outermost center of the shaft 100 to output the driven force shifted from the ring gear 230 through the hub shell 510.
  • the fastening means 600 is fixedly fastened to the end of the free end 120, the shift unit 200, the input unit 300, the shift control unit 400, provided on the free end 120,
  • the output unit 500 prevents the output unit 500 from being separated outward in the axial direction of the shaft 100 based on the body frame 10.
  • One side fixed type transmission of the present invention as described above can be applied to the one-side wheel-type folding bike, because all components are fixed to the body frame 10 through the fixed end 110 of the shaft 100 only
  • the shift can be performed according to the user's operation, and in particular, the invention has the greatest advantage of being able to fold into a smaller volume during transport and storage.
  • the brake lining 520 may be provided on the outer circumferential surface of the hub shell 510.
  • a brake lining 520 made of a disk shape as shown in Figure 3 on the outer circumferential surface of the hub shell 510 to the shifted output rotation, a plurality of cooling holes 521, a brake caliper (not shown) ) May add a braking function to hold the brake lining 520.
  • the input unit 300 may be formed of a belt pulley or a sprocket connected to the carrier 210.
  • the input unit 300 as described above is a component that receives a driving force from the outside, and when the transmission means is a belt, it is also possible to apply a belt pulley as shown, and when the transmission means is a normal chain Although not shown, it is possible to apply a sprocket.
  • the clutch means 250 is preferably made of an elastic pole 251 that is supported by the carrier 210 and elastically protrudes.
  • the clutch means 250 transmits a rotational force directly from the carrier 210 to the ring gear 230, and further from the carrier 210 to the ring gear 230 through the planetary gear 220.
  • the clutch means 250 is prevented from slipping and transmitting the rotational force directly from the carrier 210 to the ring gear 230. It is also possible to apply a conventional one-way clutch or the like. Do.
  • one or more fixing pins 252 are formed on the carrier 210 in parallel with the axial direction of the shaft 100, and the elastic poles are formed on the fixing pins 252. 251 is inserted, and the elastic pole 251 is rotated with respect to the shaft 100 by the coil spring 253 so as to elastically protrude in the normal direction.
  • the end shape of the elastic pole 251 corresponds to the shape of the gear 231 formed on the inner peripheral surface of the ring gear 230
  • the rotational speed of the carrier 210 is the rotational speed of the ring gear 230
  • the elastic pole 251 is caught by the gear 231 to transmit the rotation of the carrier 210 to the ring gear 230.
  • the fastening means 600 is preferably made of a paramagnetic body.
  • the fastening means 600 may apply a screw or bolt to the basic function to prevent the above-described components are separated from the free end 120 end of the shaft 100, wherein, By extending the head portion of the fastening means 600 may be applied to a paramagnetic material such as a magnet, it is also possible to insert the paramagnetic material of the separate star in the middle to fasten.
  • the two paramagnetic bodies may be engaged with each other when the bicycle is folded (Fig. 2 (b). ) Reference)
  • the planetary gear 220 described above is a planetary gear having only one outer diameter
  • the gear is shifted to two stages of low speed and high speed, and the planetary gear 220 may have two stages or the same.
  • the above multi-stage planetary gear 220 may be used.
  • the planetary gear 220 is composed of a multi-stage planetary gear 220 having a different outer diameter portion having the smallest outer diameter is meshed with the ring gear 230, the sun gear 240 A plurality of the planetary gears 220 may be provided in correspondence with the number of stages.
  • the planetary gear 220 having two stages is applied.
  • the planetary gear 220 will be described below on the assumption that the planetary gear 220 has a large diameter of one stage 220a and a small diameter of two stages 220b. .
  • the outer circumference of the first stage 220a of the planetary gear 220 does not engage with a separate component, and the gear 231 of the outer circumference of the second stage 220b is formed on the inner circumferential surface of the ring gear 230. ) To match.
  • first sun gear 240a and second sun gear 240b two sun gears 240 (hereinafter, referred to as first sun gear 240a and second sun gear 240b) having different diameters are provided inside the planetary gear 220, and the first As shown in FIG. 8, the sun gear 240a engages inside the first stage 220a of the planetary gear 220, and the second sun gear 240b includes the second stage of the planetary gear 220 as illustrated in FIG. 9. 220b) it will fit inside.
  • the rotation speed of the planetary gear 220 when the second sun gear 240b is fixed is higher than the rotation speed of the planetary gear 220 when the first sun gear 240a is fixed. Faster.
  • the shift control unit 400 as shown in Figure 6, the pawls 421 selectively engaged with the ratchet teeth (241a) (241b) formed on the inner peripheral surface of each of the sun gear (240a, 240b). 422; Position control protrusions (431, 432) are formed on the inner peripheral surface of the pole control ring (430) for controlling the protrusion of the poles (421, 422), respectively, as the rotation; It is preferable to include a shift ring 440 connected to the pole control ring 430 and rotates according to the extraction of the shift cable.
  • poles 421 and 422 (hereinafter referred to as first pole 421 and second pole 422) for controlling the first sun gear 240a and the second sun gear 240b are provided.
