KR101868515B1 - 자전거 무단 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거용 무단 변속기에 관한 것으로서, 자전거의 주 구동축에 설치되며 부분 원뿔형의 외면을 가지는 제1 변속기; 자전거의 뒷바퀴축에 설치되고 부분 원뿔형의 외면을 가지며, 자전거를 정면에서 바라볼 때 상기 제1 변속기와 대칭의 구조를 가지는 제2 변속기; 및, 상기 제1 변속기와 제2 변속기에 연결되는 벨트를 포함하되, 상기 제1 변속기의 소경부와 상기 제2 변속기의 대경부, 및 상기 제1 변속기의 대경부와 상기 제2 변속기의 소경부는 각각 동일 평면상에 있고, 상기 벨트가 상기 제1 변속기와 제2 변속기의 축방향을 따라 왕복 이동하면서 변속이 이루어지는 것을 특징으로 하므로, 변속시 단차로 인한 충격을 방지할 수 있다는 이점이 있고, 구조가 간단하여 제작이 용이하며, 자중이 크게 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

Description

자전거 무단 변속장치{Continuously Variable Transmission for Bicycle}

본 발명은 자전거 무단 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속시 소음과 충격이 없고 부드러운 변속이 연속적으로 이루어지는 자전거 무단 변속장치에 관한 것이다.

자전거는 간단한 교통수단의 역할뿐 아니라, 건강, 취미와 레저활동을 위해 대중에게 널리 보급되어 사용되고 있는 친환경적인 운송수단이다.

현재, 자동차나 오토바이 또는 세그웨이 등 편리한 운송수단이 다양하게 개발 및 사용되고 있음에도 불구하고 자전거 사용의 지속적인 증가 추세를 보이고 있다.

일반적으로, 자전거에는 속도조절을 용이하게 하고 주행성능 및 승차감을 향상시키기 위해 변속장치가 포함되어 있다.

일 예로, 기존 자전거용 변속장치는 페달과 중심부가 고정된 구동부, 자전거 후륜과 결합된 종동부, 및 구동부와 종동부를 연결하는 동력전달용 체인을 포함하며, 사용자에 의해 페달이 회전하면 페달과 결합된 구동부가 회전함에 따라 체인을 통해 동력이 전달되면서 자전거 후륜이 회전할 수 있게 되어 있다.

기존 구동부 및 종동부는 자전거의 속도 조절을 위해 직경이 다른 여러 개의 다단 스프로킷으로 구성되며, 주행조건에 따라 서로 다른 직경을 갖는 스프로킷을 사용하여 변속 단수를 조절할 수 있다.

그러나, 기존 자전거용 변속장치는 변속시 체인이 다단 스프로킷을 타고 이동하도록 구성됨에 따라 비정상적으로 이탈되는 문제점이 있고, 변속시에는 변속충격이 발생되고 동력전달이 연속적으로 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 기존 자전거용 변속장치는 변속 시간차가 발생될 뿐만 아니라, 주행 상태에 따라 필요한 적정 단수 조합을 찾는 조작이 번거롭고 조작 시간이 오래 걸리는 등 조작성이 크게 떨어지는 문제점이 있으며, 정밀한 변속을 구현하기 위해서는 구동부와 종동부에 보다 많은 단의 스프로킷을 구비해야 하기 때문에 구조가 복잡해지고 크기 및 무게가 증가하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 구조를 간소화하고 소형화에 기여할 수 있으며, 변속 제어를 신속하고 정확하게 수행하기 위한 무단변속기에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있는 상황이다.

