KR20080103153A - 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거 - Google Patents

전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거 Download PDF

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KR20080103153A
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Abstract

본 발명은, 전동식으로 구동될 수 있는 한편, 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기는 것에 의하여 구동되고, 또한 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기길 때 자전거의 앞바퀴가 보다 원활하게 회전될 수 있으며, 곡선로를 주행할 때 보다 용이하게 주행할 수 있는 구조를 가지는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거는, 배터리 및 상기 배터리에 의해 공급되는 전원에 의해 후륜 구동축을 구동하기 위한 후륜 구동 모터를 지지하는 발판; 상기 발판에 일정 각도 좌우 방향으로 회전되도록 연결되는 프레임; 상기 프레임의 전방에 연결되는 전륜 포크에 상하 방향으로 소정 각도만큼 틸팅 가능하게 설치된 지지판에 제공되는 핸들; 및 상기 전륜 포크에 회전 가능하게 설치되며, 상기 지지판에 연결된 링크를 통하여 상기 핸들의 전후 운동에 의해 회전 구동되어 앞바퀴를 구동하는 전륜 구동 스프라켓을 포함한다.
자전거, 틸팅, 전동식, 핸들 조작

Description

전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거{Bicycle being driven by motor and by handle operation}
도 1은 종래의 전기자전거의 구성을 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 종래의 핸들에 의해 구동되는 자전거를 개략적으로 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 다른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 자전거의 저면 사시도.
도 5a 및 도 5b는 클램프에 의하여 핸들의 직립 및 접이 상태를 도시한 도면.
도 6은 핸들 조작에 의하여 전륜 구동 메커니즘을 도시한 도면.
도 7은 전동 모드 및 핸들 조작 모드를 변환시키기 위한 레버를 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시된 레버의 조작에 따라서 핸들 운동을 구속 및 해제하기 위한 구조를 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 배터리 2 : 프레임
3 : 후륜 구동 모터 4 : 후륜 구동축
5 : 뒷바퀴 10 : 핸들
16 : 전륜 포크 17 : 지지판
27 : 링크 21 : 전륜 구동 스프라켓
23 : 종동 스프라켓
본 발명은 자전거에 관한 것으로, 특히 핸들을 밀거나 당겨줌으로써 모터의 구동을 보조하도록, 앞바퀴를 구동할 수 있게 되어 다리의 회전운동과 팔을 이용한 상체운동을 동시에 수행함과 더불어 보다 다양한 방법으로 자전거를 이용함으로써 사용자에게 만족을 줄 수 있도록 한 핸들조작에 의해 구동되는 킥 보드 형태의 자전거에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 사람이 양측 페달을 밟아가며 동력을 발생시키는 것인 바, 상기 페달에 의해 회전되는 스프로킷은 체인에 의해 뒷바퀴를 회전시켜 그 자전거가 전진되게 하는 것이다.
상기된 바와 같이, 자전거는 운전자가 페달에 가하는 답력(踏力)으로 주행하는 것인데, 최근에 모터나 엔진 등의 힘을 더해 주행하는 자전거가 개발되고 있다. 전기자전거는 배터리 등의 전원을 이용하여 모터를 구동하여 주행력을 얻는 것이다.
도 1에는 종래의 전기자전거의 구성이 측면도로 도시되어 있다. 프레임(130) 과, 상기 프레임(130)의 선단에 구비되고 주행 방향을 조정하는 핸들(134)과, 상기 프레임(130)의 선단에 구비되고 핸들(134)에 의해 방향이 조정되며 20 내지 29인치 사이의 직경을 가지는 앞바퀴(138)와, 상기 프레임(130)의 후단에 구비되는 뒷바퀴(140)와, 운전자의 답력을 받아 상기 뒷바퀴(140)로 전달하는 페달(142) 및 스프라켓(143,144)들 사이를 연결하는 제 1 체인기구(145)와, 상기 프레임(130)에 장착되고 배터리(157)로부터 공급되는 전원에 의해 구동되어 뒷바퀴를 구동하기 위한 구동력을 제공하는 모터(150)와, 상기 모터의 구동력을 상기 뒷바퀴로 전달하는 제 2체인(155) 및 스프라켓(152,153)들을 포함한다.
