KR101904727B1 - 유압식 자동변속 자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 구성 및 다양한 방식으로 제작, 작동하는 유압식 자동변속기를 포함함으로써 기존의 기계식 체인 기어를 사용하지 않고도 사용자가 자전거 주행 중 변속이 가능하다는 이점을 제공한다. 따라서 사용자는 기존의 기계식 체인 기어의 마모, 부식 등으로 인한 오작동을 방지할 수 있고, 체인 기어의 탈착으로 인한 사고도 방지할 수 있으며, 주행 중 체인 기어에 옷이 말려 들어가는 불편함도 피할 수 있다. 특히 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 유압펌프를 포함하는 유압식 자동변속기를 포함한다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프의 구동부의 모든 부분 또는 상당한 부분이 상기 유압식 자동변속기의 하우징 또는 커버 내부에 내장되도록 구성할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속 자전거는 외부 환경에 의한 상기 구동부의 기계적 마모 및 부식을 최소화할 수 있음은 물론 이물질이 구동부에 유입되어 발생하는 오작동을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기의 구동부의 대부분 또는 모든 부분이 상기 하우징 또는 커버 내부에 내장되므로 사용자는 주행 중 자신의 옷과 구동부의 접촉을 미연에 방지할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프에서 배출되는 가압 유체에 의하여 구동되는 유압모터도 포함하며, 상기 유압모터의 구동부의 모든 부분 또는 상당한 부분 역시 상기 유압식 자동변속기의 하우징에 내장되도록 구성할 수도 있다.

Description

유압식 자동변속 자전거 {Hydraulic Automatic Transmission Bicycle}
본 발명은 변속이 가능한 자전거에 관한 것으로서, 변속이 자동으로 이루어지는 자동변속 자전거에 관한 것이다. 특히 본 발명은 유압을 이용한 유압식 자동변속 자전거에 관한 것으로서, 상기 유압식 자동변속 자전거는 유압을 이용하여 다양한 구성 및 방법으로 자동 무한변속을 구현하는 다양한 유압식 자동변속기를 포함한다.
기존의 자전거는 앞바퀴와 뒷바퀴에 체인 기어를 장착하여 수동식으로 변속이 가능하도록 구성된다. 하지만 사용자가 자전거 주행 중 도로 상황이 급변할 경우 이에 적합한 변속을 할 수 없는 경우가 자주 발생하며, 변속을 하더라도 주행 속도를 유지할 수 없는 경우도 자주 발생한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 전기식 자동변속 자전거가 개발되었지만, 상기 전기식 자동변속 자전거는 기존의 체인 기어의 자동변속을 위하여 바퀴의 회전 속도 또는 주행 도로의 기울기 등을 측정하는 고가의 센서를 사용해야함은 물론 센서나 회로의 고장도 잦고 그 가격도 비싸다는 단점이 있다.
미국특허 제03824045호 (1974.07.16 등록) 미국특허 제03847515호 (1974.11.12 등록) 미국특허 제04421462호 (1980.12.20 등록) 미국특허 제04316706호 (1982.02.23 등록) 대한민국 특허 제0429928호 (2002.12.02 공개) 대한민국 특허 제1177595호 (2007.09.07 공개) 대한민국 특허 제1235988호 (2007.08.24 공개) 대한민국 특허 제1449224호 (2013.02.28 공개) 대한민국 실용신안특허 제0467725호 (2013.06.25 공개) 대한민국 특허 제1382073호 (2014.03.31 공개)
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 구성 및 다양한 방식으로 제작, 작동하는 유압식 자동변속기를 포함함으로써 기존의 기계식 체인 기어를 사용하지 않고도 사용자가 자전거 주행 중 변속이 가능하다는 이점을 제공한다. 따라서 사용자는 기존의 기계식 체인 기어의 마모, 부식 등으로 인한 오작동을 방지할 수 있고, 체인 기어의 탈착으로 인한 사고도 방지할 수 있으며, 주행 중 체인 기어에 옷이 말려 들어가는 불편함도 피할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 유압펌프를 포함하는 유압식 자동변속기를 포함한다. 특히 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프의 구동부의 모든 부분 또는 상당한 부분이 상기 유압식 자동변속기의 하우징에 내장되도록 구성할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속 자전거는 외부 환경에 의한 상기 구동부의 기계적 마모 및 부식을 최소화할 수 있음은 물론 이물질이 구동부에 유입되어 발생하는 오작동을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기의 구동부의 대부분 또는 모든 부분이 상기 하우징에 내장되므로 사용자는 주행 중 자신의 옷과 구동부의 접촉을 미연에 방지할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프에서 배출되는 가압 유체에 의하여 구동되는 유압모터도 포함하며, 상기 유압모터의 구동부의 모든 부분 또는 상당한 부분 역시 상기 유압식 자동변속기의 하우징에 내장되도록 구성할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 별도로 수동 조작하지 않더라도 자동적으로 변속이 가능한 유압식 자동변속기를 포함할 수 있다. 따라서 사용자는 주행 중 도로 상황의 변화에 대응하는 변속을 위한 별도의 수동 조작 없이 또는 변하는 도로 상황에 따라 변속비(또는 변속 비율, gear ratio 또는 speed ratio)을 조절하기 위한 별도의 수동 조작 없이 자동변속 주행이 가능해진다. 또한 별도의 수동 조작 없이 상기 자전거의 자동변속이 가능해짐에 따라 사용자는 최적 변속 시점을 놓침으로서 오르막길에서 주행이 불가능해지는 등의 불상사를 피할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 무한변속이 가능한 유압식 자동변속기를 포함한다. 따라서 사용자는 주행 중 변하는 도로 상황에 따라 미리 정해진 다수의 변속비 중 하나를 선택하고 도로 상황이 다시 변할 경우 또 다른 변속비를 선택할 필요 없이 상기 유압식 자동변속기가 자동으로 결정하는 변속비에 따라 주어진 상황에 최적인 변속비로 자전거 주행이 가능해진다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 무한변속이 가능하므로 사용자를 위하여 미리 정해진 다수의 변속비를 표시할 필요가 없으며, 또한 상기 변속비를 표시하는 기존의 시프트 표시기(gear shift indicator)도 필요로 하지 않는다. 따라서 사용자는 변속비 및 변속 기어를 작동할 필요 없이 자전거 주행이 가능해진다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 유압에 의하여 거의 실시간으로 변속이 가능한, 즉 변속 반응 시간 또는 변속 응답 시간(response time)이 극히 짧은 유압식 자동변속기를 포함한다. 특히 상기 유압식 자동변속기 내부의 유체 및 이에 연결된 유관 내부의 유체의 압력은 그 사이에 유체의 유압 전달 또는 가압된 유체의 흐름을 방지하는 밸브 등이 설치되어있지 않는 한 거의 실시간으로 동조(synchronize)된다. 따라서 도로의 다양한 상황들을 감지한 후에야 이에 전기식으로 대응할 수 있는 기존의 전기식 자동변속기에 비하여, 상기 유압식 자동변속기는 도로 상황의 변화에 따라 변하는 상기 유체의 압력에 거의 실시간으로 대응하여 변속비를 조절할 수 있으며, 그 결과 사용자는 주행 중 변하는 도로 상황에 실시간으로 대응하는 최적의 변속비로 주행이 가능해진다. 단 상기 변속 반응 시간이 짧아질수록 상기 유압식 자동변속기는 외부의 기계적 저항, 즉 주행하는 노면의 굴곡에 거의 실시간으로 대응하며 자동변속을 구현하게 되며, 이에 따라 사용자는 불편함을 느낄 수도 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 상기 유관을 통한 유체의 흐름을 제어하여 상기 반응 시간을 일정 수준 이상으로 증가시킴으로써 자동변속의 시점(timing) 또는 정도를 조절(dampen)할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 유압펌프 또는 기존의 유압모터를 포함하는 유압식 자동변속기를 포함하거나, 또는 상기 기존의 구성을 약간 변형한 기존의 유압펌프나 기존의 유압모터를 포함하는 유압식 자동변속기를 사용할 수 있다. 따라서 사용자는 새로운 구성이나 작동 원리에 의한 새로운 유압펌프를 개발할 필요 없이 상기 유압식 자동변속기를 용이하게 사용하거나 약간의 변형을 통하여 사용할 수 있다. 그 결과 상기 유압식 자동변속 자전거는 저렴한 가격에 제작이 가능해지며 대량생산도 가능해진다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술 및 하술의 기능을 구현하되 저속에서 구동 가능한 유압펌프 또는 유압모터를 포함하는 유압식 자동변속기를 포함할 수 있다. 특히 상기 유압펌프나 유압모터는 기존의 유압펌프나 기존의 유압모터의 구성을 약간 변환하여 저속에서 구동하도록 구현할 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 체력 한계 이내에서 또는 자신이 원하는 속도의 저회전(일예로 600 rpm, 400 rpm 등) 주행 중에도 자신에게 알맞은 변속비로 주행이 가능해진다.
일반적으로 유압펌프는 구동 압력에 따라 고압 유압펌프 (약 250 기압 이상), 중압 유압펌프 (약 125~250 기압) 및 저압 유압펌프 (약 125 기압 이하)로 구분한다. 이러한 측면에서 보면 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상대적으로 저압에서 구동하는 유압식 자동변속기를 포함할 수 있다. 따라서 상대적으로 저압에서 구동하는 유압식 자동변속기는 구동부의 마찰이 상대적으로 적으므로 마찰에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 따라서 상기 유압식 자동변속기는 물론 상기 유압식 자동변속 자전거의 구동 효율도 제고할 수 있다. 따라서 사용자는 무리한 힘을 가하지 않더라도 자신의 체력은 물론 도로 상황에 알맞은 변속비로 주행할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 구동부의 마찰이 적기 때문에 상기 구동부의 마모나 변형에 의한 오작동도 최소화할 수 있다. 또한 상대적으로 저압에서 구동하는 유압식 자동변속기는 상대적으로 두께가 얇은 하우징을 사용하더라도 구동할 수 있기 때문에 상기 유압식 자동변속기는 소형, 경량으로 제작할 수도 있으며, 저가에 제작할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 소형 또는 경량의 유압식 자동변속기를 포함할 수 있다. 일예로 상기 유압식 자동변속기는 자전거 몸체나 프레임의 크기나 무게의 일정 비율 이하의 크기 또는 무게를 가지도록, 또는 자전거 몸체나 프레임의 크기나 무게의 일정 비율 이상의 크기 또는 무게를 가지도록 구성할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 안장이나 페달 등과 같이 사용자의 체형에 상응하는 자전거 몸체의 특정 부분의 크기나 무게의 일정 비율 이하의 크기 또는 무게를 가지도록, 또는 상기 특정 부분의 크기나 무게의 일정 비율 이상의 크기 또는 무게를 가지도록 구성할 수도 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속 자전거는 크기나 무게를 기존의 체인 기어 자전거와 거의 상응하는 크기나 무게로 제작할 수 있으며, 그 결과 구동 효율도 제고할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지의 크기 또는 양이 특정 값을 초과하거나 기계적 에너지의 크기나 양에 관계없이 사용자가 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 도로 상황에 따라 가해지는 기계적 부하 또는 이에 상응하여 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리로 작동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지에 의하여 유압식 자동변속기가 가압하는 유체의 압력이 특정 값(즉 변속 압력)을 초과하면 자동적으로 변속되도록 조절이 가능한 유압식 자동변속기를 사용할 수 있다. 특히 상기 유압식 자동변속기는 다양한 기계식 강도조절기를 포함함으로써 기계적 부하의 상기 특정 값, 기계적 에너지의 상기 특정 값 또는 유체 압력의 상기 특정 값(즉 변속 압력)을 다양한 방법으로 조절할 수 있도록 구성할 수 있다. 따라서 사용자는 자신이 원하는 크기 또는 양의 기계적 부하가 가해졌을 때 상기 유압식 자동변속기가 자동적으로 변속되도록 상기 강도조절기를 조작하거나, 상기 기계적 부하에 의하여 유압식 자동변속기로 유입되는 유체의 압력 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체의 압력이 상기 특정 값(즉 변속 압력)을 초과하였을 때 상기 유압식 자동변속기가 자동적으로 변속되도록 상기 강도조절기를 조작할 수도 있다. 그 결과 사용자는 언덕길을 오를 때에도 자신의 체력에 알맞은 기계적 에너지만 가하더라도 상기 유압식 자동변속기가 자동적으로 변속되도록 설정할 수 있다.
특히 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 상기 강도조절기에 직접 힘을 가하여 기계적으로 상기 특정 값을 설정함으로써 상기 변속 압력을 조절할 수 있도록 구성된 유압식 자동변속기를 사용할 수 있다. 이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 전기적 장치를 이용하여 상기 강도조절기를 조작하여 상기 특정 값을 설정함으로써 상기 변속 압력을 조절할 수 있도록 구성된 유압식 자동변속기를 사용할 수도 있다. 따라서 사용자는 기계적으로 또는 전기적으로 상기 강도조절기를 조작하여 상기 특정 값을 설정함으로써 자신의 체력에 알맞은 기계적 에너지만 가하더라도 상기 유압식 자동변속기가 자동적으로 변속되도록 조절할 수 있다. 또한 상기 기계식 또는 전기식 강도조절기는 사용자가 자전거 주행 전 또는 주행 도중 상기 특정 값을 용이하게 설정할 수 있도록 구성하여 자전거 주행 시 사용자의 편의를 극대화할 수 있다.
이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 상기 강도조절기에 특정 값을 설정한 후, 다양한 유압식 자동변속기의 변속 압력을 상기 설정 값 이상으로 또는 이하로 조절할 수 있도록 제작할 수도 있다. 따라서 건강 증진이 주목적인 사용자는 상기 유압식 자동변속기가 특정 압력 이상에서만 자동변속을 구현하도록 설정할 수 있으며, 반대로 편리한 이동이 주목적인 사용자는 상기 유압식 자동변속기가 특정 압력 이하에서는 무조건 자동변속을 구현하도록 설정할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 포함하는 유압식 자동변속기는 가변용량 또는 정용량의 유압펌프 및 가변용량 또는 정용량의 유압모터를 포함할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛이 하나 이상의 가변용량 유압펌프를 포함할 경우, 상기 유압식 자동변속기의 유압모터 유닛은 하나 이상의 가변용량 유압모터 또는 정용량 유압모터를 포함할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛이 하나 이상의 정용량 유압펌프를 사용할 경우, 상기 유압식 자동변속기의 유압모터 유닛은 하나 이상의 가변용량 유압모터를 포함으로써 자동변속을 구현할 수 있다. 특히 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프 및 유압모터를 모두 가변용량으로 구성함으로써 상기 유압식 자동변속기의 변속비의 범위(즉 최저 변속비로부터 최고 변속비까지의 범위)를 최대화할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 유압펌프나 상기 유압모터 또는 상기 유관을 흐르는 유체의 흐름의 전부 또는 일부를 차단함으로써 상기 자전거를 감속하거나 정지시킬 수 있는 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 특히 상기 유압 브레이크는 상기 유압펌프나 상기 유압모터의 상류, 내부 또는 하류의 유체의 흐름을 막도록 구성할 수 있다. 또한 상기 유압 브레이크는 기존의 기계식 브레이크와 겸용으로 사용할 수 있되, 사용자가 상기 유압 브레이크와 기존의 기계식 브레이크를 동시에 또는 각각 독립적으로 사용할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이와는 달리 상기 유압 브레이크를 기존의 기계식 브레이크와 겸용으로 사용하되, 사용자가 기계식 브레이크를 작동할 경우 상기 유압 브레이크도 동시에 또는 시차를 두어 자동적으로 작동하도록 구성할 수 있으며, 이와는 달리 사용자가 상기 유압 브레이크를 작동할 경우 기계식 브레이크도 동시에 또는 시차를 두어 자동적으로 작동하도록 구성할 수도 있다. 따라서 사용자는 두 가지의 상이한 브레이크를 이용하여 유사 시 급정거를 할 수 있게 됨은 물론 급정거 시 충분한 안전거리를 확보할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 사용될 수 있는 유압식 자동변속기는 기존의 자전거에도 장착 가능하도록 구성할 수 있다. 일예로 상기 유압식 자동변속기는 상술의 크기(즉 길이, 높이 또는 두께), 무게 등을 가지기 때문에 기존의 자전거에 용이하게 장착할 수 있으며, 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프 유닛 및 유압모터 유닛을 기존의 자전거의 페달축과 후륜의 회전축 사이에 부착할 수 있도록 제작한다. 따라서 사용자가 페달에 가한 기계적 에너지는 유압펌프 유닛의 유압펌프로 전달되며, 상기 유압펌프는 가변의 용량의 유체를 가압하여 유압모터 유닛으로 배출하며, 이에 따라 상기 유압식 자동변속기는 자동으로 무한변속이 가능해진다. 또한 상기 유압펌프 유닛 또는 유압모터 유닛의 크기 및 구성에 따라 상기 페달축을 대체하거나, 후륜의 체인, 기어 또는 회전축을 대체할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 페달과 페달축을 사용할 수 있으며, 또는 기존의 후륜과 회전축 또는 상기 페달축과 회전축을 연결하는 기존의 체인 기어를 사용할 수 있다. 따라서 상기 페달축을 사용할 경우에는 유압펌프 유닛 또는 유압펌프의 구동축과 상기 페달축을 직접 또는 간접으로 연결할 수 있다. 또는 상기 회전축을 사용할 경우에는 유압모터 유닛 또는 유압모터의 구동축과 상기 회전축을 직접 또는 간접으로 연결할 수 있다. 또는 상기 체인(또는 체인 기어)을 사용할 경우에는 페달축과 유압펌프 유닛(또는 유압펌프)의 구동축을 상기 체인(또는 체인 기어)으로 연결할 수 있으며, 또는 유압모터 유닛(또는 유압모터)의 구동축과 후륜의 회전축을 상기 체인(또는 체인 기어)로 연결할 수 있으며, 또는 유압펌프 유닛(또는 유압펌프)의 구동축과 유압모터 유닛(또는 유압모터)의 구동축을 상기 체인 또는 체인 기어로 연결할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 바와 같이 사용자가 페달에 가하는 기계 에너지로만 구동할 수 있도록 제작할 수 있다. 또는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 기계적 에너지 및 전기 에너지를 동시에 또는 각각 독립적으로 사용하도록 제작할 수도 있다. 따라서 사용자는 자신의 필요에 따라 주행 모드를 기계식 수동 주행 모드로부터 전기식 주행 모드로 변환하여 주행할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 사용될 수 있는 유압식 자동변속기는 일체형 또는 부분 일체형으로 제작할 수 있다. 즉 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛이나 유압펌프, 유압모터 유닛이나 유압모터 및 다수의 유관의 전부, 거의 전부를 커버 내부에 장착하도록 일체형 유압식 자동변속기를 제작하거나 상기 유압펌프 유닛이나 유압펌프, 유압모터 유닛이나 유압모터 및 다수의 유관의 상당 부분을 상기 커버 내부에 장착하는 부분 일체형 유압식 자동변속기를 제작할 수 있다. 특히 상기 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 견고한 커버를 사용하여 내부의 유닛, 펌프, 모터 또는 유관을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있으며, 조밀하면서도 적은 크기를 가질 수 있다는 장점이 있다.
따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술 및 하술의 다양한 구성을 가진 유압식 자동변속기 또는 상술 및 하술의 다양한 방법으로 작동하는 유압식 자동변속기를 포함함으로써 사용자에게 편리함은 물론 사용 시의 안정성을 제공할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 유압식 자동변속기를 사용함으로써 상기 과제를 다양한 구성 또는 다양한 방법으로 해결할 수 있다. 따라서 본 명세서는 상기 과제를 해결할 수 있는 다양한 구성 및 다양한 방법의 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 설명하며 청구한다.
단 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 “소발명 (aspect)”들을 포함하거나 상기 소발명들에 의하여 구현될 수 있고, 각각의 상기 “소발명”은 다양한 “실시예 (embodiment)”들을 포함하거나 상기 실시예들에 의하여 구현될 수 있으며, 각각의 상기 “실시예”는 다양한 “상세예 (example)”들을 포함하거나 상기 상세예들에 의하여 구현될 수 있다. 따라서 아래의 발명의 설명에서는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 다양한 소발명들과, 상기 소발명들에 대한 다양한 실시예들과, 상기 실시예에 대한 다양한 상세예들을 예시한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-A’은 하나 이상의 유압모터 유닛 및 유압펌프 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 추후 상기 유압모터 유닛 또는 유압펌프 유닛을 “유압펌프(모터) 유닛”으로 약칭한다. 특히 상기 유압모터 유닛은 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압한다. 또한 상기 유압펌프 유닛은 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하되, 배출하는 유체의 펌프 배출량을 상기 에너지, 모터압력, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 또는 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 가변하여 상기 유압모터 유닛으로 배출한다. 또한 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 가변 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절한다. 이에 따라 상기 유압모터 유닛은 가변의 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 무한변속을 구현함을 특징으로 한다.
상기 소발명-A’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-A”은 하나 이상의 유압모터 유닛과 하나 이상의 유압펌프 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 또는 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터 유닛은 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하고, 상기 유압펌프 유닛은 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하되, 배출하는 유체의 펌프 배출량을 상기 에너지, 모터압력, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 또는 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 가변하여 상기 유압모터 유닛으로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 가변 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절한다. 특히 상기 유압모터 유닛, 상기 유압펌프 유닛, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 제작하며, 이에 따라 상기 유압모터 유닛은 가변의 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-A’ 및 소발명-A”를 통칭하여 소발명-A라 하며, 상기 소발명-A의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-A의 실시예-A-1에서는 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기를 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기는 13kg, 11kg, 9kg, 7kg, 5kg 또는 3kg 이하의 무게로 제작할 수도 있다. 또는 상기 무게는 자전거 프레임의 160%, 140%, 120%, 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40% 또는 30% 이하일 수 있다. 또한 상기 프레임이 초경량의 소재인 경우 상기 무게는 상기 프레임 무게의 230%, 210%, 190%, 170%, 150%, 130%, 110% 또는 90% 이하일 수 있다. 본 실시예의 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기의 상기 무게에 대한 상세한 내용은 상술 또는 하술의 다른 소발명들의 관련 실시예들과 동일하거나 유사하다.
상기 소발명-A의 실시예-A-2에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등)를 사용자의 키 또는 자전거 프레임의 크기에 따라 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛은 각각 구동부의 크기가 33cm, 30cm, 27cm, 24cm, 21cm, 18cm, 15cm 또는 12cm 이하가 되도록, 더 소형일 경우에는 그 크기가 13cm, 11cm, 9cm, 7cm 또는 5cm 이하가 되도록 제작할 수 있다. 특히 상기 유압펌프(모터) 유닛이 베인펌프(모터)를 포함할 경우 구동부인 로터의 직경이, 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛이 피스톤펌프(모터)를 포함할 경우 구동부인 피스톤의 주행거리가 32cm, 29cm, 26cm, 23cm, 20cm, 17cm, 14cm, 11cm, 또는 8cm 이하가 되도록 제작할 수 있다. 또한 베인펌프(모터) 또는 피스톤펌프(모터)가 경량일 경우에는 상기 구동부의 직경 또는 주행거리가 각각 12cm, 10cm, 8cm, 6cm 또는 4cm 이하일 수 있다. 단 상기 유압펌프(모터) 유닛 및 상기 유압펌프(모터)는 장착하는 방향에 따라 상술한 크기가 길이 또는 높이에 해당하며, 따라서 상술한 크기는 상기 유압펌프(모터)의 장축(long axis)에 해당한다. 또한 상기 유압식 자동변속기, 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)의 두께는 자전거 안장의 폭의 130%, 110%, 90%, 70% 또는 50% 이내일 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기, 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)의 두께는 자전거의 페달 사이의 최대 거리의 150%, 130%, 110%, 100%, 90%, 80%, 70% 또는 60% 이내일 수 있다. 본 실시예의 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기의 상기 크기 또는 두께에 대한 상세한 내용은 상술 또는 하술의 다른 소발명들의 관련 실시예들과 동일하거나 유사하다.
상기 소발명-A의 실시예-A-3에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 사용자가 운행하는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다. 참고로 “용량비”란 유압모터 유닛(또는 유압모터)의 유입량(또는 배출량)을 유압펌프 유닛(또는 유압펌프)의 유입량(또는 배출량)으로 나눈 수치이며, 상기 유압펌프(모터)가 가변용량인 경우에는 최고 유입량(또는 배출량) 및 최소 유입량(또는 배출량) 등을 고려하여 산출한다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압식 자동변속기는 상기 용량비가 10 이하가 되도록, 특히 5, 4 또는 3 이하이거나, 2 이하부터 1 사이가 되도록, 또는 상기 용량비가 1 이하부터 0.5 사이가 되도록, 또는 0.5 이하부터 0.2 사이가 되도록, 또는 0.2 이하부터 0.1 사이가 되도록 제작할 수 있다. 물론 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 이를 사용하는 이유에 따라 유압펌프 유닛(또는 유압펌프)이나 유압모터 유닛(또는 유압모터)이 상대적으로 고용량을 가지도록 제작할 수도 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-4에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛의 회전수 또는 상기 유닛의 구동부의 회전수를 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 상기 유닛의 구동부는 초고속 주행 시 약 600 rpm, 고속 주행 시 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm 또는 500 rpm, 일반 주행 시 60 rpm 내지 200 rpm 정도가 되도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-5에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛 내부의 유체 압력 또는 상기 유닛으로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지 또는 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다. 일예로 유압펌프(모터) 유닛은 상기 압력이 130 기압 이하, 110 기압 이하, 90 기압 또는 70 기압 이하가 되도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-6에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다. 특히 상기 유압식 자동변속기가 제어기 유닛을 포함할 경우, 상기 제어기 유닛의 강도조절기는 사용자가 상기 조절기에 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 조작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다. 일예로 상기 유압식 자동변속 자전거는 상기 사용자가 페달에 가하는 기계적 에너지로 구동하거나, 상기 유압식 자동변속 자전거가 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함할 경우, 상기 기계적 에너지는 물론 상기 배터리가 전기모터에 공급하는 전기 에너지를 병용할 수도 있다. 따라서 사용자는 기계식 수동 주행 모드에서 전기식 주행 모드로 전환할 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-7에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다. 따라서 사용자는 자신이 페달에 기계적 에너지를 가하여 주행하는 중 피로해지거나 또는 언덕길을 만나 속도가 감소할 경우, 주행 모드를 기계식 수동 주행 모드로부터 전기식 주행 모드로 변환하여 주행할 수 있다. 이를 위하여 상기 정속주행기는 사용자가 상기 장치를 가동(on)하거나 해제(off)할 수 있는 스위치, 사용자가 특정 속도를 설정할 수 있는 속도 설정기, 사용자가 설정 속도를 변경할 수 있는 속도 재설정기 등을 포함할 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-8에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함할 경우, 발전기 또는 재충전기를 부가적으로 포함할 수 있다. 따라서 상기 배터리가 이차전지 또는 재충전배터리(rechargeable battery)일 경우, 상기 배터리에 적합한 전압 및 전류를 공급하면 재충전이 가능해진다. 또한 상기 발전기 또는 재충전기는 상술 및 하술의 제어기 유닛의 다양한 밸브, 피스톤, 스위치 등을 조작할 수 있다. 물론 상기 재충전기는 사용자가 이를 가동(on)하거나 해제(off)할 수 있는 스위치, 사용자가 자신이 가하는 기계적 에너지의 특정 부분을 상기 배터리에 공급하도록 설정할 수 있는 충전 설정기 등을 포함할 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전진용 클러치를 장착할 수 있다. 따라서 주행 중 사용자가 페달을 앞으로 누르면(즉 정회전) 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 유압펌프에서 가압된 유체가 유압모터에 전달되어 자전거가 구동되지만, 기계식 전진용 클러치를 사용할 경우 사용자가 페달을 뒤로 누르더라도(즉 역회전) 사용자가 가하는 기계적 에너지가 유압펌프에 전달되지 않게 하여 자전거를 계속 앞 방향으로 주행하도록 한다. 또한 상기 기계식 전진용 클러치를 유압펌프의 구동축 또는 유압모터의 구동축에 장착하여 전진용 클러치 기능을 구현할 수도 있다.
이와는 달리 상기 유압식 자동변속 자전거는 다양한 부분에 유압식 전진용 클러치를 장착하여 상술한 클러치 기능을 구현할 수도 있다. 일예로 하나 이상의 일방향성 밸브 또는 체크 밸브 등 유체의 역류를 방지할 수 있는 다양한 역류 방지 밸브 중 하나 이상을 상술의 유압식 자동변속기의 다수의 유관 중 하나 이상에 장착하여 가압 유체가 일정 방향(정방향)으로만 흐르고 반대 방향(역방향)으로는 흐르지 않도록 방지하여 상술의 기계식 전진용 클러치의 기능을 구현할 수 있다. 또한 상기 유압식 전진용 클러치는 유압펌프(모터) 유닛의 입구나 출구, 유압펌프(모터)의 유입구나 배출구에 상기 역류 방지 밸브 중 하나 이상으로 구현되는 유압식 전진용 클러치를 포함할 수도 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다. 일예로 스톱 밸브, 콕 밸브 등 유체의 흐름을 차단할 수 있는 차단 밸브를 상기 유압식 자동변속기의 다수의 유관 중 하나 이상에 장착하거나, 유압펌프(모터) 유닛의 입구나 출구, 유압펌프(모터)의 유입구나 배출구 등에 상기 차단 밸브로 구현되는 유압 브레이크를 장착할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속 자전거는 상기 유관 내부의 가압 유체, 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 가압 유체를 빠른 시간에 유체 탱크로 배출하여 가압 유체의 압력을 급격히 감소시킴으로써 유압 브레이크를 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 개폐형 밸브처럼 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서만 구동하는 밸브 대신 유량을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브를 사용할 수도 있으며, 상기 유량 조절 밸브의 예로는 나비형 밸브, 니들밸브 등이 있다. 또한 상기 유압식 자동변속 자전거는 기존의 기계식 브레이크와 상술한 유압 브레이크 중 하나 이상을 동시에 사용하여 브레이크의 효율을 배가할 수 있다. 더불어 사용자가 기계적 에너지를 가하여 상기 유압 브레이크와 기계식 브레이크 중 첫 번째 브레이크를 작동하면 두 번째 브레이크도 자동적으로 작동하지만 두 번째 브레이크는 첫 번째 브레이크 작동 후 일정 시간 후 작동하도록 또는 첫 번째 브레이크 작동 후 서서히 그 강도를 증가시키며 작동하도록 제작할 수도 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-11에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 따라서 상기 유닛은 베인펌프(모터), 기어펌프(모터), 피스톤펌프(모터), 나사펌프(모터) 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛은 동일한 종류의 펌프와 모터(일예로 베인펌프와 베인모터)를 포함할 수 있으며, 이와는 달리 상이한 종류의 펌프와 모터(일예로 피스톤펌프와 기어모터)를 포함할 수도 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함하도록 제작할 수 있다. 따라서 상기 유압펌프 유닛 및 유압모터 유닛은 모두 가변용량 유압펌프와 가변용량 유압모터를 포함할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압펌프 유닛은 가변용량 유압펌프를 가지는 반면 상기 유압모터 유닛은 정용량 유압모터를 가질 수 있으며, 반대로 상기 유압펌프 유닛은 정용량 유압펌프를 가지는 반면 상기 유압모터 유닛은 가변용량 유압모터를 가질 수 있다.
상기 소발명-A의 실시예-A-1 내지 실시예-A-12 각각의 상세한 내용은 본 소발명-A의 상이한 실시예들 및 상술 또는 하술의 다른 소발명들의 관련 실시예들과 동일하거나 유사하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-B’은 하나 이상의 유압모터 유닛과 하나 이상의 유압펌프 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터 유닛은 하나 이상의 유압모터를 포함하며, 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압한다. 또한 상기 유압펌프 유닛은 하나 이상의 가변용량 유압펌프를 포함하며, 상기 유압펌프는 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하되, 배출하는 유체의 펌프 배출량을 상기 기계적 부하, 모터압력 및 에너지 중 하나 이상에 따라 가변하여 상기 유압모터로 배출한다. 그리고 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 이에 따라 상기 유압모터 유닛은 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현한다.
상기 소발명-B’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-B”은 하나 이상의 유압모터 유닛과 하나 이상의 유압펌프 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 또는 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속되는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터 유닛은 하나 이상의 유압모터를 포함하고, 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하며, 상기 유압펌프 유닛은 하나 이상의 가변용량 유압펌프를 포함한다. 특히 상기 유압펌프는 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하되, 배출하는 유체의 펌프 배출량을 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 가변하여 상기 유압모터로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 또한 상기 유압모터 유닛, 상기 유압펌프 유닛, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 구성하며, 이에 따라 상기 유압모터 유닛은 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-B’ 및 소발명-B”를 통칭하여 소발명-B라 하며, 상기 소발명-B의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-B의 실시예-B-1에서는 상기 제어기 유닛이 상기 제어 설정치를 조절하지 못하도록(즉 불변의 제어 설정치) 제작하거나 또는 사용자가 상기 제어 설정치를 직접 조절하도록(즉 가변의 제어 설정치) 제작할 수 있다. 또한 상기 소발명-B의 실시예-B-2에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기를 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-3에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등)를 사용자의 키 또는 자전거 프레임의 크기에 따라 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기는 각각 상기 소발명-A의 실시예-A-2에서 예시한 크기 또는 비율(%)로 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-B의 실시예-B-4에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 사용자가 운행하는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-5에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 구동부의 회전수를 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 회전수는 각각 상기 소발명-A의 실시예-A-4에서 예시한 회전수를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-B의 실시예-B-6에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체 압력 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지 또는 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-7에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다. 본 실시예의 상세한 내용은 상기 소발명-A의 실시예-A-6과 동일하거나 유사하다. 또는 상기 소발명-B의 실시예-B-8에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다. 본 실시예의 상세한 내용은 상기 소발명-A의 실시예-A-7과 동일하거나 유사하다. 또는 상기 소발명-B의 실시예-B-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하거나, 발전기 또는 재충전기를 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 전진용 클러치를 장착할 수 있다. 본 실시예의 기계식 전진용 클러치 및 유압식 전진용 클러치의 상세한 내용은 상기 소발명-A의 실시예-A-9와 동일하거나 유사하다. 또한 상기 소발명-B의 실시예-B-11에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 본 실시예의 상세한 내용은 상기 소발명-A의 실시예-A-11과 동일하거나 유사하다. 또한 상기 소발명-B의 실시예-B-13에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함하도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-B의 실시예-B-1 내지 실시예-B-12 각각의 상세한 내용은 본 소발명-B의 상이한 실시예들 및 상술 또는 하술의 다른 소발명들의 관련 실시예들과 동일하거나 유사하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-C’는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압한다. 또한 상기 유압펌프는 구동 용적의 변화가 가능한 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프 및 가변용량 피스톤펌프 중 하나이며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출한다. 그리고 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프의 상기 구동 용적을 가변시킴으로써 상기 유압펌프의 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 이에 따라 상기 유압모터는 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
상기 소발명-C’는 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-C”은 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속되는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하고, 상기 유압펌프는 구동 용적의 변화가 가능한 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프 및 가변용량 피스톤펌프 중 하나이며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프의 상기 구동 용적을 가변시킴으로써 상기 유압펌프의 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 또한 상기 유압모터, 상기 유압펌프, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 구성하며, 이에 따라 상기 유압모터는 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터 (유닛)의 회전수와 유압펌프 (유닛)의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-C’ 및 소발명-C”을 통칭하여 소발명-C라 하며, 상기 소발명-C의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-C의 실시예-C-1에서는 상기 제어기 유닛이 상기 제어 설정치를 조절하지 못하도록(즉 불변의 제어 설정치) 제작하거나 또는 사용자가 상기 제어 설정치를 직접 조절할 수 있도록(즉 가변의 제어 설정치) 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-2에서는 상기 유압펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기를 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작할 수 있다.
