KR19990002300A - 자전거 허브의 동력 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거 뒷바퀴 허브의 동력 변환장치에 관한 것으로, 더 상세히 말하면 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 역구동속도변환부와 구동변환부를 설치한 후, 이들 두 장치 사이에 클러치를 설치한 것으로서, 자전거를 기존 자전거와 마찬가지로 (정회전 및 공회전)전진 주행시킬 수 있으며, 또한 입력되는 페달축의 역구동력을 항상 한쪽방향(정회전)으로 동력을 출력할 수 있는 동시에, 상기 클러치의 위치변환에 의하여 자전거의 주행 속도를 고속, 저속 및 공회전으로 변환시킬 수 있는 자전거 허브의 동력 변환장치에 관한 것으로, 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축(100)에 결합된 슬라이드가능한 클러치(400), 이 클러치(400)가 미끄럼이동 가능하게 장착되는 래치트휠(40), 이 래치트휠(40)과 걸림결합 가능한 폴장착링(50), 이 폴장착링(50)와 걸림결합가능한 허브셸(200)에 고정된 링기어(60)로 이루어진 구동변환부(A)와; 상기 허브축(100)에 고정된 제 2캐리어(20), 상기 클러치(400)에 의하여 단속되는 동시에 상기 제 1캐리어(10)에 회전속도를 변환시켜주는 제 1캐리어(10) 및 태양기어(30)로 구성된 역구동속도변환부(B);로 이루어져 상기 구동변환부의 역구동을 역구동속도변환부에서 공회전 및 정회전시킬 수 있는 동시에, 이 정회전을 저속 및 고속으로 변환할 수 있도록 한다.

Description

자전거 허브의 동력 변환장치

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

이들 자전거들은 모두 기본적으로 자전거 프레임 앞, 뒤에 바퀴가 있고 양 바퀴사이에 한 쌍의 페달이 위치하여 동력공급원 역할을 한다. 자전거의 추진동력은 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 불구하고 자전거는 여전히 앞으로 주행할 수 있으며 동시에, 운전자의 의도에 따라 레버를 선택 조정하여 기존의 자전거와 마찬가지로 페달을 뒤로 구동하여도 페달이 공회전할 수 있게 되어있는 장치를 말한다. 이하에서는 동일한 의미로 사용된다.)들은 크게 보조기어를 이용한 방법과 베벨기어를 이용한 방법 그리고 유성기어를 이용한 방법으로 구분할 수가 있다.

보조기어를 사용한 양 방향 구동장치로서 대표적인 것이 Mantzoursos 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 모두 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 96/000236)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 페달측 외부에 부착되어야 하므로 이장치를 자전거에 장착할 경우 자전거 프래임 밖으로 돌출되어 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 페달링리듬을 고르게 하고 페달에 가하는 답력도 일정하게 유지하여야만 한다.

이러한 조건을 충족 시켜주기 위하여 개발된 장치가 바로 자전거의 변속기이다.

자전거의 변속기는 구동 스프로켓과 종동 스프로켓의 기어비를 조정하여 주므로써 자건거의 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 알려진바 없다.

상기의 양 방향 구동장치 중에서 본 출원인에 의한 발명(출원번호 PCT/KR 95/69076)은 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 전달받도록 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 동력변환장치가 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 없다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 종동스프로켓의 정, 역구동력을 변환할 수 있는 구동변환부와, 이 구동변환부의 역구동력을 클러치의 변환에 의하여 정회전 또는 공회전으로 변환하여 허브셸을 정회전 및 공회전의 동력을 전달할 수 있는 역구동속도변환부를 형성하는 동시에, 특히 역구동속도변환부에서는 허브셸에 구동변환부의 역구동력의 전달을 저속 또는 고속의 정회전으로 변환할 수 있도록 됨을 기본 특징으로 한다.

