KR100955893B1 - 복합 구동 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸들 조립체에 의하여 발생되는 핸들동력이 페달 조립체로 전달되는 것과 상기 핸들 조립체의 조향작동이 독립적으로 수행될 수 있는 복합 구동 자전거에 관한 것이다. 본 발명은 핸들 동력을 발생시키기 위한 크랭크 핸들과 상기 크랭크 핸들의 회전에 의하여 회전되는 제1기어를 가짐과 동시에 앞바퀴가 조향되도록 하는 핸들 조립체, 상기 핸들 동력과 페달에 의하여 발생되는 페달 동력을 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴에 전달하는 페달 조립체, 그리고, 상기 핸들 조립체의 조향작동과는 무관하게 상기 핸들 동력을 상기 페달 조립체로 전달하는 동력전달부를 포함하는 복합구동 자전거를 제공한다. .

핸들 조립체, 페달 조립체, 제1 동력전달부, 중간연결부, 제2 동력전달부

Description

복합 구동 자전거{hand-foot compound drive bicycle}

본 발명은 복합 구동 자전거에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핸들 조립체에 의하여 발생되는 핸들동력이 페달 조립체로 전달되는 것과 상기 핸들 조립체의 조향작동이 독립적으로 수행될 수 있는 복합 구동 자전거에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 사람이 타고 양발로 페달을 밟아 바퀴를 돌려서 앞으로 나아가고, 손으로 자세 및 방향을 제어하게 된다.

따라서, 자전거 탑승자의 운동의 측면에서 볼 때, 다리 운동의 효과는 크지만 팔 운동의 효과는 미미하였으며, 주행 속도 역시 한계가 있었다.

한편, 이러한 문제점을 극복하기 위해, 탑승자의 손과 발을 복합적으로 사용하여 구동할 수 있도록 자전거의 구조를 개선하는 노력이 있어 왔다.

그러나, 이와 같이 개선된 자전거라 할지라도 구조가 복잡하거나, 앞바퀴와 뒷바퀴에 속도 차이가 생겨 불편하거나, 팔의 구동이 부자연스럽게 이루어지는 문제점이 있었다.

또는, 팔과 다리에 의해 각각 회전하는 페달들이 서로 연동되어 움직임에 따라, 다리로 페달을 구동할 때에도 핸들의 페달축이 계속 회전하는 등의 문제점이 있었다.

또한, 팔의 힘으로 자전거를 구동시키기 위하여 핸들을 회전시키는 경우에 앞바퀴의 조향축이 상기 핸들의 회전에 영향을 받아 조향이 제대로 이루어지지 못하는 문제가 있다.

따라서, 구조가 간단하고, 기존의 자전거를 쉽게 변형하여 만들 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 팔의 힘만으로 또는 다리의 힘만으로 구동하거나 팔과 다리의 힘을 동시에 이용하여 구동할 수 있으며, 팔의 힘으로 자전거를 구동시키기 위하여 핸들을 회전시키더라도 조향축이 영향을 받지 않도록 하는 동력전달구조에 대한 개발이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 핸들동력을 발생시키기 위하여 크랭크 핸들을 회전시키더라도 핸들조립체의 조향작동에는 영향을 미치지 않는 복합구동 자전거를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 핸들 조립체의 정확한 조향작동을 위하여, 상기 핸들 조립체에 구비된 핸들 스템의 중심이 조향축의 중심선의 연장 선상에 위치시킴과 동시에 상기 조향축과 상기 핸들 조립체를 용이하게 결합시킬 수 있는 복합구동 자전거를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 복합구동 자전거의 몸체의 구조와는 상관없이 즉각적이고 안정적으로 핸들 동력을 페달 조립체에 전달할 수 있는 복합구동 자전거를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 핸들 동력을 발생시키기 위한 크랭크 핸들과 상기 크랭크 핸들의 회전에 의하여 회전되는 제1기어를 가짐과 동시에 앞바퀴가 조향되도록 하는 핸들 조립체, 상기 핸들 동력과 페달에 의하여 발생되는 페달 동력을 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴에 전달하는 페달 조립체, 그리고, 상기 핸들 조립체의 조향작동과는 무관하게 상기 핸들 동력을 상기 페달 조립체로 전달하는 동력전달부를 포함하는 복합구동 자전거를 제공한다.

여기서, 상기 동력전달부는 상기 제1 기어와 결합된 상태에서 상기 핸들조립 체에 구비된 핸들 스템의 좌우 회전방향에 따라 움직이는 제2기어, 상기 제2기어의 움직임을 따라 길이가 가변되면서 회전하는 제1 동력전달부재, 상기 제1 동력전달부재의 회전력을 상기 페달 조립체로 전달하기 위한 하부 회전축을 포함할 수 있다.

또한, 상기 동력전달부는 상기 제1 동력전달부재와 연결되는 중간연결부재와, 일측은 상기 중간연결부재와 연결되고 타측은 상기 하부 회전축과 연결되는 제2 동력전달부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 동력전달부재는 상기 제2기어와 결합되는 제1 유니버셜 조인트, 상기 제1 유니버셜 조인트와 결합되는 내측 스플라인, 상기 내측 스플라인과 슬라이딩되면서 회전하는 외측 스플라인, 그리고 일측은 상기 외측 스플라인과 결합되며 타측은 상기 중간연결부재의 일측과 결합되는 제2 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 내측 스플라인과 상기 외측 스플라인이 함께 회전함과 동시에 서로 슬라이딩되어 직선이동할 수 있도록 상기 내측 스플라인의 외주면에는 가이드 돌기가 형성되어 있고, 상기 외측 스플라인의 내주면에는 상기 돌기와 맞물리는 돌기 수용홈이 형성될 수 있다.