한편, 본 출원인의 특허등록 제10-0579530호에는 도 2에 도시된 바와 같이 핸들에 의해 구동되는 자전거가 제안되었으며, 이 자전거(101)의 축봉(102)에 힌지(103)가 설치되어 이 힌지(103)를 매개로 일정각도 만큼 절곡된 핸들(104)이 전후방향으로 회동가능하게 설치되고, 상기 핸들(104)의 하부에 가이드홀(105)이 형성됨과 더불어 이 가이드홀(105)을 따라 승강할 수 있도록 된 롤러(106)가 가이드홀(105)에 삽입 설치되며, 상기 롤러(106)에 핸들(104)의 밀고 당김 작용을 따라 상하방향으로 직진 운동할 수 있도록 된 로드(107)가 연결 설치된다.
로드(107)의 하단에는 연결링크(108)를 매개로 회전 작동되는 캠(109)이 연결 설치되며, 상기 캠(109)의 일측에 캠(109)과 함께 회전되는 구동기어(110)가 설치됨과 더불어 이 구동기어(110)의 내측에 스톱퍼(111)를 통해 단지 일방향으로만 회전되는 래칫(112)이 설치되고, 상기 구동기어(110)의 외측에 구동기어(110)와 함께 회전되는 보조 스프로킷(113)이 설치되며, 상기 자전거(101) 앞바퀴(114)의 중 심축(115)에 중심축 기어(116)가 일체로 설치되어 상기 보조 스프로킷(113)과 체인(117)에 의해 연결된 구조로서, 핸들을 이용하여 자전거의 앞바퀴를 구동할 수 있기 때문에 사용자의 상하체 운동을 효율적으로 수행함으로써 신체의 고른 발달을 유도할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 목적은 전동식으로 구동될 수 있는 한편, 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기는 것에 의하여 구동되고, 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기길 때 자전거의 앞바퀴가 보다 원활하게 회전될 수 있으며, 곡선로를 주행할 때 보다 용이하게 주행할 수 있는 구조를 가지는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거를 제공하는데 있다.
상기된 바와 같은 목적은, 배터리 및 상기 배터리에 의해 공급되는 전원에 의해 후륜 구동축을 구동하기 위한 후륜 구동 모터를 지지하는 발판; 상기 발판에 일정 각도 좌우 방향으로 회전되도록 연결되는 프레임; 상기 프레임의 전방에 연결되는 전륜 포크에 상하 방향으로 소정 각도만큼 틸팅 가능하게 설치된 지지판에 제공되는 핸들; 및 상기 전륜 포크에 회전 가능하게 설치되며, 상기 지지판에 연결된 링크를 통하여 상기 핸들의 전후 운동에 의해 회전 구동되어 앞바퀴를 구동하는 전륜 구동 스프라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거에 의하여 달성될 수 있다.
상기에서, 상기 전륜 구동 스프라켓은 체인을 통하여 상기 전륜 구동축에 설 치된 종동 스프라켓에 회전력을 전달한다.
또한, 상기 전륜 구동 스프라켓의 회전 위치에 따라서 링크를 밀거나 또는 당기도록 상기 지지판에 설치되는 스프링 부재를 추가로 포함할 수 있다.
상기 스프링 부재는 바람직하게 상기 스프링 부재는 상기 핸들이 밀리고 당겨지는 것에 의하여 링크를 전후 방향으로 가압한다.
상기 모터는 가변 저항 방식으로 속도가 조절된다.