위와 같이 페달을 시계방향의 반대방향으로 밟으면서 자전거를 전진구동을 행하는 역구동의 변환구동에서 주행 속도를 저속, 공회전 및 고속으로 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, 종동스프로켓하우징의 종동스프로켓이 정회전시, 폴장착링의 바깥쪽폴이 링기어의 래치트이빨부와 걸림 결합되고, 안쪽폴은 상기 래치트휠을 해지되어, 허브셸의 링기어를 정회전시키어 뒷바퀴를 정구동시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 종동스프로켓하우징의 종동스프로켓이 역회전시에, 안쪽폴은 상기 래치트휠과 걸림 결합되고, 폴장착링의 바깥족폴과 링기어의 래치트이빨부는 해지되어, 허브셸의 링기어에 회전력이 전달되지 않고 공회전시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 종동스프로켓하우징의 종동스프로켓이 역회전시에, 외부에 조작가능한 레버에 의하여 조작되는 클러치가 제 1캐리어와 맞물려 있을 때, 클러치의 역구동력은 제 1캐리어의 유성기어에 회전력을 전달하게 되고, 또한 이 제 1캐리어는 태양기어, 제 2캐리어의 유성기어 및 허브셸에 고정된 링기어를 정회전으로 변환되어, 허브셸에 고속의 정회전의 구동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 역구동의 작동시에 클러치가 태양기어와 맞물려 있을 때는, 클러치의 역구동력은 태양기어의 역회전에 의하여 안쪽기어부는 제 1캐리어의 유성기어와, 또한 바깥쪽기어부에는 제 2캐리어의 유성기어들이 이맞물림으로 구동시키게 되고, 제 1캐리어의 유성기어가 구속력이 상실된 상태로 태양기어의 안쪽기어부와 이맞물림구동되고, 반대로 태양기어의 바깥쪽 기어부는 제 2캐리어의 유성기어들이 이맞물림으로 구동되어 회전변환에 의하여 허브셸에 고정된 링기어를 정회전시키어, 허브셸에 저속의 정회전의 구동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 구동변환부, 클러치 또는 역구동속도변환부에 전달된 동력은 다양한 경로를 경유하여 허브셸로 빠져나간다. 특히, 구동변환부에 역구동력의 전달은 자전거의 뒷바퀴를 저속, 공회전 또는 고속으로 주행하게끔 전달한다.

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

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

도 1은 본 발명의 자전거 허브의 동력 변환장치의 전체 단면도,

도 2, 3은 본 발명의 자전거 허브의 동력 변환장치의 분해 사시도,

도 4는 본 발명의 클러치와 허브축부분의 일부 절결요부 분해 사시도,

도 5는 본 발명의 태양기어와 제 1캐리어(유성기어 도시생략)결합되어 클러치와 래치트휠의 결합을 나타내는 일부 절결 사시도,

도 6은 본 발명의 제 1, 2캐리어, 태양기어 및 링기어의 결합을 나타내는 단면도,

도 7은 본 발명의 클러치, 폴장착링 및 링기어의 결합을 나타낸 단면도,

도 8(가), (나), (다)는 제 1캐리어, 태양기어와 클러치의 결합예를 나타내는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 허브축200 : 허브셸

300 : 종동스프로켓하우징310 : 종동스프로켓

301 : 돌기400 : 클러치

401 : 변환돌기402 : 슬라이드돌기

500 : 핀레버10 : 제 1캐리어

11 : 유성기어12 : 원주요홈

20 : 제 2캐리어21 : 유성기어

22 : 캐리어기어30 : 태양기어

31 : 원주요홈32 : 안쪽기어부

33 : 바깥쪽기어부40 : 래치트휠

41 : 슬라이드홈42 : 래치트이빨

50 : 폴장착링51 : 안쪽폴

52 : 바깥쪽폴60 : 링기어

A : 구동변환부B : 역구동속도변환부

본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

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

상기 허브셸(200)의 원주면에는 기존의 다단의 속도변환부품을 장착하여 상기 역구동속도변환부(B)와 구동변환부(A)들과 연결하여 구동시킬 수도 있다.

