WO2014025130A1

WO2014025130A1 - 다단 변속기

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Publication number: WO2014025130A1
Application number: PCT/KR2013/004823
Authority: WO
Inventors: 유혁; 정태진; 안성철
Original assignee: (주)엠비아이
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR20140020527A; US20150141196A1; US9182024B2; TW201418600A; KR101422135B1

Abstract

본 발명은 다단 변속기에 관한 것으로서, 특히, 유성기어세트를 이용하여 콤팩트한 변속기를 보다 많은 다단으로 구현하고, 강제복귀수단을 이용하여 가속조작에 따른 정방향 조작은 물론 감속조작에 따른 역방향 조작에 대해서도 원활한 변속이 이루어지도록 하기 위한 장치에 관한 것으로서, 양단 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과; 상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와; 변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트(100)에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부(500)를 포함한 다단 변속기에 있어서; 상기 변속레버의 회전 조작에 따라 상기 샤프트(100)의 축방향으로 드라이브 폴 클러치(620)의 변위 발생에 의하여, 회전 불가능한 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 회전하는 드라이브 폴(630)의 치합 또는 해제를 통해 추가적인 변속이 이루어지는 것으로 구성되어, 제품의 상품성을 향상시키고 사용자의 사용편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

다단 변속기

본 발명은 다단 변속기에 관한 것으로서 특히, 유성기어세트를 이용하여 콤팩트한 변속기를 보다 많은 다단으로 구현하고, 강제복귀수단을 이용하여 가속조작에 따른 정방향 조작은 물론 감속조작에 따른 역방향 조작에 대해서도 원활한 변속이 이루어지도록 하기 위한 장치로써, 제품의 상품성을 향상시키고 사용자의 사용편의성을 극대화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차륜이 마련되어져 인력을 전달받거나 혹은 전동력 등의 각종 구동력을 이용하여 주행하는 자전거, 휠체어, 손수레 등에는 주행 속도를 변속하기 위한 변속기가 마련된다.

이러한 변속기는 탑승자 혹은 사용자의 조작에 따라 고속으로부터 저속에 이르기까지 다단으로 변속을 실시하여, 주행 환경에 따라 요구되는 토크 또는 속도를 얻을 수 있는 것이다.

특히, 최근에는 태양기어, 유성기어, 링기어, 그리고 캐리어로 이루어진 유성기어세트를 허브쉘 내에 마련하여 콤팩트한 구성을 통해 다단으로 속도를 변속하는 동시에 기어가 외부로 노출되는 것 또한 방지하고 있는 실정이다.

그러나, 유성기어세트를 이용하는 종래의 다단 변속기는 복잡한 구조에 비해 변속단의 수가 적고, 특히, 변속 조작 시 태양기어의 내주면에 치합하여 상기 태양기어의 회전을 제한하는 폴이 해제되지 않아 원활한 변속이 이루어지지 않고 있다는 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 유성기어세트를 이용하여 다단의 변속기를 콤팩트하게 구성할 수 있어 제품의 상품성을 향상시키고, 강제복귀수단을 이용하여 가속조작에 따른 정방향 조작은 물론 감속조작에 따른 역방향 조작에 대해서도 원활한 변속이 이루어지도록 함으로써 사용자의 사용편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 다단 변속기를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 양단 고정된 샤프트와, 상기 샤프트의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓 및 회전력을 출력시키는 허브쉘과; 상기 허브쉘의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘로 출력시키는 변속부와; 변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부를 포함한 다단 변속기에 있어서; 상기 변속레버의 회전 조작에 따라 상기 샤프트의 축방향으로 드라이브 폴 클러치의 변위 발생에 의하여, 회전하는 드라이버와 회전 불가능한 상기 드라이브 폴 클러치 사이의 드라이브 폴을 매개로 하여 회전력을 선택적으로 전달함으로써 변속이 이루어짐으로써 달성된다.

이때, 상기 변속레버의 회전 조작 및 폴의 치합 조건에 따라 상기 스프로켓으로 입력되는 회전력을 이용하여, 치합 상태의 상기 폴을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제1강제복귀수단부와; 드라이브 폴 클러치 및 회전제한링으로 이루어져 드라이브 폴을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제2강제복귀수단부가 추가 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제어부에는 상기 폴을 컨트롤하는 제어링이 상기 샤프트의 축방향으로 한 개 또는 다수가 적층 되어 일체로 회전함에 따라 한 개 또는 다수의 폴을 선택적으로 치합 상태 또는 해제 상태로 컨트롤하여 변속을 제어하는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 유성기어세트를 이용하여 다단의 변속기를 콤팩트하게 구성할 수 있어 제품의 상품성을 향상시키고, 강제복귀수단을 이용하여 가속조작에 따른 정방향 조작은 물론 감속조작에 따른 역방향 조작에 대해서도 원활한 변속이 이루어지도록 함으로써 사용자의 사용편의성을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 사시도,

도 2는 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 정면도,

도 3은 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 일부절결 사시도,

도 4는 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 정단면도,

도 5는 본 발명의 다단 변속기의 허브쉘을 분해한 분해사시도,

도 6은 본 발명의 다단 변속기의 제3속 유성기어세트를 분해한 분해사시도,

도 7은 본 발명의 다단 변속기의 제2속 유성기어세트를 분해한 분해사시도,

도 8은 본 발명의 다단 변속기의 스프로켓을 분해한 분해사시도,

도 9는 본 발명의 다단 변속기의 드라이버를 분해한 분해사시도,

도 10은 본 발명의 다단 변속기의 드라이브 폴 클러치를 분해한 분해사시도,

도 11은 본 발명의 다단 변속기의 제1속 유성기어세트를 분해한 분해사시도,

도 12는 본 발명의 다단 변속기의 폴을 분해한 분해사시도,

도 13은 본 발명의 다단 변속기의 제어부를 도시하는 사시도,

도 14는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 드라이브 폴의 치합상태를 도시하는 도,

도 15는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 드라이브 폴의 해제상태를 도시하는 도,

도 16은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부의 역방향 동작을 도시하는 도,

도 17은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부의 정방향 동작을 도시하는 도,

도 18은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 폴을 도시하는 사시도,

도 19는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 폴의 제어를 도시하는 도,

도 20은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부에 마련된 스프링의 배열을 도시하는 분해사시도.

[부호의 설명]

100 : 샤프트 101, 102, 103 : 폴자리부

200 : 스프로켓 300 : 허브쉘

310 : 먼지커버 400 : 변속부

410 : 제1속 유성기어세트 411 : 제1속 링기어

412 : 제1속 캐리어 413 : 제1속 유성기어

414 : 제1속 태양기어 420 : 제2속 유성기어세트

421 : 제2속 링기어 422 : 제2속 캐리어

423 : 제2속 유성기어 424 : 제2속 제1태양기어

425 : 제2속 제2태양기어 430 : 제3속 유성기어세트

431 : 제3속 링기어 432 : 제3속 캐리어

433 : 제3속 유성기어 434 : 제3속 태양기어

500 : 제어부 501 : 제2속 제1폴

502 : 제2속 제2폴 503 : 제3속폴

510 : 제2속 제어링 520 : 제3속 제어링

530 : 케이블링 531 : 외측 케이블링

532 : 내측 케이블링 541 : 연결링

542 : 각도 제어링 550 : 조인트 링

551 : 경사접촉면 560 : 치합링

600 : 드라이브부 610 : 드라이버

611 : 플레이트 링 620 : 드라이브 폴 클러치

621 : 경사면 622 : 일방향 치형

623 : 접촉면 630 : 드라이브 폴

640 : 회전제한링 700 : 제1강제복귀수단부

710 : 정방향 회전체 711 : 래칫

720 : 역방향 회전체 721 : 래칫

731 : 상측 돌부 732 : 하측 돌부

740 : 덮개 750 : 강제복귀링

751 : 상측 요홈 752 : 하측 요홈

753 : 탄성 조절 볼트 754 : 압축 스프링

755 : 하측 요홈 돌기 756 : 전달핀

760 : 정방향 폴 770 : 역방향 폴

810, 820 : 간극유지링 901, 902 : 콘 너트

903, 904, 905 : 베어링 910 : 제1원웨이클러치

920 : 제2원웨이클러치 930 : 제3원웨이클러치

940 : 제4원웨이클러치

도 1은 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 정면도이다.

