KR101228518B1 - 크랭크의 회전력을 이용한 자가 발전 장치, 자가 발전 방법 및 이를 이용한 자전거 - Google Patents

크랭크의 회전력을 이용한 자가 발전 장치, 자가 발전 방법 및 이를 이용한 자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명의 크랭크 암 발전 장치는 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부, 고정자 및 상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함할 수 있다.

Description

크랭크의 회전력을 이용한 자가 발전 장치, 자가 발전 방법 및 이를 이용한 자전거{BUILT-IN ELECTRICITY GENERATOR USING ROTATIONAL FORCE FROM CRANK, METHOD FOR GENERATING ELECTRICITY AND BICYCLE USING THE SAME}
본 발명은 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자기 발전 기능을 가진 자전거에 관한 것이다.
종래에 자전거의 전방을 비추기 위한 소형 전조등이나, 후방 또는 좌우의 주변에 주의를 환기시키는 안전 지시등을 점등하기 위해, 앞바퀴 또는 뒤바퀴의 림에 닿아 회전하는 회전자를 이용하여 발전하는 발전기를 이용하여 적은 양의 전력을 생산하는 자가 발전 구성이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 바퀴의 림에 발전기 회전자가 접촉하여 회전하는 방식은 효율이 떨어지고 소음이 클 뿐 아니라 마찰하는 부분이 지속적으로 마모되기 때문에 수명도 짧다. 사용 시에도 자전거가 진행할 때에는 무조건 전기를 생산하므로 감속 요인이 되어, 내리막길이나 평지를 주행할 때에 속도가 저하되고 오르막길을 올라갈 때에는 주행에 방해가 된다.
이를 개선한 허브 방식은 자전기 앞바퀴 또는 뒤바크의 허브에 발전기를 집어넣은 방식이다. 이 방식은 소음이 개선되고 효율이 향상되었지만, 마찬가지로 자전거가 진행할 때에는 항상 전기를 생산하므로 감속 요인으로 작용하는 점은 변함이 없다. 나아가, 허브의 형상이 달라지면 다른 자전거와 호환이 안되고 비싸지기 때문에 허브 내에 발전기를 포함시키더라도 기존의 허브 형상과 동일해야 하는데다, 허브 및 허브 바퀴살(스포크, spoke), 림이 일체형으로 조립된 상태로 소비자에게 공급되므로, 발전기가 발전기 내의 브러시의 마모 등으로 인해 수명이 다한 경우에는 바퀴 전체를 교체해야 한다. 더구나, 도시 출퇴근용으로 후륜 허브에 다단 기어를 내장한 다단 기어 내장형의 경우, 허브 내에 복합 기어가 장착되므로 발전기를 포함시킬 여유가 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자전거 주행자가 원하는 때에만 자가 발전이 이루어져 감속 요인이 적고 소음이 발생하지 않으며, 탈착이 가능한 자전거용 자가 발전 구성을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 크랭크 암 발전 장치는,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
고정자; 및
상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암 추종부는 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출하여 상기 크랭크 암과 접촉하는 돌출편을 포함하며,
상기 돌출편의 일단은 상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어, 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암 추종부는, 상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 둘러쌓아 상기 크랭크 암을 상기 회전자에 기계적으로 고정하는 체결구를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 체결구는 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 체결구를 장착하거나 장착을 해제할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 회전자는 다수의 계자들을 포함하고 상기 고정자는 다수의 전기자들을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 고정자는 다수의 계자들을 포함하고 상기 회전자는 다수의 전기자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자전거는 프레임, 보텀 브라켓, 크랭크 암을 포함하는 자전거로서,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부, 고정자 및 상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함하는 크랭크 암 발전 장치를 포함하며,
상기 크랭크 암 발전 장치는 상기 보텀 브라켓의 외주에서 상기 크랭크 암의 회전 공간과 상기 프레임 사이의 공간에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 크랭크 암 이용 발전 방법은,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함에 의해 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계;
전달된 상기 크랭크 암의 회전력에 따라 회전자를 회전시키는 단계; 및
고정자에 대한 상기 회전자의 상대적인 회전에 의해 자기 유도 전력을 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계는,
상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정된 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시킴으로써 상기 돌출편을 상기 크랭크 암에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계는,
상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 상기 크랭크 암을 둘러쌀 수 있는 형상을 가진 체결구가 상기 회전자에 상기 크랭크 암을 기계적으로 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 크랭크 암 발전 장치는,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 놓임으로써 상기 크랭크 암의 장변 중 어느 하나에 접촉하며, 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
상기 크랭크 암 추종부를 통해 상기 크랭크 암의 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높거나 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 기어부; 및
상기 기어부에서 출력되는 회전 운동에 의해 전력을 발전하는 발전부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 기어부는
상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동과 동기되어 회전하는 주기어; 및
상기 주기어의 톱니 수보다 적거나 같은 톱니 수를 가지며 상기 주기어와 맞물려 상기 상대적으로 높거나 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 피니언 기어를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 주기어는 톱니가 원주의 안쪽에 형성되어 있는 내기어일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 주기어는 톱니가 원주의 바깥쪽에 형성되어 있는 외기어일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 피니언 기어는
