KR101083326B1 - 유체압 스텝구동식 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페달을 밟아주면 유체를 압축시킬 수 있고, 이러한 압축된 유체를 통해 후륜을 회전시킬 수 있도록 함으로써 입력손실 없이 추진력을 발생시킬 수 있도록 하는 유체압 스텝구동식 자전거에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 자전거의 하부측 지지프레임 상부에는 유체를 압축하기 위한 단동식의 실린더가 후방향을 향해 비스듬히 각각 고정되면서 각 실린더의 실린더로드 상단부에는 페달이 각각 고정되며, 각 실린더에는 유체유입관과 유체배출관이 각각 연결되고, 각 유체유입관과 유체배출관에는 방향이 다른 체크밸브가 각각 연결되며, 후륜의 회전축에는 유체압모터가 고정되고, 유체압모터의 상하부에는 서로 통하는 유체유입구과 유체배출구가 상하부에 각각 형성되어 일측 유체유입구에는 일측 실린더의 유체유입관이 연결되면서 일측 유체배출구에는 타측 실린더의 유체배출관이 연결되며, 타측 유체유입구에는 타측 실린더의 유체유입관이 연결되면서 타측 유체배출구에는 일측 실린더의 유체배출관이 각각 연결되어 페달 중 임의의 페달을 밟으면 유체가 압축되면서 이러한 압축된 유체가 후륜을 회전시키면서 다른 페달을 상승시킬 수 있도록 구성된 것이다.

Description

유체압 스텝구동식 자전거{fluid pressure step powered bicycle}

본 발명은 유체압 스텝구동식 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달을 밟아주면 유체를 압축시킬 수 있고, 이러한 압축된 유체를 통해 후륜을 회전시킬 수 있도록 함으로써 입력손실 없이 추진력을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피, 자전거는 전위와 후위에 각각 전륜과 후륜이 구비되고, 전륜의 축에는 핸들포스트가 연결되어 그 상단부에 핸들이 고정되며, 핸들 포스트에는 다이아몬드 형상의 지지프레임이 고정되어 그 뒤쪽 하단부에 후륜의 축이 연결되고, 지지프레임의 상부에는 안장이 고정되고, 지지프레임의 앞쪽 하단부에는 좌우측에 반대방향을 향해 작동바가 각각 고정된 회전축이 회전가능하게 구비되며, 각 작동바의 단부에는 각각 페달이 회전가능하게 고정되고, 회전축의 한쪽에는 구동측 스프로킷휘일이 고정되며, 후륜에는 종동측 스프로킷휘일이 고정되고, 각 스프로킷휘일의 사이에 체인이 연결되어 이루어진다.

따라서, 사용자가 안장에 앉은 상태에서 각 페달을 돌려 회전시키게 되면 이러한 회전력에 의해 회전축이 회전되고, 이러한 회전력에 의해 구동측 스프로킷휘일이 회전되면 이것에 체인을 매개로 연결되어 있는 종동측 스프로킷휘일이 회전되 어 추진력이 발생되며, 이러한 추진력에 의해 자전거가 넘어지지 않고 전진할 수 있는 것이다.

그런데, 일반적인 자전거의 경우 각 페달을 왼발과 오른발로 번갈아 밟아주어 회전축을 회전시키고, 이러한 회전력에 의해 추진력을 발생시키는 방법을 통해 동력을 얻고 있으나, 한쪽 페달의 상사점과 다른 쪽 페달의 하사점에 근접하는 위치에서는 상사점 또는 하사점과 거의 수평을 이루게 되므로 지속적인 회전을 위해 수평방향으로 힘을 더 사용할 수밖에 없어 입력손실이 유발되는 단점이 있게 된다. 즉, 일반적인 자전거에 적용되는 양쪽 페달을 회전시켜 동력을 얻는 방법은 입력량에 비해 출력량이 적음을 의미한다.

