KR20090039329A

KR20090039329A - 자전거의 동력전달장치

Info

Publication number: KR20090039329A
Application number: KR1020070104909A
Authority: KR
Inventors: 김진욱
Original assignee: 김진욱
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-04-22
Also published as: KR100921178B1

Abstract

본 발명은 자전거의 동력전달장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 구동축을 비롯한 페달암이 동력전달부상에 편심 되도록 설치됨에 따라 회전과정 중 페달암에 가장 많은 힘이 들어가는 구간에서 페달암의 회전반경이 줄어들 수 있도록 함으로써 적은 힘으로도 기존과 동일한 회전력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라,

동력전달부의 구동반경을 크게 하여 적은 힘으로 효율적인 구동력을 얻을 수 있도록 함과 동시에, 기어비의 조절을 통해 페달축의 회전수보다 스프로킷휠이 더 많이 회전될 수 있도록 하여 구동효율을 배가 시킬 수 있도록 한 자전거의 동력전달장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 양단에 연결된 각 페달암에 의해 회전되는 구동축과,

상기 구동축 상에 설치된 상태에서 페달암의 회전에 의해 회전하여 바퀴에 동력을 전달하는 동력전달부를 포함하되,

상기 구동축은 동력전달부 상에 편심된 위치에 관통설치되고 상기 페달암과 동력전달부 중 어느 하나에는 고정편이 구비되고 다른 하나에는 고정편이 삽입되는 슬라이딩공이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

자전거, 동력전달, 편심, 페달암, 스프로킷, 회전반경

Description

자전거의 동력전달장치{Power transmission device of bicycles}

도 1 은 본 발명의 전체 결합상태를 나타낸 사시도

도 2 는 본 발명 중 페달암과 동력전달부 및 구동축을 간략 분해한 사시도

도 3 은 본 발명 중 페달암과 구동축과 더불어 동력전달부를 상세 분해한 사시도

도 4 는 본 발명 중 동력전달부 상에 구동축 및 페달암이 편심 되도록 설치된 상태도 5 는 본 발명이 자전거 프레임상에 설치된 상태를 나타낸 전체 결합단면도

도 6a 내지 도 6d는 동력전달부 상에서 페달암이 회전하는 과정 중 페달암의 회전반경 변화를 나타낸 개략도

<도면의 주요부분에대한 부호의 설명>

100 : 구동축 200 : 폐달암

214 : 슬라이딩공 300 : 동력전달부

310 : 회전드럼 311 : 링기어

312 : 커버 320 : 유성기어부

323 : 외측유성기어 324 : 내측유성기어

330 : 스프로킷부 331 : 스프로킷 휠

332 : 종동기어 410 : 제1관통판

420 : 제2관통판 500 : 고정편

본 발명은 자전거의 동력전달장치에 관한 것으로, 페달암과 동력전달부를 상호 결합하여 동시에 함께 회전하도록 하되, 구동축이 관통된 지점으로부터 일정거리 떨어진 곳에 페달암과 동력전달부 간의 결합부위를 형성하여 동력전달부에 가해지는 구동반경이 커지도록 함으로써 보다 높은 구동력을 얻을 수 있도록 함과 동시에,

구동축이 동력전달부 상에 편심되도록 관통됨으로써 페달암의 회전 중 회전반경이 변화됨으로써 힘의 분배가 효율적으로 이루어질 수 있는 자전거의 동력전달 장치에 관한 것이다.

또한 기어비 조절을 통해 페달암의 회전보다 동력전달부, 즉 스프로킷이 더 많이 회전되도록 하여 적은 힘으로 보다 높은 구동력을 얻을 수 있는 자전거의 동력전달 장치에 관한 것이다.

종래 일반적인 자전거의 동력전달장치는 단순히 운전자가 페달암을 회전시키면 구동력이 구동축에 전달되고 상기 구동축 상에 설치된 스프로킷(sprocket)휠이 구동축과 함께 회전하여 체인을 통해 자전거 후륜에 회전력이 전달되는 구조로 이 루어진다.

일반적으로 다단 기어변속장치가 없는 자전거는 오로지 운전자의 발힘으로만 스프로킷을 회전시켜야 하고 페달암과 스프로킷휠의 회전수가 동일하기 때문에 오르막길을 주행할 시에는 굉장히 많은 힘이 소요되는 문제점이 있다.

