KR101212189B1

KR101212189B1 - 자전거 발전장치

Info

Publication number: KR101212189B1
Application number: KR1020110014812A
Authority: KR
Inventors: 서영대
Original assignee: 서영대
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-12-18
Also published as: WO2012111962A2; KR20120095260A; WO2012111962A3

Abstract

본 발명은 자전거 운전자가 페달을 밟을 때에 발전을 위해 동작하는 구동기어와 발전기가 다리의 움직임에 전혀 지장을 주지 않고 조작하기에 편리하도록 구성되어 있으며 외관상으로 미관을 해치지 않도록 되어 있는 자전거 발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 자전거 발전장치는 크랭크축(22)의 중앙에 회전가능하게 설치되어 있는 구동기어(60), 상기 구동기어(60)와 맞물리고 구동기어(60)의 회전력을 직각방향으로 전달하는 피니언기어(61), 핸들지지프레임(12)에 각각 연결된 경사프레임(13)과 수평프레임(14) 사이에 설치되어 있는 것으로서 발전기(71)가 내장되어 있는 발전케이스(70), 상기 발전케이스의 발전기(71)의 축과 피니언축(61a) 사이에 연결되어 있는 연결축, 상기 연결축의 선단측 또는 끝단측에 설치되어 피니언(61)의 피니언축(61a)의 구동력을 발전기(71)의 축으로 전달하거나 전달 상태를 해제하는 클러치, 그리고 상기 발전기(71)에서 발전한 전기를 충전하는 축전기(72)를 포함한다.

Description

자전거 발전장치{AN APPARATUS OF GENERATING ELECTRICITY FOR A BICYCLE}

본 발명은 자전거 운전자가 페달을 밟는 힘을 이용하여 전기를 발생하는 자전거 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자전거 운전자가 페달을 밟을 때에 발전을 위해 동작하는 구동기어와 발전기가 다리의 움직임에 전혀 지장을 주지 않고 조작하기에 편리하도록 구성되어 있으며 외관상으로 미관을 해치지 않도록 되어 있는 자전거 발전장치에 관한 것이다.

자전거는 조향장치, 구동장치, 제동장치가 구비되어 있고 바퀴가 두 개 이상 구성되어 있으며, 발로 밟는 힘이 페달, 크랭크, 체인 및 뒷바퀴에 전달함으로써 뒷바퀴가 회전하고 이에 연동되어 지면과 접촉된 앞바퀴도 회전하여 전방으로 나아가는 이동수단을 의미한다.

자전거는 가격이 저렴하고 비좁은 도로에서도 주행이 가능하고 대체적으로 주차공간도 별로 제약을 받지 않기 때문에 이동 또는 레저용 등으로서 누구든지 널리 애용하고 있고 최근에 저탄소 녹색성장과 관련하여 자전거 이용인구가 계속 증가하고 있는 실정이다. 또한 야간에도 자전거를 타는 인구가 증가하고 있으므로 대체로 소형 배터리를 이용하는 전조등을 자전거의 핸들 부분에 부착하고 운행하고 있다.

그런데 자전거는 단순 이동수단 뿐만 아니라 레저용으로의 사용으로 인하여 장거리, 장시간 주행을 하는 경우가 많게 되어 전조등뿐만 아니라, 좌, 우측 방향지시기, 네비게이션, 전, 후방의 도로상황을 확인하기 위한 전, 후방주시장치 등 전기를 이용하여야 하는 자전거용 전자제품이 개발될 수 있으며, 그에 따라 자전거의 전기의 사용량이 크게 증가할 수 있다.

이와 같이 자전거에 전기의 사용량이 증가하는 경우에는 소형 배터리의 사용으로는 전기사용량에 유효하게 대처할 수 없을 뿐만 아니라 자주 배터리를 교체하여야 하므로 경제적으로도 불리하고 빈번하게 배터리교체작업을 하여야 하는 번거로움이 있다.

