KR102635428B1 - 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치에 관한 것으로서, 뒷바퀴의 허브에 구비되는 후륜휠과, 상기 후륜휠의 전방에 변위 가능하게 구비되는 변위휠과, 전후로 연장되면서 전단은 상기 변위휠을 경유하여 고정되고, 후단은 상기 후륜휠을 경유하여 부재지지스프링에 탄성 지지되는 동력전달부재와, 사용자의 풋 조작에 의해 일정각도 상하로 왕복 회전되는 페달크랭크와, 상기 페달크랭크의 회전에 따라 상기 변위휠을 변위시키는 가동레버를 포함한다.
이러한 본 발명에 따르면, 왕복 동작되는 페달에 의하여 구동이 원활하게 이루어지면서 인가되는 회전력과 부하에 따라 변속 또한 무단으로 이루어질 수 있게 된다.

Description

자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치 {Rreciprocating motion type device for Gearless transmission of bicycle}

본 발명은 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 페달의 왕복 동작에 의해 구동이 이루어지면서 인가되는 회전력과 부하에 따라 자동으로 무단변속이 이루어질 수 있는 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거 구동장치는 180도 위상차이를 갖는 좌우측 페달의 회전력이 체인을 통해 뒷바퀴로 전달되는 방식으로 이루어져 있다.

이러한 전통적인 자전거 구동장치의 경우, 180도 위상차이를 갖는 양측 페달 각각의 360도 회전에 의하여 구동력이 발생되므로, 페달을 누름으로써 구동력을 발생시키는 과정에서 페달에 회전력이 인가되지 않는 각도가 존재하여 불가피하게 동력손실이 발생할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이에, 위와 같은 문제점을 해소하기 위하여 좌우측 페달이 일정각도 교대로 상하 왕복되면서 구동력을 발생시키는 왕복동식 페달을 이용한 구동장치가 다수 제안되었다.

종래 제안된 구동장치는, 대부분 좌우 크랭크축을 베벨기어 등으로 결합하여 좌우 페달이 상하 교대로 일정각도 회전되게 하면서 양측 페달에 의한 회전력이 래치휠과 체인을 통해 뒷바퀴로 전달되도록 하는 구성으로 이루어져 있다.

그런데, 이러한 종래 제안된 구동장치의 경우, 왕복동식 페달에 의해 구동력을 전달하는데는 문제가 없을 수 있으나, 구조상 변속이 이루어지지 못하는 한계가 있다.

이에, 변속을 위해서는 통상적인 자건거와 같이 구동축이나 피동축에 다단의 체인기어를 추가 설치해야만 하므로 구조가 복잡해질 수 밖에 없음과 함께, 체인기어의 변경시 발생되는 소음 문제와 체인의 이탈 등 고장 문제를 여전히 가질 수 밖에 없는 문제점이 있다.

공개특허 제10-2014-0033535호 : 왕복동식 페달을 갖는 자전거 등록실용신안 제20-0363735호 : 자전거 동력전달 장치

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 본 발명의 목적은 교대로 왕복 동작되는 페달에 의하여 구동이 이루어지면서 인가되는 회전력과 부하에 따라 원활하게 무단변속이 이루어질 수 있는 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,

뒷바퀴에 구비되는 후륜휠과, 상기 후륜휠의 전방에 변위 가능하게 구비되는 변위휠과, 전후로 연장되면서 전단은 상기 변위휠을 경유하여 고정되고, 후단은 상기 후륜휠을 경유하여 부재지지스프링에 탄성 지지되는 동력전달부재와, 사용자의 풋 조작에 의해 일정각도 상하로 왕복 회전되는 페달크랭크와, 상기 페달크랭크의 회전에 따라 상기 변위휠을 변위시키는 가동레버를 포함하되, 상기 페달크랭크는, 회전 가능한 크랭크축과, 상기 크랭크축에서 전방쪽으로 연장되어 사용자의 풋 조작에 의해 크랭크축을 회전시키는 페달암과, 상기 크랭크축에서 페달암과 반대방향으로 연장되어 크랭크축의 회전에 연동하여 회전되는 크랭크암을 포함하고, 상기 가동레버는 상기 크랭크암의 후단에 회동 가능하게 결합되면서, 일단은 레버지지스프링에 의하여 크랭크암에 탄성 지지되고, 타단에는 상기 변위휠이 결합되는, 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치가 개시된다.

