KR101409203B1 - 삼각휠 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

삼각휠의 각 소륜들 뿐만 아니라 삼각휠 자체를 회전시킴으로써 손쉽게 장애물을 통과할 수 있게 하는 삼각휠 구동 장치가 개시된다.
삼각휠 구동 장치는
구동 장치에서 발생된 구동력에 의해 회전하는 동력 전달축;
상기 동력 전달축에 의해 회전하는 것으로서, 삼각형의 삼각휠 프레임과 상기 삼각휠 프레임에 의해 회전가능하게 지지되는 세 개의 소륜과 상기 동력 전달축의 회전을 상기 소륜에 전달하는 동력 전달 장치를 포함하는 삼각휠;
상기 삼각휠 프레임에 일체로 설치되는 삼각휠 프레임 기어; 및
좌우로 시프트됨에 따라 선택적으로 상기 삼각휠 프레임 기어에 회전력을 전달/해제하는 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치
를 포함한다.

Description

삼각휠 구동 장치 {Driving apparatus for triangle wheel}
본 발명은 계단과 같은 장애물을 넘을 수 있는 삼각휠을 가지는 이동 장치에 관한 관한 것으로서, 특히 삼각휠의 각 소륜들 뿐만 아니라 삼각휠 자체를 회전시킬 수 있도록 구성함으로써 이동장치가 손쉽게 장애물을 통과할 수 있게 하는 삼각휠 구동 장치에 관한 것이다.
휠체어 이용자는 휠체어 운행 도중 계단, 자갈밭, 모래길, 진흙길 등의 여러 가지의 장애 요인들에 부딪치게 되는 데 그 중에서 가장 크게 이동의 장애를 주는 것이 계단이다.
계단을 오르내릴 수 있다는 것은 휠체어를 이용하여 어디든 갈 수 있다는 것과 같은 의미이기 때문에 휠체어 제작자로서 가장 관심을 갖는 분야가 바로 계단을 등판할 수 있는 지의 여부이다.
종래의 계단을 등판할 수 있는 휠체어로서는 전동 장치를 이용하는 것, 무한궤도를 이용하는 것, 삼각휠을 이용하는 것 등이 개시되고 있다.
이들 중에서 삼각휠을 구비하는 휠체어는 동력 발생 장치에서 발생된 구동력을 삼각휠에 구비된 소륜들에 전달하여 이동한다.
삼각휠은 구동축을 중심으로 회전하는 프레임에 3개의 소륜을 정삼각형으로 배치한 것을 말한다.
대한민국 등록특허 10-1031321에 개시되는 삼각휠은 동력 발생 장치에서 발생된 구동력을 각각의 소륜에 전달하는 동력 전달 장치를 구비한다. 대한민국 등록특허 10-1031321에 개시되는 삼각휠은 장애물에 걸려서 소륜의 회전이 정지되면 소륜을 회전시키는 회전력에 의해 삼각휠 자체를 회전시켜 삼각휠이 장애물을 넘어가게 하는 방식으로 장애물을 타넘게 된다.
그렇지만 이러한 종래의 삼각휠 구동 방법은 동력 발생 장치에서 발생된 구동력을 삼각휠을 구성하는 소륜에 전달하고, 소륜에서 발생된 구동력에 의해 자체적으로 삼각휠 프레임을 구동하여 장애물을 넘게되어 있기 때문에, 동력 전달 과정이 복잡하여 실제로 장애물을 넘기 위한 충분한 힘을 발휘하기 어렵다.
더욱이 장애물의 높이가 높은 계단과 같은 경우에는 소륜에서 발생된 구동력만으로는 넘기 어렵기 때문에 휠체어 자체를 밀어주는 힘이 같이 작용하여야만 한다.
다른 한편으로, 종래의 삼각휠 구동 방법은 소륜의 회전이 정지되어야만 삼각휠이 회전되도록 구성되어 있어서 소륜의 회전과는 별개로 삼각휠을 회전시킬 수 없다는 문제점이 있다.