또한, 상기 허브축(100)의 원주둘레면은 나사(101)와 스플라인(202)이 형성된 봉형상으로써, 이 허브축(100)은 허브셸(200)의 중앙을 가로질러져서 도 1에서 좌측은 덮개(103)가 너트(104)등의 고정수단에 의하여 장착되어 허브셸(200)과의 기밀을 유지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 중앙쪽에는 도 4와 같이 중심방향의 직교방향으로 핀홀(105)이 형성되고, 또한 상기 핀홀(105)로부터 우측은 속이 빈 중공으로써 내경에 나사가 형성된 중공부로 형성되어 있고, 또한 핀홀(105)이 형성된 외주면에는 미끄럼 가능한 슬라이드면(106)과, 이 슬라이드면(105)에 연이어서 슬라이드면(106)의 직경 보다 큰단턱 형상의 환형플랜지(107)와, 이 환형플랜지(107)에 연이어서 나사부가 형성되고, 이 나사부에 덮개너트(108)가 결합되어 도 1에서 허브축(100)의 우측을 기밀하게 유지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 허브축(100)의 우측 끝단은 원주방향으로 다수의 멈춤돌기(301)가 형성되어 있으며, 또한 중공부내로는 외부에 조작가능한 레버장착수단들이 결합될 수 있다.

상기 레버장착수단은, 도 2 및 도 3에서 상기 허브축(100)의 나사부에 결합되는 상기 덮개너트(108)에 이어서 허브축(100)의 상기 멈춤돌기(301)와 결합되는 고정브라켓트(110)와, 상기 허브축(100)의 중공부에 스프링(120)에 의하여 탄성력있게 축방향으로 이동가능한 핀레버(500)와, 상기 허브축(100)의 중공부의 나사에 결합되어 상기 핀레버(500)를 안내하는 중공축(510)과, 이 중공축(510)에 체결되는 레버지지체(520)로 이루어져 있다.

상기 레버지지체(520)는 회동가능한 힌지축(530)에 링크(540)가 연결되며, 이 링크(540)에는 자전거의 핸들에 장착된 변환레버(도시생략)와 연결되는 와이어(550)가 연결되고, 또한 상기 힌지축(530)에는 상기 핀레버(500)를 허브축(100)의 중공부의 축방향으로 위치변환시킬 수 있는 캠형상의 연동레버(560)가 장착되어 있다.

다음, 상기 허브축(100)의 슬라이드면(106)에는 도 4와 같이 원통형상의 유지링(410)과, 클러치스프링(420)과, 원통형상의 클러치(400) 및 고정링(430)이 결합되어 탄성력있게 슬라이드 가능하게 조립된다.

상기 유지링(410)는 통형상으로 축방향의 직교하게 키이장착구멍(411)이 뚫려, 키이장착구멍(411)에 키이(412)가 장착되고, 이 키이(412)는 앞서 설명한 핀레버(500)의 첨단 나사부와 체결되어 핀레버(500)와 일체로 상기 허브축(100)의 슬라이드면(106)을 슬라이드이동 가능하게 장착된다.

또한, 상기 유지링(410)의 도 1 및 도 4에서 좌측 끝단에 유지턱(413)이 일체로 형성되어 상기 클러치스프링(420)의 한쪽이 유지될 수 있도록 되고, 또한 우측끝단은 클러치(400)의 내경을 관통하여 상기 고정링(430)이 체결고정될 수 있도록 되어 있다.

그리고, 클러치(400)는 원통형상으로 원주면의 양쪽에 등간격으로 변환돌기(401)와 슬라이드돌기(402)가 각각 일체로 형성되고, 내경의 한쪽은 걸림턱(403)이 형성되어 있다.

상기 핀레버(500)의 슬라이드 이동에 따라서, 상기 클러치(400)의 변환돌기(401)는 후술하는 제 1캐리어(10) 또는 태양기어(30)와 결합가능하게 되고, 또한 상기 슬라이드돌기(402)는 래치트휠(40)의 슬라이드홈(41)에 슬라이드 안내되어 이동가능하게 된다.