상기 모터는 상기 핸들의 손잡이에 제공되는 잠금 기구에 의하여 속도가 일정하게 유지된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 자전거의 저면 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의하여 구동되는 자전거(100)는 삼륜 자전거로 도시되어 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 이륜 자전거에도 적용될 수 있음을 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의하여 구동되는 자전거(100)는 자전거를 조향하기 위한 핸들(10), 핸들(10)과 연결되는 프레임(2), 및 프레임(2)의 후방에 연결되는 탑승자가 탑승할 수 있는 발판(20)으로 구성된다. 본 발명에 따라서, 운전자가 탑승할 수 있는 발판(20)에는 자전거가 전동식으로 구동될 때 사용하 기 위한 배터리(1)가 위치된다. 배터리(1)는 자전거(100)의 후륜을 구동하기 위한 후륜 구동 모터(3)에 전원을 공급하며, 후륜 구동 모터(3)는 가변 저항 방식에 의하여 그 구동 속도가 제어된다.
후륜 구동 모터(3)는 도 4에 도시된 바와 같이 체인(6)을 통하여 각 단부에 뒷바퀴(5)가 설치되는 후륜 구동축(4)에 설치된 스프라켓(7)에 연결된다. 그러므로, 후륜 구동 모터(3)의 회전력은 체인(6)을 통하여 스프라켓(7)에 전달되고, 스프라켓(7)이 후륜 구동 모터(3)에 의해 구동된다. 모터(3)는 액셀레이터 스위치로서 기능하는 핸들(10)의 한 쪽 손잡이(13)에 있는 스위치(11b)를 잡아당기는 것에 의하여 후륜 구동 모터(3)의 회전 속도가 제어되어 그 속도가 변속되고, 이러한 상태에서 손잡이(13)에 설치된 잠금 기구(33)를 조정하는 것에 의하여, 잠금 기구(33)가 한 위치에 위치됨으로써, 구동 모터(3)가 일정한 속도로 구동되어 자전거의 정속 주행이 가능하게 된다.
한편, 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 후륜 구동축(4)에는 주행중인 자전거를 제동하기 위한 브레이크(8)가 설치되고, 이러한 브레이크(8)는 핸들(10)의 다른 쪽 손잡이(12)에 있는 정지 스위치(11a)를 잡아당기는 것에 의하여 후륜 구동축(4)을 제동하여, 자전거를 정지시키는 한편, 배터리(1)로부터 후륜 구동 모터(3)로의 전원 공급을 차단한다.
상기된 바와 같은 배터리(1)에 의한 전기 구동은 배터리(1)의 힘이 약하기 때문에, 15 내지 20°의 경사로를 주행할 경우에, 본 발명에 따라서 핸들(10)을 전후 방향으로 밀고 당기는 것에 의한 구동력을 자전거에 제공한다. 또한, 핸들(10) 조작에 의한 구동은 배터리가 완전히 방전될 때에서 자전거의 핸들(10)을 전후 방향으로 밀고 당기는 것에 의하여 구동될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 프레임(2)은 원통형 파이프로 만들어지며, 본 발명에 따라서 소정 각도만큼, 바람직하게 15 내지 20°정도의 각도만큼 화살표(A) 방향으로 좌우 방향으로 회전(틸팅) 가능하게 발판(20)에 연결된다.
상기된 바와 같이, 프레임(2)이 발판(20)에 대하여 소정 각도, 즉 15 내지 20°만큼 회전(틸팅)될 수 있도록 설치되기 때문에, 자전거가 곡선로를 주행할 때, 프레임(2)의 전방에 설치되는 핸들(10)이 안쪽으로 향하는 것에 의하여, 프레임(2)이 발판(20)에 대해 소정 각도만큼 회전될 수 있다. 그러므로, 자전거가 자전거 및 운전자에 작용하는 원심력에 대하여 보다 안정하게 주행할 수 있다.
