KR100225752B1 - 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 역구동속도변환부와 구동변환부를 설치하여, 페달축을 시계방향(정구동방향)으로 밟으면 상기 구동변환부에서 자전거를 기존자전거와 마찬가지로 전진(정회진) 주행시킬 수 있으며, 또한 페달축의 반시계방향(약구동력)의 입력을 상기 구동변환부와 연결구동되는 역구동속도변환부로 공회전으로 변환시킬 수 있고, 특히 상기 입력되는 역구동력을 정회전으로 동력을 출력할 수 있는 동시에, 상기 역구동속도변환부에서는 외부에서 레버에 의하여 조작가능한 클러치의 위치변환에 의하여 페달축의 역구동력을 정회전으로 최종적으로 클러치의 위치변환에 의하여 페달축의 역구동력을 정회전으로 최종적으로 출력시키면서 입력 속도와 같은 속도 또는 저속 및 공회전으로 변환시킬 수 있는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치에 관한 것으로, 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브 에 있어서, 뒤바퀴의 허브축(100)에 회동가능하게 장착되고 일정간격으로 정, 역방향폴(320), (330)이 원주방향으로 탄성력있게 유지된 원통형상의 종동스프로켓하우징(300)과, 이 종동스프로켓하우징(300)의 정방향폴(320)과 결합가능한 허브셸의 래치트고정링(400)과, 또한 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)과 결합가능한 래치트링(13)으로 구성되어 종동스프로켓(310)의 정, 역구동력이 입력되는 구동변환부(A)와; 상기 래치트링(13)이 결합되어 허브축(100)에 대하여 유성기어(11)들이 구름구동 가능한 제1캐리어(10)와, 제1캐리어(10)의 유성기어(11)들과 구름구동 가능한 제1태양기어(30)와, 이 제1태양기어(30)와 유성기어(21)들이 구름구동가능하게 상기 허브축(100)에 고정되는 제2캐리어(20)와, 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들과 구름구동가능하고 일측의 원추방향에 정방향으로 탄력있게 돌출가능한 제2태양기어폴(42)이 장착된 제2태양기어(40)로 구성되어 상기 구동변환부(A)의 역구동력을 정회전으로 방향 변환시킬 수 있는 방향변환부(B)와; 이 방향변환부(B)의 제2태양기어(40)의 제2태양기어폴(42)과 결합가능하고 또한 상기 허브셸(200)에 고정된 고정래치트(230)와 결합가능한 제3태양기어(60)와, 상기 허브축(100)의 일체기어(150)와 상기 제3태양기어(60)와 유성기어(51)들에 의하여 구름구동가능한 제3캐리어(50)와, 이 제3캐리어(50)와 상기 제2태양기어(40)의 내경사이를 슬라이드가능하도록 되어 외부의 레버에 의하여 탄성력 있게 미끄럼이동(제1,2,3 단 위치변환) 가능하게 장착되는 클러치(600)로 구성되어, 상기 방향변환부(B)의 정회전을 감속 및 공회전시킬 수 있는 역구동속도변환부(C); 로 구성되어 있다.

Description

자전거 허브의 역구동력 속도변환장치

본 발명은 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치에 관한 것으로, 더 상세히 말하면 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 역구동속도변환부와 구동변환부를 설치하여, 페달축을 시계방향(정구동방향)으로 밟으면 상기 구동변환부에서 자전거를 기존자전거와 마찬가지로 전진(정회진) 주행시킬 수 있으며, 또한 페달축의 반시계방향(역구동력)의 입력을 상기 구동변환부와 연결구동되는 역구동속도변환부로 공회전으로 변환시킬 수 있고, 특히 상기 입력되는 역구동력을 정회전으로 동력을 출력할 수 있는 동시에, 상기 역구동속도변환부에서는 외부에서 레버에 의하여 조작가능한 클러치의 위치변환에 의하여 페달축의 역구동력을 정회전으로 최종적으로 출력시키면서 입력 속도와 같은 속도 또는 저속 및 공회전으로 변화시킬 수 있는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거를 구분하면, 운송수단으로 사용하고 있는 일반용 자전거와 산악운도에 전용되고 있는 산악용 자전거 그리고 경기용으로 사용되고 있는 사이클로 구분되고 있다.

이들 자전거들은 모두 기본적으로 자전거 프레임 앞, 뒤에 바퀴가 있고 양 바퀴사이에 한쌍의 페달이 위치하여 동력공급원 역할을 한다.

자전거의 추진동력을 페달을 밟아서 얻고 이를 구동 스프로켓과 체인 그리고 종동 스프로켓으로 차례로 전달하여 뒷바퀴를 추진하게 되어져 있다.

그러나 이러한 자전거들의 대부분이 그렇듯이 자전거를 앞쪽으로 주행시키기 위해서는 페달을 앞으로만 구동하여야 하고 페달을 뒤로 구동해서는 자전거를 앞으로 주행할 수 없게 되어져 있다.

이렇게 자전거를 일 방향으로만 구동할 수 있는 자전거는 자전거 탑승자가 자전거를 장시간 주행할 때 주행자의 다리를 쉽게 피로하게 하며 또한 다리근육의 발달을 불 균일하게 하는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 개선하고자 한 방향으로만 구동할 수 있는 통상의 자전거를 양 방향으로 구동할 수 있게 하는 장치를 개발하기 위하여 여러 발명가들이 노력하여 왔다.

