KR101036096B1

KR101036096B1 - 운동용 자전거

Info

Publication number: KR101036096B1
Application number: KR1020100011222A
Authority: KR
Inventors: 최장원
Original assignee: 최장원
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-05-19

Abstract

본 발명은 페달을 굴려 바퀴를 회전시키면 외부에서 자전거를 타는 것과 같이 중심이동 및 좌우 이동이 이루어지며 또한 언덕길과 평지 등을 주행하는 것처럼 느껴져 지루함과 단순함을 방지하고 외부에서 자전거를 타는 느낌을 갖도록 하여 운동력을 증대시킬 수 있도록 한 운동용 자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 운동용 자전거는, 폭보다 길이가 긴 사각형 형상으로 이루어지고, 후부에는 서로 마주보는 형태로 한쌍의 샤프트지지플레이트가 구비되고 양측 테두리에는 각각 안전바가 구비된 베이스프레임, 샤프트 지지플레이트 사이에 설치된 제1스플라인축을 중심으로 상기 베이스프레임의 양측에서 상,하 운동가능하게 설치된 리프트프레임과, 상기 리프트프레임의 중간부분을 연결시켜 주는 판상부재(발판)를 포함하여 이루어진 상하회전부재 상부에는 상기 자전거의 뒤축프레임을 탈,장착 가능하게 지지하여 좌우로 회전가능하게 하며, 상기 자전기의 페달로부터 발생된 회전력을 전달하는 수직동력전달수단 상기 샤프트 지지플레이트 사이에 설치된 한쌍의 가이드바(샤프트)를 따라서 상기 수직동력전달수단이 길이방향을 따라 좌우로 움직이게 하는 좌우슬라이딩수단 상기 수직동력전달수단과 등을 이용한 회전동력을 자전거 전륜과 맞닿은 롤러를 회전시켜 자전거의 전륜을 회전시켜 주는 전륜회전수단 프로그램등 기타 소프트웨어 및 Solution을 이용하여 로드맵에 따라 상기 리프트 프레임을 상,하로 승강시켜주며, 내리막길 효과도 함께 할 수 있는 상기 수직동력전달수단 상기 좌우슬라이딩수단 상기 전륜회전수단 및 상기 승강수단을 콘트롤하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어진 구조이다.

Description

운동용 자전거{Exercise Bike}

본 발명은 운동용 자전거에 관한 것으로, 실외에서 타는 자전거의 효과를 그대로 실내에서도 느끼면서 운동할 수 있도록 한 운동용 자전거에 관한 것이다.

일반적으로 현대인들은 최근 건강에 관심이 높아지면서 다양한 형태의 운동을 하고 있으며, 특히 실내에서는 하체를 단련시키기 위하여 운동용 자전거를 많이 이용하고 있다.

통상의 자전거는 페달의 힘으로 후륜을 회전시키고, 중심을 잡을 수 있는 핸들과 연결된 전륜이 회전함으로 중심을 유지하며 전진하는, 이동수단과 함께 전신운동이 되는 훌륭한 기구이다.

하지만, 종래의 운동용 자전거는 안장에 앉은 상태에서 페달만 구동하도록 하여 사용자가 쉽게 지루함과 단순함을 느낄 수 밖에 없었으며, 하체만 단련시키는 운동 효과밖에 없었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 통상의 자전거 후륜을 탈거한 후 본 발명품에 부착하여 사용하는 것으로, 페달을 회전력을 여러단계의 동력전달과정을 통하여 전륜부 밑 롤러를 회전시켜며, 핸들과 연결된 전륜이 진행방향으로 회전하여 중심을 유지할 수 있는 원리로써 운동자가 실제 주행하는 것처럼 느끼게 하여 지루함과 단순함을 방지하고 전신운동과 함께 운동력을 증대시킬 수 있도록 한 운동용 자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 실현하기 위하여 실제 사용하는 통상적인 자전거의 후륜만 탈거하여 본 발명품에 부착한 후 사용함으로써 자전거를 타는 현실감과, 다양한 종류의 자전거를 사용할 수 있도록 하였고,

페달의 회전력을 여러 단계의 동력 전달 과정을 거쳐 전륜을 회전시켜 중심을 유지할 수 있도록 하였으며,

중심유지 및 운동의 난이도를 조절하기 위하여 부착된 자전거 후미부분을 중심으로 상, 하, 좌, 우, 회전을 할 수 있는 구조로 하였다.

본 발명품은 베이스 프레임과,

후미부의 좌, 우 이동 부분,

전륜부의 상승, 하강부분,

상, 후, 좌, 우, 회전과 수직으로 동력을 전달 할 수 있는 유니버셜조인트부분,

후륜을 제거한 자전거 프레임을 부착할 수 있는 뒷축부분,

기타 전기, 전자 등을 용용한 컨트롤 부분으로 구분할 수 있다.

사각형 형태의 베이스 프레임과, 안전을 위한 좌, 우측 안전 바가 베이스 프레임과 하나의 구조를 이루고 있으며, 베이스 프레임 후미부분에는 자전거의 후미부분을 좌, 우로 이송시키기 위하여 가이드 바 및 스크류 축, 스플라인을 지지하는 한쌍의 지지브라켓이 마주보고 있다.

가이드 바를 감싸고 있는 부싱은 작동판과 연결되어 있으며, 가이드 바와 평행하게 배치된 스크류 축 너트와 조합된 스크류 축을 좌우이송모터가 벨트를 이용하여 회전시킴으로써 스크류 축 너트와 가이드바를 감싸고 있는 부싱과 연결된 작동판이 좌,우로 이송하게 되고, 결국은 자전거 후미부분이 좌, 우로 이송하게 되어있다.

