WO2018212595A1 - 모터의 다단 변속기 - Google Patents

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WO2018212595A1
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motor
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circumferential surface
protrusion
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김복성
김도환
박형배
김준서
석응식
전영식
김유균
황재호
박형근
서동욱
김정훈
주영희
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김복성
주식회사 바이젠
김도환
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    • F16H61/36—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement being transmitted by a cable

Definitions

  • the present invention relates to a three-stage or more multistage transmission for a motor, and more specifically, there is no complicated hydraulic device, so the structure is simple, there is no energy consumption in the shifting, there is no shifting shock, and the design and manufacture are freely made with the desired shifting stage and the shift ratio. It relates to a transmission for a possible motor.
  • the engine is unable to gain torque at initial start-up, but the motor has a good starting acceleration because it generates maximum torque at initial start-up. As such, the motor is more suitable for use in transportation with torque-speed characteristics than the engine.
  • the condition of the transmission for the motor should be 1) no shifting energy that consumes energy, 2) simple structure without hydraulic clutch, synchronizer, torque converter, etc. 3) smooth shifting without shift shock, 4) It should be possible to shift gears with three or more gears and an appropriate gear ratio.
  • This two-speed transmission is a method using a reduction gear that is widely used in power tools, etc., which is difficult to apply because the transmission ratio of the transmission section is too large, the transmission shock is severe and there is a problem in durability.
  • the motor is widely used as a driving source not only for transportation means such as electric vehicles, but also for electric tools and generators in general, and accordingly, motor related technologies are innovatively developed, and transmission related technologies do not fall short.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multi-stage transmission for a motor that is simple in structure and does not consume energy in shifting because there is no complicated hydraulic device.
  • Another object of the present invention is to provide a multi-stage transmission for a motor capable of smooth shifting without shifting shocks.
  • Another object of the present invention is to provide a transmission for a motor that can be freely designed and manufactured at a desired speed and speed ratio.
  • the transmission according to the present invention is transmitted by the driving force of the motor rotates, the input shaft is provided with a plurality of pawls (pawl) on the outer peripheral surface; A controller for individually controlling the appearance of the poles; A plurality of drive gears having a ratchet through which the input shaft penetrates a center and the pawls are engaged on an inner circumferential surface thereof and having different gear tooth numbers; A plurality of driven gears externally engaged with the drive gears and having different gear tooth numbers; And an output unit for outputting a rotational force shifted by the drive gear and the driven gear.
  • pawl pawl
  • the controller one end is coupled to the pole and the other end is provided with a plurality of shifting bar provided with a projecting portion coming out from the outer peripheral surface of the input shaft;
  • An elastic member elastically supporting the lower portion of the pawl or the protrusion;
  • An inner ring through which the input shaft penetrates a center and reciprocates along the axial direction of the input shaft so as to project the projecting portion from an outer circumferential surface of the input shaft; And a moving part for moving the inner ring along the axial direction of the input shaft.
  • the moving part may be an outer ring which surrounds the outer side of the inner ring and moves the inner ring along the axial direction of the input shaft through rotation.
  • one of the inner ring and the outer ring may have a guide pin protruding, and the other of the inner ring and the outer ring may have a guide hole for guiding the guide pin in an oblique direction with respect to the circumferential direction.
  • a ring groove is formed in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the inner ring so that the protrusion protrudes and escapes.
  • the protrusion is provided with a spherical protrusion to be rotated
  • the ring groove is preferably a semi-circular cross section so that the spherical protrusion is avoided.
  • driven gears are preferably coupled to or integral with each other to rotate at the same speed.
  • the output unit is preferably coupled to any one of the drive gears to receive the output rotational force output.
  • the output unit is preferably output by receiving a rotational force shifted from any one of the driven gear.
  • one end of the input shaft is formed with a locking projection
  • the input shaft penetrates the center
  • the locking groove is formed so that the locking projection is caught on the inner circumferential surface and preferably further comprises a shift clutch for driving the driving force of the motor.
  • one end is preferably connected to the shift clutch, the other end preferably further comprises a spring connected to the input shaft.
  • the width of the locking groove is larger than the width of the locking protrusion so that the locking protrusion is movable within the locking groove.
  • Transmission is an input shaft to which the driving force of the motor is transmitted to rotate; A plurality of drive gears having the input shaft at the center and having different gear tooth numbers; A plurality of driven gears externally engaged with the drive gears and having different gear tooth numbers; An output shaft that is parallel to the input shaft and becomes a central axis of the driven gears and outputs a rotational force shifted by the drive gear and the driven gear; A plurality of pawls provided on the input shaft or the output shaft and set off from an outer circumferential surface; And a controller that individually controls the appearance of the poles.
  • the controller one end is coupled to the pole and the other end is provided with a plurality of shifting bar provided with a projecting portion protruding from the outer peripheral surface of the input shaft or output shaft;
  • An elastic member elastically supporting the lower portion of the pawl or the protrusion;
  • An inner ring through which the input shaft or the output shaft passes through the center and reciprocating along the axial direction of the input shaft or the output shaft to project the projecting portion from the outer circumferential surface of the input shaft or output shaft;
  • a moving unit for moving the inner ring along an axial direction of the input shaft or the output shaft.
  • the moving part may be an outer ring which surrounds the outer side of the inner ring and moves the inner ring along an axial direction of the input shaft or the output shaft through rotation.
  • one of the inner ring and the outer ring may have a guide pin protruding, and the other of the inner ring and the outer ring may have a guide hole for guiding the guide pin in an oblique direction with respect to the circumferential direction.
  • the inner circumferential surface of the inner ring is preferably formed in the circumferential direction of the ring groove in which the projection is escaped.
  • the protrusion is provided with a spherical protrusion to be rotated
  • the ring groove is preferably a semi-circular cross section so that the spherical protrusion is avoided.
  • any one of the externally driven drive gear and the driven gear is formed with a ratchet in which the pawl is engaged with the inner circumferential surface, and the other of the externally driven drive gear and the driven gear is fixed to the input shaft or the output shaft.
  • the shift is made while rotating at the same speed as the input shaft by providing a pole on a rotating shaft (input shaft or output shaft), there is no complicated hydraulic device, and thus the structure is simple and there is no energy consumption in the shift.
  • the transmission for a motor according to the present invention When the transmission for a motor according to the present invention is applied to a vehicle such as an electric vehicle or an electric motorcycle, it satisfies both torque (force) and speed, and there is no problem in steep hill road driving, and it is possible to maximize fuel efficiency.
  • the transmission for a motor according to the present invention can be used for shifting a motor used not only for transportation but also for the entire industry.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan sectional view of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of an embodiment according to the present invention.
  • 5 to 7 show a controller and a drive gear according to the present invention.
  • FIG. 8 shows a shift clutch and an input shaft according to the present invention.
  • Figure 9 shows the operating state of the shift clutch and the input shaft when the pawl swings.
  • FIG. 10 shows a second embodiment according to the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a third embodiment according to the present invention.
  • FIG. 12 is a plan sectional view of a third embodiment according to the present invention.
  • FIG. 13 is a partially cutaway perspective view of a third embodiment according to the present invention.
  • Fig. 14 shows the input shaft and the drive gear of the third embodiment according to the present invention.
  • 15 and 16 show a controller of a third embodiment according to the present invention.
  • FIG 17 shows a fourth embodiment according to the present invention.
  • the embodiment 100 includes a housing H, an input shaft 120 to which a driving force of a motor (not shown) is transmitted, and the input shaft 120 rotates.
  • the drive gears 140 penetrate the through gears, and the driven gears 150 meshed with the drive gears 140 externally.
  • the driving force of the motor is transmitted to the input shaft 120 through the shift clutch (110).
  • a plurality of seating grooves 121 are formed in the input shaft 120, and a plurality of pawls (see 171 of FIG. 5) seated in the seating grooves 121 are provided.
  • the seating grooves 121 have elastic members ( The pole 171 is elastically supported so that the pole 171 protrudes to the outside of the input shaft 120 in a state where the external force is not applied.
  • a plurality of drive gears 140 through which the input shaft 120 penetrates in the axial direction is provided, and the drive gear 140 has a ratchet (FIG. '140a' is formed.
  • a plurality of driven gears 150 engaged with each other while externally driving the drive gears 140 are provided.
  • three drive gears 140 having different gear tooth numbers are provided.
  • three driven gears 150 having different gear tooth numbers are provided, and the pole 171 also has a drive gear. Three are provided to correspond to each of the field 140.
  • the present embodiment is configured to be shifted to three stages.
  • the transmission according to the present invention is a simple structure that can be shifted by four or more stages if only the number of driving gears and driven gears is composed of four or more, without changing the other structures.
  • an output unit 130 for outputting a rotational force shifted by the drive gear 140 and the driven gear 150 is provided, in this embodiment the output unit 130 is the outermost of the drive gear 140 It is formed in combination with the first drive gear 141.
  • Fig. 4 shows the driven gear set of this embodiment.
  • the present embodiment is provided with three driven gears 151 to 153 that are engaged externally with the drive gear and have a different number of gear teeth.
  • the three driven gears 150 are different from each other in this embodiment.
  • the second driven gear 152 is rotated by receiving the rotational force of the second driving gear ('142' of FIG. 5) engaged with the second driven gear 152
  • the other two driven gears 151 and 153 are also driven by the second driven gear ( It is to rotate at the same rotation speed as 152).
  • the present embodiment is provided with three sets of three driven gears 151 to 153 forming 120 °, each of which is axially coupled to the gearbox 160 to form a set of driven gears.
  • a ratchet 140a is formed on an inner circumferential surface of the drive gear 140
  • a seating groove 121 is formed on an outer circumferential surface of the input shaft 120
  • a pawl 171 is provided on the seating groove 121. It is confirmed.
  • the controller 170 has a pole 171, a shift bar ('172' in FIG. 6 (b)), an outer ring 174, an inner ring 173, a shift sprocket 175, and a wire (Fig. '176' of 3).
  • (a) has a mounting groove ('121a' in FIG. 8) formed on an outer circumferential surface of the input shaft 120, and a pawl 171 is mounted on the mounting groove 121.
  • the mounting groove 121a is formed on the outer circumferential surface of the input shaft 120 so that the transmission bar 172 is also seated.
  • the pawl 171 is seated in the seating groove 121 is provided with an elastic member (see '122' in Figure 5) when the external force is not applied, the pole 171 protrudes from the outer peripheral surface of the input shaft 120 Elastically supported.
  • the elastic member may be provided at a lower portion of the protrusion 172a of the shift bar.
  • FIG. 172 illustrates a pawl 171 and a shift bar 172 integrally formed and coupled to the pawl 171.
  • one end of the transmission bar 172 is formed with a protrusion 172a, and a spherical protrusion 172b is rotatably provided on an upper surface of the protrusion 172a.
  • the protrusion 172b is formed of a metal ball such as a ball bearing, and a hemispherical mounting groove is formed on an upper surface of the protrusion 172a so that the spherical protrusion 172b is rotatably seated (part of FIG. 2). See enlarged view).
