WO2019172582A1 - 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치 - Google Patents

변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2019172582A1
WO2019172582A1 PCT/KR2019/002455 KR2019002455W WO2019172582A1 WO 2019172582 A1 WO2019172582 A1 WO 2019172582A1 KR 2019002455 W KR2019002455 W KR 2019002455W WO 2019172582 A1 WO2019172582 A1 WO 2019172582A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation shaft
planetary gear
input rotation
gear
input
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/002455
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
손순영
Original Assignee
손순영
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 손순영 filed Critical 손순영
Priority to CN201980017073.2A priority Critical patent/CN111788114A/zh
Priority to EP19763805.9A priority patent/EP3763615B1/en
Publication of WO2019172582A1 publication Critical patent/WO2019172582A1/ko
Priority to US17/013,597 priority patent/US11524747B2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/02—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of unchangeable ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/145—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the bottom bracket
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
    • F16H1/12—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes
    • F16H1/16—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel
    • F16H1/166—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel with members rotating around axes on the worm or worm-wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/13—Bicycles; Tricycles

Definitions

  • the present invention relates to a transmission, and in particular, a transmission motor that transmits power by using a planetary gear mechanism including a ring gear, a planetary gear, a sun gear, and a carrier and facilitates shifting through the planetary gear mechanism and the shifting motor. And a transmission for a bicycle using a planetary gear mechanism.
  • planetary gear units are utilized to efficiently transfer large amounts of power to compact units.
  • one planetary gear device does not achieve a desired speed ratio, so that two or more planetary gear devices are arranged and the structure is complicated.
  • the planetary gear device includes a carrier, a plurality of planetary gears provided in the carrier, a ring gear in which the planetary gears are internally engaged and a sun gear externally engaged with the planetary gears, and the number of teeth of the sun gear and the ring gear, It is possible to adjust the increase / deceleration ratio according to which part of the sun gear, the ring gear and the carrier of the planetary gear device are meshed with the input shaft and the output shaft which transmit the main power.
  • These planetary gears are compact and lightweight, and are used in intelligent robots, R / Cs, aircraft, automobiles, office equipment, and machine tools that require compact and lightweight, and have excellent power transmission efficiency characteristics.
  • the force is evenly distributed, there is an advantage that it can withstand high torque.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems of the prior art, the first input rotation shaft is provided with the main power and the output shaft is provided on the concentric circle to transmit the rotational force through the shifting process is provided with this power, Bicycle shifting device using a transmission motor and planetary gear mechanism that can be miniaturized by independently connecting the second input rotation shaft, the first input rotation shaft, and the output shaft which provide the power of the shifting motor for shifting with components of the planetary gear mechanism, respectively.
  • the purpose is to provide.
  • the object of the present invention is to provide a transmission for a bicycle using a planetary gear mechanism and a shift motor capable of improving the design of the bicycle and reducing the weight of the bicycle.
  • the object of the present invention is to provide a transmission for a bicycle using a transmission motor and a planetary gear mechanism that can reduce manufacturing costs by reducing the number of parts and simplifying the coupling between the components.
  • Bicycle transmission device using a transmission motor and a planetary gear mechanism for solving the above problems is a first input rotating shaft connected to the main power source to rotate; A second input rotation shaft provided with a rotational force from the speed change motor; A planetary gear mechanism receiving rotational force from the first input rotation shaft and the second input rotation shaft; An output shaft that receives rotational force from the planetary gear mechanism; And a controller configured to control the speed change motor to control a rotation direction and a speed of a second input rotation shaft, wherein the first input rotation shaft is disposed concentrically with the output shaft.
  • the outer circumferential surface of the second input rotation shaft is provided with a worm;
  • the planetary gear mechanism includes a carrier coupled to the first input rotational shaft to rotate together, a plurality of planetary gears rotatably installed on the carrier, a ring gear whose inner circumferential surface is meshed with an outer circumferential surface of the planetary gear, and the first gear.
  • a sun gear having an extension portion provided on an outer circumferential surface of the worm wheel surrounding the input rotation shaft and engaged with the worm to rotate;
  • the second input rotation shaft intersects the extension portion of the sun gear at right angles.
  • the ring gear includes a hollow extension portion surrounding the first input rotation shaft, and the output portion is connected to an output shaft surrounding the first input rotation shaft, and the output shaft and the first input rotation shaft are positioned concentrically. do.
  • the planetary gear may include a first planetary gear that rotates externally to the sun gear; And a second planetary gear which is external to the first planetary gear and rotates internally to the ring gear.
  • the planetary gear mechanism may include a carrier coupled to the first input rotational shaft and rotated together, a plurality of planetary gears rotatably installed on the carrier, and an inner circumferential surface of the planetary gear engaged with the outer circumferential surface of the planetary gear and engaged with the worm.
  • a worm wheel including a ring gear having an extension provided on an outer circumferential surface thereof, and a sun gear which is engaged with the planetary gear and rotates;
  • the second input rotation shaft may cross at right angles with the extension of the ring gear.
  • the sun gear is formed with a hollow extension portion surrounding the first input rotation shaft, the output portion is connected to the output shaft surrounding the first input rotation shaft, the output shaft and the first input rotation shaft is located in a concentric circle .
  • a worm is provided on an outer circumferential surface of the second input rotation shaft;
  • the planetary gear mechanism includes a sun gear coupled to the first input rotational shaft and rotated together, a plurality of planetary gears engaged with the sun gear and rotating, and a worm wheel rotatably installed and engaged with the worm.
  • a carrier having an extension provided on an outer circumferential surface, and a ring gear whose inner circumferential surface is meshed with an outer circumferential surface of the planetary gear;
  • the second input rotation shaft may cross at right angles with the extension of the carrier.
  • the ring gear is formed with a hollow extension surrounding the first input rotation shaft, the output portion is connected to the output shaft surrounding the first input rotation shaft, the output shaft and the first input rotation shaft is located in the concentric circle do.
  • a worm is provided on an outer circumferential surface of the second input rotation shaft;
  • the planetary gear mechanism includes a ring gear coupled to the first input rotational shaft and rotated together, a plurality of planetary gears whose outer circumference is meshed with the inner circumferential surface of the ring gear, and the planetary gear are rotatably installed and meshed with the worm.
  • a rotating worm wheel comprising a carrier having an extension provided on an outer circumferential surface thereof, and a sun gear which is engaged with the planetary gear and rotates;
  • the second input rotation shaft may cross at right angles with an extension of the carrier.
  • the sun gear is formed with a hollow extension portion surrounding the first input rotation shaft, the output portion is connected to the output shaft surrounding the first input rotation shaft, the output shaft and the first input rotation shaft is located in a concentric circle .
  • the planetary gear may include: a first planetary gear rotating externally to the sun gear; And a second planetary gear which is external to the first planetary gear and rotates internally to the ring gear.
  • the main power source may be connected to both ends of the first input rotation shaft, respectively.
  • a first input rotational shaft and an output shaft that receive rotational force from the main power source are disposed on concentric circles, and the components of the planetary gearing mechanism include the first input rotational shaft and the shifting motor. Since it is connected to both the second input rotation shaft and the output shaft provided with the rotational force from, it can be composed of one planetary gear mechanism and the transmission motor has the advantage that the transmission can be miniaturized.
  • variable speed motor when the main power for driving generated from the main power source is adjusted little by little with the variable speed motor, there is an advantage in that the variable speed motor can be miniaturized.
  • FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • Figure 2 is a view showing a second embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a third embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • Figure 4 is a view showing a fourth embodiment of a shift device for a bicycle using a transmission motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • the transmission device according to the present invention shown in FIG. 1 is to increase or decrease the rotational force generated by the movement of a pedal installed in a bicycle to be transmitted to a wheel as needed.
  • the first input rotation shaft 10 is provided with power from the outside.
  • the second input rotary shaft 20 receives the rotational force from the transmission motor 21
  • the planetary gear mechanism 30 receives the rotational force from the first input rotational shaft 10 and the second input rotational shaft 20, It comprises an output shaft 40 receives the rotational force from the planetary gear mechanism 30, and a control unit 50 for controlling the rotational direction and speed of the second input rotation shaft 20 by controlling the transmission motor 21 do.
  • the first input rotation shaft 10 is connected to the main power source 11 to rotate by receiving a rotation force. At least one of both ends of the first input rotary shaft 10 is connected to the main power source 11, such as a pedal or a driving motor (in the case of an electric bicycle) that the user steps on and rotates, and is transmitted from the main power source 11 The first input rotation shaft 10 is rotated by the rotation force.
  • the main power source 11 such as a pedal or a driving motor (in the case of an electric bicycle) that the user steps on and rotates, and is transmitted from the main power source 11
  • the first input rotation shaft 10 is rotated by the rotation force.
  • the main power source 11 may be connected to only one end of the first input rotation shaft 10, but may be connected to each one of both ends of the first input rotation shaft 11, respectively.
  • the second input rotation shaft 20 is rotated by receiving the rotational force from the transmission motor 21, the rotation shaft of the transmission motor 21 may be formed integrally extending, or separate from the rotation shaft of the transmission motor 21 The shaft may also be connected.
  • the planetary gear mechanism 30 includes a carrier 31, a plurality of planetary gears 32 rotatably installed on the carrier 31, and a ring gear whose inner circumferential surface is meshed with an outer circumferential surface of the planetary gear 32. 33) and a sun gear (34) which meshes with the planetary gear (32) and rotates.
  • the carrier 31 rotatably supports a plurality of planetary gears 32, and a central portion thereof is coupled to the first input rotation shaft 10 to rotate at the same speed with the first input rotation shaft 10.
  • the carrier 31 and the first input rotation shaft 10 may not be stably coupled, and thus a hollow extension part having a predetermined length in the center portion of the carrier 31 may be May be formed to protrude to form the hollow extension part with the first input rotation shaft 10 to enhance the coupling force with the first input rotation shaft 10.
  • the carrier 31 includes a plurality of support shafts 31a, which pass through the central portion of the planetary gear 32. Therefore, the planetary gear 32 rotates around the support shaft 31a of the carrier 31.
  • the planetary gear 32 is rotatably supported by the support shaft 31a and is disposed around the sun gear 34.
  • the planetary gear 32 has a second planetary gear 32a and a second outer gear that is external to the first planetary gear 32a. It consists of a planetary gear 32b.
  • the first planetary gear 32a rotates externally to the sun gear 34.
  • the second planetary gear 32b is circumscribed to the first planetary gear 32a and rotates inscribed to the ring gear 33.
  • the ring gear 33 is a portion where the output shaft 40 is provided, and gear teeth are formed on the inner circumferential surface, and the second planetary gear 32b is meshed with the gear teeth on the inner circumferential surface.
  • the ring gear 33 has a hollow extension portion 33a formed around the first input rotation shaft 10 at a central portion thereof.
  • an output shaft 40 surrounding the first input rotation shaft 10 is connected to the extension portion 33a of the ring gear 33, such that the output shaft 40 and the first input rotation shaft 10 are positioned in a concentric circle. do.
  • the sun gear 34 receives rotational force from the second input rotation shaft 20 and is engaged with the planetary gear 32 to rotate.
  • the sun gear 34 is located at the center of the planetary gear mechanism 30, and gear teeth are formed along the outer circumferential surface, and the gear teeth of the outer circumferential surface mesh with the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the first planetary gear 32a.
  • the sun gear 34 has a central portion penetrated by the first input rotation shaft 10, and a bearing is installed between the first input rotation shaft 10 and the sun gear 34, so that the rotational force of the first input rotation shaft 10 is increased. It does not affect the sun gear 34 directly.
  • one side of the sun gear 34 is provided with a hollow extension portion 34a surrounding the first input rotation shaft 10, and a worm wheel 34b on the outer circumferential surface of the extension portion 34a of the sun gear 34. ) Is provided.
  • the outer circumferential surface of the second input rotation shaft 20 is provided with a worm 22 engaged with the worm wheel 34b. Therefore, when the rotational force is transmitted from the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 rotates, the worm 22 rotates together, thereby rotating the worm wheel 34b engaged with the worm 22, and the worm wheel 34b. ), The extension part 34a of the sun gear 34 rotates, and as a result, the sun gear 34 rotates.
  • the output shaft 40 is a portion provided to the ring gear 33 to receive the rotational force, the extension portion 33a of the ring gear 33 may be formed integrally extending, the spline and the boss described above As a result, a separate hollow pipe may be formed by being coupled to the extension part 33a of the ring gear 33.
  • the output shaft 40 penetrates the center portion by the first input rotation shaft 10, the output shaft 40 is disposed concentrically with the first input rotation shaft 10. In addition, the output shaft 40 is disposed concentrically with the carrier 31, the ring gear 33, and the sun gear 34.
  • the second input rotation shaft 20 has a worm 22 formed on an outer circumferential surface thereof, and an worm wheel 34b rotatably engaged with the worm 22 is provided at the extension portion 34a of the sun gear 34. Therefore, the second input rotation shaft 20 and the extension portion 34a of the sun gear 34 intersect at right angles.
  • the control unit 50 rotates the speed change motor 21 in the forward and reverse directions, and controls the rotation speed of the speed change motor 21.
  • the main power source 11 such as a pedal or a driving motor
  • the first input rotation shaft 10 rotates, and the rotational force of the first input rotation shaft 10 is the carrier 31, the planetary gear 32, and the ring gear. It is delivered sequentially to (33).
  • variable speed motor 21 when the variable speed motor 21 is operated to rotate the second input rotation shaft 20, the rotational force of the second input rotation shaft 20 is sequentially transmitted to the sun gear 34 and the planetary gear 32.
  • the transmission for the bicycle using the transmission motor and the planetary gear mechanism according to the present invention may be configured as shown in FIG.
  • Figure 2 is a view showing a second embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • the transmission device shown in FIG. 2 includes a first input rotation shaft 10 connected to the main power source 11 to rotate, a second input rotation shaft 20 provided with a rotational force from the transmission motor 21, and A planetary gear mechanism 30 that receives rotational force from the first input rotational shaft 10 and the second input rotational shaft 20, an output shaft 40 that receives rotational force from the planetary gearing mechanism 30, and the shifting motor. And a control part 50 for controlling the rotation direction and the speed of the second input rotation shaft 20 by controlling the 21.
  • the planetary gear mechanism 30 includes a carrier 31, a plurality of planetary gears 32 rotatably installed on the carrier 31, and a ring gear whose inner circumferential surface is meshed with an outer circumferential surface of the planetary gear 32. 33) and the sun gear 34 is rotated in engagement with the planetary gear 32 and the output shaft 40 is installed.
  • the carrier 31 rotatably supports a plurality of planetary gears 32, and a central portion thereof is coupled to the first input rotation shaft 10 to rotate at the same speed with the first input rotation shaft 10.
  • the carrier 31 includes a support shaft 31a passing through the central portion of the planetary gear 32.
  • the planetary gear 32 is rotatably supported by the support shaft 31a of the carrier 31.
  • the ring gear 33 has a gear tooth formed on an inner circumferential surface thereof, and the planetary gear 32 is engaged with the gear tooth of the inner circumferential surface thereof, and receives a rotational force from the second input rotation shaft 20.
  • the ring gear 33 is provided with an extension part 33a surrounding the first input rotation shaft 10, and a worm wheel 33b is provided on an outer circumferential surface of the extension part 33a of the ring gear 33.
  • the outer circumferential surface of the second input rotation shaft 20 is provided with a worm 22 engaged with the worm wheel 33b. Therefore, when the rotational force is transmitted from the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 rotates, the worm 22 rotates together, thereby rotating the worm wheel 33b engaged with the worm 22, and the worm wheel 33b. ), The extension part 33a of the ring gear 33 rotates, and as a result, the ring gear 33 rotates.
  • the sun gear 34 is located at the center of the planetary gear mechanism 30, and gear teeth are formed along the outer circumferential surface, and the gear teeth of the outer circumferential surface mesh with the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the planetary gear 32.