더구나 구동축을 중심으로 페달암의 회전반경, 즉 사용자로부터 발생되는 힘의 반경은 큰 반면에, 스프로킷휠은 중앙의 구동축 회전에 의해서만 회전되므로 사용자로부터 입력되는 힘의 크기 대비 스프로킷휠에서 출력되는 구동력 효율이 저하될 수밖에 없다.

물론 다단 기어변속장치를 장착할 경우 기어비를 이용해 적은 힘으로 주행할 수는 있으나, 페달암을 비롯한 스프로킷휠의 회전은 늘어나는 반면 주행속도는 느려지는 문제점이 있다.

이러한 일반적인 자전거의 동력전달구조가 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 출원인이 발명한 대한민국 특허출원 제2006-0073972호 『자전거의 동력전달장치』가 있다.

상기 선행 기술은 페달암의 일단부에 구동축을 중심으로 외측방향으로 연장된 회전력증강 구동편을 구비시키고 상기 회전력증강 구동편이 스프로킷부상의 동력전달핀에 고정되도록 함에 따라 페달암에 의한 구동력이 중앙의 구동축과 더불어 동력전달핀에도 전달되어 운전자로부터 가해진 힘의 반경이 커져 보다 높은 구동력을 얻을 수 있게 됨과 동시에,

페달암과 스프로킷부에서 발생된 구동력이 각기 다른 기어비로 이루어진 기 어부를 통해 스프로킷에 최종전달되도록 하여 스프로킷이 페달암보다 많이 회전되도록 함으로써, 적은 힘으로도 높은 구동력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 주행속도가 저하되는 문제점을 해결할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 종래기술은 위에 설명한 장점과 더불어 보완해야할 점도 갖고 있다.

구체적으로는 페달암이 항시 진원의 궤도를 따라 회전되기 때문에 페달에 의한 기본적인 구동력 외에 그 이상의 구동력 향상은 기대할 수 없다.

따라서 순전히 기어부를 통한 스크로킷의 회전수 향상만으로 향상된 구동력을 기대해야 할 수밖에 없다. 따라서 보다 적은 힘으로 보다 높은 구동력을 얻고자 할 경우 기어부의 구조를 개조해야할 수밖에 없고, 더불어 기어부의 구조 및 제작과정이 복잡해지는 문제점이 있으며 이로인해 제품의 단가가 상승될 수 있는 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서,

회전 과정 중 상대적으로 많은 힘이 필요한 11시와 6시방향 사이에서 페달암의 회전반경이 줄어들도록 함으로써, 줄어든 페달암의 회전반경에 의해 보다 적은 힘으로 기존과 동일한 회전력을 얻을 수 있으므로 평지를 비롯해 오르막길에서 높은 주행력을 발휘할 수 있는 자전거의 동력전달장치의 제공을 목적으로 한다.

또한 더불어 기어비의 조절을 통해 페달암의 회전수 대비 스프로킷의 회전수가 늘어날 수 있도록 함에 따라 속도의 저하 및 운동력 증가없이 적은힘으로 높은 구동력을 얻을 수 있는 자전거의 동력전달장치의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명 자전거의 동력전달장치는,

구동축 및 상기 구동축의 양단에 설치되어 구동축을 회전시키는 페달암과,

상기 구동축 상에 설치되고 페달암과 결합되어 페달암의 회전력에 의해 회전하며 바퀴에 동력을 전달하는 동력전달부를 포함한 것을 기본구성으로 한다.

그리고 이러한 기본구성 중 상기 구동축과 페달암은 동력전달부 상에 편심된 위치에 설치되어 페달암의 회전과정 중 특정구간에서 페달암의 회전반경이 변화될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 동력전달부 중 페달암과 함께 회전하는 회전드럼과 최종 회전되는 스프로킷을 유성기어를 통해 연결함으로써, 기어비에 의해 스프로킷휠의 회전수를 높이도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 도면에 예시된 구성을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대한 실시예를 설명하도록 한다.

본 발명은 기본적으로 크게 [도 1]에 도시된 것과 같이 구동축(100)과 페달 암(200), 동력전달부(300)로 구성된다.

먼저 상기 구동축(100)은 [도 2]에 도시된 것처럼 일반적인 원형 회전축으로, 양측상에는 구동축(100)상에 위치되는 각 구성요소 간의 간섭을 방지하기 위한 돌출턱(110)이 플랜지형태로 형성되고 양단부에는 각 페달암(200)과의 체결 및 용이한 회전력전달을 위한 다각형의 체결구간(120)이 가공 형성된다.