프레임(2)의 전방에는 전륜 포크(16)가 소정의 각도로 연결되며, 전륜 포크(16)의 전방에는 핸들(10)이 설치되는 지지판(17)이 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핸들(10)은 주행 및 운반을 위하여 접이식으로 제공되며, 이러한 접이식 구조에 따라서, 핸들(10)은 클램프(15)에 의하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 접이식으로 제공된다. 이러한 클램프(15)에 의한 접이 구조는 널리 공지되어 있기 때문에 본 명세서에서는 이에 대한 설명은 생략한다.
지지판(17)은 후방에서 도 6에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 연결핀(18)을 중심으로 전후 방향으로 소정 각도만큼 틸팅 가능하게 전륜 포크(16)에 설치된다. 전륜 포크(16)는 그 중심부에 전륜 구동 스프라켓(21)을 지지하기 위한 브라켓(22)이 설치된다. 전륜 구동 스프라켓(21)은 브라켓(22)에 제공되는 축(32)에 회 전 가능하게 설치되며, 체인(26)을 통하여 앞바퀴(31)가 고정 설치되는 전륜 지지축(24)에 설치된 종동 스프라켓(23)에 연결된다. 그러므로, 앞바퀴는 전륜 구동 스프라켓(21)의 회전에 의해 종동 스프라켓(23)이 회전되는 것에 의하여 구동될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 지지판(17)의 전방 단부에서, 전륜 구동 스프라켓(21)을 회전시키기 위한 링크(27)의 상부 단부가 축(28)을 통하여 지지판(17)에 회전 가능하게 연결된다. 링크(27)의 하부 단부는 전륜 구동 스프라켓(21)의 중심으로부터 일정 거리에 위치된 지점에 위치된 핀(30)을 통하여 전륜 구동 스프라켓(21)에 회전 가능하게 연결된다.
링크(27)는 도 6에 도시된 바와 같이 축(28)에 설치된 스프링 부재(29)의 스프링력이 작용한다. 스프링 부재(29)는 한 쪽 단부 부분이 지지판(17)에 의해 지지되고, 다른 쪽 단부 부분이 링크(27)에 연결된다. 이와 같이 설치된 스프링 부재(29)는 핸들(10)이 밀리고 당겨지는 것에 의하여 링크(27)를 전후 방향으로, 즉 전륜 구동 스프라켓(21)의 회전방향으로 가압하도록 설치된다.
스프링 부재(29)가 이와 같이 설치되는 것에 의하여, 도 3에 도시된 바와 같은 상태에서, 핸들(10)이 전방으로 밀려졌을 때, 링크(27)는 핸들(10)이 전방으로 밀리는 것에 의하여, 지지판(17)에 의하여 하방으로 밀리게 되고, 브라켓(22)에 설치되는 축(32)에 회전 가능하게 설치된 스프라켓(21)은 링크(27)의 하강 운동에 의하여 아래방향으로 회전된다. 그러므로, 체인(26)을 통하여 스프라켓(21)에 연결된 종동 스프라켓(23)이 회전되어, 자전거의 앞바퀴(131)가 회전된다.
링크(27)가 하방으로 이동할 때, 스프링 부재(29)는 링크(27)를 후방으로 당기도록 작용하며, 핀(130), 즉 스프라켓(21)과 링크(27)의 연결 지점, 즉 핀(30)이 축(32)의 바로 아래, 즉 하사점에 위치되었을 때, 핸들(10)은 더 이상 밀리지 않게 된다.
운전자는 이와 같이 하사점에 위치되었을 때, 자전거를 계속적으로 구동하기 위하여 핸들(10)을 당긴다. 핸들(10)이 당겨짐으로써, 스프라켓(21)은 링크(27)가 상방으로 이동한다. 이 때, 스프링 부재(29)는 링크(27)를 전방으로 가압하도록 작용한다. 이와 같은 스프링 부재(29)의 작용력은 핀(13)이 축(32)의 바로 위, 즉 상사점에 위치될 때까지 계속된다.
