WO2012060476A1

WO2012060476A1 - 동력전달장치

Info

Publication number: WO2012060476A1
Application number: PCT/KR2010/007581
Authority: WO
Inventors: 변재상
Original assignee: 주식회사 와코
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-10

Abstract

본 발명은 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예를 들어 무(無)체인(chainless) 자전거에서 크랭크와 뒷바퀴 사이에 배열되는 중계부재에 적용되어 전기자전거를 구현하고, 클러치의 작동에 따라 페달 답력에 의한 수동 이동이나 모터 회전력에 의한 자동 이동이 가능하여 전동 자전거를 비롯하여 기타 유사 분야에 적용될 수 있는 동력전달장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 동력전달장치는 외피; 상기 외피 내에 구비되고 베어링에 의하여 지지되는 회동축; 베어링을 개재한 상태로 상기 회동축을 감싸는 회전자와, 상기 회전자를 감싸는 고정자를 포함하는 전동유닛; 및 상기 전동유닛 회전자의 동력을 상기 회동축의 출력기어에 전달 또는 차단하는 제1클러치;를 포함하여 이루어진다.

Description

동력전달장치

본 발명은 동력전달장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 예를 들어 무(無)체인(chainless) 자전거에서 크랭크와 뒷바퀴 사이에 배열되는 중계부재에 적용되어 전기자전거를 구현하고, 클러치의 작동에 따라 페달 답력에 의한 수동 이동이나 모터 회전력에 의한 자동 이동이 가능하여 전동 자전거를 비롯하여 기타 유사 분야에 적용될 수 있는 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치에 관한 것이며,

나아가 테두리에 치차를 갖는 복수의 디스크를 조합하고, 다양한 두께를 갖는 스페이서를 개재하여 자전거의 크랭크축에 구비되는 기어를 구성하여 각도를 상황에 맞게 쉽게 조절할 수 있도록 조합하여 원활한 구름접촉을 보장할 수 있는 동력전달장치에 관한 것이다.

전기 자전거는 축전지를 이용하여 전동기를 회전시키는 동력으로 앞 또는 뒷바퀴를 회전시켜 주행하는 방식이 채용되는데, 체인이 부착된 자전거는 주로 뒷바퀴의 내장 허브에 전동기를 설치하여 뒷바퀴를 구동시키고 있다,

이러한 체인 자전거는 전동장치를 장착하는 작업이 어려운데, 이에 비하여 무체인 자전거의 경우는 크랭크와 뒷바퀴 허브 사이의 중계부재에 전동기를 부착하기에 적합하다.

이와 관련하여 특허 제0769877호(2007.10.18) [일체형 동력전달축을 구비한 전동기]에서는 전기자전거에 적합한 동력전달장치를 제시하고 있다.

그러나 상기 특허는 페달 답력만으로 이동하고자 할 경우에는 중계부재에 통상의 모터와 유사한 전동유닛으로 인하여 페달을 구르는데 많은 힘이 소요되고,

중계부재 회동축과 함께 회전자가 선회하므로 영구자석의 자력으로 인한 동력손실이 많아 수동 또는 전동 이동 겸용 기능이 떨어져 상품성이 낮다는 치명적인 문제점을 안고 있다.

한편, 무체인 자전거를 구현하기 위한 노력은 특허공개 제1995-0029129호(1995.11.22) 『베벨기어 구동 샤푸드 동력 전달방식의 자전거』 이후로,

특허등록 제0217891호(1999.06.07) 『자동 변속장치의 무체인 자전거』를 거쳐, 특허등록 제0414889호(2003.12.29) 『무체인 동력전달용 기어부재』, 특허등록 제0491743호(2005.05.18) 『자전거의 동력 전달장치』, 특허등록 제0527093호(2005.11.01) 『무체인 자전거의 동력전달장치용 스프라켓기어의 곡선치형 형성장치』 등이 있다.

이와 같은 종래 무체인 자전거를 위한 동력전달장치의 발전방향은 페달과 연결된 크랭크를 통하여 가해지는 힘을 후륜쪽으로 얼마나 신뢰성 있게 전달하느냐와

체인타입 동력전달장치에 상응하게 저렴한 제조단가를 어떻게 보장하느냐,

그리고 체인타입 동력전달장치에서 상용화된 변속기어를 어떻게 구현할 것인가에 있었다.

상기 특허등록 제0414889호는 페달이 구비된 크랭크축 측에 장착되는 크라운기어와, 크랭크축의 동력을 후륜측으로 전달하도록 롤러기어로 이루어진 동력전달부재를 제시하고 있는데,

이를 상용화한 제품에서는 크라운기어와 롤러기어의 큰 접촉면적으로 인하여 마찰 증가 및 불필요한 동력 소모, 그리고 큰 소음의 문제점을 안고 있었다.

또 크라운기어의 제조는 절삭 가공방식을 사용하여야 하는데 기어의 강도와 내마모성을 보장하면서 절삭 가공하는데 따른 비용부담이 크다는 문제점을 갖는다.

