KR20080033044A

KR20080033044A - 기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차

Info

Publication number: KR20080033044A
Application number: KR1020070027699A
Authority: KR
Inventors: 박윤흠
Original assignee: 박윤흠
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-04-16
Also published as: KR100834539B1

Abstract

기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치는 차체의 중심에 형성된 상부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 상부 현가 암(upper suspension arm), 차체의 중심에 형성된 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 하부 현가 암(lower suspension arm), 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 양 끝단이 하부 현가암축의 위치보다 높은 곳에 위치하며 좌우 대칭이 되도록 연장되는 시소우(seesaw), 시소우의 끝단과 하부 현가암을 연결하는 쇼크 업소버(shock absorber), 하부 현가암축에 형성되어 시소우와 차체 사이에 힘의 전달을 단속하는 클러치(clutch), 바퀴의 상하 종단면에 형성되어 상부 현가암의 끝단과 하부 현가암의 끝단을 연결하고, 바퀴가 기울어짐에 따라서 상부 현가암과 하부 현가암이 회전하도록 양 끝단에 회전축이 형성된 상하부 현가암 연결부재 및 차동 장치와 바퀴의 중심을 연결하며 차동 장치의 회전력을 바퀴에 전달하며 기계적으로 연장이 가능한 구동 샤프트(drive shaft)를 포함한다.

삼륜차, trike, 차륜 장치, tilt

Description

기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차{Wheel apparatus being able to tilt and trike using the apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼륜차(trike)의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 상하부 현가암축 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 시소우와 클러치 부분의 분리 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따를 차동 장치와 구동샤프트 사이, 바퀴와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트(birfield joint)로 동력을 전달하는 부분의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바퀴와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트 부분을 확대한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동장치와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트 부분을 확대한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 차체가 기울어질 때의 모습을 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 요철이 있는 도로를 주행할 경우의 모습을 보여주는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 전륜의 조향장치를 부가한 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 바퀴부분을 확대한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 상부 현가 암(upper suspension arm)

20: 하부 현가 암(lower suspension arm)

30: 시소우(seesaw)

40: 쇼크 업소버(shock absorber)

50: 클러치(clutch)

60: 상하부 현가 암 연결부재

70: 구동 샤프트(drive shaft)

80: 바퀴

90: 서보 모터(servo motor)

본 발명은 기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부 현가 암(upper suspension arm)과 하부 현가 암(lower suspension arm)의 회전축이 차체의 기울어짐에 따라 항상 평형사변형을 유지하도록 하고, 차체의 속도나 기울어짐에 따라서 클러치(clutch)에 의해 차체에 시소우(seasaw)가 연결되는 것을 단속하여, 주행시에는 이륜차와 동일하게 바퀴와 차체가 함께 기울어지는 것이 가능하도록 하고, 서행시 또는 정차시에는 기존의 삼륜차와 같이 바퀴와 차체가 기울어지는 것을 막는, 기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차에 관한 것이다.

종래의 삼륜차는 노면의 기울어짐에 따라서 바퀴와 차체가 항상 지면에 수직하도록 구성되어 있었다.

따라서, 종래에는 선회할 때 이륜차처럼 차체를 기울일 수가 없어서 고속으로 주행할 경우 원심력에 의해 차체가 전도되는 문제점이 있었다. 그러므로 선회를 해야 할 경우 이를 방지하기 위해 불가피하게 차량의 속도를 줄일 수 밖에 없었다.

