KR100401077B1 - 보조동력기관으로서 태엽을 장착한 이륜차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전적 운동에너지를 다른 에너지로 변환하지 않고 단지 탄성에너지로서 저장 및 재활용할 수 있는 태엽의 고유한 특성을 자전거 등의 이륜차에 응용 및 장착하는 동력전달 수단 및 방법에 관한 것이며, 이러한 수단을 통하여 주행에 필요한 보조동력을 발생케 하여 통례의 자전거로는 불가능했던 즉, 마치 오토바이크의 경우처럼 출발 및 가속성과 등판능력의 향상을 도모케 하자는 것이다.

본 발명에 따른 구조 및 구성에 있어서의 요지중에서도 특히, 종래로부터의 통례적인 태엽장치들과 비교되는 차별적인 것은 내부적인 구성부품 및 구조의 단순화를 통한 에너지의 변환손실을 대폭 줄였음과 함께 태엽을 감고 푸는 회전방향이 동일하도록 하는 기술적 진보에 특징이 있다.

이와같이 가속성 및 등판능력의 향상과 주행능력이 탁월해짐에따라, 날로 점증하는 화석연료를 연소하는 교통수단의 남용에 따른 공해유발에 대한 대안의 제시차원으로서 하나의 바람직한 대체교통수단 뿐만 아니라 관련된 기술개발의 시금석적 단초로도 제공될 수 있다.

Description

보조동력기관으로서 태엽을 장착한 이륜차{Two-wheeled vehide equiped with spring as power-machinery}

(기술분야)

본 발명은 무동력적인 자전거류는 물론이고 오토바이크와 같은 동력이륜차등에 보조동력기관의 수단으로서 종래로부터 일반화된 공지의 기술중에 하나인 태엽을 응용 및 장착하여 주행능력을 적극적으로 향상토록 하는 작용원리 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 태엽과 제동장치에 있어서 이미 알려진 고유한 특성과용도 및 작용을 확대응용하여 특히 제동조작의 1단계는 감속 및 태엽감기역할, 2단계는 본격제동으로 작용토록 하였으며, 이렇게 태엽에 비축된 탄성에너지를 감속, 기동 및 출발, 가속, 등판능력의 배가 등에 재활용에 관한 태엽장치의 주변구성과 작용원리 및 그 제작, 장착방법 등에 관한 것이다.

(종래기술)

본 발명이 지향한 목적과 동일하거나 유사한 선례중 한 분야를 들어보면, 회전운동적인 탄성에너지를 저장하는데에 가장 적절한 태엽을 자전거에 응용 및 부착하려는 기술을 개발하는 등의 노력은 동서고금을 통해 무수히 많았음에도 불구하고 아직까지도 실용화 실시 및 사업적으로도 성공했다는 사례를 찾아보기 어렵다.

그러한 근본적인 이유를 본 발명에 따른 발명인이 굳이 지적한다면, 대부분의 경우 고전적인 시계나 작동완구 또는 소도구에나 어울릴 수 있을뿐인 태엽의 기술과 구조적 작용원리 등의 보편타당성에 안주한 고정관념에서 탈피는 커녕 답습의 편리성에서 헤어나지 못한 관행적인 진보성의 결여 때문이라고도 평가할 수 있다.

(배경기술)

에너지의 저장기술과 방법에 있어서 특히 회전적 운동에너지를 발전에 이용하여 전기에너지로 변환 및 급전과 축전했다가 다시 모터로서 회전에너지 등으로 재활용함은 일반적인 상식에 지나지 않으나, 에너지의 이용효율은 다른 형태로의 변환과 복잡한 기기의 작동을 거치는 단계가 늘어날수록 이러한 일련의 과정에서 비롯되는 손실이 커진다는 변환효율법칙을 감안한다면, 기왕에 발생된 회전에너지의 그대로를 단지 탄성에너지 형태로 변환하여 태엽에 저장하는 방법을 통하면 보다 손실이 적어질 수 있다는 이론은 틀림없는 주지의 사실이므로, 이를 본 발명에 따른 회전에너지의 비축 및 저작에 태엽을 채택한 발상의 전환적인 이유가 된다.

차량의 바퀴와 같은 물체의 회전을 감속 또는 정지시키기 위해서는 흔히 제동작치로서 기계적인 마찰 브레이크를 작용시켜서 마찰에 의해 발생된 재동력을 이용하는 것이 대부분으로서, 이러한 제동방법은 회전에너지가 급격한 마찰열로 변환 및 방출되는 등 재활용이 불가능한 소모적인 방식에 의해 제공되고 있는 장치이므로, 이러한 점에 착안하여 일련의 제동과정을 통해 마찰열로 손실될 수밖에 없는 에너지중의 일부나마 탄성에너지 형태로 변환시켜 태엽에 저장했다가 필요할 경우 재활용 및 이를 적극적으로 이용하자는 개념에 관한 것이다.