특허문헌; 대한민국 공개특허공보 10-2011-0138430(2011.12.28. 공개)
특허문헌; 대한민국 공개특허공보 10-2013-0086418(2013.08.02. 공개)
특허문헌; 대한민국 등록특허 10-1031321(2011.04.29. 공고)
본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위한 것으로서, 삼각휠에 구비된 소륜을 회전시킬 뿐만 아니라 소륜의 회전과는 별개로 삼각휠 프레임 자체를 회전시킬 수 있는 삼각휠 구동 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 소륜의 회전과 병행하여 삼각휠 프레임을 소륜의 회전 방향과 같은 방향으로 회전시킴으로써 이동 장치가 원활하게 장애물을 타넘게 하는 삼각휠 구동 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치는
구동 장치에서 발생된 구동력에 의해 회전하는 동력 전달축;
상기 동력 전달축에 의해 회전하는 것으로서, 삼각형의 삼각휠 프레임과 상기 삼각휠 프레임에 의해 회전가능하게 지지되는 세 개의 소륜과 상기 동력 전달축의 회전을 상기 소륜에 전달하는 동력 전달 장치를 포함하는 삼각휠;
상기 삼각휠 프레임에 일체로 설치되는 삼각휠 프레임 기어; 및
좌우로 시프트됨에 따라 선택적으로 상기 삼각휠 프레임 기어에 회전력을 전달/해제하는 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
삭제
상기 동력 전달축에 일체로 설치되는 제1구동 기어;
상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 제1구동기어에 상응하는 삼각휠 프레임 구동 기어 및 삼각휠 프레임 동력 전달 기어가 설치되며, 상기 삼각휠 프레임 구동 기어는 일체로 형성되되 상기 삼각휠 프레임 동력 전달 기어는 상기 제1구동 기어와의 결합을 구속/해제할 수 있도록 설치되는 삼각휠 프레임 동력 전달축을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
삭제
제2구동 기어가 설치된 구동모터;
상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 제2구동기어에 상응하는 삼각휠 프레임 구동 기어 및 삼각휠 프레임 동력 전달 기어가 설치되며, 상기 삼각휠 프레임 구동 기어는 일체로 형성되되 상기 삼각휠 프레임 동력 전달 기어는 상기 제2구동 기어와의 결합을 구속/해제할 수 있도록 설치되는 삼각휠 프레임 동력 전달축을 포함하는 것이 바람직하다.
다른 한편으로, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
삭제
상기 동력구동축에 일체로 설치되는 보조 디스크;
상기 동력 전달축상에서 좌우로 시프트되며 상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 보조 디스크를 관통하는 체결핀이 형성된 체결 디스크를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 체결 디스크는
제1체결 디스크;
상기 제1체결 디스크에 의해 진퇴가 구속되며 상기 체결핀이 형성되어 있는 제2체결 디스크;
상기 제2체결 디스크와 소정의 간격을 두고 설치되는 지지 디스크; 및
상기 제1,2체결디스크와 상기 지지디스크 사이에 설치되는 지지간을 포함하며,
여기서, 상기 제2체결 디스크는 상기 제1체결 디스크에 대하여 회전 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력 전달 장치는
상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 바퀴축 기어;
상기 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 배치되는 중심축 기어; 및
상기 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 사이에 배치되는 방향전환기어;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력 전달 장치는
상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 3개의 바퀴축 기어;
상기 3개의 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 상기 정삼각형의 평면에 수직이 되는 방향으로 연달아 배치되는 3개의 중심축 기어; 및
상기 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 각각을 연결하는 3개의 제1체인;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력 전달 장치는
상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 3개의 바퀴축 기어;
상기 3개의 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 중심축 기어; 및
상기 3개의 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 사이에 배치되는 3개의 방향전환기어;
상기 3개의 방향 전환 기어 각각과 일체로 형성된 3개의 조임 기어;
상기 바퀴축 기어와 상기 조임 기어를 연결하되 상기 바퀴축 기어는 내측에 접하고 상기 조임기어는 외측에 접하도록 설치되는 제2체인;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치는 삼각휠을 구성하는 소륜을 구동하는 동력 전달 장치와 더불어 삼각휠 프레임 자체를 구동하는 삼각휠 프레임 구동 장치를 구비함으로써 이동장치가 장애물을 원활하게 넘어갈 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1a 내지 1b는 본 발명의 바람직할 실시예에 따른 휠체어의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 삼각휠의 외관을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 일 실시예의 구성을 보이는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 또 다른 실시예들을 각각 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 도 3에 도시된 삼각휠의 기본 구성을 도시한다.
도 8은 도 3에 도시된 삼각휠의 구성하는 구성요소들의 기하학적 관계를 설명하기 위하여 도시된 것이다.
도 9는 삼각휠의 회전 운동을 도시한다.
도 10a 및 도 10b은 장애물을 만났을 때의 삼각휠의 이동 궤적을 도시한다.
도 11은 삼각휠 프레임과 기어들의 연결 상태를 도시한다.
도 12는 삼각휠의 다른 실시예를 도시한다,
도 13은 삼각휠의 또 다른 실시예를 도시한다,
도 1a 내지 1b는 본 발명의 삼각휠 구동 장치를 적용한 휠체어의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 1a 내지 1b를 참조하면, 휠체어(10)는 탑승자가 탑승할 수 있는 시이트(100), 베이스 (200), 구동장치(300) 전방 가이드륜(400, 본 발명의 요약에 있어서의 가이드륜), 평형유지장치(500), 삼각휠(600)로 구성된다.
베이스(200)는 시이트(100)를 지지하고, 전방 가이드륜(400) 및 후방의 삼각휠(600)를 회전 가능하게 지지하기 위한 것이다. 베이스(200)는 기본적으로 "T"자형 혹은 H형 프레임으로서, 전방에는 전방 가이드륜(400)이 회전 가능하게 지지되고, 후방에는 양측으로 삼각휠(600; 600a, 600b)이 회전 가능하게 지지된다.
구동장치(300; 300a, 300b)는 삼각휠(600)을 구동하기 위한 구동력을 발생시키는 것으로서, 좌우 삼각휠(600a, 600b)에 대하여 각각 설치되는 두 개의 구동장치(300a, 300b)를 포함한다.
