(57)【要約】  本発明による入力合成ギヤシステムは、回転力を生成する第１動力源と、前記第１動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第２動力源と、前記第１動力源及び前記第２動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第３動力源と、前記第１動力源ないし前記第３動力源の回転力を入力にして合成出力を生成するギヤ部とを含み、前記ギヤ部は、前記第１動力源ないし前記第３動力源のいずれか２つの動力源間のトルクを合成し、残りの１つの動力源の速度を合成して合成出力を生成する。上記のように構成することで、特性が同一であるか異なる多様な動力源から多様な出力を生成することができる。【選択図】図１
2016502043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ギヤ部と、
前記第１ギヤ部と噛み合って回るように形成された第２ギヤ部と、
前記第１ギヤ部または第２ギヤ部の少なくともいずれか一つと噛み合って回るように形成された第３ギヤ部と、
駆動力を発生させる動力源とを含み、
前記第１ないし第３ギヤ部のいずれか二つのギヤ部が前記動力源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パートとなり、残りの一つのギヤ部が前記それぞれの動力源が合成された合力を出す出力パートとなり、
前記動力源は、互いに同一であるか異なる出力を有する第１動力源及び第２動力源を含み、
前記第１動力源及び第２動力源の少なくともいずれか一つは、動力源の回転方向によって減速比は異なり、出力の駆動方向は同じにする第４ギヤ部とを含む入力合成ギヤシステム。
【請求項２】
前記第１動力源及び第２動力源は、それぞれモーターを含み、前記モーターは、互いに異なる容量を有するか互いに異なる減速比を有することを特徴とする請求項１に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項３】
前記モーターのいずれか一つは、低速−高トルク特性を有し、他の一つは、高速−低トルク特性を有することを特徴とする請求項２に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項４】
前記第４ギヤ部は、
モーターの正回転及び逆回転時にそれぞれ正回転及び逆回転する正回転ギヤ及び逆回転ギヤと、
前記正回転ギヤ及び逆回転ギヤとそれぞれ連動して当該入力パートに駆動力を入力する第１入力ギヤ及び第２入力ギヤと、
前記正回転ギヤと第１入力ギヤとの間または前記逆回転ギヤと第２入力ギヤとの間に噛み合って回るように形成された少なくとも一つの中間ギヤとを含むことを特徴とする請求項２に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項５】
前記正回転ギヤ及び逆回転ギヤは、それぞれクラッチベアリングまたはワンウェイ（ｏｎｅ−ｗａｙ）ベアリングを含むことを特徴とする請求項４に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項６】
回転力を生成する第１動力源と、
前記第１動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第２動力源と、
前記第１動力源及び前記第２動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第３動力源と、
前記第１動力源ないし前記第３動力源の回転力を入力にして合成出力を生成するギヤ部とを含み、
前記ギヤ部は、前記第１動力源ないし前記第３動力源のいずれか２つの動力源間のトルクを合成し、残りの１つの動力源の速度を合成して合成出力を生成する、入力合成ギヤシステム。
【請求項７】
前記ギヤ部は、
前記第１ないし第３動力源の回転軸にそれぞれ直結した第１ないし第３メインギヤと、
前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤの少なくともいずれか２つのメインギヤ間に回転力を受け渡す連結ギヤ部とを含む請求項６に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項８】
前記連結ギヤ部は、前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤの回転中心と同一の直線上に回転中心を有する少なくとも一つの直結ギヤを含むことを特徴とする請求項７に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項９】
前記直結ギヤは、前記第１メインギヤと前記第３メインギヤとの間で噛み合う第１直結ギヤ及び前記第２メインギヤと噛み合う第２直結ギヤを含むことを特徴とする請求項８に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１０】
前記第１メインギヤと前記第３メインギヤとの間に前記第１直結ギヤが噛み合った状態で前記第１及び第３メインギヤが全て回転すれば、前記第１直結ギヤによって前記第１及び第３動力源のトルクが合成することを特徴とする請求項９に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１１】
前記連結ギヤ部は、前記第１動力源と前記第２動力源の速度を合成するか、前記第２動力源と前記第３動力源の速度を合成する中間ギヤを含むことを特徴とする請求項１０に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１２】
前記直結ギヤは、前記第１メインギヤと前記第２メインギヤとの間で噛み合い、
前記連結ギヤ部は、前記直結ギヤと内接して噛み合う中間ギヤを含むことを特徴とする請求項８に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１３】
前記連結ギヤ部は、前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤのいずれか２つのメインギヤ間に噛み合う直結ギヤと、前記直結ギヤの回転力によって被動的に回転する中間ギヤとを含むことを特徴とする請求項７に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１４】
前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤのいずれか２つは、前記直結ギヤと共通的に噛み合うように形成され、残りの１つは、前記中間ギヤと噛み合うように前記第１動力源ないし前記第３動力源が配置されることを特徴とする請求項１３に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１５】
前記第１動力源ないし前記第３動力源のうち前記直結ギヤと噛み合う動力源はトルクが合成し、前記中間ギヤと噛み合う動力源は速度が合成することを特徴とする請求項１４に記載の入力合成ギヤシステム。
【請求項１６】
前記中間ギヤは、前記直結ギヤによってトルクが合成した２つのメインギヤの回転力と残りの１つのメインギヤの回転力を入力にして速度を合成することを特徴とする請求項１５に記載の入力合成ギヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力合成ギヤシステムに関し、さらに詳しくは、特性または容量が同一であるか互いに異なる複数個の動力源から生成する入力を合成して、それぞれ動力源の本来の特性または合成された特性を全て出力するなど、多様な出力を生成することができる入力合成ギヤシステムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ロボット、車両、運送機構または機械システムなどを制御するためにモーターまたはエンジンなどの動力源が使用されるが、この時、要求された作業（作動、動作）のために、これを満足させる動力源の容量を選択しなければならない。例えば、動力源がモーターの場合、モーターの容量は、モーターの大きさ、重さ、費用と密接な関係を持っている。
【０００３】
ロボットまたは機械システムなどが大きいトルク、速い速度で駆動される必要性がある場合、高い容量の動力源が必要となり、これにより、ロボットまたは機械システムなどの大きさ、重さ、費用が増加する。
【０００４】