그리고, 도 3은 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 일부절결 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다단 변속기를 도시하는 정단면도이다.

도 5는 본 발명의 다단 변속기의 허브쉘을 분해한 분해사시도이며, 도 6은 본 발명의 다단 변속기의 제3속 유성기어세트를 분해한 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 다단 변속기의 제2속 유성기어세트를 분해한 분해사시도이다.

또한, 도 8은 본 발명의 다단 변속기의 스프로켓을 분해한 분해사시도이며, 도 9는 본 발명의 다단 변속기의 드라이버를 분해한 분해사시도이다.

도 10은 본 발명의 다단 변속기의 드라이브 폴 클러치를 분해한 분해사시도이고, 도 11은 본 발명의 다단 변속기의 제1속 유성기어세트를 분해한 분해사시도이다.

그리고, 도 12는 본 발명의 다단 변속기의 폴을 분해한 분해사시도이며, 도 13은 본 발명의 다단 변속기의 제어부를 도시하는 사시도이다.

도 14는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 드라이브 폴의 치합상태를 도시하는 도이고, 도 15는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 드라이브 폴의 해제상태를 도시하는 도이다.

도 16은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부의 역방향 동작을 도시하는 도이고, 도 17은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부의 정방향 동작을 도시하는 도이다.

도 18은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 폴을 도시하는 사시도이며, 도 19는 본 발명의 다단 변속기에 있어서 폴의 제어를 도시하는 도이고, 도 20은 본 발명의 다단 변속기에 있어서 제1강제복귀수단부에 마련된 스프링의 배열을 도시하는 분해사시도이다.

본 발명의 다단 변속기는 제어링이 적층 형성되어 다수의 폴을 제어함으로써 유성기어세트로부터 다단의 변속을 구현하며, 유성기어세트 이외에 드라이브 폴 클러치 및 드라이브 폴이 마련되어 유성기어세트에 의해 구성되는 변속 단수를 2배로 구현할 수도 있고, 특히 강제복귀수단부가 마련되어 태양기어에 강하게 맞물려 빠져 나오지 않는 폴을 강제로 해제시킬 수도 있어 보다 원활한 변속이 이루어지는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다단 변속기는, 양단 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과; 상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와; 변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트(100)에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부(500)를 포함한 다단 변속기에 있어서; 상기 변속레버의 회전 조작에 따라 상기 샤프트(100)의 축방향으로 드라이브 폴 클러치(620)의 변위 발생에 의하여, 회전하는 드라이버(610)와 회전 불가능한 상기 드라이브 폴 클러치(620) 사이의 드라이브 폴(630)을 매개로 하여 회전력을 선택적으로 전달함으로써 변속이 이루어지는 것이다.

우선 본 발명의 다단 변속기는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 샤프트(100), 스프로켓(200), 허브쉘(300), 변속부(400), 그리고 제어부(500)로 구성된다.

상기 샤프트(100)는 변속이 요구되는 스쿠터, 자전거, 인력거 등(이하 '주행장치'라 한다)의 몸체에 그 양단이 고정 너트 등의 체결수단에 의해 회전 불가능하게 고정 지지된다.

이때, 상기 샤프트(100)는 부위에 따라 각기 다른 직경으로 형성되며, 특히 상기 샤프트(100)의 중앙 외주면에는 다수의 폴자리부(101)(102)(103)가 소정 위상차를 두고 오목하게 형성되어 있어 이후에 설명할 폴이 그 내부에 위치하게 된다.

이러한 샤프트(100)는 본 발명의 뼈대를 이루는 것으로, 이하에서 설명할 구성요소들은 모두 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 혹은 회전 불가능하게 마련되는 것이다.

다음으로 스프로켓(200)은 주행장치로부터 인력 또는 전동력 등의 회전력을 본 발명의 다단 변속기에 입력받는 구성으로, 상기 샤프트(100)의 일측에 회전 가능하게 마련된다.

이에 따라, 상기 스프로켓(200)은 예를 들어 체인과 같은 동력전달수단을 통해 구동력을 입력받는다.

그리고 허브쉘(300)은 상기 샤프트(100)의 최외곽에 위치하여 변속된 종동력을 주행장치의 바퀴 등으로 출력하는 구성인 것이다.

이러한 허브쉘(300)은 대략 원통 형상으로 이루어진 것으로, 일측은 폐쇄된 반면 타측은 개방되어 이 개방부위를 통해 그 내부에 각종 구성요소를 삽입하여 조립할 수 있다.

상기 허브쉘(300)의 폐쇄된 측에는 상기 샤프트(100)에 결합한 콘 너트(902)와 베어링(904)이 마련되어, 상기 허브쉘(300)은 상기 샤프트(100)로부터 독립적으로 회전 가능하게 지지된다.

다음으로 변속부(400)는 상기 허브쉘(300) 내에 위치하여 상기 스프로켓(200)을 통해 입력되는 회전을 다단으로 변속한 후, 상기 허브쉘(300)을 통해 출력시키는 것으로, 다수의 유성기어세트와 다수의 원웨이클러치를 포함한다.

본 실시예에 있어서는 3개의 유성기어세트, 즉 제1속 유성기어세트(410), 제2속 유성기어세트(420), 그리고 제3속 유성기어세트(430)가 마련되는 것을 예로 들어 이하에서 설명한다.

즉, 상기 변속부(400)는 제1속 유성기어세트(410), 제2속 유성기어세트(420), 그리고 제3속 유성기어세트(430)로 구성되며, 드라이브부(600)로부터 제1속 캐리어(412) 또는 제1속 링기어(411)에 전달되어진 회전력을 상기 제1속 유성기어세트(410)를 거쳐서 제2속 캐리어(422)에 전달하고, 상기 제2속 캐리어(422)에 전달된 회전력은 상기 제2속 유성기어세트(420) 그리고 상기 제3속 유성기어세트(430)를 통해 6단으로 변속하여 상기 허브쉘(300)로 출력 가능한 것이다.

각각의 상기 유성기어세트는 링기어, 캐리어, 유성기어, 태양기어를 포함하는 것으로, 유성기어는 그 직경이 서로 다른 큰 직경과 작은 직경의 2단으로 형성되어 상기 캐리어에 자전 가능하게 지지되며, 상기 캐리어의 외측에는 링기어가 마련되고, 상기 캐리어의 내측에는 태양기어가 위치한다.

