KR100580281B1

KR100580281B1 - 자전거 보조 동력 시스탬

Info

Publication number: KR100580281B1
Application number: KR1020030076150A
Authority: KR
Inventors: 김근호
Original assignee: 김근호
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-05-15
Also published as: KR20040004203A

Abstract

본 발명은 자전거를 이용할 때 제동시 마찰열로 소모되는 운동에너지를 태엽을 이용한 탄성에너지로 저장함으로써 자전거를 제동 및 감속함과 아울러 재 기동과 가속시 이를 활용하는 자전거 보조 동력 시스탬에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 자전거의 후륜 차축의 일단에 설치되며 타원형의 외부박스와 내부에 기어내장박스, 그 내부에 태엽을 내장한 기어로 된 3중 내장의 형태로 되어있다.

제동력, 2중 태엽, 탄성, 3중 내장, 2중 케이블, 분리구동, 전후전환, 브1, 중립, 엑셀, 내부 컨트롤

Description

자전거 보조 동력 시스탬{Bicycle Auxiliary Power System}

도1은 본 발명에 따른 자전거의 제동력을 이용한 보조 동력 시스탬의 구성도이다.

도2는 본 시스탬을 자전거에 적용, 예시한 측면도로서 1은 뒤에서 본 모양이며, 2는 위에서 내려 본 모양이다.

도3은 3중 내장한 본 시스탬의 주요부로서 저장기어의 상세도이다.
도4는 저장기어의 축인 컨트롤기어와 연동부간의 상세도이다.

도5, 도6은 제어부로서 외부 그립과 내부 컨트롤 상세도이다.

도7은 내부저장박스와 저장기어간의 브레이크 록 상세도이다.

도8은 위치고정장치 위에서 브레이크/록과 기어물림과의 관계 및 레치장치 상세도이다.

도9는 기본(중립)위치에서 기어와 레치장치간의 배열상태도이다.

도10은 본 시스탬의 외부박스의 전, 후면 개략도이다.
도11은 본 시스탬에 따른 장치를 자전거에 적용한 예시도이다.

아래에 도면의 상세한 명칭을 도시 하였다.

도면의 상세명칭

(1) 외부박스

(1-1) 차체 고정위치(3점 고정)

(1-2) 저장박스 축

(1-3) 저장박스 위치 복원 스프링
(1-4) 구동기어 삽입 절개 부분

(2) 내부 기어내장박스

(2-1) 브레이크 패드 절개부

(2-2) 기어물림 조정나사

(2-3) 충격 완충장치

(3) 기어부

(3-1) 구동기어

(3-2) 보조기어

(3-3) 동력저장기어

(3-3-1) 태엽 고정위치

(3-3-2) 2중 태엽
(3-3-3) 기어 모양
(3-3-4) 회전방향 분리 구동

(4) 컨트롤기어 연동부 상세도

(5) 그립부 상세도

(5-1) 그립부분
(5-1-1) 위치(중립) 복원 스프링

(5-2) 2중 케이블

(5-3) 전후 전환장치

(5-3-1) 케이블 조정부

(5-3-2) 좌우 회전판

(5-3-3) 연결 막대
(5-3-4) 연결막대 관통 개구부

(6) 내부 컨트롤장치

(6-1) 컨트롤 기어

(6-2) 컨트롤 막대

(6-3) 유도로
(6-3-1) 유도로 고정축
(6-3-2) 컨트롤 막대 지지 베어링
(6-3-3) 유도로 포켓
(6-3-4) 유도로 지지 스프링
(6-4) 최대 감김 상태
(6-5) 최대 풀림 상태

(7) 브레이크/록 장치부 상세도

(7-1) 록 고정 위치(정첩작용)
(7-1-1) 록 장치 중심선

(7-2) 록 장치 지지 중심 막대

(7-3) 브레이크 패드

(7-4) 스프링

(7-5) 베어링

(7-6) 위치 고정장치
(7-6-1) 사이드 록 장치

(8) 브레이크/록과 기어물림과의 관계 상세도

(8-1) 레치장치 상세도

(8-1-1) 레치기어

(8-1-2) 레치장치 위치 제어 스프링
(8-2) 후진시 레치장치 작용 위치
(8-3) 기어 물림 위치
(8-4) 저장기어가 잠기는 위치
(8-5) 이동 간격
(8-6) 록 열림 위치

