KR102574520B1

KR102574520B1 - 훈련보조기능을 갖는 자전거 주행 훈련장치

Info

Publication number: KR102574520B1
Application number: KR1020220014373A
Authority: KR
Inventors: 최용환; 정환희
Original assignee: 정환희
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2023-09-01
Also published as: KR20230117962A

Abstract

라이더가 자신의 신체조건으로 피팅된 자전거로 실내에서 주행훈련이나 주행자세교정을 수행할 수 있게 도와주는 자전거 주행 훈련장치가 개시된다. 이를 위하여 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 전방에서 자전거의 앞바퀴를 회전 가능하게 지지하는 전륜지지롤러와, 상기 베이스 프레임의 후방에서 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제1 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러 후방의 베이스 프레임에 설치되어 상기 제1 후륜지지롤러와 함께 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제2 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러와 전륜지지롤러를 감싸는 폐곡선구조로 형성되어 제1 후륜지지롤러의 회전력을 전륜지지롤러에 전달하는 동력전달부와, 상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 증감시킬 수 있도록 제1 후륜지지롤러에 설치되는 구동부와, 상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 측정하여 속도정보를 생성하는 속도센서와, 상기 구동부에 전류를 공급하는 전원부, 및 상기 속도센서로부터 수집되는 속도정보에 따라 전원부 및 구동부의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 자전거 주행 훈련장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 훈련 시작 시 구동부가 자전거 바퀴에 접촉된 롤러의 회전을 촉진시켜 줄 수 있고 훈련도중에 구동부가 자전거 바퀴에 접촉된 롤러에 걸리는 저항을 증가시켜 줄 수 있다.

Description

훈련보조기능을 갖는 자전거 주행 훈련장치{BICYCLE DRIVING TRAINING DEVICE WITH TRAINING AID FUNCTION}

본 발명은 자전거 주행 훈련을 보조하는 기능을 제공하는 자전거 주행 훈련장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라이더가 자신의 신체조건으로 피팅된 자전거로 실내에서 주행훈련이나 주행자세교정을 수행할 수 있게 도와주는 자전거 주행 훈련장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거 트레이너 또는 자전거 롤러라는 명칭으로 불리는 자전거 운동기구는 러닝머신과 함께 가장 널리 사용되는 실내 운동용 헬스기구로서, 회전 롤러나 거치대에 안착된 자전거에 탑승한 라이더가 페달을 이용하여 회전저항력(자력 등)이 가해진 휠을 회전시키도록 하는 방식으로 하체근력의 강화를 도모하게 된다.

이러한 종래 자전거 운동기구는 날씨에 구애받지 않고 휠에 가해지는 회전저항력의 조절을 통해 상대적으로 짧은 시간의 운동만으로도 라이더에게 상당히 높은 운동효과를 제공할 수 있는 장점이 있다.

그렇지만, 종래 자전거 운동기구는 밀폐된 실내공간 내에서 벽면 등을 마주한 채 단순히 회전저항력이 가해진 페달링 운동만을 지속하기 때문에 실제 자전거 라이딩시의 즐거움을 라이더에게 전혀 제공하지 못함에 따른 무료함이나 싫증으로 인해 연속성 있는 페달링 운동을 지속하기 어려운 문제가 있었다.

위와 같은 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1135568호로 자전거 주행 연습기에 관한 기술을 발명되었다. 이러한 자전거 주행 연습기는 프레임과, 이 프레임의 일측에 설치되어 자전거의 앞바퀴가 회동가능하게 지지되는 앞바퀴지지체와, 상기 프레임의 타측에 설치되어 자전거의 뒷바퀴가 회동가능하게 지지되는 한 쌍의 뒷바퀴지지체를 포함하고 있다.

이러한 자전거 주행 연습기는 라이더의 신체조건으로 피팅된 사이클 등의 개인 자전거를 날씨 등의 문제로 실외에 사용하기 어려운 상황인 경우, 개인 자전거를 실내에서 사용할 수 있도록 도와주어 라이더에게 지속적인 주행훈련의 기회를 제공한다.

또한, 상기 자전거 주행 연습기는 라이더가 페달을 돌리지 않더라도 구동모터의 구동력으로 앞바퀴의 접촉된 롤러와 뒷바퀴에 접촉된 롤러를 회전시킬 수 있기 때문에 자전거 페달에 걸리는 하중이 감소되어 페달을 돌리기 쉽다는 장점이 있다.

그러나, 전술한 자전거 주행 연습기는 실외와 유사한 환경에서 페달에 걸리는 하중을 동일한 수준으로 유지하거나, 오히려 많은 운동량을 위해 실외에서 실제 페달에 걸리는 하중보다 높은 수준으로 하중을 걸리게 하는 것이 어렵다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1135568호(2012.04.17 공고) 대한민국 등록특허 제10-1503650호(2015.03.17 공고) 대한민국 공개실용신안 제20-2011-0009037호(2011.09.22 공개) 대한민국 등록특허 제10-1771889호(2017.08.28 공고)