  • the sun gear 34 has a central portion penetrated by the first input rotation shaft 10, and a bearing is installed between the first input rotation shaft 10 and the sun gear 34, so that the rotational force of the first input rotation shaft 10 is increased. It does not affect the sun gear 34 directly.
  • the sun gear 34 has a hollow extension portion 34a formed around the first input rotation shaft 10 at a central portion thereof, and the first input rotation shaft has an extension portion 34a of the sun gear 34.
  • An output shaft 40 surrounding 10 is connected.
  • the output shaft 40 may be formed by integrally extending the extension portion 34a of the sun gear 34, a separate hollow pipe is coupled to the extension portion 34a of the sun gear 34 in the manner of a spline and a boss It may be formed.
  • the output shaft 40 penetrates the center portion by the first input rotation shaft 10, the output shaft 40 is disposed concentrically with the first input rotation shaft 10. In addition, the output shaft 40 is disposed concentrically with the carrier 31, the ring gear 33, and the sun gear 34.
  • the second input rotation shaft 20 has a worm 22 formed on the outer circumferential surface thereof, and an worm wheel 33b rotatably engaged with the worm 22 on the extension portion 33a of the ring gear 33. Therefore, the second input rotation shaft 20 and the extension part 33a of the ring gear 33 cross each other at right angles.
  • the main power source 11 such as a pedal or a driving motor
  • the first input rotation shaft 10 rotates, and the rotational force of the first input rotation shaft 10 is the carrier 31, the planetary gear 32, and the sun gear ( Are delivered sequentially.
  • FIG 3 is a view showing a third embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • the transmission device shown in FIG. 3 includes a first input rotation shaft 10 connected to the main power source 11 to rotate, a second input rotation shaft 20 provided with a rotational force from the transmission motor 21, and A planetary gear mechanism 30 that receives rotational force from the first input rotational shaft 10 and the second input rotational shaft 20, an output shaft 40 that receives rotational force from the planetary gearing mechanism 30, and the shifting motor. And a control part 50 for controlling the rotation direction and the speed of the second input rotation shaft 20 by controlling the 21.
  • the planetary gear mechanism 30 includes a sun gear 34, a plurality of planetary gears 32 that rotate by being engaged with the sun gear 34, and a carrier 31 on which the planetary gears 32 are rotatably installed.
  • the inner circumferential surface is engaged with the outer circumferential surface of the planetary gear 32 and is configured to include a ring gear 33 having an output shaft 40.
  • the sun gear 34 is located at the center of the planetary gear mechanism 30, and gear teeth are formed along the outer circumferential surface, and the gear teeth of the outer circumferential surface mesh with the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the planetary gear 32.
  • the sun gear 34 has a central portion coupled to the first input rotation shaft 10 in the manner of a spline and a boss to rotate together with the first input rotation shaft 10 at the same speed in the same direction.
  • the planetary gear 32 is rotatably supported by the support shaft 31a of the carrier 31, and is external to the sun gear 34 and internal to the ring gear 33.
  • the carrier 31 receives a rotational force from the second input rotation shaft 20.
  • the carrier 31 is provided with an extension part 31b surrounding the first input rotation shaft 10, and a worm wheel 31c is provided on the outer peripheral surface of the extension part 31b of the carrier 31.
  • the second input rotation shaft 20 is provided with a worm 22 meshed with the worm wheel 31c. Therefore, when the rotational force is transmitted from the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 rotates, the worm 22 rotates together, thereby rotating the worm wheel 31c engaged with the worm 22, and the worm wheel 31c. ), The extension part 31b of the carrier 31 rotates, and as a result, the carrier 31 rotates.
  • the ring gear 33 has a gear tooth formed on an inner circumferential surface thereof, and a planetary gear 32 meshes with the gear tooth of the inner circumferential surface, and a hollow extension part surrounding the first input rotation shaft 10 at a central portion thereof. 33a is formed.
  • An output shaft 40 surrounding the first input rotation shaft 10 is connected to the extension portion 33a of the ring gear 33.
  • the output shaft 40 may be formed by integrally extending the extension portion 33a of the ring gear 33, and a separate hollow pipe may be formed on the extension portion 33a of the ring gear 33 by splines and bosses. It may be formed in combination.
  • the output shaft 40 penetrates the center portion by the first input rotation shaft 10, the output shaft 40 is disposed concentrically with the first input rotation shaft 10. In addition, the output shaft 40 is disposed concentrically with the carrier 31, the ring gear 33, and the sun gear 34.
  • the second input rotation shaft 20 has a worm 22 formed on an outer circumferential surface thereof, and an worm wheel 31c rotatably engaged with the worm 22 is provided on the extension part 31b of the carrier 31. Therefore, the second input rotation shaft 20 and the extension part 31b of the carrier 33 cross at right angles.
  • the main power source 11 such as a pedal or a driving motor
  • the first input rotation shaft 10 rotates, and the rotational force of the first input rotation shaft 10 is the sun gear 34, the planetary gear 32, and the ring gear. It is delivered sequentially to (33).
  • Figure 4 is a view showing a fourth embodiment of a shift device for a bicycle using a shift motor and a planetary gear mechanism according to the present invention.
  • the transmission device shown in FIG. 4 includes a first input rotation shaft 10 connected to the main power source 11 to rotate, a second input rotation shaft 20 provided with a rotational force from the transmission motor 21, and A planetary gear mechanism 30 that receives rotational force from the first input rotational shaft 10 and the second input rotational shaft 20, an output shaft 40 that receives rotational force from the planetary gearing mechanism 30, and the shifting motor. And a control part 50 for controlling the rotation direction and the speed of the second input rotation shaft 20 by controlling the 21.
  • the planetary gear mechanism 30 includes a ring gear 33, a plurality of planetary gears 32 whose outer circumference is engaged with the inner circumferential surface of the ring gear 33, and a carrier on which the planetary gear 32 is rotatably installed. And a sun gear 34 meshed with the planetary gear 32 and provided with an output shaft 40.
  • the ring gear 33 has a gear tooth formed on an inner circumferential surface thereof, and the planetary gear 32 meshes with the gear tooth of the inner circumferential surface thereof, and receives a rotational force from the first input rotation shaft 10.
  • the ring gear 33 has a central portion coupled to the first input rotation shaft 10 in the manner of a spline and a boss to rotate together with the first input rotation shaft 10 at the same speed in the same direction.
  • the hollow gear of a predetermined length is extended to the center portion of the ring gear 33.
  • the planetary gear 32 is rotatably supported on the support shaft 31a of the carrier 31 and is disposed around the sun gear 34.
  • the first planetary gear 32a and the first planetary gear 32a are disposed. It consists of the 2nd planetary gear 32b which circumscribes.
  • the first planetary gear 32a rotates externally to the sun gear 34.
  • the second planetary gear 2b is externally circumscribed to the first planetary gear 32a and rotates internally to the ring gear 33.
  • first planetary gear 32a and the second planetary gear 32b are disposed between the ring gear 33 and the sun gear 34, and the first planetary gear 32a is circumscribed with the sun gear 34.
  • the second planetary gear 32b is inscribed with the ring gear 33, and the first planetary gear 32a and the second planetary gear 32b are circumscribed to each other and are rotated in opposite directions.
  • the carrier 31 includes a support shaft 31a penetrating a central portion of the planetary gear 32 to rotatably support the plurality of planetary gears 32 at one end thereof.
  • the carrier 31 receives a rotational force from the second input rotation shaft 20.
  • the carrier 31 has a hollow extension portion 31b surrounding the first input rotational shaft 10 and the output shaft 40 at a central portion of one side end, and the extension portion 31b of the carrier 31 is provided.
  • the outer circumferential surface is provided with a worm wheel 31c.
  • the second input rotation shaft 20 is provided with a worm 22 meshed with the worm wheel 31c. Therefore, when the rotational force is transmitted from the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 rotates, the worm 22 rotates together, thereby rotating the worm wheel 31c engaged with the worm 22, and the worm wheel 31c. ),
  • the extension part 31b of the carrier 31 rotates, and as a result, the carrier 31 rotates.
  • the sun gear 34 is located at the center of the planetary gear mechanism 30, and gear teeth are formed along the outer circumferential surface, and the gear teeth of the outer circumferential surface mesh with the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the first planetary gear 32a.
  • the sun gear 34 has a central portion penetrated by the first input rotation shaft 10, and a bearing is installed between the first input rotation shaft 10 and the sun gear 34, so that the rotational force of the first input rotation shaft 10 is increased. It does not affect the sun gear 34 directly.
  • the sun gear 34 has a hollow extension portion 34a formed around the first input rotation shaft 10 at a central portion thereof, and the first input rotation shaft 10 is formed at the extension portion 34a of the sun gear 34.
  • the output shaft 40 surrounding the is connected.
  • the output shaft 40 is installed in the sun gear 34 to receive a rotational force
  • the extension portion 34a of the sun gear 34 may be formed integrally extended, a separate hollow pipe is extended to the sun gear 34 It may be formed by being coupled to the portion 34a in the manner of a spline and a boss.
  • the output shaft 40 penetrates the center portion by the first input rotation shaft 10, the output shaft 40 is disposed concentrically with the first input rotation shaft 10. In addition, the output shaft 40 is disposed concentrically with the carrier 31, the ring gear 33, and the sun gear 34.
  • the second input rotation shaft 20 has a worm 22 formed on an outer circumferential surface thereof, and an worm wheel 31c rotatably engaged with the worm 22 is provided on the extension part 31b of the carrier 31. Therefore, the second input rotation shaft 20 and the extension part 31b of the carrier 33 cross at right angles.
  • the main power source 11 such as a pedal or a driving motor
  • the first input rotation shaft 10 rotates, and the rotational force of the first input rotation shaft 10 is the ring gear 33 and the second planetary gear 32b.
  • the first input rotation shaft 10 rotates at the same speed as the carrier 31 of the planetary gear mechanism 30.
  • the second input rotation shaft 20 causes the rotation speed of the ring gear 33 to be decelerated and rotated as a result of gear gears between the worm wheel 33b and the worm 22. That is, the speed change motor 21 and the second input rotation shaft 20 are controlled such that the rotation direction and the rotation speed of the ring gear 33 become target levels.
  • the output shaft 40 rotates in the same direction and speed as the sun gear 34.
  • the rotation direction and the rotation speed of the first input rotation shaft 10 may be referred to as the rotation direction and the rotation speed of the carrier 31, and the target rotation direction and rotation of the transmission motor 21 and the second input rotation shaft 20.
  • the speed may be referred to as the rotational direction and rotational speed of the ring gear 33
  • the rotational direction and rotational speed of the output shaft 40 may be referred to as the rotational direction and rotational speed of the sun gear (34).
  • the carrier 31 receiving the rotational force of the main power source 11 is fixed, and the ring gear 33 connected to the variable speed motor 21 and the second input rotation shaft 20 is an input element, and the sun gear 34 is an input element.
  • the fixed speed ratio in the single-pinion planetary gear system is increased by the number of ring gear teeth / sun gear teeth.
  • Table 2 shows that the transmission gear 21 and the ring gear 33 connected to the second input rotation shaft 20 rotate at -10 rpm, 0 rpm and +10 rpm, respectively, when the carrier 31 connected to the main power source 11 is stopped. In this case, the rotational direction and the rotational speed of the output shaft 40 and the sun gear 34 are shown.
  • the rotation speed of the first input rotary shaft 10 and the carrier 31 connected to the main power source 11 is constant at 60 rpm, and the ring gear 33 connected to the variable speed motor 21 and the second input rotary shaft 20 is ⁇
  • the rotation direction and rotation speed of the output shaft 40 and the sun gear 34 are shown in Table 3.
  • the single-pinion planetary gear system structure generates various output rotation speeds due to the difference between the number of ring gears and the number of sun gear teeth and the input / output elements.
  • the output gear sun gear 34 is 210 rpm and 270 rpm, respectively. This causes deceleration and acceleration.
  • Table 4 shows the output element when the carrier 31 rotates at 50 rpm, 60 rpm, 70 rpm as the first input element, and the rotation speed of the ring gear 33 is changed from -40 to +40 rpm by 10 rpm as the second input element. Changed rotational speed data of the sun gear 34.
  • the transmission motor 21 and the second input rotary shaft 20 while constantly rotating the first input rotary shaft 10 and the carrier 31 connected to the main power source 11, such as 50rpm or 60rpm.
  • the ring gear 33 connected to the shaft is rotated clockwise (+) or counterclockwise (-) at -40 rpm to 40 rpm, the rotation speed of the sun gear 34 connected to the output shaft 40 can be increased and decreased. .
  • Table 4 shows the number of gear stages as a result of setting the rotational speed interval of the gear shifter 21 and the ring gear 33 connected to the second input rotary shaft 20 to 10 rpm.
  • the rotational speed of the ring gear 33 is set to 5 rpm, the speed change stage becomes 17 steps.
  • Various shift stage configurations are possible with the present invention.
  • the carrier 31 is used as the first input element connected to the main power source 11 and the ring gear 33 connected to the shifting motor 21 is used as the second input element.
  • the rotational speed of the output gear sun gear 34 is increased by [Ze gear teeth (ZS) + ring gear teeth (ZR)] / sun gear teeth (ZS) times and reverse rotation speed by -ZR / ZS times. Combined to increase and decrease.
  • the ring gear teeth ZR and the sun gear teeth ZS are adjustable.
  • the first input rotation shaft 10 rotates at the same speed as the ring gear 33 of the planetary gear mechanism 30.
  • the second input rotation shaft 20 causes the rotation speed of the carrier 31 to be decelerated and rotated as a result of gear gears between the worm wheel 31c and the worm 22. That is, the speed change motor 11 and the second input rotation shaft 10 are controlled such that the rotation direction and the rotation speed of the carrier 31 become the target level.
  • the output shaft 40 rotates in the same direction and speed as the sun gear 34.
  • the rotational direction and the rotational speed of the first input rotational shaft 10 may be referred to as the rotational direction and rotational speed of the ring gear 33, and the rotational direction and the rotational speed of the variable speed motor 21 and the second input rotational shaft 20 may be different from each other.
  • the rotational speed may be referred to as the rotational direction and the rotational speed of the carrier 31, the rotational direction and the rotational speed of the output shaft 40 may be referred to as the rotational direction and rotational speed of the sun gear (34).
  • the fixed gear ratio in the double-pinion planetary gear system in which a plurality of planetary gears 32 are enclosed in two rows around the sun gear 34 has a fixed gear ratio when the ring gear 33 is rotated once. Increases the number of sun gear teeth.
  • the rotation direction and the rotation speed of the output shaft 40 and the sun gear 34 are 200 rpm and 280 rpm, respectively.
  • Table 5 is a summary table for this. For convenience, + is clockwise,-is counterclockwise, and + is omitted based on the rotation axis.
  • the ring gear 33 receiving the rotational force of the main power source 11 is fixed, and the carrier 31 connected to the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 is an input element, and the sun gear 34 is an input element.
  • the fixed speed ratio in the double-pinion planetary gear system is such that the sun gear 34 is rotated at [1] the gear 31 (ZS)-the number of the ring gear (ZR) / the number of the sun gear (ZS). It is reversed by twice as much.
  • Table 6 shows that the carrier 31 connected to the shifting motor 21 and the second input rotation shaft 20 rotates at -10 rpm, 0 rpm, and +10 rpm, respectively, when the ring gear 33 connected to the main power source 11 is stopped. In this case, the rotational direction and the rotational speed of the output shaft 40 and the sun gear 34 are shown.
  • the rotational speed of the first input rotational shaft 10 and the ring gear 33 connected to the main power source 11 is constant at 60 rpm, and the carrier 31 connected to the speed change motor 21 and the second input rotational shaft 20 is ⁇
  • the rotation direction and rotation speed of the output shaft 40 and the sun gear 34 are shown in Table 7.
  • the double pinion planetary gear system structure generates various output rotational speeds due to the difference between the number of ring gears and sun gear teeth and the input / output elements.
  • the output gear sun gear 34 is 210 rpm and 270 rpm, respectively. This causes deceleration and acceleration.
  • Table 8 shows that the ring gear 33 rotates at 50 rpm, 60 rpm and 70 rpm as the first input element, and the output element when the rotational speed changes by 10 rpm from -40 to +40 rpm as the second input element. Changed rotational speed data of the sun gear 34.
  • the transmission motor 21 and the second input rotation shaft 20 while constantly rotating the first input rotation shaft 10 and the ring gear 33 connected to the main power source 11 at 50 rpm or 60 rpm, and the like.
  • the rotation speed of the sun gear 34 connected to the output shaft 40 can be increased and decreased by rotating the carrier 31 connected to the clock shaft (+) or counterclockwise (-) at -40 rpm to 40 rpm. .
  • Table 8 shows a result of setting the rotational speed interval of the carrier 31 connected to the speed change motor 21 and the second input rotation shaft 20 to 10 rpm.
  • the speed change stage becomes 17 steps.
  • Various shift stage configurations are possible with the present invention.
  • the ring gear 33 is used as the first input element connected to the main power source 11, and the carrier 31 connected to the shifting motor 21 is used as the second input element.
  • the rotational speed of the output gear sun gear 34 is increased by the number of ring gear teeth (ZR) / sun gear teeth (ZS) and [Sun gear teeth (ZS)-ring gear teeth (ZR)] / sun gear teeth Reversed acceleration is combined (ZS) times to increase and decrease.
  • the ring gear teeth ZR and the sun gear teeth ZS are adjustable.
  • a first input rotational shaft and an output shaft that receive rotational force from the main power source are disposed on concentric circles, and the components of the planetary gearing mechanism include the first input rotational shaft and the shifting motor. Since it is connected to both the second input rotation shaft and the output shaft provided with the rotational force from, it can be composed of one planetary gear mechanism and the transmission motor has the advantage that the transmission can be miniaturized.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