삼각휠(600)은 구동장치(300)의 구동력에 의해 휠체어(10)가 평지는 물론 계단을 오르내릴 수 있게 하는 것이다.
좌우 삼각휠(600a, 600b)은 동일한 구성을 가지는 것이므로, 설명의 편의를 위해 이하 좌측 삼각횔의 구성만을 설명하고, 우측 삼각휠(600b)의 구성은 이에 갈음하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 삼각휠의 외관을 도시한다.
도 2를 참조하면, 삼각휠(600)을 구성하는 삼각휠 프레임(620)과 소륜(616)이 도시된다.
삼각휠 프레임(620)은 평판형의 것으로서 대체적으로 정삼각형을 이루며 정삼각형의 꼭지점에 소륜(616)이 위치한다.
도 3은 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 일 실시예의 구성을 보이는 단면도이다.
도 3의 오른쪽을 참조하면, 삼각휠(600)은 중심축 기어(610), 바퀴축 기어(612), 소륜(616), 방향전환 기어(614) 그리고 삼각휠 프레임(620)으로 구성되는 것을 알 수 있다.
중심축 기어(610)는 동력 전달축(720)에 결합되는 것으로서, 동력 전달축(720)의 회전에 동기하여 회전한다.
중심축 기어(610), 바퀴축 기어(612) 그리고 방향전환기어(614)는 동일평면상 즉, 삼각휠 프레임(620) 상에 배치된다. 여기서, 중심축 기어(610), 바퀴축 기어(612) 그리고 방향전환기어(614)는 서로 맞물릴 수 있도록 동일한 치수의 기어들을 가진다.
방향전환기어(614)의 작용에 의해 중심축 기어(610)와 바퀴축 기어(612)의 회전방향은 같게 된다.
바퀴축 기어(612)의 중심축 그리고 방향전환기어(614)의 중심축은 삼각휠 프레임(620)에 의해 회전가능하게 지지된다. 한편, 삼각휠 프레임(620)도 동력 전달축(720)에 회전 가능하게 결합된다.
바퀴축 기어(612)의 중심축은 삼각휠 프레임(620)의 외부로 연장되고, 그 끝에 소륜(616)이 결합된다. 소륜(616)의 직경은 바퀴축 기어(612)의 직경보다 크지만 각각의 소륜(616a ~ 616c)은 서로 접촉하지 않는다.
동력 전달축(720)은 구동장치(300)에 의해 구동된다. 제동은 제동기(900)에 의해 수행되며 제동기(900)는 구동장치(300)의 핸들(310)을 좌우로 젖힘에 의해 작동한다.
본체 프레임(820)은 동력 전달축(720)을 회전가능하게 지지한다.
한편, 도 3의 왼쪽을 참조하면, 동력 전달축(720), 삼각휠 프레임 기어(902), 삼각휠 프레임 구동 기어(904), 삼각휠 프레임 동력 전달축(906), 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)가 도시된다.
삼각휠(600)은 동력 전달축(720)에 직접 연결되어 구동되는 한편 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)에 연동되는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)에 의해 구동된다.
삼각휠 프레임(620)을 구동하는 구동 계층은 삼각휠 프레임 기어(902), 삼각휠 프레임 구동 기어(904), 삼각휠 프레임 동력 전달축(906), 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)를 포함한다.
삼각휠 프레임 기어(902)는 삼각휠 프레임(620)와 일체로 형성된다.
삼각휠 프레임 구동 기어(904)와 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)의 좌우측에 형성되어 있다. 삼각휠 프레임 구동 기어(904)는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)의 좌측에 일체로 형성되어 있는 한편 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)의 우측에 위치하되 , 제1구동 기어(302)와의 결합이 구속/해제될 수 있도록, 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)의 축 방향을 따라 시프트 가능하게 설치된다. 예를 들어, 해제 상태일 때는 제1구동 기어(302)와 치합되지 않도록, 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 도면에서 제1구동 기어(302)의 위치를 기준으로 우측으로 시프트되어 있을 수 있다. 또한, 구속 상태일 때는 제1구동 기어(302)와 결합되도록 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 도면에서 제1구동 기어(302)의 위치에 놓여지게 된다. 구속 상태에서 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 결합홈/결합돌기 등에 의해 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)에 결합되고, 이러한 결합에 의해 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)가 회전함에 따라 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)이 회전하게 된다.
이에 따라, 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)를 시프트시킴에 의해 동력 전달축(720)의 구동력을 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)에 전달하는 것을 제어할 수 있게 된다.
삼각휠 프레임 기어(902)는 삼각휠 프레임(620)와 일체로 결합되어 있어서, 삼각휠 프레임 구동 기어(904)와 삼각휠 프레임 기어(902)가 치합된 상태에서 동력 전달축(720)이 회전하면 삼각휠 프레임(620)가 회전하게 된다.
삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)의 축방향으로 시프트될 수 있도록 설치되어 있으며, 탑승자의 조작에 의해 시프트된다. 즉, 사용자의 조작에 의해 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)가 구동 기어(304)와 치합하는 위치로 시프트되면, 제1구동기어(302)와 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)과의 치합 상태가 이루어진다. 여기서, 제1구동 기어(302), 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)은 본 발명의 요약에 있어서의 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치에 상응한다.