따라서, 본 발명의 목적은 자전거의 주행훈련을 실외에서 사용하는 자전거를 그대로 사용하여 실내에서 진행할 수 있고, 자전거 바퀴의 회전속도에 따라 라이더의 자전거 주행 훈련에 도움이 되도록 구동력을 선택적으로 제공할 수 있는 자전거 주행 훈련장치를 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 전방에 설치되어 자전거의 앞바퀴를 회전 가능하게 지지하는 전륜지지롤러와, 상기 베이스 프레임의 후방에 설치되어 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제1 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러 후방의 베이스 프레임에 설치되어 상기 제1 후륜지지롤러와 함께 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제2 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러와 전륜지지롤러를 감싸는 폐곡선구조로 형성되어 제1 후륜지지롤러의 회전력을 전륜지지롤러에 전달하는 동력전달부를 포함하는 자전거 주행 훈련장치에 있어서, 상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 증감시킬 수 있도록 제1 후륜지지롤러에 설치되는 구동부와, 상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 측정하여 속도정보를 생성하는 속도센서와, 상기 구동부에 전류를 공급하는 전원부, 및 상기 속도센서로부터 수집되는 속도정보에 따라 전원부 및 구동부의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 자전거 주행 훈련장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 운동 시작 시 구동부가 자전거 바퀴에 접촉된 롤러의 회전을 보조해 줄 수 있어 라이더의 무릎에 걸리는 부하가 감소되므로, 남녀노소 누구나 안전하게 사용할 수 있다.

특히, 진동발생을 줄이기 위해 외경이 축소된 롤러를 적용하면 롤러의 초기 회전이 더욱 어려워지지만, 본 발명은 롤러의 회전 초기에 라이더의 힘만으로 롤러를 회전시키지 않고 라이더의 힘과 구동모터의 힘을 함께 사용하여 롤러를 회전시키므로, 롤러의 외경 축소에 따라 사용성이 떨어지는 문제발생을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 소정의 속도구간에서 구동모터와 롤러의 연결이 분리되므로 실외 평지의 주행환경을 제공해 줄 수 있다.

아울러, 본 발명은 미리 설정된 프로그램 또는 라이더의 선택에 따라 롤러의 회전을 가속시키는 구동모터의 동작을 정지시키고 오히려 롤러의 회전속도가 감소되도록 롤러에 작용하는 저항을 증가시킬 수 있다. 그리고 본 발명은 롤러가 미리 지정된 속도에 도달하면 회전속도가 증가됨에 따라 롤러에 작용하는 저항도 점차 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 주행 훈련장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거 주행 훈련장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구동부의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구동부의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치의 전기적 연결관계를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 훈련보조기능을 갖는 자전거 주행 훈련장치(이하, '자전거 주행 훈련장치'라고 약칭함)를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 주행 훈련장치를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 베이스 프레임(100)과, 상기 베이스 프레임(100)에 자전거의 앞바퀴를 지지할 수 있도록 설치되는 전륜지지롤러(200)와, 상기 베이스 프레임(100)에 자전거의 뒷바퀴를 지지할 수 있도록 설치되는 제1 후륜지지롤러(300) 및 제2 후륜지지롤러(400)와, 상기 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도를 증감시킬 수 있도록 제1 후륜지지롤러(300)에 설치되는 구동부(500)와, 상기 제1 후륜지지롤러(300)에 대한 속도정보를 생성하는 속도센서(600)와, 상기 구동부(500)에 전류를 공급하는 전원부(700), 및 상기 속도센서(600)로부터 수집되는 속도정보에 따라 전원부(700) 및 구동부(500)의 작동을 제어하는 컨트롤러(900)를 포함한다.

여기서, 자전거는 자전거의 몸체를 이루는 자전거프레임과, 자전거프레임에 회전가능하게 장착되는 앞바퀴(전륜) 및 뒷바퀴(후륜)와, 라이더의 페달링을 후륜의 회전력으로 변환하는 구동계(크랭크, 체인, 변속기 등)를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 베이스 프레임(100)을 포함한다.

상기 베이스 프레임(100)은 자전거 주행 훈련장치의 외형을 제공하는 것으로 전륜지지롤러(200), 제1 후륜지지롤러(300), 제2 후륜지지롤러(400), 구동부(500), 속도센서(600), 전원부(700), 및 컨트롤러(900)의 설치공간을 제공한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 전륜지지롤러(200)와 제1 후륜지지롤러(300) 및 제2 후륜지지롤러(400)의 좌측에 설치되는 좌측프레임(110), 및 전륜지지롤러(200)와 제1 후륜지지롤러(300) 및 제2 후륜지지롤러(400)의 우측에 설치되는 우측프레임(120)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 좌측프레임(110) 및 우측프레임(120)에는 전륜지지롤러(200)의 설치위치를 조절할 수 있도록 일정간격으로 다수개의 조립홀이 형성될 수 있다.

예컨대, 좌측프레임(110)에는 선단으로부터 순차적으로 제1 조립홀(111), 제2 조립홀(112), 제3 조립홀(113)이 형성되며, 우측프레임(120)에는 제1 조립홀(111), 제2 조립홀(112), 제3 조립홀(113)과 마주보는 위치에 매칭 조립홀이 형성될 수 있다.