지금까지 개발된 양 방향 구동장치(이것은 자전거의 페달을 앞으로 구동(pedaling)하면 자전거가 앞으로 주행(driving)하는 한편 페달을 뒤로 구동함에도 불구학도 자전거는 여전히 앞으로 주행할 수 있으며 동시에, 운전자의 의도에 따라 레버를 산택 조정하여 기존의 자전거와 마참가지로 페달을 뒤로 구동하여도 페달이 공회전 할 수 있게 되어 있는 장치를 말한다.

이들은 크게 보조기어를 이용한 방법과 베벨기어를 이용한 방법 그리고 유성기어를 이용한 방법으로 구분할 수가 있다.

보조기어를 사용한 양 방향 구동장치로서 대표적인 것이 Mantzorsos 등의 발명(EPO공고번호 0,369,925호)이고, 베벨기어와 클러치를 이용한 발명이 Foster 씨의 발명(미국특허 5,435,583)이며, 유성기어를 이용한 대표적인 발명이 본 출원인에 의한 발명(출원번호 PCT/KR 96/00236)이다.

이들 발명들은 동력 방향을 바꾸어 주기 위하여 중간기어(보조기어, 베벨기어, 유성기어)를 적용하였다는 점에서는 공통적이나 동력 방향을 변환시키는 방법, 동력변환시 각 부품에 부가되는 하중의 분산도, 부품의 정밀도 그리고 기존의 자전거와의 호환성 등에 있어서 많은 차이점이 있다.

그렇다고 하더라도 이들 양 방향 구동장치들은 모든 자전거의 페달축 상에 설치할 수 있도록 개발되어져 있지 뒷바퀴에 설치할 수 있도록 개발된 것은 찾아보기 힘들다.

상기의 양 방향 구동장치 중에서 본 출원인에 의한 발명(출원번호 PCT/KR 96/00236)은 부품의 정밀도와 동력변환의 원활성 그리고 기존의 자전거 페달축에 직접 장착할 수 있는 호환성 등에 있어서 많은 장점이 있지만 동력을 입력하는 구동 스프로켓과 크랭크(crank)부분의 형상이 기존에 사용하고 있는 것의 형상과 달라서 기존 자전거에 상기 발명품을 장착할 경우 이들 부품들을 추가로 교환하여야 하는 단점이 있다.

또한 다른 발명들과 마찬가지로 상기 본 출원인에 의한 발명 역시 페달축 외부에 부착되어야 하므로 이장치를 자전거에 장착할 경우 자전거 프래임 밖으로 돌출 되어 진다. 이렇게 돌출 되어진 부분은 자전거 주행자의 구동(Pedaling)을 방해할 수 있으며, 또한 상기 발명품은 이러한 돌출부로 인하여 최근 들어 많이 개발되고 있는 접어서 운반할 수 있는 자전거에는 부착하기 어렵게 되어 있다.

따라서 이러한 문제점들로 인하여 상기의 양 방향 주행장치를 뒷바퀴 축상에 장착할 수 있는 그러한 장치를 개발할 필요성이 요청되어 왔다.

한편, 자전거 주행자가 자전거를 주행할 때에 다리의 피로를 적게 하고 페달에 가한 에너지를 효율적으로 사용하기 위해서는 페달을 밟는 페달링 리듬을 고르게 하고 페달에 가하는 답력도 일정하게 유지하여야 한다.

이러한 조건을 충족 시켜주기 위하여 개발된 장치가 바로 자전거의 변속기이다.

자전거의 변속기는 구동 스프로켓과 종동 스프로켓의 기어비를 조정하여 주므로써 자전거의 주행에 따른 주행저항에 적절한 답력을 가할 수 있도록 하고 있다.

이러한 변속기로는 외장식 변속기와 내장식 변속기가 있다. 외장식 변속기는 페달축과 허브축상에 설치되어진 직경이 다른 몇 장의 스프로켓에 체인을 바꾸어 걸어주면서 직접적으로 기어비를 변경하는 장치를 말하며, 내장식 변속기는 뒷바퀴 허브의 동체(body) 내부에 유성기어를 설치하여 기어비를 변경하는 장치를 말한다.

내장식 변속장치는 외장식 변속장치에 비하여 보다 소형화할 수 있고, 먼지나 이물질 등의 유입을 차단할 수 있으며, 허브셸 내부에 설치되기 때문에 외부의 충격에도 쉽게 손상되지 않는다는 등의 장점이 있다.

이러한 장점으로 인하여 내장식 변속기는 일반용 자전거에 널리 채택되어 사용되어지고 있다. 내장용 변속장치에 관한 발명중의 하나를 예로 든다면 일본 공개 특허공보 제 平5-65094(1993.3.19)호를 말할 수 있다.

이 밖에도 자전거 뒷바퀴 허브에 내장된 내장식 변속기에 관한 발명은 많이 있으나 이들 대부분은 변속기 자체의 효율을 높이기 위한 것이거나 기어비의 증감에 관한 것이지 동력 전달방향을 바꾸어 주는 양 방향 구동장치가 함께 장착된 것은 알려진 바 없다.

이상에서와 같이 양 방향 구동장치는 주로 페달축에 장착할 수 있는 것에 관하여 연구되어져 왔고 뒷바퀴 허브축에 적용할 수 있는 것에 관한 연구는 찾아보기 힘들며, 또한 허브축과 관련된 자전거 관련 발명은 주로 변속기에 관한 것으로 역구동 전진주행장치가 함께 결합된 다목적 자전거에 관한 발명 역시 알려진 바 없다.