이에 따라, 구동장치(300)의 조작에 의해 삼각횔 프레임(620)이 회전한다.
삼각횔(600)의 중심축 기어(610)는 동력 전달축(720)에 결합되어 있는 한편, 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)에 대해 회전가능하게 결합되어 있다. 또한, 소륜(616)의 회전 방향이 동력 전달축(720)의 회전 방향과 같고, 삼각휠 프레임(620)의 회전 방향도 동력 전달축(720)의 회전 방향이 일치하고 있기 때문에 삼각휠 프레임(620)의 회전하는 동안 소륜(616)가 동일한 속도 및 방향으로 움직이게 된다. 이를 위해, 삼각휠 프레임 구동 기어(904)와 삼각휠 프레임 기어(902)와의 기어비는 동력 전달축(720)과 바퀴축 기어(612)의 기어비에 상응하도록 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 탑승자의 조작에 의해 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)가 제1구동 기어(302)와의 결합이 해제되는 위치로 시프트하면, 제1구동기어(302)와 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)와의 치합상태가 해제된다.
이에 따라, 구동장치(800)의 조작에 의해 동력 전달축(720)의 회전에 의해 소륜(616)이 회전하더라도 동력 전달축(720)의 회전에 의해 삼각휠 프레임(620)이 회전하는 작용은 발생하지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 다른 실시예를 도시한 것으로서 삼각휠 프레임의 구동을 위한 별도의 구동 모터를 구비한 것을 도시한다.
도 4를 참조하면, 동력전달축(720), 삼각휠 프레임 기어(902), 삼각휠 프레임 구동 기어(904), 삼각휠 프레임 동력 전달축(906), 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804), 제2구동기어(908), 구동 모터(910)가 도시된다.
삼각휠(600)은 동력 전달축(720)에 직접 연결되어 구동되는 한편 삼각휠 프레임(620)은 구동모터(910)에 의해 구동되는 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)에 연결되어 구동된다.
삼각휠 프레임(620)을 구동하는 계통은 삼각휠 프레임 기어(902), 삼각휠 프레임 구동 기어(904), 삼각휠 프레임 동력 전달축(906), 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804), 제2구동기어(908), 구동 모터(910)를 포함한다.
도 4에 도시된 장치에서는 삼각휠 프레임 동력 전달 기어(804)를 시프트시킴에 의해 구동모터(910)의 구동력을 삼각휠 프레임(620)으로 전달하는 것을 제어할 수 있게 된다. 여기서, 구동 모터(910) 및 삼각휠 프레임 동력 전달축(906)은 본 발명의 요약에 있어서의 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치에 상응한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 또 다른 실시예들을 각각 도시하는 것으로서, 동력전달축에 설치된 체결 디스크를 통하여 삼각휠 프레임을 구동하는 예를 도시한다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 동력 전달축(720), 삼각휠 프레임 기어(902), 보조 디스크(912), 체결디스크(914)가 도시된다.
삼각휠(600)은 동력 전달축(720)에 직접 연결되어 구동되는 한편 동력 전달축(720)에 연결된 보조디스크(912) 및 체졀 디스크(914)에 의해 구동된다.
체결 디스크(914)의 표면에는 체결핀(914-6)이 보조 디스크(912) 방향으로 돌출되어 있다. 삼각휠 프레임 기어(902) 및 보조 디스크(912)에는 체결핀(914-6)이 관통 및 삽입되는 체결홈(902-1, 912-1)들이 각각 설치된다.
보조 디스크(912)는 동력 전달축(720)에 일체로 설치되어 있어서 동력 전달축(720)의 회전과 더불어 함께 회전한다.
한편, 체결디스크(914)는 보조 디스크(912)와 삼각휠 프레임 구동 기어(902)를 결합/해제하기 위한 것으로서, 동력 전달축(720)에 대하여 좌우로 슬라이딩 가능하게 설치된 체결핀(914-6)을 구동하기 위한 구조로 되어 있다. 이에 따라, 체결 디스크(914)는 체결핀(914-6) 및 체결핀(914-6)을 동력 전달축(720) 상에서 좌우로 시프트시키기 위한 요소들(914-1~914-5)로 구성된다. 이러한, 체결 디스크(914)는 제1체결디스크(914-1), 제2체결디스크(924-2), 체결 스프링(914-3), 지지 디스크(914-4) 지지간(914-5) 그리고 체결핀(914-6)으로 구성되어 있다.
제1체결디스크(914-1)는 본체 프레임(820)에 대하여 좌우로 회전되지 않게 설치되며, 제2체결디스크(924-2)는 체결핀(914-6)에 연결되며 제1체결 디스크(914-1)에 대하여 진퇴 및 회전 가능하게 설치된다. 한편, 체결스프링(914-3)의 일단은 제2체결디스크(914-2)에 접촉되고 타단은 본체 프레임(820)에 고정된다.체결 스프링(914-3)은 제2체결 디스크(914-2)를 보조 디스크(912) 쪽으로 밀어주는 역할을 하게 된다.