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또한, 상기 크랭크암에 대한 가동레버의 상대적인 회동은 일정각도 범위 내로 제한될 수 있다.

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또한, 상기 레버지지스프링은 부재지지스프링보다 상대적으로 큰 탄성력을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치에 의하면,

동력손실없이 최적의 동력을 발생시킬 수 있어 보다 적은 힘으로도 자전거의 구동이 가능하고, 회전력과 부하에 따라 무단변속이 원활하게 이루어질 수 있어 별도의 변속장치를 설치할 필요가 없음과 함께 장시간 고장의 염려없이 안정적이고 편리한 사용이 가능한 장점이 있다.

아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속 동력장치를 개략적으로 일 예시한 도면이고,
도 2는 가동레버와 크랭크암 사이의 각도가 최대인 상태에서의 주요부를 확대하여 일 예시한 도면이며,
도 3은 가동레버와 크랭크암 사이의 각도가 최소인 상태에서의 주요부를 확대하여 일 예시한 도면이며,
도 4는 최대 회전반경의 경로를 따라 변위되는 변위휠 및 동력전달부재의 경로반경 작용을 일 예시한 도면이며,
도 5는 최소 회전반경의 경로를 따라 변위되는 변위휠 및 동력전달부재의 경로반경 작용을 일 예시한 도면이며,
도 6은 페달크랭크 한쌍의 배치구조를 일 예시한 도면이며,
도 7은 동력전달부재 한쌍의 후단부분 배치구조를 일 예시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 첨부된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 갯수, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 축소되거나 과장되어 표현될 수 있으며, 특별하게 제한하지 않는 한 도면에 예시된 사항으로 한정되지는 않는다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “구비되어”, “형성되어”, “설치되어”, “결합되어”, “고정되어”, “연결되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 구비, 형성, 설치, 결합, 고정, 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, “~~부”, “~~수단”,“~~유닛”등의 용어들은 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있으며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부된 도면들과 이하의 설명에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등과 같은 방향을 나타내는 용어들은, 도면에 도시되고 관측되는 방향을 설명하기 위해 사용되었을 뿐, 도시되고 관측되는 방향이 달라지면 이 같은 용어들 역시 달라질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

아울러, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치(이하, “무단변속 구동장치”라 약칭함.)의 구성 및 작용이 일 예시되어 있다.

상기 도 1에 일 예시되어 있는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속 구동장치는 후륜휠(100)과, 변위휠(200)과, 동력전달부재(300)와, 페달크랭크(400)와, 가동레버(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 후륜휠(100)은 자전거의 뒷바퀴(W)에 구비될 수 있으며, 후술하는 동력전달부재(300)에 의하여 전진 회전력이 인가되면 이를 뒷바퀴(W)에 전달할 수 있다.

즉, 후륜휠(100)은 자전거 뒷바퀴(W)의 허브에 결합되면서, 동력전달부재(300)가 후술하는 것처럼 전방쪽으로 드래그되는 형태로 경로가 변경되는 경우에 동력전달부재(300)에 의하여 회전이 이루어지면서 뒷바퀴(W)에 전진 회전력을 제공하게 되는 것이다.

상기 변위휠(200)은 후륜휠(100)과 이격되어 후륜휠(100)의 전방쪽에 구비되는데, 변위가 가능하도록, 즉 자유롭게 이동되면서 위치가 변경될 수 있도록 구비될 수 있다.

즉, 변위휠(200)은 후술하는 페달크랭크(400)와 가동레버(500)에 의해서 이동되면서 변위가 이루어질 수 있으며, 이러한 변위에 따라 자신을 경유하는 동력전달부재(300)의 연장경로를 변경시킴으로써 상기 후륜휠(100)에 전진 회전력이 인가되게 할 수 있다.

이러한 변위휠(200)은 특정한 위치에 고정되지 않으며, 후술하는 것과 같이 가동레버(500)의 단부에 구비됨으로써, 크랭크암(430)의 회전이나 가동레버(500)의 회동 움직임에 따라 자유롭게 변위가 이루어지게 된다.

