KR200176810Y1 - 수동휠체어의구동력증가장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상기와 같은 단조로움을 보완하여 탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하기 위함을 주목적으로 한다.

이러한 본 고안은 종래의 휠체어(구동을 위한 보조 휠은 제외)와,

탑승자의 구동 힘을 가지고 상대적으로 적은 토크를 발생시키지만 팔의 동작이 편리한 제 1 구동 레버와,

탑승자의 구동 힘을 가지고 상대적으로 큰 토크를 발생시킬 수 있는 제 2 구동 레버 및 이 구동 레버를 잡기에 편리하도록 핀 조인트로 결합된 손잡이와,

다단계 변속이 가능한 변속 기어 및 단계별 기어 선택이 가능하도록 조절해주는 변속 보조 기어와,

변속 기어 및 변속 보조 기어를 고정 시켜주는 결합수단과,

변속 기어로부터 발생되는 토크를 구동 휠에 전달하는 토크 체인과,

전달된 토크로 휠체어를 진행시킬 수 있는 구동 휠 기어와,

탑승자가 변속 보조 기어를 움직여서 원하는 단계의 변속 기어를 선택하도록 하는 변속 레버 및 그 동력을 변속 보조 기어로 전달하는 동력 장치와,

휠체어 진행 방향을 전향할 수 있는 방향 전환 레버와,

구동 레버들을 고정시킬 수 있는 구동 레버 고정 장치와,

속도를 효과적으로 줄일 수 있는 밴드형 브레이크 드럼과,

탑승자가 속도 감속을 조절할 수 있는 브레이크 레버 및 그 동력을 브레이크 드럼에 전달하는 전달 장치를 구비시킴으로써 이루어진다.

Description

수동 휠체어의 구동력 증가 장치{The increasing system to operation torque in manual wheel chair}

본 고안은 수동 휠체어를 사용하는 신체 장애자들의 휠체어 구동에 따른 힘을 효율적으로 활용하기 위함이다.

본 고안은 수동 휠체어를 구동하기 위한 힘을 효율적으로 활용하기 위한 기어 변속 장치와 토크 발생 장치에 관한 것이다.

종래의 휠체어는 휠체어 전체를 지면에 대해 지지하며 앞 또는 뒤로 진행하는 기능을 가진 구동 휠의 옆에 탑승자가 직접 구동을 위한 힘을 가하는 보조 휠이 달려있다. 즉, 축이 같이 연결되어 있으므로 보조 휠이 한번 회전하면 구동 휠도 한번 회전하는 단순한 구조이다. 이러한 구조는 언덕을 오를 때 많은 힘이 필요하게 되고 평지에서는 탑승자의 구동 힘에 따라 제한적인 속도 외에는 얻을 수 없다.

또한, 전진할 때 가해지는 구동 힘과 후진할 때 가해지는 구동 힘은 탑승자의 팔의 움직임에 따라 크게 차이가 난다. 즉, 후진할 경우의 팔의 움직임이 부자연스러움으로 인해 전진할 때보다 작은 토크를 발생시킨다.

본 고안은 상기와 같은 단조로움을 보완하여 탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하기 위함을 주목적으로 한다.

탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하는 방법으로 첫 번째는 토크를 증대시키는 것이다. 휠체어가 토크에 의해 진행한다는 점을 이용하여 탑승자는 제한된 힘을 가지고 있지만 토크는 힘이 가해지는 거리에 따라 변할 수 있기 때문에 종래의 휠체어에서 탑승자가 힘을 가하는 거리보다 그 거리를 증대시키면 토크는 상대적으로 커지게 된다. 그러나 탑승자가 자신이 낼 수 있는 힘이 감소되지 않는 적절한 거리를 선택하는 것도 중요하다.

탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하는 방법으로 두 번째는 힘과 휠체어 진행 속도를 조절하는 것이다. 기어 변속 장치를 사용하는 자전거나 자동차 같은 시스템을 보면 알 수 있듯이 이와 같은 시스템들은 언덕에서와 평지에서 에너지 사용에 따른 효율을 극대화하고 있다. 즉, 휠체어에도 기어 변속 장치를 장착하면 언덕을 오를 때에 적은 힘으로 진행할 수 있고, 평지에서는 동일 힘으로 빠른 속도를 얻을 수 있다.

탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하는 방법으로 세 번째는 후진할 때도 전진할 때처럼 팔의 움직임이 자연스럽다면 비슷한 토크를 발생시킬 수 있다. 이를 위해서는 동일한 토크 발생 메카니즘을 가져야 하는데 토크를 제일 먼저 발생하는 변속 기어의 회전축에 토크 방향을 전환할 수 있는 장치를 장착한다면 탑승자의 구동 힘을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.

탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용하는 방법으로 네 번째는 속도를 감속할 수 있는 브레이크 장치를 하는 것이다. 내리막길이나 속도가 빠르다고 느껴질 때 그 속도를 저속으로 변경하기 위해서는 종래의 휠체어에는 두, 세 단계의 이산적인 속도 감속 장치가 있지만 본 고안에서는 자전거의 밴드 브레이크를 장착해서 연속적인 속도 감속이 가능하도록 하였다.

이러한 본 고안은 종래의 휠체어(구동을 위한 보조 휠은 제외)와,

탑승자의 구동 힘을 가지고 상대적으로 적은 토크를 발생시키지만 팔의 동작이 편리한 제 1 구동 레버와,

탑승자의 구동 힘을 가지고 상대적으로 큰 토크를 발생시킬 수 있는 제 2 구동 레버 및 이 구동 레버를 잡기에 편리하도록 핀 조인트로 결합된 손잡이와,

다단계 변속이 가능한 변속 기어 및 단계별 기어 선택이 가능하도록 조절해주는 변속 보조 기어와,

변속 기어 및 변속 보조 기어를 고정 시켜주는 결합수단과,

변속 기어로부터 발생되는 토크를 구동 휠에 전달하는 토크 체인과,

전달된 토크로 휠체어를 진행시킬 수 있는 구동 휠 기어와,

탑승자가 변속 보조 기어를 움직여서 원하는 단계의 변속 기어를 선택하도록 하는 변속 레버 및 그 동력을 변속 보조 기어로 전달하는 동력 장치와,

휠체어 진행 방향을 전향할 수 있는 방향 전환 레버와,

구동 레버들을 고정시킬 수 있는 구동 레버 고정 장치와,

속도를 효과적으로 줄일 수 있는 밴드형 브레이크 드럼과,

탑승자가 속도 감속을 조절할 수 있는 브레이크 레버 및 그 동력을 브레이크 드럼에 전달하는 전달 장치를 구비시킴으로써 이루어진다.

도 1 은 본 고안의 구동력 증가 장치 결합도

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

1 : 휠체어 프레임 2 : 구동 휠 축

3 : 구동 휠 4 : 구동 휠 기어

5 : 변속 기어 지지대 6 : 변속 기어

7 : 변속 보조 기어 지지대 8 : 변속 보조 기어

9 : 제 1 구동 레버 10 : 제 2 구동 레버

11 : 손잡이 12 : 구동 레버 결합 장치

13 : 변속 레버 14 : 토크 체인

15 : 방향 전환 레버 16 : 변속 동력 전달 장치

17 : 구동 레버 고정 장치 18 : 브레이크 레버

19 : 브레이크 드럼 20 : 브레이크 동력 전달 장치

본 고안은 종래의 휠체어 구조를 완전히 바꾸는 것이 아니기 때문에 탑승자가 휠체어에 탑승해서 진행할 수 있도록 하는 제반 구조는 그대로 사용하게 되며 본 설명에서는 이러한 것을 휠체어 프레임(1)으로 명명한다.

본 고안은 휠체어 프레임의 구동 휠 축(2)에 결합된 구동 휠(3)에 구동 휠 기어(4)를 장착하여 탑승자가 구동 힘으로 발생한 토크를 구동 휠에 전달하여 구동 휠을 진행시킨다.

변속 기어(6)를 휠체어 프레임(1)에 고정시켜서 그 위치가 변경되지 않도록 지지해 주는 변속 기어 지지대(5)를 구동 휠 축(2)에 결합한다. 이 변속 기어 지지대(5)는 구동 휠 기어(4)와 변속 기어(6)가 동일 평면에 놓이도록 적절한 굴곡을 준다.