지지간(924-5)는 본체 프레임(820)을 관통하여 설치되며 지지간(914-5)의 양단에는 제2체결디스크(914-2) 및 지지디스크(914-4)가 각각 고정된다.
한편, 제2체결디스크(914-2)의 표면에는 체결핀(914-6)가 보조 디스크(912) 방향으로 돌출되어 있다. 체결핀(914-6)의 길이는 제1,2체결디스크(914-1, 914-2)가 도면에서 좌측으로 시프트되었을 때, 삼각휠 프레임 기어(902)와 보조 디스크(12) 모두에 체결핀(914-6)이 충분히 삽입되는 정도가 되어야 한다.
정상상태에서 제1,2체결 디스크(914-1, 914-2)는 본체 프레임(820)쪽으로 당겨져 있다. 이 상태에서는 체결핀(914-6)이 삼각휠 프레임 기어(902)로부터 이탈되어 있게 되므로, 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)에 의해 구동되지 않는 상태가 된다.
한편, 제1,2체결디스크(914-1, 914-2)가 왼쪽으로 시프트되면, 체결핀(914-6)이 삼각휠 프레임기어(902)에 삽입된다. 체결핀(914-6)이 보조 디스크(912) 및 삼각휠 프레임 기어(902)에 삽입되면, 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)의 회전에 동기되어 함께 회전한다. 또한, 제2체결디스크(914-2)도 보조 디스크(912)의 회전에 따라 함께 회전한다. 스프링(914-3)은 체결핀(914-6)이 이탈되지 않도록 제2체결디스크(914-2)를 보조 디스크(921)쪽으로 밀어준다.
한편, 도 5b를 참조하면, 도 5a에 도시된 체결 디스크(914)의 변형예가 개시된다.
도 5b에 도시된 체결 디스크(914)는 제1체결 디스크(914-1)의 외측 단부를 "ㄷ"자형으로 구부려서 제2체결디스크(914-2)를 수용하도록 구성한 것이다.
한편, 도 5c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 장치에 적용되는 삼각형 프레임 기어(902)의 예를 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 삼각형 프레임 기어(902)에는 체결핀(914-6)을 수용하기 위한 홈(902-1)이 설치된다. 여기서, 체결핀(914-6)의 개수 및 크기는 보조디스크(912)와 삼각핀 프레임 기어(902)의 결합을 유지할 수 있는 정도에서 적절히 설계될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 삼각휠 구동 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 것으로서, 동력전달축에 설치된 체결 디스크를 통하여 삼각휠 프레임을 구동하는 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 동력 전달축(720), 삼각휠 프레임 기어(902), 보조 디스크(912), 체결디스크(924)가 도시된다.
삼각휠(600)은 동력 전달축(720)에 직접 연결되어 구동되는 한편 동력 전달축(720)에 연결된 보조 디스크(912), 체졀 디스크(924)에 의해 구동된다.
체결 디스크(924)에는 체결핀(924-6)이 보조 디스크(912) 방향으로 돌출되어 있다. 삼각휠 프레임 기어(902) 및 보조 디스크(912)에는 체결핀(924-6)이 관통 및 삽입되는 체결홈(902-1, 912-1)들이 각각 설치된다.
보조 디스크(912)는 동력 전달축(720)에 일체로 결합되어 있어서 동력 전달축(720)의 회전과 더불어 함께 회전한다.
한편, 체결 디스크(924)는 제1체결디스크(924-1), 제2체결디스크(924-2), 스프링(924-3), 지지 디스크(924-4) 그리고 지지간(924-5)으로 구성되며, 제1, 2체결디스크(924-1, 924-2)는 동력 전달축(720)에 대하여 좌우로 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다. 스프링(924-3)은 제2체결디스크(924-2)와 삼각휠 프레임 기어(902)의 사이에 설치될 수 있다.
지지간(924-5)는 본체 프레임(820)을 관통하여 설치되며 지지간(924-5)의 양단에는 제1체결디스크(924-1) 및 지지디스크(924-5)가 각각 고정된다.
한편, 제2체결디스크(924-2)의 표면에는 체결핀(924-6)가 보조 디스크(912) 방향으로 돌출되어 있다. 체결핀(924-6)의 길이는 제1,2체결디스크(924-1, 924-2)가 도면에서 우측으로 시프트되었을 때, 삼각휠 프레임 기어(902)와 보조 디스크(912) 모두에 체결핀(924-6)이 충분히 삽입되는 정도가 되어야 한다.
제1,2체결 디스크(924-1, 924-2)가 좌측으로 시프트되어 있는 상태에서는 체결핀(924-6)이 삼각휠 프레임 기어(902)로부터 이탈되어 있게 되므로, 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)에 의해 구동되지 않는 상태가 된다.
한편, 제1,2체결디스크(924-1, 924-2)가 우쪽으로 시프트되면, 체결핀(924-5)이 삼각휠 프레임 기어(902) 및 보조 디스크(902)에 삽입된다. 이 상태에서는 삼각휠 프레임(620)은 동력 전달축(720)의 회전에 동기되어 함께 회전한다.