自動車の場合、傾斜路で走行を円滑にするための高トルク出力、速い走行のための高速出力を全て得るために、エンジンの回転力をタイヤに伝達する過程でギヤ比を変化させるギヤ変速装置を使用する。しかし、ギヤ変速システムは、機構的な構成の複雑さ、価格、重さなどの問題で小型駆動システムに使用することが難しい。
【０００５】
一方、本出願人の特許文献１において、二つの入力特性を利用した遊星ギヤシステムを提案した。しかし、本出願人は、この特許文献１で入力速度を合成する技術のみを提案した。従って、より多様な特性を有する出力を生成するためには、入力の速度と共にトルクも共に合成することができるギヤシステムが必要である。
【０００６】
そこで、本発明では、小型モーターシステムに簡単に適用することができるように自動モーター車の変速ギヤシステムのように複雑な機械的システムを使用せず、これと類似した特性が得られるように、互いに異なるモーターの特性を組み合わせて使用する技術を提案する。
【０００７】
また、本発明では、小型駆動システムに簡単に適用することができ、３つ以上の入力を合成して多様な出力を生成することができるギヤシステムを提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１２−００２８２３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、互いに異なるか同じ特性の動力源出力を合成して新しい出力を生成する複数の動力源の入力結合のためのギヤシステムを提供するためのもので、さらに詳しくは、それぞれの動力源の特性を個別的な出力で使用するか、必要に応じてそれぞれの動力源特性を合成して一つの出力で生成することができ、また、それぞれの動力源の特性を異ならせるか、それぞれの動力源の減速比を異ならせて動力源の出力特性を多様にすることで、必要に応じて、最適の速度及びトルクでモーターを駆動することができるようにする、入力合成ギヤシステムを提供する。
【００１０】
本発明は、互いに異なるか同じ特性を有する多数個の動力源を合成して多様な出力を生成することができる入力合成ギヤシステムを提供する。
【００１１】
本発明は、動力源のトルクと速度を区分して合成することで、多様な出力を生成することができる入力合成ギヤシステムを提供する。
【００１２】
本発明は、動力源のトルクと速度を順次に合成することで、多様な出力を生成することができる入力合成ギヤシステムを提供する。
【００１３】
本発明は、少なくとも３つの動力源が入力で作用するシステムにおいて、全ての動力源を合成するか２つの動力源を選択的に合成することができる入力合成ギヤシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記のような課題を達成するための本発明の一実施例に係る入力合成ギヤシステムは、第１ギヤ部と、前記第１ギヤ部と噛み合って回るように形成された第２ギヤ部と、前記第１ギヤ部または第２ギヤ部の少なくともいずれか一つと噛み合って回るように形成された第３ギヤ部と、駆動力を発生させる動力源とを含み、前記第１ないし第３ギヤ部のいずれか二つのギヤ部が前記動力源からそれぞれの駆動力の伝達を受ける入力パートとなり、残りの一つのギヤ部が前記それぞれの動力源が合成された合力を出す出力パートとなり、前記動力源は、互いに同一であるか異なる出力を有する第１動力源及び第２動力源を含み、前記第１動力源及び第２動力源の少なくともいずれか一つは、動力源の回転方向によって減速比は異なり、出力の駆動方向は同じにする第４ギヤ部を含む。
【００１５】
前記第１動力源及び第２動力源は、それぞれモーターを含み、前記モーターは、互いに異なる容量を有するか互いに異なる減速比を有する。
【００１６】
前記モーターのいずれか一つは、低速−高トルク特性を有し、他の一つは、高速−低トルク特性を有する。
【００１７】
前記第４ギヤ部は、モーターの正回転及び逆回転時にそれぞれ正回転及び逆回転する正回転ギヤ及び逆回転ギヤと、前記正回転ギヤ及び逆回転ギヤとそれぞれ連動して当該入力パートに駆動力を入力する第１入力ギヤ及び第２入力ギヤと、前記正回転ギヤと第１入力ギヤとの間または前記逆回転ギヤと第２入力ギヤとの間に噛み合って回るように形成された少なくとも一つの中間ギヤとを含む。
【００１８】
前記正回転ギヤ及び逆回転ギヤは、それぞれクラッチベアリングまたはワンウェイ（ｏｎｅ−ｗａｙ）ベアリングを含む。
【００１９】
一方、上記のような課題を達成するための本発明の他の一実施例に係る入力合成ギヤシステムは、回転力を生成する第１動力源と、前記第１動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第２動力源と、前記第１動力源及び前記第２動力源と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第３動力源と、前記第１動力源ないし前記第３動力源の回転力を入力にして合成出力を生成するギヤ部とを含み、前記ギヤ部は、前記第１動力源ないし前記第３動力源のいずれか２つの動力源間のトルクを合成し、残りの１つの動力源の速度を合成して合成出力を生成する。
【００２０】
上記のように構成することで、特性が同一であるか異なる多様な動力源から多様な出力を生成することができる。
【００２１】
前記ギヤ部は、前記第１ないし第３動力源の回転軸にそれぞれ直結した第１ないし第３メインギヤと、前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤの少なくともいずれか２つのメインギヤ間に回転力を受け渡す連結ギヤ部とを含む。
【００２２】
前記連結ギヤ部は、前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤの回転中心と同一の直線上に回転中心を有する少なくとも一つの直結ギヤを含む。
【００２３】
前記直結ギヤは、前記第１メインギヤと前記第３メインギヤとの間で噛み合う第１直結ギヤ及び前記第２メインギヤと噛み合う第２直結ギヤを含む。
【００２４】
前記第１メインギヤと前記第３メインギヤとの間に前記第１直結ギヤが噛み合った状態で前記第１及び第３メインギヤが全て回転すれば、前記第１直結ギヤによって前記第１及び第３動力源のトルクを合成する。
【００２５】
前記連結ギヤ部は、前記第１動力源と前記第２動力源の速度を合成するか、前記第２動力源と前記第３動力源の速度を合成する中間ギヤを含む。
【００２６】
前記直結ギヤは、前記第１メインギヤと前記第２メインギヤとの間で噛み合い、前記連結ギヤ部は、前記直結ギヤと内接して噛み合う中間ギヤを含む。
【００２７】
前記連結ギヤ部は、前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤのいずれか２つのメインギヤ間に噛み合う直結ギヤと、前記直結ギヤの回転力によって被動的に回転する中間ギヤとを含む。
【００２８】
前記第１メインギヤないし前記第３メインギヤのいずれか２つは、前記直結ギヤと共通的に噛み合うように形成され、残りの１つは、前記中間ギヤと噛み合うように前記第１動力源ないし前記第３動力源が配置される。
【００２９】
前記第１動力源ないし前記第３動力源のうち前記直結ギヤと噛み合う動力源はトルクが合成し、前記中間ギヤと噛み合う動力源は速度が合成する。
【００３０】
前記中間ギヤは、前記直結ギヤによってトルクが合成した２つのメインギヤの回転力と残りの１つのメインギヤの回転力を入力にして速度を合成する。
【発明の効果】
【００３１】
以上で説明したように、本発明による入力合成ギヤシステムは、互いに異なる特性を有する複数個または少なくとも３つの動力源から駆動力の入力を受けてその合力を出力するが、トルクまたは速度を区分して合成するため、多様な出力を生成することができる。
【００３２】
本発明による入力合成ギヤシステムは、動力源のトルクまたは速度を区分して合成するか順次に合成することができるため、必要に応じて、多様な速度、トルク組合せの出力を提供することができ、これによりギヤ変速の効果を得ることができる。
【００３３】
本発明による入力合成ギヤシステムは、複数個または少なくとも３つの動力源の入力特性を組み合わせて、必要に応じて、高速−低トルクまたは低速−高トルクの出力を生産することができ、小型ロボットなどの小型駆動システムも自由自在に出力特性を変化させることができる。また、小型システムにも効果的に採用することができ、費用節減及び大量生産可能にモジュール化することが容易である。
【００３４】