상기 제2 동력전달부재는 상기 중간연결부재의 타측과 결합되는 제3 유니버셜조인트, 상기 제3 유니버셜 조인트와 결합되는 조인트 중간축, 그리고 일측은 상기 조인트 중간축과 결합되고 타측은 상기 하부 회전축과 결합되는 제4 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복합구동 자전거는 상기 핸들 조립체의 핸들 스템의 중심이 조향축의 중심선의 연장 선상에 위치하도록 하기 위하여, 상기 핸들 조립체로부터 돌출되는 돌출 연결부, 상기 조향축으로부터 돌출되는 조향축 연결부, 그리고 상기 돌출연결부와 상기 조향축 연결부를 결합하는 고정볼트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복합구동자전거는 상기 조향축을 갖는 조향 프레임과, 일측은 상기 조향 프레임에서 연장형성되고, 타측은 본체 프레임과 결합되는 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 하부에 위치하며 일측은 상기 조향 프레임에서 연장형성되고, 타측은 상기 페달 조립체와 연결되며 내부에는 상기 하부 회전축이 구비되는 하부 프레임을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 중간연결부재는 상기 상부 프레임을 관통하며, 상기 상부 프레임에는 상기 중간연결부재의 요동을 방지하는 연결부재 가이드가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 복합 구동 자전거의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 핸들 조립체의 좌우방향의 움직임을 따라 길이가 가변되고, 핸들조립체의 크랭크 핸들의 회전에 의하여 발생되는 회전력에 의하여 회전되는 제1 동력전달부재, 예를 들면 카르단 조인트를 갖는 동력전달부를 설치함으로써 핸들 조립체의 조향작동과는 독립적으로 핸들 동력을 페달 조립체에 전달할 수 있는 이점이 있다. 결과적으로, 핸들동력을 발생시키기 위하여 상기 크랭크 핸들을 회전시키더라도 핸들조립체의 조향작동에는 영향을 미치지 않게 되는 이점이 있다.

둘째, 고정볼트를 사용하여 상기 핸들 조립체에 돌출된 돌출 연결부와 조향 축에서 돌출된 조향축 연결부가 임의의 각도를 가지면서 결합되도록 하여 핸들 스템의 중심이 조향축의 중심선의 연장 선상에 위치하도록 함으로써 상기 조향축과 상기 핸들 조립체를 용이하게 결합시킴과 동시에 핸들 조립체의 좌우 움직임이 상기 조향축에 전달되어 정확한 조향작동이 될 수 있는 이점이 있다.

셋째, 상기 동력전달부가 제1 동력전달부 및 제2 동력전달부, 즉 이중 카르단 조인트를 갖도록 구성함으로써 복합구동 자전거의 몸체가 단일 프레임 또는 이중 프레임 중 어느 형태로 구성되더라고 핸들동력의 즉각적이고 안정적으로 상기 페달조립체에 전달될 수 있는 이점이 있다.

넷째, 상기 제1 동력전달부와 결합되는 중간연결부재가 관통하는 상부 프레임에 연결부재 가이드를 설치함으로써 중간연결부재의 요동을 방지하여 핸들동력을 상기 페달 조립체에 안정적으로 전달할 수 있게 되는 이점이 있다.

상기의 기술적 과제를 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 구동 자전거를 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 구동 자전거의 핸들 조립체 및 동력 전달부를 나타낸 구성도이다. 도 3은 도 2의 핸들 조립체와 동력전달부의 결합상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2의 동력전달부에 대한 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 복합구동 자전거는 핸들 동력을 발생시킴과 동시에 앞바퀴(93)가 조향되도록 하는 핸들조립체(10), 상기 핸들 동력 과 페달(49)에 의하여 발생되는 페달 동력을 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴(99)에 전달하는 페달 조립체(40), 그리고, 상기 핸들조립체(10)의 조향작동과는 무관하게 상기 핸들 동력을 상기 페달 조립체(40)로 전달하는 동력전달부(100)를 포함한다.

또한, 상기 복합구동자전거는 조향축(94a)을 갖는 조향 프레임(94)과, 일측은 상기 조향 프레임(94)에서 연장형성되고, 타측은 본체 프레임(95)과 결합되는 상부 프레임(92)과, 상기 상부 프레임(92)의 하부에 위치하며 일측은 상기 조향 프레임(94)에서 연장형성되고, 타측은 상기 페달 조립체(40)와 연결되며 내부에는 하부 회전축(152)이 구비되는 하부 프레임(91)을 한다.

상기 핸들 조립체(10)는 상기 앞바퀴(93)가 조향되도록 할 뿐만 아니라 크랭크 핸들(13)이 회전함에 따라 핸들 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 크랭크 핸들(13)에 의하여 발생된 핸들 동력은 핸들 허브(20)를 통해 상기 동력전달부(100)에 전달되고, 다시 상기 페달 조립체(40)로 전달될 수 있다. 한편, 상기 페달 조립체(40)는 페달 동력을 발생하도록 크랭크 회전하는 페달부(42)를 포함하여 이루어지며, 상기 페달 동력과 상기 핸들 동력이 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴(99)에 전달되도록 함이 바람직하다. 이를 통해, 상기 복합 구동 자전거는 탑승자의 팔의 힘 만에 의해 또는 다리의 힘 만에 의해 구동되거나 탑승자의 팔과 다리의 힘 모두에 의해 구동될 수 있다.

상세히, 앞바퀴(93)가 결합되는 조향축(94a)의 상부에는 상기 핸들 조립체(10)가 결합됨이 바람직하며, 이를 통해, 상기 핸들 조립체(10)를 조작하여 상기 앞바퀴(93)의 방향을 변경할 수 있어 상기 복합 구동 자전거의 조향이 가능해진다.