그러나 이러한 단순한 발상적 방안은 위의 종래기술에서 살펴본 바와 같이 지극히 평이해서 실제적인 활용성에는 한계가 있었다는 문제점이 많았기 때문에 본 발명에 따른 진보적이고도 구체적 실시방안을 제시코자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 종래로부터의 통상적 공지의 기술중 한가지인 태엽을 응용은 하되, 보다 차별화된 제반 기술적 진보를 달성해야만 성공도 가능할 것이기 때문에 이를 해결하기 위해 가장 먼저 고찰한 것이 바로 태엽장치의 구조적 이해와 작용에 관한 개선책의 마련과 선택부터 시작하였던 것으로 이를 크게 나눠보면,

1. 과연 어떻게 하면 회전에너지를 탄성에너지로 변환시켜 저장 및 방출하는 일련의 과정에서 발생될 수밖에 없는 변환손실을 최소화 할 수 있겠으며,

2. 이륜차에 용이하게 장착해야 한다는 제한적 조건을 충족할 만큼 태엽의주변구성과 전체적인 구조 및 부품구성의 단순화와 견고성을 달성해야 되겠으며,

3. 자전거 등의 이륜차류에 어떤방법으로 조합 및 장착하여 목적한데로 최선의 편리성 및 에너지 이용 효율의 극대화와 추가적인 이득을 얻을 수 있겠는가?

4. 이륜차류의 다양한 규격에 따른 적용은 물론 대량생산을 통한 염가제공과 견고하면서도 고른 품질관리가 용이토록 개발 및 제조해낼 수 있겠는가?

5. 공장에서 본 발명에 따른 기술로 신차를 대량제작할 뿐만 아니라, 과거에 보급된 수많은 기존에 보급된 차량들에도 손쉽게 장착 및 사후수리의 용이성 등의 작용원리적인 정의를 통한 실체화를 위한 구성방법이 가장 큰 관건이었다.

(과제해결)

종래로부터 통상적인 개념의 태엽을 이용한 기구들중에서도 대표격인 태엽시계의 경우 매우 복잡한 톱니바퀴들로 복잡하게 맞물려져서 구성된 내부구조로 되어 있어서, 태엽에 감겨져 저장된 탄성에너지를 다단계적인 속도의 변환과 회전방향의 전환자동을 통해 시계작용이 이루어 지고 있으며, 작동완구류 역시 톱니바퀴로 주변구성된 복잡한 회전방향의 전환과 감속등의 작용원리로 작동되게 마련이기 때문에 널리 알려진 바와 같이 에너지변환에 따른 역학적 산출로서의 손질이 매우 크다는 것을, 본 발명을 위한 과제해결을 통해 대폭적인 구조의 단순화와 손실의 감소 효과를 이뤄낸 것으로서 이와같이 해결된 기술적 특징을 대별하여 예를들면,

1. 태엽의 축을 차륜의 주축파 동심축으로 결합토록 했다.

2. 태엽과 차륜의 회전수를 동일하게 회전되도록 했다.

3. 태엽의 감기고 풀리는 회전방향을 차륜의 정상적인 주행방향으로의 회전과 일체화 및 동일하도록 하는 기술을 발상의 전환을 통해 완성했다.

4. 상기 3의 성과에 따라, 전체적인 주변구성의 단순화에도 성공했다.

5. 운전자의 인숙한 관습을 존중하여 조향 및 재동장치를 외형상 크게 변형시키지 않고서도 제동레버를 2단계로 나눠서 당겨잡도록 하였는 바,

1) 1단계는 감속 및 반제동의 효과와 더불어 태엽이 감기도록 동력전달.

2) 1단계상태에서 더욱 레버를 당기면 본격적인 제동이 걸리도록 하였다.

6. 상기 5의 작동과 작용에 의해 태엽에 비축 및 저작된 탄성에너지를 기동 및 가속주행이 필요할 때마다 손쉽게 재활용할 수 있도록 간단한 가속레버의 조작 역시 조향장치에 운전자의 익숙한 관습을 존중하여 구성 및 부착 하였다.

7. 태엽의 감김정도를 쉽게 판독할 수 있는 계기를 조향장치에 부착하여 탑승자로 하여금 언제나 가장 적절한 탄성에너지값을 유지토록 했다.

위와같이 과제를 해결키 위해 가장 어려웠던 기술의 연구로는 상기 3의 태엽의 감기고 풀리는 회전방향을 차륜의 정상적인 주행방항으로의 회전과 일체화 및 동일하도록 하는 기술에 관한 것이었으며, 이는 종래로부터의 태엽을 다루는 통념에서 반드시 상반된 회전방향으로만 감고 풀어야 될 수밖에 없음에도 불구하고 이를 달리 복잡한 부품구성을 통한 변환도 전혀 필요없이 간결하게 동일한 회전방향으로도 감고 풀 수 있도록 했다는데에 가장 큰 의미를 부여할 수 있다고 본다.

도1은 본 발명에 따른 태엽장치 및 제반구성을 이륜차의 후륜부에 결합 및 장착한 상태의 모습을 앞쪽에서 바라본 경우를 설명하기 위한 개략도.

도2는 도1의 조합장착한 상태를 주요부위별로 나눠서 배열한 설명도.

도3은 통상의 이륜차의 조향장치로서 이를 또 달리 응용코저 하는 설명도.

도4는 본 발명에 따른 태엽장치에 동력을 저장 및 제동을 걸기 위한 설명도.

도5는 도4의 태엽장치에 동력전달작용을 설명키 위한 구체적 구성도.

도6은 도4 및 도5의 동력전달작용과 제동 및 태엽틀의 역회전방지를 구체적으로 설명키 위한 주변구성도.

도7은 도6의 주번구성에서 특히 제동용이 아닌 동력전달과 반제동작용 역할을 위한 롤러의 작용설명도.

도8은 도6의 주변구성중에서도 특히 후륜의 주축을 기준으로 회전하는 태엽틀의 역회전을 방지토록 구성되는 작용의 설명도.

도9는 본 발명에 따른 요지의 핵심중 하나인 태엽틀의 회전작용의 설명도.