本発明による入力合成ギヤシステムは、使用動力源の大きさまたは重さに比べて最大速度及び最大トルクを増加させることができ、出力軸の負荷によって多様な方法で動力源を駆動することができるため、エネルギー効率を改善することができる。
【００３５】
本発明による入力合成ギヤシステムは、互いに異なる特性を有する二つの動力源から駆動力の入力を受けてその合力を出力するが、特に、同一の動力源からもモーターの回転方向によって減速比は異なり、出力の駆動方向は同じにする駆動力の入力が受けられるようにすることで、必要に応じて、多様な速度、トルク組合の出力を提供することができ、これによりギヤ変速の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係る複数の動力源の結合のためのギヤシステムを示した図面である。
【図２】本発明の一実施例に係る複数の動力源の結合のためのギヤシステムを示した図面である。
【図３】図１の遊星ギヤユニットを示した図面である。
【図４】図１の遊星ギヤユニットを示した図面である。
【図５】図３の遊星ギヤユニットにおける二つの入力特性を利用した多様な入出力関係を説明するための例示図である。
【図６】図３の遊星ギヤユニットにおける二つの入力特性を利用した多様な入出力関係を説明するための例示図である。
【図７】図３の遊星ギヤユニットにおける二つの入力特性を利用した多様な入出力関係を説明するための例示図である。
【図８ａ】図２のギヤシステムにおける入出力関係を説明するための例示図である。
【図８ｂ】図２のギヤシステムにおける入出力関係を説明するための例示図である。
【図８ｃ】図２のギヤシステムにおける入出力関係を説明するための例示図である。
【図９】図２のギヤシステムにおける入出力関係を説明するための例示図である。
【図１０】図２のギヤシステムにおける入出力関係を説明するための例示図である。
【図１１ａ】図８ないし図１０の単独作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１１ｂ】図８ないし図１０の単独作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１１ｃ】図８ないし図１０の単独作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１１ｄ】図８ないし図１０の単独作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１２ａ】図８ないし図１０の結合作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１２ｂ】図８ないし図１０の結合作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１２ｃ】図８ないし図１０の結合作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【図１３】図１のギヤシステムの適用例を示した図面である。
【図１４】本発明の他の一実施例に係る入力合成ギヤシステムを概念的に示した図面である。
【図１５】図１４による入力合成ギヤシステムが電気自転車に適用された例を示した図面である。
【図１６】図１５による入力合成ギヤシステムを示した分解斜視図である。
【図１７】図１６による入力合成ギヤシステムの入出力関係を説明するための例示図である。
【図１８】図１６による入力合成ギヤシステムの入出力関係を説明するための例示図である。
【図１９】図１６による入力合成ギヤシステムの入出力関係を説明するための例示図である。
【図２０】図１６による入力合成ギヤシステムの入出力関係を説明するための例示図である。
【図２１】図１６による入力合成ギヤシステムの入出力関係を説明するための例示図である。
【図２２ａ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の出力特性を示したグラフである。
【図２２ｂ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の出力特性を示したグラフである。
【図２２ｃ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の出力特性を示したグラフである。
【図２２ｄ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の出力特性を示したグラフである。
【図２３ａ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の合成出力特性を示したグラフである。
【図２３ｂ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の合成出力特性を示したグラフである。
【図２３ｃ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の合成出力特性を示したグラフである。
【図２３ｄ】図１６による入力合成ギヤシステムの動力源の合成出力特性を示したグラフである。
【図２４】図１６による入力合成ギヤシステムの変形例を示した分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について具体的に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたって、同一の構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されてもできるだけ同一の符号を有するようにする。また、本発明の実施例について説明する際に、関連の公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にし得ると判断される場合は、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図１及び図２は、本発明の一実施例に係る複数の動力源の結合のためのギヤシステム１００を示した図面であり、図１は、ギヤシステム１００の概略的な分解斜視図であり、図２は、図１のギヤシステム１００の結合状態を図式化して示した図面である。
【００３９】
以下、説明の便宜のために二つの動力源を使用するが、動力源としてモーターを使用することを例として説明する。二つの動力源を使用して合成された出力を他の動力源と結合する方法を使用すれば、多数の動力源の特性を合成することができる。
【００４０】
本発明の一実施例に係るギヤシステム１００は、互いに異なる二つの動力源の特性を合成して多様な出力を出す。このようなギヤシステム１００は、状況によって出力特性の変化が必要な多様な分野で活用することができる。即ち、一つのギヤシステム１００を通じて高速−低トルクの出力または低速−高トルクの出力を自由自在に変換することができる。
【００４１】
ギヤシステム１００は、第１ギヤ部１１０、第２ギヤ部１２０、第３ギヤ部１３０、及び第４ギヤ部１４０を含む。特に、第１ないし第３ギヤ部１１０〜１３０のいずれか二つのギヤ部が駆動力が入力される入力パートとなり、残りの一つのギヤ部が駆動力の合力が出力される出力パートとなるが、本実施例では、第１、３ギヤ部１１０、１３０を入力パートと、第２ギヤ部１２０を出力パートとして説明する。
【００４２】
第４ギヤ部１４０は、動力源（例えば、モーター）の回転方向によって減速比は異なり、出力の駆動方向は同じにし、入力パートに駆動力を伝達する駆動原としての第１動力源１５０及び第２動力源１６０の少なくともいずれか一つに第４ギヤ部１４０を含んで構成するが、本発明の一実施例では、第１動力源１５０に第４ギヤ部１４０を含んで構成したことを一例として説明する。
【００４３】
第１ギヤ部１１０と第２ギヤ部１２０は、互いに噛み合って回るように位置する。そして、第３ギヤ部１３０は、第１ギヤ部１１０または第２ギヤ部１２０の少なくともいずれか一つと噛み合って回るように形成される。
【００４４】
以下、実施例では、第１ギヤ部ないし第３ギヤ部１１０、１２０、１３０をそれぞれ遊星ギヤシステムのサンギヤ、キャリアに連結された遊星ギヤ、そしてリングギヤと例示する。即ち、本発明の一実施例に係るギヤシステム１００に、サンギヤ、キャリア、遊星ギヤ及びリングギヤからなる遊星ギヤユニットが使用されると例示する。しかし、二つのギヤ部が入力パートとなる異なる形状のギヤが使用されてもよいことは当然である。以下では、遊星ギヤユニットが使用されることを例示して説明する。
