KR20090042131A - 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시소회전동력발생기 및 이를 채택한 자전거의 구동장치에 관한 것으로, 특히 일방향 베어링과 베벨기어기구를 이용하여 뒷바퀴의 허브 중심축 상에 회전지점이 배치되는 좌우측 페달 레버의 원호궤적을 그리며 왕복운동을 통해 자전거를 구동하는 장치에 관한 것이다.

Description

시소회전동력발생기구 및 이를 이용한 자전거의 구동장치{seesaw rotating power generation mechanism and driving Apparatus for bicycle}

본 발명은 시소회전동력발생기 및 이를 이용한 자전거의 구동장치에 관한 것으로, 특히 일방향 베어링과 베벨기어기구를 이용하여 뒷바퀴의 허브 중심축 상에 회전지점이 배치되는 좌우측 페달 레버의 원호궤적을 그리며 왕복운동을 통해 자전거를 구동하는 장치에 관한 것이다.

종래 자전거의 구동장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 좌우 페달을 상하로 눌러 자전거의 뒷바퀴에 계속 동력을 전달한다.

그러나, 좌우 페달의 구동바 길이(ℓ)는 짧아 지렛대의 원리에 의해 체인을 돌려주는데 체력 소모가 크다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 좌측 페달이 상사점 또는 우측 페달이 상사점에 있을 때 화살표 방향으로 누르면, 누름 각도가 서로 일직선상에 놓여 있기 때문에 잘 회전이 되지 않아 다리에 무리가 오며, 이로 인해 피로가 더욱더 쌓이게 된다.

또한, 좌우측 페달은 항상 서로 180도 마주보는 위치에 있기 때문에, 도 1에서 적어도 좌측 페달이 하사점, 우측 페달이 상사점에 왔을 때 구동되는 발이 바뀌게 된다. 따라서, 경사로 주행시 힘이 들어 구동력을 가하던 발을 바꾸고 싶어도 바꿀 수 없기 때문에 지속적으로 동력을 전달할 수 없다. 이를 해소하기 위해 기어변속장치를 부착하는데 이 또한 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 콤팩트한 구조를 가지면서 지속적으로 전진회전동력을 제공하여 피로를 줄일 수 있는 시소회전동력발생기구 및 이를 이용한 자전거의 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 청구항1에 기재된 자전거의 구동장치는,

자전거의 뒷바퀴의 허브 상에 회전지점이 배치되어 원호의 왕복운동하는 좌우측 페달 레버와; 상기 좌우측 페달 레버 중 어느 하나가 아래로 내려가면 다른 하나가 위로 올라가게 하는 시소회전동력발생기구; 상기 시소회전동력발생기구의 회전동력을 상기 뒷바퀴에 전달하는 회전동력전달기구를 포함하되,

상기 시소회전동력발생기구는 상기 자전거의 프레임에 고정되는 고정축과, 상기 고정축에 회전 가능하게 배치되며 상기 좌우측 페달 레버의 회전지점이 고정되는 좌우측 중공샤프트와, 상기 좌우측 중공샤프트에 고정되는 좌우측 베벨기어와, 상기 좌측 베벨기어와 상기 우측 베벨기어를 연동(連動)시키며 상기 고정축에 고정되는 중간 베벨기어와, 상기 회전동력전달기구에 회전동력을 전달하는 전달축과, 상기 좌우측 중공샤프트와 상기 전달축 사이에 설치되는 좌우측 일방향 베어링을 포함한다.

이 구성에 의하면, 콤팩트한 구조를 가지면서 지속적으로 전진회전동력을 제공하여 피로를 줄일 수 있다.

본 발명의 청구항2에 기재된 자전거의 구동장치는,

상기 회전동력전달기구는 상기 전달축에 고정되는 구동기어와, 상기 허브의 축 상에 배치되는 피동기어와, 상기 허브축과 상기 피동기어 사이에 개재되는 일방향 베어링과, 상기 구동기어의 회전동력을 상기 피동기어에 전달하는 중간기어를 포함한다.

본 발명의 청구항3에 기재된 자전거의 구동장치는,

상기 회전동력전달기구는 상기 전달축에 고정되는 구동 내치차와, 상기 허브의 축 상에 배치되는 피동기어와, 상기 허브축과 상기 피동기어 사이에 개재되는 일방향 베어링과, 상기 구동 내치차의 회전동력을 상기 피동기어에 전달하는 중간기어를 포함한다.