상기 페달암(200)은 자전거의 구동력이 최초 발생되는 요소로, 상기 구동축(100)의 양 체결구간(120)단부에 결합되되, 상부에는 상기 구동축(100)의 각 체결구간(120)과 동일한 단면형상을 갖는 관통공(212)이 형성되고, 하단부에는 운전자의 발이 안착되는 발판(212)이 구비된다.

이때 양 페달암(200) 중 어느 한쪽 페달암(이하 '제1페달암'(210)이라 함) 중 관통공(213)과 발판(212)사이에는 후술하는 동력전달부(300)와의 결합 및 원활한 회전반경 변경을 위한 장공형태의 슬라이딩공(214)이 제1페달암(210)의 길이방향을 따라 형성된다.

상기 슬라이딩공(214)의 길이 및 관통공(213)간의 거리는 제1페달암(210)의 회전반경 변화정도 및 후술하는 동력전달부(300)와의 결합위치에 따라 결정된다.

이러한 제1페달암(210)과는 달리 구동축(100)의 타측에 결합되는 제2페달암(220)은 동력전달부(300)와의 결합이 이루어지지 않기 때문에 상기 슬라이딩공(214) 없이 단순히 관통공(213)만 형성되어 있으며, 발판(212)이 제1페달암(210)의 발판과 반대지점에 위치되도록 결합된다.

상기 동력전달부(300)는 제1, 2페달암(210)(220)을 통해 발생된 회전력을 자전거 바퀴에 전달하기 위한 구성요소로, 다시 회전드럼(310)과 유성기어부(320), 스프로킷부(330)로 구분된다.

먼저 상기 회전드럼(310)은 [도 2]와 [도 3]에 도시된 바와 같이 제1페달암(210)의 회전력이 최초 직접 전달되는 부분으로, 전체적으로 원판형태를 띠되, 일측에는 내주면에 기어산이 형성된 링형태의 링기어(311)가 위치되고 상기 링기어(311)의 일측면 상에는 합성수지재의 커버(312)가 볼트를 통해 결합된 형태로 이루어진다.

물론 상기 회전드럼(310)은 이렇게 커버(312)와 링기어(311)로 구분하지 않고 하나의 재질을 통해 일체로 얼마든지 제작할 수 있다.

또한 상기 커버(312)의 중앙에는 구동축(100)이 관통되는 설치공(313)이 형성되고 설치공(313) 내에는 베어링(B)이 설치되며 상기 베어링(B)내에는 구동축(100)과 회전드럼(310)간 별개 회전이 이루어질 수 있도록 하기 위한 제1관통판(410)이 설치된다.

상기 제1관통판(410) 상에는 구동축(100)이 삽입되는 통공(411)이 형성되며 상기 통공 주변에는 후술하는 유성기어부(320)와의 결합을 위한 볼트공(412)이 형성된다.

이러한 제1관통판(410)의 통공(411)에 구동축(100)이 관통됨에 따라 회전드럼(310)과 구동축(100)은 상기 제1관통판(410)을 매개로 상호 결합되되, 구동축(100)이 제1관통판(410)의 통공(411)내에서 회전될 수 있도록 함에 따라 회전드 럼(310)과 구동축(100)은 상호 별개로 회전이 된다.

이때 상기 통공(411)은 제1관통판(410)의 중앙이 아닌 편심위치에 형성됨으로써, 결국 구동축(100)은 회전드럼(310)에 편심 되도록 결합된다. 이렇게 구동축(100)을 편심 설치하는 이유는 제1페달암(210)의 회전반경 변화를 위한 것으로, 그로인한 구체적인 작용은 후술하는 작용 및 효과란 에서 설명하겠다.

그리고 상기 회전드럼(310)의 설치공(313) 상하 주변에는 제1페달암(210)이 결합되었을 때 제1페달암(210)의 슬라이딩공(214)과 연통되는 체결공(314)이 형성되고, 상기 슬라이딩공(214)과 체결공(314)에는 별도의 고정편(500)이 삽입된다.

이러한 제1페달암(210)과 회전드럼(310)간의 결합구조는 위에 설명한 것과 반대구조로도 구현이 가능한데, 즉 회전드럼(310)상에 슬라이딩홈(214)이 형성되고 제1페달암(210)에 체결공(314)이 형성된 형태로 구현할 수도 있다

또한 상기 고정편(500)도 별도 분리 결합되지 않고 제1페달암(210)이나 회전드럼(310)상에 일체로 돌출된 형태로 구현할 수도 있다.