상기의 양 방향 구동장치 중에서 본 출원인에 의한 발명(출원번호 PCT/KR 95/69076)을 예를 들면 허브축상의 한쪽 편에 변속부가 장착되고, 가운데 부분에 클러치가 위치하며, 허브축상의 다른 반대편에는 역구동부가 별도로 설치되어 있다.

상기 변속부는 하나의 태양기어와 하나의 캐리어 그리고 하나의 링기어로 이루어져, 이 변속부는 클러치 또는 역구동부로부터 동력을 전달 받도록 되어 있고, 또한 변속기에 전달된 동력은 변속기내에서 다양한 경로를 경유하여 허브셸로 빠져나가서 동력의 전달경로에 따라 자전거의 뒷바퀴는 저속, 중속 또는 고속으로 주행하도록 되어 있다.

위와 같이 상기의 발명에서는 변속부와 역구동부를 허브축상에 별도로 설치하여 클러치의 변환작동에 의하여 뒷바퀴에 저속, 중속 또는 고속으로의 주행토록 되어 있어서, 허브셸의 길이가 길어짐에 따라서 허브의 동력 변환장치가 커지는 불합리한 점이 있고, 또한 상기 클러치의 변환에 의하여 역구동부의 구동에 있어서의 공회전을 행할 수 없다는 점과, 또한 변속부 및 역구동부의 폴과 래치트들의 이맞물림으로 자전거를 뒤로 끌 수 업다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 종동스프로켓의 정, 역구동력을 변환할 수 있는 구동변환부와, 이 구동변환부에 대하여 병렬로 연결구동되도록 되어 있으면서 역구동력을 클러치의 변환에 의하여 구동변환되어 허브셸을 정회전 및 공회전의 동력을 전달할 수 있는 역구동속도변환부를 형성하는 동시에, 특히 역구동속도변환부에서는 구동변환부의 역구동력의 전달을 입력속도와 동일한 속도의 비로, 또는 입력되는 속도 보다 낮을 속도로 허브셸에 각각 선택하여 출력할 수 있고, 또한 공회전으로 변환할 수 있도록 됨을 기본 특징으로 한다.

위와 같이 페달을 시계방향의 반대방향으로 밟으면서 자전거를 전지구동을 행하는 역구동의 변환구동에서 주행 속도를 3단계로 운전자의 선택에 따라서 주행속도를 변환할 수 있음에 따라서, 자전거 주행자가 자전거를 역구동에 의한 전진운행을 행할 때에 주행효율을 최적화 하면서 동시에, 피로를 줄이면서 균형있는 근육 발달을 단련할 수 있게 된다.

본 발명은 기본적인 구성은, 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 뒤바퀴의 허브축에 회동가능하게 장착되고 일정간격으로 정, 역방향폴이 원주방향으로 탄성력있게 유지된 원통형상의 종동스프로켓하우징과, 이 종동스프로켓하우징의 정방향폴과 결합가능한 허브셸의 래치트고정링과, 또한 종동스프로켓하우징의 역방향폴과 결합가능한 래치트링으로 구성되어 종동스프로켓의 정, 역구동력이 입력되는 구동변환부와; 상기 래치트링이 결합되어 허브축에 대하여 유성기어들이 구름구동가능한 제1캐리어와, 상기 제1캐리어의 유성기어들과 구름구동가능한 제1태양기어와, 이 제1태양기어와 유성기어들이 구름구동가능하게 상기 허브축에 고정되는 제2캐리어와, 상기 제2캐리어의 유성기어들과 구름구동가능하고 일측의 원추방향에 정방향으로 탄력있게 돌출가능한 정방향폴이 장착된 제2태양기어로 구성되어 상기 구동변환부의 역구동력을 정회전으로 방향 변환시킬 수 있는 방향변환부와; 이 방향변환부의 제2태양기어의 정방향폴과 결합가능하고 또한 상기 허브셸에 고정된 고정래치트와 결합가능한 제3태양기어와, 상기 허브축의 일체기어와 상기 제3태양기어와 유성기어들에 의하여 구름구동가능한 제3캐리어와, 이 제3캐리어와 상기 제2태양기어의 내경사이를 슬라이드가능하도록 되어 외부의 레버에 의하여 탄성력 있게 미끄럼이동(제1,2,3 단 위치변환) 가능하게 장착되는 클러치로 구성되어, 상기 방향변환부의 정회전을 감속 및 공회전시킬 수 있는 역구동속도변환부; 로 구성되어 있다.

상기의 구성은 허브셸내에 정, 역방향폴이 각각 장착된 종동스프로켓하우징을 장착하여 구동변환부가 구성되어, 이 구동변환부는 종동스프로켓의 정회전 및 역호전의 입력에 따라서, 예를 들면 정회전이 입력되면, 종도스프로켓하우징의 정방향폴이 허브셸에 고정된 래치트고정링을 정회전시키어 허브셸에 정구동력이 출력될 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 구동변환부와 캐리어 수단에 의하여 연결구동되는 역구동속도변환부가 병렬로 구성되어, 상기의 반대로 역회전이 입력되면, 종동스프로켓하우징의 역방향폴이 캐리어수단들을 구동시키어, 이들 캐리어수단들과 연결구동되는 역구동속도변환부로 전달되도록 되어 있다.