여기서, 제1 조립홀(111)은 자전거의 후륜과 전류 사이의 간격이 가장 넓은 대형 사이즈의 자전거를 사용하는 경우에 자전거의 앞바퀴를 지지하는 전륜지지롤러(200)의 설치공간을 제공하며, 제3 조립홀(113)은 자전거의 후륜과 전륜 사이의 간격이 가장 좁은 소형 사이즈의 자전거를 사용하는 경우에 자전거의 앞바퀴를 지지하는 전륜지지롤러(200)의 설치공간을 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은 사용하고자 하는 자전거의 사이즈에 따라 전륜지지롤러(200)의 설치 위치를 변경할 수 있도록 구성된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거 주행 훈련장치를 나타내는 사시도이다. 필요에 따라, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)의 선단에는 자전거에 탑승한 사용자의 눈높이에 신호입력부(800)를 설치할 수 있는 공간을 제공하는 거치대(130)가 구비될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 전륜지지롤러(200)를 포함한다.

상기 전륜지지롤러(200)는 상기 베이스 프레임(100)의 전방에 설치되어 자전거의 앞바퀴를 회전 가능하게 지지하는 것으로, 후륜지지롤러의 회전에 따라 함께 회전한다.

이러한 전륜지지롤러(200)는 자전거의 앞바퀴에 접촉되어 앞바퀴와 연동하는 제1 롤러, 및 상기 제1 롤러의 길이 방향을 따라 제1 롤러의 중앙을 관통하도록 설치되며 양측 말단이 베이스 프레임(100)과 축 결합되는 제1 회전축을 포함하여 구성된다.

이러한 제1 롤러는 앞바퀴와 접촉한 상태로 앞바퀴와 함께 회전할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하며, 그 종단면은 다각형, 타원형 또는 원형 등일 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제1 롤러는 라이더에게 이질적인 주행감을 제공하지 않으면서도 원활한 회전을 위해 원형의 종단면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 제1 후륜지지롤러(300)를 포함한다.

상기 제1 후륜지지롤러(300)는 상기 베이스 프레임(100)의 후방에 설치되어 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 것으로, 제2 후륜지지롤러(400)와 함께 회전한다.

이러한 제1 후륜지지롤러(300)는 자전거의 뒷바퀴에 접촉되어 뒷바퀴의 회전에 따라 연동하는 제2 롤러, 및 상기 제2 롤러의 길이 방향을 따라 제2 롤러의 중앙을 관통하도록 설치되며 양측 말단이 베이스 프레임(100)과 축 결합되는 제2 회전축을 포함하여 구성된다.

이러한 제2 롤러는 뒷바퀴와 접촉한 상태로 뒷바퀴의 회전에 따라 함께 회전할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하며, 그 종단면은 다각형, 타원형 또는 원형 등일 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제2 롤러는 라이더에게 이질적인 주행감을 제공하지 않으면서도 원활한 회전을 위해 원형의 종단면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 제2 롤러는 그 크기에 따라 회전속도가 증가되면 진동도 증가되는 문제가 발생되므로, 층간소음의 문제가 발생되지 않도록 기존의 130파이(π) 대신 80파이(π) 내지 100파이(π)의 원주를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 제2 롤러의 원주가 80파이 미만이면 제2 롤러에 접촉되는 자전거 바퀴의 내구성을 저하시키는 문제가 발생될 수 있으며, 원주가 100파이를 초과하면 진동으로 인한 층간소음 때문에 아파트 등의 건물에서는 사용하기가 어려워지는 문제가 발생될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 제2 후륜지지롤러(400)를 포함한다.

상기 제2 후륜지지롤러(400)는 상기 제1 후륜지지롤러(300) 후방의 베이스 프레임(100)에 설치되어 상기 제1 후륜지지롤러(300)와 함께 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 것으로, 제1 후륜지지롤러(300)와 함께 회전한다.

이러한 제2 후륜지지롤러(400)는 자전거의 뒷바퀴에 접촉되어 뒷바퀴의 회전에 따라 연동하는 제3 롤러, 및 상기 제3 롤러의 길이 방향을 따라 제3 롤러의 중앙을 관통하도록 설치되며 양측 말단이 베이스 프레임(100)과 축 결합되는 제3 회전축을 포함하여 구성된다.

이러한 제3 롤러는 뒷바퀴와 접촉한 상태로 뒷바퀴의 회전에 따라 함께 회전할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하며, 그 종단면은 다각형, 타원형 또는 원형 등일 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제3 롤러는 라이더에게 이질적인 주행감을 제공하지 않으면서도 원활한 회전을 위해 원형의 종단면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 제3 롤러는 그 크기에 따라 회전속도가 증가되면 진동도 증가되는 문제가 발생되므로, 층간소음의 문제가 발생되지 않도록 80파이(π) 내지 100파이(π)의 원주를 갖도록 형성되며, 제2 롤러와 동일한 사이즈로 형성되는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 동력전달부(미도시)를 포함한다.

상기 동력전달부는 제1 후륜지지롤러(300)와 전륜지지롤러(200)를 감싸는 폐곡선구조로 형성되어 제1 후륜지지롤러(300)의 회전력을 전륜지지롤러(200)에 전달하는 것으로, 제1 후륜지지롤러(300)와 전륜지지롤러(200)의 일측에 구비되는 와이어, 체인, 또는 타이밍벨트로 구성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 구동부(500)를 포함한다.