본 발명자는 이러한 사정을 감안하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 자전거 발전장치를 개발하여 이를 출원번호 2010-0062175호로 특허출원을 한 바 있다. 이 선출원의 자전거 발전장치는 자전거 프레임(10)의 중앙부의 하측에 설치되어 있는 크랭크 축(22)에 설치되어 있으며 변속기어부(21)의 반대쪽에 설치되어 있는 구동기어(20), 상기 구동기어(20)에 치합(齒合)하는 피니언기어(31)가 구비되어 있고 상기 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)와 선택적으로 치합하여 전기를 발생하는 발전기(30), 상기 발전기(30)를 상기 프레임(10)에 설치하는 것으로서 발전기(30)의 피니언기어(31)를 필요시 구동기어(20)에 선택적으로 치합하도록 구성되어 있는 발전기마운팅장치(40), 그리고 상기 발전기(30)에서 발전된 전기를 충전하는 축전지(50)를 포함하고 있다. 자전거는 통상의 자전거와 마찬가지로 전륜(1)과 후륜(2)을 구비하고 있으며 전조등(3)이 구비되어 있다.

상기 자전거 발전장치는 자전거 운전자가 페달(5)을 밟으면 크랭크(4) 및 크랭크축(22)이 회전하고 그에 따라 구동기어(20)가 회전하게 되며 구동기어(20)의 회전에 의하여 발전기(30)에서 발전을 하고 발전된 전기는 축전지(50)에 충전된다.

그러나 전술한 선출원의 자전거 발전장치는 발전기(30)를 구동하는 구동기어(20)가 변속기어부(21)의 반대쪽인 좌측에 치우쳐 설치되어 있고 발전기(30) 및 축전지(50)가 구동기어(20)의 근처에 설치되어 있으므로 페달(5) 및 크랭크(4)를 회전시킬 때 운전자의 바지가 커버(23)에 접촉하는 등 다리의 움직임에 불편함이 있다. 또한 발전기(30)를 작동시키기 위하여 자전거를 정지한 상태에서 비좁은 공간에서 발전기(30)의 피니언기어(31)를 구동기어(20)에 접속 또는 해제시켜야 하므로 그 조작이 번거롭다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 자전거 발전장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다리를 움직여 페달 및 크랭크를 회전시키는데 불편함이 없고 발전기를 구동하는 구동력의 연결 및 해제를 하는 조작을 자전거를 주행하는 도중에도 간단하게 행할 수 있어 사용하기에 편리하고 외관상으로도 미관을 해치지 않는 자전거 발전장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자전거 발전장치는 크랭크축의 중앙에 회전가능하게 설치되어 있는 구동기어, 상기 구동기어와 맞물리고 구동기어의 회전력을 직각방향으로 전달하는 피니언기어, 핸들지지프레임에 각각 연결된 경사프레임과 수평프레임 사이에 설치되어 있는 것으로서 발전기가 내장되어 있는 발전케이스, 상기 발전케이스의 발전기의 축과 피니언 축 사이에 연결되어 있는 연결축, 상기 연결축의 선단측 또는 끝단측에 설치되어 피니언의 피니언축의 구동력을 발전기의 축으로 전달하거나 전달 상태를 해제하는 클러치, 그리고 상기 발전기에서 발전한 전기를 충전하는 축전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 클러치가 전자식 클러치인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 클러치가 기계식 클러치이며 레버에 의하여 접속 및 해제를 조작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 연결축이 플레시블축으로서 경사프레임의 내부를 관통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 연결축이 강축(剛軸)으로서 경사프레임의 내부를 관통하여 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 연결축이 플렉시블축(flexible shaft)으로서 경사프레임의 외부를 따라 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자전거 발전장치는 구동기어가 크랭크축의 중앙에 설치되어 있고 발전기는 다리의 움직임에 전혀 지장을 주지 않는 부분에 설치되어 있으므로 운전자가 다리를 움직여 페달 및 크랭크를 회전시키는데 불편함이 없고 자전거 주행 중에 발전기를 구동할 수 있고 발전기를 움직이지 않고도 클러치를 조작할 수 있도록 되어 있어서 구동력의 연결 및 해제를 행하는 조작이 간단하여 사용하기에 편리하고 외관상으로도 미관을 해치지 않는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래 자전거 발전장치가 적용된 자전거 사시도,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자전거 발전장치가 적용된 자전거 사시도,
도 4는 본 발명의 자전거 발전장치의 구동기어와 피니언기어의 설치상태도,
도 5는 본 발명의 자전거 발전장치의 발전케이스의 내부 구성도,
도 6은 본 발명의 자전거 발전장치의 구동기어와 피니언기어가 기어박스에 설치되어 있는 다시 실시예의 상태도,
도 7은 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 클러치의 구성도,
도 8a는 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 연결축의 일실시예의 설치상태도,
도 8b는 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 연결축의 다른 실시예의 설치상태도,
도 8c는 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 연결축의 또 다른 실시예의 설치상태도,
도 8d는 본 발명의 자전거 발전장치의 클러치와 연결축의 다른 실시예의 연결 구조를 나타내는 부분 단면도,
도 9a는 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 피니언축과 플레시블축의 결합구조를 나타내는 분리 상태의 단면도,
도 9b는 본 발명의 자전거 발전장치의 부품인 클러치의 입력축과 플레시블축의 결합구조를 나타내는 분리 상태의 단면도이다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자전거 발전장치는 구동기어(60)를 크랭크축(22)의 중앙에 회전가능하게 설치하기 위하여 크랭크축(22)이 설치되는 프레임 부분을 두 가닥으로 분리한 분할 프레임(11)으로 형성되어 있다. 구동기어(60)는 상기 분할 프레임(11)의 중앙공간에서 크랭크축(22)에 결합되어 있으며, 상기 구동기어(60)와 맞물리는 피니언기어(61)는 구동기어(60)의 회전력을 직각방향으로 전달하도록 설치되어 있다. 구동기어(60)의 회전력을 직각방향으로 피니언기어(61)에 전달하기 위하여 구동기어(60)와 피니언기어(61)는 베벨기어를 사용하고 있다.