상기 핸들 조립체(10)는 핸들 스템(11), 크랭크 핸들(13) 그리고 핸들 허브(20)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

먼저, 동심을 가지는 메인축(21)의 양단부에는 각각 한 쌍의 베어링(22)이 구비됨이 바람직하다. 그리고, 한 쌍을 이루는 상기 베어링(22)의 외측에는 상기 핸들 스템(11)이 결합됨이 바람직하다.

이를 통해, 탑승자가 양손으로 상기 핸들 스템(11)을 잡더라도, 상기 메인축(21)은 자유롭게 회전이 가능하게 된다.

그리고, 상기 메인축(21)의 양단부에는 크랭크 축(24)이 각각 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 크랭크 축(24)에도 각각 한 쌍의 베어링(25)이 구비됨이 바람직하며, 한 쌍의 상기 각 베어링(25)의 외측에는 상기 크랭크 핸들(13)이 결합됨이 바람직하다.

이에 따라, 탑승자가 양손으로 상기 크랭크 핸들(13)을 상기 핸들 스템(11)의 중심축 주위로 회전시키게 되면, 상기 크랭크 축(24)이 크랭크 회전하게 되며, 상기 크랭크 축(24)에 연결된 상기 메인축(21)도 연동하여 회전하게 된다.

한편, 상기 메인축(21)의 중앙부에는 상기 핸들 허브(20)가 구비됨이 바람직하다. 상기 핸들 허브(20)는 허브 하우징(12), 상기 허브 하우징(12)의 내부에 위치하며 상기 메인축(21)에 결합되어 상기 메인축(21)과 함께 회전하는 제1 기어(26)를 포함한다. 또한, 상기 허브 하우징(12)에는 상기 핸들 조립체의 전방으로 돌출되는 돌출 연결부(23)가 구비되어 있다

상기 제1 기어(26)는 동력전달부의 제2 기어(110)와 기어결합된다. 상기 제1 기어(26)와 상기 제2 기어(110)는 베벨 기어로 이루어짐이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제1기어(26)의 회전방향은 상기 제2 기어(110)에 의해 바뀌게 된다. 상기 제1기어(26) 및 상기 제2 기어(110)는 회전비가 1:1이 되도록 형성됨이 바람직하며, 이를 위해, 마이터(miter) 기어로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 조향 프레임(94)의 내부에는 앞바퀴의 조향을 위한 조향축(94a)이 설치되고, 상기 조향축(94a)의 일측에는 상기 돌출 연결부(23)와 연결되는 조향축 연결부(94b)가 돌출되어 있다. 상기 돌출 연결부(23)와 상기 조향축 연결부(94b)는 고정볼트(23a)에 의하여 결합된다.

여기서, 상기 돌출 연결부(23)와 상기 조향축 연결부(94b)가 상기 고정볼트(23a)에 의하여 고정되기 전에 상기 핸들 조립체의 핸들스템(11)의 중심이 조향축(94a)의 중심선의 연장 선상에 위치하도록 연결각도가 조정된다. 즉, 상기 핸들스템(11)의 중심이 상기 조향축(94a)의 중심선의 연장선상에 놓이는 위치에서 상기 돌출 연결부(23)와 상기 조향축 연결부(94b)는 상기 고정볼트(23a)에 의하여 단단하게 결합된다.

또한, 상기 조향축(94a)의 상단에는 상기 조향축을 고정하기 위한 조향축 고정볼트(23a)가 설치된다.

한편, 상기 동력전달부(100)는 상기 핸들조립체(10)에 구비된 핸들스템(11)의 좌우 회전방향에 대응되면서 움직이는 제2 기어(110), 상기 제2 기어(110)의 움직임을 따라 길이가 가변되면서 회전하는 제1 동력전달부재(120), 상기 제1 동력전달부재(120)의 회전력을 상기 페달 조립체(40)로 전달하기 위한 하부 회전축(152) 을 포함한다.

상기 제2 기어(110)는 상기 제1 기어(26)와 대응되면서 이동하게 되고, 상기 제2 기어(110)에는 상기 제1 기어와 맞물리는 제2 기어헤드(111)가 형성되어 있다.

상기 동력전달부(100)는 상기 제1 동력전달부재(120)와 연결되는 중간연결부재(130)와, 일측은 상기 중간연결부재(130)와 연결되고 타측은 상기 하부 회전축(152)과 연결되는 제2 동력전달부재(140)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 동력전달부재(120) 및 상기 제2 동력전달부재(140)로는 카르단 조인트가 사용될 수 있다. 이러한 카르단 조인트는 일정한 회전속도를 전달하는데 유리한 구조이다.

구체적으로, 상기 제1 동력전달부재(120)는 상기 제2 기어(110)와 결합되는 제1 유니버셜조인트(121), 상기 제1 유니버셜조인트(121)와 결합되는 내측 스플라인(122), 상기 내측 스플라인(122)과 슬라이딩되면서 회전하는 외측 스플라인(123), 그리고 일측은 상기 외측 스플라인(123)과 결합되며 타측은 상기 중간연결부재(130)의 일측과 결합되는 제2 유니버셜조인트(124)를 포함한다.

여기서, 상기 내측 스플라인(122)과 상기 외측 스플라인(123)이 함께 회전함과 동시에 서로 슬라이딩되어 직선이동할 수 있도록 상기 내측 스플라인(122)의 외주면에는 가이드 돌기(122a)가 형성되어 있고, 상기 외측 스플라인(123)의 내주면에는 상기 가이드 돌기(122a)와 맞물리는 돌기 수용홈(123a)이 형성된다.

상기 제2 동력전달부재(140)는 상기 중간연결부재(130)의 타측과 결합되는 제3 유니버셜조인트(141), 상기 제3 유니버셜조인트(141)와 결합되는 조인트 중간 축(142), 그리고 일측은 상기 조인트 중간축(142)과 결합되고 타측은 상기 하부 회전축(152)과 결합되는 제4 유니버셜조인트(143)를 포함한다.