이에 따라, 링기어 또는 캐리어를 통해 회전력을 입력받아 유성기어를 거쳐 캐리어 또는 링기어로 회전력을 출력시킴으로써, 가속 또는 감속과 같은 변속이 이루어지는 것이다.

따라서, 상기 제1속 유성기어세트(410)는 도 11과 같이 제1속 링기어(411), 제1속 캐리어(412), 제1속 유성기어(413), 그리고 제1속 태양기어(414)로 이루어진다.

이때 상기 제1속 태양기어(414)는 그 내주면에 결합홈이 형성되어 있어 폴에 의해 회전이 제한되지 않고 상기 샤프트(100)의 외주면에 치합하고 있어 항상 회전하지 않는 고정 상태를 유지한다.

그리고, 상기 제3속 유성기어세트(430)는 도 6과 같이 제3속 링기어(431), 제3속 캐리어(432), 제3속 유성기어(433), 그리고 제3속 태양기어(434)로 이루어진다.

특히, 상기 제2속 유성기어세트(420)에는 도 7과 같이 2개의 태양기어가 마련되어, 제2속 링기어(421), 제2속 캐리어(422), 제2속 유성기어(423), 그리고 제2속 제1태양기어(424) 및 제2속 제2태양기어(425)로 이루어져 있다.

즉, 상기 제2속 유성기어세트(420)의 상기 제2속 제1태양기어(424) 외주면은 2단으로 이루어진 제2속 유성기어(423)의 큰 직경 측에 치합하고, 상기 제2속 제2태양기어(425)의 외주면은 상기 제2속 유성기어(423)의 작은 직경 측에 치합 하는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 있어서 제2속 제1태양기어(424), 제2속 제2태양기어(425), 그리고 제3속 태양기어(434)는 그 내주면에 형성된 내기어에 각각 제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)이 세워질 경우, 치합에 의해 태양기어의 회전이 선택적으로 제한되는 것이다.

이때, 상기 제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)을 세우거나 눕히는 제어에 대해서는 이후에 상세히 설명하기로 한다.

따라서, 본 발명은 상기 태양기어들의 회전 가능 여부에 따라 각각의 유성기어세트의 변속비가 변화하여 변속이 이루어지는 것이다.

이때, 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412)와 상기 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 캐리어(422)는 서로 직결되어 일체로 회전하며; 상기 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 링기어(421)와 상기 제3속 유성기어세트(430)의 제3속 캐리어(432)는 서로 직결되어 일체로 회전한다.

이에 따라, 상기 변속부(400)에 전달된 구동력은 제1속 유성기어세트(410)로부터 제2속 유성기어세트(420)를 거쳐 제3속 유성기어세트(430)에 전달되면서 다단으로 변속된 후 허브쉘(300)을 통해 출력되는 것이다.

그리고, 상기 변속부(400) 내에는 다수의 원웨이클러치가 마련되어 있어, 상기 원웨이클러치의 내측에 위치하는 구성요소의 회전 속도가 외측에 위치하는 구성요소의 회전 속도보다 빠를 경우 내측에 위치하는 구성요소의 회전력을 외측에 위치하는 구성요소에 전달하게 된다.

반면에, 상기 원웨이클러치의 내측에 위치하는 구성요소의 회전 속도가 외측에 위치하는 구성요소의 회전 속도보다 느릴 경우 내측에 위치하는 구성요소의 회전력을 외측에 위치하는 구성요소에 전달하지 못하게 되는 것이다.

이와 같은 작동을 하는 원웨이클러치는 본 실시예에 있어서 도 3과 같이 4개가 마련된다.

즉, 이하에서 설명할 드라이브부(600)의 드라이버(610) 외주면과 상기 변속부(400)에 마련된 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 링기어(411) 내주면 사이에 제1원웨이클러치(910)가 마련되며, 상기 변속부(400)에 마련된 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 캐리어(422) 외주면과 제2속 링기어(421) 내주면 사이에 제2원웨이클러치(920)가 마련된다.

그리고, 상기 변속부(400)에 마련된 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 링기어(421) 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 제3원웨이클러치(930)가 마련되고; 상기 변속부(400)에 마련된 제3속 유성기어세트(430)의 제3속 링기어(431) 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 제4원웨이클러치(940)가 마련된다.

이에 따라, 최종적으로 변속된 회전력은 오직 제3원웨이클러치(930) 또는 제4원웨이클러치(940)를 통해 허브쉘(300)로 출력되는 것이다.

마지막으로, 상기 변속부(400)의 변속을 제어하는 제어부(500)에는 도 18과 같이 3개의 폴, 즉 제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)이 각각 상술한 샤프트(100)의 폴자리부(101)(102)(103) 내에 위치하게 되며, 이러한 폴들은 링스프링에 의하여 탄력적으로 세워지도록 위치한다.

특히 본 발명에 있어서 상기 제어부(500)에는 상기 폴을 컨트롤하는 제어링이 도 12와 같이 상기 샤프트(100)의 축방향으로 한 개 또는 다수가 적층 되어 일체로 회전함에 따라 한 개 또는 다수의 폴을 선택적으로 치합 상태 또는 해제 상태로 컨트롤하여 변속을 제어하는 것이 좋다.

즉, 각각의 폴에는 제어부위와 걸림부위가 서로 다른 간격을 두고 돌출 형성되어 있는 것으로, 도 18에 도시한 바와 같이 우선 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)에는 도면상 우측 단부로부터 소정 거리 이격 되어 제어부위가 형성되어 있고, 이 제어부위로부터 이격 되어 다시 걸림부위가 형성되어 있다.

이때, 상기 제2속 제1폴(501)에 있어서 제어부위와 걸림부위가 인접한 반면, 상기 제2속 제2폴(502)에 있어서는 제어부위와 걸림부위가 상기 제2속 제1폴(501)에 비하여 다소 떨어져 있다.

그리고, 제3속폴(503)은 도면상 우측 단부에 제어부위가 형성되고 좌측 단부에 걸림부위가 형성되어, 제어부위와 걸림부위가 가장 멀리 떨어져 있다.

즉, 각각의 폴에 형성된 제어부위에는 제어링이 위치하는 것이며, 걸림부위에는 태양기어가 각각 위치하게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)의 외주에는 상기 변속레버의 회전에 따라 연동하여 회전하는 제2속 제어링(510) 및 제3속 제어링(520)이 상기 샤프트(100)의 축방향을 따라 적층 마련되되; 상기 제2속 제어링(510)의 내주면에는 홈부가 형성되어 상기 제2속 제어링(510)의 회전에 따라 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)이 선택적으로 상기 홈부로 빠져 나오며; 상기 제3속 제어링(520)의 내주면에는 홈부가 형성되어 상기 제3속 제어링(520)의 회전에 따라 상기 제3속폴(503)이 선택적으로 상기 홈부로 빠져 나오는 것이 바람직하다.

즉, 상술한 제2속 제1폴(501)과 제2속 제2폴(502)의 제어부위가 도면상 우측 단부로부터 이격된 거리는 상기 제3속 제어링(520)의 두께에 해당하는 것이다.

이에 따라, 상기 제2속 제어링(510)과 상기 제3속 제어링(520)의 회전 각도에 따라 탄력적으로 세워지려 하는 폴의 제어부위가 홈부에 위치할 경우, 상기 폴의 걸림부위가 세워져 해당하는 태양기어의 내주면에 형성된 내기어에 치합하여 상기 태양기어의 회전을 제한하게 되는 것이다.

