KR200414309Y1

KR200414309Y1 - 개선된 다기능 페달 운동 자전거

Info

Publication number: KR200414309Y1
Application number: KR2020060002433U
Authority: KR
Inventors: 설만택
Original assignee: 정옥녀
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2006-04-18
Also published as: JP3121084U; CN2871369Y; AU2006200233A1; PL1688344T3; ES2326990T3; ATE430088T1; EP1688344B1; DE602006006484D1; EP1688344A2; EP1688344A3; AU2006200233B2

Abstract

특별히 자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거로서, 정규 페달링, 크랭크들의 독립적인 페달링, 크랭크들의 동일 방향 상향/하향 운동들을 포함하는 자전거의 다양한 작동 모드들을 수행하기 위해 수동으로 제 1 제어부 및 제 2 제어부 사이에서 이동되고 선택적으로 제 1 제어부 및 제 2 제어부를 맞물림할수 있는 클러치 부재를 포함한다. 전동장치 메커니즘은 단순하고 경량인 구조를 가지며 따라서 저비용 및 연장된 유효 수명과 함께 낮은 고장 위험을 가진다. 또한, 다양한 작동 모드들이 전용 후측 허브 없이 수행될 수 있다.

자전거용 전동장치, 허브, 전용 후측 허브, 작동 모드, 크랭크, 페달링

Description

개선된 다기능 페달 운동 자전거{IMPROVED MULTIFUNCTIONAL PEDALING MOTION BICYCLE}

첨부된 도면들을 참조하여, 다음의 바람직한 실시예들의 설명을 읽으면 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자들에게 명확할 것이다:

도 1은 본 발명에 따른 자전거 전동장치의 제 1 액슬 조립체(primary axle assembly)의 확대도;

도 2는 본 발명에 따른 자전거 전동장치의 제 2 액슬 조립체(secondary axle assembly)의 확대도;

도 3은 본 발명의 자전거 전동장치 메커니즘의 확대된 제어 메커니즘;

도 4는 부분적으로 분리된, 본 발명의 자전거 전동장치를 도시하는 개략적 평면도;

도 5는 제어 메커니즘이 장착되는 자전거 프레임의 일부를 도시하고 또한 제 1 액슬 조립체 및 제 2 액슬 조립체가 상기 프레임 상에 장착되는 위치들을 도시하는, 정측면도;

도 6은 제어 메커니즘을 지지하는 자전거 프레임 및 상기 프레임 상의 제 1 액슬 조립체 및 제 2 액슬 조립체의 위치들을 도시하는, 사시도;

도 7은 제 2 액슬 조립체를 제 2 제어부에 연결하는 체인을 도시하는 정측면 도;

도 7A는 도 7에 유사하나, 제 2 액슬 조립체의 또 다른 제 2 체인 휠을 또 다른 제 2 제어부 및 자전거 프레임에 연결하는 체인들을 도시하는 도면;

도 8은 운동 모드(exercise mode)에 있는 본 발명의 자전거 전동장치 메커니즘을 도시하는 평면도;

도 8A는 도 8의 원형 부분의 확대도;

도 9는 자전거의 페달들이 동일-방향 상향/하향 운동인 조건을 도시하는 평면도;

도 9A는 도 9에 해당하는 정측면도;

도 10은 자전거의 페달들이 반대-방향 상향/하향 운동인 조건을 도시하는 평면도;

도 10A는 도 10에 해당하는 정측면도;

도 11은 독립 모드(independent mode)에 있는 본 발명의 자전거 전동장치 메커니즘을 도시하는 평면도;

도 11A는 도 11의 원형 부분의 확대도;

도 12는 자전거의 각 페달이 독립적으로 상향/하향으로 운동하는 조건을 도시하는 평면도;

도 12A는 도 12에 해당하는 정측면도;

도 13은 정규 페달링 모드에 있는 본 발명의 자전거 전동장치 메커니즘을 도시하는 평면도;

도 13A는 도 13의 원형 부분의 확대도;

도 14는 페달들이 정규적인 방법으로 구동되는 조건을 도시하는 평면도;

도 14A는 도 14에 해당하는 정측면도;

도 15는 역회전을 겪고 있는 본 발명의 자전거 전동장치 메커니즘을 도시하는 평면도;

도 15A는 도 15의 원형 부분의 확대도; 및

도 16은 제 2 제어부와 클러칭 링 사이의 공간 관계를 도시하는 사시도;이다.

본 발명은 일반적으로 개선된 다기능 페달 운동 자전거에 관한 것이고, 특히, 변환용 전용 허브(hub)의 필요 없이 다양한 작동 모드들 간에 변환하기 위해 포크-기반 컨트롤 유닛들(fork-based control units)에 의해 작동될 수 있는 클러칭 장치에 의해 제어되는 자전거 전동장치에 관한 것이다.

