KR20110000739U - 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치에 관한 것으로서, 자전거에 있어, 공지의 태양기어, 유성기어, 링기어를 포함하는 가속장치를 구동바퀴의 허브축에 별도의 연결부재를 사용하지 않고서도 간단하게 장착이 가능하는 구조로, 변속 체인기어방식 또는 일빈 체인 구동방식인 일반형 자전거, 소형자전거에 적용 설치함으로써, 구동바퀴의 회전을 기어 설치비율에 따라 배속으로 증가시켜 구동바퀴의 회전속도를 통상의 최대속도보다 배속으로 높여 비교적 속도를 내기 위해 많은 힘을 필요로 했던 기존 자전거의 주행속도를 적은 힘으로도 증속시킬 수 있는 효과가 있다.

자전거, 구동바퀴, 가속장치, 허브축, 유성기어, 태양기어, 링기어

Description

주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치{Accelerator for bicycle for driving speed elevation}

본 고안은 자전거에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 체인으로 구동하는 자전거의 허브축 동일축상에 자전거 차체와의 별도 고정하지 않는 범위에서 가속장치를 간단히 설치하여 자전거의 구동바퀴측 설치를 간단히하고, 가속장치를 통해 자전거의 주행시 구동바퀴측 허브축과 연관되어 구동바퀴의 회전력을 배속 이상으로 높여줄 수 있도록 하여 특히 소형 자전거로도 쉽게 속도를 낼 수 있도록 한 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 교통수단으로서 오랜 역사와 함께하면서 현재까지도 교통수단의 목적은 물론, 동호회를 이루어 레크레이션 활동 및 운동효과로서 신체단련의 목적에서도 많이 이용하고 있다.

보통 대다수가 흔히 이용하는 두발 자전거는 바디 프레임으로부터 전륜과 후륜(이하, 구동바퀴라 함), 크랭크축이 설치된 페달을 통해 구동 체인기어를 동력전달매체인 체인으로서 구동바퀴측에 설치된 체인기어를 구동하여 자전거를 전진하는 동작으로 사용된다.

최근에는 자전거를 주행하는 장소 및 속도를 향상시키기 위해 페달측 구동체인기어 및 구동바퀴측에 각기 직경이 달리 설정된 다단의 체인기어를 두어 체인의 위치를 변경할 수 있는 변속장치가 적용 설치되어 다양한 속도를 즐길 수 있도록 되어 있다.

이외 일반적인 자전거는 도 1에서 도시된 바와 같이 페달측의 구동 체인기어(S1)와 구동바퀴(10)측의 체인기어(S2)를 두어 상술한 바와 달리 그대로 체인(C)의 구동만으로서 전진할 수 있는 자전거도 많이 이용하고 있다.

한편, 자전거의 휴대를 간편하게 하기 위해 소형제품으로 그 예를 들면, 접이식 자전거가 있으며, 이는 보관에 유리하도록 소형바퀴의 적용 및 바디 프레임을 경량화한 제품도 사용되고 있다.

통상 소형 자전거는 보관 및 휴대가 용이한 반면, 실질적으로 직접 자전거를 타고 주행함에 있어서는 바퀴의 직경이 작기 때문에 어느 정도 속도를 내기가 어렵다. 이 때문에 페달을 힘껏 자주 밟아 페달을 신속하게 회전시켜 주어야하나, 이 또한 지속적인 속도를 증강시키거나, 유지시키기에는 부적합 면이 있으며, 이러한 이유에서 대부분 소형 자전거의 이미지는 속도가 한정되어 있기 때문에 이에 맞는 적합한 용도로만 사용된다.

또한, 페달측과 구동바퀴측의 단일 체인기어만을 통해 전진할 수 있도록 된 일반 자전거도 마찬가지로 소형바퀴가 적용된 소형 자전거에 비해 바퀴의 사이즈가 큰 이유로 속도는 낼 수 있지만, 큰 직경의 바퀴를 구동하기 위해서는 많은 힘이 들여야 한다.