  • the pawl 171 coupled with the transmission bar 172 also swings inside the seating groove 121 to sink below the outer circumferential surface of the input shaft 120. Therefore, the pole 171 which protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 120 by the elastic member 122 swings and escapes to the seating groove 121, and no longer protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 120. In this case, since the pawl 171 is not engaged with the ratchet (see '140a' in FIG. 5), the driving gear 140 does not rotate even when the input shaft 120 rotates.
  • the pole 171 is swinged by the elastic restoring force of the elastic member 122 that is elastically compressed under the pole 171 while the input shaft 120 swings. ) Will protrude above the outer circumferential surface.
  • the pawl 171 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 120, the pawl 171 meshes with the ratchet 140a to rotate the drive gear 140.
  • (c) illustrates a state in which the inner ring 173 is inserted into the outer circumferential surface of the input shaft 120. As shown, a guide pin 173a protrudes from the inner ring 173.
  • FIG. (d) illustrates a state in which the outer ring 174 surrounds the inner ring 173 and is coupled thereto.
  • the outer ring 174 is formed with a guide hole 174a
  • the guide hole 174a is formed in an oblique direction with respect to the circumferential direction.
  • the guide pin 173a is assembled to restrain the guide hole 174a. Accordingly, when the outer ring 174 rotates, the guide pin 173a moves along the guide hole 174a. Therefore, the inner ring 173 is moved to the left or right along the axial direction of the input shaft in the outer ring 174.
  • the ring groove (see '173b' of FIG. 7) is moved to the left and right, and the protrusion 172b of one of the shift bars at the corresponding position is the ring groove 173b.
  • the pole 171 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 120 while being avoided.
  • a shifting sprocket 175 is coupled to one side of the outer ring 174.
  • the shifting sprocket 175 is provided with a wire 176 (chain in this embodiment) to pull the wire 176 to rotate the outer ring 174, whereby the inner ring 173 is moved forward or backward By the forward and backward movement of the inner ring 173, the pole 171 is to control the protrusion or seating in the seating groove 121.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the pole 171 protrudes without being seated in the seating groove 121, that is, a state in which the pole 171 protrudes from the outer circumferential surface of the input shaft 140.
  • a ring groove 173b is formed in a band shape in the circumferential direction.
  • the protrusion 172b is moved by the elastic member 122. Escape into the ring groove 173b to be able to swing.
  • the protrusion 172b of the transmission bar 172 is moved to the ring groove 173b, the pawl 171 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 120.
  • the ring groove 173b is configured to escape the protrusion 172b.
  • the ring groove 173b may be configured to escape the protrusion 172a itself.
  • the pawl 171 swings to protrude above the outer circumferential surface of the input shaft 120.
  • the protruding pawl 171 meshes with the ratchet 140a to transmit the rotational force of the input shaft 120 to the corresponding drive gear 140 to drive the gear. 140 is rotated.
  • the transmission sprocket 175 is integrally formed on one side of the outer ring 174, and the wire 176 is pulled to pull the transmission sprocket 175 in the forward or reverse direction. Rotating.
  • the shifting method of rotating the outer ring 174 in a forward or reverse direction with a micro motor (not shown) is also possible.
  • the controller 170 includes an outer ring 174 to move the inner ring 173 from side to side on the input shaft 120.
  • the outer ring 174 and the outer ring rotate the outer ring.
  • the moving part may be a known driving source such as a micro motor or a cylinder.
  • the shift clutch 110 is a component that transmits a driving force of a motor to the input shaft 120 while absorbing a shift shock, and the shift clutch 110 has one end of the input shaft 120 penetrated therein. It is formed in a cylindrical shape, the engaging groove 111 is formed on the inner circumferential surface, the extension portion 113 is formed along the outer circumferential surface on one side is formed with the inner groove 112 on which the springs (124, 125) are mounted.
  • the input shaft 120 is provided with a locking protrusion 123 that is caught by the locking groove 111 of the shift clutch 110.
  • the locking protrusion 123 is caught by the locking groove 111 after the rotation of the predetermined angle, and the input shaft 3120 also rotates together with the shift clutch 110.
  • the width of the locking groove 111 is a locking stone so that the locking projection 123 moves (clockwise or counterclockwise rotation) within the locking groove 111 along the rotation of the input shaft 120. It is formed larger than the width of the group 123.
  • the inner groove 112 of the shift clutch 110 is installed by compressing a spring 124 having a larger diameter than the inner groove 112.
  • one end of the spring 124 is connected to the shift clutch 110, the other end is connected to the engaging projection 123, and the spring 124 compressed to a smaller diameter has a larger diameter.
  • the elastic restoring force acts in the direction (direction away from both ends of the spring).
  • FIG. 8B illustrates that the spring 125 is wound three times. Since the elastic force is stronger than that of the spring 124 shown in (a), the shift shock can be more effectively absorbed.
  • the shift shock generated when shifting in the present invention is absorbed and mitigated in two stages.
  • the pawl 171 and the ratchet 140a are engaged with the specific pole 171 protruding from the input shaft 120 to rotate with the ratchet 140a formed on the inner circumferential surface of the drive gear. ) Absorbs shifting shocks primarily by preventing strong collisions.
  • the second step of absorbing the shift shock is due to the action of the shift clutch 110 and the springs 124 and 125 and will be described in detail with reference to FIG. 9.
  • the driving force rotates the shift clutch 110.
  • the rotational force of the shift clutch 110 is transmitted to the input shaft 120 via the spring 124 to rotate.
  • the locking groove of the shift clutch (left wall 111 in the drawing) does not directly push the locking protrusion 123 of the input shaft, the rotational force is transmitted to the input shaft 120 via the spring 124 (FIG. 9 ( a) see).
  • the space S1 is formed on the left side while the locking protrusion 123 is in contact with the right wall of the locking groove 111 by the elastic force of the spring 124. do.
  • the spring 124 is further compressed due to the rotation of the shift clutch 110, and thus the locking groove 111 of the shift clutch 110 is caught. Meets and pushes 123. Therefore, the driving force of the motor is transmitted from the shift clutch 110 to the input shaft 120 without intervening the spring 124, and the drive gear 140 is rotated by the rotation of the input shaft 120 (FIG. 9C). ) Reference).
  • the space S2 is formed on the right side of the locking protrusion 123.
  • FIG. 9 (b) shows that the driving force of the motor is transmitted from the shift clutch 110 to the input shaft 120 through the spring 124.
  • the driving force of the motor is the locking groove of the shift clutch. 111 is to be transmitted to the input shaft 120 directly through the spring 124 by pushing the locking projection 123.
  • the pawl 161 is engaged with the ratchet 140a (FIG. 9B), and the locking groove 111 pushes the locking protrusion 123 (FIG. 9C).
  • Parallax and in particular, during the spring 124 is compressed, the shift shock is absorbed.
  • the operation of the motor is delayed or turned off for a short time to shift smoothly (less than 1 second). This releases the engagement between the pawls 171 and the ratchet 140a to enable shifting.
  • the shift clutch 110 also stops rotating. At this time, the locking projection 123 rotates in the locking groove 111 in the locking groove 111 to move by the elastic restoring force of the spring 124. It returns to the state (a), (b) of FIG. This state allows the absorption of shift shocks continuously.
  • the rotational force of the input shaft 140 rotates the second drive gear 142, and rotates the second driven gear 152 engaged with it.
  • the driving force is transmitted only to the second driven gear 152, since the driven gears 150 are all coupled, the first and third driven gears 151 and 153 also rotate at the same rotational speed as the second driven gear 152.
  • the first driven gear 141 meshed with the first driven gear 151 is also shifted and rotated at the rotational speed of the second driven gear 152.
  • the rotating force is output through the output unit 130 that is directly coupled to the first driving gear 141.
  • the rotation force output as shifted in this way rotates the output unit 130.
  • the output unit 130 is connected to the front wheel shaft or the rear wheel shaft of the electric vehicle to transmit the rotational force, or is connected to the drive sprocket of the electric motorcycle or electric bicycle to transmit the rotational force shifted to the rear wheel through the chain. .
  • FIG. 10 shows a second embodiment according to the present invention.
  • the motor unit 220 and the reduction unit 221 are built in the hub shell 210 provided at the center of the front wheel or the rear wheel of a car, a motorcycle, a bicycle, and the like.
  • the input shaft 240 is installed at the center of the motor unit 220 and the reduction unit 221.
  • Frames (F) are coupled to both sides of the hub shell (210), and the spokes (not shown) are coupled.
  • the input shaft 240 includes driving gears 250 passing through the center, and driven gears 260 externally engaged with the driving gears 250.
  • the motor unit 220 is a known driving source that is driven by a power source of a battery (not shown). A cable (not shown) connected to the battery is provided.
  • the motor unit 220 is provided with a coil 220a as a stator and a magnet 220b as a rotor in a ring shape. Therefore, the input shaft 240 penetrates through the center of the ring-shaped magnet 220b. In addition, when power is supplied from the battery, the magnet 220b rotates while the magnet rotating shaft 220c rotates. In this embodiment, the motor rotating shaft 220c is connected to the reduction unit 221.
  • the driving force of the motor unit 220 is decelerated through the reduction unit 221 and then output through the reduction shaft 221a.
  • the rotational force of the reduction shaft 221a is transmitted to the input shaft 240 through the shift clutch 270.
  • the shift clutch 270 is formed with a locking groove 271, and is engaged with the locking groove 271, and a locking protrusion 241 is formed at the input shaft 240.
  • the reduction unit 221 is also known means, it is possible to select the reduction ratio as needed in a variety of ways. In addition, in some cases, the structure which excludes the deceleration part 221 is also possible.
  • a seating groove (see '121' in FIG. 5) is formed in the input shaft 240, and a plurality of poles (see '171' in FIG. 5) seated in the seating groove are provided.
  • the seating groove has an elastic member (Fig. 5, '122') is mounted so that the pole is elastically supported to protrude to the outside of the input shaft 240 in the state that no external force is applied.
  • driving gears 251 to 254 through which the input shaft 240 penetrates in the axial direction are provided, and the driving gear 250 has a ratchet ('140a' of FIG. Is formed).
  • four poles are provided to correspond to the driving gears 250, respectively.
  • a power transmission gear 211 is provided between the first driven gear 261 having the largest radius among the driven gears 260 and the hub shell 210. That is, the rotational force of the motor 220 is input to the input shaft 240 through the reduction clutch 270 through the reduction gear 221, and the rotational force shifted through the driving gear 250 and the driven gear 260 is the hub shell ( 210). That is, in the present embodiment 200, the hub shell 210 is an output unit. Rotation force output to the hub shell 210 is to drive the front or rear wheels, such as cars and motorcycles or bicycles through the wheels connected to the hub shell (210).
  • the driven gears 260 are coupled to each other and rotate at the same speed.
  • controller is the same as that shown in FIGS. 5 to 7, a detailed description thereof will be omitted.
  • the motor and the reducer may be provided outside the hub shell.
  • a third embodiment 300 includes a housing H, H1 to H3, an input shaft 320 to which a driving force of a motor (not shown) is transmitted, and a center thereof.
  • Four driving gears 340 provided with the input shaft 320, four driven gears 350 meshing with the driving gears 340, and a central axis of the driven gears 350.
  • an output shaft 330 parallel to the input shaft 320.