자전거들은 종종 속도를 변화시키기 위해 기어-변환 장치들을 갖추고 있다. 그러나, 공지된 기어-변환 장치들은 자전거에 기반한 운동 장치에 매우 제한적인 장점을 제공한다. 중국 실용신안 제 91226879.4호에서, 본 발명자는 레버지리 운동(leverage exercise) 및 개별 페달의 독립적인 작동과 같은, 자전거에 통상적인 페달 작동 외의 작동 모드들을 제공하는 자전거용 다기능 전동장치를 개시하였다. 상 기 중국 실용신안에 의해 제공되는 동력 전동장치의 새로운 방법들에 의해서, 자전거를 작동 또는 운전하는 새로운 모드들이 실현될 수 있고, 이는 또한 페달 밟기 운동용 자전거(stationary bike)와 같은 자전거에 기반한 운동 장비에 적용될 수 있다.

그러나, 중국 실용신안에 개시된 장치는 다음과 같은 단점들을 가진다: (1) 레버리지 운동을 수행하기 위해서 전용 후측 허브(dedicated rear hub)가 요구되고 전용 허브의 비용들이 높다. (2) 전용 후측 허브는 상당한 중량을 가지며, 이는 일반 소비자들에게 어려움을 야기한다. (3) 전동장치는 손상 및 고장에 노출되기 쉽다.

전술된 단점들을 고려하여, 본 발명자는 중국 실용신안 제 200520001872.6호에서 개시되었던 다른 디자인을 제시하였고, 이는 본 발명의 이전 버전을 고려하는 자전거 전동장치를 예시한다. 상기 중국 실용신안에서 개시된 자전거 전동장치는 특히, 작동 정확성 측면에서 여전히 개선의 대상이다.

따라서, 본 발명은 다양한 작동 모드들 중에서 정확한 변환(switching) 작동을 보장하는, 전술된 자전거 전동장치에 대한 개선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술된 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명에 따라, 정규 페달링, 크랭크들의 독립적인 페달링, 크랭크들의 동일-방향 상향/하향 운동들을 포함하는, 자건거의 다양한 작동 모드들을 수행하기 위해서 제 1 제어부(primary control block) 및 제 2 제어부(secondary control block)간에 이동하고 선택적으로 이들을 맞물림되도록(engage) 수동으로 제어되는 클러치 부재를 포함하는 자전거용 전동장치 메커니즘이 제공된다. 전동장치 메커니즘은 단순하고 경량인 구조를 가지며 따라서 연장된 유효 수명(service life)과 함께 저비용 및 낮은 고장 위험을 가진다. 또한, 다양한 작동 모드들이 전용 후측 허브 없이 수행될 수 있다.

도면들 및 특히 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 전동장치 메커니즘은 자전거 프레임(10), 특히, 프레임(10)의 하부 브라킷(104)에 장착되도록 개조된다. 자전거 프레임(10)은 이하에서 "제 1 액슬"이라고도 지칭되는, 크랭크 샤프트(201)를 가지며, 이는 페달 크랭크들(243a, 243b)이 장착되는 대향 단부들을 가지며, 각 페달 크랭크(243a, 243b)는 탑승자의 발(503)로부터 구동력을 얻는 페달(502)(도 6 참조)을 유지하고 크랭크 샤프트(201)(제 1 액슬) 상에 토크를 유도한다. 본 발명의 전동장치 메커니즘은 페달 크랭크들(243a, 243b) 및 페달들(502)이 연속적인 전방(또는 시계방향) 회전을 수행하는 본 발명의 자전거가 정규 자전거로서 페달링 될 수 있는 "정규 모드", 페달 크랭크들(243a, 243b)이 독립적으로 회전될 수 있는 "독립" 모드, 및 작동시, 페달 크랭크들(243a, 243b)이 왕복 회전을 수행하는, "운동" 모드 간에 페달링의 작동 모드들을 변환하기 위해 작동될 수 있다. 전동장치 메커니즘의 서브조립체들은 이하에서 기술될 것이다.

특히, 본 발명에 따른 전동장치 메커니즘의 페달 액슬 조립체의 확대도를 도시하는, 도 1을 참조하면, 이하에서 "제 1 액슬 조립체"로 지칭되기도 하는, 페달 액슬 조립체는 일반적으로 참조 번호 200으로 표시되고, 제 1 액슬(크랭크 샤프트)(201)을 포함하며, 이는 전술된 바와 같이 각 페달 크랭크(243a, 243b)에 수용되어 고정되는 단방향 베어링(240a, 240b)에 끼워 맞춤되어 페달 크랭크들(243a, 243b)에 결합되는 대향하는 단부들을 가진다. 단방향 베어링들(240a, 240b)은 전방 또는 시계방향과 같은 주어진 회전 방향에서 토크가 페달들(502)로부터 페달 크랭크들(243a, 243b)을 통하여 제 1 액슬(201)에 전달되게 하나, 토크를 후방 또는 반시계 방향과 같은 반대방향으로는 전달하지 않는다. 체인 휠(215)은 제 1 액슬(201)과 일체로 회전할 수 있도록 제 1 액슬(201)에 고정된다. 예시된 실시예에서, 체인 휠(215)은 단방향 베어링들 중 하나, 예를 들면, 단방향 베어링(240b)의 옆에 배열되고, 체인(도시되지 않음)에 의해 후측 허브(50)(도 4)에 작동적으로 결합되며, 이에 의해, 탑승자에 의해 크랭크들(243a, 243b)을 통해 제 1 액슬(201)에 적용된 토크는 자전거를 구동하기 위해 후측 허브(50)에 전달된다.