또한, 요철이 있는 도로를 고속 주행할 때, 한 쪽 바퀴가 요철 위를 지나가면 양 바퀴에 연결된 쇼크 업소버가 차체에 고정되어 있으므로 롤링(rolling) 현상이 일어나고 차체가 전도될 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차체의 속도나 기울어짐에 따라서 클러치에 의해 차체에 시소우가 연결되는 것을 단속하고, 상부 현가 암과 하부 현가 암의 회전축이 평형사변형을 이루면서 회전이 가능하도록 하여, 주행시에는 이륜차와 동일하게 바퀴와 차체가 함께 기울어지는 것이 가능하도록 하고, 서행시 또는 정차시에는 기존의 삼 륜차와 같이 바퀴와 차체가 기울어지는 것을 막는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상부 현가 암과 하부 현가 암이 좌우측 바퀴를 향하여 개별적으로 회전이 가능하고, 이때 현가암에 발생하는 회전력이 차체에 전달되지 않도록 하여, 도로에 있는 요철을 통과할 때 롤링 현상을 막고 차체가 전도되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치는 차체의 중심에 형성된 상부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 상부 현가 암(upper suspension arm), 차체의 중심에 형성된 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 상기 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 하부 현가 암(lower suspension arm), 상기 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 양 끝단이 상기 하부 현가암축의 위치보다 높은 곳에 위치하며 좌우 대칭이 되도록 연장되는 시소우(seesaw), 상기 시소우의 끝단과 상기 하부 현가암을 연결하는 쇼크 업소버(shock absorber), 상기 하부 현가암축에 형성되어 상기 시소우와 차체 사이에 힘의 전달을 단속하는 클러치(clutch), 상기 바퀴의 상하 종단면에 형성되어 상기 상부 현가암의 끝단과 상기 하부 현가암의 끝단을 연결하고, 바퀴가 기울어짐에 따라서 상기 상부 현가암과 상기 하부 현가암이 회전하도록 양 끝 단에 회전축이 형성된 상하부 현가암 연결부재 및 차동 장치와 바퀴의 중심을 연결하며 상기 차동 장치의 회전력을 바퀴에 전달하며 기계적으로 연장이 가능한 구동 샤프트(drive shaft)를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

후술할 내용이지만 본 발명의 기울어짐이 가능한 차륜 장치로 삼륜차를 형성할 수 있는데, 도 1의 삼륜차는 바퀴 하나의 전륜(200)과 두 개의 바퀴로 이루어진 후륜(300)으로 구성된다. 엔진 등의 동력 발생 장치에 의해 후륜(300)에 동력을 전달하고, 전륜(200)은 핸들을 포함하는 조향 장치에 의해 좌우로 움직이는 것이 가 능해서 차체의 방향을 조정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 상하부 현가암축 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치는 상부 현가 암(upper suspension arm)(10), 하부 현가 암(lower suspension arm)(20), 시소우(seesaw)(30), 쇼크 업소버(shock absorber)(40), 클러치(50), 상하부 현가 암 연결부재(60), 및 구동 샤프트(70)를 포함하여 구성된다.

먼저, 차체의 길이 방향으로 상부와 하부의 현가암축(15, 25)이 형성된다. 이는 차체의 프레임의 일부분으로 구성될 수 있으며, 차체의 중앙에 위치한다.

상부 현가 암(10)은 상부 현가암축(15)에 연결되어 상부 현가암축(15)을 중심으로 회전이 가능하도록 좌우 바퀴(80)를 향하여 연장된다. 상부 현가암축(15)을 중심으로 좌우로 연장되는 상부 현가 암(10)이 일체로 회전하는 것이 가능하나, 좌우 바퀴(80)로 연장되는 상부 현가 암(10)이 좌우로 개별적으로 회전할 수 있도록 함이 바람직하다. 즉, 좌우로 연장되는 상부 현가 암(10)이 일체로 항상 일직선을 유지하며 회전하는 것이 아니라 각각 상부 현가암축(15)을 중심으로 회전을 하여 일직선이 아닌 각도를 형성할 수 있다. 이는 후술할 도 8에 나타나 있다. 상부 현가암축(15)에 연결되어 바퀴(80)를 향하여 연장되는 끝단은 상하부 현가 암 연결부재(60)와 연결되어 연결점에 회전축(64)이 형성되어 이를 기준으로 바퀴(80)의 기울어짐 또는 상하 움직임에 따라 회전이 가능하다.

하부 현가 암(20)은 하부 현가암축(25)에 연결되어 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전이 가능하도록 좌우 바퀴(80)를 향하여 연장된다. 상부 현가 암(10)과 마찬가지로 좌우 바퀴(80)로 연장되는 하부 현가 암(20)이 좌우로 개별적으로 회전할 수 있도록 함이 바람직하다. 하부 현가암축(25)에 연결되어 바퀴(80)를 향하여 연장되는 끝단은 상하부 현가 암 연결부재(60)의 회전축(62)과 연결된다.