본 발명은 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치에 관한 것으로서, 특히 메인동력원에 연결되어 회전하는 제1입력회전축; 변속모터로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축; 상기 제1입력회전축 및 제2입력회전축으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘; 상기 유성기어 메카니즘으로부터 회전력을 제공받는 출력축; 및 상기 변속모터를 제어하여 제2입력회전축의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1입력회전축은 상기 출력축과 동심원상에 배치되어, 변속장치를 단순 소형화하고 다단변속이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치
본 발명은 변속장치에 관한 것으로서, 특히 링기어, 유성기어, 선기어 및 캐리어를 포함하는 유성기어 메카니즘을 이용하여 동력을 전달하고 이러한 유성기어 메카니즘과 변속모터를 통해 변속을 용이하게 할 수 있는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치에 관한 것이다.
일반적으로 컴팩트한 장치로 큰 동력을 효율적으로 전달하기 위해서 유성기어장치를 활용한다.
그 사용상 장점으로 기존의 2개 이상의 평행한 축에 각각 복수의 기어들이 배치되는 수동변속기에 사용되는 기어장치에 비하여 각 기어의 치(Gear teeth)가 받는 부하가 적고, 설치공간이 작을 뿐만 아니라 작동 소음이 적다는 것이다.
그 사용상 단점으로 하나의 유성기어장치로는 원하는 변속비를 얻을 수 없어 2개 이상의 유성기어장치가 배치되고 아울러 구조가 복잡한 것으로 알려지고 있다.
유성기어장치는 캐리어와, 캐리어에 구비되는 복수의 유성기어와, 이 유성기어가 내접하여 치합되는 링기어와, 유성기어와 외접하여 치합되는 선기어를 포함하여 이루어지고, 선기어와 링기어의 잇수, 메인동력을 전달하는 입력축과 출력축이 유성기어장치의 선기어, 링기어 및 캐리어 중에서 어느 부분과 치합되느냐 및 각각의 회전방향과 회전속도 등에 따라 증감속비를 조절하는 것이 가능하다.
이러한 유성기어(Planetary gears)는 기어박스를 콤팩트화 및 경량화할 수 있어서 소형 경량화가 요구되는 지능형 로봇, R/C, 항공기, 자동차, 사무기기, 공작기계 등에 많이 사용되고 있고, 뛰어난 동력전달 효율 특성이 있으며, 힘이 고루 분배되므로 고토크에도 잘 견딜 수 있다는 장점이 있다.
현재까지 2개 이상의 유성기어장치를 활용하여 다단 변속을 하는 변속장치들이 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있으나, 변속단수가 많을수록 유성기어장치 세트수가 증가하고, 아울러 구조가 복잡해지는 경향이 있다.
자전거의 경우에, Shimano, Sram 등의 내장기어(Internal Gear Hub) 등은 기계적으로 다수의 유성기어장치의 원리를 활용한 것으로 구조가 복잡하고 부품수 또한 많다. 한편, 등록특허 10-1434483에서 제시한 것처럼 2개의 구동모터와 유성기어장치 원리가 적용되어 다단 변속이 가능한 사례도 있으나 구조가 복잡한 문제점이 있다. 또한, 전기자전거의 경우에 다수의 기어를 사용하여 감속하면서 다단 변속을 구현하고 있으나, 고정된 감속비를 사용하는 만큼 상대적으로 큰 용량의 모터를 사용하여 비교적 제한된 변속단이 구현되고 있다. 따라서 소형화 및 에너지 사용 효율 문제가 대두되고 있다.
자전거 등 산업 전 분야에 걸쳐 변속장치의 소형화 및 에너지 사용 효율 제고 문제가 항상 이슈이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 메인동력이 제공되는 제1입력회전축과 이 동력을 제공받아 변속과정을 거친 회전력을 외부로 전달하는 출력축을 동심원상에 배치하고, 변속을 위해 변속모터의 동력을 제공하는 제2입력회전축, 제1입력회전축, 출력축을 유성기어 메카니즘의 구성요소들과 각각 독립적으로 연결하여 소형화가 가능한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 자전거의 디자인을 개선하고 자전거를 경량화할 수 있는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 부품수를 적게 하고, 각 구성부품간의 결합을 단순하게 함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치는 메인동력원에 연결되어 회전하는 제1입력회전축; 변속모터로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축; 상기 제1입력회전축 및 제2입력회전축으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘; 상기 유성기어 메카니즘으로부터 회전력을 제공받는 출력축; 및 상기 변속모터를 제어하여 제2입력회전축의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1입력회전축은 상기 출력축과 동심원상에 배치된다.
여기서, 상기 제2입력회전축의 외주면에는 웜이 구비되고; 상기 유성기어 메카니즘은 상기 제1입력회전축에 결합되어 함께 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어와, 내주면이 상기 유성기어의 외주면에 치합되는 링기어와, 상기 제1입력회전축을 둘러싸고 상기 웜에 치합되어 회전하는 웜휠이 외주면에 구비된 연장부가 일측면에 구비되는 선기어를 포함하며; 상기 제2입력회전축은 상기 선기어의 연장부와 직각으로 교차된다.
그리고, 상기 링기어에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 중공의 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 출력축이 연결되어, 상기 출력축과 제1입력회전축이 동심원상에 위치된다.
또한, 상기 유성기어는 상기 선기어에 외접하여 회전하는 제1유성기어와; 상기 제1유성기어와 외접함과 아울러 상기 링기어에 내접하여 회전하는 제2유성기어;로 구성된다.
한편, 상기 제2입력회전축의 외주면에는 웜이 구비되고; 상기 유성기어 메카니즘은 상기 제1입력회전축에 결합되어 함께 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어와, 내주면이 상기 유성기어의 외주면에 치합되고 상기 웜에 치합되어 회전하는 웜휠이 외주면에 구비된 연장부가 구비되는 링기어와, 상기 유성기어와 치합되어 회전하는 선기어를 포함하며; 상기 제2입력회전축은 상기 링기어의 연장부와 직각으로 교차될 수 있다.
여기서, 상기 선기어에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 중공의 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 출력축이 연결되어, 상기 출력축과 제1입력회전축이 동심원상에 위치된다.
그리고, 상기 제2입력회전축의 외주면에는 웜이 구비되고; 상기 유성기어 메카니즘은 상기 제1입력회전축에 결합되어 함께 회전하는 선기어와, 상기 선기어에 치합되어 회전하는 복수의 유성기어와, 상기 유성기어가 회전가능하게 설치되고 상기 웜에 치합되어 회전하는 웜휠이 외주면에 구비된 연장부가 구비되는 캐리어와, 내주면이 상기 유성기어의 외주면에 치합되는 링기어를 포함하며; 상기 제2입력회전축은 상기 캐리어의 연장부와 직각으로 교차될 수 있다.
여기서, 상기 링기어에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 중공의 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 출력축이 연결되어, 상기 출력축과 제1입력회전축이 동심원상에 위치된다.
또한, 상기 제2입력회전축의 외주면에는 웜이 구비되고; 상기 유성기어 메카니즘은 상기 제1입력회전축에 결합되어 함께 회전하는 링기어와, 외주면이 상기 링기어의 내주면에 치합되는 복수의 유성기어와, 상기 유성기어가 회전가능하게 설치되고 상기 웜에 치합되어 회전하는 웜휠이 외주면에 구비된 연장부가 구비되는 캐리어와, 상기 유성기어에 치합되어 회전하는 선기어를 포함하며; 상기 제2입력회전축은 캐리어의 연장부와 직각으로 교차될 수 있다.
여기서, 상기 선기어에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 중공의 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 상기 제1입력회전축을 둘러싸는 출력축이 연결되어, 상기 출력축과 제1입력회전축이 동심원상에 위치된다.
그리고, 상기 유성기어는 상기 선기어에 외접하여 회전하는 제1유성기어와; 상기 제1유성기어와 외접함과 아울러 상기 링기어에 내접하여 회전하는 제2유성기어;로 구성된다.
한편, 상기 메인동력원은 상기 제1입력회전축의 양단에 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치는 메인동력원으로부터 회전력을 제공받는 제1입력회전축과 출력축이 동심원상에 배치되고, 유성기어 메카니즘의 구성요소들이 제1입력회전축과 변속모터로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축 및 출력축에 모두 연결되기 때문에, 1개의 유성기어 메카니즘과 변속모터로 구성할 수 있어서 변속장치를 소형화할 수 있는 이점이 있다.
이렇게 소형화가 가능하기 때문에 자전거 등에 적용하면 디자인적으로 심미감을 줄 수 있고, 자전거 디자인에 대한 다양한 변경이 용이한 이점이 있다.
또한, 소형화와 다단 변속이 가능하기 때문에 자전거를 경량화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 부품수가 적고 구성 부품들간의 연결구조가 복잡하지 않기 때문에 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 메인동력원으로부터 발생되는 주행을 위한 메인동력을 변속모터로 조금씩 조절하면 변속이 가능하기 때문에 변속모터를 소형화시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제1실시예를 보인 도.
도 2는 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제2실시예를 보인 도.
도 3은 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제3실시예를 보인 도.
도 4는 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제4실시예를 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제1실시예를 보인 도이다.
도 1에 도시된 본 발명에 의한 변속장치는 자전거에 설치된 페달의 운동에 의해 발생되는 회전력을 필요에 따라 증감속하여 바퀴에 전달되도록 하기 위한 것으로서, 외부에서 동력이 제공되는 제1입력회전축(10)과, 변속모터(21)로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축(20)과, 상기 제1입력회전축(10) 및 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘(30)과, 상기 유성기어 메카니즘(30)으로부터 회전력을 제공받는 출력축(40)과, 상기 변속모터(21)를 제어하여 제2입력회전축(20)의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 제1입력회전축(10)은 메인동력원(11)에 연결되어 회전력을 제공받음으로써 회전한다. 제1입력회전축(10)의 양단 중 적어도 한 곳에는 사용자가 발로 밟아서 회전시키는 페달이나 구동모터(전기자전거의 경우)와 같은 메인동력원(11)이 연결되고, 이러한 메인동력원(11)으로부터 전달된 회전력에 의해 제1입력회전축(10)이 회전한다.
즉, 메인동력원(11)은 제1입력회전축(10)의 한쪽 끝단에만 연결하는 것도 가능하지만, 제1입력회전축(11)의 양단에 각각 하나씩 연결하는 것도 가능하다.
상기 제2입력회전축(20)은 변속모터(21)로부터 회전력을 제공받아 회전하는 것으로서, 변속모터(21)의 회전축이 일체로 연장되어 형성될 수도 있고, 변속모터(21)의 회전축에 별도의 샤프트가 연결되어 형성될 수도 있다.
상기 유성기어 메카니즘(30)은 캐리어(31)와, 상기 캐리어(31)에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어(32)와, 내주면이 상기 유성기어(32)의 외주면에 치합되는 링기어(33)와, 상기 유성기어(32)와 치합되어 회전하는 선기어(34)를 포함하여 구성된다.