이러한 문제점을 해결하고자 한 것으로 특허등록 제0581839호(2006.05.13) [동력전달장치]가 있는데,

상기 특허에서는 평기어와 체인기어를 상호 접목 변형하여 이홈이 원반체가 이루는 가상의 평면과 예각이 되도록 한 치차를 구성하고, 상기 이홈과 맞물리는 롤러타입의 다수의 회동치(回動齒)를 갖는 중개부재를 구성하여 치차 제조비용을 절감하면서도 교차축 기어를 이루는 치차와 중개부재의 동작신뢰성을 보장하고자 하였다.

또 특허등록 제0842361호(2008.06.24) [동력전달장치]에서는 스프라켓의 이홈과 맞물리고 회전축선에 대하여 직각을 이루도록 방사상으로 배열된 롤러타입의 회동치(回動齒)들을 갖는 중개부재로 교차축 기어를 구성하여 구름마찰이 가능하도록 하여 마찰계수를 줄임으로써 동력의 손실을 방지하면서도 동작 신뢰성이 보장되고 제조가 용이한 기술을 제시하고 있다.

그럼에도 이러한 종래 무(無)체인(chainless) 자전거를 위하여 제안된 동력전달장치를 이루는 롤러기어와 접촉하는 스프로켓(통상 크랭크축이나 뒷바퀴 허브에 구비)의 경우

사용용도에 따라 다양한 접촉각이 요구되며 또한 현재 생산되는 자전거에서 페달이 구비된 크랭크축에서 후륜 회동축과의 거리는 규격화 되어 있지만, 그럼에도 제조회사에 따라 작게는 수mm에서 크게는 수cm까지 편차를 보이므로,

무체인 자전거 구현을 위한 동력전달장치를 위하여 별도로 자전거 프레임을 생산하기 보다는 기존 체인 구동 자전거에 무체인 동력전달장치를 장착하도록 제품을 개발하고 생산 판매하여야 경쟁력을 갖출 수 있는 후발 무체인 동력전달장치 생산 판매 업체 입장에서는 기존 자전거 제조회사 마다의 프레임 치수 편차에 따라 각각 별개의 무체인 동력전달장치를 생산하는 것은 비용소요가 크므로 부적절하고

수mm ~ 수cm에 이르는 프레임 치수 편차를 모두 커버할 수 있으며 크랭크와 회동축의 다양한 접촉각의 변화에 대응할수 있는 단일 무체인 동력전달장치를 개발하여야 한다는 것은 절체절명의 과제일 수밖에 없는데,

이와 같이 수mm ~ 수cm에 이르는 프레임 치수 편차를 모두 커버하여야 하는 사용환경 등)에 따라 다양한 각도로 교접할 수 있도록 하기 위해서는 접촉면의 곡선이 표준 형상이 아닌 3차원 형상으로 복잡하게 형성되어야 하는데,

그렇지 못한 경우 접촉면이 정확하게 형성되지 않으므로 비접촉 또는 간섭이 일어나 동력전달이나 구름접촉이 원활하지 못하게 되므로 복잡한 형상의 도입은 필연적인 것으로 인식되어 왔는데,

이러한 복잡한 형상의 정밀 가공은 제작비 상승을 초래하게 될 수밖에 없다.

이러한 비용상승 문제는 압도적으로 시장을 점유하고 있는 체인기어와 동일 또는 유사하거나 가능하다면 더 저렴한 공급가격을 보장하여야 하는 후발 무체인 자전거 제조업자의 상황을 고려하면 여전히 가장 심각하고 최우선적으로 해결하여야 할 문제이다.

또 종래에 자전거나 오토바이 등의 바퀴(테(rim)나 살(spoke)) 등에 여러 가지 형태의 잠금장치를 설치하여 수동 또는 자동(전자) 열쇠를 이용하여 열고 잠글 수 있는 것이 일반적이었다

그러나 기존 잠금장치들은 무(無)체인(chainless) 자전거의 동력전달 특성을 고려하여 회동축의 회전을 차단하는 형태의 잠금장치는 제안된 바 없다.

이에 본 발명은 통상의 모터 원리와 같이 회전자와 고정자로 이루어진 전동유닛을 도입하여 전동 동력을 얻고, 필요시 수동 동력을 얻을 수 있도록 클러치를 도입한 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 출력측에 감속수단을 도입하여 일반 전동자전거에서 고질적으로 문제되는 저속회전에서의 저출력 문제가 개선되어 고출력을 달성하고 전동기의 효율도 개선되어 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있어 성능이 향상되고 경제성이 우수한 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 스프로켓과 롤러 베어링과 치합되는 동력전달기구, 특히 무체인 자전거를 위한 동력전달기구에서 롤러의 정렬각도나 스프로켓축과의 교접하는 각도에 따라,

또한 스프로켓의 치형이 일정 각도를 갖는 롤러의 곡률 회전반경에 따라

면접촉을 하도록 하기 위하여 스프로켓의 치면 형상이 특수한 3차원 치면을 형성하여야 하며

교접각도가 변함에 따라 접촉 치면의 해석이 매우 복잡하였고,

또한 이러한 3차원 치면을 가공하기 위하여 5축 가공기 등의 고기능 가공장비로 모델링 가공을 해야 하므로 가공시간이 많이 걸리고 가공비가 비싸지며 양산성이 떨어지게 되었던 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이다.

