KR100391800B1

KR100391800B1 - 관성회전체의 에너지재생 제동장치

Info

Publication number: KR100391800B1
Application number: KR10-2000-0080004A
Authority: KR
Inventors: 박석
Original assignee: 박석
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2003-07-16
Also published as: KR20020050826A

Abstract

본 발명은 관성회전체를 제동할 때에 소멸되는 에너지를 축적하였다가 회전체의 재기동시에 재사용하는 장치에 관한 것으로서, 제동시의 작용점이 재기동시에는 고정점으로, 제동시의 고정점이 재기동시에는 작용점으로 되어 제동시의 관성력을 축적하여 재기동시 복원하는 구조를 갖는 관성회전체의 에너지재생 제동장치에 관한 것이다.

본 발명은 회전축, 일방향 회전장치에 의해 회전축에 결합되어 회전축이 정지하더라도 계속 관성력에 의해서 회전하는 관성회전체, 상기 회전축에 설치되어 관성회전체에 연결되었다 떨어졌다 하는 클러치, 상기 클러치와 회전축 사이에 연결되어 탄성력을 내는 탄성체, 상기 회전축을 제동하는 기능과 클러치를 단속하는 기능을 하는 메카니즘으로서 제동시에는 회전축을 정지시키고 클러치를 관성회전체에 연결시키는 제동기구로 구성되어,

회전축이 회전시에는 클러치가 관성회전체로부터 떨어져 관성회전체가 회전축에 의해 회전하고, 제동기구에 의해 회전축을 잡아서 제동을 걸면 동시에 클러치가 관성회전체에 연결되고, 상기 탄성체가 관성회전체와 함께 회전하면서 관성회전체의 회전 관성력과 탄성체의 탄성력이 같아지는 시점에서 관성회전체가 회전을 멈추고, 정지된 관성회전체를 재기동하기 위하여 제동기구가 회전축을 놓으면 클러치가 관성회전체로부터 끊어지면서 탄성체에 저장되어 있던 탄성력에 의해 회전축이 다시 회전하면서 관성회전체가 재기동되는 것을 특징으로 한다.

Description

관성회전체의 에너지재생 제동장치{Energy-regenerative braking system for body of inertial rotation}

자전거 등의 이륜차나 자동차 등에 필수적인 제동장치는 강제로 바퀴(관성회전체)를 잡아서 바퀴의 관성 운동에 의한 회전에너지를 소멸시키는 작용을 한다. 이때에 바퀴의 관성에너지는 제동장치에 의해 열에너지 등으로 소멸되어 버린다.

종래에 이러한 에너지 소모를 줄이기 위하여 바퀴의 회전에너지를 저장하였다가 자전거나 자동차를 재기동할 때에 이용하는 기술이 개발된 바 있다. 미합중국 특허 제4,744,577호에는 자전거의 바퀴에 설치된 래핑드럼(wrapping drum)에 고무줄 등의 탄성체(elastic material)를 연결하여 제동시에 탄성체에 관성에너지가 축적되도록 하였다가 자전거를 재출발할 때에 탄성체로부터 기동에너지를 보충받는 시스템 구성이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 특허 제254595호는 상기 미국특허와 유사한 것으로서, 마찰드럼과 2개의 유성기어, 탄성체로 구성하여 미국특허와 동일한 작용을 하는 자전거 제동장치이다.

상기한 종래의 제동에너지 회수장치는 모두, 방향 전환장치로서 유성기어를 사용하고 작용점과 고정점이 항상 고정되어 있기 때문에 그 구조가 복잡해지는 단점이 있다. 본 발명의 목적은, 나선형 스프링(태엽)을 사용하여 제동시에는 나선형 스프링이 바깥쪽에서부터 감겨서 힘의 평형점에서 정지한 후 재기동시에는 감긴 나선형 스프링이 안쪽에서부터 풀리면서 회전체에 기동력을 주는 구조로 되어, 제동시의 작용점이 재기동시에는 고정점으로, 제동시의 고정점이 재기동시에는 작용점으로 교대로 변환되어, 전체적인 구조가 간단해지며 동작안정성이 뛰어난, 관성회전체의 에너지재생 제동장치를 제공하는 것이다.

도1a,b,c는 본 발명의 원리를 설명하는 개념도.