상기 캐리어(31)는 다수의 유성기어(32)를 회전가능하게 지지하고, 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 결합되어 제1입력회전축(10)과 함께 동일방향 동일속도로 회전한다. 이때, 캐리어(31)의 두께가 너무 얇은 경우에는 캐리어(31)와 제1입력회전축(10)이 안정적으로 결합되지 않을 수 있으므로, 캐리어(31)의 중앙부분에 일정한 길이의 중공 연장부(미도시)를 돌출 형성시켜 이 중공 연장부를 제1입력회전축(10)과 체결함으로써 제1입력회전축(10)과의 결합력을 강화할 수도 있다.
좀 더 자세히 설명하면, 제1입력회전축(10)과 캐리어(31)의 중앙부분을 결합시키는데 스플라인과 보스의 결합관계를 적용하여, 제1입력회전축(10)에 다수의 긴 돌기를 형성시키고 캐리어(31)의 관통된 중앙부분에 돌기가 삽입되는 삽입홈을 형성함으로써, 제1입력회전축(10)이 캐리어(31)의 중앙부분을 관통하면서 제1입력회전축(10)의 회전력이 손실없이 캐리어(31)에 전달될 수 있도록 한다. 이외에도 제1입력회전축(10)의 회전력을 손실없이 캐리어(31)에 전달하기 위한 결합구조는 다양하므로 여기에서 다른 결합방식에 대한 설명은 생략한다.
이와 같은 캐리어(31)는 다수의 지지축(31a)을 포함하는데, 상기 지지축(31a)은 유성기어(32)의 중앙 부분을 관통한다. 따라서 유성기어(32)는 캐리어(31)의 지지축(31a)을 중심으로 하여 자전을 하게 된다.
상기 유성기어(32)는 지지축(31a)에 회전가능하게 지지되어 선기어(34) 둘레에 배치되는 것으로서, 제1유성기어(32a)와, 상기 제1유성기어(32a)에 외접하는 제2유성기어(32b)로 구성된다.
상기 제1유성기어(32a)는 선기어(34)에 외접하여 회전한다.
상기 제2유성기어(32b)는 제1유성기어(32a)에 외접함과 아울러 링기어(33)에 내접하여 회전한다.
상기 링기어(33)는 출력축(40)이 설치되는 부분으로서, 내주면에 기어치가 형성되어 있고, 이 내주면의 기어치에 제2유성기어(32b)가 치합된다.
이러한 링기어(33)는 중앙부분에 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공(中空)의 연장부(33a)가 형성된다. 그리고, 상기 링기어(33)의 연장부(33a)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결되어, 출력축(40)과 제1입력회전축(10)이 동심원상에 위치된다.
상기 선기어(34)는 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받고 유성기어(32)와 치합되어 회전한다. 선기어(34)는 유성기어 메카니즘(30)의 가장 중앙에 위치하는 것으로서, 외주면을 따라 기어치가 형성되고, 이 외주면의 기어치가 제1유성기어(32a)의 외주면에 형성된 기어치와 치합한다.
그리고, 선기어(34)는 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 의해 관통되고 제1입력회전축(10)과 선기어(34) 사이에는 베어링이 설치되어, 제1입력회전축(10)의 회전력이 선기어(34)에 직접적으로 영향을 미치지 않는다.
한편, 선기어(34)의 일측면에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공(中空)의 연장부(34a)가 구비되고, 이 선기어(34)의 연장부(34a) 외주면에는 웜휠(34b)이 구비된다.
그리고, 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜휠(34b)에 치합되는 웜(22)이 구비된다. 따라서, 변속모터(21)로부터 회전력이 전달되어 제2입력회전축(20)이 회전하면 웜(22)도 같이 회전을 하면서 웜(22)에 치합되는 웜휠(34b)을 회전시키고, 이 웜휠(34b)의 회전에 의해 선기어(34)의 연장부(34a)가 회전하며, 결과적으로 선기어(34)가 회전을 하게 된다.
상기 출력축(40)은 링기어(33)에 설치되어 회전력을 제공받는 부분으로서, 링기어(33)의 연장부(33a)가 일체로 연장되어 형성될 수도 있고, 앞서 기재한 스플라인과 보스의 방식으로 별도의 중공 파이프가 링기어(33)의 연장부(33a)에 결합되어 형성될 수도 있다.
이러한 출력축(40)은 제1입력회전축(10)에 의해 중앙 부분이 관통되므로 제1입력회전축(10)과 동심원상에 배치된다. 더불어 출력축(40)은 캐리어(31)와 링기어(33) 및 선기어(34)와 동심원상에 배치된다.
한편, 제2입력회전축(20)은 앞서 기재한 대로 외주면에 웜(22)이 형성되고 선기어(34)의 연장부(34a)에는 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(34b)이 구비되기 때문에, 제2입력회전축(20)과 선기어(34)의 연장부(34a)는 직각으로 교차된다.
상기 제어부(50)는 변속모터(21)를 정역방향으로 회전시키고, 변속모터(21)의 회전속도를 제어한다.
상기와 같이 구성되는 도 1의 변속장치의 변속과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
페달이나 구동모터와 같은 메인동력원(11)이 작동되면 제1입력회전축(10)이 회전을 하게 되고, 제1입력회전축(10)의 회전력은 캐리어(31)와 유성기어(32) 및 링기어(33)에 순차적으로 전달된다.
동시에 변속모터(21)가 작동되어 제2입력회전축(20)이 회전을 하게 되면, 제2입력회전축(20)의 회전력은 선기어(34)와 유성기어(32)에 순차적으로 전달된다.
따라서, 메인동력원(11)으로부터 제공되는 회전력과 변속모터(21)로부터 제공되는 회전력은 조합 변속되어 링기어(33)를 거쳐 출력축(40)에 전달된다.
한편, 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치는 도 2에 도시된 것과 같이 구성할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제2실시예를 보인 도이다.
도 2에 도시된 본 발명에 의한 변속장치는 도 1에 도시된 변속장치와 구조적으로 큰 차이가 있는 것은 아니므로, 여기에서는 차별화되는 부분을 중심으로 설명을 하도록 한다.
도 2에 도시된 본 발명에 의한 변속장치는 메인동력원(11)에 연결되어 회전하는 제1입력회전축(10)과, 변속모터(21)로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축(20)과, 상기 제1입력회전축(10) 및 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘(30)과, 상기 유성기어 메카니즘(30)으로부터 회전력을 제공받는 출력축(40)과, 상기 변속모터(21)를 제어하여 제2입력회전축(20)의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 유성기어 메카니즘(30)은 캐리어(31)와, 상기 캐리어(31)에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어(32)와, 내주면이 상기 유성기어(32)의 외주면에 치합되는 링기어(33)와, 상기 유성기어(32)와 치합되어 회전하고 출력축(40)이 설치되는 선기어(34)를 포함하여 구성된다.
상기 캐리어(31)는 다수의 유성기어(32)를 회전가능하게 지지하고, 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 결합되어 제1입력회전축(10)과 함께 동일방향 동일속도로 회전한다. 이러한 캐리어(31)는 유성기어(32)의 중앙부분을 관통하는 지지축(31a)를 포함한다.
상기 유성기어(32)는 캐리어(31)의 지지축(31a)에 회전가능하게 지지된다.
상기 링기어(33)는 내주면에 기어치가 형성되어 있고, 이 내주면의 기어치에 유성기어(32)가 치합되며, 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는다.
부연하면, 링기어(33)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 연장부(33a)가 구비되고, 상기 링기어(33)의 연장부(33a) 외주면에는 웜휠(33b)이 구비된다. 그리고, 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜휠(33b)에 치합되는 웜(22)이 구비된다. 따라서, 변속모터(21)로부터 회전력이 전달되어 제2입력회전축(20)이 회전하면 웜(22)도 같이 회전을 하면서 웜(22)에 치합되는 웜휠(33b)을 회전시키고, 이 웜휠(33b)의 회전에 의해 링기어(33)의 연장부(33a)가 회전하며, 결과적으로 링기어(33)가 회전을 하게 된다.
상기 선기어(34)는 유성기어 메카니즘(30)의 가장 중앙에 위치하는 것으로서, 외주면을 따라 기어치가 형성되고, 이 외주면의 기어치가 유성기어(32)의 외주면에 형성된 기어치와 치합한다.
그리고, 선기어(34)는 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 의해 관통되고 제1입력회전축(10)과 선기어(34) 사이에는 베어링이 설치되어, 제1입력회전축(10)의 회전력이 선기어(34)에 직접적으로 영향을 미치지 않는다.
한편, 선기어(34)는 중앙부분에 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공(中空)의 연장부(34a)가 형성되고, 이 선기어(34)의 연장부(34a)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결된다.
상기 출력축(40)은 선기어(34)의 연장부(34a)가 일체로 연장되어 형성될 수도 있고, 별도의 중공 파이프가 선기어(34)의 연장부(34a)에 스플라인과 보스의 방식으로 결합되어 형성될 수도 있다.
이러한 출력축(40)은 제1입력회전축(10)에 의해 중앙 부분이 관통되므로 제1입력회전축(10)과 동심원상에 배치된다. 더불어 출력축(40)은 캐리어(31)와 링기어(33) 및 선기어(34)와 동심원상에 배치된다.
한편, 제2입력회전축(20)은 앞서 기재한 대로 외주면에 웜(22)이 형성되고 링기어(33)의 연장부(33a)에는 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(33b)이 구비되기 때문에, 제2입력회전축(20)과 링기어(33)의 연장부(33a)는 직각으로 교차된다.
상기와 같이 구성되는 도 2의 변속장치의 변속과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
페달이나 구동모터와 같은 메인동력원(11)이 작동되면 제1입력회전축(10)이 회전을 하게 되고, 제1입력회전축(10)의 회전력은 캐리어(31)와 유성기어(32) 및 선기어(34)에 순차적으로 전달된다.
동시에 변속모터(21)가 작동되어 제2입력회전축(20)이 회전을 하게 되면, 제2입력회전축(20)의 회전력은 링기어(33)와 유성기어(32)에 순차적으로 전달된다.
따라서, 메인동력원(11)으로부터 제공되는 회전력과 변속모터(21)로부터 제공되는 회전력은 조합 변속되어 선기어(34)를 거쳐 출력축(40)에 전달된다.
위에서는 도 1과 도 2에 도시된 변속장치에 대하여 설명을 하였고, 이후부터는 도 3에 도시된 변속장치에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제3실시예를 보인 도이다.
도 3에 도시된 본 발명에 의한 변속장치를 설명함에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시된 변속장치와 차별화되는 부분을 중심으로 설명을 하도록 한다.
도 3에 도시된 본 발명에 의한 변속장치는 메인동력원(11)에 연결되어 회전하는 제1입력회전축(10)과, 변속모터(21)로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축(20)과, 상기 제1입력회전축(10) 및 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘(30)과, 상기 유성기어 메카니즘(30)으로부터 회전력을 제공받는 출력축(40)과, 상기 변속모터(21)를 제어하여 제2입력회전축(20)의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 유성기어 메카니즘(30)은 선기어(34)와, 상기 선기어(34)에 치합되어 회전하는 복수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)가 회전가능하게 설치되는 캐리어(31)와, 내주면이 유성기어(32)의 외주면에 치합되고 출력축(40)이 설치되는 링기어(33)를 포함하여 구성된다.
상기 선기어(34)는 유성기어 메카니즘(30)의 가장 중앙에 위치하는 것으로서, 외주면을 따라 기어치가 형성되고, 이 외주면의 기어치가 유성기어(32)의 외주면에 형성된 기어치와 치합한다.
그리고, 선기어(34)는 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 스플라인과 보스의 방식으로 결합되어 제1입력회전축(10)과 함께 동일방향 동일속도로 회전한다.
상기 유성기어(32)는 캐리어(31)의 지지축(31a)에 회전가능하게 지지되는 것으로서, 선기어(34)와 외접되고 링기어(33)에 내접된다.
상기 캐리어(31)는 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는다.