이상 설명한 회전드럼(310) 중 링기어(311)의 기어직경은 후술하는 유성기어부(320)와의 기어비를 통해 원하는 스프로킷부(330)의 회전수를 미리 고려하여 결정한다.

상기 유성기어부(320)는 회전드럼(310)의 회전수를 1차적으로 변화시킨 상태로 스프로킷부(330)로 전달하기 위한 것으로, 제1설치판(321)과 제2설치판(322), 외측유성기어(323), 내측유성기어(324)로 구성된다.

상기 제1설치판(321)은 원판형태로 전체직경은 상기 회전드럼(310)의 링기 어(311) 내경보다 작게 형성하여 링기어(311)내에 삽입될 수 있도록 하고, 상기 제1관통판(410)의 제1통공(411)과 동일선상위치에는 구동축(100)이 관통 삽입되는 제1삽입공(325)이 형성된다. 즉 상기 제1삽입공(325)도 제1설치판(321)에 중앙이 아닌 편심된 위치에 형성되는 것이다.

그리고 제1삽입공(325) 주변에는 상기 제1관통판(410)의 볼트공(412)과 일치되는 볼트공(326)이 형성된다. 이러한 제1설치판(321)과 마주보는 위치에는 제2설치판(322)이 제1설치판(321)과 일정간격을 유지한 상태로 위치하는데,

상기 제2설치판(322)은 제1설치판(321)과 거의 동일한 직경의 원판형태이고 중앙에는 구동축(100)을 비롯해 후술하는 스프로킷부(330)의 종동기어(332)가 삽입되는 제2삽입공(325)이 형성된다.

그리고 상기 제2설치판(322)과 제1설치판(321)은 각 설치판 사이에 위치한 회전축(326)을 통해 상호 결합되는데, 이때 상기 회전축(326)은 두 개가 한쌍을 이루어 상호 간격을 두고 복수개 위치되고 각 쌍의 회전축(326)에는 외측유성기어(323)와 내측유성기어(324)가 상호 연동되도록 설치된다.

따라서 유성기어부(320)는 도면과 같이 각 유성기어(323)(324)들이 제1설치판(321)과 제2설치판(322) 사이에 배열된 상태로 이루어진다.

이때 상기 외측유성기어(323)의 기어치가 각 설치판(321)(322)보다 돌출되도록 하여 유성기어부(320)가 회전드럼(310)의 링기어(311)내에 삽입되었을 때 외측유성기어(323)의 기어치가 링기어(311)의 기어치와 맞물리도록 하고, 내측 유성기어(324)의 기어치는 제2설치판(322)의 제2삽입공(325)내에 노출되도록 하여 후술하 는 스프로킷부(330)의 종동기어(332)와 맞물리도록 위치된다.

물론 상기 제2설치판(322)의 제2삽입공(325) 직경과 내, 외측유성기어(324)(323)의 크기 및 설치위치는 회전드럼(310)의 링기어(311) 직경, 스프로킷부(330)의 종동기어(332)직경에 따라 다양하게 변형제작이 가능한데, 즉 동력전달부(300)의 원하는 회전수에 따라 변형시킬 수 있는 것이다.

상기 스프로킷부(330)는 동력전달부(300) 중 구동력이 최종적으로 출력되어 자전거 바퀴에 전달되는 부분으로 일반적인 스프로킷휠(331) 일측면에 종동기어(332)가 돌출되도록 구비된 형태이다.

상기 종동기어(332)는 유성기어부(320)와의 연동을 통해 구동력을 스프로킷휠(331)에 전달하기 위한 것으로, 기어치가 외주면상에 형성되고 기어직경은 상기 유성기어부(320)의 각 내측유성기어(324)사이에 삽입되어 각 내측유성기어(324)와 맞물릴 수 있도록 제작된다.

이때 상기 스프로킷휠(331)은 하나의 휠만으로 이루어지거나 [도 4]와 같이 다단변속 가능한 형태로도 구현이 가능하다.

이때 상기 종동기어(332)와 스프로킷휠(331)의 중앙에는 상기 회전드럼(310)의 설치공(313)과 동일한 직경의 고정공(333)이 형성되고, 종동기어(332)의 고정공(333) 내에는 베어링(B-1)이 삽입 설치되며, 베어링(B-1) 내에는 상기 제1관통판(410)과 동일한 구조의 제2관통판(420)이 설치된다.

