KR20140128010A

KR20140128010A - 유성기어식 변속장치

Info

Publication number: KR20140128010A
Application number: KR1020130046580A
Authority: KR
Inventors: 변동환
Original assignee: 변동환
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-05

Abstract

본 발명은 유성기어식 변속장치에 관한 것으로서, 프레임과, 양단부가 상기 프레임의 일측에 고정설치되고, 외면 일측에 제1 통과공이 형성되며, 내부에 수용공간이 형성된 고정축과, 상기 고정축의 수용공간 내에 회전가능하게 설치되고, 외면 일측에 외주를 따라 제1 변속홈이 형성되되, 상기 제1 변속홈 일측에 축방향으로 굴곡진 적어도 하나의 변속구간이 형성되는 변속축과, 상기 변속축의 일측에 연결되어 상기 변속축에 회전력을 제공하는 회전력제공수단과, 일측이 상기 제1 통과공을 통해 상기 제1 변속홈에 삽입되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되는 제1 캠부재와, 일측이 상기 고정축의 일측에 지지되고, 타측이 상기 제1 캠부재 일측에 지지되어 상기 제1 캠부재를 탄성가압하는 탄성부재와, 상기 고정축이 삽입되는 중공이 형성되고 외면과 외주면에 각각 치차가 형성된 태양기어와, 상기 태양기어의 외주면에 형성된 치차와 치차결합된 복수개의 위성기어 및 내면이 상기 위성기어와 치차결합되는 내치기어를 포함하는 다단기어 조립체 및 일측이 상기 제1 캠부재 일측에 지지되고, 상기 고정축의 외면 중 상기 태양기어와 대응되는 위치에 축방향으로 전후이동가능하게 설치되어 외면에 형성된 상기 태양기어의 치차와 치차결합되는 결합위치와, 결합위치로부터 이탈되어 상기 태양기어와 결합이 해제되는 해제위치 사이를 이동하는 변속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 변속축이 회전하는 경우 변속부재와 태양기어가 직결식으로 치차결합되도록 함으로써 태양기어와 변속부재의 결합이 정확하게 이루어질 수 있도록 하여 변속효율이 크게 향상되도록 함과 아울러 고속회전이 요구되는 장치에 사용됨에 따라 변속부재에 큰 부하가 가해지더라도 변속부재와 태양기어의 결합상태가 해제되는 것을 방지할 수 있고, 변속부재가 파손 또는 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

유성기어식 변속장치{A Transmission for Planetary Gear}

본 발명은 유성기어식 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양기어와 변속부재의 결합이 정확하게 이루어질 수 있도록 하여 변속효율이 크게 향상되도록 함과 아울러 고속회전이 요구되는 장치에 사용됨에 따라 변속부재에 큰 부하가 가해지더라도 변속부재와 태양기어의 결합상태가 해제되는 것을 방지할 수 있고, 변속부재가 파손 또는 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 유성기어식 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 변속장치는 두 축 중 어느 하나의 축에서 다른 축으로 회전력을 전달하는 경우 두 축 사이의 각속도(角速度)를 어느 범위 안에서 단계적 또는 무단계적으로 변환하는 장치로서, 자전거와 같은 소형 기계장치에서부터 산업용 장치에 이르기까지 넓은 분야에서 이용되고 있다.

도1은 종래의 변속장치를 도시한 단면도이고, 도2는 종래의 변속장치 중 폴유닛이 유성기어체의 내면에 치차결합된 상태를 도시한 단면도이다.

도1 및 도2에서 보는 바와 같이 종래의 변속장치(100)는 고정축(110)과, 고정축(110)의 외면에 회전가능하게 결합되고 외면에 다수개의 개구(121)가 형성된 변속축(120)과, 고정축(110)에 힌지결합되어 변속축(120)이 회전하는 경우 변속축(120)의 내외측으로 돌출 및 함몰되는 폴유닛(130) 및 변속축(120)이 삽입되는 중공(141)이 형성되고 내면에 치차(142)가 형성되어 폴유닛(130)의 변속축(120)의 외측으로 돌출되는 경우 내면이 폴유닛(130)에 걸림결합되는 복수개의 유성기어체(140)로 구성된다.

이와 같은 종래의 변속장치(100)는 회전력제공수단(130)으로부터 회전력이 제공되어 변속축(120)이 회전하는 경우 도2에서 보는 바와 같이 개구(121)가 형성된 방향으로 형성된 변속축(120)의 경사면에 의해 폴유닛(130)이 변속축(120)의 외측으로 돌출되고, 돌출된 폴유닛(130)이 유성기어체(140)의 내면, 즉 태양기어의 내면에 형성된 치차(142)에 걸림결합되어 태양기어가 회전되지 않도록 함으로써 변속이 이루어지도록 하는 구조를 취하고 있다.

그러나, 종래의 변속장치(100)는 변속축(120)이 회전하는 동안 고정축(110)에 함몰된 폴유닛(130)이 변속축(120)의 경사면에 걸리지 않아 폴유닛(130)이 돌출되지 않음으로써 변속동작이 이루어지지 못하는 경우가 발생할 수 있었다.