본 발명의 청구항4에 기재된 자전거의 구동장치는,

상기 좌우측 페달 레버 각각은 상기 회전지점에 배치 설치되는 제1페달 레버와, 제2페달 레버와, 상기 제2페달 레버의 회전운동에 따라 상기 제1페달 레버를 상호 왕복운동시키는 회전운동가이드기구를 포함하되,

상기 회전운동가이드기구는 상기 자전거의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 프레임에 고정되며, 상기 제2페달 레버의 회전운동을 안내하는 회전안내홈이 형성된 회전안내판과, 상기 제1페달 레버에 대해 상기 제2페달 레버가 길이방향으로 슬라이딩하면서 상기 제2페달 레버를 상하로 왕복운동시키는 슬라이딩홈으로 구성되고, 상기 회전안내홈은 상하로 긴 타원형상의 홈인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항5에 기재된 시소회전동력발생기는,

고정축; 상기 고정축에 회전 가능하게 배치되는 좌우측 중공샤프트; 상기 좌우측 중공샤프트에 고정되는 좌우측 베벨기어; 상기 좌측 베벨기어와 상기 우측 베벨기어를 연동(連動)시키며 상기 고정축에 고정되는 중간 베벨기어; 전달축; 상기 좌우측 중공샤프트와 상기 전달축 사이에 설치되는 좌우측 일방향 베어링을 포함한다.

본 발명에 관한 시소회전동력발생기구 및 자전거의 구동장치에 의하면, 페달 레버의 길이가 길어 체력소모가 적다.

또한, 페달 레버가 원호 상으로 왕복 운동하기 때문에(즉, 페달 레버가 상사점과 하사점 사이에 위치하기 때문에) 다리에 무리한 힘이 가해지지 않아 피로를 줄일 수 있다.

또한, 페달 레버가 원호 상으로 왕복 운동하기 때문에, 한쪽 발로 구동하다가 다른 쪽 발로 구동하기 위한 체인지(change)가 가능하여 지속적으로 발을 바꾸면서 구동력을 전달할 수 있기 때문에, 경사로와 같은 비탈길을 지치지 않고 쉽게 올라갈 수 있다.

또한, 회전운동을 상하왕복운동으로 전달함으로써, 기존 자전거의 회전구동전달과 같은 방식으로 외력을 전달하기 때문에, 평상시 자전거 타는 것과 같아 이 질감을 덜 느낄 수 있다.

또한, 제2페달 레버의 전후 거리가 짧아 슬라이딩 홈의 길이도 짧게 구현함으로써 회전운동을 상하왕복운동으로 보다 확실히 전환시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자전거의 구동장치를 도시한 개념도이고, 도 3은 도 2의 자전거에 채택한 시소회전동력발생기구의 중요 부분을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 기어 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 체인 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도이고, 도 6 및 도 7은 고정축의 고정부재를 분리 및 결합 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 자전거의 구동장치를 도시한 개념도이고, 도 9는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 내치차 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 B-B선을 취하여 본 단면도이고, 도 11은 회전운동가이드기구의 개략적인 평면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 자전거의 구동장치는 좌우측 페달 레버(10a)(10b), 시소회전동력발생기구(20a)(20b), 시소회전동력발생기구(20a)(20b)의 회전동력을 뒷바퀴(1)에 전달하는 회전동력전달기구(40)로 구성하여 있다.

좌우측 페달 레버(10a)(10b)의 전단에는 페달(11a)(11b)이 설치되고, 좌우측 페달 레버(10a)(10b)의 후단은 뒷바퀴(1)의 허브(3) 상에 회전지점(13a)(13b)이 배치되어 있다.

이 구성에 의해, 좌우측 페달 레버(10a)(10b)는 도 2에 도시한 바와 같이, 원호(θ)의 궤적을 따르는 왕복운동을 한다.

따라서, 한쪽 발을 누르다가 힘이 들면 다른 쪽 발을 눌러도 구동되기 때문에 지속적으로 뒷바퀴를 굴릴 수 있다. 그러므로, 경사면을 쉽게 올라갈 수 있다.

또한, 좌우측 페달 레버(10a)(10b)의 회전지점(13a)(13b)이 뒷바퀴(1)에 있기 때문에, 좌우측 페달 레버(10a)(10b)의 길이(L)는 매우 길어지게 되어, 체력 소모도 적다.

시소회전동력전달기구(20a)(20b)는 좌우측 페달 레버(10a)(10b) 중 어느 하나가 아래로 내려가면 다른 하나가 위로 올라가게 하는 기구이다.

즉, 시소회전동력발생기구(20a)(20b)는 허브(3) 내에 배치되는 좌우측 베벨기어(21a)(21b)와, 좌측 베벨기어(21a)와 우측 베벨기어(21b)에 맞물리는 중간 베벨기어(23)와, 고정축(24), 고정축(24)에 회전 가능하게 배치되는 좌우측 중공샤프트(25a)(25b), 전달축(41) 및 좌우측 중공샤프트(25a)(25b)와 전달축(41) 사이에 설치되는 좌우측 일방향 베어링(60a)(60b)으로 구성하여 있다.