다음으로, 상기 동력전달부재(300)는 전후로 연장이 되면서 전단은 상기 변위휠(200)을 경유하여 고정이 이루어지고, 후단은 상기 후륜휠(100)을 경유하여 탄성 지지될 수 있다.

즉, 동력전달부재(300)는 전단과 후단의 구분없이 무한궤도 형태를 가지는 전통적인 자전거의 체인과 달리, 전단과 후단이 명확하게 구분된 일정길이의 띠 형태로 형성될 수 있다.

그리고 이러한 띠 형태의 동력전달부재(300)는, 전방쪽에서는 전단이 변위휠(200)을 경유하여 하측으로 경로가 변경된 후 고정이 이루어지고, 후방쪽에서는 후단이 후륜휠(100)을 경유하여 전방쪽으로 경로가 변경된 후 부재지지스프링(310)에 연결됨으로써 탄성 지지가 이루어질 수 있다.

즉, 동력전달부재(300)는 전단이 고정되면서 먼저 변위휠(200)을 경유한 후 후방으로 연장되고, 이어서 후륜휠(100)을 경유한 후에 후단이 부재지지스프링(310)에 연결되어 탄성 지지됨으로써 전단으로부터 후단까지 이어지는 전체적인 연장경로를 가질 수 있다.

이에 따라, 경유하는 변위휠(200)이 이동되면서 위치가 변경되면, 부재지지스프링(310)의 탄성적인 변형이 이루어지면서 동력전달부재(300)의 연장경로가 다양하게 변경될 수 있으며, 이러한 동력전달부재(300)의 경로변경에 따라 후륜휠(100)에 전진 회전력이 인가될 수 있다.

즉, 변위휠(200)의 위치 변경에 따라, 후륜휠(100)을 경유하는 부분의 동력전달부재(300)가 전방쪽으로 드래그되면서(이 때, 부재지지스프링(310)은 탄성적으로 신장됨.) 후륜휠(100)을 반시계방향(도 1을 기준으로 함.)으로 회전시킴으로써 뒷바퀴(W)에 전진 회전력을 인가하는 것이다.

물론, 반대의 경우, 부재지지스프링(310)이 탄성 복원되면서 후륜휠(100)은 시계방향으로 회전되는데, 이 때는 당해기술분야에서 주지된 허브의 래칫휠 구조에 따라 후륜휠(100)은 공회전을 하게 되면서 회전력은 뒷바퀴(W)로 인가되지 않음은 충분히 이해할 수 있을 것이다.

여기서, 상기 동력전달부재(300)는 경로변경에 따라 후륜휠(100)을 회전시킬 수 있으면 충분한 것으로서, 체인이나 벨트일 수 있으며 그 외 줄과 같은 다른 형태일 수도 있고 이에 대응하여 후륜휠(100) 또한 스프라켓, 벨트풀리 등 다양한 형태일 수 있다. 또한, 동력전달부재(300)의 설치는 위와 같은 연장경로를 가지면 되는 것으로서, 전단의 고정구조 등 구체적인 설치방식은 다양하게 채택될 수 있다. 또한, 동력전달부재(300)는 후륜휠(100)과 변위휠(200) 사이 부분에서는 도시된 것과 같은 단일의 연속 라인형태 뿐만 아니라 도르레의 원리를 이용한 직렬라인, 병렬라인 형태 등으로 다양하게 구성되는 것 또한 가능할 수 있다.

다음으로, 상기 페달크랭크(400)는 사용자의 풋 조작에 따라 후술할 가동레버(500)를 동작시키는 부분이다.

즉, 사용자는 페달크랭크(400)를 발로 눌러 조작함으로써 가동레버(500)의 동작 및 이에 따른 변위휠(200)의 변위가 일어나게 할 수 있다.

이러한 페달크랭크(400)는 도 2 및 도 3에 일 예시되어 있는 것처럼, 크랭크축(410)과, 페달암(420)과, 크랭크암(430)을 포함할 수 있다.

상기 크랭크축(410)은 자전거의 중간 위치 프레임에 회전 가능하게 결합 설치될 수 있다. 즉, 크랭크축(410)은 자전거의 안장에 착석한 사용자가 발로 조작할 수 있도록, 안장 하측의 프레임 부분에 설치될 수 있다.