상기와 같은 관점을 해결하기 위한 일환으로 대한민국 등록실용신안 20-418803호(발명의 명칭: 유성기어 장치를 사용한 자전거의 구동장치)이 개시된바 있다.

상기 등록실용신안은 통상적으로 알려져 있는 유성기어장치를 체인으로 구동하지 않는 유아 및 어린이용 세발자전거, 혹은 외발 자전거, 오디너리형 자전거와 같이 페달과 구동바퀴에 하나의 축에 설치된 자전거에 접목시켜 사용한 예이다.

참고로, 유성기어장치(planetary gear system)의 주요구성은, 링기어, 유성기어, 태양기어로 이루어져 태양기어를 기준으로 그 외측둘레에서 유성기어가 공전운동과 함께 링기어에 대해 자전운동을 실행하여 링기어의 기어 이수에 대해 유성기어의 이수는 태양기어를 보다 빠르게 회전시키는 원리로서 회전체를 작동하는 변속수단이다.

즉, 상기 등록실용신안은 상기와 같은 유성기어장치를 페달측에 적용한 것으로서 이는 이용자가 직접 페달을 밞아 회전하는 회전수에 비례 각 기어의 역학적인 구동으로 하여금 최종적으로 바퀴의 회전수를 증가하도록 한 구조이다.

하지만, 상기와 같은 구조는 상술한 바와 같이 세발자전거, 외발자전거, 오디너리형 자전거 등과 같이 페달의 회전구동되는 축상에 유성기어장치가 설치되기 때문에 자전거의 국한된 설계에만 실시가 가능하며, 실질적으로 주 동력은 폐달에서만 이루어지므로 실질적인 속도향상이 그다지 크지 못하다는데 그 단점이 있다.

한편, 유성기어장치를 적용한 일 예로는 페달측으로부터 체인을 통해 자전거 뒷바퀴인 구동바퀴를 회전구동함에 있어, 체인기어(S1)측에 태양기어를 구비하고, 이 태양기어는 페달이 설치되는 회전축상에 설치되며, 상기 태양기어의 주변으로는 링기어가 마련된 하우징내에 세개의 유성기어가 고정된 디스크를 안내 조합하여서 된 장치가 있다.

이는 페달을 밞아 회전축을 회전시켜 체인기어의 회전으로서 태양기어가 동시회전되도록 하며, 유성기어는 링기어를 따라 전전하도록 하여 동력전달을 구가하도록 한바 있다.

이는 속도의 증속을 위한 목적이 아니고, 자전거를 탄 사용자가 비교적 적은 힘을 들이면서 페달을 용이하게 회전시키는 목적에서 설치된 감속구조로서 페달을 연속으로 밟아 하체를 단련시키는 운동조건에 적합하며, 가파른 경사지역을 자전거로 올라갈 때 적은 힘을 들일 수 있도록 하는 목적에 사용된바 있다.

본 고안은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 체인으로 구동하는 자전거의 허브축 동일축상에 자전거 차체와의 별도 고정하지 않는 범위에서 가속장치를 간단히 설치하여 자전거의 구동바퀴측 설치를 간단히하고, 가속장치를 통해 자전거의 주행시 구동바퀴측 허브축과 연관되어 구동바퀴의 회전력을 배속 이상으로 높여줄 수 있도록 하여 특히 소형 자전거로도 쉽게 속도를 낼 수 있도록 한 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 자전거의 구동바퀴가 설치된 허브축상에 설치되어 페달측 구동체인기어로부터 체인을 매체로 체인기어가 설치된 구동바퀴를 배속으로 회전시키기 위해 내부에 유성기어, 태양기어, 링기어가 조합 설치된 가속장치에 있어서,