특히, 상기 제2속 제어링(510)에 형성되는 홈부는, 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)에 대응하여 한 쌍으로 이루어져 상기 샤프트(100)의 축중심을 기준으로 다수 개 형성되며; 상기 제3속 제어링(520)에 형성되는 홈부는, 상기 제3속폴(503)에 대응하여 상기 샤프트(100)의 축중심을 기준으로 다수 개 형성된다.

이때, 상기 제2속 제어링(510)에 형성된 홈부는 상기 제3속 제어링(520)의 15도 회전마다 상기 제3속폴(503)의 치합 및 해제상태가 전환되며, 상기 제2속 제어링(510)의 홈부에 들어간 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)은 30도 회전 후 홈부로부터 빠져 나오게 되는 것이다.

변속조작이 상술한 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)에 어떻게 전달되는지에 대하여 이하에서 살펴보기로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부(500)는 변속레버의 조작에 따라 인출되는 케이블이 연결되어 상기 샤프트(100)의 외주면에 회전 가능하게 지지되는 케이블링(530)과; 상기 케이블링(530)에 연결된 연결링(541) 및 상기 연결링(541)에 끼워맞춤 조립되어 일체로 동작하는 각도 제어링(542)을 통해 스프링(590)으로 탄성적으로 조작력을 전달받는 조인트 링(550)과; 상기 조인트 링(550)에 치합하여 일체로 회전하며, 상기 제3속 제어링(520)과 결합하여 상기 제2속 제어링(510) 및 상기 제3속 제어링(520)을 회전시키는 치합링(560)을 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 케이블링(530)은 도 8과 같이 케이블이 연결되는 외측 케이블링(531)과, 상기 외측 케이블링(531)의 내주면과 치합하여 상기 샤프트(100)에 회전 가능하게 지지되는 내측 케이블링(532)으로 이루어져 있다.

이후, 연결링(541) 및 각도 제어링(542)을 통해 도 11과 같이 조작력을 조인트 링(550)에 전달하며, 여기에서 상기 연결링(541)에는 돌기가 돌출 형성되어 상기 각도 제어링(542)에 치합하여 일체로 회전하는 것이다.

이때, 상기 각도 제어링(542)과 상기 조인트 링(550) 사이에는 도 20과 같이 스프링(590)이 연결되어 있어, 상기 각도 제어링(542)으로부터 상기 스프링(590)을 통해 상기 조인트 링(550)에 조작력이 전달되는 것이다.

상술한 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)의 제어 각도에 따라 상기 제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)의 제어 상태는 도 19에 나타나 있으며 이를 도표로 정리하면 다음과 같다.

아래의 표 1에는 각각의 폴 작동여부에 따른 원웨이클러치의 회전력 전달 여부 또한 표시되어 있다.

표 1

단수	제2속 제1폴	제2속 제2폴	제3속폴	드라이브폴	원웨이클러치
1	X	X	X	X	1-2-3
2	X	X	O	X	1-2-4
3	O	X	X	X	1-3
4	O	X	O	X	1-4
5	X	O	X	X	1-3
6	X	O	O	X	1-4
7	X	X	X	O	2-3
8	X	X	O	O	2-4
9	O	X	X	O	3
10	O	X	O	O	4
11	X	O	X	O	3
12	X	O	O	O	4

추가적으로 본 발명에 있어서는 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 상기 변속부(400)에 전달하는 드라이브부(600)가 마련된다.

상기 드라이브부(600)에 마련된 드라이버(610)는 도 9와 같이 상기 허브쉘(300)의 개방된 측에 위치하되 상기 샤프트(100)에 결합한 콘 너트(901)와 베어링(903)이 마련되어, 상기 드라이버(610)는 상기 샤프트(100)로부터 회전 가능하게 지지된다.

이와 더불어, 상기 허브쉘(300)과 상기 드라이브부(600)는 그 사이에 위치하는 베어링(905)에 의해 상호 독립적으로 회전 가능하게 마련되며 도 8에 도시한 먼지커버(310)에 의해 이물질이 침입하는 것을 방지한다.

상술한 베어링(903)(904)(905)은 볼베어링을 예시하였지만, 미끄럼베어링 등 그 종류에 제한되지는 않는다.

특히, 본 발명에 있어서는 상기 변속레버의 회전 조작에 따라 상기 샤프트(100)의 축방향으로 드라이브 폴 클러치(620)의 변위 발생에 의하여, 회전하는 드라이버(610)와 회전 불가능한 상기 드라이브 폴 클러치(620) 사이의 드라이브 폴(630)을 매개로 하여 회전력을 선택적으로 전달함으로써 변속이 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상술한 변속부(400)의 변속 이외에 상기 변속부(400)로 입력되는 회전력을 상기 드라이브 폴 클러치(620)에 의한 상기 드라이브 폴(630)의 회전 제한 여부에 따라 다시 2단으로 변속하는 것이 가능하다.

이때, 상기 드라이브 폴 클러치(620)는 회전 불가능하고 오직 상기 샤프트(100)의 축방향을 따라 이동 가능한 구성요소로 이를 통해 보다 콤팩트한 구성으로 2배의 변속 단수를 구현할 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 드라이브부(600)는 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 상기 드라이브 폴(630)의 치합 또는 해제에 따라 상기 드라이브부(600)로부터 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 또는 제1속 링기어(411)로 회전력을 선택적으로 전달하여 2단으로 출력되어 총 12단의 변속비로 출력이 가능하게 된다.

즉, 본 발명에 있어서, 상기 조인트 링(550)에는 일정 구간 경사접촉면(551)이 형성되며; 상기 연결링(541)의 외곽에 위치하되 상기 경사접촉면(551)에 대응하는 경사면(621)이 형성되고 외주면에 일방향 치형(622) 및 접촉면(623)이 형성된 드라이브 폴 클러치(620)와; 상기 샤프트(100)의 축방향으로 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 치합하고 내주면이 상기 샤프트(100)와 치합하여, 상기 드라이브 폴 클러치(620)를 회전 불가능하게 상기 샤프트(100)의 축방향을 따라 이동 가능하게 하는 회전제한링(640)과; 상기 드라이버(610)의 내측에 일정 각도 자전 가능하게 지지되어 상기 드라이버(610)와 일체로 공전하며, 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623)에 접촉하여 공전하며, 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 형성된 치형에 치합되지 못하거나, 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 중간 위치로 축방향 이동에 따라 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면 및 일방향 치형(622)에 치합될 때, 상기 드라이버(610)의 공전에 의해 내측 단부가 치형의 끝 또는 치형의 골에 반복 접촉되어 강제적으로 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 치합되지 않거나 치합되는 것을 반복하며, 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 끝단 위치로 축방향 이동에 따라 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623) 및 일방향 치형(622)과 치합이 벗어나면 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 형성된 치형에 치합하여 상기 드라이버(610)와 상기 제1속 캐리어(412)를 직결시켜 일체로 회전하게 하는 드라이브 폴(630)을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 드라이브 폴 클러치(620) 및 회전제한링(640)은 제2강제복귀수단부의 기능을 가질 수도 있는 것이다.

상기 조인트 링(550)에 형성된 경사접촉면(551)은 180도의 위상차를 두고 2개가 형성되어 있다.