또한, 종래의 변속장치(100)는 폴유닛(130)이 변속축(120)의 경사면에 지속적으로 마찰됨에 따라 변속축(120)의 개구(121) 또는 경사면이 형상이 변형되거나 폴유닛(130)의 형상의 변형되면서 그 수명이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 변속장치(100)는 고속회전이 요구되는 장치의 경우 태양기어에 큰 힘이 가해지는 바 폴유닛(130)이 태양기어의 내면에 걸림결합되는 경우 태양기어에 가해지는 힘이 폴유닛(130)에 전달되고, 이에 따라 폴유닛(130)에 큰 부하가 걸리게 되면서 폴유닛(130)이 파손 또는 손상되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양기어와 변속부재의 결합이 정확하게 이루어질 수 있도록 하여 변속효율이 크게 향상되도록 함과 아울러 고속회전이 요구되는 장치에 사용됨에 따라 변속부재에 큰 부하가 가해지더라도 변속부재와 태양기어의 결합상태가 해제되는 것을 방지할 수 있고, 변속부재가 파손 또는 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 유성기어식 변속장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 장착대상물의 일측에 회전되지 않게 고정설치되고, 외면 일측에 내측방향으로 제1 통과공이 형성되며, 내부에 수용공간이 형성된 고정축과, 상기 고정축의 수용공간에 회전가능하게 설치되고, 외면 일측에 외주를 따라 제1 변속홈이 형성되되, 상기 제1 변속홈 일측에 축방향으로 굴곡진 적어도 하나의 변속구간이 형성되는 변속축과, 일측이 상기 제1 통과공을 통해 상기 제1 변속홈에 삽입되고, 상기 변속축의 회전에 따라 상기 고정축의 축방향으로 전후 이동되는 제1 캠부재와, 상기 고정축이 삽입되는 중공이 형성되는 태양기어와, 캐리어와, 상기 캐리어의 일측에 회전가능하게 결합되고 상기 태양기어의 외주와 치차결합되는 위성기어 및 내면이 상기 위성기어와 치차결합되는 내치기어를 포함하되, 상기 태양기어 또는 상기 캐리어는 일면에 축방향으로 요철의 돌기가 돌출형성된 기어 조립체와, 일측이 상기 제1 캠부재 일측에 지지되고, 상기 태양기어 또는 상기 캐리어와 대향되는 일면에 요철의 돌기가 형성되어 상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 어느 하나의 돌기와 치차결합되는 결합위치와, 상기 결합위치로부터 이탈되어 상기 태양기어 또는 상기 캐리어와 결합이 해제되는 해제위치 사이를 이동하는 제1 변속부재 및 상기 제1 변속부재를 제1 캠부재 방향으로 탄성가압하는 탄성부재를 갖는 유성기어식 변속장치를 제공한다.

그리고, 상기 고정축은 외주면에 축방향을 따라 적어도 하나의 가이드홈이 형성되고, 상기 변속부재는 일측으로부터 돌기부가 돌출형성되며, 상기 돌기부가 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 수용공간 내에 회전불가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 상기 변속부재와 대향되는 어느 하나는 양면에 상기 변속부재와 치차 결합되는 요철의 돌기가 돌출형성될 수 있다.

아울러, 상기 다단기어 조립체는 각각 태양기어와 위성기어 및 내치기어를 포함하는 제1 유성기어 조립부 및 제2 유성기어 조립부로 구성되고, 상기 제1 유성기어 조립부 및 상기 제2 유성기어 조립부 사이에 개재되어 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 제1 유성기어조립부 및 상기 제2 유성기어 조립부가 상호 결합 또는 결합해제 되도록 하는 직결클러치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정축은 타측에 제2 통과공이 형성되고, 상기 변속축은 상기 제2 통과공과 대응되는 외면 일측에 외주를 따라 제2 변속홈이 형성되며, 상기 직결클러치는 일측이 상기 제2 통과공을 통해 상기 제2 변속홈에 삽입되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되는 한 쌍의 제2 캠부재와, 상기 한 쌍의 제2 캠부재 사이에 한 쌍이 배치되어 일측이 상기 한 쌍의 제2 캠부재에 각각 지지되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되면서 상기 제1 유성기어 조립부의 태양기어 및 상기 제2 유성기어 조립부의 태양기어 외면 일측에 형성된 치차에 각각 치차결합 또는 결합해제되는 클러치유닛 및 상기 한 쌍의 클러치 유닛 사이에 개재되어 상기 각 클러치 유닛 방향으로 탄성력을 인가하는 탄성유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정축은 외면 일측에 외주를 따라 구동홈이 형성되되, 상기 구동홈 일측에 상기 축방향으로 굴곡진 변속구간이 형성되고, 상기 태양기어와, 위성기어 및 내치기어를 포함하는 2단기어 조립체 및 상기 고정축의 선단과 대응되는 위치에 설치되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되면서 상기 2단기어 조립체의 태양기어 일측에 결합 또는 결합해제 되는 변속유닛을 더 포함하되, 상기 변속유닛은 상기 구동홈과 대응되는 상기 고정축의 외면을 감싸도록 결합되고, 내면 일측이 상기 변속축의 선단에 치차결합되어 상기 변속축이 회전하는 경우 동반회전하면서 전후방향으로 이동되는 링체와, 상기 링체 일측을 관통하고, 하단부가 상기 구동홈에 삽입되는 제1 핀부재와, 상기 고정축의 외면 중 상기 2단기어 조립체의 태양기어와 대응되는 위치에 축방향으로 전후이동가능하게 설치되고, 상기 링체가 전후이동되는 경우 상기 링체와 전후방향으로 동반이동되어 상기 2단기어 조립체의 태양기어 일측에 결합 또는 결합해제 되는 고정유닛과, 상기 링체 일측을 관통하고, 하단부가 상기 고정유닛 일측에 결합되는 제2 핀부재 및 일단이 상기 고정축 일측에 지지되고, 타단이 상기 고정유닛 일측에 지지되며, 상기 고정유닛을 상기 2단기어 조립체 방향으로 탄성가압하는 탄성가압부를 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 고정축은 내면 일측에 미리 설정된 각도로 복수개의 지지홈이 형성되고, 상기 변속축의 일측에 관통설치되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 동반 회전하면서 상기 복수개의 지지홈 중 어느 하나의 지지홈에 지지되는 볼플런져를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 변속축이 회전하는 경우 변속부재와 태양기어가 직결식으로 치차결합되도록 함으로써 태양기어와 변속부재의 결합이 정확하게 이루어질 수 있도록 하여 변속효율이 크게 향상되도록 함과 아울러 고속회전이 요구되는 장치에 사용됨에 따라 변속부재에 큰 부하가 가해지더라도 변속부재와 태양기어의 결합상태가 해제되는 것을 방지할 수 있고, 변속부재가 파손 또는 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래의 변속장치를 도시한 단면도,
도2는 종래의 변속장치 중 폴유닛이 유성기어체의 내면에 치차결합된 상태를 도시한 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 사시도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 분해사시도,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 다단기어 조립체 및 2단기어 조립체를 도시한 분해사시도,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 단면 사시도,
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축, 변속축, 캠부재, 탄성부재 및 변속부재를 도시한 분해사시도,
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 다단기어 조립체의 분해사시도,
도9는 본 발명의 일실시예에 따른 직결클러치의 분해사시도,
도10은 본 발명의 일실시예에 따른 2단기어 조립체의 분해사시도,
도11a 및 도11b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속부재가 동작되는 상태를 도시한 도면,
도12a 및 도12b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속유닛이 동작되는 상태를 도시한 도면.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 사시도이고, 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 분해사시도이며, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 다단기어 조립체 및 2단기어 조립체를 도시한 분해사시도이고, 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 단면 사시도이며, 도7은 본 발명의 일실시예에 따른 고정축, 변속축, 캠부재, 탄성부재 및 변속부재를 도시한 분해사시도이고, 도8은 본 발명의 일실시예에 따른 다단기어 조립체의 분해사시도이며, 도9는 본 발명의 일실시예에 따른 직결클러치의 분해사시도이고, 도10은 본 발명의 일실시예에 따른 2단기어 조립체의 분해사시도이다.