상부 현가 암(10)과 하부 현가 암(20)의 양 끝단은 상하부 현가 암 연결부재(60)와 연결되는데, 바퀴(80)의 움직임에 따라서 상하부 현가 암(10, 20)과 연결되는 상하부 현가 암 연결부재(60)에 형성된 회전축(64, 62)과 상하부 연가암축(15, 25)에 형성된 상하부 현가 암(10, 20)의 회전축은 항상 평형사변형의 꼭지점을 형성한다. 상하부 현가 암 연결부재(60)의 회전축(64)(62)은 바퀴의 상하 종단면상에 위치하며, 상부 현가 암(10)과 하부 연가 암(20)과 각각 연결된다. 바람직하게는 바퀴의 중심을 통과하는 상하 종단면상에 위치한다.

시소우(30)는 하부 현가 암(20)과 마찬가지로 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전이 가능하도록 하부 현가암축(25)에 장착된다. 중앙에 홀(32)이 형성되어 하부 현가암축(25)에 홀(32)을 통해 삽입되며, 따라서 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전이 가능하다. 시소우(30)는 홀(32)을 중심으로 좌우 대칭으로 연장되는데, 끝단은 하부 현가암축(25)의 위치보다 높은 위치에 형성되도록 V자형 또는 U자 형태일 수 있다. 끝단은 쇼크 업소버(40)와 연결된다.

또한, 시소우(30)는 하부 현가암축(25)에 형성되는 클러치(50)와 연결되는 데, 클러치(50)가 단절되면 시소우(30)는 차체에 구속됨이 없이 자유롭게 하부 현 가암축(25)을 중심으로 회전이 가능하고, 클러치(50)가 연결되면 시소우(30)는 차체에 연결된 서보 모터(90)에 구속되어 자유롭게 기울어지는 것이 제한된다. 이는 후술할 내용에 상세히 설명하기로 한다.

쇼크 업소버(40)는 전술한 시소우(30)의 끝단과 하부 현가 암(20)을 연결하여 차체의 흔들림, 특히 상하 움직임 또는 진동을 줄이는 역할을 한다. 도 2에서는 하부 현가암축(25)에서 바퀴(80)로 연장되는 하부 현가 암(20)의 중간에 위치하는 쇼크 업소버 연결축(29)에 쇼크 업소버(40)가 연결되어 하부 현가 암(20)과 연결된다. 따라서 주행시 바퀴(80)가 요철에 의해 상하로 움직임에 따라서 하부 현가 암(20)이 움직이게 되고, 하부 현감 암(20)은 다시 쇼크 업소버(40)를 움직이게 하고, 쇼크 업소버(40)의 움직임은 결과적으로 시소우(30)를 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전하게 한다.

클러치(50)는 하부 현가암축(25)에 형성되며 클러치 릴리스 레버(clutch release lever)(52)에 의해 시소우(30)와 클러치 기어(59) 사이의 연결을 단속하는 역할을 한다. 한쪽(50a)은 시소우(30)와 연결되고 다른 한쪽(50b)은 클러치 스프링(57)과 스플라인(56)과 함께 클러치 기어(59)와 연결된다. 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 클러치 스프링(57)이 움직이게 되고, 클러치 스프링(57)의 움직임에 의해 클러치(50b)에 형성된 클러치 투스(clutch tooth)(58)가 맞물리면 시소우(30)와 클러치 기어(59)는 연결되어, 클러치 기어(59)의 토크를 시소우(30)에 전달하게 된다. 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 클러치 투스(58)가 맞물리지 않게 되면 클러치 기어(59)와 시소우(30)는 단절되어 시소우(30)는 클러치 기어(59)에 의한 토크 와 무관하게 자유롭게 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전이 가능하게 된다. 클러치 기어(59)는 서보 모터 기어(92)에 연결되는데 서보 모터 기어(92)는 서보 모터(90)에 의해 구동이 된다. 따라서 서보 모터(90)가 회전함에 따라서 서보 모터 기어(92)에 토크가 전달되고 다시 이는 다시 클러치 기어(59)에 연결된다. 클러치(50)에 관한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.