그리고 상기 구동기어(60)와 피니언기어(61)는 도 3과 같이 커버(62)에 의하여 덮을 수 있으며, 또한 도 5에 도시한 바와 같이 기어박스(63)의 형태로 커버를 형성하여 외관적으로 보기 좋게 할 수 있다.

발전케이스(70)는 핸들지지프레임(12)에 각각 연결된 경사프레임(13)과 수평프레임(14) 사이의 모서리부분에 설치되어 있으며, 발전기(71) 및 클러치가 내장되어 있다. 상기 발전기(71)에서 발전한 전기를 충전하는 축전기(72)도 발전케이스(70) 내부에 설치하는 것이 바람직하나 다른 곳에 설치하여도 무방하다. 클러치도 발전케이스(70)의 외부, 예를 들어 피니언기어(61)의 피니언축(61a)에 설치할 수도 있다.

발전케이스(70)에는 발전되는 전기를 외부로 출력시키기 위한 리셉타클(73)과 분배기(74)가 구성되어 있으며, 또한 후술하는 기계식 클러치(80)의 레버(83)를 조작하기 위한 슬롯(70a)이 형성되어 있으며, 레버(83)의 잠금 해제상태를 유지하게 하기 위한 걸쇠(87)도 구성되어 있다.

클러치는 피니언기어(61)의 회전력을 발전기(71)의 축에 접속 및 해제하는 부품으로서 통상의 기계식 클러치(80) 또는 전자식 클러치(88)를 사용할 수 있다.

클러치가 기계식 클러치(80)의 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 릴리스 베어링(81)과 릴리스 포크(82)를 구비하고 있다. 릴리스포크(82)는 레버(83)에 연결되어 있으며 레버(83)를 레버축(84)을 중심으로 상하로 작동시키면 플라이휠(85)과 클러치판(86)의 접속 및 해제가 이루어진다. 도 7의 상태는 접속 상태를 나타내며, 위로 당기면 릴리스 베어링(81)이 하향으로 이동하면서 클러치판(86)을 플라이휠(85)에서 떨어뜨림으로써 동력전달이 해제된다.