도10은 본 발명에 따른 태엽허브구성과 작용의 개략적 설명도.

도11은 도10의 태엽허브의 회전을 제어하는 설명을 위한 개략도.

도12는 도11의 주요부분인 제어 및 잠김클러치를 일례로 확대설명한 개략도.

도13은 본 발명에 따른 태엽을 장착한 이륜차에 탑승하여 주행할 때 태엽의 감기고 풀리는 정도를 용이하게 파악할 수 있는 계기의 설명 및 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2: 이륜차의 후륜 3: 태엽장치

9: 태엽메터 210: 후륜허브

260: 브레이크 휠디스크 300: 태엽허브

301: 역회전이 방지된 베어링 310: 태엽의 띠스프링

311: 태엽틀 320: 태엽틀의 클러치 디스크

341: 가속레버 345: 제동멈치

350: 요철로 파인 톱니홈 500: 고무롤러

510: 브레이크 페드 521: 제동레버

현대문명의 어두운 그림자로서 날로 심화일로에 있는 환경오염 중에서도 특히 화석연료를 태워서 운동에너지를 얻는 연소기관으로 운행되는 교통수단의 무절제한 남용에 따른 대기오염을 줄여보자는 범지구촌적 공감대에서 비롯된 대체교통수단으로 권장되는 자전거의 개량에 촌각을 다투고 있음은 주지의 사실이다.

이러한 노력의 일환중에서도 자전거에 이미 공지의 기술이된 태엽의 작용적 특징과 효과 및 장점을 살려서 결합하려는 시도되는 개념의 제시들 중에는 본 발명이 제공하고자 하는 목적과 같거나 유사한 선례는 무수하게 많음에도 불구하고 아직도 실용성까지 있도록 성공한 사례는 찾을 수 없는 현실이 매우 안타까웠었다.

따라서 본 발명에 따라, 공지의 기술수준과는 차별화된 태엽의 주변구성과 작용원리의 특징을 자전거 등의 이륜차에 적용 및 결합하여 제작 및 주행을 통한 제어조작에 의해 회전에너지를 탄성에너지로 변환 및 저장에 따른 손실을 최소한으로 줄여서 주행에너지 이용효율의 극대화를 도모토록 하자는 것으로서, 운동에너지의 흐름을 통해 살펴보면 주행에 소요되는 기본적인 에너지의 발생은 자전거의 페달을 족답함에 따른 회전에너지 또는 오토바이크의 경우는 엔진출력이 체인을 통해 후륜의 체인기어에 전달되어 주행에 필요한 회전력을 얻는 방법은 물론이고, 이와 함께 제동장치를 조작하는 일련의 수단과 구성의 외관은 종래로부터의 이륜차와 다를게 없겠으나, 단지 후륜과 동심축으로 덧붙여 장착되는 주변구성으로서의 태엽장치와 부가장치만 더 추가될 뿐이다.

이러한 태엽장치에 탄성에너지를 저장하는 방법은 통상적인 조향장치와 동일하게 부착되어 있는 제동레버의 1단계를 당기면 후륜에 병설된 디스크타입의 휠브레이크와 마주한 태엽틀의 디스크로 이뤄지는 클러치의 마찰작용에따라 후륜의 동일한 회전방향과 회전수로 감겨지는 작용을 통한 간단한 원리로 가능하게 되며

따라서 탄성에너지를 저장하는 수단은 주행중에 족답력 또는 엔진의 출력뿐만 아니라 평탄한 도로에서의 탄력적 관성주행 및 내리막길에서 감속이 필요할 경우마다 수시로 1단계적인 제동조작 및 그 효과를 통해 반자동적으로 제공된다.

이렇게 태엽에 저작된 탄성에너지의 재활용은 제동장치와 마찬가지로 조향장치에 별도로 부착된 가속레버를 작동시켜서 후륜과 태엽장치의 중심축인 태엽허브 일측에 형성된 클러치의 잠김을 풀어주면, 태업의 탄성에너지가 동심2중축으로 구성된 태엽허브속의 래칫베어링을 통해 동심축을 이뤄 내부에 결합된 후륜의 중심허브에 전달되어 가속과 배력 등의 주행에 필요한 보조적인 회전력을 발생하게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 요지의 전체적인 구성을 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 태엽장치 및 제반구성을 이륜차의 후륜부에 결합 및 장착한 상태의 모습을 앞쪽에서 바라본 경우를 설명하기 위한 개략도로서, 전체적인 특징을 표현(1)한 것이며, 주요부위의 설명을 위해 일부를 전개하여 예시했다.

도2는 도1의 조합장착한 상태를 주요부위별로 나눠서 배열한 설명도로서, 종래로부터 통상적으로 제공 및 보급되고 있는 이륜차의 후륜(2), 본 발명에 따라 추가되는 태엽장치(3), 그리고 다단의 체인기어(4), 제동수단의 뭉치(5), 뒷차대(10,10a) 및 고정너트(11, 12)로 각각의 특징과 작용에 따라 분류한 것이며, 이를 다시 순서데로 결합하면 도1의 모습과 상태로 완성(1)되어 즉시 주행할 수 있게 된다.