상기 가속장치는, 구동바퀴가 설치된 허브축상에 관통되어 허브축의 외경이 기어타입의 결합턱에 체결 고정되며 중심선상에 태양기어가 일체로 마련되고, 외경에 베어링 볼이 설치된 허브부쉬와; 상기 베어링 볼을 수용하는 형태로 허브부쉬의 외경의 선단부와 중간부에 구름가능하게 설치되고, 일측면에는 상기 태양기어와 치합되는 유성기어가 일체로 형성된 고정축으로부터 각각 개별적으로 회전가능하게 설치된 기어커버와; 허브축선상으로부터 관통되면서 기어커버의 일측을 수용하는 형태로 설치되며, 상기 유성기어가 내접되도록 내경에 링기어가 마련되고, 상기 허브축을 관통하는 내경에는 기어타입의 결합턱이 배열 형성된허브부쉬와; 상기 허브축선상에 마련되어 자전거 차체를 관통 설치하기 위한 기어타입의 결합턱에 결합되도록 결합턱이 형성되고, 원주상에는 상기 기어하우징측 결합턱에 안내되어 결합되는 결합돌부 및 상기 태양기어가 형성된 허브부쉬의 내경에 안내되는 고정걸이가 체결되고 삽입턱부가 마련된 로커와; 상기 기어하우징을 수용하도록 단차부와 단차를 갖는 커플링의 수나사와 결합되게 암나사부를 갖는 중공의 원통형으로, 외측둘레에 각 직경이 다른 체인기어가 다단으로 더 마련되고, 내경에 암나사가 형성된 트랜스미션 몸체로 구성된 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치가 제공됨을 특징으로 한다.

본 고안은 자전거에 있어, 공지의 태양기어, 유성기어, 링기어를 포함하는 가속장치를 구동바퀴의 허브축에 별도의 연결부재를 사용하지 않고서도 간단하게 장착이 가능하는 구조로, 변속 체인기어방식 또는 일빈 체인 구동방식인 일반형 자전거, 소형자전거에 적용 설치함으로써, 구동바퀴의 회전을 기어 설치비율에 따라 배속으로 증가시켜 구동바퀴의 회전속도를 통상의 최대속도보다 배속으로 높여 비교적 속도를 내기 위해 많은 힘을 필요로 했던 기존 자전거의 주행속도를 적은 힘으로도 증속시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.

첨부된 도 2는 본 고안에 따른 자전거의 구동바퀴의 허브축에 상에 가속장치가 적용된 개략도이고, 도 3은 본 고안에 따른 가속장치를 분리하여 도시한 사시도이며, 도 4는 본 고안에 따른 가속장치를 구동바퀴측 허브축에 조립된 상태를 도시한 종단면도이고, 도 5는 도 4의 주요부분을 확대한 단면도이며, 도 6a 및 도 6b은 본 고안에 따른 가속장치의 주요부분의 회전을 설명하기 위한 작동 상태도이다.

본 고안은, 자전거의 구동바퀴(10)가 설치된 허브축(12)상에 설치되어 페달측 구동체인기어(S1)로부터 체인(C)을 매체로 체인기어(S2)가 설치된 구동바퀴를 배속으로 회전시키기 위해 내부에 유성기어, 태양기어, 링기어가 조합 설치된 가속장치 (100)에 있어서,

상기 가속장치(100)는,

구동바퀴(10)가 설치된 허브축(12)상에 관통되어 허브축(12)의 기어타입의 결합턱(12a)에 체결 고정되며, 그 중심선상에 태양기어(101)가 일체로 마련되고, 외경에는 선단부와 중간부에 베어링 볼(112)이 설치된 허브부쉬(102)가 설치된다.

상기 허브부쉬(102)의 설치를 기준으로 베어링볼(112)을 수용하는 형태로 허브부쉬(102)의 외경에 구름가능하게 설치되어 기어 하우징(108) 내경에 형성된 볼가이드홈(108b)에 설치된다.