특히, 역구동속도변환부는 외부의 레버에 의하여 조작되는 클러치의 위치변환에 의하여 상기 구동변환부의 역구동력을 정회전으로 변환시킬 수 있는 동시에, 입력되는 속도와 동일속도 또는 저속의 속도를 최종적으로 허브셸에 변환하여 전달할 수 있고, 또한 입력되는 역구동력을 공회전으로 변환시킬 수 있도록 되어 있다.

본 발명에서의 동력 전달경로를 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저 페달에서 발생한 동력이 크랭크와 구동스프로켓(driving sprocket) 그리고 체인을 차례로 경유하여 본 발명의 종동스프로켓(driven sprocket)에 도달한다. 종동스프로켓은 구동휠과 함께 회전하면서 동력을 본 장치내로 입력하여 구동변환부, 방향변환부 및 역구동속도변환부로 전달한다.

구동변환부는 전달받은 동력을 방향변환부 및 허브셸로 전달하며, 구동변환부는 전달받은 동력들을 최종적으로 허브셸을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 구동하게 된다.

제1도는 본 발명의 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치의 전체 단면도.

제2a, b도는 본 발명의 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치의 분해사시도.

제3도는 본 발명의 종동스프로켓하우징, 폴제어원통, 래치트링 및 래치트 고정링의 일부 절결 결합사시도.

제4도는 제3도에서 종동스프로켓의 역구동시의 결합 단면도.

제5도는 제3도에서 종동스프로켓의 정구동시의 결합 단면도.

제6도는 본 발명의 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치의 클러치를 1단으로 설정시킨 상태의 역구동의 변환흐름을 나타낸 단면도.

제7도는 본 발명의 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치의 클러치를 2단(저속)으로 설정시킨 역구도의 변환흐름을 나타낸 단면도.

제8도는 본 발명의 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치의 클러치를 2단(공회전)으로 설정시킨 상태의 역구동의 변환흐름의 나타낸 단면도.

제9a, b도는 본 발명의 클러치에 의한 제3태양기어의 작동예시도.

제10도는 본 발며의 종동스프로켓하우징의 정, 역방향폴의 장착예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1캐리어 11 : 유성기어

13 : 래치트링 20 : 제2캐리어

21 : 유성기어 30 : 제1태양기어

40 : 제2태양기어 42 : 제2태양기어폴

44 : 경사요홈 50 : 제3캐리어

51 : 유성기어 60 : 제3태양기어

62 : 제3태양기어폴 100 : 허브축

200 : 허브셸 300 : 종동스프로켓하우징

310 : 종동스프로켓 320 : 정방향폴

330 : 역방향폴 400 : 래치트고정링

550 : 폴제어원통 510 : 유지절결홈

600 : 클러치 610 : 변환돌기

620 : 슬라이드돌기 700 : 핀레버

본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명 하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 허브축(100)에 대하여 베어링등에 의하여 회동가능하게 장착되는 허브셸(200)은 대략 단면이 H형상으로 형성되어 그의 내면에 후술하는 구동변환부(A), 방향변환부 및 역구동속도변환부(C)가 장착될 수 있도록 되어 있고, 또한 구동변환부(A)의 측면에는 페달축(도시생략)과 체인으로 연결구동되는 종동스프로켓(310)이 고정된 종동스프로켓하우징(300)이 고정된다.

또한, 상기 허브축(100)의 원주둘레면은 나사(201), 일체기어(150)와 스플라인(202)이 형성된 봉형상으로써, 이 허브축(100)은 허브셸(200)의 중앙을 가로질러져서 도 1와 같이 양측은 덮개(210)가 너트(220) 등의 고정수단에 의하여 장착되어 허브셸(200)과의 기밀을 유지할 수 있도록 되어 있다.

상기 허브축(100)의 중앙쪽에는 도 1, 2와 같이 슬라이드원주면(110)의 장공(120)에 중심방향의 직교방향으로 핀(130)이 결합되고, 이 핀(130)에 클러치(600)의 내경에 결합된다.

그리고, 상기 클러치(600)는 후술하는 제2캐리어(20)의 측벽에 지지되는 코일스프링(630)에 의하여 탄성력있게 지지되어 상기 슬라이드원주면(110) 상을 좌, 우로 슬라이드이동가능하게 결합된다.

상기 클러치(600)는 원통형상으로 형성되어 바깥둘레의 양쪽에 변환돌기(610)와 슬라이드돌기(620)들이 등간격으로 일체로 형성되어 있다.

클러치(600)의 상기 변환돌기(610)는 후술하는 상기 제3캐리어(50)의 원주요홈(52)과 제3태양기어(60)의 내경을, 또한 상기 슬라이드돌기(620)는 상기 제2태양기어(40)의 경사요홈(44)을 슬라이드이동가능하게 결합된다.

도 1, 2에서 허브축(100)의 좌측 끝단의 중공부내로는 외부에 조작가능한 레버장착수단들이 결합될 수 있다.

상기 레버장착수단은, 허브축(100)의 중공부에서 클러치(600)를 탄성력 있게 축방향(도 1에서 좌측방향)으로 이동가능시킬 수 있는 핀레버(700)와, 이 핀레버(700)와 연결된 레버지지체(710)로 이루어져 있다.

상기 레버지지체(710)는 회동가능한 힌지축(720)에 링크(730)가 연결되며, 이 링크(730)에의 한쪽은 자전거의 핸들에 장착된 변환레버(도시생략)와 연결되는 연결수단(740)이 연결되고, 다른 한쪽은 상기 핀레버(700)와 접하여 있다.