부연하면, 캐리어(31)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 연장부(31b)가 구비되고, 상기 캐리어(31)의 연장부(31b) 외주면에는 웜휠(31c)이 구비된다. 그리고, 제2입력회전축(20)에는 웜휠(31c)에 치합되는 웜(22)이 구비된다. 따라서, 변속모터(21)로부터 회전력이 전달되어 제2입력회전축(20)이 회전하면 웜(22)도 같이 회전을 하면서 웜(22)에 치합되는 웜휠(31c)을 회전시키고, 이 웜휠(31c)의 회전에 의해 캐리어(31)의 연장부(31b)가 회전하며, 결과적으로 캐리어(31)가 회전을 하게 된다.
상기 링기어(33)는 내주면에 기어치가 형성되어 있고, 이 내주면의 기어치에 유성기어(32)가 치합되며, 중앙부분에 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공(中空)의 연장부(33a)가 형성된다.
상기 링기어(33)의 연장부(33a)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결된다.
상기 출력축(40)은 링기어(33)의 연장부(33a)가 일체로 연장되어 형성될 수도 있고, 별도의 중공 파이프가 링기어(33)의 연장부(33a)에 스플라인과 보스의 방식으로 결합되어 형성될 수도 있다.
이러한 출력축(40)은 제1입력회전축(10)에 의해 중앙부분이 관통되므로 제1입력회전축(10)과 동심원상에 배치된다. 더불어 출력축(40)은 캐리어(31)와 링기어(33) 및 선기어(34)와 동심원상에 배치된다.
한편, 제2입력회전축(20)은 앞서 기재한 대로 외주면에 웜(22)이 형성되고 캐리어(31)의 연장부(31b)에는 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(31c)이 구비되기 때문에, 제2입력회전축(20)과 캐리어(33)의 연장부(31b)는 직각으로 교차된다.
상기와 같이 구성되는 도 3의 변속장치의 변속과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
페달이나 구동모터와 같은 메인동력원(11)이 작동되면 제1입력회전축(10)이 회전을 하게 되고, 제1입력회전축(10)의 회전력은 선기어(34)와 유성기어(32) 및 링기어(33)에 순차적으로 전달된다.
동시에 변속모터(21)가 작동되어 제2입력회전축(20)이 회전을 하게 되면, 제2입력회전축(20)의 회전력은 캐리어(31)와 유성기어(32)에 순차적으로 전달된다.
따라서, 메인동력원(11)으로부터 제공되는 회전력과 변속모터(21)로부터 제공되는 회전력은 조합 변속되어 링기어(33)를 거쳐 출력축(40)에 전달된다.
위에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 변속장치에 대하여 설명을 하였고, 이후부터는 도 4에 도시된 변속장치에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 제4실시예를 보인 도이다.
도 4에 도시된 본 발명에 의한 변속장치를 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 에 도시된 변속장치와 차별화되는 부분을 중심으로 설명을 하도록 한다.
도 4에 도시된 본 발명에 의한 변속장치는 메인동력원(11)에 연결되어 회전하는 제1입력회전축(10)과, 변속모터(21)로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축(20)과, 상기 제1입력회전축(10) 및 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘(30)과, 상기 유성기어 메카니즘(30)으로부터 회전력을 제공받는 출력축(40)과, 상기 변속모터(21)를 제어하여 제2입력회전축(20)의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 유성기어 메카니즘(30)은 링기어(33)와, 외주면이 상기 링기어(33)의 내주면에 치합되는 복수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)가 회전가능하게 설치되는 캐리어(31)와, 상기 유성기어(32)에 치합되고 출력축(40)이 설치되는 선기어(34)를 포함하여 구성된다.
상기 링기어(33)는 내주면에 기어치가 형성되어 있고, 이 내주면의 기어치에 유성기어(32)가 치합되며, 제1입력회전축(10)으로부터 회전력을 제공받는다.
부연하면, 링기어(33)는 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 스플라인과 보스의 방식으로 결합되어 제1입력회전축(10)과 함께 동일방향 동일속도로 회전한다. 이때, 링기어(33)의 두께가 너무 얇은 경우에는 링기어(33)와 제1입력회전축(10)이 안정적으로 결합되지 않을 수 있으므로, 링기어(33)의 중앙부분에 일정한 길이의 중공 연장부(미도시)를 돌출 형성시켜 이 중공 연장부를 제1입력회전축(10)과 체결함으로써 제1입력회전축(10)과의 결합력을 강화할 수도 있다.
상기 유성기어(32)는 캐리어(31)의 지지축(31a)에 회전가능하게 지지되어 선기어(34) 둘레에 배치되는 것으로서, 제1유성기어(32a)와, 상기 제1유성기어(32a)에 외접하는 제2유성기어(32b)로 구성된다.
상기 제1유성기어(32a)는 선기어(34)에 외접하여 회전한다.
상기 제2유성기어(2b)는 제1유성기어(32a)에 외접함과 아울러 링기어(33)에 내접하여 회전한다.
부연하면, 제1유성기어(32a)와 제2유성기어(32b)는 링기어(33)와 선기어(34) 사이에 배치되는데, 제1유성기어(32a)는 선기어(34)와 외접하고, 제2유성기어(32b)는 링기어(33)와 내접하며, 제1유성기어(32a)와 제2유성기어(32b)는 상호 외접하며 회전방향이 반대이다.
상기 캐리어(31)는 일측단에 다수의 유성기어(32)를 회전가능하게 지지하기 위하여 유성기어(32)의 중앙부분을 관통하는 지지축(31a)을 포함한다. 이러한 캐리어(31)는 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는다.
부연하면, 캐리어(31)는 일측단의 중앙부분에 제1입력회전축(10)과 출력축(40)을 둘러싸는 중공의 연장부(31b)가 구비되고, 이러한 캐리어(31)의 연장부(31b) 외주면에는 웜휠(31c)이 구비된다. 그리고, 제2입력회전축(20)에는 웜휠(31c)에 치합되는 웜(22)이 구비된다. 따라서, 변속모터(21)로부터 회전력이 전달되어 제2입력회전축(20)이 회전하면 웜(22)도 같이 회전을 하면서 웜(22)에 치합되는 웜휠(31c)을 회전시키고, 이 웜휠(31c)의 회전에 의해 캐리어(31)의 연장부(31b)가 회전하며, 결과적으로 캐리어(31)가 회전을 하게 된다.
상기 선기어(34)는 유성기어 메카니즘(30)의 가장 중앙에 위치하는 것으로서, 외주면을 따라 기어치가 형성되고, 이 외주면의 기어치가 제1유성기어(32a)의 외주면에 형성된 기어치와 치합한다.
그리고, 선기어(34)는 중앙부분이 제1입력회전축(10)에 의해 관통되고 제1입력회전축(10)과 선기어(34) 사이에는 베어링이 설치되어, 제1입력회전축(10)의 회전력이 선기어(34)에 직접적으로 영향을 미치지 않는다.
한편, 선기어(34)는 중앙부분에 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공의 연장부(34a)가 형성되고, 이 선기어(34)의 연장부(34a)에는 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결된다.
상기 출력축(40)은 선기어(34)에 설치되어 회전력을 제공받는 것으로서, 선기어(34)의 연장부(34a)가 일체로 연장되어 형성될 수도 있고, 별도의 중공 파이프가 선기어(34)의 연장부(34a)에 스플라인과 보스의 방식으로 결합되어 형성될 수도 있다.
이러한 출력축(40)은 제1입력회전축(10)에 의해 중앙부분이 관통되므로 제1입력회전축(10)과 동심원상에 배치된다. 더불어 출력축(40)은 캐리어(31)와 링기어(33) 및 선기어(34)와 동심원상에 배치된다.
한편, 제2입력회전축(20)은 앞서 기재한 대로 외주면에 웜(22)이 형성되고 캐리어(31)의 연장부(31b)에는 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(31c)이 구비되기 때문에, 제2입력회전축(20)과 캐리어(33)의 연장부(31b)는 직각으로 교차된다.
상기와 같이 구성되는 도 4의 변속장치의 변속과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
페달이나 구동모터와 같은 메인동력원(11)이 작동되면 제1입력회전축(10)이 회전을 하게 되고, 제1입력회전축(10)의 회전력은 링기어(33)와 제2유성기어(32b), 제1유성기어(32a) 및 선기어(34)에 순차적으로 전달된다.
동시에 변속모터(21)가 작동되어 제2입력회전축(20)이 회전을 하게 되면, 제2입력회전축(20)의 회전력은 캐리어(31)와 유성기어(32)에 순차적으로 전달된다.
따라서, 메인동력원(11)으로부터 제공되는 회전력과 변속모터(21)로부터 제공되는 회전력은 조합 변속되어 선기어(34)를 거쳐 출력축(40)에 전달된다.
위와 같이 구성되는 본 발명에 의한 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치의 변속과정과 증감속에 대하여 도 2와 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 2를 참조하여 증감속 효과에 대해 간략히 설명한다.
제1입력회전축(10)은 유성기어 메카니즘(30)의 캐리어(31)와 동일방향 동일속도로 회전한다. 제2입력회전축(20)은 웜휠(33b)과 웜(22)의 기어치합의 결과로 링기어(33)의 회전속도가 감속되어 회전되도록 한다. 즉, 링기어(33)의 회전방향과 회전속도가 목표수준이 되도록 변속모터(21)와 제2입력회전축(20)을 제어한다. 출력축(40)은 선기어(34)와 동일방향과 속도로 회전한다.
따라서, 제1입력회전축(10)의 회전방향과 회전속도는 캐리어(31)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)의 목표 회전방향과 회전속도는 링기어(33)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있으며, 출력축(40)의 회전방향과 회전속도는 선기어(34)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있다.
먼저, 변속모터(21)가 정지상태여서 변속모터(21)의 회전력을 제공받는 링기어(33)가 고정되고, 캐리어(31)가 입력요소로 선기어(34)가 출력요소로 작용될 경우, 도 2와 같이 선기어(34) 둘레에 다수의 유성기어(32)가 1렬로 둘러싸고 있는 싱글피니언 유성기어시스템에서의 고정된 변속비는 캐리어(31) 1회전시 선기어(34)는 (선기어 잇수 + 링기어 잇수)/선기어 잇수 배 만큼 증속된다.
링기어(33) 잇수(ZR)를 48, 선기어(34) 잇수(ZS)를 16이라 하면, (ZS+ZR)/ZS = 64/16 = 4로 4배 증속된다.
일반적으로 자전거 라이더는 60rpm으로 페달링을 하는데, 이를 캐리어(31)가 60rpm으로 회전하는 것과 같다고 가정하면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전속도는 60rpm × (ZS+ZR)/ZS = 240rpm이다.
상기 계산식을 적용하여 캐리어(31)가 50rpm, 70rpm으로 회전하면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도는 각각 200rpm, 280rpm이 된다.
표 1은 이에 대한 요약 표이다. 이하 편의상 회전축을 기준으로 + 는 시계방향으로, - 는 반시계방향으로 정하고, + 표시는 생략한다.
1 st Input (Carrier) 50 rpm 60 rpm 70 rpm
2 nd Input (Ring) 0 rpm 0 rpm 0 rpm
Output (Sun) 200 rpm 240 rpm 280 rpm
한편, 메인동력원(11)의 회전력을 제공받는 캐리어(31)가 고정되고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)가 입력요소로, 선기어(34)가 출력요소로 작용될 경우, 싱글피니언 유성기어시스템에서의 고정된 변속비는 링기어(33) 1회전시 선기어(34)는 - 링기어 잇수 / 선기어 잇수 배 만큼 역전증속된다.
싱글피니언 유성기어 시스템하에서 링기어의 회전방향과 선기어의 회전방향은 상호 반대이다. 상기의 잇수를 적용하면, -ZR/ZS = -48/16 = -3로 3배 역전증속된다.
표 2는 메인동력원(11)과 연결된 캐리어(31)가 정지상태에서 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)가 -10rpm, 0rpm, +10rpm으로 각각 회전할 경우에 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도를 나타낸 것이다.