스플라인은 작동판이 좌, 우로 이송하는 과정에서 페달의 회전력을 전륜부분 롤러로 전달하기 위하여 가이드 바와 평행하게 배치되어 있으며, 스플라인 축 중심점이 전륜부 상승 시 리프트 프레임 회전의 중심점이 되는 것이다.

스플라인축의 다른 편 말단 부분에는 엔코더가 부착되어 회전수를 측정하게 되며 여기서 발생된 펄스신호는 이것은 다양한 프로그램과 연결되는 기본값으로 사용하게 된다.

수직으로 전달된 회전동력을 헬리컬 기어와 스플라인 너트가 결합된 하나의 부품형태인 헬리컬기어에 의하여 다시 회전동력 방향이 수직에서 가이드 바 방향과 평행한 형태의 수평방향으로 동력을 전환되며, 스플라인 축을 사용함으로 인하여 작동판의 좌, 우 이송과 페달의 회전동력을 전륜으로 전달시키는 것을 모두 가능하도록 하였다.

또한 한쪽방향으로만 동력을 전달하는 라쳇기어가 내장된 스프라킷을 스플라인 축에 부착하고 베이스프레임에 고정된 구동모터와 체인으로 연결하여 구동모터를 구동시켜 페달축을 회전시키지 않아도 스플라인축이 회전되므로 내리막길의 효과를 낼 수 있다.

측면 프레임은 자전거가 언덕을 올라갈 때의 느낌을 주기 위한 것으로 스플라인축을 중심으로 하여 회전하게 되고, 전륜과 맞 닿은 롤러부분이 상승됨으로써 전륜부가 상승된다.

베이스 프레임에 부착된 실린더와 리프트 프레임과 연결된 링크로 구성된 측면프레임의 상승,하강구조는 운동의 난이도를 조정할 수 있다.

스플라인축으로부터 회전력을 받아 헬리컬 기어와 회전축로 구성된 동력전달과정을 거쳐 전류부와 맞닿아 있는 롤러를 회전시키게 되는 것이며, 롤러가 회전함을로써 통상적으로 자전거 진행방향으로 전륜이 회전되어 중심유지가 가능한 것이다.

측면프레임과 결합되어 있는 롤러에는 영구자석, 전자석, 전도성 디스크로 구성된 와전류 브레이크 장치가 부착되어 있으며, 롤러는 플라이휠 역할도 한다.

측면프레임이 상승되면 영구자석과 전도성 디스크로 구성된 와전류 브레이크가 동작되어 상승 각도에 따라 자동으로 제동력이 가해지는 구조를 가지고 있으며, 측면프레임이 수평인 상태에서도 또 하나의 영구자석과 전도성 디스크로 구성된 와전류 브레이크로 운동의 난이도를 운동자가 조정할 수 있도록 되어있다. 전자석과 전도성 디스크로 구성된 와전류 브레이크는 전기 전자적으로 제어하기 위하여 부착되었다.

전륜은 롤러위에서 회전하게 되며 과도하게 좌, 우로 이동하게 되어 롤러를 이탈 하게 될 수 있는 관계로 이탈방지용 가이드 롤러를 회전 롤러 말단부에 회전 롤러와 직각 방향으로 설치하여 전륜이 롤러에서 이탈되는 것을 방지한다.

중심 유지와 전륜부 상, 하 작동, 그리고 페달의 회전력을 전달하기 위한 좌, 우, 상, 하, 회전동작을 모두 수용하기 위해서 2중으로 된 유니버셜 조인트 구조를 가지며, 외곽의 유니버셜 조인트 중심부로 관통하여 동력을 전달하는 동력전달용 유니버셜조인트를 구성하였다. 외곽의 유니셜조인트는 통상의 유니버셜조인트 십자베어링에 해당되는 부품을 도넛형태의 사각 링 구조로 제작하고, 사각 링 내부로 관통하여 동력전달용 축이 회전하며, 외곽 유니버셜조인트 하단부에는 베어링이 부착되어 자전거의 상,하,좌,우 회전동작과 페달의 동력전달을 모두 가능하도록 하였다.

외곽 유니버셜 조인트에는 각도센서를 부착하여 평면도상 사전거의 전륜부분 진행방향과 각도에 따라 후미부분을 좌,우 이송시키며, 측정된 좌우방향, 좌우각도, 자전거의 속도와의 상관관계에 따라 자전거 후미의 좌,우 방향과, 이송량, 이송속도가 결정된다.

뒷축부분은 통상의 기술로 제조, 판매되는 리어허브( Rear Hub)를 사용하며, 리어허브의 스포크를 지지하는 최 외경에 키 홈을 만들고, 리어허브(Rear Hub)의 스포크를 지지하는 최 외경과 동일한 규격의 내경과 키홈을 가진 프랜지를 제작하여 플랜지 속으로 리어허브와 철(凸)형태의 키를 삽입하여 조립한다. 조립 후 키와 플랜지를 용접하여 결합하면, 리어허브(Rear Hub)와 플랜지가 결합된 하나의 부품형태("뒷축"이라칭한다)로 완성된다, 역시 통상의 기술로 제조 판매되는 브레이크용 디스크와 다단의 스프로킷도 뒷축의 양단에 조립한다. 뒷축 플랜지 외경에는 베어링과 증속용 기어가 부착되며, 베어링은 베어링 하우징이 고정하고 있고,베어링 하우징은 지지프레임이 고정하고 있다. 지지프레임 상단 부는 통상적인 자전거의 Seat Stay Tube에 고정시켜 자전거가 스스로 위치를 유지하도록 한다.

뒷축 플랜지 외경에는 부착된 증속용 기어는 실제 평지에서와 같은 속도감을 유지하기 위한 것과 회전방향 변경에 필요하다.