상기 구동부(500)는 상기 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도를 증감시킬 수 있도록 제1 후륜지지롤러(300)에 설치되는 것으로, 층간소음 문제 때문에 제2 롤러 및 제3 롤러의 사이즈가 100파이(π) 이하로 형성되더라도 페달의 초기 회전 시 라이더의 무릎에 무리한 부하가 작용하지 않도록 제1 후륜지지롤러(300)의 초기 회전을 도와주는 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 구동부의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 구동부의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

구체적으로, 구동부(500)는 도 3과 같이 구동모터(510)와 감속기(520,540)와 전자 클러치(530) 및 힌지축(550)을 포함하여 구성될 수 있다. 선택적으로, 구동부(500)는 도 4와 같이 기어박스(560)와 하우징(570)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 하우징(570)은 구동부(500)의 외형을 제공하는 것으로 구동모터(510), 감속기(520,540), 전자 클러치(530), 힌지축(550), 전원부(700), 컨트롤러(900)의 설치공간을 제공한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 하우징(570)은 상판, 하판, 상판과 하판 사이에 구비된 4개의 측판을 포함하는 직육면체형 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 상판은 힌지축(550)이 외부로 노출되도록 관통홀이 구비될 수 있다.

또한, 하우징 상단의 관통홀에는 힌지축(550)을 지지하면서 힌지축(550)이 회전될 수 있도록 도와주는 베어링(575)이 구비될 수 있다. 이러한 베어링(575)은 볼트 등을 통해 하우징(570)의 내부면에 고정되거나, 하우징(570)의 내부면에 형성된 단차를 통해 하우징(570)의 내부면에 안착된다.

이와 같이, 직육면체형 구조를 갖는 하우징(570)은 도 3과 같이 그 내부에서 구동모터(510), 제1 감속기(520), 전자 클러치(530)와, 제2 감속기(540)가 직렬로 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 구동모터(510)는 전원부(700)로부터 전류를 공급받아 구동력을 생성하는 것으로, 정방향 또는 역방향으로 회전하는 동력전달축이 구비된다. 필요에 따라, 구동모터(510)는 동력전달축에 고정되도록 결합되어 동력전달축과 동일 방향으로 회전하는 출력기어가 구비될 수 있다. 이러한 구동모터(510)는 하우징(570)의 내부에서 하우징(570)의 길이 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 구동모터(510)는 하우징(570)의 내부면에 결합된 제1 브라켓에 결합되어 하우징(570)의 내부에 고정될 수 있다. 이러한 구동모터(510)로는 BLDC (Brushless Direct Current) 모터를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 감속기(520,540)는 구동모터(510)와 전자 클러치(530)의 사이나, 전자 클러치(530)와 힌지축(550)의 사이, 또는 이들 모두에 구비되는 것으로, 외부로부터 전달되는 회전력의 속도를 정해진 감속비로 감속시키고 외부로부터 전달되는 구동력을 감속비만큼 증폭시키는 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 구동모터(510)에 연결된 제1 감속기(520)는 구동모터(510)로부터 전달되는 회전력의 속도를 정해진 감속비로 감속시키고 구동모터(510)로부터 전달되는 구동력을 감속비만큼 증폭시켜 전자 클러치(530)로 전달하는 기능을 제공한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제1 감속기(520)는 구동모터(510)의 출력기어에 치합된 복수개의 유성기어와 각 유성기어가 출력기어를 중심으로 회전될 수 있도록 각 유성기어에 치합되는 링 기어를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 제1 감속기(520)는 하우징(570)의 내부면에 결합된 제2 브라켓에 결합되어 하우징(570)의 내부에 고정될 수 있다. 이러한 제1 감속기(520)는 당업계에 공지된 감속기이므로, 보다 구체적인 설명은 생략한다.

아울러, 전자 클러치(530)와 힌지축(550)의 사이에 구비된 제2 감속기(540)는 전자 클러치(530)로부터 전달되는 회전력의 속도를 정해진 감속비로 감속시키고 전자 클러치(530)로부터 전달되는 구동력을 감속비만큼 증폭시켜 힌지축(550)으로 전달하는 기능을 제공한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제2 감속기(540)는 힌지축(550)에 치합된 복수개의 유성기어와 각 유성기어가 힌지축(550)을 중심으로 회전될 수 있도록 각 유성기어에 치합되는 링 기어를 포함하여 구성된다.

또한, 제2 감속기(540)는 하우징(570)의 내부면에 결합된 제3 브라켓에 결합되어 하우징(570)의 내부에 고정될 수 있다. 이러한 제2 감속기(540)는 당업계에 공지된 감속기이므로, 보다 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 전자 클러치(530)는 구동모터(510)의 회전력을 선택적으로 힌지축(550)에 전달하도록 감속기(520,540)와 힌지축(550)의 사이를 연결하는 것으로, 제1 클러치판(532)과 제2 클러치판(534)으로 구성될 수 있다.

상기 전자 클러치(530)는 구동모터(510)와 전자 클러치(530)의 사이에 제1 감속기(520)가 구비되고 전자 클러치(530)와 힌지축(550)의 사이에 제2 감속기(540)가 구비된 경우, 제1 감속기(520)와 제2 감속기(540)의 사이를 연결하도록 설치된다.

이때, 제1 클러치판(532)은 제1 감속기(520)의 동력전달축에 연결되며, 전원부(700)로부터 전류가 공급되면 제2 클러치판(534)과 부착될 수 있도록 외부에 클러치 코일이 감겨진 전자석 또는 금속판으로 구성될 수 있다.