이러한 점을 감안하여 본 출원인은 특허 제 704886호 에서 회전식의 페달 대신 스텝구동식의 페달로 구성하여 입력손실 없이 추진력을 발생시킬 수 있도록 한 스텝구동식 4륜자전거를 개시한 바 있다.

그러나, 이러한 특허 제 704886 호에서는 스텝구동에 의해 발생된 회전력을 다수의 기어와 체인을 통해 후륜측에 전달하여 추진력이 발생되는 것이므로 다수의 기어와 체인을 통해 동력이 전달되는 과정에서 금속대 금속간에 무수한 마찰력이 발생되어 큰 입력손실이 발생될 수밖에 없는 단점이 있으며, 또한 동력을 전달해주는 다수의 기어 및 체인이 모두 금속으로 이루어지는 것이므로 금속대 금속간의 접촉과정에서 마모가 발생될 수밖에 없음은 물론 산화가 발생되어 수명이 짧아질 수밖에 없는 단점도 있는 것이었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 스텝구동방식과 유체압을 통한 동력발생 방식을 복합 적용하여 동력전달계통을 단순화함으로써 입력손실을 최소화함은 물론 동력전달계통의 수명을 연장할 수 있는 유체압 스텝구동식 자전거를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 프레임의 하부에 2개의 단동식 실린더를 각각 고정하고, 그 상부에 페달을 각각 고정하며, 각 실린더에는 유체유입관과 유체배출관을 각각 연결하고, 후륜의 축에는 유체압모터를 고정하며, 유체압모터의 상하부에는 서로 통하는 유체유입구와 유체배출구를 각각 형성하여 여기에 각 실린더의 유체유입관과 유체배출관을 크로스를 연결하여 구성한 것이다.

본 발명은 스텝구동방식과 유체압에 의한 동력전달을 통해 입력손실을 최소화할 수 있어 힘을 덜 들이고도 빠른 주행이 가능해지는 것이며, 동력의 전달이 유체압으로 이루어짐에 따라 금속대 금속간 접촉에 의한 마모 및 금속재로 이루어진 부품의 산화로 인한 수명의 단축과 같은 종래 기술의 문제점을 원천적으로 해결할 수 있는 것이다.

또한, 부품수를 최소화할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있으며, 페달을 밟아주는 동작시에도 기계장치로 이루어지는 동력전달구조에 비해 유체압에 의한 동력전달방 식은 스텝이 매우 부드럽게 이루어질 수 있어 관절에 무리를 주지 않는 이점도 있게 된다.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예 및 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체압 스텝구동식 자전거의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유체압 스텝구동식 자전거의 유체압 계통도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체압 스텝구동식 자전거는, 전위와 후위에 각각 전륜(10)과 후륜(20)이 구비되고, 전륜(10)의 축 양측에는 전륜프레임(11)이 각각 고정되며, 각 전륜프레임(11)의 상단 연결부위의 중앙에는 핸들포스트(31)가 연결되어 그 상단부에 핸들(32)이 고정되며, 핸들포스트(31)의 중간부에는 수평방향으로 제1 지지프레임(41)이 연결되면서 하부측으로는 두 갈래로 제2 지지프레임(42)이 연결되며, 제2 지지프레임(42)은 그 중간측에서 각각 수평방향으로 절곡되어 그 단부가 후륜(20)의 축과 연결되고, 제2 지지프레임(42)의 중간부에 연결대(42a)가 고정되어 이 연결대(42a)의 중앙과 제1 지지프레임(41)의 단부 사이에 비스듬하게 안장프레임(50)이 고정되어 그 상단부에 안장(51)이 고정되며, 안장프레임(50)의 제1 지지프레임 연결부위측으로부터 후륜(20)의 축 사이에는 두 갈래로 제3 지지프레임(43)이 연결되어 이루어진다.