또한, 도 2, 도 4, 도 7 및 도 7A를 참조하면, 본 발명의 전동장치 메커니즘은 제 2 액슬 조립체(300)를 포함하며, 이는 자전거 프레임(10)의 하부 브라켓(104)에, 바람직하게는 제 1 액슬 조립체(200) 뒤의 포지션에서 장착된다(도 5 및 도 6에 가장 잘 도시됨). 제 2 액슬 조립체(300)는 각각 제 2 체인 휠들(308a, 308b)에 결합되는 대향하는 단부들을 가지는 제 2 액슬(301)을 포함하고, 이에 의해 제 2 체인 휠들(308a, 308b)은 제 2 액슬(301)과 일체적으로 회전가능하다. 각각의 제 2 체인 휠(308a, 308b)은 피팅 판들(312a, 312b)이 체인들(501a, 501b)의 단부들과의 연결을 위해 피벗적으로 고정되는 조절 구멍들(adjusting holes)(3081a, 3081b)을 정의한다. 체인들(501a, 501b)의 대향하는 단부들은 보다 상세히 기술될 제 2 제어부들(229a, 229b)에 연결된다. 제 2 제어부(229a)는 체인(502)의 단부에 더 연결되고 체인(502)의 대향하는 단부는 자전거 프레임에 고정된다. 체인들(502, 501a, 501b)은 운동 모드에서 수행되는 왕복 회전의 회전각을 제한하며, 이는 후에 더 기술될 것이다.

또한, 도 3, 도 5, 및 도 6을 참조하면, 제어 메커니즘(400)은 자전거 프레임(10)의 하부 브라킷(104) 상에 형성되는 돌출부인, 제어 메커니즘 마운트(106)에 장착된다. 제어 메커니즘(400)은 패스너들 또는 도면들에 도시되지 않은 다른 공지의 수단들에 의해 자전거 프레임의 제어 메커니즘 마운트(106)에 고정되는 고정된 기부(406), 및 핀들(405a, 405b)에 의해 고정된 기부(406)의 대향하는 단부들에 피벗되고, 고정된 기부(406)에 대하여 맞물림 포크들(410a, 401b)의 회전을 허용하도록 상호간에 떨어져 있는 두 개의 맞물림 포크들(401a, 401b)을 포함하고, 맞물림 포크들(410a, 401b)은 각각 정규 모드 및 운동 모드에 해당하는 제 1 및 제 2 극단 포지션들 및 극단 포지션들(extreme positions) 사이에 존재하며 독립 모드에 해당하는 중간 포지션(intermediate position) 간에 이동가능하다. 삼방향 커넥터(407)는 두 개의 맞물림 포크들(401a, 401b) 사이에 배열되고 와이어들(4071a, 4071b)로 맞물림 포크들(401a, 401b)에 연결된다. 와이어들(4071a, 4071b)의 프리 단부들은 피벗들(402a, 402b)에 의해 맞물림 포크들(401a, 401b)에 회전가능하게 고정된 커넥션 부재들(403a, 403b)에 연결된다. 커넥터(407)는 또한, 맞물림 포크들(401a, 401b)의 수동 작동을 위해 스프링(408)을 통해 풀 와이어(pull wire)(40)에 연결된 다.

특히, 도 4를 참조하면, 제 1 액슬 조립체(200)는 자전거 프레임(10)의 하부 브라켓(104)에 장착되고 페달 크랭크들(243a, 243b)은 하부 브라켓(104)의 대향면들 상에 위치한다. 제어 메커니즘(400)은 또한 하부 브라켓(104)에 고정되고 제 2 액슬 조립체의 보조 하에 정규 작동 모드, 운동 모드, 및 독립 모드를 선택적으로 실현하기 위해 제 1 액슬 조립체(200)의 작동을 조절하고자 제 1 액슬 조립체(200)에 작동적으로 결합된다.

추가적인 설명이 주어지기 전에, 먼저 제 1 액슬 조립체(200)는 각 크랭크 페달(243a, 243b)과 결합된 클러칭 링(224a, 224b) 및 그 기능은 후에 기술될, 치상 링 키(toothed ring key)(226a, 226b)를 포함한다는 점에 유의해야 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 클러칭 링(224a, 224b)는 치상 링 키(226a, 226b)로부터 분리되고 그 후 함께 고정된다. 대안으로서, 제조 및 조립을 단순화하기 위해, 도 16에서 도시된 바와 같이, 클러칭 링(224a, 224b) 및 치상 링 키(226a, 226b)가 하나의 부재로서 함께 통합되고 결합된다. 이하의 기술을 단순화하기 위해, "클러칭 링"으로도 지칭되며 참조번호 224a, 224b로 표시될, "결합된" 클러칭 링 및 치상 링 키를 참조하여 예시가 주어진다. 다시 말하면, 도 1을 제외한 모든 도면들에서, 클러칭 링(224a, 224b)은 도 1의 클러칭 링(224a, 224b)과 치상 링 키(226a, 226b)의 결합이다. 이 경우, 도 16에 도시된 바와 같이, 클러칭 링(224a, 224b)은 그들의 대향 축방향 단부들 상의 제 1 및 제 2 원주를 따라 배치된(circumferentially-spaced) 치아(teeth)(2243b, 2242b) 및 그들 사이에 형성되는 원주 홈 (circumferential groove)(2244)을 포함한다. 따라서, 제 2 치아(2242b)는 치형 링 키(226b)의 자리를 대체한다.