제1체결디스크(924-1) 및 지지디스크(924-4)는 본체 프레임(820)에 대하여 고정되지만 제2체결디스크(924-2)는 회전가능하다.
여기서, 보조 디스크(902) 및 체결 디스크(924)는 본 발명의 요약에 있어서의 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치에 상응한다.
도 7은 도 3에 도시된 삼각휠의 구성을 도시한다.
도 7을 참조하면, 삼각휠(600)은 하나의 중심축 기어(610), 세 개의 바퀴축 기어(612; 612a ~612c), 세 개의 방향 전환 기어(614; 614a~614c), 세 개의 소륜(616;616a~616c)을 포함한다. 여기서, 하나의 중심축 기어(610), 세 개의 바퀴축 기어(612; 612a ~612c), 세 개의 방향 전환 기어(614; 614a~614c)은 본 발명의 요약에 있어서의 동력 전달 장치에 해당한다.
동력 전달 장치는 동력 전달축(720)의 구동력을 삼각휠(600)에 구비된 세 개의 소륜(616;616a~616c)에 전달하는 역할을 수행한다.
중심축 기어(610)는 구동장치(300)에서 발생된 구동력에 의해 회전하는 것이고, 바퀴축 기어(612a~612c)는 소륜(616a~616c) 각각과 일체로 결합되며 중심축 기어(610)에서 발생된 구동력에 의해 회전하는 것이다.
도 8은 도 3에 도시된 삼각휠의 구성하는 구성요소들의 기하학적 관계 및 기어 구조를 설명하기 위하여 도시된 것이다.
도 8의 좌측 그림을 참조하면, 바퀴축 기어(612a~612c)는 정삼각형을 이루어 배치되며, 정삼각형의 중심에 중심축 기어(610)가 배치된다.
소륜(616a~616c)은 동일 평면상에 위치되며, 그것들의 외주면은 서로 접촉하지 않는다. 소륜(616a~616c)의 직경은 그것들의 외주면이 서로 접촉하지 않는 한도 내에서 될수록 큰 것이 바람직하다.
정삼각형의 한 변의 길이는 계단의 높이에 따라 결정된다. 변의 길이가 너무 작으면 계단을 오를 수 없고 너무 커도 계단을 오르기 곤란하다. 통계적으로 볼 때, 계단 높이는 14cm ~20cm 범위내에 존재하며 넓이는 20cm이상이다, 이러한 조건을 고려할 때 한 변의 길이는 15cm~28cm이하이어야 하고 그중에서도 22cm가 적절하다. 또한 한 변의 길이는 바퀴의 지름과 같거나 커야 한다.
방향 전환 기어(614)의 중심축은 중심축 기어(610)와 바퀴축 기어(612)와를 잇는 직선상에 위치한다.
한편, 도 8의 우측 그림을 참조하면, 중심축 기어(610a~610c)가 정삼각형을 이루어 배치되고, 방향 전환 기어(614)의 중심축은 중심축 기어(610)와 바퀴축 기어(612)와를 잇는 직선상에 위치하는 것이 도시된다. 여기서, 중심축 기어(610)와 바퀴축 기어(612)의 기어비는 1:3정도가 바람직하다. 이 정도의 기어비를 가질 때 핸들 조작에 의해 삼각휠(600)을 용이하게 구동할 수 있을 뿐만 아니라 동력 장치를 이용할 때도 기어효율을 높게 할 수 있다.
도 8을 참조하면 중심축 기어(610)의 가운데에 연결홈(622)을 마련하고 연결홈(622)의 내주측에 돌기를 형성한 것이 도시된다. 이러한 연결홈(622)은 동력전달축(720)과 연결하기 위한 것이다. 즉, 동력 전달축(720)에도 연결홈(622)에 마련된 돌기에 상응하는 돌기를 형성하여 서로 맞물림에 의해 동력 전달축(720)과 중심축 기어(610)를 결합한다. 그렇지만 동력전달축과 중심축 기어(610)의 연결은 반드시 도 8에 도시된 바의 연결홈(622)의 의한 것일 필요는 없다.
소륜(616a~616c)들이 정삼각형 배치를 유지하도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 삼각휠 프레임(620)가 제공된다. 삼각휠 프레임(620)는 소륜(616a~616c)들이 동일 평면 상에서 정삼각형을 이루며 결합되도록 하는 것으로서, 도 2에는 정삼각형의 형태를 가지는 것으로 도시되고 있지만 반드시 그러할 필요는 없다.
한편, 삼각휠 프레임(620)의 변에는 케이스(미도시)과의 연결을 위한 케이스 연결홈(626)가 마련된다.
도 9는 삼각휠의 회전 운동을 도시한다.
도 9를 참조하면, 구동 장치(300)와 중심축 기어(610)는 동력 전달축(720)에 의해 서로 연결되어 있다. 휠체어 탑승자는 당기는 힘보다 미는 힘을 더욱 효과적으로 사용할 수 있다. 이에 따라 구동장치(300)의 핸들(310)를 앞으로 밀 때 휠체어(10)가 진행방향으로 이동되게 하는 것이 바람직하다.
