WO2014123312A1

WO2014123312A1 - 허브 내장형 다단 변속기

Info

Publication number: WO2014123312A1
Application number: PCT/KR2014/000573
Authority: WO
Inventors: 유혁; 정태진; 안성철
Original assignee: (주)엠비아이
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-08-14
Also published as: JP2016509660A; JP5977895B2; TW201502002A; CN104903617B; CN104903617A; TWI566982B; KR101286204B1; US20160075403A1; US9676448B2

Abstract

본 발명은 허브 내장형 다단 변속기에 관한 것으로서, 특히, 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트 및 2중 일방향 클러치를 이용하여 콤팩트한 내장형 변속기로 다단 변속을 구현하고, 관성주행시 오버 러닝 기능을 부여하는 동시에, 구동 주행 상태에서도 강제 변속 기능을 이용하여 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어지도록 하기 위한 장치에 관한 것으로서, 차체에 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 드라이버(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과; 상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어(412), 캐리어(413), 링기어(414)로 이루어진 유성기어세트(410)와, 일방향 클러치로써 상기 캐리어(413)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되는 제1출력클러치(420)와, 소정의 위상각 차이를 갖도록 일체로 이루어진 2개의 일방향 클러치로써 상기 드라이버(200)와 상기 링기어(414) 사이 및 상기 링기어(414)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되어, 회전속도의 차이에 따라 상기 드라이버(200)의 회전력을 상기 링기어(414)에 전달하거나 상기 링기어(414)의 회전력을 상기 허브쉘(300)에 전달하는 제2출력클러치(430)를 포함하여, 상기 드라이버(200)로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와; 변속레버의 조작에 따라 원주방향으로 회전하면서 상기 샤프트(100)의 외주면에 형성된 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하는 원주방향 폴제어부재(510)와, 변속레버의 조작에 따라 축방향으로 이동하면서 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 드라이버(200)의 회전을 상기 캐리어(413)에 선택적으로 전달시키는 축방향 폴제어부재(520)를 포함하여, 상기 변속부(400)의 변속을 제어하는 제어부(500)로 구성되어, 제품의 상품성을 극대화시키고, 구동 주행 상태에서도 강제 변속 기능을 이용하여 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어져 변속 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

허브 내장형 다단 변속기

본 발명은 허브 내장형 다단 변속기에 관한 것으로서 특히, 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트 및 2중 일방향 클러치를 이용하여 콤팩트한 내장형 변속기로 다단 변속을 구현하고, 관성주행시 오버 러닝 기능을 부여하는 동시에, 구동 주행 상태에서도 강제 변속 기능을 이용하여 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어지도록 하기 위한 장치로써, 제품의 상품성을 극대화시키고, 변속 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차륜이 마련되어져 인력을 전달받거나 혹은 전동력 등의 각종 구동력을 이용하여 주행하는 자전거, 휠체어, 자동차, 스쿠터 등의 운송장치에는 주행성능을 향상시키기 위한 변속기가 마련된다.

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

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

그러나, 유성기어세트를 이용하는 종래의 변속기는 복잡한 구조에 비해 변속단의 수가 적고, 부하 구동 주행 상태에서 변속 조작 시 구동부하에 의해 강하게 구속되어진 폴의 제어가 원활하지 않아 원활한 변속이 이루어지지 않고 있다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트 및 2중 일방향 클러치를 이용하여 다단의 내장형 변속기를 콤팩트하게 구성할 수 있어 제품의 상품성을 극대화시키고, 강제 변속 기능을 이용하여 부하 구동 주행 상태에서도 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어지도록 함으로써 변속 정확성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 허브 내장형 다단 변속기를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 차체에 고정된 샤프트와, 상기 샤프트의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 드라이버 및 회전력을 출력시키는 허브쉘과; 상기 허브쉘의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어, 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어세트와, 일방향 클러치로써 상기 캐리어와 상기 허브쉘 사이에 마련되는 제1출력클러치와, 소정의 위상각 차이를 갖도록 일체로 이루어진 2개의 일방향 클러치로써 상기 드라이버와 상기 링기어 사이 및 상기 링기어와 상기 허브쉘 사이에 마련되어, 회전속도의 차이에 따라 상기 드라이버의 회전력을 상기 링기어에 전달하거나 상기 링기어의 회전력을 상기 허브쉘에 전달하는 제2출력클러치를 포함하여, 상기 드라이버로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘로 출력시키는 변속부와; 변속레버의 조작에 따라 원주방향으로 회전하면서 상기 샤프트의 외주면에 형성된 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하는 원주방향 폴제어부재와, 변속레버의 조작에 따라 축방향으로 이동하면서 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 드라이버의 회전을 상기 캐리어에 선택적으로 전달시키는 축방향 폴제어부재를 포함하여, 상기 변속부의 변속을 제어하는 제어부로 구성함으로써 달성된다.

그리고, 상기 제2출력클러치는, 상기 링기어의 내주면 및 외주면에 소정 위상각 차이를 두고 형성되는 일방향 경사 요홈과; 상기 일방향 경사 요홈 내에 위치하는 다수의 롤러를 회전 가능하게 지지하되, 내주에 위치하는 롤러와 외주에 위치하는 롤러가 소정 위상각 차이를 유지하도록 일체로 형성된 케이지로 구성되어; 상기 드라이버의 외주면과 상기 링기어의 내주면 사이에 내측 일방향 클러치를 형성하고, 상기 링기어의 외주면과 상기 허브쉘의 내주면 사이에 외측 일방향 클러치를 형성하는 2중 일방향 클러치로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 더불어, 상기 유성기어는 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어로 이루어지며, 상기 폴 및 상기 태양기어는 상기 유성기어의 단수에 따라 추가 구성되어, "(2×유성기어의 단수)+1"의 변속단수로 출력시키는 것이 가능하다.

특히, 상기 제어부는 변속레버의 조작에 따라 인출되는 케이블이 연결되어 상기 샤프트의 외주면에 회전 가능하게 지지되는 케이블 연결부재와; 상기 케이블 연결부재의 내주면에 치합하여 일체로 회전하는 중간 연결부재와; 상기 중간 연결부재의 내주면에 조립되어 일체로 회전하되, 복귀스프링에 의해 일방향으로 탄성 회전하는 관통 연결부재와; 상기 관통 연결부재에 끼워맞춤 조립되어 일체로 회전 제어되되, 일측에 헬리컬 경사면이 형성된 각도 제어부재와; 상기 각도 제어부재에 연결되어 회전에 따라 상기 샤프트의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 제어하는 원주방향 폴제어부재와; 상기 샤프트에 고정된 가이드부재의 축방향 가이드홈에 안내되어 축방향으로 유동 가능하며, 상기 각도 제어부재의 회전에 따라 상기 헬리컬 경사면을 타고 축방향으로 이동하여 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 제어하는 축방향 폴제어부재로 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 축방향 폴제어부재는 외주면이 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴과 접촉하도록 축방향으로 소정 구간 경사면 및 원형으로 형성되어, 일방향 이동 시 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴로부터 이격됨에 따라 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴이 세워지는 것을 허용하고, 축방향 리턴스프링에 의해 그 역방향 복귀 시 상기 경사면을 통해 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 눕혀주며, 원형 외주면을 통해 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 눕혀진 상태로 유지하는 것이 좋다.

특히, 상기 제어부에는 상기 원주방향 폴제어부재의 외주면에 다수 형성된 회전제한돌기 및 일방향 경사 요홈과; 상기 각도 제어부재의 외주연에 형성되어 소정 유격을 가지고 상기 회전제한돌기를 수용하는 회전제한요부와; 상기 각도 제어부재에 반경 방향으로 유동 가능하게 지지되는 다수의 롤러와; 상기 원주방향 폴제어부재와 상기 각도 제어부재 사이에 연결되어 상기 각도 제어부재를 기준으로 상기 원주방향 폴제어부재를 일방향으로 회전하도록 탄성 지지하는 원주방향 리턴스프링으로 이루어진 원주방향 강제변속수단이 마련되어; 상기 각도 제어부재와 상기 원주방향 폴제어부재 사이에 위상각 차이가 발생함에 따라, 상기 롤러가 그 내주에 위치하여 회전하는 상기 원주방향 폴제어부재의 외주면에 형성된 일방향 경사 요홈으로부터 외측으로 강제 이동하면서, 상기 캐리어의 내주면에 접촉하는 강제 변속 클러치를 형성함으로써, 상기 원주방향 폴제어부재를 강제로 회전시켜 상기 샤프트의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴 중 어느 하나 이상을 강제로 눕혀주는 원주방향 강제변속기능을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 축방향 폴제어부재에는 다각형을 이루도록 방사상에 배치되어 상기 원형 외주면으로 이어지는 폴 수용홈부가 형성되어, 세워진 상태의 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 수용하여 상기 원형 외주면으로 안내함으로써, 회전하는 상기 드라이버의 내주면에 마련된 폴을 강제로 눕혀주는 축방향 강제변속수단이 마련되는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트 및 2중 일방향 클러치를 이용하여 다단의 내장형 변속기를 콤팩트하게 구성할 수 있어 제품의 상품성을 극대화시키고, 강제 변속 기능을 이용하여 부하 구동 주행 상태에서도 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어지도록 함으로써 변속 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기를 도시하는 사시도,