변속 기어(6)에 토크를 발생시키는 구동 레버들(9,10)은 변속 기어(6)와 동일 축에 결합되며 제 1 구동 레버(9)는 탑승자의 팔을 휠체어 프레임(1)에 있는 팔걸이 높이 정도로 하여 종래의 휠체어를 구동할 때와 같은 근육이 움직이도록 한다. 또한, 제 1 구동 레버(9)는 제 2 구동 레버(10)보다 탑승자가 팔을 자연스럽게 움직일 수 있는 위치가 된다. 제 2 구동 레버(10)는 제 1 구동 레버(9)보다 더 큰 토크를 발생할 때 사용하도록 되어 있으며 두 개의 구동 레버들이 구동 레버 결합 장치(12)에 의해 연결된다.

제 2 구동 레버(10)의 끝단에는 손잡이(11)가 부착되어 탑승자가 힘을 가하기에 편리하도록 핀 조인트로 결합된다. 그리고, 제 1 구동 레버(9) 길이로 조정될 때에는 구동 휠(3)에 걸리지 않도록 하기 위해 구동 레버 길이 방향으로 접힐 수 있는 또 하나의 핀 조인트로 결합된다.

구동 휠 축(2)의 양 끝단에는 휠체어를 탑승자가 직접 구동하지 않고 보조자가 등뒤에서 끌어 줄 때와 같이 휠체어가 회전이 지속적으로 이루어질 때 구동 레버들(9,10)을 고정시킬 수 있는 구동 레버 고정 장치(17)가 장착되어 있다. 구동 레버들(9,10)을 고정시킬 때는 손잡이(11)를 꺾어서 구동 레버 고정 장치(17)의 홈에 결합하면 된다.

제 1 구동 레버(9)와 제 2 구동 레버(10)를 결합하는 구동 레버 결합 장치(12)는 버턴 구조로 되어 제 2 구동 레버(10)를 제 1 구동 레버(9) 속으로 내장시켜 상대적으로 작은 토크지만 탑승자의 팔의 움직임을 편리하게 할 수 있고, 밖으로 뽑아서 큰 토크를 발생시킬 수 있다.

변속 기어(6)의 축에 구동 레버들(9,10) 외에 방향 전환 레버(15)가 결합되어 제 1 구동 레버(9)보다 앞쪽으로 방향 전환 레버(15)가 놓이면 구동 레버들(9,10)을 탑승자가 앞쪽으로 밀어 전진하는 토크를 발생시키도록 하며, 방향 전환 레버(15)가 제 1 구동 레버(9)보다 뒤쪽으로 놓이면 탑승자가 구동 레버들(9,10)을 뒤쪽으로 끌어 후진하는 토크를 발생시키도록 한다. 전진 토크를 발생할 때에 탑승자가 구동 레버들(9,10)을 뒤쪽으로 끌어오는 동작에는 변속 기어(6)에는 토크가 발생되지 않으며 반대의 경우도 동일한 동작이 이루어진다. 또한, 방향 전환 레버(15)를 제 1 구동 레버(9)와 동일하게 맞추어 놓으면 구동 레버들(9,10)을 움직이는 방향대로 휠체어가 진행하도록 만들어 놓으면 탑승자가 구동 레버들(9,10)을 꽉 붙들고 있으면 구동 휠(3)이 회전하지 않는다. 즉, 사이드 브레이크 기능이 이루어지게 된다. 그러나, 이 방법은 사이드 브레이크 기능이라고 말한 것처럼 휠체어를 움직이던 중에 속도를 줄이면서 정지시키는 것이 아니고 정지되어 있을 때 움직이지 않도록 하는 것이다.

변속 기어 지지대(5)의 변속 기어(6) 쪽 끝단에 변속 보조 기어 지지대(7)를 연결해서 변속 보조 기어(8)를 고정시킨다. 변속 보조 기어 지지대(7)는 변속 기어지지대(5)와 연결되는 부분에 스프링 장치로 결합되어 변속 기어(6)의 적절한 위치에 체인(14)이 걸리도록 한다. 변속 보조 기어 지지대(7)와 변속 보조 기어(8)는 변속 기어(6)에 있어도 되고 구동 휠 기어(4) 쪽에 있어도 된다. 이와 같이 구동 휠 기어(4) 쪽에 변속 보조 기어(8)가 장착되면 변속 다단계 기어 형태를 구동 휠 기어(4)가 갖추어야 한다.