(9) 중립위치 상세도

(10) 외부박스 전후 개략도
(11) 자전거에 장치한 모양

본 발명은 자전거를 이용할 때 제동시 마찰열로 소모되는 운동에너지를 태엽을 이용한 탄성에너지로 저장함으로서 자전거를 제동 및 감속함과 아울러 재 기동과 가속시 이를 활용하는 자전거 보조 동력 시스탬에 관한 것이다. 자전거는 별도의 에너지원이 없이 순수한 인력으로 페달을 밟아 움직이는 것으로서 출발시 기동에 있어 상당한 힘을 필요로 한다. 또한 필요에 따라 제동하거나 감속시에도 제동력의 우수함 여부를 떠나 운동에너지의 소모를 피할 수 없었다. 뿐만 아니라 재 기동과 가속시에도 기왕에 들인 에너지가 재 소요되므로 이중으로 에너지를 허비하는 단점이 있었다.

이에 따라 본 발명의 목적은 자전거의 동력을 제동하는 과정에서 소모되는 에너지의 일정량을 탄성에너지로 저장하고 이를 자전거의 재 기동과 가속에 보조동력으로 사용하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적에 따라 자전거의 제동력을 저장하고 재 출발 및 가속시 동력을 보조하는 장치가 구성된다. 본 발명에 따른 장치는 자전거의 후륜 차축의 일단에 설치되며, 타원형의 외부박스와 내부에 기어 내장박스, 그 내부에 태엽을 내장한 기어로 된 3중 내장의 형태로 되어있다. 본 발명에 따른 보조동력장치의 각부를 살펴보면, 외부박스 내에 내부 기어내장박스와 동력을 전달하는 구동기어와 보조기어, 동력 저장기어로 된 기어부, 장치를 제어하기 위해 외부에 그립과 2중케이블, 전후 전환장치가 있으며, 내부에 컨트롤 장치로 된 제어부, 브레이크 록 장치부와 위치 고정장치, 레치장치부로 구성 되어 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자전거 보조 동력 시스탬의 여러 장치가 상호 연동되어 작용하는 것을 상세히 기술한다. 도1은 본 자전거 보조동력 시스탬의 전면도로서 동력을 저장하는 브레이크1 작용시의 상세도이다. 도10과 도11에 도시된 외부박스 장착 위치와 모양을 보면 자전거의 뒷 차축과 프레임에 고정할 차체 고정위치(1-1)가 표시되며, 후면에 구동기어를 삽입하기 위한 절개부분(1-4)이 도시되어 있다. 외부박스는 타원형의 단면을 가진 형태이며 일 측면에 전후 전환장치(5-3)가 부착되며 외부박스(1)와의 사이에 연결막대(5-3-3)를 위한 개구부(5-3-4)가 있다. 상부에 내부 기어 내장박스(2)와 관통 설치된 저장박스 축(1-2)이 있고, 중립위치 복원을 위한 스프링(1-3)이 부착된다. 내부의 기어 내장박스(2)는 상기 외부박스보다 작은 모양으로 보조기어(3-2)와 동력 저장기어(3-3)가 내장된다(도1, 도9참조). 상기한 두 기어의 간격은 맞물린 채로 고정되어 있다. 상기 내장박스(2)는 우측 하단의 구동기어(3-1)와 접하는 부분이 절개되어 있으며, 이 절개된 부위를 따라 구동기어(3-1)와 연동되도록 레치장치(8-1)가 부착된다. 상기 레치장치는 브레이크1 상태로 후진시를 위하여 보조기어(3-2) 일 측면에와 엑셀 작용상태로 후진시를 위하여 저장기어(3-3) 일측면에 각각 설치된다. 상기 내장박스(2)는 또한 그 내부의 저장기어(3-3)와 연동되도록 브레이크 록(7)장치가 마주 대향한 한 쌍으로 부착된다(7-1)(도1, 도3, 도7, 도8참조). 상기 브레이크 록 장치는 상기 외부박스내의 바닥 일측에 고정 설치된 위치 고정장치(7-6)의 측면 양단을 전후 왕복하며 본 시스탬의 동력을 저장하는 상기 동력 저장기어(3-3)를 단속한다. 상기 브레이크 록 장치에는 브레이크 패드(7-3)가 상기 내장박스(2)의 하단 일측의 양면을 절개(2-1)(도1, 도3 참조)하고 내부의 저장기어(3-3)의 양 측면을 압착하도록 설치되어 있다. 저장기어(3-3)의 패드가 닿는 부분은 약간 더 두껍게 한다. 본 장치를 지지하기 위해 내장박스(2)의 브레이크 패드 절개부(2-1)의 하단 내측에 록 장치 지지 중심막대(7-2)가 고정 설치된다. 이때의 브레이크 록 장치(7)의 중심선(7-1-1)은 상기한 저장박스 축(1-2)과 저장기어(3-3)의 축인 컨트롤 기어(6-1)와의 일직선이 되게 하는 것이 좋다. 상기 패드(7-3)를 당기기 위해 당김 스프링(7-4)이 있고 상기 고정장치(7-6)를 왕복하기 위해 베어링(7-5)이 설치되며, 중립(도7, 도8, 도9 참조)시 보다 확실한 록 효과를 위해 상기 고정장치와 연동되도록 사이드 록 장치(7-6-1)를 설치한다. 본 저장장치를 이용하여 제동 및 재 기동, 가속시에 상기 외부박스(1) 내에서 기어 내장박스(2)가 전후로 움직일 때와 컨트롤 막대(6-2)가 밀어낼 때의 약간의 충격을 감소하기 위한 충격 완충장치(2-3)가 제공되며, 이는 또한 기어물림 조정나사(2-2)와 일체로 구성되어 있다. 