  • the first pole 421 and the second pole 422 are respectively controlled by the pole control ring 430, the ratchet formed on the inner circumferential surfaces of the first sun gear 240a and the second sun gear 240b, respectively.
  • the teeth are selectively engaged with the teeth 241a and 241b.
  • first pole 421 and the second pole 422 extend in the axial direction with respect to the shaft 100, and on one side thereof, on the control unit controlled by the pole control ring 430 and on the other side thereof.
  • the ratchet teeth 241a and 241b are divided into fitting portions for fitting.
  • the first pole 421 for controlling the first sun gear 240a is divided into a control part 421a and a fitting part 421b as shown in FIG. 6, but controls the second sun gear 240b.
  • the second pole 422 for the purpose of the control unit and the engaging portion is a unitary (422a).
  • first pole 421 and the second pole 422 is preferably made of a circular cross-section except for the control portion and the engagement portion, it is through this, the groove 101 of the shaft 100 described above
  • the first pole 421 and the second pole 422 are inserted into and assembled in the axial direction thereof so that, once assembled, the first pole 421 and the second pole 422 in the normal direction from the shaft 100. It is preferable not to separate this.
  • control section of the first pole 421 and the second pole 422 does not have to have the same shape as the engagement portion, and does not have to be a circular cross section in all portions except the control portion and the engagement portion.
  • position control protrusions 431 and 432 are formed on the inner circumferential surface of the pole control ring 430 to protrude a predetermined section to control the first pole 421 and the second pole 422, respectively.
  • the first pole 421 or the second pole 422 is a ratchet tooth 241a of the first sun gear 240a or the second sun gear 240b (
  • the first pole 421 and the second pole 422 may be the first sun gear 240a or the second sun gear 240b in a section where the position control protrusions 431 and 432 are not engaged.
  • the first sun gear 240a or the second sun gear 240b is constrained by being engaged with the ratchet teeth 241a and 241b.
  • a shift ring 440 is connected to the pole control ring 430, and the pole control ring 430 rotates integrally with the rotation of the shift ring 440, and the user has the user to the shift ring 440.
  • the shifting cable is drawn out according to the operation of the shifting, so that the shifting ring 440 is rotated in accordance with the withdrawal of the shifting cable.
  • the low speed state is a state in which both the first sun gear 240a and the second sun gear 240b of the shift control unit 400 are not restrained, and there is no pull out of the shift cable, so that the shift ring 440 of the shift control unit 400 is removed.
  • the pole control ring 430 is placed in the initial state by the restoring spring 441.
  • both the first pole 421 and the second pole 422 provided on the shaft 100 are positioned on the pole control ring 430. And maintains contact with 432.
  • the first pole 421 is not engaged with the ratchet teeth 241a formed on the inner circumferential surface of the first sun gear 240a, thereby preventing the first sun gear.
  • 240a is not constrained.
  • the second pole 422 also does not engage with the ratchet teeth 241b formed on the inner circumferential surface of the second sun gear 240b, thereby preventing the second sun gear.
  • 240b is also not constrained.
  • the planetary gear 220 is When the engine is idling, only the clutch means 250 transmits the rotational force of the carrier 210 directly to the ring gear 230 and is output to the output unit 500.
  • the rotational speed of the driving force through the input unit 300 and the rotational speed of the driven force through the output unit 500 are the same.
  • the medium speed state is a state in which only the first sun gear 240a of the shift control unit 400 is restrained and the second sun gear 240b is not restrained, and the shift control unit 400 shifts according to the drawing of the shift cable.
  • the ring 440 and the pole control ring 430 are rotated a predetermined angle clockwise in the drawing.
  • the first pole 421 provided in the shaft 100 is released from the first position control protrusion 431 formed in the pole control ring 430, but protrudes.
  • the second pole 422 continues to be in contact with the second position control protrusion 432 formed on the pole control ring 430.
  • the first pole 421 is engaged with the ratchet teeth 241a formed on the inner circumferential surface of the first sun gear 240a, whereby the first sun gear ( 240a) is constrained.
  • the second stage 220b integrally formed with the first stage 220a of the planetary gear 220 meshes with the ring gear 230 to quickly rotate the ring gear 230.
  • the rotational speed of the driven force through the output unit 500 is faster than the rotational speed of the driving force through the input unit 300.
  • the high speed state is a state in which the second sun gear 240b of the shift control unit 400 is constrained, and the shift ring 440 and the pole control ring of the shift control unit 400 according to the continuous withdrawal of the shift cable. 430 is further rotated a predetermined angle clockwise in the drawing.
  • the first pole 421 provided on the shaft 100 is released from the first position control protrusion 431 formed on the pole control ring 430, and The second pole 422 is also released from the second position control protrusion 432 formed on the pole control ring 430.
  • the second pole 422 meshes with the ratchet teeth 241b formed on the inner circumferential surface of the second sun gear 240b, thereby providing the second sun gear.
  • 240b is constrained.
  • the first pole 421 tries to engage the ratchet tooth 241a formed on the inner circumferential surface of the first sun gear 240a, but the first sun gear ( As the 240a is rotated counterclockwise, the first sun gear 240a is idle.
