KR200433316Y1 - 무체인 자전거의 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무체인 자전거의 동력전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페달축의 회전력이 동력전달축을 통해 후륜으로 전달되어 전진 이동되는 무체인 자전거에 있어서, 상기 페달축에 설치되어 페달축과 함께 회전하며, 중심부에 저속기어이가 형성되고 상기 저속기어이와 일정 간격 이격된 테두리 상에 고속기어이가 형성된 구동기어와, 상기 동력전달축에 설치되되, 상기 저속기어이와 고속기어이의 사이에 이동 가능하게 설치되어 상기 구동기어의 저속 또는 고속 회전력을 동력전달축에 전달하는 종동기어와, 상기 종동기어가 상기 저속기어이와 고속기어이에 선택적으로 기어물림되도록 상기 종동기어를 전후 이동시켜 상기 동력전달축의 회전력을 변화시키는 기어변속수단, 및 상기 동력전달축과 후륜축에 각각 설치되어 동력전달축의 회전력을 직교 변환하여 후륜축에 전달하는 베벨기어세트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면 자전거의 운행시 주변환경에 따라 운전자가 적절한 운행상태를 조정할 수 있는 효과가 있다.

무체인, 자전거, 동력전달

Description

무체인 자전거의 동력전달장치 {The Power-transmission device of Chainless bicycle}

도 1은 종래 무체인 자전거의 동력전달장치를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 동력전달장치를 나타내는 사시도,

도 3은 도 1의 요부를 나타내는 횡단면도,

도 4는 도 1의 요부를 나타내는 종단면도,

도 5, 6, 7은 본 고안에 따른 동력전달장치의 변속상태를 나타내는 작동 예시도.

* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 *

10: 페달축 20: 구동기어

21: 기어판 22: 저속기어이

23: 고속기어이 30: 종동기어

33: 슬라이딩홈 40: 동력전달축

41: 기어이동부 50: 베벨기어세트

60: 후륜축 70: 기어변속수단

71: 변속조절박스 72: 와이어

73: 스프링 74: 위치조정암

701: 변속홈 702: 변속레버

본 고안은 체인을 사용하지 않는 무체인 자전거의 동력전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단한 조작을 통한 기어변속에 의해 저속 및 고속 주행을 간편하게 행할 수 있는 무체인 자전거의 동력전달장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 사용자인 사람이 인위적인 힘을 부여하여 페달을 회전시킴에 따라 이 회전력이 후륜으로 전달되어 상기 후륜과 함께 전륜이 회전하면서 전진 이동되는 이동수단의 하나이다.

이러한 자전거는 인위적으로 부여된 힘에 의해 회전되는 페달의 회전력이 스프로킷과 체인을 통해 후륜으로 전달되는 체인식 자전거와, 상기 페달의 회전력이 기어와 동력전달축을 통해 후륜으로 전달되는 무체인식 자전거로 구분된다.

도 1은 종래 무체인 자전거의 동력전달장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

상기한 도면을 참조하면, 종래의 무체인 자전거는 페달축(1)과, 상기 페달축(1)과 동력전달축(4)의 일측에 설치되어 페달축(1)의 회전력을 동력전달축(4)으로 전달하는 제1 베벨기어세트(3)와, 상기 동력전달축(4)의 타측과 후륜축(6)에 설치되어 동력전달축(4)의 회전력을 후륜축(6)으로 전달하는 제2 베벨기어세트(5)로 구성된다.

여기서, 상기 제1 베벨기어세트(3)는 상기 페달축(1)에 설치되어 페달축(1)과 함께 회전되는 구동베벨기어(3a)와, 상기 동력전달축(4)의 일측에 설치되며 상기 구동베벨기어(3a)와 기어물림되는 종동베벨기어(3b)로 이루어져 상기 페달축(1)의 회전력을 직교 변환하여 동력전달축(4)으로 전달하게 된다.

그리고 상기 제1 베벨기어세트(5)는 상기 동력전달축(4)의 타측에 설치되어 연동되는 구동베벨기어(5a)와, 후륜축(6)에 설치되며 상기 구동베벨기어(5a)와 기어물림되는 종동베벨기어(5b)로 이루어져 상기 동력전달축(4)의 회전력을 직교 변환하여 후륜축(6)으로 전달하게 된다.

이러한 구성의 종래 무체인 자전거의 작동은, 페달이 정방향으로 회전되는 경우에 제1 베벨기어세트(3)와 제2 베벨기어세트(5)에 의해 후륜축(6)으로 동력이 전달되면 후륜축(6)의 허브(7)가 회전하여 전진 이동이 되며, 페달이 역방향 회전되는 경우에는 후륜축(6)의 일측에 구비된 원웨이 클러치(도면 미도시)에 의해 구동력이 차단되어 역회전력이 후륜으로 전달되지 않게 된다.