삭제

증속시킨 회전력의 방향을 수직방향으로 바꾸기 위하여 헬리컬 기어를 사용하며, 이 회전동력은 유니버셜 조인트 구조를 통과하여 하단부 스플라인으로 전달된다.

회전동력 전달은 페달축의 회전이 체인으로 인하여 다단 스프로킷에 전달되며 다단스프로킷과 동일 축으로 구성된 플랜지 외경에 부착된 제 1기어와 맞물린 제 2기어에 의하여 증속효과 및 회전방향이 변경되며, 제 2 기어와 동일 축 상에 쌍으로 있는 헬리컬기어에 의하여 증속된 회전동력은 수직방향으로 전환된다. 수직방향의 회전동력은 유니버셜조인트와 커플링으로 조합된 축에 의하여 각도에 관계업이 회전력을 전달하며 다시 헬리컬 기어와 스플라인너트와 결합하여 하나의 부품 형태인 헬리컬 기어에 동력을 전달하여 수직방향에서 가이드 바와 평행인 수평방향으로 위치한 스플랑니축을 회전시키게 된다. 스플라인 축 일단의 헬리컬기어에 의하여 수평방향에서 전,후 방향으로 다시 회전방향이 전환되며, 전,후방향의 회전축에 부착된 헬리컬기어와 각 롤러 말단부에 부착된 헬리컬 기어에 의하여 각각의 롤러가 전,후 방향에서 다시 가이드 바와 수평방향으로 회전방향이 전환되어 롤러가 회전하게 되는 것이다. 물론 전, 후방향 회전축에서는 자전거 휠베이스 거리에 따른 길이 조정이 가능하도록 스플라인(제 2 스플라인)이 부착되어 있으며, 가이드 바와 수평인 스플라인(제1스플라인)에는 라쳇기어가 내장된 스프로킷이 부착되어 있으며 베이스 프레임이 부착된 구동모터와는 체인으로 서로 연결되어 있다.

본 발명품의 구조는 통상적인 자전거의 뒷바퀴를 탈거한 후 부착하는 방식을 특징으로 하며, 이로 인하여 자전거 변속 및 브레이크작동이 가능하다.

또한 2중 구조의 유니버셜 조인트와 외곽 유니버셜조인트 하부에 베어링이 결합된 구조로 자전거 중심유지 및 전륜의 상승, 하강에 필요한, 좌, 우, 상, 하, 회전 및 동력전달이 가능한 구조의 특징을 가진다.

또한 전륜을 회전시켜 중심유지를 할 수 있으며, 중심 유지 시 필요한 전륜의 좌, 우 회전방향에 따라 후미부분도, 좌, 우로 자동으로 이송되는 것을 특징으로 한다.

또한 전륜을 상승,하강시키거나, 운동자가 수동으로 와전류 브레이크를 작동시킴으로서 운동의 난이도를 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한 구동모터를 이용한 내리막길 효과를 낼 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 응용프로그램 등를 이용하여 프로그램을 직접 설정하거나 기 작성된 프로그램에 의하여 운동할 수 있으며, 인터넷 등과 연계된 다양한 프로그램 구현을 위하여 전기, 전자적인 콘트롤 기반을 특징으로 한다.

또한 회전동력의 방향전환기어는 헬리컬 기어 결합인 것을 특징으로 한다.

또한, 좌우, 상하 각도센서와 회전센서가 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 전륜이 롤러 밖으로 이탈되지 않도록 가이드 롤러가 부착된 것을 특징으로 한다.

또한 후미부분의 좌, 우 이송방법은 가이드 바와 부싱을 그리고 스크류 축과 스크류 너트, 좌,우 이송모터와 스크류 축을 벨트를 이용하여 연결하며, 이송량과 이송속도는 자전거의 속와 자전거 후미축을 기준으로 전류부의 좌,우방향, 좌,우각도를 기준을 하는 것을 특징으로 한다.

또한 스크류 축과 좌우 이송모터는 벨트로 연결하며, 스플라인축과 구동모터는 라쳇기어가 내장된 스프로킷을 이용하여 체인으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

또한 전륜과 맞닿은 롤러는 와전류브레이크를 이용하는 것을 특징으로 한다.

측면프레임의 회전 중심점은 스플라인 축의 중심으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어수단은 시각효과를 높이기 위한 디스플레이 및 청각효과를 높이기 위한 사운드, 인공풍향을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 실외에서 중심을 유지하며 자전거를 타는 것과 동일한 느낌을 갖게 하며, 많은 소프트웨어 접목으로 다양한 형태의 운동 형태를 만들어 재미있게 운동하며, 운동효과도 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 운동용 자전거의 전체 구성을 개략적으로 보여주기 위한 정면도 및 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 내부구성을 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 측면을 나타낸 개략도.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 뒷축부를 나타낸 측단면도 및 평단면도.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 제1 유니버셜조인트를 나타낸 측면도 평면도.
도 6은 본 발명의 제 1 유니버셜조인트를 나타낸 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 좌,우슬라이딩수단을 나타낸 평면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 전륜회전수단을 나타낸 측단면도 및 평면도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 측면 프레임 승강수단의 구성을 개략적으로 도시한 평면도 및 정면도.
도 10은 본 발명에 따른 브레이크수단을 나타낸 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 승강수단의 작동 상태를 개략적으로 도시한 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 운동용 자전거의 전체 구성을 개략적으로 보여주기 위한 정면도 및 평면도이며 도 2는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 내부구성을 설명하기 위한 개략도이고 도 3은 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 측면을 나타낸 개략도이며 도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 뒷축부를 나타낸 측단면도 및 평단면도이고 도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 수직동력전달수단의 제1 유니버셜조인트를 나타낸 측면도 평면도이며 도 6은 본 발명의 제 1 유니버셜조인트를 나타낸 실시예이고 도 7은 본 발명에 따른 좌,우슬라이딩수단을 나타낸 평면도이며 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 전륜회전수단을 나타낸 측단면도 및 평면도이고 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 승강수단의 구성을 개략적으로 도시한 평면도 및 정면도이며 도 10은 본 발명에 따른 브레이크수단을 나타낸 측면도이고 도 11은 본 발명에 따른 승강수단의 작동 상태를 개략적으로 도시한 개략도이다.여기서, 도면부호 "C"는 통상의 기술로 제작되는 자전거를, "RF"는 자전거의 뒤축프레임을, "FW"는 전륜을, "P"는 패달을 각각 나타낸다.