이와 같이, 스프링 부재(29)가 핸들(10)의 밀고 당기는 운동에 따라서 링크(27)를 당기고 밀도록 작용하기 때문에, 운전자가 보다 작은 힘으로 핸들(10)을 밀고 당길 수 있으며, 그러므로, 경사로와 같은 험로를 보다 작은 힘으로 주행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거는 전동 모드로부터 핸들 조작 모드로의 변환은 도 7에 도시된 바와 같이 핸들(10)에 설치된 레버(33)를 위로 당기는 것에 의하여 도 8에 도시된 바와 같이 핸들(10)의 하부에 설치된 고정구(34)와 전륜 포크(16)의 상부에 제공된 핀 부재(35)의 결합이 분리됨으로써, 핸들(10)의 전후 방향으로 틸팅이 가능하게 됨으로써 이루어진다. 또한, 핸들 조작 모드에서, 레버(33)를 아래로 누르는 것에 의하여, 고정구(34)가 핀 부재(35)와 결합되어, 핸들(10)의 틸팅 조작이 방지될 수 있다. 이러한 상태에서, 후륜 구동 모터(3)를 구동하는 것에 의하여 전동 모드로 구동될 수 있다.
상기에서, 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거가 전륜 구동 스프라켓(21), 체인(26) 및 종동 스프라켓(23)을 이용하여 구동되는 방식으로 기술되었지만, 이러한 동력 전달 장치 대신에, 링크(27)의 길이를 길게 하고, 전륜 구동 스프라켓(21) 대신에 종동 스프라켓(23)에 연결되어, 종동 스프라켓(21)을 직접 회전시키는 것에 의해서도, 핸들(10)을 밀고 당기는 것에 의하여 자전거(100)가 구동될 수 있음은 알 수 있다. 이러한 경우에, 종동 스프라켓(23)의 지름을 보다 크게 하는 것이 바람직하다.
상기된 바와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거에 의하면, 전동식으로 구동될 수 있는 한편, 경사로를 주행할 때 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기는 것에 의하여 구동되는 한편, 핸들을 전후 방향으로 밀고 당기길 때 자전거의 앞바퀴가 보다 원활하게 회전될 수 있는 한편, 곡선로를 주행할 때 보다 용이하게 주행할 수 있다. 또한 경사로를 올라가는 경우 전동의 힘이 부족할 때 수동핸들을 밀고 당김으로서 앞바퀴의 구동력을 더 상승시켜 지속적인 주행을 수행할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (6)

  1. 배터리 및 상기 배터리에 의해 공급되는 전원에 의해 후륜 구동축을 구동하기 위한 후륜 구동 모터를 지지하는 발판;
    상기 발판에 일정 각도 좌우 방향으로 회전되도록 연결되는 프레임;
    상기 프레임의 전방에 연결되는 전륜 포크에 상하 방향으로 소정 각도만큼 틸팅 가능하게 설치된 지지판에 제공되는 핸들; 및
    상기 전륜 포크에 회전 가능하게 설치되며, 상기 지지판에 연결된 링크를 통하여 상기 핸들의 전후 운동에 의해 회전 구동되어 앞바퀴를 구동하는 전륜 구동 스프라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전륜 구동 스프라켓은 체인을 통하여 상기 전륜 구동축에 설치된 종동 스프라켓에 회전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전륜 구동 스프라켓의 회전 위치에 따라서 링크를 밀거나 또는 당기도록 상기 지지판에 설치되는 스프링 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스프링 부재는 상기 핸들이 밀리고 당겨지는 것에 의하여 상기 링크를 전후방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모터는 가변 저항 방식으로 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 모터는 상기 핸들의 손잡이에 제공되는 잠금 기구에 의하여 속도가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 전동식 및 핸들 조작에 의해 구동되는 자전거.
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