도2a,b,c는 본 발명의 실시예 구성 및 작용설명도.

도2d,e는 본 발명의 분해사시도.

도3은 레버 로킹장치의 개념도.

<도면 부호의 설명>

회전체(1), 나선형 스프링(2), 클러치(3), 회전축(4), 제동기구(5), 일방향 회전장치(6), 래칫멈치(7), 래칫기어(8), 회전축(10), 회전체(12), 제동장치(14), 프레임(16), 고정 래칫기어(18a), 가동 래칫기어(18b), 래칫기어 레버(20), 조절나사(21), 브레이크 와이어(22), 브레이크 드럼(24), 래칫멈치(25), 브레이크 밴드(26), 래칫기어(27), 고정점(28a), 가동점(28b), 클러치판(34), 클러치 접촉판(36), 래칫기어(38), 래칫멈치(40), 고정축(42), 가동축(44), 지연 용수철 케이스(45), 래칫멈치 레버(46), 지연 용수철(47), 탄성체(48a, 48b), 홀더(49), 브레이크 레버(50), 조절볼트(51), 관통공(52), 고정핀(54), 고정판(56), 고정핀(58, 60)

발명의 원리

본 발명에 따른 제동장치의 원리를 도1a,b를 참조하여 설명한다. 도1a는 사시도이고, 도1b는 도1a를 측면에서 바라본 측면도이다. 참조번호 "1"은 자전거나 자동차의 바퀴, 회전기계의 휠 등의 관성회전체이다. "2"는 나선형 스프링(spiral spring)인데, 외측단 P1은 클러치(3)에 고정되고 내측단 P2는 회전축(4)에 고정된다. "3"은 클러치로서 나선형 스프링(2)의 외측단 P1과 회전체(1)를 단속하는 역할을 한다. "4"는 회전축으로서, 회전체(1)를 회전시키는 축이 되면서 제동기구에 의해 제동되는 브레이크 드럼의 역할도 한다. "5"는 제동기구인데, 회전체(1)를 세우기 위해 회전축(4)을 잡는 메카니즘 및 제동시에 클러치(3)를 작동시켜 나선형 스프링(2)의 외측단(P1)을 회전체(1)에 연결시키는 메카니즘으로 이루어진다. "6"은 일방향 장치로서, 회전축(4)을 제동기구(5)에 의해 제동시켜도 회전체(1)가 계속해서 회전할 수 있도록 하는 장치이다. 일방향 장치로서 여러가지를 이용할 수 있으나, 도1c에는 래칫기어와 멈치(pawl) 메카니즘을 이용하였다.

도1c를 보면, 회전축(4)에는 래칫멈치(7)가 돌출되어 있고, 회전체(1)의 내경에는 한쪽으로 완만한 경사로 산이 형성된 래칫기어(8)가 형성되어 있다. 래칫멈치(7)는 회전축(4) 내부에 탄성적으로 들어갔다 나왔다 할 수 있으므로, 회전축(4)을 a의 방향으로 회전시키면 서로 기어가 수직으로 맞닿기 때문에 회전체가 같은 방향인 a'으로 회전한다. 회전 도중에, 회전축(4)을 제동시키면, a방향으로 회전축(4)이 회전하지 않게 되지만, 회전체(1)는 회전관성력에 의해 돌던 방향 a'으로 계속해서 회전하게 된다. 이때에는 래칫기어(8)와 멈치(7)가 서로 완만한 면으로 접하기 때문에, 멈치(7)가 안으로 들어갔다 나왔다 하면서 회전체(1)가 계속해서 회전하게 되는 것이다.

도1a,b와 같이 구성되는 장치의 제동 및 재기동 작용을 설명한다. 먼저, 평상시에는(제동이 걸리지 않은 상태) 클러치(3)가 끊어져 나선형 스프링(2)과 회전체(1)가 떨어져 있으므로 회전체(1)는 회전축(4)과 함께 자유롭게 회전한다(반시계 방향으로 회전한다고 전제함).