본 발명에 따른 운동용 자전거는, 통상의 기술로 제작되는 자전거(C)에서 후륜을 탈거하여 이용할 수 있도록 한 것이다. 물론, 본 발명은 이러한 종래의 자전거(C)를 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 운동용 자전거는 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 자전거(C), 사각형 형상의 베이스프레임(100), 이 베이스프레임(100)의 위에 덮혀서 상하로 움직일 수 있게 설치되는 상하회전부재(200), 페달(P)의 회전력을 전달하는 수직동력전달수단(300), 자전거(C)의 후미를 좌우로 움직이게 하기 위한 좌,우슬라이딩수단(400), 전륜(FW)을 회전시켜 주기 위한 전륜회전수단(500), 오르막길 효과를 내기 위한 승강수단(600), 운동강도를 조절하는 브레이크수단(650), 상기 모든 수단을 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 구성된다.

이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

베이스프레임(100)은 사각형 형상으로 이루어지며, 바람직하기로는 자전거(C)를 수용할 수 있는 크기로 형성된다. 특히, 베이스프레임(100)은 후부에 서로 마주보는 형태로 한 쌍의 지지브라켓(110a,110b)이 구비되어 있다. 그리고, 운동자를 기준으로 좌,우측에는 운동 중 안전사고를 방지할 수 있도록 안전 바(120)가 구비되어 있다.

상기 상하회전부재(200)는 지지브라켓(110a, 110b)의 양측 제1스플라인축(230)을 중심에 설치되는 한쌍의 측면프레임(210a,210b)과, 이들 측면프레임(210a,210b)을 일정한 간격을 유지하면서 동시에 상하로 움직일 수 있게 해 주는 판상부재(발판)(220)를 포함하여 구성된다.

즉, 한 쌍의 측면프레임(210a,210b) 일측단부에는 상기 제 1스플라인축(230)의 양측끝단부에 연결되어 상기 제 1 스플라인축(230)을 기준점으로 상,하 회전하는 것으로 이때 회전시 제 1 스플라인축(230)의 회전과 측면프레임(210a,210b)의 회전이 서로 간섭되지 않도록 측면프레임(210a,210b)과 제 1 스플라인축(230)이 연결되는 부분에는 연결베어링으로 설치되어 연결결합되는 것이 바람직하다. 이렇게 측면프레임(210a,210b)을 상하 회전시키는 동력장치는 후단에 설명할 승강수단(600)에 의해 측면프레임(210a,210b)이 회전된다. 상기 측면프레임(210a,210b) 앞쪽 상측면에는 운동자가 운동 중 전류(FW)가 좌우로 이동시 회전롤러(510)밖으로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 회전되는 구조의 이탈방지롤러(211a,211b)가 구비되는 것에 바람직하다.

그리고, 판상부재(220)는 이들 측면프레임(210a,210b)의 중간부분에 볼트와 같은 체결수단 또는 용접과 같은 융착수단에 의해 고정된다. 이는 측면프레임(210a,210b)의 승강작용에 따른 좌우측 측면프레임(210a,210b)이 동일하게 승강하는것과 운동자가 발판으로 사용하기 위함이다. 판상부재(220) 밑 공간은 실린더(610), 구동모터(720) , 좌,우 이송 모터, 컨트롤 회로공간이다.

수직동력전달수단(300)은, 페달(P)에 의해 발생된 회전력을 수직으로 전달하는 것으로 도2 ,도 3, 5a , 5b에 도시된 바와 같이 좌, 우, 상, 하, 회전되는 구조의 제1 유니버셜조인트(330)속에 도넛형태의 부재인 사각링(330-1) 중시부로 관통하여 제 2 유니버셜 조인트(340)와 커플링으로 구성된 축이 동력을 전달하게 되며 회전축의 각도와 곤계없이 회전동력을 전달하게 된다.
이러한 수직동력전달수단(300)은, 제 1 스플라인축(230)의 상부에 위치하도록 좌,우슬라이딩수단(400)에 설치된 작동판(420)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 작동판(420)위에는 제 1 유니버셜조인트(330)가 베어링(311)의 지지를 받아 회전가능하도록 설치된다. 상기 베어링(311)은 스러스트베어링으로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제 1축부(320)의 하단에는 헬리컬기어(321)가 구비되며, 이 헬리컬기어(321)는 상기 제 1 스플라인축(230)의 슬라인 너트와 헬리컬기어가 하나의 부품형태로 이루어고 있는 헬리컬기어(231)와 치합된다.

또한, 상기 제1축부(320)는 상단은 제2 유니버셜조인트(340), 커플링(341), 제2유니버셜조인트(340)의 순서로 조립되며 유니버셜 조인트의 회전각도에 따른 축 길이의 변화를 커플링(341)이 조절한다. 그리고, 제2유니버셜조인트(340)의 상부에는 제2축부(350)가 연결된다.