도 2는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기를 도시하는 정면도,

도 3은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 도시하는 정단면도로써 축방향 폴제어부재가 좌측으로 이동한 상태를 도시하는 도,

도 4는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 도시하는 정단면도로써 축방향 폴제어부재가 우측으로 이동한 상태를 도시하는 도,

도 5는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 허브쉘 내부가 나타나도록 부분적으로 분리한 분해사시도,

도 6은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 유성기어세트를 분리한 분해사시도,

도 7은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버를 분리한 분해사시도,

도 8은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제2출력클러치를 분리한 분해사시도,

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부를 도시하는 사시도,

도 11은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부를 분리한 분해사시도,

도 12는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서, 원주방향 폴제어부재의 회전에 따른 폴의 제어를 도시하는 우측면도,

도 13은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버의 내주면에 마련된 폴이 누워있는 상태를 도시하는 도,

도 14는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버의 내주면에 마련된 폴이 세워진 상태를 도시하는 도,

도 15는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제1출력클러치 및 제2출력클러치를 도시하는 도,

도 16은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부의 요부를 도시하는 분해사시도,

도 17은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 원주방향 강제변속기능을 도시하는 도,

도 18은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 축방향 강제변속기능을 도시하는 도,

도 19 및 도 20은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 각기 다른 실시예를 도시하는 정단면도.

[부호의 설명]

100 : 샤프트 101, 102, 104, 105 : 폴자리부

200 : 드라이버 203 : 폴자리부

210 : 스프로켓 300 : 허브쉘

310 : 먼지커버 400 : 변속부

410 : 유성기어세트 411a : 제1태양기어

411b : 제2태양기어 412 : 유성기어

412a : 대경부 412b : 소경부

413 : 캐리어 413b : 일방향 경사 요홈

414 : 링기어 414a, 414b : 일방향 경사 요홈

420 : 제1출력클러치 430 : 제2출력클러치

431a, 431b : 롤러 433 : 케이지

500 : 제어부 501 : 제1폴

502 : 제2폴 503 : 제3폴

504 : 제4폴 505 : 제5폴

510 : 원주방향 폴제어부재 511, 512, 514, 515 : 홈부

516 : 회전제한돌기 517 : 일방향 경사 요홈

520 : 축방향 폴제어부재 521 : 폴 수용홈부

523, 524 : 경사면 530 : 케이블 연결부재

532 : 중간 연결부재 540 : 관통 연결부재

550 : 각도 제어부재 551 : 헬리컬 경사면

553 : 회전제한요부 554 : 롤러

560 : 가이드부재 561 : 가이드홈

801 : 축방향 리턴스프링 802 : 원주방향 리턴스프링

803 : 복귀스프링 901, 902 : 콘 너트

903, 904, 905 : 베어링

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

그리고, 도 3은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 도시하는 정단면도로써 축방향 폴제어부재가 좌측으로 이동한 상태를 도시하는 도이고, 도 4는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 도시하는 정단면도로써 축방향 폴제어부재가 우측으로 이동한 상태를 도시하는 도이다.

또한, 도 5는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예를 허브쉘 내부가 나타나도록 부분적으로 분리한 분해사시도이며, 도 6은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 유성기어세트를 분리한 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버를 분리한 분해사시도이다.

그리고, 도 8은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제2출력클러치를 분리한 분해사시도이며, 도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부를 도시하는 사시도로서, 도 9는 우측에서 바라본 사시도이며, 도 10은 좌측에서 바라본 사시도이다.

또한, 도 11은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부를 분리한 분해사시도이며, 도 12는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 원주방향 폴제어부재의 회전에 따른 폴의 제어를 도시하는 우측면도로서, 도 12의 (a)는 1단, 도 12의 (b)는 2단, 도 12의 (c)는 4단, 그리고 도 12의 (d)는 5단을 각각 나타낸다.

그리고, 도 13은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버의 내주면에 마련된 폴이 누워있는 상태를 도시하는 도로서, 도 13의 (a)는 사시도이며, 도 13의 (b)는 우측면도이다.

이와 동일하게, 도 14는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 드라이버의 내주면에 마련된 폴이 세워진 상태를 도시하는 도로서, 도 14의 (a)는 사시도이며, 도 14의 (b)는 우측면도이다.

그리고, 도 15는 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제1출력클러치 및 제2출력클러치를 도시하는 도로서, 도 15의 (a)는 제1출력클러치를 나타내며, 도 15의 (b) 및 (c)는 제2출력클러치를 각각 나타낸다.

또한, 도 16은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 제어부의 요부를 도시하는 분해사시도이고, 도 17은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 원주방향 강제변속기능을 도시하는 도로서, 도 17의 (a)는 2단을 도시하며, 도 17의 (b)는 변속레버를 1단으로 조작하였으나 제2폴(502)이 제1태양기어(411a)의 내기어에 강하게 맞물려 각도 제어부재(550)와 원주방향 폴제어부재(510) 사이에 위상각 차이가 발생한 상태를 도시하며, 도 17의 (c)는 원주방향 강제변속기능에 의해 1단으로 변속된 상태를 도시하는 도이다.

그리고, 도 18은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 일 실시예에 있어서 축방향 강제변속기능을 도시하는 도로서, 도 18의 (a)는 축방향 폴제어부재(520)가 우측으로 이동하여 제3폴(503)이 완전히 세워진 상태를 나타내며, 도 18의 (d)는 축방향 폴제어부재(520)가 좌측으로 완전히 이동하여 제3폴(503)이 완전히 눕혀진 상태를 나타낸다.

마지막으로, 도 19 및 도 20은 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 대한 각기 다른 실시예를 도시하는 정단면도로서, 도 19는 1단 유성기어세트가 적용된 실시예를 나타내며, 도 20은 3단 유성기어세트가 적용된 실시예를 나타낸다.

본 발명의 허브 내장형 다단 변속기는 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트 및 2중 일방향 클러치를 이용하여 콤팩트한 내장형 변속기로 다단 변속을 구현하고, 관성주행시 오버 러닝 기능을 부여하는 동시에, 구동 주행 상태에서도 강제 변속 기능을 이용하여 변속레버의 작은 조작력으로도 빠른 변속이 이루어져 변속 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기는, 차체에 고정된 샤프트(100)와, 상기 샤프트(100)의 외주에 회전 가능하게 위치하여 회전력을 입력받는 드라이버(200) 및 회전력을 출력시키는 허브쉘(300)과; 상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어(412), 캐리어(413), 링기어(414)로 이루어진 유성기어세트(410)와, 일방향 클러치로써 상기 캐리어(413)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되는 제1출력클러치(420)와, 소정의 위상각 차이를 갖도록 일체로 이루어진 2개의 일방향 클러치로써 상기 드라이버(200)와 상기 링기어(414) 사이 및 상기 링기어(414)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되어, 회전속도의 차이에 따라 상기 드라이버(200)의 회전력을 상기 링기어(414)에 전달하거나 상기 링기어(414)의 회전력을 상기 허브쉘(300)에 전달하는 제2출력클러치(430)를 포함하여, 상기 드라이버(200)로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와; 변속레버의 조작에 따라 원주방향으로 회전하면서 상기 샤프트(100)의 외주면에 형성된 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하는 원주방향 폴제어부재(510)와, 변속레버의 조작에 따라 축방향으로 이동하면서 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 드라이버(200)의 회전을 상기 캐리어(413)에 선택적으로 전달시키는 축방향 폴제어부재(520)를 포함하여, 상기 변속부(400)의 변속을 제어하는 제어부(500)로 구성된다.

본 발명의 허브 내장형 다단 변속기는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 샤프트(100), 드라이버(200), 허브쉘(300), 변속부(400), 그리고 제어부(500)로 구성되어 있다.

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

이때, 상기 샤프트(100)는 도 11과 같이 부위에 따라 각기 다른 직경으로 형성되며, 특히 상기 샤프트(100)의 중앙 외주면에는 다수의 폴자리부가 소정 위상각 차이를 두고 오목하게 형성되어 있어, 이후에 설명할 폴이 각각 상기 폴자리부 내에 위치하게 된다.

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

다음으로 드라이버(200)는 주행장치로부터 인력 또는 전동력 등의 회전력을 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기로 입력받는 구성으로, 상기 샤프트(100)의 일측에 회전 가능하게 마련된다.

이러한 드라이버(200)의 도면상 우측 내주면에는 상기 샤프트(100)에 결합한 콘 너트(902)와 베어링(904)이 마련되어, 상기 드라이버(200)는 상기 샤프트(100)로부터 독립적으로 회전 가능하게 지지된다.