도3 내지 도10에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치는 프레임(미도시)과, 고정축(10)과, 변속축(20)과, 회전력제공수단(30)과, 캠부재(40)와, 탄성부재(50)와, 다단기어 조립체(60)와, 변속부재(70)와, 2단기어 조립체(80) 및 변속유닛(90)를 포함하여 구성된다.

프레임(미도시)은 변속장치가 설치되는 장치, 즉 자전거, 자동차등의 본체가 될 수 있으며, 후술하는 고정축을 고정하는 역할을 한다.

고정축(10)은 대략 봉형상으로 형성되고, 양단부가 프레임(미도시)의 일측에 고정설치되며, 외면 중 후술하는 제1 캠유닛(41) 및 제2 캠유닛(42)와 대응되는 일측에 형성되는 제1 통과공(11), 후술하는 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44)과 대응되는 일측에 형성되는 제2 통과공(12) 및 후술하는 제5 캠유닛(45) 및 제6 캠유닛(46) 및 변속축(20)의 선단과 대응되는 일측에 형성되는 제3 통과공(13)을 포함하며, 통과공이 형성되지 않은 외면 타측에 축방향을 따라 복수개의 가이드홈(16)이 형성된다.

그리고, 고정축(10)은 후단으로부터 축방향으로 수용홈이 형성되어 내부에 후술하는 변속축(20)이 삽입설치되는 수용공간(17)이 형성된다.

이와 같은 고정축(10)은 변속축(20)의 수용공간(17)을 제공하면서도 변속축(20)이 용이하게 회전할 수 있도록 변속축(20)을 지지하는 역할을 함과 아울러 가이드홈(16)에 삽입된 변속부재(70)의 가이드돌기(72) 일측을 지지하여 변속부재(70)가 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.

아울러, 고정축(20)은 후술하는 변속축(20)의 선단과 대응되는 외면에 외주를 따라 구동홈(14)이 형성되되, 구동홈(14)은 일측에 축방향으로 굴곡지게 형성된 구동구간(14a)이 형성된다.

또한, 상기한 고정축(10)은 내면 일측이 미리 설정된 각도로 복수개의 지지홈(15)이 형성된다.

변속축(20)은 대략 봉형상으로 형성되고, 선단부에 외면을 따라 치차(20a)가 형성되며, 후단부에는 후술하는 회전력제공수단(30)의 로프(31)가 결합되는 나선상의 회전홈(20b)이 형성된다.

그리고, 변속축(20)은 외면 일측에 외주를 따라 복수개의 변속홈이 형성되는데, 본 발명의 일실시예에 따른 변속축은 후단부로부터 제1 변속홈(21), 제2 변속홈(22), 제3 변속홈(23), 제4 변속홈(24), 제5 변속홈(25), 제6 변속홈(26)을 포함하여 총 6개의 변속홈을 갖는 것으로 설명하도록 한다.