구동 샤프트(70)는 차체의 중심에 형성된 차동 장치(72)와 바퀴(80)의 중심을 연결하여 차동 장치(72)에서 발생한 회전력을 바퀴(80)에 전달하여 바퀴(80)가 회전할 수 있도록 한다. 본 발명에서는 차동 장치(72)의 구동 샤프트(70)를 회전시키는 사이드 기어(107a, 107b)의 회전 중심축(800)과 바퀴(80)에 연결된 차축(76)의 회전 중심축(600)이 바퀴(80)의 움직임에 따라 일직선으로 이어지지 않기 때문에 차동 장치(72)의 회전력을 바퀴(80)에 전달할 수 있도록, 구동 샤프트(70)의 양 끝단은 차동 장치(72)의 사이드 기어(107a, 107b)와 바퀴(80)에 연결된 차축(76) 사이에 각각 버필드 조인트(birfield joint)로 연결됨이 바람직하다. 구동 샤프트(70)의 양 끝단의 연결부분의 자세한 설명은 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

또한, 구동 샤프트(70)는 바퀴(80)의 움직임에 따라서 기계적으로 연장이 가능하도록 형성됨이 바람직하다. 바퀴(80)가 기울어지거나 상하로 움직임에 따라서 차동 장치(72)와 바퀴(80) 사이의 직선 거리는 변하기 때문에 구동 샤프트(70)는 기계적으로 연장이 가능해야 한다. 바람직하게는 볼 스프라인(ball spline) 축으로 형성될 수 있다.

클러치 애시(clutch assy)(50)의 한쪽(50a)은 시소우(30)와 결합된다. 도면에서는 시소우(30)와 클러치(50a)에 형성된 볼트 구멍(51a)을 통해 시소우(30)와 결합된다. 다른 한 쪽(50b)은 클러치 기어(59)에 연결되는데 클러치(50b)와 클러치 기어(59) 사이에는, 볼트 구멍(51b)을 통해 볼트와 너트로 클러치 기어(59)에 결합되는 스프라인(56)과 클러치 스프링(57)이 삽입되어 클러치 릴리스 레버(52)의 움직임에 따라서 클러치 스프링(57)의 탄성력으로 움직이는 것이 가능하다. 클러치 릴리스 레버(52)는 클러치(50) 사이에 형성되어 클러치 스프링(57)에 의해 압력을 받는 클러치(50b)에 힘을 가하여 클러치(50) 사이를 단속하게 된다. 한쪽 클러치(50b)의 클러치 면에는 클러치 투스(clutch tooth)(58)가 형성되어 있고 다른 쪽 클러치 면에는 클러치 투스(58)에 의해 결합될 수 있도록 음각이 형성되어 클러치(50)가 연결, 단절될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따를 차동 장치와 구동샤프트 사이, 바퀴와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트(birfield joint)로 동력을 전달하는 부분의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바퀴와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트 부분을 확대한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동장치와 구동샤프트 사이에 형성된 버필드 조인트 부분을 확대한 도면이다.

본 발명에 있어서 동력 발생 장치에서 발생한 동력을 바퀴(80)에 전달하는 동력 전달 모듈은 차동 장치(72)와 구동 샤프트(70) 사이, 구동 샤프트(70)와 바 퀴(80) 사이에 형성되는데 양쪽 모두 도 5와 같이 버필드 조인트로 형성됨이 바람직하다. 버필드 조인트 뿐만 아니라 일직선이 되지 않는 축 사이에 동력을 전달할 수만 있다면 훅 조인트(Hook's joint) 등의 방법도 사용될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 6을 참조로 바퀴(80)와 구동샤프트(70) 사이에 형성된 버필드 조인트에 대해서 설명을 하기로 한다. 바퀴(80)에서 연장된 차축(76)의 끝단에 버필드 조인트의 아우터 레이스(outer race)(77)가 형성된다. 차축(76)과 버필드 조인트의 아우터 레이스(77)는 도면과 같이 일체로 형성됨이 바람직하다. 또한, 구동샤프트(70)의 끝단에는 버필드 조인트의 이너 레이스(78)가 형성된다. 아우터 레이스(77)와 이너 레이스(78) 사이에 스틸 볼(79)이 삽입되어 구동샤프트(70)의 회전을 차축(76)에 전달한다. 스틸 볼(79)은 도면과 같이 볼 케이스(75)에 삽입될 수 있다.