기어물림 조정나사(2-2)는 브1시나 엑셀 작용시 구동기어(3-1)에 물리는 보조기어(3-2)나 저장기어(3-3)간에 알맞게 물리도록 조정한다. 또한 상기 기어 내장박스(2)에는 내부 제어부로서 컨트롤장치(6)가 설치된다(도4, 도6참조). 이 장치는 상기 저장기어(3-3)의 중심축의 일단으로서 상기 기어 내장박스의 일측 단면에 노출 되어 있는 상기 컨트롤 기어(6-1)와, 이와 결합하여 좌우로 왕복하는 컨트롤 막대(6-2)와, 이를 유도하기 위한 유도로(6-3), 유도로의 중심을 고정할 고정축(6-3-1)과, 컨트롤 막대가 이탈되지 않게 하는 지지 베어링(6-3-2), 유도로의 양단을 둘러싸는 포켓(6-3-3), 및 유도로의 시소작용을 돕도록하는 지지스프링(6-3-4)등으로 구성된다. 도6에 브1시 최대 감김 상태(6-4)와 엑셀시 최대 풀림 상태(6-5)가 도시되어 있다. 상기 본 시스탬의 주요부인 동력 저장기어(3-3)(도3 참조)는 기어 내장박스(2)와 분리 구동되는 축(3-3-4)(도3, 도4 참조)을 가지며 내부에 이중으로 된 태엽(3-3-2)을 내장한다. 상기 태엽의 일단은 내장박스(2)의 중심축 양 측구면에 대칭하도록 고정되고, 일단은 본 저장기어의 내부 종심 양 측면에 대칭하여 고정하되 시계 반대방향으로는 감기도록 한다(도3, 저장기어 내외부 참조). 상기 이중 태엽(3-3-2)은 브레이크1위치시 부드럽게 제동되는 적절한 힘과 양을 가지도록 하는 것이 좋으며, 상기 최대 감김과 최대 풀림보다 여유가 있게 한다. 본 저장기어의 바깥 기어모양(3-3-3)은 예시로 도시하였으며 구동기어(3-1)와 보조기어(3-2)도 같은 형태로 한다. 본 시스탬을 제어하기 위한 외부 장치(5)로는 그립(5-1)과 상기한 전후 전환장치(5-3)가 있으며 이는 이중 케이블(5-2)로 연결되어 있다. 그립은 기존의 자전거 손잡이에 설치하고 기준(중립)위치와 브레이크1, 엑셀위치가 표시되며, 위치복원 스프링(5-1-1)이 부착된다. 상기 전후 전환장치(5-3)에는 좌우 회전판(5-3-2)이 있고, 케이블 조정부(5-3-1)가 설치되어 브1과 엑셀시 미세조정을 돕는다. 본 시스탬의 원활한 작동상태를 산정하기 위하여 도8에 브레이크/록과 기어 물림과의 관계를 상세히 기술한다. 기어 물림시의 작용을 보면 상기 위치 고정장치(7-5)와 사이드 록(7-5-1)장치 사이를 왕복하는 브레이크 록(7)의 역할시, 즉 중립위치 록 상태(도7, 도9참조)에서 브레이크1 위치로 이동할 때에 브레이크 패드(7-2)가 밀리기 시작하는 부분에서는 상기 구동기어(3-1)에 보조기어(3-2)(도1참조)가 물리기 시작(8-3)하는 것을 표로 나타낸 것으로서 상기 패드(7-3)가 열리려는 순간에 기어가 물려 들어가도록 작용하며 기어가 완전히 물릴 때는 상기 록장치의 패드(7-3)가 완전히 열림(8-6)을 표시한다. 일단, 브레이크1 작용시 위와 같은 순서로 열렸다가 중립상태로 될 때는 위와는 반대순서로 된다. 이는 엑셀위치로 이동할 때 구동기어에 상기 저장기어(3-3)가 물릴 때에도 동일하게 적용된다. 본 도표에 도시한 브레이크 록 이동간격(8-5)은 상기 록장치(7)의 전후 왕복구간이며 이는 상기 저장박스 축(1-2)을 정점으로 하여 상기 저장박스(2)와 일체로 시계추의 왕복모양으로 작용한다(도1 참조). 본 발명에 따른 저장장치는 자전거를 이용할 때, 브1이나, 엑셀상태로 후진하는 경우에 대비하여 상기한 레치장치(8-1)를 설치한다. 통상 그립(5-1)은 중립위치(도5, 도9 참조)로 있게 되며, 이때는 자유롭게 후진할 수 있으나, 간혹 그립을 쥔 채로 후진시는 레치장치가 구동기어(3-1)의 레치장치 연동부분(8-1)(도2, 측면도1 참조)에 연동되며, 이는 본 도8에 구동기어(3-1)(차륜)가 역회전(후진)할 때 뒤로 밀린 모양이 도시되어 있다. 이때 상기 레치장치(8-1)가 기어 내장박스(2)를 밀되 구동기어(3-1)에서 보조기어(3-2)가 완전히 이탈된 위치 즉, 저장기어(3-3)가 완전히 잠기는 위치(8-4)까지 밀어내게(8-2) 된다. 이는 엑셀시에 후진 할 경우에도 적용된다. 레치장치가 뒤로 밀리게 될 때에는 레치기어(8-1-1)에 의해 레치 장치가 더 이상 밀리지 않고 고정되게 되나 후진은 계속 할 수 있다. 이때에 그립을 쥔 손을 풀어주면 즉시 중립으로 환원된다. 좀더 원활한 작동을 위하여 상기한 레치장치 연동부(도2, 측면도1 참조)의 기어의 이 높이는 상기 구동기어(3-1)보다 약간 낮게 하거나 끝을 조금 둥글게 하는 것이 좋다. 본 시스탬의 여러 작용 중 중립위치(도9 참조)상태를 보면 각 기어와 레치장치등이 적절한 간격을 두고 벌어져 있는데 이를 위해 상기한 그립부(5-1-1)와 브레이크 록 장치부(7-4), 외부박스내의 위치복원 스프링(1-3)등 3중의 위치 복원 스프링장치를 설치한다.