회전체(1)가 회전하는 중에 제동을 걸면 제동기구(5)가 작동하여 클러치(3)를 회전체(1)와 연결시킴과 동시에 회전축(4)을 잡는다. 이때, 회전축(4)는 정지하지만, 일방향 회전장치(6)에 의해 회전체(1)는 계속해서 회전하게 된다. 따라서, 나선형 스프링(2)이 클러치(3)에 의해 회전체(1)와 함께 반시계 방향으로 회전하게 되고, 결국 스프링(2)은 회전축(4)을 중심으로 태엽이 감기듯이 감기게 된다.

회전체(1)가 계속 회전하여 스프링(2)이 감기면서, 회전체(1)의 회전 관성력(, I=관성모멘트, ω=각속도)이 스프링(2)의 저항력()과 같아지는 지점이 되면 회전체(1)는 회전을 멈추고 제동된다. 이때 스프링(2)은 후크의 법칙()에 의해 회전체의 회전 관성력과 같은 힘만큼 감겨진 상태로 있게 되고 회전축(4)이 제동기구(5)에 의해 고정되기 때문에, 스프링(2)에 회전체(1)의 관성력이 저장되었다고 볼 수 있다.

이렇게 회전체(1)가 정지한 상태에서 회전체(1)를 재기동하기 위하여 회전축(4)을 놓으면 제동기구(5)에 의해 클러치(3)가 끊어지면서 감겨 있던 스프링(2)이 풀리기 시작한다. 스프링(2)이 풀리되 스프링 외측단 P1이 고정되어 있기 때문에 스프링의 내측단 P2이 고정되어 있는 회전축(4)이 반시계 방향(즉, 원래의 회전체 회전방향)으로 회전하게 되어 일방향 회전장치(6)와 결합된 회전체(1)가 다시 회전을 시작하게 된다. 즉, 스프링(2)에 저장되어 있던 회전 관성력이 복원되어 회전체(1)를 재기동시키게 된다(재기동시에는 실제로, 클러치(3)를 고정하는 장치가 필요하다. 아래에서 설명하였다.)

결론적으로, 본 발명에 따르면 제동시에는 나선형 스프링(2)의 외측단 P1이 작용점이 되고 내측단 P2가 고정점이 되지만, 재기동시에는 내측단 P2가 작용점이 되고 외측단 P1이 고정점이 되도록 변환된다.

위에서는 본 발명의 기본적 원리를 개념적으로 설명하였지만, 실제로는 도1a,b,c의 구성에 부가하여, 관성회전체가 제동되는 동안에는 나선형 스프링의 외측단이 관성회전체와 함께 회전하면서 나선형 스프링이 감기도록 하고, 재기동시에 나선형 스프링이 풀릴 때에는 외측단을 움직이지 못하도록 클러치(3)를 일방향으로만 회전시키는 별도의 일방향 회전장치가 추가로 포함되어야 한다. 또한, 회전축(4)을 직접 제동하는 것보다는 주행시에는 회전하지 않는 별도의 브레이크 드럼을 설치하여 브레이크 드럼을 제동하는 것이 바람직하다.

이하, 위와 같이 구성되는 기술적 원리를 자전거에 구현한 실시예를 설명하여 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기로 한다. 본 발명의 기술적 사상이 아래 실시예에만 한정되는 것이 아님은 물론이다.

실시예의 구성

도2a~e는 상기 원리를 이용하여 본 발명에 따른 제동장치를 자전거에 구현한 구조도로서, 도2a는 정면도, 도2b와 도2c는 도2a의 A-A'선 단면도, 도2d 및 도2e는 분해사시도를 나타낸다. 전체적으로, 회전축(10)이 있고 이 회전축(10)에 회전체(12)와 제동장치(14)가 결합된다.

회전축(10)에 회전체(12)가 결합된 방향과 반대방향에서부터 설명하면, 회전축(10)은 프레임(16)에 결합되고, 프레임(16)에 접하여 고정 래칫기어(18a)와 가동 래칫기어(18b)가 서로 이빨이 맞물리도록 설치된다. 고정 래칫기어(18a)는 회전축(10)에 베어링으로 결합되어 회전하지 않고 프레임(16)에 고착되어 있다. 가동 래칫기어(18b)도 역시 회전축(10)을 중심으로 회전하지 않고 회전축(10)의 길이방향으로만 움직일 수 있도록 설치된다.