이와 같은 각 변속홈(21,22,23,24,25,26)은 미리 설정된 위치에 축방향으로 굴곡진 변속구간(C)이 형성되어 후술하는 캠부재(40)가 변속구간(C)에 의해 축방향으로 이동되도록 함으로써 캠부재(40)에 지지된 변속부재(C)가 다단기어 조립체(60)의 태양기어에 결합되도록 하는 역할을 한다.

그리고, 변속축(20)은 내부에 볼플런져(27)가 관통설치되는데, 이러한 볼플런져(27)는 변속축(20)이 회전하는 경우 복수개의 지지홈(15) 중 어느 하나의 지지홈(15)에 지지되면서 변속축(20)이 미리 설정된 각도로 정확하게 회전할 수 있도록 하는 역할을 한다.

회전력제공수단(30)은 일측이 회전홈(20b)에 삽입되어 변속축(20)의 후단에 결속되는 로프(31)와, 로프(31)의 양단부에 각각 결합되어 로프(31)의 양단을 교대로 상하방향으로 당기는 동력부(32)를 포함하여 구성되며, 로프(31)의 양단부를 교대로 당김으로써 변속축(20)에 회전력을 제공하는 역할을 한다.

캠부재(40)는 앞서 설명한 6개의 변속홈(21,22,23,24,25,26) 및 구동홈(14)에 각각 하나씩 설치되는 것으로서, 변속축(20)의 후단부로부터 각각 제1 캠유닛(41), 제2 캠유닛(42), 제3 캠유닛(43), 제4 캠유닛(44), 제5 캠유닛(45), 제6 캠유닛(46)이 설치된다.

여기서 제1 캠유닛(41)을 일 예로 설명하면, 제1 캠유닛(41)은 상면 일측에 지지턱(41aa)이 형성된 몸체(41a)와, 몸체(41)의 저면으로부터 하방으로 연장형성되어 고정축(10)의 통과공(11)을 통해 변속홈(21)에 삽입되는 지지핀(41b)을 포함하여 구성되며, 후술하는 변속부재(70)를 지지한 상태에서 변속축(20)이 회전하여 지지핀(41b)이 변속구간(C)에 위치하는 경우 축방향으로 이동됨으로써 변속부재(70)가 동반 이동되어 변속부재(70)와 태양기어(61ac)에 결합되도록 하는 역할을 한다.

한편, 다른 캠유닛, 즉 제2 캠유닛(42), 제3 캠유닛(43), 제4 캠유닛(44), 제5 캠유닛(45) 및 제6 캠유닛(46) 또한 제1 캠유닛(41)과 동일한 구조를 취하고 있으나, 도면상에는 도면 식별의 편의성을 제공하기 위해 제1 캠유닛(41)에만 구체적인 구성번호를 기재하도록 한다.

탄성부재(50)는 고정축(10)과 변속부재(70) 또는 변속부재(70)와 변속부재(70) 사이에 개재되어 변속부재(70)에 축방향으로 탄성력을 제공하는 것으로서, 캠부재(40)가 변속구간에 위치하는 경우 변속부재(70)를 탄성가압함으로써 변속부재(70)가 고정축의 축방향으로 이동되도록 하는 역할을 하는데, 이와 같은 탄성부재(50)는 일반적인 코일스프링 또는 웨이브 스프링이 사용될 수 있다.

다단기어 조립체(60)는 제1 캠유닛(41), 제2 캠유닛(42) 및 제3 캠유닛(43)과 대응되는 고정축(10) 일측에 결합되는 제1 유성기어 조립부(61)와, 제4 캠유닛(44), 제5 캠유닛(45) 및 제6 캠유닛(46)과 대응되는 고정축(10) 일측에 결합되는 제2 유성기어 조립부(62) 및 제1 유성기어 조립부(61)과 제2 유성기어 조립부(62) 사이에 개재되는 직결클러치(63)를 포함하여 구성되며, 후술하는 변속부재(70)와 결합되어 변속이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

제1 유성기어 조립부(61)는 다시 입력측 유성기어 조립체(61a)와, 출력측 유성기어 조립체(61b)를 포함하여 구성되는데, 이와 같은 입력측 유성기어 조립체(61a) 및 출력측 유성기어 조립체(61b)는 각각 캐리어(61aa, 61ba)와, 캐리어(61aa, 61ba)의 각 꼭지점 부근에 축결합되는 복수개의 위성기어(61ab, 61bb) 및 중앙에 배치되어 외주면이 위성기어(61ab, 61bb)에 치차 결합되고 고정축(10)이 삽입되는 중공이 형성된 태양기어(61ac,61bc)와, 위성기어(61ab 61bb)를 감싸도록 형성되고 내면이 위성기어(61ab, 61bb)에 치차 결합되는 내치기어(61ad,61bd)를 포함하여 구성된다.

여기서 출력측 내치기어(61bd)는 입력측 캐리어(61aa)와 일체로 결합되고, 입력측 내치기어(61ad)는 출력측 내치기어(61bd)를 감싸도록 형성되고 일측이 출력측 캐리어(61ba)에 일체로 결합된다.