구체적으로, 제1 클러치판(532)은 전원부(700)로부터 클러치 코일에 전류가 공급되면 구동모터(510)의 회전력을 힌지축(550)으로 전달할 수 있도록 힌지축(550)과 연결된 제2 클러치판(534)에 부착된다. 그리고 제1 클러치판(532)은 전원부(700)로부터 클러치 코일에 공급되는 전류가 차단되면, 구동모터(510)의 회전력이 힌지축(550)으로 전달되지 않도록 힌지축(550)과 연결된 제2 클러치판(534)으로부터 탈착된다.

상기 제2 클러치판(534)은 제1 클러치판(532)에 마주보도록 배치되는 것으로, 힌지축(550) 또는 제2 감속기(540)의 선단에 고정된다. 그리고 제2 클러치판(534)은 클러치 코일에 전류가 공급됨에 따라 수평방향으로 이동하여 제1 클러치판(532)에 부착되며, 힌지축(550) 또는 제2 감속기(540)를 제1 클러치판(532)과 연동시킨다. 다시 말해, 제2 클러치판(534)은 클러치 코일에 인가되는 전류의 공급이 중단되면 제1 클러치판(532)에 부착되지 않고 제1 클러치판(532)에 떨어진 상태를 유지하므로, 제1 클러치판(532)이 구동모터(510)에 의해 회전되더라도 회전되지 않는다.

또한, 제2 클러치판(534)은 클러치 코일에 자력이 형성되는 경우, 제1 클러치판(532)에 부착될 수 있도록 전자석 또는 금속판으로 형성될 수 있다.

이러한 전자 클러치(530)는 하우징(570)의 내부면에 결합된 제4 브라켓에 결합되어 하우징(570)의 내부에 고정될 수 있다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 힌지축(550)은 전자 클러치(530) 또는 제2 감속기(540)에 연결되는 것으로, 구동모터(510)의 동작에 따라 축 회전한다. 이러한 힌지축(550)은 일단이 전자 클러치(530)나 제2 감속기(540)에 연결되며, 상기 일단과 대향되는 타단이 제1 후륜지지롤러(300)나 기어박스(560)에 연결된다.

본 발명에 따른 구동부(500)를 구성하는 기어박스(560)는 도 4와 같이 전자 클러치(530)나 감속기로부터 전달되는 회전력의 방향을 전환시키기 위해 구비되는 것으로, 자전거 주행 훈련장치의 설치공간이 최소화 되도록 구동부(500)의 하우징(570)을 베이스 프레임(100)에 밀착되게 설치하는 기능을 제공한다. 다시 말해, 기어박스(560)는 구동모터(510)로부터 전달되는 회전력을 방향을 수직으로 전환시킬 수 있으므로, 구동모터(510)와 감속기(520,540) 및 전자 클러치(530)가 베이스 프레임(100)의 길이 방향을 따라 직렬로 설치될 수 있는 환경을 제공한다.

이를 위해, 기어박스(560)는 도 4와 같이 세부구성을 하우징(570)의 내부에 안정적으로 설치하기 위해서 블록 구조를 갖는 거치모듈(561)과, 힌지축(550)에 연결되며 상기 거치모듈(561)의 내부에서 축회전 가능하도록 지지되는 제1 헬리컬기어(562)와, 상기 거치모듈(561)의 내부에서 축회전 가능하도록 지지되며 상기 제1 헬리컬기어(562)에 수직방향으로 치합되는 제2 헬리컬기어(563), 및 상기 제2 헬리컬기어(563)와 제1 후륜지지롤러(300)를 연결하는 구동축(564)을 포함하여 구성된다.

상기 제2 헬리컬기어(563)는 제1 헬리컬기어(562)에 수직방향으로 밀착되고 치합되어 제1 헬리컬기어(562)와 연동하며, 제1 헬리컬기어(562)와 1:1 비율로 회전되도록 구성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 제1 헬리컬기어(562)가 180°로 회전하면 제2 헬리컬기어(563)도 180°로 회전된다.

이러한 헬리컬 기어는 이가 축에 대해 일정한 각도로 비틀어져 접촉면에서 여러 개의 이가 동시에 맞물리게 됨으로써 물림률(contact ratio)이 좋아질 뿐 아니라 물림의 길이가 길어져서 원활한 회전과 함께 동력전달도 우수하고, 작은 기어의 잇수를 감소시킬 수 있으며, 이의 강도가 좋아 충격에도 강한 장점을 가지고 있다.

상기 거치대는 제1 헬리컬 기어와 제2 헬리컬 기어가 수직 방향으로 교차된 상태로 배치될 수 있도록 중공이 형성되고, 상면과 하면과 좌측면 및 우측면에 상기 중공에 연통되고 베어링이 끼움 결합될 수 있는 관통홀이 형성되며, 볼트 등을 의해 하우징(570)의 내부면에 고정된다.

또한, 거치대 우측면의 관통홀에는 제1 헬리컬 기어와 결합된 힌지축(550)을 지지하면서 힌지축(550)이 회전될 수 있도록 도와주는 제1 베어링이 구비되고, 거치대 좌측면의 관통홀에는 힌지축(550)을 지지하면서 힌지축(550)이 회전될 수 있도록 도와주는 제2 베어링(565)이 구비된다. 이때, 힌지축(550)에 결합된 제1 헬리컬기어(562)는 제1 베어링과 제2 베어링(565)의 사이에 배치된다.