  • the driving force of the motor is not directly transmitted to the input shaft 320, but is transmitted to the input shaft 320 through a shift clutch 310.
  • the input shaft 320 is provided with two seating grooves ('321' in FIG. 14), and two poles 361a and 361b seated in the seating grooves 321 are provided, particularly in the seating grooves 321.
  • An elastic member ('322' of FIG. 14) is mounted and elastically supported so that the pole 361 protrudes out of the input shaft 320 in a state where no external force is applied.
  • a plurality of driving gears 340 having the input shaft 320 as a central axis is provided, and the second and fourth driving gears 342 and 344 of the driving gears 340 are formed on the inner circumferential surface of the poles 361b and 361a.
  • the ratchet (see '340a' of FIG. 14) is formed to be caught so that the rotational force of the input shaft 320 may be selectively coupled to or released from the input shaft 320.
  • the centers of the first and third driving gears 341 and 343 are fixed to the input shaft 320, the first and third driving gears 341 and 343 always rotate together with the input shaft 320.
  • a controller 360 is provided to individually control the appearance of the poles 361a and 361b on the outer circumferential surface of the input shaft 320.
  • the four drive gears 340 have different gear tooth numbers.
  • driven gears 350 which are externally engaged with the four drive gears 340, are provided.
  • the four driven gears 350 also have different numbers of gear teeth.
  • the output shaft 330 penetrates the center of the driven gears 350 and is provided in parallel with the input shaft 320 to output a shifted rotational force.
  • the output shaft 330 is also provided with two seating grooves, and two poles 371a and 371b seated in the seating grooves are provided.
  • the seating grooves are spring-loaded so that the poles (without external force acting) 371a and 371b are elastically supported to protrude outward from the output shaft 330.
  • the first and third driven gears 351 and 353 have ratchets formed on the inner circumferential surface thereof to catch the poles 371b and 371a so that rotational force is transmitted to the output shaft 330. It can optionally be combined or released.
  • the centers of the second and fourth driven gears 352 and 354 are fixed to the output shaft 330.
  • a controller 370 is provided to individually control the appearance of the poles 371a and 371b on the outer circumferential surface of the output shaft 330.
  • the present embodiment is configured to be shifted in four steps.
  • the transmission according to the present invention is a simple structure that can be shifted even in five or more stages if only the number of driving gears and driven gears is five or more without changing the other structures.
  • four drive gears 340 are provided on the outer circumferential surface of the input shaft 320.
  • two seating grooves 321 are formed on the outer circumferential surface of the input shaft 320 as described above, and it is also confirmed that the seating groove 321 is provided with a pole 361a and an elastic member 322.
  • the ratchet 340a is formed on the inner circumferential surfaces of the second driving gear 342 and the fourth driving gear 344, and the input shaft on which the second driving gear 342 and the fourth driving gear 344 are located is located.
  • the first pole 361b and the second pole 361a are mounted on the outer circumferential surface of the 320.
  • the second driving gear 342 and the fourth driving gear 344 are selectively coupled to or released from the input shaft 320 by controlling the poles 361b and 361a by the operation of the controller 360.
  • first driving gear 341 and the third driving gear 343 are coupled to or integrally formed with the input shaft 320 and fixed.
  • two seating grooves are formed on the outer circumferential surface of the output shaft 330, and the seating grooves are provided with poles 371a and 371b (see FIG. 12).
  • the ratchet is formed on the inner peripheral surfaces of the first driven gear 351 and the third driven gear 353, and the output shaft 330 on which the first driven gear 351 and the third driven gear 353 are located.
  • the outer circumferential surface of the third pole 371b and the fourth pole 371a is configured to be sunk.
  • the second driven gear 352 and the fourth driven gear 354 are coupled to or integrally formed with the output shaft 330 and fixed.
  • first driving gears 341 circumscribed to each other are fixed to the input shaft 320, and the first driven gear 351 is formed on the inner circumferential surface thereof so as to be engaged with the pawl 371b.
  • the second driving gear 342 is formed with a ratchet on an inner circumferential surface to be engaged with the pole 361b, and the second driven gear 352 which is external to the second driving gear 342 is fixed to the output shaft 330 (Fig. 12).
  • any one of the driving gear 340 and the driven gear 350 which are circumscribed to each other is formed with a ratchet in which a pawl is engaged with the inner circumferential surface, and the other is fixed to the input shaft 320 or the output shaft 330.
  • the controllers 360 and 370 include a shift bar ('362' in FIG. 15B), an outer ring 374, an inner ring 373, and a rotating part 375.
  • FIG. 15 illustrates a controller 360 provided on the input shaft 320.
  • (a) is a mounting groove ('321' of FIG. 14) formed on an outer circumferential surface of the input shaft 320.
  • the pole 361 is seated in the seating groove 321.
  • a mounting groove ('121a' of FIG. 8) is formed on the outer circumferential surface of the input shaft 320 so that the transmission bar 362 is also seated.
  • the seating groove 321 on which the pole 361 is mounted is provided with an elastic member (see '322' in FIG. 14), and when the external force is not applied, the pole 361 protrudes from the outer circumferential surface of the input shaft 320. Elastically supported.
  • the elastic member may be provided below the protrusion 362a of the shift bar.
  • the transmission bar 362 has a protrusion 362a formed at one end thereof, and a spherical protrusion 362b is rotatably provided on an upper surface of the protrusion 362a.
  • the protrusion 362b is formed of a metal sphere provided in the ball bearing, and a hemispherical mounting groove is formed on an upper surface of the protrusion 362a so that the spherical protrusion 362b is rotatably seated (FIG. 12). See also partial enlargement).
  • the pawl 361 coupled with the shift bar 362 also swings inside the seating groove 321 to escape below the outer circumferential surface of the input shaft 320. Accordingly, the pole 361, which protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320 by the elastic member 322, escapes to the seating groove 321 and no longer protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320. In this case, the pawl 361 is not engaged with the ratchet (see '340a' in FIG. 14), so that the drive gear 340 does not rotate even if the input shaft 320 rotates.
  • the pole 361 when the external force acting on the protrusion 362a is removed, the pole 361 is swinged by the elastic restoring force of the elastic member 322 elastically compressed under the pole 361 while the input shaft 320 is swinging. ) Will protrude above the outer circumferential surface. As described above, when the pole 361 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320, the pole 361 is engaged with the ratchet 340a to rotate the drive gear 340.
  • (c) illustrates a state in which the inner ring 363 is inserted into the outer circumferential surface of the input shaft 320. As shown, guide pins 363a protrude from the inner ring 363.
  • (d) illustrates a state in which an outer ring 364 surrounds the inner ring 363 and is coupled thereto.
  • the outer ring 364 is an example of a moving part that moves the inner ring 363 along the axial direction of the input shaft or the output shaft.
  • the outer ring 364 is formed with a guide hole 364a, the guide hole 36a is formed in an oblique direction with respect to the circumferential direction.
  • the guide pin 363a is assembled to be constrained to the guide hole 364a. Accordingly, when the outer ring 364 is rotated, the guide pin 363a is in a diagonal direction along the guide hole 364a. Since the inner ring 363 moves in the outer ring 364, the inner ring 363 moves to the left or the right along the axial direction of the input shaft 320.
  • the ring groove (see '363b' in FIG. 16) is moved to the left and right, and the projection 362b of one of the shift bars at the corresponding position is the ring groove 363b.
  • the pole 361 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320 while being escaped.
  • the outer ring 364 needs to be rotated.
  • the rotating part 365 is integrally formed or coupled to one side of the outer ring 364.
  • the outer ring 364 may be rotated by rotating the rotary part 365, whereby the inner ring 36 is moved forward or backward in the axial direction, and the pole 361 is moved back and forth by the inner ring 363. It is to control the escape to the protruding or seating groove 321.
  • FIG. 16 illustrates a state in which the pole 361 protrudes without being seated in the seating groove 321, that is, a state in which the pole 361 protrudes from the outer circumferential surface of the input shaft 340.
  • a ring groove 363b is formed in a belt shape in the circumferential direction.
  • the protrusion 362b is moved by the elastic member 322. Escape into the ring groove 363b to allow the shifting bar 362 to swing.
  • the projection 362b of the transmission bar 362 escapes the ring groove 363b, the pole 361 protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320.
  • the ring groove 363b is configured to escape the protrusion 362b.
  • the ring groove 363b may be configured to escape the protrusion 362a itself.
  • the pole 361 also swings and protrudes over the outer circumferential surface of the input shaft 320.
  • the protruding pole 361 is engaged with the ratchet 340a so that the rotational force of the input shaft 320 is transmitted to the corresponding drive gear 340 to drive the gear. 340 is rotated.
  • the rotating part 365 is integrally formed on one side of the outer ring 364, and the rotating part 365 is rotated in the forward or reverse direction.
  • the shifting method of rotating the outer ring 364 in the forward or reverse direction by a micro motor (not shown) is also possible.
  • the controller 360 has an outer ring 364 to move the inner ring 363 from side to side on the input shaft 320, and instead of the outer ring 364, the inner ring 363 is input. It is also possible to have a moving part for moving from side to side in the image.
  • the moving part may be a known driving source such as a micro motor or a cylinder.
  • the inner ring 363 is rotated to the left or the right on the input shaft by rotating the outer ring 364 through the rotation part 365.
  • the projections 362b of the two-stage protrusion are escaped to the ring groove 363b of the inner ring, so that the pole ('361b' of FIG. 12) is provided on the ratchet of the second driving gear 342 corresponding to the two-stage. Interlocked.
  • the rotational force of the input shaft 340 rotates the second driving gear 342, and rotates the second driven gear 352 engaged with it. Since the output shaft 330 is fixed at the center of the second driven gear 352, the output shaft 330 outputs the shifted rotational force.
  • the output shaft 330 is connected to, for example, the front wheel shaft or the rear wheel shaft of the electric vehicle to transmit the rotational force, or is connected to the driving sprocket of the electric motorcycle or the electric bicycle to transmit the rotational force shifted to the rear wheel through the chain.
  • the occupant manipulates the controller 370 to protrude the pole ('371a' in FIG. 12) to the outer circumferential surface of the output shaft 330 to form the third driven gear 353 corresponding to the third stage.
  • the controller 370 to protrude the pole ('371a' in FIG. 12) to the outer circumferential surface of the output shaft 330 to form the third driven gear 353 corresponding to the third stage.
  • the rotational force of the input shaft 320 rotates the third drive gear 343 fixed to the input shaft, and rotates the third driven gear 353 engaged therewith. Since the output shaft 330 is coupled to the third driven gear 353 by a pole 371a at the center, the output shaft 330 outputs a rotational force shifted in conjunction with the third driven gear 353.
  • FIG 17 shows a fourth embodiment according to the present invention.
  • the shift clutch 410 is provided at one end of the input shaft 420, the engaging projection is formed on the input shaft 420, the engaging groove is formed in the shift clutch 410 is the embodiment shown in FIG. Is the same as
  • the structure of the controller 460 is the same as that shown in FIG.
  • the input shaft 420 penetrates the four drive gears 430 and four poles P1 to P4 engaged with the drive gears 440 are rotatably provided to control the controller 460. It can be combined or released by.
  • the driven gears 450 are coupled to the output shaft 430, and the pawl is not provided.
