KR100509749B1 - 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동동력전달장치 - Google Patents

편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 좌우측 페달 사이에 2쌍의 동일한 편심타원기어와 한 쌍의 일반기어를 서로 맞물리게 구성하여 페달 구동 시 편심타원기어의 가변회전속도비에 의해 반대편 페달이 구동하기에 적합한 위치로 복귀하게 하고, 구동력을 회전에너지로 적절하게 전환시켜 최적의 운행 효율을 수행하도록 하는 페달구동 동력전달장치를 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치는 제일편심타원기어(100), 제이편심타원기어(101), 제삼편심타원기어(102), 제사편심타원기어(103), 및 제일기어(104), 제이기어(105), 그리고 좌측 샤프트(200), 우측 샤프트(202), 아이들 샤프트(201)와 외부충격과 이물질의 유입을 방지하는 기어박스(300), 및 좌우측 덮개(301)(302)와 기어박스 내부에서 상기 부품들을 정위치에 고정하는 베어링(50)을 포함하여 구성 된 것을 특징으로 한다.

Description

편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치{Eccentric Gear Set for Bicycle-style Apparatus}
본 발명은 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 좌우측 페달 사이에 2쌍의 동일한 편심타원기어와 한 쌍의 일반기어를 서로 맞물리게 구성하여 페달 구동 시 편심타원기어의 가변회전속도비에 의해 반대편 페달이 구동하기에 적합한 위치로 복귀하게 하고, 구동력을 회전에너지로 적절하게 전환시켜 최적의 운행 효율을 수행하도록 하는 페달구동 동력전달장치를 제공함에 있다.
페달구동 동력전달장치는 인력에 의해 발생된 동력으로 기구의 운행 또는 운전이 가능하도록 구성된 장치이며, 상기 기구의 예로는 일상에서 흔히 볼 수 있는 자전거, 자전거형 운동기구, 보트형 수상유희기구 등이 있는데, 이하 상기 기구를 자전거형 기구(bicycle-style apparatus)라고 통칭함을 밝혀둔다.
도 1은 종래 일반적인 자전거의 동력전달부분을 나타낸 도면으로 탑승자가 좌우의 페달(11)(12)을 밟아 회전시켜 페달에 연결된 스프라켓(1)과 체인을 통해 회전력을 후륜 스프라켓(5)으로 전달하여 진행하는 원리를 이용하며, 이 때 좌우측 크랭크(10)(20)는 가운데 스프라켓(1)을 중심으로 대칭선상에서 회전운동을 하게 된다.즉, 한쪽 페달이 어느 위치에 있든 스프라켓(1)을 기준으로 좌우 크랭크(10)(20)는 180도의 각을 유지하며 회전하게 된다.
한편, 도 2는 종래 자전거에서 탑승자와 페달의 구동관계를 나타낸 도면으로 설명 편의상 좌측만 표시 하였다. 일반적인 자전거의 구동은 탑승자의 엉덩이(O4)를 중심으로 넓적 다리인 구동 레버(L4)의 왕복 요동 운동을 스프라켓(2)의 회전 운동으로 바꾸는 4절 링크장치(four bar linkage)의 응용 원리가 적용된다.
상기 4절 링크장치의 이론에서는, 일반적으로 L2와 같이 완전히 회전하는 링크를 크랭크, L4와 같이 일정한 각도를 왕복 요동하는 링크를 레버라고 부르는데, 레버를 구동하는 경우 동일한 B' 또는 B'' 점이 사점(dead point)으로 작용하여 레버에 아무리 큰 힘을 가하더라도 크랭크를 회전시킬 수 없게 된다.
즉, 페달(11)은 회전운동하고 탑승자의 다리(L4)는 각운동 및 상하 왕복운동을 하는 4절 링크기구로 대치 될 수 있으며, 탑승자의 요추와 회전링크의 중심을 잇는 선분에서 회전링크가 직각이 될 때 회전력이 최대가 된다.
그리고, 수평이 될 때 회전력이 최소가 되고 탑승자는 자전거 운행 시 페달이 최상부에 있을 때 사점(dead point)으로 작용을 하여 무리한 힘이 필요하게 되고, 직각의 위치에서는 너무 쉽게 진행하게 되는 힘의 불균형이 일어난다. 특히 자전거로 경사면을 오를 때 힘의 불균형 현상이 심해진다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점인 힘의 불균형을 최소화하기 위하여 페달과 연결된 두 크랭크 사이의 좌우측 샤프트에 2쌍의 동일한 편심타원기어와 한 쌍의 일반기어를 서로 맞물리게 구성하여 페달 구동 시 편심타원기어의 가변회전속도비에 의해 반대편 페달이 적절한 회전력을 낼 수 있는 구간인 구동 회전각 범위내로 복귀하게 하고, 사점(dead point)을 회피하며, 탑승자의 구동력에 의한 회전력이 각 위치별로 점진적으로 증감할 때 편심타원기어의 가변회전속도비를 같이 증감시켜서 최적의 운행 효율을 수행하도록 하는 페달구동 동력전달장치를 제공함에 있다.
본 발명의 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 구성과 동작을 이하, 첨부된 도면과 관련하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치의 결합구조를 나타낸 분해 사시도이며 도 4에 도시한 기어 박스(30)와 덮개(301)(302)를 제거한 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치의 동력 전달 부분을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치의 기어 박스(Gear box) 분해 사시도이며, 도 6은 도 3의 G부분을 확대한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치는, 제일편심타원기어(100), 제이편심타원기어(101), 제삼편심타원기어(102), 제사편심타원기어(103) 및 제일기어(104)와 제이기어(105) 그리고 좌측 샤프트(200), 우측 샤프트(202) 및 아이들 샤프트(201)와 외부 충격과 이물질의 유입을 방지하는 기어 박스(300) 및 좌우측 덮개(301)(302)와, 기어박스 내부에서 상기 부품들을 정위치에 고정하는 베어링(50)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