상기 중간연결부재(130)는 상기 상부 프레임(92)을 관통하여 설치된다. 상기 상부 프레임(92)에는 상기 중간연결부재(130)가 관통하는 관통홀(92a)이 형성되어 있으며, 상기 관통홀(92a)의 테두리에는 상기 중간연결부재(130)의 요동을 방지하는 연결부재 가이드(92a)가 구비된다.

또한, 상기 하부 프레임(91)에는 상기 제2 동력전달부재(140)의 일측이 삽입되는 하부홀(91a)이 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임(91) 내부에는 상기 하부 회전축(152)이 설치되어 있다. 또한, 상기 하부 프레임(91)의 내부에는 상기 하부 회전축(152)을 지지하기 위한 지지 베어링(151)이 구비되어 있다.

또한, 상기 페달 조립체(40)와 연결되는 상기 하부 회전축(152)의 끝단에는 상기 하부 회전축(152)의 회전력을 상기 페달 조립체(40)에 전달하기 위한 제3 기어(153)가 구비되어 있다.

결과적으로, 상기 크랭크 핸들(13)이 상기 메인축(21)을 중심으로 회전하게 되면 상기 메인축(21)에 결합된 제1 기어(26)가 회전하게 된다.

상기 제1 기어(26)가 회전하게 되면 상기 제1 기어(26)와 맞물려 있는 제2 기어(110)가 함께 회전하게 된다. 상기 제2 기어(110)가 회전하게 되면, 상기 제1 동력전달부재(120)도 회전하게 된다.

상기 제1 동력전달부재(120)가 회전하게 되면 상기 중간연결부재(130)가 회전하게 되고, 상기 중간연결부재(130)가 회전하게 되면 상기 하부 회전축(152)이 회전하게 된다.

상기 하부 회전축(152)이 회전하게 되면 상기 제3기어가 회전하게 되고, 상기 제3 기어(153)는 상기 페달조립체(40)에 구비된 제4 기어(55)와 맞물려 회전하게 되어, 상기 하부 회전축(152)의 회전력이 상기 페달 조립체(40)로 전달된다.

도 5는 도 1의 핸들조립체가 조향작동을 할때 핸들 스템의 중심축과 조향축 및 제2 기어의 중심축의 이동방향을 나타낸 도면이다. 도 2 및 5를 참조하여, 본 발명에 따른 복합구동 자전거가 조향작동을 할때의 상태를 설명한다.

상기 복합구동 자전거의 핸들조립체가 조향작동을 할때, 즉 핸들스템의 중심축(A)이 상기 조향축의 중심축(B)에 대하여 좌우로 회전을 하게 되면 제2 기어의 중심축(C)은 상기 핸들스템의 중심축(A)과 조향축의 중심축(B)의 교점(O)이 원뿔의 꼭지점이 되는 원뿔을 그리는 회전운동을 하게된다.

다만, 핸들스템의 중심축(A)이 작은 예각의 각도로 좌우 회전왕복운동을 하는 경우에는 제2 기어의 중심축(C)의 하단은 원뿔의 하부 원형단면(C1) 중의 일부 원호를 따라 움직이게 된다.

상기 제2 기어(110)는 제1 동력전달부재(120)와 연결되어 있으며, 상기 제1 동력전달부재(120)는 상기 제2 기어의 이동방향을 따라 길이가 가변된다. 구체적으로, 상기 제2 기어(110)가 이동되는 거리만큼 상기 제1 동력전달부재(120)에 구비된 내측 스플라인(122)은 외측 스플라인(123)과 슬라이딩 되면서 길이가 늘어나게 된다.

물론, 이때 크랭크 핸들(13)이 메인축(21)을 중심으로 회전하고 있는 것이라 면 상기 제2 기어(110)가 회전하게 되고, 상기 제2 기어(110)가 회전하게 되면 상기 내측 스플라인(122)과 상기 외측 스플라인(123)은 서로 맞물리면서 회전하게 될 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 복합구동 자전거가 직진이동을 할때(a), 우측방향으로 방향을 바꿀때(b), 좌측방향으로 방향을 바꿀때(c) 제1 동력전달부재의 중심축의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 복합구동 자전거의 제2 동력전달부재의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 복합구동 자전거가 직진이동을 할 때는 도 6의 a에 도시된 바와 같이, 제2 기어(110), 제1 유니버셜조인트(121), 외측 스플라인(123), 제2 유니버셜조인트(124) 및 중간연결부재(130)가 일직선상에 위치하게 된다. 이때, 상기 외측 스플라인(123)의 내부에는 내측 스플라인(122)이 위치하게 된다.

상기 복합구동 자전거의 핸들이 우측방향으로 회전될때는 도 5 및 도 6의 b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 기어(110)가 좌측으로 회전되고, 상기 외측 스플라인(123)은 상기 제2 기어의 중심축(C)과 일정각도(α)를 이루도록 상기 제1 유니버셜 조인트(121)이 꺽이게 된다. 이때, 상기 내측 스플라인(122)은 상기 외측 스플라인(123)과 슬라이딩 되면서 상기 내측 스플라인은 상기 외측 스플라인의 외부로 빠져 나오게 된다. 즉, 상기 내측 스플라인 및 외측 스플라인의 합한 길이가 늘어나게 된다.

또한, 상기 내측 스플라인(122) 및 상기 외측 스플라인(123)의 중심선은 상 기 중간연결부재(130)와 각도(α)를 가지도록 상기 제2 유니버셜 조인트(124)가 꺽이게 된다. 즉, 상기 외측 스플라인의 중심축과 제2 기어의 중심축(C)이 이루는 입력측의 각도와 상기 외측 스플라인의 중심축과 상기 중간연결부재의 중심축이 이루는 출력측의 각도가 동일하게 유지되므로 일정한 회전 속도를 전달하는 카르단 조인트가 성립된다.