그러나 상술한 종래의 무체인 자전거는 기존의 체인식 자전거와 비교할 때 동력전달 구조가 간단하면서도 동력전달율이 좋은 장점이 있지만, 별도의 변속장치가 구비되지 못하여 체인식 자전거에 비해 운전상태에 따른 사용자의 선택의 폭이 좁고 그 사용이 매우 단조로운 문제점이 있으며, 그로 인해 체인식 자전거에 비해 소비자에게 큰 호응을 얻지 못하고 있는 실정에 있다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 고 안의 목적은 페달의 회전력을 동력전달축으로 전달함에 있어 기어변속수단을 구비하여 자전거의 운행시 운전상태에 따라 고속주행 또는 저속주행으로 사용자가 임의대로 변속을 수행할 수 있는 무체인 자전거의 동력전달장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은,

페달축의 회전력이 동력전달축을 통해 후륜으로 전달되어 전진 이동되는 무체인 자전거에 있어서, 상기 페달축에 설치되어 페달축과 함께 회전하며, 중심부에 저속기어이가 형성되고 상기 저속기어이와 일정 간격 이격된 테두리 상에 고속기어이가 형성된 구동기어와, 상기 동력전달축에 설치되되, 상기 저속기어이와 고속기어이의 사이에 이동 가능하게 설치되어 상기 구동기어의 저속 또는 고속 회전력을 동력전달축에 전달하는 종동기어와, 상기 종동기어가 상기 저속기어이와 고속기어이에 선택적으로 기어물림되도록 상기 종동기어를 전후 이동시켜 상기 동력전달축의 회전력을 변화시키는 기어변속수단, 및 상기 동력전달축과 후륜축에 각각 설치되어 동력전달축의 회전력을 직교 변환하여 후륜축에 전달하는 베벨기어세트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 상기 기어변속수단은, 자전거의 핸들부위에 설치되면, 내부에 다수의 변속홈이 배열 형성되고 상기 각 변속홈에 선택적으로 끼워지도록 조작되는 변속레버가 장착된 변속조절박스와, 상기 변속레버에 일측단이 연결되고 타측단에 스프링에 체결되어 상기 변속레버의 조작에 따라 당겨지거나 풀려지는 와이어, 및 상기 와이어 상에 고정된 채 상기 종동기어를 지지하여 상기 와이어의 당겨 짐과 풀림에 따라 상기 종동기어를 전후 이동시키는 위치조정암을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 동력전달장치의 구성과 작동을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 무체인 자전거의 동력전달장치를 나타내는 구성 사시도이며, 도 3은 도 1의 요부 횡단면도이고, 도 4는 도 1의 요부 종단면도이다.

상기한 도면들을 참조하면, 본 고안에 따른 동력전달장치는 크게 볼 때 상호 기어물림되어 페달축(10)의 회전력을 직교 변환하는 구동기어(20) 및 종동기어(30)와, 상기 종동기어(30)가 일단에 설치되어 회전력을 전달하는 동력전달축(40)과, 상기 동력전달축(40)의 타단과 후륜축(60)에 설치되는 베벨기어세트(50)와, 상기 구동기어(20)와 종동기어(30)의 기어비를 변경시켜 동력전달축(40)으로 전달되는 회전력을 변화시키는 기어변속수단(70)으로 이루어진다.

상기 구동기어(20)는 제1 기어하우징(12) 내에서 좌우측 페달(11a, 11b)에 직각으로 연결되어 페달(11a, 11b)에 작동하는 외력에 의해 회전하는 페달축(10)에 설치되며, 상기 페달축(10)과 함께 회전하게 된다.

상기 구동기어(20)는 소정 크기의 판 형상인 기어판(21)의 일 측면에 저속기어이(22)와 고속기어이(23)가 일체로 형성되어 이루어진다.

상기 저속기어이(22)는 상기 기어판(21)의 중심부에 형성되고 상기 고속기어이(23)는 상기 기어판(21)의 테두리 상에 형성된다. 그에 따라 상기 저속기어이(22)와 고속기어이(23) 사이에는 소정의 공간이 형성되며, 고속기어이(23)는 저속 기어이(22)에 비해 상대적으로 많은 기어이를 가지게 된다.

상기한 저속기어이(22)와 고속기어이(23)의 사이 공간에는 상기 구동기어(20)에 기어물림되어 구동기어(20)의 회전력을 직교 변환하기 위한 종동기어(30)가 동력전달축(40) 상에 설치된다.