【００４５】
第１ギヤ部１１０は、サンギヤ１１１、及び該サンギヤ１１１と連結して駆動力をサンギヤ１１１に伝達するか、サンギヤ１１１から駆動力の伝達を受けるサンギヤ軸１１２を含む。第２ギヤ部１２０は、キャリア１２２と、該キャリア１２２の一側上に安着した状態で自転できる少なくとも一つ以上の遊星ギヤ１２１、及びキャリア１２２の他側に連結形成して駆動力を伝達するキャリア軸１２３を含む。
【００４６】
サンギヤ１１１は、遊星ギヤ１２１の間に介在してそれぞれが互いに噛み合って回る形状を取る。従って、一般的にサンギヤ１１１の回転方向と遊星ギヤ１２１の回転方向とは反対となる。そして、第２ギヤ部１２０は、キャリア１２２の回転によって遊星ギヤ１２１の自転及び公転を可能にする。
【００４７】
第３ギヤ部１３０は、リングギヤとなる。このようなリングギヤは、リング状の内部に内接ギヤが形成されるように形成することが一般である。リングギヤで例示される第３ギヤ部１３０は、第２ギヤ部１２０の遊星ギヤ１２１の外側に外接して噛み合うように位置する。従って、第２ギヤ部１２０の回転によって第３ギヤ部１３０が回転する。
【００４８】
このような相互の噛み合いにより、それぞれのギヤ部の回転が互いに影響を受けて入力された力が合成して出力される。この時、第１ギヤ部ないし第３ギヤ部１１０、１２０、１３０のいずれか二つのギヤ部が入力パートとなる。即ち、動力源から駆動力の伝達を受けるギヤ部が二つになる。
【００４９】
第４ギヤ部１４０は、動力源の一例として使用されるモーターの正回転及び逆回転時にそれぞれ正回転及び逆回転する正回転ギヤ１４１及び逆回転ギヤ１４２、正回転ギヤ１４１と噛み合って回るように形成されて、当該入力パートのサンギヤ軸１１２に駆動力を入力する第１入力ギヤ１４４、逆回転ギヤと噛み合って回るように形成された中間ギヤ１４５、中間ギヤ１４５と噛み合って回るように形成されて、当該入力パートのサンギヤ軸１１２に駆動力を入力する第２入力ギヤ１４６を含む。
【００５０】
正回転ギヤ１４１及び逆回転ギヤ１４２は、モーターの回転方向によって一方方向のみに回転させるために、それぞれクラッチベアリング１４１ａ、１４２ａまたはワンウェイ（ｏｎｅ−ｗａｙ）ベアリングを含む。
【００５１】
図３及び図４は、図１の遊星ギヤユニットを示した図面であり、図３は、遊星ギヤユニットの結合斜視図であり、図４は、図３における動力伝達を図式化して示した図面である。
【００５２】
一般的な遊星ギヤユニットは、サンギヤ、リングギヤ、及び遊星ギヤに連結されたキャリアで構成される。一般的に、減速ギヤシステムで使用される遊星ギヤユニットは、サンギヤ、リングギヤ、キャリアのいずれか１つを入力軸としてモーターを連結し、他の１つを固定して、また他の１つを出力軸として使用するが、本実施例では、固定軸を使用せず、２つを入力とし、１つを出力として、遊星ギヤユニット内で二つの入力が合成されるようにする。
【００５３】
図３の遊星ギヤユニットは、サンギヤ１１１の軸１１２及びリングギヤ１３０の軸１３３を入力とし、キャリア１２２の軸１２３を出力とするシステムを例として示した。図３における動力伝達を簡略に図式化して示すと図４の通りであり、それぞれのギヤには、回転を円滑にするためにベアリング１７０を使用する。
【００５４】
図５ないし図７は、図３の遊星ギヤユニットにおける二つの入力特性を利用した多様な入出力関係を説明するための例示図である。
【００５５】
図５を参考すると、第１ギヤ部１１０及び第２ギヤ部１２０が入力パートとなり、前記二つのギヤ部１１０、１２０を通じて駆動力が入力（Ｉｎ１、Ｉｎ２）される。このように入力された駆動力の合力が第３ギヤ部１３０を通じて出力（Ｏｕｔ）される。従って、第１ギヤ部１１０及び第２ギヤ部１２０のギヤ特性を調節するか、このようなギヤ部１１０、１２０に伝達する駆動力の特性を調節しながら多様な出力を第３ギヤ部１３０を通じて発生させる。
【００５６】
図６を参考すると、第１ギヤ部１１０及び第３ギヤ部１３０が入力パートとなり駆動力を入力（Ｉｎ１、Ｉｎ２）し、第２ギヤ部１２０が出力パートとなり合力を出力（Ｏｕｔ）する。また、図７を参考すると、第２ギヤ部１２０及び第３ギヤ部１３０が入力パートとなり駆動力を入力（Ｉｎ１、Ｉｎ２）し、第１ギヤ部１１０が出力パートとなり合力を出力（Ｏｕｔ）する。このように入出力パートにあたるギヤ部は、ギヤシステムが適用される対象の特性及び製作方法などによって変わってもよく、力の伝達原理は、上記で説明した通りである。
【００５７】
以下では、サンギヤ１１１を含む第１ギヤ部１１０及びリングギヤ１３０で例示される第３ギヤ部１３０が入力パートとなり、遊星ギヤ１２１とキャリア１２２を含む第２ギヤ部１２０が出力パートとなる例を基準として説明する。
【００５８】
第１ギヤ部１１０及び第３ギヤ部１３０は、互いに異なる動力源からそれぞれの駆動力の伝達を受けることが好ましい。この時、動力源は、第１動力源１５０及び第２動力源１６０を含む。第１動力源１５０及び第２動力源１６０は、駆動力を伝達するモーター、ポンプ、シリンダーなどの多様な駆動力伝達ユニットが使用されるが、以下の実施例では、モーターが使用されることで例示する。
【００５９】
第１動力源１５０は、第１ギヤ部１１０に駆動力を入力する。
【００６０】
一例として、第１動力源１５０のモーター１５１が右側方向に正回転すれば正回転ギヤ１４１が回転し、該正回転ギヤ１４１と噛み合っている第１入力ギヤ１４４が回転し、これにより、サンギヤ軸１１２が回転しながらサンギヤ１１１が回転する。他の例として、第１動力源１５０のモーター１５１が左側方向に逆回転すれば逆回転ギヤ１４２が回転し、該逆回転ギヤ１４２と噛み合っている中間ギヤ１４５と第２入力ギヤ１４６が回転し、これにより、サンギヤ軸１１２が回転しながらサンギヤ１１１が回転する。
【００６１】
前述した二つの駆動例のように、本発明の一実施例の第１動力源１５０の第４ギヤ部１４０により、一つのモーター１５１からモーターの回転方向によって減速比は異なるが、出力の駆動方向は同じにする駆動力を第１ギヤ部１１０に提供する。
【００６２】
また他の駆動例として、第２動力源１６０は、モーター１６１、リングギヤ軸１３３、及び連結ギヤ１３１、１３２を通じて第３ギヤ部１３０に駆動力を入力する。
【００６３】
第１及び第２動力源１５０、１６０は、互いに異なる出力を有することが好ましい。例えば、第１動力源１５０のモーター１５１及び第２動力源１６０のモーター１６１は、互いに異なる容量を有するか互いに異なる減速比を有することが好ましい。
【００６４】
さらに詳しくは、第１動力源１５０は、最大駆動速度は低いが最大駆動トルクは高い特性（低速−高トルク）を有するように設定し、第２動力源１６０は、最大駆動速度は高いが最大駆動トルクは低い特性（高速−低トルク）を有するように設定する。即ち、第１動力源１５０と第２動力源１６０の特性を互いに反対に設定する。
【００６５】
従って、それぞれの駆動力の特性を調節して第２ギヤ部１２０に出力される駆動合力の特性を制御する。
【００６６】
一方、図示してはいないが、動力源の駆動速度及び角度を測定するために、それぞれの動力源の出力軸にエンコーダを装着してもよい。また、それぞれのギヤと軸との間にはベアリングが具備されてもよく、遊星ギヤユニットの位置は固定し回転は自由にすることが好ましい。
【００６７】
一側によると、ギヤシステム１００は、第１駆動力が伝達される第１ギヤ部１１０、第２駆動力が伝達される第３ギヤ部１３０、そして第１駆動力及び第２駆動力の合力を出力する第２ギヤ部１２０からなるギヤモジュール形態で具現する。この時、第１駆動力及び第２駆動力は、互いに異なる出力特性を有することが好ましい。
【００６８】
このようなモジュール化により、大きさ、重さ、生産費用を減らすことができ、大量生産が可能である。このようなギヤモジュールは、必要に応じて、多様な動力源（モーターなど）を連結して使用する。または、特定ギヤ比を有するモーターを含み、一体でモジュール化してもよい。ギヤモジュールは、連結される動力源のバックドライブを防止するためにウォームギヤをさらに含んでもよい。
【００６９】
図８ａないし図８ｃ及び図１０は、図２のギヤシステム１００における入出力関係を説明するための例示図である。
【００７０】
図８ｂと図８ｃは、本発明の実施例で使用されているクラッチベアリング（またはワンウェイベアリング、またはロックベアリング）の駆動例を示している。図８ｂは、モーターの入力がクラッチベアリングを通じて出力に伝達されることを示し、モーターが図８ｂと反対方向に回転する場合、図８ｃのように回転力が出力軸に伝達されなくなる。