상기 소발명-C의 실시예-C-3에서는 상기 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등)를 사용자의 키 또는 자전거 프레임의 크기에 따라 또는 이들 사이의 비율(%)에 따라 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-4에서는 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 운행하는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-C의 실시예-C-5에서는 상기 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 구동부의 회전수를 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-6에서는 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체 압력 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-C의 실시예-C-7에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-8에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하거나, 발전기 또는 재충전기를 부가적으로 포함시킬 수 있다.
상기 소발명-C의 실시예-C-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 전진용 클러치를 장착할 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-11에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다.
상기 소발명-C의 실시예-C-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 또는 상기 소발명-C의 실시예-C-13에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함하도록 제작할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-D’은 하나 이상의 베인펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압한다. 또한 상기 베인펌프는 외부캠링, 구동축 및 상기 외부캠링의 내부에 위치하되 이동이 가능하며 상기 구동축을 중심으로 회전할 수 있는 로터를 포함하며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압함으로써 상기 외부캠링과 상기 로터 사이의 부피에 해당하는 펌프 배출량의 유체를 상기 유압모터로 배출한다. 그리고 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 베인펌프의 회전속도, 또는 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 외부캠링의 중심과 상기 구동축 사이의 거리를 조절하여 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 이에 따라 상기 유압모터는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 베인모터의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
상기 소발명-D’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-D”은 하나 이상의 베인펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속되는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하고, 상기 베인펌프는 외부캠링, 구동축 및 상기 외부캠링의 내부에 위치하되 이동이 가능하며 상기 구동축을 중심으로 회전할 수 있는 로터를 포함하며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압함으로써 상기 외부캠링과 상기 로터 사이의 부피에 해당하는 펌프 배출량의 유체를 상기 유압모터로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 베인펌프의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 외부캠링의 중심과 상기 구동축 사이의 거리를 조절하여 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절한다. 특히 상기 유압모터, 상기 베인펌프, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 구성하고, 이에 따라 상기 유압모터는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 베인펌프(모터)의 회전수와 유압모터(펌프 유닛)의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-D’ 및 소발명-D”을 통칭하여 소발명-D라 하며, 상기 소발명-D의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-D의 실시예-D-1에서는 상기 제어기 유닛이 상기 제어 설정치를 조절하지 못하도록(즉 불변의 제어 설정치) 제작하거나 또는 사용자가 상기 제어 설정치를 직접 조절할 수 있도록(즉 가변의 제어 설정치) 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-D의 실시예-D-2에서는 상기 베인펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기를 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작할 수 있으며, 상기 소발명-D의 실시예-D-3에서는 상기 베인펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등) 역시 사용자의 키 또는 자전거 프레임의 크기에 따라 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-D의 실시예-D-4에서는 베인펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 운행하는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-D의 실시예-D-5에서는 상기 펌프, 모터 또는 자동변속기의 구동부의 회전수 역시 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-D의 실시예-D-6에서는 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체 압력 또는 상기 유닛, 펌프(모터) 또는 자동변속기로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지나 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다. 또한 상기 소발명-D의 실시예-D-7에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다.
상기 소발명-D의 실시예-D-8에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있으며, 상기 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 에너지들 중 하나 이상을 이용하여 구동될 수 있다. 또한 상기 소발명-D의 실시예-D-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다.
상기 소발명-D의 실시예-D-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 전진용 클러치를 장착한다. 또한 상기 소발명-D의 실시예-D-11에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다.
상기 소발명-D의 실시예-D-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 또는 상기 소발명-D의 실시예-D-13에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-E’은 하나 이상의 유압펌프 유닛과 하나 이상의 유압모터 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터 유닛은 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하며 모터 배출량만큼의 유체를 배출한다. 또한 상기 유압펌프 유닛은 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출한다. 그리고 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절한다. 상기 유압모터 유닛 및 유압펌프 유닛 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절하며, 이에 따라 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해져서 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
상기 소발명-E’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-E”은 하나 이상의 유압펌프 유닛과 하나 이상의 유압모터 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 또는 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터 유닛은 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하여 모터 배출량에 해당하는 만큼의 가압 유체를 배출하며, 상기 유압펌프 유닛은 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절하되, 상기 유압모터 유닛 및 유압펌프 유닛 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터 유닛의 회전속도, 상기 유압모터 유닛과 연결되는 장치들의 회전속도, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절하는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 유압모터 유닛, 상기 유압펌프 유닛, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 구성하고, 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터 유닛의 회전수와 유압펌프 유닛의 회전수가 상이해져서 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-E’ 및 소발명-E”을 통칭하여 소발명-E라 하며, 상기 소발명-E의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-E의 실시예-E-1에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기를 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작하거나, 상기 소발명-E의 실시예-E-2에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등)를 사용자의 키 또는 자전거 프레임의 크기에 따라 또는 이들 사이의 비율(%)로 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작할 수 있다. 또한 상기 소발명-E의 실시예-E-3에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다.
상기 소발명-E의 실시예-E-4에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 구동부의 회전수를 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-E의 실시예-E-5에서는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체 압력 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛, 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지 또는 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-E의 실시예-E-6에서는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 상기 유압식 자동변속기 또는 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 구동할 수 있다. 또는 상기 소발명-E의 실시예-E-7에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다. 또는 상기 소발명-E의 실시예-E-8에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하거나, 발전기 또는 재충전기를 부가적으로 포함시킬 수 있다.
상기 소발명-E의 실시예-E-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 종류의 전진용 클러치를 장착할 수 있다. 또한 상기 소발명-E의 실시예-E-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다.
상기 소발명-E의 실시예-E-11에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 또한 상기 소발명-E의 실시예-E-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함하도록 제작할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-F’은 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압한다. 또한 상기 유압펌프는 구동부와 구동 용적을 가지며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 상기 구동부를 구동하여 상기 구동 용적에 해당하는 펌프 배출량의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출한다. 그리고 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 연동하여 상기 구동부에 대한 직선 이동, 곡선 이동 및 회전 이동 중 하나 이상을 수행함으로써 상기 구동 용적 및 펌프 배출량을 조절한다. 이에 따라 상기 유압모터는 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
상기 소발명-F’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-F”은 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 상기 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기이다. 특히 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하고, 상기 유압펌프는 구동부와 구동 용적을 가지며, 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 상기 구동부를 구동하여 상기 구동 용적에 해당하는 펌프 배출량의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지, 펌프압력, 상기 유압모터의 회전속도, 또는 유압모터와 연결되는 장치들의 회전속도 중 하나 이상에 연동하여 상기 구동부에 대한 직선 이동, 곡선 이동 및 회전 이동 중 하나 이상을 수행함으로써 상기 구동 용적 및 펌프 배출량을 조절한다. 특히 상기 유압모터, 상기 유압펌프, 상기 제어기 유닛은 자전거 몸체와 직접 연결 또는 간접 연결 중 하나 이상으로 구성하고, 이에 따라 상기 유압모터는 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐에 따라 자동 변속을 구현함을 특징으로 한다.
추후 상술의 소발명-F’ 및 소발명-F”을 통칭하여 소발명-F라 하며, 상기 소발명-F의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-F의 실시예-F-1에서는 상기 제어 설정치를 불변 또는 가변으로 설정할 수 있다. 또는 상기 소발명-F의 실시예-F-2에서는 상기 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기를 사용자의 무게 또는 자전거 프레임의 무게에 따라 무겁게, 보통으로 또는 가볍게 제작할 수 있으며, 상기 소발명-F의 실시예-F-3에서는 상기 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 크기(길이나 높이 등) 역시 사용자의 키나 자전거 프레임의 크기에 따라 대형으로, 중형으로 또는 소형으로 제작하거나 이들 사이의 비율(%)로 제작할 수 있다.
상기 소발명-F의 실시예-F-4에서는 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기의 용량을 사용자의 신체적 조건 또는 운행하는 도로로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 고용량, 중용량 또는 소용량으로 제작하거나 또는 고용량비, 중용량비 또는 소용량비를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 소발명-F의 실시예-F-5에서는 상기 유압펌프(모터) 또는 자동변속기의 구동부의 회전수 역시 사용자가 가할 수 있는 기계적 에너지 또는 상기 기계적 부하에 따라 고속, 중속 또는 저속으로 제작할 수 있다.
상기 소발명-F의 실시예-F-6에서는 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기 내부의 유체 압력 또는 상기 유닛, 펌프(모터) 또는 자동변속기로부터 배출되는 압력을 사용자의 몸무게, 상기 에너지나 기계적 부하에 따라 고압, 중압 또는 저압으로 제작할 수 있다. 또한 상기 소발명-F의 실시예-F-7에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있다.
상기 소발명-F의 실시예-F-8에서는 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 구동될 수 있도록 제작할 수 있으며, 상기 자동변속기를 포함하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 에너지들 중 하나 이상을 이용하여 구동될 수 있다. 또한 상기 소발명-F의 실시예-F-9에서는 상기 유압식 자동변속기를 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함하는 정속주행기를 포함시킬 수 있다.
상기 소발명-F의 실시예-F-10에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 전진용 클러치를 장착한다. 또한 상기 소발명-F의 실시예-F-11에서는 상기 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 브레이크 기능을 구현할 수 있다.
상기 소발명-F의 실시예-F-12에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛에 다양한 종류의 펌프(모터)를 포함시킬 수 있다. 또는 상기 소발명-F의 실시예-F-13에서는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 중 하나 이상이 가변용량 펌프(모터)를 포함할 수 있다.
상술한 소발명-A 내지 소발명-F 각각의 다양한 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 기타 특징은 상기 소발명-A 내지 소발명-F 각각의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 상술한 소발명-A 내지 소발명-F의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 또한 상기 소발명-A 내지 소발명-F의 다양한 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 소발명-A 내지 소발명-F 각각을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-H‘는 하나 이상의 프레임과 하나 이상의 유압식 자동변속기를 포함하는 유압식 자동변속 자전거이다. 상기 프레임은 전륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 전륜을 장착할 수 있는 크기와 형태를 가지고, 후륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 후륜을 장착할 수 있는 크기와 형태를 가지고, 두 개 이상의 페달이 페달축을 중심으로 회전할 수 있는 크기와 형태를 가진다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속한다. 특히 상기 유압모터는 모터 구동축과 모터 구동부를 가지고, 상기 모터 구동부는 상기 기계적 부하에 따라 상기 모터 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 모터압력으로 가압하여 모터 배출량만큼의 유체를 배출하며, 상기 유압펌프는 펌프 구동축과 펌프 구동부를 가지고, 상기 펌프 구동부는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 상기 사용자의 신호에 따라 자전거의 배터리로 구동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 상기 펌프 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절한다. 또한 상기 유압모터 및 유압펌프 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 회전속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절하며, 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐으로써 상기 유압식 자동변속기는 자동 변속을 구현한다.
상기 소발명-H’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-H”은 하나 이상의 프레임과 하나 이상의 유압식 자동변속기를 포함한다. 상기 프레임은 전륜 회전축을 중심으로 회전하는 전륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하고, 후륜 회전축을 중심으로 회전하는 후륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로도 구성하며, 사용자가 기계적 에너지를 가하는 페달축을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하되, 상기 전륜 회전축과 후륜 회전축 중 하나 이상은 상기 유압식 자동변속 자전거의 구동축이다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 상기 기계적 에너지를 이용하여 상기 구동축의 회전수를 변화시킴으로써 자동으로 변속이 가능하되 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 유압식 자동변속기의 부피의 1/2 이상을 내부에 포함하도록 구성한다.
추후 상술의 소발명-H’ 및 소발명-H”을 통칭하여 소발명-H라 하며, 상기 소발명-H의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-H의 실시예-H-1에서는 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 유압펌프의 부피(또는 상기 유압펌프의 장축의 길이)의 최소 1/2 이상 및 상기 유압모터의 부피(또는 상기 유압모터의 장축의 길이)의 최소 1/2 이상을 그 내부에 포함함으로써 상기 유압펌프와 유압모터를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 일예로 상기 커버의 길이는 상기 프레임의 장축을 따른 길이의 75% 이하일 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 다수의 유관들을 포함하며, 상기 커버는 상기 유관들의 부피(또는 길이)의 합의 최소 1/2 이상을 그 내부에 포함함으로써 상기 유관들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 또는 상기 커버는 상기 유압펌프와 유압모터를 그 내부에 포함함으로써 상기 유압펌프와 유압모터를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터를 포함하고, 상기 유압모터는 모터 구동축과 모터 구동부를 가지고, 상기 모터 구동부는 상기 기계적 부하에 따라 상기 모터 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 모터압력으로 가압하여 모터 배출량만큼의 유체를 배출하며, 상기 유압펌프는 펌프 구동축과 펌프 구동부를 가지고, 상기 펌프 구동부는 상기 에너지를 이용하여 상기 펌프 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출한다. 특히 상기 유압모터 및 유압펌프 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 상기 회전의 속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절하며, 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐으로써 상기 자동변속을 구현한다.
상기 유압펌프는 베인펌프, 기어펌프 및 피스톤펌프 중 하나이며, 상기 유압모터는 베인모터, 기어모터 및 피스톤모터 중 하나일 수 있으며, 상기 유압펌프는 가변용량 유압펌프인 반면 상기 유압모터는 정용량 유압모터 및 가변용량 유압모터 중 하나일 수 있다. 또한 상기 유압펌프는 가변용량 유압펌프 및 정용량 유압펌프 중 하나인 반면 상기 유압모터는 가변용량 유압모터일 수 있다. 또한 상기 유압펌프와 유압모터는 상기 프레임의 장축의 방향으로 일렬로 배치되거나, 상기 프레임의 장축을 가로지르는 방향으로 포개어 배치될 수 있다.
상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 상기 회전의 속도 중 하나 이상에 따라 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절할 수 있다. 또한 사용자는 상기 제어기 유닛을 조작하여 상기 펌프 배출량 및 상기 자동변속의 정도를 수동으로 조절할 수 있다.
상기 소발명-H의 실시예-H-2에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 펌프 구동축을 상기 페달축과 동일하도록 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 유압식 자동변속 자전거는 하나 이상의 체인을 포함하며, 상기 체인은 상기 유압모터의 구동축과 상기 후륜 회전축을 기계적으로 연결할 수 있다. 또는 상기 소발명-H의 실시예-H-3에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 모터 구동축을 상기 후륜 회전축과 동일하도록 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 유압식 자동변속 자전거는 하나 이상의 체인을 포함하며, 상기 체인은 상기 유압펌프의 구동축과 상기 페달축을 기계적으로 연결할 수 있다.
상기 소발명-H의 실시예-H-4에서는 상기 유압식 자동변속기가 상기 프레임의 길이의 50% 이하, 60% 이하, 70% 이하, 80% 이하, 90% 이하 및 100% 이하 중 하나인 길이를 갖도록 구성할 수 있다. 또는 상기 소발명-H의 실시예-H-5에서는 상기 유압식 자동변속기는 상기 전륜 회전축과 상기 후륜 회전축 사이의 거리의 50% 이하, 60% 이하, 70% 이하, 80% 이하, 90% 이하 및 100% 이하 중 하나인 길이를 갖도록 구성할 수 있다.
상기 소발명-H의 실시예-H-6에서는 상기 제어기 유닛이 제어 설정치를 가지며, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지 및 펌프압력 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절하도록 구성한다. 단 상기 사용자는 필요할 경우 상기 제어기 유닛의 상기 제어 설정치를 조절할 수 있도록 상기 제어기 유닛을 구성한다.
상기 소발명-H의 유압펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 무게, 크기(즉 길이나 높이 등)나 부피, 회전수, 용량, 유체 압력은 물론 상기 유압펌프나 유압모터의 종류 및 가변용량 여부, 강도조절기의 구성이나 작동 원리는 상술 및 하술의 상이한 소발명들 및 이들의 실시예들과 동일하거나 유사하다. 또한 소발명-H의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 또는 하술한 바와 같이 하나 이상의 전진용 클러치 또는 하나 이상의 다양한 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 또한 소발명-H의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지로 또는 상기 유압식 자동변속 자전거의 배터리가 구동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지로 구동될 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-I‘은 하나 이상의 프레임과 유압식 자동변속기를 포함하는 유압식 자동변속 자전거이다. 상기 프레임은 전륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 전륜을 장착할 수 있는 크기와 형태를 가지고, 후륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 후륜을 장착할 수 있는 크기와 형태를 가지며, 두 개 이상의 페달이 페달축을 중심으로 회전할 수 있는 크기와 형태를 가진다. 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하되, 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 내부의 유체를 모터압력으로 가압하며, 상기 유압펌프는 구동부와 구동 용적을 가지며, 사용자가 가하는 에너지 또는 상기 자전거의 배터리가 구동하는 전기모터가 공급되는 기계적 에너지를 이용하여 상기 구동부를 구동하여 상기 구동 용적에 해당하는 펌프 배출량의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출한다. 또한 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지 및 펌프압력 중 하나 이상에 연동하여 상기 구동부에 대한 직선 이동, 곡선 이동 및 회전 이동 중 하나 이상을 수행함으로써 상기 구동 용적 및 펌프 배출량을 조절하며, 이에 따라 상기 유압모터는 가변하는 상기 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동함으로써 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐에 따라 상기 유압식 자동변속기는 자동 변속을 구현한다.
상기 소발명-I’은 아래와 같이 변형될 수도 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-I”은 하나 이상의 프레임과 하나 이상의 유압식 자동변속기를 포함한다. 상기 프레임은 전륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 전륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하고, 후륜 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 하나 이상의 후륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하며, 두 개 이상의 페달이 페달축을 중심으로 회전할 수 있는 크기와 형태로 구성한다. 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하되, 상기 유압모터는 모터 구동축과 모터 구동부를 가지고, 상기 모터 구동부는 상기 기계적 부하에 따라 상기 모터 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 모터압력으로 가압하여 모터 배출량만큼의 유체를 배출하며, 상기 유압펌프는 펌프 구동축과 펌프 구동부를 가지고, 상기 펌프 구동부는 상기 에너지를 이용하여 상기 펌프 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출한다. 상기 제어기 유닛은 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절하되, 상기 유압모터 및 유압펌프 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 상기 회전의 속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절한다. 따라서 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐으로써 자동 변속을 구현할 수 있다.
추후 상술의 소발명-I’ 및 소발명-I”을 통칭하여 소발명-I라 하며, 상기 소발명-I의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 유압펌프의 부피의 최소 1/2 이상을 그 내부에 포함함으로써 상기 유압펌프와 유압모터를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 상기 유압식 자동변속기는 다수의 유관들을 포함하며, 상기 커버는 상기 유관들의 길이의 합의 최소 1/2 이상을 그 내부에 포함함으로써 상기 유관들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기의 길이는 상기 프레임의 길이의 75% 이하이거나 상기 전륜 회전축과 상기 후륜 회전축 사이의 거리의 75% 이하일 수 있다. 또한 상기 제어기 유닛은 제어 설정치를 가지며, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지 및 펌프압력 중 하나 이상과 상기 제어 설정치에 따라 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절할 수 있다. 특히 사용자는 상기 제어기 유닛의 상기 제어 설정치를 조절할 수 있다.
또한 상기 소발명-I의 실시예-I-1에서는 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 커버의 크기나 기능은 상술한 소발명-H의 다양한 커버의 크기와 기능과 동일하다. 상기 소발명-I의 실시예-I-2에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 펌프 구동축을 상술한 소발명-H의 펌프 구동축의 다양한 구성과 동일하게 구성할 수 있다. 또한 상기 소발명-I의 실시예-I-3에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 모터 구동축 역시 상술한 소발명-H의 모터 구동축의 다양한 구성과 동일하게 구성할 수 있다. 상기 소발명-I의 실시예-I-4에서는 상술한 소발명-H의 실시예-H-4와 같이 상기 유압식 자동변속기의 길이를 상기 프레임의 길이의 특정 % 이하로 구성하거나, 상기 소발명-I의 실시예-I-5에서는 상술한 소발명-H의 실시예-H-5와 같이 상기 유압식 자동변속기의 길이를 상기 전륜 회전축과 상기 후륜 회전축 사이의 거리의 특정 % 이하로 구성할 수 있다.
상기 소발명-I의 실시예-I-6에서는 상기 제어기 유닛이 제어 설정치를 가지며, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지 및 펌프압력 중 하나 이상과 상기 설정치에 따라 상기 펌프 배출량을 가변으로 조절하도록 구성한다. 단 상기 사용자는 필요할 경우 상기 제어기 유닛의 상기 제어 설정치를 조절할 수 있도록 상기 제어기 유닛을 구성한다.
상기 소발명-I의 유압펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 무게, 크기(즉 길이나 높이 등)나 부피, 회전수, 용량, 유체 압력은 물론 상기 유압펌프나 유압모터의 종류 및 가변용량 여부, 강도조절기의 구성이나 작동 원리는 상술 및 하술의 상이한 소발명들 및 이들의 실시예들과 동일하거나 유사하다. 또한 소발명-I의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 또는 하술한 바와 같이 하나 이상의 전진용 클러치 또는 하나 이상의 다양한 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 또한 소발명-I의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 상기 자전거의 배터리가 구동하는 전기모터가 공급하는 기계적 에너지로 구동될 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-J는 하나 이상의 프레임과 하나 이상의 유압식 자동변속기를 포함하는 유압식 자동변속 자전거이다. 상기 프레임은 전륜 회전축을 중심으로 회전하는 전륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하고, 후륜 회전축을 중심으로 회전하는 후륜을 장착할 수 있는 크기와 형태로도 구성하며, 사용자가 기계적 에너지를 가하거나 배터리에 의하여 구동되는 전기모터가 기계적 에너지를 가하는 페달축을 장착할 수 있는 크기와 형태로 구성하되, 상기 전륜 회전축과 후륜 회전축 중 하나 이상은 상기 자전거의 구동축에 해당한다. 상기 유압식 자동변속기는 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 상기 기계적 에너지를 이용하여 상기 구동축의 회전수를 변화시킴으로써 자동으로 변속이 가능하되, 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 유압식 자동변속기의 부피(또는 상기 유압식 자동변속기의 장축의 길이)의 1/2 이상을 내부에 포함하며, 상기 커버의 길이는 상기 프레임의 장축을 따른 길이의 50% 이하, 60% 이하, 70% 이하, 80% 이하, 90% 이하 및 100% 이하 중 하나이다.
상기 소발명-J의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-J의 실시예-J-1에서는 상기 유압식 자동변속기에 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터를 포함시키되, 상기 유압모터는 모터 구동축과 모터 구동부를 가지고, 상기 모터 구동부는 상기 기계적 부하에 따라 상기 모터 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 모터압력으로 가압하여 모터 배출량 만큼의 유체를 배출하며, 상기 유압펌프는 펌프 구동축과 펌프 구동부를 가지고, 상기 펌프 구동부는 상기 에너지를 이용하여 상기 펌프 구동축을 중심으로 회전하며 내부의 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 펌프 배출량에 해당하는 만큼의 유체를 상기 유압모터 유닛으로 배출하도록 구성한다. 또한 상기 유압모터 및 유압펌프 중 최소한 하나는 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 회전속도 중 하나 이상에 따라 각각 자신의 상기 배출량을 가변으로 조절하며, 이에 따라 상기 유압식 자동변속기는 상기 모터 배출량 및 펌프 배출량에 따라 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수를 상이하게 조작함으로써 상기 자동 변속을 구현한다.
상기 소발명-J의 실시예-J-2에서는 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고, 상기 제어기 유닛은 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지, 펌프압력 및 상기 유압모터의 회전속도 중 하나 이상에 따라 상기 모터압력, 펌프압력 및 펌프 배출량 중 하나 이상을 조절한다.
상기 소발명-J의 유압펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 무게, 크기(즉 길이나 높이 등)나 부피, 회전수, 용량, 유체 압력은 물론 상기 유압펌프나 유압모터의 종류 및 가변용량 여부, 강도조절기의 구성이나 작동 원리는 상술 및 하술의 상이한 소발명들 및 이들의 실시예들과 동일하거나 유사하다. 또한 소발명-J의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 또는 하술한 바와 같이 하나 이상의 전진용 클러치 또는 하나 이상의 다양한 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 또한 소발명-J의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지로 구동하거나, 배터리로 또는 발전기가 구동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지로 구동할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-K는 하나 이상의 유압펌프와 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함하고 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 자동으로 변속하는 유압식 자동변속기를 포함하는 유압식 자동변속 자전거이다. 상기 유압모터는 상기 기계적 부하에 따라 유체를 모터압력으로 가압하며, 상기 유압펌프는 사용자가 가하는 에너지를 이용하여 유체를 상기 모터압력을 초과하는 펌프압력으로 가압하여 상기 유압모터로 배출하되, 상기 유압펌프는 구동 용적의 변화가 가능하도록 구성되어 가변의 펌프 배출량의 유체를 상기 유압모터로 배출하며, 상기 제어기 유닛은 사용자가 조절할 수 있는 제어 설정치를 가지고, 상기 기계적 부하, 모터압력, 에너지 및 펌프압력 중 하나 이상과 상기 제어 설정치에 따라 상기 유압펌프의 상기 구동 용적을 가변시킴으로써 상기 펌프 배출량을 가변 조절한다. 따라서 상기 유압모터는 상기 가변의 펌프 배출량의 유체를 유입하여 구동하되 상기 유압모터의 회전수와 유압펌프의 회전수가 상이해짐에 따라 사용자가 직접적 및 간접적 중 하나의 방법으로 조절할 수 있는 가변 변속비로 자동 변속을 구현함을 특징으로 하는 유압식 자동변속기를 포함한다.
상기 소발명-K의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 소발명-K의 실시예-K-1에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 유압펌프는 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프 및 가변용량 피스톤 펌프 중 하나 이상이다. 상기 소발명-K의 실시예-K-2에서는 상기 유압식 자동변속기의 상기 유압모터는 가변용량 유압모터 및 정용량 유압모터 중 하나 이상이다.
상기 소발명-K의 유압펌프, 유압모터 또는 유압식 자동변속기의 무게, 크기(즉 길이나 높이 등)나 부피, 회전수, 용량, 유체 압력은 물론 상기 유압펌프나 유압모터의 종류 및 가변용량 여부, 강도조절기의 구성이나 작동 원리는 상술 및 하술의 상이한 소발명들 및 이들의 실시예들과 동일하거나 유사하다. 또한 소발명-K의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 또는 하술한 바와 같이 하나 이상의 전진용 클러치 또는 하나 이상의 다양한 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 또한 소발명-K의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 가하는 기계적 에너지로 구동하거나, 배터리로 또는 발전기가 구동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지로 구동할 수 있다.
상술한 소발명-H 내지 소발명-K 각각의 다양한 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 기타 특징은 상기 소발명-H 내지 소발명-K 각각의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 상술한 소발명-H 내지 소발명-K의 기타 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 기타 특징은 물론 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 또한 상기 소발명-H 내지 소발명-K의 다양한 유압식 자동변속기 또는 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 소발명-H 내지 소발명-K 각각을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명P는 사용자에게 편의를 제공하는 유압식 자동변속 방법이다. 상기 방법은 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 유체가 가압되어야하는 펌프 배출 압력을 결정하는 가압설정단계, 유압펌프를 펌프 회전수로 회전시키며 상기 유체를 상기 펌프 배출 압력으로 가압하는 유체가압단계, 상기 펌프 배출 압력에 따라 상기 유압펌프의 구동 용적이 자동적으로 조절됨으로써 가변의 펌프 배출량을 유압모터에 공급하는 배출조절단계, 상기 유압모터는 상기 펌프 배출량에 의하여 결정되는 모터 회전수로 회전하며 동력을 발생함으로써 상기 펌프 회전수와 상기 모터 회전수에 비례하도록 변속하는 변속구현단계 및 사용자가 상기 변속에 필요한 변속 강도 및 상기 기계적 부하의 변화에 대응하여 상기 변속이 일어나는 변속 반응 시간 중 하나 이상을 임의의 설정치에 설정할 수 있음으로써 상기 사용자에게 편의를 제공하는 사용자설정단계 등을 포함한다.
상기 소발명-P의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 유체가압단계에서는 상기 기계적 부하가 증가함에 따라 상기 펌프 배출 압력 역시 증가한다. 상기 배출조절단계에서는 상기 펌프 배출 압력과 상기 유압펌프의 구동 용적이 반비례로 조절된다. 또한 상기 배출조절단계에서는 상기 유압펌프로 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프 및 가변용량 피스톤펌프 중 하나 이상을 사용하며, 상기 변속구현단계에서는 상기 유압모터로 가변용량 유압모터 및 정용량 유압모터 중 하나를 사용한다.
또한 상기 방법은 상기 모터 회전수가 상기 펌프 배출량에 의하여 자동적으로 결정되거나 상기 모터 회전수가 상기 펌프 배출량 및 상기 기계적 부하에 따라 가변으로 결정되는 변속구현단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 상기 유압펌프와 상기 유압모터 각각의 부피 중 50% 이상을 하나 이상의 커버 내부에 포함하는 일체형구성단계를 포함할 수 있다. 특히 상기 방법은 상기 유압펌프와 상기 유압모터를 각각의 장축의 방향을 따라 일렬로 배치한 후 이들을 유압식으로 연결하는 배치단계나 상기 유압펌프와 상기 유압모터를 각각의 장축의 방향을 가로지르는 방향으로 포개어 배치한 후 이들을 유압식으로 연결하는 배치단계를 포함할 수 있다. 한편 상기 사용자설정단계에서 상기 사용자는 상기 유압펌프가 작동하는 중 상기 변속 강도 및 상기 변속 반응 시간 중 하나 이상의 설정치를 변경할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명Q는 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 유압식 자동변속 방법이다. 상기 방법은 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 유압펌프를 펌프 회전수로 회전시키며 유체를 펌프 배출 압력으로 가압하되, 상기 펌프 배출 압력에 따라 상기 유압펌프가 구동 용적을 조절함으로써 가변의 펌프 배출량을 유압모터에 공급하는 공급조절단계, 상기 유압모터는 상기 펌프 배출량에 의하여 모터 회전수로 회전하며 동력을 발생함으로써 상기 펌프 회전수와 상기 모터 회전수에 비례하는 변속비를 구현하는 변속달성단계 및 상기 유압펌프와 유압모터 각각의 부피의 50% 이상을 하나 이상의 커버 내부에 장착함으로써 상기 유압펌프와 유압모터를 외부의 충격으로부터 보호하는 내부보호단계를 포함한다.
상기 소발명-Q의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 공급조절단계에서는 상기 기계적 부하가 증가함에 따라 상기 펌프 배출 압력 역시 증가한다. 상기 공급조절단계에서는 상기 펌프 배출 압력과 상기 유압펌프의 구동 용적이 반비례로 조절된다. 또한 상기 공급조절단계에서는 상기 유압펌프로 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프 및 가변용량 피스톤펌프 중 하나 이상을 사용하며, 상기 변속달성단계에서는 상기 유압모터로 가변용량 유압모터 및 정용량 유압모터 중 하나를 사용한다.
또한 상기 방법은 상기 모터 회전수가 상기 펌프 배출량에 의하여 자동적으로 결정되거나 상기 모터 회전수가 상기 펌프 배출량 및 상기 기계적 부하에 따라 가변으로 결정되는 변속구현단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 상기 유압펌프와 상기 유압모터를 각각의 장축의 방향을 따라 일렬로 배치한 후 이들을 유압식으로 연결하거나 상기 유압펌프와 상기 유압모터를 각각의 장축의 방향을 가로지르는 방향으로 포개어 배치한 후 이들을 유압식으로 연결하는 배치단계를 포함할 수 있다. 한편 상기 방법은 상기 사용자가 상기 유압펌프가 작동하는 중 상기 변속 강도나 상기 변속 반응 시간 등의 설정치를 변경하는 사용자설정단계를 포함할 수 있다.
상술한 소발명-P 및 소발명-Q 각각의 다양한 유압식 자동변속 방법이나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 작동 방법과 관련된 기타 특징은 상기 소발명-P 및 소발명-Q 각각의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 상술한 소발명-P 및 소발명-Q의 기타 구성 및 작동 방법과 관련된 기타 특징은 물론 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 또한 상기 소발명-P 및 소발명-Q의 다양한 유압식 자동변속기 또는 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 소발명-P 및 소발명-Q 각각을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-R은 유압식으로 무한 자동변속을 구현하는 유압식 자동변속 자전거의 사용 방법이다. 상기 방법은 외부로부터 가해지는 기계적 부하에 따라 유압모터가 부하 연동을 이용하여 유체를 모터압력까지 가압하는 부하연동단계, 사용자 또는 전기모터가 가하는 기계적 에너지 및 압력 연동을 이용하여 유압펌프가 유체를 상기 모터압력보다 높은 펌프압력으로 가압하는 압력연동단계, 상기 펌프압력의 펌프 배출량의 유체를 상기 유압펌프로 배출하는 펌프배출단계 및 상기 유압모터로 상기 펌프 배출량의 유체를 유입한 후 모터 배출량의 유체를 배출하며 구동축이 회전하는 구동력을 발생하는 구동발생단계를 포함한다. 특히 상기 유압식 자동변속 자전거 사용 방법은 사용자가 상기 기계적 부하, 모터압력, 기계적 에너지 또는 펌프압력 등을 조절하는 사용자조절단계, 상기 사용자조절단계에 따라 상기 부하 연동이나 압력 연동 중 하나 이상이 구현됨으로써 상기 유압펌프 및 유압모터 중 하나 이상의 구동 용적이 가변으로 조절되는 연동이동단계, 상기 가변 조절된 구동 용적에 따라 상기 펌프 배출량 및 모터 배출량 중 하나 이상을 가변으로 배출하는 가변배출단계 및 상기 가변배출단계에 따라 상기 모터 배출량과 펌프 배출량 중 하나 이상이 변화됨으로써 자동변속이 구현되는 자동변속단계도 포함한다.