기어커버(106) 일측면에는 태양기어(101)와 치합되는 유성기어(103)가 일체로 형성된 고정축(104)으로부터 유성기어(103)가 각각 개별적으로 회전가능하게 설치된다.

한편, 상기 허브축(12)선상으로부터 관통되면서 허브부쉬(102)의 일측을 수용하는 형태로 기어하우징(108)이 설치된다.

상기 기어하우징(108)은 상기 유성기어(103)가 내접되도록 내경에 링기어(107)가 마련되고, 상기 허브축(12)을 관통하는 내경에는 기어타입의 결합턱(108a)이 배열 형성된 구조이다;

상기 허브축(12)선상에 마련되어 자전거 차체를 관통 설치하기 위한 기어타입의 결합턱(12a)에는 기어커버(110)를 관통하여 허브부쉬(102) 내경에 체결되어 기어하우징(106)에 결합되어 허브너트(113)의 외경에 형성된 수나사와 허브내측과 나사 결합되어 로커(109)에 설치되며, 상기 로커(109)는 상기 기어 하우징(108)에 돌출성형된 결합돌부(108a)에 체결되도록 결합돌부(109a)가 내경에 형성되고, 원주상에는 상기 기어하우징(108)측 결합턱(108a)에 안내되어 결합되는 결합돌부(109a) 및 상기 태양기어(101)가 형성된 허브부쉬(102)의 내경에 안내되는 기어타입의 결합턱(102a)가 마련된 구조이다.

상기 로커(109)의 결합돌부(109a)는 원주상에 기어형태와 같이 배열 형성된 것으로서, 이와 대응되게 형성된 결합턱(108a) 또한 기어의 배열과 같은 형태로 상호 끼워맞춤식으로 최종적으로 허브축(12)의 기어타입의 결합턱(12a)에 체결됨과 동시에, 상기 결합턱(108a)에 끼워맞춤됨으로써, 허브축(12)으로부터 가속장치(100)를 최종적으로 설치할 수 있게 한다.

상기와 같이 가속장치(100)가 설치된 이후 로커(109)상의 고정걸이(109b)에 는 자전거 차체(1)의 단부를 관통시킨 다음 너트의 체결로서 자전거의 조립을 완성 한다.

상기와 같이 설치된 기어하우징(108)을 수용하도록 단차부(111a)를 갖는 중공의 원통형상을 갖는 트랜스미션 몸체(111)가 설치된다.

상기 트랜스미션 몸체(111)은 외측둘레에 각 직경이 다른 체인기어(S2~S7)가 다단으로 마련되고, 기어변속에 따라 구동 체인기어(S1)으로부터 체인(C)의 선택적인 치합으로서 변속시킬 수 있도록 되어 있고, 내경에는 후술하는 기어 커버(110)와 결합 설치되는 구조이다.

도면 중 미설명부호 B는 로커와 기어하우징 사이 및 기어하우징과 트랜스미션 몸체 내에 개재되는 베어링을 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 고안인 자전거용 가속장치에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자전거의 페달을 밞아 페달측 체인(C)으로서 구동 체인기어(S1)를 통해 구동바퀴(10)측 체인기어(S2)를 회전구동하는 통상적인 전진동작에서는 기본적으로 1대 3의 회전비율을 갖는다.

상기와 같은 회전비율은 큰 직경으로 이루어진 구동 체인기어(S1)와 작은 직경의 체인기어(S2)의 직경 차이에서 일차적으로 발생한다.

페달측 구동 체인기어(S1) 및 구동바퀴(10)측 체인기어(S2~S7)는 이를 연결하고 있는 체인(C)을 매체로 각 기어 이수의 비율에 의해 페달의 1회전에 대해 구동바퀴의 회전을 3회전 할 수 있는 통상의 구동구조이다.

본 고안에 따른 가속장치(100)는 오로지 구동바퀴(10)측 허브축(12)상에 단 독적으로 설치된 것으로 자전거 차체로부터 별도의 연결부재의 설치없이 간단한 설치가 가능하다.