  • the rotation speed of the driven force through the output unit 500 reaches the highest speed as compared with the rotation speed of the driving force through the input unit 300.
  • the fixed-side transmission of the present invention is basically a multi-stage transmission using the planetary gear 220, and is capable of shifting in multiple stages according to a user's shift operation, and at the same time as a one-side wheel type folding bicycle as shown in FIG.
  • the fixed-side transmission of the present invention is basically a multi-stage transmission using the planetary gear 220, and is capable of shifting in multiple stages according to a user's shift operation, and at the same time as a one-side wheel type folding bicycle as shown in FIG.
  • it takes up a smaller volume during transport and storage, it is an invention having an excellent advantage that can maximize the convenience and user convenience of the folding bicycle as well as the transmission.

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Abstract

본 발명은 일측 고정형 변속기에 관한 것으로서, 특히, 유성기어를 이용한 변속기를 개선하여 차체프레임에 일측을 고정시키는 것이 가능한 변속기를 제공하기 위한 것으로서, 차체프레임(10)에 일측이 고정되는 고정단(110)과, 그 타측의 자유단(120)으로 이루어진 샤프트(100)와; 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 외주를 회전하는 캐리어(210)와, 상기 캐리어(210)에 자전 가능하게 지지되는 유성기어(220)와, 상기 유성기어(220)의 외주에 치합하는 링기어(230)와, 상기 유성기어(220)의 내주에 치합하는 태양기어(240)와, 상기 캐리어(210)의 회전을 상기 링기어(230)에 선택적으로 전달하는 클러치수단(250)을 포함하는 변속부(200)와; 외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어(210)를 회전시키는 입력부(300)와; 상기 태양기어(240)의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부(400)와; 상기 링기어(230)로부터 허브쉘(510)을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부(500)와; 상기 자유단(120)의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부(200), 상기 입력부(300), 상기 변속제어부(400), 그리고 상기 출력부(500)가 상기 차체프레임(10)을 기준으로 상기 샤프트(100)의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단(600)으로 구성되어, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

일측 고정형 변속기
본 발명은 일측 고정형 변속기에 관한 것으로서 특히, 유성기어를 이용한 변속기를 개선하여 차체프레임에 일측을 고정시키는 것이 가능한 변속기를 제공하기 위한 것으로써, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 변속기란 구동력을 입력받아 종동력을 출력시키되, 요구되는 조건에 따라 가속 혹은 감속을 실시하여 원하는 회전속도나 토크를 얻을 수 있는 장치이다.
도 1은 일반적인 외기어형 변속기가 마련된 접이식 자전거를 도시하는 도로서, 도 1의 (a)는 그 사시도이고, 도 1의 (b)는 그 평면도이다.
변속기는 그 변속 구조에 따라 다양하게 분류되는데, 근래에 가장 널리 적용되고 있는 자전거용 변속기는 도 1에 도시한 바와 같은 외기어형 변속기이다.
외기어형 변속기는 도 1에 도시한 바와 같이 서로 다른 직경을 갖는 다수의 스프라켓(4)이 적층 형성되어 있어, 체인(5)이 치합하는 스프라켓(4)의 직경에 따라 각기 다른 변속비를 얻을 수 있는 것이다.
이러한 외기어형 변속기는 비교적 구조가 간단하다는 이점을 갖지만, 비교적 부피가 크고 다수의 스프라켓(4)이 외부로 노출되어 있어 오염이 쉽게 될 뿐 아니라, 체인(5)이 빠져버리는 현상이 빈번하게 발생한다는 단점을 가지고 있었다.
이에 따라, 상술한 외기어형 변속기를 개선하여, 고장 및 오염이 적고 비교적 소형으로 구현 가능하다는 이점을 지닌 유성기어를 내장한 내기어형 변속기가 개발되었다.
상기 내기어형 변속기는 그 내부에 고정된 샤프트를 기준으로 유성기어, 캐리어, 태양기어, 그리고 링기어 등이 마련되어 폴(pawl)의 제어에 따라 변속을 실시하는 것으로, 특히 상기 유성기어의 개수나 단수에 따라 다단변속이 가능한 것이다.
이와 더불어, 접이식 자전거는 운반이나 보관 시 그 부피를 줄이기 위해 개발된 것으로, 몸체의 일부를 접어서 포개는 구조가 널리 적용되고 있다.
도 1에 도시한 접이식 자전거는 전륜(2)과 후륜(3)을 지지하는 차체프레임(1)의 중단이 횡방향으로 접혀지게 되어 있어, 이를 접었을 경우, 도 1의 (b)와 같이 전륜(2)과 후륜(3)이 나란하게 포개어지도록 위치하게 된다.
그리고 도 2는 일반적인 접이식 자전거의 다른 예를 도시하는 도로서, 도 2의 (a)는 그 사시도이고, 도 2의 (b)는 그 일부에 대한 확대 평면도이다.