한편, 상기 복합구동 자전거의 핸들이 좌측방향으로 회전될 때는 도 5 및 도 6의 c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 기어(110)가 우측으로 회전되고, 상기 외측 스플라인(123)의 중심축은 상기 제2 기어의 중심축(C)과 일정각도(α)를 가지면서 기울어지도록 상기 제1 유니버셜 조인트(121)가 꺽이게 된다. 이때, 상기 내측 스플라인(122)은 상기 외측 스플라인(123)과 슬라이딩 되면서 상기 내측 스플라인은 상기 외측 스플라인의 외부로 빠져 나오게 된다. 즉, 상기 내측 스플라인 및 외측 스플라인의 합한 길이가 늘어나게 된다.

또한, 상기 내측 스플라인(122) 및 상기 외측 스플라인(123)의 중심선은 상기 중간연결부재(130)와 각도(α)를 가지도록 상기 제2 유니버셜 조인트(124)가 꺽이게 된다. 즉, 상기 외측 스플라인의 중심축과 제2 기어의 중심축(C)이 이루는 입력측의 각도와 상기 외측 스플라인의 중심축과 상기 중간연결부재의 중심축이 이루는 출력측의 각도가 동일하게 유지된다.

상기 도 6의 b 및 도 6의 c에 도시된 그림은 3차원 상에서 제1 동력전달부재의 중심축의 각도변화를 2차원 도면으로 나타낸 것으로서, 상기 외측 스플라인의 중심축과 제2 기어의 중심축(C)이 이루는 입력측의 각도와 상기 외측 스플라인의 중심축과 상기 중간연결부재의 중심축이 이루는 출력측의 각도는 서로 다른 평면상에서 동일각도를 이루는 것이다.

한편, 상기 중간연결부재(130)에 전달된 핸들 동력을 상기 하부 회전축(152)으로 전달하기 위해서는 동력전달의 중심 축선이 한번 더 꺽여져야 하는데, 이를 위하여 제2 동력전달부재(140), 예를 들면, 카르단 조인트가 사용된다. 상기 중간연결부재(130)와 제2 동력전달부재(140)가 연결됨에 있어서는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 중간연결부재(130)의 중심축은 제3 유니버셜조인트(141)에 의하여 조인트 중간축(142)과 일정각도(β)로 꺽여져 있으며, 상기 조인트 중간축(142)은 제4 유니버셜조인트(143)에 의하여 하부 회전축(152)와 각도(β)로 꺽여지게 설치된다.

즉, 상기 중간연결부재의 중심축과 상기 조인트 중간축(142)이 이루는 입력측의 각도와, 상기 조인트 중간축(142)과 상기 하부 회전축(152)이 이루는 출력측의 각도가 동일하게 유지되도록 상기 조인트 중간축의 길이가 조정된다. 이때 하부 회전축(152)과 상기 조인트 중간축(142)이 이루는 각도가 60°보다 작게 설치됨으로써 상기 제3 유니버셜 조인트(141) 및 상기 제4 유니버셜 조인트(143) 각각의 꺽이는 허용각도는 30°보다 작은 각도로 유지된다. 이 처럼 동력전달의 중심 축선이 한 번 더 꺽이는 곳에 카르단 조인트를 사용함으로써 최종적으로 축이 일정한 속도로 회전하면서 회전력이 전달되게 된다.

따라서, 상기 크랭크 핸들(13)이 회전됨에 따라 발생되는 핸들 동력은 상기 메인축(21)과 상기 제1기어(26), 상기 제2 기어(110) 및 상기 동력전달부(100)를 통해 상기 페달 조립체(40)로 전달되게 된다.

도 8은 도 1의 동력전달부에 구비된 하부 회전축과 페달 조립체가 결합되는 상태를 나타낸 구성도이고, 도 9는 도 8의 페달 조립체를 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 페달 조립체(40)는 페달부(42), 페달 허브(50) 그리고 스프로킷 유닛(70)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 페달부(42)는 페달축(43), 제1로드(45), 제2로드(46) 그리고 페달(49)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 페달축(43)은 상기 페달 하우징(도 1의 41)의 중앙을 관통하여 구비되는데, 자세하게는 상기 페달 허브(50)를 관통하여 구비될 수 있다.

그리고, 상기 페달축(43)은 베어링(44)에 의해 상기 페달 하우징(41)의 내측에서 지지될 수 있다.

또한, 상기 페달축(43)의 양단부에는 상기 제1로드(45) 및 제2로드(46)가 각각 구비되며, 상기 각 로드(45,46)에는 상기 페달(49)이 결합된다.

상기 페달축(43)의 양단부와 상기 각 로드(45,46)에는 나사산(48)이 형성될 수 있으며, 이에 따라, 나사결합될 수 있다. 따라서, 탑승자가 발로 상기 페달(49)을 회전시키면 상기 페달축(43)은 회전하게 된다.

그리고, 상기 페달축(43)의 외측에는 상기 페달 허브(50)가 구비된다. 상기 페달 허브(50)는 독립축(53), 상기 독립축(53)과 결합되는 제4기어(55)를 포함한다. 여기서, 상기 제4 기어(55)는 동력전달부에 구비된 제3 기어(153)와 결합되어 함께 회전하게 된다.

상기 독립축(53)은 상기 페달축(43)의 외측에 구비되되, 상기 페달축(43)과는 독립적으로 회전하도록 구비됨이 바람직하다.

이를 위해, 상기 독립축(53)의 내측 지름은 상기 페달축(43)의 외측 지름보다 크게 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 독립축(53)의 외부에는 상기 제4기어(55)가 결합됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제3 기어(153)와 상기 제4기어(55)는 베벨 기어로 이루어짐이 바람직하며, 이를 통해, 상기 제3 기어(153)의 회전방향은 상기 제4기어(55)에 의해 바뀌게 된다.