상기 소발명-R의 다양한 실시예는 다음과 같다. 우선 상기 방법은 상기 유압펌프와 유압모터의 최소한의 일부를 커버 내부에 내장함으로써 상기 커버에 내장된 부분을 외부 충격으로부터 보호하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 보호 단계는 상기 유압펌프의 부피의 최소 50% 이상(또는 60%, 70%, 80%, 90% 이상도 가능) 및 상기 유압모터의 부피의 최소 50% 이상(또는 60%, 70%, 80%, 90% 이상도 가능) 등을 상기 커버 내부에 내장함으로써 상기 유압펌프와 유압모터를 외부 충격으로부터 보호하는 단계 또는 상기 유압펌프와 유압모터를 연결하는 다수의 유관들의 길이의 합의 최소 50% 이상(또는 60%, 70%, 80%, 90%도 가능)을 상기 커버 내부에 내장함으로써 상기 유관들을 외부 충격으로부터 보호하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 보호 단계는 상기 커버의 길이를 상기 자전거의 길이의 70% 이하(또는 60%, 50%, 40%, 30% 이하도 가능)로 제작하는 소형화단계를 포함하거나 상기 커버의 길이를 상기 자전거의 전륜 회전축과 후륜 회전축 사이의 거리의 70% 이하(또는 60%, 50%, 40%, 30% 이하도 가능)로 제작하는 소형화단계를 포함할 수 있다.
상기 유압식 자동변속 자전거의 사용 방법은 상기 유압모터의 상기 구동축을 상기 유압식 자동변속 자전거의 페달축으로 제작하는 단계, 상기 구동축을 상기 자전거의 전륜의 회전축으로 제작하는 단계, 상기 구동축을 상기 자전거의 후륜의 회전축으로 제작하는 단계, 상기 구동축과 상기 자전거의 상기 페달축, 전륜의 회전축 및 후륜의 회전축 중 하나 이상을 체인으로 연결하는 단계 및 상기 구동축과 상기 자전거의 상기 페달축, 전륜의 회전축 및 후륜의 회전축 중 하나 이상을 하나 이상의 기어로 연결하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 방법은 상기 유압모터 및 유압펌프를 각각 특정 무게 이하로 제작하여 구동 효율을 증가시키는 경량화단계, 상기 유압모터 및 유압펌프를 각각 특정 크기, 특정 두께 및 특정 용량 중 하나 이하로 제작하여 구동 효율을 증가시키는 소형화단계, 상기 유압모터 및 유압펌프가 각각 특정 회전수 이하로 구동하되 각각 상기 모터 배출량과 펌프 배출량의 유체를 배출하도록 제작하는 회전제한단계, 상기 유압모터 및 유압펌프가 각각 특정 유체 압력 이하에서 상기 유체를 가압하도록 제작하여 구동 효율을 증가시키는 저압력구동단계 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 상기 유체의 흐름을 차단하여 상기 자전거의 주행을 방지할 수 있는 유압제동단계를 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 “유압펌프 (hydraulic pump)”란 기계적 에너지를 이용하여 내부의 유체를 가압함으로써 상기 기계적 에너지를 상기 가압된 유체의 압력 또는 흐름으로 변환하는 펌프를 의미한다. 따라서 상기 유압펌프는 가압 방식에 따라 “베인펌프 (vane pump),” “기어펌프 (gear pump),” “피스톤펌프 (piston pump),” “나사펌프 (screw pump)” 등을 포함한다. 일예로 베인펌프는 구동축을 중심으로 회전하는 로터에 설치된 다수의 베인을 이용하여 유체를 가압하고, 기어펌프는 구동축들을 중심으로 회전하는 다수의 기어 사이의 공극을 이용하여 유체를 가압하며, 피스톤펌프는 단일 또는 다수의 실린더 내부의 유체를 피스톤으로 가압하는 반면, 나사펌프는 단일 또는 다수의 수나사를 회전시켜 나사홈 사이의 유체를 가압한다. 또한 상기 피스톤펌프는 수직 또는 평행하게 설치된 다수의 실린더 안의 부피를 피스톤 구동축의 왕복 운동 방향에 따라 감소시키며 유체를 가압하는 회전 피스톤펌프 (rotary piston pump)는 물론 회전축의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 바꾸어 실린더 안의 유체를 피스톤으로 가압하는 왕복 피스톤펌프 (reciprocating piston pump) 등으로 구분되며, 구동축과 피스톤 방향이 평행한 엑시얼 피스톤펌프 (axial piston pump) 및 구동축과 피스톤 방향이 평행이 아닌 (일예로 수직) 레디얼 피스톤펌프 (radial piston pump) 등을 모두 포함한다. 또한 상기 “유압펌프”는 구동축의 회전 당 배출하는 부피가 일정한 “정용량 유압펌프” 및 구동축의 회전 당 배출하는 부피를 변화시킬 수 있는 “가변용량 유압펌프”를 포함한다. 따라서 가변용량 유압펌프는 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프를 포함하는 반면 정용량 유압펌프는 정용량 베인펌프, 정용량 기어펌프. 정용량 피스톤펌프, 정용량 나사펌프 등을 포함한다. 또한 로브펌프 (lobe pump), 스크롤펌프 (scroll pump), 모노펌프 (progressive cavity pump), 격막펌프 (diaphragm), 연동펌프 (peristaltic pump) 등도 모두 정용량 유압펌프로 사용할 수 있으며, 로브펌프, 스크롤펌프, 모노펌프, 격막펌프, 연동펌프 등도 가변용량으로 제작할 경우 상기 가변용량 유압펌프로 사용할 수 있다.
본 명세서에서 “유압모터 (hydraulic motor)”란 상기 “유압펌프”와 동일하거나 유사한 구성은 가지지만 그 작동은 반대인 유압기기를 의미한다. 따라서 상기 유압모터는 유체의 압력을 유체의 흐름으로 변환함으로써 기계적 에너지를 발생하는 유압식 모터를 의미한다. 따라서 상기 유압모터는 가압 방식에 따라 “베인모터,” “기어모터,” “피스톤모터,” “나사모터” 등을 포함한다. 또한 상기 유압모터는 구동축의 회전 당 배출하는 부피가 일정한 “정용량 유압모터” 및 구동축의 회전 당 배출하는 부피를 변화시킬 수 있는 “가변용량 유압모터”를 포함한다. 따라서 가변용량 유압모터는 가변용량 베인모터, 가변용량 기어모터, 가변용량 피스톤모터를 포함하는 반면 정용량 유압모터는 정용량 베인모터, 정용량 기어모터. 정용량 피스톤모터, 정용량 나사모터 등을 포함한다. 또한 로브모터, 스크롤모터, 모노모터, 격막모터, 연동모터 등도 모두 정용량 유압모터로 사용할 수 있으며, 상기 로브모터, 스크롤모터, 모노모터, 격막모터, 연동모터 등도 가변용량으로 제작할 경우 상기 가변용량 유압모터로 사용할 수 있다.
상술의 다양한 “유압펌프” 또는 “유압모터”는 모두 용적형(positive displacement) 펌프 또는 용적형 모터를 의미한다. 즉 상기 유압펌프 또는 유압모터는 부하가 변하더라도 구동축의 1회전 당 배출하는 유체의 양이 (거의) 일정한 펌프 또는 모터를 의미한다.
하지만 경우에 따라 상기 유압모터는 용적형 모터는 물론 비용적형 모터도 포함할 수 있다. 참고로 비용적형 모터란 부하의 변화에 따라 구동축의 1회전 당 배출하는 유체의 양이 상이한 모터를 의미한다. 즉 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 유압식 자동변속기를 포함하되, 상기 유압식 자동변속기가 하나 이상의 가변용량 유압펌프를 사용하는 경우에 한하여, 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 용적형 유압모터 또는 하나 이상의 비용적형 유압모터를 사용할 수도 있다.
참고로 상기 가변용량 베인펌프 또는 베인모터의 예로는 미국특허 제03824045호, 미국특허 제04421462호, 미국특허 제04316706호, 국내특허 제10-1382073호, 국내특허 제10-1177595호, 국내특허 제10-1235988호 등을 들 수 있다. 한편 상기 가변용량 기어펌프 또는 기어모터의 예로는 미국특허 제03847515호, 국내특허 제10-1449224호 등이 있으며, 또한 상기 가변용량 피스톤펌프 또는 피스톤모터의 예로는 국내 실용특허 제20-0467725호, 국내특허 제10-0429928호 등이 있다.
본 명세서에서 “자전거 몸체의 프레임 (frame)” 또는 “프레임”이란 자전거의 골격에 해당하는 부분을 의미한다. 따라서 “프레임”은 핸들, 안장, 페달, 기어, 브레이크, 바퀴 등은 포함하지 않는다.
본 명세서에서 “기계적 부하(mechanical load)”란 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 또는 배터리를 이용한 전기모터가 가하는 기계적 에너지에 의하여 구동하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 가해지는 부하를 의미한다. 따라서 상기 “기계적 부하”는 사용자가 상기 자전거로 주행하는 도로의 특징, 특히 상기 도로의 기울기에 의하여 영향을 받는다. 따라서 모든 조건이 동일할 경우, 사용자가 언덕을 올라갈 경우에는 언덕을 내려가는 경우에 비하여 상기 “기계적 부하”가 증가한다. 또한 상기 “기계적 부하”는 상기 유압식 자동변속 자전거의 가속도에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 모든 조건이 동일할 경우, 상기 유압식 자동변속 자전거로 가속을 하려는 경우에는 감속을 하는 경우에 비하여 상기 “기계적 부하”가 증가한다. 또한 상기 “기계적 부하”는 사용자의 무게, 사용자가 적재한 화물의 무게 또는 사용자와 화물과 자전거 프레임 및 상기 프레임에 부착된 모든 부품 전체의 무게에 의하여 영향을 받는다. 따라서 모든 조건이 동일할 경우, 상기 무게가 무거운 경우에는 가벼운 경우에 비하여 상기 “기계적 부하”가 증가한다.
본 명세서에서 “구성한(된)다”는 용어는 상기 용어가 사용되는 부분에 따라 두 가지 상이한 의미를 지닌다. 우선 “구성한(된)다”라는 용어가 청구항에서 사용될 경우, 상기 용어는 상기 청구항이 폐쇄형 전환구를 사용함을 의미한다. 반면 “구성한(된)다”라는 용어가 청구항이 아닌 본 명세서의 발명의 설명에서 사용될 경우, 상기 용어는 “포함한(된)다” 또는 “제작한(된)다” 등을 의미한다. 따라서 청구항이 아닌 발명의 설명에서 사용된 “구성한(된)다”라는 용어는 청구항이 폐쇄형 전환구인지에 대한 여부와는 무관하다.
도 1a는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 첫 번째 소발명의 유압식 자동변속기에 대한 개략도이고, 도 1b는 상기 첫 번째 소발명의 유압식 자동변속기의 첫 번째 실시예의 개략도이며, 도 1c는 상기 첫 번째 소발명의 두 번째 실시예에 대한 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 다양한 구성 및 장착 위치인 두 번째 소발명에 대한 첫 번째 실시예의 개략도이고, 도 2b는 상기 두 번째 소발명에 대한 두 번째 실시예의 개략도이며, 도 2c는 상기 두 번째 소발명에 대한 세 번째 실시예의 개략도이고, 도 2d는 상기 두 번째 소발명에 대한 네 번째 실시예에 대한 개략도이며, 도 2e는 상기 두 번째 소발명에 대한 다섯 번째 실시예의 개략도이고, 도 2f는 상기 두 번째 소발명에 대한 여섯 번째 실시예에 대한 개략도이다. 또한 도 2g는 상기 두 번째 소발명에 대한 일곱 번째 실시예에 대한 개략도이고, 도 2h는 상기 두 번째 소발명에 대한 여덟 번째 실시예에 대한 개략도이며, 도 2i는 상기 두 번째 소발명에 대한 아홉 번째 실시예에 대한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 세 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 첫 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이고, 도 3f는 상기 세 번째 소발명의 두 번째 실시예에 대한 개략도이며, 도 3g 내지 도 3h는 상기 세 번째 소발명에 대한 변형의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 네 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 첫 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이고, 도 4b는 상기 네 번째 소발명의 두 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 다섯 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 첫 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이고, 도 5b는 상기 다섯 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 두 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이다.
도 6a는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 여덟 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 첫 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이고, 도 6b는 상기 여덟 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 두 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이며, 도 6c는 상기 여덟 번째 소발명인 유압식 자동변속기의 세 번째 실시예 및 이의 작동에 대한 개략도이다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 유압식 자동변속 자전거는 물론 상기 유압식 자동변속 자전거에 장착하는 유압식 자동변속기 등의 다양한 부품들의 다양한 구성에 대한 다양한 소발명들, 상기 소발명 각각에 대한 다양한 실시예들 및 상기 실시예 각각에 대한 다양한 상세예들을 포함한다. 또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 유압식 자동변속 자전거 및 상기 유압식 자동변속 자전거에 장착하는 유압식 자동변속기 등의 다양한 부품들의 다양한 제작 방법 또는 다양한 사용 방법에 대한 다양한 소발명들, 상기 소발명 각각에 대한 다양한 실시예들 및 상기 실시예 각각에 대한 다양한 상세예들도 포함한다.
단 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 상술 및 하술의 다양한 구성 및 다양한 방법에 대한 소발명, 실시예 및 상세예 각각은 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 실시하기 위한 구성 및 방법에 대한 예시에 불과하다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술 및 하술의 다양한 구성에 따라 제작하고 사용할 수 있는 모든 유압식 자동변속 자전거, 다양한 부품, 제작 방법 및 사용 방법, 상술 및 하술의 다양한 방법으로 제작하거나 사용할 수 있는 모든 유압식 자동변속 자전거 및 다양한 부품은 물론 관련 분야의 통상적 지식을 가진 당업자가 본 명세서가 개시하는 다양한 상기 소발명들, 실시예들 및 상세예들을 용이하게 변형하여 얻을 수 있는 다양한 구성, 다양한 제작 방법 및 다양한 사용 방법들을 모두 포함한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 첫 번째 소발명(즉 소발명-1)은 유압식 자동변속기로서, 상기 유압식 자동변속기는 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 연동(이를 추후 “부하 연동”이라 지칭)하여 가변용량의 유체를 가압한 후 상기 가변용량의 가압 유체로 자전거를 구동함으로써 자동적으로 무한 변속을 구현하도록 제작한다. 따라서 상기 소발명-1의 유압식 자동변속기를 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착할 경우, 자전거 주행 중 오르막길을 오르는 사용자가 일정 양 또는 크기의 기계적 에너지를 자전거에 가하더라도 상기 유압식 자동변속기는 자동적으로 저단으로 (일예로 3.2단에서 0.7단으로) 변속하여 사용자가 오르막길을 용이하게 느린 속도와 강한 힘으로 오를 수 있도록 작동한다. 반대로 자전거 주행 중 내리막길을 내려오는 사용자가 일정 양 또는 크기의 기계적 에너지를 자전거에 가하더라도 상기 유압식 자동변속기는 자동적으로 고단으로 (일예로 1,2단에서 5.9단으로) 변속하여 사용자가 내리막길을 용이하게 빠른 속도와 적은 힘으로 내려올 수 있도록 작동한다.
도 1a는 본 발명의 첫 번째 소발명(즉 소발명-1)의 유압식 자동변속기에 대한 개략도이다. 도 1a에서와 같이 상기 유압식 자동변속기(10)는 개략적으로 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 유압모터 유닛(90) 및 하나 이상의 제어기 유닛(30)을 포함한다. 상기 유압펌프 유닛(20)은 사용자가 직접 가하는 기계적 에너지 또는 배터리에 의하여 작동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 내부의 유체를 가압함으로써 상기 기계적 에너지를 유체의 압력 또는 가압된 유체의 흐름으로 변환한다. 따라서 상기 유압펌프 유닛(20)은 하나 이상의 베인펌프, 기어펌프, 피스톤펌프 또는 나사펌프 등을 포함할 수 있다. 일예로 베인펌프는 구동축을 중심으로 회전하는 로터에 설치된 다수의 베인을 이용하여 유체를 상기 펌프 내부의 유체를 가압할 수 있고, 기어펌프는 구동축들을 중심으로 회전하는 다수의 기어 사이의 공극을 이용하여 상기 펌프 내부의 유체를 가압할 수 있으며, 피스톤펌프는 단일 또는 다수의 구동축에 연결된 단일 또는 다수의 피스톤을 이용하여 단일 또는 다수의 실린더 내부의 유체를 가압할 수 있는 반면, 나사펌프는 단일 또는 다수의 수나사를 구동축을 중심으로 회전시켜 나사홈 사이의 유체를 가압할 수 있다.
도 1a의 유압식 자동변속기(10)는 유압펌프 유닛(20)이 자동적으로 가변용량의 가압된 유체를 유압모터 유닛(90)으로 배출하여 변속이 구현되도록 제작한다. 따라서 상기 유압펌프 유닛(20)이 하나 이상의 가변용량 유압펌프를 포함할 경우, 상기 유압펌프는 가변의 구동 용적을 가지며, 따라서 구동축의 회전 당 배출하는 가압 유체의 부피를 변화시킬 수 있다. 이러한 가변용량 유압펌프로는 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등이 있다. 한편 상기 유압식 자동변속기(10)에서 유압펌프 유닛(20)으로부터 가압된 유체를 받아 동력을 발생하는 유압모터 유닛(90)은 하나 이상의 가변용량 유압모터 또는 정용량 유압모터를 포함할 수 있다. 물론 상기 유압펌프 유닛(20)이 하나 이상의 정용량 유압펌프만을 포함할 경우, 상기 유압모터 유닛(90)은 반드시 하나 이상의 가변용량 유압모터를 포함함이 바람직하다.
도 1a의 유압식 자동변속기(10)의 제어기 유닛(30)은 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 연동(즉 부하 연동)하여 또는 상기 기계적 부하에 의하여 결정되는 유압모터 유닛(90)의 유체 압력에 연동(이를 추후 “압력 연동”이라 지칭)하여 유압펌프 유닛(20)으로 하여금 유체를 특정 압력으로 가압하며, 상기 부하 연동 또는 압력 연동에 따라 자동으로 상이한 부피 또는 유량의 가압 유체를 유압모터 유닛(90)으로 배출하도록 제작한다. 물론 상기 유압펌프 유닛(20)은 사용자가 직접 가하는 기계적 에너지 또는 배터리로 작동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 상기 가압을 구현한다. 따라서 유압모터 유닛(90)이 정용량 유압모터를 포함한 경우에는 상기 가압 유체의 배출량에 따라 회전하며 동력을 발생하여 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 구동한다. 이와는 달리 유압모터 유닛(90)이 가변용량 유압모터를 포함하는 경우에는 가압 유체의 상기 배출량은 물론 가압 유체의 압력에 따라 이에 상응하여 회전하며 동력을 발생하여 본 발명의 자동변속 자전거를 구동한다.
상술한 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)의 부하 연동 또는 압력 연동에 의한 자동 무한변속을 좀 더 자세히 설명한다. 사용자가 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)는 사용자를 포함한 자전거 자체의 무게는 물론 주행하는 지면의 경사에 따라 기계적 부하를 받게 된다. 따라서 사용자가 언덕을 오를 경우, 자전거의 구동 바퀴에는 더 많은 양의 기계적 부하가 가해지며, 상기 기계적 부하는 상기 구동 바퀴를 구동하는 유압모터 유닛(90)에 전달된다. 이와 같이 유압모터 유닛(90)에 전달된 기계적 부하는 상기 유닛(90)의 유압모터 내부는 물론 상기 유압모터 전후(즉 상류 또는 하류)의 유체의 압력을 증가시킨다.
또한 상기 유압모터 유닛(90)과 유체(또는 유체의 압력)를 통하여 압력 연동되어 있는 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 유압펌프 역시 상기 기계적 부하 및 상기 유압모터 전후의 유체 압력의 증가에 의한 부하를 받는다. 따라서 상기 유압펌프 유닛(20) 역시 유압모터 유닛(90)의 유압모터가 구동할 수 있도록 유체를 더욱 가압하여 유체 압력을 증가시켜야 하며, 이를 위하여 자신의 가변용량 유압펌프의 구동 용적을 감소시킴으로써 펌프 배출량(즉 유압모터 유닛(90)쪽으로 배출하는 유체의 양)을 줄이게 된다. 이와 같이 구동축의 회전 당 상기 펌프 배출량이 감소된 유압펌프는 사용자 또는 전기모터가 제공하는 한정된 양 또는 한정된 크기의 기계적 에너지로 자신의 구동축을 더 많이 회전하여 적은 양(즉 감소된 펌프 배출량)의 유체를 유압모터 유닛(90)에 공급하며, 상기 적은 양의 가압 유체를 유입한 유압모터 유닛(90)의 유압모터 역시 회전수가 줄어들어 자동적으로 무한 변속이 가능해진다.
상술한 유압식 자동변속기(10)의 특징은 자동 무한변속이다. 즉 상술한 유압펌프 유닛(20)이 가변용량 유압펌프를 포함하고 상술한 유압모터 유닛(90)이 정용량 유압모터를 포함하는 경우, 상기 자동변속기(10)의 무한 변속비는 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 부하 연동되어 자동적으로 정해진다는 점이다. 왜냐하면 상기 기계적 부하에 따라 후륜의 회전축을 구동하는 데 필요한 유체의 압력이 결정되고, 이에 따라 유압모터 유닛(90)으로부터 배출되는 유체의 압력과 유량(즉 상기 펌프 배출량)이 결정되며, 이에 따라 유압펌프 유닛(20)이 유압모터 유닛(90)으로 공급하는 유체의 압력과 유량이 자동적으로 결정되기 때문이다. 물론 이러한 메카니즘을 통하여 상술한 유압식 자동변속기(10)는 자동적으로 무한 변속을 구현하며, 이에 따라 본 발명의 유압식 자동변속 자전거(100)는 자동 무한 변속을 구현할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 첫 번째 소발명(즉 소발명-1)인 도 1a의 유압식 자동변속기(10)는 다양한 실시예를 통하여 구현할 수 있으며, 도 1b는 소발명-1의 첫 번째 실시예(즉 실시예-1-1)의 개략도이다. 도 1b에서와 같이 제어기 유닛(30)은 개략적으로 하나 이상의 유방향조절기(40)와 하나 이상의 배출량조절기(50)를 포함하며, 도면에는 표시하지 않은 유관들을 다수 포함한다.
상술한 바와 같이 유압모터 유닛(90)의 유체 압력과 압력 연동된 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프는 유압모터 유닛(90)의 유체 압력에 압력 연동되며, 상기 압력 연동에 따라 사용자가 가하는 또는 배터리로 작동되는 전기모터가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 유체를 가압한다. 유방향조절기(40)는 상기 압력 연동에 따라 가압 유체가 제어기 유닛(30)의 다수의 유관 중 특정 유관을 따라 흐르도록 조작이 가능하도록 제작한다. 따라서 유방향조절기(40)는 일예로 유압펌프 유닛(20)의 유체 배출구에 연결되며, 자전거에 가해지는 상기 기계적 부하 또는 이의 변화를, 또는 유압모터 유닛(90)의 유체 압력 또는 이의 변화를 상기 특정 유관을 따라 배출량조절기(50)에 전달하도록 제작한다. 또한 상기 유방향조절기(40)는 상기 기계적 부하의 양 또는 이의 변화가 특정 값을 초과하거나, 유압모터 유닛(90)의 유체 압력 또는 이의 변화가 특정 값을 초과할 때에만 이를 자동적으로 배출량조절기(50)에 전달하도록 제작할 수도 있다.
배출량조절기(50)는 상기 기계적 부하의 양 또는 이의 변화나 유체 압력의 양 또는 이의 변화에 따라 유압펌프 유닛(20)의 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량 또는 모터 배출량을 조절한다. 일예로 유압펌프 유닛(20)이 베인펌프를 포함할 경우에는 배출량조절기(50)는 베인펌프의 구동축과 베인펌프의 외부캠링의 중심 사이의 거리를 증감함으로써 베인펌프의 구동 용적, 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절할 수 있다. 유압펌프 유닛(20)이 기어펌프를 포함할 경우에는 배출량조절기(50)는 기어펌프의 구동축들을 중심으로 회전하는 다수의 기어 사이의 공극을 조절함으로써 기어펌프의 구동 용적, 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절할 수 있다. 또한 유압펌프 유닛(20)이 피스톤펌프를 포함할 경우에는 배출량조절기(50)는 피스톤펌프의 피스톤의 이동거리를 조절하여 피스톤펌프의 구동 용적, 폄프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절할 수 있으며, 유압펌프 유닛(20)이 나사펌프를 포함할 경우에는 배출량조절기(50)는 나사펌프의 나사홈의 공간을 조절하여 나사펌프의 구동 용적, 폄프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 첫 번째 소발명(소발명-1)의 첫 번째 실시예(실시예-1-1)의 유압식 자동변속기(10)는 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 부하 연동한 후, 상기 압력 연동을 통하여 자동적으로 유압펌프 유닛(20)의 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절하여 자동 무한변속을 구현할 수 있다는 장점을 가진다.
한편 도 1c는 본 발명의 첫 번째 소발명(즉 소발명-1)인 도 1a의 유압식 자동변속기(10)의 두 번째 실시예(즉 실시예-1-2)에 대한 개략도이다. 도 1c에서와 같이 제어기 유닛(30)은 개략적으로 하나 이상의 유방향조절기(40), 하나 이상의 배출량조절기(50), 도면에는 표시하지 않은 다수의 유관들은 물론 하나 이상의 강도조절기(60)를 추가로 포함하도록 제작한다. 특히 상기 강도조절기(60)는 변속이 일어나는 기계적 부하(또는 이의 변화)의 특정 값 또는 유체의 압력(또는 이의 변화)의 특정 값을 사용자가 기계적 또는 전기적으로 용이하게 조절하도록 제작한다. 또한 상기 강도조절기(60)는 변속을 위한 유압펌프 유닛(20)의 구동 용적, 펌프 배출량 또는 변속비를 사용자가 기계적 또는 전기적으로 용이하게 조절할 수 있도록 제작한다. 즉 강도조절기(60)를 포함하지 않는 유압식 자동변속기(10)에서는 변속이 일어나는 기계적 부하의 특정 값 또는 유체의 압력의 특정 값이 고정되며, 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 역시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 의하여 고정된다. 하지만 강도조절기(60)를 포함하는 유압식 자동변속기(10)에서는 사용자가 변속이 일어나는 기계적 부하(또는 이의 변화)의 특정 값 또는 유체의 압력(또는 이의 변화)의 특정 값을 자신의 상황에 따라 조절할 수 있으며, 유압펌프 유닛(20)의 구동 용적, 펌프 배출량 또는 변속비 역시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하는 물론 자신이 설정한 설정치에 따라 조절할 수도 있게 된다.
상기 소발명-1의 실시예-1-2의 첫 번째 상세예는 유체의 압력을 변화시킬 수 있도록 제작된 강도조절기(60)이다. 일예로 상기 강도조절기(60)는 하나 이상의 기존의 다양한 유체 밸브 또는 이와는 상이하지만 유체 흐름에 대한 저항으로 인하여 통과하는 유체의 압력을 감소시키는 유관 형태로 구현할 수 있다. 상기 강도조절기(60)는 상기 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프의 하류, 상기 유압펌프와 유방향조절기(40) 사이의 유관, 상기 유압펌프와 배출량조절기(50) 사이의 유관, 유방향조절기(40)와 배출량조절기(50) 사이의 유관, 유방향조절기(40)의 상류나 하류, 배출량조절기(50)의 상류 등과 같이 유방향조절기(40)나 배출량조절기(50) 전후(즉 상류나 하류)의 압력에 영향을 줄 수 있는 위치에 설치할 수 있다. 따라서 상기 강도조절기(60)를 지나는 유체는 상기 강도조절기(60)의 개폐 정도, 길이, 단면적 등에 의하여 가변적으로 압력이 낮아지게 되며, 이에 따라 사용자는 기계적 부하의 상기 특정 값 또는 유체의 압력의 상기 특정 값을 자신이 원하는 값으로 상향 또는 하향 조절할 수 있다.
상기 소발명-1의 실시예-1-2의 두 번째 상세예는 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하의 변화에 대응하는 또는 상기 유압펌프 유닛(20)이 배출하는 유체 압력의 변화에 대응하는 압력을 발생하는 유방향조절기(40)의 유방향 조절 정도를 조절하도록 구현한 강도조절기(60)이다. 일예로 유방향조절기(40)에 스프링을 장착하고 상기 스프링의 인장력 또는 압축력이 상기 유체 압력에 대응하도록 제작하면 상기 유체 압력의 변화에 따라 유방향조절기(40)가 가압 유체를 특정 유관을 따라 흐르도록 하고, 이를 자동적으로 배출량조절기(50)에 전달하게 된다. 이 때 사용자가 상기 스프링의 길이를 조절할 수 있게 되면 상기 스프링의 인장 또는 압축 정도도 이에 비례하여 변하게 되어 기계적 부하의 상기 특정 값 또는 유체의 압력의 상기 특정 값을 자신이 원하는 값으로 상향 또는 하향 조절할 수 있다. 상기 강도조절기(60)는 유방향조절기(40)의 내부 또는 일단에 장착하거나, 유방향조절기(40)와 배출량조절기(50) 사이 등 상술의 유방향 조절에 영향을 줄 수 있는 기타 위치에 장착할 수도 있다.
상기 소발명-1의 실시예-1-2의 세 번째 상세예는 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하의 양(또는 이의 변화) 또는 이에 의한 유압모터 유닛(90)의 유체 압력(또는 이의 변화)에 따라 유압펌프 유닛(20)의 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 조절하는 배출량조절기(50)의 유량 조절 정도를 조작하도록 구현한 강도조절기(60)이다. 일예로 유압펌프 유닛(20)이 베인펌프를 포함할 경우에는 강도조절기(60)는 베인펌프의 구동축과 베인펌프의 외부캠링의 중심 사이의 거리(또는 구동 용적) 또는 이의 변화를 결정하는 유체 압력을 가감할 수 있는 압력 발생 부품을 포함하거나, 유압펌프 유닛(20)이 기어펌프를 포함할 경우에는 강도조절기(60)는 기어펌프의 구동축들을 중심으로 회전하는 다수의 기어 사이의 공극(또는 구동 용적) 또는 이의 변화를 결정하는 유체 압력을 가감할 수 있는 압력 발생 부품을 포함하도록 구현한다. 또한 유압펌프 유닛(20이 피스톤펌프를 포함할 경우에는 강도조절기(60)는 피스톤펌프의 피스톤 이동거리(또는 구동 용적) 또는 이의 변화를 결정하는 유체 압력을 가감할 수 있는 압력 발생 부품을 포함하거나, 유압펌프 유닛(20)이 나사펌프를 포함할 경우에는 강도조절기(60)는 나사펌프의 나사홈과 펌프 내벽 사이의 거리(또는 구동 용적) 또는 이의 변화를 결정하는 유체 압력을 가감할 수 있는 압력 발생 부품을 포함하도록 구현한다. 상기 압력 발생 부품은 변위에 따라 압축력 또는 인장력을 발생할 수 있는 스프링, 부피에 따라 압축력 또는 인장력을 발생할 수 있는 압축성 기체를 포함한 용기 등이 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 첫 번째 소발명의 두 번째 실시예에서 설명한 강도조절기(60)는 사용자에게 다양한 이점을 제공한다. 우선 장년층 사용자는 나이, 성별, 체력 또는 기타 신체 조건에 따라 자신이 가할 수 있는 기계적 에너지에 한계가 존재한다. 따라서 자전거의 구동 바퀴에 가해지는 기계적 부하 또는 상기 부하의 변화가 특정 값을 초과하거나 유압모터 유닛(90)의 유체의 압력 또는 상기 압력의 변화가 특정 값을 초과하는 경우에는 더 높은 변속비를 필요로 하는 경우가 발생한다. 이러한 경우 사용자는 상술의 강도조절기(60)를 이용하여 변속이 일어나는 기계적 부하의 특정 값 또는 유체의 압력의 특정 값을 하향 조절할 수 있으며, 유압펌프 유닛(20)의 구동 용적 및 펌프 배출량 역시 상기 기계적 부하는 물론 사용자의 체력 또는 상황에 따라 조절할 수도 있게 된다.
이와는 달리 체력 증진을 위하여 자전거 주행을 하는 청장년층 사용자는 변속 압력에 해당하는 기계적 부하(또는 이의 변화)의 특정 값 또는 유압모터 유닛(90)의 유체 압력(또는 이의 변화)의 특정 값을 높게 설정하여 근육을 단련할 수 있다. 이러한 경우 사용자는 상술한 다양한 구성의 강도조절기(60)를 이용하여 자신이 원하는 상기 특정 값을 기계적 또는 전기적으로 상향 설정할 수 있다. 또한 동일한 청장년층 사용자라 하더라도 상황에 따라 상기 유압식 자동변속기(10)가 자동적으로 변속되는 변속 압력에 해당하는 상기 특정 값을 하향 설정하기를 원할 수도 있다. 일예로 사용자가 자전거로 출퇴근을 하는 경우에는 상기 특정 값을 낮게 설정하여 출퇴근을 용이하게 하거나 출퇴근에 소요되는 시간을 단축하기를 원하는 경우이다. 이러한 경우 사용자는 상술한 바와 같이 다양한 구성의 강도조절기(60)를 이용하여 자신이 원하는 상기 특정 값을 기계적 또는 전기적으로 하향 설정할 수도 있다.