【００７１】
図８ａにおいて、第２動力源１６０のモーター１６１がＶ１の速度で正方向駆動する場合、最終出力軸１２３の駆動速度をＯ１といい、また図９のように、第１動力源１５０のモーター１５１がＶ２ａの速度で正方向回転する場合、最終出力軸１２３の駆動速度はＯ２ａといい、また、図１０のように、第１動力源１５０のモーター１５１がＶ２ｂの速度で図９のＶ２ａの反対方向である逆方向に回転（駆動）する場合、最終出力軸１２３の駆動速度をＯ２ｂという。この時、図９及び図１０におけるモーター１５１のＶ２ａ、Ｖ２ｂの回転方向は互いに反対であるが、内部に構成された第１ないし第４ギヤ１１０、１２０、１３０、特に、第４ギヤ部１４０によって、出力Ｏ２ａ、Ｏ２ｂは同一の出力方向を有する。
【００７２】
図１１ａないし図１１ｄは、図８ないし図１０のように、モーターの単独作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面であり、図１２ａないし図１２ｃは、図８ないし図１０のモーターの結合作動による出力（トルク−速度）グラフの例を示した図面である。
【００７３】
例えば、二つのモーター１５１、１６１を図１１ａのようなトルク−速度（Ｔｏｒｑｕｅ−ＲＰＭ）特性を有するとし使用したと仮定すると、図８ａのようにモーター１６１が単独駆動した場合、ギヤシステム１００の内部的な減速ギヤ比によって最終出力軸１２３の出力特性Ｏ１は、図１１ｂのようになり、図９及び図１０のようにモーター１５１の正回転または逆回転駆動によって発生し得る最終出力軸１２３の出力特性Ｏ２ａ及びＯ２ｂは、図１１ｃ及び図１１ｄのようになることが分かる。
【００７４】
この時、図３、６のように二つを入力とする遊星ギヤユニットにおいて、それぞれの入力速度は加えられて出力として出るため、二つのモーター１５１、１６１を同時に駆動すれば、図１２ｃのように二つの出力特性Ｏ１＋Ｏ２ａ、Ｏ１＋Ｏ２ｂをさらに有する。
【００７５】
即ち、図１２ａは、二つのモーター１６１、１５１が図８ａ及び図９のように同時に駆動して、サンギヤ軸１１２とリングギヤ軸１３３に駆動力Ｖ１、Ｖ２ａが入力された場合に対する最終出力としてのキャリア軸１２３の出力特性Ｏ１＋Ｏ２ａを表し、図１２ｂは、二つのモーター１６１、１５１が図８ａ及び図１０のように同時に駆動して、サンギヤ軸１１２とリングギヤ軸１３３に駆動力Ｖ１、Ｖ２ｂが入力された場合に対する最終出力としてのキャリア軸１２３の出力特性Ｏ１＋Ｏ２ｂを表す。
【００７６】
従って、本発明の実施例に係る図１及び図２のギヤシステム１００によって生成する最終出力特性は、図１２ｃのようにモーター１５１の駆動方向（正方向または逆方向）によって、Ｏ１＋Ｏ２ａまたはＯ１＋Ｏ２ｂの出力特性を有する。
【００７７】
図１３は、図１のギヤシステム１００を適用する一例を示した図面である。傘ギヤ８２０を含む回転体８４０を使用して入力合成ギヤシステム１００の出力をタイヤを駆動するシステムに適用し易いように、モーターを囲んでいる回転体８４０を駆動する方法を例えて示した。図示していないが、回転体８４０にタイヤ、駆動プーリー、自転車の場合はスポークなどをさらに装着して使用してもよい。
【００７８】
このように本発明の一実施例によって生成する入力合成ギヤシステム１００の最終出力は、２つの小型モーターのそれぞれの特性を互いに異なる減速比を有するようにして合成することで、図１２ｃのように最大駆動速度−最大駆動トルクを向上させることができるだけでなく、必要に応じて、電流の消耗の少ない特性（最も効率的な特性）でモーターを駆動することができる。上記で説明したように、二つのモーターを互いに異なるモーターを使用するか、それぞれのモーター減速比を調整すれば、ロボットまたは機械システムで必要とする特性を小型モーターを使用して作り上げられる。
【００７９】
一方、以下では、入力で作用する動力源が少なくとも３つの場合に、入力を合成するギヤシステム２００について説明する。
【００８０】
図１４を参照すると、本発明の他の一実施例に係る入力合成ギヤシステム２００は、少なくとも３つの動力源２１０、２２０、２３０の入力を合成して、多様な特性の出力を生成する。以下では、説明の便宜のために、３つの動力源、即ち、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０を使用し、３つの動力源のいずれか一つは、手動入力（例えば、電気自転車のペダル）であり、残りの２つの動力源は、モーターの場合を例示して説明する。ここで、動力源は、モーター、ペダルなどに限定されず、エンジンなどの回転力を生産することができる駆動源であれば、いずれでも適用することができる。
【００８１】
図１４におけるそれぞれの動力源は、モーター、内燃機関（自動車のエンジン）、手動入力（自転車のペダル、手で回せるリンクなど）など、回転力を生成する全ての駆動手段を動力源として使用する。
【００８２】
図１４に概略的に図示した入力合成ギヤシステム２００は、ギヤの噛み合いによる動力伝達体系によって、幾つかの入力を合成して多様な特性の出力を生成する。ここで、本発明による入力合成ギヤシステム２００は、３つの動力源２１０、２２０、２３０の入力を合成するにあたって、動力源のトルク及び速度（回転速度または回転角速度、以下では、速度と通称する）を区分して合成することで、多様な特性の出力を出すことができる。また、トルクと速度を順次に合成してもよい。
【００８３】
図１４を参照すると、動力源Ｂと動力源Ｃのトルクを合成し（図１４で（＋）はトルク合成を意味する）、トルク合成による出力と動力源Ａの速度を合成する（図１４で＋は速度合成を意味する）。ここで、動力源Ｂと動力源Ｃのトルクを先に合成した後、残りの動力源Ａの速度を合成する。このように、本発明の他の一実施例に係る入力合成ギヤシステム２００は、図１４に示すように、互いに異なる３つの動力源Ａ、Ｂ、Ｃのトルク合成（二つの入力のトルクが加わること）及び速度合成（二つの入力の速度が加わること）をして多様な出力を生成することができる。
【００８４】
図１５には、本発明による入力合成ギヤシステム２００が電気自転車に適用された場合が例示的に図示されている。電気自転車に適用する場合、入力合成ギヤシステム２００は、電気自転車のペダルが位置する部分に装着することが好ましい。電気自転車に適用される場合に、第１動力源２１０はペダルとなり、第２及び第３動力源２２０、２３０はモーターとなる。電気自転車に適用する場合、入力合成ギヤシステム２００がスプロケット（ｓｐｒｏｃｋｅｔ、図示せず）の一側に固定する必要があるが、このため、自転車のチェーンが巻かれるスプロケットの一側に付着したケース２０１にギヤシステム２００が固定される。
【００８５】
図１６には、図１５による入力合成ギヤシステム２００が分解した状態が示されている。図１６に示すように、入力合成ギヤシステム２００は、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０と多数個のギヤを含んで構成される。
【００８６】
第１動力源２１０はペダル、第２及び第３動力源２２０、２３０はモーターである。第１動力源２１０の一側にはチェーンが締結されるスプロケット２７１が位置し、スプロケット２７１は、第１出力ギヤ２５２と結合している。ケース２０１には、第２及び第３動力源２２０、２３０が固定される。このため、ケース２０１には、動力源固定部２０３が形成される。また、ケース２０１には、後述するクラッチベアリング２２３の固定のためのクラッチ固定部２０２も形成される。但し、ケース２０１の構造または形態が図１６に示すように限定されるものではない。
【００８７】
図１６及び図１７を参照すると、本発明による入力合成ギヤシステム２００は、回転力を生成する第１動力源２１０、第１動力源２１０と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第２動力源２２０、第１動力源２１０及び第２動力源２２０と同一であるか異なる特性の回転力を生成する第３動力源２３０、及び第１動力源ないし第３動力源２１０、２２０、２３０の回転力を入力として合成出力を生成するギヤ部を含む。ここで、前記ギヤ部は、第１動力源ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のいずれか２つの動力源間のトルクを合成し、残りの１つの動力源の速度を合成して、合成出力を生成する。
【００８８】