  • controller 460 including the outer ring 464 and the inner ring 463 is also not included in the output shaft 430, but only in the input shaft 420.
  • FIG. 18 shows a fifth embodiment 500 according to the present invention.
  • the output shaft 530 penetrates four driven gears 550, and four poles P1 to P4 meshed with the driven gears 550 are provided to be sunk. It can be coupled or released by the control of the controller 570.
  • the driving gears 540 are coupled to the input shaft 520, and the pole is not provided.
  • the controller 570 including the outer ring 574 and the inner ring 573 is not provided on the input shaft 520, but only on the output shaft 530.
  • the shift clutch 510 is the same in that one end of the input shaft 520 is provided.

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Abstract

본 발명은 모터용 3단 이상 다단 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡한 유압장치 등이 없어 구조가 간단하고 변속에 에너지 소모가 없으며 변속 충격이 없고 원하는 변속단수와 변속비율로 자유롭게 설계와 제작이 가능한 모터용 변속기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 변속기는 모터의 구동력이 전달되어 회전하며, 외주면에 복수의 폴(pawl)이 구비되는 입력축; 상기 폴들의 출몰을 제어하는 콘트롤러; 상기 입력축이 중심을 관통하고, 내주면에 상기 폴이 맞물리는 래칫(ratchet)이 형성되며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 구동기어; 상기 구동기어들과 외접하여 맞물리며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 피동기어; 및 상기 구동기어와 피동기어에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력부;를 포함한다.

Description

모터의 다단 변속기
본 발명은 모터용 3단 이상 다단 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡한 유압장치 등이 없어 구조가 간단하고 변속에 에너지 소모가 없으며 변속 충격이 없고 원하는 변속단수와 변속비율로 자유롭게 설계와 제작이 가능한 모터용 변속기에 관한 것이다.
최근 전기자동차가 많이 보급되고 있지만, 교통수단용 모터의 다단 변속기는 아직 상용화되고 있지 못하다.
엔진은 초기 기동 때 토크를 얻어낼 수 없지만, 모터는 초기 기동때 최대 토크를 발생시키기 때문에 출발 가속력이 뛰어나다. 이와 같이 모터는 엔진보다 토크-속도 특성이 교통수단에 사용되기에 적합하다.
그러나 다단 변속기가 없어 연료(전기)의 낭비가 심하고, 가파른 언덕길 주행에 문제가 있다. 전기자동차는 초기 기동때 최대 토크를 발생시키고, 속도가 증가할수록 토크는 점점 줄어든다. 가속 이후 떨어지는 토크를 보상하기 위하여 엑셀을 밟아 있는대로 전기에너지를 투입해 RPM을 높여야 한다. 이러면 에너지 소비가 많아지고 모터에 부하가 걸려 열이 심하게 발생해 전기에너지가 열에너지로 낭비된다.
모터용 다단 변속기가 있다면 강한 토크를 여러 속도 구간에 효율적으로 사용해 에너지 낭비를 막을 수 있다. 또한 보다 낮은 출력의 모터로도 효율적인 주행이 가능해진다. 따라서 다단 변속기를 모터에 적용하면 에너지 소모를 획기적으로 줄일 수 있다.
그러나 기존의 엔진용 변속기는 변속에 에너지 소모가 너무 심하고 구조가 복잡해 모터에는 적용하기가 곤란하다.
모터용 변속기의 조건은 1) 에너지를 소모하는 변속 에너지가 없어야 하고, 2) 유압 클러치, 싱크로나이저, 토크 컨버터 등이 없는 간단한 구조여야 하며, 3) 변속충격 없이 부드러운 변속이 가능해야 하며, 4) 3단 이상 다단기어와 적절한 변속비율로 변속할 수 있어야 한다.
현재에도 모터용 2단 변속기는 다수 개시되었다. 이러한 2단 변속기는 전동공구 등에서 널리 사용되고 있는 감속장치를 이용한 방식인데, 이는 변속구간의 변속비율이 너무 크고, 변속충격이 심해 내구성에 문제가 있어 적용이 곤란하다.
한편, 모터는 전기자동차 등의 교통수단 뿐 아니라 전동공구나 발전기 등 산업전반에 걸쳐서 구동원으로 널리 사용되고 있고, 그에 따라 모터 관련 기술을 혁신적으로 발전하고 있는데, 변속기 관련 기술은 그에 미치지 못하는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 유압장치 등이 없어 구조가 간단하고 변속에 에너지 소모가 없는 모터용 다단 변속기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 변속 충격 없이 부드러운 변속이 가능한 모터용 다단 변속기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 원하는 변속단수와 변속비율로 자유롭게 설계와 제작이 가능한 모터용 변속기를 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 변속기는 모터의 구동력이 전달되어 회전하며, 외주면에 복수의 폴(pawl)이 구비되는 입력축; 상기 폴들의 출몰을 개별적으로 제어하는 콘트롤러; 상기 입력축이 중심을 관통하고, 내주면에 상기 폴이 맞물리는 래칫(ratchet)이 형성되며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 구동기어; 상기 구동기어들과 외접하여 맞물리며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 피동기어; 및 상기 구동기어와 피동기어에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력부;를 포함한다.
또한 상기 콘트롤러는, 일단은 상기 폴과 결합되고 타단은 상기 입력축의 외주면에서 출몰하는 돌출부가 구비되는 복수의 변속바; 상기 폴 또는 돌출부의 하부에서 탄성적으로 지지하는 탄성부재; 상기 입력축이 중심을 관통하고, 상기 입력축의 축방향을 따라 왕복이동하여 상기 돌출부를 상기 입력축의 외주면에서 출몰시키는 이너링; 및 상기 이너링을 상기 입력축의 축방향을 따라 이동시키는 이동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이동부는 상기 이너링의 외측을 감싸고, 회전을 통해 상기 이너링을 상기 입력축의 축방향을 따라 이동시키는 아우터링인 것이 바람직하다.
또한 상기 이너링과 아우터링 중 어느 하나에는 가이드핀이 돌출형성되고, 상기 이너링과 아우터링 중 다른 하나에는 상기 가이드핀을 안내하는 가이드홀이 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 이너링의 내주면에는 상기 돌출부가 돌출되어 도피되도록 원주방향으로 링홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 돌출부에는 회전되는 구형(球形) 돌기가 돌출되도록 구비되고, 상기 링홈은 상기 구형 돌기가 도피되도록 단면이 반원형태인 것이 바람직하다.
또한 상기 피동기어들은 서로 결합되거나 일체형성되어 있어 동일한 속도로 회전하는 것이 바람직하다.
또한 상기 출력부는 상기 구동기어들 중 어느 하나에 결합되어 변속된 회전력을 전달받아 출력하는 것이 바람직하다.
또한 상기 출력부는 상기 피동기어 중 어느 하나로부터 변속된 회전력을 전달받아 출력하는 것이 바람직하다.
또한 상기 입력축의 일단에는 걸림돌기가 형성되고, 상기 입력축이 중심을 관통하며, 내주면에 상기 걸림돌기가 걸리도록 걸림홈이 형성되며 상기 모터의 구동력이 입력되는 시프트 클러치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 일단은 상기 시프트 클러치에 연결되고, 타단은 상기 입력축에 연결되는 스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 걸림돌기는 상기 걸림홈의 내부에서 이동이 가능하도록 상기 걸림홈의 폭은 상기 걸림돌기의 폭보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 변속기는 모터의 구동력이 전달되어 회전하는 입력축; 중심에 상기 입력축이 구비되고, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 구동기어; 상기 구동기어들과 외접하여 맞물리며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 피동기어; 상기 입력축과 평행하고, 상기 피동기어들의 중심축이 되며, 상기 구동기어와 피동기어에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력축; 상기 입력축 또는 출력축에 구비되어 외주면으로부터 출몰하는 복수의 폴(pawl); 및 상기 폴들의 출몰을 개별적으로 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.
또한 상기 콘트롤러는, 일단은 상기 폴과 결합되고 타단은 상기 입력축 또는 출력축의 외주면에서 출몰하는 돌출부가 구비되는 복수의 변속바; 상기 폴 또는 돌출부의 하부에서 탄성적으로 지지하는 탄성부재; 상기 입력축 또는 출력축이 중심을 관통하고, 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 왕복이동하여 상기 돌출부를 상기 입력축 또는 출력축의 외주면에서 출몰시키는 이너링; 및 상기 이너링을 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 이동시키는 이동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이동부는 상기 이너링의 외측을 감싸고, 회전을 통해 상기 이너링을 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 이동시키는 아우터링인 것이 바람직하다.
또한 상기 이너링과 아우터링 중 어느 하나에는 가이드핀이 돌출형성되고, 상기 이너링과 아우터링 중 다른 하나에는 상기 가이드핀을 안내하는 가이드홀이 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 이너링의 내주면에는 상기 돌출부가 도피되는 링홈이 원주방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 돌출부에는 회전되는 구형(球形) 돌기가 돌출되도록 구비되고, 상기 링홈은 상기 구형 돌기가 도피되도록 단면이 반원형태인 것이 바람직하다.
또한 외접하는 상기 구동기어와 피동기어 중 어느 하나는 내주면에 상기 폴이 맞물리는 래칫이 형성되고, 외접하는 상기 구동기어와 피동기어 중 다른 하나는 상기 입력축 또는 출력축에 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 회전하는 축(입력축 또는 출력축)에 폴을 구비함으로써 입력축과 동일한 속도로 회전하면서 변속이 이루어지기 때문에 복잡한 유압장치 등이 없어 구조가 간단하고 변속에 에너지 소모가 없다는 장점이 있다.
또한 원하는 변속단수와 변속비율로 자유롭게 설계와 제작이 가능하다.
본 발명에 의한 모터용 변속기를 전기자동차나 전기오토바이 등 교통수단에 적용하게 되면 토크(힘)와 스피드를 모두 만족시키고, 가파른 언덕길 주행에 문제가 없고, 연비 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한 변속충격없이 부드럽게 변속할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 모터용 변속기는 교통수단 뿐 아니라 산업 전반에 이용되는 모터를 변속하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 제1실시예의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 실시예의 평단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예의 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 피동기어세트를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 콘트롤러 및 구동기어를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 시프트 클러치와 입력축을 나타낸 것이다.
도 9는 폴이 스윙할 때 시프트 클러치 및 입력축의 작동상태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 제2실시예를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 의한 제3실시예의 분해사시도이다.
도 12는 본 발명에 의한 제3실시예의 평단면도이다.
도 13은 본 발명에 의한 제3실시예의 일부 절개 사시도이다.
도 14는 본 발명에 의한 제3실시예의 입력축과 구동기어를 도시한 것이다.
도 15 및 도 16은 본 발명에 의한 제3실시예의 콘트롤러를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명에 의한 제4실시예를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명에 의한 제5실시예를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 의한 일 실시예의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 실시예(100)는 하우징(H)과, 모터(미도시)의 구동력이 전달되어 회전하는 입력축(120)과, 상기 입력축(120)이 중심을 관통하는 구동기어들(140)과, 상기 구동기어(140)들과 외접으로 치합되는 피동기어(150)들을 포함한다. 또한 본 실시예는 상기 모터의 구동력이 시프트 클러치(shift clutch, 110)를 통해 입력축(120)에 전달된다.