도3은 통상의 이륜차의 조향장치로서 이를 또 달리 응용코자 하는 설명도로서, 금속성의 파이프로 구성되는 조향막대(6), 이 양끝에 마련되는 합성고무 재질의 손잡이(7), 운전자의 관습에 따라 제동이 필요할 경우 손의 악력으로 작동케 되는 제어레버(521), 정지한 상태에서 기동 및 출발 또는 주행중에 가속을 위해 작동시키는 가속레버(341)들로 조합되어 조향장치의 주변구성이 되는데, 경우에 따라서는 자전거에서도 가속레버(341)를 제거하는 대신에 오토바이크처럼 스로틀밸브를 단속하는 엑셀그립형 손잡이(7)를 탑승자의 몸쪽으로 비틀어 당겨서 작동되도록 할 수도 있으며, 마찬가지로서 오토바이크에서는 엑셀그립의 첫 비틀림에 해당하는 1단계를 가속레버(341) 역할로 대체케 유격조정 및 구조변경을 할 수 있을 것이다.

도4는 본 발명에 따른 태엽장치에 동력을 저장 및 제동을 걸기 위한 설명도로서, 위의 도3에서 설명한 제동레버(521)을 당겨 작동시키면 견인줄(523)이 당겨올려져(523u), 제동지렛대(520)가 평소 상태인 작동전의 위치(522a)에서 끌어 올려져 중간의 위치로 되면(520b) 이 상태가 바로 제동의 1단계로서 탄성에너지가 태엽에 저장되도록 연질의 고무롤러(500)가 후륜에 병설된 브레이크인 휠디스크(260)와 이와 마주치도록 구성된 태엽틀(311)의 디스크(320)을 클러치로서 접촉작용을 하게되어 그 마찰력으로 태엽틀(311)을 회전시킴은 물론 내부의 태엽스프링(310)을 감게 되므로서 탄성에너지를 저장 및 반대급부로 인한 감속효과를 얻게되며, 제동지렛대(520)가 더욱 끌어올려진(523u) 상태(520c)에서는 휠디스크(260)에 도6의 브레이크 마찰패드(510)를 강력하게 밀어붙여서 그 마찰력으로 제동을 걸게 된다.

도5는 도4의 태엽장치에 동력전달작용을 설명키 위한 구체적 구성도로서, 차륜에 형성된 브레이크 허브(211)를 중심으로 하여 장착된 것으로서 마치 스피이커의 콘처럼 탄력성이 강하도록 얇은 강철판 재질로서 주름으로(261) 형성된 휠(262)과 그 주변외곽에 견고하게 부착된 브레이크 휠디스크(260)와 마주치는 클러치 작용을 위한 태엽틀(311)의 클러치디스크(320)로 구성되어 있어서, 이러한 제동장치적인 클러치로 작용되기도 하는 것을 도6과 아울러 참조하여 설명한다면, 일련의 작동에 의해 제동막대(525)에 부착된 고무롤러(500) 및 브레이크 마찰페드(510)의 압력작용(260t)에 의해 밀리고 눌려져서 평소에는 벌어져 있던 양측(a : b)의 마주한 클러치 디스크(260 : 320)가 접촉 및 닿혀져 그 마찰력에 의해 동력전달이 이뤄지는 일종의 클러치 자동적 역할을 하게 된다는 것이다.

도6은 도4 및 도5의 동력전달작용과 제동 및 태엽틀의 역회전방지를 구체적으로 설명키 위한 주변구성도로서, 동력전달작용과 제동에 관해서는 위의 도5에서 설명했으며, 태엽틀(311)의 외주에 견고하게 부착시킨 요철(凹凸)이 형성된 고무재질로서 타이밍벨트를 뒤집은 듯한 모양의 톱니띠(312), 이와 맞물려진 롤러의 외주에 역시 타이밍벨트를 뒤집어씌운 듯한 모양의 톱니띠(313)간의 마찰력에 의해 긴밀하게 공회전되도록 제동수단의 뭉치(5)에 형성된 롤러의 주변구성으로서의 롤러틀(22)과 이에 맞춰진 역회전이 방지된 통상적인 명칭으로서의 원웨이클러치인 베어링(21), 이 역회전방지 베어링 외주에 견고하게 부착된 톱니띠(313)에 의해서 태엽틀(311)은 어떠한 이유로도 정상적인 주행방향으로의 회전은 가능하되, 그 반대방향으로의 회전은 절대적으로 불가능하게 된다.

도7은 도6의 주변구성에서 특히 제동용이 아닌 동력전달과 반제동작용 역할을 위한 롤러의 작용설명도로서 이를 도4에서 도6의 설명을 참조하여 살펴보면, 이 롤러(500)의 내부적 주요재질은 높은 유연성이 특징인 실리콘 또는 우레탄 등의 인공합성고무(505)를 압축성형한 것으로 회전방향에 상관없이 공회전되도록 원활한 베어링을 중심축(503)으로 제동막대(525) 말단에 맞춰 구성되어 있는 것으로, 일련의 제동장치의 작동전에는 원래의 중심축이 이 롤러의 정중앙(503a)에 위치하며, 제동작동에 의해 제동지렛대(520)가 중간의 위치(520b)로 들려지면 이 롤러가 브레이크 휠디스크(260)에 밀림으로 압착되어 찌그러지면서 중심축은 위치이동(503b)하게되고, 또 제동지렛대가 더욱 들려지면(520c) 이 롤러는 휠디스크(260)에 더욱 밀려져 압착 및 찌그러지면서 중심축의 이동(503c)하게 되는데, 이러한 일련의 작용과정을 통한 장점으로는 휠디스크(260)가 격렬하게 회전할 때에 필연적으로 발생하는 진동을 유연한 고무재질로 성형된 롤러의 특성에 의해 완충작용 및 진동흡수를 해내는 등의 중요한 역할을 하면서도 매우 간단한 구조라는데에 특징이 있다.