클러칭 링(224a, 224b)은 페달 크랭크(243a, 243b)와 일체적으로 회전가능하고 억지 끼워맞춤된(tightly fit) 가이드 실린더(231a, 231b)의 치형 표면(toothed surface)(2311a, 2311b) 상에 이동가능하게 맞춰진 내부 치아(2241a, 2241b)를 가진다. 이는 클러칭 링(224a, 224b)이 제 1 액슬(201) 및 페달 크랭크들(243a, 243b)에 대하여 축방향으로 이동가능하게 한다.

제 1 체인 휠(215)의 내면에, 구동 칼라(driving collar)(2082a, 208b) 및 구동 디스크(215a, 215b)가 관상 연장(tubular extension)(214a, 214b) 상에 동축으로 장착되고 그를 따라 축방향으로 이동가능하다. 관상 연장(tubular extension)(214b)은 또한 제 1 체인 휠(215)의 보어(2153d)에 끼워맞춤이다. 구동 디스크(215a, 215b)는 축방향으로 연장되는 커넥션 로드들(217a, 217b)에 의해 클러칭 링(224a, 224b)에 결합되며, 도 1에서는 커넥션 로드들 중 하나만 볼 수 있다. 커넥션 로드(217a, 217b)의 일 단부는 홀딩 링(216a, 216b)에 고정되고, 나사산(theaded)인 그 대향 단부는 구동 디스크(215a, 215b)에서 정의된 구멍(504)을 통해 연장되고 예를 들면, 너트(219a, 219b)에 의해 고정된다. 커넥션 로드(217b)는 또한 제 1 체인 휠(215)에서 정의된 해당하는 구멍(2152d)을 통해 축방향으로 이동가능하게 연장된다.

홀딩 링(216a, 216b)은 클러칭 링(224a, 224b)의 원주 홈(2244)에 수용된다. 바이어스 요소(218a, 218b), 바람직하게는 커넥션 로드(217a, 217b)를 둘러싸는 나 선형 스프링이 홀딩 링(216a, 216b) 사이에 배열되고, 홀딩 링은 그 사이에 기반력(basing force)을 제공하기 위해 구동 디스크(215a)와 제 1 체인 휠(215)에 장착되고, 이는 클러칭 링(224a, 224b) 및 구동 디스크(215a, 215b) 사이의 상대적 포지션을 보장하고 그 상대적 포지션이 충분한 축하중(axial load) 하에 변할 수 있게 하고, 이는 이하에서 더 기술될 것이다.

구동 칼라(2082a, 2082b)는 제 1 및 제 2 극단 포지션들 사이에서 맞물림 포크(401a, 401b)에 의해 축방향으로 이동가능하고 이는 추가적으로 논의될 것이다. 구동 칼라(2082a, 2082)가 축방향으로 이동되면, 클러칭 링(224a, 224b)도 커넥션 로드들(217a, 217b)에 의해 구동 디스크(215a 215b)에 연결되어 제 1 및 제 2 극단 포지션들 사이에서 이동할 수 있게 된다. 제 1 극단 포지션에서, 클러칭 링(224a, 224b)은 제 1 제어부(223a, 223b)와 맞물림될 수 있고, 제 2 극단 포지션에서, 클러칭 링 (224a, 224b)은 제 2 제어부(229a, 229b)와 맞물림될 수 있다. 제 1 제어부 및 제 2 제어부들(223a, 223b)은 구동 칼라(2082a, 208b)의 대향면들에 위치한다. 제 2 제어부들(229a, 229b)은 각각 체인들(501a, 501b)에 의해 제 2 액슬 조립체(300)의 제 2 체인 휠들(308a, 308b)에 구동적으로 결합된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 자전거 프레임(10)의 하부 브라켓(104)은 맞물림 포크들(401a, 401b)을 회전가능하게 지지하는 고정된 기부(406)가 볼트, 리벳, 및 용접과 같은 임의의 공지된 수단에 의해 고정되는 제어 메커니즘 마운트(106)로서 작용하는 돌출부를 형성한다. 수동 제어(manual control)(도시되지 않음)가 자전거 프레임(10)에 장착되고 스프링(408)에 의해 커넥터(407)에 연결된 풀 와이어(40)를 통해 삼방향 커넥터(407)에 연결된다. 따라서, 수동 제어는 사용자가 삼방향 커넥터(407)을 통해 맞물림 포크들(401a, 401b)을 제어하고 작동할 수 있게 하고, 전술된 바와 같이, 삼방향 커넥터는 와이어들(4071a, 4071b) 및 맞물림 포크들(401A, 401b)의 커넥션 부재들(403a, 403b)에 의해 맞물림 포크들(401a, 401b)에 연결된다. 예를 들면, 수동 당김이나 풀 와이어(40)에 대한 장력의 작용은 맞물림 포크들(401a, 401b)이 서로에게 접근하게 하고, 풀 와이어(40)를 푸는 것(releasing)은 서로로부터 멀어질 수 있게 한다.