상기 피니언 기어와 중심축을 공유하지만 상기 피니언 기어에 대하여 자유롭게 회전이 가능하며, 비대칭 톱니들을 갖는 원형 기어; 및
상기 피니언 기어의 원주의 내경에 상기 원형 기어의 비대칭 톱니의 윤곽에 맞물리도록 돌출한 스프링 핑거를 포함하며,
상기 피니언 기어는 일 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니에 걸리면서 상기 원형 기어를 함께 회전시키는 반면에, 타 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니의 윤곽을 따라 미끄러짐으로써, 상기 원형 기어가 일 방향으로만 회전하도록 하는 프리휠 구조일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 주기어는 원주의 내경에 비대칭 톱니들을 갖고 상기 크랭크 암 추종부에 대하여 자유롭게 회전이 가능하며,
상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 동기되어 회전하고 상기 주기어의 중심축에서 상기 비대칭 톱니들에 맞물리도록 돌출된 스프링 핑거를 가지며,
상기 크랭크 암 추종부가 일 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니에 걸리면서 상기 주기어를 함께 회전시키는 반면에, 타 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니의 윤곽을 따라 미끄러짐으로써, 상기 주기어가 일 방향으로만 회전하도록 하는 프리휠 구조일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암 추종부는 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출되여 상기 크랭크 암과 접촉하는 돌출편을 포함하며,
상기 돌출편의 일단은 상기 기어부에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어 상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동을 상기 기어부에 전달하며,
자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 크랭크 암 추종부는, 상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 둘러쌓아 상기 크랭크 암을 상기 기어부에 기계적으로 고정하는 체결구를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 체결구는 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 체결구를 장착하거나 장착을 해제할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 기어부는
1보다 작거나 같은 기어비를 가지는 풀리(pulley), 마찰차(friction wheel), 스프라켓(sprocket) 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자전거는 프레임, 보텀 브라켓, 크랭크 암을 포함하는 자전거로서,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 놓임으로써 상기 크랭크 암의 장변 중 어느 하나에 접촉하며, 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부와, 상기 크랭크 암 추종부를 통해 상기 크랭크 암의 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높거나 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 기어부 및 상기 기어부에서 출력되는 회전 운동에 의해 전력을 발전하는 발전부를 포함하는 크랭크 암 발전 장치를 포함하며,
이때, 상기 크랭크 암 발전 장치는 상기 보텀 브라켓의 외주에서 상기 크랭크 암의 회전 공간과 상기 프레임 사이의 공간에 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 크랭크 암 이용 자가 발전 방법은,
자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함에 의해 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계;
전달된 상기 크랭크 암의 회전력에 따른 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높거나 같은 회전 속도의 회전 운동으로 변환하여 출력하는 단계; 및
상기 출력된 상대적으로 높거나 같은 회전 속도의 회전 운동에 의해 자기 유도 전력을 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 자전거용 자가 발전 모듈에 따르면, 자전거 주행자가 크랭크에 결합시킨 상태에서 페달을 밟을 때에만 발전이 이루어지며, 평지나 내리막길을 갈 때에는 자전거 주행자의 페달링에 따라 발전을 하지 않으므로 발전기가 감속 요인이 되지 않는다.
또한 자전거의 보텀 브라켓은 시장 규격이 사실상 표준화되어 있고 소비자가 단품으로 언제라도 교체할 수 있는데, 본 발명의 자전거용 자가 발전 보텀 브라켓 또한 발전기가 수명을 다 했을 때에는 자전거 전체 또는 프레임 전체가 아닌 자가 발전 보텀 브라켓만 교체하는 것으로 충분하기 때문에 교체 비용이 적다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치를 장착한 자전거를 예시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 외관을 예시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 구조를 예시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 다른 구조를 예시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 구조를 예시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 기어부에 포함될 수 있는 평행축 기어 구조를 예시한 단면도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 명세서의 전체에 걸쳐, 기어비는 입력 기어의 회전각속도/출력 기어의 회전각속도로 정의한다. 예를 들어, 기어비 5의 복합 기어라면 입력 기어가 1회전 시에 출력 기어는 0.2회전을 하며, 기어비 0.5의 복합 기어라면 입력 기어가 1회전 시에 출력 기어는 2회전을 하는 관계이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치를 장착한 자전거를 예시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 자전거(1)는 크랭크부(20)의 크랭크 암(21)과 프레임(22) 사이의 공간에 본 발명에 따른 크랭크 암 발전 장치(10)가 장착되어 있다. 자전거(1)의 주행자가 페달을 밟으면 크랭크부(20)의 크랭크 암(21)이 회전하며, 그 크랭크 암(21)의 회전력을 전달받아 크랭크 암 발전 장치(10)가 전력을 생산할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 외관을 예시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 크랭크 암 발전 장치(10)는 크랭크 암(21), 프레임(22), 보텀 브라켓(23)을 포함하는 자전거(1)의 크랭크부(20)에 장착되어 있다.
크랭크부(20)의 프레임(22)이 갈라지는 축 부분의 원주에는 크랭크 암(21)의 회전 중심이 되는 원통형의 보텀 브라켓(23)이 고정적으로 삽입되어 있다. 보텀 브라켓(23)은 원통형의 수평축을 따라 내부에 스핀들을 수용하며, 스핀들이 수평축을 따라 자유롭게 회전할 수 있도록 보텀 브라켓(23)의 양측 내경에 베어링을 포함한다. 스핀들은 이 베어링을 관통하여 일정 길이 돌출되어 있다.