제2축부(350)의 상부에는 헬리컬기어(351)가 구비되어 있으며, 이 헬리컬기어(351)는 제 2기어(370)와 동일 축에 위치한 또 다른 헬리컬기어와 치합하여 방향전환용도로 사용된다.

뒷축(360)는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 후륜을 탈거한 자전거(C)의 후륜 축 분이 장착되는 곳으로 통상의 기술로 제조, 판매되는 리어허브(Rear Hub)(360-2)의 스포크를 지지하는 부분 외경에 키 홈을 만들고, 리어허브(360-2)의 스포크를 지지하는 부분의 외경과 동일한 내경을 가진 플랜지(360-1)를 제작하고, 플랜지 내부에는 리어허브(360-2)에 만든 키와 동일한 규격과 동일한 위치로 키홈을 만들게 된다. 리어허브(360-2)에 만든 키 홈에 철(凸)형태의 키(360-3)를 조립한 후 플랜지 내경에 키 홈에 위치르 맞추어 삽입조립한다. 키와 플랜지는 서로 용접하여 리어허브(360-2)와 플랜지(360-1)가 하나의 부품형태로 된 뒷축(360)을 완성한다. 완성된 뒷축(360) 일측단에는 다단스프라켓(361a)이 형성되며, 타측단에는 브레이크용 디스크(361b)가 부착된다.

상기 플랜지(360-1) 외경에는 베어링(362-1)과 제 1기어(362)가 부착되고, 제 1 기어(362)에는 제 2기어(370)가 치합되며, 제 2 기어(370)는 축에는 쌍으로 되어 있는 헬리컬기어(351)중 하나와 결합되어 있고 제 2 축부(350)와 결합된 또 하나의 헬리컬 기어(351)와 치합하여 방향이 전환되게 된다.

상기 제1기어(362)와 제2기어(370)는 제1기어의 잇수를 크게하고 제2기어의 잇수를 작게 하여 증속효과와 함께 회전방향을 바꾸어주며, 이 증속효과는 실외에서 타는 비슷한 속도감을 내기 위한 것이다.

수직동력전달수단(300)에는 상기 플랜지(360-1) 외경에 부착된 베어링(362-1)과 제 2 축부(350)의 베어링(352a,352b)을 고정하는 지지프레임(380)을 포함한다. 지지프레임(380)은 이들 구성요소들을 감싸주어 운동자의 안전과 미관상, 소음상, 또는 외부로부터의 먼지 유입등을 방지하는 기능과 함께, 제 1유니버셜조인트(330) 상부와 결합되어 있다.

상기 제 1 스플라인축(230)의 전체 길이에 걸쳐 스플라인 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 유니버셜조인트(330)와 베어링(311)은 도 2 및 도 5a 내지 도 5b 에 도시된 바와 같이 운동용 자전거를 좌, 우, 상, 하, 회전이 용이하도록 하기 위함이며 통상적인 유니버셜조인트 내측에 위치한 십자베어링(330-1)에 해당하는 부품을 4 각형 도넛모양으로 형성한 사각 링(330-1) 형태로 제작하여 사각 링(330-10 중심부로 동력전달용 등속 또는 부등속 조인트가 설치되어 회전동력을 각도에 관계없이 전달하여 준다.
상기 지지프레임(380)과 결합된 제 1 유니버셜조인트(330)가 한계수치를 넘지 않도록 좌,우,상,하 각도를 조절할 수 있는 스트퍼(330-2)가 설치되며, 스토퍼의 길이에 따라 각도 조절을 할 수 있다.

즉 스토퍼(330-2)의 크기(높이)는 초보, 숙련자 따라 도 6에 도시된 바와 같이 상, 하, 좌, 우로 움직일 경우 한계치 넘지 않도록 하여 안정적으로 운동용 자전거를 사용할 수 있도록 하는 것이다.

다른 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 운동용 자전거의 후미부분과 전륜부와의 좌, 우 방향 각도를 검출하는 각도센서(390)를 더 구비할 수 있다. 각도센서(390)는 작동판(420)과 상기 제 1 유니버셜조인트(330) 사이에 설치된 예를 보여준다. 상기 각도센서(390)에서 검출되는 좌우방향과 좌우각도수치는 엔코더(800)에 검출되는 자전거의 속도에 의하여 후미부분의 좌,우 이송방향, 이송량, 이송속도가 결정지어진다. 각도가 클수록, 속도가 빠를수록 이송량과 이송속도가 크게 빠르며, 연속적으로 자동으로 이루어 져 전륜과 후륜을 항상 진행방향으로 일치시킨다.

좌,우슬라이딩수단(400)은 상부에 수직동력전달수단(300)이 구비되며, 제어수단의 제어를 통해 작동판(420)을 좌, 우로 이송시켜준다. 이러한 좌,우슬라이딩수단(400)의 구성에 대하여 도 1a 및 도 1b 그리고 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

좌,우슬라이딩수단(400)은 상기 제1스플라인축(230)과 나란하게 설치되는 한쌍의 가이드바(410a,410b)와 이 가이드바(410a,410b)를 감싸는 부싱(420-1)이 작동판(420)에 부착되어 있으며, 이들 가이드바(410a,410b) 사이에 제1스플라인축(230)과 나란하게 설치되는 스크류축(430)과 스크류축과 결합된 스크류너트(420-2)가 역시 작동판과 결합되어 있어 스크류축(430)을 회전시킴에 따라 작동판(420)이 좌우로 움직이는 것이다. 스크류축은(430)은 좌,우 이송 모터(440)와 벨트(441)를 연결되어 잇어, 정, 역 회전하게 되며, 기 언급된 각도센서(390)와 제 1스플라인 축(230)에 부착된 엔코더(800)로부터 연산된 값으로 좌, 우 이송방향 및 이송량, 이송속도가 연속적으로 자동으로 이루어진다.