이를 위하여 본 발명은 테두리에 반복적인 치차가 형성된 복수의 디스크와, 다양한 두께를 갖는 스페이서를 조합하여 하나의 기어를 형성함으로써,

상기 디스크 조합 기어가 크랭크축에 구비된 경우, 크랭크축의 동력을 후륜으로 전달하는 중계부재의 입력측에 구비된 기어어셈블리를 이루는 롤러와 원활하게 접촉할 수 있도록 할 수 있어 마찰 및 소음 발생이나 동력 손실 문제가 없고, 또 무엇보다도 가공비가 저렴한 디스크 조합 기어 및 이를 이용한 동력전달장치를 제공할 수 있다.

나아가 상기 디스크는 크기를 서도 다르게 하여 중계부재의 기어어셈블리를 이루는 롤러가 축선에 대하여 일정 각도로 기울어진 경우

큰 회전 반경과 작은 회전반경에 맞게 각각 설치하고, 두 디스크 사이에는 스페이서를 끼워 고정하면 되고

나아가 치형 각도의 변화에 따라 중간의 스페이서 길이만 변화 시켜줌으로서 롤러기어와 디스크 조합 기어의 안정된 치합이 용이하게 구현되며,

아울러 자전거 제조원 마다의 프레임 치수 편차에 쉽게 대처가 가능하므로 범용성을 확보할 수 있고,

필요에 따라 상기 디스크의 일부 또는 모두는 치차 부위가 절곡할 수 있으며,

무엇보다도 디스크는 프래스로 가공하므로 생산속도가 빠르고 가공비가 저렴하여 양산용으로 적합한 디스크 조합 기어 및 이를 이용한 동력전달장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치는 예를 들어 무체인 자전거에서 페달의 답력을 크랭크를 거쳐 후륜으로 전달하는 과정에서 중간에 개재되는 중계부재의 회동축에 잠금장치를 설치하여 수동 또는 자동(무선신호 제어)으로 록킹 또는 언록킹이 되고, 또 상기 잠금수단은 예를 들어 전기 신호가 없는 경우 스프링 힘에 의하여 잠금 위치에 있다가, 전기신호가 들어오면 솔레노이드 코일에 의하여 자화되어 록커를 동작시켜 록커가 회동축의 걸림돌기와 간섭되지 않는 위치로 이동되어 풀림상태로 될 수 있고, 나아가 록커가 1개이고 회동축의 걸림돌기가 하강하여 록커와 맞닿게 되는 경우 잠금기능을 수행할 수 없는 상황이 발생되는 것을 방지하기 위하여 잠금수단의 록커가 2개로 상호 이격되어 있어, 회동축의 걸림돌기가 어느 위치에 있더라도 반드시 한 곳의 록커는 잠금위치로 이동될 수 있어 도난방지나 안전사고 방지에 일조할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동력전달장치는

외피;

상기 외피 내에 구비되고 베어링에 의하여 지지되는 회동축;

베어링을 개재한 상태로 상기 회동축을 감싸는 회전자와, 상기 회전자를 감싸는 고정자를 포함하는 전동유닛; 및

상기 전동유닛 회전자의 동력을 상기 회동축의 출력기어에 전달 또는 차단하는 제1클러치;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치는

상기 전동유닛은 감속수단을 더 포함하며, 상기 회전자의 동력은 감속수단을 거쳐 상기 출력기어에 전달되고,

나아가 상기 감속수단은 상기 회전자와 연결된 회전체; 및 상기 회전체에 축설된 복수의 유성기어와, 상기 유성기어와 맞물리는 태양기어, 유성기어와 외접하고 상기 외피와 연결된 링기어로 이루어진 하나 또는 복수의 유성유닛;을 포함하며,

상기 제1클러치에 의하여 상기 회전자의 동력이 상기 출력기어에 전달되는 경우, 상기 출력기어와 상기 회동축의 연결을 차단하는 제2클러치를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 따른 디스크 조합 기어는

테두리에 반복적인 치차가 형성된 복수의 디스크; 및

상기 디스크 사이의 이격 고정을 위한 스페이서;

를 포함하여 이루어진다.

아울러 본 발명에 따른 디스크 조합 기어는 상기 디스크는 크기가 서로 다르며, 상기 디스크의 일부 또는 모두는 치차 부위가 절곡되어 있는 것이 바람직하다.

나아가 본 발명에 따른 디스크 조합 기어를 이용한 동력전달장치는

테두리에 반복적인 치차가 형성된 복수의 디스크와, 상기 디스크 사이의 이격 고정을 위한 스페이서, 그리고 상기 디스크 및 상기 스페이서가 고정된 회전축을 포함하는 디스크 조합 제1기어; 및

상기 디스크 조합 기어의 치차와 맞물려 교차축 기어를 형성하는 제2기어;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치는

외피;

상기 외피 내에 구비되고 베어링에 의하여 지지되며, 걸림돌기를 구비한 회동축; 및

상기 외피에 결합되고, 전진시 상기 걸림돌기와 맞닿아 회동축의 회전을 방지하는 록커를 포함하는 잠금수단;

를 포함하여 이루어진다.