스핀들의 돌출 부위에는 크랭크 암(21)이 고정적으로 부착되어 일 방향으로 연장되고, 크랭크 암(21)의 연장된 쪽 종단에는 페달(도시되지 않음)이 부착되어 있다.
크랭크 암 발전 장치(10)는 보텀 브라켓(23)의 외주에서, 크랭크 암(21)의 회전 영역과 프레임(22) 사이의 좁은 공간에 원판형으로 장착된다. 크랭크 암 발전 장치(10)는 고정자(11), 회전자(12), 크랭크 암 추종부(13)로 구성된다. 고정자(11)는 동작 부위가 없이 고정되어 있고, 회전자(12)는 고정자(11)와 중심점을 공유하면서 고정자(11)에 대해 회전 운동을 할 수 있도록 배치된다. 크랭크 암 추종부(13)는 회전자(12)에 고정적으로 부착되고, 크랭크 암(21)이 회전 운동할 때의 그 움직임을 그대로 회전자(12)로 전가할 수 있다.
크랭크 암 추종부(13)는 크랭크 암 발전 장치(10)의 회전자(12)가 크랭크 암(21)에 의해 등각의 회전 운동을 하도록, 회전자(12)와 크랭크 암(21)을 결합 내지 접촉시킨다. 구체적으로, 크랭크 암 추종부(13)는 크랭크 암(21)의 회전 방향에 직교하도록 돌출된 돌출편을 포함하며, 이 돌출편이 크랭크 암(21)의 장변 중 하나, 특히 회전 방향의 전방측에 해당하는 장변에 접촉하면서, 크랭크 암(21)의 회전력을 전달받아, 크랭크 암(21)과 함께 동기되어 회전한다.
일 실시예에서, 크랭크 암 추종부(13)가 회전자(12)와 크랭크 암(21)을 결합하는 경우에는, 크랭크 암 추종부(13)는 크랭크 암(21) 자체에 기계적으로 체결됨으로써, 예를 들어, 크랭크 암(21)의 특정 부위에 삽입공을 형성하고 회전자(12)에서 돌출된 크랭크 암 추종부(13)를 그 삽입공에 삽입함으로써, 회전자(12)와 크랭크 암(21)을 결합시킬 수 있다. 하지만, 통상적으로 제조 내지 판매되는 크랭크 암(21)은 크랭크 암 추종부(13)와 결합을 염두에 두고 설계되지 않았을 것이기 때문에, 다른 실시예에서는, 크랭크 암 추종부(13)는 'ㄷ'자 또는 U자 형상의 체결구로써 크랭크 암 발전 장치(10)의 회전자(12)에 형성된 삽입공에 크랭크 암(21)을 감싸듯이 체결구의 양단을 삽입함으로써 유격 없이 밀착 고정하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 크랭크 암 추종부(13)는 크랭크 암(21)에 대해 결합과 해제가 언제라도 이루어질 수도 있고, 또는 반영구적으로 결합될 수도 있다.
다른 실시예에서, 크랭크 암 추종부(13)는, 도 1에 예시된 것처럼, 회전자(12)에서 돌출된 예를 들어 직사각형의 돌출편으로서, 돌출편의 일측은 회전자(12)의 하우징에 예를 들어 경첩으로 고정된 상태에서 제한된 각도 내에서 움직일 수 있다. 이 경우, 돌출편이 회전자(12)와 같은 평면 상에 있도록 펴지면 크랭크 암 추종부(13)는 크랭크 암(21)의 회전을 방해하지 않으며, 따라서 크랭크 암(21)의 회전 운동이 회전자(12)에 전가되지 않는다. 반면에, 돌출편이 회전자(12)의 평면과 직각이 되도록 세워지면, 크랭크 암 추종부(13)는 그 돌출편에 의해 크랭크 암(21)의 회전 방향을 방해하는 위치에 놓이며, 따라서 크랭크 암(21)의 회전 운동이 크랭크 암 추종부(13)에 의해 회전자(12)에 전가되고, 크랭크 암 발전 장치(10)가 전력을 생성하게 된다. 자전거 주행자는 이 크랭크 암 추종부(13)의 돌출편을 접느냐 펴느냐에 따라 쉽게 발전 장치(10)의 전력 생산 여부를 정할 수 있다.
실시예에 따라서, 이러한 두 개의 돌출편이 크랭크 암(21)의 너비만큼 서로 이격된 상태로 형성될 수 있다. 이 경우, 크랭크 암(21)의 너비 양쪽에서 돌출편들이 접히면서 크랭크 암(21)에 크랭크 암 추종부(13)를 더욱 단단히 고정시킬 수 있다.
이러한 실시예들에 의해, 크랭크 암(21)과 회전자(12)가 크랭크 암 추종부(13)에 의해 영구적, 반영구적, 또는 자전거 주행자가 원하는 때에 결합된 상태에서, 자전거 주행자가 페달을 밟아 크랭크 암(21)이 회전하면, 크랭크 암 발전 장치(10)의 회전자(12)도 크랭크 암(21)과 동일한 각도로 회전한다. 이렇게 구성된 크랭크 암 발전 장치(10)의 고정된 고정자(11) 부분과 회전하는 회전자(12) 부분 사이에서 전류 유도 현상이 일어나 전력이 생성될 수 있다.