가동 래칫기어(18b)에는 아래로 길게 래칫기어 레버(20)가 부착되어 있다. 래칫기어 레버(20)는 자전거의 핸들에 있는 브레이크 레버에 와이어(22)를 통해 연결되어 있어서, 브레이크 레버를 당기면 와이어(22)에 의해 당겨져서 가동 래칫기어(18b)를 시계방향으로 회전시켜서 고정 래칫기어(18a)로부터 일정한 간격으로 떨어지게 한다. 래칫기어 레버(20)는 또한, 브레이크 밴드(26)를 작동시키는 역할도 함께 한다. 자세한 작용은 추후에 설명한다.

가동 래칫기어(18b)에 접하여 브레이크 드럼(24)이 회전축(10)에 결합된다. 이때, 브레이크 드럼(24)은 회전축(10)에 결합되어 일방향으로만 회전할 수 있도록 일방향 회전장치(25, 27)에 의해서 결합된다. 일방향 회전장치는 도1c와 같이 래칫기어(27)와 래칫멈치(25)로 구현할 수 있지만, 본 실시예에서는 브레이크 드럼(24)이 평상시에는 회전하지 않고 재기동시에만 회전할 수 있도록 도1c의 래칫기어 방향과 반대로 래칫기어(27)가 형성된다. 즉, 비제동시에는, 회전체(12)가 회전하더라도 브레이크 드럼(24)은 회전하지 않고 회전축(10)만 래칫멈치(25)를 미끄러지면서 회전하도록 래칫기어(27)가 형성된다.

브레이크 드럼(24)의 원주 주위에는 일정 간격을 두고 브레이크 밴드(26)가 감겨 있다. 브레이크 밴드(26)는 고정점(28a)을 기점으로 하여 브레이크 드럼(24)에 감겨서 가동점(28b)이 래칫기어 레버(20)에 고정된다. 따라서, 래칫기어 레버(20)가 브레이크 레버에 의해서 도2a에서 볼 때 좌측으로 당겨지면, 브레이크 밴드(26)가 브레이크 드럼(24)을 죄어서 움직이지 못하게 한다. 고정점(28a)은 도2e에 나타낸 고정판(56)에 돌출형성된 고정핀(58)에 회전되도록 결합된다.

한편, 브레이크 드럼(24)의 둘레를 감싸면서 클러치판(34)이 회전축(10)에 결합된다. 클러치판(34)은 회전축의 길이방향으로 움직일 수 있지만, 회전축(10)과는 분리되어 회전축(10)에 의해 회전하지는 않는다. 회전체(12)의 클러치판(34)과 대향하는 면에는 클러치 접촉판(36)이 부착된다. 클러치판(34)과 클러치 접촉판(36)은 도2b에서 보는 것과 같이 "d"의 간격을 유지하고 있다.

클러치판(34)의 내부 원주면에는 제2의 일방향 회전장치로서 전체에 걸쳐서 래칫기어(38)가 형성되어 있다. 래칫기어(38)의 완만한 산은 회전체(12)의 회전방향쪽으로 형성된다. 또한, 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)로부터 일정 간격 떨어져서 래칫멈치(pawl, 40)가 설치된다. 래칫멈치(40)의 고정축(42)은 도2e의 고정판에 돌출형성된 고정핀(60)에 회전가능토록 결합되고, 가동축(44)은 래칫멈치 레버(46)와 회전가능토록 결합된다. 래칫멈치 레버(46)의 반대쪽은 와이어(22)를 통해 핸들의 브레이크 레버에 연결된다.

래칫멈치(40)는 클러치판(34)이 한 방향으로만 회전하고 반대방향으로는 회전하지 못하게 하는 역할을 하는 것으로, 핸들에 위치한 브레이크 레버를 누르면 래칫멈치 레버(46)가 좌측으로 당겨지면서 래칫멈치(40)를 고정축(42)을 중심으로 시계방향으로 회전시켜 클러치판(34) 내주에 형성된 래칫기어(38)와 맞물리게 된다. 따라서, 클러치판(34)은 돌던 방향(도2a에서는 반시계 방향)으로 계속 회전하고 반대방향으로는 회전할 수 없게 된다. 자세한 작용은 추후에 설명한다.