도8은 도6의 주변구성중에서도 특히 후륜의 주축을 기준으로 회전하는 태엽틀의 역회전을 방지토록 구성되는 작용의 설명도로서, 태엽틀(311)이 축 및 태엽허브(300)를 중심으로 정상주행방향(600)으로의 회전은 가능하되, 상반되는 역회전을 못하도록 하는 수단으로서의 공회전되는 롤러(313)가 서로의 요철홈으로된 톱니띠로 맞물려 있어서 정상회전방향(601)이 아닌 역회전(602)의 경우를 방지해 준다.

도9는 본 발명에 따른 요지의 핵심중 하나인 태엽틀의 회전작용의 설명도로서, 도8의 태엽틀(311)의 내부적인 구성을 표현한 것으로 통상의 태엽처럼 감겨져 장착된 태엽의 띠스프링(310)이 감기고 풀리는 회전작용의 설명에 관한 것이다.

도10은 본 발명에 따른 태엽허브구성과 작용의 개략적 설명도로서 도2와 함께 견주어 살펴보면, 차대(10, 10a)에 좌에서 우로 꿰어 관통 및 고정하는 후륜축 멈치로서 통상적인 명칭으로서의 엑슬과 같은 모양 및 역할의 꿸대볼트(200), 그 겉에 전형적인 축받이 베어링이 내재되어 결합된 후륜허브(210)로 구성된 종래로부터의 이륜차의 후륜부(2)의 구성에 이 후륜허브(210)의 외부에 긴밀하게 결합되는 태엽허브(300), 역회전을 방지키 위한 원웨이클러치가 내설된 베어링(301)과 함께 통상의 베어링(302)으로 내부에 결합되어 윤활되도록 하였으며, 이 태엽허브(300)의 외주에는 태엽의 띠스프링(310)의 안쪽 한끝이 견고하게 결합고착 되고, 통상의 베어링(303, 304, 305)로서 태엽틀(311, 311a)과 태엽의 띠스프링(310)을 자유스럽게 윤활 및 회전과 아울러 외부적인 침해로부터 보호되도록 결합하였다.

도11은 도10의 태엽허브의 회전을 제어하는 설명을 위한 개략도로서, 태엽허브(300)의 일측외주에 형성된 클러치의 치차(350) 및 이의 회전을 단속하는 클러치멈치(345), 멈치틀(15), 멈치용수철(346), 멈치견인봉(340) 및 견인줄(343)로 구성 및 결합되어 일련의 회전제어를 위한 제동 및 클러치적 작동이 되도록 하였다.

도12는 도11의 주요부분인 제어 및 잠김클러치를 일례로 확대설명한 개략도로서, 특히 클러치의 치차(350)와 멈치(345)의 상관관계를 확대한(345v) 요철(凹凸)로서 이를 통한 회전제동의 정밀도를 높이면서도 기계적인 견고성을 감안하여 보편적으로는 24개 또는 36개 정도의 적절한 갯수로 톱니홈을 파내도록 하였다.

도13은 본 발명에 따른 태엽을 장착한 이륜차에 탑승하여 주행할 때 태엽의 감기고 풀리는 정도를 용이하게 파악할 수 있는 계기의 설명 및 개략도로서, 통상적인 운반 및 이동수단으로서의 차량 및 산업계에서 이미 흔히 쓰이는 아날로그적인 방식의 계량기의 일종으로서 피계량물에 따른 다양한 계량방식의 제품이 시중에서 용이하게 구입할 수 있도록 제품화된 것을 이용하거나 또는 이와 유사한 계기의 형상과 작용에 따른 작동기술을 동원해서라도 충분히 제작가능한 태엽메타(9)인 것으로서, 주행중에 태엽의 감겨 있는 정도를 신속하게 읽을 수 있도록 하기 위해 예를들어서, 지침(910)이 가리키는 각도에 따른 범위 및 비율정도를 30%이하(920)는 빨간색을, 30%이상 80%까지(921)는 초록색을, 80%이상 100%(922)까지의 경우에는 노란색을 칠하는 등 용이한 식별방식을 통했으며, 이에 따른 실험적인 시운전을 통해 얻어진 결과로서의 가장 적절한 태엽의 감김상태는 중간에 해당(920)하되 대략적으로 60%에서 70%정도의 수준이라 하겠다.

이하, 본 발명에 따른 보조동력기관으로 태엽을 장착한 이륜차의 단계적인 제동, 감속, 기동 및 출발, 가속에 관한 전체의 작용원리에 관해 상세하게 설명한다. 다만 이하의 구체예 또는 실시예는 단지 본 발명에 따른 보조동력기관으로 태엽을 장착한 이륜차를 제작함과 작용을 편리하게 이용하는 방법을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로는 의도될 수 없음은 물론이다.(실시예)

통상적인 태엽은 기구에 고정되어 결합된 태엽틀의 태엽축을 돌려서 감으면 그 반대방향으로 풀리게되어 있는게 거의 예외없는 상식인 것으로, 이러한 전통적인 태엽의 구성 및 작동을 위해서는 다단계적인 맞물린 톱니바퀴들로 회전방향의 전환 및 속도변환으로 목적한 바의 작용을 이뤄지도록 되어 있는데 반하여,

본 발명에 따른 핵심적인 요지는 태엽의 축을 차륜의 주축과 동심축으로 결합하여, 태엽의 감기고 풀리는 회전방향을 차륜의 정상적인 주행방향으로의 회전과 일체화 및 동일 회전수로 회전될 수 있도록 하는 기술로서, 종래부터의 태엽과 관련된 상식과는 뚜렷하게 차별되는 것으로서 다음과 같은 특징이 있다.