아울러, 거치대 상면의 관통홀에는 구동축(564)을 지지하면서 구동축(564)이 회전될 수 있도록 도와주는 제3 베어링(566)이 구비되고, 거치대 하면의 관통홀에는 구동축(564)을 지지하면서 구동축(564)이 회전될 수 있도록 도와주는 제4 베어링이 구비된다. 이때, 구동축(564)의 제2 헬리컬기어(563)는 제3 베어링(566)과 제4 베어링의 사이에 배치된다.

도 5는 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치의 전기적 연결관계를 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 속도센서(600)를 포함한다.

상기 속도센서(600)는 상기 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도를 측정하여 속도정보를 생성하는 것으로, 컨트롤러(900)에 연결되어 상기 속도정보를 컨트롤러(900)로 전달한다. 구체적으로, 속도센서(600)는 제1 후륜지지롤러(300)에 마주보도록 설치되고, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 속도정보를 측정한다.

이러한 속도센서(600)는 제1 후륜지지롤러(300)에 인접한 베이스 프레임(100)에 설치될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 전원부(700)를 포함한다.

상기 전원부(700)는 구동부(500)에 전류를 공급하는 것으로, 하우징(570)의 내부에 설치되며 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 전류를 공급하기 위해 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 연결된다. 이러한 전원부(700)는 상용전원 등 외부로부터 전류를 공급받고, 상기 전류를 컨트롤러(900)의 제어에 따라 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 공급한다.

필요에 따라, 전원부(700)는 배터리에 연결되어 배터리로부터 전류를 공급받을 수도 있다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 신호입력부(800)를 더 포함할 수 있다.

상기 신호입력부(800)는 자전거 주행 훈련장치에 안착된 자전거에 탑승한 라이더로부터 훈련모드 선택신호를 입력받고, 상기 훈련모드 선택신호를 컨트롤러(900)로 제공하는 것으로, 베이스 프레임(100)에 설치되어 컨트롤러(900)와 무선 또는 유선으로 연결되거나, 리모컨 형태로 구성되어 컨트롤러(900)와 무선으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 신호입력부(800)에는 훈련모드로 스피드모드, 저항모드, 도로모드, 스마트모드 등이 포함될 수 있다.

상기 스피드모드는 빠른 속도의 스피드를 즐길 수 있도록 도와주는 모드이다. 이러한 스피드모드는 라이더의 페달 회전에 의해 자전거 바퀴로 전달되는 구동력보다 빠른 속도로 바퀴가 회전될 수 있도록 구동모터(510)가 자전거 바퀴의 회전방향으로 구동력을 추가해 주는 모드이다.

상기 저항모드는 근육 강화 등을 위해 자전거 바퀴의 회전에 저항을 추가해주는 모드이다. 이러한 저항모드는 자전거 바퀴의 회전에 기존보다 큰 힘이 필요하도록 구동모터(510)를 발전기로 전환시켜 자전거 바퀴의 회전에 지속적으로 저항을 부가해 주는 모드이다.

상기 도로모드는 자전거의 페달 회전을 종료할 때 즉시 자전거 바퀴의 회전이 정지되지 않고 관성에 의해 나아가는 도로주행의 느낌을 제공할 수 있도록 자전거 바퀴의 회전속도가 천천히 감소되도록 제어해 주는 모드이다.

상기 스마트모드는 단순한 주행훈련에 재미를 부여할 수 있도록 내리막길, 평지길, 오르막길의 환경을 규칙적 또는 불규칙적으로 반복해주는 모드이다. 이러한 스마트모드는 내리막길 구간에서 구동모터(510)가 자전거 바퀴의 회전방향으로 구동력을 추가해 주고, 평지길 구간에서 라이더의 페달링만으로 자전거 바퀴가 회전되도록 구동모터(510)의 작동을 정지시키며, 오르막길 구간에서 구동모터(510)를 발전기로 전환시켜 자전거 바퀴의 회전에 지속적으로 저항을 부가해 준다.

이를 위해, 신호입력부(800)로는 각 모드의 아이콘이 표시된 터치액정이나, 각 모드의 버튼이 구비된 버튼 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 자전거 주행 훈련장치는 컨트롤러(900)를 포함한다.

상기 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 수집되는 속도정보에 따라 전원부(700) 및 구동부(500)의 작동을 제어하는 것으로, 이를 위해 속도센서(600)와 전원부(700)와 구동모터(510) 및 전자 클러치(530)에 연결된다.

다시 말해, 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 제공된 속도정보를 분석하여 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도를 파악하고, 상기 회전속도에 따라 미리 설정된 제어신호로 전원부(700)와 구동모터(510)의 동작을 제어한다.

구체적으로, 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 미리 지정된 저속구간의 속도정보가 수집되면, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전이 촉진되도록 전원부(700)를 제어하여 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 컨트롤러(900)는 제1 후륜지지롤러(300)와 동일방향으로 구동모터(510)의 동력전달축이 회전하도록 정회전신호를 구동모터(510)로 제공할 수 있다.