한편 본 발명의 첫 번째 소발명(즉 소발명-1)인 도 1a의 유압식 자동변속기(10)의 세 번째 실시예(즉 실시예-1-3)의 제어기 유닛(30)은 상술한 소발명-1의 실시예-1-2와 같이 개략적으로 하나 이상의 유방향조절기(40), 하나 이상의 배출량조절기(50), 다수의 유관 및 하나 이상의 강도조절기(60)를 포함하도록 제작한다. 단 상술한 실시예-1-2의 강도조절기(60)가 변속이 가능한 기계적 부하의 최솟값 또는 유체 압력의 최솟값을 설정하는 데 반하여 본 실시예-1-3의 강도조절기(60)는 변속이 가능한 기계적 부하의 최댓값 또는 유체 압력의 최댓값을 설정하도록 제작할 수 있다. 일예로 본 실시예-1-3의 강도조절기(60)는 상술한 실시예-1-2의 두 번째 상세예의 스프링 등을 유체 압력의 반대 방향에 설치하거나 실시예-1-2의 세 번째 상세예의 강도조절기(60)를 유체 압력의 반대 방향에 설치하여 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 소발명-1의 실시예-1-3에서 설명한 강도조절기(60) 역시 사용자에게 다양한 이점을 제공한다. 일예로 사용자가 변속이 가능한 기계적 부하(또는 유체 압력)의 최솟값만을 설정할 경우, 유압식 자동변속기(10)는 상기 기계적 부하(또는 유체 압력)의 미세한 변화에도 변속을 실행할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속기(10)가 변속을 야기하는 기계식 부하(또는 유체 압력)의 최댓값을 설정할 경우, 유방향조절기(40)나 배출량조절기(50) 등의 과도한 작동으로 인한 부품의 마모를 최소화할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 소발명-1의 실시예-1-2 및 실시예-1-3에서 설명한 강도조절기(60)는 기계적, 전기적 또는 이의 혼용으로 작동하도록 구현할 수 있다. 우선 기계식 강도조절기(60)는 상기 유체 밸브나 스프링 등을 사용자가 직접 힘을 가하여 기계적으로 조작하도록 구현한다. 반면 전기적 강도조절기(60)는 배터리 또는 발전기를 이용하여 상기 유체 밸브나 스프링 등을 전기모터로 조작하도록 구현한다. 또한 혼합식 강도조절기(60)는 단일 또는 다수의 기계식 및 전기적 강도조절기를 포함하도록 제작한다.
본 소발명-1의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 구성 및 상기 유압식 자동변속 자전거나 상기 유압식 자동변속기의 사용 또는 작동과 관련된 다양한 실시예들 각각의 기타 특징은 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 또한 본 소발명-1의 다양한 실시예들의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기는 본 소발명-1을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들, 상기 상이한 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 다양한 변형이나 개량들의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 두 번째 소발명(즉 소발명-2)은 상술한 소발명-1의 다양한 실시예의 유압식 자동변속기(10)를 다양한 구성으로 다양한 위치에 장착하여 다양한 방법으로 사용할 수 있는 유압식 자동변속 자전거이다. 상술과 같이 소발명-1의 유압식 자동변속기는 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하에 부하 연동하여 가변용량의 유체를 가압한 후, 압력 연동을 통하여 가변용량 또는 정용량의 유압펌프 및 유압모터를 작동하여 자전거를 구동함으로써 자동 무한변속을 구현하도록 제작한다. 따라서 주행 중 오르막길을 오르게 되면 상기 구동 바퀴에는 평소보다 높은 기계적 부하가 가해지며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기는 자동적으로 저단으로 변속되어 사용자가 느린 속도와 강한 힘으로 오르막길을 오르도록 제작한다. 반대로 주행 중 내리막길을 만나게 되면 상기 구동 바퀴에는 평소보다 적은 기계적 부하가 가해지며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기는 자동적으로 고단으로 변속되어 사용자가 빠른 속도와 적은 힘으로 내리막길을 용이하게 내려오도록 제작한다.
본 발명의 두 번째 소발명(즉 소발명-2)인 유압식 자동변속 자전거는 상술한 소발명-1의 다양한 실시예 및 하술의 다양한 실시예의 유압식 자동변속기(10)의 각 부분을 자전거 몸체의 여러 부분에 장착함으로써 구현할 수 있다. 특히 상기 소발명-1의 유압식 자동변속기(10) 자체가 상술 및 하술한 바와 같이 다양한 요소로 이루어지기 때문에, 본 소발명-2의 유압식 자동변속 자전거 역시 상기 유압식 변속기(10)의 다양한 요소를 자전거 몸체의 다양한 부분에 다양한 구성으로 장착하여 구현할 수 있다.
도 2a는 소발명-2의 첫 번째 실시예(즉 실시예-2-1)의 개략도이다. 도 2a에서와 같이 유압식 자동변속 자전거(100)은 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 상기 몸체(70)는 상기 유압식 자동변속 자전거(100)의 기계적 골격에 해당하는 프레임(70A, 70B, 70D; 70C 등은 도시되지 않음), 상기 프레임에 연결되는 핸들(도시되지 않음), 안장(79), 전륜(도시되지 않음), 후륜(72), 페달(78) 등을 포함한다. 상기 유압식 자동변속기(10)는 상술한 바와 같이 유압펌프 유닛(20) 및 유압모터 유닛(90)을 포함하며, 필요할 경우 제어기 유닛(30)을 포함할 수도 있다. 본 실시예-2-1의 유압식 자동변속기(10)는 특히 상기 유압펌프 유닛(20), 제어기 유닛(30) 및 유압모터 유닛(90)을 일체형으로 구현한 경우이다.
상기 일체형 유압식 자동변속기(10)는 유압펌프 유닛(20)에 포함된 유압펌프의 구동축(25)을 페달(78)의 회전축에 해당하는 페달축으로 사용하며, 유압모터 유닛(90)에 포함된 유압모터의 구동축(95)을 후륜(72)의 회전축으로 사용하도록 구성한다. 따라서 본 실시예의 경우 유압식 자동변속기(10)는 페달축(77)과 후륜(72) 회전축을 이어주는 프레임의 역할도 담당해야 하므로 견고한 재질로 제작함이 바람직하다. 물론 상기 유압식 자동변속기(10)는 유압식 자동변속기(10)를 통상의 재질로 제작한 후, 상기 페달축(77)과 후륜(72) 회전축을 연결하는 별도의 프레임을 마련하여 기계적 강도를 만족하도록 제작할 수도 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았지만 상기 유압식 자동변속기(10)의 제어기 유닛(30)은 상술한 소발명-1의 실시예-1-1에서 설명한 하나 이상의 유방향조절기(40)와 하나 이상의 배출량조절기(50)를 포함하도록 제작할 수 있으며, 상술한 소발명-1의 실시예-1-2에서와 같이 유방향조절기(40), 배출량조절기(50) 외에 하나 이상의 강도조절기(60)를 포함하도록 제작할 수도 있다.
상기 소발명-2의 첫 번째 실시예(즉 실시예-2-1)의 유압식 자동변속 자전거(100)는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 일예로 사용자는 안장(79)에 앉아 페달(78)을 누르며 유압식 자동변속 자전거(100)로 주행을 시작한다. 본 실시예-2-1의 상기 페달(78)의 회전축은 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 유압펌프의 구동축(25)과 일치한다. 따라서 사용자가 페달(78)을 누르며 가하는 기계적 에너지 또는 배터리로 작동하는 전기모터가 가하는 기계적 에너지는 상기 페달(78)의 회전축에 해당하는 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프의 구동축을 회전시키며, 이에 따라 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등은 상기 기계적 에너지를 이용하여 펌프 내부의 유체를 가압한다.
주행 중 언덕을 오르게 되면 자전거의 구동 바퀴인 후륜(72)에 가해지는 기계적 부하가 증가한다. 상기 증가된 기계적 부하는 유압모터 유닛(90)의 유압모터 내부의 유체는 물론 상기 유압모터로 유입되거나 배출되는 유체의 압력을 증가시킨다. 이와 같이 증가된 압력은 유압모터 유닛(90)과 유압 연동되어 있는 유압펌프 유닛(20)으로 전달되며, 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 유압펌프 역시 상기 기계적 부하의 영향을 받게 된다. 따라서 유압펌프 유닛(20)의 상기 유압펌프 역시 유압모터 유닛(90)의 유압모터가 구동할 수 있도록 유체를 더욱 가압하여야 한다. 이를 위하여 제어기 유닛(30)의 유방향조절기(도시되지 않음)는 상기 기계적 부하 또는 유압모터로부터 배출되는 유체의 압력(즉 모터 배출 압력)에 따라 상기 유체가 다수의 유관 중 특정 유관으로 흐르도록 작동하는 동시에 상기 유체를 배출량조절기(50)와 압력 연동시킨다. 배출량조절기(50)는 상기 기계적 부하 또는 상기 유체 압력에 따라 유압펌프 유닛(20)의 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 줄인다. 즉 유압펌프는 한정된 양 또는 크기의 상기 기계적 에너지를 이용하여 자신의 구동축(25)을 더 많이 회전시킴으로써, 언덕 주행 전보다 적은 양의 가압 유체를 유압모터 유닛(90)에 공급한다. 그 결과 언덕 주행 전보다 적은 양의 유체를 공급받는 유압모터 유닛(90)의 유압모터 역시 회전수가 줄어들며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기(10)는 자동적으로 저속으로 변속을 구현한다.
이와 같이 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프에서 배출되는 가압 유체는 유압모터 유닛(90)의 유압모터로 유입되며, 유압모터 유닛(90)의 유압모터는 그 종류에 따라 다양한 방법으로 구동된다. 특히 정용량 유압모터는 모터 유입량에 의하여 결정되는 특정 rpm으로 구동축(95)을 회전하며, 이에 따라 상기 유압식 자동변속기(10)은 유압펌프 구동축(25)의 rpm과 유압모터 구동축(95)의 rpm의 비율로 결정되는 변속비로 구동된다. 상술한 바와 같이 본 실시예-2-1의 유압식 자동변속 자전거(100)는 후륜(72)의 회전축(75)이 유압모터 유닛(20)의 유압모터의 구동축(95)과 일치하도록 구성한다. 따라서 사용자는 주행 중 변하는 도로 환경에 적합한 상기 변속비로 자전거 주행을 할 수 있다.
이와는 달리 상기 유압모터가 가변용량일 경우, 상기 유압모터는 모터 유입량은 물론 가압된 유체의 압력에 따라 결정되는 특정 rpm으로 구동축(95)을 회전하며 동력을 발생함으로써 추가 변속을 구현한다. 따라서 상기 유압식 자동변속기(10)는 유압펌프 유닛(20)의 변속비와 유압모터 유닛(90)의 변속비의 곱으로 정의되는 변속비로 구동되며, 이에 따라 사용자는 주행 중 변하는 도로 환경에 적합한 변속비로 자전거 주행을 할 수 있다.
도 2b는 소발명-2의 두 번째 실시예(즉 실시예-2-2)의 개략도이다. 도 2b의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70) 역시 프레임(70A, 70B, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들(도시되지 않음), 안장(79), 전륜(도시되지 않음), 후륜(72), 페달(78) 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20) 및 유압모터 유닛(90)을 한 몸체로 구현한 경우이다. 또한 필요한 경우 상기 유압식 자동변속기(10)는 상술한 제어기 유닛(30)도 포함할 수 있다.
단 본 실시예-2-2의 유압식 자동변속 자전거(100)는 유압식 자동변속기(10)의 제어기 유닛(30)의 상당 부분을 유압펌프 유닛(20)이나 유압모터 유닛(90)에 장착하여 제어기 유닛(30)의 중간 부분의 크기나 부피를 줄인 경우이다. 따라서 상기 제어기 유닛(30)의 중간 부분이 사용자의 무게 및 주행 중 도로로부터 가해지는 기계적 충격을 견딜 수 있는 한, 본 실시예-2-2는 상기 실시예-2-1에 비하여 향상된 외관을 제공할 수도 있다.
도 2c는 소발명-2의 세 번째 실시예(즉 실시예-2-3)의 개략도이다. 도 2c의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70) 역시 프레임(70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들(도시되지 않음), 안장(79), 전륜(도시되지 않음), 후륜(72), 페달(78) 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20) 및 유압모터 유닛(90)을 포함하며, 상술한 제어기 유닛(30)도 포함할 수 있다.
단 본 실시예-2-3의 유압식 자동변속 자전거(100)는 제어기 유닛(30)의 상당 부분을 페달축(77)과 안장(79)을 연결하는 프레임(도 2a 및 도 2b의 70A에 해당) 또는 안장(79)과 후륜(72)을 연결하는 프레임(도 2a 및 도 2b의 70B에 해당)에 장착함으로써 페달축(77)과 후륜(72)을 연결하는 프레임(70C)의 크기 또는 부피를 최소화한 경우이다. 따라서 상기 제어기 유닛이 페달축(77)과 안장(79)을 연결하는 프레임 또는 안장(79)과 후륜(72)을 연결하는 프레임에 내장되는 한 소발명-2의 상기 실시예-2-1 및 실시예-2-2와는 상이한 외관을 제공할 수 있다.
상기 소발명-2의 실시예-2-1 내지 실시예-2-3의 유압식 자동변속 자전거(100)는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 단 상기 사용 방법은 소발명-1의 유압식 자동변속기(10)를 사용하여 자전거를 주행하며 무단 자동변속하는 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
본 소발명-2의 유압식 자동변속 자전거(100)는 상기 실시예-2-1 내지 실시예-2-3을 조합 또는 혼용하여 제작할 수도 있다. 따라서 무한 자동변속이 가능한 동시에 사용자의 무게 및 상술한 기계적 부하를 견딜 수 있는 한, 유압펌프 유닛(20), 제어기 유닛(30) 및 유압모터 유닛(90)의 각종 부분들은 필요에 따라 상기 자전거의 몸체(70) 또는 프레임(70A 내지 70D 등) 내부 또는 외부에 장착할 수 있다. 또한 상기 유압펌프 유닛(20), 제어기 유닛(30) 및 유압모터 유닛(90) 또는 상기 유닛들의 각종 부분들은 상기 자전거의 몸체(70)나 프레임(70A 내지 70D 등) 내부나 외부에 탈착이 가능하도록 장착하여 수리가 편리하도록 제작할 수도 있다.
또한 본 소발명-2의 상기 실시예-2-1 내지 실시예-2-3의 유압식 자동변속 자전거(100)는 몸체(70)의 페달축(77)과 유압펌프 유닛(20)의 구동축(25)이 기계적으로 연결되고 후륜(72)의 회전축(75)과 유압모터 유닛(90)의 구동축(95)가 기계적으로 연결되지만, 상기 페달축(77)과 구동축(25) 또는 상기 회전축(75)와 구동축(95) 사이에 장착된, 일정 변속비를 가진 보조 기어를 통하여 연결할 수 있다. 이 경우 가변용량 유압펌프 유닛(20)의 변속비 또는 가변용량 유압모터 유닛(90)의 변속비는 변할 수 있지만, 상기 유압식 자동변속기(10) 및 상기 유압식 자동변속 자전거(100)의 작동은 상술한 실시예-2-1 내지 실시예-2-3과 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
도 2d는 소발명-2의 네 번째 실시예(즉 실시예-2-4)의 개략도이다. 도 2d의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70) 역시 프레임(70A, 70B, 70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들(도시되지 않음), 안장(79), 전륜(도시되지 않음), 후륜(72), 페달(78) 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20) 및 유압모터 유닛(90)을 한 몸체로 구현한 경우이다. 또한 필요한 경우 상기 유압식 자동변속기(10)는 상술한 제어기 유닛(30)도 포함할 수 있다.
단 본 실시예-2-4의 유압식 자동변속기(10)는 실시예-2-1 내지 실시예-2-3의 유압식 자동변속기(10)보다 짧게 구성하며, 유압식 자동변속기(10)의 유압펌프 유닛(20)에 포함된 유압펌프의 구동축(25)이 페달(78)의 회전축인 페달축(77)에 해당하도록 제작한다. 따라서 일정 거리로 격리된 유압모터 유닛(90)의 유압모터 구동축(95)과 후륜(72)의 회전축(75)은 기존의 체인(73) 또는 체인과 기어의 어셈블리로 연결한다.
상기 소발명-2의 본 실시예(즉 실시예-2-4)의 유압식 자동변속 자전거(100)는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 일예로 사용자는 안장(79)에 앉아 페달(78)을 누르며 또는 배터리로 작동하는 전기모터를 켜며 유압식 자동변속 자전거(100)로 주행을 시작한다. 본 실시예-2-4의 유압식 자동변속 자전거(100)는 상기 페달(78)의 회전축이 유압펌프 유닛(20)에 포함된 가변용량 유압펌프의 구동축(25)과 일치하도록 구성한다. 따라서 사용자가 페달(78)을 누르며 가하는 기계적 에너지 또는 전기모터가 가하는 기계적 에너지는 상기 페달(78)의 회전축에 해당하는 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프의 구동축을 회전시키며, 이에 따라 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등은 상기 기계적 에너지를 이용하여 펌프 내부의 유체를 가압한다.
따라서 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하(또는 이의 변화)가 또는 유압모터 유닛(90)의 유압모터 전후의 유체의 압력(또는 이의 변화)이 특정 값을 초과할 경우, 제어기 유닛(30)의 유방향조절기(도시되지 않음)는 상기 유체의 압력에 따라 상기 유체가 다수의 유관들 중 특정 유관을 따라 흐르도록 작동하며, 상기 특정 값을 배출량조절기(50)에 전달한다. 배출량조절기(50)는 상기 기계적 부하(또는 이의 변화)나 압력(또는 이의 변화)의 증가에도 불구하고 유압모터를 구동할 수 있도록 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 유압펌프가 유체를 더욱 가압하도록 조절하며, 이에 따라 사용자가 제공하는 한정된 양(또는 크기)의 기계적 에너지로 구동축을 더 많이 회전하기 위하여 감소한 펌프 배출량의 가압 유체를 유압모터에 공급한다. 따라서 적은 양의 유체를 공급받은 유압모터 역시 낮은 회전수로 구동하게 된다.
한편 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프에서 배출되는 펌프 배출량의 가압 유체는 유압모터 유닛(90)의 유압모터로 유입되며, 유압모터 유닛(90)의 유압모터는 그 종류에 따라, 또한 상기 유압모터가 가변용량 또는 정용량임에 따라 상술한 방법으로 구동된다. 이에 따라 유압모터 유닛(90)의 유압모터는 구동력을 발생하며, 상기 구동력은 체인(73) 또는 체인 기어 등을 통하여 후륜(72)의 회전축(75)에 전달된다.
상술한 바와 같이 본 소발명-2의 상기 실시예-2-4의 유압식 자동변속 자전거(100)는 몸체(70)의 후륜(72)의 회전축(75)과 유압모터 유닛(90)의 구동축(95)을 다양한 방법으로 기계적으로 연결한다. 일예로 상기 후륜(72)의 회전축(75)과 유압모터 유닛(90)의 구동축(95) 사이 또는 페달축(77)과 구동축(95) 사이에 일정 변속비를 가진 보조 기어가 유압모터의 구동력은 체인(73)에 전달하며, 상기 체인(73)이 상기 구동력을 후륜(72)의 회전축(75) 또는 페달축(77)에 전달하도록 제작할 수 있다. 이러한 경우 가변용량 유압펌프 유닛(20)의 변속비 또는 가변용량 유압모터 유닛(90)의 변속비는 변할 수 있지만, 상기 유압식 자동변속기(10) 및 상기 유압식 자동변속 자전거(100)의 작동은 상술한 실시예-2-1 내지 실시예-2-4와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
도 2e는 소발명-2의 다섯 번째 실시예(즉 실시예-2-5)의 개략도이다. 도 2e의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70) 역시 프레임(70A, 70B, 70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들(도시되지 않음), 안장(79), 전륜(도시되지 않음), 후륜(72), 페달(78) 등을 포함한다. 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20) 및 유압모터 유닛(90)을 한 몸체로 구현한 경우이며, 필요할 경우 상술한 제어기 유닛(30)도 포함할 수 있다.
본 실시예-2-5의 유압식 자동변속기(10)도 실시예-2-1 내지 실시예-2-3의 유압식 자동변속기(10)보다 짧게 구성하며, 유압식 자동변속기(10)의 유압모터 유닛(90)에 포함된 유압모터의 구동축(95)이 후륜(72)의 회전축(75)에 해당하도록 제작한다. 따라서 일정 거리로 격리된 유압펌프 유닛(20)의 유압펌프의 구동축(25)과 페달(78)의 페달축(77) 역시 체인(73) 등으로 연결할 수 있다.
본 실시예-2-5의 유압식 자동변속 자전거(100)는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 일예로 사용자는 안장(79)에 앉아 페달(78)을 누르며 또는 상술의 전기모터를 작동하며 유압식 자동변속 자전거(100)로 주행을 시작한다. 본 실시예-2-5의 유압식 자동변속 자전거(100)는 후륜(72)의 회전축이 유압모터 유닛(90)의 유압모터 구동축(95)과 일치하도록 구성한다. 따라서 사용자 또는 전기모터가 가하는 기계적 에너지는 체인(73)을 통하여 유압펌프 유닛(20)의 구동축을 회전시키며, 이에 따라 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등은 상기 기계적 에너지를 이용하여 펌프 내부의 유체를 가압한다.
자전거 주행 중 후륜(72)에 가해지는 기계적 부하(또는 이의 변화)가 특정 값을 초과하거나 유압모터 유닛(90)의 유압모터 전후의 유체 압력(또는 이의 변화)이 특정 값을 초과할 경우, 제어기 유닛(30)의 유방향조절기는 상술의 실시예-2-4와 같이 상기 기계적 부하나 유체 압력을 배출량조절기(50)에 전달한다. 배출량조절기(50) 역시 실시예-2-4와 같이 적은 양의 유체를 유압모터에 공급하고, 적은 양의 유체를 공급받은 유압모터 역시 낮은 회전수로 구동하게 된다.
본 실시예-2-5의 페달축(77)과 유압펌프 유닛(20)의 구동축(25)은 다양한 방법으로 연결될 수 있다. 하지만 이는 상기 실시예-2-4와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
도 2f는 소발명-2의 여섯 번째 실시예(즉 실시예-2-6)의 개략도이다. 도 2f의 유압식 자동변속 자전거(100)도 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함하며, 상기 몸체(70) 역시 프레임(70A, 70B, 70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들, 안장(79), 전륜, 후륜(72), 페달(78) 등을 포함한다. 단 상기 유압식 자동변속기(10)는 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)을 포함하며, 제어기 유닛(30)은 다수의 부분으로 분할하여 상기 유닛들(20, 90)에 장착하거나, 이와는 달리 유압펌프 유닛(20) 또는 유압모터 유닛(90) 중 하나에만 장착하도록 구성된다. 따라서 일정 거리로 격리된 유압모터 유닛(90)의 구동축(95)과 후륜(72)의 회전축(75)은 체인(73) 등으로 연결하며, 일정 거리로 격리된 유압펌프 유닛(20)의 구동축(25)과 페달(78)의 페달축(77) 역시 체인(73) 등으로 연결하며, 이러한 측면에서 보면 본 실시예-2-6은 동일한 소발명-2의 상기 실시예-2-4 및 실시예-2-5의 혼합형으로 간주할 수도 있다.
본 실시예-2-6의 유압식 자동변속 자전거(100)는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 일예로 사용자나 전기모터는 상술의 기계적 에너지를 페달(78)의 페달축(77)에 가한다. 단 상기 페달축(77)은 체인(73) 등을 통하여 유압펌프 유닛(20)의 가변용량 유압펌프 구동축(25)와 연결되며, 상기 후륜(72)의 회전축(75)은 체인(73) 등을 통하여 유압모터 유닛(90)의 유압모터 구동축(95)과 연결된다. 따라서 상기 기계적 에너지는 유압펌프 유닛(20)으로 전달되어 유압펌프 구동축(25)을 회전시키며, 이에 따라 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등은 상기 기계적 에너지를 이용하여 펌프 내부의 유체를 가압한다.
자전거 주행 중 후륜(72)에 가해지는 기계적 부하(또는 이의 변화)나 유압모터 전후의 유체의 압력(또는 이의 변화)이 특정 값을 초과할 경우, 제어기 유닛(30A)의 유방향조절기는 상기 유체가 특정 유관을 따라 흐르도록 조절하며, 상기 기계적 부하(또는 이의 변화)나 유체 압력(또는 이의 변화)을 배출량조절기(50)에 전달한다. 이에 따라 배출량조절기(50)는 유압펌프 유닛(20)의 펌프 배출량 또는 유압모터 유닛(90)의 모터 유입량을 자동적으로 조절할 수 있다.
이와 같이 상기 페달(72)의 페달축(75)의 구동력은 체인(73) 등을 통하여 유압펌프 구동축(25)을 구동하고, 유압펌프에서 가압된 유체의 압력은 유압모터를 구동한다. 상기 유압모터는 그 종류에 따라, 또한 구동 용적이 가변인지 아닌지에 따라 상술한 방법으로 구동된다. 이에 따라 유압모터는 구동력을 발생하며, 상기 구동력은 후륜(72)의 회전축(75)으로 전달된다.
본 소발명-2의 상기 실시예-2-6의 유압식 자동변속 자전거(100)는 몸체(70)의 페달축(77)과 유압펌프 유닛(20)의 구동축(25) 또는 유압모터 유닛(90)의 구동축(95)과 후륜(72)의 회전축(75)을 다양한 방법으로 기계적으로 연결할 수 있다. 일예로 페달축(77)과 구동축(25) 사이 또는 회전축(75)와 구동축(95) 사이에 일정 변속비를 가진 보조 기어 또는 보조 기어 어셈블리를 장착할 수 있다. 이러한 경우 가변용량 유압펌프 유닛(20)의 변속비 또는 가변용량 유압모터 유닛(90)의 변속비는 변할 수 있지만, 기타 구성 및 작동 방법은 상술한 실시예-2-1 내지 실시예-2-5와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 소발명-2의 유압펌프 유닛(20)은 베인펌프, 기어펌프, 피스톤펌프, 나사펌프 등을 포함할 수 있으며, 특히 상기 유압펌프 유닛(20)이 가변용량 유압펌프를 포함할 경우, 상기 유압펌프는 가변용량 베인펌프, 가변용량 기어펌프, 가변용량 피스톤펌프, 가변용량 나사펌프 등을 포함할 수 있다. 단 유압펌프로 베인펌프나 기어펌프를 사용할 경우, 상기 유압펌프 유닛은 필연적으로 원형의 모양을 가진 베인펌프의 로터, 원형의 모양을 가진 기어펌프의 기어들을 포함하게 되므로, 일반적으로 가로와 세로의 비율이 유사하다. 이와는 달리 유압펌프로 피스톤펌프나 나사펌프를 사용할 경우에는 베인펌프나 기어펌프를 사용할 경우에 비하여 상기 유압펌프 유닛을 장방형으로 구성하기가 용이해진다.
도 2g는 소발명-2의 일곱 번째 실시예(즉 실시예-2-7)의 개략도로서, 상기 실시예-2-7은 피스톤펌프를 유압펌프로 사용한 경우이다. 도 2g의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70) 역시 프레임(70A, 70B, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들, 안장(79), 전륜, 후륜(72), 페달(78) 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)을 한 몸체로 구현한 경우이며, 필요한 경우 상술한 제어기 유닛(30)도 상기 몸체 내부에 장착할 수 있다.
특히 도 2g에서와 같이 상기 유압식 자동변속기(10)의 유압펌프 유닛(20)은 장방형의 피스톤펌프를 포함하며, 상기 피스톤펌프는 실린더와 상기 실린더 내부를 왕복하는 피스톤(28P) 및 상기 피스톤(20P)을 피스톤 회전축(28C)에 연결하는 피스톤 레버(28R)를 포함한다. 특히 상기 피스톤 회전축(28C)은 페달(78)의 회전판에 회전할 수 있도록 장착된다. 따라서 사용자 또는 전기모터가 가하는 기계적 에너지가 페달(78)의 회전판을 회전시키면, 여기에 장착된 피스톤 회전축(28C)이 원주 궤적으로 같이 회전된다. 상기 회전 운동은 피스톤 레버(28R)에 의하여 왕복 운동으로 변환되며, 그 결과 피스톤(28P)은 실린더 내부에서 왕복 운동을 하며, 실린더 내부의 유체를 가압하여 배출한다.
본 실시예-2-7의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 다양한 방법으로 사용할 수 있지만, 이는 상기 실시예-2-1 내지 실시예-2-3과 유사하거나 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2h는 소발명-2의 여덟 번째 실시예(즉 실시예-2-8)의 개략도로서, 본 실시예-2-8 역시 피스톤펌프를 유압펌프로 사용한 경우이다. 도 2h의 유압식 자동변속 자전거(100)는 몸체(70)와 유압식 자동변속기(10) 등을 포함한다. 또한 상기 몸체(70)는 프레임(70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10)는 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)을 포함하며, 필요한 경우 상술한 제어기 유닛(30)도 포함할 수 있다.
본 실시예-2-8은 대체적으로 상술의 실시예-2-7과 동일하다. 단 본 실시예-2-8의 유압식 자동변속기(10)는 페달(78)의 회전축(77)과 후륜(72)의 회전축을 연결하는 프레임(70C) 대신 다른 프레임(도2g의 70A, 70B)에 장착된다는 특징이 있으며, 그 이외의 구성이나 작동 방법, 사용 방법 등은 상술의 실시예-2-7과 유사하거나 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상술한 실시예-2-1 내지 실시예-2-8의 유압식 자동변속기(10)는 모두 자전거의 길이 또는 장축(또는 직진 주행) 방향으로 배치된 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)을 포함하지만, 본 실시예-2-9의 유압펌프 유닛(20), 유압모터 유닛(90) 또는 제어기 유닛(30)의 전부 또는 일부는 상기 장축 방향과 비평행한 방향, 즉 상기 장축 방향과 수직인 좌우 방향, 상기 장축 방향과 수직인 상하 방향은 물론 상기 장축 방향과 일정 각도를 이루는 비스듬한 방향으로도 배치할 수 있다. 따라서 상기 장축 방향에서 보면 상기 유압펌프 유닛(20), 유압모터 유닛(90) 또는 제어기 유닛(30)의 전부 또는 일부는 포개어져(stacked) 배치된다. 또한 상기 유압펌프 유닛(20), 유압모터 유닛(90) 또는 제어기 유닛(30)의 전부 또는 일부는 자전거 몸체(70)의 프레임(70A, 70B, 70C 또는 70D 등) 외의 부분에 장착할 수도 있다. 따라서 상기 유압펌프 유닛(20), 유압모터 유닛(90) 또는 제어기 유닛(30)의 전부 또는 일부는 자전거의 핸들이나 핸들 주위, 전단이나 후단의 짐받이, 전륜이나 후륜 또는 그 주위 등과 같이 크기나 모양이 적합한 한도 이내에서 다양한 부분에 장착할 수도 있다.
도 2i는 소발명-2의 아홉 번째 실시예(즉 실시예-2-9)의 개략도로서, 본 실시예의 유압식 자동변속 자전거(100) 역시 자전거 몸체(70) 및 유압식 자동변속기(10) 등이 상술한 바와 같이 포개어져(stacked) 장착된 경우를 예시한다. 상기 몸체(70) 역시 프레임(70C, 70D), 상기 프레임에 연결되는 핸들 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기(10) 역시 유압펌프 유닛(20)과 유압모터 유닛(90)을 포함하며, 필요한 경우 상술한 제어기 유닛(30)도 장착할 수 있다. 특히 실시예-2-9의 유압식 자동변속기(10)는 상술한 실시예-2-4의 유압식 자동변속기(10)와 유사한 구성을 가진다. 단 상기 실시예-2-4에서는 유압펌프 유닛(20), 유압모터 유닛(90) 및 제어기 유닛(30)의 전부가 상기 장축 방향으로 장착된 데 반하여, 본 실시예-2-9에서는 유압펌프 유닛(20)이 페달(78)의 우측, 유압모터 유닛(90)이 페달(78)의 좌측에 배치되며, 제어기 유닛(30)은 상기 유닛들(20, 90)의 후단에 배치된다는 특징을 가진다. 본 실시예-2-9의 기타 구성이나 작동 방법 등은 상기 실시예-2-4와 유사하거나 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 포함하는 하나 이상의 상술 및 하술의 유압식 자동변속기는 상기 실시예-2-1 내지 실시예-2-9에서 예시한 위치 또는 방법과는 상이하게 배치되거나 사용할 수 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 전륜을 구동 바퀴로 사용할 수 있다. 따라서 페달축(77)은 유압펌프 유닛(20)을 구동하는 반면 상기 유닛(20)의 유압펌프(21)에서 가압된 유체는 유압모터 유닛(90)으로 배출된 후, 상기 유닛(90)의 유압모터가 전륜(71)의 회전축을 직접 구동하거나 체인 또는 체인 기어를 통하여 상기 전륜(71)을 간접 구동하도록 구성할 수 있다. 상기 구성에서 상기 유압모터 유닛(90)이나 유압모터는 상기 전륜(71)에 장착할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압모터 유닛(90)이나 유압모터는 후륜(72) 또는 몸체(70) 등과 같이 상기 유압식 자동변속 자전거의 기타 부위에 장착할 수도 있으며, 이 경우에는 체인 또는 체인 기어를 이용하여 상기 유압모터가 상기 전륜(71)을 간접 구동하도록 구성할 수 있다.
본 소발명-2의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 구성 및 상기 유압식 자동변속 자전거나 상기 유압식 자동변속기의 사용 또는 작동과 관련된 다양한 실시예-2-1 내지 실시예-2-9 각각의 기타 특징은 본 소발명-2의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-2의 다양한 실시예-2-1 내지 실시예-2-9의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기는 본 소발명-2를 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
상술한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 소발명-1 및 소발명-2와 상기 소발명들의 다양한 실시예들 또는 상세예들에 대한 하술의 변형이나 개량도 각각 상기 소발명-1 및 소발명-2의 범위에 속하며, 따라서 상기 변형이나 개량 역시 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에도 속한다.