즉, 외부에서 조작가능한 조작레버를 작동하여 연동레버(560)가 핀레버(500)를 도 1도 8(가)에서 도면의 좌측으로 완전히 밀은 경우에는 클러치(400)의 변환돌기(401)는 제 1캐리어(10)의 원주요홈(12)들과 결합되어 제 1캐리어(10)를 구동시킬 수 있으며, 도 8(나)와 같이 중립의 경우에는 후술하는 공회전으로 셋팅이 되고, 또한 도 8(다)와 같이 클러치(400)의 변환돌기(401)가 태양기어(30)의 원주요홈(31)들과 결합되는 경우에는 태양기어(30)를 회동시킬 수 있게 되어 있다.

상기 클러치(400)는, 앞서 설명한 바와 같이 핀레버(500)의 첨단에 키이(412)에 의하여 결합되는 유지링(410)과, 이 유지링(410)에 고정되는 고정링(430)과 함께, 클러치스프링(420)에 의하여 탄성력있게 상기 허브축(100)의 슬라이드면(106)에서 축방향으로 슬라이드 이동가능하게 조립된다.

다음, 상기 클러치(400)와 결합되는 래치트휠(40)은 도 1, 2 및 도 7에 나타낸 바와 같이 전체적으로 링형상으로써, 내경의 4방향 길이방향으로 슬라이드홈(41)이 형성되어, 이 슬라이드홈(41)에 클러치(400)의 슬라이드돌기(402)가 결합되어 슬라이드 이동가능하게 조립되며, 또한 그의 바깥둘레에는 래치트이빨(42)들이 형성되어, 후술하는 폴장착링(50)의 안쪽폴(51)과 래치트이빨(42)들이 이맞춤결합으로 폴장착링(50)을 회동시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 폴장착링(50)는 안팎원주면에 안쪽폴(51)과 바깥쪽폴(52)이 고정축(53), (53)들에 각각 유동가능하게 장착된다.

상기 안쪽폴(51)과 바깥쪽폴(52)은 대략 ㄱ자 형상으로 형성되어 한쪽 끝단은 래치트휠(40)의 래치트이빨(42) 및 링기어(60)의 래치트이빨부(61)와 이맞물림이 가능한 이맞물림부(54)가, 또한 다른 한쪽은 후술하는 종동스프로켓하우징(300)의 등간격의 돌기(301)사이에 끼워져 유동가능한 구형상의 유동부(55)가 형성되어 있다.

다음, 상기 링기어(60)는 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이 내경의 한쪽은 기어부(62)가 형성되고, 또한 다른 한쪽은 래치트이빨부(61)들이 등간격으로 형성되고, 또한 바깥둘레면은 나사가 형성되어 허브셸(200)의 안쪽에 체결되어 고정된다.(링기어(60)는 허브셸(200)에 직접가공에 의하여 일체로 형성할 수도 있다)

또한, 상기 기어부(62)는 후술하는 제 2캐리어(20)의 유성기어(21)와 이맞물림구동가능하게 장착되며, 또한 래치트이빨부(61)는 도 7에 나타낸 바와 같이 폴장착링(50)의 바깥쪽폴(52)의 이맞물림부(54)가 결합가능하게 조립된다.

다음, 상기 구동변환부(A)와 연결구동되는 역구동속도변환부(B)에 대하여 설명한다.

역구동속도변환부(B)는 상기 허브축(100)에 스플라인고정수단에 의하여 고정되는 제 2캐리어(20)와, 허브축(100)의 클러치(400)에 의하여 회전력이 전달되는 제 1캐리어(10) 및 태양기어(30)로 구성되어 있다.

상기 제 2캐리어(20)는 중앙에 캐리어기어(22)가 고정되어 도 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이 제 1캐리어(10)의 유성기어(11)들과 이맞물림 구동가능하게 장착되며, 또한 원주방향에는 등간격으로 유성기어(11)들이 회동가능하게 장착되어 앞서 설명한 바와 같이 허브셸(200)에 고정된 링기어(60)의 기어부(62)와 이맞물림구동 가능하게 형성되어 있다.