레버(83)를 위로 당겨 동력전달이 해제상태를 유지하기 위해서는 도 3의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이 걸쇠(87)로 레버(83)의 끝단부를 걸어 놓으면 된다.

발전케이스(70)의 클러치(80)의 입력축(80a)과 피니언축(61a) 사이에는 연결축이 연결되어 있다. 연결축은 경사프레임(13)의 내부를 관통하여 설치될 수도 있고 경사프레임(13)의 외부를 따라 연결될 수도 있다.

도 8a 및 도 8b는 경사프레임(13)의 내부를 관통하여 설치된 상태를 도시하고 있으며, 도 8c는 경사프레임(13)의 외부를 따라 연결축을 설치한 상태를 도시하고 있다.

도 8a 및 도 8c의 연결축은 플레시블축(91)이다. 플레시블축(91)으로서 스프링 또는 와이어를 사용할 수 있다. 도 8a는 플레시블축(91)의 경사프레임(13) 내부를 종방향으로 관통하여 설치되어 있으며 도 8c는 플렉시블축(91)이 경사프레임(13)의 외부를 따라 설치되어 있다. 도 8c의 경우는 플레시블축(91)의 끝단부가 경사프레임(13)을 횡방향으로 관통하여 클러치의 입력축(81a)에 연결되어 있는데, 이는 플렉시블축(91)이 경사프레임(13)의 하부를 따라 배치되도록 하기 위함이다.

도 8b의 연결축은 강축(92)으로서 베어링(92a)에 의하여 회전가능하게 설치되어 있으며, 전달기어(93a)(93b)에 의하여 클러치(80)의 입력축(80a)에 연결된다.

도 9a, 도 9b는 각각 피니언축(61a)과 플레시블축(91)의 결합구조와 클러치의 입력축(80a)과 플레시블축(91)의 결합구조를 나타내는 것이다. 플레시블축(91)의 양단에는 각각 사각축(91a)이 결합되어 있으며 이 양단의 사각축(91a)이 피니언축(61a)에 형성된 사각홈(61b)과, 클러치 입력축(80a)에 형성된 사각홈(80b)에 삽입되어 동력을 전달한다, 피니언축(61a) 및 클러치 입력축(80a)에는 내부에 나사산이 형성된 컵 너트(90a)가 회전가능하게 설치되고 플렉시블축(91)에는 나사축(90b)이 설치되어 이들 컵너트(90a)와 나사축(90b)의 나사결합에 의하여 플레시블축(91)의 양단이 피니언축(61a)과 클러치 입력축(80a)에 각각 연결된다.

사각축(91a)의 반대편은 단면이 원형으로 형성되어 있으며 그 끝단에 플렉시블축(91), 강축(92) 등이 용접 등에 의하여 견고하게 결합된다.

도 8d는 클러치로서 전자식 클러치(88)를 사용한 경우를 나타내고 있다. 전자식 클러치(88)는 피니언축(61a)에 설치되어 있으며, 발전기(71)의 축에 플레시블축(91)이 직접 연결되어 있다. 도 8d의 경우에는 발전을 행하지 않을 경우에는 플레시블축(91)이 회전하지 않으므로 내구성이 크게 향상된다. 전자식 클러치(88)는 또한 발전기(71)의 축과 플레시블축(91) 사이에 설치될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 자전거 발전장치는 다음과 같이 작용한다.

운전자는 통상의 운전방법과 마찬가지로 페달을 밟으면서 운전한다. 전조등(3)을 사용하거나, 도면에 도시되어 있지는 않으나 전방 및 후방을 주시하기 위한 카메라, 모니터 등이 구비되어 있는 경우에 이를 장비의 사용 시, 또한 축전지(72)의 전기량이 일정 이상 소모된 경우에 클러치를 접속 상태로 하여 발전기(71)를 가동시킨다.

클러치가 도 3에 도시된 기계식 클러치(80)인 경우에는 잠금 상태에 있던 레버(83)를 걸쇠(87)를 풀어 아래를 이동시키면 회전력 전달의 접속 상태가 된다.