1. 선행문헌 : 일본 공개특허공보 특개2013-256241호(2013.12.26)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 자중이 적고 제작이 용이하며 체인이 풀리는 현상이 없고 변속시 단차로 인한 충격을 방지할 수 있으며 조작이 편리한 자전거 무단 변속장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 자전거용 무단 변속기는,

자전거의 주 구동축에 설치되며 부분 원뿔형의 외면을 가지는 제1 변속기;

자전거의 뒷바퀴축에 설치되고 부분 원뿔형의 외면을 가지며, 자전거를 정면에서 바라볼 때 상기 제1 변속기와 대칭의 구조를 가지는 제2 변속기; 및,

상기 제1 변속기와 제2 변속기에 연결되는 벨트를 포함하되,

상기 제1 변속기의 소경부와 상기 제2 변속기의 대경부, 및 상기 제1 변속기의 대경부와 상기 제2 변속기의 소경부는 각각 동일 평면상에 있고, 상기 벨트가 상기 제1 변속기와 제2 변속기의 축방향을 따라 왕복 이동하면서 변속이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 변속기와 제2 변속기는 각각,

부분 원뿔형의 외면을 가지며 상기 외면에는 길이방향을 따라 연장되는 가이드 구멍이 관통 형성되는 중공의 변속기 본체;

상기 변속기 본체의 중공 내부에 내장되며 외면은 부분 원뿔형으로 이루어지고 상기 외면에는 나선이 형성되는 이송 나사 부재;

상기 가이드 구멍을 따라 이동이 자유롭게 설치되며 상단에는 벨트 걸이홈이 형성되고 하단에는 상기 이송 나사 부재의 나선과 결합하는 나선 결합편이 형성되는 벨트 연결부재; 및,

상기 이송 나사 부재를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 벨트 연결부재는 상기 벨트 걸이홈과 나선 결합편 사이에서 상기 변속기 본체의 외면에 지지되는 미끄럼 접촉부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 미끄럼 접촉부의 저면에는 슬라이드 코팅이 적용된 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 구멍 및 벨트 연결부재는 상기 제1 변속기와 제2 변속기의 둘레방향을 따라 각각 10개 이상 균등하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 페달이 있는 주 구동축과 뒷바퀴축에 결합되며 모터의 회전에 의해 벨트 연결부재가 원뿔형태의 변속기의 축방향으로 이동하면서 변속이 이루어지므로 변속시 단차로 인한 충격을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 중공의 변속기 본체, 이송 나사 부재, 벨트 연결부재 및, 이송 나사 부재를 회전시키는 모터가 미리 조립되어 있는 변속기를 주 구동축과 뒷바퀴축에 미리 결합하거나 현장에서 조립을 통해 결합하는 간단한 작업에 의해 완성되므로 제작이 용이하다는 장점도 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 회전 스위치를 앞뒤로 회전하는 단순한 조작에 의해 모터가 구동되어 변속이 이루어지므로 조작이 편리하고, 변속시 손가락의 힘이 거의 들지 않아 무리가 되지 않는다는 장점도 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 변속에 필요한 금속판상의 다수의 스프로킷과 변속유도기 등이 필요없게 되므로 자중이 크게 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속장치가 장착된 자전거의 일부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자전거 무단 변속장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자전거 무단 변속장치의 구성을 나타내는 일부 절개 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자전거 무단 변속장치의 변속예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자전거 무단 변속장치에서 이송 나사 부재의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자전거용 무단 변속기(1000)는, 자전거(100)의 주 구동축(110)에 설치되며 부분 원뿔형의 외면을 가지는 제1 변속기(200), 자전거(100)의 뒷바퀴축(120)에 설치되고 부분 원뿔형의 외면을 가지며, 자전거를 정면에서 바라볼 때 상기 제1 변속기(200)와 대칭의 구조를 가지는 제2 변속기(300) 및, 상기 제1 변속기(200)와 제2 변속기(300)에 연결되는 벨트(400)를 포함한다.

특히, 상기 벨트(400)가 상기 제1 변속기(200)와 제2 변속기(300)의 축방향을 따라 왕복 이동하면서 변속이 이루어지며, 상기 제1 변속기(200)의 소경부(270)와 상기 제2 변속기(300)의 대경부(380), 및 상기 제1 변속기(200)의 대경부(280)와 상기 제2 변속기(300)의 소경부(370)는 각각 동일 평면상에 있다.