도 2에 도시한 접이식 자전거는 원 사이드 휠 타입(one side wheel type)의 접이식 자전거로서, 이러한 구조의 접이식 자전거는 차체프레임(1)이 상하로 접혀지는 구조를 가지며, 특히 전륜(2)과 후륜(3)이 도 2의 (a)와 같이 차체프레임(1)에 서로 대향하는 방향으로 각각 일측이 지지되어 있어, 자전거를 접을 경우 도 2의 (b)와 같이 전륜(2)과 후륜(3)이 맞닿도록 서로 포개어져, 도 1에 도시한 접이식 자전거에 비해 더 작은 부피로 접히게 된다는 이점을 지니고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 내기어형 변속기의 경우, 고정샤프트의 양단이 차체프레임(1)에 고정되어야만 하는 양단 지지구조로서, 도 1에 도시한 접이식 자전거에 내기어형 변속기를 적용할 경우, 접이식 자전거를 접었을 때 그 접혀진 폭이 비교적 넓다는 단점이 있었다.
또한, 그 접혀지는 폭을 기존에 비해 크게 줄인 도 2에 도시한 접이식 자전거의 경우에는 전륜(2) 및 후륜(3)이 좌우 양측 중 어느 일측에 차체프레임(1)이 연결되는 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거이기 때문에, 일반적인 외기어형 변속기는 물론 샤프트의 양단이 차체프레임(1)에 지지되어야만 하는 종래의 내기어형 양단지지 변속기 또한 적용할 수 없다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 일측 고정형 변속기를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명은 차체프레임에 일측이 고정되는 고정단과, 그 타측의 자유단으로 이루어진 샤프트와; 상기 샤프트의 자유단 외주를 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어에 자전 가능하게 지지되는 유성기어와, 상기 유성기어의 외주에 치합하는 링기어와, 상기 유성기어 내주에 치합하는 태양기어와, 상기 캐리어의 회전을 상기 링기어에 선택적으로 전달하는 클러치수단을 포함하는 변속부와; 외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어를 회전시키는 입력부와; 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부와; 상기 링기어로부터 허브쉘을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부와; 상기 자유단의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부, 상기 입력부, 상기 변속제어부, 그리고 상기 출력부가 상기 차체프레임을 기준으로 상기 샤프트의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단으로 구성함으로써 달성된다.
이때, 상기 허브쉘의 외주면에는 브레이크 라이닝이 마련되는 것도 가능하다.
여기에서, 상기 샤프트는 그 외주면에 원형 단면 형상의 홈이 방사상에 축방향으로 음각되어 있고, 상기 원형 단면 형상의 홈에 고정부시를 사용하여 차체프레임에 고정되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 고정부시는 외주면이 차체프레임에 결합되도록 스플라인이 형성되고, 그 내주면은 샤프트의 원형 단면 형상의 홈에 결합되는 스플라인이 형성되는 것이 양호하다.
특히, 상기 샤프트의 폴 자리부 외주면은 폴의 두께보다 높게 형성되어, 상기 태양기어의 회전을 부드럽게 가이드 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 변속제어부는 각각의 상기 태양기어 내주면에 형성된 래칫톱니에 선택적으로 치합하는 폴과; 위치제어돌기가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링과; 상기 폴 제어링에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링을 포함하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 폴은 상기 샤프트의 원형 단면 형상의 홈 내에 축방향으로 조립되어, 상기 샤프트의 법선방향으로 분리되지 않는 것이 가장 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.
도 1은 일반적인 접이식 자전거의 일 예를 도시하는 도,
도 2는 일반적인 접이식 자전거의 다른 예를 도시하는 도,
도 3은 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 사시도,
도 4는 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속부를 도시하는
분해사시도,
도 6은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속제어부를 도시하는
분해사시도,
도 7은 도 4에 있어서 A-A선에 대한 단면도,
도 8은 도 4에 있어서 B-B선에 대한 단면도,
도 9는 도 4에 있어서 C-C선에 대한 단면도,
도 10은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서, 태양기어, 폴, 그리고
샤프트의 위치관계를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 단면도이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속부를 도시하는 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속제어부를 도시하는 분해사시도이다.
또한, 도 7은 도 4에 있어서 A-A선에 대한 단면도이며, 도 8은 도 4에 있어서 B-B선에 대한 단면도이고, 도 9는 도 4에 있어서 C-C선에 대한 단면도이다.
또한, 도 10은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서, 태양기어, 폴, 그리고 샤프트의 위치관계를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 일측 고정형 변속기는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고정단(110)을 통해 자전거의 차체프레임(10)에 일측이 지지되는 샤프트(100)에 있어서, 자유단(120) 상에 입력부(300), 출력부(500), 변속부(200), 그리고 변속제어부(400) 모두가 한 쪽으로 편심되게 마련되어 체결수단(600)에 의해 분리가 방지되어, 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용할 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용할 수 있는 일측 고정형 변속기로서, 도 2에 도시한 접이식 자전거의 후륜(3)에 적용하는 것을 예로 하여 이하에 설명하며, 물론 그 적용 대상에 제한은 없다.