즉 상기 제2관통판(420) 또한 편심위치에 제2통공(421)이 형성되고 상기 제2 통공(421)은 제1관통판(410)의 제1통공(411)과 동일선상에 위치되며 제2통공(421)의 주변에도 상기 제1관통판(410) 및 제1설치판(321)의 볼트공(412)(326)과 일치되는 볼트공(422)이 형성된다.

이러한 제2통공(421)에 구동축(100)이 관통됨에 따라 제2관통판(420)을 매개로 스프로킷부(330)와 구동축(100)이 상호 결합되고, 구동축(100)이 제2통공(421)내에서 회전될 수 있도록 함에 따라 스프로킷부(330)와 구동축(100)은 상호 별개로 회전된다.

또한 제2관통판(420)도 상기 제1관통판(410)과 마찬가지로 제2통공(421)이 편심위치에 형성되기 때문에, 결국 구동축(100)이 스프로킷부(330)에 편심된 상태로 설치되는 것이다.

반면 제2관통판(420)은 뒤쪽 면에 자전거 프레임(F)과의 결합을 위한 중공관(423)이 일체로 구비되고 상기 중공관(423)은 제2통공(421)과 연통되도록 위치되어 내부에 구동축(100) 중간 부위가 수용된 상태가 된다.

그리고 중공관(423)의 양단부외주면 상에는 나사산(S)이 형성되고 이러한 중공관(423)은 자전거 프레임(F)내에 삽입된 후 제2관통판(420)측 나사산이 자전거프레임(F)과 나사 결합되는 형태로 자전거프레임(F)과 결합된다.

이때 중공관(423)일단부가 자전거 프레임(F)을 관통하여 돌출되어 타측 나사산이 노출된 상태가 되는데, 이렇게 노출된 부분에는 별도의 고정커버(600)가 외삽되어 상호 나사 체결됨으로써 자전거프레임(F)과 중공관(423)과의 체결구조가 완성된다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명의 조립과정을 설명하도록 한다.

[도 2] 및 [도 3]에 도시된 바와 같이 먼저 회전드럼(310)과 스프로킷부(330)에 베어링(B)(B-1)을 각각 설치하고, 회전드럼(310)에 결합된 베어링(B)에는 제1관통판(410)을 설치한 후 회전드럼(310)의 링기어(311) 내에 유성기어부(320), 즉 제1,2설치판(321)(322)을 삽입시킨다.

이렇게 유성기어부(320)가 링기어(311)내에 삽입됨에 따라 각 설치판(321)(322)외부로 노출된 각 외측유성기어(323)가 링기어(311)와 맞물리게 되고, 그 후 스프로킷부(330)의 종동기어(332)를 제2설치판(322)의 제2삽입공(325)에 삽입시키면 각 내측유성기어(324)가 종동기어(332)와 맞물리게 된다.

이로 인해 상기 회전드럼(310)과 유성기어부(320) 및 스프로킷부(330)간의 조립, 즉 동력전달부(300)의 조립이 일단 완성된다.

그 후 자전거 프레임(F)내에 제2관통판(420)의 중공관(423)을 삽입하여 나사 체결시키고 중공관(423)내에 구동축(100)을 삽입시켜 구동축(100)의 일측 체결구간(120)이 제2관통판(420)의 제2통공(421)을 관통하도록 한다.

이 상태에서 스프로킷부(330)의 고정공(333)내 베어링(B-1)에 상기 제2관통판(420)이 끼움으로써 상기 동력전달부(300) 조립체가 제2관통판(420)에 결합되는 것이다.

이렇게 동력전달부(300) 조립체가 제2관통판(420)에 결합됨에 따라 구동축(100)의 일단부가 제1설치판(321)의 제1삽입공(325)과 제1관통판(410)의 제1통 공(411)을 순차적으로 관통한 상태가 된다.

그리고 그 후 별도의 고정볼트(T)를 제1관통판(410)의 볼트공(412)과 제1설치판(321)의 볼트공(326) 및 제2관통판(420)의 볼트공(422)에 순차적으로 관통시킴으로써 회전드럼(310), 유성기어부(320), 스프로킷부(330) 및 구동축(100)이 상호 완전히 결합되고, 자전거프레임(F) 상에 동력전달부(300)의 설치가 완료되는 것이다.