이하 본 자전거 보조동력 시스탬의 작용의 구체적인 예를 기술한다. 본 발명에 따른 자전거의 제동과 재 기동, 가속을 위한 장치로 제동할 때에는 상기한 그립(5-1)과 기존의 브레이크2를 함께 잡은 상태에서, 먼저 그립(5-1)을 당기면(브레이크1위치) 2중 케이블(5-2) 내의 와이어에 연결된 전후 전환장치(5-3)내의 좌우 회전판(5-3-2)을 돌리게 된다. 이는 연결막대(5-3-3)를 통해 기어 내장박스(2)가 자전거의 진행방향으로 당겨진다. 이때, 브레이크 록(7)이 위치 고정장치(7-6)의 일단으로 이동하며 록이 해제됨과 동시에 구동기어(3-1)에 보조기어(3-2)가 물린다. 이때, 보조기어와 연동된 저장기어(3-3)가 시계 반대방향으로 돌며 내장된 태엽(3-3-2)이 감긴다. 또한 컨트롤 기어(6-1)와 연동된 컨트롤 막대(6-2)가 유도로(6-3)를 따라 기어 내장박스(2)의 좌측 일단으로 이동하며, 상기 충격 완충장치(2-3)에 닿아 최대 감김상태(6-4)(도6 참조)가 되면 컨트롤 막대(6-2)가 미는 관성에 의해 기어 내장박스(2)가 밀려나 즉시 중립상태로 된다. 이때, 구동기어(3-1)에서 보조기어(3-2)가 이탈됨과 동시에 브레이크 록장치(7)에 의해 동력 저장기어(3-3)가 역회전 되지 않게 됨으로서 저장이 완료되게 된다. 일단, 본 발명에 따른 저장장치에 의해 동력저장중이나 완료된 후에도 자전거를 계속 제동해야 할 상황에서는 상기 브레이크2(도5 참조)를 작용하여 제동하면 된다. 이때의 브레이크2는 자전거의 후륜을 제동하며 필요시 앞 바퀴 브레이크도 적절히 가감한다. 상기한 모든 작용은 상기 그립(5-1)과 브레이크2를 함께 쥔 상태에서 작동하는 것이 좋다. 이는 엑셀 작용시에도 같이 적용한다. 자전거의 재 기동과 가속을 위해 본 저장장치(3-3)에 저장된 동력을 사용할 때는 상기한 그립을 밀면(엑셀위치) 된다. 이때는 상기 2중 케이블(5-2)내의 와이어를 브레이크1 작용과는 반대 방향으로 당기게 된다. 이는 전후 전환장치(5-3)와 연결막대(5-3-3)를 통해 기어 내장박스(2)를 자전거의 진행 방향과 반대 방향으로 밀어준다. 이때, 저장기어(3-3)가 구동기어(3-1)에 물리면서 시계방향으로 회전하며 동력을 전달한다. 이와 함께 컨트롤 막대(6-2)가 기어 내장박스(2) 우측 일단으로 이동한다. 태엽에 의해 저장된 동력이 풀리면 최대 풀림상태(6-5)(도6 참조)에서 컨트롤 막대(6-2)에 의해 기어 내장박스가 밀려나 즉시 중립상태로 된다.