상기 입력축(120)에는 안착홈(121)이 복수개 형성되고, 상기 안착홈(121)에 안착되는 폴(도 5의 '171'참조)이 복수개 구비되는데, 특히 안착홈(121)에는 탄성부재(122)이 장착되어 외력이 작용하지 않는 상태에서 상기 폴(171)이 상기 입력축(120)의 외측으로 돌출되도록 탄성적으로 지지된다.
또한 상기 입력축(120)이 축방향으로 관통하는 복수의 구동기어(140)가 구비되는데, 상기 구동기어(140)는 내주면에 상기 폴(171)이 걸려 입력축의 회전력이 전달되도록 래칫(도 5의 '140a'참조)이 형성되어 있다.
또한 상기 구동기어(140)들 각각 외접하면서 치합하는 복수의 피동기어(150)가 구비된다. 본 실시예(100)에서는 서로 다른 기어잇수를 갖는 3개의 구동기어(140)가 구비되고, 이와 마찬가지로 서로 다른 기어잇수를 갖는 3개의 피동기어(150)가 구비되며, 폴(171)도 구동기어들(140)과 각각 대응되도록 3개가 구비된다.
이와 같은 구성으로 본 실시예는 3단으로 변속이 가능하도록 구성된 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 변속기는 다른 구조 변경없이 단지 구동기어와 피동기어 갯수만을 각각 4개 이상으로 구성하면 4단 이상으로도 변속이 가능한 단순한 구조이다.
또한 상기 구동기어(140)와 피동기어(150)에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력부(130)가 구비되는데, 본 실시예에서는 출력부(130)가 상기 구동기어(140) 중 가장 바깥쪽에 있는 제1구동기어(141)와 결합되어 형성된다.
도 4는 본 실시예의 피동기어세트를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예는 각각 구동기어와 외접으로 치합하며 기어잇수가 서로 다른 3개의 피동기어(151~153)가 구비되는데, 특히, 본 실시예에서는 3개의 피동기어(150)는 서로 결합되어 있다. 예를 들어 제2피동기어(152)가 이와 맞물려 있는 제2구동기어(도 5의 '142')의 회전력을 전달받아 회전하게 되면, 다른 2개의 피동기어(151,153)들도 제2피동기어(152)와 동일한 회전속도로 회전하게 되는 것이다.
또한 본 실시예는 3개의 피동기어(151~153)가 120°를 이루는 3세트가 구비되고, 이들은 각각 기어박스(160)에 축결합되어 피동기어세트를 이룬다.
도 5를 참조하면, 입력축(120)의 외주면에 3개의 구동기어(140)가 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 상기 구동기어(140)의 내주면에 래칫(140a)이 형성되고, 입력축(120)의 외주면에는 안착홈(121)이 형성되며, 상기 안착홈(121)에는 폴(171)이 구비되어 있는 것도 확인된다.
한편, 콘트롤러(170)의 작동으로 복수의 폴(171) 중 어느 하나를 돌출시키면, 돌출된 폴(171)이 래칫(140a)에 걸려 어느 하나의 구동기어(141~143)에 입력축(120)의 회전력이 전달되어 회전되는 것이다.
본 실시예에서 상기 콘트롤러(170)는 폴(171)과 변속바(도 6(b)의 '172')와 아우터링(174)과 이너링(173)과 변속스프로켓(175)과 와이어(도 3의 '176')를 포함한다.
도 6을 참조하면, (a)는 상기 입력축(120)의 외주면에는 안착홈(도 8의 '121a')이 형성되어 있고, 상기 안착홈(121)에는 폴(171)이 안착된다. 또한 본 실시예는 상기 변속바(172)도 안착되도록 입력축(120)의 외주면에 안착홈(121a)이 형성된다. 특히, 상기 폴(171)이 안착되는 안착홈(121)에는 탄성부재(도 5의 '122'참조)가 구비되어 외력이 작용하지 않을 때에는 상기 폴(171)은 입력축(120)의 외주면으로부터 돌출되도록 탄성적으로 지지된다. 상기 탄성부재는 변속바의 돌출부(172a)의 하부에 구비하는 구성도 가능하다.
(b)는 폴(171)과, 상기 폴(171)에 일체형성되어 결합된 변속바(172)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 변속바(172)는 일단은 돌출부(172a)가 형성되고, 상기 돌출부(172a)의 상면에 구(球)형태의 돌기(172b)가 회전가능하게 구비된다. 상기 돌기(172b)는 볼베어링과 같은 금속구로 형성되고, 상기 돌출부(172a)의 상면에는 반구 형태의 장착홈이 형성되어 있어 구형태의 돌기(172b)가 회전가능하게 안착되는 것이다(도 2의 부분확대도 참조).
돌기(172b)를 가압하면 변속바(172)와 결합된 상기 폴(171)도 안착홈(121)의 내부에서 스윙하여 입력축(120)의 외주면 아래로 가라앉게 된다. 따라서 탄성부재(122)에 의해 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되어 있던 폴(171)은 스윙하여 안착홈(121)으로 도피되어 더 이상 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되지 않는다. 이 경우, 폴(171)은 래칫(도 5의 '140a'참조)과 맞물리지 않기 때문에 입력축(120)이 회전을 하더라도 구동기어(140)는 회전을 하지 않는 것이다.
또한 상기 돌출부(172a)에 작용하는 외력이 제거되면, 상기 폴(171)의 하부에서 탄성적으로 압축되어 있는 탄성부재(122)의 탄성복원력에 의해 상기 폴(171)은 스윙하면서 상기 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 폴(171)이 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되면 상기 폴(171)은 래칫(140a)과 맞물려 구동기어(140)를 회전시키게 되는 것이다.
(c)는 입력축(120)의 외주면에 이너링(173)이 삽입된 상태를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 이너링(173)에는 가이드핀(173a)이 돌출형성된다.
(d)는 상기 이너링(173)을 아우터링(174)이 감싸면서 결합된 상태를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 아우터링(174)에는 가이드홀(174a)이 형성되는데, 상기 가이드홀(174a)은 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되어 있다. 또한 상기 가이드핀(173a)은 상기 가이드홀(174a)에 구속되도록 조립되는데, 그에 따라 상기 아우터링(174)이 회전을 하게 되면, 상기 가이드핀(173a)이 가이드홀(174a)을 따라 이동하기 때문에 아우터링(174)의 내부에서 이너링(173)은 상기 입력축의 축방향을 따라 좌측 또는 우측으로 이동하게 되는 것이다.
이와 같이 이너링(173)이 좌우로 이동하면 링홈(도 7의 '173b' 참조)이 좌우로 이동하게 되고, 그에 대응되는 위치에 있는 어느 하나의 변속바의 돌기(172b)가 링홈(173b)에 도피되면서 폴(171)이 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되는 것이다.
상기 이너링(173)을 좌우로 이동시키기 위해서는 상기 아우터링(174)이 회전을 해야 하고, 이를 위해 상기 아우터링(174)의 일측에는 변속스프로켓(175)이 결합되어 있다. 상기 변속스프로켓(175)은 와이어(176,본 실시예에서는 체인)가 구비되어 와이어(176)를 잡아당겨 아우터링(174)을 회전시킬 수 있고, 그에 의해 이너링(173)이 전진 또는 후진되며, 이너링(173)의 전후진에 의해 폴(171)이 돌출 또는 안착홈(121)으로의 안착을 제어하는 것이다.
도 7은 폴(171)이 안착홈(121)에 안착되지 않고 돌출된 상태, 즉, 입력축(140)의 외주면으로부터 돌출된 상태를 도시한 것이다.
상기 이너링(173)의 내주면에는 원주방향으로 띠형태로 링홈(173b)이 형성되어 있다.
상기 이너링(173)이 입력축(120)의 축방향을 따라 이동하여 상기 링홈(173b)이 상기 변속바의 돌기(172b)의 위에 위치되면 상기 탄성부재(122)에 의해 상기 돌기(172b)가 링홈(173b)으로 도피되어 스윙할 수 있게 된다. 변속바(172)의 돌기(172b)가 링홈(173b)에 도피되면 폴(171)은 입력축(120)의 외주면 위로 돌출된다.
본 실시예에서 상기 링홈(173b)은 상기 돌기(172b)를 도피하기 위한 구성이지만, 이와 달리 돌출부(172a) 자체를 도피시키도록 구성되는 것도 가능하다.
작동상태를 설명하면, 먼저 상기 아우터링(174)이 회전을 하면 상기 이너링(173)이 입력축 상에서 축방향(좌우)으로 이동하게 된다.
상기 이너링(173)의 이동으로 그 내주면에 형성된 상기 링홈(173b)이 상기 돌기(172b)의 상부에 위치되면 탄성부재(122)의 탄성력에 의해 돌기(172b)가 링홈(173b)으로 도피된다.
이와 함께 폴(171)도 스윙하여 입력축(120)의 외주면 위로 돌출되는데, 돌출된 폴(171)은 래칫(140a)과 맞물려 입력축(120)의 회전력이 해당 구동기어(140)로 전달되어 구동기어(140)가 회전되는 것이다.
본 실시예에서는 상기 아우터링(174)을 회전시키기 위하여 아우터링(174)의 일측에 변속스프로켓(175)을 일체형성하고, 와이어(176)를 잡아 당겨 상기 변속스프로켓(175)을 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 방식이다. 그러나 이와 달리 상기 아우터링(174)을 초소형 모터(미도시)로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 변속방식도 가능하다.
더 나아가 본 실시예에서 상기 콘트롤러(170)는 이너링(173)을 입력축(120) 상에서 좌우로 이동시키기 위하여 아우터링(174)을 구비하는데, 아우터링(174)과, 상기 아우터링을 회전시키는 회전수단 대신 이너링(173)을 입력축 상에서 좌우로 이동시키는 이동부(미도시)를 구비하는 것도 가능하다.
상기 이동부는 초소형 모터 또는 실린더 등 공지의 구동원일 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 시프트 클러치(110)는 변속충격을 흡수하면서 모터의 구동력을 상기 입력축(120)에 전달되는 구성요소이며, 상기 시프트 클러치(110)는 입력축(120)의 일단이 관통되는 원통형태로 형성되며, 그 내주면에는 걸림홈(111)이 형성되고, 일측에는 외주면을 따라 연장부(113)가 형성되어 스프링(124,125)이 장착되는 내측홈(112)이 형성된다.
상기 입력축(120)에는 상기 시프트 클러치(110)의 걸림홈(111)에 걸리는 걸림돌기(123)가 형성된다. 상기 시프트 클러치(110)가 회전을 하게 되면, 일정 각도 회전 후 걸림홈(111)에 걸림돌기(123)가 걸려 시프트 클러치(110)와 함께 입력축(3120)도 회전을 하게 된다.
특히, 상기 입력축(120)의 회전을 따라 상기 걸림돌기(123)가 상기 걸림홈 (111)내에서 이동(시계방향 또는 반시계방향으로 회전)할 수 있도록 상기 걸림홈(111)의 폭은 걸림돌기(123)의 폭보다 크게 형성된다.
