KR100975011B1 - 교육용 자동차 키트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교육용 자동차 키트에 관한 것으로, 더 상세하게는 고무줄의 탄성력과 벨트와 풀리를 이용하여 자동차 키트를 제작함으로써 중고생을 포함한 학생들에게 저렴한 비용으로 제작이 용이하면서도 고무줄의 탄성에너지가 차량의 주행에너지로 변환되는 과정, 풀리의 조합에 따른 변속의 개념 등을 학습시킬 수 있는 교육용 자동차 키트에 관한 것으로, 자동차의 골격을 형성하는 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 전후방에 각각 설치되는 바퀴(20)와, 상기 몸체(10)의 상부에 설치되어 바퀴(20)에 동력을 전달하는 동력전달부(30) 및 상기 동력전달부(30)에 전달되는 동력을 발생시키기 위한 것으로 고무줄(41)과 상기 고무줄(41)을 회전시키는 와인더(42)로 이루어지는 동력발생부(40)로 구성되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

고무줄, 와인더, 벨트와 풀리, 자동차

Description

교육용 자동차 키트{VEHICLE KIT FOR EDUCATION}

본 발명은 교육용 자동차 키트에 관한 것으로, 더 상세하게는 고무줄의 탄성력과 벨트와 풀리를 이용하여 자동차 키트를 제작함으로써 중고생을 포함한 학생들에게 저렴한 비용으로 제작이 용이하면서도 고무줄의 탄성에너지가 차량의 주행에너지로 변환되는 과정, 풀리의 조합에 따른 변속의 개념 등을 학습시킬 수 있는 교육용 자동차 키트에 관한 것이다.

중고생을 포함한 학생들에게 자동차에 대한 관심과 인식을 고취시킬 수 있는 자동차 키트가 개발되어 왔다.

그 예로서 대한민국 등록특허공보 제10-0683271호에는 태양열 전기 자동차 완구가 개시되어 있고, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0377211호에는 전기 자동차 키트가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0004833호에는 물 추진 자동차가 개시되어 있다.

상기 공보에 개시된 자동차 키트들은 학생들에게 다양한 에너지, 특히 대체 에너지에 대한 관심과 인식을 고취시킬 수 있는 점에서 효과적이지만, 이를 제작하기 위해서는 태양전지, 모터 또는 실린더 등이 필요하여 제작비용이 많이 소요되고, 더욱이 태양열, 전기, 수압에너지가 어떻게 변환되어 자동차가 주행할 수 있는지를 육안으로 확인할 수 없어 실질적인 학습이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 고무줄의 탄성력을 이용한 비행기 키트가 알려져 있으나, 자동차의 원리, 특히 자동차의 주행에 필수적인 변속에 대한 개념 및 원리 등을 학생들에게 학습시킬 수 없는 문제점이 있다.

이에 따라 일본국 공개특허공보 특개평11-239678호에는 변속이 가능한 자동차 키트가 개시되어 있으나, 상기 공보에 개시된 자동차 키트는 변속수단으로서 기어를 이용하고 있어 학생들이 기어를 제작할 필요가 있고, 더욱이 변속수단이 기어박스 내부로 가려져 있어 변속과정을 육안으로 확인할 수 없으며, 또한 동력원으로서 전기모터를 사용함에 따라 전기에너지가 어떻게 변환되어 자동차가 주행할 수 있는지를 육안으로 확인할 수 없어 실질적인 학습효과가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저렴한 비용으로 제작이 가능하고, 제작된 반제품을 학생들이 용이하게 조립할 수 있도록 하여 학생들에게 자동차에 대한 관심을 고취시킬 수 있는 자동차 키트를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 동력원으로서 고무줄을 이용하고, 동력전달기구로서 벨트와 풀리를 채택함으로써 학생들에게 고무줄의 탄성에너지가 차량의 주행에너지로 변환되는 과정 및 자동차의 변속의 개념과 그 원리를 학습시킬 수 있는 자동차 키트를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 주행도로의 경사각에 따른 자동차의 특성을 파악할 수 있는 자동차 키트를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자동차 키트는 자동차의 골격을 형성하는 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 전후방에 각각 설치되는 바퀴(20)와, 상기 몸체(10)의 상부에 설치되어 바퀴(20)에 동력을 전달하는 동력전달부(30) 및 상기 동력전달부(30)에 전달되는 동력을 발생시키기 위한 것으로 고무줄(41)과 상기 고무줄(41)을 회전시키는 와인더(42)로 이루어지는 동력발생부(40)로 구성되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명은 경사각에 따른 자동차의 주행 특성을 파악할 수 있는 경사대를 더 포함하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 키트는 고무줄과 벨트와 풀리 등을 사용하여 제작함으로써 저렴한 비용으로 제작이 가능하고, 제작된 반제품을 학생들이 용이하게 조립할 수 있어 학생들로 하여금 자동차에 대한 관심을 고취시킬 수 있다.