도 1의 예시에도 불구하고, 고정자(11)와 회전자(12)의 형상은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 예시는 고정자(11)가 크랭크 암 발전 장치(10)의 내경에 위치하고 회전자(12)가 고정자(11)를 중심으로 고정자(11)의 외주를 따라 회전하는 형상인 반면에, 이와 반대로 다른 실시예에서는, 고정자(11)가 크랭크 암 발전 장치(10)의 외경에 위치하고, 회전자(12)는 크랭크 암 발전 장치(10)의 내경에 위치하여, 회전자(12)가 고정자(11)의 내주를 따라 회전하도록 할 수 있다.
다른 예에서는, 고정자(11)와 회전자(12)가 각각 동일 내지 동등한 크기의 디스크 형상으로서 서로 나란히 중첩되게 배치되며, 고정자(11)는 프레임(22)에 가까운 쪽에 유동이 없도록 고정되고, 회전자(12)는 크랭크 암(21)에 가까운 쪽에 회전 가능하도록 장착되어 크랭크 암(21)의 회전에 대응할 수 있다.
이러한 실시예들에서, 고정자(11)와 회전자(12) 사이의 유격 내에 물이나 오물, 기름, 모래, 먼지가 들어가는 것을 막고, 회전자(12)를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 방수 또는 방진 케이스가 더 장착될 수 있다.
추가적으로, 자전거(1)의 적절한 위치, 예를 들어, 안장이 놓이는 프레임(22)에 나란하게, 또는 크랭크부(20) 주변의 빈 공간에, 생산된 전력을 저장할 수 있는 정류 회로, 충전 회로, 배터리 보호 회로 및 배터리를 포함하는 저장부가 더 배치될 수 있다. 이때, 정류 회로는 크랭크 암 발전 장치(10)의 전압 생성 방식에 따라, 즉 교류 전압 발전기인지, 직류 전압 발전기인지에 따라, 주지된 기존의 정류 회로의 구조를 이용하여 설계될 수 있다. 또한, 충전 회로 및 배터리 보호 회로는 배터리가 널리 알려진 2차 전지, 예를 들어 니켈-수소, 니켈-카드뮴, 리튬이온, 리튬-폴리머 등 중에서 어떤 것이냐에 따라, 즉 선택된 2차 전지의 명세 상의 충전 전압 및 공급 전압 특성에 따라, 기존에 주지된 충전 회로 및 배터리 보호 회로의 구조를 이용하여 설계될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 구조를 예시한 수평 단면도이다.
도 3을 참조하면, 예시적으로 고정자(11)가 크랭크 암 발전 장치(10)의 내경에 위치하고 회전자(12)가 고정자(11)를 중심으로 고정자(11)의 외주를 따라 회전하는 형상인 도 1 및 도 2의 크랭크 암 발전 장치(10)를 기준으로 설명되어 있다.
위에서 설명하였듯이, 고정자(11)와 회전자(12)의 위치는 실시예에 따라 변경될 수 있다. 크랭크 암 추종부(13)는 회전자(12)에 결합되므로, 그 위치도 또한 회전자(12)의 위치에 따른다.
도 3에서, 크랭크 암 발전 장치(10)는 고정자(11), 회전자(12), 크랭크 암 추종부(13), 브라켓 결합부(14)를 포함한다.
통상적으로 발전기는 밀집한 자기장을 형성하는 계자와, 그 자기장을 관통하면서 계자에 대해 상대적인 운동을 보이는 전기자로 구성될 수 있다. 이때, 계자가 회전할 수도 있고 전기자가 회전할 수도 있다. 또한, 회전하는 요소가 안쪽에 있을 수도 있고, 바깥쪽에 있을 수도 있다. 전기자로부터 외부로 전력을 출력하기 위해 브러시를 이용하는 방식과 브러시리스 방식이 있다. 계자가 영구자석일 수도 있고, 적어도 일부가 전자석일 수도 있으며, 전자석인 계자의 경우에는 발전기 자체에서 발생한 전력이 다시 공급되거나 외부에서 공급될 수도 있다.
도 3에서, 내경에 고정자(11)가 위치하고, 고정자(11)에는 각각 60도 씩 각도를 이루는 세 쌍의 전기자들(111, 111', 112, 112', 113, 113')이 예시적으로 배치되어 있다. 실시예에 따라, 각각 쌍을 이루는 전기자들(111과 111', 112와 112', 113과 113'), 즉 코일들은 브러시 또는 브러시리스 구조를 가지고 직류 기전력을 생산할 수도 있고 교류 기전력을 생산할 수도 있다. 이러한 발전 장치의 전기자 및 계자의 세부적인 구조는 당업자에게 주지된 기술이므로 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않는다.