특히, 상기 드라이버(200)에는 스프로켓(210)이 일체로 회전하도록 고정되어, 상기 스프로켓(210)은 예를 들어 체인과 같은 동력전달수단을 통해 외부로부터 구동력을 입력받아 상기 드라이버(200)를 일체로 회전시키게 되는 것이다.

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

이러한 허브쉘(300)은 대략 원통 형상으로 이루어진 것으로, 그 외주에 바퀴의 살을 연결할 수 있는 다수의 홀(301)이 형성될 수 있으며, 그 내부에 각종 구성요소를 삽입하여 조립할 수 있다.

여기에서, 상기 허브쉘(300)의 좌측 내주면에는 상기 샤프트(100)에 결합한 콘 너트(901)와 베어링(903)이 마련되어, 상기 허브쉘(300)은 상기 샤프트(100)로부터 독립적으로 회전 가능하게 지지된다.

다음으로 변속부(400)는 상기 허브쉘(300) 내에 위치하여 상기 드라이버(200)를 통해 입력되는 회전을 다단으로 변속한 후, 상기 허브쉘(300)을 통해 출력시키는 것으로, 유성기어세트(410), 제1출력클러치(420), 그리고 제2출력클러치(430)를 포함한다.

본 발명에 있어서는 상기 유성기어세트(410)에 의해 실질적인 변속이 이루어지며, 이후 상기 제1출력클러치(420) 또는 제2출력클러치(430)를 통해 변속된 회전력이 허브쉘(300)로 출력되는 것이다.

이때, 상기 유성기어세트(410)는 태양기어, 유성기어(412), 캐리어(413), 링기어(414)로 이루어진 것으로, 상기 유성기어(412)는 상기 캐리어(413)에 자전 가능하게 지지되고, 상기 캐리어(413) 내측에는 태양기어가 위치하여 상기 유성기어(412)의 안쪽으로 치합하며, 상기 캐리어(413) 외측에는 링기어(414)가 마련되어 상기 유성기어(412)의 바깥쪽으로 치합한다.

이에 따라, 링기어(414) 또는 캐리어(413)를 통해 회전력을 입력받아 유성기어(412)를 거쳐 캐리어(413) 또는 링기어(414)로 회전력을 출력시킴으로써, 가속 또는 감속과 같은 변속이 이루어지는 것이다.

예를 들어, 링기어(414)로 회전력을 입력받아 유성기어(412)를 거쳐 캐리어(413)로 출력시킬 경우 감속이 이루어지며, 상기 캐리어(413)로 회전력을 입력받아 유성기어(412)를 거쳐 링기어(414)로 출력시킬 경우 가속이 이루어지게 된다.

따라서, 본 발명은 전달되는 회전력의 경로와 상기 태양기어의 회전 가능 여부에 따라 상기 유성기어세트(410)에서 감속 또는 가속이 이루어지는 것이다.

상기 태양기어의 회전 가능 여부를 결정하는 폴의 제어에 대해서는 이후 제어부(500)에서 상세히 설명하기로 한다.

다음으로, 상기 변속부(400)에 마련되는 제1출력클러치(420)는 상기 유성기어세트(410)의 캐리어(413) 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 마련되어 감속 또는 직결된 회전력을 출력시키는 역할을 하게 된다.

상기 제1출력클러치(420)는 오직 일방향으로만 회전력을 전달하는 일방향 클러치로써 도 6 및 도 15의 (a)와 같이 상기 캐리어(413)의 외주면에 형성되는 일방향 경사 요홈(413b)과, 상기 일방향 경사 요홈(413b) 내에 위치하는 다수의 롤러(421)를 회전 가능하게 지지하는 케이지(422)로 구성된다.

이러한 제1출력클러치(420)는 그 내측에 위치하는 캐리어(413)의 회전 속도가 외측에 위치하는 허브쉘(300)의 회전 속도보다 빠를 경우, 롤러(421)가 상기 캐리어(413)에 형성된 일방향 경사 요홈(413b)과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 맞물리게 됨으로써, 내측에 위치하는 캐리어(413)의 회전력을 외측에 위치하는 허브쉘(300)에 전달하게 된다.

반면에, 상기 제1출력클러치(420)의 내측에 위치하는 캐리어(413)의 회전 속도가 외측에 위치하는 허브쉘(300)의 회전 속도보다 느릴 경우, 상기 롤러(421)는 단순히 일방향 경사 요홈(413b) 내에 위치하게 됨으로써, 내측에 위치하는 캐리어(413)의 회전력을 외측에 위치하는 허브쉘(300)에 전달하지는 못하게 되는 것이다.

그리고, 상기 변속부(400)에 마련되는 제2출력클러치(430)는 일체로 이루어진 2개의 일방향 클러치로써, 도 8 및 도 15의 (b), (c)에 도시한 바와 같이 상기 링기어(414)가 중간에 위치하도록 상기 드라이버(200)의 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 마련되어, 단순히 상기 회전력을 전달하는 역할을 하거나 또는 가속된 회전력을 출력시키는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 드라이버(200)의 외주면과 상기 링기어(414)의 내주면 사이 및 상기 링기어(414)의 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 각각 위치하는 일방향 클러치가 서로 소정의 위상각 차이를 두고 일체로 형성된 제2출력클러치(430)는 회전 속도 차이에 따라, 상기 드라이버(200)의 회전력을 상기 링기어(414)에 전달하거나 상기 링기어(414)의 회전력을 상기 허브쉘(300)에 전달하게 되는 것이다.

다시 말해, 상기 제2출력클러치(430)가 상기 드라이버(200)의 회전력을 상기 링기어(414)에 전달할 때에는, 두 일방향 클러치 사이에 존재하는 소정의 위상각 차이에 의해 상기 허브쉘(300)로의 출력은 이루어지지 않게 되며, 반대로, 상기 제2출력클러치(430)가 상기 링기어(414)의 회전력을 상기 허브쉘(300)에 전달할 때에는, 그 회전력이 상기 드라이버(200)에 전달되지 않는 것에 특징이 있다.

이에 따라, 상기 변속부(400)에서 최종적으로 감속 또는 직결된 회전력은 상기 제1출력클러치(420)를 통해 캐리어(413)로부터 허브쉘(300)로 출력되고, 가속된 회전력은 상기 제2출력클러치(430)를 통해 링기어(414)로부터 허브쉘(300)로 출력되는 것이다.

마지막으로, 상기 변속부(400)의 변속을 제어하는 제어부(500)는 크게 원주방향 폴제어부재(510)와 축방향 폴제어부재(520)를 포함하고 있다.

상기 원주방향 폴제어부재(510)는 변속레버의 조작에 따라 원주방향으로 회전하면서 상기 샤프트(100)의 외주면에 마련된 다수의 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하게 된다.

그리고, 상기 축방향 폴제어부재(520)는 변속레버의 조작에 따라 축방향으로 이동하면서 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 드라이버(200)의 회전을 상기 캐리어(413)에 선택적으로 직결시키게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 운전자의 변속레버 조작에 따라 원주방향 폴제어부재(510)는 샤프트(100)의 폴자리부에 마련된 폴을 제어하고, 축방향 폴제어부재(520)는 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 제어함으로써, 회전력의 전달 경로를 변경하여 유성기어세트(410)에서 변속을 실시한 후, 제1출력클러치(420) 또는 제2출력클러치(430)를 통해 더 빠르게 회전하도록 변속된 회전력만을 허브쉘(300)로 출력시키게 되는 것이다.

특히 본 발명에 있어서 상기 제2출력클러치(430)는 도 8과 도 15의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 링기어(414)의 내주면 및 외주면에 소정 위상각 차이를 두고 형성되는 일방향 경사 요홈(414a)(414b)과; 상기 일방향 경사 요홈(414a)(414b) 내에 위치하는 다수의 롤러(431a)(431b)를 회전 가능하게 지지하되, 내주에 위치하는 롤러(431a)와 외주에 위치하는 롤러(431b)가 소정 위상각 차이를 유지하도록 일체로 형성된 케이지(433)로 구성되어; 상기 드라이버(200)의 외주면과 상기 링기어(414)의 내주면 사이에 내측 일방향 클러치를 형성하고, 상기 링기어(414)의 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 외측 일방향 클러치를 형성하는 2중 일방향 클러치로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치는 그 내측에 위치하는 드라이버(200)의 시계방향 회전 속도가 외측에 위치하는 링기어(414)의 회전 속도보다 빠를 경우 도 15의 (c)에 검게 도시한 바와 같이, 상기 케이지(433)의 내주에 마련된 롤러(431a)가 상기 드라이버(200)의 외주면과 상기 링기어(414)의 내주면에 형성된 일방향 경사 요홈(414a) 사이에 맞물리게 됨으로써, 내측에 위치하는 드라이버(200)의 회전력을 외측에 위치하는 링기어(414)에 전달하게 된다.