또한 본 발명은 동력원으로서 고무줄을 사용함으로써 고무줄의 탄성에너지가 자동차의 주행에너지로 변환되는 과정을 육안으로 확인할 수 있고, 고무줄에 축적되는 탄성에너지의 정도에 따라 자동차의 속도 변화를 확인할 수 있어 학습효과를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 동력전달기구로서 벨트와 풀리를 사용함으로써 동력전달기구에 대한 이해를 높일 수 있고, 동일한 입력에너지에 대하여 풀리의 조합을 달리함에 따른 자동차의 속도 변화를 측정함으로써 변속의 개념을 학생들에게 학습시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 경사대를 이용하여 평지와 경사로에서의 자동차의 주행 특성을 비교할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시형태를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차 키트는 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차의 골격을 형성하는 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 전후방에 각각 설치되는 바퀴(20)와, 상기 몸체(10)의 상부에 설치되어 바퀴(20)에 동력을 전달하는 동력전달부(30) 및 상기 동력전달부(30)에 전달되는 동력을 발생시키기 위한 것으로 고무줄(41)과 상기 고무줄(41)을 회전시키는 와인더(42)로 이루어지는 동력발생부(40)로 구성된다.

몸체(10)는 자동차의 골격을 이루는 부분으로 후술하는 바퀴(20)와 동력전달부(30) 및 동력발생부(40)가 장착되고, 이들 부품들이 설치될 수 있도록 그 상부에 다수의 고정대(11)가 돌출 형성된다. 상기 고정대(11)에는 차축 또는 동력전달축 등이 삽입될 수 있는 축구멍이 형성된다. 상기 몸체(10)는 동력전달부(30)와 동력발생부(40) 등이 장착되어 충분한 구조적 강도를 가질 필요가 있으므로 그 재질로서 하드보드, 합성수지 또는 알루미늄과 같은 금속을 선택하는 것이 바람직하다. 몸체(10)의 재질은 그 상부에 장착되는 부품의 무게, 자동차 키트의 크기 등을 고려하여 다양한 형태로 변경할 수 있으나 가능한 제작이 용이하고 무게가 가벼운 재질을 선택하는 것이 바람직하다.

상기 몸체(10)의 전후방 양측에는 각각 바퀴(20)가 설치되는데, 몸체(10)의 상부에 돌출 형성된 고정대(11)에 차축(21)을 설치하고 상기 차축(21)의 양단에 바퀴(20)가 결합된다. 바퀴(20)는 디스크와 타이어로 이루어지고, 디스크는 경량화를 위하여 목재 또는 합성수지재로 구성하고, 타이어는 고무로 구성하는 것이 바람직 하다. 한편, 전후의 차축(21) 중 구동축에는 후술하는 동력전달부(30)로부터 바퀴(20)에 회전력을 전달하기 위하여 베벨기어(25)가 장착된다.

동력전달부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 동력발생부(40)와 연결되는 제1구동축(31)과, 상기 바퀴(20)에 회전력을 전달하는 제2구동축(32)과, 상기 제1, 2구동축(31, 32)에 각각 구비되어 서로 다른 크기를 갖는 다수의 풀리(33)와, 상기 제1, 2구동축(31, 32)의 풀리(33)에 걸쳐지는 벨트(34)로 구성되는데, 제2구동축(32)의 끝단에는 베벨기어(25)가 구비되어 구동축의 차축(21)에 구비된 베벨기어(25)와 서로 수직으로 맞물리게 설치된다.

상기와 같이 구성되는 동력전달부(30) 중 제1, 2구동축(31, 32)에 구비되는 풀리(33)의 조합에 의해 변속이 이루어진다. 그 예로서 도 4에는 A, B, C의 3단 변속의 예를, 도 5에서는 5단 변속의 예를 도시하였는바, 벨트(34)의 위치를 변경함으로써 변속을 할 수 있게 된다.