좌우측 중공샤프트(25a)(25b)는 일측에 좌우측 페달 레버(10a)(10b)의 회전지점(13a)(13b)이 고정되고, 타측에 좌우측 베벨기어(21a)(21b)가 고정되어 있다.

또한, 좌우측 중공샤프트(25a)(25b)는 좌우측 일방향 베어링(60a)(60b)의 내 륜에 고정 지지되어 있다.

중간 베벨기어(23)는 고정축(24)에 설치된 고정샤프트(23a)에 회전 가능하게 장착되어 있다. 장착은 때려받음(키 또는 압입 등)이나 C형 핀 등의 방식으로 행할 수 있다.

고정샤프트(23a)는 고정축(24)에 일체로, 또는 별도로 고정하여도 좋다.

또한, 중간 베벨기어(23)와 좌우측 베벨기어(21a)(21b)의 맞물림 높이를 맞추기 위한 드럼(24a)이 고정축(24)과 일체 또는 분리 고정되는 것이 좋다. 이때 고정샤프트(23a)는 드럼(24a) 상에 고정되게 된다. 이 드럼(24a)은 고정샤프트(23a)의 전단파괴에 대한 저항력을 높이는 기능도 한다.

또한, 드럼(24a)의 좌우면과 좌우측 중공샤프트(25a)(25b)의 끝면에는 일반베어링을 설치하여, 좌우측 베벨기어(21a)(21b)의 원활한 회전과 좌우측으로 흔들림을 확실히 방지할 수 있다.

중간 베벨기어(23)는 전후방(180도 간격)에 있어 회전력 전달이 확실하지만, 전방 또는 후방에 1개만 있어도 좋다. 물론, 중간 베벨기어(23)는 3개(즉 120도 간격) 있는 것이 가장 바람직하다.

또한, 중간 베벨기어(23)와 고정샤프트(23a) 사이에 일반베어링을 설치하여 고정샤프트(23a)와의 마찰을 해소시킬 수 있다. 일반베어링을 설치하는 경우에는 일반베어링이 장착의 기능을 할 수 있다.

좌우측 일방향 베어링(60a)(60b)의 외륜에는 전달축(41)이 고정 지지되어 있다.

전달축(41)은 좌우 양측에 있는 것이 바람직하다. 또한, 좌우 전달축(41)은 기어박스 기능을 하는 하우징(41a)에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

고정축(24)은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 고정부재(30)에 의해 프레임(5)에 고정되어, 중간 베벨기어(23)가 좌측 베벨기어(21a) 또는 우측 베벨기어(21b)를 따라 공전하는 것을 방지한다. 따라서, 동력전달을 확실히 행할 수 있다. 고정축(24)의 좌우 양단측은 고정샤프트(23a)에 도출하여 있다.

고정부재(30)는 고정축(24)의 좌우 양단을 지지한 채 프레임(5)에 고정되는 고정브라켓(31)으로 구성하여 있다.

고정브라켓(31)은 고정축(24) 및 프레임(5) 모두에 용접 등으로 고정하여도 좋지만, A/S 등을 위해 조립 분해 가능한 구조가 바람직하다.

이를 위해 고정브라켓(31)은 ' ㄷ'자 형태의 고정판(32)과 이 고정판(32)에서 절곡 연장된 체결판(33)으로 구성하여 있다.

고정판(32)에는 관통공(32a)이 형성되고, 이 관통공(32a)에 고정축(24)의 좌우 양단이 배치된다.

고정축(24)의 회전을 확실히 방지하기 위해, 고정축(24)에 단이 진 면취부(24a)를 두고, 이 면취부(24a)와 결합되는 면취면(34a)이 관통공(32a)에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 고정축(24)에는 볼트(24b)를 형성하여 너트(34b)로 체결함으로써, 고정축(24)의 이탈을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 체결판(33)은 체결공(5a)(33a)을 통해 볼트(33b)와 너트(33c)로 체결 고정하는 것이 바람직하다.

또한, 고정브라켓(31) 특히 고정판(32)은 자전거를 들었을 때 페달(10a)(10b)이 아래로 처지는 것을 방지하는 처짐 방지 기능도 한다.