다음, 상기 제 1캐리어(10)는 제 2캐리어(20)의 안쪽에 장착되며, 대략 링형상으로써, 원주방향으로 유성기어(11)들이 회동가능하게 장착되어, 도 6에 나타낸 바와 같이 제 2캐리어(20)의 캐리어기어(22)와, 또한 태양기어(30)와의 이맞물림으로 구동가능하게 형성되어 있고, 또한 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 한쪽의 내경 측면에 원주요홈이 등간격으로 형성되어, 상기 허브축(100)의 클러치(400)의 변환돌기(401)와 결합가능하게 되어 있다.

또한 상기 태양기어(30)는 캡형상으로 형성되어, 안팎으로 안쪽기어부(32)와 바깥쪽기어부(33)가 형성되어, 도 1 및 도 6과 같이 안쪽기어부(32)는 제 1캐리어(10)의 유성기어(11)가, 또한 바깥쪽기어부(33)에는 제 2캐리어(20)의 유성기어(21)들이 이맞물림구동 가능하도록 되어 있다.

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

도 1, 7 및 제 8(나)의 상태에서 상기 종동스프로켓하우징(300)의 종동스프로켓(310)이 페달축과 연결된 체인에 의하여 정회전되면, 종동스프로켓하우징(300)이 정회전되면서 종동스프로켓하우징(300)의 돌기(301)들이 정회전(도 7에서는 역회전)하여 폴장착링(50)의 바깥쪽폴(52)이 링기어(60)의 래치트이빨부(61)와 걸림 결합되고, 안쪽폴(51)은 상기 래치트휠(40)을 해지되어, 폴장착링(50)이 정회전함에 따라서 결국 허브셸(200)에 고정된 링기어(60)를 정회전시키어 뒷바퀴를 정구동시킬 수 있게 된다.

이때, 클러치(400)의 변환돌기(401)들은 제 2캐리어(20)와 태양기어(30)의 사이에 위치하고, 또한 클러치(400)의 슬라이드돌기(402)는 상기 래치트휠(40)과 결합되어 있으면서 폴장착링(50)의 안쪽폴(51)이 상기 래치트휠(40)과의 걸림이 해제되어 상기 종동스프로켓(310)의 회전력이 전달되지 않게 된다.

상기의 상태에서 폐달축을 역구동시키면, 종동스프로켓하우징(300)이 역회전되면서 종동스프로켓하우징(300)의 돌기(301)들이 역회전(도 7에서는 정회전)하여 폴장착링(50)의 안쪽폴(51)은 상기 래치트휠(40)과 걸림 결합이 이루어지고, 또한 바깥쪽폴(52)은 링기어(60)의 래치트이빨부(61)와 해제되어, 폴장착링(50)이 역회전을 하나, 허브셸(200)의 링기어(60)에 회전력이 전달되지 않고 공회전을 행하게 된다.

다음, 페달의 역구동에 의하여도 자전거를 전진 구동시키고자 하는 경우에는 핸들 등에 부착되어 있는 조작레버를 역구동위치로 변환시키면, 도 1에서 연동레버(560)가 핀레버(500)를 안쪽으로 밀게 됨에 따라서 도 8(가)와 같이 클러치(400)의 변환돌기(401)가 제 1캐리어(10)의 원주요홈(12)과 결합되어, 제 1캐리어를 회전시킬 수 있는 위치로 변환된다.

따라서, 종동스프로켓(310)이 역회전하면 바깥쪽폴(52)은 링기어(60)의 래치트이빨부(61)와 해제되어, 폴장착링(50)이 역회전을 하면서, 허브셸(200)의 링기어(60)에 회전력이 전달되지 않으나, 종동스프로켓하우징(300)의 돌기(301)들이 역회전(도 7에서는 정회전)하여 폴장착링(50)의 안쪽폴(51)은 상기 래치트휠(40)과 걸림 결합이 이루어짐에 따라서, 래치트휠(40)과 함께 클러치(400)가 역회전하게 된다.