또한, 래칫멈치 레버(46)와 래칫기어 레버(20) 사이에는 복귀시간을 지연시키기 위하여(브레이크 레버를 눌렀다 놓았을 때 래칫기어 레버(20)보다도 래칫멈치레버(46)의 복귀를 지연시키기 위하여) 지연 용수철(47)이 설치된다. 지연 용수철(47)은, 래칫멈치(40)를 브레이크 레버가 작동되는 방향으로 밀고 있기 때문에 브레이크 레버가 해제될 때에(눌렀던 브레이크 레버를 놓을 때에), 래칫기어 레버(20)는 용수철 케이스(45)에 의해 곧바로 원위치로 복귀하지만 래칫멈치 레버(46)는 지연 용수철(47)에 의해 저항력을 받아 일정 시간 지연후에 래칫멈치(40)가 래칫기어(38)로부터 해방된다.

한편, 브레이크 드럼(24)과 클러치판(34)의 내주면에는 2개의 탄성체(48a, 48b)가 서로 연결된다. 즉, 도2d에서와 같이, 클러치판(34)의 내주면과 브레이크 드럼(24)의 외주면에 각각 고정용 홀더(49)를 형성하고 여기에 탄성체(48a, 48b)를 연결하는 구조로 설치된다. 이들 탄성체(48a, 48b)는 도1a,b에서 개념 설명한 나선형 스프링 역할을 하는 것이다. 기구적 문제로 도1a,b에서와 같이 나선형으로 스프링을 설치하는 대신에 브레이크 드럼(24)의 외주면과 클러치판(34)의 내주면에 약 180°거리를 두고 제1탄성체(48a)와 제2탄성체(48b)를 연결하였다. 이로써, 만일 클러치판(34)이 회전체(12)에 접촉되어 회전하고 브레이크 드럼(24)이 고정된다면 제1, 제2탄성체가 탄성적으로 감기는 작용을 하게 될 것이다. 본 실시예에서는 설명의 단순화를 위하여 탄성체를 2개만 설치한 것을 제시하였지만, 탄성력을 강하게 하기 위해서는 3개, 4개, 또는 그 이상으로 설치하는 것도 가능하다.

실시예의 작용

위와 같이 구성되는 본 고안의 실시예의 작용을 설명한다. 사용자가 자전거를 타고 주행을 하는 동안 회전체(12)는 "반시계 방향"으로 회전한다고 전제한다. 이때에, 회전체(12)는 통상의 자전거와 같이 회전하지만, 브레이크 드럼(24)과 클러치(34)는 회전하지 않는다. 브레이크 드럼(24)은 앞에서 설명한 바와 같이 래칫기어(27)가 회전축(10)의 래칫멈치(25)에 의해 미끄러지기 때문에 회전하지 않고, 클러치판(34)은 회전체(12)와 떨어져 있기 때문에 회전하지 않는다.

주행중에 사용자가 자전거를 세우기 위해서 브레이크 레버를 누르면 와이어(22)가 당겨지면서 래칫기어 레버(20)와 래칫멈치 레버(46)가 동시에 도2a의 좌측으로 당겨진다. 이에 따라, 브레이크 드럼(24)이 브레이크 밴드(26)에 의해 죄여져 고정이 되고, 래칫기어 레버(20)에 의해서 가동 래칫기어(18b)가 도2b의 우측으로 밀려서 클러치판(34)이 회전체(12)의 클러치 접촉판(36)에 접촉하고, 래칫멈치 레버(46)에 의해서 래칫멈치(40)가 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)에 맞물린다.

도2c에 브레이크 레버가 눌려진 경우의 모습을 나타내었다. 도2c에서, 고정 래칫기어(18a)와 가동 래칫기어(18b)가 맞물려 있다가 래칫기어 레버(20)가 도2c의 종이쪽으로 들어가는 방향(ⓧ으로 표시)으로 약간 회전하면 고정 래칫기어(18a)의 기어산을 타고 가동 래칫기어(18b)가 올라가므로 가동 래칫기어(18b)가 우측으로 d만큼 밀려서 클러치판(34)을 바퀴의 클러치 접촉판(36)에 밀어 접촉시킨다.