이 상태에서 회전드럼(310)으로부터 관통된 구동축(100)의 양단 체결구간(120)이 제1페달암(210)과 제2페달암(220)의 관통공(213)에 끼워지도록 함으로써 구동축(100)과 페달암(210)(220)간의 결합도 완료된다.

이때 제1페달암(210)에 형성된 슬라이딩공(214)과 회전드럼(310)에 형성된 체결공(314)위치를 일치시킨 후 별도의 고정편(500)을 슬라이딩공(214)과 체결공(314)에 순차적으로 관통시킴으로써 제1페달암(210)과 회전드럼(310)간 결합이 이루어지고 이로써 [도 4]처럼 모든 결합이 완료된다.

즉 [도 5]에 도시된 바와 같이 회전드럼(310)은 베어링(B) 및 제1관통판(410)을 통해 구동축(100)과 별개로 회전되도록 설치되고 회전드럼(310)의 링기어(311)에 외측 유성기어(323)가 맞물리며, 외측유성기어(323)는 내측유성기어(324)를 통해 스프로킷부(330)의 종동기어(332)와 연결된 상태가 되고 구동축(100)과 제1,2페달암(210)(220)은 동력전달부(300) 중심에서 부터 'A'거리 만큼 위쪽으로 편심 되도록 위치된 상태가 된다.

이하에서는 상기 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 그에 따른 효과를 설명하도록 한다.

먼저 회전드럼(310)의 링기어(311)와 유성기어부(320), 종동기어(332)간의 기어비차에 따른 제1페달암(210) 회전비 대비 스프로킷휠(331)의 회전비 증가과정을 설명한다.

자전거 주행 시 운전자가 양 페달암(210)(220)을 회전시키면 제1페달암(210)과 결합된 회전드럼(310)의 링기어(311)가 회전하고 링기어(311)의 회전에 의해 외측 유성기어(323)와 내측 유성기어(324)가 연동되며 내측유성기어(324)와 맞물린 종동기어(332)와 더불어 스프로킷(331)이 회전하게 된다.

이렇게 스프로킷(331)이 회전함에 따라 체인(미도시)을 통해 스프로킷휠(331)과 연결된 자전거후륜(미도시)이 최종적으로 회전된다.

이때 예를 들어 링기어(311)와 각 유성기어(323)(324)간의 기어비가 10:1이라하고 각 유성기어(323)(324)와 스프로킷부(330)의 종동기어(332) 간 기어비가 1:5라 가정하였을 때, 제1,2페달암(210)(220)과 회전드럼(310)이 1회전할 경우 각 유성기어(323)(324)들은 10회전하게 된다.

그리고 상기 유성기어(323)(324)들과 연동되는 종동기어(332)는 감속되어 5회전되고 종동기어(332)와 함께 회전하는 스프로킷휠(331)도 최종적으로 5회전하게 된다. 즉 페달암(210)(220)의 회전수 대비 스프로킷(331)의 회전수는 약 5배정도 향상되어 굉장히 높은 구동력 향상효과를 얻을 수 있게 된다.

또한 상기와 같이 중간에서 유성기어부(320)를 통해 회전비가 대폭 증속되기 때문에 오르막길에서 평지에 비해 그다지 큰 힘이 소요되지는 않게 될 뿐만 아니라, 유성기어부(320)에 따른 증속비가 워낙 크기 때문에 평지에 비해 속도저하 현상도 크게 발생되지 않게 되는 장점이 있다.

따라서 자전거의 적용분야, 즉 일반용이나 산악용자전거에 따라 상기 각 기어비를 달리 제작한다면 보다 적합한 구동효율을 얻을 수 있어 제품의 품질향상에 기여할 수 있게 될 것이다.

다음은 본 발명의 또다른 핵심인 페달암의 회전반경 변화과정 및 그에 따라 발생되는 효과를 설명하도록 한다.

먼저 [도 6]은 운전자가 페달암(210)(220)을 구동시키기 이전의 상태를 나타낸 도면으로, 제1페달암(210)은 세워져 12시방향을 향하도록 위치하고 제2페달암(220)은 이와 반대인 6시방향에 위치하게 된다. 그리고 앞에서 설명한 것처럼 구동축(100)과 더불어 각 페달암(210)(220)은 동력전달부(300)의 중심에서부터 'A'거리만큼 위쪽에 편심 되도록 설치된 상태이다.