또한, 두 갈래로 이루어진 제2 지지프레임(42)의 각 상부에는 유체를 압축하기 위한 단동식의 실린더(60)(60')가 후방향을 향해 비스듬히 각각 고정되면서 각 실린더(60)(60')의 실린더로드(61)(61') 상단부에는 페달(62)(62')이 각각 고정되며, 각 실린더(60)(60')에는 유체유입관(63)(63')과 유체배출관(64)(64')이 각각 연결되고, 각 유체유입관63)(63')과 유체배출관(64)(64')에는 방향이 다른 체크밸브(65)가 각각 연결되며, 후륜(20)의 회전축(21)에는 유체압모터(70)가 고정되고, 유체압모터(70)의 상하부에는 서로 통하는 유체유입구(71)(72)와 유체배출구(73)(74)가 상하부에 각각 형성되어 일측 유체유입구(71)에는 일측 실린더(60)의 유체유입관(63)이 연결되면서 일측 유체배출구(73)에는 타측 실린더(60')의 유체배출관(64')이 연결되며, 타측 유체유입구(72)에는 타측 실린더(60')의 유체유입관(63')이 연결되면서 타측 유체배출구(74)에는 일측 실린더(60)의 유체배출관(64)이 각각 연결되어 페달(62)(62') 중 임의의 페달(62 또는 62')을 밟으면 유체가 압축되면서 이러한 압축된 유체가 후륜(20)을 회전시킨 후 다시 다른 페달(62' 또는 62)을 상승시킬 수 있도록 구성된다.

이때, 각 실린더(60)(60')에 연결된 유체유입관(63)(63')과 유체배출관(64)(64')은 두 갈래의 제 2프레임(42) 내부에 각각 수용되어 외부로 노출되지 않도록 구성된다.

또한, 본 발명에 적용되는 유체압모터(70)는 일반적인 유체압모터이면 어떠한 것이든 모두 적용가능하며, 도면상에는 베인형 유체압모터가 적용된 것을 예로 하였다.

즉, 후륜(20)의 회전축(21)에 유체압모터(70)의 회전자(75)가 압입되며, 회전자(75)의 외주면에는 등간격으로 다수의 베인홈(75a)이 형성되고, 이러한 베인 홈(75a)에는 회전자(75)의 회전에 따른 원심력에 의해 삽탈되는 베인(75b)이 삽입되며, 회전자(75)의 외측 상하부에는 회전자(75)보다 큰 곡률을 갖는 캠링(76)이 고정되고, 캠링(76)이 내장된 케이스(77)가 회전자(75)의 외측에 씌워지며, 케이스(77)의 상하부에는 서로 통하도록 유체유입구(71)(72)와 유체배출구(73)(74)가 각각 형성되어 이루어지는 것이다.

이와 같이 구성된 상태에서 사용자가 자전거에 탑승하여 상부로 올라온 페달(62 또는 62')을 밟아주게 되면 이러한 페달(62 또는 62')이 눌려지면서 일측 실린더(60 또는 60')를 수축시키게 되고, 유체가 압축되면서 실린더(60 또는 60')에 연결된 유체배출관(63 또는 63')을 통해 빠져나가 유체압모터(70)의 케이스(77)에 형성된 유체유입구(71 또는 72)를 통해 유입된다.

유체압모터(70)의 회전자(75)에 형성된 베인홈(75a)에는 베인(75b)이 삽입되어 있고, 회전자(75)가 회전하지 않을 때에는 하부측 베인홈(75a)으로부터 베인(75b)이 중력에 의해 내려와 캠링(76)에 밀착된 상태에 있게 되므로 케이스(77)의 하부에 형성된 유체유입구(71)를 통해 유체가 유입되는 경우에는 베인(75b)을 밀면서 유체가 유체배출구(73)측으로 빠져나가게 되므로 회전자(75)를 회전시켜 후륜(20)을 회전시킬 수 있게 되며, 이후 유체배출구(73)를 통해 빠져나간 유체는 타측 실린더(60' 또는 60)의 유체유입관(63' 또는 63)으로 유입되어 타측 실린더(60' 또는 60)를 신장시키면서 페달(62' 또는 62)을 자연스럽게 상승시킬 수 있게 되고, 타측 페달(62' 또는 62)을 밟아 타측 실린더(60' 또는 60)를 통해 압축된 상태로 빠져나온 유체는 다시 유체압모터(70)의 상부측 유체유입구(72)로 유입되는데, 이 때에는 회전자(75)가 회전하면서 발생되는 원심력에 의해 상부측 베인(75b) 역시 베인홈(75a)을 빠져나와 캠링(76)에 밀착된 상태에 있게 되므로 압축된 상태의 유체가 이러한 베인(75b)을 밀면서 빠져나가 회전자(75)를 회전시키는 동작을 계속 반복할 수 있게 된다.