이때, 차축(76)의 일부분을 버필드 조인트의 아우터 레이스(77)로 형성하고, 버필드 조인트의 굴절 중심이 상하부 현가암 연결부재(60)의 회전축(62)(64)를 잇는 선(500), 즉 바퀴(80)의 상한 종단 중심선(500)에 가까워지도록 하여 구동샤프트(70)의 중심선(700)과 차축(76)의 중심선(600)이 이루는 각도 M이 작아지게 할 수 있다. 버필드 조인트의 굴절 한계 각도는 일반적으로 46도로 알려져 있는데, 각도가 작아지도록 최대한 바퀴(80)에 가깝도록 버필드 조인트의 굴절 부분을 형성하는 것이다.

다음, 도 7을 참조로 차동장치(72)와 구동샤프트(70) 사이에 형성된 버필드 조인트에 대해서 설명을 하기로 한다. 차동장치(72)의 사이드 기어(107a)의 반대쪽 면에 버필드 조인트의 아우터 레이스(outer race)(108)가 형성된다. 이때, 사이드 기어(107a)와 버필드 조인트의 아우터 레이스(108)는 일체로 형성됨이 바람직하다. 또한, 구동샤프트(70)의 끝단에는 버필드 조인트의 이너 레이스(109)가 형성된다. 아우터 레이스(108)와 이너 레이스(109) 사이에 스틸 볼(110)이 삽입되어 차동장치(72)에 의한 회전을 구동 샤프트(70)에 전달한다. 스틸 볼(110)은 도면과 같이 볼 케이스(111)에 삽입될 수 있다.

이때, 사이드 기어(107a)의 일부분을 버필드 조인트의 아우터 레이스(108)로 형성하고, 버필드 조인트의 굴절 중심이 차동장치(72)의 중심(900과 800의 교차점)에 가깝도록 하여, 구동샤프트(70)의 중심선(700)과 좌우측 사이드 기어(107a, 107b)의 회전 중심선(600)이 이루는 각도 N이 작아지게 할 수 있다.

전술한 바와 같이 차축(76)의 일부분 그리고 차동장치(72)의 사이드 기어(107a, 107b)의 일부분을 버필드 조인트의 아우터 레이스(77, 108)로 형성함으로써 각도 M, N이 버필드 조인트의 굴절 한계 각도보다 작게 되어 본 발명의 동력 전달 장치에 버필드 조인트를 사용할 수 있다. 이때 바퀴(80)의 상하 종단 중심선(500)과 차동장치(72)의 상하 종단 중심선(900)은 항상 평행하므로 각도 M과 N의 크기는 항상 동일하고, 버필드 조인트는 등속 조인트이므로 사이드 기어(107a)의 회전 속도와 차축(76)의 회전 속도는 항상 일치한다. 도 7에서 사이드 기어(107a, 107b)의 회전은 다음과 같이 이루어진다. 먼저, 동력 발생 장치에 의해서 종감속 기어(103)가 회전을 한다. 종감속 기어(103)의 회전에 의해서 종감속 기어(103)에 고정된 디퍼런셜 케이스(104)가 회전하게 된다. 디퍼런셜 케이스(104)에는 양쪽의 디퍼런셜 피니언(106)를 관통하는 축(105)이 고정된다. 따라서 디퍼런셜 케이스(104)의 회전에 의해서 축(105)이 회전하고, 디퍼런셜 피니언(106)도 회전하게 되는데, 이에 따라 디퍼런셜 피니언(106)에 양쪽으로 연결된 사이드 기어(107a, 107b)가 각각 회전하게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 작용을 설명하기로 한다.

양쪽의 하부 현가 암(20)의 회전 중심과 시소우(30)의 회전 중심은 모두 하부 현가암축(25) 상에 있고, 시소우(30)는 클러치 릴리스 레버(52)와 클러치 스프링(57)의 탄성력에 의해 단절 또는 연결되는 클러치(50)를 통해 클러치 기어(59)에 단절 또는 연결된다. 또한, 클러치 기어(59)는 서보 모터(90)에 의해 구동하는 서보 모터 기어(92)에 맞물려 있다. 따라서, 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 시소우(30)와 클러치 기어(59)가 연결된 경우 서보 모터(90)의 구동은 서보 모터 기어(92), 클러치 기어(59), 시소우(30), 쇼크 업소버(40), 하부 현가 암(20)에 전달하여 바퀴(80)에 전달하게 된다.