그리고, 입력측 유성기어 조립체(61a) 및 출력측 유성기어 조립체(61b)의 각 태양기어(61ac,61bc)는 양면 일측 중 중공이 형성된 부근에 각각 원형상으로 복수개의 치차(61ac',61bc')가 형성되는데, 이와 같은 치차(61ac',61bc')는 후술하는 변속부재(70)와 치차 결합되어 변속이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

제2 유성기어 조립부(62)는 앞서 설명한 제1 유성기어 조립부(61)와 같이 입력측 유성기어 조립체(62a)와, 출력측 유성기어 조립체(62b)를 포함하는 것으로서, 입력측 유성기어 조립체(62a) 및 출력측 유성기어 조립체(62b)의 구성은 제1 유성기어 조립부(61)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

한편, 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 태양기어(61bc) 및 제2 유성기어 조립부(62)의 입력측 태양기어(62ac)는 양면에 각각 요철의 돌기 즉 치차(61bc')가 형성되어 양면의 치차가 각각 직결클러치(63)와 변속부재(70)와 치차 결합되는데, 변속부재(70)가 결합되는 경우 변속이 이루어지며, 직결클러치(63)가 결합되는 경우에는 한 쌍의 클러치 유닛(63b)이 하나만 결합되느냐, 한 쌍이 동시에 결합되느냐에 따라 변속되거나 제1 유성기어 조립부(61) 및 제2 유성기어 조립부(62)가 직결되도록 한다.

이때, 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 태양기어(61bc) 및 제2 유성기어 조립부(62)의 입력측 태양기어(62ac)는 변속과 직결, 또는 가감속의 변속이 동시에 이루어지지 않도록 직결클러치(63)와 변속부재(70)와 동시에 결합되지 않도록 설계된다.

직결클러치(63)는 제1 유성기어 조립부(61)와 제2 유성기어 조립부(62) 사이에 설치되고 중앙에 설치공(63aa)이 형성된 몸체부(63a)와, 몸체부(63a)의 내부에 고정축(10) 방향으로 전후이동가능하게 설치되고 일측이 근접한 캐리어와 연결되며 외면 일측에 제1 유성기어조립부(61) 및 제2 유성기어 조립부(62)의 태양기어 치차(61ac',61bc')와 대응되는 형상의 치차(63ba)가 형성된 한 쌍의 클러치 유닛(63b) 및 한 쌍의 클러치 유닛(63b) 사이에 개재되어 각 클러치(63b) 유닛방향으로 탄성력을 인가하는 탄성유닛(63c)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 직결클러치(63)는 고정축(10)의 일측 중 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44)과 대응되는 위치, 다시 말하면 제1 유성기어 조립부(61)와 제2 유성기어 조립부(62) 사이에 회전가능하게 설치되어 변속축(20)이 회전하는 경우 일정 위치에서 제1 유성기어 조립부(61)와 제2 유성기어 조립부(62)의 태양기어 치차(61ac',61bc')에 각각 치차 결합되어 캐리어와 태양기어가 일체로 결합되도록 하거나 제1 유성기어 조립부(61)와 제2 유성기어 조립부(62)가 일체로 결합되도록 하는 역할을 한다.

다시 말하면, 한 쌍의 클러치 유닛(63b) 중 제1 유성기어 조립부(61)와 대향되는 클러치 유닛(63b)이 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 태양기어 치차(61ac')에 결합되거나 한 쌍의 클러치 유닛(63b) 중 제2 유성기어 조립부(62)와 대향되는 클러치 유닛(63b)이 제2 유성기어 조립부(62)의 입력측 태양기어(62ac) 치차(62ac')에 결합될 수 있는데, 이와 같이 한 쌍의 클러치 유닛((63b) 중 어느 하나의 클러치 유닛만 태양기어에 치차 결합되는 경우 무단, 즉 입력측 힘이 가감없이 그대로 출력되도록 하며, 한 쌍의 클러치 유닛(63b)이 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 태양기어와, 제2 유성기어 조립부(62)의 입력측 태양기어에 동시에 결합되는 경우 제1 유성기어 조립부(61)와 제2 유성기어 조립부(62)가 일체로 결합되도록 한다.

변속부재(70)는 대략 링형상으로 형성되고, 외면에 태양기어의 치차와 결합하기 위한 치차(71)가 형성되며, 복수개가 제1 캠유닛(41), 제2 캠유닛(42), 제5 캠유닛(45), 제6 캠유닛(46) 대응되는 위치에 각각 설치되어 일측이 각 캠유닛(41,42,45,46)의 지지턱에 지지된다.

이에 변속부재(70)는 캠부재(40)가 고정축 방향으로 이동되는 경우 상기한 탄성부재(50)에 의해 캠부재(40)와 동반 이동되면서 대향되는 태양기어에 각각 치차결합되는데, 이와 같은 변속부재(70)의 동작은 후술하는 동작설명에서 상세하게 설명하도록 한다.

아울러, 변속부재(70)는 내면 일측으로부터 가이드돌기(72)가 돌출형성되어 상기한 가이드돌기(72)가 고정축(10)의 가이드홈(16)에 삽입되는데, 이와 같이 가이드돌기(72)가 고정축(10)의 가이드홈(16)에 삽입됨에 따라 회전이 방지되어 대향되는 태양기어와 각각 치차 결합되는 경우 결합된 태양기어가 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 변속부재(70)가 고정축(10)에 회전되지 않게 고정설치되는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명의 변속부재(70)는 고정축(10)에 회전가능하게 결합되고, 일측이 인접한 캐리어의 일측에 연결되어 캠부재(40)에 의해 태양기어에 결합되는 경우 캐리어와 태양기어가 동시에 회전되도록 함으로써 무단으로 입력된 힘 그대로 출력되도록 할 수 있다.