우선 샤프트(100)는 본 발명에 있어서 뼈대 역할을 하는 구성요소로, 그 외주면에 소정 구간 나사산(111)이 형성되어 있고, 원형 단면 형상의 홈(101)이 방사상에 다수 개 위치하여 축방향으로 음각되어 있다.
이때, 상기 원형 단면 형상의 홈(101)은 폴(421)(422)이 샤프트(100) 상에서 그 축방향 이외의 법선방향으로 이탈되지 않도록 하는 동시에, 도 6에 도시한 폴(421)(422)의 회동 작동, 즉 세워지거나 눕혀지는 작동이 원활하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 샤프트(100)의 폴 자리부 외주면은 도 10에 도시한 바와 같이 폴(421)(422)의 두께보다 높게 형성되어, 태양기어(240)의 회전을 부드럽게 하는 가이드 기능을 수반하게 된다.
그리고, 상기 샤프트(100)의 도면상 우측이 차체프레임(10)에 고정 지지되는 고정단(110)에 해당하고, 그 이외의 부분이 자유단(120)에 해당하게 되는 것이다.
여기에서, 상기 샤프트(100)는 도 6에 도시한 고정부시(130)를 통해 차체프레임(10)에 회전 불가능하게 고정되는 것이다.
상기 고정부시(130)는 그 외주면이 차체프레임(10)에 결합되도록 스플라인(spline) 형상이며, 그 내주면은 샤프트(100)의 원형 단면 형상의 홈(101)에 결합되도록 스플라인이 형성되어 있다.
도시한 바와 같이, 상기 고정부시(130)가 별물로 이루어질 수도 있지만, 상기 고정부시(130)를 상기 차체프레임(10)에 일체로 형성시키는 것도 물론 가능하다.
다음으로, 변속부(200)는 도 5에 도시한 바와 같이 실제적으로 변속을 실시하는 구성요소로, 크게는 캐리어(210), 유성기어(220), 링기어(230), 태양기어(240) 그리고 클러치수단(250)으로 이루어진다.
먼저, 캐리어(210)는 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 외주 상에서 자유롭게 회전 가능한 것으로, 상기 캐리어(210)에는 1개 또는 다수의 유성기어(220)가 회전 가능하게 핀(211)을 통해 지지되며, 도면상에는 3개의 유성기어(220)가 마련된 것을 예시하였다.
이에 따라, 상기 유성기어(220)는 상기 캐리어(210) 상에서 자전 가능하며, 상기 캐리어(210)의 회전에 따라 공전하게 된다.
그리고, 상기 캐리어(210)의 외측에는 링기어(230)가 마련되며, 이 링기어(230)의 내주면에는 기어(231)가 형성되어 있어 상기 유성기어(220)의 외주와 치합하게 된다.
또한, 상기 캐리어(210)의 내측에는 태양기어(240)가 마련되며, 이 태양기어(240)는 상기 유성기어(220)의 내주와 치합하게 되어, 이 태양기어(240)의 구속여부, 즉 회전 가능 여부에 따라 상기 유성기어(220)를 공회전 시키거나 또는 회전력을 전달할 수 있도록 하는 것이다.
이와 더불어, 상기 캐리어(210)와 링기어(230) 사이에는 클러치수단(250)이 더 부가되는데, 이 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)로부터 직접 상기 링기어(230)에 회전력을 전달하며, 만약 상기 캐리어(210)로부터 유성기어(220)를 통하여 상기 링기어(230)에 더 빠른 회전속도가 전달될 경우에는 이 클러치수단(250)이 미끄러져 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)에 직접 회전력을 전달하지는 못하게 된다.
다음으로 입력부(300)는 외부로부터의 구동력, 예를 들어 사람의 답력 또는 별도로 마련된 모터의 회전을 구동력으로 입력받아 상기 캐리어(210)와 직결되어 회전시키는 구성요소로서, 상기 변속부(200)와 차체프레임(10) 사이에 위치하게 된다.
그리고, 변속제어부(400)는 상기 변속부(200)의 안쪽에 위치하여 운전자의 조작에 따라 상기 변속부(200)의 변속을 제어하는 구성요소로, 상기 유성기어(220)의 내주에 치합하는 태양기어(240)의 회전을 선택적으로 구속함으로써, 상술한 유성기어(220)가 공회전하거나 혹은 회전력을 전달할 수 있도록 제어하게 된다.
또한, 출력부(500)는 상기 샤프트(100)를 중심으로 가장 외곽에 위치하여 상기 링기어(230)로부터 허브쉘(510)을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 구성요소이다.
마지막으로, 상기 자유단(120)의 말단에는 체결수단(600)이 고정 체결되어, 상기 자유단(120) 상에 마련된, 상기 변속부(200), 입력부(300), 변속제어부(400), 그리고 출력부(500)가 상기 차체프레임(10)을 기준으로 상기 샤프트(100)의 축방향 외측으로 분리되는 것을 막게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일측 고정형 변속기는 모든 구성요소가 샤프트(100)의 고정단(110)을 통해 차체프레임(10)에 일측만이 고정됨으로써, 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용이 가능하여, 사용자의 조작에 따라 변속을 실시할 수 있으며, 특히 운반 및 보관 시 더욱 작은 부피로 접을 수 있다는 가장 큰 이점을 지닌 발명인 것이다.