상기 페달암(420)은 크랭크축(410)과 일체화되어, 크랭크축(410)으로부터 전방쪽으로 일정길이 연장될 수 있다.

페달암(420)의 선단에는 사용자의 풋 조작이 용이하도록 페달(421)이 장착될 수 있다.

이러한 페달암(420)은 사용자의 풋 조작을 받으면, 크랭크축(410)이 회전될 수 있게 회전력을 크랭크축(410)으로 인가할 수 있다.

즉, 크랭크축(410)은 사용자로부터 페달암(420)을 통해 인가되는 회전력에 의하여 일정각도 회전이 이루어질 수 있다.

상기 크랭크암(430)은 크랭크축(410)과 일체화되어, 크랭크축(410)으로부터 페달암(420)과 반대방향으로 일정길이 연장될 수 있다.

즉, 크랭크축(410)을 중심으로 하여 페달암(420)과 크랭크암(430)은 상호간에 180도 각도를 이루어 전후로 각각 연장될 수 있다.

다만, 반드시 180도 각도로 한정될 필요는 없으며, 반대방향으로 연장되는 범위 내에서라면 상기 각도는 증감되는 것도 물론 가능하다.

이러한 크랭크암(430)은 페달암(420)을 통해 인가된 회전력에 의해 크랭크축(410)이 회전되면 이에 연동하여 일체로 회전이 이루어지게 된다.

즉, 사용자가 페달암(420)을 밟아 페달암(420)이 크랭크축(410)을 중심으로 하여 하방으로 일정각도 회전되면, 크랭크암(430)은 페달암(420)과 반대로 크랭크축(410)을 중심으로 하여 상방으로 동일각도 회전이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 실시예에 따라, 페달암(420)의 하방 회전경로 상 일정 위치에는 페달암(420)을 가로막아줌으로써 페달암(420)의 회전각도를 일정각도 범위로 제한하는 암스토퍼(440)가 더 마련될 수 있다.

다음으로, 상기 가동레버(500)는 크랭크암(430)의 후단에 결합됨으로써 페달크랭크(400)와 연계될 수 있다..

즉, 가동레버(500)는 일정길이 연장되면서, 일단은 상기 크랭크암(430)의 후단에 회동 가능하도록 결합되어, 크랭크암(430)이 회전되면 연동하여 크랭크축(410)을 중심으로 회전이 이루어짐과 함께, 크랭크암(430)에 대해서는 상대적인 회동 또한 이루어질 수 있게 된다.

그리고 가동레버(500)의 타단에는 상기 변위휠(200)이 회전 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 변위휠(200)은 가동레버(500)의 타단에 구비되며, 그에 따라 변위휠(200)은 크랭크축(410)을 중심으로 하는 가동레버(500)의 회전 동작이나 크랭크암(430)에 대한 가동레버(500)의 상대적인 회동 동작에 따라 변위가 이루어지게 되는 것이다.

상기 가동레버(500)와 크랭크암(430)의 회동 가능한 결합을 위하여, 크랭크암(430)의 후단에는 링크부(431)가 형성될 수 있고, 가동레버(500)는 상기 링크부(431)에 회동축(510)을 통해 결합되어 크랭크암(430)에 대하여 상대적인 회동이 이루어질 수 있다.

여기서, 크랭크암(430)에 대한 가동레버(500)의 상대적인 회동은 일정각도 범위로 제한될 수 있다.

이를 위해 가동레버(500)의 단부에는 레버스토퍼(520)가 돌출 형성되고, 상기 링크부(431)에는 일정각도로 절개 개방되어 상기 레버스토퍼(520)의 움직임을 일정범위 내에서만 허용하는 오프닝부(432)가 형성될 수 있다.

이에, 가동레버(500)는 레버스토퍼(520)가 상기 오프닝부(432)의 내측에 위치되는 범위 내에서만 회동이 가능하게 되며, 그 이상에서는 레버스토퍼(520)가 오프닝부(432)의 양 측벽에 걸리게 됨으로써 회동이 억제될 수 있다.