다음, 상기 핀레버(700)의 슬라이드 이동에 따라서, 앞서 설명한 바와 같이 클러치(600)의 변환돌기(610)는 후술하는 상기 제3캐리어(50)의 원주요홈(52)과 제3태양기어(60)의 내경을, 또한 상기 슬라이드돌기(620)는 상기 제2태양기어(40)의 경사요홈(44)을 슬라이드이동가능하게 결합된다.

먼저, 본 발명의 구동변환부(A), 방향변환부(B) 및 역구동속도변환부(C)의 각 구성 부품의 설명에 앞서, 종도스프로켓(310)에 역구동력이 발생시의 구동전달의 경로를 살펴본다.

외부에서 조작가능한 조작레버를 작동하지 않는 상태, 즉 클러치(600)의 제3캐리어(50)의 원주요홈(52)과 결합된 상태에서는 도 6과 같은 위치에 있는 경우에는 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이 종동스프로켓(310)의 역회전은, 종동스프로켓하우징(300), 역방향폴(330), 제1캐리어(10)의 래치트링(13), 제1캐리어(10), 제1태양기어(30), 제2캐리어(20)의 유성기어(21), 제2태양기어(40), 클러치(600)의 슬라이드돌기(620), 클러치(600), 제3캐리어(50)의 원주요홈(52), 제3캐리어(50)의 유성기어(51), 제3태양기어의 제3태양기어폴(62), 고정래치트(230), 허브셸(200)로 정회전의 출력(종동스프로켓의 입력속도와 같은 속도)을 행하게 된다.

다음, 도 7와 같은 위치에 있는 경우에는 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이 종동스프로켓(310)의 역회전은, 종동스프로켓하우징(300), 역방향폴(330), 제1캐리어(10)의 래치트링(13), 제1캐리어(10), 제1태양기어(30), 제2캐리어(20)의 유성기어(21), 제2태양기어(40), 제2태양기어폴(42), 제3태양기어(60)의 안쪽래치트(63), 제3태양기어(60), 제3태양기어폴(62), 고정래치트(230), 허브셸(200)로 정회전의 출력(종동스프로켓의 입력속도 보다 낮은 속도)을 행하게 된다.

또한 도 8과 같은 위치에 있는 경우에는 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이 종동스프로켓(310)의 역회전은, 종동스프로켓하우징(300), 역방향폴(330), 제1캐리어(10)의 래치트링(13), 제1캐리어(10), 제1태양기어(30), 제2캐리어(20)의 유성기어(21), 제2태양기어(40), 제2태양기어폴(42), 제3태양기어(60)의 안쪽래치트(63), 제3태양기어(60)로 공회전의 출력을 행하게 된다.

상기 구동부품들은 앞서 밝힌 바와 같이 구동변환부(A), 방향변환부(B) 및 역구동속도변환부(C)로 나눌 수 있다.

상기 구동변환부(A)는 뒤바퀴(도시생략)의 허브축(100)에 회동가능하게 장착되고 일정간격으로 정, 역방향폴(320), (330)이 원주방향으로 탄성력있게 유지된 원통형상의 종동스프라켓하우징(300)과, 이 종동스프라켓하우징(300)의 정방향폴(320)과 결합가능한 허브셸(200)의 래치트고정링(400)과, 또한 종동스프라켓하우징(300)의 역방향폴(330)과 결합가능한 래치트링(13)으로 구성되어 종동스프라켓의 정, 역구동력이 입력된다.

상기 종동스프라켓하우징(300)은 도 1, 도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이 대략 원통형상으로 형성되어 일측에 종동스프라켓(310)이 장착되며, 다른 한쪽은 사방의 원주면에 돌출돌기(340)들이 일체로 형성되어, 이들의 돌출돌기(340)의 상이에 정, 역방향폴(320), (330)들이 일정간격으로 그의 기초부들이 링스프링(350), (350)들에 의하여 각각 탄성력있게 각각 정, 역방향으로 출몰가능하게 장착된다.

상기 정, 역방향폴(320), (330)들은 상기 종동스프라켓하우징(300)에 정방향의 탄성력으로 유지되고, 또한 상기 정, 역방향폴(320), (330)의 위에는 원주방향으로 유지절결홈(510), (510)들이 형성된 원통형상의 폴제어원통(500)이 결합되어, 이 폴제어원통(500)은 정, 역방향폴(320), (330)들을 제어할 수 있도록 결합된다.

따라서, 상기 구동변환부(A)의 종동스프라켓(310)에 정회전이 입력되면, 종동스프라켓하우징(300)의 정방향폴(320)이 래치트고정링(400)과 결합되어 허브셸(200)에 정구동력으로 출력하고, 반대로 역회전이 입력되면, 종동스프로켓하우징(300)의 역방향홀 (330)이 제1캐리어(10)의 래치트링(13)과 결합되어 상기 방향변환부(B)로 회전력이 출력하게 된다.

다음, 방향변환부(B)는 상기 구동변환부(A)와 연이어져 구성되며, 그의 구성부품는 제1캐리어(10), 제1태양기어(30), 제2캐리어(20), 제2태양기어(40)로 이루어져 상기 구동변환부(A)의 역회전을 정회전 운동으로 바꾸면서 그의 회전력을 가속시키게 된다.