이러한 시소회전동력발생기구(20a)(20b)의 구성에 의하여, 좌측 페달 레버(10a)가 아래로 내려가면, 좌측 중공측(25a)이 같은 방향으로 정회전한다. 이 좌측 중공샤프트(25a)의 정회전은 내륜만 같이 회전하고 좌측 일방향 베어링(60a)의 외륜은 회전하지 않기 때문에 전달축(41)에 토크를 전달하지 않으며, 좌측 베벨기어(21a)와 중간 베벨기어(23)는 우측 베벨기어(21b)를 통해 우측 중공샤프트(25b)에 역회전을 전달하여, 우측 페달 레버(10b)는 위로 올라오는 역회전하게 된다.

우측 중공샤프트(25b)의 역회전은 우측 일방향 베어링(60b)의 내륜과 외륜이 함께 회전하여 전달축(41)에 토크를 전달하는 회전 방향이다.

이와 반대로, 우측 페달 레버(10b)가 아래로 내려가면, 우측 시소부재(20b)의 정회전이 좌측 시소부재(20a)에 역회전을 발생시켜 좌측 페달 레버(10b)가 위로 올라오면서 전달축(41)에 토크를 전달하게 된다.

이와 같이, 한쪽 페달 레버를 누르면 자동으로 다른 쪽 페달 레버가 올라오기 때문에, 조작이 편리하다.

회전동력전달기구(40)는 도 4에 도시한 바와 같이, 전달축(41)에 고정되는 구동기어(42)와, 허브(3)의 축(3a) 상에 배치되는 피동기어(45)와, 허브축(3a)과 피동기어(45) 사이에 개재되는 일방향 베어링(43)과, 구동기어(42)의 회전력을 피동기어(45)에 전달하는 중간기어(44)로 구성하여 있다.

전달축(41)의 일측은 좌우측 일방향 베어링(60a)(60b)의 외륜에 고정되고, 전달축(41)의 타측에는 구동기어(42)가 고정되어 있다.

피동기어(45)는 일방향 베어링(43)을 통해 허브축(3a) 상에 배치 설치된다.

허브축(3a)은 바퀴의 살을 지지하는 살지지대(3b)와 일체로 형성되고, 이것은 허브(3)에 고정되게 된다.

허브축(3a)과 전달축(41) 사이에는 일반베어링(4)이 개재되는 것이 바람직하다.

중간기어(44)는 구동기어(42)와 맞물리는 제1중간기어(44a), 피동기어(45)와 맞물리는 제2중간기어(44b)로 구성되어 있다.

중간기어(44)는 우측 횡프레임(5b) 또는 우측 경사프레임(6b)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

즉, 우측 횡프레임(5b)에는 돌출한 지지대(8)가 설치되고, 이 지지대(8)와 중간기어(44) 사이에는 일반베어링(9)이 개재되어, 중간기어(44)는 지지대(8)에 회전 가능하게 지지된다.

또한, 우측 프레임(5b)과 지지대(8) 사이에 일반베어링을 개재하고, 중간기어(44)는 지지대(8)에 고정하여도 좋다.

좌우측 프레임(5a)(5b)의 타측과 좌우측 중공샤프트(25a)(25b) 사이에도 일반베어링(7)을 설치하여, 좌우측 중공샤프트(25a)(25b)는 좌우측 프레임(5a)(5b)에 회전 가능하게 지지된다.

이와 같이 구성된 회전동력전달기구(40)의 작용을 설명한다.

먼저, 우측 페달 레버(10b)를 밟아 위에서 아래로 누르면, 우측 중공샤프트(25b)와 우측 베벨기어(21b) 및 우측 일방향 베어링(60b)의 내륜은 같은 방향으로 정회전 하지만, 우측 일방향 베어링(60b)의 외륜은 전달축(41)에 토크를 전달하지 않도록 정지하여 있다.

그래서 정회전하는 우측 베벨기어(21b)는 위에서 설명한 바와 같이 중간 베벨기어(23)를 통해 좌측 베벨기어(21a) 및 좌측 중공샤프트(25a)를 역회전시킨다.

좌측 중공샤프트(25a)의 역회전은 좌측 일방향 베어링(60a)의 내륜과 외륜을 함께 역회전시키면서 좌측 페달 레버(10a)를 위로 올린다.

이처럼 우측 페달 레버(10b)가 아래로 내려가면, 좌측 일방향 베어링(60a)은 전달축(41)에 토크를 전달하는 역회전하기 때문에, 좌측 페달 레버(10a)의 상승에 따라 전진회전동력을 허브축(3a)에 전달한다.

즉, 좌측 일방향 베어링(60a)은 역회전하기 때문에 전달축(41)도 역회전하여 구동기어(42)를 구동 역회전시킨다.

구동기어(42)의 역회전은 중간기어(44)를 통해 회전방향이 바뀐 정회전을 피동기어에 전달한다.