이때 학생들에게 변속에 대한 개념을 보다 확실히 인식시키기 위해서 제1구동축(31)과 제2구동축(32)에 구비된 풀리(33) 중 가운데 풀리는 그 직경을 서로 동일하게 하고, 그 양측의 풀리 중 일측은 가운데 풀리의 직경보다 일정비율 만큼 크게 2단 이상으로 형성하고, 타측은 가운데 풀리의 직경보다 일정비율 만큼 작게 2단 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 제1구동축(31)과 제2구동축(32)에 설치된 풀리의 직경이 동일한 경우 제1구동축(31)과 제2구동축(32)의 회전수가 동일하여 동력발생부(40)의 회전이 그대로 바퀴로 전달되어 동력발생부(40)에서 발생되는 에너지 정도에 따라 자동차의 주행속도의 변화를 육안으로 관측할 수 있으며, 더 나 아가 발생에너지, 구동축에 작용하는 힘, 자동차의 주행속도 등의 관계를 분석하여 봄으로써 입력에너지가 자동차의 주행에너지로 변환되는 과정을 체계적으로 학습할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가운데 풀리의 외측에 설치되는 풀리의 직경을 가운데 풀리의 직경보다 일정비율 만큼 크거나 작게 2단 이상으로 형성함으로써 제1구동축(31)의 풀리의 직경이 커지는(작아지는) 즉 제2구동축(32)의 구동축의 풀리의 직경이 작아지는(커지는) 구간에서 각각 자동차의 속도 및 자동차 경사로에 있어서의 주행능력의 변화 등을 알 수 있는 효과가 있다. 더 나아가 풀리(33)의 직경비가 달라짐에 따라 자동차의 구동축, 자동차의 바퀴에 미치는 힘을 분석함으로써 자동차의 주행속도와 자동차의 바퀴에 작용하는 힘의 관계 등을 알 수 있어 학생들에게 변속의 개념을 보다 확실하게 학습시킬 수 있으며, 이로부터 중력이 작용하는 경사로에서 자동차의 속도를 크게 하지 못하는 이유 등 자동차의 특성을 학습시킬 수 있는 효과가 있다.

한편 도 4 및 도 5에서는 풀리를 여러 개의 단을 가지는 것으로 형성되어 있으나, 원뿔 형상의 풀리를 채택하여 연속적으로 변속할 수 있도록 변경할 수도 있고, 치차열 등 다른 동력전달기구로 변경할 수 있음은 물론이다.

동력발생부(40)는 상기 동력전달부(30)의 제1구동축(31)의 일단과 연결되는 고무줄(41)과, 상기 고무줄(41)의 타단과 연결되는 와인더(42)로 구성된다. 이때 제1구동축(31)과 와인더(42)의 끝단은 각각 고무줄(41)이 쉽게 장착될 수 있도록 고리(43)를 형성하여 실시될 수 있다. 상기 와인더(42)의 손잡이는 고무줄(41)을 쉽게 감을 수 있도록 와인더(42)의 축으로부터 반경방향으로 일정간격 이격되게 설 치하는 것이 바람직하다. 또한 필요에 따라서 감긴 고무줄(41)이 풀리지 않도록 고정하는 스토퍼(미도시)를 설치할 수도 있다.

동력발생부(40)를 상기와 같이 구성함으로써 전기 또는 태양열을 이용하는 것과는 달리 와인더(42)의 회전수 즉 고무줄에 축적되는 에너지와 자동차의 주행 속도와의 관계를 직접 시각적으로 확인할 수 있고, 자동차의 속도, 거리 등을 측정하여 입력에너지와 출력에너지의 관계를 비교함으로써 고무줄의 탄성에너지가 자동차의 주행에너지로 변환되는 과정을 학습할 수 있는 효과가 있다.

한편, 평지와 경사로에서의 주행 특성을 비교하여 학습할 수 있도록 경사대(50)를 더 포함하여 실시할 수 있다. 경사대(50)는 도 6에 도시된 바와 같이 경사로를 형성하는 경사판(51)과, 상기 경사판(51) 저면에 형성되는 다수의 안착홈(52) 및 상기 안착홈(52)에 삽입되어 대략 수직으로 세워지는 지지대(53)로 구성된다. 이러한 경사대(50)는 지지대(53)의 끝단이 걸리는 안착홈(52)의 위치에 따라서 경사로가 이루는 각도가 달라지므로 일정한 각도를 갖는 경사로를 쉽게 만들 수 있는 장점이 있다.

상기 경사판(51)의 측면에는 눈금을 표시하는 것이 바람직하다. 이에 따라 자동차의 주행 특성을 학습할 때 별도의 줄자를 구비할 필요 없이 스톱워치만을 준비함으로써 자동차의 속도와 거리를 측정할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 동력발생부(40)의 와인더(42)를 이용해 장착된 고무줄(41)을 적정 횟수로 감아 고정한 다음, 평지 또는 경사로에 차체를 위치시키고, 와인더(42)의 고정을 해제하면 고무줄(41)의 탄성 복원력에 의해 감긴 역방향으로 풀리면서 제1구동축(31)을 회전시킨다. 제1구동축(31)이 회전되면 장착된 다수의 풀리(33) 중에서 벨트(34)가 연결된 풀리(33)를 통해 제2구동축(32)으로 회전력이 전달되고, 제2구동축(32)의 회전은 끝단에 구비되는 베벨기어(25) 및 이에 맞물리는 베벨기어(25)를 회전시키게 되므로 차축(21)이 회전되어 바퀴(20)가 회전된다.