탑승자가 핸들(310)를 진행 방향(도 9에서 왼쪽)으로 밀어주면, 동력 전달축(720)이 진행 방향으로 회전하게 된다. 동력 전달축(720)이 진행방향으로 회전함에 따라 중심축 기어(610)도 진행방향으로 회전하며, 이에 맞물린 방향전환기어(614)는 진행방향과 반대쪽으로 회전한다. 한편, 방향전환기어(614)와 맞물린 바퀴축 기어(612)는 진행방향으로 회전하고 이에 따라 소륜(616)이 진행방향으로 회전한다.
도 10a 및 도 10b은 장애물을 만났을 때의 삼각휠의 이동 궤적을 도시한다.
먼저 도 10a를 참조하면, 장애물을 만나서 소륜(616)이 회전하지 않으면 방향 전환 기어(614)는 반대 방향으로 더 이상 회전하지 못하고 정지 상태로 있게 되고, 중심축 기어(610)가 바퀴축 기어(612)와 방향 전환 기어(614)의 정지 상태를 발판 삼아 그대로 삼각휠 프레임을 회전시키면서 장애물을 넘게 된다.
이와 같이, 소륜(616)을 회전시키는 동력 전달축(720)의 구동력에 의해 삼각휠(600)이 장애물을 넘을 수도 있지만, 장애물이 연속되거나 계단 등의 경우에는 삼각휠 자체를 회전시켜서 장애물을 넘도록 하는 것이 훨씬 효과적이다.
다음으로 도 10b를 참조하면, 계단을 내려갈 때, 처음 첫 소륜이 계단 바닥에 떨어지면 삼각휠 프레임의 회전에 의해 두 번째 소륜이 두 번째 계단 바닥에 내려지게 된다. 이러한 동작을 반복함에 의해 휠체어(10)가 계단을 내려가게 된다.
도 10b에 도시된 바와 같이 삼각휠의 중심선 즉, 중심축 기어(610)의 이동 궤적이 계단의 경사선과 일치하는 직선에 가깝게 되기 때문에 휠체어 탑승자는 안정되게 계단을 내려갈 수 있게 된다. 또한 평형 유지 장치(500)에 의해 시이트(100)가 수평면을 유지하기 때문에 휠체어 탑승자는 더욱 안정되게 계단을 내려갈 수 있다.
물론, 도 10b에 도시된 상태는 계단의 높이 및 길이 그리고 삼각휠(600)의 직경들이 최적으로 조합된 상태에 해당한다. 그렇지만, 계단의 높이 및 길이가 다르더라도 본 발명에 따른 휠체어(10)는 안정되게 계단을 내려갈 수 있다. 왜냐하면, 삼각휠 프레임이 회전하는 상태에서 각각의 소륜(616)은 자유회전 상태를 유지하기 때문이다. 즉, 삼각휠 프레임의 회전과 더불어 휠체어(10)가 계단을 용이하게 내려갈 수 있도록 각각의 소륜(616)이 계단 바닥면에서 진퇴운동하기 때문이다.
한편, 계단을 등판할 때의 삼각휠의 동작도 이와 같기 때문에 별도로 설명하지 않기로 한다.
이와 같이 본 발명은 계단을 오르내릴 때 삼각휠 프레임 구동 장치를 이용하여 삼각휠 프레임(620) 자체를 회전시킬 수 있도록 구성한 것이다.
도 11은 삼각휠 프레임과 기어들의 연결 상태를 도시한다.
도 11을 참조하면, 중심축 기어(610), 바퀴축 기어(612), 방향전환 기어(614) 들은 삼각휠 프레임(620)에 의해 지지된다. 구체적으로 각 기어들(610, 612, 614)은 링베어링(624)을 통하여 삼각휠 프레임(620)에 결합된다.
이에 따라, 삼각휠 프레임(620)이 회전하면, 3개의 소륜(616)들이 일체를 이루어 회전하게 된다.
즉, 삼각휠(600)은 3개의 소륜(616)들 각각이 회전하는 상태와 삼각휠 프레임(620)이 회전하는 상태의 두 가지 상태를 가지게 된다.
3개의 소륜(616)들이 각각 회전하는 상태는 평지를 주행할 때 사용하는 것으로서 이하 주행 모드라 하기로 한다.
삼각휠 프레임(620)이 회전하는 상태는 계단을 오르내릴 때 사용하는 것 즉, 등판 모드에서 사용하는 것이다.
도 12는 삼각휠의 다른 실시예를 도시한다,
도 12를 참조하면, 동력 전달축(720)에 3개의 중심축 기어들(610-a, 610-b, 610-c)이 설치되고, 각각의 중심축 기어들(610-a, 610-b, 610-c)과 바퀴축 기어들(612a, 612b, 612c) 사이에는 제1체인(636a, 636b, 636c)가 설치된다.
3개의 중심축기어들(610-a, 610-b, 610-c)이 동력 전달축(720)상에 연이어 설치되므로, 바퀴축 기어들(612a, 612b, 612c)도 이에 맞추어 단차를 가지도록 설치된다.