이에 따라, 상기 케이지(433)도 함께 시계방향으로 회전하게 되며, 이러한 경우, 상기 케이지(433)는 그 내주에 마련된 롤러(431a)와 그 외주에 마련된 롤러(431b) 사이에 소정의 위상각 차이를 유지하게 된다.

그 결과, 제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치는 상기 케이지(433)의 외주에 마련된 롤러(431b)가 상기 링기어(414)의 외주에 형성된 일방향 경사 요홈(414b) 내에 위치하게 됨으로써, 상기 링기어(414)의 회전력이 상기 허브쉘(300)로는 전달되지 않게 된다.

하지만, 링기어(414)의 회전 속도가 드라이버(200)의 시계방향 회전 속도 보다 빠를 경우, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치는 상기 케이지(433)의 내주에 마련된 롤러(431a)가 상기 링기어(414)의 내주면에 형성된 일방향 경사 요홈(414a) 내에 위치하게 됨으로써 상기 드라이버(200)로 회전력을 전달하지는 못한다.

반면에, 상기 제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치는 도 15의 (b)에 검게 도시한 바와 같이, 상기 케이지(433)의 외주에 마련된 롤러(431b)가 상기 링기어(414)의 외주면에 형성된 일방향 경사 요홈(414b)과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 맞물리게 됨으로써, 내측에 위치하는 링기어(414)의 회전력을 외측에 위치하는 허브쉘(300)에 전달하게 되는 것이다.

즉, 기어열의 선택적 치합에 따라 상기 링기어(414)의 회전이 드라이버(200)의 회전보다 느린 감속 조건인 경우 도 15의 (c)와 같이, 상기 제2출력클러치(430)는 내측 일방향 클러치를 통해 드라이버(200)의 회전력을 링기어(414)에 전달하는 한편, 내측 일방향 클러치와 외측 일방향 클러치의 소정 위상각 차이에 의해 상기 링기어(414)의 회전력이 상기 허브쉘(300)로 출력되는 것을 차단하게 되는 것이다.

하지만, 상기 링기어(414)의 회전이 드라이버(200)의 회전보다 빠른 가속 조건인 경우 도 15의 (b)와 같이, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치를 통해 상기 링기어(414)는 상기 드라이버(200)에 오버 러닝(over running)이 되는 한편, 상기 제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치를 통해 상기 링기어(414)의 회전은 상기 허브쉘(300)로 출력되는 것이다.

또한, 관성주행에 의해 상기 허브쉘(300)의 회전속도가 상기 링기어(414)의 회전속도 보다 빠를 경우에는 상기 제2출력클러치(430)에 의해 그 회전력이 상기 링기어(414)나 드라이버(200)에는 전달되지 않게 된다.

특히, 본 발명에 있어서 상기 유성기어(412)는 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어로 이루어지며, 상기 폴 및 상기 태양기어는 상기 유성기어의 단수에 따라 추가 구성되어, "(2×유성기어의 단수)+1"의 변속단수로 출력시키는 것이 가능하다.

즉, 상기 유성기어세트(410)에 마련되는 유성기어(412)를 도 19에 도시한 바와 같이 오직 하나의 직경으로 형성된 1단 유성기어(412)로 구성할 수도 있고, 도 3 내지 도 18에 도시한 바와 같이 대경부(412a)와 소경부(412b)의 2단 유성기어(412)로 구성할 수도 있으며, 도 20에 도시한 바와 같이 세 개의 직경으로 형성된 3단 유성기어(412)로 구성할 수도 있을 뿐 아니라, 미도시 하였지만 4단 이상의 유성기어를 채택하는 것도 가능하다.

예를 들어, 도 19와 같이 1단 유성기어(412)를 채택할 경우에는 샤프트(100)의 폴자리부에 2개의 폴이 마련되고, 오직 하나의 태양기어(411)를 가지고 감속, 직결, 그리고 가속의 3단 변속비를 구현하는 것이 가능해진다.

또한, 도 3 내지 도 18에 도시한 바와 같이 2단 유성기어(412)를 채택한다면 샤프트(100)의 폴자리부에는 4개의 폴이 마련되며, 유성기어(412)의 대경부(412a)와 소경부(412b)에 대응하여 2개의 태양기어(411a)(411b)를 가지게 되어, 감속 2단, 직결, 가속 2단의 전체 5단 변속비를 구현하는 것이 가능해지는 것이다.

물론, 도 20에 도시한 바와 같이 3단의 유성기어(412)를 채택하고, 그에 따라 폴의 개수와 태양기어(411a)(411b)(411c)의 개수를 각각 6개와 3개로 증가하는 것으로 감속 3단, 직결, 가속 3단의 전체 7단 변속비를 구현하는 것 또한 가능해지며, 이와 동일한 형태로 4단 이상의 다단 유성기어를 적용하는 것도 가능하다.

즉, 유성기어세트(410)에 다단 유성기어(412)를 적용함으로써 가속 및 감속에 대하여 각각 다단의 다른 변속비를 얻는 것이 가능해진다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 대경부(412a)와 소경부(412b)의 2단 유성기어(412)가 적용된 유성기어세트(410)를 기준으로 도면을 참조하여 변속부(400)와 제어부(500)의 상세한 구성 및 작용에 대하여 설명하기로 하고, 1단 유성기어나 3단 이상의 유성기어가 적용된 실시예의 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서 2단 유성기어(412)를 채택함에 따라 상기 태양기어가 상기 유성기어(412)의 대경부(412a)에 치합하는 제1태양기어(411a)와 상기 유성기어(412)의 소경부(412b)에 치합하는 제2태양기어(411b)로 이루어지게 되며, 제1폴(501), 제2폴(502), 제3폴(503), 제4폴(504), 그리고 제5폴(505)의 5가지 종류의 폴이 마련된다.

이 가운데, 상기 제1태양기어(411a)는 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 제어에 따라 제2폴(502) 또는 제4폴(504)에 의해 회전이 선택적으로 제한되며, 상기 제2태양기어(411b)는 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 제어에 따라 제1폴(501) 또는 제5폴(505)에 의해 회전이 선택적으로 제한된다.

그리고, 상기 캐리어(413)는 축방향 폴제어부재(520)의 제어에 따라 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)에 의해 상기 드라이버(200)에 선택적으로 직결되는 것이다.

즉, 상기 샤프트(100)에는 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 그리고 제5폴(505)이 폴자리부(101)(102)(104)(105) 내에 위치하게 되며, 이러한 폴들은 미도시한 링스프링에 의하여 탄력적으로 세워지도록 마련된다.

이와 같이 마련된 폴(501)(502)(504)(505)의 외측에는 도 11에 도시한 바와 같이 그 내주연에 홈부(511)(512)(514)(515)가 오목하게 형성된 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 위치하게 되어, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 원주방향 회전 각도에 따라 폴(501)(502)(504)(505)의 외측에 해당 홈부(511)(512)(514)(515)가 위치할 경우 폴(501)(502)(504)(505)이 세워지고, 홈부(511)(512)(514)(515)가 위치하지 않을 경우 폴(501)(502)(504)(505)이 눕혀져 폴자리부(101)(102)(104)(105) 안에 위치하게 되는 것이다.

상기 홈부(511)(512)(514)(515)는 도 12에 있어서, 원주방향 폴제어부재(510)를 시계방향으로 회전시킬 때 폴을 제압하는 경사면과, 반시계방향으로 회전시킬 때 폴을 제압하는 경사면과, 폴이 홈부 경사면을 지나 홈부로 위치할 때 폴이 링스프링에 의해 자유롭게 세워질 수 있게 하는 여유공간으로 이루어진다.

그리고, 상기 폴(501)(502)(504)(505)이 세워질 경우 그 외측에 위치하는 태양기어(411a)(411b)의 내기어에 치합하여 해당 태양기어(411a)(411b)의 회전을 제한하게 되어 변속 제어가 이루어진다.

이때, 상기 원주방향 폴제어부재(510)에 의해 제어되는 각각의 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 그리고 제5폴(505)에는 제어부위와 걸림부위가 서로 다른 간격을 두고 돌출 형성되어 있는 것으로, 도 11에 도시한 바와 같이 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 그리고 제5폴(505)의 도면상 우측에는 제어부위가 형성되어 있고, 이 제어부위의 외측에 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 위치하게 된다.

그리고, 이러한 제어부위로부터 소정 간격 도면상 좌측으로 이격되어 걸림부위가 형성되어 있다.

이때, 상기 제2폴(502) 및 제4폴(504)은 제어부위와 걸림부위가 인접한 반면, 상기 제1폴(501) 및 제5폴(505)은 제어부위와 걸림부위가 상기 제2폴(502)이나 제4폴(504)에 비하여 다소 간격을 두고 떨어져 형성되어 있다.

여기에서, 상기 제2폴(502) 및 제4폴(504)의 걸림부위 외측에 상기 제1태양기어(411a)가 위치하되 상기 원주방향 폴제어부재(510)에 인접하게 위치하며, 상기 제1폴(501) 및 제5폴(505)의 걸림부위 외측에 상기 제2태양기어(411b)가 위치하되 상기 원주방향 폴제어부재(510)로부터 다소 떨어지게 위치한다.