즉, 도 2에 일 예시된 것처럼, 레버스토퍼(520)가 오프닝부(432)의 전방 측벽에 걸릴 때, 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 최대가 되도록 가동레버(500)가 회동된 상태이고, 도 3에 일 예시된 것처럼, 레버스토퍼(520)가 오프닝부(432)의 후방 측벽에 걸릴 때, 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 최소가 되도록 가동레버(500)가 회동된 상태가 된다.

또한, 이러한 가동레버(500)는 레버지지스프링(530)에 의하여 크랭크암(430)에 탄성 지지가 이루어질 수 있다.

상기 레버지지스프링(530)은 일단이 크랭크암(430)의 길이방향 일정 위치에 결합되고 타단은 가동레버(500)의 레버스토퍼(520)에 결합될 수 있다.

이에 따라, 레버지지스프링(530)은 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 커지도록, 즉 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 간격이 벌어지도록 가동레버(500)에 탄성력을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 레버지지스프링(530)과 전술한 부재지지스프링(310)은 가동레버(500)에 미치는 힘을 기준으로 볼때, 상호간에 반대방향의 탄성력을 제공하게 된다.

즉, 레버지지스프링(530)은 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 커지는 방향으로 가동레버(500)가 회동되도록 탄성력을 제공하는 반면, 부재지지스프링(310)은 동력전달부재(300)에 후방쪽으로 당겨지는 탄성력을 인가하므로, 결국 가동레버(500)에는 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 작아지는 방향으로 회동이 이루어지게 하는 탄성력이 제공된다.

이 때, 상기 레버지지스프링(530)은 상기 부재지지스프링(310)과 비교할 때, 상대적으로 큰 탄성력을 제공할 수 있다. 즉, 레버지지스프링(530)은 부재지지스프링(310)에 비하여 탄성계수가 큰 스프링일 수 있다.

따라서, 동력전달부재(300)에 회전력이나 부하 등 다른 인가되는 힘이 없는 경우, 레버지지스프링(530)과 부재지지스프링(310)에 의한 힘만 제공되므로 가동레버(500)는 상대적으로 큰 탄성력을 제공하는 레버지지스프링(530)에 의해 가동레버(500)와 크랭크암(430) 사이의 각도가 커지는 방향으로 회동이 이루어지게 된다.

이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속 구동장치의 구성에 대하여 살펴보았는 바, 이하에서는 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 작용 및 원리에 대하여 간략하게 살펴보기로 한다.

본 발명의 무단변속 구동장치는, 사용자의 풋 조작에 의해 페달크랭크(400)로 제공되는 회전동력과 뒷바퀴(W)에 걸리는 부하에 따라 자동으로 변속이 이루어지면서 회전동력이 뒷바퀴(W)로 전달될 수 있다.

먼저, 회전동력의 발생 및 전달 메커니즘을 살펴보면, 도 4에 일 예시되어 있는 것과 같이, 사용자가 발로 페달암(420)을 밟아 누름 조작하면 페달암(420)이 크랭크축(410)을 중심으로 일정각도 하방으로 회전되면서 크랭크축(410)의 회전과 함께 크랭크암(430)이 상방으로 일정 각도로 회전이 이루어지게 된다.

그러면, 크랭크암(430)에 결합된 가동레버(500) 또한 회전되면서, 가동레버(500)의 끝단에 결합된 변위휠(200)이 크랭크축(410)을 중심으로 하는 가상의 회전반경(R1)을 따라 변위, 즉 위치 이동이 이루어지게 된다.

그리고 이러한 변위휠(200)의 위치 이동에 따라 변위휠(200)을 경유하는 동력전달부재(300)의 경로가 변경되면서, 즉 동력전달부재(300)가 전방쪽으로 드래그되는 형태가 되면서 이에 의하여 후륜휠(100)이 회전되고(이 때, 부재지지스프링(310)은 탄성적으로 신장됨.), 이러한 후륜휠(100)의 전진 회전력이 허브를 통하여 뒷바퀴(W)로 제공되는 것이다.

다음으로, 변속 메커니즘을 살펴보면, 페달크랭크(400)의 회전동력과 뒷바퀴(W)의 부하에 따라 크랭크암(430)과 가동레버(500) 사이의 각도가 자동으로 변화됨으로써, 즉 가동레버(500)가 크랭크암(430)에 대하여 상대적으로 회동됨으로써 변속이 이루어지게 된다.