상기 회동축의 걸림돌기는 하나이고, 상기 잠금수단의 록커는 2개로 상호 이격되어 있으며,

상기 잠금수단은 케이스와, 상기 케이스 내에 구비되어 상기 록커를 진퇴시키는 솔레노이드를 포함하여 이루어지고,

상기 록커는 스프링에 의하여 탄지되어, 전원 비인가시 잠금상태 또는 해제상태에 위치하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치는 통상의 모터 원리와 같이 회전자와 고정자로 이루어진 전동유닛을 도입하여 전동 동력을 얻고, 필요시 수동 동력을 얻을 수 있도록 클러치를 도입하고, 또 출력측에 감속수단을 도입하여 일반 전동자전거에서 고질적으로 문제되는 저속회전에서의 저출력 문제가 개선되어 고출력을 달성하고 전동기의 효율도 개선되어 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있어 성능이 향상되고 경제성이 우수한 동력전달장치를 제공할 수 있어, 우수한 전동자전거를 비롯하여 기타 유사 동력 전달기구에 적용하기가 적합하다.

아울러 본 발명에 따른 디스크 조합 기어 및 이를 이용한 동력전달장치는

테두리에 반복적인 치차가 형성된 복수의 디스크와, 다양한 두께를 갖는 스페이서를 조합하여 하나의 기어를 형성함으로써,상기 디스크 조합 기어가 크랭크축에 구비된 경우, 크랭크축의 동력을 후륜으로 전달하는 중계부재의 입력측에 구비된 기어어셈블리를 이루는 롤러와 원활하게 접촉할 수 있도록 할 수 있어 마찰 및 소음 발생이나 동력 손실 문제가 없고, 또 무엇보다도 가공비가 저렴하며, 나아가 상기 디스크는 크기를 서도 다르게 하여 중계부재의 기어어셈블리를 이루는 롤러가 축선에 대하여 일정 각도로 기울어진 경우 큰 회전 반경과 작은 회전반경에 맞게 각각 설치하고, 두 디스크 사이에는 스페이서를 끼워 고정하면 되고 나아가 치형 각도의 변화에 따라 중간의 스페이서 길이만 변화 시켜줌으로서 롤러기어와 디스크 조합 기어의 안정된 치합이 용이하게 구현되며, 아울러 자전거 제조원 마다의 프레임 치수 편차에 쉽게 대처가 가능하므로 범용성을 확보할 수 있고, 필요에 따라 상기 디스크의 일부 또는 모두는 치차 부위가 절곡할 수 있으며, 무엇보다도 디스크는 프래스로 가공하므로 생산속도가 빠르고 가공비가 저렴하여 양산용으로 적합하다는 장점을 갖는다.

또 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치는 무체인 자전거에서 페달의 답력을 크랭크를 거쳐 후륜으로 전달하는 과정에서 중간에 개재되는 중계부재의 회동축에 잠금장치를 설치하여 수동 또는 자동(무선신호 제어)으로 록킹 또는 언록킹이 되는 회동축 잠금수단을 구비하여 한 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 상기 잠금수단은 예를 들어 전기 신호가 없는 경우 스프링 힘에 의하여 잠금 위치에 있다가, 전기신호가 들어오면 솔레노이드 코일에 의하여 자화되어 록커를 동작시켜 록커가 회동축의 걸림돌기와 간섭되지 않는 위치로 이동되어 풀림상태로 되는 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 록커가 1개이고 회동축의 걸림돌기가 하강하여 록커와 맞닿게 되는 경우 잠금기능을 수행할 수 없는 상황이 발생되는 것을 방지하기 위하여

잠금수단의 록커가 2개로 상호 이격되어 있어, 회동축의 걸림돌기가 어느 위치에 있더라도 반드시 한 곳의 록커는 잠금위치로 이동될 수 있도록 한 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 디스크 조합 기어와 관련된 부품도 및 조립도.

도 2는 본 발명에 따른 디스크 조합 기어를 이용한 동력전달장치의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 디스크 조합 기어의 다양한 변형예에 대한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치의 결합상태 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치의 요부 도면.

도 6은 본 발명에 따른 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치에 대한 도면.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~, ~제3~ 및 ~제4~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

이하의 설명에서 본 발명에 따른 동력전달장치(P)는 무(無)체인 자전거를 위한 경우를 위주로 설명하겠으나, 이에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

또 디스크 조합 기어 및 이를 이용한 동력전달장치와 관련된 도 1 내지 도 3과,

회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치와 관련된 도 4 및 도 5, 그리고

전동 및 비전동 겸용 동력전달장치에 대한 도 6의 개념은 상호 무관한 것이 아니며, 다양한 형태로 조합되어 구현될 수 있다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 기어(G1)는 복수의 디스크가 조합되어 구성되는데,

각 디스크는 테두리에 반복적인 치차가 형성되어 있으며,

각 디스크 사이의 간격은 [C]에 도시된 스페이서(15)에 의하여 유지된다.