우선 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 주행 효율, 즉 사용자 또는 배터리로 작동되는 전기모터가 가하는 단위 기계적 에너지 당 주행할 수 있는 주행 거리는 일반적으로 상기 유압식 자동변속기에 포함되는 유압펌프 유닛이나 유압모터 유닛(하술에서는 “유압펌프(모터) 유닛”으로 통칭) 또는 유압펌프나 유압모터(하술에서는 이를 “유압펌프(모터)”로 통칭)의 무게가 가벼울수록 높아진다. 따라서 상기 유압펌프(모터), 유압펌프(모터) 유닛 또는 이들 및 제어기 유닛을 모두 포함하는 유압식 자동변속기는 가능한 한 경량으로 제작함이 바람직하다. 따라서 유압펌프 유닛 또는 유압펌프의 무게는 일반적으로 약 15kg 이하 또는 약 10kg 이하로, 유압모터 유닛 또는 유압모터의 무게는 대형인 경우 일반적으로 약 15kg 이하 또는 약 12kg 이하로, 소형인 경우 일반적으로 약 8kg 이하로 제작한다. 또한 경량이지만 강도가 높은 재질을 이용하면, 상기 유압펌프 유닛이나 유압펌프의 무게는 약 7kg 이하, 약 6kg 이하, 약 5kg 이하 또는 약 4kg 이하 등으로 제작하며, 이에 상응하는 유압모터 유닛이나 유압모터의 무게는 대형인 경우 일반적으로 약 8kg 이하로, 소형인 경우 약 6kg 이하로 제작할 수도 있다.
기존의 자전거는 용도에 따라 다양한 무게를 가진다. 일예로 산악용 자전거는 무게가 15kg 이상, 때로는 25kg 이상이 나갈 만큼 강한 재질의 물질로 견고하게 제작되기도 하며, 이와는 달리 경주용 자전거는 10kg 또는 그 이하의 무게를 가지도록 제작되기도 한다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 유압식 자동변속기에 포함되는 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 이들 유닛 및 제어기 유닛을 모두 포함하는 유압식 자동변속기는 자전거 프레임의 무게에 따라 이에 상응하는 무게를 가지도록 제작할 수 있다. 일예로 경량급 자전거(일예로 약 10kg 또는 그 이하)의 경우 상기 유압펌프(모터) 또는 유압식 자동변속기는 상기 자전거의 프레임의 무게와 유사하거나 이보다 가볍게 제작할 수 있다. 따라서 상기 유압펌프(모터)의 무게 또는 유압식 자동변속기의 무게는 자전거 전체의 무게(또는 사용자가 원하는 변속비 등과 같은 변수를 고려하여 상기 자전거의 프레임 무게)의 약 150% 이하, 약 140% 이하, 약 130% 이하, 약 120% 이하, 약 110% 이하, 약 100% 이하, 약 90% 이하, 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하, 약 40% 이하 또는 30% 이하 등으로 제작할 수 있다. 반면 중량급 자전거(일예로 10kg 이상)의 경우 상기 유압펌프(모터) 유닛의 무게, 유압펌프(모터)의 무게 또는 유압식 자동변속기의 무게 역시 자전거 전체의 무게(또는 사용자가 원하는 변속비 등과 같은 변수를 고려하여 상기 자전거의 프레임의 무게)의 약 120% 이하, 약 110% 이하, 약 100% 이하, 약 90% 이하, 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하 또는 약 40% 이하 등으로 제작할 수 있다.
또한 경량이면서도 상당한 강도를 지닌 탄소화이버(carbon fiber) 또는 이에 상응하는 경량의 소재를 이용하여 프레임을 제작하는 경우, 상기 프레임은 5kg 이내로, 심지어는 3kg 이내로도 제작할 수도 있다. 이러한 경우 상기 유압펌프 유닛이나 유압펌프 또는 상기 유압모터 유닛이나 유압모터, 또는 유압식 자동변속기 자체는 자전거 전체의 무게(또는 사용자가 원하는 변속비 등의 변수를 고려하여 각각 상기 프레임의 무게)의 약 200% 이하, 약 180% 이하, 약 160% 이하, 약 140% 이하, 약 120% 이하 또는 약 100% 이하 정도로 제작할 수 있다.
일반적으로 상기 유압식 자동변속기의 무게가 가벼워질수록 유압펌프(모터) 역시 경량으로 제작되며, 그 결과 상기 유압펌프(모터)가 유체를 가압할 수 있는 상한선도 상대적으로 낮아진다. 이에 따라 상기 유압펌프 내부의 유체 압력 및 펌프 배출 압력도 낮아질 수 있으며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기의 최대 변속비 역시 영향을 받을 수 있다. 또한 상기 유압펌프 유닛에서 배출되는 유체 압력이 낮아질수록 상기 유체를 유입하는 유압모터 유닛 및 유압모터 역시 경량으로 제작할 수 있다. 따라서 이러한 원리를 이용하여 상기 유압식 자동변속기의 무게는 일반적으로 최대 변속비는 물론 자전거 전체의 무게, 주행 효율 등과 같은 변수들을 고려하여 상술한 바와 같이 이에 상응하는 무게를 가지도록 제작할 수도 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 유압식 자동변속기의 무게와 마찬가지로, 상기 유압식 자동변속기 또는 상기 유압식 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)는 크기(즉 길이나 높이 등) 또는 부피도 적은 소형으로 제작할 수 있다. 특히 상기 유압식 자동변속기 또는 상기 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터)가 경량으로 제작되더라도 그 크기나 부피가 상당히 클 경우, 사용자는 상기 유압펌프(모터) 유닛을 장착한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 이용하는 데 상당한 불편함을 느낄 수 있다. 일예로 자전거의 회전축에 부착된 유압펌프가 너무 크거나 두꺼울 경우, 사용자는 페달을 용이하게 누를 수 없다. 따라서 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 전부 또는 일부의 크기(즉 길이, 높이 또는 두께 등) 또는 부피를 최소화함으로써 상기 유압식 자동변속기 역시 소형으로 제작할 수 있다.
우선 상기 유압펌프 유닛(모터)의 유압펌프(모터)의 크기는 개략적으로 상기 유압펌프(모터)의 구동부 또는 구동 용적의 크기에 비례한다. 물론 상기 유압펌프(모터)의 특성은 구동부의 1차원적 크기보다는 구동 용적에 의하여 결정되고, 상기 구동 용적은 구동부의 가로, 세로, 높이 등에 따라 결정되며, 상기 구동 용적의 모양 역시 다양하다. 하지만 본 명세서에서는 편의를 위하여 상기 유압펌프(모터)의 특성을 상기 구동부의 크기로 구분하며, 상기 구동부의 “크기”란 가로, 세로, 높이, 직경 중 최댓값에 해당하는 수치로 정의한다. 일예로 상기 유압펌프(모터)는 구동부의 크기가 약 30cm 이하, 약 25cm 이하, 약 20cm 이하 또는 약 15cm 이하가 되도록 제작한다. 물론 상기 구동부의 크기는 사용자의 몸무게는 물론 사용자가 원하는 변속비, 구동력 또는 용도 등에 따라 상이해질 수 있다. 또한 사용자가 변속비나 구동력과는 관계없이 이보다 더 소형인 유압펌프(모터)를 원할 경우, 상기 구동부는 그 크기가 약 14cm 이하, 약 12cm 이하, 약 10cm 이하, 약 8cm 이하 또는 약 6cm 이하가 되도록 제작할 수도 있다. 물론 사용자가 어린이거나 체구가 아주 작은 성인일 경우에는 가압 유체의 유량이 상대적으로 적거나 또는 상기 가압 유체의 압력이 상대적으로 낮아도 무방한 경우도 산정할 수 있으며, 이러한 경우 상기 유압펌프(모터)는 그 구동부가 약 7cm 이하, 약 6cm 이하 또는 약 5cm 이하의 크기를 갖도록 제작할 수도 있다.
따라서 상기 유압펌프(모터)가 베인펌프(모터)일 경우, 다수의 베인이 장착되는 동시에 구동부에 해당하는 로터가 약 28cm, 약 23cm, 약 18cm, 약 13cm, 약 12cm 또는 약 10cm 이하 등의 크기(즉 직경)을 갖도록 제작하며, 이보다 경량의 펌프(모터)가 필요할 경우 상기 로터의 직경을 약 9cm, 약 7cm, 약 5cm 또는 그 이하로 제작할 수 있다. 단 베인펌프(모터)는 상기 구동부를 내부에 포함하는 외부캠링을 포함하므로 외부캠링의 두께나 다수의 베인 등의 크기를 고려하면 상기 구동부의 직경을 어느 정도 더 적게 구성할 수 있다. 또한 상기 유압펌프(모터)가 기어펌프(모터)일 경우, 구동부인 기어들의 크기(일예로 직경의 합)는 약 28cm, 약 23cm, 약 18cm, 약 13cm, 약 12cm 또는 약 10cm 이하일 수 있으며, 이보다 경량의 펌프(모터)가 필요할 경우 상기 기어들의 직경의 합이 약 9cm, 약 7cm, 약 5cm 또는 그 이하일 수도 있다. 단 기어펌프(모터)는 기어의 이빨들이 서로 맞물리며 작동하므로 이 역시 구동부의 길이에 고려하여야 하며, 상기 기어들을 내부에 포함하는 하우징의 크기도 고려할 수 있다. 반면 상기 유압펌프(모터)가 피스톤펌프(모터)일 경우, 구동부인 피스톤의 주행 거리는 약 28cm, 약 23cm, 약 18cm, 약 13cm, 약 12cm 또는 약 10cm 이하 등일 수 있으며, 이보다 경량의 펌프(모터)의 주행 거리는 약 9cm, 약 7cm, 약 5cm 또는 그 이하일 수도 있다. 단 피스톤펌프(모터)는 실린더의 크기나 두께도 고려해야 하며, 상기 피스톤과 실린더를 내부에 포함하는 하우징의 크기도 고려할 수 있다. 또한 상기 펌프(모터)가 나사펌프(모터)일 경우, 구동부인 나사의 길이가 약 28cm, 약 23cm, 약 18cm, 약 13cm, 약 12cm 또는 약 10cm 이하 등일 수 있으며, 이보다 경량의 펌프 또는 모터가 필요할 경우 상기 길이가 약 9cm, 약 7cm, 약 5cm 또는 그 이하일 수도 있다.
상기 유압펌프(모터)의 크기가 부피는 상기 펌프(모터)의 길이는 물론 높이에 의해서도 결정된다. 따라서 상기 유압펌프(모터)는 그 높이가 상술한 바 있는 상기 펌프(모터)의 길이와 유사하도록 제작할 수 있다. 단 상기 펌프(모터)가 기어를 사용하는 기어펌프(모터)일 경우에는 한 쌍의 기어들의 중심을 연결하는 방향의 길이가 개략적으로 이에 수직인 높이를 초과할 수 있고, 피스톤펌프(모터)일 경우에는 피스톤의 주행 방향의 길이가 개략적으로 이에 수직인 높이를 초과할 수 있으며, 상기 펌프(모터)가 나사펌프(모터)일 경우에는 상기 펌프(모터)의 나사의 축 방향의 길이가 이에 수직인 높이를 초과할 수 있으며, 상기 펌프(모터)가 베인펌프(모터)일 경우에는 길이와 높이가 유사할 수 있다. 단 상기 유압펌프(모터) 유닛 및 상기 유압펌프(모터)는 장착하는 방향에 따라 상술한 길이와 높이가 뒤바뀔 수도 있다. 따라서 본 명세서에서 상술한 길이는 상기 유압펌프(모터)의 장축(long axis)에 해당하며, 상술한 높이는 상기 펌프(모터)의 단축(short axis)에 해당한다고 간주할 수도 있다.
상기 유압펌프(모터)의 크기가 부피는 상기 펌프(모터)의 길이와 높이는 물론 두께에 의해서도 결정된다. 따라서 원칙적으로 상기 유압펌프(모터)의 두께는 상술한 바 있는 상기 펌프(모터)의 길이와 높이보다는 적도록 제작한다. 단 상기 유압펌프(모터)는 두께가 얇을수록 사용자가 사용하기 편리함은 물론 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구동 효율도 증가한다. 따라서 상기 유압펌프(모터)의 두께는 약 20cm, 약 18cm, 약 16cm, 약 14cm, 약 12cm 또는 약 10cm 이하 등으로 제작할 수 있다. 특히 두께가 얇을수록 상기 유압펌프(모터)는 상기 자전거 몸체의 프레임에 장착하기 용이할 수 있으며, 필요할 경우 상기 유압펌프(모터)의 전체 또는 일부를 프레임 내부에 장착할 수도 있게 된다. 또한 이보다 경량의 유압펌프(모터)가 필요할 경우 상기 유압펌프(모터)가 약 9cm, 약 7cm, 약 5cm, 약 3cm 또는 그 이하의 두께를 가지도록 제작할 수도 있다.
물론 상술한 바와 같이 소발명-1 및 소발명-2의 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프와 유압모터를 모두 포함하기 때문에, 상기 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 크기의 두 배 정도에 달할 수도 있으며, 여기에 제어기 유닛까지 포함한다면 상기 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 크기의 세 배 또는 그 이상에 달할 수도 있다. 하지만 상술한 소발명-2의 실시예-2-9에서 설명한 바와 같이 상기 유압펌프 유닛이나 유압펌프의 최소한 일부와 상기 유압모터 유닛이나 유압모터의 최소한 일부를 포개거나 또는 겹쳐서(stacked) 장착할 경우, 두께는 어느 정도 증가하겠지만 상기 유압식 자동변속기의 길이나 높이는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 길이나 높이의 약 200%, 약 180%, 약 160%, 약 140%, 약 120% 또는 약 110% 정도가 되도록 제작할 수도 있다.
또한 상기 유압식 자동변속기의 크기는 전륜의 회전축과 후륜의 회전축 사이의 거리를 고려하여 결정할 수도 있다. 일예로 상기 유압펌프와 유압모터를 상대적으로 격리하여 배치할 경우에는, 상기 유압식 자동변속기의 길이는 상기 회전축 사이의 거리의 약 150%, 약 130%, 약 120%, 약 110% 또는 약 100% 정도가 되는 장방형 형태로 제작할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압펌프와 유압모터를 가까이 배치하거나 포개어 배치할 경우, 상기 유압식 자동변속기의 길이는 상기 회전축 사이의 거리의 약 90%, 약 80%, 약 70%, 약 60%, 약 50%, 약 40%, 약 30% 정도가 되는 형태로 제작할 수도 있다.
마찬가지로 상기 유압식 자동변속기의 크기는 상기 프레임의 장축의 길이를 고려하여 결정할 수도 있다. 일예로 상기 유압펌프와 유압모터를 상대적으로 격리하여 배치할 경우에는, 상기 유압식 자동변속기의 길이는 상기 프레임의 장축의 길이의 약 180%, 약 160%, 약 140%, 약 130%, 약 120%, 약 110% 또는 약 100% 정도가 되는 장방형 형태로 제작할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압펌프와 유압모터를 가까이 배치하거나 포개어 배치할 경우, 상기 유압식 자동변속기의 길이는 상기 프레임의 장축의 길이의 약 90%, 약 80%, 약 70%, 약 60%, 약 50%, 약 40%, 약 30% 정도가 되는 형태로 제작할 수도 있다.
또한 상기 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛을 일체형으로 포함하도록 제작할 수 있다. 상기 일체형 유압식 자동변속기는 일반적으로 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛은 물론 이들을 연결하는 다수의 유관들의 전부 또는 상당한 부분(또는 상기 유압펌프와 유압모터 및 상기 유관들의 전부 또는 상당한 부분)을 상기 커버 내부에 포함할 수 있다. 그 결과 상기 유닛들 및 유관의 전부 또는 상당한 부분을 모두 포함하는 상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기(즉 길이나 높이 등)는 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 커질 수 있으며, 마찬가지로 상기 유닛들과 유관들을 모두 포함하는 상기 자동변속기의 크기도 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 커질 수 있다. 따라서 상기 일체형 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프 유닛이나 유압모터 유닛 중 적은 유닛의 크기의 약 400%, 약 370%, 약 340%, 약 310%, 약 280%, 약 250%, 약 220% 정도의 크기를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프나 유압모터 중 적은 펌프나 모터 크기의 약 450%, 약 420%, 약 390%, 약 360%, 약 330%, 약 300%, 약 270% 또는 약 240% 정도가 되도록 제작할 수 있다.
상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기(즉 길이나 높이 등)는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 크기의 합 또는 상기 유닛의 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 적을 수 있다. 일예로 유압펌프와 유압모터를 서로 포개거나 겹치도록 제작할 경우, 상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 길이나 높이의 두 배 또는 그 이하가 되도록 제작할 수 있다. 따라서 상기 일체형 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프 유닛이나 유압모터 유닛 중 큰 유닛의 크기의 약 180%, 약 160%, 약 140%, 약 120%, 약 110% 정도의 크기를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프나 유압모터 중 큰 것의 크기의 약 190%, 약 170%, 약 150%, 약 140%, 약 130%, 약 120% 또는 약 110% 정도가 되도록 제작할 수 있다.
이와는 달리 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛을 부분 일체형으로 하여 또는 상기 유압펌프와 유압모터를 부분 일체형으로 하여 상기 유압식 자동변속기를 제작할 수도 있다. 이 경우 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하며, 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛은 물론 이들을 연결하는 다수의 유관들의 특정 부분(또는 상기 유압펌프와 유압모터 및 상기 유관들의 특정 부분)이 상기 커버 내부에 포함되도록 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기를 제작할 수 있다. 그 결과 상기 유닛들 및 유관을 모두 포함하는 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기의 크기(즉 길이나 높이)는 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 커질 수 있으며, 마찬가지로 상기 유닛들과 유관들을 모두 포함하는 상기 자동변속기의 크기도 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 커질 수 있다. 따라서 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프 유닛이나 유압모터 유닛 중 적은 유닛의 크기의 약 400%, 약 370%, 약 340%, 약 310%, 약 280%, 약 250%, 약 220% 정도의 크기를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프나 유압모터 중 적은 펌프나 모터의 크기의 약 450%, 약 420%, 약 390%, 약 360%, 약 330%, 약 300%, 약 270% 또는 약 240% 정도가 되도록 제작할 수 있다.
상기 부분 일체형 유압식 자동변속기의 크기(즉 길이나 높이) 역시 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 크기의 합 또는 상기 유닛의 유압펌프 및 유압모터 각각의 크기의 합보다 적을 수도 있다. 일예로 유압펌프와 유압모터를 서로 포개거나 겹치도록 제작할 경우, 상기 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터) 각각의 길이나 높이의 두 배 이하가 되도록 제작할 수도 있다. 따라서 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기는 상기 유압펌프 유닛이나 유압모터 유닛 중 큰 유닛의 크기의 약 250%, 약 220%, 약 190%, 약 160%, 약 130%, 약 120% 또는 약 110% 정도의 크기를 가지도록 제작할 수 있다. 또는 상기 부분 일체형 유압식 자동변속기의 크기는 상기 유압펌프나 유압모터 중 큰 것의 크기의 약 230%, 약 200%, 약 180%, 약 160%, 약 140%, 약 130% 또는 약 120% 정도 또는 그 이하가 되도록 제작할 수 있다.
상기 유압펌프(모터) 유닛의 전부나 일부, 유압펌프(모터)의 전부나 일부 또는 다수의 유관들의 전부나 일부를 포함하는 상술한 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 다양한 이점을 제공한다. 우선 상술의 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 상기 유닛, 펌프, 모터 또는 유관의 전부 또는 상당한 부분을 상술한 커버의 내부에 포함하므로 외부의 기계적 충격으로부터 이들을 보호할 수 있다. 따라서 상술의 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 외부의 충격에 더 견고하다는 장점을 가진다. 또한 상술의 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 빈 공간을 최소화하며 더 치밀하게 구성할 수 있다. 따라서 상술의 일체형 또는 부분 일체형 유압식 자동변속기는 일반 자동변속 자전거는 물론 경량급 또는 소형 유압식 자동변속 자전거에도 장착할 수 있다.
또한 상술한 소발명-2의 다양한 실시예에서 설명한 바와 같이 상기 유압식 자동변속기를 다수의 부분으로 분할하여 장착함으로써 각 부분의 크기를 상술한 바와 같이 최소화할 수 있다. 또한 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛의 전부나 일부와 유압모터 유닛의 전부나 일부 및 제어기 유닛의 유방향조절기, 배출량조절기 또는 강도조절기를 자전거의 장축 방향이 아니라 상기 장축 방향의 좌우 방향이나 수직 방향 또는 상기 장축 방향과 일정 각도를 가진 방향으로 배치함으로써 유압식 자동변속기의 전부 또는 일부의 크기나 부피를 최소화할 수도 있다.
특히 상기 유압식 자동변속기 또는 상기 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터)가 경량으로 제작되더라도 그 크기나 부피가 상당히 클 경우, 사용자는 상기 유압펌프(모터) 유닛을 장착한 자전거를 이용하는 데 상당한 불편함을 느낄 수 있다. 일예로 자전거의 회전축에 부착된 유압펌프가 너무 크거나 두꺼울 경우, 사용자는 페달에 용이하게 기계적 에너지를 가할 수 없다. 따라서 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 전부 또는 일부의 크기(즉 길이, 높이 또는 두께 등) 또는 상기 유압펌프(모터)유닛이나 유압펌프(모터)의 전부 또는 일부의 부피를 최소화함으로써 상기 유압식 자동변속기 역시 소형으로 제작할 수 있다.
상술한 유압식 자동변속기 또는 상기 유압식 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)는 크기 또는 부피는 자전거 부품 중 사용자와 밀접한 관련이 있는 부품의 크기 또는 부피의 일정 비율로 제작할 수도 있다. 일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 두께는 자전거의 안장의 폭의 약 125%, 약 100%, 약 90% 또는 약 80% 이내로 제작할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속기가 상기 안장의 아래 부분에 장착되었을 경우, 자전거로 주행하는 사용자의 양 다리의 운동을 최대한 방해하지 않는다. 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 두께는 자전거의 한 쌍의 페달 사이의 최대 거리, 즉 우측 페달의 우측단으로부터 좌측 페달의 좌측단의 거리의 약 110%, 약 100%, 약 90% 또는 약 80% 이내로 제작할 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속기가 상기 페달 사이에 장착되었을 경우, 자전거로 주행하는 사용자의 양 발의 운동을 최대한 방해하지 않는다. 물론 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)가 상기 안장의 아래 부분에 또는 상기 페달 사이에 장착되지 않을 경우에는 상술한 두께가 적용되지 않을 수도 있다.
상술한 소발명-1 및 소발명-2의 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 무게, 효율 또는 변속비 등을 고려하여 유압식 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 용량을 또는 상기 용량들의 비율인 용량비가 특정 값 또는 특정 범위 이내가 되도록 제작할 수도 있다. 참고로 “용량비”란 유압모터의 모터 유입량이나 모터 배출량을 유압펌프의 펌프 배출량이나 펌프 유입량으로 나눈 수치이며, 상기 유압펌프나 유압모터가 가변용량인 경우에는 최고 펌프 배출량(또는 유입량). 최고 모터 배출량(또는 유입량), 최소 펌프 배출량(또는 유입량), 최소 모터 배출량(또는 유입량 등을 고려하여 산출한다.
일예로 자전거의 변속비를 낮추기 위해서 유압모터와 유압펌프의 용량비를 높게 하는 경우, 즉 유압모터와 유압펌프의 용량비를 10 또는 20으로 가정한다면, 상기 유압모터의 용량은 유압펌프 용량의 10배 또는 20배가 되어야 한다. 따라서 유압모터의 크기 또는 무게 또한 유압펌프의 10배 또는 20배가 되므로 자전거의 무게가 증대하게 되고 결과적으로 자전거의 동력 효율은 매우 낮아질 수 있다. 반대로 자전거의 변속비를 높이기 위하여 유압펌프와 유압모터의 용량비를 높이는 경우, 즉 유압모터와 유압펌프의 용량비를 1/10 또는 1/20으로 가정한다면, 상기 유압펌프의 용량은 유압모터 용량의 10배 또는 20배가 되어야 한다. 따라서 유압펌프의 크기 또는 무게 또한 상기 유압모터의 10배 또는 20배가 되므로 자전거의 무게가 증대하게 되고 결과적으로 자전거의 동력 효율은 매우 낮아질 수 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착되는 다양한 유압식 자동변속기는 유압모터의 용량과 유압펌프의 용량비 또는 유압펌프와 유압모터의 용량비가 특정 값 또는 특정 범위 이내가 되도록 제작한다. 일예로 유압모터와 유압펌프는 “용량비”가 약 10 이하가 되도록 제작할 수 있다. 특히 상기 용량비가 약 5, 약 4 또는 약 3 이하이거나, 약 2 이하부터 약 1 사이가 되도록 상기 유압모터와 유압펌프를 제작할 수도 있다. 또한 상기 용량비가 약 1 이하부터 약 0.5 사이가 되도록, 약 0.5 이하부터 약 0.2 사이가 되도록, 또는 약 0.2 이하부터 약 0.1 사이가 되도록 상기 유압모터와 유압펌프를 제작할 수도 있다. 하지만 사용자가 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 사용하는 목적이 체력 단련인지 아니면 이동의 편리함인지에 따라 상기 용량비는 약 0.05 이상부터 약 1.0 이하 또는 약 10.0 이상부터 약 20.0 이하가 되도록 제작할 수도 있다.
상술한 소발명-1 및 소발명-2의 유압식 자동변속기를 사용하는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 사용하는 주체는 사용자, 즉 인간이다. 따라서 사용자가 상기 유압식 자동변속기에 가하는 기계적 에너지에 수반되는 유압펌프 유닛의 구동축의 회전수 또는 유압모터 유닛의 구동축의 회전수는 아주 빠른 경우 약 600 rpm(즉 1초에 10회전) 정도이며, 상당한 고속 주행의 경우에도 상기 구동축의 회전수는 약 200 rpm(즉 1초에 3.3회전), 약 300 rpm, 약 400 rpm 또는 약 500 rpm 정도이다. 한편 일반 주행일 경우 상기 구동축의 회전수는 약 60 rpm 내지 약 200 rpm 정도에 해당한다. 따라서 상기 유압펌프 또는 유압모터 역시 상기 회전수 범위에서 효율적으로 구동하도록 제작한다.
일예로 상기 유압펌프(모터) 유닛이 기어펌프(모터), 피스톤펌프(모터) 또는 나사펌프(모터)를 포함할 경우, 상기 펌프(모터)들은 상기 회전수 범위에서 상대적으로 효율적으로 구동할 수 있다. 따라서 상기 펌프(모터)들의 경우 특별한 제작 상의 문제는 발생하지 않는다.
하지만 상기 유압펌프(모터) 유닛이 베인펌프(모터)를 포함하는 경우에는 구동 효율과 관련된 문제가 발생할 수 있다. 일예로 베인펌프(모터)는 로터의 베인이 원심력에 의하여 구동되기 때문에, 상기 로터의 베인들은 상대적으로 낮은 상기 회전수 범위에서는 효율적으로 구동되지 않을 가능성이 높다. 따라서 상기 베인펌프(모터)는 기존의 베인펌프(모터)의 기존의 베인 대신 스프링에 의하여 지지되어 상기 베인펌프(모터)의 내벽과 항상 접촉할 수 있는 구성을 가지도록 제작할 수 있다. 일예로 국내특허 제10-0866544호, 제10-1041211호, 제10-0195896호 및 제10-0563296호, 미국특허 제06099261호 및 제05733113호 등에서 개시한 바와 같이 상기 베인펌프(모터)는 사각막대 형태로 구성된 베인, 외부캠링의 내벽과의 마찰력을 줄이기 위해 롤러(roller) 형태로 구성한 베인, 마찰 방지와 이중축 베인 운동제어가 이루어지는 회전식 베인, 회전형 가변익으로 구성된 베인 등을 이용하여 용이하게 제작할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상대적으로 저속으로 회전한다. 따라서 상기 베인펌프(모터)는 저속으로 회전하며 부품의 마모나 부품의 마찰에 의한 동력 손실을 최소화하면서 무한 자동변속을 구현한다는 장점이 있다. 따라서 이와 같은 베인펌프(모터)는 다양한 구성을 통하여 외부캠링의 내벽과 항상 접촉하도록 제작할 수 있다. 일예로 베인과 외부캠링의 내벽 사이의 마찰에 의한 동력 손실이나 베인의 마모를 줄임과 동시에 로터가 저속 회전 시에도 베인을 외부캠링의 내벽에 밀착되게 밀어줄 수 있는 베인펌프는 베인을 로울러 형태로 구성하고, 방사형으로 구성된 베인의 내측 방향으로 내부캠링을 구성한다. 따라서 상기 내부캠링이 베인의 안쪽을 받쳐주어서 베인은 항상 외부캠링의 내벽에 밀착되며, 로터가 저속 회전하거나 정지 시에도, 베인은 내부캠링의 작용으로 항상 외부캠링의 내벽과 내부캠링의 외면 사이에서 회전하여 상기 베인펌프(모터) 내부로 유체가 유입되거나 유출이 용이하다.
또한 저속 로울러 베인펌프는 펌프 본체와 상기 펌프 본체에 회전 가능하게 결합 되는 구동축과 상기 구동축에 결합되어 회전하는 로터와 상기 로터 내에 슬라이딩 이동이 가능하게 방사형으로 구성된 복수의 베인홈과 상기 베인홈에 구성된 복수의 로울러 형상으로 구성된 베인과, 상기 구동축과 편심의 중심을 가지며, 펌프 본체에 구성된 외부캠링과 상기 외부캠링의 내벽에 밀착되어 구성된 복수의 베인들의 내부 원에 구성된 내부캠링 및 상기 펌프에 구성된 배출구와 흡입구를 포함한다. 상기 로울러 형상으로 구성된 베인은 로터의 베인홈에서 로터의 회전 위치에 따라서 슬라이딩 이동을 하게 되며, 상기의 내부캠링에 의해 베인을 외부캠링의 내면에 밀착시키며, 로울러 형상으로 구성된 베인은 내부캠링과 외부캠링 사이에서 회전 이동을 하여 베인과 외부캠링의 내벽 사이의 마찰을 최소화한다. 베인이 회전하게 되면 내부캠링도 베인의 회전 방향과 반대로 회전하게 되는데, 구동축과 로터가 저속으로 회전하여도 내부캠링이 베인을 받쳐 주므로 베인을 외부캠링의 내면에 밀착되게 할 수 있고, 베인과 외부캠링 내벽과의 마찰도 최소화할 수 있으므로 마찰에 의한 동력 손실과 베인의 마모를 최소한으로 줄임과 동시에 저속 운전이 가능하다.
또한 상기 저속 로울러 베인펌프는 유압모터로도 변용 사용이 가능하다.
또한 상기 베인펌프는 베인을 막대 형태로 구성하고, 방사형으로 구성된 베인의 내측 방향으로 내부캠링을 구성한다. 따라서 상기 내부캠링이 베인의 안쪽을 받쳐주어서 베인은 항상 외부캠링의 내벽에 밀착되며, 로터가 저속 회전하거나 정지 시에도, 베인은 내부캠링의 작용으로 항상 외부캠링의 내벽과 내부캠링의 외면 사이에서 미끄럼 이동하여 상기 베인펌프 내부로 유체가 유입되거나 유출이 용이할 수도 있다.
또한 상기 베인을 막대 형태로 구성하고, 방사형으로 구성된 베인의 내측 방향으로 내부캠링을 구성한 베인펌프는 유압모터로도 변용 사용이 가능하다.
또한 상기 베인펌프는 베인을 베인 내측에 로울러가 형성된 막대 형태로 구성하고, 방사형으로 구성된 베인의 내측 로울러 방향으로 내부캠링을 구성한다. 따라서 상기 내부캠링이 베인의 로울러를 받쳐주어서 베인은 항상 외부캠링의 내벽에 밀착되며, 로터가 저속 회전하거나 정지 시에도, 베인은 내부캠링의 작용으로 항상 외부캠링의 내벽과 내부캠링의 외면 사이에서 외부캠링의 내벽을 따라 미끄럼 이동하고, 내부캠링의 외면을 따라 베인의 내측 로울러가 회전이동하여 상기 베인펌프 내부로 유체가 유입되거나 유출이 용이할 수도 있다.
또한 상기 베인을 베인 내측에 로울러가 형성된 막대 형태로 구성하고, 방사형으로 구성된 베인의 내측 로울러 방향으로 내부캠링을 구성한 베인펌프는 유압모터로도 변용 사용이 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 주행 효율, 즉 사용자가 가하는 기계적 에너지 당 주행할 수 있는 주행 거리는 일반적으로 상기 유압식 자동변속기에 포함되는 유압펌프(모터)의 효율에 의하여 직접적으로 결정된다. 특히 상기 효율은 일반적으로 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)의 유체 압력이 높을수록 구동부의 운동에 수반되는 마찰력의 증가로 낮아지는 반면 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)의 유체 압력이 낮을수록 상기 마찰력의 감소로 증가한다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 포함되는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터) 상기 펌프(모터) 내부의 유체 압력, 상기 펌프(모터)로부터 배출되는 펌프(모터) 배출 압력 또는 상기 모터(펌프)로 유입되는 모터(펌프) 유입 압력이 120 기압 이하로 유지되도록 제작하고, 구동한다.
상술한 바와 같이 베인펌프(모터)는 내부의 로터에 부착되어 회전하는 베인과 펌프 내벽 사이의 마찰력이, 기어펌프(모터)는 내부의 기어 이빨 사이의 마찰력이, 피스톤펌프(모터)는 실린더와 왕복하는 피스톤 사이의 마찰력이, 나사펌프(모터) 역시 회전하는 나사와 펌프 내벽 사이의 마찰력이 효율 저하의 주요 원인이다. 일반적으로 상기 마찰력은 상기 유압펌프(모터) 내부의 유체 압력이 높아질수록 증가한다. 따라서 상기 소발명-1 및 소발명-2의 유압식 자동변속기의 유압펌프(모터) 유닛의 유압펌프(모터)의 내부 또는 외부의 유체 압력은 물론 상기 펌프(모터) 배출압력이나 모터(펌프) 유입 압력을 가능한 한 낮은 수준으로 유지할수록, 사용자 또는 배터리로 작동되는 전기모터가 가하는 단위 기계적 에너지 당 주행할 수 있는 주행 거리(즉 주행효율 또는 구동효율)도 극대화될 수 있다.