전륜회전수단(500)은 도 7, 도8a, 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 측면프레임(210a,210b)의 앞쪽에서 설치되는 회전롤러와, 이를 회전롤러(510)에 회전력을 전달해 주는 회전축(520), 상기 회전축(520)의 일측단과 헬리컬기어(512)로 치합된 제 1스플라인(230), 제 1 스플라인축(230)상에서 이동하며 동력을 전달하는 스플라인 너트와 헬리컬 기어가 결합된 하나의 부품형태인 헬리컬기어(231)를 포함하여 이루어진다.

삭제

특히, 회전롤러(510)는 전륜(FW)을 하부에서 지지하며 회전시키는 구성요소로서, 회전축(520)은 측면프레임(210a) 내부에 설치되고, 일단에는 쌍으로 된 헬리컬기어(512)가 구비되어 제 1 스플라인축(230)과 헬리컬기어(512)가 치합된다. 그리고, 회전축(520)의 타단에도 상기 제1 내지 제3회전롤러(510a~510c)의 회전축에 구비된 헬리컬기어와 대응하는 위치에 각각 헬리컬기어(511a,511b,511c)어 있다. 이에, 제1스플라인축(230)이 회전함에 따라 회전축(520)이 구동하고, 회전축(520)의 구동으로 제1 내지 제3회전롤러(510a~510c)가 구동하게 된다.

상기 회전축(520) 중간은 제 2스플라인(530)을 부착하여 통상적인 자전거 베이스프레임 크기에 따른 회전축(520)의 길이를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

승강수단(600)은 제어수단의 제어를 통해 오르막길 효과를 얻을 수 있도록 전륜(FW)이 들려지도록 것이며, 상하회전부재(200)를 제 1 스플라인 축(230)을 중심으로 회전되게 한다. 이러한 승강수단(600)의 구성에 대하여 도 1b, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

승강수단(600)은 베이스프레임(100)에 힌지 고정되어 실린더(610)와 실린더의 직선운동을 회전운동으로 바꿔주기 위한 제 1 링크(621)와 제 1 회전작동봉(620)이 설치되며, 제 1 회전작동봉(620)의 양단부에는 고정된 제 2 링크(630)와 연결된 제 3링크(640)가 회전하면서 상하회전부재(200)를 승강시켜 주는 구조이다. 이와같이 상기 실린더(610)와 연결된 제 1링크(621) 및 제 1링크(621)와 고정된 제 1회전작동봉(620) 양단은 제 2링크(630)와도 고정되어 있으며, 제 2링크(630)와 제 3링크(640)가 서로 연결되었다. 제 3링크(640)는 제 2 회전작동봉(620-1)과 고정되어 있으며, 제 2 회전작동봉(620-1)양단은 측면프레임(210a,210b)과 연결되어 있어 실린더(610)의 직선운동으로 상,하 회전부재(200)가 승강하도록 되어있다.
상기 제 2 회전작동봉(620-1) 일측단에는 영구자석이 고정되어 상,하 회전부재(200)의 상승에 따라 자동으로 영구자석이 전도성 디스크(652) 중심부로 이동하여 운동의 강도가 조절된다.

삭제

이와 같이 이루어진 승강수단(600)은 응용프로그램 및 운동자가 수동으로 승가 가능하도록 제어될 수 있는데. 여기서의 응용프로그램은 후술하게 될 제어수단에 미리 프로그램되거나 미리 촬영하여 등록시켜 놓은 영상일 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 승강수단(600)에는 오르막길 효과를 내는 상하회전부재(200)가 들려짐에 따라 운동강도를 조절하도록 브레이크수단(650)을 더 구비할 수 있다. 이러한 브레이크수단(650)는, 도 8b 및 도 10에서와 같이, 상기 제1 및 제3회전롤러(510a,510c)의 회전축에 일단 각각 설치되는 영구자석(651)과 전도성 디스크(652)를 조합한 와전류 브레이크와 전자석(653)과 전도성 디스크(652)를 조합한 또 하나의 와전류 브레이크가 설치된다.

이와 같이 하나의 영구자석(651)과 전도성 디스크(652)로 조합된 와전류 브레이크는 앞부분 상승 시 제 2 회전작동봉(620-1)에 고정된 영구자석(651)이 디스크 중심쪽으로 이동하여 브레이크 작용을 하며, 또 하나의 영구자석과 디스크가 조합된 와전류 브레이크는 운동자가 수동으로 조작시 와이어 케이블(655)과 리턴스프링(654)이 설치되어 사용된다.

삭제

상기 전자석(653)과 전도성 디스크(652)를 조합한 제2 회전롤러(510b)의 와전류 브레이크는 전기적으로 컨트롤 할 수 있도록 하였다.

그리고 도 11에 도시된 바와 같이 승강수단(600)의 실린더(610)가 동작함에 따라 실린더와 연결된 제 1링크(621)가 제 1 회전작동봉(620)을 회전시키고 제 1회전작동봉(620)은 회전하면서 그 양단에 고정된 제 2 링크(630)를 회전시켜 제 3링크(640)를 연동하여 회전시킴으로써 제 3링크(640)와 연결된 제 2회전작동봉(620-1)이 측면프레임(210a,201b)을 상승 하강시키는 상태를 보여준다.