또한 변속충격을 흡수하기 위하여 상기 시프트 클러치(110)의 내측홈(112)에는 상기 내측홈(112)보다 직경이 큰 스프링(124)을 압축시켜 설치한다.
구체적으로 설명하면, 본 실시예에서는 스프링(124)의 일단은 시프트 클러치(110)에 연결되고, 타단은 걸림돌기(123)에 연결되며, 직경을 작게 압축시킨 상기 스프링(124)은 직경이 커지는 방향(스프링 양단부가 멀어지는 방향)으로 탄성복원력이 작용하게 된다.
도 8의 (b)는 스프링(125)이 3회 권취된 것으로서, (a)에 도시된 스프링(124)에 비해 탄성력이 강하므로, 변속충격을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
본 발명에서 변속할 때 발생하는 변속충격은 2단계에 걸쳐 흡수, 완화된다.
변속충격을 흡수하는 1단계는 변속을 위해 입력축(120)에서 돌출시킨 특정 폴(171)이 상기 구동기어의 내주면에 형성된 래칫(140a)과 함께 회전하면서 맞물리기 때문에 폴(171)과 래칫(140a)이 강하게 충돌하는 것을 방지해 일차적으로 변속충격을 흡수한다.
변속충격을 흡수하는 2단계는 시프트 클러치(110)와 스프링(124,125)의 작용에 의한 것이며, 도 9를 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 변속을 위해 폴(171)을 입력축(120)에서 돌출시킨 상태에서 모터를 작동시키면, 구동력은 시프트 클러치(110)를 회전시킨다. 시프트 클러치(110)의 회전력은 상기 스프링(124)을 매개로 입력축(120)에 전달되어 회전시킨다. 이 때는 시프트 클러치의 걸림홈(도면상 좌측벽,111)이 입력축의 걸림돌기(123)를 직접 밀지 못하므로 스프링(124)을 매개로 회전력이 입력축(120)으로 전달되는 것이다(도 9의 (a)참조). 또한, 스프링(124)의 탄성력(직경이 확장되는 방향, 양단부 사이가 멀어지는 방향으로 작용)에 의해 걸림돌기(123)가 걸림홈(111)의 우측벽에 접하면서 좌측으로 공간(S1)이 형성된다.
상기 시프트 클러치(110)와 함께 입력축(120)이 회전함에 따라 폴(171)이 래칫(140a)과 맞물리는 순간이 온다. 이 순간까지는 스프링(124)에 외력이 작용하지 않고, 시프트 클러치(110)의 회전력이 스프링(124)을 매개로 하여 입력축(120)에 전달된다(도 9의 (b) 참조).
상기 폴(171)과 래칫(140a)이 맞물린 후에는 시프트 클러치(110)의 회전으로 인해 스프링(124)이 더욱 압축되면서 비로소 시프트 클러치(110)의 걸림홈(111,도면상 좌측벽)이 걸림돌기(123)를 만나서 밀게 된다. 따라서 모터의 구동력이 스프링(124)을 매개하지 않고 시프트 클러치(110)에서 입력축(120)에 전달되고, 입력축(120)의 회전으로 구동기어(140)가 회전하게 되는 것이다(도 9의 (c) 참조). 이 때는 걸림돌기(123)의 우측으로 공간(S2)이 형성되게 된다.
다시 말하면, 도 9의 (b)는 모터의 구동력이 시프트 클러치(110)에서 스프링(124)을 통해 입력축(120)으로 전달되는데, 도 9의 (c)는 모터의 구동력이 시프트 클러치의 걸림홈(111)이 걸림돌기(123)를 밀어 스프링(124)을 통하지 않고 직접 입력축(120)으로 전달되는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 폴(161)이 래칫(140a)에 맞물리는 단계(도 9의 (b))와, 걸림홈(111)이 걸림돌기(123)를 미는 단계(도 9의 (c) 참조)에 시차가 있고, 특히, 그 동안에 스프링(124)이 압축되면서 변속충격이 흡수되는 것이다.
만약, 스프링(124)이 없다면 변속을 위해 폴(171)을 돌출시킨 다음, 모터의 회전으로 시프트 클러치(110)가 회전하므로 걸림홈(111)이 걸림돌기(123)에 바로 부딪히면서 변속충격이 발생하게 된다.
또한, 변속을 위해서 폴(171)을 입력축(120)의 외주면 아래로 스윙시키는 동작 전에 변속을 원활하게 하기 위하여 변속순간(1초 미만) 모터의 동작을 잠시 늦추거나 오프(off)한다. 이렇게 하면 상기 폴(171)과 상기 래칫(140a)의 맞물림이 풀려 변속이 가능해진다. 모터가 동작을 멈추면 시프트 클러치(110)도 회전을 멈추게 되고, 이 때 스프링(124)의 탄성복원력에 의해 걸림돌기(123)가 걸림홈(111) 내에서 시계방향으로 회전하면서 이동을 하게 되어 도 9의 (a),(b)상태로 돌아간다. 이와 같은 상태는 계속 변속충격의 흡수를 가능하게 한다.
이하, 본 발명에 의한 실시예의 작동상태를 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 모터의 구동력이 전달되어 시프트 클러치(110)를 통해 입력축(120)이 회전하게 되면 탑승자는 콘트롤러(170)의 와이어(176)를 잡아당겨 어느 하나의 폴(171)을 안착홈(120)으로부터 돌출시킴으로써 그에 대응되는 구동기어(140)를 구동시킨다. 예를 들어 탑승자가 2단으로의 변속을 위하여 와이어(176)를 잡아당기면, 아우터링(174)이 회전하면서 이너링(173)이 입력축상에서 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 이러한 동작으로 2단에 해당하는 돌출부의 돌기(172b)가 이너링의 링홈(173b)에 도피되어 2단에 해당하는 제2구동기어(142)의 래칫(도 5의 '140a')에는 폴(171)이 맞물리게 된다.
따라서 입력축(140)의 회전력은 제2구동기어(142)를 회전시키고, 이와 치합되어 있는 제2피동기어(152)를 회전시킨다. 비록 제2피동기어(152)에만 구동력이 전달되지만, 피동기어(150)들은 모두 결합되어 있기 때문에 제1 및 제3피동기어(151,153)도 제2피동기어(152)와 동일한 회전속도로 회전하게 되고, 제1피동기어(151)와 치합되어 있는 제1구동기어(141)도 제2피동기어(152)의 회전속도로 변속되어 회전하는 것이다.
또한 제1구동기어(141)와 직접 결합되어 있는 출력부(130)를 통해 변속된 회전력이 출력되는 것이다. 이와 같이 변속되어 출력된 회전력은 출력부(130)를 회전시킨다.
상기 출력부(130)를 예를 들어 전기 자동차의 전륜축 또는 후륜축과 연결되어 변속된 회전력을 전달하거나, 전기 오토바이나 전기 자전거의 구동스프로켓과 연결되어 체인을 통해 후륜으로 변속된 회전력을 전달한다.
도 10은 본 발명에 의한 제2실시예를 도시한 것이다.
본 발명에 의한 제2실시예(200)는 자동차와 오토바이나 자전거 등의 전륜 또는 후륜 중심에 구비되는 허브쉘(210)의 내부에 모터부(220)와 감속부(221)가 내장되고, 상기 모터부(220)와 감속부(221)의 중심에는 입력축(240)이 설치된다. 상기 허브쉘(210)의 양측에는 프레임(F)이 결합되고, 바퀴살(미도시)이 결합된다.
또한 상기 입력축(240)이 중심을 관통하는 구동기어(250)들과, 상기 구동기어(250)들과 외접하여 맞물리는 피동기어(260)들을 포함한다.
상기 모터부(220)는 배터리(미도시)의 전원을 공급받아 구동하는 공지의 구동원이다. 배터리와 연결되는 케이블(미도시)이 구비된다.
본 실시예에서는 모터부(220)는 고정자인 코일(220a)과, 회전자인 자석(220b)이 링형태로 구비된다. 따라서 링형태의 자석(220b)의 중심에 입력축(240)이 관통된다. 또한 배터리에서 전원이 공급되면 자석(220b)이 회전하면서 모터회전축(220c)이 회전하게 되는데, 본 실시예에서 모터회전축(220c)은 감속부(221)와 연결된다.
따라서 모터부(220)의 구동력은 감속부(221)를 통해 감속된 후 감속축(221a)을 통해 출력된다. 상기 감속축(221a)의 회전력은 상기 시프트 클러치(270)를 통해 상기 입력축(240)으로 전달된다.
보다 구체적으로 설명하면, 시프트 클러치(270)에는 걸림홈(271)이 형성되고, 상기 걸림홈(271)과 맞물려 입력축(240)에는 걸림돌기(241)이 형성된다.
따라서 상기 감속축(221a)의 회전력은 시프트 클러치(270)에 전달되고, 상기 시프트 클러치(270)가 회전하게 되면 시차를 갖고 걸림홈(271)이 걸림돌기(241)에 걸려 입력축(240)을 회전시키는 것이다.
상기 감속부(221) 역시 공지의 수단으로서, 다양한 방법으로 필요에 따라 감속비율을 선택할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 감속부(221)를 배제하는 구성도 가능하다.
상기 입력축(240)에는 안착홈(도 5의 '121'참조)이 형성되고, 상기 안착홈에 안착되는 폴(도 5의 '171'참조)이 복수개 구비되는데, 특히 안착홈에는 탄성부재(도 5의 '122'참조)가 장착되어 외력이 작용하지 않는 상태에서 상기 폴이 상기 입력축(240)의 외측으로 돌출되도록 탄성적으로 지지된다.
또한 상기 입력축(240)이 축방향으로 관통하는 4개의 구동기어(251~254)가 구비되는데, 상기 구동기어(250)는 내주면에 상기 폴이 걸려 회전력이 전달되도록 래칫(도 5의 '140a'참조)이 형성되어 있다.
또한 상기 구동기어(251~254)들과 각각 외접하면서 맞물리는 복수의 피동기어(261~264)가 구비된다.
본 실시예(200)에서는 서로 다른 기어잇수를 갖는 4개의 구동기어(250)가 구비되고, 이와 마찬가지로 서로 다른 기어잇수를 갖는 4개의 피동기어(260)가 구비된다.
또한 폴도 구동기어들(250)과 각각 대응되도록 4개가 구비된다.
또한 상기 피동기어(260) 중 반경이 가장 큰 제1피동기어(261)와 허브쉘(210) 사이에 동력전달기어(211)가 구비된다. 즉, 모터(220)의 회전력이 감속기(221)를 거쳐 시프트 클러치(270)를 통해 입력축(240)으로 입력되고, 구동기어(250)와 피동기어(260)를 거쳐 변속된 회전력이 허브쉘(210)로 출력되는 것이다. 즉, 본 실시예(200)는 허브쉘(210)이 출력부가 되는 것이다. 허브쉘(210)로 출력되는 회전력은 허브쉘(210)에 연결된 바퀴살을 통해 자동차와 오토바이나 자전거 등의 전륜 또는 후륜이 구동하는 것이다.
상기 피동기어(260)들은 서로 결합되어 있어 동일한 속도로 회전한다.