외경에는 회전자(12)가 위치하며, 회전자(12)에는 각각 60도 씩 각도를 이루는 세 쌍의 계자들(121, 121', 122, 122', 123, 123')이 예시적으로 배치되어 있다. 계자들(121, 121', 122, 122', 123, 123')은 영구자석 또는 전자석으로 구현될 수 있다. 전자석으로 구현될 경우, 적어도 일부 자계는 발전 장치 자체에서 발생한 전력이 다시 공급되어 또는 외부에서 공급된 전력에 의해 발생할 수 있다.
회전자(12)의 외주 일측에는 경첩을 통해 크랭크 암 추종부(13)가 부착되어 있다. 고정자(11)의 내주에는 크랭크 암 발전 장치(10)를 크랭크부(20)의 보텀 브라켓(23)에 결합되기 위한 브라켓 결합부(14)가 형성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 다른 구조를 예시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 크랭크 암 발전 장치(10')는 고정자(15), 회전자(16), 크랭크 암 추종부(17), 브라켓 결합부(14)를 포함하지만, 도 2와 달리, 고정자(15)가 크랭크 암 발전 장치(10')의 외경에 위치하고 회전자(16)가 고정자(15)의 안쪽에서 고정자(15)의 내주를 따라 회전하는 형상이다.
내경에는 회전자(16)가 위치하며, 회전자(16)에는 각각 60도 씩 각도를 이루는 세 쌍의 계자들(161, 161', 162, 162', 163, 163')이 예시적으로 배치되어 있다. 계자들(161, 161', 162, 162', 163, 163')은 영구자석 또는 전자석으로 구현될 수 있다.
외경에 고정자(15)가 위치하고, 고정자(15)에는 각각 60도 씩 각도를 이루는 세 쌍의 전기자들(151, 151', 152, 152', 153, 153')이 예시적으로 배치되어 있다. 실시예에 따라, 각각 쌍을 이루는 전기자들(151과 151', 152와 152', 153과 153')은 브러시 또는 브러시리스 구조를 가지고 직류 기전력을 생산할 수도 있고 교류 기전력을 생산할 수도 있다.
크랭크 암 추종부(17)는, 회전자(16)의 전기자들(161, 161', 162, 162', 163, 163')이 배치된 영역을 피해, 회전자(16)에 수직을 이루어 돌출하는 형상으로, 일측이 경첩을 통해 고정되며 부착되어 있다. 회전자(16)의 내주에는 크랭크 암 발전 장치(10')를 크랭크부(20)의 보텀 브라켓(23)에 결합되기 위한 브라켓 결합부(14)가 형성된다.
도 3 및 도 4의 예시에도 불구하고, 고정자(11, 15)에 계자가 배치될 수도 있고, 또한 회전자(12, 16)에 전기자가 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 크랭크 암 발전 장치의 구조를 예시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 크랭크 암 발전 장치(50)는 도 1의 크랭크 암 발전 장치(10)와 유사하게, 크랭크 암(21), 프레임(22), 보텀 브라켓(23)을 포함하는 크랭크부(20)의 크랭크 부분에 장착되어 있다.
크랭크 암 발전 장치(50)는 보텀 브라켓(23)의 외주에 기어부(51), 발전부(52), 크랭크 암 추종부(13), 브라켓 결합부(14)를 포함한다.
기어부(51)는 복합 기어(미도시)를 포함한다. 이 복합 기어는 1과 같거나 낮은 기어비를 갖고, 크랭크 암(21)의 회전 운동을 입력받아 동일하거나 더 빠른 회전 운동으로 변환하여 발전부(52)에 출력한다. 이를 위해 크랭크 암 추종부(53)가 크랭크 암(21)의 회전력을 받아 기어부(51)의 복합 기어를 회전시킨다.
기어부(51)는 직경이 상대적으로 크고 톱니수가 많으며 원주의 안쪽에(내기어) 또는 바깥쪽에(외기어) 기어 톱니를 갖는 주기어와 여기에 맞물려 돌아가는 직경이 상대적으로 작고 톱니수가 적은 피니언 기어로 구성된, 기어비가 1보다 낮은 평행축 기어로서 예시된다. 기어부(51)의 최종 감속비가 작을수록 동일한 크랭크 암(21)의 회전에 대해 발전부(52)의 회전 속도가 높아질 것으로 기대된다.
도 5의 실시예에서는 기어부(51)의 회전축과 발전부(52) 내 회전자의 회전축이 평행하기 때문에 기어부(51)의 형태도 평행축 기어이다. 하지만 실시예에 따라서는 만약 발전부(52)의 회전축이 크랭크 암(21)의 회전축과 직교한다면, 기어부(51)는 베벨 기어(bevel gear), 페이스 기어(face gear) 등으로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 만약 발전부(52)의 회전축이 크랭크 암(21)의 회전축과 이격된 상태로 엇갈린다면, 기어부(51)는 교차 헬리컬 기어(crossed helical gear), 웜 기어(worm gear), 하이포이드 기어(hypoid gear), 스피로이드 기어(spiroid gear), 플라노이드 기어(planoid gear), 헬리콘 기어(helicon gear) 등으로 구현될 수 있다.
도 5에서 기어부(51)는 그 명칭에도 불구하고, 톱니 기어 체계가 아닌, 직접 접촉한 표면의 마찰력으로서 회전력을 전달하는 마찰차(friction wheel), 벨트를 이용하여 회전력을 전달하는 풀리(pulley), 체인을 이용하여 회전력을 전달하는 스프라켓(sprocket) 등으로 구현될 수도 있다.