따라서 사용자의 몸무게는 물론 자전거 주행 시의 몸 움직임에 의한 모멘텀을 고려하여 사용자의 몸무게의 최대치를 120kg 정도로 가정하였을 경우, 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)는 주행 중 내부 압력, 유압펌프(모터)로부터 배출되는 펌프(모터) 배출 압력 또는 유압모터(펌프)로 유입되는 모터(펌프) 유입 압력은 변속비 또는 주행 효율은 물론 사용자가 원하는 목적 등의 다양한 변수를 고려하여 약 120 기압 이하, 약 100 기압 이하, 약 80 기압 또는 약 60 기압 이하가 되도록 제작할 수 있다. 또는 상기 유압펌프(모터) 유닛의 유압펌프(모터)의 펌프(모터) 배출 압력 또는 상기 유압모터(펌프) 유닛의 유압모터(펌프)의 모터(펌프) 유입 압력 역시 상술한 다양한 변수를 고려하여 약 120 기압 이하, 약 100 기압 이하, 약 80 기압 또는 약 60 기압 이하가 되도록 제작할 수도 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 포함되는 다양한 유압식 자동변속기는 사용자가 변속의 강도를 조절할 수 있는 상술의 다양한 강도조절기를 포함한다. 일예로 사용자가 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 이용하여 평지(적은 양의 기계적 에너지 필요)에서 언덕(더 많은 양의 기계적 에너지 필요)을 감속하여 올라야할 경우, 상기 유압식 자동변속기는 상기 언덕이 가하는 기계적 부하에 따라 필요한 변속비를 결정한다. 하지만 사용자는 상기 변속비를 구현하기 위하여 상이한 변속 강도를 사용할 수 있다. 즉 사용자는 가능한 한 적은 기계적 에너지를 가하며 약한(soft) 강도의 변화로 변속을 하거나, 반대로 가능한 한 많은 기계적 에너지를 가하며 강한(hard) 강도의 변화로 변속을 할 수 있다. 특히 노약자나 어린이 사용자의 경우에는 전자를 선호할 수 있지만, 체력 증진을 목표로 하는 청장년 사용자는 후자를 선호할 수 있다. 따라서 사용자는 자신이 선호하는 바에 따라 상술 또는 하술의 다양한 강도조절기를 이용하여 상기 변속 강도를 강하게 또는 약하게 조절할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거 및 상기 자전거에 포함되는 다양한 유압식 자동변속기는 사용자에 따라 다양한 목적으로 사용된다. 일예로 사용자는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거 및 이에 포함되는 다양한 유압식 자동변속기를 주로 체력 증진이나 여가를 위하여 사용할 수 있다. 이와는 달리 사용자는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거 및 이에 포함되는 다양한 유압식 자동변속기를 출퇴근, 배달 등의 이동을 위한 수단으로 주로 사용할 수 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 에너지를 이용하여 구동할 수 있다.
일예로 상술의 소발명-1 및 소발명-2의 다양한 실시예들에서 설명하였듯이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 페달에 가하는 기계적 에너지로 구동할 수 있다. 따라서 사용자가 가한 기계적 에너지는 페달의 페달축에 해당하는 유압펌프의 구동축을 직접 구동하도록 제작하거나, 또는 페달의 페달축이 보조 기어를 구동시킨 후 상기 보조 기어가 유압펌프의 구동축을 구동하도록 제작하거나, 페달의 페달축이 구동하는 체인이 유압펌프의 구동축을 구동하도록 제작할 수도 있다.
이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 배터리는 전기모터에 전기 에너지를 공급하며, 이에 따라 전기모터는 회전하며 다양한 방법으로 기계적 에너지(즉 구동력)을 상기 유압식 자동변속 자전거에 공급한다. 일예로 상기 전기모터를 유압펌프의 구동축과 연결하고 상기 구동력으로 상기 구동축을 직접 회전시킬 수 있다. 이와는 달리 상기 전기모터를 상기 보조 기어와 연결하고 상기 구동력으로 상기 보조 기어를 회전시키면, 상기 보조 기어가 유압펌프의 구동축을 회전시킬 수도 있다. 또한 상기 전기모터를 페달축과 연결하고 상기 구동력으로 페달축을 회전시키면, 상기 페달축이 유압펌프의 구동축에 해당하거나 또는 구동축과 연결되어 직접 구동축을 회전시킬 수 있다. 또는 상기 전기모터가 페달축을 회전시키면 페달축에 연결된 체인이 일정 거리로 격리된 유압펌프의 구동축을 회전시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함할 경우, 상기 자전거는 사용자가 페달에 가하는 기계적 에너지는 물론 상기 배터리에 의하여 작동되는 전기모터에 공급하는 기계적 에너지를 각각 사용하거나 동시에 병용할 수도 있다. 따라서 사용자는 자신이 원하는 때 기계식 수동 주행(즉 자신이 직접 페달을 누르며 주행) 모드에서 전기식 주행 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 상술의 기계식 수동 주행 모드에서 주행할 경우, 가변용량 유압펌프 또는 가변용량 유압모터는 외부의 기계적 부하에 따라 구동 용적을 변환시키는 동시에 펌프 배출량을 조절하여 무한 자동변속을 구현한다. 따라서 이러한 모드에서는 상술 또는 하술의 부하 연동, 압력 연동은 물론 연동 이동이 모두 중요해진다. 하지만 상기 유압식 자동변속 자전거가 전기식 주행 모드에서 주행할 경우에는 상기 배터리에 의하여 작동하는 전기모터의 구성에 따라 상기 부하 연동, 압력 연동 또는 연동 이동이 중요해지지 않을 수도 있다. 일예로 상기 전기모터가 사용자가 설정한 회전수 또는 힘으로 상기 유압펌프의 구동축을 구동하는 경우, 상기 유압식 자전거의 자동 무한변속은 상술 또는 하술의 유압식 자동변속기가 구현하며, 이에 따라 상술 또는 하술의 부하 연동, 압력 연동은 물론 연동 이동이 모두 중요해질 수 있다. 하지만 상기 전기모터가 별도의 컨트롤러에 의하여 조절되며 상기 컨트롤러가 상기 유압식 자동변속 자전거의 구동축에 가해지는 기계적 부하의 변화를 직접 또는 간접으로 측정하여 변속을 구현하는 경우에는 상기 연동 이동의 중요성이 줄어들며, 상기 기계적 부하의 측정 방법에 따라 상기 부하 연동이나 압력 연동의 중요성이 줄어들 수도 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 상술의 전기모터와 배터리를 포함할 경우, 상기 자전거는 정속주행기(cruise control)를 부가적으로 포함하여 사용자가 특정 속도로 주행할 수 있다. 일예로 사용자가 정속주행기를 이용하여 일정 주행 속도를 설정하고, 자신이 페달에 기계적 에너지를 가하여 주행하는 중 피로해지거나 또는 언덕길을 만나 속도가 감소할 경우, 상기 정속주행기의 주행 모드를 기계식 수동 주행 모드로부터 전기식 주행 모드로 변환하며 자전거를 상기 설정 주행 속도로 주행하도록 한다.
물론 이러한 유압식 자동변속 자전거는 상기 정속주행기를 설정(on)하거나 해제(off)할 수 있는 스위치, 사용자가 특정 속도를 설정할 수 있는 속도 설정기, 사용자가 설정 속도를 변경할 수 있는 속도 재설정기 등을 포함할 수 있다. 단 상기 정속주행기의 전기적 구성은 일반 자동차의 정속주행 장치의 전기적 구성과 유사함은 물론 자동차의 정속주행 장치에 비하여 구조는 물론 기능 면에서도 훨씬 간단하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
또한 상술한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 전기모터와 배터리를 부가적으로 포함할 경우, 상기 자전거는 발전기 또는 재충전기를 부가적으로 포함함으로써 상기 배터리가 재충전될 수 있도록 할 수 있다. 일예로 상기 배터리가 이차전지나 재충전이 가능한 배터리(rechargeable battery)일 경우, 상기 배터리에 적합한 전압 및 전류를 공급하면 재충전이 가능해진다. 따라서 사용자는 기계식 수동 주행 모드 중 자신이 페달에 가하는 기계적 에너지의 일부를 상기 발전기에 공급하여 발전을 하며, 이를 통하여 생성된 전류를 상기 배터리에 공급하여 상기 배터리를 재충전할 수 있다.
또한 상기 발전기 또는 재충전기는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 구동하는 목적 이외의 다양한 용도로 사용할 수도 있다. 일예로 상기 발전기가 발전하는 또는 재충전기에 충전된 전기 에너지를 이용하여 상술 또는 하술의 제어기 유닛의 다양한 밸브, 피스톤, 스위치 등을 조작할 수 있다. 따라서 사용자는 수동으로 또는 전기식으로 상기 제어기 유닛을 용이하게 또는 더 정밀하게 조절할 수 있다.
물론 이러한 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 상기 재충전기를 가동(on)하거나 해제(off)할 수 있는 스위치, 사용자가 자신이 가하는 기계적 에너지의 특정 부분을 상기 재충전배터리에 공급하도록 설정할 수 있는 충전 설정기 등을 포함할 수 있다. 단 다양한 구조의 발전기가 이미 기존의 자전거에서 사용되고 있으며, 상기 재충전기의 전기적 구성은 일반 자동차의 재충전 장치의 전기적 구성과 유사함은 물론 자동차의 재충전 장치에 비하여 구조는 물론 기능 면에서도 훨씬 간단하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 전진용 클러치를 포함할 수 있다. 기존의 기계식 클러치는 일반적으로 축과 축을 접속하거나 차단하는 데에 사용되는 장치이며, 구동축의 회전을 정지시키지 않고도 피동축을 정지시키거나, 구동축의 회전을 정지시키지 않은 채 변속을 구현하는 데 사용된다. 이와 같은 기존의 기계식 클러치에는 접속된 축들이 정지해 있거나 저속도일 때에만 클러치 기능을 구현하는 물림 클러치와 축이 회전하고 있어도 클러치 기능을 구현하는 마찰 클러치가 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 페달축에 또는 자전거는 후륜의 회전축에 상기 기계식 전진용 클러치 또는 유압식 전진용 클러치를 장착함으로써 사용자가 페달에 기계적 에너지를 가하지 않는 상태에서도 후륜의 회전축(또는 구동하는 바퀴의 회전축)이 구동되어 사용자가 상기 자전거로 주행을 계속할 수 있도록 제작한다.
따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 기존의 기계식 전진용 클러치를 다양한 부위에 부착할 수 있다. 일예로 상기 기계식 전진용 클러치를 페달축에 장착할 경우, 주행 중 사용자가 페달을 앞으로 누르면(즉 정회전) 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 유압펌프에서 가압된 유체가 유압모터에 전달되어 상기 자전거가 구동된다. 이와는 반대로 주행 중 사용자가 페달을 뒤로 누르면(즉 역회전) 상기 기계식 전진용 클러치는 사용자가 가하는 기계적 에너지가 유압펌프에 전달되지 않도록 방지함으로써 상기 자전거는 계속 앞 방향으로 주행하게 된다.
또한 상기 기계식 전진용 클러치를 유압펌프의 구동축에 장착하여 전진용 클러치 기능을 구현할 수도 있다. 즉 상기 전진용 클러치에 의하여 상기 구동축은 정방향으로 회전할 때에만 유체를 가압할 수 있는 반면 역방향으로 회전할 때에는 유체를 가압할 수 없다. 따라서 상기 유압펌프는 구동축이 항상 정방향으로 회전할 때에만 내부 유체를 가압하여 유압모터 유닛으로 공급함으로써 상기 자전거를 구동한다. 또는 상기 전진용 클러치를 유압모터의 구동축에 장착할 수도 있다. 즉 상기 전진용 클러치에 의하여 상기 구동축이 정방향으로 회전할 때에만 상기 유압모터의 구동력이 후륜의 구동축에 전달되는 반면 역방향으로 회전할 때에는 상기 유압모터의 구동력이 후륜의 구동축에 전달되지 않는다. 따라서 상기 유압모터는 구동축이 항상 정방향으로 회전할 때에만 후륜의 회전축을 회전시킴으로써 상기 자전거를 구동한다.
이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 부분에 유압식 전진용 클러치를 장착하여 상술한 클러치 기능을 구현할 수도 있다. 일예로 하나 이상의 일방향성 밸브 또는 체크 밸브 등 유체의 역류를 방지할 수 있는 다양한 역류 방지 밸브 중 하나 이상을 상술의 유압식 자동변속기의 다수의 유관 중 하나 이상에 장착할 경우, 상기 역류 방지 밸브는 가압 유체를 일정 방향(정방향)으로만 흐르도록 하며, 반대 방향(역방향)으로 흐르지 않도록 방지한다. 따라서 유압펌프 유닛에 의하여 가압된 유체가 유압모터 유닛으로 공급되는 유관에 상기 역류 방지 밸브를 장착할 경우, 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 가압된 유체는 항상 유압펌프 유닛으로부터 유압모터 유닛으로 향하는 정방향으로는 공급되지만 역방향으로는 공급되지 않는다. 따라서 주행 중 사용자가 페달을 누르지 않거나 페달을 역회전하더라도 자전거는 계속 앞 방향으로 주행하게 되며, 따라서 상기 일방향성 밸브는 전진용 클러치의 기능을 구현하게 된다.
이와 유사하게 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프 유닛의 입구나 출구, 유압펌프의 유입구나 배출구, 유압모터 유닛의 입구나 출구 또는 유압모터의 유입구나 배출구에 상기 역류 방지 밸브 중 하나 이상으로 구현되는 유압식 전진용 클러치를 장착할 수도 있다. 물론 상기 입구나 출구에 장착되는 상기 역류 방지 밸브는 가압 유체를 순방향으로만 흐르게 하는 반면 역방향으로 흐르지 못하도록 장착된다.
물론 사용자에 따라 상술한 전진용 클러치를 원치 않는 경우도 발생한다. 즉 사용자가 자신의 페달을 앞으로 누르면(즉 정회전) 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 유압펌프에서 가압된 유체가 유압모터에 전달되어 자전거가 전진하며, 이와는 반대로 사용자가 페달을 뒤로 누르면(즉 역회전) 사용자가 가하는 기계적 에너지에 의하여 유압모터가 반대 방향으로 작동하여 자전거가 후진하기를 원하는 경우이다. 이러한 경우에는 상술한 전진용 클러치를 장착하지 않는다.
물론 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 기계식 전진용 클러치나 유압식 전진용 클러치를 각각 하나만 장착하거나, 두 가지 클러치를 모두 장착할 수도 있다. 또한 사용자가 상기 클러치 중 하나 또는 전부를 원치 않는 경우에는 클러치의 기능을 끌 수 있는 스위치를 장착할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 유압 브레이크를 포함할 수 있다. 기존의 자전거용 브레이크는 자전거의 주행 속도를 조절하기 위한 기계식 장치로서 자전거 후륜의 회전축, 전륜의 회전축, 전륜이나 후륜의 림 등에 장착되어 상기 회전축이나 림과 마찰력을 발생함으로써 회전축, 전륜 또는 후륜의 회전을 조절한다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거 역시 기존의 자전거와 마찬가지로 기존의 기계식 브레이크를 포함하여 주행 속도를 조절할 수 있다. 따라서 상기 기계식 브레이크는 후륜의 회전축, 전륜의 회전축, 전륜이나 후륜의 림 등에 장착되어 상기 마찰력으로 회전축, 전륜 또는 후륜의 회전 및 자전거의 주행 속도를 조절할 수 있다. 또한 상기 기계식 브레이크는 유압펌프나 유압모터의 구동축에 직접 장착되어 상기 구동축의 회전을 조절함으로써 자전거의 주행 속도를 조절할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 부분에 유압을 활용하는 유압 브레이크를 장착하여 상술한 브레이크 기능을 구현할 수도 있다. 일예로 하나 이상의 스톱 밸브, 콕 밸브 등 유체의 흐름을 차단할 수 있는 차단 밸브를 상술의 유압식 자동변속기의 다수의 유관 중 하나 이상에 장착할 경우, 상기 밸브는 열려있는 상태에서는 가압 유체의 흐름을 방해하지 않지만, 닫힌 상태에서는 가압 유체의 흐름을 방지한다. 따라서 유압펌프 유닛에 의하여 가압된 유체가 유압모터 유닛으로 공급되는 유관에 상기 차단 밸브를 장착하면, 사용자가 상기 차단 밸브를 닫을 경우 가압 유체가 유압펌프 유닛으로부터 유압모터 유닛으로 유입되지 못하도록 유압 브레이크의 기능을 구현하며 주행 속도를 조절한다. 또는 유압펌프 유닛의 입구나 출구, 유압펌프의 유입구나 배출구, 유압모터 유닛의 입구나 출구 또는 유압모터의 유입구나 배출구에 상기 차단 밸브로 구현되는 유압 브레이크를 장착하여 자전거의 주행 속도를 조절할 수도 있다. 또한 다수의 차단 밸브를 유압펌프의 유입구와 배출구 또는 유압모터의 유입구와 배출구에 장착할 수도 있다. 특히 후자의 경우 사용자가 유체 브레이크를 작동함에 따라 가압된 유체는 유압모터 내부에 갇히게 되며, 그 결과 유압식 자동변속기 내부의 유체 흐름이 모두 정지될 수 있다. 이에 따라 사용자는 자전거의 주행 속도를 용이하게 조절할 수 있다.
이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 유관 내부의 가압 유체, 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)의 가압 유체를 빠른 시간에 유체 탱크로 배출하여 가압 유체의 압력을 급격히 감소시킴으로써 유압 브레이크를 구현할 수 있다. 일예로 다수의 유관 중 하나 이상의 유관이나 유압펌프의 유입구나 배출구, 유압모터의 유입구나 배출구는 물론 상기 유압식 자동변속기 내부나 전후의 유체 압력을 단시간에 효과적으로 감소시킬 수 있는 부분에 개폐형 밸브를 장착하고, 상기 개폐형 밸브의 다른 쪽은 대기압 또는 상기 가압 유체의 압력보다 낮은 압력의 유체 탱크에 연결한다. 사용자가 정상 주행 시에는 상기 개폐형 밸브는 닫혀 있으므로 상기 유압식 자동변속기는 가압 유체에 의하여 정상 가동하지만, 사용자가 상기 유압 브레이크를 작동하여 상기 개폐형 밸브가 열리면 가압 유체는 압력이 낮은 유체 탱크로 급속히 배출되며, 그 결과 유체는 압력을 잃고 상기 유압식 자동변속기는 작동을 멈추게 되어 브레이크 기능을 구현한다. 물론 상기 유압 브레이크의 반응 시간은 짧으면 짧을수록 유리하다. 따라서 상기 개폐형 밸브는 유압모터 유닛 또는 유압모터에 장착하여 유압 브레이크의 반응 시간을 줄일 수도 있다. 단 상기 유압 브레이크 제작 시에는 유압모터가 유체를 배출되는 동안은 유압모터의 구동축이 어느 정도 회전할 수도 있다는 점을 고려할 필요가 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상술한 개폐형 밸브처럼 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서만 구동하는 밸브 대신 유량을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브를 유압 브레이크로 사용할 수도 있으며, 상기 유량 조절 밸브의 예로는 나비형 밸브, 니들밸브 등이 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거가 상기 유량 조절 밸브를 유압 브레이크로 사용할 경우, 사용자는 유압 브레이크에 상이한 기계적 에너지를 가하며 상기 밸브를 통하여 흐르는 유체의 영양을 조절함으로써 브레이크의 강도를 조절할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 기계식 브레이크와 상술한 유압 브레이크 중 하나만을 사용하는 대신 이들을 동시에 사용하여 브레이크 효율을 배가할 수 있다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자 자신이 또는 전기모터가 기계적 에너지를 가하여 유압 브레이크를 작동하면 기계식 브레이크도 동시에 자동으로 작동하도록 제작할 수 있으며, 이와는 달리 사용자가 유압 브레이크나 기계식 브레이크를 별도로 작동하도록 제작할 수도 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 사용자가 기계적 에너지를 가하여 상기 유압 브레이크와 기계식 브레이크 중 첫 번째 브레이크를 작동하면 두 번째 브레이크도 자동적으로 작동하지만 두 번째 브레이크는 첫 번째 브레이크 작동 후 일정 시간 후 작동하도록 또는 첫 번째 브레이크 작동 후 서서히 그 강도를 증가시키며 작동하도록 제작할 수 있다. 또는 사용자가 기계적 에너지를 가하여 상기 유압 브레이크와 기계식 브레이크 중 첫 번째 브레이크를 작동할 때 상기 기계적 에너지가 특정 값을 초과하는 경우에만 두 번째 브레이크가 자동적으로 작동하도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성에 의하여 브레이크의 마모를 최소화할 수 있으며, 브레이크 파열을 방지할 수도 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 체인 및 상기 체인을 구동하는 (톱니)기어를 부가적으로 포함할 수도 있다. 상기 체인과 기어는 사용자가 페달에 기계적 에너지를 가하여 회전시키는 페달축과 유압펌프 유닛의 유압펌프의 구동축이 일정 거리를 두고 격리되는 경우 또는 유압모터 유닛의 유압모터의 구동축과 후륜의 회전축이 일정 거리를 두고 격리되는 경우 및 동력을 전달하는 부품과 받는 부품이 일정 거리 이상으로 격리되어 있는 경우 사용된다. 이 외에도 사용자가 페달에 기계적 에너지를 가하여 회전시키는 페달축과 유압펌프 유닛의 유압펌프의 구동축의 회전수를 상이하게 조작함이 유리한 경우 또는 유압모터 유닛의 유압모터의 구동축과 후륜의 회전축의 회전수를 상이하게 조작함이 유리한 경우 등에도 상기 체인과 톱니기어를 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기어 또는 기어 어셈블리를 부가적으로 포함할 수도 있다. 일반적으로 기어 또는 기어 어셈블리를 장착하는 경우 및 효과는 상술한 체인 및 톱니기어를 장착하는 경우 및 효과와 유사하다. 따라서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착되는 다양한 종류의 유압식 자동변속기는 상기 소발명-2의 실시예-2-1 내지 실시예-2-9에서 예시한 형태는 물론 이와 상이한 형태로 제작될 수 있다. 일예로 상기 유압식 자동변속기는 도 2b, 도 2c, 도 2g 및 도 2h와 같이 유압펌프 유닛, 유압모터 유닛, 유압펌프 또는 유압모터 중 하나 이상이 외부에 노출되도록 구성할 수 있다. 상기 구성의 장점은 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 상기 유압펌프(모터)를 분리하여 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 각 부분에 장착할 수 있다는 점이며, 수리나 보수 시 필요한 부분만 교체할 수 있다는 점 등이다.
이와는 달리 상기 유압식 자동변속기는 도 2a, 도 2d, 도 2e, 도 2f 또는 도 2i와 같이 하나 이상의 커버를 포함하도록 제작하며 상기 커버의 내부에 상술한 유압펌프 유닛, 유압모터 유닛, 유압펌프, 유압모터 및 다수의 유관들의 전부나 상당한 부분을 장착하도록 제작할 수 있다. 특히 상기 커버는 가볍고 견고한 물질로 제작할 수 있으며, 상기 커버의 외관은 다양하게 제작할 수 있다. 따라서 상기 유압펌프(모터) 유닛, 상기 유압펌프(모터) 및 유관들의 전부나 상당한 부분이 상기 커버의 내부에 포함되므로 외관을 향상시킴은 물론 사용자의 실수로 자전거가 넘어지거나 장애물에 충돌하더라도 상기 커버가 충격을 흡수함으로써 상기 유압펌프(모터) 유닛, 상기 유압펌프(모터) 또는 유관을 보호할 수 있다는 장점이 있다.
또한 상기 유압식 자동변속기는 도 2a 내지 도 2h와 같이 상술한 유압펌프 유닛, 유압모터 유닛, 유압펌프 및 유압모터를 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 장축(즉 길이) 방향으로 일렬로 배열하여 장착할 수 있다. 이와는 달리 도 2i에서와 같이 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛 또는 유압펌프와 유압모터의 최소한 일부를 상기 유압펌프나 유압모터의 장축의 방향을 가로지르는 방향으로 겹치거나 포개어(stacked) 상기 유압식 자동변속기를 제작할 수도 있다. 상기 포개는 구성을 지닌 상기 유압식 자동변속기의 두께는 소폭 증가하더라도 크기는 감소한다. 따라서 상기 포개는 구성의 유압식 자동변속기에 상술의 커버를 부착할 경우, 상기 유압식 자동변속기는 다양한 구성으로 제작할 수 있다.
단 상술한 바와 같이 유압식 자동변속기를 일체형 또는 부분 일체형으로 제작하거나, 상기 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛 또는 유압펌프와 유압모터를 포개어 제작할 경우, 상기 유압식 자동변속기의 크기(즉 길이나 높이)를 상당히 줄일 수 있으며, 많은 경우 상기 길이는 페달의 페달축과 후륜(또는 전륜)의 회전축 사이의 거리보다 짧을 수 있다. 이러한 경우 원활한 동력 전달을 위하여 도 2d, 도 2e, 도 2f 또는 도 2i와 같이 기존의 체인 또는 체인 기어를 사용하거나, 도시되지는 않았지만 기타 기존의 다양한 동력 전달 장치를 이용할 수 있다.
본 소발명-2의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-2의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-2의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-2의 실시예-2-1 내지 실시예-2-9의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-2를 제외한 본 명세서의 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 세 번째 소발명(즉 소발명-3)은 유압식 자동변속기로서, 상기 유압식 자동변속기는 제어기 유닛을 포함하며, 상기 제어기 유닛은 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기를 포함하되, 상기 강도조절기는 유방향조절기와 배출량조절기에 각각 하나 이상 설치된 스프링들을 포함한다.
도 3a 내지 도 3f는 소발명-3의 다양한 실시예들에 대한 개략도이다. 특히 도 3a 내지 도 3e는 본 소발명-3의 첫 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이며, 도 3f는 본 소발명-3의 두 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이다. 단 하술의 도3a 내지 도3f는 상기 유압식 자동변속기의 다양한 유압펌프 유닛과 다양한 제어기 유닛만을 도시한다. 따라서 도 3a 내지 도 3f의 상기 유압식 자동변속기는 상술 또는 하술의 다양한 유압모터 유닛 및 유압모터를 포함한다.
도 3a는 소발명-3의 첫 번째 실시예(즉 실시예-3-1)의 개략도이다. 도 3a에서와 같이 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 특히 본 실시예-3-1의 유압펌프 유닛(20)은 베인펌프 형태의 유압펌프(21)를 포함한다. 따라서 본 실시예-3-1에 한하여 유압펌프(21)를 베인펌프(21)라 지칭한다. 상기 베인펌프(21)는 원주 형태의 외부캠링(22)과 상기 외부캠링(22) 내부에 장착되며 회전이 가능한 로터(23), 상기 로터(23)는 외주면에 이동이 가능하도록 장착한 다수의 베인(24) 및 구동축(25)을 포함한다. 특히 상기 로터(23)는 외주면에 다수의 베인홈을 형성함으로써 상기 베인(24)이 베인홈을 따라 로터(23)의 중심 방향으로 또는 반대인 외부 방향으로 이동이 가능하도록 설치한다. 따라서 상기 로터(23)가 회전하여 원심력이 발생하면, 베인(24)은 상기 원심력에 의하여 베인홈을 따라 로터(23)의 외부 방향으로 이동하며 외부캠링(22)의 내벽에 밀착되어 베인(24)과 내벽 사이의 유체의 흐름을 방지하도록 구성한다.
하지만 상술한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 포함되는 유압식 자동변속기의 베인펌프(21)는 기존의 베인펌프보다 상당히 낮은 rpm으로 회전하며, 따라서 이에 수반되는 원심력은 베인(23)이 베인홈을 따라 로터(22)의 외부 방향으로 이동하기에는 부족할 수 있다. 또한 설령 베인(23)이 로터(22) 외부 방향으로 이동하더라도 상기 원심력은 베인(23)과 외부캠링(22)의 내벽 사이의 유체의 흐름을 차단할 수 있을 만큼 상기 베인(23)을 외부캠링(22)의 내벽에 밀착시키지 못할 수도 있다. 따라서 상기 베인펌프(21)는 베인홈 내부에 스프링 또는 베인(23)을 외부로 밀어줄 수 있는 장치를 장착함으로써 베인(23)이 상기 외부캠링(22)의 내벽에 충분한 힘으로 밀착되도록 구성할 수 있다. 이러한 베인은 국내특허 제10-0866544호, 제10-1041211호, 제10-0195896호 및 제10-0563296호는 물론 미국특허 제06099261호나 제05733113호 등에서 개시된 바와 같이 사각막대 형태로 구성된 베인, 외부캠링의 내면과의 마찰력을 줄이기 위해 로울러 형태로 구성한 베인, 마찰 방지와 이중축 베인 운동제어가 이루어지는 회전식 베인, 회전형 가변익으로 구성된 베인 등을 참고하여 용이하게 제작할 수 있다.
상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛(20)의 베인펌프(21)는 외부캠링(22)의 일단에 설치된 유체유입구(134)를 포함하며, 개략적으로 상기 유체유입구(134)의 반대편에 설치된 유체배출구(135)도 포함한다. 따라서 유체는 상기 유체유입구(134)를 통하여 유압펌프(21)에 유입되고, 외부캠링(22) 내부에서 회전하는 베인(23)에 의하여 가압된 후 상기 유체배출구(135)를 통하여 유압모터 유닛 쪽으로 배출된다. 또한 상기 베인펌프(21)는 외부캠링(22)의 외부에 형성된 첫 번째 돌출부에 해당하는 감량피스톤(610)을 포함함은 물론 개략적으로 상기 첫 번째 돌출부의 반대편에 형성된 두 번째 돌출부도 포함한다. 상기 첫 번째 돌출부인 감량피스톤(610) 및 두 번째 돌출부의 기능은 제어기 유닛(30)의 구성과 기능과 함께 아래에서 설명한다.
상기 유압식 자동변속기의 제어기 유닛(30)은 다양한 부분들로 구성되지만 상기 부분들은 개략적으로 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기로 구분할 수 있다. 우선 유방향조절기는 강도조절 피스톤(430), 강도조절 실린더(440), 주제어 밸브(510), 주제어 밸브 하우징(520) 등으로 구성된다. 도 3a에서와 같이 강도조절 피스톤(430)은 강도조절 실린더(440)의 내부에 왕복 운동이 가능하도록 설치되는 반면, 주제어 밸브(510)는 주제어 밸브 하우징(520) 내부에 왕복 운동이 가능하도록 설치된다. 또한 상기 강도조절 실린더(440)는 베인펌프(21)의 유체배출구(135)에 연결되며, 따라서 강도조절 피스톤(430)은 유체배출구(135)의 유압에 의하여 주제어 밸브 하우징(520) 내부 방향으로 이동할 수 있다. 따라서 강도조절 피스톤(430)과 강도조절 실린더(440)는 유체가 그 사이를 통하여 누출됨으로써 유체의 압력이 강하되지 않도록 제작한다. 이에 반하여 주제어 밸브 하우징(520)은 그 내부를 통하여 주제어 밸브(510)가 직선 운동을 하도록 구성되므로 유체 누출을 방지할 필요가 없기 때문에, 주제어 밸브 하우징(520)과 주제어 밸브(510) 사이에는 어느 정도의 틈(clearance)이 존재해도 무방하다.
배출량조절기는 개략적으로 외부캠링 밸브(540)는 물론 도 3a에 도시된 다수의 내부 유관 및 외부 유관들을 포함한다. 상기 내부 유관은 주제어 밸브 하우징(520) 내부에 위치하며, 상기 내부 유관(512)의 일단은 대기압 또는 베인펌프(21) 내부 압력보다 낮은 압력으로 유지되는 유체탱크(125)에 연결된다. 다른 외부 유관(511)은 베인펌프(21)의 유체배출구(135)와 연결되며, 나머지 외부 유관들은 베인펌프(21) 양측단에 상술한 바와 같이 설치된 돌출부들을 상기 내부 유관들에 연결한다. 특히 상기 나머지 외부 유관들은 첫 번째 돌출부인 감량피스톤(610)과 두 번째 돌출부를 각각 주제어 밸브(510)와 연결하되, 상기 외부 유관 중 하나는 베인펌프(21) 측단에 피스톤 형상으로 구성된 감량피스톤(610)을 감싸는 실린더 형태로 구성한다. 참고로 도 3a의 경우 주제어 밸브(510)는 주제어 밸브 하우징(520) 내부에 위치하되 내부 유관과 외부 유관들이 서로 연결되지 않는 지점에 위치한다.
특히 상기 소발명-3의 본 실시예-3-1의 외부캠링 밸브(540)는 베인펌프(21)의 외부캠링(22)의 외벽과 기계적으로 결합되도록 제작한다. 그 결과 외부캠링 밸브(540)가 좌우 방향으로 이동하면 외부캠링(22) 역시 이에 상응하여 좌우 방향으로 이동한다. 하지만 상기 외부캠링(22)은 내부의 로터(23) 및 구동축(25)과는 기계적으로 결합되지 않으므로 상기 외부캠링 밸브(540)가 좌우 방향으로 이동하더라도 외부캠링(22) 내부의 로터(23) 및 구동축(25)은 이에 상응하여 이동하지 않는다. 추후 상술한 외부캠링 밸브(540)의 이동과 이에 상응하는 외부캠링(22)의 이동을 “연동 이동”이라 지칭하며, 베인펌프(21) 및 다른 종류의 유압펌프(21)는 상기 “연동 이동”을 통하여 구동 용적 및 펌프 배출량을 변화시킬 수 있도록 제작한다.
상기 제어기 유닛(30)의 강도조절기는 개략적으로 주제어밸브 스프링(530), 복귀스프링(621) 등을 포함한다. 상기 주제어 밸브 스프링(530)은 주제어 밸브 하우징(520)의 내부를 향한 강도조절 피스톤(430)의 이동을 저지할 수 있도록 주제어 밸브 하우징(520)의 일단에 설치한다. 이에 반하여 복귀스프링(621)은 베인펌프(21) 측단에 형성된 감량피스톤(610)의 이동에 의한 외부캠링(22)의 이동에 대응하도록 설치된다.
도 3b는 도 3a의 소발명-3의 실시예-3-1의 유압식 자동변속기의 구동에 대한 첫 번째 개략도로서, 특히 사용자가 자전거 주행 중 언덕을 오르기 시작하여 고단기어에서 저단기어로 변속이 시작되는 경우에 해당한다.