이러한 구성에 따라, 상기 벨트(400)의 길이가 일정한 상태에서도 자연스럽게 변속이 가능하게 된다.

상기 벨트(400)는 평벨트나 V벨트 등이 채택될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 변속기(200)는 부분 원뿔형의 외면을 가지며 상기 외면에는 길이방향을 따라 연장되는 가이드 구멍(211)이 관통 형성되는 중공의 변속기 본체(210), 상기 변속기 본체(210)의 중공 내부에 내장되며 외면은 부분 원뿔형으로 이루어지고 상기 외면에는 나선(221)이 형성되는 이송 나사 부재(220), 상기 가이드 구멍(211)을 따라 이동이 자유롭게 설치되며 상단에는 벨트 걸이홈(231)이 형성되고 하단에는 상기 이송 나사 부재(220)의 나선(221)과 결합하는 나선 결합편(232)이 형성되는 벨트 연결부재(230) 및 상기 이송 나사 부재(220)를 회전시키는 모터(240)를 포함한다.

상기 모터(240)가 회전하면 모터 축(미도시)에 연결된 이송 나사 부재(220)가 제자리에서 회전하게 되며, 상기 이송 나사 부재(220)의 나선(221)에 나사 결합된 벨트 연결부재(230)가 이송 나사 부재(220)의 축방향을 따라 이동하게 된다.

이때, 상기 제1 변속기(200)와 제2 변속기(300)에 각각 설치된 이송 나사 부재(220)는 동일한 방향으로 이동한다.

상기 모터(240)의 전원으로서 건전지나 발전기를 통해 충전 가능한 충전지가 사용될 수 있다.

상기 모터(240)는 자전거 핸들의 손잡이에 회전형 스위치(미도시)를 설치하고 상기 회전형 스위치를 상기 모터(240)에 전기적으로 연결한 상태에서, 상기 회전형 스위치를 정역 회전하여 자연스럽게 변속이 이루어지게 할 수 있다.

즉, 회전형 스위치를 단순히 앞뒤로 회전시키는 것에 의해 부드러운 변속이 이루어지므로 조작이 매우 편리하다는 장점이 있다.

한편, 도면에서는, 상기 주 구동축(110)과 모터(240)가 결합된 구성으로 되어 있으므로, 모터(240)의 케이스와 주 구동축(110)을 강하게 고정하는 구조로 형성할 수 있다.

또는, 상기 주 구동축(110)의 단부가 모터(240)의 케이스를 감싼 상태로 제1 변속기(200)의 대경부(280)에 고정되는 것 또한 가능하다.

상기 제1 변속기(200)와 제2 변속기(300)는 자세만 대칭되게 배치될 뿐 구성요소는 동일하므로, 제1 변속기(200)의 소경부(270)와 대경부(280), 제2 변속기(300)의 소경부(370)와 대경부(380)를 제외하고, 동일한 구성요소에는 동일한 번호를 부여하도록 한다.

상기 벨트 연결부재(230)는 상기 벨트 걸이홈(231)과 나선 결합편(232) 사이에서 상기 변속기 본체(210)의 외면에 지지되는 미끄럼 접촉부(233)가 형성된다.

상기 미끄럼 접촉부(233)가 상기 변속기 본체(210)의 외면에 접촉하여 이동하므로 흔들림 없이 한층 안정적인 이동이 가능하다.

또한, 상기 미끄럼 접촉부(233)의 저면에는 슬라이드 코팅이 적용되어 이송 나사 부재(220)가 회전할 때 걸림 없이 자연스럽게 이동하는 것이 바람직하다.