피동기어(45)의 정회전은 내륜과 외륜을 함께 회전시키는 일방향 베어링(43)을 구동 정회전 시킨다.

정회전하는 일방향 베어링(43)은 허브축(3a)에 토크를 전달하여 최종적으로 뒷바퀴(1)를 전진방향으로 회전시킨다.

반대로, 올라온 좌측 페달 레버(10a)를 밟아 아래로 내리면, 좌측 중공샤프 트(25a)와 좌측 베벨기어(21a)가 정회전하고, 따라서 좌측 일방향 베어링(60a)의 내륜만 회전하기 때문에 전달축(41)에 토크를 전달하지 않는다.

좌측 베벨기어(21a)의 정회전은 위에서 설명한 바와 같이 중간 베벨기어(23)를 통해 우측 베벨기어(21b), 우측 중공샤프트(25b) 및 우측 일방향 베어링(60b)을 역회전시킨다.

따라서, 좌측 페달 레버(10a)가 아래로 내려가면, 우측 일방향 베어링(60b)의 내륜과 외륜은 함께 역회전하기 때문에 전달축(41)에 토크를 전달하며, 우측 페달 레버(10b)의 상승에 따라 전진회전동력을 허브축(3a)에 전달한다.

즉, 우측 일방향 베어링(60b)은 역회전하기 때문에 전달축(41)도 역회전하여 구동기어(42)를 구동 역회전시킨다.

구동기어(42)의 역회전은 중간기어(44)를 통해 회전방향이 바뀐 정회전을 피동기어에 전달한다.

피동기어(45)의 정회전은 내륜과 외륜을 함께 회전시키는 일방향 베어링(43)을 구동 정회전 시킨다.

정회전하는 일방향 베어링(43)은 허브축(3a)에 토크를 전달하여 최종적으로 뒷바퀴(1)를 전진방향으로 회전시킨다.

회전동력전달기구(40)는 직접전달방식인 기어를 채택하였지만, 도 5에 도시한 바와 같이 회전동력전달기구(40')로 간접전달방식인 체인을 채택하여도 무방하다.

즉, 제1체인(46)은 구동스프로킷(42')과 제1중간스프로킷(44a')에 연결되고, 제2체인(47)은 피동스프로킷(45')과 제2중간스프로킷(44b')에 연결하여 구동을 전달할 수 있다.

이러한 회전동력전달기구(40')의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

우측 페달 레버(10b)를 밟아 위에서 아래로 누르면, 우측 중공샤프트(25b)와 우측 베벨기어(21b), 우측 일방향 베어링(60b) 및 전달축(41)은 같은 방향으로 정회전한다.

그래서 정회전하는 우측 베벨기어(21b)는 위에서 설명한 바와 같이 중간 베벨기어(23)를 통해 좌측 베벨기어(21a), 좌측 중공샤프트(25a)를 역회전시키고, 좌측 일방향 베어링(60a)은 공회전하면서 좌측 페달 레버(10a)를 위로 올린다.

이처럼 우측 페달 레버(10b)가 아래로 내려가면, 우측 일방향 베어링(60b)은 전달축(41)에 토크를 전달하는 정회전 하기 때문에, 제1체인(46)을 구동 정회전 시킨다.

제1체인(46)의 정회전은 제2체인(47)을 통해 같은 회전방향으로 정회전을 피동스프로킷(45')에 전달한다.

피동스프로킷(45')의 정회전은 내륜과 외륜을 함께 회전시키는 일방향 베어링(43)을 구동 정회전 시킨다.

정회전하는 일방향 베어링(43)은 허브축(3a)에 토크를 전달하여 최종적으로 뒷바퀴(1)를 전진방향으로 회전시킨다.

반대로, 올라온 좌측 페달 레버(10a)를 밟아 아래로 내리면, 좌측 일방향 베어링(60a)은 전달축(41)에 토크를 전달하지만 우측 일방향 베어링(60b)은 전달 축(41)에 토크를 전달하지 않고 우측 페달 레버(10b)를 상승시키는 공회전을 기능을 한다.

한편, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 회전동력전달기구(140)는 전달축(41)의 회전동력을 전달받는 구동 내치차(142)와, 허브(3)의 축(3a) 상에 배치되는 피동기어(145)와, 허브축(3a)과 피동기어(145) 사이에 개재되는 일방향 베어링(43)과, 구동 내치차(142)와 피동기어(145) 사이에 개재되는 중간기어(144)로 구성하여 있다.

전달축(41)과 좌측 중공샤프트(25a) 사이에는 좌측 일방향 베어링(60a)이 개재되고, 전달축(41)과 우측 중공샤프트(25b) 사이에는 우측 일방향 베어링(60b)이 개재되어 있다.