상기 제1캐리어(10)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 대략 캡형상으로 형성되어 있으며, 그의 바깥 측면둘레에 역방향의 이빨들이 형성된 래치트링(13)이 링스프링(12)에 의하여 일체로 결합되어, 이 래치트링(13)은 상기 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)과 결합가능하게 되어서, 종동스프라켓(310)의 역구동력을 전달 받게 된다.

또한, 상기 제1캐리어(10)의 원주방향으로 회동가능하게 장착된 유성기어(11)들은 허브축(100)에 고정된 고정기어(140)와, 상기 제1태양기어(30)의 안쪽기어(31)와 구름구동가능하게 형성되어 있다.

상기 제1태양기어(30)는 도 1 및 도 2와 같이 상기와 같이 한쪽은 안쪽기어(31)가 형성되어 상기 제1캐리어(10)의 유성기어(11)와 구름구동가능하고, 또한 다른쪽에 일체로 형성된 태양기어(32)는 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들과 구름구동하도록 되어 있다.

또한, 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들은 상기 제1태양기어(30)의 태양기어(32)와 구름구동하도록 되어 있으면서, 제2태양기어(40)의 안쪽기어(41)와 구름구동되어 상기 구동변환부(A)의 역회전을 정회전으로 변환하는 동시에, 정회전속도를 가속시키게 된다.

그리고, 상기 제2태양기어(40)는 도 1 및 도 2a, b와 같이 원주의 안쪽에 안쪽기어(41)가 형성되어 앞서 설명한 바와 같이 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들과 구름구동가능하며, 상기 안쪽기어(41)의 반대쪽은 제2태양기어폴(42)들이 링스프링(43)에 의하여 그의 기초부분이 탄성력있게 유지되어, 후술하는 제3태양기어(60)의 안쪽래치트(63)와 결합하근하게 형성되어 있으며, 또한 그의 내경에 경사요홈(44)이 길이방향으로 형성되어 상기 클러치(600)와 결합가능하게 형성되어 있다.

다음, 역구동속도변환부(C)는 제3태양기어(60), 제3캐리어(50), 클러치(600) 및 허브셸(200)에 고정된 고정래치트(230)로 구성되어 있다.

즉, 역구동속도변환부(C)는 상기 방향변환부(B)의 제2캐리어(40)의 제2태양기어폴(42)과 결합가능하고 또한 상기 허브셸(200)에 고정된 고정래치트(230)와 결합가능한 제3태양기어(60)와, 상기 허브축(100)의 일체기어(150)와 상기 제3태양기어(60)와 유성기어(51)들에 의하여 구름구동가능한 제3캐리어(50)와, 이 제3캐리어(50)와 상기 제2태양기어(40)의 내경사이를 슬라이드가능하도록 되어 외부의 레버에 의하여 탄성력있게 미끄럼이동(제1,2,3 단 위치변환) 가능하게 장착되는 클러치(600)로 구성되어, 상기 방향변환부(B)의 정회전을 감속 및 공회전시킬 수 있다.

상기 제3태양기어(60)는 도 1 및 도 2와 같이 양쪽의 내경에 안쪽래치트(63)와 안쪽기어(61)가 형성되어, 이 안쪽래치트(63)에는 상기 제2태양기어(40)의 제2태양기어폴(42)이 결합가능하게 형성되고, 상기 안쪽기어(61)에는 제3캐리어(50)의 유성기어(51)들과 구름구동가능하게 형성되어 있다.

또한 제3태양기어(60)의 상기 안쪽래치트(63)와 안쪽기어(61)의 사이에는 안팎의 원주면으로 출몰가능한 제3태양기어폴(62)이 형성되어 상기 클러치의 제어에 의하여 허브셸(200)에 고정된 고정래치트(230)와 결합가능하게 형성되어 있다.

특히, 상기 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)은 원주방향의 장공에 중앙부분이 힌지(64)에 의하여 제3태양기어(60)의 원통부분의 안쪽 또는 바깥쪽으로 돌출가능하게 되어 있다.

예를 들어 도 8 및 도 9b과 같이 클러치(600)가 제3단의 위치(변환돌기(610)가 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)이 수평을 유지하여 장공의 안팎으로 돌출되지 않는 상태)에서는 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)이 허브셸(200)의 고정래치트(230)와 결합이 해제된 상태로 유지할 수 있다.

즉, 이 상태에서는 제2태양기어(40)의 회전력이 바로 제3태양기어(60)로 전달되도록하여 공회전의 상태를 유지하게 된다.

또한 상기 제3캐리어(50)는 원주방향으로 유성기어(51)들이 회동가능하게 장착되어, 이 유성기어(51)들은 허브셸(200)의 일체기어(150)와, 또한 제3태양기어(60)와 구름구동가능하게 되어 있다.

그리고, 상기 제3캐리어(50)의 일측 내경에는 도 1 및 도2와 같이 원주요홈(52)의 등간격으로 형성되어 상기 클러치(600)의 변환돌기(610)가 결합가능하게 되어서 상기 방향변환부(B)의 회전력이 제3태양기어(60)를 통하여 허브셸(200)로 전달할 수 있도록 되어 있다.

상기의 상태는 도 6에 나타낸 바와 같이 구동변환부(A)의 역구동력을 정회전으로 구동변환부(A)의 입력속도 그대로 허브셸(200)에 정구동력을 전달하게 된다.