주행시에는 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 클러치(50)가 단절되어, 서보 모터(90)와 차체에 무관하게 시소우(30)는 쇼크 업소버(40)에 의해 연결된 하부 현가 함(20)의 움직임에 따라 자유롭게 하부 현가암축(25)을 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기울어짐이 가능한 차륜 장치가 삼륜차의 후륜을 구성한다고 하면, 주행시에는 이륜차와 마찬가지로 운전자의 무게중심이동과 핸들의 조작으로 주행이 가능하다.

따라서, 곡선 도로 상에서 선회시에 차체가 기울어지도록 주행이 가능하다. 이는 도 8을 참조하여 후술하기로 한다. 또한, 도로 면에 요철(130)이 있을 때, 한 쪽 바퀴(80)가 요철(130)을 지나갈 때 롤링이 일어나지 않으면서 주행이 가능하다. 이는 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.

정차시 또는 운전자의 무게중심이동으로 차체의 균형을 유지할 수 없을 정도의 느린 속도로 서행할 때에는 시소우(30)는 클러치(50)에 의하여 클러치 기어(59)에 연결된다. 서보 모터(90)에 의해 구동되는 서보 모터 기어(92)는 클러치 기어(59)에 맞물려 있고 서보 모터(90)가 장착된 서보 모터 마운트(servo motor mount)(94)는 차체에 연결되어 있으므로 차체는 자유롭게 기울어지는 것이 제한될 수 있다. 노면의 기울기에 따라서 차체가 기울어지면 서보 모터(90)는 자동 또는 수동으로 신호를 받아서 차체가 똑바로 설수 있도록 하는 방향으로 작동하여 서보 모터 기어(92)를 구동하여 토크를 발생하게 되는데, 이는 클러치 기어(59), 클러치(50), 시소우(30), 쇼크 업소버(40), 하부 현가 암(20), 상하부 현가 암 연결부재(60), 바퀴(80)에 차례로 전달된다. 따라서, 노면에 전달된 힘은 그 반력을 서보 모터 마운트(94)를 통해 차체에 전달하여 차체를 항상 수직으로 유지하도록 할 수 있다.

이때, 서보 모터(90)는 경사 센서(tilt sensor)(미도시)에 의해 자동으로 신호를 받아 작동될 수 있다.

또한, 서보 모터(90)는 속도 센서(미도시)에 의해 자동으로 신호를 받아 작동될 수 있다.

또한, 서보 모터(90)는 운전자에 의해 수동으로 신호를 받아 작동될 수도 있다.

도 8은 고속 주행 중에 곡선도로에서 우측으로 선회할 때의 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 모습을 도시하고 있다. 좌우 양쪽의 상부 현가 암(10)의 회전축과 좌우 양쪽의 하부 현가 암(20)의 회전축은 각각 상부 현가암축(15)과 하부 현가암축(25)에 형성된다. 상부 현가 암(10)과 하부 현가 암(20)의 끝단은 모두 양 끝단에 회전축(64, 62)이 형성되어 회전이 가능하도록 상하부 현가암 연결부재(60)와 결합된다. 따라서 상하부 현가암축(15, 25)에 형성된 상하부 현가 암(10)(20)의 회전축과 양 끝단의 회전축(64, 62)은 항상 평형사변형의 꼭지점을 형성하도록 움직인다.

그리고 시소우(30)의 회전 중심은 하부 현가 암(20)의 회전 중심과 동일 선상에 있도록 하부 현가암축(25)에 형성된다. 고속 주행 중일 때에는 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 시소우(30)와 클러치 기어(59)는 단절되어 있으므로 차체가 기울어지는 것을 구속하지 않는다.