회전하는 구동기어(20)의 회전력이 피니언기어(61), 플레시블축(91), 강축(92) 등의 연결축을 거쳐서 기계식 클러치(80)의 입력축(80a)에 전달되며, 이어서 발전기(71)의 축을 회전하여 발전을 한다. 발전된 전기는 전, 후방의 도로상황을 확인하기 위한 전, 후방주시기, 전조등, 좌, 우측 방향지시기, 네비게이션, 또는 기타 전력이 필요한 전자제품에 이용되고, 남은 전기는 축전지(72)에 충전된다.

클러치가 도 8d에 도시된 바와 같이 전자식 클러치(88)인 경우에는 온/오프스위치(미도시)의 조작으로 동력전달의 접속이 이루어지며, 플레시블축(91) 등의 연결축이 회전하여 발전기(71)를 구동한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 구동기어(60)가 자전거의 중앙부분에 구성되어 있고 발전기(71)가 경사프레임(13)과 수평프레임(14)으로 이루어진 모서리 부분에 형성되어 있으므로 다리를 움직여 페달(5) 및 크랭크(4)를 회전시키는데 불편함이 없고 발전기(71)는 고정상태를 유지하고 발전기를 구동하는 회전력의 접속 및 해제를 하는 조작을 클러치를 이용하여 행하기 때문에 운전자가 조작하기가 편리하다. 또한 플레시블축(91), 강축(92) 등의 연결축은 경사프레임(13)의 내부를 관통하거나 경사프레임(13)의 하부를 따라 설치되어 있으므로 외관상으로도 미관을 해치지 않는다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1 : 전륜 2 : 후륜
3 : 전조등 4 : 크랭크
5 : 페달 10: 프레임
11: 분할프레임 12: 핸들지지프레임
13: 경사프레임 14: 수평프레임
20: 구동기어
21: 변속기어부 22: 크랭크축
23: 커버
30: 발전기 31: 피니언기어
40: 발전기 마운팅장치 50: 축전지
60: 구동기어 61: 피니언기어
61a: 피니언축 61b: 사각홈
62: 커버 63: 기어박스
70: 발전기케이스 70a: 슬롯(slot)
71: 발전기 72: 축전지
73: 리셉타클(receptacle) 74: 분배기
80: 기계식 클러치
80a: (클러치) 입력축 80b: 사각홈
81: 릴리스 베어링 82: 릴리스 포크
83: 레버 84: 레버축
85: 플라이 휠 86: 클러치 판
87: 걸쇠 88: 걸쇠
88: 전자클러치 90a: 컵 너트
90b: 나사축 91: 플렉시블 축
92: 강축(剛軸) 92a: 베어링
93a, 93b: 전달기어

Claims

크랭크축(22)의 중앙에 회전가능하게 구동기어(60),
상기 구동기어(60)와 맞물리고 구동기어(60)의 회전력을 직각방향으로 전달하는 피니언기어(61),
핸들지지프레임(12)에 각각 연결된 경사프레임(13)과 수평프레임(14) 사이에 설치되어 있는 것으로서 발전기(71)가 내장되어 있는 발전케이스(70),
상기 발전케이스의 발전기(71)의 축과 피니언축(61a) 사이에 연결되어 있는 연결축,
상기 연결축의 선단측 또는 끝단측에 설치되어 피니언(61)의 피니언축(61a)의 구동력을 발전기(71)의 축으로 전달하거나 전달 상태를 해제하는 클러치,
그리고 상기 발전기(71)에서 발전한 전기를 충전하는 축전기(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 클러치는 전자식 클러치(88)인 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 클러치는 기계식 클러치(80)이며 레버(83)에 의하여 접속 및 해제를 조작하는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 연결축은 플레시블축(91)으로서 경사프레임(13)의 내부를 관통하여 설치된 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 연결축은 강축(92)으로서 경사프레임(13)의 내부를 관통하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 연결축은 플렉시블축(91)으로서 경사프레임(13)의 외부를 따라 설치된 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.