또한, 상기 제3 기어(153) 및 상기 제4기어(55)는 회전비가 1:1이 되도록 형성될 뿐만 아니라, 상기 제1기어(26) 및 상기 제2 기어(110)의 회전비와 동일한 회전비를 가지도록 형성됨이 바람직하다.

즉, 상기 제1기어(26), 상기 제2 기어(110), 상기 제3 기어(153) 및 상기 제4기어(55)는 회전비가 1:1:1:1을 이루도록 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 독립축(53)의 외부에는 상기 독립축(53)이 상기 페달 하우징(41)의 내측에서 회전되고 지지되도록 하기 위한 베어링(57)이 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 페달축(43)이 상기 독립축(53)의 내측에서 원활하게 회전할 수 있도록, 상기 독립축(53)과 상기 페달축(43)의 사이에도 베어링(58)이 더 구비될 수 있다.

이때, 상기 페달축(43)과 상기 독립축(53)의 사이, 상기 페달축(43)의 외부 그리고 상기 독립축(53)의 외부에 구비되는 베어링의 개수 및 설치 위치는 적절하게 조절될 수 있으며, 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

이를 통해, 상기 독립축(53)과 상기 페달축(43)은 서로의 회전 여부와는 별도로 상기 핸들 동력에 의해 회전 및 정지가 가능해진다.

한편, 상기 스프로킷 유닛(70)은 스프로킷(71), 제1래칫(80) 그리고 제2래칫(85)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 스프로킷(71)의 중앙에 형성되는 관통부(72)로는 상기 페달축(43)이 관통하여 구비되게 된다.

이때, 상기 관통부(72)에는 내측면은 상기 페달축(43)의 외측면에 결합되고, 외측면은 상기 관통부(72)에 결합되어 상기 페달축(43)과 상기 스프로킷(71)을 결합 지지하기 위한 베어링(미도시)이 더 구비될 수 있다.

상기 스프로킷(71)의 외주면에는 체인(95)이 결합되며, 상기 체인(95)은 상기 뒷바퀴(도 1의 99)에 구비되는 종동 스프로킷(도 1의 97)에 결합되어 상기 스프로킷(71)의 회전력이 상기 뒷바퀴(99)에 전달되도록 한다.

한편, 상기 스프로킷(71)의 일측면에는 상기 제1래칫(80)이, 타측면에는 상기 제2래칫(85)이 각각 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제1래칫(80)은 제1외부휠(81) 및 제1내부휠(82)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1외부휠(81)은 상기 제1로드(45)에 형성되는 제1결합부(47)에 결합되어 고정될 수 있다.

그리고, 상기 제1내부휠(82)은 상기 제1외부휠(81)의 내측에 결합되어 상기 제1외부휠(81)이 회전함에 따라 연동되어 회전함이 바람직하다.

특히, 상기 제1내부휠(82)은 상기 제1외부휠(81)이 일방향(복합 구동 자전거가 전진하도록 상기 뒷바퀴를 회전시키기 위한 방향)으로 회전할 때에만 내부 링크(미도시)가 결합되어 상기 제1외부휠(81)과 함께 회전함이 바람직하다.

또한, 상기 제1외부휠(81)에 의한 회전력이 아닌 회전력에 의해 상기 제1내부휠(82)이 회전하게 되는 경우에는 상기 내부 링크가 해제되어 상기 제1외부휠(81)은 상기 제1내부휠(82)과 슬라이딩 회전됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제1내부휠(82)의 일측면에는 제1플랜지(83)가 형성됨이 바람직하며, 상기 제1플랜지(83)는 상기 스프로킷(71)의 일측면에 결합됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제1로드(45)가 상기 일방향으로 회전함에 따라 발생하는 페달 동력은 상기 제1로드(45)에 결합된 상기 제1외부휠(81)에 전달되어 상기 제1외부휠(81)이 연동하여 회전하게 된다.

그리고, 상기 제1외부휠(81)과 내부 링크가 연결된 상기 제1내부휠(82)이 회전함에 따라 상기 제1플랜지(83)가 회전하게 되면서 상기 스프로킷(71)도 회전하게 된다.

따라서, 상기 스프로킷(71)이 회전함에 따라 상기 체인(95)에 의해 연결된 상기 종동 스프로킷(97)이 회전하게 되어 상기 뒷바퀴(99)가 회전함으로써 결과적 으로 페달 동력에 의해 상기 복합 구동 자전거가 구동할 수 있게 된다.

상기 제1내부휠(82)과 상기 페달축(43)의 사이에는 별도의 베어링(미도시)이 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 제2래칫(85)은 제2외부휠(86) 및 제2내부휠(87)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제2래칫(85)의 작동은 상기 제1래칫(80)과 동일하게 이루어짐이 바람직하다.

즉, 상기 제2내부휠(87)은 상기 제2외부휠(86)이 일방향(복합 구동 자전거가 전진하도록 상기 뒷바퀴를 회전시키기 위한 방향)으로 회전할 때에만 내부 링크(미도시)가 결합되어 상기 제2외부휠(86)과 함께 회전함이 바람직하다.

그리고, 상기 제2외부휠(86)에 의한 회전력이 아닌 회전력에 의해 상기 제2내부휠(87)이 회전하게 되는 경우에는 상기 내부 링크가 해제되어 상기 제2외부휠(86)은 상기 제2내부휠(87)과 슬라이딩 회전됨이 바람직하다.

또한, 상기 제2내부휠(87)의 타측면에는 제2플랜지(88)가 형성됨이 바람직하며, 상기 제2플랜지(88)는 상기 스프로킷(71)의 타측면에 결합됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제2외부휠(86)은 상기 독립축(53)의 일단부에 형성되는 제2결합부(89)에 결합 고정됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제3 기어(153)와 상기 제4기어(55)에 의해 전달되는 상기 핸들 동력이 상기 독립축(53)을 상기 일방향으로 회전시키게 되면, 상기 제2외부휠(86)이 회전하게 되고 상기 제2내부휠(87)도 연동하여 회전하게 된다.