上記のように構成することで、特性が同一であるか異なる多様な動力源から多様な出力を生成することができる。即ち、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のトルクまたは速度を合成することで、多様な特性を有した出力が出される。
【００８９】
前記ギヤ部は、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のそれぞれの回転軸２１１、２２１、２３１にそれぞれ直結した第１ないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２及び第１メインギヤないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２の少なくともいずれか２つのメインギヤ間に回転力を受け渡す連結ギヤ部２６０を含む。連結ギヤ部２６０は、第１及び第２動力源２１０、２２０の回転力の伝達を受け、これを合成してスプロケット２７１に伝達するか、第２及び第３動力源２２０、２３０の回転力の伝達を受け、これを合成してスプロケット２７１に伝達するか、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０の回転力の伝達を受け、これを合成してスプロケット２７１に伝達する。この時、連結ギヤ部２６０は、回転力を単純に合成するものではなく、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のトルクを合成するか速度を合成する。ここで、トルク合成または速度合成は、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０が連結ギヤ部２６０とどのようにギヤで連結されるかによって決定される。
【００９０】
第１動力源２１０は、第１メインギヤ２１２と共に回転する回転軸２１１を含む。第１メインギヤ２１２には、第１クラッチベアリング２１３が装着されてもよい。クラッチベアリング２１３は、第１メインギヤ２１２がある一方向のみに回転するようにする一種のワンウェイベアリング（ｏｎｅ  ｗａｙ  ｂｅａｒｉｎｇ）である。また、回転軸２１１は、第１メインギヤ２１２を貫通して第１出力ギヤ２５２にも締結される。第１出力ギヤ２５２は、スプロケット２７１に回転力または出力（合成された出力）を伝達する。
【００９１】
第１出力ギヤ２５２は、第２出力ギヤ２６３と噛み合い、第２出力ギヤ２６３から回転力の伝達を受ける。一方、第２出力ギヤ２６３は、連結ギヤ部２６０によって回転力の伝達を受ける。
【００９２】
連結ギヤ部２６０は、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０の回転力を合成するギヤモジュールといえる。連結ギヤ部２６０の構成または形態によって、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のトルクを合成するか速度を合成する。図１６及び図２４に示した連結ギヤ部２６０、３６０の構成または形態は例示的なものであり、連結ギヤ部の構成または形態を限定するものではない。
【００９３】
図１６及び図１７を参照すると、連結ギヤ部２６０は、第１メインギヤないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２の回転中心と同一の直線上に回転中心を有する少なくとも一つの直結ギヤ２４１、２６１を含む。
【００９４】
直結ギヤ２４１、２６１は、第１ないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２から回転力の伝達を受けて連結ギヤ部２６０の他のギヤを回転させるギヤといえる。連結ギヤ部２６０は、直結ギヤ２４１、２６１の回転によって被動的に回転する中間ギヤ２５１（ｉｄｌｅ  ｇｅａｒ）を含む。
【００９５】
図１６には、中間ギヤ２５１が差動ギヤ形態の場合が例示的に示されている。中間ギヤ２５１は、２つの直結ギヤ２４１、２６１と噛み合って回転するように形成される。中間ギヤ２５１が噛み合うように直結ギヤ２４１、２６１の平面部に第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２がそれぞれ形成される。中間ギヤ２５１は、第２出力ギヤ２６３に回転力を伝達する。
【００９６】
一方、直結ギヤ２４１、２６１は、第１メインギヤ２１２と第３メインギヤ２３２との間で噛み合う第１直結ギヤ２４１及び第２メインギヤ２２２と噛み合う第２直結ギヤ２６１を含む。
【００９７】
第２メインギヤ２２２は、第２動力源２２０の回転軸２２１に締結固定される。第２メインギヤ２２２には、第２クラッチベアリング２２３が装着されてもよい。第２クラッチベアリング２２３は、第２メインギヤ２２２がいずれか一方向のみに回転するように制限する。
【００９８】
第３メインギヤ２３２は、第３動力源２３０の回転軸２３１に締結固定される。第３メインギヤ２３２には、第３クラッチベアリング２３３が装着されてもよい。第３クラッチベアリング２３３は、第３メインギヤ２３２がいずれか一方向のみに回転するように制限する。
【００９９】
ここで、第１ないし第３クラッチベアリング２１３、２２３、２３３は、第１ないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２に装着されてもよく、装着されなくともよい。第１及び第３クラッチベアリング２１３、２３３は、第２クラッチベアリング２２３と目的が多少異なっている。即ち、第１クラッチベアリング及び第３クラッチベアリング２１３、２３３は、第１及び第３動力源２１０、２３０の入力のいずれか一つのみが駆動するか、二つの動力源の駆動速度が異なる場合、いずれか一方の動力源が負荷として作用すること（干渉現象）を制御するためのものである。一方、第２クラッチベアリング２２３は、相対的に噛み合って回転するギヤの回転力によって空転することを防止するためのものである。
【０１００】
図１７を参照すると、第２及び第３動力源２２０、２３０は、ケース２０１に固定するように装着される。また、第１及び第３クラッチベアリング２１３、２３３と異なって、第２クラッチベアリング２２３は、ケース２０１に固定するように装着されることが好ましい。
【０１０１】
図１７において、説明していない図面符号「２８０」はベアリングである。
【０１０２】
以下では、図面を参照して、連結ギヤ部２６０によって第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のトルク（ｔｏｒｑｕｅ）または速度（回転速度、ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が合成する原理について説明する。
【０１０３】
2016502043.tif 000003
【０１０４】
図１８は、第１動力源２１０と第３動力源２３０が同時に駆動、即ち、回転する場合の動力伝達を示す図面である。即ち、第１及び第３動力源２１０、２３０が入力として作用する場合である。Ｖ＿ｐは、第１動力源２１０の回転速度で、Ｖ＿ｏｕｔは、合成出力、即ち、スプロケット２７１の回転速度である。
【０１０５】
第１動力源２１０の駆動力は、第１メインギヤ２１２を通じて第１直結ギヤ２４１に伝達し、第３動力源２３０の駆動力は、第３メインギヤ２３２を通じて第１直結ギヤ２４１に伝達する。このように、第１メインギヤ２１２と第３メインギヤ２３２との間に第１直結ギヤ２４１が共通的に噛み合った状態で第１及び第３メインギヤ２１２、２３２が全て回転すれば、第１直結ギヤ２４１によって第１及び第３動力源２１０、２３０のトルク（駆動トルク）が合成する。第１直結ギヤ２４１が回転すれば、第１直結ギヤ２４１と同一の回転軸を有する第２出力ギヤ２６３も回転する。第２出力ギヤ２６３と噛み合う第１出力ギヤ２５２が回転しながら、最終的にスプロケット２７１がＶ＿ｏｕｔの速度で回転する。
【０１０６】
もし、第１動力源２１０が電気自転車のペダルであり、第３動力源２３０がモーターとすると、ペダル２１０の駆動トルクとモーター２３０の駆動トルクが加えられる。駆動トルクを合成するため、モーター２３０が駆動すれば、ペダル２１０は低いトルクに駆動される。このようになると、自転車の搭乗者は、少ない力で走行することができる。他の観点からみると、同一の負荷条件でモーター２３０が駆動する時、搭乗者がペダル２１０を駆動すれば、モーター２３０を低い電流で駆動するようにすることができる。このような場合、モーター２３０に加えられる負荷を減らすことができるため、低い電流でモーター２３０が駆動されてエネルギー効率を高めることもできる。