그리고 상기 연결링(541)의 외곽에 위치하는 드라이브 폴 클러치(620)는 그 일측에 상기 경사면(621)이 형성되어 있어, 상기 조인트 링(550)이 회전하여 경사접촉면(551)이 상기 경사면(621)에 접촉할 경우, 도 14와 같이 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 도면상 우측으로 이동하게 되는 것이다.

이때, 상기 각도제어링(542)과 상기 드라이브 폴 클러치(620) 사이에는 도 20과 같이 스프링(580)이 연결되어 있다.

이러한 드라이브 폴 클러치(620)는 상기 회전제한링(640)과 치합하여, 회전은 불가능하며, 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 상기 회전제한링(640) 사이에는 도 20과 같이 스프링(570)이 마련되어 상호 간극을 탄력적으로 이격시키게 된다.

즉, 상기 스프링(570)에 의해 상기 드라이브 폴 클러치(620)를 도면상 좌측으로 이동하도록 탄성 지지하고 있어, 우측으로 이동하였던 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 복귀는 상기 스프링(570)에 의하여 이루어지게 된다.

그리고, 상기 드라이브 폴(630)에는 미도시한 탄성체가 마련되어 상기 드라이브 폴(630)이 일방향으로 회전하도록 탄성 지지하고 있어, 드라이브 폴(630)이 드라이브부(600)와 함께 회전할 경우, 상기 드라이브 폴(630)의 내측 단부는 도 15와 같이 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623)에 접촉한 상태를 유지하게 된다.

하지만, 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 이동에 따라 회전하고 있던 드라이브 폴(630)의 내측 단부가 도 14와 같이 일방향 치형(622) 사이에 들어가게 되면, 상기 드라이브 폴(630)이 회전하면서 그 외측 단부가 상기 제1속 캐리어(412)의 내주면에 형성된 내기어에 치합하게 됨으로써, 상기 드라이브 폴(630)에 의해 상기 드라이버(610)와 상기 제1속 캐리어(412)를 직결시켜 일체로 회전하게 한다.

따라서, 드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(411)->제1속 캐리어(412)를 통해 전달되던 회전력이 드라이버(610)로부터 드라이브 폴(630)을 통해 제1속 캐리어(412)에 직접 전달됨으로써 보다 고속으로 회전력을 전달하게 되어 상기 드라이브부(600)가 자체적으로 2단의 변속을 실시하게 됨으로써, 3개의 유성기어세트에 의해 구성되는 6단과 함께 총 12단의 변속단을 구현하게 되는 것이다.

여기에서 상술한 변속이 변속레버가 소정 각도 회전된 이후 발생할 수 있도록 상기 각도 제어링(542)에 홈부를 소정 각도 범위로 형성하고, 이 홈부 내에 상기 조인트 링(550)에 형성된 돌기가 위치하도록 하는 것으로 가능해진다.

이때, 상기 드라이버(610)의 내측에는 소정 간극을 두고 일체로 회전하는 플레이트링(611)이 마련되며; 상기 드라이브 폴(630)은 상기 플레이트 링(611)에 자전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.

즉, 상술한 드라이브 폴(630)을 소정의 위치에 정위치 하도록 별도의 플레이트 링(611)을 마련하는 것도 가능하다.

특히, 본 발명에 있어서는 상기 변속레버의 회전 조작 및 폴의 치합 조건에 따라 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 이용하여, 치합 상태의 상기 폴을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제1강제복귀수단부(700)와; 드라이브 폴 클러치(620) 및 회전제한링(640)으로 이루어져 드라이브 폴(630)을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제2강제복귀수단부가 추가 구성되는 것이 가장 바람직하며, 이를 통해 보다 원활한 변속 조작이 가능해진다는 이점을 가지게 된다.

본 발명에 있어서 상기 제1강제복귀수단부(700)는 상기 플레이트 링(611)의 일면에 적층 결합하여 일체로 회전하며 내주면에 래칫(711)이 형성된 정방향 회전체(710)와; 일측 외주면에 형성된 치형이 상기 제1속 유성기어세트(410)에 마련된 2단으로 이루어진 제1속 유성기어(413)의 큰 직경 측에 치합하여 회전하며, 타측 내주면에 래칫(721)이 형성된 역방향 회전체(720)와; 상기 조인트 링(550)의 배면에 일체로 돌출 형성된 상측 돌부(731) 및 하측 돌부(732)와; 상기 조인트 링(550)의 상측 배면에 원호 형상으로 돌출 형성된 덮개(740)와; 상기 조인트 링(550)의 측면에 위치하되, 소정 간극을 갖고 상기 상측 돌부(731) 및 상기 하측 돌부(732)를 수용하는 상측 요홈(751) 및 하측 요홈(752)이 형성되며, 탄성 조절 볼트(753) 및 압축 스프링(754) 및 상기 압축 스프링(754)에 의해 탄성력을 받아 하측 요홈 돌기(755)에 일정 위치까지 밀착되는 전달핀(756)에 의해 상기 하측 요홈(752)의 가운데로 상기 하측 돌부(732)가 탄성적으로 위치되도록 하며, 상기 치합링(560)과 결합하여 조작력을 전달하는 강제 복귀링(750)과; 상기 강제 복귀링(750)의 양측에 상기 정방향 회전체(710)의 래칫(711)과 상기 역방향 회전체(720)의 래칫(721)에 각각 치합 가능하게 마련되되, 상기 덮개(740)에 의해 치합이 선택적으로 제한되는 정방향 폴(760) 및 역방향 폴(770)과; 상기 정방향 폴(760) 및 상기 역방향 폴(770)을 탄성적으로 일으켜 세우는 탄성체로 구성되는 것이 가장 바람직하다.

즉, 상기 강제복귀링(750)의 도면상 우측에는 도 17과 같이 항상 정방향으로 회전하는 정방향 회전체(710)를 두고, 도면상 좌측에는 도 16과 같이 항상 역방향으로 회전하는 역방향 회전체(720)를 둔다.

이러한 상태에서 변속조작 시 상기 조인트 링(550)이 회전했음에도 불구하고 해당 폴이 태양기어의 내주면에 형성된 내기어에 강하게 맞물려 빠져 나오지 못함으로써 변속이 이루어지지 않을 경우, 상기 조인트 링(550)과 상기 강제복귀링(750) 사이에는 도 11과 같은 상기 상측 요홈(751) 및 하측 요홈(752) 내에서 도 17에 도시한 상기 상측 돌부(731) 및 하측 돌부(732)와 유격이 형성되면서 소정의 위상차가 발생하게 된다.

이러한 경우 상기 강제복귀링(750)에 마련된 정방향 폴(760) 또는 역방향 폴(770)이 상기 조인트 링(550)의 덮개(740)로부터 해제되어 탄성체에 의해 탄력적으로 벌어지게 됨으로써, 그 외측에 위치하는 정방향 회전체(710) 또는 역방향 회전체(720)의 래칫(711)(722)에 치합하게 됨으로써, 변속되는 회전력이 상기 강제복귀링(750)에 전달됨으로써, 변속레버 조작력으로 변속이 이루어지지 않던 변속을 강제적으로 수행할 수 있게 된다.

이때, 상기 강제복귀링(750)은 정방향 조작될 수도 있고 역방향 조작 될 수도 있도록 상기 정방향 회전체(710)와 상기 역방향 회전체(720) 사이에 위치하여, 정방향으로 변속 조작, 즉 가속 조작될 경우 도 17과 같이 상기 정방향 폴(760)이 정방향 회전체(710)의 래칫(711)에 치합하게 된다.