상기 벨트 연결부재(230)가 상기 가이드 구멍(211)으로부터 빠지지 않도록 상기 벨트 연결부재(230)에는 상기 본체(210)를 사이에 두고 상기 미끄럼 접촉부(230)의 반대쪽, 즉 상기 본체(210)의 안쪽에 상기 가이드 구멍(211)의 폭보다 큰 확장부(미도시)를 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 가이드 구멍(211) 및 벨트 연결부재(230)는 상기 제1 변속기(200)와 제2 변속기(300)의 둘레방향을 따라 각각 10개 이상 균등하게 배치되어 벨트(400)가 거의 원형으로 자리 잡도록 하는 것이 좋다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 페달이 있는 주 구동축(110)과 뒷바퀴축(120)에 결합되며 모터(240)의 회전에 의해 벨트 연결부재(230)가 원뿔형태의 변속기(200)(300)의 축방향으로 이동하면서 변속이 이루어지므로 변속시 단차로 인한 충격을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 중공의 변속기 본체(210), 이송 나사 부재(220), 벨트 연결부재(230) 및, 이송 나사 부재(220)를 회전시키는 모터(240)가 미리 조립되어 있는 변속기를 주 구동축(110)과 뒷바퀴축(120)에 미리 결합하거나 현장에서 조립을 통해 결합하는 간단한 작업에 의해 완성되므로 제작이 용이하다는 장점도 있다.

또한, 회전 스위치를 앞뒤로 회전하는 단순한 조작에 의해 모터가 구동되어 변속이 이루어지므로 조작이 편리하고, 변속시 손가락의 힘이 거의 들지 않아 무리가 되지 않는다는 장점도 있다.

도 5에는 본 발명에 따른 자전거용 무단 변속기에서 이송 나사 부재의 다른 예가 도시되어 있다. 도 5의 이송 나사 부재는 도 3의 이송 나사 부재에 비해 1회전당 이동량이 많은 부재이다.

본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100... 자전거
110... 주 구동축
120... 뒷바퀴축
200... 제1 변속기
210... 본체
211... 가이드 구멍
220... 이송 나사 부재
221... 나선
230... 벨트 연결부재
231... 벨트 걸이홈
232... 나선 결합편
233... 미끄럼 접촉부
240...모터
300... 제2 변속기
400... 벨트
1000... 자전거용 무단 변속기

Claims (5)

1. 자전거의 주 구동축에 설치되며 부분 원뿔형의 외면을 가지는 제1 변속기;
   자전거의 뒷바퀴축에 설치되고 부분 원뿔형의 외면을 가지며, 자전거를 정면에서 바라볼 때 상기 제1 변속기와 대칭의 구조를 가지는 제2 변속기; 및,
   상기 제1 변속기와 제2 변속기에 연결되는 벨트를 포함하되,
   상기 제1 변속기의 소경부와 상기 제2 변속기의 대경부, 및 상기 제1 변속기의 대경부와 상기 제2 변속기의 소경부는 각각 동일 평면상에 있고, 상기 벨트가 상기 제1 변속기와 제2 변속기의 축방향을 따라 왕복 이동하면서 변속이 이루어지며,
   상기 제1 변속기와 제2 변속기는 각각,
   부분 원뿔형의 외면을 가지며 상기 외면에는 길이방향을 따라 연장되는 가이드 구멍이 관통 형성되는 중공의 변속기 본체;
   상기 변속기 본체의 중공 내부에 내장되며 외면은 부분 원뿔형으로 이루어지고 상기 외면에는 나선이 형성되는 이송 나사 부재;
   상기 가이드 구멍을 따라 이동이 자유롭게 설치되며 상단에는 벨트 걸이홈이 형성되고 하단에는 상기 이송 나사 부재의 나선과 결합하는 나선 결합편이 형성되는 벨트 연결부재; 및,
   상기 이송 나사 부재를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단 변속기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 벨트 연결부재는 상기 벨트 걸이홈과 나선 결합편 사이에서 상기 변속기 본체의 외면에 지지되는 미끄럼 접촉부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단 변속기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 미끄럼 접촉부의 저면에는 슬라이드 코팅이 적용된 것을 특징으로 하는 자전거용 무단 변속기.
   
5. 제1항 또는 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 가이드 구멍 및 벨트 연결부재는 상기 제1 변속기와 제2 변속기의 둘레방향을 따라 각각 10개 이상 균등하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단 변속기

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