상기 종동기어(30)는 상기 저속기어이(22)와 고속기어이(23)에 각각 기어물림이 가능하도록 양단에 종동기어이(31, 32)가 각각 형성된다.

상기 구동기어(20)와 종동기어(30)는 상호 직각으로 설치되어 구동력을 직교 변환시키게 되며, 그에 따라 베벨기어의 형태로 이루어진다.

상기 저속기어이(22)와 고속기어이(23)는 소정 각도로 경사진 기어면을 갖되, 상기 고속기어이(23)는 상기 기어판(21)의 중심방향으로 경사지게 형성되고, 상기 저속기어이(22)는 상기 고속기어이(23)와 대향되게 경사진다.

그리고 상기 저속기어이(22)에 상기 종동기어(30)의 전단에 형성된 종동기어이(31)가 기어물림되고, 상기 고속기어이(23)에 후단에 형성된 종동기어이(32)가 각각 기어물림되도록 상기 양단의 종동기어이(31, 32)는 상호 반대방향으로 경사지게 형성된다.

이와 같이 종동기어(30)가 상호 다른 기어잇수를 갖는 상기 저속기어이(22)와 고속기어이(23)에 선택적으로 기어물림됨으로써 상호 다른 기어비에 의해 상기 종동기어(30)가 설치된 동력전달축(40)은 페달축(10)이 동일하게 회전하는 경우에도 선택적으로 저속 또는 고속 회전력을 전달받을 수 있게 된다.

상기 기어변속수단(70)은 상기한 종동기어(30)가 구동기어(20)의 각 기어이 (22, 23)에 선택적으로 기어물림됨으로써 변속이 가능하도록 기능하게 된다.

이러한 기어변속수단(70)은 변속조절박스(71), 와이어(72), 스프링(73), 위치조정암(74)으로 이루어진다.

상기 변속조절박스(71)는 자전거의 핸들 부위에 거치되며, 그 내부에 변속홈(701)이 마련되고 상기 변속홈(701)에 끼워질 수 있는 변속레버(702)가 장착된다.

상기 변속레버(702)는 운전자가 조작을 할 수 있도록 상기 변속조절박스(71)의 외부로 돌출되며, 상기 와이어(72)의 일단이 결합된다.

상기 변속홈(701)은 각각 고속판홈(701a), 무단홈(701b), 저속단홈(701c)으로 기능하는 3개의 홈이 일정 간격으로 배열되어 형성되며, 상기 각 홈은 상기 구동기어(20)의 저속기어이(22)와 고속기어이(23)의 간격을 대략 3등분한 것과 동일한 간격으로 형성된다.

상기 변속레버(702)와 결합된 상기 와이어(72)는 상기 변속레버(702)로부터 상기 제1 기어하우징(12)의 내부로 연장되며 그 끝단에 스프링(73)과 결합되면서 상기 제1 기어하우징(12)의 내측 상부에 고정되게 되며, 상기 와이어(72)는 보호커버(704) 속에 내장되어 설치됨이 바람직하다.

이와 같이 상기 와이어(72)는 일단이 상기 변속레버(702)에 결합되고 타단이 상기 제1 기어하우징(12)에 고정된 스프링(73)과 결합됨으로써 상기 변속레버(702)를 고속단홈(701a)에서 저속단홈(701c) 쪽으로 이동시킴에 따라 스프링(73)의 반대쪽으로 당겨지게 되고, 반대로 고속단홈(701a) 쪽으로 이동시킴에 따라 스프링(73)의 복원력에 의해 당겨졌던 와이어(72)는 풀려 원래의 위치로 돌아오게 된다.

상기 변속레버(702)의 조작에 의해 와이어(72)가 원활하게 당겨지거나 풀릴 수 있도록 상기 와이어(72)의 배치 경로에는 다수의 도르레(703)를 사용함이 바람직하다.

상기 위치조정암(74)은 상기 와이어(72)의 경로 상에 고정되어 상기 와이어(72)가 이동에 따라 전후 이동하면서 상기 종동기어(30)를 함께 전후 이동시키는 기능을 한다.

이를 위해, 상기 종동기어(30)의 양단에는 원주방향을 따라 고정 깊이를 갖는 슬라이딩홈(33)이 각각 형성되며, 상기 위치조정암(74)의 양단이 각각 상기 종동기어(30)의 슬라이딩홈(33)에 삽입되도록 형성되어 상기 종동기어(30)가 구동기어(20)에 기어물림되어 회전하는 경우에 상기 위치조정암(74)은 슬라이딩홈(33) 내에서 미끄러지면서 지지하게 된다.