즉, 부하에 비하여 회전동력이 클 수록 크랭크암(430)과 가동레버(500) 사이의 각도가 증가되도록 가동레버(500)의 상대적인 회동이 이루어지고, 반대로 회전동력이 작아질 수록 크랭크암(430)과 가동레버(500) 사이의 각도가 감소되도록 가동레버(500)의 상대적인 회동이 이루어지게 된다.

그리고, 크랭크암(430)과 가동레버(500) 사이의 각도가 증가될 수록, 가동레버(500) 끝단에 결합된 변위휠(200)의 이동경로가 크랭크축(410)으로부터 원거리가 되면서 동력전달부재(300)에 힘을 가하는 회전반경이 커지게 되고, 반대로 크랭크암(430)과 가동레버(500) 사이의 각도가 감소될 수록, 가동레버(500) 끝단에 결합된 변위휠(200)의 이동경로가 크랭크축(410)으로부터 근거리가 되면서 동력전달부재(300)에 힘을 가하는 회전반경이 작아지게 된다.

예를 들어, 도 4에 일 예시된 것과 같이, 크랭크암(430)과 가동레버(500) 상호간에 최대 각도로 가동레버(500)가 회동된 상태로 페달크랭크(400) 및 가동레버(500)의 회전이 이루어지면, 변위휠(200)이 크랭크축(410)으로부터 가장 원거리의 경로에서, 즉 최대 회전반경(R1)의 경로를 따라 크랭크축(410)을 중심으로 변위됨으로써 가속상태로 변속이 이루어지는 것이다.

이와 반대로, 도 5에 일 예시된 것과 같이 크랭크암(430)과 가동레버(500) 상호간에 최소 각도로 가동레버(500)가 회동된 상태로 페달크랭크(400) 및 가동레버(500)의 회전이 이루어지면, 변위휠(200)이 크랭크축(410)으로부터 가장 근거리의 경로에서, 즉 최소 회전반경(R2)의 경로를 따라 크랭크축(410)을 중심으로 변위됨으로써 감속상태로 변속이 이루어지는 것이다.

그리고, 회전동력과 부하의 크기에 따라, 가동레버(500)는 상기 도 4 및 도 5의 회동각도 범위 내에서 자동으로 상대적인 회동이 이루어지게 되는 것이며, 결국 변위휠(200)은 크랭크축(410)을 중심으로 하여 상기 최대 회전반경(R1)과 최소 회전반경(R2) 사이의 회전반경 중 어느 한 경로를 따라 변위가 됨으로써 무단 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이상으로 본 발명에 대하여 살펴보았는데, 위와 같은 본 발명의 무단변속 구동장치는, 사용자가 양 발을 사용하여 교대로 페달암(420)을 누름 조작함으로써 뒷바퀴(W)에 지속적인 전진 회전력이 제공되도록, 좌우 한쌍으로 구비되어야 함은 당연하다.

즉, 상기 후륜휠(100), 변위휠(200), 동력전달부재(300), 페달크랭크(400), 가동레버(500)는 각각 한 쌍으로 이루어지며, 한쌍의 페달크랭크(400) 각각의 페달암(420)은 상호간에 교대로 상하 왕복 회전이 이루어지도록 구성되는 것이다.

즉, 사용자가 한쪽 발로 일측 페달암(420)을 누름 조작하여 일측 페달암(420)이 하방으로 일정각도 회전되면 이에 연동하여 타측 페달암(420)은 상방으로 일정각도 회전되고, 이어서 다른쪽 발로 타측 페달암(420)을 누름 조작하여 타측 페달암(420)이 하방으로 일정각도 회전되면 일측 페달암(420)은 다시 상방으로 회전되어 복귀되는 것이다.

이렇게 페달크랭크(400) 한쌍 각각의 페달암(420)이 교대로 상하 왕복 회전되도록 구현하는 것은, 일 예로 페달크랭크(400) 각각의 크랭크축(410) 상호간을 베벨기어를 매개로 맞물리도록 결합하여 구성할 수 있다.

또한, 페달크랭크(400) 한쌍 각각의 페달암(420) 또는 크랭크암(430) 상호간을 벨트를 이용하여 도르레 방식으로 상측의 프레임에 연결하도록 구성하는 것도 가능하다.