2단기어 조립체(80)는 캐리어(81)와, 캐리어(81)의 각 꼭지점 부근에 축결합되는 복수개의 위성기어(82)와, 중앙에 배치되고 위성기어(82)에 치차결합되는 태양기어(83) 및 내면이 위성기어에 치차결합되는 내치기어(84)를 포함하여 구성되는데, 이와 같은 2단기어 조립체(80)는 내치기어(84)의 일측으로부터 결합돌기(84a)가 형성되어 내치기어(84)가 제2 유성기어 조립부(62)의 일측에 일체로 결합된다.

변속유닛(90)은 구동홈(14)과 대응되는 고정축(10)의 외면 일측에 설치되는 링체(91)와, 링체(91) 일측을 관통하고 하단부가 구동홈(14)에 삽입되는 제1 핀부재(92)와, 고정축(10)의 외면 중 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)와 대응되는 위치에 축방향으로 전후이동가능하게 설치되는 고정유닛(93)과, 일단이 고정축(10) 일측에 지지되고 타단이 고정유닛(93) 일측에 지지되어 고정유닛(93)과, 링체(91)의 타측을 관통하고 하단부가 고정유닛(93)의 일측에 지지되는 제2 핀부재(94) 및 2단기어 조립체(80) 방향으로 고정유닛(93)을 탄성가압하는 탄성가압부(95)를 포함하여 구성되며, 변속축(20) 회전시 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)에 치차결합되면서 변속되도록 하는 역할을 한다.

여기서 링체(91)는 내면에 치차가 형성되고, 보조기어(S)에 의해 변속축(20) 선단의 치차(20a)와 치차결합되어 변속축(20)이 회전하는 경우 변속축(20)과 동반 회전하면서 고정축(10)의 축방향으로 전후이동된다.

제1 핀부재(92)는 하단부가 구동홈(14)에 삽입됨에 따라 링체(91)가 회전하는 경우 구동구간(14a)이 형성된 구동홈(14)을 따라 돌면서 링체(91)가 고정축(10)의 축방향을 따라 전진하여 고정유닛(93)이 2단 기어 조립체(80)의 태양기어(82)와 치차결합되는 고정위치로 이동되도록 하는 역할을 한다.

고정유닛(93)은 대략 중공이 형성된 원판형상으로 형성되고, 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)와 대향되는 면에 치차(93a)가 형성되어 링체(90)가 고정축(10)의 축방향을 따라 전진하는 경우 동반 이동되면서 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)와 치차결합되어 변속이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

제2 핀부재(94)는 링체(91)가 고정축(10)의 축방향을 따라 후진하는 경우 고정유닛(93)을 당기면서 고정위치로부터 이탈, 즉 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)와 고정유닛(93)의 결합상태가 해제되도록 하는 역할을 한다.

탄성가압부(95)는 링체(90)가 고정축(10)의 축방향을 따라 전진하는 경우 고정유닛(93)을 2단기어 조립체(80) 방향으로 가압하여 고정유닛(93)이 2단기어 조립체(80)의 태양기어(82)와 치차결합되도록 하는 역할을 한다.

하우징(H)은 상기한 다단기어조립체(60) 및 2단기어 조립체(80)를 감싸도록 형성되고 2단기어 조립체(80)의 내치기어(84)와 핀결합되며 동력을 외부로 전달하기 위한 플랜지를 갖는 본체(h1)와, 다단기어 조립체(60)을 외부와 격리하고 위해물질로부터 차단하기 위해 본체(h1)을 밀봉하는 뚜껑(h2)로 구성된다.

이와 같은 하우징(H)은 2단기어 조립체(80)의 내치기어(84)로부터 전달되는 회전력을 스프라켓 또는 벨트와 같은 동력전달부재를 통해 외부에 동력을 전달하는 역할을 한다.

도11a 및 도11b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속부재가 동작되는 상태를 도시한 도면이고, 도12a 및 도12b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속유닛이 동작되는 상태를 도시한 도면이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 유성기어식 변속장치의 동작을 첨부된 도11a 내지 도12b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외력이 입력된 상태에서 회전력제공수단(30)이 구동되면, 로프(31)의 양단이 각각 상하방으로 이동되면서 변속축(20)이 회전하게 된다.

여기서 제1 캠유닛(41)을 일예로 하여 변속이 이루어지는 동작을 살펴보면, 변속축(20)이 회전하여 제1 캠유닛(41) 변속구간(C)에 위치하는 경우 도11a에서 보는 바와 같이 탄성부재(50)에 의해 제1 캠유닛(41)이 고정축(10)의 후단방향으로 이동되고, 제1 캠유닛(41)이 고정축(10)의 후단방향으로 이동됨에 따라 일측이 제1 캠유닛(41)에 지지된 변속부재(70) 또한 고정축(10)의 후단방향으로 동반이동되면서 도11b에서 보는 바와 같이 제1 유성기어 조립부(61)의 입력측 태양기어(61ac)에 치차결합된다.

이와 같이 변속부재(70)가 제1 유성기어 조립부(61)의 입력측 태양기어(61ac)에 치차결합됨에 따라 태양기어(61ac)의 회전이 정지되면서 변속이 이루어지게 된다.

그리고, 변속축(20)이 다시 회전하여 제1 캠유닛(41)이 변속구간(C)으로부터 이탈되는 경우 제1 캠유닛(41)이 고정축(10)의 선단방향으로 후퇴되고, 변속부재(70) 또한 고정축(10)의 선단방향으로 동반 후퇴되면서 제1 유성기어 조립부(61)의 입력측 태양기어(61ac)와 변속부재(70)간 결합상태가 해제됨으로써 제1 유성기어 조립부(61)가 공회전하여 변속상태가 해제된다.