1 st Input (Carrier) 0 rpm 0 rpm 0 rpm
2 nd Input (Ring) - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
Output (Sun) + 30 rpm 0 rpm - 30 rpm
메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 캐리어(31)의 회전속도가 60rpm으로 일정하고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)가 -10rpm, 0rpm, +10rpm을 각각 회전할 경우에 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도는 표 3과 같다.
1 st Input (Carrier) 60 rpm 60 rpm 60 rpm
2 nd Input (Ring) - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
Output (Sun) 270 rpm 240 rpm 210 rpm
앞서 기술한 바와 같이 싱글피니언 유성기어시스템 구조는 링기어와 선기어 잇수 차이와 입/출력 요소 등에 의해 다양한 출력 회전속도가 생성된다.
링기어 잇수(ZR) 48, 선기어 잇수(ZS) 16의 조건하에서는 메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 캐리어(31)가 60 rpm으로 일정하게 회전하고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)가 고정(0 rpm)이면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전속도는 240rpm으로 생성되는 것을 알 수 있다.
아울러 캐리어(31)가 60rpm으로 일정하게 회전하고 링기어(33)가 시계방향(+)으로 혹은 시계반대방향(-)으로 각각 10rpm씩 회전하면, 출력요소인 선기어(34)는 각각 210rpm, 270rpm으로 감속과 증속이 발생된다.
따라서, 변속모터와 싱글피니언 유성기어 메카니즘을 이용하여 감속 및 증속을 할 수 있다.
표 4는 제1입력요소로서 캐리어(31)가 50rpm, 60rpm, 70rpm으로 회전하고, 제2입력요소로서 링기어(33)가 -40 ~ +40rpm까지 10rpm씩 회전속도가 변화할 때 출력요소인 선기어(34)의 변화된 회전속도 데이터이다.
1 st Input (Carrier) rpm
50 rpm 60 rpm 70 rpm
2 nd Input (Ring) 40 rpm 80 120 160
30 rpm 110 150 190
20 rpm 140 180 220
10 rpm 170 210 250
0 rpm 200 240 280
-10 rpm 230 270 310
-20 rpm 260 300 340
-30 rpm 290 330 370
-40 rpm 320 360 400
표 4에서 알 수 있듯이, 메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 캐리어(31)를 50rpm 혹은 60rpm 등으로 일정하게 회전하면서, 변속모터(21)와 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)를 시계방향(+) 혹은 반시계방향(-)으로 -40 rpm ~ 40rpm으로 회전시키면, 출력축(40)과 연결된 선기어(34)의 회전수는 증속과 감속될 수 있다.
표 4는 변속모터(21)와 제2입력회전축(20)과 연결된 링기어(33)의 회전속도 간격을 10rpm으로 설정한 결과로 변속단수가 9단이다. 링기어(33)의 회전속도를 5rpm으로 설정하면, 변속단수가 17단이 된다. 본 발명으로 다양한 변속단 구성이 가능하다.
도 2의 경우처럼 싱글피니언 유성기어 시스템하에서 캐리어(31)를 메인동력원(11)과 연결된 제1입력요소로, 변속모터(21)와 연결된 링기어(33)를 제2입력요소로 할 경우에, 출력요소인 선기어(34)의 회전속도는 표 4에 나타나듯이 [선기어 잇수(ZS) + 링기어 잇수(ZR)]/선기어 잇수(ZS) 배 만큼 증속과 -ZR/ZS 배 만큼 역전증속이 조합되어 증감속이 된다. 여기서, 링기어 잇수(ZR)와 선기어 잇수(ZS)는 조정가능하다.
지금부터는 도 4를 참조하여 증감속 효과에 대해 간략히 설명한다.
제1입력회전축(10)은 유성기어 메카니즘(30)의 링기어(33)와 동일방향 동일속도로 회전한다. 제2입력회전축(20)은 웜휠(31c)과 웜(22)의 기어치합의 결과로 캐리어(31)의 회전속도가 감속되어 회전되도록 한다. 즉, 캐리어(31)의 회전방향과 회전속도가 목표수준이 되도록 변속모터(11)와 제2입력회전축(10)을 제어한다. 출력축(40)은 선기어(34)와 동일방향과 속도로 회전한다.
따라서, 제1입력회전축(10)의 회전방향과 회전속도는 링기어(33)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)의 목표 회전방향과 회전속도는 캐리어(31)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있으며, 출력축(40)의 회전방향과 회전속도는 선기어(34)의 회전방향과 회전속도라 할 수 있다.
먼저, 변속모터(21)가 정지상태여서 변속모터(21)의 회전력을 제공받는 캐리어(31)가 고정되고, 링기어(33)가 입력요소로 선기어(34)가 출력요소로 작용될 경우, 도 4와 같이 선기어(34) 둘레에 다수의 유성기어(32)가 2열로 둘러싸고 있는 더블피니언 유성기어시스템에서의 고정된 변속비는 링기어(33)가 1회전시 선기어(34)는 링기어 잇수/선기어 잇수 배 만큼 증속된다.
링기어(33) 잇수(ZR)를 48, 선기어(34) 잇수(ZS)를 12라 하면, 링기어 잇수(ZR)/선기어 잇수(ZS) = 48/12 = 4로 4배 증속된다.
일반적으로 자전거 라이더는 60rpm으로 페달링을 하는데, 이를 링기어(33)가 60rpm으로 회전하는 것과 같다고 가정하면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전속도는 60rpm × ZR/ZS = 240rpm이다.
상기 계산식을 적용하여 링기어(33)가 50rpm, 70rpm으로 회전하면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도는 각각 200rpm, 280rpm이 된다.
표 5는 이에 대한 요약 표이다. 이하 편의상 회전축을 기준으로 + 는 시계방향으로, - 는 반시계방향으로 정하고, + 표시는 생략한다.
1 st Input (Ring) 50 rpm 60 rpm 70 rpm
2 nd Input (Carrier) 0 rpm 0 rpm 0 rpm
Output (Sun) 200 rpm 240 rpm 280 rpm
한편, 메인동력원(11)의 회전력을 제공받는 링기어(33)가 고정되고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 캐리어(31)가 입력요소로, 선기어(34)가 출력요소로 작용될 경우, 더블피니언 유성기어시스템에서의 고정된 변속비는 캐리어(31) 1회전시 선기어(34)는 [선기어 잇수(ZS) - 링기어 잇수(ZR)] / 선기어 잇수(ZS) 배 만큼 역전증속된다.
더블피니언 유성기어 시스템하에서 링기어의 회전방향과 선기어의 회전방향은 동일하다. 상기의 잇수를 적용하면, (ZS-ZR)/ZS = (12-48)/12) = -3로 3배 역전증속된다.
표 6은 메인동력원(11)과 연결된 링기어(33)가 정지상태에서 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 캐리어(31)가 -10rpm, 0rpm, +10rpm으로 각각 회전할 경우에 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도를 나타낸 것이다.
1 st Input (Ring) 0 rpm 0 rpm 0 rpm
2 nd Input (Carrier) - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
Output (Sun) + 30 rpm 0 rpm - 30 rpm
메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 링기어(33)의 회전속도가 60rpm으로 일정하고, 변속모터(21) 및 제2입력회전축(20)과 연결된 캐리어(31)가 -10rpm, 0rpm, +10rpm을 각각 회전할 경우에 출력축(40)과 선기어(34)의 회전방향과 회전속도는 표 7과 같다.
1 st Input (Ring) 60 rpm 60 rpm 60 rpm
2 nd Input (Carrier) - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
Output (Sun) 270 rpm 240 rpm 210 rpm
앞서 기술한 바와 같이 더블피니언 유성기어시스템 구조는 링기어와 선기어 잇수 차이와 입/출력 요소 등에 의해 다양한 출력 회전속도가 생성된다.
링기어 잇수(ZR) 48, 선기어 잇수(ZS) 12의 조건하에서는 메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 링기어(33)가 60 rpm으로 일정하게 회전하고, 변속모터(21) 및 제2변속입력축(20)과 연결된 캐리어(31)가 고정(0 rpm)이면, 출력축(40)과 선기어(34)의 회전속도는 240rpm으로 생성되는 것을 알 수 있다.
아울러 링기어(33)가 60rpm으로 일정하게 회전하고 캐리어(31)가 시계방향(+)으로 혹은 시계반대방향(-)으로 각각 10rpm씩 회전하면, 출력요소인 선기어(34)는 각각 210rpm, 270rpm으로 감속과 증속이 발생된다.
따라서, 변속모터와 더블피니언 유성기어 메카니즘을 이용하여 감속 및 증속을 할 수 있다.
표 8은 제1입력요소로서 링기어(33)가 50rpm, 60rpm, 70rpm으로 회전하고, 제2입력요소로서 캐리어(31)가 -40 ~ +40rpm까지 10rpm씩 회전속도가 변화할 때 출력요소인 선기어(34)의 변화된 회전속도 데이터이다.
1 st Input (Ring) rpm
50 rpm 60 rpm 70 rpm
2 nd Input (Carrier) 40 rpm 80 120 160
30 rpm 110 150 190
20 rpm 140 180 220
10 rpm 170 210 250
0 rpm 200 240 280
-10 rpm 230 270 310
-20 rpm 260 300 340
-30 rpm 290 330 370
-40 rpm 320 360 400
표 8에서 알 수 있듯이, 메인동력원(11)과 연결된 제1입력회전축(10)과 링기어(33)를 50rpm 혹은 60rpm 등으로 일정하게 회전하면서, 변속모터(21)와 제2입력회전축(20)과 연결된 캐리어(31)를 시계방향(+) 혹은 반시계방향(-)으로 -40 rpm ~ 40rpm으로 회전시키면, 출력축(40)과 연결된 선기어(34)의 회전수는 증속과 감속될 수 있다.
표 8은 변속모터(21)와 제2입력회전축(20)과 연결된 캐리어(31)의 회전속도 간격을 10rpm으로 설정한 결과로 변속단수가 9단이다. 캐리어(31)의 회전속도를 5rpm으로 설정하면, 변속단수가 17단이 된다. 본 발명으로 다양한 변속단 구성이 가능하다.
도 4의 경우처럼 더블피니언 유성기어 시스템하에서 링기어(33)를 메인동력원(11)과 연결된 제1입력요소로, 변속모터(21)와 연결된 캐리어(31)를 제2입력요소로 할 경우에, 출력요소인 선기어(34)의 회전속도는 표 8에 나타나듯이 링기어 잇수(ZR)/선기어 잇수(ZS) 배 만큼 증속과 [선기어 잇수(ZS)- 링기어 잇수(ZR)] / 선기어 잇수(ZS) 배 만큼 역전증속이 조합되어 증감속이 된다. 여기서 링기어 잇수(ZR)와 선기어 잇수(ZS)는 조정가능하다.
과거 앞뒤 체인기어(스프라켓)가 각각 1개인 싱글기어 자전거는 페달1이 1회전하면 뒷바퀴는 3회전하는 방식으로 많이 제작되어졌다. 현재는 앞뒤의 복수의 스프라켓과 앞뒤의 변속장치, 앞뒤 변속레버 등으로 다양한 다단 외장변속기장치가 장착된 자전거가 출시되고 있는데, 자전거에 본 발명을 적용할 경우, 두툼한 뒤 허브축의 복수의 스프라켓, 앞뒤의 변속장치, 뒤 변속레버 등을 제거할 수 있고, 앞뒤 체인기어(스프라켓)의 잇수를 동일하게 할 수 있으며, 쉽게 다단 증감속이 가능한 싱글기어 자전거를 제작할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되서는 안될 것이다.
본 발명의 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치는 메인동력원으로부터 회전력을 제공받는 제1입력회전축과 출력축이 동심원상에 배치되고, 유성기어 메카니즘의 구성요소들이 제1입력회전축과 변속모터로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축 및 출력축에 모두 연결되기 때문에, 1개의 유성기어 메카니즘과 변속모터로 구성할 수 있어서 변속장치를 소형화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