이렇게 크랭크축 상호간을 베벨기어를 통해 결합하거나 페달암 각각을 도르레 방식을 통해 연결하여 좌우 페달암(420)이 교대로 왕복 동작되게 하는 구성은, 당해 기술분야의 다양한 선행문헌들에 이미 개시된 공지의 구성이므로, 이와 관련된 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 위와 같은 본 발명의 구동장치 한쌍은, 기본적으로는 자전거의 프레임을 기준으로 하여 프레임의 좌측편과 우측편에 동일한 구조로 구비될 수 있음은 당연하다.

다만, 실시예에 따라서는, 페달암(420)을 제외한 나머지 한쌍의 구성들, 즉 변위휠(200), 동력전달부재(300), 크랭크암(430), 가동레버(500) 한쌍이 자전거의 프레임을 기준으로 하여 좌측이나 우측 어느 일측에 모두 배치되고 후륜휠(100) 한쌍 또한 뒷바퀴(W) 어느 일측에 구비되는 것도 가능하다.

일 예로, 페달크랭크(400) 한쌍의 경우 도 6에 개략적으로 일 예시된 것처럼, 각 크랭크축(410a, 410b)이 독립적 회전이 가능한 이중관 구조를 가지면서 페달암(420a, 420b) 한쌍은 프레임(F)의 좌우측에 각각 배치되되, 크랭크암(430a, 430b) 한쌍은 프레임(F)의 어느 일측에 인접하여 나란하게 배치되도록 구성될 수 있으며, 이렇게 인접하여 배치된 크랭크암(430a, 430b) 한쌍에 각각 가동레버(500) 한쌍이 결합되면서 나머지 구성들 한쌍도 인접하여 배치될 수 있는 것이다.

또한, 위와 같이 배치 구성되는 경우, 도 7에 일 예시된 것처럼, 동력전달부재(300a, 300b) 한쌍은 뒷바퀴(W) 일측에 구비된 후륜휠(100a, 100b) 한쌍(상기 도 에서는 용이한 확인을 위해 편의상 크기를 서로 상이하게 도시하였음을 참조.)을 각각 경유하면서 후단이 서로 연결되고, 동력전달부재(300a, 300b) 한쌍의 연결부분이 추가 구성된 더미휠(320)을 경유하면서 상기 더미휠(320)이 하나의 부재지지스프링(310)에 의해 탄성 지지되도록 구성이 이루어지는 것도 가능하다.

이상으로 본 발명을 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.

첨부된 도면들의 주요부위에 대한 부호를 설명하면 다음과 같다.
100: 후륜휠 200: 변위휠
300: 동력전달부재 400: 페달크랭크
410: 크랭크축 420: 페달암
430: 크랭크암 500: 가동레버

Claims (6)

1. 뒷바퀴에 구비되는 후륜휠과;
   상기 후륜휠의 전방에 변위 가능하게 구비되는 변위휠과;
   전후로 연장되면서 전단은 상기 변위휠을 경유하여 고정되고, 후단은 상기 후륜휠을 경유하여 부재지지스프링에 탄성 지지되는 동력전달부재와;
   사용자의 풋 조작에 의해 일정각도 상하로 왕복 회전되는 페달크랭크와;
   상기 페달크랭크의 회전에 따라 상기 변위휠을 변위시키는 가동레버;를 포함하되,
   상기 페달크랭크는, 회전 가능한 크랭크축과, 상기 크랭크축에서 전방쪽으로 연장되어 사용자의 풋 조작에 의해 크랭크축을 회전시키는 페달암과, 상기 크랭크축에서 페달암과 반대방향으로 연장되어 크랭크축의 회전에 연동하여 회전되는 크랭크암을 포함하고,
   상기 가동레버는 상기 크랭크암의 후단에 회동 가능하게 결합되면서, 일단은 레버지지스프링에 의하여 크랭크암에 탄성 지지되고, 타단에는 상기 변위휠이 결합되는, 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 크랭크암에 대한 가동레버의 상대적인 회동은 일정각도 범위 내로 제한되는, 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 레버지지스프링은 부재지지스프링보다 상대적으로 큰 탄성력을 제공하는, 자전거의 왕복회동식 무단변속 구동장치.
   

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