클러치판(34)이 회전체(12)에 접촉하고 브레이크 드럼(24)이 고정된 상태에서, 회전체(12)는 관성력에 의해서 계속 회전하므로 클러치판(34)도 회전체(12)와 함께 회전을 하게 된다. 이때에 브레이크 드럼(24)이 브레이크 밴드(26)에 의해 잡혀 있기 때문에 클러치판(34)에 고정된 제1, 제2탄성체(48a, 48b)가 브레이크 드럼(24)을 고정점으로 하여 감기게 된다.

그리고, 회전체(12)의 회전관성력과 제1, 제2탄성체(48a, 48b)의 탄성 저항력이 평형이 되는 시점에서 바퀴는 정지하게 된다. 즉, 제1, 제2탄성체(48a, 48b)가 감겨있는 채로 회전체(12)는 정지하게 되어, 제동시의 관성에너지가 제1, 제2탄성체(48a, 48b)에 저장되는 셈이 된다. 이때, 브레이크 레버에 의해 클러치판(34)의 내주면 래칫기어(38)가 래칫멈치(40)에 의해 물려 있으므로 감긴 제1, 제2탄성체(48a, 48b)에 의해 클러치판(34)이 탄성체에 의해 풀려서 역회전하는 일은 일어나지 않게 된다.

정지해 있다가, 다시 자전거를 재출발하고자 할 경우에는 브레이크 레버를 놓으면 된다. 눌렀던 브레이크 레버를 다시 놓으면 도2c의 상태에서 도2b의 상태로 전환되기 시작한다. 즉, 브레이크 드럼(24)이 브레이크 밴드(26)로부터 풀리고, 가동 래칫기어(18b)가 원위치로 돌아가 클러치판(34)이 회전체(12)로부터 떨어진다. 그러나, 브레이크 레버를 놓은 시점에서 일정 시간동안은 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)가 래칫멈치(40)로부터 해방되지 않는다. 그 이유는 다음과 같다.

브레이크 레버를 놓으면 브레이크 드럼(24)이 자유로와지면서, 제1, 제2탄성체(48a, 48b)가 풀림에 따라 브레이크 드럼(24)이 원래의 회전체 회전방향(반시계 방향)으로 회전하는 복원력을 받게 되어, 래칫멈치(25)와 래칫기어(27)가 맞물려 회전축(10)을 회전시키고 이에 따라 회전체(12)가 다시 원래의 진행방향으로 회전한다. 따라서, 자전거를 재출발하기 위하여 페달을 구르는 힘에 부가하여 제1, 제2탄성체(48a, 48b)의 복원력에 의한 회전력이 추가되므로, 재기동시에 힘이 절약될 수 있는 것이다. 여기서, 재기동시에 브레이크 드럼(24)이 제1, 제2탄성체(48a, 48b)의 복원력에 의해 회전하는 동안에 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)는 래칫멈치(40)에 물려 있어야 한다. 클러치판(34)이 역회전하지 말아야 하기 때문이다.

위와 같은 이유로 래칫멈치 레버(46)에는, 브레이크 레버를 놓더라도 일정한 시간 지연이 된 후에 작동하도록 지연 용수철(47)을 연결해 놓은 것이다. 여기서, 상기 클러치판(34)의 래칫기어(38)의 잇수가 많을수록 클러치판(34)이 부드럽게 회전하므로 제동감이 안정적이 된다. 또한, 재기동시에 브레이크 레버를 놓는 정도를 조절하여 기동 가속을 조절할 수 있다. 또한, 회전체의 상태나 운전자의 무게, 차체의 무게 등에 따라 브레이크 드럼(24), 클러치판(34), 래칫기어(38), 탄성체의 갯수 및 탄성강도 등을 조절하는 것이 바람직하다. 브레이크 밴드(26)의 죔강도와 클러치판(34)의 이동거리는 래칫기어 레버(20)와 와이어(22)의 연결점에 설치된 조절나사(21)로 조절할 수 있고, 래칫기어(38)와 래칫멈치(40)의 물림 정도는 지연 용수철(47)의 조절볼트(51)로 조절할 수 있다.