또한 이 상태에서는 확대도와 같이 제1페달암(210)의 슬라이딩공(214)하단부가 고정편(500)이 있는 곳에 위치된다.

참고로 '기본궤도'라고 표시된 원은 구동축(100)과 페달암(210)(220)이 동력전달부(300)의 중심에 위치하였다고 가정하였을 때 페달암(210)(220)의 회전궤도를 나타낸 것으로 실제로 변화되는 페달암의 회전반경과 비교를 위해 도시된 것이다.

이때 제1페달암(210)중 힘이 가해지는 부분(P)과 '기본궤도'는 일치된 상태 가 되고 제2페달암(220)에 힘이 가해지는 부분은 '기본궤도'로부터 'A'거리, 즉 편심거리만큼 내측에 위치된다.

이 상태에서 운전자가 제1페달암(210)을 밀어 회전시키면 회전드럼(310)은 고정편(500)을 통해 제1페달암(210)과 함께 회전하게 되고, 이와 동시에 동력전달부(300)내에서는 앞에서 설명한 회전비 변화 과정을 거쳐 스프로킷휠(331)이 회전된다.

이때 제1,2페달암(210)(220)은 편심 설치된 구동축(100)을 중심으로 회전하지만 회전드럼(310)은 제1관통판(410)을 중심으로 회전된다.

따라서 제1,2페달암(210)(220)은 회전드럼상(310)에 편심된 상태로 회전하게 되고, 그로인해 페달암(210)(220)을 최초 회전시킬 때 스프라켓(331)에서 최초 출력되는 회전력(토크;torque)은 기존 구동축(100)이 회전드럼(310)중앙에 설치된 경우보다 적은 힘으로도 얻을 수 있는데,

그 이유를 회전력 산출공식 T(회전력) = F(힘) × R(반지름)을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

참고로 얻고자 하는 회전력은 기존과 동일하다고 가정하겠다,

본 발명의 구동축(100)은 회전드럼(310)중심점 위쪽으로 'A'만큼 편심 설치되었기 때문에 제1페달암(210)에 힘이 가해지는 부분(P)으로부터 회전드럼(310)중심점까지의 거리, 즉 '반지름R'이 구동축이 회전드럼(310)중심에 설치되었을 때보다 'A'만큼 길어지게 된다.

따라서 '반지름R'이 기존에 비해 커졌기 때문에 그만큼 필요한 '힘 F'는 줄 어들 수밖에 없기 때문이다.

물론 상기 '반지름R'이 회전드럼(310) 중심점이 아니라 구동축(100)의 중심에서부터 계산되어야 한다고 볼 수도 있겠지만, 스프라켓(331)은 회전드럼(310)의 중심점인 제1관통판(410)을 중심으로 회전되는 것이기 때문에 회전드럼(310)의 중심까지의 거리가 '반지름 R'로 적용되어야 한다.

그 후 제1페달암(210)이 [도 7]에 도시된 것처럼 6시방향위치까지 회전하는 과정에서 그 회전반경은 점차 줄어들어 결국 제1페달암(210)에 힘이 가해지는 부분(P)이 '기본궤도'로 부터 'B'만큼 내측에 위치된다.

따라서 회전드럼(310)중심에서 부터의 '반지름R'도 줄어들게 된다.

여기서도 이렇게 '반지름R'이 줄어들어 '힘F'이 늘어나게 되는 거라 생각될 수도 있으나, 회전반경이 줄어듬에 따라 제1페달암(210)의 이동거리가 줄어들게 되므로,

F(힘) = M(무게) × L(이동길이)/

(이동시간) 공식을 통해 알 수 있듯이 회전반경에 변화에 따른 이동길이가 줄어듬으로써 전체 힘 또한 줄어든다. 따라서 실질적으로 소요되는 힘은 최초에 비해 오히려 줄어들게 된다.

물론 이를 위해서는 적합한 편심거리 페달암의 길이 등을 충분히 고려하여 제작하여하 할 것이다.

이렇게 기존에 비해 높은 회전반경을 얻도록 하여 최초 출력되는 회전력을 높임과 동시에 자전거 구동 시 실질적으로 가장 많은 힘이 소요되는 11시 방향에서부터 6시방향 구간에서 해당 페달암의 회전반경이 줄어들도록 함으로써 기존에 비 해 적은 힘으로도 스프로킷휠(331)에서 동일한 회전력이 출력될 수 있도록 하는 것이 본 발명의 가장 큰 특징이다.