이 클러치(400)의 역회전은 앞서 설명한 바와 같이 클러치(400)의 변환돌기(401)가 제 1캐리어(10)의 원주요홈(12)과 결합으로 인하여, 제 1캐리어(10)의 유성기어(11)에 회전력을 전달하게 되고, 또한 이 제 1캐리어(10)는 태양기어(30), 제 2캐리어(20)의 유성기어(21) 및 허브셸(200)에 고정된 링기어(60)를 정회전으로 변환되어, 허브셸(200)에 고속의 정회전의 구동력을 전달하게 된다.

상기 고속의 정회전에서 저속으로 변환하는 경우에는 클러치(400)의 변환돌기(401)가 태양기어(30)의 원주요홈(31)과 결합되도록 한다.

이때는 앞서 설명한 바와 같이 클러치(400)의 변환돌기(401)가 태양기어(30)의 원주요홈(31)과 결합으로 인하여, 태양기어(30)의 역회전에 의하여 도 1 및 도 6과 같이 안쪽기어부(32)는 제 1캐리어(10)의 유성기어(11)와, 또한 바깥쪽기어부(33)에는 제 2캐리어(20)의 유성기어(21)들이 이맞물림으로 구동시키게 된다.

이때, 제 1캐리어(10)의 유성기어(11)가 구속력이 상실된 상태로 태양기어(30)의 안쪽기어부(32)와 이맞물림구동되고, 반대로 태양기어(30)의 바깥쪽기어부(33)는 제 2캐리어(20)의 유성기어(21)들이 이맞물림으로 구동되어 회전변환에 의하여 허브셸(200)에 고정된 링기어(60)를 정회전시키어, 허브셸(200)에 저속의 정회전의 구동력을 전달하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 종동스프로켓의 정, 역구동력을 변환할 수 있는 구동변환부와, 이 구동변환부의 역구동력을 클리치의 변환에 의하여 정회전 또는 공회전으로 변환하여 허브셸을 정회전 및 공회전의 동력을 전달할 수 있는 역구동속도변환부를 형성하는 동시에, 특히 역구동속도변환부에서는 허브셸에 구동변환부의 역구동력의 전달을 저속 또는 고속의 정회전으로 변환할 수 있도록 되어 있기 때문에, 위와 같이 페달을 시계방향의 반대방향으로 밟으면서 자전거를 전신구동을 행하는 역구동의 변환구동에서 주행 속도를 저속, 공회전 및 고속으로 운전자의 선택에 따라서 주행속도를 변환할 수 있음에 따라서, 자전거 주행자가 자전거를 역구동에 의한 전진운행을 행할 때에 주행효율을 최적화하면서 동시에, 피로를 줄이면서 균형있는 근육발달을 단련할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 자전거 뒷바퀴 허브의 동력 변환장치에 관한 것으로, 더 상세히 말하면 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 역구동속도변환부와 구동변환부를 설치한 후, 이들 두 장치 사이에 클러치를 설치한 것으로서, 자전거를 기존 자전거와 마찬가지로 (정회전 및 공회전)전진 주행시킬 수 있으며, 또한 입력되는 페달축의 역구동력을 항상 한쪽방향(정회전)으로 동력을 출력할 수 있는 동시에, 상기 클러치의 위치변환에 의하여 자전거의 주행 속도를 고속, 저속 및 공회전으로 변환시킬 수 있는 자전거 허브의 동력 변환장치에 관한 것이다.

Claims (10)

1. 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축에 결합된 슬라이드가능한 클러치, 이 클러치가 미끄럼이동 가능하게 장착되는 래치트휠, 이 래치트휠과 걸림결합가능한 폴장착링, 이 폴장착링과 걸림결합가능한 허브셸에 고정된 링기어로 이루어진 구동변환부와;