본 발명에 따른 저장장치를 사용하는 중에 잦은 제동과 재 기동시 및 가속 중에 즉, 최대로 감기거나 풀리기 전에도 브레이크1이나 엑셀에서 되돌리면 즉시 중립상태(도7, 도9 참조)로 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 자전거 보조동력 시스탬의 작용에 의하면 자전거를 제동 및 감속할 때 소모되던 운동에너지를 태엽을 이용한 탄성에너지로 저장하며 제동하고, 이를 활용하여 자전거의 재 기동과 가속시 보조동력으로 사용함으로서 자전거의 이용시 좀더 용이하고 안정된 운행을 꾀할 수 있다.

Claims

본 발명에 따른 자전거 보조 동력 시스탬에 있어서, 자전거의 뒷 차축의 좌측에 위치하며, 형태로는 타원형의 단면을 가지는 외부박스(1)와

기어물림 조정나사(2-2), 충격 완충장치(2-3)를 포함한 내부 기어내장박스(2)와

동력을 전달하는 구동기어(3-1)와, 보조기어(3-2), 또한 회전 방향이 분리 구동(3-3-4)되며 2겹의 태엽(3-3-2)을 내장한 특징을 가진 동력 저장기어(3-3)로 된 기어부(3)등이 3중 내장의 형태로 이루어져 있으며,

또한, 본 시스탬에 따른 장치를 제어하기 위해 외부에 자전거 핸들의 손잡이에 장치한 그립(5-1)과 이를 2중 케이블(5-2)로 연결한 전후 전환장치(5-3)로 된 그립부(5)와,

내부에 컨트롤 기어(6-1), 컨트롤 막대(6-2), 유도부(6-3)로 된 내부 컨트롤 장치부(6)로 제어하고,

위의 제어장치와 연동되어 저장기어(3-3)를 고정 또는 슬립, 오픈 되도록 단속하는록 장치 지지 중심막대(7-2), 브레이크 패드(7-3), 스프링(7-4), 베어링(7-5), 위치 고정장치(7-6)로 된 브레이크 록 장치부(7)와,

또한 자전거를 후진시 원활하고 안전하게 제어되도록 하기 위하여 레치기어(8-1-1), 레치장치 위치제어 스프링(8-1-2)으로 이루어진 레치장치부(8-1)로 된 것을 특징으로 하는 자전거 보조동력 시스탬.
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