기재를 단순화하기 위해, 접미어 "b"의 참조 레이블을 가지는 부품들만 도시할 것이고, 접미어 "a"를 가지는 부품들은 이하에서 그 기재가 생략되는 동일한 또는 기능적으로 유사한 구조를 가지는 상응하는 대응부들이다.

도 6을 참조하면, 페달 크랭크들(243a, 243b)은 페달들(502)로부터 제 1 액슬(201)로 수동 페달링 동력 또는 토크를 전달하고, 제 1 액슬은 제 1 체인 휠(215)을 회전시킨다. 맞물림 포크들(401a, 401b)의 제어 메커니즘(400)의 기부(406)에 대한 피봇 연결(pivotal connection)은 풀링 와이어(40)가 수동으로 당겨지거나 풀릴 때 서로를 향하거나/서로로부터 멀어지게 한다. 각 맞물림 포크(401a, 401b)는 각각 구동 칼라들(2082a, 2082b) 내에 형성된 상응하는 노치들(506)(도 1 참조)과 맞물림할 수 있는 훅 단부(hooked end)(4011a, 4011b)를 형성하는 두 개의 분산된 분지들(two spaced limbs)을 가진다. 이는 맞물림 포크들(401a, 401b)이 풀 와이어(40)에 의해 구동될 때, 구동 칼라들(2082a, 208b)이 맞물림 포크들(401a, 401b)과 일체적으로 움직일 수 있게 한다. 즉, 풀 와이어(40)를 수동으로 당기거나 /풀어서, 맞물림 포크들(401a, 401b)은 이동되고(기부(406)에 대해 회전되는 것에 의해) 맞물림 포크들(401a, 401b)의 이동들은 맞물림 포크들(401a, 401b)의 훅 단부들(4011a, 4011b)과 구동 칼라들(2082a, 208b)의 노치들(2082b)간 맞물림 때문에, 구동 칼라들(2082a, 208b)이 제 1 제어부들(223a, 223b)이 위치한 제 1 극단 포지션과 제 2 제어부들(229a, 229b)이 위치한 제 2 극단 포지션 사이에서 축방향으로 이동하게 한다. 따라서, 구동 칼라들(2082a, 208b)은 (1)정규 모드를 실현하기 위해 구동 칼라들(2082a, 208b)이 제 1 제어부들(223a, 223b)과 구동 맞물림 상태(in driving engagement)에 있는 제 1 극단 포지션에, (2)운동 모드를 실현하기 위해 구동 칼라들(2082a, 208b)이 제 2 제어부들(223a, 223b)과 구동 맞물림 상태에 있는 제 2 극단 포지션 및 구동 칼라들(2082a, 208b)이 제 1 제어부들(223a, 223b) 및 제 2 제어부들(229a, 229b) 어느 것과도 맞물림되지 않는, 제 1 극단 포지션들과 제 2 극단 포지션들 사이의 중간 포지션에 위치할 수 있고, 2 개의 페달 크랭크들(243a, 243b)이 독립적으로 회전될 수 있는 "독립" 작동 모드가 실현된다.

바람직하게는, 스프링과 같은 바이어스 요소(207a, 207b)는 각각의 구동 칼라(2082a, 208b) 및 구동 칼라(2082a, 208b)가 제 2 제어부(229a, 229b)를 맞물림하는 제 2 극단 포지션을 향해 구동 칼라(2082a, 2082b)를 치우치게 하는 제 1 액슬(201) 사이에 배열된다.

이제, 도 8, 도 8A, 도 9, 도 9A 도 10 및 도 10A를 참조하여, 전동 장치 메커니즘의 작동이 기술될 것이다. 풀 와이어(40)를 수동으로 푸는 것에 의해, 맞물림 포크들(401a, 401b)은 서로로부터 멀어지게 될 수 있고, 스프링들(207a, 207b) 의 바이어스 작용 하에, 클러칭 링들(224a, 224b)은 제 2 제어부들(229a, 229b)과 구동 맞물림 상태를 갖게 되고, 클러칭 링들(224a, 224b)의 치아(2242b)는 제 2 제어부(229a, 229b)의 축방향으로 연장되고 원주상 배치된 치아(2291b)와 짝을 형성한다. 운동 모드인, 이와 같은 상황 하에, 페달 크랭크들(243a, 243b)로부터의 페달링 힘 또는 토크는 제 1 액슬(201)을 통해 제 1 체인 휠(215)로 전달되는 것 외에, 클러칭 링(224a, 224b) 및 제 2 제어부들(229a, 229b)을 통해 제 2 액슬(300)의 제 2 체인 휠들(308a, 308b)에 부분적으로 전달된다(도 4 참조). 체인들(502, 501a, 501b)에 의해 부여되는 제 2 체인 휠들(308a, 308b)의 회전 각의 제한 및 또한 일방향 베어링들(240a) 때문에, 페달 크랭크들(243a, 243b)은 왕복 회전을 하게 된다. 전방(시계방향) 회전 동안, 페달링 토크는 제 1 액슬(201)을 통해 제 1 체인 휠(215)로, 궁극적으로 후측 허브(50)에 전달되며, 후방(반시계 방향) 회전 동안, 일방향 베어링(240a, 240b)때문에 페달링 토크는 제 1 액슬로 전혀 전달되지 않는다. 따라서, 페달링 힘은 후측 허브(50)을 구동하기 위해 양 페달 크랭크들(243a, 243b)에 의해 간헐적으로 제 1 액슬(201)로 전달된다. 이와 같은 운동 모드에서, 페달 크랭크들(243a, 243b)을 동일한 방향으로 신장하게 하여, 이때, 이루어질 수 있는 것은 독립 모드이고, 이는 후에 상술될 것이며, 페달 크랭크들(243a, 243b)의 페달들(502)은 동시에 상향 또는 하향으로 이동될 수 있으며, 반면에 크랭크들(243a, 243b)은 동시에 전방 또는 후방으로 회전된다.