이와 같이 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 전류가 공급되면 구동모터(510)로부터 발생된 회전력이 감속기(520,540), 전자 클러치(530), 힌지축(550)을 통해 제1 후륜지지롤러(300)로 전달되어 제1 후륜지지롤러(300)의 회전에 필요한 라이더의 힘이 감소된다.

일 실시 양태로서, 본 발명에 따른 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 미리 지정된 제1 고속속도구간의 속도정보가 수집되면, 라이더의 자력에 의해서만 제1 후륜지지롤러(300)가 회전되도록 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530)에 공급되는 전류를 차단할 수 있다. 이때, 컨트롤러(900)는 제1 후륜지지롤러(300)에 구동력이 전달되지 않도록 구동모터(510)에 정지신호를 제공할 수 있다.

다른 실시 양태로서, 본 발명에 따른 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 미리 지정된 제2 고속속도구간의 속도정보가 수집되면, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 증가됨에 따라 제1 후륜지지롤러(300)에 점차 증가되는 저항이 부가되도록 전원부(700)를 통해 전자 클러치(530)에 전류를 공급하고 구동모터(510)를 발전기로 전환시킨다. 이는, 일정수준 이상의 속도에서 근력강화훈련이나 오르막길 주행훈련을 진행할 수 있는 환경을 제공하기 위함이다.

또한, 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 미리 지정된 제한속도구간에 진입한 속도정보가 수집되면, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 점차 증가됨에 따라 저항도 점차 증가되도록 전원부(700)를 통해 전자 클러치(530)에 전류를 공급하고 구동모터(510)를 발전기로 전환시켜 제1 후륜지지롤러(300)에 저항을 부가한다.

예컨대, 컨트롤러(900)는 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 제한속도구간인 75~80 ㎞/h에 진입한 것으로 분석되면, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 80 ㎞/h를 초과하기 어렵도록 전원부(700)를 통해 전자 클러치(530)에 전류를 공급하고 구동모터(510)를 발전기로 전환시켜 제1 후륜지지롤러(300)에 저항을 부가한다.

아울러, 컨트롤러(900)는 속도센서(600)로부터 제공된 속도정보를 분석하여 자전거의 주행종료가 감지되면, 자전거가 관성주행되도록 구동부(500)를 제어하여 주행종료 직전의 뒷바퀴 회전속도에서 점차 감속된 속도로 제1 후륜지지롤러(300)를 회전시킨다.

예컨대, 컨트롤러(900)는 속도정보의 분석을 통해 자전거의 주행종료가 감지되고 주행종료 직전에 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 60 ㎞/h이면, 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 60 ㎞/h부터 0 ㎞/h까지 점차 감속되도록 전원부(700)를 통해 전자 클러치(530)에 전류를 공급하고 라이더의 페달링이 진행되지 않는 상태에서 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 점차 감속되도록 구동모터(510)를 제어한다.

한편, 컨트롤러(900)는 신호입력부(800)로부터 제공된 훈련모드 선택신호에 따라 맞춤형 훈련모드를 제공할 수 있도록 주행훈련 프로그램이 구비될 수 있다.

상기 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 스피드모드를 선택한 훈련모드 선택신호가 제공되면, 라이더의 고속 페달링이 쉬워지도록 전원부(700)를 제어하여 구동모터(510)와 전자 클러치(530)에 전류를 공급하고, 제1 후륜지지롤러(300)와 동일방향으로 구동모터(510)의 동력전달축이 회전하도록 정회전신호를 구동모터(510)로 제공한다.

상기 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 저항모드를 선택한 훈련모드 선택신호가 제공되면, 라이더의 페달링에 기존보다 많은 힘이 필요하도록 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530)에 전류를 공급하며, 구동모터(510)를 발전기모드로 전환시킨다.

상기 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 도로모드를 선택한 훈련모드 선택신호가 제공되면, 라이더의 페달링이 종료되더라도 곧바로 제1 후륜지지롤러(300)가 정지되지 않고 라이더에게 관성주행의 느낌을 제공할 수 있도록 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530)에 전류를 공급하며, 라이더의 페달링이 진행되지 않는 상태에서 제1 후륜지지롤러(300)의 회전속도가 점차 감속되도록 구동모터(510)를 제어한다.

상기 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 스마트모드를 선택한 훈련모드 선택신호가 제공되면, 미리 지정된 순서에 따라 내리막길, 평지길, 오르막길의 환경이 구현한다.

예컨대, 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 훈련모드 선택신호로 스마트모드 1이 제공되면, 순차적으로 평지길, 오르막길, 평지길, 오르막길, 평지길, 오르막길의 환경을 구현한다. 또한, 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 훈련모드 선택신호로 스마트모드 2가 제공되면, 순차적으로 평지길, 오르막길, 내리막길, 평지길, 오르막길, 내리막길의 환경을 구현한다. 아울러, 주행훈련 프로그램은 신호입력부(800)로부터 훈련모드 선택신호로 스마트모드 3이 제공되면, 순차적으로 내리막길, 오르막길, 내리막길, 오르막길, 내리막길, 오르막길, 평지길의 환경을 구현한다.

이를 위해, 주행훈련 프로그램은 내리막길 구간에서 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530)와 구동모터(510)에 전류를 공급하며, 제1 후륜지지롤러(300)와 동일방향으로 구동모터(510)의 동력전달축이 회전하도록 정회전신호를 구동모터(510)로 제공한다.