상기와 같은 회전비율로 동작되어 주행이 이루어지도록 한 통상의 자전거에 있어, 본 발명은 주요 요지는 구동바퀴(10)의 속도를 페달측 구동 체인기어(S1)의 1회전시 구동바퀴(10)는 6회전을 실시하여 구동바퀴의 회전속도를 적어도 두배 이상으로 높일 수 있도록 한 것이다.

이는 허브부쉬(102)에 일체로 마련된 태양기어(101)의 기어 이수에 비해 기어커버(106)측 각 유성기어(103)의 기어 이수를 많게 하여 태양기어의 회전수를 보다 더 높일 수 있는 것이다.

상기 유성기어(103)의 기어이수가 증가됨으로써 이와 치합되는 링기어(107)의 기어 이수는 더욱 많은 수로 증가되며, 결국 하우징(108)측 링기어(107)로부터 태양기어(101)의 회전수에 따라 허브축(12)과 직속으로 연결된 태양기어(101)는 페달측 구동 체인기어(S1)의 1회전시 구동바퀴(10)는 3배 또는 4배의 배속으로 점차 속도를 높일 수 있게 된다.

상기와 같은 구동바퀴의 배속 회전구동은 체인(C)을 통해 구동바퀴(10)측 체인기어(S2)의 회전에서 이루어지고, 페달을 1회전 시킬 때마다 동일하게 들어가는 힘에 의해 자전거의 전진속도를 증강할 수 있게 한다.

상기 구동바퀴(10)의 회전에 있어, 트랜스미션 몸체(111)는 체인기어(S2~S7)로서 몸체에 체결된 기어커버(110)와 함께 회전이 이루어지진다. 상기 허브부쉬(102)의 외경에 선단부와 중간부에 설치된 베어링 볼(112)으로 인해 허브축(12) 에 체결된 허브부쉬(102)측 태양기어(101)의 회전에 대한 마찰을 줄이게 된다.

도 6a는 구동바퀴의 구동 전 상태이고, 도 6b은 구동바퀴(10)측 허브축(12) 상에 설치된 태양기어(101)를 그 외주에 치합된 각각의 유성기어(103)로서 회전력을 높일 수 있는 상태를 도시한 것이다.

통상적으로 각 회전장치 등에 적용 설치되는 유성기어장치(100)는 잘 알려진 바와 같이, 상기 체인기어(S2)가 마련된 기어커버(106)의 일측 고정축(104)으로 하여금 각각 자전운동하는 유성기어(103)는 하우징(108)측 링기어(107)로부터 공전되면서 여기서 구가되는 회전력을 허브축(12)과 함께 태양기어(101)의 회전을 배속으로 동력전달하는 것이며, 이때 태양기어(101)와 동일축상으로 연계된 구동바퀴(10)의 허브축(12)를 빠른 속도로 회전할 수 있게 한다.

결국, 구동바퀴(10)가 설치된 허브축(12)은 일반 속도에 비해 배속으로 회전되어 구동바퀴에 회전력을 제공하여 페달이 1회전 할 때 얻어지는 자전거 구동바퀴의 전진속도는 그만큼 일반자전거에 비해 두배 이상으로 회전이 빨라지는 효과를 갖는다.

상기와 같이 구동바퀴의 속도를 향상시킬 수 있는 가속장치는 상술한 바와 같이 페달측의 구동 체인기어(S1)와 구동바퀴(10)측 체인기어(S2)만으로 체인을 통해 주행하는 일반 자전거 또는 비교적 작은 직경의 바퀴가 설치된 소형 자전거에 적용 설치함으로써, 자전거의 효율적인 주행속도를 높여 이용자에게 속도에 대한 만족감을 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 속도 향상은 페달을 1회전 시키는데 필요로 하는 동일한 힘에 비해 속도를 두배 이상으로 향상시키는 만큼 자전거 이용자는 페달을 가볍게 밟아 주행할 수 있는 편리성을 제공하게 된다.