또한, 우측의 전달축(41)의 외주면에는 중공축(142a)이 삽입 고정되고, 중공축(142a)과 구동 내치차(142)를 연결하는 연결판(142b)이 설치되어 있다.

따라서, 전달축(41)의 회전동력은 중공축(142a)과 연결판(142b)을 거쳐 구동 내치차(142)에 전달된다.

피동기어(145)는 일방향 베어링(43)을 통해 허브축(3a) 상에 배치 설치된다.

허브축(3a)은 바퀴의 살을 지지하는 살지지대(3b)와 일체로 형성되고, 이것은 허브(3)에 고정되게 된다.

좌측의 허브축(3a)과 좌측 중공샤프트(25a) 사이 및 우측의 허브축(3a)과 전달축(41) 사이에는 일반베어링(4)이 개재되는 것이 바람직하다.

중간기어(144)는 도 10에 도시한 바와 같이 복수개(본 실시예에서는 3개)가 배치되는 것이 바람직하다.

중간기어(144)는 우측 프레임(5')에 고정된 고정부(148)에 대해 회전 가능하게 지지되어 있다.

즉, 중간기어(144)는 일반베어링(9)을 개재하여 지지축(8)에 회전 가능하게 고정되고, 이 지지축(8)의 타단은 수직한 지지원판(146)에 고정된다. 지지원판(146)은 수평한 지지편(147)에 의해 우측 프레임(5')에 고정된다.

좌우측의 프레임(5')의 타측과 좌우측 중공샤프트(25a)(25b) 사이에도 일반베어링(7)을 설치하여, 좌우측 중공샤프트(25a)(25b)는 좌우측의 프레임(5')에 회전 가능하게 지지된다.

이와 같이 구성된 회전동력전달기구(140)의 작용을 도 9 및 도 10을 따라 설명한다.

먼저, 우측 페달 레버(10b)를 밟아 위에서 아래로 누르면, 위에서 설명한 바와 같은 시소회전동력전달기구(20a)(20b)와 마찬가지로 작용한다. 즉 우측 페달 레버(10b)가 아래로 내려가면, 좌측 일방향 베어링(60a)은 전달축(41)에 토크를 전달하는 역회전하기 때문에, 좌측 페달 레버(10a)의 상승에 따라 전진회전동력을 허브축(3a)에 전달한다. 즉, 좌측 일방향 베어링(60a)은 역회전하기 때문에 전달축(41)도 역회전하여 중공축(142a), 연결판(142b) 및 내치차(142)를 구동 역회전시킨다.

구동 내치차(142)의 역회전은 중간기어(144)를 통해 회전방향이 바뀐 정회전을 피동기어(145)에 전달한다. 피동기어(145)의 정회전은 내륜과 외륜을 함께 회전시키는 일방향 베어링(43)을 구동 정회전 시킨다. 정회전하는 일방향 베어링(43)은 허브축(3a)에 토크를 전달하여 최종적으로 뒷바퀴(1)를 전진방향으로 회전시킨다.

반대로, 올라온 좌측 페달 레버(10a)를 밟아 아래로 내리면, 좌측 중공샤프트(25a)와 좌측 베벨기어(21a)는 정회전하고, 따라서 좌측 일방향 베어링(60a)의 내륜만 회전하기 때문에 전달축(41)에 토크를 전달하지 않는다. 좌측 베벨기어(21a)의 정회전은 위에서 설명한 바와 같이 중간 베벨기어(23)를 통해 우측 베벨기어(21b), 우측 중공샤프트(25b) 및 우측 일방향 베어링(60b)을 역회전시킨다.

따라서, 좌측 페달 레버(10a)가 아래로 내려가면, 우측 일방향 베어링(60b)의 내륜과 외륜은 함께 역회전하기 때문에 전달축(41)에 토크를 전달하며, 우측 페달 레버(10b)의 상승에 따라 전진회전동력을 허브축(3a)에 전달한다.

즉, 우측 일방향 베어링(60b)은 역회전하기 때문에 전달축(41)은 중공축(142a), 연결판(142b) 및 내치차(142)를 구동 역회전시킨다. 구동 내치차(142)의 역회전은 중간기어(144)를 통해 회전방향이 바뀐 정회전 방향으로 피동기어(145)가 회전한다. 피동기어(145)의 정회전은 일방향 베어링(43)의 내륜과 외륜을 함께 구동 정회전시킨다.

따라서, 일방향 베어링(43)은 허브축(3a)을 정회전 시켜 최종적으로 뒷바퀴(1)를 전진방향으로 회전시킨다.