그리고, 상기 제2내부휠(87)이 회전함에 따라 상기 제2플랜지(88)와 연결된 상기 스프로킷(71)도 회전하게 되어, 결과적으로는 상기 스프로킷(71)이 상기 핸들 동력에 의해 회전할 수 있게 된다.

그런데, 상기 독립축(53)과 상기 페달축(43)은 각각 독립적으로 회전할 뿐만 아니라, 상기 제1래칫(80)과 상기 제2래칫(85) 또한 각각 독립적으로 회전하게 되므로, 상기 스프로킷(71)에는 상기 핸들 동력과 상기 페달 동력이 선택적으로 또는 동시에 전달될 수 있게 된다.

즉, 상기 페달 동력에 의한 상기 제1래칫(80)의 회전속도가 상기 핸들 동력에 의한 상기 제2래칫(85)의 회전속도보다 빠른 경우에는 상기 스프로킷(71)은 상기 제1래칫(80)에 의해 회전되게 된다.

그리고 이때, 상기 제2래칫(85)의 제2내부휠(87)과 제2외부휠(86)은 서로 슬라이딩 회전하게 된다.

반대로, 상기 페달 동력에 의한 상기 제1래칫(80)의 회전속도가 상기 핸들 동력에 의한 상기 제2래칫(85)의 회전속도보다 느린 경우에는 상기 스프로킷(71)은 상기 제2래칫(85)에 의해 회전하게 되며, 상기 제1래칫(80)의 제1내부휠(82)과 제1외부휠(81)은 서로 슬라이딩 회전하게 된다.

그리고, 상기 페달 동력에 의한 상기 제1래칫(80)의 회전속도와 상기 핸들 동력에 의한 상기 제2래칫(85)의 회전속도가 동일하여 1:1을 이루는 경우에는 상기 스프로킷(71)은 상기 페달 동력과 상기 핸들 동력 모두에 의해, 즉, 상기 제1래칫(80)과 상기 제2래칫(85)에 의해 회전되게 된다.

따라서, 상기 복합 구동 자전거의 주행 속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니 라, 탑승자의 다리뿐만 아니라 팔 운동의 효과도 제공할 수 있어 운동효과를 향상시킬 수 있다.

자세히, 상기 제1기어(26), 상기 제2 기어(110), 상기 제3 기어(153) 및 상기 제4기어(55)는 회전비가 1:1:1:1을 이루도록 형성됨으로써, 상기 핸들 동력으로 상기 스프로킷을 회전시키는 경우, 상기 크랭크 핸들(도 1의 13)의 1회전은 상기 스프로킷(71)의 1회전을 야기시게 된다.

그리고 이러한 경우, 탑승자가 상기 페달부(42)를 상기 크랭크 핸들(13)과 동일한 회전속도로 회전시키게 되는 경우, 상기 스프로킷(71)에는 상기 핸들 동력과 상기 페달 동력이 동시에 적용되는 것이 가능해진다.

즉, 탑승자는 직관적으로 팔과 다리의 회전 운동이 동일하도록 진행할 수 있으며, 이를 통해 용이하게 핸들 동력과 페달 동력으로 상기 스프로킷(71)을 회전시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 인체 역학적으로 자연스러운 팔 다리의 스윙동작(예를 들면, 걷거나 달릴 때 팔 다리의 스윙 동작)으로 상기 크랭크 핸들(13)과 상기 페달부(42)를 회전시킬 수 있으므로, 더욱 자연스러운 팔 다리의 운동이 가능하게 된다.

한편, 상기 페달 동력에 의한 상기 제1래칫(80)의 회전속도가 상기 핸들 동력에 의한 상기 제2래칫(85)의 회전속도보다 빠른 경우, 상기 제2래칫(85)의 제2내부휠(87)과 제2외부휠(86)은 서로 슬라이딩 회전하게 된다.

따라서, 탑승자는 작은 힘으로 상기 크랭크 핸들(도 1의 13)을 상기 페달 축(43)의 회전속도보다 느린 속도로 회전시킬 수 있을 뿐만 아니라, 역방향으로 회전시킬 수도 있게 된다.

이에 따라, 탑승자는 상기 크랭크 핸들을 돌릴 때 힘을 주는 위치를 직감적으로 선택하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 구동 자전거를 나타낸 예시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 구동 자전거의 핸들 조립체 및 동력 전달부를 나타낸 구성도.

도 3은 도 2의 핸들 조립체와 동력전달부의 결합상태를 나타낸 단면도.

도 4는 도 2의 동력전달부에 대한 사시도.

도 5는 도 1의 핸들조립체가 조향작동을 할때 핸들 스템의 중심축과 조향축 및 제2 기어의 중심축의 이동방향을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 복합구동 자전거가 직진이동을 할때(a), 우측방향으로 방향을 바꿀때(b), 좌측방향으로 방향을 바꿀때(c) 제1 동력전달부재의 상태를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 복합구동 자전거의 제2 동력전달부재의 상태를 나타낸 도면.

도 8은 도 1의 동력전달부에 구비된 하부 회전축과 페달 조립체가 결합되는 상태를 나타낸 구성도.