제어수단은 좌,우슬라이딩수단(400), 전륜회전수단(500), 승강수단(600), 브레이크수단(650), 내리막길효과수단(700)을 제어하게 된다. 특히, 응용프로그램과 연관된 제어수단에는 시각과 청각적인 효과를 높이기 위하여 디스플레이와 사운드기능을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 미리 프로그램밍하거나 유명지 등을 촬영한 영상, 이미 알려진 인터넷 지도등과 연관하여 이에 맞게 상기 각 구성요소들을 제어하는 것이다.

또한, 제어수단은 전자통신망을 통해 영화프로그램이라든가 TV프로그램을 제공함으로써, 운동하는 동안 무료함을 없앨 수 있게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제어수단에는 개인의 ID라든가 PW를 통해 개인정보를 확인할 수 있게 함으로써 운동량이라든가 칼로리소모량 등 개인정보를 통해 운동효과를 더욱 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 운동용 자전거는, 응용프로그램에서 보이는 도로 상황에 따라 내리막에서와 같은 효과를 낼 수 있도록 내리막길 효과수단(700)이 구비된다.

내리막길 효과수단(700)은, 도 1b 내지 도 7에서와 같이, 상술한 제1스플라인축(230)의 일측에 라쳇기어가 내장된 스프라켓(710)을 장착하고, 베이스프레임(100)에는 구동모터(720)를 장착하여 구성된다. 특히, 스프라켓(710)과 구동모터(720)는 체인(730)으로 연결되고, 구동모터(720)는 제어수단의 제어를 받는다.

이와 같이 이루어진 내리막길 효과수단(700)은, 구동모터(720)와 연결된 체인(730)을 통해 제 1 스플라인축(230)의 일측면에 설치된 스프라켓(710)을 회전시켜 운동자가 페달을 밟지 않아도 중심을 잡을 수 있도록 하며 또한, 응용프로그램 상에서 내리막길인 것으로 판단되거나 내리막길 효과를 내야 할 필요가 있는 경우, 제어수단에서 구동모터(720)를 구동시킨다. 이때의 구동모터(720)의 구동속도는 엔코더(800)에서 감지된 자전거(C)의 회전속도보다 동등, 또는 빠른 속도를 내도록 제1스플라인축(230)을 회전시키며, 이후 필요에 따라 그 속도를 가감할 수 있다.

삭제

본 발명에 따른 운동용 자전거는 페달(P)를 돌리게 되면 그 회전력이 여러단계의 동력전달수단에 의하여 전륜(FW)을 회전시키며, 자전거를 좌, 우, 상, 하, 회전, 후미부분의 좌우이송동의 기능을 통하여 실제자전거를 타는것과 같은 효과를 최대한 갖게 하는 것이다.

게다가 본 발명에 따른 운동용 자전거는 오르막길 효과 및 내리막길 효과를 함께 얻을 수 있을 뿐만 아니라 브레이크수단을 통한 운동 강도조절, 응용프로그램을 통해 제어되는 여러가지 수단을 통해 보다 현실감 있는 운동을 할 수 있다.

100 : 베이스프레임 110a, 110b : 지지브라켓
120 : 안전 바 200 : 상하회전부재
210a, 210b : 측면프레임
211a, 211b : 이탈방지롤러
220 : 판상부재 230 : 제1스플라인축
231, 321, 351, 511a, 511b, 511c, 512 : 헬리컬기어
311,352a,352b,362-1 : 베어링
300 : 수직동력전달수단
320 : 제1축부 330, 340 : 제1, 제2유니버셜조인트
350 : 제2축부 330-1 : 사각 링
330-2 : 스토퍼 341 : 커플링
360 : 뒷축
360-1 : 플랜지 360-2 : 리어허브(Rear Hub)
360-3 : 키
361a : 다단스프라켓 361b: 디스크
362 : 제1기어
370 : 제2기어 380 : 지지프레임
390 : 각도센서 391 : 검출판
392 : 검출부 400 : 좌,우슬라이딩수단
410a, 410b : 가이드바 420 : 작동판
420-1 : 부싱 420-2 : 스크류 너트
430 : 스크류축 440 : 좌,우 이송 모터
441 : 벨트 432, 442 : 풀리
500 : 전륜회전수단 510 : 회전롤러
510a~510c : 제1~제3회전롤러 520 : 회전축
530 : 제 2 스플라인
600 : 승강수단 610 : 실린더
620 : 제 1 회전 작동봉 620-1 : 제 2 회전작동봉
621 : 제1 링크 630 : 제 2링크
640 : 제 3 링크
650 : 브레이크수단 651 : 영구자석
652 : 전도성 디스크 653 : 전자석
654 : 리턴스프링 655 : 와이어 케이블
700 : 내리막길 효과수단
710 : 스프라켓 720 : 구동모터
730 : 체인
800 : 엔코더