즉, 상기 제1폴(501)과 제5폴(505)은 서로 동일한 형상을 갖고 서로 마주보도록 상기 샤프트(100)의 폴자리부(101)(105) 내에 위치하며, 상기 제2폴(502)과 제4폴(504)은 서로 동일한 형상을 갖고 서로 마주보도록 상기 샤프트(100)의 폴자리부(102)(104) 내에 각각 위치하게 되는 것이다.

이에 따라, 각각의 폴(501)(502)(504)(505)에 형성된 제어부위 외측에는 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 위치하고, 각각의 폴(501)(502)(504)(505)에 형성된 걸림부위 외측에는 상기 제1태양기어(411a) 또는 제2태양기어(411b)가 각각 위치하게 된다.

이에 따라, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 회전 각도에 따라 탄력적으로 세워지려 하는 폴(501)(502)(504)(505)의 제어부위가 홈부(511)(512)(514)(515)에 위치할 경우, 해당 폴(501)(502)(504)(505)의 걸림부위가 세워져 태양기어(411a)(411b)의 내주면에 형성된 내기어에 치합하여 해당 태양기어(411a)(411b)의 회전을 제한하게 되는 것이다.

상술한 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 제5폴(505)은 각각 하나씩 샤프트(100) 외주면에 위치하는 반면, 2개의 제3폴(503)은 도 13 및 도 14와 같이 상기 드라이버(200)의 내주면에 형성된 폴자리부(203) 내에 위치하게 되며, 이러한 제3폴(503) 또한 미도시한 링스프링에 의해 탄력적으로 세워지도록 마련된다.

이러한 상기 제3폴(503)은 소정 길이로 형성되어 도 3 및 도 4와 같이 도면상 우측 내주연에는 축방향 폴제어부재(520)가 선택적으로 위치하고, 좌측 내주연에는 유성기어세트(410)의 캐리어(413)가 위치하게 된다.

이때, 상기 축방향 폴제어부재(520)는 이후에 설명할 제어부(500)에 의해 축방향으로 이동 가능한 구성요소로, 도 3과 같이 상기 축방향 폴제어부재(520)가 도면상 좌측으로 이동한 상태에서는 상기 제3폴(503)이 도 13에 도시한 바와 같이 상기 축방향 폴제어부재(520)에 의해 눕혀진 상태를 유지하여 상기 드라이버(200)로부터 상기 캐리어(413)로 직접 회전력을 전달하지는 못하게 된다.

반면에, 도 4와 같이 상기 축방향 폴제어부재(520)가 도면상 우측으로 이동하여 이격 되면 상기 제3폴(503)이 도 14에 도시한 바와 같이 안쪽으로 세워지게 되어 상기 캐리어(413)의 외주연에 형성된 기어(413a)에 치합함으로써, 상기 드라이버(200)로부터 상기 캐리어(413)로 직접 회전력을 전달할 수 있는 것이다.

이와 같은 제어를 위한 사용자의 변속조작이 상기 원주방향 폴제어부재(510) 및 상기 축방향 폴제어부재(520)에 어떻게 전달되는지에 대하여 이하에서 살펴보기로 한다.

본 발명에 있어서 상기 제어부(500)는 도 16에 도시한 바와 같이, 변속레버의 조작에 따라 인출되는 케이블이 연결되어 상기 샤프트(100)의 외주면에 회전 가능하게 지지되는 케이블 연결부재(530)와; 상기 케이블 연결부재(530)의 내주면에 치합하여 일체로 회전하는 중간 연결부재(532)와; 상기 중간 연결부재(532)의 내주면에 조립되어 일체로 회전하되, 복귀스프링(803)에 의해 일방향으로 탄성 회전하는 관통 연결부재(540)와; 상기 관통 연결부재(540)에 끼워맞춤 조립되어 일체로 회전 제어되되, 일측에 헬리컬 경사면(551)이 형성된 각도 제어부재(550)와; 상기 각도 제어부재(550)에 연결되어 회전에 따라 상기 샤프트(100)의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 제어하는 원주방향 폴제어부재(510)와; 상기 샤프트(100)에 고정된 가이드부재(560)의 축방향 가이드홈(561)에 안내되어 축방향으로 유동 가능하며, 상기 각도 제어부재(550)의 회전에 따라 상기 헬리컬 경사면(551)을 타고 축방향으로 이동하여 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 제어하는 축방향 폴제어부재(520)로 구성된다.

이때, 상기 케이블 연결부재(530)는 변속레버의 조작에 따라 당겨지는 미도시한 케이블이 연결되어 있어, 변속레버의 조작 시 상기 케이블 연결부재(530)가 우측면에서 보았을 때 반시계방향으로 회전하게 된다.

그리고, 이 케이블 연결부재(530)의 내주면에는 중간 연결부재(532)가 위치하며, 상기 케이블 연결부재(530)의 내주면과 상기 중간 연결부재(532)의 외주면은 서로 치합하고 있어 일체로 회전하게 된다.

이와 더불어, 상기 중간 연결부재(532)의 내주면에는 관통 연결부재(540)가 조립된다.

즉, 상기 관통 연결부재(540)의 우측에는 두 개의 돌기(542)가 돌출 형성되어 상기 중간 연결부재(532)의 내주면에 형성된 결합홈(532a) 내에 끼워 맞춤되어 상기 중간 연결부재(532)와 상기 관통 연결부재(540)는 일체로 회전하게 된다.

또한, 상기 관통 연결부재(540)의 좌측에는 또 다른 두 개의 돌기(541)가 돌출 형성되어 각도 제어부재(550)의 내주면에 형성된 결합홈(552) 내에 끼워 맞춤되어 상기 관통 연결부재(540)와 상기 각도 제어부재(550)는 상기 샤프트(100)의 외주 상에서 일체로 회전하게 된다.

이때, 상기 각도 제어부재(550)의 도면상 우측에는 헬리컬 경사면(551)이 소정 간격을 두고 방사상에 다수 형성되어 있다.

이와 함께, 상기 관통 연결부재(540)의 외주측에는 상기 샤프트(100)에 고정되어 회전 불가능한 가이드부재(560)가 위치하게 되며, 이 가이드부재(560)에는 축방향 가이드홈(561)이 축방향으로 소정 깊이 형성되어 있다.

이에 따라, 상기 각도 제어부재(550)와 가이드부재(560) 사이에 축방향 폴제어부재(520)가 위치하게 된다.

상기 축방향 폴제어부재(520)는 그 안쪽으로 림부(522)가 형성되어 상기 가이드부재(560)의 축방향 가이드홈(561) 내에 위치하게 되며, 이러한 림부(522)의 말단은 경사지게 형성되어 상기 각도 제어부재(550)의 헬리컬 경사면(551)과 경사 접촉하게 된다.

이에 따라, 상기 각도 제어부재(550)가 소정 각도 이상 반시계방향으로 회전할 경우 상기 축방향 폴제어부재(520)는 상기 샤프트(100)에 고정되어 있는 가이드부재(560)로 인하여 회전하지 않고 상기 가이드부재(560)의 축방향 가이드홈(561)을 따라 축방향, 즉 도면상 우측으로 이동하게 되는 것이다.

그리고, 상기 가이드부재(560)와 상기 축방향 폴제어부재(520) 사이에는 축방향 리턴스프링(801)이 마련되어, 상술한 바와 같이 우측으로 이동한 축방향 폴제어부재(520)를 좌측으로 복귀시키는 역할을 한다.

특히, 상기 축방향 폴제어부재(520)는 외주면이 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴과 접촉하도록 축방향으로 소정 구간 경사면(523)(524) 및 원형으로 형성되어, 일방향 이동 시 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴로부터 이격됨에 따라 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴이 세워지는 것을 허용하고, 축방향 리턴스프링(801)에 의해 그 역방향 복귀 시 상기 경사면(523)(524)을 통해 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 눕혀주며, 원형 외주면을 통해 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 눕혀진 상태로 유지하는 것이 양호하다.

즉, 상기 각도 제어부재(550)의 회전에 의해 헬리컬 경사면(551)을 타고 상기 축방향 폴제어부재(520)가 도면상 우측으로 이동함에 따라, 도 14와 같이 축방향 폴제어부재(520)는 상기 제3폴(503)로부터 이격되어 상기 제3폴(503)이 세워지며, 이에 따라 상기 제3폴(503)이 캐리어(413)에 형성된 기어(413a)에 치합함으로써 드라이버(200)의 회전력을 캐리어(413)에 변속 없이 직접 전달할 수 있는 것이다.

반대로, 상기 축방향 폴제어부재(520)가 축방향 리턴스프링(801)에 의해 도면상 좌측으로 이동할 때에는 세워진 상기 제3폴(503)은 경사면(523)(524)을 타고 축방향 폴제어부재(520)의 원형 외주면에 접촉하여 도 13과 같이 눕혀짐으로써, 제3폴(503)과 캐리어(413)의 맞물림을 해제시켜 주어 상술한 드라이버(200)와 캐리어(413)의 직결이 해제되는 것이다.