이제 도 15 및 도 15A를 참조하면, 운동 모드의 후방 회전 동안, 클러칭 링(224a, 224b)과 제 2 제어부들(229a, 229b) 사이의 맞물림은 클러칭 링들(224a, 224b)이 가이드 실린더들(231a, 231b)에 의해 페달 크랭크(243a, 243b)에 회전가능하게 고정된다는 사실 및, 페달 크랭크들(243a, 243b)의 후방 회전 동안, 제 1 액슬(201) 및 이에 따라 제 1 체인 휠(215)이 후방 회전을 따르지 않고 일방향 베어링(240a, 240b) 때문에 일반적으로 여전히 정지되어 있다 사실 때문에 역회전을 겪게 된다. 즉, 제 2 제어부(229a, 229b) 및 제 1 체인 휠(215) 사이의 회전 운동에 있어 충돌이 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 페달 크랭크(243b)가 왕복 운동 방식으로 페달링되면, 제 2 제어부(229b)와 클러칭 링(224b) 사이의 역전된 회전이 크랭크(243b)의 페달링 작동의 반 사이클마다 일어나며, 반면에 일방향 베어링(240b)은 제 1 액슬(201) 및 제 1 체인 휠(215)이 역회전하는 것을 방지하여 이에 의해 체인 휠(215)을 정지상태로 유지한다. 클러칭 링(224b)과 제 2 제어부(229b) 사이에 전달되는 힘은 궁극적으로 클러칭 링(24)의 각 치아(2242b)와 제 2 제어부(229b)의 연관된 치아(2291b) 상에 형성된 경사(2294b) 사이에 작용하는 캠력(camming force)을 초과하게 되고, 캠력은 클러칭 링(224b)과 구동 디스크(215b) 사이에 배치된 바이어스 요소(218b)에 의해 축방향으로 유도된다. 따라서, 클러칭 링(224b)은 스프링(218b)에 대해 축방향으로 이동할 수 있고 제 2 제어부(229b)의 공회전(idle rotation)을 실현하기 위해 제 2 제어부(229b)로부터 해제된다. 분명히, 역회전을 다루기 위해 전용 허브(50)는 요구되지 않는다.

도 8 및 도 8A에서 보는 바와 같이, 페달 크랭크들(243a, 243b)의 페달링 힘은 일방향 베어링들(240a, 240b)을 통해 제 1 액슬(201)로 전달되고, 이는 후측 허 브(50)를 구동하기 위해 제 1 체인 휠로 전환된다. 클러칭 링들(224a, 224b)은 페달링 힘을 전달하기 위해서가 아니라, 전동 장치 메커니즘을 운동 모드로 구축하는 역할을 수행한다. 즉, 클러칭 링들(224a, 224b)은 페달링 힘을 견디기 위해 높은 강도일 필요는 없다.

도 11, 도 11A, 도 12 및 도 12A를 참조하면, 독립 모드로 전환하기 위해서, 구동 칼라들(2082a, 208b)은 풀링 와이어(40)와 맞물림 포크들(401a, 401b)에 의해 이동되어 제 2 제어부들(229a, 229b)로부터 분리되고 클러칭 링들(224a, 224b)이 제 1 제어부들(223a, 223b) 및 제 2 제어부들(229a, 229b) 어느 것도 맞물림하지 않는 제 1 극단 포지션 및 제 2 극단 포지션들 사이에 위치된다. 결과적으로, 페달 크랭크들(243a, 243b)은 작동시 상호 간에 독립적이고, 이는 크랭크들(243a, 243b)이 별개로 움직일 수 있으며, 각 크랭크(243a, 243b)의 페달링 힘은 독립적으로 제 1 액슬(201)에 전달되며, 이는 다시 제 1 체인 휠(215)을 통해 후측 허브(50)로 전달된다는 것을 의미한다. 페달 크랭크들(243a, 243b)은 같은 방향 또는 반대 방향들로 동시에 이동될 수 있거나, 또는 하나의 페달 크랭크(243a, 243b)가 이동되고, 나머지 하나는 정지 상태에 있을 수 있다. 페달 크랭크들(243a, 243b)의 이동들의 다양한 조합이 실현될 수 있으며, 이들은 모두 제 1 액슬(201) 및 제 1 체인 휠(215)을 통해 후측 허브(50)에 페달링 동력을 제공한다.