상기와 같은 구성의 기어변속수단(70)에 의해 페달축(10)의 회전력은 저속 또는 고속 회전력으로 변속되어 상기 동력전달축(40)에 전달된다.

상기 동력전달축(40)은 페달축(10)의 회전력을 후륜축(60)으로 전달하는 축으로서 통상의 축과 동일하게 전체적으로는 원통 형상을 가지며, 전단부에는 소정 길이의 기어이동부(41)가 형성된다.

상기 기어이동부(41)는 바람직하게는 사각형 단면을 가지며 기어이동부(41)에 설치된 상기 종동기어(30)의 축홈도 동일하게 사각형태로 형성된다. 이에 의해 상기 종동기어(30)의 회전시 동력전달축(40)과의 미끄러짐을 방지하여 동력전달의 손실을 최소화할 수 있다.

이러한 상기 기어이동부(41)에는 상기 종동기어(30)가 기어이동부(41)를 따라 이동시 유동하면서 종동기어(30)와의 마찰력을 줄여 원활하게 이동 가능하게는 유동볼(42)이 일정 간격으로 다수 내장됨이 바람직하다.

상기와 같은 동력전달축(40)의 회전력은 베벨기어세트(50)에 의해 직교 변환됨으로써 후륜축(60)으로 전달되게 된다.

이러한 베벨기어세트(50)는 통상의 베벨기어로서, 제2 기어하우징(13) 내에 설치되며, 동력전달축(40)의 끝단에 설치되는 구동베벨기어(51)와, 후륜축(60)에 설치되어 상기 구동베벨기어(51)에 기어물림되는 종동베벨기어(52)로 이루어진다.

상기 후륜축(60) 상에는 종래와 동일하게 일 측에 원웨이클러치(도면 미도시)가 설치되어 페달을 정 회전시킨 경우에만 후륜이 연결된 허브(61)에 동력을 전달하게 되고 역 회전시에는 상기 허브(61)를 공회전시키게 된다.

상기한 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 동력전달장치(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 5, 도 6, 도 7은 각각 상기 기어변속수단(70)에 의해 변속된 각 상태를 나타내는 작동 예시도이다.

도 5는 상기 변속조절박스(71)의 변속레버(702)를 고속단홈(701a)에 끼워 고속으로 변속시킨 상태를 나타낸다.

상기 변속레버(702)를 조작하여 변속조절박스(71)의 최선단에 위치된 고속단홈(701a)에 끼우게 되면, 변속레버(702)와 연결된 와이어(72)가 스프링(73)에 복원력에 의해 풀려지게 된다.

그에 따라 와이어(72)에 고정된 상기 위치조정암(74)이 후방으로 이동되고 위치조정암(74)에 의해 지지된 상기 종동기어(30)도 동력전달축(40)의 기어이동부(41)에서 후방으로 이동되면서 상기 종동기어(30)의 후방측 종동기어이(32)가 구동기어(20)의 고속기어이(23)에 기어물림된다.

이 경우 상기 고속기어이(23)와 종동기어이(32)의 기어비가 매우 크므로 페달축(10)의 회전수 대비 동력전달축(40)은 고속으로 회전하게 된다.

도 6은 상기 변속조절박스(71)의 변속레버(702)를 무단홈(701b)에 끼워 공회전 상태로 변속시킨 것을 나타내는 도면으로서, 중간에 위치된 무단홈(701b)에 변속레버(702)가 끼워짐으로써 최선단의 고속단홈(701a)과 무단홈(701b)의 이격 거리만큼 와이어(72)가 당겨지게 된다.

그에 따라 와이어(72)에 고정된 상기 위치조정암(74)이 당겨진 거리만큼 전방 이동되고 위치조정암(74)에 의해 지지된 상기 종동기어(30)도 동력전달축(40)의 기어이동부(41)에서 동일 거리만큼 전방 이동된다.

따라서, 상기 종동기어(30)는 상기 구동기어(20)의 저속기어이(22)와 고속기어이(23) 사이에 위치되면서 어느 기어이(22, 23)에도 기어물림되지 않음으로써 페달축(10)이 회전하는 경우에도 공회전 상태가 되어 동력전달축(40)으로의 회전력 전달이 차단된다.

도 7은 상기 변속조절박스(71)의 변속레버(702)를 저속단홈(701c)에 끼워 저속으로 변속시킨 상태를 나타낸다.

상기 변속레버(702)를 조작하여 변속조절박스(71)의 최후단에 위치된 저속단 홈(701c)에 끼우게 되면, 상기 변속레버(702)와 연결된 와이어(72)는 상기 변속레버(702)의 이동거리만큼 당겨기게 된다.