  1. 메인동력원(11)에 연결되어 회전하는 제1입력회전축(10);
    변속모터(21)로부터 회전력을 제공받는 제2입력회전축(20);
    상기 제1입력회전축(10) 및 제2입력회전축(20)으로부터 회전력을 제공받는 유성기어 메카니즘(30);
    상기 유성기어 메카니즘(30)으로부터 회전력을 제공받는 출력축(40); 및
    상기 변속모터(21)를 제어하여 제2입력회전축(20)의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부(50);를 포함하되,
    상기 제1입력회전축(10)은 상기 출력축(40)과 동심원상에 배치되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜(22)이 구비되고,
    상기 유성기어 메카니즘(30)은 상기 제1입력회전축(10)에 결합되어 함께 회전하는 캐리어(31)와, 상기 캐리어(31)에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어(32)와, 내주면이 상기 유성기어(32)의 외주면에 치합되는 링기어(33)와, 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸고 상기 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(34b)이 외주면에 구비된 연장부(34a)가 일측면에 구비되는 선기어(34)를 포함하며,
    상기 제2입력회전축(20)은 상기 선기어(34)의 연장부(34a)와 직각으로 교차되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 링기어(33)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공의 연장부(33a)가 형성되고, 상기 연장부(33a)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결되어,
    상기 출력축(40)과 제1입력회전축(10)이 동심원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유성기어(32)는 상기 선기어(34)에 외접하여 회전하는 제1유성기어(32a)와;
    상기 제1유성기어(32a)와 외접함과 아울러 상기 링기어(33)에 내접하여 회전하는 제2유성기어(32b);로 구성된 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜(22)이 구비되고,
    상기 유성기어 메카니즘(30)은 상기 제1입력회전축(10)에 결합되어 함께 회전하는 캐리어(31)와, 상기 캐리어(31)에 회전가능하게 설치되는 복수의 유성기어(32)와, 내주면이 상기 유성기어(32)의 외주면에 치합되고 상기 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(33b)이 외주면에 구비된 연장부(33a)가 구비되는 링기어(33)와, 상기 유성기어(32)와 치합되어 회전하는 선기어(34)를 포함하며,
    상기 제2입력회전축(20)은 상기 링기어(33)의 연장부(33a)와 직각으로 교차되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 선기어(34)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공의 연장부(34a)가 형성되고, 상기 연장부(34a)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결되어,
    상기 출력축(40)과 제1입력회전축(10)이 동심원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜(22)이 구비되고,
    상기 유성기어 메카니즘(30)은 상기 제1입력회전축(10)에 결합되어 함께 회전하는 선기어(34)와, 상기 선기어(34)에 치합되어 회전하는 복수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)가 회전가능하게 설치되고 상기 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(31c)이 외주면에 구비된 연장부(31b)가 구비되는 캐리어(31)와, 내주면이 상기 유성기어(32)의 외주면에 치합되는 링기어(33)를 포함하며,
    상기 제2입력회전축(20)은 상기 캐리어(31)의 연장부(31b)와 직각으로 교차되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 링기어(33)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공의 연장부(33a)가 형성되고, 상기 연장부(33a)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결되어,
    상기 출력축(40)과 제1입력회전축(10)이 동심원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2입력회전축(20)의 외주면에는 웜(22)이 구비되고,
    상기 유성기어 메카니즘(30)은 상기 제1입력회전축(10)에 결합되어 함께 회전하는 링기어(33)와, 외주면이 상기 링기어(33)의 내주면에 치합되는 복수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)가 회전가능하게 설치되고 상기 웜(22)에 치합되어 회전하는 웜휠(31c)이 외주면에 구비된 연장부(31b)가 구비되는 캐리어(31)와, 상기 유성기어(32)에 치합되어 회전하는 선기어(34)를 포함하며,
    상기 제2입력회전축(20)은 캐리어(31)의 연장부(31b)와 직각으로 교차되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 선기어(34)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 중공의 연장부(34a)가 형성되고, 상기 연장부(34a)에는 상기 제1입력회전축(10)을 둘러싸는 출력축(40)이 연결되어,
    상기 출력축(40)과 제1입력회전축(10)이 동심원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 유성기어(32)는 상기 선기어(34)에 외접하여 회전하는 제1유성기어(32a)와;
    상기 제1유성기어(32a)와 외접함과 아울러 상기 링기어(33)에 내접하여 회전하는 제2유성기어(32b);로 구성된 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인동력원(11)은 상기 제1입력회전축(10)의 양단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치.
PCT/KR2019/002455 2018-03-08 2019-03-04 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치 WO2019172582A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980017073.2A CN111788114A (zh) 2018-03-08 2019-03-04 利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置
EP19763805.9A EP3763615B1 (en) 2018-03-08 2019-03-04 Bicycle transmission using variable speed motor and planetary gear mechanism
US17/013,597 US11524747B2 (en) 2018-03-08 2020-09-06 Bicycle transmission using variable speed motor and planetary gear mechanism