좌측 샤프트(200)에는 제일편심타원기어(100)가 고정되어 좌측 크랭크(20)가 연결되고, 아이들 샤프트(201)에는 제이편심타원기어(101) 및 제삼편심타원기어(102) 그리고 제일기어(104)가 고정되어 있으며, 우측 샤프트(202)에는 제사편심타원기어(103)가 고정되어 우측 크랭크(10)가 연결되고, 제일편심타원기어(100)는 제이편심타원기어(101)와 맞물려 있으며, 제삼편심타원기어(102)는 제사편심타원기어(103)와 맞물려 있고, 제일기어(104)는 제이기어(105)와 맞물려 회전하며, 상기 제이기어(105)는 스프라켓(1)과 볼트(60)로 체결되어 있으며 결합된 상기 스프라켓(1)과 제이기어(105)의 가운데에 중심베어링(51)이 장착되어, 상기 우측 샤프트(202)가 상기 중심베어링(51)을 접하면서 관통하게 구성된 것이다.
상기 기어 박스(300)에는 자전거형 기구의 동체 프레임과 결합할 수 있도록 프레임 결합부(310)(311)(312)가 형성되어 있으며, 기어 박스 내부에 고정된 베어링(50)은 상기 각 샤프트(200)(201)(202)를 기어박스 내부에서 정위치를 이탈하지 않도록 지지하여 회전시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 작동을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 도 4에 도시한 사시도를 단순화시켜 나타낸 동작 개념도이며, 이하 좌측 페달을 기준으로 설명한다.
탑승자가 페달(21)을 구동하면 페달에 연결된 크랭크(20)에 의해 제일편심타원기어(100)가 고정된 좌측 샤프트(200) 전체가 회전하게 되고, 상기 제일편심타원기어(100)가 맞물린 제이편심타원기어(101)와 아이들 샤프트(201)가 반대방향으로 회전하게 된다. 상기 아이들 샤프트(201)가 회전함에 따라 고정되어 있는 제삼편심타원기어(102)와 제일기어(104)가 일체로 회전하게 되고 상기 제삼편심타원기어(102)와 맞물린 제사편심타원기어(103)와 우측 샤프트(202)가 회전하여 여기에 연결된 우측 크랭크(10)와 우측 페달(11)이 복귀하게 된다.
또한, 상기 제일기어(104)는 스프라켓(1)과 볼트(60)로 결합된 제이기어(105)와 맞물려 있으며 따라서 동력을 스프라켓(1)으로 전달하게 된다. 여기에서 볼트(60)로 결합된 제이기어(105)와 스프라켓(1)의 중심부에는 중심베어링(51)이 장착되어, 우측샤프트(202)의 회전에 간섭을 받지않고 우측 샤프트(202)와 독립적으로 회전하게 된다.
즉, 좌측 페달(21)에서부터 전달된 동력은 스프라켓(1)을 회전시킴과 동시에 독립적으로 우측 페달(11)을 복귀시키게 된다.
한편, 상기 제일기어(104)와 제이기어(105)는 중심이 한가운데 위치한 일반기어로 회전비는 1:1을 이루고, 본 출원인이 실험에 의해 얻은 각 편심타원기어의 회전은, 도 8에 도시한 바와 같이 편심량이 3mm일때 제일편심타원기어가 75도 회전하면 각 편심타원기어를 거쳐 제사편심타원기어가 108.7도로 회전하는 것을 일예로 한다.
종래 자전거의 경우 스프라켓을 기준으로 좌우측 페달이 1:1의 대칭으로 회전하여 한쪽 페달을 구동하면 반대편 페달은 같은 각도만큼 복귀하는 동작만 하게 되나, 본 발명에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치의 경우, 좌우측 페달이 편심타원기어를 거치면서 편심회전하므로 한쪽 페달을 구동하는 즉시 반대편 페달이 복귀 및 최적 구동위치에 위치하고 도 2에 도시한 바와 같이 사점(dead point)를 회피하므로 탑승자가 보다 효율적이고 균형되게 동력을 사용할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 페달 구동 시 편심타원기어의 가변회전속도비에 의해 반대편 페달이 적절한 회전력을 낼 수 있는 구동최적위치로 복귀하게 하고, 사점(dead point)을 회피하며, 탑승자의 구동력에 의한 회전력이 각 위치별로 점진적으로 증감할 때 편심타원기어의 가변회전속도비를 같이 증감시켜서 최적의 운행 효율을 수행하도록 하고, 탑승자가 자전거 운행을 보다 편안하고 쉽게 할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 기어박스 내부에 일체로 구성하여 단일부품처럼 취급할 수 있어, 유지 및 보수, 수리가 간단해진다.
셋째, 자전거나 자전거형 운동기구, 그리고 보트형 수상유희기구 등 페달을 이용하여 동력을 전달하는 모든 기구에 적용이 가능하다.
도 1은 종래 자전거의 동력 전달 부분을 나타낸 사시도,
도 2는 종래 자전거에서 탑승자와 페달의 구동관계를 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치의 결합구조를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 동력 전달 부분을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 기어 박스(Gear box) 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 기어부분 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 동력 전달 부분을 나타낸 동작 개념도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달구동 동력전달장치의 페달 복귀 실험도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 스프라켓 2 : 체인
3 : 후륜 스프라켓 5 : 허브축
10 : 우측 크랭크 11 : 우측 페달
20 : 좌측 크랭크 21 : 좌측 페달
60 : 결합볼트 100 : 제일편심타원기어
101 : 제이편심타원기어 102 : 제삼편심타원기어
103 : 제사편심타원기어 104 : 제일기어
105 : 제이기어 200 : 좌측 샤프트
201 : 아이들 샤프트 202 : 우측 샤프트
300 : 기어박스(gear box) 301 : 좌측 덮개
302 : 우측 덮개 310,311,312 : 프레임 결합부