그에 따라 상기 와이어(72)에 고정된 상기 위치조정암(74)도 전방으로 더욱 이동되며, 상기 위치조정암(74)에 의해 지지된 상기 종동기어(30)도 동력전달축(40)의 선단으로 이동되면서 상기 종동기어(30)의 전방측 종동기어이(31)가 구동기어(20)의 저속기어이(22)에 기어물림된다.

이 경우 상기 저속기어이(22)와 종동기어이(31)의 기어비가 매우 작게되므로 페달축(10)의 회전수 대비 동력전달축(40)은 저속으로 회전하게 된다.

그리고 상기 변속레버(702)가 저속단홈(701a)에서 무단홈(701b)으로 변경되거나, 무단홈(701b)에서 고속단홈(701a)으로 변경되는 것과 같이 변속레버(702)의 조작이 상기 설명한 방식의 조작과 반대로 이루어지는 경우에는 상기 당겨진 와이어(72)는 연결된 스프링(73)의 복원력에 의해 풀리면서 후방으로 단계별로 이동하게 되고, 그에 따라 상기 종동기어(30)가 후방으로 이동하면서 변속이 이루어지게 된다.

이상으로 본 고안에 따른 무체인 자전거의 동력전달장치를 설명하였으나, 본 고안의 기술적 범위는 상술한 실시예와 도면에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 동일 목적을 수행하기 위하여 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 고안의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라고 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 무체인 자전거의 동력전달장치는 페달의 회전력을 동력전달축으로 전달함에 있어 저속, 고속, 공회전으로 변속시킬 수 있는 기어변속수단을 구비하여 자전거의 운행시 주변환경에 따라 운전자가 적절한 운행상태를 조정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기어변속을 위한 수단이 매우 간단하므로 제작비의 절감을 통해 저가의 무체인 자전거를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 페달축의 회전력이 동력전달축을 통해 후륜으로 전달되어 전진 이동되는 무체인 자전거에 있어서,

   상기 페달축에 설치되어 페달축과 함께 회전하며, 중심부에 저속기어이가 형성되고 상기 저속기어이와 일정 간격 이격된 테두리 상에 고속기어이가 형성된 구동기어;

   상기 동력전달축에 설치되되, 상기 저속기어이와 고속기어이 사이에 이동 가능하게 설치되어 상기 구동기어의 저속 또는 고속 회전력을 동력전달축에 전달하는 종동기어;

   상기 종동기어가 상기 저속기어이와 고속기어이에 선택적으로 기어물림되도록 상기 종동기어를 전후 이동시켜 상기 동력전달축의 회전력을 변화시키는 기어변속수단; 및

   상기 동력전달축과 후륜축에 각각 설치되어 동력전달축의 회전력을 직교 변환하여 후륜축에 전달하는 베벨기어세트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 종동기어는 전방 이동시 상기 저속기어이에 기어물림되고 후방 이동시 상기 고속기어이에 기어물림되는 한 쌍의 종동기어이가 양단에 상호 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 동력전달축에는 사각형 단면을 가지며 소정 간격으로 유동볼이 다수 내장된 기어이동부가 형성되고, 상기 기어이동부에 상기 종동기어가 전후 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 기어변속수단은,

   자전거의 핸들부위에 거치되며, 내부에 다수의 변속홈이 배열 형성되고 상기 각 변속홈에 선택적으로 끼워지도록 조작되는 변속레버가 장착된 변속조절박스;

   상기 변속레버에 일측단이 연결되고 타측단에 스프링이 체결되어 상기 변속레버의 조작에 따라 당겨지거나 풀려지는 와이어; 및

   상기 와이어 상에 고정된 채 상기 종동기어를 지지하여 상기 와이어의 당겨짐과 풀림에 따라 상기 종동기어를 전후 이동시키는 위치조정암;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 종동기어의 양단에 원주방향을 따라 슬라이딩홈이 각각 형성되고, 상기 위치조정암의 양단이 각각 상기 슬라이딩홈에 미끄러짐 가능하게 삽입되어 상기 종 동기어를 지지하는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 변속홈은 고속단홈, 무단홈, 저속단홈의 3단홈으로 이루어지며,

   상기 각 단홈에 상기 변속레버가 끼워짐에 따라 상기 종동기어의 위치가 이동됨으로써 상기 고속기어이 또는 저속기어이에 선택적으로 기어물림되어 회전력을 전달받거나 고속기어이와 저속기어이 사이에 위치되어 회전력이 차단되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거의 동력전달장치.

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