이와 같이, 구동 내치차(142)가 회전전달동력기구(140)의 일 요소로 사용됨으로써, 회전전달동력기구(140)의 사이즈가 콤팩트해져 일반 자전거의 스프로킷에 단일의 체인이 걸린 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

다른 한편, 도 8 및 도 11에 도시한 바와 같이, 페달(11a)(11b)을 밟아 회전 시켜 페달 레버(10a)(10b)를 상하 왕복 운동시키는 구조로 구현하여도 좋다.

즉, 좌우측 페달 레버(10a)(10b) 각각은 일단이 회전지점(13a)(13b)에 배치 설치되는 제1페달 레버(10a')(10b')와, 제2페달 레버(10a")(10b")와, 제2페달 레버(10a")(10b")의 회전운동에 따라 상기 제1페달 레버(10a')(10b')를 상호 왕복운동시키는 회전운동가이드기구로 이루어진다.

상기 회전운동가이드기구는 회전안내판(15a)(15b)과 슬라이딩홈(12a)(12b)으로 구성하여 있다.

회전안내판(15a)(15b)에는 회전안내홈(17a)(17b)이 형성되고, 이 회전안내홈(17a)(17b)에는 회전 가능한 핀(18a)(18b)이 배치되어 있다.

또한, 핀(18a)(18b)은 회전안내홈(17a)(17b)에 설치된 베어링(19a)(19b)에 압입 고정되어, 좌우측으로 이탈하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

회전안내판(15a)(15b)은 자전거의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 프레임(통상의 자전거의 페달이 있는 위치의 프레임)에 고정되어 있다.

슬라이딩홈(12a)(12b)은 제2페달 레버(10a")(10b")에 형성되는 것이 바람직하다. 슬라이딩홈(12a)(12b) 내에 있는 이물질이 흘러나오는 경우 자전거를 타는 사람의 바지 쪽을 향하여 흘러나오지 않기 때문에 좋다.

따라서, 제2페달 레버(10a")(10b")은 회전안내홈(17a)(17b)을 따라 회전운동을 하면, 제1페달 레버(10a')(10b')에 대해 제2페달 레버(10a")(10b")가 길이방향으로 슬라이딩하면서 제1페달 레버(10a')(10b')를 상하로 왕복운동시킨다.

즉, 우측 제2페달 레버(10b")이 회전안내홈(17b)을 따라 위에서 아래로 내려 가면, 우측 제1페달 레버(10b')에 대해 우측 제2페달 레버(10b")가 길이방향으로 슬라이딩하면서 우측 제1페달 레버(10b')를 위로 상승시킨다.

반대로, 우측 제2페달 레버(10b")이 회전안내홈(17b)을 따라 위에서 아래로 내려가면, 좌측 페달 레버(10a)는 시소회전동력발생기구(20a)(20b)에 의해 회전안내홈(17b)을 따라 위로 올라간다. 물론 좌측 페달 레버(10a)도 좌측 제1페달 레버(10a')에 대해 좌측 제2페달 레버(10a")가 길이방향으로 슬라이딩하면서 좌측 제1페달 레버(10a')가 위로 상승하면서 전진회전동력을 전달한다.

이처럼, 한쪽 페달을 밟아 아래로 내리면 다른 쪽 페달이 위로 올라가고 다시 다른 쪽 페달을 밟으면 한쪽 페달이 위로 올라가는 회전운동을 하게 된다.

또한, 회전운동가이드기구는 자전거를 들어올릴 때 좌우측 페달 레버(10a)(10b)가 밑으로 처지는 것을 방지한다.

또한, 회전안내홈(17a)(17b)은 원형 또는 타원형 등 다양하게 회전 가능한 형태로 구현할 수 있지만, 본 실시예에서는 타원형으로 채택하고 있다.

타원형 중에서도 상하로 긴 타원형으로 구현하고 있다.

페달 레버의 회전에 의한 길이방향 슬라이딩으로 시소운동을 일으키기 때문에, 가급적 슬라이딩 거리를 짧게 할 필요가 있기 때문에, 상하로 긴 타원형의 회전안내홈(17a)(17b)이 바람직하다.

일방향 베어링(43)(60a)(60b)은 비역전 베어링이라고 불리며, 한 방향의 토크만을 전달시키는 요소이다. 자전거에 이용되는 일방향 베어링으로서 폴과 래치 기구가 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명은 상하 반복 운동으로 정해진 방향으로 회전동력을 사용하는 곳 예컨대 자전거, 휠체어, 놀이기구 등에 적용할 수 있다.

도 1은 종래 자전거의 구동장치를 도시한 개념도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자전거의 구동장치를 도시한 개념도.

도 3은 도 2의 자전거에 채택한 시소회전동력발생기구의 중요 부분을 도시한 단면도.