【０１０７】
図１９は、第１動力源２１０と第２動力源２２０が同時に駆動（回転）する場合の動力伝達を示す図面である。第１動力源２１０の駆動力は、第１メインギヤ２１２、第１直結ギヤ２４１、第１傘ギヤ２４２の順で伝達する。第２動力源２２０の駆動力は、第２メインギヤ２２２、第２直結ギヤ２６１、第２傘ギヤ２６２の順で伝達する。
【０１０８】
連結ギヤ部２６０は、第１直結ギヤ２４１及び第２直結ギヤ２６１と一体で形成された第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２をそれぞれ含み、第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２の間には、中間ギヤ２５１が噛み合う。中間ギヤ２５１は、第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２に同時に噛み合っているため、中間ギヤ２３１によって第１動力源２１０と第２動力源２２０の速度が合成する。第１動力源２１０によって第１傘ギヤ２４２が回転すれば、これに噛み合った中間ギヤ２５１も回転する。第１傘ギヤ２４２によって中間ギヤ２５１が回転している状態で、第２動力源２２０によって回転する第２傘ギヤ２６２によって中間ギヤ２５１が回転する。そのため、第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２によって中間ギヤ２５１の回転速度が合成する。
【０１０９】
中間ギヤ２５１が回転すれば、最終的に、第２出力ギヤ２６３、第１出力ギヤ２５２、スプロケット２７１の順で回転する。第２出力ギヤ２６３の回転速度は、第１傘ギヤ２４２の回転速度／２＋第２傘ギヤ２６２の回転速度／２となる。従って、第１動力源２１０と第２動力源２２０の速度が加えられて、第２出力ギヤ２６３、第１出力ギヤ２５２、スプロケット２７１の順で駆動して自転車が駆動する。第１動力源２１０が電気自転車のペダルであり、第２動力源２２０がモーターとすると、このような場合は、搭乗者がゆっくりペダル２１０を駆動しても、モーター２２０の速度によって自転車が速く走行できるようにする。
【０１１０】
一方、図１９の場合、第３動力源２３０の第３メインギヤ２３２が第１直結ギヤ２４１と噛み合っているが、第３メインギヤ２３２に装着された第３クラッチベアリング２３３によって回転軸２３１に回転力を伝達せず、第３動力源２３０（モーター）が駆動を妨害することを防止することができる。
【０１１１】
図２０は、第２動力源２２０と第３動力源２３０が同時に駆動する場合の動力伝達を示す。第２動力源２２０の回転力は、第２メインギヤ２２２、第２直結ギヤ２６１、第２傘ギヤ２６２の順で伝達する。第３動力源２３０の回転力は、第３メインギヤ２３２、第１直結ギヤ２４１、第１傘ギヤ２４２の順で伝達する。第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２の回転によって中間ギヤ２５１も回転するが、中間ギヤ２５１は、第１及び第２傘ギヤ２４２、２６２の回転速度を合成して回転する。中間ギヤ２５１が回転することで、第２出力ギヤ２６３、第１出力ギヤ２５２、スプロケット２７１の順で回転する。この時、第２出力ギヤ２６３の駆動速度は、第１傘ギヤ２４２の回転速度／２＋第２傘ギヤ２６２の回転速度／２となる。従って、二つの動力源２２０、２３０の速度が合成して自転車を駆動する。第１クラッチベアリング２１３によって、搭乗者が自転車のペダル２１０を駆動しなくとも、自転車は走行することができるようになる。
【０１１２】
図２１は、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０が同時に駆動する場合の動力伝達を示す。図１８の場合と同様に、第１動力源２１０と第３動力源２３０は、合成したトルクで中間ギヤ２５１を駆動する。第２動力源２２０は、第２傘ギヤ２６２を駆動して中間ギヤ２５１に速度を合成する。動力源が電気自転車に適用された場合を考えてみると、第２動力源２２０、即ち、モーターは、ペダル２１０とトルク合成（ペダルを加える力を減らす機能）をし、第２動力源２２０、即ち、モーターは、ペダル２１０と速度合成（ペダル駆動速度を減らす機能）をする。
【０１１３】
このように、中間ギヤ２５１は、第１動力源２１０と第２動力源２２０との速度を合成するか、第２動力源２２０と第３動力源２３０との速度を合成する。即ち、連結ギヤ部２６０は、第１動力源２１０と第２動力源２２０との速度を合成するか、第２動力源２２０と第３動力源２３０との速度を合成する中間ギヤ２５１を含む。
【０１１４】
本発明による入力合成ギヤシステム２００は、直結ギヤ２４１、２６１及び中間ギヤ２５１を具備することで、動力源間の速度を合成する。また、直結ギヤ２４１によってトルクを合成する。ここで、直結ギヤ２４１、２６１は、トルク合成だけでなく速度合成にも寄与するが、中間ギヤ２５１は、速度合成のみに寄与するという差がある。
【０１１５】
また、トルクと速度を全て合成する場合は、トルクを先に合成した後、速度を合成してもよい。
【０１１６】
本発明による入力合成ギヤシステム２００は、連結ギヤ部２６０の第１及び第２直結ギヤ２４１、２６１のいずれか一つの直結ギヤ２４１には、２つのメインギヤ２１２、２３２が同時に噛み合い、他の一つの直結ギヤ２６１には、残りの１つのメインギヤ２２２が噛み合うように形成し、中間ギヤ２５１は、第１及び第２直結ギヤ２４１、２６１の回転力を全て伝達を受けるように形成することで、動力源（即ち、入力）のトルクまたは速度を合成する。
【０１１７】
連結ギヤ部２６０は、第１メインギヤないし第３メインギヤ２１０、２２０、２３０のいずれか２つのメインギヤ２１２、２３２の間に噛み合う直結ギヤ２４１及び直結ギヤ２４１の回転力によって被動的に回転する中間ギヤ２５１を含む。中間ギヤ２５１は、直結ギヤ２４１、２６１のトルクの伝達を受けて合成はできず、速度の伝達を受けて合成する。
【０１１８】
本発明による入力合成ギヤシステム２００は、第１メインギヤないし第３メインギヤ２１２、２２２、２３２のいずれか２つ２１２、２３２は、直結ギヤ２４１と共通的に噛み合うように形成され、残りの１つ２２２は、中間ギヤ２５１と噛み合うように第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０が配置される。このように配置することで、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０のうち直結ギヤ２４１と噛み合う動力源２１０、２３０は、トルクを合成し、中間ギヤ２５１と噛み合う動力源２２０は、速度を合成する。
【０１１９】
一方、３つの動力源２１０、２２０、２３０の入力を全て合成する場合に、直結ギヤ２４１によってトルクを先に合成した後、中間ギヤ２５１によって速度を合成する。中間ギヤ２５１は、直結ギヤ２４１によってトルクが合成した２つのメインギヤ２１２、２３２の回転力と残りの１つのメインギヤ２２２の回転力を入力として速度を合成する。
【０１２０】
図２２ａないし図２２ｄは、第１ないし第３動力源の駆動による出力の速度−トルク特性を示したグラフである。例えば、第２動力源（例えば、モーター）及び第３動力源（例えば、モーター）の特性が図２２ａの通りであり、第１動力源（例えば、搭乗者の人力によるペダル）の速度−トルク特性が図２２ｂの通りであると仮定すると、以下のような特性が得られる。図２２ｂは、第１動力源２１０（ペダル）のみ駆動した時の自転車の速度−トルク特性グラフである。第１動力源２１０（ペダル）の駆動速度をＶ＿ｐ、第１動力源２１０の駆動トルクをＴ＿ｐとすると、次の数式１及び数式２のように自転車の最終速度をＶ＿ｏｕｔ、最終出力トルクをＴ＿ｏｕｔとしてそれぞれ計算する。
【０１２１】
【数１】
2016502043.tif 000004
【０１２２】
【数２】
2016502043.tif 000005
【０１２３】
上記の二つの式において、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｃ１は、それぞれ第２出力ギヤ２５２、第１メインギヤ２１２、第１出力ギヤ２６３、第１直結ギヤ２４１、スプロケット２７１の歯数で、Ｃ２は、スプロケット２７１にかかるチェーンの歯数である。また、次に説明する数式３ないし数式６におけるＺ５、Ｚ６、Ｚ７は、それぞれ第３メインギヤ２３２、直結ギヤ２６１、第２メインギヤ２２２である。理解を助けるために、Ｚ１＝３５、Ｚ２＝５０、Ｚ３＝５０、Ｚ４＝３５、Ｃ１＝４０、Ｃ２＝２０という。