도 1의 [A]는 상대적으로 큰 제1디스크(11)이며, [B]는 상대적으로 작은 제2 디스크(13)로,

각각 테두리에 치차(11a)(13a)가 형성되어 있고, 치차 부위가 굽어 절곡부(11b)를 형성하고 있으며,

회전축(10S)(도 2 참조)과의 결합을 위한, 키홈 역할의 공회전방지부(11d)(13d)가 형성된 중공(11c)(13c)이 형성되어 있다.

[C]에 도시된 스페이서(15)는 각 디스크(11)(13)의 중공(11c)(13c) 및 공회전방지부(11d)(13d)에 대응되는 중공(15a) 및 공회전방지부(15b)가 형성되어 있다.

이와 같이 복수의 디스크 및 스페이서의 조합으로 형서된 하나의 기어(G1)는 도 1의 [D]에서 확인할 수 있다. 또 이러한 공회전방지부의 개념을 확장하면 나사고정, 용접고정 방식 등 다양한 '공회전방지수단'이 도입될 수 있다.

본 발명에 따른 디스크 조합 기어(G1)가 무체인자전거를 위한 동력전달장치(P)에 적용될 경우

통상 페달과 연결된 크랭크축을 이루는 회전축(10S)에 장착되어

크랭크의 동력을 후륜으로 전달하는 중계부재(G2R)의 일부를 이루는 제2기어(G2)와 맞물리게 된다.

여기서 '제2'기어라는 지칭은 디스크 조합 기어에 대한 상대적인 지칭으로, 디스크 조합 기어는 '제1'기어라고 할 수 있다.

제2기어(G2)는 원반형 제1 및 제2 지지체(21)(23) 사이에 축핀을 통하여 고정된 복수의 롤러(25)로 이루어지며,

도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이러한 롤러기어어셈블리에 해당하는 제2기어(G2a)(G2b)가 회동축(20S)의 양단에 구비되어 각각 입력기어 및 출력기어를 구성하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 디스크 조합 기어(G1)는 무체인자전거를 위한 동력전달장치(P)에 적용되는 경우,

예를 들어 크랭크축에 해당하는 회전축(10S)의 동력을 후륜으로 전달하는 중계부재(G2R)의 입력측에 구비된 기어어셈블리에 해당하는 제2기어(G2)를 이루는 롤러(25)와 원활하게 접촉할 수 있어 마찰 및 소음 발생이나 동력 손실 문제가 없고, 또 무엇보다도 가공비가 저렴하므로 무체인 자전거 분야의 지상 과제 해결의 크게 공헌할 수 있다.

나아가 상기 디스크(11)(13)는 크기를 서도 다르게 하여

도 2와 같이 중계부재(G2R)의 기어어셈블리를 이루는 롤러(25)가 축선에 대하여 일정 각도로 기울어진 경우

큰 회전 반경과 작은 회전반경에 맞게 각각 설치하고, 두 디스크(11)(13) 사이에는 스페이서(15)를 끼워 고정하면 되고

나아가 치형 각도의 변화에 따라 중간의 스페이서 길이(또는 두께)만 변화 시켜줌으로서 롤러기어(G2)와 디스크 조합 기어(G1)의 안정된 치합이 용이하게 구현될 수 있게 된다.

이러한 기능은 또 상기 치차(11a) 절곡부(11b)의 절곡 각도 변경을 통하여 강화될 수 있게 된다.

아울러 본 발명의 이러한 장점은 또 자전거 제조원 마다의 프레임 치수 편차에 쉽게 대처가 가능하므로 범용성을 확보에 이바지 할 수 있게 한다.

도 3에는 다양한 디스크 조합 기어의 변형예를 도시하고 있는데,

[A]는 상대적으로 짧은(또는 가는) 스페이서를 적용한 형태이며, [B]는 상대적으로 긴(또는 두꺼운) 스페이서를 적용한 형태이고([A] 및 [B]는 모두 대소경 디스크가 절곡부를 가지므로 조합된 기어는 일종의 유사 크라운기어를 이루게 된다),

[C]는 세 디스크를 조합하여 하나의 기어를 구성한 예이고,

[D]는 대경 디스크는 절곡부를 갖고 소경 디스크는 절곡부가 없는 형태이고,

[E]는 대소경 디스크 모두 절곡부가 없는 형태이다.

다음으로 도 4 및 도 5에 도시된, 본 발명에 따른 회동축 잠금수단을 구비한 동력전달장치에 대하여 설명하도록 한다.

이러한 잠금수단(L)의 개념은 무체인 자전거를 비롯하여, 오토바이 등의 2륜차나 기타 동력전달용 회동축의 록킹을 위하여 다양하게 활용될 수 있는데,

이하에서는 편의상 무체인 자전거를 위한 동력전달장치(P)에 적용되는 경우를 가정하여 설명하도록 한다.

도 4에서, 무체인 자전거를 위한 동력전달장치(P)에서 페달과 연결된 크랭크축에 해당하는 회전축(10S)에 구비된 제1기어(G1)는 도 1 내지 3의 디스크 조합 기어가 아니라 유사 스프로켓 형상을 갖는데, 필요에 따라 디스크 조합 기어를 적용하는 것은 선택사항이다.