도 1은 일반적인 자전거의 구동바퀴 동력전달을 보여주는 개략도,

도 2는 본 고안에 따른 자전거의 구동바퀴의 허브축에 상에 가속장치가 적용된 개략도,

도 3은 본 고안에 따른 가속장치를 분리하여 도시한 사시도,

도 4는 본 고안에 따른 가속장치를 구동바퀴측 허브축에 조립된 상태를 도시한 종단면도,

도 5는 도 4의 주요부분을 확대한 단면도,

도 6a 및 도 6b은 본 고안에 따른 가속장치의 주요부분의 회전을 설명하기 위한 작동 상태도.

< 도면의 주요부부에 대한 부호설명>

10: 구동바퀴 12: 허브축

100: 가속장치 101: 태양기어

103: 유성기어 107: 링기어

106: 기어커버 108: 기어하우징

109: 로커 110: 기어 커버

111: 트랜스미션 몸체 112: 베어링 볼

113: 허브너트 114; 커플링

114a; 수나사부 C: 체인

S1: 구동 체인기어 S2~S7: 체인기어

Claims (1)

1. 자전거의 구동바퀴(10)가 설치된 허브축(12)상에 설치되어 페달측 구동체인기어(S1)로부터 체인(C)을 매체로 체인기어(S2)가 설치된 구동바퀴를 배속으로 회전시키기 위해 내부에 유성기어, 태양기어, 링기어가 조합 설치된 가속장치(100)에 있어서,

   상기 가속장치(100)는, 구동바퀴(10)가 설치된 허브축(12)상에 관통되어 허브축(12)의 기어타입의 결합턱(12a)에 체결 고정되며 중심선상에 태양기어(101)가 일체로 마련되고, 외경에 선단부와 중간부에 베어링 볼(112)이 설치되고,

   허브축(12)선상으로부터 관통되면서 기어커버(110)의 일측을 수용하는 형태로 설치되며, 상기 유성기어(103)가 내접되도록 내경에 링기어(107)가 마련되고, 상기 허브축(12)을 관통하는 내경에는 기어타입의 결합턱(102a)이 배열 형성된 허브부쉬(102)와;

   일측면에는 상기 태양기어(101)와 치합되는 유성기어(103)가 일체로 형성된 고정축(104)으로부터 각각 개별적으로 회전가능하게 설치된 기어커버(110)와;

   상기 허브축(12)선상으로부터 관통되면서 기어커버(110)의 일측을 수용하는 형태로 설치되며, 베어링볼(112)을 수용하는 형태로 허브부쉬(102)의 외경의 선단부와 중간부에 구름가능하게 설치되게 내경에 볼가이드홈(108b)이 형성되며, 유성기어(103)가 내접되도록 내경에 링기어(107)가 마련되고, 상기 허브축(12)을 관통하는 외경에는 결합돌부(108a)이 배열 형성된 기어하우징(108)과;

   상기 허브축(12)선상에 마련되어 자전거 차체를 관통 설치하기 위한 기어타입의 결합턱(12a)에 체결되도록 결합턱(109b)이 내경에 형성되고, 원주상에는 상기 기어하우징(108)측 결합턱(108a)에 안내되어 결합되는 결합돌부(109a) 및 상기 태양기어(101)가 형성된 허브부쉬(102)의 내경에 안내되는 결합돌부(109a)가 마련된 로커(109)와;

   상기 기어하우징(108)을 수용하도록 단차부(111a)와 단차를 갖는 커프링(114)의 수나사(114a)와 결합되게 암나사부(111b)를 갖는 중공의 원통형으로, 외측둘레에 각 직경이 다른 체인기어(S2~S7)가 다단으로 마련된 트랜스미션 몸체(111)로 구성된 것을 특징으로 하는 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치.

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