상기 본 발명의 자전거 허브의 동력 변환장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 종동스프로켓하우징(300)의 종동스프로켓(310)이 페달축과 연결된 체인에 의하여 정회전되면, 도 4와 같이 종동스프로켓(310)이 고정된 종동스프로켓하우징(300)이 역회전되어 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)이 출몰하여 래치트고정링(400)와 결합되어서 허브셸(200)을 정회전시키어 뒷바퀴를 정구동시킬 수 있게 된다.

이때, 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)은 폴제어원통(500)에 제어되어 제1캐리어(10)의 래치트링(13)과 결합이 해제되며, 상기 정구동은 클러치(600)의 변환돌기(610)들의 위치변환에 관계없이 종동스프로켓(310)의 입력 속도 그대로 허브셸(200)를 정회전시키게 된다.

다음, 도 6의 상채에서 페달축을 역구동시키면, 즉 클러치(600)의 제3캐리어(50)의 원주요홈(52)과 결합된 상태에서는 도면의 굵은 점선과 같이 구동력이 전달되게 되는데, 종동스프로켓(310)의 역회전은, 종동스프로켓하우징(300)을 역회전시키어 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)이 제1캐리어(10)의 래치트링(13)과 결합되어 제1캐리어(10)를 역회전시키게 된다.

이 제1캐리어(10)는 그의 유성기어(11)들이 허브축(100)에 고정된 고정기어(140)를 구름구동하면서, 또한 제1태양기어(30)의 안쪽기어(31)를 구동시키어, 결국 제1태양기어(30)의 태양기어(32)가 제2캐리어(20)의 유성기어(21)와 구름구동을 행하게 된다.

역시 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들은 제2태양기어(40)의 안쪽기어(41)와 구름구동을 행하여 제2태양기어(40)를 구동시키고, 이 제2태양기어(40)의 회전은 제2태양기어(40)의 경사요홈(44)과 결합된 클러치(600)의 슬라이드돌기(620)로 전달되어 클러치(600)를 회전시키게 되고, 또한 상기 클러치(600)의 변환돌기(610)와 원주요홈(53)으로 결합된 제3캐리어(50)가 회전력을 전달받게 된다.

상기 제3캐리어(50)의 회전은 제3캐리어(50)의 유성기어(51)가 허브축(100)의 일체기어(150)와 구름구동하면서 제3캐리어(50)의 유성기어(51)는 제3태양기어(60)를 회전시키고 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)은 고정래치트(230)와 결합되어 허브셸(200)을 정회전의 출력(종동스프로켓의 입력속도와 같은 속도)을 행하게 된다.

다음, 외부에서 조작하여 레버지지체(710)에 의하여 클러치(600)가 도 7과 같은 위치에 있는 경우에는 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이 구동하게 되는데, 종동스프로켓(310)의 역회전은, 종도스르포켓하우징(300)을 역회전시키어 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)이 제1캐리어(10)의 래치트링(13)과 결합되어 제1캐리어(10)를 역회전시키게 된다.

이 제1캐리어(10)는 그의 유성기어(11)들이 허브축(100)에 고정된 고정기어(140)를 구름구동하면서, 또한 제1태양기어(30)의 안쪽기어(31)를 구동시키어, 결국 제1태양기어(32)가 제2캐리어(20)의 유성기어(21)와 구름구동을 행하게 된다.

역시 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들은 제2태양기어(40)의 안쪽기어(41)와 구름구동을 행하여 제2태양기어(40)를 구동시키고, 이 제2태양기어(40)의 회전은, 앞서 설명한 클러치(600)의 위치가 상기 클러치(600)의 변환돌기(610)와 원주요홈(52)으로부터 해제된 상태이기 때문에, 제2태양기어폴(42)이 제3태양기어(60)의 안쪽래치트(63)와 결합되어 제3태양기어(60)를 회전시키게 되고, 또한 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)은 고정래치트(230)와 결합되어, 허브셸(200)로 정회전의 출력(종동스프로켓의 입력속도 보다 낮은 속도)을 행하게 된다.

또한, 외부에서 조작하여 레버지지체(710)에 의하여 클러치(600)가 도 8과 같은 위치에 있는 경우에는 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이 구동하게 되는데, 종도스프로켓(310)의 역회전은, 종동스프로켓하우징(300)을 역회전시키어 종동스프로켓하우징(300)의 역방향폴(330)이 제1캐리어(10)의 래치트링(13)과 결합되어 제1캐리어(10)를 역회전시키게 된다.

이 제1캐리어(10)는 그의 유성기어(11)들이 허브축(100)에 고정된 고정기어(140)를 구름구동하면서, 또한 제1태양기어(30)의 안쪽기어(31)를 구동시키어, 결국 제1태양기어(30)의 태양기어(32)가 제2캐리어(20)의 유성기어(21)와 구름구동을 행하게 된다.

역시 상기 제2캐리어(20)의 유성기어(21)들은 제2태양기어(40)의 안쪽기어(41)와 구름구동을 행하여 제2태양기어(40)를 구동시키고, 이 제2태양기어(40)의 회전은, 앞서 설명한 클러치(600)의 위치가 상기 클러치(600)의 변환돌기(610)와 원주요홈(52)으로부터 해제된 상태이기 때문에, 제2태양기어폴(42)이 제3태양기어(60)의 안쪽래치트(63)와 결합되어 제3태양기어(60)를 회전시키게 되어 제3태양기어(60)로 공회전의 출력을 행하게 된다.

이때, 클러치(600)가 제3단의 위치(변환돌기(610)가 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)이 수평을 유지하여 장공의 안팎으로 돌출되지 않는 상태)에서는 제3태양기어(60)의 제3태양기어폴(62)이 허브셸(200)의 고정래치트(230)와 결합이 해제된 상태로 유지할 수 있다.