반대로, 상기 변속조작이 역방향으로 이루어질 경우, 즉 감속 조작 시 상기 역방향 폴(770)이 도 16에 도시한 바와 같이 역방향 회전체(720)의 래칫(721)에 치합하게 되는 것이다.

여기에서, 상기 강제복귀링(750)의 하측 요홈(752)에는 양단으로부터 상기 하측 돌부(732)가 중앙에 위치하도록 도 11과 같이 하측 요홈 돌기(755)에 접촉하는 전달핀(756)이 양측에 마련되며, 이러한 전달핀(756)은 각각 압축 스프링(754)에 탄성 지지되고, 이러한 압축 스프링(754)은 다시 탄성 조절 볼트(753)에 연결되어 있어, 상기 탄성 조절 볼트(753)를 조여주거나 풀어줌에 따라 상기 압축 스프링(754)의 탄성력을 조절할 수도 있는 것이다.

이에 따라, 변속 조작 이외의 경우에는 상기 조인트 링(550)의 중앙에 상기 제1강제복귀수단부(700)가 위치하도록 하는 것이 가능해진다.

추가적으로, 상기 샤프트(100)에 고정되며, 상기 제2속 제1태양기어(424)와 상기 제2속 제2태양기어(425) 사이 및 상기 제2속 제2태양기어(425)와 상기 제3속 태양기어(434) 사이에 각각 위치하여 제2속 캐리어(422), 제3속 캐리어(432) 및 제2속 제1태양기어(424), 제2속 제2태양기어(425), 제3속 태양기어(434) 등 각각 상기 샤프트(100)에 대하여 축방향 간극을 유지하며 축 중심으로 회전되게 하는 간극유지링(810)(820)이 마련되는 것이 바람직하며, 이를 통해 상기 제2속 제1태양기어(424)와 상기 제2속 제2태양기어(425) 그리고 상기 제3속 태양기어(434) 흔들리지 않고 정위치에서 회전하는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다단 변속기에 대한 작용을 1단으로부터 12단에 이르기까지 구분하여 설명하면 다음과 같다.

- 1단

1단은 변속레버의 조작이 없어 도 19에 도시한 바와 같이 어떠한 폴도 태양기어와 치합하지 않은 상태이다.

이러한 상태에서 스프로켓(200)을 통해 구동력이 전달되면 드라이버(610)가 회전하게 된다.

이때, 드라이브부(600)에 마련된 드라이브 폴(630)은 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623)에 닿아 회전할 뿐, 드라이브부(600)의 회전력을 상기 드라이브 폴(630)이 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412)에 직접 전달하지는 못한다.

이에 따라, 상기 드라이브부(600)에 마련된 제1원웨이클러치(910)를 통해 상기 드라이버(610)의 회전력이 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 링기어(411)에 전달되며, 고정된 제1속 태양기어(414)를 중심으로 제1속 유성기어(413)가 회전하게 됨으로써, 제1속 캐리어(412)와 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 캐리어(422)가 일체로 회전한다.

이때, 상기 제2속 유성기어세트(420)에 마련된 제2속 제1태양기어(424) 및 제2속 제2태양기어(425) 모두 회전 가능한 상태이기 때문에 제2속 캐리어(422)의 회전은 제2원웨이클러치(920)를 통해 제2속 링기어(421)로 전달된다.

이에 따라, 제3속 유성기어세트(430)의 제3속 캐리어(432)가 상기 제2속 링기어(421)와 함께 회전하지만 제3속 태양기어(434)가 회전 가능한 상태이기 때문에 제3속 유성기어(433)는 회전력을 전달하지 못하게 된다.

따라서, 상기 제2속 링기어(421)의 회전력이 제3원웨이클러치(930)를 통하여 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되는 것이다.

- 2단

2단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 회전한 상태로 오직 제3속폴(503)이 제3속 태양기어(434)와 치합하여 상기 제3속 태양기어(434)의 회전을 제한하는 상태이다.

이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(413)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)->제2원웨이클러치(920)->제2속 링기어(421)로 회전력을 전달되는 과정은 1단과 동일하다.

이후, 상기 제2속 링기어(421)의 회전력은 제3속 캐리어(432)에 전달되며, 이때 제3속 태양기어(434)가 제3속폴(503)에 의해 회전이 제한되므로 제3속 유성기어(433)가 회전하여 제3속 링기어(431)를 1단에 비해 고속으로 회전시키게 된다.

따라서, 상기 제3속 링기어(431)의 회전은 제4원웨이클러치(940)를 통하여 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되며, 이때 제3원웨이클러치(930)는 공회전하는 것이다.

- 3단

3단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 추가 회전한 상태로 오직 제2속 제1폴(501)이 제2속 제1태양기어(424)와 치합하여 상기 제2속 제1태양기어(424)의 회전을 제한하는 상태이다.

이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(413)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)로 회전력을 전달되는 과정은 2단과 동일하다.

다만, 상기 제2속 유성기어세트(420)에 마련된 제2속 제1태양기어(424)만이 회전이 제한된 상태이기 때문에 제2속 캐리어(422)의 회전에 의해 2단으로 이루어진 제2속 유성기어(423)의 큰 직경 측이 상기 제2속 제1태양기어(424)에 치합하여 제2속 링기어(421)를 2단에 비해 고속으로 회전시키게 된다.

이 때에도, 제3속 유성기어세트(430)의 제3속 캐리어(432)가 상기 제2속 링기어(421)와 함께 회전하지만 제3속 태양기어(434)가 회전 가능한 상태이기 때문에 제3속 유성기어(433)는 회전력을 전달하지 못하게 된다.

상술한 바와 같이 2단에서 3단으로의 변속 시 2단에서 제3속 태양기어(434)에 치합하고 있던 제3속폴(503)이 빠져 나오지 못하여 원활한 변속이 이루어지지 않았다고 가정해보자.

이러한 경우, 조인트 링(550)은 15도 반시계 방향으로 회전한 반면 강제복귀링(750)은 회전하지 않게 되며, 이에 따라 상기 조인트 링(550)의 덮개(740)로부터 역방향 폴(770)이 반시계 방향으로 회전하고 있는 역방향 회전체(720)의 래칫(721)에 치합하게 되는 것이다.

이에 따라, 상기 강제복귀링(750)에 반시계 방향으로 강한 회전력이 전달되면서 제3속 태양기어(434)의 내기어에 치합하고 있던 제3속폴(503)이 빠져 나오게 되어 3단으로 변속이 이루어지는 것이다.

이와 반대로 4단에서 3단으로의 변속 시 4단에서 제3속 태양기어(434)에 치합하고 있던 제3속폴(503)이 빠져 나오지 못하여 원활한 변속이 이루어지지 않았다고 가정해보자.

이러한 경우, 조인트 링(550)은 15도 시계방향으로 회전한 반면 강제복귀링(750)은 회전하지 않게 되며, 이에 따라 상기 조인트 링(550)의 덮개(740)로부터 정방향 폴(760)이 시계방향으로 회전하고 있는 정방향 회전체(710)의 래칫(711)에 치합하게 되는 것이다.

이에 따라, 상기 강제복귀링(750)에 시계방향으로 강한 회전력이 전달되면서 제3속 태양기어(434)의 내기어에 치합하고 있던 제3속폴(503)이 빠져 나오게 되어 3단으로 변속이 이루어지는 것이다.