위에서의 본 발명에 따른 특징과 요지의 만족을 위해서는 통상적인 태엽구조를 그대로 적용할 수는 없어서, 태엽에 관한 구조를 다각도로 면밀하게 관찰 및 재해석을 통해 알아낸 바로는, 태엽은 반드시 태엽틀이 고정된 채로 태엽축만을 회전시키는 방법만 고집할 게 아니라 오히려 거꾸로 태엽축을 고정시킨채로 태엽틀을회전시켜도 무방하다는 결론을 얻었던 것으로, 이를 표1로서 요약하면,

이와같이 회전방향이 서로 상반퇴기는 하되, 좌우상하의 대각선방향으로 꿰어서 살펴보면 동일한 회전 방향임을 도출해 냄과 함께 지렛대의 원리를 적용하여 클러치 작동에 있어서 보다 회전마찰력이 적도록 반지름이 큰 태엽틀을 회전지켜 감기에 이용하고 태엽축을 푸는 용도로 활용하기로 하였기 때문에 결과적으로 태엽의 감기고 풀리는 회전방향을 차륜의 정상적인 주행방향으로의 회전과 일체화 및 동일 회전수로 회전하도록 하는 기술의 계기가 된 것이다.

이를 도8과 도9를 함께 보면서 설명한다면, 태엽축의 역할인 태엽허브(300)를 중심점으로 하여 고정시킨 채 태엽틀(311)을 회전(600) 시키면, 태엽의 띠스프링(310)의 바깥쪽 한끝의 고착점(315)을 반지름으로 볼 때, 후륜(2)의 정상주행방향과 동일하게 우회전(620)되어 감겨지게 되며, 이렇게 감겨져 저장된 탄성에너지의 반발력의 작용에 의해 저절로 풀려지지 않도록 역회전(610, 602)이 방지된 베어링이 내재되어 있어서 한쪽 방향으로만 공회전(601)되는 롤러(313)로서 억제된다.

이와는 반대로 태엽틀(311)이 고정된 채 태엽허브(300)의 제동을 풀면(도11등을 참조) 태엽의 띠스프링(310)이 감겨져 저장된 탄성에너지의 반발력의 작용에 의해 풀리되, 태엽틀의 감기와 동일한 회전방향(611)로 풀리게 되어 위의 표1에서의 대각선 방향으로 살펴본 바를 명확하게 검증해 낼 수 있는 것이다.

또한 태엽의 띠스프링(310)은 통상적으로는 단 한장의 띠강판으로 말려져 있으나 본 발명에 따라 필요한 탄성에너지의 저장 및 이륜차의 보조적 기관으로서의 주행능력에 걸맞게 하려면 적어도 한 사람이 힘껏 밀어 주는 정도인 1ps 이상의 에너지를 발생해 내야 하므로 태엽을 구성하는 재료의 선정에 있어서 필요할 경우 2장 이상의 복수적 띠스프링의 각각을 내외의 원둘레를 등분하여 구성된 구조로서, 대략적으로 1∼2마력정도 내외의 탄성에너지를 발생시키면 충분하리라 본다.

위와같이 본 발명에 따른 기본적인 요지의 일례로서 태엽장치(3)에 자전거의 페달을 족답함에 따라 발생된 회전적인 운동에너지 및 주행간의 탄력적 관성에너지 등을 저장하려는 동력전달 수단으로서, 제동레버(521)의 작동에 의해 후륜(2)에 견고하게 결합되어 있는 브레이크 휠 디스크(260)와 마주치게 구성되어 있으며 마찰클러치 작용을 위한 태엽틀(311)의 디스크(320)로 구성된 마찰 및 접촉적인 클러치작용에 의해 태엽의 띠스프링(310)이 감겨짐에 따라 탄성에너지로서 저장되는 것이며, 이렇게 저장된 탄성에너지의 재활용을 위한 동력전달 수단은 역회전(610, 602)이 방지된 베어링이 내재되어 있어서 한쪽 방향으로만 공회전(601)되는 롤러(313)로서 억제되어 있기 때문에 태엽의 띠스프링(310)이 탄성에너지의 반발력의 작용에 의해 저절로 풀려지지 않는 태엽틀(311)이 구성되어 있으며, 이렇게 태엽틀(311)이 고정된 채 태엽허브(300)의 제동을 풀면(도11 등의 설명을 참조) 태엽의 띠스프링(310)이 감겨져 저장된 탄성에너지의 반발력의 작용에 의해 풀리면서, 태엽장치(3)의 중심축이라할 태엽허브(300)을 회전케 함에 따라, 후륜의 중심축이라할 후륜허브(210)과의 사이에 긴밀하게 끼워 맞춰 결합된 역회전이 방지된 베어링(310)을 통해 전달 된다.

다음은 본 발명에 따라, 특히 자전거의 경우를 통해 동력의 전달과 저장 및 제동력의 재활용을 통한 일련의 주행과정을 예시한 표2를 통해 요약 및 더욱 상세하게 설명한다.