본 발명에 따른 회동축 잠금수단(L)은 베어링을 개재한 상태로 회동축(20S)을 감싸는 외피에 결합되는데,

통상의 열쇠를 이용하는 자물쇠 또는 자동차나 고가의 자전거 잠금장치로 활용되는 공지의 무선신호 제어형 잠금장치를 적용하여

열쇠에 의한 수동 조작 또는 전자키에 의한 자동 조작으로 전후진 되는 록커를 포함하여 이루어진다.

상기 록커는 회동축(20S)의 해당 부위에 형성된 걸림돌기(20P)(도 5 [E] 참조)와 맞닿아 회동축(20S)의 회전을 방지하게 된다.

도 4에서 잠금수단(L)은 케이스(47)에 내장된 솔레노이드(43)를 활용한 형태로 도시되어 있으며, 솔레노이드에 동작신호를 가하여 통전하는 무선수신부(또는 필요에 따라 유선수신부)는 생략되어 있다.

케이스(47)는 전자적 잠금수단(L)을 구성하는 각 구성요소를 내장하며, 이 케이스를 통하여 중계부재(G2R)를 이루는 외피(27)에 잠금수단이 장착된다.

상기 케이스(47)에 내장된 솔레노이드(43)는 무선(또는 유선) 신호(리모트콘트롤러에 의한 원격제어가 일반적일 것임)에 의하여 전원이 인가되면 자성체가 되고,

이러한 솔레노이드의 자력은 스풀(45)을 작동시키는데,

상기 스풀(spool)은 동작시 스프링(도면에서는 콘타입(conical) 스프링이다)(43b)의 탄성에 반대되는 방향으로 작동하여 록커(41)를 진퇴시킨다.

또 이러한 케이스(47) 내의 솔레노이드(43), 스풀(45) 및 스프링(43B)은 하부의 캡(43a)에 의하여 정위치에 고정되는 것이 유지될 수 있다.

도 4에 도시된 구성은 개략적으로 잠금수단(L)에서 솔레노이드(43)가 작동되지 않을 경우 스프링(43b)의 탄성에 의하여 록커(41)가 전진하여 상시적으로 회동축(20S)의 걸림돌기(20P)와 맞닿아 록킹상태에 머물게 되는 형태로 도시되어 있으나,

반대로 스프링의 탄성은 솔레노이드 비작동시 록커가 후퇴하여 상시적으로 언록킹상태에 있도록 구성할 수 있다.

또 상기 회동축(20)의 해당위치에 형성된 걸림돌기(20P)는 다른 회동축의 부위의 외경을 넘어 돌출된 형태가 아니라 환홈(20p)의 연속되지 않은 부분에 해당하는 것이나(도 5의 [E]의 측면도 민 " A-A' "선 단면도 참조), 필요에 따라 회동축의 외면에 돌출된 형태로 변형될 수 있다.

또 도 5의 [A] 내지 [D]에 도시된 바와 같이, 상기 회동축(20S)의 걸림돌기(20P)는 하나이고, 상기 잠금수단의 록커(41)는 2개로 상호 이격되어 있는 형태로 변형할 수 있는데,

이는 회동축(20S)의 걸림돌기(20P)가 어느 위치에 있더라도 반드시 한 곳의 록커(41)는 잠금위치로 이동될 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 통하여 록커가 1개이고 회동축의 걸림돌기가 하강하여 록커와 맞닿게 되는 경우 잠금기능을 수행할 수 없는 상황이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또 도면에서 상기 두 록커는 각각의 솔레노이드(43) 등을 구비한 형태이나,

필요에 따라 하나의 솔레노이드 등에 의하여 두 록커가 진퇴되는 형태로 변형될 수 있다.

도 5의 [A] [B] [C]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 걸림돌기(20P)의 위치와 무관하게 반드시 적어도 어느 하나의 록커(41)에 의한 잠금이 실현되어 도난 방지나 어린이 등이 자전거를 무단 운전하는 경우 등에 발생할 수 있는 안전사고 방지 등의 기능을 보다 완벽하게 달성할 수 있다.

아울러 록커의 전진으로 잠금상태에 있는 경우, 의도하거나 무의식 중에 작동시켜 회동축(20S)이 회전하는 경우 록커가 1개이고 돌기가 록커와 접촉하지 않은 상태에 있는 경우 회동축의 회전에 의하여 록커나 회동축이 파손 또는 마모(반복적인 충격으로 파손상태에 이를 수 있다)에 이를 수 있는 것에 비하여

록커가 2개인 경우에는 회동축 걸림돌기(20P)와 록커의 간격이 짧아 의도적이거나 무의식적인 작동에도 록커나 회동축에 가해지는 충격이 적게 되므로 파손 또는 마모를 방지할 수 있다.

도 4에서 미설명 참조부호 G3는 무체인 자전거에서 뒷바퀴 허브 회전축(30S)에 구비된 제3기어에 해당하며, 스프로켓(31)으로 구성되어 있다.