- 4단

4단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 추가 회전한 상태로 제2속 제1폴(501) 및 제3속폴(503)이 각각 제2속 제1태양기어(424) 및 제3속 태양기어(434)와 치합하여 상기 제2속 제1태양기어(424) 및 제3속 태양기어(434)의 회전을 제한하는 상태이다.

이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(413)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)->2단 제2속 유성기어(423)의 큰 직경측->제2속 링기어(421)로 회전력을 전달되는 과정은 3단과 동일하다.

이후, 상기 제2속 링기어(421)의 회전력은 제3속 캐리어(432)에 전달되며, 이때 제3속 태양기어(434)가 제3속폴(503)에 의해 회전이 제한되므로 제3속 유성기어(433)가 회전하여 제3속 링기어(431)를 3단에 비해 고속으로 회전시키게 된다.

상술한 바와 같이 3단에서 4단으로의 변속 시 3단에서 제2속 제1태양기어(424)에 치합하고 있던 제2속 제1폴(501)이 빠져 나오지 못하여 원활한 변속이 이루어지지 않을 경우, 또는 5단에서 4단으로의 변속 시 5단에서 제2속 제2태양기어(425)에 치합하고 있던 제2속 제2폴(502)이 빠져 나오지 못하여 원활한 변속이 이루어지지 않을 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 제1강제복귀수단부(700)에 의하여 원활한 변속이 이루어지게 되며, 이하의 변속 시에도 동일한 강제 복귀 동작을 하므로 중복 설명은 생략하기로 한다.

- 5단

5단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 추가 회전한 상태로 오직 제2속 제2폴(502)이 제2속 제2태양기어(425)와 치합하여 상기 제2속 제2태양기어(425)의 회전을 제한하는 상태이다.

이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(413)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)로 회전력을 전달되는 과정은 4단과 동일하다.

다만, 상기 제2속 유성기어세트(420)에 마련된 제2속 제2태양기어(425)의 회전이 제한된 상태이기 때문에 제2속 캐리어(422)의 회전에 의해 2단으로 이루어진 제2속 유성기어(423)의 작은 직경 측이 상기 제2속 제2태양기어(425)에 치합하여 제2속 링기어(421)를 4단에 비해 고속으로 회전시키게 된다.

- 6단

6단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 추가 회전한 상태로 제2속 제2폴(502) 및 제3속폴(503)이 각각 제2속 제2태양기어(425) 및 제3속 태양기어(434)와 치합하여 상기 제2속 제2태양기어(425) 및 제3속 태양기어(434)의 회전을 제한하는 상태이다.

이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->제1원웨이클러치(910)->제1속 링기어(411)->제1속 유성기어(413)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)->2단 제2속 유성기어(423)의 작은 직경측->제2속 링기어(421)로 회전력을 전달되는 과정은 5단과 동일하다.

- 7단

7단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도 추가 회전한 상태로 어떠한 폴도 태양기어와 치합하지 않은 상태이다.

그러나 이때, 변속레버의 조작에 따라 회전각이 점점 커지던 조인트 링(550)에서는 경사접촉면(551)에 드라이브 폴 클러치(620)의 경사면(621)이 접촉하게 됨으로써, 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 도면상 우측으로 이동하게 된다.

이때, 드라이브부(600)에 마련된 드라이브 폴(630)은 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623)을 지나 일방향 치형(622)이 형성된 곳에 위치하여 소정 각도 회동하게 됨으로써, 상기 드라이브 폴(630)의 내측 단부는 상기 일방향 치형(622) 사이에 끼이게 되고, 그 외측 단부는 제1속 캐리어(412)의 내주면에 형성된 내기어에 치합하게 된다.

이에 따라, 드라이브부(600)의 회전력을 상기 드라이브 폴(630)이 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412)에 직접 전달하게 되는 것으로 전환된다.

따라서, 상기 드라이버(610)의 회전력이 상기 드라이브 폴(630)을 통해 직접 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412)에 전달되며, 상기 제1속 캐리어(412)와 제2속 유성기어세트(420)의 제2속 캐리어(422)가 일체로 회전한다.

이때 제2강제복귀수단부에 해당하는 드라이브 폴 클러치(620) 및 회전제한링(640)은 드라이브 폴(630)의 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면 및 일방향 치형(622)에 치합될 때, 상기 드라이버(610)의 공전에 의해 내측 단부가 치형의 끝 또는 치형의 골에 반복 접촉되어 강제적으로 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 치합되지 않거나 치합되는 것을 반복하게 됨으로써, 상기 드라이브 폴(630)을 강제 제어하게 되는 것이다.

- 8단~12단

8단~12단은 변속레버의 조작으로 도 19에 도시한 바와 같이 제2속 제어링(510)과 제3속 제어링(520)이 약 15도씩 단계별로 추가 회전한 상태로, 이는 스프로켓(200)->드라이버(610)->드라이브 폴(630)->제1속 캐리어(412)->제2속 캐리어(422)->제2원웨이클러치(920)->제2속 링기어(421)로 회전력을 전달하는 과정을 제외하고는 2단~6단과 모두 동일하다.

따라서, 본 발명의 다단 변속기는 다수의 유성기어세트를 이용하여 다단의 변속기를 콤팩트하게 구성할 수 있어 제품의 상품성을 향상시키고, 변속레버의 조작에 따라 샤프트(100)의 축방향을 따라 변위가 발생하는 구성을 통해 회전력의 전달경로를 변경시킴으로써, 유성기어세트에 의해 구현되는 다단의 변속 단수를 2배로 확장시킬 수 있고, 특히 강제복귀수단을 이용하여 가속조작에 따른 정방향 조작은 물론 감속조작에 따른 역방향 조작에 대해서도 원활한 변속이 이루어지도록 함으로써 사용자의 사용편의성을 극대화시킬 수 있는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

Claims

양단 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과;

상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와;

변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트(100)에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부(500)를 포함한 다단 변속기에 있어서;

상기 변속레버의 회전 조작에 따라 상기 샤프트(100)의 축방향으로 드라이브 폴 클러치(620)의 변위 발생에 의하여, 회전하는 드라이버(610)와 회전 불가능한 상기 드라이브 폴 클러치(620) 사이의 드라이브 폴(630)을 매개로 하여 회전력을 선택적으로 전달함으로써 변속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
양단 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과;

상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와;

변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트(100)에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부(500)를 포함한 다단 변속기에 있어서;

상기 변속레버의 회전 조작 및 폴의 치합 조건에 따라 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 이용하여, 치합 상태의 상기 폴을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제1강제복귀수단부(700)와; 드라이브 폴 클러치(620) 및 회전제한링(640)으로 이루어져 드라이브 폴(630)을 선택적으로 강제 해제 상태로 제어 가능한 제2강제복귀수단부가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
양단 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 스프로켓(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과;

상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와 원웨이클러치를 포함하여, 상기 스프로켓(200)으로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와;

변속레버의 조작에 따라 상기 샤프트(100)에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하여 변속을 제어하는 제어부(500)를 포함한 다단 변속기에 있어서;