이와 더불어, 상술한 본 발명에 있어서, 상기 허브쉘(510)의 외주면에는 브레이크 라이닝(520)이 마련되는 것도 가능하다.
즉, 변속된 출력 회전을 하는 상기 허브쉘(510)의 외주면 상에 도 3과 같이 원판 형상으로 이루어져 다수의 냉각홀(521)이 형성된 브레이크 라이닝(520)을 마련함으로써, 별도로 브레이크 캘리퍼(미도시)가 상기 브레이크 라이닝(520)을 잡아주는 제동 기능을 부가할 수도 있는 것이다.
또한, 상기 입력부(300)는 상기 캐리어(210)에 연결된 벨트풀리 또는 스프라켓으로 이루어지는 것이 가능하다.
즉, 상술한 입력부(300)는 외부로부터 구동력을 전달받는 구성요소로, 그 전달 수단이 벨트인 경우에는 도시한 것과 같이 벨트풀리를 적용하는 것도 가능하고, 상기 전달 수단이 통상의 체인인 경우에는 미도시 하였지만 스프라켓을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)에 지지되어 탄력적으로 돌출되는 탄성폴(251)로 이루어진 것이 바람직하다.
즉, 상기 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)로부터 직접 상기 링기어(230)에 회전력을 전달하며, 만약 상기 캐리어(210)로부터 유성기어(220)를 통하여 상기 링기어(230)에 더 빠른 회전속도가 전달될 경우에는 이 클러치수단(250)이 미끄러져 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)에 직접 회전력을 전달하지는 못하게 되는 것으로, 통상의 원웨이클러치 등을 적용하는 것도 가능하다.
그러나, 본 발명에 있어서 가장 바람직하게는 상기 캐리어(210) 상에 샤프트(100)의 축방향과 평행하게 1개 또는 다수의 고정핀(252)을 형성하고, 이 고정핀(252)에 탄성폴(251)을 삽입하여, 코일스프링(253)에 의해 상기 탄성폴(251)이 상기 샤프트(100)를 기준으로 회전하여 그 법선방향으로 탄성 돌출되도록 설치한다.
이때, 상기 탄성폴(251)의 말단 형상은 상기 링기어(230)의 내주면에 형성된 기어(231)의 형상에 대응하여, 상기 캐리어(210)의 회전속도가 상기 링기어(230)의 회전속도보다 빠를 때에는 상기 탄성폴(251)이 상기 기어(231)에 걸려 상기 캐리어(210)의 회전을 상기 링기어(230)에 전달하게 된다.
반면에, 상기 캐리어(210)의 회전속도 보다 가속 변속된 상기 링기어(230)의 회전속도가 더 빠를 때에는 상기 탄성폴(251)이 미끄러져 상기 기어(231)를 타고 넘으면서 상기 캐리어(210)의 회전력이 상기 링기어(230)에 전달되지는 않게 된다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 상기 체결수단(600)은 상자성체로 이루어진 것이 양호하다.
즉, 상기 체결수단(600)은 상술한 구성요소들이 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 말단에 분리되는 것을 방지하는 기본적인 기능을 하기 위해 나사나 볼트 등을 적용할 수 있는데, 이때, 상기 체결수단(600)의 머리부위를 확장하여 자석과 같은 상자성체를 적용할 수도 있으며, 도시한 바와 같이 별물의 상자성체를 중간에 삽입하여 체결하는 것도 가능하다.
이를 통해, 본 발명의 일측 고정형 변속기가 적용되는 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거의 전륜에도 이에 대응하는 상자성체를 부가함으로써, 자전거를 접었을 때 두 상자성체가 서로 맞붙도록 할 수도 있는 것이다.(도 2(b) 참조)
그리고, 위에서 상술한 상기 유성기어(220)가 오직 하나의 외경으로 성형된 1단의 유성기어인 경우 저속과 고속 오직 2단으로 변속이 이루어지게 되는데, 이 유성기어(220)는 2단 또는 그 이상의 다단 유성기어(220)이어도 좋다.
즉, 본 발명에 있어서, 상기 유성기어(220)는 서로 다른 외경을 갖는 다단 유성기어(220)로 이루어져 가장 작은 외경을 갖는 부위가 상기 링기어(230)에 치합하고, 상기 태양기어(240)는 상기 유성기어(220)의 단수에 대응하여 다수개가 마련되는 구성도 가능하다.
도시한 바와 같이 2단의 유성기어(220)가 적용된 것을 예로 들면, 상기 유성기어(220)가 큰 직경의 1단(220a)과 작은 직경의 2단(220b)으로 이루어져 있다고 가정하여 이하 설명한다.
이러한 경우, 상기 유성기어(220)에 있어서 1단(220a)의 외주는 별도의 구성요소와 치합하지 않으며, 상기 2단(220b)의 외주가 상기 링기어(230)의 내주면에 형성된 기어(231)에 치합하게 된다.