   상기 허브축에 고정된 제 2캐리어, 상기 클러치에 의하여 단속되는 동시에 상기 제 1캐리어에 회전속도를 변환시켜주는 제 1캐리어 및 태양기어로 구성된 역구동속도변환부;로 이루어져 상기 구동변환부의 역구동을 역구동속도변환부에서 공회전 및 정회전시킬 수 있는 동시에, 이 정회전을 저속 및 고속으로 변환할 수 있도록 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴장착링은 안팎원주면에 안쪽폴과 바깥쪽폴이 고정축들에 각각 유동가능하게 장착되고, 상기 안쪽폴과 바깥쪽폴은 대략 ㄱ자 형상으로 형성되어 한쪽 끝단은 래치트휠의 래치트이빨 및 링기어의 래치트이빨부와 이맞물림이 가능한 이맞물림부가, 또한 다른 한쪽은 종동스프로켓하우징의 등간격의 돌기사이에 끼워져 유동가능한 구형상의 유동부로 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 종동스프로켓하우징의 종동스프로켓이 정회전시에, 폴장착링의 바깥쪽폴이 링기어의 래치트이빨부와 걸림 결합되고, 안쪽폴은 상기 래치트휠을 해지되어, 허브셸의 링기어를 정회전시키어 뒷바퀴를 정구동시킬 수 있도록 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 종동스프로켓하우징의 종동스프로켓이 역회전시에, 안쪽폴은 상기 래치트휠과 걸림 결합되고, 폴장착링의 바깥쪽폴과 링기어의 래치트이빨부는 해지되어, 허브셸의 링기어에 회전력이 전달되지 않고 공회전됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
5. 제 1항에 있어서, 클러치는, 원통형상으로 원주면의 양쪽에 등간격으로 변환돌기와 슬라이드돌기가 각각 일체로 형성되고, 내경의 한쪽은 걸미턱이 형성되어 있으며, 외부에서 조작가능한 핀레버의 첨단에 키이에 의하여 결합되는 유지링과, 이 유지링에 고정되는 고정링과 함께, 클러치스프링에 의하여 탄성력있게 상기 허브축의 슬라이드면에서 축방향으로 슬라이드 이동가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2캐리어는 중앙에 캐리어기어가 고정되어 제 1캐리어의 유성기어들과 이맞물림 구동가능하게 장착되며, 또한 원주방향에는 등간격으로 유성기어들이 회동가능하게 장착되어 허브셸에 고정된 링기어의 기어부와 이맞물림구동 가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 1캐리어는 제 2캐리어의 안쪽에 장착되며, 원주방향으로 유성기어들이 회동가능하게 장착되어, 제 2캐리어의 캐리어기어와, 또한 태양기어와의 이맞물림으로 구동가능하게 형성되어 있고, 한쪽의 내경 측면에 원주요홈이 등간격으로 형성되어, 상기 허브축의 클러치의 변환돌기와 결합가능하게 형성됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 태양기어는, 안팎으로 안쪽기어부와 바깥쪽기어부가 형성되어, 안쪽기어부는 제 1캐리어의 유성기어가, 또한 바깥쪽기어부에는 제 2캐리어의 유성기어들이 이맞물림구동 가능하도록 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 구동변환부에 역구동이 전달되어 클러치가 제 1캐리어와 맞물려 있을 때, 클러치의 역구동력은 제 1캐리어의 유성기어에 회전력을 전달하게 되고, 또한 이 제 1캐리어는 태양기어, 제 2캐리어의 유성기어 및 허브셸에 고정된 링기어를 정회전으로 변환되어, 허브셸에 고속의 정회전의 구동력을 전달함을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.
10. 제 1항 또는 제 9항에 있어서, 상기 구동변환부에 역구동이 전달되어 클러치가 태양기어와 맞물려 있을 때, 클러치의 역구동력은 태양기어의 역회전에 의하여 안쪽기어부는 제 1캐리어의 유성기어와, 또한 바깥쪽기어부에는 제 2캐리어의 유성기어들이 이맞물림으로 구동시키게 되고, 제 1캐리어의 유성기어가 구속력이 상실된 상태로 태양기어의 안쪽기어부와 이맞물림구동되고, 반대로 태양기어의 바깥쪽기어부는 제 2캐리어의 유성기어들이 이맞물림으로 구동되어 회전변환에 의하여 허브셸에 고정된 링기어를 정회전시키어, 허브셸에 저속으로 정회전의 구동력을 전달함을 특징으로 하는 자전거 허브의 동력 변환장치.