상기 제어부(500)에는 상기 폴을 컨트롤하는 제어링이 상기 샤프트(100)의 축방향으로 한 개 또는 다수가 적층 되어 일체로 회전함에 따라 한 개 또는 다수의 폴을 선택적으로 치합 상태 또는 해제 상태로 컨트롤하여 변속을 제어하는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 변속부(400)는 제1속 유성기어세트(410), 제2속 유성기어세트(420), 그리고 제3속 유성기어세트(430)로 구성되며, 드라이브부(600)로부터 제1속 캐리어(412) 또는 제1속 링기어(411)에 전달되어진 회전력을 상기 제1속 유성기어세트(410)를 거쳐서 제2속 캐리어(422)에 전달하고, 상기 제2속 캐리어(422)에 전달된 회전력은 상기 제2속 유성기어세트(420) 그리고 상기 제3속 유성기어세트(430)를 통해 6단으로 변속하여 상기 허브쉘(300)로 출력 가능한 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 4항에 있어서,

상기 드라이브부(600)는 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 상기 드라이브 폴(630)의 치합 또는 해제에 따라 상기 드라이브부(600)로부터 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 또는 제1속 링기어(411)로 회전력을 선택적으로 전달하여 2단으로 출력되어 총 12단의 변속비로 출력이 가능한 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 5항에 있어서,

제2속 제1폴(501), 제2속 제2폴(502), 그리고 제3속폴(503)의 외주에는 상기 변속레버의 회전에 따라 연동하여 회전하는 제2속 제어링(510) 및 제3속 제어링(520)이 상기 샤프트(100)의 축방향을 따라 적층 마련되되;

상기 제2속 제어링(510)의 내주면에는 홈부가 형성되어 상기 제2속 제어링(510)의 회전에 따라 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)이 선택적으로 상기 홈부로 빠져 나오며;

상기 제3속 제어링(520)의 내주면에는 홈부가 형성되어 상기 제3속 제어링(520)의 회전에 따라 상기 제3속폴(503)이 선택적으로 상기 홈부로 빠져 나오는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 6항에 있어서,

상기 제2속 제어링(510)에 형성되는 홈부는, 상기 제2속 제1폴(501) 및 상기 제2속 제2폴(502)에 대응하여 한 쌍으로 이루어져 상기 샤프트(100)의 축중심을 기준으로 다수 개 형성되며;

상기 제3속 제어링(520)에 형성되는 홈부는, 상기 제3속폴(503)에 대응하여 상기 샤프트(100)의 축중심을 기준으로 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 7항에 있어서,

상기 제어부(500)는

변속레버의 조작에 따라 인출되는 케이블이 연결되어 상기 샤프트(100)의 외주면에 회전 가능하게 지지되는 케이블링(530)과;

상기 케이블링(530)에 연결된 연결링(541) 및 상기 연결링(541)에 끼워맞춤 조립되어 일체로 동작하는 각도 제어링(542)을 통해 스프링(미도시)으로 탄성적으로 조작력을 전달받는 조인트 링(550)과;

상기 조인트 링(550)에 치합하여 일체로 회전하며, 상기 제3속 제어링(520)과 결합하여 상기 제2속 제어링(510) 및 상기 제3속 제어링(520)을 회전시키는 치합링(560)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 8항에 있어서,

상기 조인트 링(550)에는 일정 구간 경사접촉면(551)이 형성되며;

상기 연결링(541)의 외곽에 위치하되 상기 경사접촉면(551)에 대응하는 경사면(621)이 형성되고 외주면에 일방향 치형(622) 및 접촉면(623)이 형성된 드라이브 폴 클러치(620)와;

상기 샤프트(100)의 축방향으로 상기 드라이브 폴 클러치(620)와 치합하고 내주면이 상기 샤프트(100)와 치합하여, 상기 드라이브 폴 클러치(620)를 회전 불가능하게 상기 샤프트(100)의 축방향을 따라 이동 가능하게 하는 회전제한링(640)과;

상기 드라이버(610)의 내측에 일정 각도 자전 가능하게 지지되어 상기 드라이버(610)와 일체로 공전하며, 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623)에 접촉하여 공전하며, 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 형성된 치형에 치합되지 못하거나, 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 중간 위치로 축방향 이동에 따라 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면 및 일방향 치형(622)에 치합될 때, 상기 드라이버(610)의 공전에 의해 내측 단부가 치형의 끝 또는 치형의 골에 반복 접촉되어 강제적으로 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 치합되지 않거나 치합되는 것을 반복하며, 상기 드라이브 폴 클러치(620)가 끝단 위치로 축방향 이동에 따라 내측 단부가 상기 드라이브 폴 클러치(620)의 접촉면(623) 및 일방향 치형(622)과 치합이 벗어나면 외측 단부가 상기 제1속 유성기어세트(410)의 제1속 캐리어(412) 내주면에 형성된 치형에 치합하여 상기 드라이버(610)와 상기 제1속 캐리어(412)를 직결시켜 일체로 회전하게 하는 드라이브 폴(630)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 9항에 있어서,

상기 제1강제복귀수단부(700)는,

상기 플레이트 링(611)의 일면에 적층 결합하여 일체로 회전하며 내주면에 래칫(711)이 형성된 정방향 회전체(710)와;

일측 외주면에 형성된 치형이 상기 제1속 유성기어세트(410)에 마련된 2단으로 이루어진 제1속 유성기어(413)의 큰 직경 측에 치합하여 회전하며, 타측 내주면에 래칫(721)이 형성된 역방향 회전체(720)와;

상기 조인트 링(550)의 배면에 일체로 돌출 형성된 상측 돌부(731) 및 하측 돌부(732)와;

상기 조인트 링(550)의 상측 배면에 원호 형상으로 돌출 형성된 덮개(740)와;

상기 조인트 링(550)의 측면에 위치하되, 소정 간극을 갖고 상기 상측 돌부(731) 및 상기 하측 돌부(732)를 수용하는 상측 요홈(751) 및 하측 요홈(752)이 형성되며, 탄성 조절 볼트(753) 및 압축 스프링(754) 및 상기 압축 스프링(754)에 의해 탄성력을 받아 하측 요홈 돌기(755)에 일정 위치까지 밀착되는 전달핀(756)에 의해 상기 하측 요홈(752)의 가운데로 상기 하측 돌부(732)가 탄성적으로 위치되도록 하며, 상기 치합링(560)과 결합하여 조작력을 전달하는 강제 복귀링(750)과;

상기 강제 복귀링(750)의 양측에 상기 정방향 회전체(710)의 래칫(711)과 상기 역방향 회전체(720)의 래칫(721)에 각각 치합 가능하게 마련되되, 상기 덮개(740)에 의해 치합이 선택적으로 제한되는 정방향 폴(760) 및 역방향 폴(770)과;

상기 정방향 폴(760) 및 상기 역방향 폴(770)을 탄성적으로 일으켜 세우는 탄성체로 구성된 것을 특징으로 하는 다단 변속기.
제 10항에 있어서,

상기 샤프트(100)에 고정되며, 상기 제2속 제1태양기어(424)와 상기 제2속 제2태양기어(425) 사이 및 상기 제2속 제2태양기어(425)와 상기 제3속 태양기어(434) 사이에 각각 위치하여 제2속 캐리어(422), 제3속 캐리어(432) 및 제2속 제1태양기어(424), 제2속 제2태양기어(425), 제3속 태양기어(434) 등 각각 상기 샤프트(100)에 대하여 축방향 간극을 유지하며 축 중심으로 회전되게 하는 간극유지링(810)(820)이 마련되는 것을 특징으로 하는 다단 변속기.