또 상기 중계부재(G2R)의 회동축(20S) 양단 롤러기어어셈블리에 해당하는 제2기어(G2a)(G2b)가 구비되어 각각 입력기어 및 출력기어를 구성하며,

각 제2기어(G2)는 원반형 제1 및 제2 지지체(21)(23) 사이에 축핀을 통하여 고정된 복수의 롤러(25)로 이루어져 있다.

이어서 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치(P)를 설명하도록 한다.

이러한 전동 동력전달장치의 개념은 자전거, 특히 무체인 자전거나, 기타 유사 동력전달기구에 적용될 수 있는데, 이하에서는 역시 무체인 자전거에 적용된 경우를 위주로 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 전동 동력전달장치(P)는 기본적으로 무체인자전거에서 크랭크의 힘을 뒷바퀴에 전달하는 채용된, 도 4에 도시된 바와 같은 중계부재(G2R)에 도입되는 것이 적합하다.

도 6의 [A] 및 [B]에서, 이러한 동력전달장치(P)는 기본 구성으로 외피(27)와, 이 외피에 베어링(B1)을 개재한 상태로 내장되는 중심 회동축(20S), 그리고 그 양단에 구비되며 롤러기어어셈블리에 해당하는 제2기어(G2a)(G2b)를 포함하는데, 상기 제2기어는 각각 입력기어 및 출력기어를 구성한다.

또 도 6의 [C]([B]의 요부 확대도)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 제2기어(G2)는 원반형 제1 및 제2 지지체(21)(23) 사이에 축핀(25a)을 통하여 고정된 복수의 롤러(25)로 이루어져 있다.

한편 본 발명에 따른 전동 및 비전동 겸용 동력전달장치(P)의 핵심을 이루는 전동유닛(M)은 통상의 모터와 마찬가지로 회전자(51)와 고정자(53)로 이루어지며, 전원 인가시 회전자가 회전하게 된다.

이러한 회전자(51)는 회동축(20S)을 감싸고 있는데, 불필요하게 회동축이 회전자와 연동되는 것을 방지하기 위하여 둘 사이에는 베어링(B2)이 개재되어 있으며,

회동축(20S)과 외피(27) 사이에 구비된 입력측 베어링(B1)과 함께, 통상의 무체인 자전거 동력전달용 중계부재에서와 달리 출력측 베어링이 없이도 전동유닛(M)의 베어링(B2)에 의하여 충분한지지 및 구름성이 보장된다.

다음으로 상기 전동유닛(M) 작동시 회전자(51)의 동력은 출력기어(G2b)에 전달되는데,

이때 무체인 자전거에서 페달 답력으로 이동하는 경우를 고려하여 불필요하게 회전자에 회전력이 전달되지 않도록 수동 또는 자동으로 조작되어 전원인가시에만 출력기어(G2b)를 선회시켜 선택적으로 전동력을 활용하게 하는 제1클러치(55)를 도입하였다.

나아가 전동유닛(M) 작동시 회전자의 회전력이 불필요하기 회동축(20S) 또는 페달까지 전달되는 것을 방지하기 위하여 제2클러치, 특히 출력기어(G2b)와 회동축(20S) 사이에 구비된 제2클러치(57)를 더 도입하는 것이 바람직하다.

이러한 제1 및 제2 클러치는 공지의 다양한 수동 또는 자동, 그리고 기계식 또는 전자식 클러치를 적절하게 변형 적용하여 구현될 수 있고, 도입 위치는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

또 본 발명에서는 상기 전동유닛이 감속수단을 더 포함하여, 상기 회전자(51)의 동력은 감속수단을 거쳐 상기 출력기어(G2b)에 전달되어

일반 전동자전거의 고질적인 저속회전에서의 저출력 문제가 해결되어

낮은 회전수에도 높은 출력을 전달할 수 있으므로 전동기의 효율이 높아지고 전력소모는 줄일 수 있고, 동일한 전동기 보다 부피가 작고 경제성이 우수하며 성능이 향상되므로

최적인 전동자전거 또는 유사 동력 전달기구의 구현이 가능하게 된다.

도 6의 [B] 및 [C]에 도시된 감속수단(R)은 상기 전동유닛(M)의 회전자(51)와 연결된 회전체(R1)를 포함하는데,

유성유닛(U)이 복수로 구비되는 경우 상기 회전체(R1)는 제1회전체에 해당하며, 회전자와 회전체의 연결은 다양한 체결수단에 의하여 연결될 수 있으며, 경우에 따라 일체형으로 제조될 수 있다.

유성유닛(U)(planetary gear unit)은 태양기어(Us)와 유성기어(Up), 그리고 링기어(Ur)로 이루어지는데, 도면에서는 2세트가 구비된 형태로 도시되어 있다.

상기 태양기어(Us)는 다음 유성유닛(U)의 유성기어(Up)가 축핀(Up1)에 의하여 고정된 회전체의 입력측에 형성된 것인데,

회전체는 도면에서 제1 내지 제3회전체(R1)(R2)(R3), 세 개가 구비되어 있으며, 이 중 제2 및 제3 회전체(R2)(R3)가 유성유닛(U)을 이루고 있다.