본 실시예에서 콘트롤러는 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예와 달리 모터 및 감속기가 허브쉘 외측에 구비되는 것도 가능하다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명에 의한 제3실시예(300)는 하우징(H,H1~H3)과, 모터(미도시)의 구동력이 전달되어 회전하는 입력축(320)과, 중심에 상기 입력축(320)이 구비되는 4개의 구동기어(340)들과, 상기 구동기어(340)들과 외접하여 맞물리는 4개의 피동기어(350)들과, 상기 피동기어(350)들의 중심축이 되고 상기 입력축(320)과 평행한 출력축(330)을 포함한다.
또한 본 실시예는 상기 모터의 구동력이 입력축(320)에 직접 전달되는 것이 아니라, 시프트 클러치(shift clutch, 310)를 통해 입력축(320)에 전달된다.
상기 입력축(320)에는 안착홈(도 14의 '321')이 2개 형성되고, 상기 안착홈(321)에 안착되는 폴(361a,361b)이 2개 구비되는데, 특히 안착홈(321)에는 탄성부재(도 14의 '322')가 장착되어 외력이 작용하지 않는 상태에서 상기 폴(361)이 상기 입력축(320)의 외측으로 돌출되도록 탄성적으로 지지된다.
또한 상기 입력축(320)을 중심축으로 하는 복수의 구동기어(340)가 구비되는데, 상기 구동기어(340)들 중 제2 및 제4구동기어(342,344)는 내주면에 상기 폴(361b,361a)이 걸려 입력축(320)의 회전력이 전달되도록 래칫(도 14의 '340a'참조)이 형성되어 있어 입력축(320)과 선택적으로 결합되거나 해제될 수 있다. 또한 제1 및 제3구동기어(341,343)는 중심이 입력축(320)에 고정되어 있어 항상 입력축(320)과 함께 회전한다.
또한 입력축(320)의 외주면에서 상기 폴(361a,361b)들의 출몰을 개별적으로 제어하는 콘트롤러(360)가 구비된다.
상기 4개의 구동기어(340)들은 기어잇수가 각각 다르다.
또한 상기 4개의 구동기어(340)들과 각각 외접하면서 치합하는 4개의 피동기어(350)들이 구비된다. 상기 4개의 피동기어(350)들도 기어잇수가 각각 다르다.
상기 출력축(330)은 상기 피동기어(350)들의 중심을 관통하고, 입력축(320)과 평행하게 구비되어 변속된 회전력을 출력하는 구성요소이다. 상기 출력축(330)에도 안착홈이 2개 형성되고, 상기 안착홈에 안착되는 폴(371a,371b)이 2개 구비되는데, 특히 안착홈에는 스프링이 장착되어 외력이 작용하지 않는 상태에서 상기 폴(371a,371b)이 상기 출력축(330)의 외측으로 돌출되도록 탄성적으로 지지된다.
또한 상기 피동기어(350)들 중 제1 및 제3피동기어(351,353)는 내주면에 상기 폴(371b,371a)이 걸려 출력축(330)에 회전력이 전달되도록 래칫이 형성되어 있어 출력축(330)과 선택적으로 결합되거나 해제될 수 있다. 또한 제2 및 제4피동기어(352,354)는 중심이 출력축(330)에 고정되어 있다.
또한 출력축(330)의 외주면에서 상기 폴(371a,371b)들의 출몰을 개별적으로 제어하는 콘트롤러(370)가 구비된다.
이와 같은 구성으로 본 실시예는 4단으로 변속이 가능하도록 구성된 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 변속기는 다른 구조 변경없이 단지 구동기어와 피동기어 갯수만을 각각 5개 이상으로 구성하면 5단 이상으로도 변속이 가능한 단순한 구조이다.
도 14를 참조하면, 입력축(320)의 외주면에 4개의 구동기어(340)가 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 입력축(320)의 외주면에는 2개의 안착홈(321)이 형성되어 있는 것은 앞서 설명한 바와 같고, 상기 안착홈(321)에는 폴(361a)과 탄성부재(322)가 구비되는 것도 확인된다.
본 실시예에서는 제2구동기어(342) 및 제4구동기어(344)의 내주면에 래칫(340a)이 형성되어 있고, 제2구동기어(342) 및 제4구동기어(344)가 위치되는 입력축(320)의 외주면에는 제1폴(361b)과 제2폴(361a)이 출몰하도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 제2구동기어(342) 및 제4구동기어(344)는 콘트롤러(360)의 조작으로 폴(361b,361a)을 제어하여 입력축(320)과 선택적으로 결합되거나 해제된다.
이와 달리 제1구동기어(341) 및 제3구동기어(343)은 입력축(320)과 결합되거나 일체로 형성되어 고정된다.
마찬가지로 출력축(330)의 외주면에도 2개의 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈에는 폴(371a,371b)이 구비된다(도 12 참조).
본 실시예에서는 제1피동기어(351) 및 제3피동기어(353)의 내주면에 래칫이 형성되어 있고, 제1피동기어(351) 및 제3피동기어(353)가 위치되는 출력축(330)의 외주면에는 제3폴(371b)과 제4폴(371a)이 출몰하도록 구성된다.
또한 제2피동기어(352) 및 제4피동기어(354)는 출력축(330)과 결합되거나 일체로 형성되어 고정된다.
또한 서로 외접하는 제1구동기어(341)는 입력축(320)에 고정되고, 제1피동기어(351)는 폴(371b)과 맞물리도록 내주면에 래칫이 형성된다. 마찬가지로 제2구동기어(342)는 폴(361b)과 맞물리도록 내주면에 래칫이 형성되고, 제2구동기어(342)와 외접하는 제2피동기어(352)는 출력축(330)에 고정된다(도 12 참조). 다시 말하면, 서로 외접하는 구동기어(340)와 피동기어(350) 중 어느 하나는 내주면에 폴이 맞물리는 래칫이 형성되고, 다른 하나는 입력축(320) 또는 출력축(330)에 고정되는 것이다.
또한, 입력축(320)에 구비된 콘트롤러(360)의 작동으로 복수의 폴(361a,361b) 중 어느 하나를 돌출시키면, 돌출된 폴(361a,361b)이 래칫(340a)에 걸려 입력축(320)의 회전력이 어느 하나의 구동기어(342,344)에 전달되는 것이다.
또는 출력축(330)에 구비된 콘트롤러(370)의 작동으로 복수의 폴(371a,371b) 중 어느 하나를 돌출시키면, 돌출된 폴(3371a,371b)이 래칫(340a)에 걸려 어느 하나의 피동기어(351,353)의 회전력이 출력축(330)에 전달하여 출력하는 것이다.
본 실시예에서 상기 콘트롤러(360,370)는 변속바(도 15(b)의 '362')와 아우터링(374)과 이너링(373)과 회전부(375)를 포함한다.
도 15는 입력축(320)에 구비된 콘트롤러(360)를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, (a)는 상기 입력축(320)의 외주면에는 안착홈(도 14의 '321')이 형성되어 있고, 상기 안착홈(321)에는 폴(361)이 안착된다. 또한 본 실시예는 상기 변속바(362)도 안착되도록 입력축(320)의 외주면에 안착홈(도 8의 '121a')이 형성된다. 특히, 상기 폴(361)이 안착되는 안착홈(321)에는 탄성부재(도 14의 '322'참조)가 구비되어 외력이 작용하지 않을 때에는 상기 폴(361)은 입력축(320)의 외주면으로부터 돌출되도록 탄성적으로 지지된다. 상기 탄성부재는 변속바의 돌출부(362a)의 하부에 구비하는 구성도 가능하다.
(b)는 폴(361)과, 상기 폴(361)에 일체형성되어 결합된 변속바(362)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 변속바(362)는 일단은 돌출부(362a)가 형성되고, 상기 돌출부(362a)의 상면에는 구(球)형태의 돌기(362b)가 회전가능하게 구비된다. 상기 돌기(362b)는 볼베어링에 구비되는 금속구로 형성되고, 상기 돌출부(362a)의 상면에는 반구 형태의 장착홈이 형성되어 있어 구형태의 돌기(362b)가 회전가능하게 안착되는 것이다(도 12의 부분확대도 참조).
돌기(362b)를 가압하면 변속바(362)와 결합된 상기 폴(361)도 안착홈(321)의 내부에서 스윙하여 입력축(320)의 외주면 아래로 도피된다. 따라서 탄성부재(322)에 의해 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되어 있던 폴(361)은 안착홈(321)으로 도피되어 더 이상 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되지 않는다. 이 경우, 폴(361)은 래칫(도 14의 '340a'참조)과 맞물리지 않기 때문에 입력축(320)이 회전을 하더라도 구동기어(340)는 회전을 하지 않는 것이다.
또한 상기 돌출부(362a)에 작용하는 외력이 제거되면, 상기 폴(361)의 하부에서 탄성적으로 압축되어 있는 탄성부재(322)의 탄성복원력에 의해 상기 폴(361)은 스윙하면서 상기 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 폴(361)이 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되면 상기 폴(361)은 래칫(340a)과 맞물려 구동기어(340)를 회전시키게 되는 것이다.
(c)는 입력축(320)의 외주면에 이너링(363)이 삽입된 상태를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 이너링(363)에는 가이드핀(363a)이 돌출형성된다.
(d)는 상기 이너링(363)을 아우터링(364)이 감싸면서 결합된 상태를 도시한 것이다. 아우터링(364)은 상기 이너링(363)을 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 이동시키는 이동부의 한 예이다.
도시된 바와 같이, 상기 아우터링(364)에는 가이드홀(364a)이 형성되는데, 상기 가이드홀(36a)은 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되어 있다. 또한 상기 가이드핀(363a)은 상기 가이드홀(364a)에 구속되도록 조립되는데, 그에 따라 상기 아우터링(364)이 회전을 하게 되면, 상기 가이드핀(363a)이 가이드홀(364a)을 따라 사선방향으로 이동하기 때문에 아우터링(364)의 내부에서 이너링(363)은 상기 입력축(320)의 축방향을 따라 좌측 또는 우측으로 이동하게 되는 것이다.
이와 같이 이너링(363)이 좌우로 이동하면 링홈(도 16의 '363b' 참조)이 좌우로 이동하게 되고, 그에 대응되는 위치에 있는 어느 하나의 변속바의 돌기(362b)가 링홈(363b)에 도피되면서 폴(361)이 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되는 것이다. 이너링(363)을 좌우로 이동시키기 위해서는 상기 아우터링(364)이 회전을 해야 하고, 이를 위해 상기 아우터링(364)의 일측에는 회전부(365)가 일체형성되거나 결합되어 있다. 상기 회전부(365)를 회전시켜 아우터링(364)을 회전시킬 수 있고, 그에 의해 이너링(36)이 축방향으로 전진 또는 후진되며, 이너링(363)의 전후진에 의해 폴(361)이 돌출 또는 안착홈(321)으로의 도피를 제어하는 것이다.
도 16은 폴(361)이 안착홈(321)에 안착되지 않고 돌출된 상태, 즉, 입력축(340)의 외주면으로부터 돌출된 상태를 도시한 것이다.
상기 이너링(363)의 내주면에는 원주방향으로 띠형태로 링홈(363b)이 형성되어 있다.