즉, 이 상태에서는 제2태양기어(40)의 회전력이 바로 제3태양기어(60)로 전달되도록 하여 공회전의 상태를 유지하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 종동스프로켓의 정, 역구동력을 변환할 수 있는 구동변환부와, 이 구동변환부에 대하여 병렬로 연결구동되도록 되어 있으면서 역구동력을 클러치의 변환에 의하여 구동변환되어 허브셸을 정회전 및 공회전의 동력을 전달할 수 있는 역구동속도변환부를 형성하는 동시에, 특히 역구동속도변환부에서는 구동변환부의 역구동력의 전달을 입력속도와 동일한 속도의 비로, 또는 입력되는 속도 보다 낮은 속도로 허브셸을 각각 선택하여 출력할 수 있고, 또한 공회전으로 변환할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 뒤바퀴의 허브축에 회동가능하게 장착되고 일정간격으로 정, 역방향폴이 원주방향으로 탄성력있게 유지된 원통형상의 종동스프로켓하우징과, 이 종동스프로켓하우징의 정방향폴과 결합가능한 허브셸의 래치트고정링과, 또한 종동스프로켓하우징의 역방향폴과 결합가능한 래치트링으로 구성되어 종동스프로켓의 정, 역구동력이 입력되는 구동변환부와; 상기 래치트링이 결합되어 허브축에 대하여 유성기어들이 구름구동가능한 제1캐리어와, 상기 제1캐리어의 유성기어들과 구름구동가능한 제1태양기어와, 이 제1태양기어와 유성기어들이 구름구동가능하게 상기 허브축에 고정되는 제2캐리어와, 상기 제2캐리어의 유성기어들과 구름구동가능하고 일측의 원추방향에 정방향으로 탄력있게 돌출가능한 정방향폴이 장착된 제2태양기어로 구성되어 상기 구동변환부의 역구동력을 정회전으로 방향 변환시킬 수 있는 방향변환부와; 이 방향변환부의 제2태양기어의 정방향폴과 결합가능하고 또한 상기 허브셸에 고정된 고정래치트와 결합가능한 제3태양기어와, 상기 허브축의 일체기어와 상기 제3태양기어와 유성기어들에 의하여 구름구동가능한 제3캐리어와, 이 제3캐리어와 상기 제2태양기어의 내경사이를 슬라이드가능하도록 되어 외부의 레버에 의하여 탄성력 있게 미끄럼이동(제1,2,3 단 위치변환) 가능하게 장착되는 클러치로 구성되어, 상기 방향변환부의 정회전을 감속 및 공회전시킬 수 있는 역구동속도변환부; 로 구성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동변환부의 종동스프로켓에 정회전이 입력되면 종동스

   *프로켓하우징의 정방향폴이 래치트고저링과 결합되어 허브셸에 정구동력으로 출력하고, 반대로 역회전이 입력되면, 종동스프로켓하우징의 역방향폴이 제1캐리어의 래치트링과 결합되어 상기 방향변환부로 회전력이 출력되도록 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정, 역방향폴들은 상기 종동스프로켓하우징에 정방향의 탄성력으로 유지되고 원주방향으로 유지절결홈들이 형성된 원통형상의 폴제어원통에 의하여 제어되도록 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1캐리어는 그의 바깥둘레에 역방향의 이빨들이 형성된 래치트링이 결합되어, 이 래치트링은 상기 종동스프로켓하우징의 역방향폴과 결합가능하고, 또한 원주방향으로 회동가능하게 장착된 유성 기어들은 허브축에 고정된 고정기어와 상기 제1태양기어의 안쪽기어와 구름구동가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 1태양기어의 측면 바깥둘레에 일체로 형성된 태양기어는 상기 제2캐리어의 유성기어들과 구름구동으로, 또한 상기 유성기어들은 제2태양기어의 안쪽기어와 구름구동되어 상기 구동변환부의 역회전을 정회전으로 변환하는 동시에, 정회전속도를 가속시킴을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2태양기어는 그의 내경에 경사요홈이 길이방향으로 형성되어 상기 클러치와 결합가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제3태양기어는 양쪽의 내경에 안쪽래치트와 안쪽기어가 형성되어, 이 안쪽래치트에슨 상기 제 2 태양기어의 제 2 태양기어폴이 결합가능하게 형성되고, 상기 안쪽기어에는 제 3 캐리어의 유성기어가 구름구동가능하게 형성되고, 또한 상기 안쪽래치트와 안쪽기어의 사이에는 안팎의 원주면으로 출몰가능한 제 3 태양기어폴이 형성되어 상기 클러치의 제어에 의하여 허브셸에 고정된 고정래치트와 결합가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
8. 제1항에 있어서, 제 3 캐리어의 일측의 내경에는 원주요홈이 동간격으로 형성되어 상기 클러치가 결합가능하게 되어서 상기 방향변환부의 회전력이 제 3 태양기어를 통하여 허브셸로 전달가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 클러치의 원주면에는 변환돌기와 슬라이드돌기가 일정간격으로 형성되어, 상기 변환돌기는 상기 제 3 캐리어의 원주요홈과 제 3 태양기어의 내경을, 또한 상기 슬라이드돌기는 상기 제 2 태양기어의 경사요홈을 슬라이드이동가능하게 결합됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 역구동력 속도변환장치.

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