아울러, 제2 캠유닛(42), 제5 캠유닛(45) 및 제6 캠유닛(46)또한 제1 캠유닛(41)과 동일한 방식으로 동작되는 것으로 이에 따른 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 변속동작 및 제2 유성기어 조립부(62)의 입,출력측 변속동작은 생략하도록 한다.

한편, 직결클러치(63)의 동작을 살펴보면, 일예로 변속축(20)이 회전함에 따라 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44) 중 제3 캠유닛(43)이 변속구간(C)에 위치하는 경우 제3 캠유닛(43)의 고정축(10)의 후단방향으로 이동됨에 따라 한 쌍의 클러치 유닛(63b) 중 제1 유성기어 조립체(61)의 출력측 태양기어(61bc)와 대응되는 클러치 유닛이 제1 유성기어 조립체(61)의 출력측 태양기어(61bc)와 결합되면서 캐리어(61ba)와 태양기어(61bc)이 동시에 회전함으로써 무단으로 입력된 힘이 그대로 출력된다.

또한, 변속축(20)이 회전함에 따라 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44)이 동시에 변속구간(C)에 위치하는 경우 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44)이 각각 탄성부재(50)에 의해 고정축(10)의 선단방향과 고정축(10)의 후단방향으로 이동, 즉 상호 멀어지는 방향으로 이동되고, 이에 따라 제3 캠유닛(43) 및 제4 캠유닛(44)에 지지된 한 쌍의 클러치유닛(63b) 또한 상호 멀어지는 방향으로 이동된다.

이에 제1 유성기어 조립부(61)의 출력측 태양기어(61bc)와 제2 유성기어 조립부(62)의 입력측 태양기어(62ac)에 각각 치차 결합되면서 제1 유성기어 조립부(61) 및 제2 유성기어 조립부(62)가 상호 직결되도록 하여 변속단수가 증대되도록 한다.

마지막으로 2단기어 조립체(80)의 변속동작을 살펴보면, 변속축(20)이 회전함에 따라 변속축(20)에 치차결합된 보조기어(S)가 회전되고, 내면 일측이 보조기어(S)에 치차결합된 링체(91)가 동반 회전된다.

링체(91)가 회전함에 따라 제1 핀부재(92)가 구동홈(14)을 따라 이동되면서 도12a에서 보는 바와 같이 구동구간(14a)에 의해 링체(91)가 구동축(20)의 후단방향으로 이동되고, 링체(91)가 고정축(20)의 후단방향으로 이동함에 따라 탄성가압부(95)에 의해 고정유닛(93) 또한 고정축(20)의 후단방향으로 이동되면서 도12b에서 보는 바와 같이 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)에 치차결합되어 변속이 이루어진다.

아울러, 변속축(20)이 반대방향으로 회전하는 경우 링체(91)가 고정축(20)의 선단방향으로 후퇴하고, 이에 따라 고정유닛(93)이 제2 핀부재(94)에 의해 링체(91)의 이동방향으로 동반 이동되면서 2단기어 조립체(80)의 태양기어(83)와 결합상태가 해제된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 유성기어식 변속장치 10 : 고정축
11 : 제1 통과공 12 : 제2 통과공
13 : 제3 통과공 14 : 구동홈
15 : 지지홈 15 : 가이드홈
17 : 수용공간 20 : 변속축
21 : 제1 변속홈 22 : 제2 변속홈
23 : 제3 변속홈 24 : 제4 변속홈
25 : 제5 변속홈 26 : 제6 변속홈
C : 변속구간 27 : 볼플런져
20a : 치차 20b : 회전홈
30 : 회전력제공수단 31 : 로프
32 : 동력부 40 : 캠부재
41 : 제1 캠유닛 41a : 몸체
41b : 지지핀 42 : 제2 캠유닛
43 : 제3 캠유닛 44 : 제4 캠유닛
45 : 제5 캠유닛 46 : 제6 캠유닛
50 : 탄성부재 60 : 다단기어 조립체
61 : 제1 유성기어 조립부 61a : 입력측 유성기어 조립체
61aa : 캐리어 61ab : 위성기어
61ac : 태양기어 61ad : 내치기어
61b : 출력측 유성기어 조립체 61ba : 캐리어
61bb : 위성기어 61bc : 태양기어
61bd : 내치기어 62 : 제2 유성기어 조립부
62a : 입력측 유성기어 조립부 62b : 출력측 유성기어 조립부
63 : 직결클러치 63a : 몸체부
63aa : 설치공 63b : 클러치유닛
63c : 탄성유닛 70 : 변속부재
71 : 치차 72 : 가이드돌기
80 : 2단기어 조립체 81 : 캐리어
82 : 위성기어 83 : 태양기어
84 : 내치기어 90 : 변속유닛
91 : 링체 92 : 제1 핀부재
93 : 고정유닛 94 : 제2 핀부재
95 : 탄성가압부