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180027226A KR101961589B1 (ko) 2018-03-08 2018-03-08 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치
KR10-2018-0027226 2018-03-08

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/013,597 Continuation US11524747B2 (en) 2018-03-08 2020-09-06 Bicycle transmission using variable speed motor and planetary gear mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019172582A1 true WO2019172582A1 (ko) 2019-09-12

Family

ID=65949522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/002455 WO2019172582A1 (ko) 2018-03-08 2019-03-04 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11524747B2 (ko)
EP (1) EP3763615B1 (ko)
KR (1) KR101961589B1 (ko)
CN (1) CN111788114A (ko)
TW (1) TWI693355B (ko)
WO (1) WO2019172582A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113993777A (zh) * 2019-06-05 2022-01-28 电动自行车***有限公司 电动辅助脚踏车
US11459098B2 (en) * 2019-11-27 2022-10-04 The Boeing Company Variable speed transmission and related methods

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102342166B1 (ko) 2021-04-06 2021-12-22 주식회사 이스턴기어 이중 웜기어 구조를 이용한 자전거용 변속장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1016874A (ja) * 1996-07-04 1998-01-20 Yamaha Motor Co Ltd 電動補助車両
JP5422749B2 (ja) * 2010-11-05 2014-02-19 川崎重工業株式会社 電動車両の動力装置
JP2014113912A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Shimano Inc 自転車用駆動ユニット
KR101434483B1 (ko) 2012-08-14 2014-08-26 주식회사 하이코어 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치
JP2016182849A (ja) * 2015-03-25 2016-10-20 株式会社シマノ 自転車のドライブユニット
JP2017019445A (ja) * 2015-07-14 2017-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 駆動ユニットおよび電動アシスト自転車

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3417147B2 (ja) 1995-06-14 2003-06-16 セイコーエプソン株式会社 駆動力補助装置
WO2009079901A1 (fr) * 2007-12-24 2009-07-02 Foster Assets Corporation Vélo à assistance électrique à unité électrique combinée et dispositif de transmission correspondant
CN102348910A (zh) 2009-03-09 2012-02-08 河太焕 使用行星齿轮的动力传动装置
KR101310403B1 (ko) * 2010-09-14 2013-10-08 주식회사 하이코어 두 개의 입력 특성을 이용한 유성 기어 시스템, 이의 기어 모듈 및 이의 제어방법
KR101354154B1 (ko) 2012-01-09 2014-01-22 신현우 무단변속장치
GB201203211D0 (en) 2012-02-24 2012-04-11 Macmartin Neil Vehicle gearing system
DE102013220299A1 (de) * 2013-08-23 2015-02-26 Robert Bosch Gmbh Fahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb und stufenlos verstellbarem Planetengetriebe
JP6209508B2 (ja) * 2014-12-25 2017-10-04 株式会社シマノ 自転車用ドライブユニット
JP2016182851A (ja) * 2015-03-25 2016-10-20 株式会社シマノ 自転車用ドライブユニット
JP2017088092A (ja) * 2015-11-16 2017-05-25 株式会社シマノ 自転車用ドライブユニット
JP2017132439A (ja) * 2016-01-29 2017-08-03 株式会社シマノ 自転車用駆動装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1016874A (ja) * 1996-07-04 1998-01-20 Yamaha Motor Co Ltd 電動補助車両
JP5422749B2 (ja) * 2010-11-05 2014-02-19 川崎重工業株式会社 電動車両の動力装置
KR101434483B1 (ko) 2012-08-14 2014-08-26 주식회사 하이코어 복수의 모터 결합을 위한 기어 장치
JP2014113912A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Shimano Inc 自転車用駆動ユニット
JP2016182849A (ja) * 2015-03-25 2016-10-20 株式会社シマノ 自転車のドライブユニット
JP2017019445A (ja) * 2015-07-14 2017-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 駆動ユニットおよび電動アシスト自転車

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3763615A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113993777A (zh) * 2019-06-05 2022-01-28 电动自行车***有限公司 电动辅助脚踏车
CN113993777B (zh) * 2019-06-05 2023-11-21 电动自行车***有限公司 电动辅助脚踏车
US11459098B2 (en) * 2019-11-27 2022-10-04 The Boeing Company Variable speed transmission and related methods

Also Published As

Publication number Publication date
CN111788114A (zh) 2020-10-16
KR101961589B1 (ko) 2019-03-22
US20200398937A1 (en) 2020-12-24
EP3763615B1 (en) 2024-06-26
TW201938929A (zh) 2019-10-01
US11524747B2 (en) 2022-12-13
EP3763615A1 (en) 2021-01-13
EP3763615A4 (en) 2021-11-03
TWI693355B (zh) 2020-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019172582A1 (ko) 변속모터와 유성기어 메카니즘을 이용한 자전거용 변속장치
WO2010104320A2 (ko) 유성기어를 이용한 동력 전달 장치
WO2014081105A1 (ko) 입력 합성 기어 시스템
WO2012036426A2 (ko) 두 개의 입력 특성을 이용한 유성 기어 시스템, 이의 기어 모듈 및 이의 제어방법
WO2010137881A2 (ko) 다단기어 변속장치
WO2014123312A1 (ko) 허브 내장형 다단 변속기
WO2013151402A1 (ko) 변속 장치
WO2012057410A1 (ko) 동력전달장치
WO2014123320A1 (ko) 허브 내장형 다단 변속기
WO2014025130A1 (ko) 다단 변속기
WO2020218749A1 (ko) 동력전달장치
WO2009088232A2 (ko) 유성기어세트 및 이를 이용한 동력 전달 장치
WO2012011662A2 (ko) 무단변속장치
WO2011078546A2 (ko) 페달링 어시스트 변속기
WO2020226263A1 (ko) 전력 케이블 풀러 및 전력 케이블 풀러 시스템
WO2015156598A1 (ko) 입력 합성 장치
WO2019194390A1 (ko) 전기자동차용 변속 시스템
WO2015156592A1 (ko) 무단변속기
WO2014046418A1 (ko) 변속 장치
WO2017073993A1 (ko) 무단 변속기
WO2022245143A1 (ko) 링기어 없는 자동체결 기능을 갖는 감속장치 및 그 감속장치의 자동체결 방법
WO2011122766A2 (ko) 2개의 회전동력원과 기어결합체를 이용한 변속장치
WO2012030083A9 (ko) 단일 종류의 회전동력원과 기어결합체를 이용한 변속장치
WO2018124341A1 (ko) 다단 변속 자전거
WO2022034977A1 (ko) 변속부를 내장한 전기 모터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19763805

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2019763805

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019763805

Country of ref document: EP

Effective date: 20201008