상술한 바와 같이 자전거가 언덕을 오르기 시작하면 상술한 “부하 연동”에 의하여 유압모터 유닛(도시되지 않음)의 유압모터(도시되지 않음)에 추가 기계적 부하가 가해지며, 이에 따라 유압모터 내부 및 주변의 유체 압력도 증가하게 된다. 이 경우 자전거가 주행을 계속하려면 유압펌프 유닛(20)의 베인펌프(21) 역시 사용자가 자전거의 페달(도시되지 않음)에 가하는 기계적 에너지 또는 배터리에 의하여 작동하는 전기모터(도시되지 않음)가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 유압모터 내부 및 주변의 유체 압력보다 높은 압력으로 유체를 가압할 수밖에 없다. 이와 같이 상술한 “압력 연동”에 따라 베인펌프(21)의 유체배출구(135)에서 배출되는 유체의 압력도 증가하게 된다.
도 3b에서와 같이 제어기 유닛(30)의 유방향조절기는 베인펌프(21)의 유체배출구(135)에 연결된 외부 유관을 통하여 베인펌프(21)가 배출하는 유체를 강도조절 실린더(440)로 전달하며, 이에 따라 강도조절 피스톤(430)은 도 3b의 우측 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 강도조절 피스톤(430)에 연결된 주제어 밸브(510) 역시 주제어 밸브 하우징(520) 내부로 이동하되, 압축된 강도조절기의 주제어밸브 스프링(530)의 압축력과 평형을 이루는 만큼 이동한다.
주제어 밸브(510)가 주제어 밸브 하우징(520) 내부로 이동하면 내부 유관이 외부 유관들과 연결된다. 특히 내부 유관은 베인펌프(21)가 배출하는 가압 유체에 연결된 외부 유관(511)을 베인펌프(21)의 첫 번째 돌출부를 감싸는 실린더를 포함하는 외부 유관과 연결한다. 이와 같이 내부 및 외부 유관을 통하여 베인펌프(21)가 배출하는 유체가 베인펌프(21)의 첫 번째 돌출부인 감량피스톤(610)을 감싸는 실린더와 연결되면, 상기 유체는 복귀스프링(621)에 대응하며 감량피스톤(610)을 압박함으로써 외부캠링(22)을 복귀스프링(621) 방향으로 이동시킨다. 그 결과 베인펌프(21)의 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심과의 거리는 줄어들며 상기 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심 사이의 편심도(eccentricity)가 감소하게 되어 구동 용적은 감소하며, 그 결과 베인펌프(21)의 펌프 배출량은 도 3a에 비하여 감소하게 된다. 이와 같이 베인펌프(21)가 유압모터 유닛에 공급하는 유체의 양이 감소함에 따라 유압모터 유닛의 유압모터는 적은 양의 유체로 구동되며, 그 결과 유압모터의 회전수도 감소하게 된다.
도 3c는 도 3a의 소발명-3의 실시예-3-1의 유압식 자동변속기의 구동에 대한 두 번째 개략도로서, 특히 사용자가 자전거 주행 중 언덕을 오름에 따라 유압식 자동변속기가 고단기어에서 저단기어로 변속이 완료되는 경우에 해당한다.
상술한 바와 같이 외부캠링(22)은 외부캠링 밸브(540)와 기계적으로 결합하여 “연동 이동”이 가능하다. 따라서 사용자가 언덕을 오름으로써 “부하 연동”에 따라 증가하는 기계적 부하는 유압모터 유닛의 유체 압력을 증가시킴으로써 베인펌프(21)의 유체 압력을 증가시키고, 유방향조절기는 상기 베인펌프(21)의 유체 압력을 이용하여 외부캠링 밸브(540)를 이동시키며, 이에 따라 상기 베인펌프(21)의 유체 압력은 외부캠링(22)과 외부캠링 밸브(540)를 “연동 이동”시키게 된다. 그 결과 도 3c와 같이 외부캠링 밸브(540)는 다시 내부 유관과 외부 유관들이 서로 연결되지 않는 지점에 위치하게 된다. 이러한 “연동 이동”에 따라 유압식 자동변속기는 평지에서 구동하던 고단기어에서 언덕을 오르는 저단기어로 변속을 완료한다.
도 3d는 도 3a의 소발명-3의 실시예-3-1의 유압식 자동변속기의 구동에 대한 세 번째 개략도로서, 특히 사용자가 자전거 주행 중 언덕을 내려오기 시작함에 따라 유압식 자동변속기가 저단기어에서 고단기어로 변속이 시작되는 경우에 해당한다.
자전거가 언덕을 내려오기 시작하면 “부하 연동”에 따라 유압모터 유닛(도시되지 않음)의 유압모터(도시되지 않음)에 가해지는 기계적 부하가 감소하며, 이에 따라 유압모터 내부 및 주변의 유체 압력도 감소하게 된다. 이 경우 자전거가 주행을 계속하면 유압펌프 유닛(20)의 베인펌프(21) 역시 사용자가 자전거의 페달(도시되지 않음)에 가하는 또는 상기 전기모터가 가하는 기계적 에너지를 이용하여 유압모터 내부 및 주변의 감소한 유체 압력보다 조금 더 높은 압력만으로도 유체를 가압할 수 있게 된다. 이러한 “압력 연동”에 따라 베인펌프(21)의 유체배출구(135)에서 배출되는 유체의 압력도 이에 상응하여 감소한다.
도 3d에서와 같이 유압식 자동변속기의 제어기 유닛(30)의 유방향조절기는 베인펌프(21)의 유체배출구(135)에 연결된 외부 유관을 통하여 베인펌프(21)가 배출하는, 상대적으로 압력이 낮은 유체를 강도조절 실린더(440)로 전달한다. 유체의 압력이 감소함에 따라 강도조절기의 주제어밸브 스프링(530)은 강도조절 피스톤(430)을 도 3d의 좌측 방향으로 이동하며 주제어 밸브 하우징(520) 외부로 이동하게 된다.
주제어 밸브(510)가 주제어 밸브 하우징(520) 외부로 이동하게 되면 내부 유관은 베인펌프(21)의 첫 번째 돌출부인 감량피스톤(610)을 감싸는 실린더가 형성된 외부 유관을 유체 탱크와 연결한다. 이에 따라 감량피스톤(610)은 제어기 유닛(30)의 복귀스프링(621)의 복귀 팽창력에 의하여 도 3d의 좌측 방향으로 이동하며, 이에 따라 외부캠링(22) 역시 같은 방향으로 이동한다. 그 결과 베인펌프(21)의 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심과의 거리는 증가하며 상기 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심 사이의 편심도(eccentricity) 역시 증가하게 되어 구동 용적이 증가하며, 그 결과 베인펌프(21)의 펌프 배출량은 도 3c에 비하여 증가하게 된다. 이와 같이 베인펌프(21)이 유압모터 유닛에 공급하는 유체의 양이 증가함에 따라 유압모터 유닛의 유압모터는 증가한 양의 유체로 구동되며, 그 결과 유압모터의 회전수도 증가한다.
도 3e는 도 3a의 소발명-3의 실시예-3-1의 유압식 자동변속기의 구동에 대한 네 번째 개략도로서, 특히 사용자가 자전거 주행 중 언덕을 내려옴에 따라 유압식 자동변속기가 저단기어에서 고단기어로 변속이 완료되는 경우에 해당한다.
상술한 바와 같이 외부캠링(22)은 외부캠링 밸브(540)와 기계적으로 결합하여 “연동 이동”이 가능하다. 따라서 사용자가 언덕을 내려오며 가해지는 기계적 부하의 감소는 “부하 연동”에 의하여 유압모터 유닛의 유체 압력을 감소시키며, 이는 “압력 연동”을 통하여 베인펌프(21)의 유체 압력을 감소시킨다. 따라서 유방향조절기는 제어기 유닛(30)의 복귀스프링(621)의 복귀 팽창력을 이용하여 외부캠링 밸브(540)를 이동시키며, 이에 따라 상기 복귀스프링(621)의 복귀 팽창력은 외부캠링(22)과 외부캠링 밸브(540)를 “연동 이동”시킨다. 그 결과 도 3e와 같이 외부캠링 밸브(540)는 다시 내부 유관과 외부 유관들이 서로 연결되지 않는 지점에 위치하게 된다. 이러한 “연동 이동”에 따라 상기 유압식 자동변속기는 언덕을 오르며 구동하던 저단기어에서 언덕을 내려오는 고단기어로 변속을 완료한다.
도 3f는 소발명-3의 두 번째 실시예(즉 실시예-3-2)의 개략도이다. 본 실시예-3-2의 유압식 자동변속기 역시 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛 등을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기의 구성은 도 3a 내지 도 3e의 실시예-3-1의 구성과 거의 동일하다. 단 도 3f의 베인펌프(21)의 외부캠링(22) 외부에 형성된 첫 번째 돌출부는 감량피스톤(610)이며, 베인펌프(21)의 외부캠링(22) 외부에 형성된 첫 번째 돌출부는 감량스프링(622)에 의하여 대응되고 두 번째 돌출부는 복귀피스톤(620)에 해당한다.
따라서 사용자가 자전거로 언덕을 오르기 시작하고 “부하 연동”에 의하여 기계적 부하가 증가함에 따라 고단기어에서 저단기어로 변속이 시작되는 경우, 유방향조절기가 주제어밸브 스프링(530)을 압축하며 이동하고, 베인펌프(21)의 유체배출구(135)가 외부 유관(511)을 통하여 복귀피스톤(620)에 연결되고, 복귀피스톤(620)은 감량스프링(622)을 압축하는 방향으로 외부캠링(22)을 이동시킨다. 그 결과 베인펌프(21)의 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심과의 거리는 줄어들며 상기 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심 사이의 편심도(eccentricity)가 감소하게 되어 구동 용적이 감소하며, 따라서 베인펌프(21)의 배출량은 감소한다. 이와 같이 베인펌프(21)가 유압모터 유닛에 공급하는 유체의 양이 감소함에 따라 유압모터 유닛의 유압모터는 적은 양의 유체로 구동되며, 그 결과 유압모터의 회전수도 감소한다.
반대로 사용자가 자전거 주행 중 언덕을 내려오기 시작하여 기계적 부하가 감소함에 따라 저단기어에서 고단기어로 변속이 시작되는 경우, 유방향조절기는 주제어밸브 스프링(530)의 팽창에 따라 주제어 밸브 하우징(520) 외부 방향으로 이동하고, 복귀피스톤(620)이 내부 유관(512)을 통하여 압력이 낮은 유체탱크(125)에 연결된다. 그 결과 감량스프링(622)은 복귀피스톤(620) 방향으로 외부캠링(22)을 이동시켜서 베인펌프(21)의 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심과의 거리는 증가하며 상기 구동축(25)과 외부캠링(22)의 중심 사이의 편심도(eccentricity) 역시 증가한다. 이와 같이 구동 용적의 증가함에 따라 베인펌프(21)의 펌프 배출량은 증가하며, 베인펌프(21)가 유압모터 유닛에 공급하는 유체의 양이 증가함에 따라 유압모터 유닛의 유압모터는 더 많은 양의 유체로 구동되며, 그 결과 유압모터의 회전수도 증가한다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착되는 다양한 종류의 유압식 자동변속기는 상기 소발명-2의 실시예-2-1 내지 실시예-2-9에서 예시한 부위는 물론 이와 상이한 부위에 장착할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기의 장착 위치에 따라 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 체인 또는 체인 기어를 이용하여 상기 유압식 자동변속기를 페달축, 전륜이나 후륜의 회전축에 기계적으로 연결할 수 있으며, 필요에 따라 페달축과 회전축 중 하나 이상에 동시에 기계적으로 연결할 수도 있다.
일예로 도 2i에서와 같이 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛은 또는 유압펌프와 유압모터는 전륜의 회전축 또는 페달축의 우측이나 좌측에 함께 장착하거나, 또는 후륜의 회전축의 우측이나 좌측에 함께 장착할 수 있다. 또는 상기 유압식 자동변속기의 유압펌프 유닛과 유압모터 유닛을 각각 또는 유압펌프와 유압모터를 각각 자전거 전륜의 회전축 또는 페달축의 우측과 좌측에 장착하거나, 또는 후륜의 회전축의 우측과 좌측에 각각 장착할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기의 길이가 상기 페달축과 회전축 사이의 거리보다 짧을 경우에는 상술한 바와 같이 기존의 체인 또는 체인 기어를 이용하여 상기 유압식 자동변속기의 일부를 상기 자전거 전륜의 회전축, 페달축, 후륜의 회전축 등에 기계적으로 연결할 수 있다.
또한 도 2a 내지 도 2i에서 예시하지는 않았지만 상기 유압식 자동변속기를 구성하는 상기 유압펌프(모터) 유닛 또는 유압펌프(모터)의 일부나 전부를 전륜이나 후륜의 내부, 즉 전륜이나 후륜의 허브축 내부에 장착할 수도 있다. 상기 구성의 장점은 상기 유압식 자동변속기의 일부나 전부가 전륜이나 후륜의 내부에 장착되므로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 크기나 부피를 최소화할 수 있다는 점이다. 물론 이러한 구성에서도 필요에 따라 기존의 체인 또는 체인 기어를 이용하여 상기 유압식 자동변속기의 일부를 상기 자전거 전륜의 회전축, 페달축 또는 후륜의 회전축에 기계적으로 연결할 수 있다.
또한 도 2a 내지 도 2i에서 개략적으로 예시하였지만 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 상기 유압식 자동변속기를 이용하여 후륜 구동은 물론 전륜 구동도 가능하다. 즉 상기 유압식 자동변속기의 유압모터 유닛이나 유압모터가 상기 자전거의 후륜의 회전축에 직접 또는 간접으로 기계적으로 연결된 경우, 상기 자전거는 상기 유압모터 유닛이나 유압모터에 의하여 후륜 구동된다. 반대로 상기 유압식 자동변속기의 유압모터 유닛이나 유압모터가 상기 자전거의 전륜의 회전축에 직접 또는 간접으로 기계적으로 연결된 경우, 상기 자전거는 상기 유압모터 유닛이나 유압모터에 의하여 전륜 구동될 수 있다.
상술한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 세 번째 소발명(즉 소발명-3)과 상기 소발명-3의 다양한 실시예들 또는 상세예들에 대한 하술의 변형이나 개량도 각각 상술한 소발명-3의 범위에 속하며, 따라서 상기 변형이나 개량 역시 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에 속한다.
우선 유압회로가 다수의 유압 요소들로 구성될 경우, 상기 유압 요소들은 일반적으로 더 적은 수의 유관이나 요소들을 가지도록 결합하거나 더 많은 수의 유관이나 요소들을 가지도록 분할이 가능하다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 유압식 자동변속기 역시 다양한 유압 요소들의 결합이나 변형을 통하여 용이하게 개량할 수 있다.
일예로 유방향조절기의 강도조절 실린더(440)를 주제어 밸브 하우징(520)에 통합할 경우, 유방향 조절기의 강도조절 피스톤(430) 역시 주제어 밸브(510)에 통합하여 구성할 수 있다. 이 경우 주제어 밸브(510)는 피스톤의 역할을 담당하며 실린더 역할을 담당하는 주제어 밸브 하우징(520) 내부를 왕복 이동하게 된다. 따라서 통합된 주제어 밸브(510)는 베인펌프(21)의 유체배출구(135)로부터 배출된 유체의 압력과 주제어밸브 스프링(530)의 복원력에 의하여 평형을 이루는 지점으로 통합된 주제어 밸브 하우징(520) 내부에서 이동한다.
또한 상술한 다양한 내부 유관과 다양한 외부 유관들의 연결 또는 차단은 본 소발명-3에서 예시한 구성과는 상이한 구성으로 구현할 수 있다. 왜냐하면 외부캠링 밸브(540)의 내부 유관의 크기나 순서 등을 변경할 경우, 이에 따라 외부 유관들의 배치나 연결도 상이해지기 때문이다. 또한 베인펌프(21)의 유체유입구(134)나 유체배출구(135)의 위치는 물론 베인펌프(21) 양측에 구성된 돌출부의 모양을 바꿀 경우, 이에 상응하여 외부 유관들의 배치나 연결도 상이해질 수 있으며, 그 결과 외부캠링 밸브(540)의 내부 유관의 크기나 순서 등도 변경될 수 있다. 또한 이와는 달리 상기 유관들의 연결 및 차단은 외부캠링 밸브(540)를 대체하는 다수의 유관과 다수의 개폐밸브 및 3-way 밸브들을 이용하여 구현할 수도 있다.
단 소발명-3에서 개시한 유압식 자동변속기의 기능은 상술한 바와 같이 유압을 이용한 무한 자동변속이다. 따라서 유압식 자동변속기가 상술한 바와 동일한 또는 유사한 무한 자동변속을 구현하는 한, 상이한 수효, 종류, 크기 또는 순서로 배치된 유관을 포함하는 유압식 무한 자동변속기는 물론 상이한 수효, 종류, 크기 또는 순서로 배치된 밸브나 스프링 등을 포함하는 유압식 무한 자동변속기 역시 모두 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에 속한다.
본 소발명-3의 유압식 자동변속기가 포함하는 주제어밸브 스프링(530), 복귀스프링(621) 및 감량스프링(622)은 반드시 도 3a 내지 도 3f에서 표시한 코일 형태의 스프링일 필요는 없다. 따라서 상기 스프링들은 코일과는 다른 형상을 가지더라도 탄성을 지닌 물질 또는 구조물로 만들어지고 주제어 밸브 하우징(520) 내에서 또는 베인펌프(21)의 외부캠링(22)에 형성된 돌출부에 대응할 수 있는 다양한 탄성 기구로 대체할 수 있다.
본 소발명-3의 유압식 자동변속기에서 설명한 “연동 이동”은 다양한 구성으로 구현할 수 있다. 일예로 상술의 실시예-3-1 및 실시예-3-2에서와 같이 외부캠링 밸브(540)와 외부캠링(22)은 기계적으로 직접 결합될 수 있다. 이와 같이 기계적으로 결합된 외부캠링 밸브(540)와 외부캠링(22)은 항상 동일한 방향으로 동일한 변위만큼 “연동 이동”한다. 이와는 달리 상기 외부캠링 밸브(540)와 외부캠링(22)은 간접적으로 결합할 수도 있으며, 이러한 경우 외부캠링 밸브(540)와 외부캠링(22)은 상이한 방향으로 또는 동일하거나 상이한 변위만큼 이동할 수 있다.
일예로 도 3g는 소발명-3의 실시예-3-1 및 실시예-3-2에서 설명한 “연동 이동”의 변형의 개략도이다. 상기 변형의 경우 유압식 자동변속기의 베인펌프(21), 강도조절 피스톤(430) 및 주제어 밸브(510) 등은 상기 실시예-3-1 및 실시예-3-2와 동일하다. 하지만 외부캠링 밸브(540)는 베인펌프(21)의 외부캠링(22)과 직접 결합하는 대신 밸브 지렛대 레버(542)를 통하여 간접적으로 결합된다. 특히 밸브 지렛대 레버(542)는 외부캠링 밸브(540) 및 외부캠링(22)과는 각각 피봇(pivot) 회전이 가능하도록 결합하되, 밸브 지렛대 레버(542)는 지렛대 레버 중심축(543)을 중심으로 회전하도록 제작된다.
도 3h는 도 3g의 유압식 자동변속기의 변형된 “연동 이동”의 후속 작동에 대한 개략도이다. 도 3h와 같이 유방향조절기가 외부캠링 밸브(540)를 주제어밸브 스프링(530) 방향으로 밀게 되면 밸브 지렛대 레버(542)의 상단은 피봇 회전하며 외부캠링 밸브(540)와 함께 주제어밸브 스프링(530) 방향으로 이동한다. 이에 따라 밸브 지렛대 레버(542)는 지렛대 레버 중심축(543)을 중심으로 시계 방향으로 회전하며, 이에 따라 밸브 지렛대 레버(542)의 하단은 주제어밸브 스프링(530)과는 멀어지는 방향으로 피봇 회전하며, 외부캠링(22) 역시 동일한 방향으로 이동시킨다. 따라서 도 3g 및 도 3h의 “연동 이동”에 의한 외부캠링(22)의 이동 방향은 상술한 실시예-3-1 및 실시예-3-2의 외부캠링(22)의 이동 방향과는 반대임을 알 수 있다.
이러한 변형된 “연동 이동”은 다양한 이점을 제공할 수 있다. 우선 상기 변형은 설계자가 외부캠링(22)이 “연동 이동”에 따라 이동하는 방향을 다양하게 설정할 수 있도록 한다. 또한 설계자는 상기 변형을 이용하여 “연동 이동”의 거리 및 각도를 늘리거나 좁힐 수 있다. 일예로 지렛대 레버 중심축(543)이 밸브 지렛대 레버(542)의 상단에 가까울수록 지렛대 레버 중심축(543)의 하단은 상기 “연동 이동”에 따라 상기 중심축(543)의 상단보다 더 긴 거리를 이동할 수 있다. 이와는 반대로 지렛대 레버 중심축(543)이 밸브 지렛대 레버(542)의 하단에 가까울수록 지렛대 레버 중심축(543)의 상단은 상기 “연동 이동”에 따라 상기 중심축(543)의 하단보다 더 긴 거리를 이동하게 된다. 따라서 상술의 변형된 “연동 이동”에 따라 외부캠링(22) 또는 외부캠링 밸브(540)의 미세 이동 또는 장거리 이동이 가능해진다.
또한 상술 또는 하술의 다양한 “연동 이동”은 유압펌프(모터) 유닛이나 유압펌프(모터)가 가변용량인 경우 그 구동 용적을 변화시키도록 구성된다. 따라서 “연동 이동”은 상기 유닛이나 상기 유압펌프(모터)의 구동 용적을 변화시킬 수 있는 다양한 구조 및 방법으로 구현할 수 있다. 따라서 “연동 이동”은 상기 유닛이나 상기 유압펌프(모터)의 구동 용적을 결정하는 거리나 각도를 다양한 구조 및 방법으로 변화시킴으로써 구현할 수 있다. 일예로 베인펌프(모터)의 경우 상기 “연동 이동”은 구동축과 외부캠링 사이의 거리를 변화시킴으로써 구현할 수 있으며, 이를 위하여 상기 유압식 자동변속기는 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 및 도 4b, 도 5a 및 도 5b와 같이 외부캠링 밸브 등과 같은 배출량조절기가 이동하는 변위만큼 외부캠링이 이동하도록 제작할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압식 자동변속기는 도 3g 및 도 3h와 같이 배출량조절기가 이동하는 변위에 비례하여 (단 비례상수는 1.0이 아닐 경우) 외부캠링이 이동하도록 제작할 수도 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기는 사용자가 강도조절기 등을 조절하여 배출량조절기 단위 이동에 따라 외부캠링의 이동 거리를 조절할 수 있도록 제작할 수도 있다.
본 소발명-3에서 사용된 복귀스프링 및 감량스프링은 일반적으로 길이가 변형된 정도 및 스프링 상수에 따라 복원력 또는 압축력이 변한다. 따라서 상기 복귀스프링 또는 감량스프링이 본 소발명-3의 다양한 실시예의 유압식 자동변속기에 장착되면 상기 스프링 상수는 불변이므로 상기 복원력이나 압축력은 상기 길이 변형에 의하여 결정된다. 따라서 상기 복귀스프링 또는 감량스프링이 장착되는 하우징의 길이를 가변식으로 구성하면 사용자는 기계적 또는 전기적으로 상기 스프링들의 변형 정도를 조작할 수 있다. 일예로 상기 하우징의 길이를 증가시키면 상기 스프링들의 길이 변형 정도는 자연히 감소하며, 반대로 상기 하우징의 길이를 감소시키면 상기 스프링들의 길이 변형 정도 역시 증가하게 된다. 이에 따라 사용자는 자신의 체력 상태 또는 자신이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 이용하는 목적에 따라 상기 스프링들의 복원력 또는 압축력을 조작할 수 있게 되며, 궁극적으로 상기 자전거의 유압식 자동변속기가 변속을 시작하는 유체 압력 또는 기계적 부하 등을 조작할 수 있도록 구성할 수 있다.
본 소발명-3의 유압식 자동변속기는 상술한 가변용량 베인펌프는 물론 다른 가변용량 펌프에도 적용된다. 따라서 상술한 제어기 유닛의 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기는 가변용량 기어펌프나 가변용량 피스톤펌프에도 적용이 가능하다.
본 소발명-3의 기타 변형이나 개량은 상술 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-3의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-3의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-3의 실시예-3-1 및 실시예-3-2의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-3을 제외한 본 명세서의 상이한 상술 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 네 번째 소발명(즉 소발명-4) 역시 유압식 자동변속기로서, 상기 유압식 자동변속기는 제어기 유닛을 포함하며, 상기 제어기 유닛은 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기를 포함하되, 상기 강도조절기는 하나 이상의 유체 밸브를 포함한다.
도 4a와 도 4b는 소발명-4의 다양한 실시예들에 대한 개략도이다. 특히 도 4a는 본 소발명-4의 첫 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이며, 도 4b는 본 소발명-4의 두 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이다. 단 하술의 도 4a 및 도 4b 역시 상기 유압식 자동변속기의 다양한 유압펌프 유닛과 다양한 제어기 유닛만을 도시한다. 따라서 도 4a 및 도 4b의 상기 유압식 자동변속기는 상술 또는 하술의 다양한 유압모터 유닛 및 유압모터를 포함하며, 상술 또는 하술의 본 발명의 다양한 유압식 자동변속 자전거에 장착할 수 있다.
도 4a는 소발명-4의 첫 번째 실시예(즉 실시예-4-1)의 개략도이다. 도 4a의 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기는 소발명-3의 유압식 자동변속기와 동일하다. 단 도 4a의 상기 유압식 자동변속기는 밸브를 사용하는 강도조절기를 추가로 포함한다. 일예로 실시예-4-1의 유압식 자동변속기는 유압펌프(21)의 유체배출구(135)와 강도조절 실린더(440) 사이의 유관에 강도조절 밸브(410)를 장착하여 상기 유관을 흐르는 가압 유체의 양을 조절한다. 특히 상기 강도조절 밸브(410)는 강도조절 하우징(420) 내부에 장착하며, 상기 강도조절 밸브(410)와 강도조절 스위치(310)를 와이어(320)를 이용하여 연결한다. 이에 따라 사용자는 상기 강도조절 스위치(310)로 와이어(320)를 조작함으로써 상기 강도조절 밸브(410)의 개폐 및 개폐의 정도를 조작할 수 있게 된다.
유체배출구(135)로부터 배출된 가압 유체는 상술한 강도조절 밸브(410)를 지나며 상기 강도조절 밸브(410)의 저항으로 인하여 압력이 감소된다. 그 결과 유체배출구(135)로부터 배출된 유체의 압력과 강도조절 피스톤(430)에 가해지는 유체의 압력은 상기 강도조절 밸브(410)를 지나며 감소된 압력만큼 차이가 나며, 그 결과 유방향조절기의 외부캠링 밸브(540)을 미는 압력도 감소한다. 따라서 사용자는 강도조절 스위치(310)로 와이어(320)를 조작함으로써 유방향조절기의 외부캠링 밸브(540)의 이동을 제어하여 구동 용적을 조절할 수 있으며, 궁극적으로는 본 발병의 유압식 자동변속 자전거의 무한 자동변속이 일어나는 기계적 부하 및 상기 무한 자동변속을 위하여 자신이 또는 전기모터가 페달에 가해야하는 기계적 에너지의 양을 조절할 수 있다. 그 결과 사용자는 자신의 체력 또는 자신이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 사용하는 목적에 따라 본 발명의 유압식 자동변속 자전거 및 상기 유압식 자동변속 자전거의 유압식 자동변속기를 용이하게 제어할 수 있다.
도 4b는 소발명-4의 두 번째 실시예(즉 실시예-4-2)의 개략도이다. 도 4b의 유압식 자동변속기 역시 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛(도시되지 않음)을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기는 소발명-3의 유압식 자동변속기와 동일하다. 단 도 4b의 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프(21)의 외부캠링(22) 외부에 형성된 첫 번째 돌출부에는 감량스프링(622)을 설치하고 두 번째 돌출부에는 복귀피스톤(620)을 설치한 경우이다. 따라서 실시예-4-1과는 달리 도 4b의 유압식 자동변속기는 유압펌프(21)의 외부캠링(22) 외부에 형성된 첫 번째 돌출부는 감량스프링(622)에 의하여 대응되고 두 번째 돌출부는 복귀피스톤(620)에 해당한다.
상술한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 네 번째 소발명(즉 소발명-4)과 상기 소발명-4의 다양한 실시예들 또는 상세예들에 대한 하술의 변형이나 개량도 각각 상술한 소발명-4의 범위에 속하며, 따라서 상기 변형이나 개량 역시 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에 속한다.
우선 본 소발명-4의 실시예-4-1 및 실시예-4-2의 유압식 자동변속기의 유압펌프는 다양한 가변용량 유압펌프를 사용할 수 있으며, 본 소발명-4의 실시예-4-1 및 실시예-4-2의 유압식 자동변속기 역시 다양한 유압펌프에 적용될 수 있다. 따라서 상술한 제어기 유닛의 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기는 가변용량 베인펌프는 물론 가변용량 기어펌프나 가변용량 피스톤펌프에도 적용이 가능하다.
또한 본 소발명-4의 강도조절 밸브(410)는 유압식 자동변속기의 다양한 부분에 설치될 수 있다. 따라서 상기 강도조절 밸브(410)는 유압펌프(21)의 하류와 강도조절 실린더(440) 사이는 물론 강도조절 실린더(440)와 주제어 밸브 하우징(520) 사이에 설치될 수도 있다. 또한 상기 밸브(410)는 유압식 자동변속기에 포함된 제어기 유닛(30)의 다양한 스프링이나 피스톤 전후에도 장착하여 상기 스프링이나 피스톤의 움직임에 영향을 주도록 설치할 수도 있다.
상기 강도조절 밸브(410)는 상술한 와이어 대신 상이한 기존의 조절 메카니즘으로 조작할 수도 있다. 일예로 강도조절 스위치(310)를 상기 강도조절 밸브(410)에 직접 연결하여 상술한 와이어를 사용할 필요가 없도록 제작할 수도 있으며, 상기 와이어 대신 톱니 기어 등을 장착하여 강도조절 스위치(310)로 상기 강도조절 밸브(410)를 조작할 수도 있다.
또한 강도조절 밸브(410)는 다수의 유관을 구성하고, 강도조절 실린더(440)와 강도조절 피스톤(430)을 다수개 구성하고, 다수의 유관들 중 일부를 단속 제어(on/off 제어)하여 강도조절 실린더(440)에 공급되는 가압 유체량을 조절할 수 있다. 특히 강도조절 실린더(440)에 공급되는 가압 유체량의 많고 적음에 따라 강도조절 피스톤(430)에 가하는 힘(강도조절 피스톤(430)의 단면적에 작용하는 가압 유체량에 의한 힘)이 달라지고, 따라서 상기 유압펌프(21)에서 배출되는 유체의 압력이 같아도 강도조절 피스톤(430)에 가하는 힘을 사용자가 임의적으로 조절할 수 있게 되어서 사용자가 자신의 체력에 알맞은 변속 강도를 편리하게 조절하여 자전거를 사용할 수 있다.
또한 상기 강도조절 스위치(310)는 별도의 강도조절 리모콘(도시되지 않음)을 통해 무선으로 조절할 수도 있다. 일예로 상기 강도조절 리모콘을 자전거의 핸들이나 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 부위에 구성하고, 사용자가 상기 강도조절 리모콘으로 변속 강도를 조절하면, 상기 강도조절 리모콘과 상기 강도조절 스위치(310)는 무선으로 작동하여 상기 강도조절 스위치(310)로 상기 강도조절 밸브(410)를 조작할 수도 있다. 따라서 사용자는 자신의 체력에 알맞은 변속 강도를 편리하게 조절하여 자전거를 사용할 수 있다.
또한 상기 강도조절 스위치(310)는 기계식 또는 전기식으로 조절하도록 구성할 수 있다. 일예로 사용자는 기계적 힘을 가하여 상기 강도조절 스위치(310)를 조작할 수도 있으며, 이와는 달리 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착된 별도의 배터리와 전기모터를 이용하여 상기 강도조절 스위치(310)를 조작할 수도 있다. 또한 사용자는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 장착된 별도의 발전기에서 발생하는 전기 에너지를 이용하여 상기 강도조절 스위치(310)을 조작할 수도 있다.
본 소발명-4의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-4의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-4의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-4의 실시예-4-1 및 실시예-4-2의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-4를 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 다섯 번째 소발명(즉 소발명-5) 역시 유압식 자동변속기로서, 상기 유압식 자동변속기는 제어기 유닛을 포함하며, 상기 제어기 유닛은 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기를 포함하되, 상기 강도조절기는 별도의 유관 및 피스톤-실린더를 포함한다.
도 5a 및 도 5b는 소발명-5의 다양한 실시예들에 대한 개략도이다. 특히 도 5a는 본 소발명-5의 첫 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이며, 도 5b는 본 소발명-5의 두 번째 실시예의 유압식 자동변속기의 구성 및 작동 방법에 대한 개략도이다. 단 하술의 도 5a 및 도 5b 역시 상기 유압식 자동변속기의 다양한 유압펌프 유닛과 다양한 제어기 유닛만을 도시한다. 따라서 도 5a 및 도 5b의 상기 유압식 자동변속기는 상술의 또는 하술의 다양한 유압모터 유닛 및 유압모터를 포함하며, 상술의 또는 하술의 본 발명의 다양한 유압식 자동변속 자전거에 장착할 수 있다.
도 5a는 소발명-5의 첫 번째 실시예(즉 실시예-5-1)의 개략도이다. 도 5a의 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛(도시되지 않음)을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기는 소발명-3의 도 3a 내지 도 3e 및 소발명-4의 도 4a의 유압식 자동변속기와 동일하다. 단 도 5a의 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프(21)의 우측 돌출부에 제어기 유닛(30)의 강도조절기로서 도 3a 내지 도 3e 또는 도 4a의 복귀스프링(621) 대신 별도의 유관과 복귀피스톤(620)을 사용하여 복귀스프링(621)의 기능을 수행하도록 구현한다.