이와 같이 제1페달암(210)이 6시방향에 위치하면 그 후 제1페달암을 끌어올려야하는 위치이기 때문에 그전에 비해 많은 힘이 가해질 수 없게 된다. 하지만 제2페달암이 12시방향에 위치하게 되어 상대적으로 큰 힘으로 밀게 되므로 구동에는 아무런 문제가 없다.

종합해보면 본 발명은 구동축을 편심 위치시키고 회전드럼과 구동축이 별도로 회전되도록 함에 따라 회전과정에서 페달암의 회전반경이 변화되도록 하여 적은 힘으로도 종전과 같은 회전력을 얻을 수 있도록 할 뿐만 아니라, 동력전달부에서 기어비의 차를 통해 스프라켓휠의 회전비를 늘림으로써 기존에 비해 월등히 적은 힘으로도 높은 구동력을 얻을 수 있게 된다.

이상 설명한 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형되고 조합되어 실시될 수 있지만, 이러한 변형 및 조합들이 구동축과 페달암을 편심 설치함에 따라 자전거의 구동과정에서 페달암의 회전반경이 변화되도록 하고 더불어 페달로부터 발생된 동력이 스프로켓까지 전달되는 과정에서 기어비를 이용해 스프로킷휠의 회전비를 증가시킴으로써 적은 힘으로도 고효율의 구동력을 얻을 수 있도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단하여야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자전거의 동력전달장치는,

구동축을 편심 위치시키고 회전드럼과 구동축이 별도로 회전되도록 함에 따라 회전과정에서 페달암의 회전반경이 변화되도록 하여 적은 힘으로도 종전과 같은 회전력을 얻을 수 있도록 할 뿐만 아니라, 동력전달부에서 기어비의 차를 통해 스프라켓의 회전비를 늘림으로써 기존에 비해 월등히 적은 힘으로도 높은 구동력을 얻을 수 있게 된다.

Claims

양단에 연결된 각 페달암에 의해 회전되는 구동축과,

상기 구동축 상에 설치된 상태에서 페달암의 회전에 의해 회전하여 바퀴에 동력을 전달하는 동력전달부를 포함하되,

상기 구동축은 동력전달부 상에 편심된 위치에 관통설치되고,

상기 페달암과 동력전달부 중 어느 하나에는 고정편이 구비되며 다른 한곳에는 상기 돌출편이 삽입되는 슬라이딩공이 형성됨에 따라,

상기 페달암이 회전하는 과정에서 회전반경이 변화되는 것을 특징으로 하는 자전거 동력전달장치.
제 1항에 있어서,

상기 동력전달부는,

상기 페달암과 고정편을 통해 결합되어 페달암과 함께 회전하고 구동축이 편심된 위치에 관통삽입되며 일측면 상에는 링기어가 구비되는 회전드럼과,

상기 회전드럼판의 링기어와 일정간격을 두고 위치되고 구동축이 관통되는 설치판 및 설치판 상에 설치되어 상기 회전드럼판의 링기어와 결합 연동되는 유성기어로 이루어진 유성기어부와,

상기 유성기어부의 설치판과 일정간격을 두고 위치되고 구동축이 관통되는 스프로킷 및 스프로킷과 일체로 결합되며 상기 유성기어부의 유성기어와 연동되어 스프로킷과 함께 회전되는 종동기어로 이루어진 스프로킷부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자전거 동력전달장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 회전드럼과 스프로킷부 중 구동축이 관통되는 관통공 내에는 베어링이 구비되고 상기 베어링 내에는 구동축이 직접적으로 관통되는 관통판이 설치됨에 따라,

상기 관통판 상에서 상기 회전드럼과 스프로킷은 구동축과 상호 별개로 회전되는 것을 특징으로 하는 자전거 동력전달장치.
제 1항에 있어서,

상기 페달암 중 구동축과 결합되는 부위와 일정간격 떨어진 지점에는 구동축의 길이방향을 따라 장공형태의 슬라이딩공이 형성되고,

상기 회전드럼상에는 상기 페달암의 슬라이딩공과 연통되는 설치공이 형성되며,

상기 슬라이딩공과 설치공에는 별도의 고정편이 삽입설치됨에 따라 페달암과 회전드럼이 결합되는 것을 특징으로 하는 자전거 동력전달장치.