【０１２４】
図２２ｄは、第３動力源２３０（モーター）のみ駆動する時、最終出力の速度−トルクグラフである。入力である第３動力源２３０のトルクをＴ＿ｂ、第３動力源２３０の速度をＶ＿ｂとすると、最終出力の速度、トルクは、次の数式３及び数式４のように計算する。
【０１２５】
【数３】
2016502043.tif 000006
【０１２６】
2016502043.tif 000007
【０１２７】
図２２ｃは、第２動力源２２０（モーター）のみ駆動する時、最終出力の速度−トルクグラフである。入力である第２動力源２２０のトルクをＴ＿ａ、第２動力源２２０の速度をＶ＿ａとすると、最終出力の速度、トルクは、次の数式５及び数式６のように計算する。
【０１２８】
【数４】
2016502043.tif 000008
【０１２９】
【数５】
2016502043.tif 000009
【０１３０】
図２３ａないし図２３ｃは、二つの動力源または三つの動力源が同時に駆動する時の最終出力の速度−トルクグラフである。図２３ａは、第１動力源２１０（ペダル）と第３動力源２３０（モーター）が同時に駆動する時の出力グラフである（図１８の動力系統図）。第１動力源２１０と第３動力源２３０は、トルク合成をするため、最終出力トルクは、数式２と数式４が加わったトルクとなる。図２３ｂは、第１動力源２１０と第２動力源２２０（モーター）が駆動する時の出力グラフである（図１９の動力系統図）。第１動力源２１０と第２動力源２２０は、速度合成をするため、最終出力速度は、数式１と数式５が加わった速度となる。図２３ｃは、第２動力源２２０（モーター）と第３動力源２３０（モーター）が駆動する時のグラフである（図２０の動力系統図）。第２動力源２２０と第３動力源２３０は、速度合成をするため、最終出力速度は、数式３と数式５が加わった速度となる。図２３ｄは、第１ないし第３動力源２１０、２２０、２３０が全て駆動する時の出力グラフである（図２１の動力系統図）。
【０１３１】
本発明による入力合成ギヤシステム２００は、図２２ａ〜２２ｄ及び図２３ａ〜２３ｃ、そして数式１ないし数式６のように少なくとも３つの動力源２１０、２２０、２３０を速度合成、トルク合成して多様な出力特性を出すことができる。詳しく説明すると、それぞれの動力源の固有の特性を出力とすることができ、必要に応じて、二つ以上の動力源の特性をそれぞれ速度合成、トルク合成することができ、必要に応じて、三つ以上の動力源の特性を全て合成することができる。
【０１３２】
図２４は、本発明による入力合成ギヤシステムの変形例を示した分解斜視図である。図２４に示した入力合成ギヤシステム３００は、図１６に示した入力合成ギヤシステム２００と比べた時、第２または第３動力源３２０、３３０の形態が異なり、連結ギヤ部３６０の構造が異なるという差異点がある。
【０１３３】
図２４に示した入力合成ギヤシステム３００を電気自転車に適用すれば、第１動力源３１０はペダル、第２及び第３動力源３２０、３３０はモーターとなる。図２４を参照すると、第２動力源３２０と第３動力源３３０は互いに異なる形態のモーターであることが分かる。図１６の場合と異なり、必要に応じて、いずれか一つのモーター３２０に傘ギヤ３２２を使用してもよい。
【０１３４】
また、連結ギヤ部３６０は、直結ギヤ３４１及び中間ギヤ３５１を含む。ここで、直結ギヤ３４１は、第１メインギヤ３１２と第２メインギヤ３３２との間で噛み合い、連結ギヤ部３６０は、直結ギヤ３４１と内接して噛み合う中間ギヤ３５１を含む。
【０１３５】
また、中間ギヤ３５１は、直結ギヤ３４１と内接して噛み合う遊星ギヤ３５１及び遊星ギヤ３５１と噛み合うサンギヤ３５２を含む。この場合、直結ギヤ３４１は、リングギヤ（ｒｉｎｇ  ｇｅａｒ）といえる。
【０１３６】
図２４において、第１動力源３１０（ペダル）を駆動する時、第１動力源３１０の駆動から第１動力源３１０に連結された回転軸３１１が駆動し、回転軸３１１に結合され、第１クラッチベアリング３１３が装着された第１メインギヤ３１２、遊星ギヤシステムのリングギヤと結合した直結ギヤ３４１が順次に駆動することで、遊星ギヤのキャリアと一体型に製作された第１出力ギヤ３６３、第２出力ギヤ３５２が駆動し、第２出力ギヤ３５２に結合するスプロケット３７１の駆動によって自転車が駆動する。この時、クラッチベアリングと結合した第３メインギヤ３３２が自由回転（空回転、ｆｒｅｅ回転）することで、第１動力源３１０の駆動が第３動力源３３０に影響を与えなくなる。
【０１３７】
図２４の入力合成ギヤシステム３００を構成するギヤの種類、モーターの種類（模様）は異なるが、図１６の駆動原理のように、第１動力源３１０と第３動力源３３０はトルク合成をし、合成した特性は、第２動力源３２０と速度合成される。また、図面では説明していないが、図１８ないし図２０のように二つの動力源を駆動した時もそれぞれ合成することができる。
【０１３８】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者なら本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためではなく説明するためのもので、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、ロボット、運送装置、移動手段など、多様な駆動力を必要とする技術分野に利用されることができる。
【図１】
2016502043.tif 000010
【図２】
2016502043.tif 000011
【図３】
2016502043.tif 000012
【図４】
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【図５】
2016502043.tif 000014
【図６】
2016502043.tif 000015
【図７】
2016502043.tif 000016
【図８ａ】
2016502043.tif 000017
【図８ｂ】
2016502043.tif 000018
【図８ｃ】
2016502043.tif 000019
【図９】
2016502043.tif 000020
【図１０】
2016502043.tif 000021
【図１１ａ】
2016502043.tif 000022
【図１１ｂ】
2016502043.tif 000023
【図１１ｃ】
2016502043.tif 000024
【図１１ｄ】
2016502043.tif 000025
【図１２ａ】
2016502043.tif 000026
【図１２ｂ】
2016502043.tif 000027
【図１２ｃ】
2016502043.tif 000028
【図１３】
2016502043.tif 000029
【図１４】
2016502043.tif 000030
【図１５】
2016502043.tif 000031
【図１６】
2016502043.tif 000032
【図１７】
2016502043.tif 000033
【図１８】
2016502043.tif 000034
【図１９】
2016502043.tif 000035
【図２０】
2016502043.tif 000036
【図２１】
2016502043.tif 000037
【図２２ａ】
2016502043.tif 000038
【図２２ｂ】
2016502043.tif 000039
【図２２ｃ】
2016502043.tif 000040
【図２２ｄ】
2016502043.tif 000041
【図２３ａ】
2016502043.tif 000042
【図２３ｂ】
2016502043.tif 000043
【図２３ｃ】
2016502043.tif 000044
【図２３ｄ】
2016502043.tif 000045
【図２４】
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【国際調査報告】
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2016502043.tif 000048
2016502043.tif 000049
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