만일, 최초 유체가 유체압모터(70)의 상부측 유체유입구(72)로 유입되는 경우에는 회전자(75)를 회전시키지 않고 그대로 빠져나가 타측 실린더(60 또는 60')를 신장시키게 되고, 타측 페달(62 또는 62')을 밟아주면 전술한 것과 같은 동작을 수행할 수 있게 되므로 이 경우에는 최초 페달을 밟아주는 한 번만 대기상태에 있다가 다음번 페달을 밟아주면 추진력이 발생되어 자전거를 주행할 수 있는 것이다.

이때, 각 실린더(60 또는 60')에 연결되어 있는 유체유입관(63 또는 63')과 유체배출관(64 또는 64')에는 서로 다른 방향을 갖는 체크밸브(65)가 각각 장착되어 있어 페달(62 또는 62')을 밟아주는 순서에 의해 각 실린더(60 또는 60')가 순차적으로 수축 또는 신장되더라도 유체가 정확하게 유체배출관(64 또는 64')으로만 배출되고, 유체유입관(63 또는 63')으로만 유입될 수 있게 된다.

또한, 도시하지는 않았지만 후륜(20)의 휠허브에 래칫을 장착하여 구성하게 되면 유체에 의해 회전자(75)가 회전할 때 래칫에 걸려 후륜(20)에 회전력을 전달할 수 있고, 회전자(75)가 멈추더라도 래칫은 겉넘게 되므로 지속적으로 후륜(20)이 회전될 수 있음은 물론 점차 빠른 속도로 후륜(20)을 회전시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에서는 유체압모터(70)의 형상을 하나만 예시하였지만 유체압모터(70)의 구성시 변속이 가능하도록 다단의 칸막이를 통해 서로 다른 폭으로 회전자(75)를 나누고, 자전거의 핸들(32)이나 지지프레임 일측에 변속조절기(80)를 구비하여 이를 조작하면 그 변속단수에 따라 유체가 변속조절기(80)에 의해 선택된 칸으로 유입되도록 하면 주행시 변속도 가능해지는 이점도 있게 된다.

또한, 실린더(60 또는 60')와 연결된 유체유입관(63 또는 63')과 유체배출관(64 또는 64')이 모두 두 갈래로 갈라진 제 2프레임(42) 내부에 수용되어 있으므로 자전거의 외관이 깔끔해짐은 물론 유체유입관(63 또는 63')과 유체배출관(64 또는 64')의 파손을 방지할 수 있는 이점도 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 일반적인 2륜 자전거를 예로 하여 설명하였지만, 3륜 자전거 또는 전륜과 후륜이 각각 쌍으로 이루어진 4륜 자전거에 본 발명에서 제시하는 유체압 방식과 스텝구동식을 접목한 동력전달구조를 구성하더라도 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있는 것이므로 이는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유체압 스텝구동식 자전거의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 유체압 스텝구동식 자전거의 유체압 계통도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 전륜 11 : 전륜프레임

20 : 후륜 21 : 후륜의 회전축

31 : 핸들포스트 32 : 핸들

41,42,43 : 지지프레임 42a : 연결대

50 : 안장프레임 51 : 안장

60,60' : 실린더 61,61' : 실린더로드

62,62' : 페달 63,63' : 유체유입관

64,64' : 유체배출관 65 : 체크밸브

70 : 유체압모터 71,72 : 유체유입구

73,74 : 유체배출구 75 : 회전자

75a : 베인홈 75b : 베인

76 : 캠링 77 : 케이스

80 : 변속조절기

Claims (3)