또한, 주행훈련 프로그램은 평지길 구간에서 라이더의 페달링만으로 자전거 바퀴가 회전되도록 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530), 구동모터(510), 또는 이들 모두에 대한 전류의 공급을 중단시킨다.

아울러, 주행훈련 프로그램은 오르막길 구간에서 전원부(700)를 제어하여 전자 클러치(530)와 구동모터(510)에 전류를 공급하며, 구동모터(510)를 발전기모드로 전환시킨다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 베이스 프레임 110 : 좌측프레임
120 : 우측프레임 130 : 거치대
200 : 전륜지지롤러 300 : 제1 후륜지지롤러
400 : 제2 후륜지지롤러 500 : 구동부
510 : 구동모터 520 : 제1 감속기
530 : 전자 클러치 532 : 제1 클러치판
534 : 제2 클러치판 540 : 제2 감속기
550 : 힌지축 560 : 기어박스
561 : 거치모듈 562 : 제1 헬리컬기어
563 : 제2 헬리컬기어 564 : 구동축
570 : 하우징 600 : 속도센서
700 : 전원부 800 : 신호입력부
900 : 컨트롤러

Claims

베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 전방에 설치되어 자전거의 앞바퀴를 회전 가능하게 지지하는 전륜지지롤러와, 상기 베이스 프레임의 후방에 설치되어 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제1 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러 후방의 베이스 프레임에 설치되어 상기 제1 후륜지지롤러와 함께 자전거의 뒷바퀴를 회전 가능하게 지지하는 제2 후륜지지롤러와, 상기 제1 후륜지지롤러와 전륜지지롤러를 감싸는 폐곡선구조로 형성되어 제1 후륜지지롤러의 회전력을 전륜지지롤러에 전달하는 동력전달부를 포함하는 자전거 주행 훈련장치에 있어서,
상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 증감시킬 수 있도록 제1 후륜지지롤러에 설치되는 구동부;
상기 제1 후륜지지롤러의 회전속도를 측정하여 속도정보를 생성하는 속도센서;
상기 구동부에 전류를 공급하는 전원부; 및
상기 속도센서로부터 수집되는 속도정보에 따라 전원부 및 구동부의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하며,

상기 컨트롤러는 상기 속도센서로부터 제공된 속도정보를 분석하여 자전거의 주행종료가 감지되면, 상기 자전거가 관성주행되도록 상기 구동부를 제어하여 상기 주행종료 직전의 뒷바퀴 회전속도에서 점차 감속된 속도로 제1 후륜지지롤러를 회전시키는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제1 항에 있어서,
상기 베이스 프레임은 전륜지지롤러와 제1 후륜지지롤러 및 제2 후륜지지롤러의 좌측에 설치되는 좌측프레임, 및 전륜지지롤러와 제1 후륜지지롤러 및 제2 후륜지지롤러의 우측에 설치되는 우측프레임을 포함하여 구성되며,
상기 좌측프레임 및 우측프레임은 전륜지지롤러의 설치위치를 조절할 수 있도록 일정간격으로 다수개의 조립홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제1 항에 있어서, 상기 구동부는
구동모터와, 상기 구동모터에 연결되는 제1 감속기와, 상기 제1 감속기에 연결되어 구동모터의 구동력을 선택적으로 전달하는 전자 클러치와, 상기 전자 클러치에 연결되는 제2 감속기, 및 상기 제2 감속기에 설치되어 제2 감속기로부터 전달되는 구동력에 의해 회전하는 힌지축을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제3 항에 있어서, 상기 구동부는
상기 힌지축에 연결되어 힌지축과 동일 방향으로 회전하는 제1 헬리컬 기어와, 상기 제1 헬리컬 기어와 수직방향으로 밀착되고 치합되어 제1 헬리컬기어와 연동하는 제2 헬리컬기어와, 일단이 상기 제2 헬리컬기어와 연결되고 상기 일단에 대향되는 타단이 제1 후륜지지롤러에 연결되며 제2 헬리컬기어의 회전력을 제1 후륜지지롤러에 전달하는 구동축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제3 항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 속도센서로부터 미리 지정된 저속구간의 속도정보가 수집되면 제1 후륜지지롤러의 회전이 촉진되도록 전원부를 제어하여 구동모터와 전자 클러치에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제3 항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 속도센서로부터 미리 지정된 제1 고속속도구간의 속도정보가 수집되면, 전원부를 제어하여 전자 클러치에 공급되는 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제3 항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 속도센서로부터 미리 지정된 제2 고속속도구간의 속도정보가 수집되면, 제1 후륜지지롤러의 회전속도가 점차 증가됨에 따라 제1 후륜지지롤러에 점차 증가되는 저항이 부가되도록 전원부를 통해 전자 클러치에 전류를 공급하고 상기 구동모터를 발전기로 전환시키는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
제3 항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 속도센서로부터 미리 지정된 제한속도구간에 진입한 속도정보가 수집되면, 제1 후륜지지롤러의 회전속도가 점차 증가됨에 따라 저항도 점차 증가되도록 전원부를 통해 전자 클러치에 전류를 공급하고 상기 구동모터를 발전기로 전환시켜 제1 후륜지지롤러에 저항을 부가하는 것을 특징으로 하는 자전거 주행 훈련장치.
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