위의 설명에서 볼 때, 자전거의 제동시에는 제1, 제2탄성체(48a, 48b)가 브레이크 드럼(24)에 고정된 지점이 힘의 고정점이고 클러치판(34)에 고정된 지점이 힘의 작용점이지만, 자전거가 재출발될 때에는 제1, 제2탄성체(48a, 48b)가 브레이크 드럼(24)에 고정된 지점이 힘의 작용점이 되고 클러치판(34)에 고정된 지점이 힘의 고정점이 되어, 탄성체에 에너지를 축적, 복원시킬 수 있다.

추가가능한 실시예

상기 실시예에 따르면, 자전거의 일시적인 제동과 재출발시에는 큰 문제가 없으나, 자전거를 장시간 주차시킬 경우에는 브레이크 레버를 풀리지 않도록 로킹하는 장치가 추가되는 것이 바람직하다. 즉, 자전거를 정지시켜 주차시킬 때 브레이크 레버가 풀리지 않도록 로킹을 하고 용무를 보고 돌아와 자전거를 재출발할 때에는 로킹을 풀어서 축적된 에너지를 재사용할 수 있도록 할 수 있다.

이는 용이하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 도3에서와 같이, 브레이크 레버(50)가 눌리면 레버와 몸체 사이에 관통공(52)이 형성되도록 하고 관통공(52)에 고정핀(54)을 박아서 레버(50)가 원위치로 돌아가지 못하도록 설계할 수 있다. 도3에서 고정핀(54)과 관통공(52)은 개념적 원리를 나타내는 것이고 실제로는 이 원리를 이용하여 당업자가 용이하게 레버 로킹 장치를 설계할 수 있을 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면, 단순한 구조로서 회전체의 관성력과 탄성체의 힘이 일치될 때 제동이 되므로 브레이크 잠김 현상을 막을 수 있고(anti-lock braking), 탄성체에 저장된 탄성에너지를 회전체의 재기동시에 재사용할 수 있다(regenerative braking). 따라서, 본 발명에 따른 제동장치는 급브레이크에 의한 잠김현상에 의해 일어나는 불측의 사고를 방지할 수 있고, 종래에 소모되어 버리던 제동시의 관성에너지를 재사용할 수 있는 에너지 절감 효과가 있다.

본 발명에 따른 제동장치는 앞에서 실시예로서 설명한 자전거 이외에도 오토바이 등의 이륜차는 물론, 자동차에도 적용할 수 있다.

Claims

회전축,

일방향 회전장치에 의해 회전축에 결합되어, 회전축이 정지하더라도 계속 관성력에 의해서 회전하는 관성회전체,

상기 회전축에 설치되어 관성회전체에 연결되었다 떨어졌다 하는 클러치,

상기 클러치와 회전축 사이에 연결되어 탄성력을 내는 탄성체,

상기 회전축을 제동하는 기능과 클러치를 단속하는 기능을 하는 메카니즘으로서 제동시에는 회전축을 정지시키고 클러치를 관성회전체에 연결시키는 제동기구로 구성되어,

회전축이 회전시에는 클러치가 관성회전체로부터 떨어져 관성회전체가 회전축에 의해 회전하고,

제동기구에 의해 회전축을 잡아서 제동을 걸면 동시에 클러치가 관성회전체에 연결되고, 상기 탄성체가 관성회전체와 함께 회전하면서 관성회전체의 회전 관성력과 탄성체의 탄성력이 같아지는 시점에서 관성회전체가 회전을 멈추고,

정지된 관성회전체를 재기동하기 위하여 제동기구가 회전축을 놓으면, 클러치가 관성회전체로부터 끊어지면서 탄성체에 저장되어 있던 탄성력에 의해 회전축이 다시 회전하면서 관성회전체가 재기동되는 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 1에서, 상기 탄성체는, 내측단은 회전축에 고정되고 외측단은 클러치에 고정되는 나선형 스프링인 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 2에서, 관성회전체가 제동되는 동안에는 나선형 스프링의 외측단이 관성회전체와 함께 회전하면서 나선형 스프링이 감기도록 하고, 재기동시에 나선형 스프링이 풀릴 때에는 외측단을 움직이지 못하도록 하는 제2의 일방향 회전장치가 추가로 포함되는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 1 또는 2에서, 상기 회전축과 관성회전체를 결합시키는 일방향 회전장치는 관성회전체의 내경에 형성된 래칫기어와, 회전축의 외경에 설치된 래칫멈치로 구성되는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
회전축(10),