1. 전위와 후위에 각각 전륜(10)과 후륜(20)이 구비되고, 상기 전륜(10)의 축 양측에는 전륜프레임(11)이 각각 고정되며, 상기 각 전륜프레임(11)의 상단 연결부위의 중앙에는 핸들포스트(31)가 연결되어 그 상단부에 핸들(32)이 고정되며, 상기 핸들포스트(31)의 중간부에는 수평방향으로 제1 지지프레임(41)이 연결되면서 하부측으로는 두 갈래로 제2 지지프레임(42)이 연결되며, 상기 제2 지지프레임(42)은 그 중간측에서 각각 수평방향으로 절곡되어 그 단부가 상기 후륜(20)의 축과 연결되고, 상기 제2 지지프레임(42)의 중간부에 연결대(42a)가 고정되어 이 연결대(42a)의 중앙과 상기 제1 지지프레임(41)의 단부 사이에 비스듬하게 안장프레임(50)이 고정되어 그 상단부에 안장(51)이 고정되며, 상기 안장프레임(50)의 제1 지지프레임 연결부위측으로부터 후륜(20)의 축 사이에는 두 갈래로 제3 지지프레임(43)이 연결되어 이루어진 자전거에 있어서,

   상기 제2 지지프레임(42)의 상부에 구비되어 유체를 압축하기 위한 것으로, 후방향을 향해 비스듬히 각각 고정되되 상단부에는 페달(62)(62')이 각각 고정된 실린더로드(61)(61')가 삽착되어 있는 일측 및 타측 단동식 실린더(60)(60')와;

   상기 일측 및 타측 단동식 실린더(60)(60')에 각각 연결되되, 방향이 다른 체크밸브(65)가 각각 연결된 유체유입관(63)(63') 및 유체배출관(64)(64')과;

   상기 후륜(20)의 회전축(21)에 고정되되, 상하부에는 상기 일측 및 타측 단동식 실린더(60)(60') 중 일측 단동식 실린더(60)의 유체유입관(63)이 연결된 유체유입구(71)와, 상기 일측 단동식 실린더의 유체배출관(64)과 연결된 유체 배출구(74)와, 상기 일측 및 타측 단동식 실린더(60)(60') 중 타측 단동식 실린더(60')의 유체유입관(63')이 연결된 유체유입구(72)와, 상기 타측 단동식 실린더(60')의 유체배출관(64')과 연결된 유체배출구(73)로 이루어지되, 상기 페달(62)(62') 중 임의의 페달(62 또는 62')을 밟으면 유체가 압축되면서 압축된 유체가 상기 후륜(20)을 회전시킨 후 다시 다른 페달(62' 또는 62)을 상승시킬 수 있도록 구성된 유체압모터(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체압 스텝구동식 자전거.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 일측 및 타측 단동식 실린더(60)(60')에 연결된 상기 유체유입관(63)(63')과 상기 유체배출관(64)(64')은 상기 두 갈래의 제2 지지프레임(42) 내부에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 유체압 스텝구동식 자전거.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체압모터(70)는, 상기 후륜(20)의 회전축(21)에 압입되는 회전자(75)가 구비되며, 상기 회전자(75)의 외주면에는 등간격으로 다수의 베인홈(75a)이 형성되고, 상기 베인홈(75a)에는 상기 회전자(75)의 회전에 따른 원심력에 의해 삽탈되는 베인(75b)이 삽입되며, 상기 회전자(75)의 외측 상하부에는 상기 회전자(75) 보다 큰 곡률을 갖는 캠링(76)이 고정되고, 상기 캠링(76)이 내장된 케이스(77)가 상기 회전자(75)의 외측에 씌워지며, 상기 케이스(77)의 상하부에는 서로 통하도록 유체유입구(71)(72)와 유체배출구(73)(74)가 각각 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체압 스텝구동식 자전거.

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