상기 일례에 따라, 통상적인 자전거를 타려면 흔히 탑승자가 자전거를 약간이라도 밀듯하여 주행관성이 붙게한 다음 올라타고 페달을 족답하거나, 완전히 탑승한 다음에 페달을 힘껏 족답하여 주행력을 발생케 하여 기동 및 출발하는 게 통례인 것이나, 본 발명에 따라서는 마치 오토바이크처럼 자전거에 탑승한 다음 가속레버(521)를 당기면, 태엽허브(300)의 일측에 형성된 톱니모양의 클러치치차(350) 및 이의 회전을 단속하는 제동멈치(345) 등의 일련의 작용에 의해 태엽장치(3)에 저장되었던 탄성에너지가 재생되면서 주행에 필요한 회전적 운동에너지를 발생케 되어, 굳이 페달을 족답치 않고도 기동 및 출발을 쉽게 할 수도 있을 뿐만 아니라, 비교적 고속질주가 필요할 경우엔 페달을 힘껏 족답함과 동시에 가속레버(341)을 당겨서 일련의 풀림작용을 작동시키면 순간가속은 물론 고속주행도 가능할 것이다.

내리막길에서는 물론이고 평지에서의 정상적인 주행중에서도 도로의 사정에 따라 수시로 일단정지는 물론이고 감속하게 마련이라, 제동레버(521)를 당겨서 감속 및 제동을 걸게 될때마다 자연스럽게 제동의 첫 단계인 감속에 따른 서행의 1단계가 작용되고 나서야 2단계의 제동이 걸리게 된다. 이렇게 주행중에 감속이 필요할 때마다 이뤄지는 태엽장치(3)에 저장되는 탄성에너지의 합력은 결코 무시할 수 없으며 통상의 주행에 필요한 보조적인 동력수단으로는 충분할 것이다. 그럼에도 불구하고 태엽미터(9)의 지침(910)이 저레벨(920)을 지시하고 있거나 또는 예를 들어서, 평지를 달리다가 곧이어 상당히 긴 고갯길 같은 오르막길을 오르려 할 때 등의 상황판단을 하여 제동레버(521)를 1단계로 당겨서 고의적으로 감속주행 상태로 하되, 페달의 족답력을 강하게 하여 탄성에너지를 비축 및 저장하는 손쉬운 방법을 택하면 된다.

오르막길에서는 페달을 힘껏 족답함과 동시에 가속레버(341)을 당겨서 일련의 풀림작용을 작동시키면 통상적인 자전거로는 오르기가 어렵거나 불가능했던 비교적 경사도가 높은 오르막길에서도 마치 작은 엔진을 장착하였거나 힘센 사람이 밀어주는 듯한 도움을 받아 한결 쉽게 오를 수 있음은 물론 속력도 낼 수 있는 일련의 동력전달 수단의 흐름은 하나의 예로서 자전거의 경우, 제동레버(521)를 작동시킨 1단계적인 작용에 의해 견인줄(523)로 당겨지는 고무롤러(500)의 누름작용으로 브레이크 휠디스크(260)가 마주한 태엽틀(311)의 클러치디스크(320)와 접촉되는 마찰력에 의해 후륜허브(210)의 외층으로 긴밀하게 맞춰져서 동심축으로 결합된 태엽허브(300)를 중심으로 회전시킴에 따라 태엽틀(311) 내부에 구성되어 있는 태엽의 띠스프링(310)을 감아주게 되므로 탄성에너지가 저장되는 것이며, 이러한 탄성에너지의 저장율의 상태는 주행중의 운전자가 수시로 태엽미터(9)의 지침(910)을 살펴가며 적극적으로 최적율로 유지하면 됨은 물론, 또한 가속레버(341) 역시 조향장치(6)에 부착하거나, 또는 통상적인 오토바이크의 경우처럼 엑셀그립(7)을 비틀어 당김작동을 통해 가속레버(341)의 기능을 대체토록 하는 등의 용이하고도 가변적인 수단을 통한 편리한 구성으로된 구조로서, 예를들어 가속레버(341)를 작동시키면 당겨진 가속견인줄(343)에 의해 평상시에는 제동상태로 있는 제동멈치(345)를 태엽허브(300)의 일측에 형성된 톱니홈(350)으로부터 이격시켜져 제동이 풀리게 되며, 이렇게 제동이 풀린 태엽허브(300)는 내부에 구성되어 있는 태엽의 띠스프링(310)에 저장되어 있는 탄성에너지의 반발력에 의해 풀려지는 작용을 하게됨에 따라 역회전이 방지된 베어링(301)을 통해서 후륜허브(210)에 동력이 전달되어 주행에 필요한 보조적인 동력 및 회전력을 발휘하게 되는 것이며, 이와함께 페달의 족답력과의 합력에 의해 배가된 주행능력으로 기동 및 출발, 가속 및 등판능력의 향상이 가능하게 된, 본 발명에 따른 제반수단을 이륜차중에 자전거를 위주로 하여, 태엽장치(3)을 중심으로한 탄성에너지의 저장과 재활용 및 기동과 출발 그리고 감속과 서행, 가속과 일련의 제동 등의 작용에 관하여 설명했으나, 이와 마찬가지로 자전거뿐만 아니라 오토바이를 비롯하여, 휠체어, 손수레, 자동차 등에 이르기까지 교통수단과 공작기계 및 생활용품에서 작동완구류에 이르기까지 얼마든지 폭넓게 응용될 수 있는 것으로 이해되어야 마땅할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 제반 수단적 요지의 특징들을 제외한 나머지에 해당하는 통상적인 것의 기술들은, 상기 태엽의 띠스프링(310)의 탄성율, 폭 및 길이 등의 칫수, 재질과 복수개의 띠스프링의 선택여부, 브레이크 휠 디스크(260), 태엽틀(311)의 전체크기, 태엽허브(300) 및 일측에 마련되는 요철로 파여지는 톱니홈(350)의 갯수 및 제동멈치(345) 등의 주변구성, 제동레버(521), 가속레버(341) 그리고 이러한 구성품들을 결합하기 위한 조향장치(도3) 및 후륜(2)에 관한 전체적인 구조 및 조작에 관한 재질, 칫수, 역학적 결합구조 및 제반특성과 작용되는 힘의 크기 및 가공과 윤활수단 방청 및 도색 등의 방법들은 통상의 기술로도 얼마든지 적절하게 조정 및 결정하여 용이하게 구성될 수 있는 것이어서 상세한 설명은 굳이 필요가 없으므로 생략하되, 이상과 같이 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환 변형 및 변경은 물론 유사한 타분야에 응용이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에따라 자전거의 경우로 일예를 들어보던, 내리막길은 물론 평탄한 도로에서처럼 힘들지 않거나 고속의 주행이 필요치 않을 경우에는 수시로 계기를 보면서 탄성에너지의 저장값을 높여줄 필요가 있을 때에 1단계 제동에 해당하는 감속 및 반제동을 걸어주기도 하는 등의 수시로 발생되는 주행중의 상황에 따른 경우는 물론이고 관성적 탄력주행 및 족답력에 의한 에너지인 회전적 운동에너지가 여유가 있을 때는 적극적으로 어떠한 회전방향적인 변환도 없는 그대로를 단지 탄성에너지로만 바꿔서 태엽에 저장 해뒀다가 경사도가 급한 오르막길 또는 고속주행이 필요한 경우마다 가속레버를 작동시켜 적절히 풀어서 가속 및 고속질주도 가능케 능력을 발휘케 하는 등, 마치 평소에 여유자금을 조금씩이나마 수시로 예금했다가 필요시에 몫돈으로 찾아쓰는 방식의 저축과 비교될만한 장점과 함께 통상적인 자전거가 무동력임에도 불구하고 마치 오토바이크의 경우처럼 간단히 가속레버의 조작만으로도 기동 및 출발도 할 수 있도록 하는 등의 편리한 특징과 아울러 주행의 질을 향상케 하는 등의 효과가 매우 크다.