도 9는 도 8의 페달 조립체를 분해하여 나타낸 분해 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 핸들 조립체 11: 핸들 스템

13: 크랭크 핸들 20: 핸들 허브

21: 메인축 24: 크랭크 축

26: 제1기어 40: 페달 조립체

42: 페달부 43: 페달축

45: 제1로드 46: 제2로드

50: 페달 허브 55: 제4기어

70: 스프로킷 유닛 71: 스프로킷

80: 제1래칫 85: 제2래칫

100: 동력전달부재 110: 제2 기어

120: 제1 동력전달부재 130: 중간연결부재

140: 제2 동력전달부재 152: 하부 회전축

153: 제 3 기어

Claims (8)

1. 핸들 동력을 발생시키기 위한 크랭크 핸들과, 상기 크랭크 핸들의 회전에 의하여 회전되는 제1기어를 가짐과 동시에 앞바퀴가 조향되도록 하는 핸들 조립체;

   상기 핸들 동력과 페달에 의하여 발생되는 페달 동력을 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴에 전달하는 페달 조립체; 그리고,

   상기 핸들 조립체의 조향작동과는 무관하게 상기 핸들 동력을 상기 페달 조립체로 전달하는 동력전달부를 포함하며,

   상기 동력전달부는 상기 제1 기어와 결합된 상태에서 상기 핸들조립체에 구비된 핸들 스템의 좌우 회전방향에 따라 움직이는 제2기어와, 상기 제2기어의 움직임을 따라 길이가 가변되면서 회전하는 제1 동력전달부재와, 상기 제1 동력전달부재의 회전력을 상기 페달 조립체로 전달하기 위한 하부 회전축과, 상기 제1 동력전달부재와 연결되는 중간연결부재와, 일측은 상기 중간연결부재와 연결되고 타측은 상기 하부 회전축과 연결되는 제2 동력전달부재를 포함하며,

   상기 제1 동력전달부재는 상기 제2기어와 결합되는 제1 유니버셜 조인트, 상기 제1 유니버셜 조인트와 결합되는 내측 스플라인, 상기 내측 스플라인과 슬라이딩되면서 회전하는 외측 스플라인, 그리고 일측은 상기 외측 스플라인과 결합되며 타측은 상기 중간연결부재의 일측과 결합되는 제2 유니버셜 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.
2. 삭제
3. 핸들 동력을 발생시키기 위한 크랭크 핸들과, 상기 크랭크 핸들의 회전에 의하여 회전되는 제1기어를 가짐과 동시에 앞바퀴가 조향되도록 하는 핸들 조립체;

   상기 핸들 동력과 페달에 의하여 발생하는 페달 동력을 선택적으로 또는 동시에 뒷바퀴에 전달하는 페달 조립체; 그리고,

   상기 핸들 조립체의 조향작동과는 무관하게 상기 핸들 동력을 상기 페달 조립체로 전달하는 동력전달부를 포함하며,

   상기 동력전달부는 상기 제1 기어와 결합된 상태에서 상기 핸들조립체에 구비된 핸들 스템의 좌우 회전방향에 따라 움직이는 제2기어와, 상기 제2기어의 움직임을 따라 길이가 가변되면서 회전하는 제1 동력전달부재와, 상기 제1 동력전달부재의 회전력을 상기 페달 조립체로 전달하기 위한 하부 회전축을 포함하고,

   상기 제1 동력전달부재는 상기 제2기어와 결합되는 제1 유니버셜 조인트, 상기 제1 유니버셜 조인트와 결합되는 내측 스플라인, 상기 내측 스플라인과 슬라이딩되면서 회전하는 외측 스플라인, 그리고 상기 외측 스플라인과 결합되는 제2 유니버셜 조인트를 포함하며,

   상기 페달조립체는 상기 하부 회전축에 구비된 제3 기어와 대응되어 회전하는 제4기어와, 상기 제4기어에 결합되어 회전하는 독립축과, 상기 독립축과 독립적으로 회전하며 상기 독립축의 내측에 설치되는 페달축과, 상기 페달축에 의하여 관통되고 상기 핸들 동력 및 페달 동력에 의하여 회전하면서 상기 뒷바퀴에 회전력을 전달하는 스프로킷과, 일측은 상기 페달과 연결되고 타측은 상기 스프로킷의 일측면에 결합되어 상기 스프로킷에 상기 페달동력을 전달하는 제1 래칫과, 일측은 상기 독립축과 연결되고 타측은 상기 스프로킷의 타측면에 결합되어 상기 스프로킷에 상기 핸들동력을 전달하는 제2 래칫을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 동력전달부재는 상기 중간연결부재의 타측과 결합되는 제3 유니버셜조인트, 상기 제3 유니버셜 조인트와 결합되는 조인트 중간축, 그리고 일측은 상기 조인트 중간축과 결합되고 타측은 상기 하부 회전축과 결합되는 제4 유니버셜 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 내측 스플라인과 상기 외측 스플라인이 함께 회전함과 동시에 서로 슬라이딩되어 직선이동할 수 있도록 상기 내측 스플라인의 외주면에는 가이드 돌기가 형성되어 있고, 상기 외측 스플라인의 내주면에는 상기 돌기와 맞물리는 돌기 수용홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.
6. 제1항에 있어서,

   상기 핸들 스템의 중심이 조향축의 중심선의 연장 선상에 위치하도록 하기 위하여, 상기 핸들 조립체로부터 돌출되는 돌출 연결부, 상기 조향축으로부터 돌출되는 조향축 연결부, 그리고 상기 돌출연결부와 상기 조향축 연결부를 결합하는 고정볼트를 더 포함하는 복합구동 자전거.
7. 제6항에 있어서,

   상기 조향축을 갖는 조향 프레임과, 일측은 상기 조향 프레임에서 연장형성되고, 타측은 본체 프레임과 결합되는 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 하부에 위치하며 일측은 상기 조향 프레임에서 연장형성되고, 타측은 상기 페달 조립체와 연결되며 내부에는 상기 하부 회전축이 구비되는 하부 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.
8. 제7항에 있어서,

   상기 중간연결부재는 상기 상부 프레임을 관통하며, 상기 상부 프레임에는 상기 중간연결부재의 요동을 방지하는 연결부재 가이드가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 복합구동 자전거.

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