그리고, 이에 따라, 상기 유성기어(220)의 내측에는 서로 다른 직경의 두 태양기어(240)(이하 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b)라 한다)가 마련되어, 상기 제1태양기어(240a)는 도 8과 같이 상기 유성기어(220)의 1단(220a) 안쪽에서 치합하고, 상기 제2태양기어(240b)는 도 9와 같이 상기 유성기어(220)의 2단(220b) 안쪽에서 치합하게 되는 것이다.
이를 통해, 상기 제1태양기어(240a)가 고정되었을 때의 상기 유성기어(220)의 회전속도 보다, 상기 제2태양기어(240b)가 고정되었을 때의 상기 유성기어(220)의 회전속도가 더 빨라지게 된다.
이와 함께, 본 발명에 있어서, 상기 변속제어부(400)는 도 6과 같이, 각각의 상기 태양기어(240a)(240b) 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)(241b)에 선택적으로 치합하는 폴(421)(422)과; 위치제어돌기(431)(432)가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴(421)(422)의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링(430)과; 상기 폴 제어링(430)에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링(440)을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1태양기어(240a)와 제2태양기어(240b)를 각각 제어하기 위한 폴(421)(422)(이하 제1폴(421) 및 제2폴(422)라 한다)이 마련되며, 이 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 각각 폴 제어링(430)에 의해 제어되어 상기 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b)의 내주면에 각각 형성된 래칫톱니(241a)(241b)에 선택적으로 치합하게 된다.
이를 위해 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 상기 샤프트(100)를 기준으로 축방향으로 연장되어 그 일측에는 상기 폴 제어링(430)에 의해 제어되는 제어부위와 그 타측에는 상기 래칫톱니(241a)(241b)에 치합하기 위한 치합부위로 구분된다.
이때, 상기 제1태양기어(240a)를 제어하기 위한 제1폴(421)은 도 6과 같이 제어부위(421a)와 치합부위(421b)가 나뉘어져 있으나, 상기 제2태양기어(240b)를 제어하기 위한 제2폴(422)은 제어부위와 치합부위가 일체(422a)로 되어 있다.
특히, 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 상기 제어부위와 치합부위를 제외하고는 모두 원형단면으로 이루어지는 것이 양호하며, 이를 통해 위에서 설명한 상기 샤프트(100)의 홈(101) 내에 그 축방향으로 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 삽입되어 조립됨으로써, 한번 조립되면 상기 샤프트(100)에서 법선방향으로 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 분리되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)의 제어부위는 치합부위와 형상이 같지 않아도 되며, 제어부위와 치합부위를 제외한 부분에 있어서 모두 원형단면일 필요는 없다.
그리고, 상기 폴 제어링(430)의 내주면에는 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)을 각각 제어하기 위치제어돌기(431)(432)가 소정 구간 돌출 형성되어 있어, 상기 위치제어돌기(431)(432)가 돌출되어 있는 구간에서는 상기 제1폴(421) 또는 제2폴(422)이 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)의 래칫톱니(241a)(241b)에 치합하지 않으며, 상기 위치제어돌기(431)(432)가 없는 구간에서는 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)의 래칫톱니(241a)(241b)에 치합하여 해당하는 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)를 구속하게 된다.
또한, 상기 폴 제어링(430)에는 변속링(440)이 연결되며, 이 변속링(440)의 회전에 따라 상기 폴 제어링(430)이 일체로 회전하며, 상기 변속링(440)에는 사용자의 조작에 따라 인출되는 변속케이블이 연결되어 있어, 상기 변속케이블의 인출에 따라 상기 변속링(440)이 회전하게 되는 것이다.
여기에서, 상기 폴 제어링(430)의 복귀를 도울 수 있도록 복원스프링(441) 등을 부가하는 것도 가능하다.
이하, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일측 고정형 변속기에 대하여 2단 유성기어(220)가 마련된 것을 예시하여 저속, 중속, 고속, 3단으로 변속되는 변속예를 설명하면 다음과 같다.
- 저속 상태
우선 저속 상태는 변속제어부(400)의 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b) 모두가 구속되지 않는 상태로, 변속케이블의 인출이 없어 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)은 복원스프링(441)에 의해 초기 상태에 위치하게 된다.
이러한 상태에서는 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제1폴(421)과 제2폴(422) 모두가 상기 폴 제어링(430)에 형성된 위치제어돌기(431)(432)에 접촉한 상태를 유지하게 된다.
이에 따라, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)는 구속되지 않는다.
이와 동시에, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422) 또한 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)도 구속되지 않는다.
결과적으로, 상기 제1태양기어(240a)와 제2태양기어(240b)가 모두 구속되지 않은 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 상기 유성기어(220)가 공회전하게 되며, 오직 클러치수단(250)에 의해 캐리어(210)의 회전력이 링기어(230)에 직접 전달되어 출력부(500)로 출력된다.
이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도와 상기 출력부(500)를 통한 종동력의 회전속도는 같다.