이에 따라 학생들은 스톱워치(미도시)를 준비하여 자동차가 이동한 거리 및 걸리는 시간을 측정함으로써 와인더(42)의 회전수 즉 축적되는 고무줄의 탄성에너지에 따라 자동차의 주행 속도가 어떻게 달라지는지를 육안으로 확인할 수 있고 또한 이를 분석하여 고무줄의 탄성에너지, 구동축에 작용하는 힘, 구동축의 회전수 및 자동차의 속도 등의 관계를 알 수 있고, 동일한 에너지라도 벨트(34)의 위치, 즉 제1구동축(31)과 제2구동축(32)의 풀리(33)의 직경의 비에 따라 차량의 속도변화를 측정할 수 있고 이를 통해 자동차의 변속에 대한 개념 및 원리를 이해할 수 있게 된다.

마찬가지로 경사로에서 와인더(42)의 회전수 즉 축적되는 고무줄의 탄성에너지에 따라 자동차의 주행속도를 측정함으로써 경사각에 따른 중력의 영향을 알 수 있고, 제1구동축과 제2구동축의 직경의 비에 따라 자동차의 주행속도 등이 어떻게 변화되는지 알 수 있으며, 또한 자동차의 입력에너지, 자동차의 주행속도 등으로부터 제1구동축과 제2구동축에 작용하는 힘 등을 계산하여 분석함으로써 속도가 작은 경우 바퀴에 전달되는 힘이 크게 되어 경사로를 효율적으로 주행할 수 있고 경사각에 따른 자동차의 주행능력 등을 확인할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 고무동력기의 일예를 보인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트의 실시형태를 보인 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트의 실시형태를 보인 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트 중 동력전달부의 실시형태를 보인 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트 중 동력전달부의 다른 실시형태를 보인 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트 중 경사대의 실시형태를 보인 측면도,

도 7은 본 발명에 따른 교육용 자동차 키트 중 경사대의 사용 예를 보인 사용상태도이다.

[도면의 주요부위에 대한 부호의 설명]

10: 몸체 11: 고정대

12: 커버 20: 바퀴

21: 차축 25: 베벨기어

30, 30': 동력전달부 31: 제1구동축

32: 제2구동축 33: 풀리

34: 벨트 40: 동력발생부

41: 고무줄 42: 와인더

43: 고리 50: 경사대

51: 경사판 52: 안착홈

53: 지지대

Claims (5)

1. 교육용 자동차 키트에 있어서,

   차량의 골격을 형성하는 몸체(10)와;

   상기 몸체(10)의 전후방에 각각 설치되는 바퀴(20)와;

   상기 몸체(10)의 상부에 설치되어 바퀴(20)에 동력을 전달하는 동력전달부(30) 및;

   상기 동력전달부(30)에 전달되는 동력을 발생시키기 위한 것으로 고무줄(41)과 상기 고무줄(41)을 회전시키는 와인더(42)로 이루어지는 동력발생부(40)로 구성되며,

   상기 동력전달부(30)는 동력발생부(40)와 연결되는 제1구동축(31)과; 상기 바퀴(20)에 회전력을 전달하는 제2구동축(32)과; 상기 제1, 2구동축(31, 32)에 각각 구비되어 서로 다른 크기를 갖는 다수의 풀리(33)와; 상기 제1, 2구동축(31, 32)의 풀리(33)에 걸쳐지는 벨트(34)로 구성된 것을 특징으로 하는 교육용 자동차 키트.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1구동축(31)과 제2구동축(32)에 구비된 풀리(33) 중 가운데 풀리는 그 직경을 서로 동일하게 하고, 그 양측의 풀리 중 일측은 가운데 풀리의 직경보다 일정비율 만큼 크게 2단 이상으로 형성하고, 타측은 가운데 풀리의 직경보다 일정비율 만큼 작게 2단 이상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 교육용 자동차 키트.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   자동차가 주행하는 면으로서 일정 각을 형성하는 경사대(50)가 더 부가된 것을 특징으로 하는 교육용 자동차 키트.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 경사대(50)는 경사로를 형성하는 경사판(51)과, 상기 경사판(51) 저면에 형성되는 다수의 안착홈(52) 및 상기 안착홈(52)에 삽입되어 대략 수직으로 세워지는 지지대(53)로 구성된 것을 특징으로 하는 교육용 자동차 키트.

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