따라서, 주행 중 운전자가 이륜차를 운전하듯이 체중을 이동시켜 차체를 기울이면 전륜은 물론 상하 현가 암(10)(20)에 연결된 후륜의 양쪽 바퀴(80)도 앞바퀴와 같은 각도로 기울어지게 된다.

이때, 볼 스프라인 축으로 형성된 구동 샤프트(70)는 차동 장치(72)의 사이 드 기어(107a, 107b)와 바퀴(80)에 연결된 차축(76)을 잇는 길이에 맞게 길이가 신장된다.

그러므로 본 발명의 차륜 장치를 포함하는 삼륜차는 이륜차를 운전하듯이 차체를 기울일 수 있으므로 고속선회가 가능하며, 고속 선회 중 타이어의 접지력을 상실하여 미끄러져도 무게 중심이 양쪽 뒷바퀴(80) 사이에 있는 한(무게 중심을 낮게 제작하면) 이륜차처럼 전도되지 않는다.

도 9는 주행 중에 왼쪽 바퀴가 요철(130)을 지나갈 때 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 모습을 도시하고 있다.

상하부 현가 암(10)(20)이 상부 현가암축(15)과 하부 현가암축(25)을 중심으로 일체로 회전하지 않고 좌우측으로 각각 회전이 가능하다면, 주행 중 도로의 요철(130)에 의하여 하부 현가 암(20)이 각도 a만큼 회전하게 되면 하부 현가 암(20)에 연결된 쇼크 업소버(40)에 의하여 하부 현가 암(20)과 동일선 상에서 회전하는 시소우(30)도 회전하여 반대편 현가 암에 동일한 힘을 가하게 된다. 따라서 양 바퀴(80)는 지면으로부터 동일한 반력을 받게 된다. 이때, 좌측에 있는 볼 스프라인 축으로 형성된 구동 샤프트(70)는 차동 장치(72)의 사이드 기어(107a)와 바퀴(80a)에 연결된 차축(76)을 잇는 길이에 맞게 길이가 신장이 되어서 좌우측의 구동 샤프트(70)의 길이는 다르게 된다. 상하 현가 암(10)(20)의 회전축과 상하부 현가암 연결부재(60)의 회전축이 평형사변형의 꼭지점을 형성하는 것은 물론이다.

주행 시 클러치 릴리스 레버(52)에 의해 클러치(50)가 단절되어 시소우(30)의 회전력이 차체에 전달되지 않으므로 차체는 이륜차처럼 상하방향으로만 진동하게 된다.

따라서, 요철이 심한 도로를 고속으로 주행하여도 롤링 현상이 발생하지 않고 차체의 전도를 방지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 전륜의 조향 장치를 부가한 기울어짐이 가능한 차륜 장치의 바퀴 부분을 확대한 사시도이다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어짐이 가능한 차륜 장치에 있어서 동력전달계통인 차동 장치(72), 구동 샤프트(70)를 제거하고 조향 너클(156)을 추가하여 차체를 기울일 수 있는 앞 바퀴(80)의 차륜 장치를 도 10은 보여준다. 조향 너클 회전축(150), 타이 로드 앤드(tie rod end)(152), 상부 현가 암 회전축(64), 하부 현가 암 회전축(62)은 모두 바퀴(80)의 상하 종단면 상에 위치할 수 있다. 차체를 기울일 때에는 상부 현가암 회전축(64)과 하부 현가암 회전축(62)이 회전하며 바퀴(80)를 좌우로 조향할 때에는 핸들에 연결된 타이 로드(tie rod)(154)를 좌우로 움직여서 조향 너클(156)이 조향 너클 회전축(150)을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 타이 로드 앤드(152)는 볼 앤 소켓 조인트로 구성되어 차체를 기울일 때와 바퀴(80)를 조향할 때 조향 너클(156)이 회전하는 것이 가능할 수 있다.

도 10의 차륜 장치를 사용하고 뒷바퀴의 동력전달방식을 종래의 모터사이클 방식을 채택하여 차체를 기울일 수 있는 삼륜차를 제작할 수 있다.