Claims

장착대상물의 일측에 회전되지 않게 고정설치되고, 외주면에 축방향을 따라 적어도 하나의 가이드홈이 형성되며, 외면 일측에 내측방향으로 제1 통과공이 형성되며, 내부에 수용공간이 형성된 고정축과;
상기 고정축의 수용공간에 회전가능하게 설치되고, 외면 일측에 외주를 따라 제1 변속홈이 형성되되, 상기 제1 변속홈 일측에 축방향으로 굴곡진 적어도 하나의 변속구간이 형성되는 변속축과;
일측이 상기 제1 통과공을 통해 상기 제1 변속홈에 삽입되고, 상기 변속축의 회전에 따라 상기 고정축의 축방향으로 전후 이동되는 제1 캠부재와;
상기 고정축이 삽입되는 중공이 형성되는 태양기어와, 캐리어와, 상기 캐리어의 일측에 회전가능하게 결합되고 상기 태양기어의 외주와 치차결합되는 위성기어 및 내면이 상기 위성기어와 치차결합되는 내치기어를 포함하되, 상기 태양기어 또는 상기 캐리어는 일면에 축방향으로 요철의 치차가 돌출형성된 기어 조립체와;
일측이 상기 제1 캠부재 일측에 지지되고, 일측으로부터 돌출된 돌기부가 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 고정축 일측에 회전불가능하게 설치되며, 상기 태양기어 또는 상기 캐리어와 대향되는 일면에 요철의 치차가 형성되어 상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 어느 하나의 치차와 치차결합되는 결합위치와, 상기 결합위치로부터 이탈되어 상기 태양기어 또는 상기 캐리어와 결합이 해제되는 해제위치 사이를 이동하는 변속부재; 및
상기 변속부재를 제1 캠부재 방향으로 탄성가압하는 탄성부재를 갖는 유성기어식 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 상기 변속부재와 대향되는 어느 하나는 양면에 상기 변속부재와 치차 결합되는 요철의 치차가 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 변속부재는 상기 치차가 일방향으로 경사지게 형성되어 미리 설정된 방향으로 회전하는 경우 상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 어느 하나의 치차와 치차결합되고, 미리 설정된 방향과 반대방향으로 회전하는 경우 상기 태양기어 또는 상기 캐리어 중 어느 하나의 치차와 결합이 해제되는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 변속부재는 일측이 상기 캐리어의 일측에 연결되고, 상기 고정축의 일측에 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 다단기어 조립체는 각각 태양기어와 위성기어 및 내치기어를 포함하는 제1 유성기어 조립부 및 제2 유성기어 조립부로 구성되고,
상기 제1 유성기어 조립부 및 상기 제2 유성기어 조립부 사이에 개재되어 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 제1 유성기어조립부 및 상기 제2 유성기어 조립부가 상호 결합 또는 결합해제 되도록 하는 직결클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제5항에 있어서,
상기 고정축은 타측에 제2 통과공이 형성되고, 상기 변속축은 상기 제2 통과공과 대응되는 외면 일측에 외주를 따라 제2 변속홈이 형성되며,
상기 직결클러치는
일측이 상기 제2 통과공을 통해 상기 제2 변속홈에 삽입되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되는 한 쌍의 제2 캠부재와;
상기 한 쌍의 제2 캠부재 사이에 한 쌍이 배치되어 일측이 상기 한 쌍의 제2 캠부재에 각각 지지되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되면서 상기 제1 유성기어 조립부의 태양기어 및 상기 제2 유성기어 조립부의 태양기어 외면 일측에 형성된 치차에 각각 치차결합 또는 결합해제되는 클러치유닛; 및
상기 한 쌍의 클러치 유닛 사이에 개재되어 상기 각 클러치 유닛 방향으로 탄성력을 인가하는 탄성유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 고정축은 외면 일측에 외주를 따라 구동홈이 형성되되, 상기 구동홈 일측에 상기 축방향으로 굴곡진 변속구간이 형성되고,
상기 태양기어와, 위성기어 및 내치기어를 포함하는 2단기어 조립체; 및
상기 고정축의 선단과 대응되는 위치에 설치되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 상기 고정축의 축방향으로 전후이동되면서 상기 2단기어 조립체의 태양기어 일측에 결합 또는 결합해제 되는 변속유닛을 더 포함하되,
상기 변속유닛은
상기 구동홈과 대응되는 상기 고정축의 외면을 감싸도록 결합되고, 내면 일측이 상기 변속축의 선단에 치차결합되어 상기 변속축이 회전하는 경우 동반회전하면서 전후방향으로 이동되는 링체와;
상기 링체 일측을 관통하고, 하단부가 상기 구동홈에 삽입되는 제1 핀부재와;
상기 고정축의 외면 중 상기 2단기어 조립체의 태양기어와 대응되는 위치에 축방향으로 전후이동가능하게 설치되고, 상기 링체가 전후이동되는 경우 상기 링체와 전후방향으로 동반이동되어 상기 2단기어 조립체의 태양기어 일측에 결합 또는 결합해제 되는 고정유닛과;
상기 링체 일측을 관통하고, 하단부가 상기 고정유닛 일측에 결합되는 제2 핀부재; 및
일단이 상기 고정축 일측에 지지되고, 타단이 상기 고정유닛 일측에 지지되며, 상기 고정유닛을 상기 2단기어 조립체 방향으로 탄성가압하는 탄성가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 고정축은 내면 일측에 미리 설정된 각도로 복수개의 지지홈이 형성되고,
상기 변속축의 일측에 관통설치되고, 상기 변속축이 회전하는 경우 동반 회전하면서 상기 복수개의 지지홈 중 어느 하나의 지지홈에 지지되는 볼플런져를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유성기어식 변속장치.