기어부(51)에서 출력되는 회전은 곧바로 발전부(52)에 인가된다.
발전부(52)는 통상적인 발전기와 동일 또는 유사하게 회전자와 고정자, 계자와 전기자를 포함하는 구성을 갖출 수 있으므로 설명을 생략한다.
추가적으로, 자전거(1)의 적절한 위치, 예를 들어, 안장이 놓이는 프레임(22)에 나란하게, 또는 크랭크부(20) 주변의 빈 공간에, 생산된 전력을 저장할 수 있는 정류회로, 충전회로 및 배터리를 포함하는 저장부가 더 배치될 수 있다.
도 6은 도 5의 기어부에 포함될 수 있는 평행축 기어 구조를 예시한 부분 단면도이다.
도 6을 참조하면 기어부(51)는 주기어(511)와 피니언 기어(512)를 포함한다. 도 6에서, 기어부(51)는 전체 중 피니언 기어(512)가 있는 일부분을 강조하여 예시한 것이다. 크랭크 암 추종부(13)는 주기어(511)에 직접 결합되어 있고, 따라서 크랭크 암(21)의 회전력이 주기어(511)에 곧장 전달된다. 주기어(511)는 크랭크 암(21)과 동기되어 회전한다.
기어부(51)는 주기어(511)의 외주의 내경에 톱니가 형성되고 여기에 피니언 기어(512)가 맞물리는 평행축 기어로서 예시되어 있다.
피니언 기어(512)의 회전축은 발전부(52)의 회전자와 직결되며, 피니언 기어(512)의 회전에 따라 발전부(52)의 회전자가 회전한다.
나아가, 기어부(51)를 구성하는 주기어(511) 등의 회전 물체는 단순하게 스포크가 달린 원판형일 수도 있지만, 이 경우 주행자가 페달링을 멈추면 크랭크 암(21)의 동작도 갑자기 멈추고, 기어부(51)의 기어도 회전을 멈추며 따라서 발전부(52)도 발전이 중단된다. 이는 일 측면에서는 발전 가능한 전력의 손실을 의미하며, 다른 측면에서는 주행자가 페달링을 멈출 때에 기어부(51)의 관성이나 발전부(52)의 자기장이 페달의 즉각적인 정지를 방해하는 요소로 작용하기 때문에 페달과 크랭크 암(21)이 즉시 멈추지 않아 주행자가 페달링 시에 다소 부자연스럽게 느껴질 수 있다.
이에 대처하기 위해, 일 실시예에서는, 기어부(51)에 포함된 다수의 기어들 중 어느 하나, 특히 피니언 기어(512)의 내부가 프리휠(freewheel) 또는 자재륜 구조로 구현될 수 있다. 통상적으로 자전거 후륜의 허브에도 이러한 프리휠 구조가 장착되어 있어서, 주행자가 크랭크와 체인에 회전력을 가할 때에는 후륜에도 회전력이 전달되고, 이후에 주행자가 페달링을 멈추더라도 또는 심지어 페달을 역방향으로 돌리더라도 후륜은 계속 정방향으로 회전한다.
프리휠 구조는 내부에 비대칭의 톱니들(514)을 가진 원형 기어(513)가 중심에 있고 그 비대칭 톱니(514)에 스프링 핑거(springloaded finger)(515)가 걸리게 되는 구조이다. 원형 기어(513)의 입장에서 보면, 비대칭 톱니(514)의 낮은 경사에 따라 스프링 핑거(515)가 미끄러지며 올라가는 회전 방향으로는 원형 기어(513)가 자유롭게 회전하지만, 그 역방향으로는 스프링 핑거(515)가 비대칭 톱니(514)의 깊은 홈에 걸리기 때문에 원형 기어(513)가 회전하지 않는 구조이다.
그런데, 피니언 기어(512)의 회전 운동을 기초로 생각하면, 프리휠 구조를 가진 피니언 기어(512)는 정방향으로 회전할 때에는 스프링 핑거(515)가 원형 기어(513)의 비대칭 톱니(514)에 의한 깊은 홈에 걸려 비대칭 톱니(514)를 밀기 때문에 원형 기어(513)도 같은 방향으로 회전하게 된다. 만약 피니언 기어(512)의 회전이 멈추거나 또는 아예 회전 방향이 반대로 되더라도 원형 기어(513)는 피니언 기어(512)의 동작과 무관하게 회전 상태를 일정 시간 더 지속한다.
이렇듯, 프리휠 구조를 피니언 기어(512)에 적용할 경우에, 피니언 기어(512)는 그 외경에는 주기어(511)로부터 회전력을 전달받는 톱니를 갖고, 내경에는 스프링 핑거(515)가 중심 방향을 향하여 장착되며, 중심축(516)에는 비대칭 톱니들(514)을 갖는 원형 기어(513)가 장착되어 스프링 핑거(515)가 그 원형 기어(513)의 비대칭 톱니들(514)의 윤곽을 따라 미끄러지거나 걸리도록 구성될 수 있다.