도 4는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 기어 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도.

도 5는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 체인 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도.

도 6 및 도 7은 고정축의 고정부재를 분리 및 결합 도시한 사시도.

도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 자전거의 구동장치를 도시한 개념도.

도 9는 도 3의 시소회전동력발생기구를 채택한 내치차 방식의 자전거 구동장치를 도시한 단면도.

도 10은 도 9의 B-B선을 취하여 본 단면도.

도 11은 회전운동가이드기구의 개략적인 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 뒷바퀴 3 : 허브

3a : 허브축 3b : 살지지대

5a,5b : 프레임 8 : 중간기어지지축

10a,10b : 좌우측 페달 레버 11a,11b : 페달

13a,13b : 회전지점 20a,20b : 시소회전동력발생기구

21a,21b : 좌우측 베벨기어 23 : 중간 베벨기어

24 : 고정축 25a,25b : 좌우측 중공샤프트

30 : 고정부재 31 : 고정브라켓

40,40',140 : 회전동력전달기구 41 : 전달축

42 : 구동기어 43 : 일방향 베어링

44 : 중간기어 45 : 피동기어

42' : 구동스프로킷 44' : 중간스프로킷

45' : 피동스프로킷 46,47 : 체인

60a,60b : 좌우측 일방향 베어링

142 : 구동 내치차 142a : 중공축

142b : 연결판 144 : 중간기어

145 : 피동기어 60a,60b : 좌우측 일방향 베어링

Claims (5)

1. 자전거의 뒷바퀴의 허브 상에 회전지점이 배치되어 원호의 왕복운동하는 좌우측 페달 레버와; 상기 좌우측 페달 레버 중 어느 하나가 아래로 내려가면 다른 하나가 위로 올라가게 하는 시소회전동력발생기구; 상기 시소회전동력발생기구의 회전동력을 상기 뒷바퀴에 전달하는 회전동력전달기구를 포함하되,

   상기 시소회전동력발생기구는 상기 자전거의 프레임에 고정되는 고정축과, 상기 고정축에 회전 가능하게 배치되며 상기 좌우측 페달 레버의 회전지점이 고정되는 좌우측 중공샤프트가, 상기 좌우측 중공샤프트에 고정되는 좌우측 베벨기어와, 상기 좌측 베벨기어와 상기 우측 베벨기어를 연동(連動)시키며 상기 고정축에 고정되는 중간 베벨기어와, 상기 회전동력전달기구에 회전동력을 전달하는 전달축과, 상기 좌우측 중공샤프트와 상기 전달축 사이에 설치되는 좌우측 일방향 베어링을 포함하는 자전거의 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전동력전달기구는 상기 전달축에 고정되는 구동기어와, 상기 허브의 축 상에 배치되는 피동기어와, 상기 허브축과 상기 피동기어 사이에 개재되는 일방향 베어링과, 상기 구동기어의 회전동력을 상기 피동기어에 전달하는 중간기어를 포함하는 자전거의 구동장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회전동력전달기구는 상기 전달축에 고정되는 구동 내치차와, 상기 허브의 축 상에 배치되는 피동기어와, 상기 허브축과 상기 피동기어 사이에 개재되는 일방향 베어링과, 상기 구동 내치차의 회전동력을 상기 피동기어에 전달하는 중간기어를 포함하는 자전거의 구동장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 좌우측 페달 레버 각각은 상기 회전지점에 배치 설치되는 제1페달 레버와, 제2페달 레버와, 상기 제2페달 레버의 회전운동에 따라 상기 제1페달 레버를 상호 왕복운동시키는 회전운동가이드기구를 포함하되,

   상기 회전운동가이드기구는

   상기 자전거의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 프레임에 고정되며, 상기 제2페달 레버의 회전운동을 안내하는 회전안내홈이 형성된 회전안내판과,

   상기 제1페달 레버에 대해 상기 제2페달 레버가 길이방향으로 슬라이딩하면서 상기 제2페달 레버를 상하로 왕복운동시키는 슬라이딩홈으로 구성되고,

   상기 회전안내홈은 상하로 긴 타원형상의 홈인 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
5. 고정축;

   상기 고정축에 회전 가능하게 배치되는 좌우측 중공샤프트;

   상기 좌우측 중공샤프트에 고정되는 좌우측 베벨기어;

   상기 좌측 베벨기어와 상기 우측 베벨기어를 연동(連動)시키며 상기 고정축에 고정되는 중간 베벨기어;

   전달축;

   상기 좌우측 중공샤프트와 상기 전달축 사이에 설치되는 좌우측 일방향 베어링을 포함하는 시소회전동력발생기구.

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