이와 더불어, 도 16과 같이 상기 가이드부재(560)와 상기 관통 연결부재(540) 사이에는 복귀스프링(803)이 마련되어, 상기 복귀스프링의 일측 단부는 절곡되어 상기 가이드부재(560)에 형성된 조립공(562)에 삽입되고 타측 단부는 절곡되어 상기 관통 연결부재(540)에 형성된 조립공(543)에 삽입됨으로써, 상기 관통 연결부재(540)는 상기 가이드부재(560)를 기준으로 우측에서 보았을 때 시계방향으로 회전하도록 탄성 지지하게 된다.

이에 따라, 변속레버의 가속 조작 시 반시계방향으로 회전하였던 관통 연결부재(540)를 상기 복귀스프링(803)이 감속 조작 시 시계방향으로 탄성 회전시키게 된다.

이와 더불어, 상기 각도 제어부재(550)의 도면상 좌측에는 원주방향 폴제어부재(510)가 연결되어 있어, 상기 각도 제어부재(550)의 회전에 따라 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 회전하게 되어, 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 제5폴(505)을 선택적으로 세울 수 있는 것이다.

이때, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 내주면에는 홈부(511)(512)(514)(515)가 형성되어, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 회전에 따라, 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 제5폴(505)이 각각 순차적으로 상기 홈부(511)(512)(514)(515)로 빠져 나와 각각의 폴(501)(502)(504)(505)들이 세워지며, 상기 축방향 폴제어부재(520)는 상기 제4폴(504)이 상기 홈부(514)로 빠져 나오기 이전에 축방향 변위가 발생하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 회전에 따라 1단, 2단의 변속비로 변속되다가 3단의 변속비에서 상기 축방향 폴제어부재(520)가 축방향으로 이동하게 되며, 이후 4단, 5단의 변속비로 변속이 이루어지게 되는 것이다.

그러나 부하 구동 상태에서는 상기 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 제5폴(505)이 태양기어의 내기어에 강하게 맞물려 있을 경우 폴(501)(502)(504)(505)이 샤프트(100)의 폴자리부(101)(102)(104)(105) 내로 눕혀지지 않거나, 또는 상기 제3폴(503)이 캐리어(413)의 기어(413a)에 강하게 맞물려 있을 경우 제3폴(503)이 드라이버(200)의 내주면에 형성된 폴자리부(203) 내로 눕혀지지 않아 변속이 원활하게 이루어지지 않는 현상이 발생할 우려가 있다.

이에 대비하여 본 발명에 있어서는 상기 제1폴(501), 제2폴(502), 제4폴(504), 제5폴(505)을 강제 변속하기 위한 원주방향 강제변속수단과 상기 제3폴(503)을 강제 변속하기 위한 축방향 강제변속수단이 추가로 마련된다.

- 원주방향 강제변속수단

이하에서는 2단에서 1단으로의 감속 시를 예로 들어 설명하기로 하며, 이는 5단에서 4단, 4단에서 3단으로의 감속이 모두 동일하므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 있어서 상기 제어부(500)에는 도 17에 도시한 바와 같이 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 외주면에 다수 형성된 회전제한돌기(516) 및 일방향 경사 요홈(517)과; 상기 각도 제어부재(550)의 외주연에 형성되어 소정 유격을 가지고 상기 회전제한돌기(516)를 수용하는 회전제한요부(553)와; 상기 각도 제어부재(550)에 반경 방향으로 유동 가능하게 지지되는 다수의 롤러(554)와; 상기 원주방향 폴제어부재(510)와 상기 각도 제어부재(550) 사이에 연결되어 상기 각도 제어부재(550)를 기준으로 상기 원주방향 폴제어부재(510)를 일방향으로 회전하도록 탄성 지지하는 원주방향 리턴스프링(802)으로 이루어진 원주방향 강제변속수단이 마련되어; 상기 각도 제어부재(550)와 상기 원주방향 폴제어부재(510) 사이에 위상각 차이가 발생함에 따라, 상기 롤러(554)가 그 내주에 위치하여 회전하는 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 외주면에 형성된 일방향 경사 요홈(517)으로부터 외측으로 강제 이동하면서, 상기 캐리어(413)의 내주면에 접촉하는 강제 변속 클러치를 형성함으로써, 상기 원주방향 폴제어부재(510)를 강제로 회전시켜 상기 샤프트(100)의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴 중 어느 하나 이상을 강제로 눕혀주는 원주방향 강제변속기능을 갖는 것이 양호하다.

즉, 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 외주연에 돌출 형성된 회전제한돌기(516)는 그 폭이 상기 각도 제어부재(550)의 회전제한요부(553) 보다 다소 좁게 형성되어 있어, 상기 원주방향 폴제어부재(510)와 상기 각도 제어부재(550) 사이에는 소정의 위상차가 발생할 수 있다.

이때, 상기 원주방향 폴제어부재(510)에 형성된 조립공(518)과 상기 각도 제어부재(550)에 형성된 조립공(555) 사이에는 도 16과 같이 원주방향 리턴스프링(802)의 양단이 직각으로 절곡되어 삽입되어 있다.

이에 따라, 상기 원주방향 폴제어부재(510)는 상기 각도 제어부재(550)를 기준으로 항상 시계방향으로 회전하도록 탄성 지지되어, 상기 회전제한돌기(516)는 상기 회전제한요부(553) 내에 위치하되 별도의 외력이 작용하지 않는 한 항상 시계방향으로 회전하여 도 17의 (a)와 같이 접촉한 상태를 유지하게 되는 것이다.

이러한 상태에서 저속 변속을 위해 변속레버를 조작할 경우 상기 각도 제어부재(550)는 상술한 복귀스프링(803)에 의해 시계방향으로 회전하고, 상기 각도 제어부재(550)가 시계방향으로 회전함에 따라 상기 원주방향 리턴스프링(802)에 의해 상기 원주방향 폴제어부재(510)도 시계방향으로 회전하여 감속 변속이 이루어지게 된다.

그러나 만약 제2폴(502)이 제1태양기어(411a)의 내기어에 강하게 맞물려 있을 경우 도 17의 (b)와 같이 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 상기 각도 제어부재(550)와 함께 회전하지 못하고 소정의 위상각 차이가 발생할 경우에는, 상기 롤러(554)가 상기 일방향 경사 요홈(517)에 접촉하여 바깥쪽으로 돌출되며 그 외측에서 회전하고 있는 캐리어(413)의 내주면에 접촉하게 된다.

이에 따라, 상기 롤러(554)와 일방향 경사 요홈(517)은 강제변속 클러치를 구성하게 됨으로써, 상기 캐리어(413)의 회전력이 상기 원주방향 폴제어부재(510)에 전달되어 상기 원주방향 폴제어부재(510)를 도 17의 (c)와 같이 시계방향으로 강하게 회전시키게 된다.

그 결과, 상기 원주방향 폴제어부재(510)가 시계방향으로 회전하여 제1태양기어(411a)의 내기어에 강하게 맞물려 있던 제2폴(502)을 강제적으로 눕혀주게 됨으로써, 원주방향 강제 변속 기능을 갖게 되는 것이다.

- 축방향 강제변속수단

축방향 강제변속 기능은 본 실시예에 있어서 오직 3단에서 2단으로의 변속 시 발생하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 축방향 폴제어부재(520)에는 다각형을 이루도록 방사상에 배치되어 상기 원형 외주면으로 이어지는 폴 수용홈부(521)가 형성되어, 세워진 상태의 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 수용하여 상기 원형 외주면으로 안내함으로써, 회전하는 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 강제로 눕혀주는 축방향 강제변속수단이 마련되는 것이 가장 바람직하다.

즉, 상기 축방향 폴제어부재(520)에는 기본적으로 상기 제3폴(503)을 눕혀주기 위한 경사면(523)(524)이 형성되어 있어, 축방향 폴제어부재(520)가 각도 제어부재(550)의 헬리컬 경사면(551)을 타고 이동하였다가 축방향 리턴스프링(801)에 의해 복귀할 때, 세워져 있는 제3폴(503)을 눕혀주게 된다.

하지만, 상기 제3폴(503)이 캐리어(413)의 기어(413a)에 강하게 맞물려 있을 경우에는 축방향 리턴스프링(801)의 탄성력만으로는 상기 축방향 폴제어부재(520)가 복귀하지 못하는 경우가 발생하게 된다.

이에 대비하여 상기 축방향 폴제어부재(520)에는 세워진 제3폴(503)을 수용하여 상기 원형 외주면으로 안내하기 위한 폴 수용홈부(521)가 추가 형성되어 있다.

상기 폴 수용홈부(521)는 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 원형 외주면에 대략 내접하는 다각형으로 이루어져 있다.