이와같은 효과들에 따라, 날로 점증하는 화석연료를 연소하는 교통수단의 남용에 따른 공해유발에 대한 대안의 제시차원에서 하나의 바람직한 대체교통수단으로뿐만 아니라, 현실성 있는 실용화는 물론 또하나의 기술개발 향상에 있어서의 이정표적인 가치가 매우 커서 대체에너지의 기술개발에 관한 시금석적인 단초로도 제공될 수 있음은 물론이다.

Claims (2)

1. 본 발명에 따른 보조동력기관으로서 태엽을 장착한 이륜차에 있어서,

   자전거 등의 이륜차에 태엽을 장착 및 이용하려는 목적과 방안의 제시는 이미 많은 선례를 통해 공지된 기술들중의 하나임은 주지의 사실이나, 이러한 선례적인 기술들에 추가적으로 또는 독특하게 본 발명의 요지를 통해서 이하에 제시된 구조의 특징이 있는 보조동력기관으로서 태엽을 장착한 이륜차로써,

   태엽장치(3)의 축인 태엽허브(300)와 후륜(2)의 주축인 후륜허브(200)를 동심축으로 결합 및 동일한 회전방향으로 작용되도록 주변구성됨에 따른 구조에 있어서, 종래로부터의 태엽은 운동에너지의 변환 및 회전방향을 전환토록 하던 통례의 복잡다단한 맞물린 톱니바퀴들로 구성된 구조적인 모순에 따라 누적되게 마련인 변환손실을 제거토록 이러한 구조의 일체를 제거함에도 불구하고 후륜(2)의 정상적인 주행방향으로의 회전방향과 일체화가 이뤄지도록 강구된 수단을 통한 태엽장치(3)의 구조와 종래로부터의 통상적인 제동장치의 외형을 변형시키지 않고서도 제동레버(521)를 2단계로 나눠 당겨잡도록한 방식에 따른 1단계는 감속되는 효과와 더불어 제동력에 의해 태엽의 띠스프링(310)이 감겨지도록 하는 복합 기능적인 구성으로된 동력전달수단 및 그 구조에 따라서, 이와같은 1단계적인 상태에서 레버를 더욱 당기면 본격적인 제2단계적인 제동으로서의 작용으로 작동되는 2가지의 기능을 합친 구성으로된 구조는 물론이고, 가속레버(341) 역시 조향장치(6)에 부착 또는 통상적인 오토바이크의 경우처럼 엑셀그립(7)을 비틀어 당김으로서 가속레버(341)의 기능을 대체토록 하는 등의 용이하고도 가변적 수단을 통한 편리한 구성의 구조로된 가속레버(341)의 작동에 따른 작용에 의해 태엽장치(3)에 저장된 탄성에너지를 기동 및 출발과 가속주행이 필요할 때마다 손쉽게 재활용되도록 보조동력기관적인 역할에 따른 동력전달이 제공되도록 일련의 구성을 통한 구조는 물론이고, 이와함께 부수적인 편의장치로서 조향장치(6)의 일측에 태엽미터(9)를 부착한 구성에 따른 구조에 특징이 있는 보조동력기관으로서 태엽을 장착한 이륜차.
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