- 중속 상태
다음으로, 중속 상태는 변속제어부(400)의 제1태양기어(240a)만 구속되고 제2태양기어(240b)는 구속되지 않는 상태로, 변속케이블의 인출에 따라 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)이 도면상 시계방향으로 소정 각도 회전하게 된다.
이러한 상태에서는 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제1폴(421)은 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제1위치제어돌기(431)로부터 해제되어 돌출되지만, 제2폴(422)은 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제2위치제어돌기(432)에 접촉한 상태를 계속 유지하게 된다.
이에 따라, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)가 구속된다.
반면에, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422)은 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)는 구속되지 않는다.
결과적으로, 상기 제2태양기어(240b)가 구속되지 않고, 상기 제1태양기어(240a)만 구속된 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 고정된 상기 제1태양기어(240a)에 상기 유성기어(220)의 1단(220a)이 치합하여 자전하는 동시에 상기 캐리어(210) 상에서 공전하게 된다.
이에 따라, 상기 유성기어(220)의 1단(220a)과 일체를 이루고 있는 2단(220b)이 링기어(230)와 치합하여 상기 링기어(230)를 빠르게 회전시키게 되는 것이다.
이때, 상기 링기어(230)의 회전속도는 상기 캐리어(210)의 회전속도보다 빠르기 때문에, 상기 클러치수단(250)을 통한 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)로의 직접적인 회전력 전달은 없다.
이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도에 비해 상기 출력부(500)를 통한 종동력의 회전속도가 빨라진다.
- 고속 상태
다음으로, 고속 상태는 변속제어부(400)의 제2태양기어(240b)가 구속되는 상태로, 변속케이블의 계속된 인출에 따라 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)이 도면상 시계방향으로 소정 각도 더 회전하게 된다.
이러한 상태에서는 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제1폴(421)이 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제1위치제어돌기(431)로부터 해제되는 동시에, 제2폴(422)도 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제2위치제어돌기(432)로부터 해제된다.
이에 따라, 우선 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422)이 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)가 구속된다.
이와 함께, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하려 하지만, 상기 제1태양기어(240a)가 반시계방향으로 회전하게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)는 공회전 하게 된다.
결과적으로, 상기 제1태양기어(240a)가 구속되지 않고, 상기 제2태양기어(240b)만 구속된 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 고정된 상기 제2태양기어(240b)에 상기 유성기어(220)의 2단(220b)이 치합하여 더 빠르게 자전하는 동시에 상기 캐리어(210) 상에서 더 빠르게 공전하게 된다.
이에 따라, 상기 유성기어(220)의 2단(220b)이 링기어(230)와 치합하여 상기 링기어(230)를 더욱 빠르게 회전시키게 되는 것이다.
이때에도, 상기 링기어(230)의 회전속도는 상기 캐리어(210)의 회전속도보다 빠르기 때문에, 상기 클러치수단(250)을 통한 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)로의 직접적인 회전력 전달은 없다.
이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도에 비해 상기 출력부(500)를 통한 종동력의 회전속도가 최고속에 달한다.
따라서, 본 발명의 일측 고정형 변속기는 기본적으로 유성기어(220)를 이용한 다단 변속기로서, 사용자의 변속 조작에 따라 다단으로 변속이 가능한 동시에, 도 2에 도시한 바와 같은 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용하는 것이 가능함으로써, 운반 및 보관 시 보다 작은 부피를 차지하게 됨으로써, 변속기 뿐 아니라 접이식 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 차체프레임에 일측이 고정되는 고정단과, 그 타측의 자유단으로 이루어진 샤프트와;
    상기 샤프트의 자유단 외주를 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어에 자전 가능하게 지지되는 유성기어와, 상기 유성기어의 외주에 치합하는 링기어와, 상기 유성기어의 내주에 치합하는 태양기어와, 상기 캐리어의 회전을 상기 링기어에 선택적으로 전달하는 클러치수단을 포함하는 변속부와;
    외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어를 회전시키는 입력부와;
    상기 태양기어의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부와;
    상기 링기어로부터 허브쉘을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부와;
    상기 자유단의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부, 상기 입력부, 상기 변속제어부, 그리고 상기 출력부가 상기 차체프레임을 기준으로 상기 샤프트의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 허브쉘의 외주면에는 브레이크 라이닝이 마련되는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트는 그 외주면에 원형 단면 형상의 홈이 방사상에 축방향으로 음각되어 있고, 상기 원형 단면 형상의 홈에 고정부시를 사용하여 차체프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 고정부시는 외주면이 차체프레임에 결합되도록 스플라인이 형성되고, 그 내주면은 샤프트의 원형 단면 형상의 홈에 결합되는 스플라인이 형성된 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트의 폴 자리부 외주면은 폴의 두께보다 높게 형성되어, 상기 태양기어의 회전을 부드럽게 가이드 하는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 변속제어부는
    각각의 상기 태양기어 내주면에 형성된 래칫톱니에 선택적으로 치합하는 폴과;
    위치제어돌기가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링과;
    상기 폴 제어링에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링을 포함하는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 폴은 상기 샤프트의 원형 단면 형상의 홈 내에 축방향으로 조립되어, 상기 샤프트의 법선방향으로 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
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