또한, 전술한 도 10을 전륜으로 하고 본 발명의 기울어짐이 가능한 차륜 장 치를 후륜으로 하여 사륜차를 제작할 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기울어짐이 가능한 차륜 장치 및 이를 이용한 삼륜차에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 주행시에는 이륜차와 동일한 방식으로 운전하고 정차시 또는 서행시에는 삼륜차와 동일한 방식으로 운전하므로 새로운 운전기술이 필요하지 않고, 이륜차를 타는 방법을 안전하게 습득할 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 선회할 때 이륜차와 마찬가지로 차체를 기울일 수 있어서 원심력에 의한 차체의 전도를 막아 고속으로 선회할 수 있다는 장점도 있다.

셋째, 요철이 있는 도로를 고속으로 주행하여도 롤링 현상이 발생하지 않는다는 장점도 있다.

넷째, 무게 중심이 양쪽 뒷바퀴 사이에 있는 한 고속선회 시 또는 급제동 시 타이어가 접지력을 잃어도 미끌어질 뿐 이륜차처럼 전도되지 않는다는 장점도 있 다.

다섯째, 주정차시 이륜차처럼 스탠드를 사용할 필요가 없고 노면의 기울기에 관계없이 항상 지면에 수직을 유지하므로 시트 위에서 편안하게 휴식을 취할 수 있다는 장점도 있다.

Claims

차체의 중심에 형성된 상부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 상부 현가 암(upper suspension arm);

차체의 중심에 형성된 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 상기 좌우 바퀴를 향하여 연장되는 하부 현가 암(lower suspension arm);

상기 하부 현가암축을 중심으로 회전이 가능하며, 양 끝단이 상기 하부 현가암축의 위치보다 높은 곳에 위치하며 좌우 대칭이 되도록 연장되는 시소우(seesaw);

상기 시소우의 끝단과 상기 하부 현가암을 연결하는 쇼크 업소버(shock absorber);

상기 하부 현가암축에 형성되어 상기 시소우와 차체 사이에 힘의 전달을 단속하는 클러치(clutch);

상기 바퀴의 상하 종단면에 형성되어 상기 상부 현가암의 끝단과 상기 하부 현가암의 끝단을 연결하고, 바퀴가 기울어짐에 따라서 상기 상부 현가암과 상기 하부 현가암이 회전하도록 양 끝단에 회전축이 형성된 상하부 현가암 연결부재; 및

차동 장치와 바퀴의 중심을 연결하며 상기 차동 장치의 회전력을 바퀴에 전달하며 기계적으로 연장이 가능한 구동 샤프트(drive shaft)를 포함하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 상부 현가암과 상기 하부 현가암은 좌우 바퀴를 향하여 개별적인 회전이 가능하도록 형성된 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 클러치는 클러치 기어와 연결되며, 상기 클러치 기어는 서보 모터에 의해 구동되는 서보 모터 기어에 연결되는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 서보 모터는 경사 센서(tilt sensor)에 의해 신호를 받아 자동으로 작동하는 것을 포함하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 서보 모터는 속도 센서에 의해 신호를 받아 자동으로 작동하는 것을 포함하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 서보 모터는 사용자에 의해 수동으로 작동하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동 샤프트는 볼 스플라인(ball spline) 축으로 형성된 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 차동 장치와 상기 구동샤프트 사이, 상기 구동샤프트와 상기 바퀴의 중심 사이는 버필드 조인트(birfield joint)로 연결되어 동력을 전달하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 구동샤프트와 바퀴의 중심 사이의 버필드 조인트는 상기 바퀴에서 연장된 차축에 형성된 아우터 레이스(outer race)와 상기 구동샤프트의 끝단에 형성된 이너 레이스(inner race)를 포함하여 형성되는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스를 포함하여 형성되는 상기 버필드 조인트의 굴절 중심은 상기 바퀴에 가깝게 위치하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 차동 장치와 구동샤프트 사이의 버필드 조인트는 상기 차동 장치의 사 이드 기어에 형성된 아우터 레이스와 상기 구동샤프트의 끝단에 형성된 이너 레이스를 포함하여 형성되는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 아우터 레이스와 상기 이너 레이스를 포함하여 형성되는 상기 버필드 조인트의 굴절 중심은 상기 차동 장치의 중앙에 가깝게 위치하는 기울어짐이 가능한 차륜 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 차륜 장치를 포함하는 기울어짐이 가능한 삼륜차(trike).