이러한 프리휠 구성을 가진 경우에, 주행자가 페달링을 하는 동안에는 크랭크 암(21)의 회전력은 기어부(51)의 주기어(511)를 거쳐 피니언 기어(512)의 외경에 전달되고, 피니언 기어(512)의 회전에 따라 피니언 기어(512)의 스프링 핑거(515)가 내부의 원형 기어(513)의 비대칭 톱니(514)에 걸리면서 원형 기어(513)를 회전시킨다. 피니언 기어(512)의 중심축(516)은 발전부(52)의 회전자에 결합되어 있어서, 피니언 기어(512)의 원형 기어(513)가 회전하는 방향으로 발전부(52)의 회전자도 회전한다. 주행자가 페달링을 멈추거나 뒤로 돌리면, 크링크 암(21)의 회전력을 전달받은 스프링 핑거(515)는 원형 기어(513)의 비대칭 톱니(514) 윤곽을 따라 미끄러지며, 원형 기어(513)는 원래 돌던 방향으로 더 돌아가다가 서서히 멈춘다. 따라서, 주행자는 페달링을 멈출 시에 부자연스러움을 느끼지 않게 된다.
이와 유사하게, 실시예에 따라서는 프리휠 구조를 주기어(511)에 적용할 수도 있다. 도시하지는 않았지만, 이 경우에는 주기어의 내부에 중심축을 중심으로 회전하는 스프링 핑거가 중심에서 외부를 향하여 장착되며, 주기어의 외주의 내경에는 스프링 핑거가 걸리거나 미끄러지는 비대칭 톱니들이 형성된다. 이어서 주기어의 외주의 외경에는 피니언 기어로 회전력을 전달하는 톱니들이 형성된다. 크랭크 암(21)의 회전력은 스프링 핑거에 전달되고 스프링 핑거가 주기어 외주의 내경에 형성된 톱니에 걸리면서 주기어를 회전시킬 수 있다. 주행자가 페달링을 멈출 때에 스프링 핑거도 즉시 멈추면서 주기어의 외주의 내경에 있는 톱니들의 윤곽을 따라 미끄러지고, 그 동안 주기어의 외주는 관성에 의해 좀더 회전하면서 피니언 기어와 발전부(52)의 회전자들 한동안 더 회전시킨다.
이렇듯, 프리휠 구조를 채택하면, 주행자가 페달링을 멈추면 기어부(51)의 기어들 중 크랭크 암(21)과 직결되는 기어의 동작은 즉각 멈추더라도, 발전부(52)의 회전자는 관성에 따라 좀더 회전하며, 주행자는 페달링을 멈출 때에 부자연스러움을 느끼지 않게 된다.
도 6에서 프리휠 구조에 관하여 스프링 핑거를 가지고 예시하였지만, 두 개의 디스크들의 서로 마주보는 면들의 윤곽을 경사가 낮은 삼각 톱니 형상을 갖도록 가공하고, 서로 맞물리게 대향시킴으로써, 정방향으로는 함께 회전하지만 역방향으로는 각자 별개로 회전하는 디스크 클러치를 이용할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.
1 자전거
10, 10', 40 크랭크 암 발전 장치
11, 15 고정자
111, 111', 112, 112', 113, 113' 전기자
151, 151', 152, 152', 153, 153' 전기자
121, 121', 122, 122', 123, 123' 계자
161, 161', 162, 162', 163, 163' 계자
12, 16 회전자 13, 17 크랭크 암 추종부
14 브라켓 결합부 20 크랭크부
21 크랭크 암 22 프레임
23 보텀 브라켓 51 기어부
511 주기어 512 피니언 기어
513 원형 기어 514 비대칭 톱니
515 스프링 핑거 516 중심축
52 발전부

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
    고정자; 및
    상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함하는 크랭크 암 발전 장치로서,
    상기 크랭크 암 추종부는 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출하여 상기 크랭크 암과 접촉하는 돌출편을 포함하며,
    상기 돌출편의 일단은 상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어, 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  3. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
    고정자; 및
    상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함하는 크랭크 암 발전 장치로서,
    상기 크랭크 암 추종부는, 상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 둘러쌓아 상기 크랭크 암을 상기 회전자에 기계적으로 고정하는 체결구를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 체결구는 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 체결구를 장착하거나 장착을 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 프레임, 보텀 브라켓, 크랭크 암을 포함하는 자전거로서,
    자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함으로써 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부, 고정자 및 상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 따라 상기 고정자에 대해 상대적으로 동심 회전 운동을 보이는 회전자를 포함하는 크랭크 암 발전 장치를 더 포함하며,
    상기 크랭크 암 발전 장치는 상기 보텀 브라켓의 외주에서 상기 크랭크 암의 회전 공간과 상기 프레임 사이의 공간에 고정되고,
    상기 크랭크 암 추종부는 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출하여 상기 크랭크 암과 접촉하는 돌출편을 포함하며,
    상기 돌출편의 일단은 상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어, 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거.
  8. 삭제
  9. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함에 의해 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계;
    전달된 상기 크랭크 암의 회전력에 따라 회전자를 회전시키는 단계; 및
    고정자에 대한 상기 회전자의 상대적인 회전에 의해 자기 유도 전력을 생산하는 단계를 포함하는 크랭크 암 이용 자가 발전 방법으로서,
    상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계는,
    상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정된 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시킴으로써 상기 돌출편을 상기 크랭크 암에 접촉시키는 단계를 포함하며,
    상기 돌출편의 일단은 상기 회전자에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어, 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 이용 자가 발전 방법.