도 13, 도 13A, 도 14 및 도 14A를 참조하면, 정규 모드로 전환하기 위해서, 풀링 와이어(40)는 구동 칼라들(2082a, 208b)을 움직이기 위해 당겨지고 이에 의해 클러칭 링들(224a, 224b)은 페달 크랭크들(243a, 243b)을 제 1 액슬(201)과 잠그기 위해 제 1 제어부들(223a, 223b)과 함께 맞물림 되고, 이에 의해 페달들(502)에 의한 제 1 액슬(201)의 연속적인 전방 또는 후방 회전이 가능하다. 이 모드에서, 바람직하게는, 페달 크랭크들(243a, 243b)은 정규 페달링 작동을 실현하기 위해 대향하는 신장 방향들로 고정되고, 이는 제 1 액슬(201)과 제 1 체인 휠들(215)로 후측 허브(50)를 구동하기 위한 페달링 힘을 제공한다.

작동에서, 구동 칼라들(2082a, 208b)을 축방향으로 이동시키기 위해 맞물림 포크들(401a, 401b)을 제어하는 풀링 와이어(40)를 당기거나/푸는 것에 의해 클러칭 링들(224a, 224b)은 제 1 제어부들(223a, 223b) 및 제 2 제어부들(229a, 229b)을 선택적으로 맞물림 하기 위해 축방향으로 이동되고, 이에 의해 페달 크랭크들(243a, 243b)은 제 1 액슬(201) 및 제 1 체인 휠(215)을 통해 후측 허브(50)에 구동력 또는 페달링 힘을 공급하기 위해 개별적 이동들의 다양한 조합들을 취할 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 장점들을 제공한다:

(1) 특별히 본 발명의 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거는 간단한 구조를 가지며, 이는 전용 후측 허브 없이 다양한 작동 모드들을 가능하게 하고, 이에 의해 제조 비용들은 낮고 경제적 가치는 제고된다.

(2) 특별히 본 발명의 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거는 경량이고, 이는 취급 및 이용의 용이성을 시사한다.

(3) 특별히 본 발명의 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거는 완전히 고장으로부터 자유로운 것은 아니나, 낮은 고장 위험을 가지며, 따라서 연장된 유효 수명을 가진다.

발명은 그 도면들을 참조하고 바람직한 실시예들을 참조하여 기술되었으나, 첨부된 청구항들에 의해 한정되도록 의도된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에게 명확하다.

Claims

특별히 프레임을 가지는 바퀴달린 운동 장치(wheeled exercising device)에서 사용되기 위해 개조된 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거(multifunctional pedaling motion bicycle)로서, 상기 프레임에 회전 가능하게 장착된 제 1 액슬 조립체, 상기 제 1 액슬 조립체의 후면에 있는 위치에서 상기 프레임에 장착된 제 2 액슬 조립체를 포함하며, 상기 제 2 액슬 조립체는 제 2 체인 휠들이 장착되는 대향 단부들을 가지며, 상기 제 1 액슬 조립체는 페달 크랭크들이 장착되는 대향 단부들을 가지는 제 1 액슬을 포함하고, 각 페달 크랭크에는 상기 제 1 액슬과 결합하기 위해 일방향 베어링이 제공되고, 제 1 체인 휠이 후측 허브를 구동하기 위해 상기 제 1 액슬에 장착되고, 구동 칼라들 및 클러칭 링들이 상기 제 1 액슬 상에 축방향으로 장착되고 제어 메커니즘으로 제어되며, 상기 제어 메커니즘은:

각 구동 칼라들과 구동 맞물림 상태에 있는 맞물림 포크로서, 커넥터가 와이어로 각 맞물림 포크에 연결되고 스프링에 의해 수동으로 작동가능한 풀 와이어로 더 연결되며, 맞물림 포크들은 상기 프레임에 회전가능하게 장착되는, 맞물림 포크; 및

바이어스 힘(biasing force)에 의해 각 클러칭 링을 선택적으로 맞물림할 수 있는 제 2 제어부로서, 이에 의해 상기 제 2 제어부의 제 1 치아와 상기 클러칭 링의 제 2 치아간에 맞물림이 구축되는 조건에서 상기 제 2 제어부가 역회전 상태에 있을 때, 상기 제 2 제어부의 공회전을 실현하기 위해 1 치아 및 제 2 치아 간 경사 사이에 작용하는 캠력(camming force)이 제 2 제어부와 클러칭 링을 분리하는, 제 2 제어부;를 포함하는, 특별히 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거.
제 1항에 있어서,

페달링 힘을 상기 페달 크랭크로부터 상기 후측 허브로 전달하기 위해 각 클러칭 링에 의해 맞물림될 수 있는 제 1 제어부를 더 포함하는, 특별히 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거.
제 1항에 있어서,