한편 도 5b는 소발명-5의 두 번째 실시예(즉 실시예-5-2)의 개략도이다. 도 5b의 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프 유닛(20), 하나 이상의 제어기 유닛(30) 및 하나 이상의 유압모터 유닛(도시되지 않음)을 포함하며, 상기 유압식 자동변속기는 소발명-3의 도 3f 및 소발명-4의 도 4b의 유압식 자동변속기와 동일하다. 단 도 5b의 상기 유압식 자동변속기는 유압펌프(21)의 좌측 돌출부에 제어기 유닛(30)의 강도조절기로서 도 3f 또는 도 4b의 감량스프링(622) 대신 별도의 유관과 감량피스톤(610)을 사용하여 감량스프링(622)의 기능을 수행하도록 구현한다.
상술한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 다섯 번째 소발명(즉 소발명-5)과 상기 소발명-5의 다양한 실시예들 또는 상세예들에 대한 하술의 변형이나 개량도 각각 상술한 소발명-5의 범위에 속하며, 따라서 상기 변형이나 개량 역시 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에 속한다.
우선 본 소발명-5의 실시예-5-1 및 실시예-5-2의 유압식 자동변속기의 유압펌프는 다양한 가변용량 유압펌프를 사용할 수 있으며, 본 소발명-5의 실시예-5-1 및 실시예-5-2의 유압식 자동변속기 역시 다양한 유압펌프에 적용될 수 있다. 따라서 상술한 제어기 유닛의 유방향조절기, 배출량조절기 및 강도조절기는 가변용량 베인펌프는 물론 가변용량 기어펌프나 가변용량 피스톤펌프에도 적용이 가능하다.
또한 도 3a 내지 도 3e 또는 도 4a의 복귀스프링(621)은 변형 정도에 따라 구현하는 복원력이 변하는 반면 본 실시예-5-1의 복귀피스톤(620)은 다양한 유관에 의하여 연결되는 부의의 압력에 따라 구현하는 복원력이 일정할 수 있다. 일예로 도 5a의 경우, 복귀피스톤(620)은 변속 감량(완료) 시 대기압과 동일한 압력으로 유지되는 유체탱크(125)에 연결되며, 따라서 도 5a의 감량피스톤(610)은 대기압에 대응하여 유압펌프(21)의 배출량을 조절하게 된다. 따라서 도 5a의 복귀스프링(621)의 복원력을 증가시키거나 또는 상기 복원력을 부하에 비례하여 변화시키고자 하는 경우에는 일정 압력에 도달해야만 개방되는 안전 밸브를 유체탱크(125)에 장착하여 유체탱크(125)의 압력을 대기압 이상으로 유지함으로써 또는 상기 탱크(125)에 유입되는 유체 양에 따라 탱크(125)의 압력을 변하도록 구성함으로써 도 3a 내지 도 3e 또는 도 4a의 복귀스프링(621)과 더욱 유사한 복귀피스톤(620)을 구현할 수도 있다.
마찬가지로 도 3f 또는 도 4b의 감량스프링(622)은 변형 정도에 따라 구현하는 복원력이 변하는 반면 본 실시예-5-2의 감량피스톤(610)은 다양한 유관에 의하여 연결되는 부의의 압력에 따라 구현하는 복원력이 일정할 수 있다. 따라서 상기 감량피스톤(610) 역시 위 문단에서 설명한 바와 같이 안전 밸브를 이용하여 복원력을 조작할 수 있다.
본 소발명-5의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-5의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-5의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-5의 실시예-5-1 및 실시예-5-2의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-5를 제외한 본 명세서의 상이한 상술 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 여섯 번째 소발명(즉 소발명-6) 역시 유압식 자동변속기로서, 상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 유압펌프 유닛, 하나 이상의 유압모터 유닛 및 하나 이상의 제어기 유닛을 포함한다. 특히 상기 유압펌프 유닛 및 유압모터 유닛은 각각 하나 이상의 유압펌프 및 유압모터를 포함하되, 상기 유압펌프 및 유압모터 중 하나 이상은 가변용량인 반면 나머지는 정용량이다. 물론 상기 유압펌프와 유압모터 모두가 가변용량일 수도 있다.
따라서 소발명-6의 첫 번째 실시예(즉 실시예-6-1)에서는 상기 유압펌프 및 유압모터 중 하나만이 가변용량이며, 상기 가변용량 펌프 또는 모터는 전륜의 회전축, 페달축 또는 후륜의 회전축과 기계적으로 직접 또는 간접으로 연결될 수 있다.
이와는 달리 소발명-6의 두 번째 실시예(즉 실시예-6-2)에서는 상기 유압펌프와 유압모터가 모두 가변용량이며, 상기 가변용량 펌프와 가변용량 모터는 각각 전륜의 회전축과 페달축 또는 페달축과 전륜의 회전축에 각각 유사하게 연결되거나, 페달축과 후륜의 회전축 또는 후륜의 회전축과 페달축에 각각 유사하게 연결되거나, 또는 전륜의 회전축과 후륜의 회전축 또는 전륜의 회전축과 후륜의 회전축에 각각 유사하게 연결될 수 있다.
이와는 달리 소발명-6의 세 번째 실시예(즉 실시예-6-3)에서는 유압펌프 유닛 또는 유압모터 유닛이 각각 두 개 이상의 동일한 종류 또는 상이한 종류의 유압펌프 또는 유압모터들을 포함할 수 있다. 일예로 상기 유압펌프 유닛이 베인펌프와 기어펌프(또는 두 개의 베인펌프)를 포함하며, 상기 펌프들이 한 펌프가 구동하여 다른 펌프를 구동하도록 직렬로 연결되거나, 이와는 달리 상기 펌프들이 사용자가 가하는 기계적 에너지 또는 전기모터에 의하여 함께 구동되도록 병렬로 연결되는 경우에 해당한다. 상기 유압식 자동변속기가 전자와 같이 직렬로 연결된 펌프들을 포함한 경우, 상기 유압펌프들은 모두 가변용량이거나, 모두 정용량이거나, 하나는 가변용량인 반면 나머지는 정용량으로 제작할 수 있다. 이와는 달리 상기 유압식 자동변속기가 후자와 같이 병렬로 연결된 펌프들을 포함한 경우, 상기 유압펌프들은 모두 가변용량이거나 또는 모두 정용량이도록 제작함이 유리하다. 이와 마찬가지로 상기 유압식 자동변속기의 유압모터 유닛이 두 개 이상의 병렬로 연결된 유압모터들을 가질 경우에도 상기 유압모터들은 상술한 바와 같이 직렬 또는 병렬로 연결함이 유리하다.
본 소발명-6의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-6의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-6의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-6의 실시예-6-1 내지 실시예-6-3의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-6을 제외한 본 명세서의 상이한 상술 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 일곱 번째 소발명(즉 소발명-7)은 사용자가 가하는 기계적 에너지와 배터리가 제공하는 전기 에너지로 구동되는 전기모터가 가하는 기계적 에너지 중 하나 이상을 이용하여 구동하는 유압식 자동변속 자전거이다. 따라서 상기 유압식 자동변속 자전거는 상술한 바와 같이 상기 기계적 에너지를 이용하여 무한 자동변속이 가능하도록 구동된다. 본 소발명-7의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 구성으로 상기 배터리 및 이에 의하여 구동되는 전기모터를 장착할 수 있으며 상기 유압식 자동변속 자전거는 다양한 방법으로 작동이 가능하다.
따라서 소발명-7의 첫 번째 실시예(즉 실시예-7-1)에서는 배터리의 전기 에너지로 구동되는 전기모터를 이용하여 페달축을 직접 구동하도록 장착할 수 있다. 따라서 상기 전기모터는 도 1a 내지 도 5b에서 상술한 사용자의 기계적 에너지를 대신하여 페달축을 직접 구동하도록 장착할 수 있으며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기는 도 1a 내지 도 5b에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 작동함으로써 사용자가 상기 유압식 자동변속 자전거를 사용할 수 있다.
또한 소발명-7의 두 번째 실시예(즉 실시예-7-2)에서는 상기 전기모터가 유압펌프의 구동축 또는 유압모터의 구동축을 직접 구동하도록 장착할 수 있으며, 그 결과 상기 유압식 자동변속기 역시 도 1a 내지 도 5b에서 설명한 방법과 동일한 또는 유사한 방법으로 작동함으로써 사용자가 상기 유압식 자동변속 자전거를 사용할 수 있다.
한편 소발명-7의 세 번째 실시예(즉 실시예-7-3)에서는 상기 전기모터가 전륜의 회전축 또는 후륜의 회전축을 직접 구동하는 동시에 자체적으로 자동 변속을 구현하도록 장착할 수 있다. 그 결과 사용자가 본 실시예의 전기모터로 전륜이나 후륜의 회전축을 직접 구동하는 경우, 상술 또는 하술의 상기 유압식 자동변속기는 작동하지 않게 된다.
본 소발명-7의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-7의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-7의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-7의 실시예-7-1 내지 실시예-7-3의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-7을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 여덟 번째 소발명(즉 소발명-8)은 배터리나 발전기를 이용하여 전기로 상기 제어기 유닛을 조작할 수 있는 유압식 자동변속기이다. 일예로 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 자전거용 발전기를 포함하고 상기 발전기로부터 생성되는 전기 에너지를 이용하여 또는 상술의 소발명-7의 배터리를 포함하고 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 상기 유압식 자동변속기의 제어기 유닛 등을 조작할 수 있도록 제작할 수 있다.
도 6a는 소발명-8의 첫 번째 실시예(즉 실시예-8-1)의 개략도이다. 도 6a에서와 같이 유압식 자동변속기는 감량 전기모터(611), 바퀴 회전센서(614) 및 컨트롤러(612)를 포함하며, 상기 감량 전기모터(611)은 복귀스프링(621)에 대응하여 유압펌프(21)의 외부캠링(22)의 좌측 돌출부를 지탱하도록 제작하고, 바퀴 회전센서(614)는 전륜 또는 후륜의 회전수를 감지하도록 제작하여 전륜이나 후륜 또는 상기 회전수를 감지할 수 있는 기타 위치에 장착하며, 상기 컨트롤러(612)는 상기 바퀴 회전센서(614)가 측정하는 전륜 또는 후륜의 회전수에 근거하여 상기 감량 전기모터(611)을 구동함으로써 상기 외부캠링(22)을 밀거나 당기는 등 조작할 수 있도록 장착한다. 물론 상기 감량 전기모터(611)는 상술한 바와 같이 기존의 자전거용 발전기 또는 상술의 소발명-7의 배터리를 이용하여 구동한다.
따라서 자전거 주행 시 사용자가 언덕을 올라가게 되면 상술한 부하 연동에 따라 전륜과 후륜의 회전수가 감소하며, 이에 따라 상기 컨트롤러(612)는 상기 감량 전기모터(611)를 조작하여 상기 외부캠링(22)의 상기 좌측 돌출부를 복귀스프링(621) 방향으로 밀게 된다. 그 결과 상기 외부캠링(22)의 중심과 유압펌프(21)의 구동축(25) 사이의 거리가 감소하며, 이에 따라 상기 유압펌프(21)의 구동 용적이 감소하여 배출량이 감소한다. 이에 따라 상기 유압펌프(21)로부터 배출된 유체를 유입한 유압모터의 회전수 역시 감소하여 상기 유압식 자동변속기는 자동으로 감속 변속을 구현한다.
반대로 자전거 주행 시 사용자가 언덕을 내려가게 되면 상술한 부하 연동에 따라 전륜과 후륜의 회전수가 증가하며, 이에 따라 상기 컨트롤러(612)는 상기 감량 전기모터(611)를 조작하여 상기 외부캠링(22)의 상기 좌측 돌출부를 복귀스프링(621) 반대 방향으로 당기게 된다. 그 결과 상기 외부캠링(22)의 중심과 유압펌프(21)의 구동축(25) 사이의 거리가 증가하며, 이에 따라 상기 유압펌프(21)의 구동 용적이 증가하여 배출량 역시 증가한다. 이에 따라 상기 유압펌프(21)로부터 배출된 유체를 유입한 유압모터의 회전수 역시 증가하여 상기 유압식 자동변속기는 자동으로 증속 변속이 구현한다.
단 본 소발명-8의 실시예-8-1의 바퀴 회전센서(614)는 자전거 주행 시 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하와 연동될 수 있는 상이한 변수를 측정하는 센서로 대체할 수도 있다. 일예로 상기 바퀴 회전센서(614) 대신 페달축 회전센서를 사용할 경우, 자전거의 구동축에 가해지는 기계적 부하와 부하 연동되는 페달축의 회전 속도를 감지함으로써 동일한 자동 변속이 가능해진다. 또한 상기 바퀴 회전센서(614) 대신 압력센서를 사용할 경우 상기 기계적 부하와의 압력 연동되어 변하는 유압모터 내부의 압력 또는 유압모터로부터 배출되는 유체의 압력을 측정함으로써 상기 유압식 자동변속기는 감속 및 증속을 구현할 수 있다. 이 외에도 상기 유압식 자동변속기는 상기 기계적 부하와 연동되는 상이한 변수를 측정하여 자동 변속을 구현할 수 있다.
또한 도시되지는 않았지만 상술의 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품도 본 소발명-8의 실시예-8-1에 포함될 수 있다. 또한 상술한 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품 역시 본 소발명-8의 감량 전기모터(611)를 이용하여 전기적으로 조절할 수 있다.
도 6b는 소발명-8의 두 번째 실시예(즉 실시예-8-2)의 개략도이다. 도 6b에서와 같이 유압식 자동변속기는 주제어밸브 제어 전기모터(615), 바퀴 회전센서(614) 및 컨트롤러(612)를 포함하며, 상기 주제어밸브 제어 전기모터(615)는 주제어밸브 하우징(520) 내부의 일단부에 위치한 주제어밸브 스프링(530)에 대응하여 상기 주제어밸브 하우징(520) 내부의 주제어밸브(510)를 지탱하도록 제작하고, 바퀴 회전센서(614)는 전륜 또는 후륜의 회전수를 감지하도록 제작하여 전륜이나 후륜에 또는 상기 회전수를 감지할 수 있는 기타 위치에 장착하며, 상기 컨트롤러(612)는 상기 바퀴 회전센서(614)가 측정하는 전륜 또는 후륜의 회전수에 근거하여 상기 주제어밸브 제어 전기모터(615)를 구동함으로써 상기 주제어밸브(510)를 밀거나 당기는 등 조작할 수 있도록 제작한다. 물론 상기 주제어밸브 제어 전기모터(615)는 상술한 바와 같이 기존의 자전거용 발전기 또는 상술의 소발명-7의 배터리를 이용하여 구동한다.
따라서 자전거 주행 시 사용자가 언덕을 올라가거나 내려가게 되면 상술한 부하 연동에 따라 전륜과 후륜의 회전수가 감소하며, 이에 따라 상기 컨트롤러(612)는 상기 주제어밸브 제어 전기모터(615)를 조작하여 주제어밸브(510)의 위치를 이동시킨다. 그 결과 감량피스톤(610)을 밀어 외부캠링(22)의 중심과 구동축(25) 사이의 거리가 줄어들어 유압펌프(21)의 배출량이 감소하거나 복귀피스톤(620)이 상기 거리를 증가시켜 유압펌프(21)의 배출량이 증가한다. 이에 따라 상기 유압펌프(21)로부터 배출된 유체를 유입한 유압모터의 회전수 역시 감소하거나 증가하여 상기 유압식 자동변속기는 자동으로 감속 변속을 구현한다.
상술한 소발명-8의 실시예-8-1의 감량 전기모터(611)는 외부캠링(22)의 위치를 직접 조작하여 유압펌프(21)의 배출량을 직접적으로 조절하며 이에 따라 상기 유압식 자동변속기의 변속비를 직접적으로 조작한다. 이에 반하여 상술한 실시예-8-2의 상기 주제어밸브 제어 전기모터(615)는 제어기 유닛의 유방향조절기를 조작하여 가압 유체의 흐름을 조작함으로써 상기 유압식 자동변속기의 변속비를 간접적으로 조작한다고 간주할 수 있다.
본 소발명-8의 실시예-8-2의 바퀴 회전센서(614)는 상술한 실시예-8-1과 같이 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하와 연동될 수 있는 상이한 변수를 측정하는 센서로 대체할 수도 있다. 또한 도시되지는 않았지만 상술의 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품도 본 소발명-8의 실시예-8-2에 포함될 수 있다. 또한 상술한 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품 역시 본 소발명-8의 감량 전기모터(611)를 이용하여 전기적으로 조절할 수 있다.
도 6c는 소발명-8의 세 번째 실시예(즉 실시예-8-3)의 개략도이다. 도 6c에서와 같이 유압식 자동변속기는 감량 전기모터(611), 압력센서(613) 및 컨트롤러(612)를 포함하며, 상기 감량 전기모터(611)와 컨트롤러(612)는 본 소발명-8의 실시예-8-1에서 설명한 바와 같이 배치한다. 한편 상기 압력센서(613)는 강도조절 피스톤(430) 일단에 장착함으로써 유압펌프(21)의 유압배출구(135)를 통하여 배출되는 유체의 압력을 감지하며, 상기 컨트롤러(612)는 상기 압력에 따라 상기 감량 전기모터(611)을 구동함으로써 상기 외부캠링(22)을 밀거나 당기는 등 조작할 수 있도록 장착한다. 물론 상기 감량 전기모터(611)는 상술한 바와 같이 기존의 자전거용 발전기 또는 상술의 소발명-7의 배터리를 이용하여 구동한다.
본 실시예-8-3의 압력센서(613)는 상술한 실시예-8-1의 바퀴 회전센서(614)에 해당한다. 따라서 상술의 실시예-8-1의 컨트롤러(612)는 전륜 또는 후륜의 회전수에 근거하여 상기 감량 전기모터(611)을 구동함으로써 상기 외부캠링(22)을 밀거나 당김으로써 유압펌프(21)의 배출량을 조절하는 반면, 본 실시예-8-3의 컨트롤러(612)는 유압펌프(21)가 배출하는 유체의 압력에 근거하여 상기 감량 전기모터(611)을 구동함으로써 상기 외부캠링(22)을 밀거나 당김으로써 유압펌프(21)의 배출량을 조절한다는 차이점이 있다. 하지만 상술한 부하 연동 및 압력 연동 사이의 유사점을 고려한다면 본 실시예-8-3의 유압식 자동변속기와 상술의 실시예-8-1의 유압식 자동변속기 사이에는 상당한 공통점이 있음을 알 수 있다.
또한 실시예-8-3의 유압식 자동변속기는 도 6c의 좌상부에서와 같이 강도조절 스위치(310), 와이어(320) 및 강도조절 밸브(410)를 포함한다. 따라서 사용자는 도 4a, 도 4b 및 도 5b에서 설명한 바와 같이 기계적 에너지를 가하여 또는 전기 에너지를 이용하여 상기 강도조절 스위치(310)를 조절함으로써 강도조절 피스톤(430)에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
본 소발명-8의 실시예-8-3의 압력센서(613)는 상술한 실시예-8-1 및 실시예-8-2와 같이 자전거의 구동 바퀴(일예로 후륜)에 가해지는 기계적 부하 및 이로 인한 유압모터 내부 압력 또는 유압모터로부터 배출되는 유체의 압력과 연동될 수 있는 상이한 변수를 측정하는 센서로 대체할 수도 있다. 또한 도시되지는 않았지만 상술의 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품도 본 소발명-8의 실시예-8-2에 포함될 수 있다. 또한 상술한 소발명-3 내지 소발명-5에서 예시한 강도조절기의 다양한 부품 역시 본 소발명-8의 감량 전기모터(611)를 이용하여 전기적으로 조절할 수 있다.
본 소발명-8의 기타 변형이나 개량은 상술한 또는 하술의 다른 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 계량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기의 변형이나 개량과 동일하거나 유사하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 소발명-8의 유압식 자동변속기나 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 구성 및 사용 또는 작동과 관련된 각각의 실시예의 기타 특징은 본 소발명-8의 상이한 실시예들의 특징들과 동일하거나 유사하다. 또한 본 소발명-8의 실시예-8-1 내지 실시예-8-3의 유압식 자동변속기 및 상기 유압식 자동변속기를 사용한 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 본 소발명-8을 제외한 본 명세서의 상이한 상술의 또는 하술의 소발명들 및 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 이들의 변형이나 개량의 유압식 자동변속 자전거나 유압식 자동변속기와 전체적으로 또는 부분적으로 호환 및 조합도 가능하다.
본 명세서의 “과제의 해결 수단” 및 “발명을 실시하기 위한 구체적인 내용”에서 설명한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 다양한 소발명들 및 상기 소발명들 각각의 다양한 실시예들 또는 상세예들과 같이 구성하고, 제작 및 사용할 수 있다. 단 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 상술의 다양한 소발명들, 실시예들 및 상세예들은 자전거는 물론 유압식 장치에 대한 통상적 지식에 근거하여 변형되거나 개량될 수 있으며, 상기 변형이나 개량 역시 각각 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 범위에 속한다.
우선 본 발명의 “유압식 자동변속 자전거”는 (1) 사용자가 페달을 돌림으로써 페달축에 가하는 기계적 에너지에 의하여 구동하는 “기계식 자전거”는 물론 (2) 배터리로 전기모터를 구동하되 상기 전기모터가 배터리의 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 이를 상기 페달축에 가하거나, 유압펌프 유닛이나 유압펌프의 구동축에 가하거나 또는 유압모터 유닛이나 유압모터의 구동축에 가하여 구동하는 “전기 자전거”를 모두 포함한다. 또한 본 발명의 “유압식 자동변속 자전거”가 상기 “기계식 자전거”이건 “전기 자전거”이건 상술한 유압식 자동변속기의 구조나 작동 방법에는 하등 영향을 미치지 않거나 거의 영향을 미치지 않으며, 상기 영향 역시 당업자가 충분히 용이하게 해결할 수 있는 정도에 불과하다. 따라서 본 명세서에서 “사용자가 페달에 가하는 기계적 에너지”나 “사용자가 페달축에 가하는 기계적 에너지”는 “배터리가 구동하는 전기모터가 페달축이나 유압펌프의 구동축이나 유압모터의 구동축에 가하는 기계적 에너지”와 동일한 의미로 사용될 수 있다. 즉 본 명세서에서 예시한 본 발명의 “유압식 자동변속 자전거” 중 상기 “기계식 자전거”에 대한 다양한 소발명들, 상기 소발명들의 실시예들, 상기 실시예들의 상세예들은 용이하게 배터리와 전기모터를 이용하여 “전기 자전거”로 변환될 수 있으며, 따라서 이러한 “전기 자전거” 역시 본 발명의 “유압식 자동변속 자전거”의 범위에 속한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에서 사용되는 다양한 종류의 유압식 자동변속기는 외부의 기계적 부하(일예로 노면 상태)에 따라 또는 상기 기계적 부하의 변화에 따라 유압 연동을 통하여 거의 실시간으로 무한 자동변속을 구현할 수 있다. 왜냐하면 상술한 바와 같이 상기 기계적 부하 또는 이의 변화에 대한 압력 연동은 유압모터 유닛과 유압펌프 유닛 사이에서 가압 유체를 통하여 이루어지므로 변속 반응 시간이 매우 짧기 때문이다.
하지만 상기 변속 반응 시간이 짧아질수록 상기 유압식 자동변속기는 외부의 기계적 저항, 즉 주행하는 노면의 굴곡에 거의 실시간으로 대응하며 자동변속을 구현하게 되며, 이에 따라 사용자는 시시각각 변하는 변속에 불편함을 느낄 수도 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에서 사용되는 다양한 종류의 유압식 자동변속기는 동일한 원리를 이용하여 상기 변속 반응 시간(또는 변속 응답 시간)을 증가시킴으로써 자동변속의 시점(timing) 또는 정도를 조절(dampen)할 수도 있다. 즉 상술한 유압 연동과 관련된 유체의 흐름을 지연시킴으로써 상기 기계적 부하 또는 이의 변화에 따르는 변속의 민감도를 감소시키는 방법이다. 일예로 상기 유압식 자동변속기의 제어기 유닛의 하나 이상의 유관의 단면적, 길이 또는 저항을 조절함으로써 유체의 흐름을 지연하여 상기 변속 반응 시간을 조절할 수 있다. 또는 상기 제어기 유닛에 하나 이상의 밸브를 장착하여 유체의 흐름을 지연시킴으로써 상기 변속 반응 시간을 조절할 수도 있다. 이와는 달리 상기 유압식 자동변속기에 하나 이상의 댐퍼(damper) 또는 윈드캐셀(windkessel)을 장착하여 유체의 압력 변화를 제어할 수도 있다. 따라서 사용자는 자신이 원하는 자동변속의 시점이나 정도를 조절할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 유압펌프나 유압모터의 구동축은 본 발명의 유압식 자동변속 자전거의 전륜의 회전축, 후륜의 구동축 또는 페달의 페달축과 직접 또는 간접으로 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 기계적 연결은 다양한 방법으로 구현할 수 있다. 일예로 상기 기계적 연결은 기존의 체인, 체인 기어 또는 기어 어셈블리를 사용하여 구현할 수 있다. 이와는 달리 상기 기계적 연결은 동력을 전달할 수 있는 기존의 각종 동력 전달용 벨트를 구현할 수 있다. 물론 상기 기계적 연결은 상기 체인, 체인 기어, 기어 어셈블리 또는 동력 전달용 벨트를 혼용하여 구현할 수도 있다.
상술한 다양한 유압식 자동변속기는 기존의 성인용, 청소년용 또는 어린이용 자전거에 장착하여 상기 기존의 자전거를 본 발명의 유압식 자동변속 자전거로 변환할 수 있다. 물론 이를 위하여 다양한 유압식 자동변속기 외에도 본 발명의 유압식 자동변속 자전거와 관련하여 기재한 상술의 다양한 부품 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 자전거와 같이 다양한 용도로 사용될 수 있다. 따라서 상기 유압식 자동변속 자전거는 체력 증진, 자전거 경기, 화물 운반, 출퇴근 등의 목적으로 사용될 수 있으며, 상기 유압식 자동변속 자전거에 장착되는 상술의 다양한 유압식 자동변속기 역시 상기 용도에 알맞은 변속비 또는 변속비의 범위를 가지도록 제작할 수 있다. 또한 상기 유압식 자동변속기에 사용되는 제어기 유닛 역시 상기 용도에 알맞은 강도조절 스위치, 강도조절 밸브, 주제어밸브 스프링, 감량피스톤, 복귀피스톤, 복귀스프링 또는 감량스프링 등을 사용할 수 있다. 따라서 제작자는 체력 증진, 자전거 경기, 화물 운반, 출퇴근 등의 목적에 따라 이에 알맞은 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 제작, 판매할 수 있다. 이와는 달리 제작자는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거를 범용으로 제작하는 반면 상기 자전거의 판매자 또는 사용자가 상기 강도조절 스위치, 강도조절 밸브, 주제어밸브 스프링, 감량피스톤, 복귀피스톤, 복귀스프링 또는 감량스프링 등을 기계적 에너지를 이용하여 또는 전기 에너지를 이용하여 상술한 방법에 따라 조작할 수 있도록 제작할 수도 있다.
또한 본 명세서에 기재하지는 않았지만 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 기존의 자전거에 장착할 수 있는 각종 부가 부품들을 동일한 또는 유사한 방법으로 장착하여 사용할 수 있다. 따라서 본 발명의 유압식 자동변속 자전거는 핸들바, 그립, 안장, 서스펜션, shock 흡수장치, 흙받이, 기계식 브레이크 및 브레이크 레버, 지지대 또는 받침대, 전조등, 후미등, 전륜 짐받이, 후륜 짐받이, 반사경 등을 포함할 수 있다.
위에서는 본 발명의 유압식 자동변속 자전거 및 상기 자전거에 장착할 수 있는 다양한 유압식 자동변속기에 대한 다양한 소발명들, 상기 소발명들의 다양한 실시예들 및 상기 실시예들에 대한 다양한 상세예들을 설명하였다. 단 상기 소발명들, 실시예들 및 상세예들은 본 발명의 유압식 자동변속 자전거에 대한 예시일 뿐이며, 따라서 하술의 청구항의 권리범위를 제한하기 위함은 아니다.
10 유압식 자동변속기 20 유압펌프 유닛
21 유압펌프 22 외부캠링
23 로터 24 베인
25 유압펌프 구동축 30 제어기 유닛
30A 제어기 유닛 30B 제어기 유닛
40 유방향조절기 50 배출량조절기
60 강도조절기 70 몸체
70A, 70B, 70C, 70D 프레임 71 전륜
72 후륜 73 체인
75 회전축 77 페달축
78 페달 79 안장
90 유압모터 유닛 95 유압모터 구동축
100 유압식 자동변속 자전거 125 유체탱크
134 유체유입구 135 유체배출구
310 강도조절 스위치 320 와이어
410 강도조절 밸브 420 강도조절 하우징
430 강도조절 피스톤 440 강도조절 실린더
510 주제어 밸브 511 외부 유관
512 내부 유관 520 주제어 밸브 하우징
530 주제어밸브 스프링 540 외부캠링 밸브
542 밸브 지렛대 레버 543 지렛대 레버 중심축
610 감량피스톤 611 감량 전기모터
612 컨트롤러 613 압력센서
614 바퀴 회전센서 615 주제어밸브 제어 전기모터
620 복귀피스톤 621 복귀스프링
622 감량스프링

Claims (54)

  1. 하나 이상의 강도조절기, 유체를 가압하여 배출할 수 있는 하나 이상의 유압모터 및 하나 이상의 유압펌프를 포함하며,
    상기 유압모터는 모터 구동축을 포함하고, 상기 유압펌프로부터 주입되는 상기 가압 유체로 상기 모터 구동축을 회전시킴으로써 구동력을 발생하며,
    상기 유압모터는 내부의 상기 유체의 압력인 모터압력이 외부로부터 가해지는 기계적 부하가 증가 또는 감소함에 따라 각각 증가 또는 감소하도록 하며,
    상기 유압펌프는 펌프 구동축을 포함하고, 펌프 구동 용적을 가지며, 상기 유압펌프에 전달되는 기계적 에너지를 이용하여 상기 유압펌프 내부의 상기 유체를, 상기 모터압력보다 높은 펌프압력으로 가압하여 상기 펌프 구동축 1 회전 당 펌프 배출량으로 상기 유압모터로 배출하며,
    상기 유압펌프는 상기 기계적 부하가 변화함에 따라 상기 펌프 배출량을 변화시킴으로써 상기 펌프 구동축의 회전수와 상기 모터 구동축의 회전수의 비율이 상기 기계적 부하에 따라 자동으로 변하는 변속을 구현하며,
    상기 강도조절기는 상기 기계적 부하가 변화함에 따라 상기 유압펌프의 상기 구동 용적을 변화시킴으로써, 상기 펌프 배출량이 변하는 상기 펌프압력의 특정 값, 상기 펌프 배출량이 변하는 상기 모터압력의 특정 값, 및 상기 펌프 배출량이 변하는 상기 기계적 부하의 특정 값 중 하나 이상을 조절함으로써 상기 비율을 조절하는 유압식 자동변속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강도조절기는 상기 유압모터가 일정량의 상기 가압 유체를 배출하는 데 필요한 상기 기계적 에너지의 양과 상기 유압펌프가 상기 펌프 배출량을 배출하는 데 필요한 상기 기계적 에너지의 양을 조절할 수 있는 유압식 자동변속기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 강도조절기는 상기 비율이 변하는 상기 펌프압력의 범위, 및 상기 비율이 변하는 상기 기계적 부하의 범위를 조절할 수 있는 유압식 자동변속기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 범위는 최대값 및 최소값 중 하나 이상인 유압식 자동변속기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압펌프는 중심축을 가지고, 상기 기계적 부하의 변화에 따라 상기 중심축과 상기 펌프 구동축 사이의 편심도를 변화시킴으로써 상기 펌프 구동 용적을 변화시키고, 그 결과 상기 펌프 배출량을 변화시키며,
    상기 강도조절기는 상기 편심도가 변하는 상기 펌프압력의 특정 크기, 상기 편심도가 변하는 상기모터압력의 특정 크기, 및 상기 편심도가 변하는 상기 기계적 부하의 특정 크기 중 하나 이상을 조절할 수 있는 유압식 자동변속기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압펌프는 상기 기계적 부하가 증가 및 감소함에 따라 상기 펌프 배출량을 각각 감소 및 증가시킬 수 있는 유압식 자동변속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 강도조절기는 상기 기계적 부하의 일정 증가 및 일정 감소에 대하여 각각 상기 펌프 배출량이 감소되는 정도 및 증가하는 정도를 조절할 수 있는 유압식 자동변속기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계적 에너지는 전기 에너지를 변환한 기계적 에너지 및 사용자가 가하는 기계적 에너지 중 하나 이상인 유압식 자동변속기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압모터는 모터 구동 용적을 가지고,
    상기 모터 구동 용적과 상기 펌프 구동 용적의 비율이 최소 0.1 이상이며 최대 10.0 이하인 유압식 자동변속기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압펌프는 베인펌프, 기어펌프 및 피스톤펌프 중 하나이며,
    상기 유압모터는 베인모터, 기어모터 및 피스톤모터 중 하나인 유압식 자동변속기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유압펌프는 상기 베인펌프인 유압식 자동변속기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압펌프는 가변용량 유압펌프 및 정용량 유압펌프 중 하나이고,
    상기 유압모터는 정용량 유압모터 및 가변용량 유압모터 중 하나이되,
    상기 유압펌프 및 상기 유압모터 중 하나는 각각 상기 가변용량 유압펌프 및 상기 가변용량 유압모터인 유압식 자동변속기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하되,
    상기 커버는 그 내부에 상기 유압펌프 및 상기 유압모터 중 하나 이상의 부피의 최소 1/2 이상을 포함함으로써, 상기 유압펌프 및 상기 유압모터 중 하나 이상을 외부 충격으로부터 보호할 수 있는 유압식 자동변속기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압식 자동변속기는 하나 이상의 커버를 포함하고,
    상기 유압모터, 상기 유압펌프, 및 상기 강도조절기 중 두 개 이상을 연결하는 다수의 유관들을 포함하되,
    상기 커버는 그 내부에 상기 유관들의 길이의 합의 최소 1/2 이상을 포함함으로써 상기 유관의 상기 1/2 이상을 외부 충격으로부터 보호할 수 있는 유압식 자동변속기.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항, 또는 제 6 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 유압식 자동변속기를 포함하는 자전거.
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