상기 이너링(363)이 입력축(320)의 축방향을 따라 이동하여 상기 링홈(363b)이 상기 변속바의 돌기(362b)의 위에 위치되면 상기 탄성부재(322)에 의해 상기 돌기(362b)가 링홈(363b)으로 도피되어 변속바(362)가 스윙할 수 있게 된다. 변속바(362)의 돌기(362b)가 링홈(363b)에 도피되면 폴(361)은 입력축(320)의 외주면 위로 돌출된다.
본 실시예에서 상기 링홈(363b)은 상기 돌기(362b)를 도피하기 위한 구성이지만, 이와 달리 돌출부(362a) 자체를 도피시키도록 구성되는 것도 가능하다.
작동상태를 설명하면, 먼저 상기 아우터링(364)이 회전을 하면 상기 이너링(363)이 입력축 상에서 축방향(좌우)으로 이동하게 된다.
상기 이너링(363)의 이동으로 그 내주면에 형성된 상기 링홈(363b)이 상기 돌기(362b)의 상부에 위치되면 탄성부재(322)의 탄성력에 의해 돌기(362b)가 링홈(363b)으로 도피된다.
이와 함께 폴(361)도 스윙하여 입력축(320)의 외주면 위로 돌출되는데, 돌출된 폴(361)은 래칫(340a)과 맞물려 입력축(320)의 회전력이 해당 구동기어(340)로 전달되어 구동기어(340)가 회전되는 것이다.
본 실시예에서는 상기 아우터링(364)을 회전시키기 위하여 아우터링(364)의 일측에 회전부(365)를 일체형성하고, 회전부(365)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 방식이다. 그러나 이와 달리 상기 아우터링(364)을 초소형 모터(미도시)로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 변속방식도 가능하다.
더 나아가 본 실시예에서 상기 콘트롤러(360)는 이너링(363)을 입력축(320) 상에서 좌우로 이동시키기 위하여 아우터링(364)을 구비하는데, 아우터링(364) 대신 이너링(363)을 입력축 상에서 좌우로 이동시키는 이동부를 구비하는 것도 가능하다.
상기 이동부는 초소형 모터 또는 실린더 등 공지의 구동원일 수 있다.
도 15 및 도 16에서는 입력축(320)에 구비된 콘트롤러(360)를 도시하였으나, 출력축(330)에 구비된 콘트롤러(370)도 동일한 구조 및 작용을 하므로 반복설명은 생략한다.
본 실시예에서 클러치의 구조 및 작동은 도 8 및 도9, 그에 대한 설명과 동일하다.
이하, 본 발명에 의한 실시예의 작동상태를 설명한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 모터의 구동력이 전달되어 시프트 클러치(310)를 통해 입력축(320)이 회전하게 되면 탑승자는 콘트롤러(360,370)를 조작하여 어느 하나의 폴(361a,361b,371a,371b)을 돌출시킴으로써 구동기어(342,344) 또는 피동기어(351,353)를 입력축(320) 또는 출력축(330)에 결합시켜 변속된 회전력을 출력축(330)으로 출력한다.
예를 들어 탑승자가 2단으로의 변속을 하려면, 회전부(365)를 통해 아우터링(364)을 회전시켜 이너링(363)이 입력축상에서 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 이러한 동작으로 2단에 해당하는 돌출부의 돌기(362b)가 이너링의 링홈(363b)에 도피되어 2단에 해당하는 제2구동기어(342)의 래칫에는 폴(도 12의 '361b')이 맞물리게 된다.
따라서 입력축(340)의 회전력은 제2구동기어(342)를 회전시키고, 이와 치합되어 있는 제2피동기어(352)를 회전시킨다. 제2피동기어(352)는 중심에 출력축(330)이 고정되어 있으므로 출력축(330)은 변속된 회전력을 출력하게 된다.
상기 출력축(330)을 예를 들어 전기 자동차의 전륜축 또는 후륜축과 연결되어 변속된 회전력을 전달하거나, 전기 오토바이나 전기 자전거의 구동스프로켓과 연결되어 체인을 통해 후륜으로 변속된 회전력을 전달한다.
또한, 탑승자가 3단으로의 변속을 하려면, 콘트롤러(370)를 조작하여 폴(도 12의 '371a')을 출력축(330)의 외주면으로 돌출시켜 3단에 해당하는 제3피동기어(353)의 래칫에 맞물리게 한다.
따라서 입력축(320)의 회전력은 입력축에 고정된 제3구동기어(343)를 회전시키고, 이와 치합되어 있는 제3피동기어(353)를 회전시킨다. 제3피동기어(353)는 중심에 폴(371a)에 의해 출력축(330)이 결합되어 있으므로 출력축(330)은 제3피동기어(353)와 연동하여 변속된 회전력을 출력하게 된다.
도 17은 본 발명에 의한 제4실시예를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 입력축(420)의 일단에는 시프트 클러치(410)가 구비되고, 입력축(420)에는 걸림돌기가 형성되고, 시프트 클러치(410)에는 걸림홈이 형성되는 것은 도 12에 도시된 실시예와 동일하다. 또한 콘트롤러(460)의 구조도 도 15에 도시된 것과 동일하다.
다만, 상기 입력축(420)은 4개의 구동기어(430)를 관통하고, 구동기어(440)들과 맞물리는 4개의 폴(P1~P4)이 출몰 가능하게 구비되어 있어, 콘트롤러(460)의 제어에 의해 결합되거나 해제될 수 있는 것이다.
이와 달리 출력축(430)에는 피동기어(450)들이 결합되어 있고, 폴이 구비되지 않는다.
따라서 아우터링(464)과 이너링(463)을 포함하는 콘트롤러(460)도 출력축(430)에는 구비되지 않고, 입력축(420)에만 구비된다.
도 18은 본 발명에 의한 제5실시예(500)를 도시한 것이다.
도 17에 도시된 실시예와 대비하면, 상기 출력축(530)은 4개의 피동기어(550)를 관통하고, 피동기어(550)들과 맞물리는 4개의 폴(P1~P4)이 출몰 가능하게 구비되어 있어, 콘트롤러(570)의 제어에 의해 결합되거나 해제될 수 있는 것이다.
이와 달리 입력축(520)에는 구동기어(540)들이 결합되어 있고, 폴이 구비되지 않는다.
따라서 아우터링(574)과 이너링(573)을 포함하는 콘트롤러(570)도 입력축(520)에는 구비되지 않고, 출력축(530)에만 구비된다.
다만, 시프트 클러치(510)는 입력축(520)의 일단에 구비된다는 점은 동일하다.
본 발명에 따르면, 자동차나 오토바이 또는 전기자전거 등의 교통수단에 모터용 변속기를 적용하게 되면 토크(힘)와 스피드를 모두 만족시키고, 가파른 언덕길 주행에 문제가 없고, 연비 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한 발전기나 공작기계 또는 전동공구 등에도 본 발명을 적용하여 모터 및 배터리의 효율을 극대화시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 모터의 구동력이 전달되어 회전하며, 외주면에 복수의 폴(pawl)이 구비되는 입력축;
    상기 폴들의 출몰을 제어하는 콘트롤러;
    상기 입력축이 중심을 관통하고, 내주면에 상기 폴이 맞물리는 래칫(ratchet)이 형성되며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 구동기어;
    상기 구동기어들과 외접하여 맞물리며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 피동기어; 및
    상기 구동기어와 피동기어에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    일단은 상기 폴과 결합되고 타단은 상기 입력축의 외주면에서 출몰하는 돌출부가 구비되는 복수의 변속바;
    상기 폴 또는 돌출부의 하부에서 탄성적으로 지지하는 탄성부재;
    상기 입력축이 중심을 관통하고, 상기 입력축의 축방향을 따라 왕복이동하여 상기 돌출부를 상기 입력축의 외주면에서 출몰시키는 이너링; 및
    상기 이너링을 상기 입력축의 축방향을 따라 이동시키는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 이너링의 외측을 감싸고, 회전을 통해 상기 이너링을 상기 입력축의 축방향을 따라 이동시키는 아우터링인 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이너링과 아우터링 중 어느 하나에는 가이드핀이 돌출형성되고,
    상기 이너링과 아우터링 중 다른 하나에는 상기 가이드핀을 안내하는 가이드홀이 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 이너링의 내주면에는 상기 돌출부가 돌출되어 도피되도록 원주방향으로 링홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부에는 회전되는 구형(球形) 돌기가 돌출되도록 구비되고,
    상기 링홈은 상기 구형 돌기가 도피되도록 단면이 반원형태인 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피동기어들은 동일한 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 구동기어들 중 어느 하나에 결합되어 변속된 회전력을 전달받아 출력하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 피동기어 중 어느 하나로부터 변속된 회전력을 전달받아 출력하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입력축의 일단에는 걸림돌기가 형성되고,
    상기 입력축이 중심을 관통하며, 내주면에 상기 걸림돌기가 걸리도록 걸림홈이 형성되며 상기 모터의 구동력이 입력되는 시프트 클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  11. 제10항에 있어서,
    일단은 상기 시프트 클러치에 연결되고, 타단은 상기 입력축에 연결되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 걸림돌기는 상기 걸림홈의 내부에서 이동이 가능하도록 상기 걸림홈의 폭은 상기 걸림돌기의 폭보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  13. 모터의 구동력이 전달되어 회전하는 입력축;
    중심에 상기 입력축이 구비되고, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 구동기어;
    상기 구동기어들과 외접하여 맞물리며, 서로 다른 기어잇수를 갖는 복수의 피동기어;
    상기 입력축과 평행하고, 상기 피동기어들의 중심축이 되며, 상기 구동기어와 피동기어에 의해 변속된 회전력을 출력하는 출력축;
    상기 입력축 또는 출력축에 구비되어 외주면으로부터 출몰하는 복수의 폴(pawl); 및
    상기 폴들의 출몰을 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    일단은 상기 폴과 결합되고 타단은 상기 입력축 또는 출력축의 외주면에서 출몰하는 돌출부가 구비되는 복수의 변속바;
    상기 폴 또는 돌출부의 하부에서 탄성적으로 지지하는 탄성부재;
    상기 입력축 또는 출력축이 중심을 관통하고, 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 왕복이동하여 상기 돌출부를 상기 입력축 또는 출력축의 외주면에서 출몰시키는 이너링; 및
    상기 이너링을 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 이동시키는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 이너링의 외측을 감싸고, 회전을 통해 상기 이너링을 상기 입력축 또는 출력축의 축방향을 따라 이동시키는 아우터링인 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이너링과 아우터링 중 어느 하나에는 가이드핀이 돌출형성되고,
    상기 이너링과 아우터링 중 다른 하나에는 상기 가이드핀을 안내하는 가이드홀이 원주방향에 대하여 사선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 이너링의 내주면에는 상기 돌출부가 도피되는 링홈이 원주방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 돌출부에는 회전되는 구형(球形) 돌기가 돌출되도록 구비되고,
    상기 링홈은 상기 구형 돌기가 도피되도록 단면이 반원형태인 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
  19. 제13항에 있어서,
    외접하는 상기 구동기어와 피동기어 중 어느 하나는 내주면에 상기 폴이 맞물리는 래칫이 형성되고,
    외접하는 상기 구동기어와 피동기어 중 다른 하나는 상기 입력축 또는 출력축에 고정되는 것을 특징으로 하는 모터용 변속기.
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