회전축(10)에 결합되어 회전하는 회전체(12),

회전축(10)과 일방향 회전장치(25, 27)에 의해 결합되어 회전축(10)의 회전시에 정지해 있고, 회전축(10)의 길이방향으로 움직일 수 있으며, 브레이크 레버에 의해 고정되는 브레이크 드럼(24),

브레이크 드럼(24)을 감싸는 실린더 형태로 회전축(10)에 설치되되 회전축(10)에 의해서는 회전되지 않으며, 브레이크 레버의 작동으로 회전체(12)에접촉되는 클러치판(34),

클러치판(34)의 내부 원주면에 일정한 방향으로 완만한 산을 갖도록 형성된 래칫기어(38),

브레이크 레버에 의해 브레이크 드럼(24)이 고정될 때 상기 래칫기어(38)와 맞물려 클러치판(34)이 일방향으로만 회전되도록 하며, 브레이크 레버를 놓으면 래칫기어(38)로부터 일정 시간 지연 후에 해방되는 래칫멈치(40),

브레이크 드럼(24)과 클러치판(34)의 내주면에 연결되어 클러치판(34)이 회전하는 중에 브레이크 드럼(24)이 고정된 경우에 탄성적으로 감기는 작용을 하는 탄성체(48a, 48b)로 구성되어,

브레이크 레버에 의해 브레이크 드럼(24)이 고정되면, 클러치판(34)이 회전체(12)에 접촉하고, 래칫멈치(40)가 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)에 맞물리며, 클러치판(34)이 회전체(12)와 함께 회전을 하게 되면서 브레이크 드럼(24)을 고정점으로 하여 상기 탄성체(48a, 48b)가 감기게 되어 회전체(12)의 회전관성력과 탄성체(48a, 48b)의 탄성 저항력이 평형이 되는 시점에서 회전체가 정지하며,

정지한 회전체(12)를 재기동하고자 할 경우에 브레이크 레버를 놓으면 브레이크 드럼(24)이 고정상태에서 해방되고, 클러치판(34)이 회전체(12)로부터 떨어지며, 일정 시간 지연후 클러치판(34) 내주면의 래칫기어(38)가 래칫멈치(40)로부터 해방되고, 상기 탄성체(48a, 48b)가 풀리면서 발생하는 복원력에 의해 브레이크 드럼(24)이 원래의 회전체의 회전방향으로 회전하는 힘을 받아 회전체(12)를 회전시키는 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서,

회전축(10)에 의해 회전하지 않으며 프레임에 고정되어 있는 고정 래칫기어(18a)와,

고정 래칫기어(18a)의 이빨에 맞물리게 회전축(10)에 설치되어, 회전하지는 않으며 회전축의 길이방향으로 움직일 수 있는 가동 래칫기어(18b)와,

가동 래칫기어(18b)를 회전축을 중심으로 일정 각도 회전시키도록 가동 래칫기어(18b)에 부착되어 브레이크 레버에 의해 동작하는 래칫기어 레버(20)가 추가로 포함되어,

브레이크 레버를 작동시키면, 가동 래칫기어(18b)가 회전하면서 고정 래칫기어(18a)의 기어산을 타고 회전축(10)의 길이 방향으로 이탈하여 클러치판(34)을 회전체에 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서, 상기 브레이크 드럼(24)의 원주면 주위에 브레이크 밴드(26)가 설치되어 브레이크 레버의 작동으로 브레이크 드럼(24)이 조여지는 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서, 래칫멈치(40)가 래칫기어(38)로부터 해방되는 시간을 브레이크 밴드(26) 및 클러치판(34)이 복귀되는 시간보다 지연시키는 지연 용수철(47)을 포함하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서, 상기 탄성체는 2개 이상인 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서, 브레이크 레버(50)를 작동한 후 해제되지 못하도록 하는 로킹수단이 추가로 포함되어, 회전체를 제동한 후 재기동하지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.
청구항 5에서, 상기 브레이크 드럼(24)과 회전축(10)을 결합시키는 일방향 회전장치는 브레이크 드럼(24)의 내경에 형성된 래칫기어(27)와, 회전축(10)의 외경에 설치된 래칫멈치(25)로 구성되는, 관성회전체의 에너지재생 제동장치.