  10. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 상기 크랭크 암에 접촉함에 의해 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계;
    전달된 상기 크랭크 암의 회전력에 따라 회전자를 회전시키는 단계; 및
    고정자에 대한 상기 회전자의 상대적인 회전에 의해 자기 유도 전력을 생산하는 단계를 포함하는 포함하는 크랭크 암 이용 자가 발전 방법으로서
    상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 단계는,
    상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 상기 크랭크 암을 둘러쌀 수 있는 형상을 가진 체결구가 상기 회전자에 상기 크랭크 암을 기계적으로 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 이용 자가 발전 방법.
  11. 삭제
  12. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 놓임으로써 상기 크랭크 암의 장변 중 어느 하나에 접촉하며, 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
    상기 크랭크 암 추종부를 통해 상기 크랭크 암의 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높아진 또는 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 기어부; 및
    상기 기어부에서 출력되는 회전 운동에 의해 전력을 발전하는 발전부를 포함하는 크랭크 암 발전 장치로서,
    상기 크랭크 암 추종부는, 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시켜 상기 크랭크 암과 접촉시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있는 돌출편을 포함하며,
    상기 기어부는
    상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동과 동기되어 회전하는 주기어; 및
    상기 주기어의 톱니 수보다 적거나 같은 톱니 수를 가지며 상기 주기어와 맞물려 상기 상대적으로 높아진 또는 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 피니언 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 주기어는 톱니가 원주의 안쪽에 형성되어 있는 내기어인 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 주기어는 톱니가 원주의 바깥쪽에 형성되어 있는 외기어인 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 피니언 기어는
    상기 피니언 기어와 중심축을 공유하지만 상기 피니언 기어에 대하여 자유롭게 회전이 가능하며, 비대칭 톱니들을 갖는 원형 기어; 및
    상기 피니언 기어의 원주의 내경에 상기 원형 기어의 비대칭 톱니의 윤곽에 맞물리도록 돌출한 스프링 핑거를 포함하며,
    상기 피니언 기어는 일 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니에 걸리면서 상기 원형 기어를 함께 회전시키는 반면에, 타 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니의 윤곽을 따라 미끄러짐으로써, 상기 원형 기어가 일 방향으로만 회전하도록 하는 프리휠 구조인 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 주기어는 원주의 내경에 비대칭 톱니들을 갖고 상기 크랭크 암 추종부에 대하여 자유롭게 회전이 가능하며,
    상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동에 동기되어 회전하고 상기 주기어의 중심축에서 상기 비대칭 톱니들에 맞물리도록 돌출된 스프링 핑거를 가지며,
    상기 크랭크 암 추종부가 일 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니에 걸리면서 상기 주기어를 함께 회전시키는 반면에, 타 방향으로 회전할 때에는 상기 스프링 핑거가 상기 비대칭 톱니의 윤곽을 따라 미끄러짐으로써, 상기 주기어가 일 방향으로만 회전하도록 하는 프리휠 구조인 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  17. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 놓임으로써 상기 크랭크 암의 장변 중 어느 하나에 접촉하며, 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
    상기 크랭크 암 추종부를 통해 상기 크랭크 암의 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높아진 또는 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 기어부; 및
    상기 기어부에서 출력되는 회전 운동에 의해 전력을 발전하는 발전부를 포함하는 크랭크 암 발전 장치로서,
    상기 크랭크 암 추종부는 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출되여 상기 크랭크 암과 접촉하는 돌출편을 포함하며,
    상기 돌출편의 일단은 상기 기어부에 제한적으로 기동 가능하도록 고정되어 상기 크랭크 암 추종부의 회전 운동을 상기 기어부에 전달하며,
    자전거의 주행자가 선택적으로 상기 돌출편을 상기 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 돌출시키거나 또는 상기 크랭크 암의 회전 운동을 방해하지 않게 돌출된 상태를 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  18. 자전거의 크랭크 암의 회전 방향에 직교하도록 놓임으로써 상기 크랭크 암의 장변 중 어느 하나에 접촉하며, 상기 크랭크 암과 접촉한 부위에서 상기 크랭크 암의 회전력을 전달받는 크랭크 암 추종부;
    상기 크랭크 암 추종부를 통해 상기 크랭크 암의 회전 운동을 입력받아 1보다 작거나 같은 기어비를 가지고 상대적으로 높아진 또는 같은 회전 속도의 회전 운동을 출력하는 기어부; 및
    상기 기어부에서 출력되는 회전 운동에 의해 전력을 발전하는 발전부를 포함하는 크랭크 암 발전 장치로서,
    상기 크랭크 암 추종부는, 상기 크랭크 암의 장변에 직교하면서 둘러쌓아 상기 크랭크 암을 상기 기어부에 기계적으로 고정하는 체결구를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 체결구는 자전거의 주행자가 선택적으로 상기 체결구를 장착하거나 장착을 해제할 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 암 발전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5900703A (en) * 1996-02-07 1999-05-04 Li; Tsan Kuang Motor control system of electrical-motorized bicycle

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