각 유성유닛(U)의 유성기어(Up)는 통상 3 또는 4개 구비될 수 있고,

제3회전체(R3)(또는 3 이상의 유성유닛이 도입되는 경우 제4 이후의 회전체)는 제1클러치(55)를 통하여 제2기어(G2)의 출력기어(G2b)와 연결된다.

출력기어(G2b)는 제1 및 제2 지지체(21)(23)를 위한 블록(20)(일체형이거나 조립(용접 등)되어 하나의 뭉치를 형성하는 것을 고려한 지칭임)의 연결부(20a)에서 제1클러치(55)를 통하여 연결 또는 단절된다.

상기 외피(27)와 연결된 링기어(Ur)와 유성기어(Up), 그리고 유성기어(Up)와 태양기어(Us)의 정밀한 맞물림으로 인하여 각 회전체(R1)(R2)(R3)는 중심 회동축(20S)과 일정 간격을 유지할 수 있어 마찰이 방지된다.

감속수단(R)을 이루는 유성유닛(U)의 각 유성기어(Up)와, 제3회전체(R3)와 제1 및 제2 클러치(55)(57), 그리고 제2기어(G2b) 블록(20)은 각각 상호 연결되는 제1 및 제2 하우징(H1)(H2)에 의하여 감싸여 있어 조립 및 유지 보수가 용이하도록 되어 있다.

상기 제1하우징(H1) 내면에는 링기어(Ur)가 형성되어 있고, 이 제1하우징(H1)이 외피(27)와 연결되어 있다.

또 도 6 [B]에서, 외피(27) 우측 내부 공간은 비어 있는데, 이는 전동유닛(M)의 길이가 불필요하게 길어지는 것이 부적절하기 때문인데, 필요한 경우 전동유닛(M)이 연장되어 채워지거나, 빈 공간에 오일 관련 구성이나 클러치 구성 등이 추가될 수 있다.

이상의 설명에서 무체인 자전거나 수동 또는 자동 조작 잠금장치, 유성유닛이나 전동유닛, 그리고 클러치 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 기어 및 동력전달장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

외피;

상기 외피 내에 구비되고 베어링에 의하여 지지되는 회동축;

베어링을 개재한 상태로 상기 회동축을 감싸는 회전자와, 상기 회전자를 감싸는 고정자를 포함하는 전동유닛; 및

상기 전동유닛 회전자의 동력을 상기 회동축의 출력기어에 전달 또는 차단하는 제1클러치;

를 포함하여 이루어진 동력전달장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전동유닛은 감속수단을 더 포함하며,

상기 회전자의 동력은 감속수단을 거쳐 상기 출력기어에 전달되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 2 항에 있어서,

상기 감속수단은

상기 회전자와 연결된 회전체; 및

상기 회전체에 축설된 복수의 유성기어와, 상기 유성기어와 맞물리는 태양기어, 유성기어와 외접하고 상기 외피와 연결된 링기어로 이루어진 하나 또는 복수의 유성유닛;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1클러치에 의하여 상기 회전자의 동력이 상기 출력기어에 전달되는 경우,

상기 출력기어와 상기 회동축의 연결을 차단하는 제2클러치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

서로 크기가 다르고, 각각 테두리에 치차가 반복 형성된 디스크들이 조합되어 하나의 기어를 이루는 복수의 디스크,

상기 각 디스크의 이격 고정을 위한 스페이서, 그리고

상기 각 디스크 및 상기 스페이서가 결합된 회전축을 포함하여 이루어진 디스크 조합 기어를 더 포함하고,

상기 회전축은 페달과 연결된 크랭크축을 이루며,

상기 회동축의 일단에 구비된 입력기어는

상기 회동축 일단에 구비된 제1 및 제2 지지체,

상기 두 지지체 사이에 축핀을 통하여 고정된 복수의 롤러를 포함하여 이루어지고,

상기 롤러가 상기 디스크 조합 기어의 각 디스크의 치차와 맞물려 교차축 기어를 형성하며,

상기 디스크 조합 제1기어에서 스페이서의 길이를 변화시킴으로서 제2기어인 상기 입력기어와의 안정된 치합이 용이하게 구현되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 5 항에 있어서,

상기 디스크 조합 제1기어에서

상기 디스크의 일부 또는 모두는 치차 부위가 절곡되어 형성된 절곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제2기어는 회동축의 타단에도 구비되어,

회동축 양단에 각각 구비된 두 제2기어가 각각 입력기어 및 출력기어를 구성하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회동축은 걸림수단을 구비하고 있고,

상기 외피에 결합된 케이스,

상기 케이스에 내장되어 있고, 전진시 상기 걸림수단과 맞닿아 회동축의 회전을 방지하는 록커, 그리고

상기 케이스 내에 구비되어 상기 록커를 진퇴시키는 솔레노이드를 포함하여 이루어진 회동축 잠금장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
제 8 항에 있어서,

상기 회동축의 걸림수단은 하나의 걸림돌기이고,

상기 록커는 2개로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.