상기 구동 칼라는 상기 클러칭 링에 결합되고 상기 클러칭 링은 상기 제 2 제어부와 제 1 제어부 사이에서 이동하기 위해 상기 구동 칼라에 의해 구동되는, 특별히 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거.
제 1항에 있어서,

상기 커넥터는 상기 맞물림 포크에 회전 가능하게 고정된 커넥션 부재에 고정되는 와이어에 의해 각 맞물림 포크에 연결되고 상기 맞물림 포크들은 상기 프레임에 고정된 기부에 회전 가능하게 부착되며, 이에 의해 상기 풀 와이어를 당기거나/푸는 것은 상기 맞물림 포크들이 서로를 향하거나/서로로부터 멀어질 수 있게 하며 이에 의해 상기 클러칭 링을 제 2 제어부 및 제 1 제어부 사이에서 이동시키는, 특별히 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거.
자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 특별히 개선된 다기능 페달 운동 자전거로서:

상기 자전거의 프레임에 회전가능하게 장착되도록 개조된 크랭크 샤프트로서, 두 개의 크랭크들이 일방향 베어링들에 의해 부착되어 주어진 방향으로 상기 크랭크들과 상기 크랭크 샤프트 사이에 구동 커플링이 형성되게 하는 두 개의 축방향 단부들을 가지며 상기 크랭크들이 반대의 회전 방향으로 회전될 때 상기 구동 커플링을 해제시키는, 크랭크 샤프트;

상기 크랭크 샤프트에 회전 가능하게 고정되는 제 1 제어부;

상기 크랭크 샤프트들에 회전 가능하게 장착되고 상기 제 1 제어부로부터 소정의 거리만큼 축방향으로 떨어져 있는 제 2 제어부로서, 상기 제 2 제어부는 각 제한기(angle limiter)와 작동적 커플링(operative coupling) 상태에 있는, 제 2 제어부;

상기 크랭크에 회전 가능하게 고정되고 각각 제 1 작동 모드 및 제 2 작동 모드를 실현하기 위해 선택적으로 제 1 제어부 및 제 2 제어부를 맞물림할 수 있도록 상기 크랭크 샤프트에 대하여 제 1 극단 포지션과 제 2 극단 포지션 사이에서 축방향으로 이동할 수 있는, 클러칭 링;을 포함하고,

제 1 작동 모드에서, 상기 크랭크들은 상기 클러칭 링과 상기 제 1 제어부 사이의 맞물림에 의하여 반대 회전 방향으로 상기 크랭크 샤프트에 잠궈지고, 이에 의해 상기 크랭크들은 주어진 방향과 그 반대방향 모두로 연속적인 회전을 할 수 있게 되며,

제 2 작동 모드에서, 상기 크랭크들은 상기 각 한정기에 의해 정해진 각 범위 내에서 왕복 회전을 수행하기 위해 각 한정기와 결합되는, 특별히 자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거
제 5항에 있어서,

각 크랭크에 대하여 제 1 제어부와 제 2 제어부 및 축방향으로 이동가능하고 제 1 제어부 및 제 2 제어부와 선택적으로 맞물림될 수 있는 연관된 클러칭 링을 포함하고, 각 클러칭 링은 극단 포지션들 사이의 중간 포지션에 위치될 수 있으며, 이에 의해 상기 클러칭 링은 서로에 대해 상기 크랭크들의 독립적인 회전이 가능하도록 상기 제 1 제어부 및 제 2 제어부로부터 해제되는, 특별히 자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거
제 5항에 있어서,

상기 제 2 제어부와 상기 클러칭 링 간의 맞물림은 원주를 따라 배치된(circumferentially spaced) 제어-부측 치아(control-block side teeth)와 원주를 따라 배치되고 각 위치(angular position)에서 상기 제어-부면 치아에 상응하는 클러칭-링측 치아(clutching-ring side teeth)를 포함하고, 이에 의해 상기 제어-부 측 치아와 상기 클러칭-링측 치아는 상기 클러칭 링이 제 2 포지션에 있을 때 상호 간에 맞물림될 수 있는, 특별히 자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거
제 7항에 있어서,

상기 클러칭-링측 치아와 상기 제어-부면 치아 중 적어도 하나는 클러칭-링 측 치아 및 제어-부측 치아의 다른 나머지 하나를 맞물림하기 위해 그 단부 상에 형성되는 캠 경사(camming inclination)를 포함하고, 상기 클러칭 링은 상기 제어-부측 치아와 상기 클러칭-링측 치아 사이에 맞물림을 형성하기 위해 상기 제 2 제어부를 향하여 바이어스된 스프링이고, 상기 맞물림은 상기 제 2 제어부 및 상기 클러칭 링 사이에 작용하는 외부 토크에 의해 해제 가능하며 상기 캠 경사 때문에 상기 제 2 제어부와 상기 클러칭 링 사이에 축방향 분리력(axial separation force)을 유도하는, 특별히 자전거용 전동장치 메커니즘에 대해 개선된 다기능 페달 운동 자전거.