Claims (1)

  1. 제일편심타원기어(100), 제이편심타원기어(101), 제삼편심타원기어(102), 제사편심타원기어(103) 및 제일기어(104)와 제이기어(105) 그리고 좌측 샤프트(200), 우측 샤프트(202) 및 아이들 샤프트(201)와;
    외부 충격과 이물질의 유입을 방지하는 기어 박스(300) 및 좌우측 덮개(301)(302)와;
    기어박스 내부에 고정되어 상기 샤프트들을 정위치에서 이탈하지 않고 회전하도록 지지하는 베어링(50)을 포함하고;
    좌측 샤프트(200)에는 제일편심타원기어(100)가 고정되어 좌측 크랭크(20)가 연결되고, 아이들 샤프트(201)에는 제이편심타원기어(101) 및 제삼편심타원기어(102) 그리고 제일기어(104)가 고정되어 있으며, 우측샤프트(202)에는 제사편심타원기어(103)가 고정되어 우측 크랭크(10)가 연결되고, 제일편심타원기어(100)는 제이편심타원기어(101)와 맞물려 있으며, 제삼편심타원기어(102)는 제사편심타원기어(103)와 맞물려 있고, 제일기어(104)는 제이기어(105)와 맞물려 회전하며, 상기 제이기어(105)는 스프라켓(1)과 볼트(60)로 체결되어 있으며 결합된 상기 스프라켓(1)과 제이기어(105)의 가운데에 중심베어링(51)이 장착되어, 상기 우측샤프트(202)가 상기 중심베어링(51)을 접하면서 관통하도록 구성한 것을 특징으로 하는 편심타원기어의 가변회전속도비를 이용한 페달 구동 동력전달장치.
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