도 13은 삼각휠의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 13을 참조하면, 동력 전달축(720)에 중심축 기어(610)이 설치되고, 중심축 기어(610)와 바퀴축 기어들(612a, 612b, 612c) 사이에는 방향 전환 기어(614a, 614b, 614c)가 설치되며, 방향 전환 기어(614a, 614b, 614c)와 일체로 조임 기어들(646a, 646b, 646c)가 설치된다. 또한, 바퀴축 기어(612a, 612b, 612c)와 조임 기어들(646a, 646b, 646c)은 제2체인(648)에 의해 연결된다.
이때, 도 13의 오른쪽 그림에 도시되는 바와 같이, 바퀴축 기어(612a, 612b, 612c)들은 제2체인(648)의 내주면에 접하도록 설치되고, 조임 기어들(646a, 646b, 646c)은 제2체인(648)의 외주면에 접하도록 설치된다.
이에 따라, 제2체인(648)은 중심축 기어(610) 및 조임 기어(646a, 646b, 646c)에 의해 구동되고 그 결과 바퀴축 기어(612a, 612b, 612c)가 중심축 기어(610)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하게 된다.
100...시이트 200...베이스
300...구동장치 400...전방 가이드륜
500...평형유지장치 600...삼각휠
800...제동장치

Claims (8)

  1. 삼각휠을 가지는 이동 장치의 삼각휠 구동 장치에 있어서,
    구동 장치에서 발생된 구동력에 의해 회전하는 동력 전달축;
    상기 동력 전달축에 의해 회전하는 것으로서, 삼각형의 삼각휠 프레임과 상기 삼각휠 프레임에 의해 회전가능하게 지지되는 세 개의 소륜과 상기 동력 전달축의 회전을 상기 소륜에 전달하는 동력 전달 장치를 포함하는 삼각휠;
    상기 삼각휠 프레임에 일체로 설치되는 삼각휠 프레임 기어; 및
    좌우로 시프트됨에 따라 선택적으로 상기 삼각휠 프레임 기어에 회전력을 전달/해제하는 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치;
    를 포함하는 삼각휠 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
    상기 동력 전달축에 일체로 설치되는 제1구동 기어; 및
    상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 제1구동기어에 상응하는 삼각휠 프레임 구동 기어 및 삼각휠 프레임 동력 전달 기어가 각각 설치되며, 상기 삼각휠 프레임 구동 기어는 일체로 형성되되 상기 삼각휠 프레임 동력 전달 기어는 상기 제1구동 기어와의 결합을 구속/해제할 수 있도록 설치된 삼각휠 프레임 동력 전달축을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
    제2구동 기어가 설치된 구동모터; 및
    상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 제2구동기어에 상응하는 삼각휠 프레임 구동 기어 및 삼각휠 프레임 동력 전달 기어가 설치되며, 상기 삼각휠 프레임 구동 기어는 일체로 형성되되 상기 삼각휠 프레임 동력 전달 기어는 상기 제2구동 기어와의 결합을 구속/해제할 수 있도록 설치된 삼각휠 프레임 동력 전달축을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 삼각휠 프레임 회전력 전달 장치는
    상기 동력 전달축에 일체로 설치되는 보조 디스크; 및
    상기 동력 전달축 상에서 좌우로 시프트되며 상기 삼각휠 프레임 기어 및 상기 보조 디스크를 관통하는 체결핀이 형성된 체결 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 체결 디스크는
    제1체결 디스크;
    상기 제1체결 디스크에 의해 진퇴가 구속되며 상기 체결핀이 형성되어 있는 제2체결 디스크;
    상기 제2체결 디스크와 소정의 간격을 두고 설치되는 지지 디스크; 및
    상기 제1,2체결디스크와 상기 지지디스크 사이에 설치되는 지지간을 포함하며,
    여기서, 상기 제2체결 디스크는 상기 제1체결 디스크에 대하여 회전 가능한 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 동력 전달 장치는
    상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 바퀴축 기어;
    상기 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 배치되는 중심축 기어; 및
    상기 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 사이에 배치되는 방향전환기어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 동력 전달 장치는
    상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 3개의 바퀴축 기어;
    상기 3개의 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 상기 정삼각형의 평면에 수직이 되는 방향으로 연달아 배치되는 3개의 중심축 기어; 및
    상기 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 각각을 연결하는 3개의 제1체인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 동력 전달 장치는
    상기 삼각휠 프레임에 정삼각형을 이루어 배치되며 상기 소륜이 일체로 결합되는 3개의 바퀴축 기어;
    상기 3개의 바퀴축 기어가 이루는 정삼각형의 중심에 중심축 기어; 및
    상기 3개의 바퀴축 기어와 상기 중심축 기어 사이에 배치되는 3개의 방향전환기어;
    상기 3개의 방향 전환 기어 각각과 일체로 형성된 3개의 조임 기어; 및
    상기 바퀴축 기어와 상기 조임 기어를 연결하되 상기 바퀴축 기어는 내주에 접하고 상기 조임기어는 외주에 접하도록 설치되는 제2체인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼각휠 구동 장치.
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