토크 체인(14)은 구동 휠 기어(4)와 변속 기어(6)와 변속 보조 기어(8)를 연결해서 변속 기어(6)로부터 발생된 토크를 구동 휠 기어(4)에 전달하도록 한다.

휠체어 프레임(1)의 팔걸이에 변속 레버(13)를 장착하고 변속 레버(13)와 변속보조 기어 지지대(7) 사이를 강한 줄로 된 변속 동력 전달 장치(16)로 연결하여 변속 레버(13)의 선택에 따라 변속 보조 기어 지지대(7)를 움직여 변속 보조 기어(8)의 위치를 변경한다.

변속 레버(13)는 팔걸이 양쪽에 모두 설치할 수도 있고, 한쪽에만 설치한 후 변속 보조 기어 지지대(7) 쪽에서 오는 두 개의 변속 동력 전달 장치(16)를 중간에 고리를 연결해서 하나의 변속 동력 전달 장치(16)로 바꾼 후 변속 레버(13)에 연결할 수도 있다.

브레이크 드럼(19)을 구동 휠 축(2)에 장착하고 탑승자 팔걸이 위치에 있는 브레이크 레버(18)와는 브레이크 동력 전달 장치(20)로 연결한다. 이 장치는 자전거의 브레이크 종류 중 밴드형과 동일한 원리로 동작한다.

본 고안은 탑승자의 구동 힘을 효율적으로 사용할 수 있다. 작은 힘으로도 큰 토크를 얻을 수 있음으로 인해 무리한 힘이 들지 않아 소년과 노년 모두에게도 적합하다. 언덕길도 편리하게 오를 수 있고 평지에서는 어느 정도 속도감도 느낄 수 있는 장점이 있다.

구동 레버가 2종류가 있기 때문에 큰 토크를 내는 긴 구동 레버(제 2 구동 레버)를 지속으로 움직이다보면 팔이 힘들게 되므로 다른 근육을 움직일 수 있도록 변형해 주는 것이 필요하다. 이를 위해 짧은 구동 레버(제 1 구동 레버) 길이로 구동 레버를 변경한 후 이 변경된 구동 레버를 움직이면 탑승자의 팔의 근육을 충분히 풀어줄 수 있는 장점이 있다.

방향 전환 레버를 이용해서는 전진과 후진을 마음대로 할 수 있으므로 회전하여 나오기 어려운 길이나 잘못 들어서 길에서 후진으로 자연스럽게 빠져 나올 수 있는 장점이 있다.

구동 레버 고정 장치가 있기 때문에 보조자가 휠체어를 구동할 때에는 구동 레버를 고정시켜 놓을 수 있고 브레이크 장치가 밴드형으로 되어 있으므로 연속적인 속도 감속을 할 수 있는 장점이 있다.

본 고안에 의한 장치들은 종래의 휠체어 구조를 새롭게 바꾸는 것이 아니고 새로운 장치들을 부착하는 것이기 때문에 생산 공정 라인을 크게 바꾸지 않아도 되므로 생산설비비용이 상대적으로 적다.

기계들을 이용해서 기구학적으로 제작되기 때문에 전기에 의해 제작된 전기 휠체어보다 고장이 적고 수명이 길며 또한 제작 단가가 적고 생산 설비비용이 상대적으로 적게 들어가므로 사용자들의 경제적인 부담이 상대적으로 적다.

Claims (1)

1. 탑승자가 스스로 적은 힘을 들여 진행에 필요한 토크를 발생시킬 수 있도록 구동 레버를 장착하고, 생성한 토크를 효율적으로 활용할 수 있도록 두 개의 다른 회전축으로 분리한 변속 기어 장치와 휠체어 진행 방향 전환 및 정지를 할 수 있는 방향 전환 장치 그리고 속도를 연속적으로 줄일 수 있는 밴드형 브레이크 장치가 장착된 수동 휠체어.