이에 따라, 상기 축방향 폴제어부재(520) 외측에서 세워진 상태로 회전하는 상기 제3폴(503)이 도 18의 (a)와 같이 상기 폴 수용홈부(521)의 내부로 들어오게 되며, 이후 상기 제3폴(503)이 도 18의 (b) 및 (c)와 같이 회전하게 되면 점차적으로 상기 제3폴(503)은 상기 폴 수용홈부(521)의 모서리를 향하여 이동함에 따라 점차적으로 눕혀지게 된다.

이후, 상기 제3폴(503)이 상기 폴 수용홈부(521)의 모서리에 다다르면 상기 폴 수용홈부(521)로부터 빠져 나와 서로 이웃한 상기 폴 수용홈부(521) 사이에 형성된 원형 외주면으로 안내되어 도 18의 (d)와 같이 완전히 눕혀지게 되는 것이다.

따라서, 상기 폴 수용홈부(521)는 세워진 제3폴(503)과 캐리어(413)가 강하게 맞물려 있을 경우에, 제3폴(503)이 일차적으로 삽입되고, 제3폴(503)과 드라이버(200)가 일체로 회전되면서 제3폴(503)과 캐리어(413)의 맞물림을 강제적으로 해제시켜 축방향 폴제어부재(520)의 좌측 이동이 쉽게 될 수 있는 것이다.

상기 축방향 폴제어부재(520)에 형성된 폴 수용홈부(521)는 제3폴(503)을 쉽게 밀어 낼 수 있도록 경사면을 다수 개 형성하는 것이 바람직하며 본 발명에 있어서는 8개의 폴 수용홈부(521)가 형성된 것을 예시하였다.

상술한 원주방향 폴제어부재(510)와 축방향 폴제어부재(520)의 제어 각도에 따라 상기 제1폴(501), 제2폴(502), 제3폴(503), 제4폴(504), 제5폴(505)의 제어 상태는 도 12에 나타나 있으며 이를 도표로 정리하면 다음과 같다.

아래의 표 1에는 2단 유성기어세트(410)가 적용된 실시예에 있어서, 각각의 폴 작동여부에 따른 제1출력클러치(420)와 제2출력클러치(430)의 회전력 전달 여부 또한 표시되어 있다.

표 1

단수	제1폴	제2폴	제3폴	제4폴	제5폴	제1출력클러치	제2출력클러치
단수	제1폴	제2폴	제3폴	제4폴	제5폴	제1출력클러치	내측 일방향 클러치	외측 일방향 클러치
1	O	X	X	X	X	O	O	X
2	OX	O	X	X	X	O	O	X
3	OX	OX	O	X	X	O	F	F
4	X	X	O	O	X	X	O.R.	O
5	X	X	O	OX	O	X	O.R.	O

여기에서, F는 자유 상태, O.R.은 오버 러닝 상태, O는 On 상태, X는 Off 상태, 그리고 OX는 On 또는 Off 상태를 의미한다.

이와 더불어, 상기 허브쉘(300)과 상기 드라이버(200)는 그 사이에 위치하는 베어링(905)에 의해 상호 독립적으로 회전 가능하게 마련되며 먼지커버(310)에 의해 이물질이 침입하는 것을 방지한다.

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

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기에 있어서 2단 유성기어세트(410)가 적용된 실시예의 작용을 최저속인 1단으로부터 저속인 2단, 변속이 없는 3단, 고속인 4단, 그리고 최고속인 5단에 이르기까지 구분하여 설명하면 다음과 같다.

- 1단

1단은 변속레버의 조작이 없는 초기 상태로, 오직 제1폴(501)만이 세워진 상태로 제2태양기어(411b)가 구속된 상태이며, 축방향 폴제어부재(520)는 도면상 좌측으로 이동한 위치에 있다.

이러한 상태에서 스프로켓(210)을 통해 구동력이 전달되면 드라이버(200)가 회전하게 된다.

이때, 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)은 상기 축방향 폴제어부재(520)의 외주면에 닿아 회전할 뿐, 상기 드라이버(200)의 회전력을 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달하지는 못한다.

이에 따라, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치를 통해 상기 드라이버(200)의 회전력이 유성기어세트(410)의 링기어(414)에 전달되며, 외측 일방향 클러치는 소정 위상각 차이에 의해 회전력을 전달하지 않으며, 이후 고정된 제2태양기어(411b)를 중심으로 유성기어(412)의 소경부(412b)가 치합하여 상기 유성기어(412)가 회전하게 된다.

이때, 상기 캐리어(413)는 최저속으로 감속 회전하게 되며, 이는 제1출력클러치(420)를 통해 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되는 것이다.

정리하면, 1단에서는 제1폴(501)이 제2태양기어(411b)를 구속함에 따라, 스프로켓(210)→드라이버(200)→제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치→링기어(414)→유성기어(412)의 소경부(412b)→캐리어(413)→제1출력클러치(420)→허브쉘(300)로 회전력이 전달되어 최저속 감속이 이루어지게 된다.

- 2단

2단은 변속레버의 조작으로 원주방향 폴제어부재(510)가 일정각도 회전한 상태로, 제2폴(502)이 세워진 상태로 제1태양기어(411a)가 구속된 상태이며, 축방향 폴제어부재(520)는 도면상 좌측으로 이동한 위치에 그대로 있게 된다.

이때에도, 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)은 상기 축방향 폴제어부재(520)의 외주면에 닿아 회전할 뿐, 상기 드라이버(200)의 회전력을 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달하지는 못한다.

이에 따라, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치를 통해 상기 드라이버(200)의 회전력이 유성기어세트(410)의 링기어(414)에 전달되며, 고정된 제1태양기어(411a)를 중심으로 유성기어(412)의 대경부(412a)가 치합하여 상기 유성기어(412)가 회전하게 된다.

이때, 상기 캐리어(413)는 저속으로 감속 회전하게 되며, 이는 제1출력클러치(420)를 통해 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되는 것이다.

정리하면, 2단에서는 제2폴(502)이 제1태양기어(411a)를 구속함에 따라, 스프로켓(210)→드라이버(200)→제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치→링기어(414)→유성기어(412)의 대경부(412a)→캐리어(413)→제1출력클러치(420)→허브쉘(300)로 회전력이 전달되어 저속 감속이 이루어지게 된다.

- 3단

3단은 변속레버의 조작으로 원주방향 폴제어부재(510)가 일정각도 더 회전한 상태로, 제1태양기어(411a) 및 제2태양기어(411b) 모두가 구속되지 않은 상태이며, 축방향 폴제어부재(520)가 도 4와 같이 도면상 우측으로 이동하게 되어, 제3폴(503)이 세워진 상태에 있다.

이때, 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)은 도면상 우측으로 이동한 상기 축방향 폴제어부재(520)로부터 이격되어, 상기 제3폴(503)이 세워지게 됨으로써 상기 드라이버(200)의 회전력을 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달하게 된다.

이에 따라, 상기 제2출력클러치(430)는 별도의 회전력을 전달하지 않게 되고, 상기 캐리어(413)는 상기 드라이버(200)로 입력되는 회전력을 변속시키지 않고 직접 전달받아 회전하게 되며, 이는 제1출력클러치(420)를 통해 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되는 것이다.

정리하면, 3단에서는 제1태양기어(411a) 및 제2태양기어(411b)가 모두 구속되지 않고 오직 제3폴(503)에 의해 드라이버(200)의 회전력이 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달됨에 따라, 스프로켓(210)→드라이버(200)→제3폴(503)→캐리어(413)→제1출력클러치(420)→허브쉘(300)로 회전력이 전달되어 변속 없이 출력이 이루어지게 된다.

- 4단

4단은 변속레버의 조작으로 원주방향 폴제어부재(510)가 일정각도 더 회전한 상태로, 제4폴(504)이 세워져 제1태양기어(411a)가 구속된 상태이며, 축방향 폴제어부재(520)가 도면상 우측으로 이동한 상태를 유지하여 제3폴(503)도 세워진 상태에 그대로 있다.

이때, 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)은 도면상 우측으로 이동한 상기 축방향 폴제어부재(520)로부터 이격되어, 상기 제3폴(503)이 세워진 상태를 유지하게 됨으로써 상기 드라이버(200)의 회전력을 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달하게 된다.

상기 캐리어(413)에 변속 없이 직접 전달된 회전력은 고정된 제1태양기어(411a)를 중심으로 유성기어(412)의 대경부(412a)가 치합하여 상기 유성기어(412)가 고속으로 회전하게 된다.

이러한 유성기어(412)의 회전은 링기어(414)로 전달되며, 상기 제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치를 통해 허브쉘(300)의 내주면에 전달되어 출력이 이루어지게 되는 것이다.

정리하면, 4단에서는 제1태양기어(411a)가 구속되고 제3폴(503)에 의해 드라이버(200)의 회전력이 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달됨에 따라, 스프로켓(210)→드라이버(200)→제3폴(503)→캐리어(413)→유성기어(412)의 대경부(412a)→링기어(414)→제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치→허브쉘(300)로 회전력이 전달되어 고속으로 변속되어 출력이 이루어지게 된다.