Claims

운동용자전거;
사각형 형상으로 이루어지고, 후부에는 서로 마주보는 형태로 한쌍의 지지브라켓(110a,110b)이 구비되고 양측 테두리에는 각각 안전바(120)가 구비된 베이스프레임(100);
상기 지지브라켓(110a, 110b)의 사이에 설치된 제1스플라인축(230)의 양측단 중심부에 연결결합되어 상,하로 회전할 수 있도록 일측단부에는 연결베어링이 설치된 측면프레임(210a,210b)과, 상기 측면프레임(210a,210b)의 중간부분을 연결시켜 주는 판상부재(220)를 포함하여 이루어진 상하회전부재(200);
후륜을 탈거한 통상적인 자전거(C)를 뒷축(360)에 탈, 장착 가능하게 하고 좌,우,상,하 회전가능하게 하며, 상기 자전거(C)의 페달(P)로 부터 발생된 회전력을 전달하는 수직동력전달수단(300);
상기 지지브라켓(110a,110b) 사이에 설치된 한쌍의 가이드 바(410a,410b)를 따라서 상기 수직동력전달수단(300)이 좌우로 움직이게 하는 좌,우슬라이딩수단(400);
상기 수직동력전달수단(300)과 동일한 속도로 상기 자전거(C)의 전륜(FW)을 회전시켜 주기 위한 전륜회전수단(500);
응용프로그램 또는 프로그램에 따라 상기 상하회전부재(200)를 상하로 승강시켜 주는 승강수단(600); 및
상기 수직동력전달수단(300), 상기 좌,우슬라이딩수단(400), 상기 전륜회전수단(500) 및 상기 승강수단(600)을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서,
상기 측면프레임(210a,210b)에는 전륜(FW)의 이탈방지를 위하여 이탈방지롤러(211a,211b)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서,
상기 수직동력전달수단(300)은,
상기 제1스플라인축(230)의 상부에 위치하도록 좌,우슬라이딩(400)에 탑재된 작동판(420);
상기 작동판(420)에 수직으로 관통되어 회전가능하게 설치되며, 하부에는 상기 제1스플라인축(230)에 스플라인너트와 헬리컬기어가 결합된 하나의 부품형태인 헬리컬기어(231)와 치합되는 헬리컬 기어(321)를 갖는 제1축부(320);
상기 작동판(420) 위로 고정된 베어링(311)의 상단에 장착되고, 상기 작동판(420)위에서 회전가능하게 설치된 제 1유니버셜조인트(330);
상기 제1유니버셜조인트(330)의 상부에 연결되는 제2유니버셜조인트(340);
상기 제2유니버셜조인트(340)의 윗쪽으로 연결되고, 상부에는 헬리컬 기어(351)가 구비된 제2축부(350);
자전거(C)의 프레임을 지지하며, 일측에는 다단스프라켓(361a)이 형성되고, 타측단에는 브레이크용 디스크(361b)이 형성하며 사이에는 제 1 기어(362)가 구비된 뒷축(360);
상기 헬리컬기어(351)와 상기 제 1기어(362) 사이에서 회전 축 방향을 바꿔주는 제 2기어(370) :
상기 제1축부(320) 및 제2축부(350)를 감싸면서 회전지지해 주는 지지브라켓(380);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 3 항에 있어서,
상기 뒷축(360)에는 외경에 철(凸)형태의 키홈이 형성되는 리어허브(360-2);
상기 리어허브(360-2)의 외경과 동일한 내경을 가진 플랜지(360-1);
상기 플랜지 내경에 삽입결합되고 상기 키홈에 삽입되는 철(凸)형태의 키(360-3);
상기 플랜지 외경에 베어링(362-1)과 베어링(362-1)을 지지하는 지지프레임(380);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 3 항에 있어서,
상기 작동판(420)과 상기 제1유니버셜조인트(330) 사이에는 각도센서(390)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서,
상기 좌,우슬라이딩수단(400)은,
상기 수직동력전달수단(300)을 지지하며, 상기 가이드바(410a,410b)의 안내를 받아 슬라이딩되는 작동판(420);
상기 제 1 스플라인축(230)과 나란하게 위치하며 상기 지지브라켓(110a,100b)사이에 설치되는 스크류 축(430); 및
상기 베이스프레임(100)에 설치되어 상기 자전거(C)의 회전속도와 좌우각도에 비례하여 상기 스크류축(430)을 벨트(441)로 연결, 구동시켜 주는 좌,우 이송 모터(440)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거 ;
제 1 항에 있어서,
상기 전륜회전수단(500)은,
상기 측면프레임(210a,210b) 사이에 설치되어 전륜(FW)을 지지해 주는 회전롤러(510); 및
상기 측면프레임(210a)으로 연장된 상기 제1스플라인축(230)의 헬리컬기어와 리프트 프레임과 평행하게 설치된 회전축(520)에 롤러위치마다 설치된 헬리컬기어(511a,511b,511c)로 치합되어 회전방향을 전환시켜 상기 회전롤러(510)를 구동시켜 주는 회전축(520);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 7 항에 있어서,
상기 회전롤러(510)는 제1 내지 제3회전롤러(510a~510c)로 구성된 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서
상기 승강수단(600)은,
상기 베이스프레임(100)에 설치되어 상하회전부재(200)를 상,하 이동 가능하도록 힌지 고정된 실린더(610);
상기 실린더(610)와 직각방향으로 설치된 제 1 회전작동봉(620);
상기 실린더(610)와 결합된 제 1 링크(621)가 제 1회전작동봉(620)을 회전시키고, 제 1 회전작동봉(620)과 고정되어 있는 제 2 링크(630)가 제 3링크(640)를 밀어 상,하운동하는 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 9 항에 있어서,
상기 승강수단(600)은 상기 상하회전부재(200)가 들려짐에 따라 상기 자전거(C)의 전륜(FW)이 회전하는 속도에 가중치를 줄 수 있도록 브레이크수단(650)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 10 항에 있어서,
상기 브레이크수단(650)은, 와전류브레이크인 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서,
동력전달 일부 축에 구동모터가 연결되어 내리막길 효과를 낼 수 있도록 한 내리막길효과수단(700)이 구비된 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 12 항에 있어서,
상기 내리막길효과수단(700)은,
상기 제1스플라인축(230)의 일측에 장착되는 라쳇기어가 내장된 스프라켓(710);
상기 측면프레임(210a)에 장착된 구동모터(720); 및
상기 스프라켓(710)은 구동모터(720)의 스프라켓을 연결하는 체인(730);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
제 1 항에 있어서,
상기 제어수단은 시각효과를 높이기 위한 디스플레이 및 청각효과를 높이기 위한 사운드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 운동용 자전거.
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