이때, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치는 오버 러닝에 의해 드라이버(200)의 회전력을 링기어(414)에 전달하지 못하는 것이다.

- 5단

5단은 변속레버의 조작으로 원주방향 폴제어부재(510)가 일정각도 더 회전한 상태로, 제5폴(505)이 세워져 제2태양기어(411b)가 구속된 상태이며, 축방향 폴제어부재(520)가 도면상 우측으로 이동한 상태를 유지하여 제3폴(503)도 세워진 상태에 있다.

이때, 상기 드라이버(200)에 마련된 제3폴(503)은 도면상 우측으로 이동한 상기 축방향 폴제어부재(520)로부터 이격된 상태를 그대로 유지하여, 상기 제3폴(503)이 세워진 상태를 유지하게 됨으로써 상기 드라이버(200)의 회전력을 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달하게 된다.

이후, 상기 캐리어(413)에 변속 없이 직접 전달된 회전력은 고정된 제2태양기어(411b)를 중심으로 유성기어(412)의 소경부(412b)가 치합하여 상기 유성기어(412)가 최고속으로 회전하게 된다.

정리하면, 5단에서는 제2태양기어(411b)가 구속되고 제3폴(503)에 의해 드라이버(200)의 회전력이 유성기어세트(410)의 캐리어(413)에 직접 전달됨에 따라, 스프로켓(210)→드라이버(200)→제3폴(503)→캐리어(413)→유성기어(412)의 소경부(412b)→링기어(414)→제2출력클러치(430)의 외측 일방향 클러치→허브쉘(300)로 회전력이 전달되어 최고속으로 변속되어 출력이 이루어지게 된다.

이때에도, 상기 제2출력클러치(430)의 내측 일방향 클러치는 오버 러닝에 의해 드라이버(200)의 회전력을 링기어(414)에 직접 전달하지 못하는 것이다.

따라서, 본 발명의 허브 내장형 다단 변속기는 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어세트(410)와 2중 일방향 클러치를 이용하여 다단의 변속기를 보다 콤팩트하게 구현할 수 있어 제품의 상품성을 향상시키고, 변속레버의 조작에 따라 원주방향 폴제어부재(510)와 축방향 폴제어부재(520)를 제어하여 회전력의 전달경로를 변경시킴으로써 다양한 변속비를 얻을 수 있다는 가장 큰 이점을 지닌 발명인 것이다.

또한, 원주방향 및 축방향의 강제 변속 기능을 통해 감속 조작 시 폴을 강제로 눕혀주게 됨으로써 변속이 원활하게 이루어지도록 하여 변속 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

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

Claims

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

상기 허브쉘(300)의 내부에 마련되는 태양기어, 유성기어(412), 캐리어(413), 링기어(414)로 이루어진 유성기어세트(410)와, 일방향 클러치로써 상기 캐리어(413)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되는 제1출력클러치(420)와, 소정의 위상각 차이를 갖도록 일체로 이루어진 2개의 일방향 클러치로써 상기 드라이버(200)와 상기 링기어(414) 사이 및 상기 링기어(414)와 상기 허브쉘(300) 사이에 마련되어, 회전속도의 차이에 따라 상기 드라이버(200)의 회전력을 상기 링기어(414)에 전달하거나 상기 링기어(414)의 회전력을 상기 허브쉘(300)에 전달하는 제2출력클러치(430)를 포함하여, 상기 드라이버(200)로 입력되는 회전력을 변속시켜 상기 허브쉘(300)로 출력시키는 변속부(400)와;

변속레버의 조작에 따라 원주방향으로 회전하면서 상기 샤프트(100)의 외주면에 형성된 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 컨트롤하여 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 제한하는 원주방향 폴제어부재(510)와, 변속레버의 조작에 따라 축방향으로 이동하면서 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 컨트롤하여 상기 드라이버(200)의 회전을 상기 캐리어(413)에 선택적으로 전달시키는 축방향 폴제어부재(520)를 포함하여, 상기 변속부(400)의 변속을 제어하는 제어부(500)로 구성되는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제1항에 있어서, 상기 제2출력클러치(430)는

상기 링기어(414)의 내주면 및 외주면에 소정 위상각 차이를 두고 형성되는 일방향 경사 요홈(414a)(414b)과;

상기 일방향 경사 요홈(414a)(414b) 내에 위치하는 다수의 롤러(431a)(431b)를 회전 가능하게 지지하되, 내주에 위치하는 롤러(431a)와 외주에 위치하는 롤러(431b)가 소정 위상각 차이를 유지하도록 일체로 형성된 케이지(433)로 구성되어;

상기 드라이버(200)의 외주면과 상기 링기어(414)의 내주면 사이에 내측 일방향 클러치를 형성하고, 상기 링기어(414)의 외주면과 상기 허브쉘(300)의 내주면 사이에 외측 일방향 클러치를 형성하는 2중 일방향 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제2항에 있어서, 상기 유성기어(412)는 1단 또는 2단 이상의 다단 유성기어로 이루어지며, 상기 폴 및 상기 태양기어는 상기 유성기어의 단수에 따라 추가 구성되어, "(2×유성기어의 단수)+1"의 변속단수로 출력시키는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제3항에 있어서, 상기 제어부(500)는

변속레버의 조작에 따라 인출되는 케이블이 연결되어 상기 샤프트(100)의 외주면에 회전 가능하게 지지되는 케이블 연결부재(530)와;

상기 케이블 연결부재(530)의 내주면에 치합하여 일체로 회전하는 중간 연결부재(532)와;

상기 중간 연결부재(532)의 내주면에 조립되어 일체로 회전하되, 복귀스프링(803)에 의해 일방향으로 탄성 회전하는 관통 연결부재(540)와;

상기 관통 연결부재(540)에 끼워맞춤 조립되어 일체로 회전 제어되되, 일측에 헬리컬 경사면(551)이 형성된 각도 제어부재(550)와;

상기 각도 제어부재(550)에 연결되어 회전에 따라 상기 샤프트(100)의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴을 제어하는 원주방향 폴제어부재(510)와;

상기 샤프트(100)에 고정된 가이드부재(560)의 축방향 가이드홈(561)에 안내되어 축방향으로 유동 가능하며, 상기 각도 제어부재(550)의 회전에 따라 상기 헬리컬 경사면(551)을 타고 축방향으로 이동하여 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 제어하는 축방향 폴제어부재(520)로 구성되는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제4항에 있어서, 상기 축방향 폴제어부재(520)는 외주면이 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴과 접촉하도록 축방향으로 소정 구간 경사면(523)(524) 및 원형으로 형성되어, 일방향 이동 시 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴로부터 이격됨에 따라 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴이 세워지는 것을 허용하고, 축방향 리턴스프링(801)에 의해 그 역방향 복귀 시 상기 경사면(523)(524)을 통해 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 눕혀주며, 원형 외주면을 통해 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 눕혀진 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제5항에 있어서, 상기 제어부(500)에는

상기 원주방향 폴제어부재(510)의 외주면에 다수 형성된 회전제한돌기(516) 및 일방향 경사 요홈(517)과;

상기 각도 제어부재(550)의 외주연에 형성되어 소정 유격을 가지고 상기 회전제한돌기(516)를 수용하는 회전제한요부(553)와;

상기 각도 제어부재(550)에 반경 방향으로 유동 가능하게 지지되는 다수의 롤러(554)와;

상기 원주방향 폴제어부재(510)와 상기 각도 제어부재(550) 사이에 연결되어 상기 각도 제어부재(550)를 기준으로 상기 원주방향 폴제어부재(510)를 일방향으로 회전하도록 탄성 지지하는 원주방향 리턴스프링(802)으로 이루어진 원주방향 강제변속수단이 마련되어;

상기 각도 제어부재(550)와 상기 원주방향 폴제어부재(510) 사이에 위상각 차이가 발생함에 따라, 상기 롤러(554)가 그 내주에 위치하여 회전하는 상기 원주방향 폴제어부재(510)의 외주면에 형성된 일방향 경사 요홈(517)으로부터 외측으로 강제 이동하면서, 상기 캐리어(413)의 내주면에 접촉하는 강제 변속 클러치를 형성함으로써, 상기 원주방향 폴제어부재(510)를 강제로 회전시켜 상기 샤프트(100)의 폴안착부에 위치하는 다수의 폴 중 어느 하나 이상을 강제로 눕혀주는 원주방향 강제변속기능을 갖는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.
제5항에 있어서, 상기 축방향 폴제어부재(520)에는 다각형을 이루도록 방사상에 배치되어 상기 원형 외주면으로 이어지는 폴 수용홈부(521)가 형성되어, 세워진 상태의 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 수용하여 상기 원형 외주면으로 안내함으로써, 회전하는 상기 드라이버(200)의 내주면에 마련된 폴을 강제로 눕혀주는 축방향 강제변속수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 허브 내장형 다단 변속기.