KR20120006384A

KR20120006384A - 무체인 자전거용 동력전달장치

Info

Publication number: KR20120006384A
Application number: KR1020100067081A
Authority: KR
Inventors: 윤근수
Original assignee: 윤근수
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-18
Also published as: KR101235186B1

Abstract

본 발명은 무체인 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 기어열을 이루는 고정기어와 아이들기어를 이용하여 다양한 변속비를 구현할 수 있고, 신속하고 효율적인 변속작용이 가능한 무체인 자전거용 동력전달장치에 관한 것이다. 이를 위해 페달축, 또는 후륜을 회전시키는 출력축에 직경이 서로 다른 2개 이상의 고정기어가 일체형으로서 순차적으로 형성된 고정기어군; 페달축 또는 출력축에 인접하여 회전가능하게 설치된 중공의 변속축; 각 고정기어와 치합되도록 변속축에 각각 독립적으로 자유회전가능하게 설치된 아이들기어로 이루어진 아이들기어군; 변속축에 내설되고, 아이들기어 중 어느 하나를 선택적으로 고정시키는 변속로크수단; 및 동력전달축의 제1 베벨기어와 치합되도록 변속축의 일측에 형성된 제2 베벨기어;를 포함하는 변속부가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치가 제공된다.

Description

무체인 자전거용 동력전달장치{Power transmission apparatus of chainless bicycle}

본 발명은 무체인 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 기어열을 이루는 고정기어와 아이들기어를 이용하여 다양한 변속비를 구현할 수 있고, 신속하고 효율적인 변속작용이 가능한 무체인 자전거용 동력전달장치에 관한 것이다.

자전거는 환경오염, 고유가 등의 문제에 적극적으로 대처할 수 있는 친환경 교통수단으로 각광받고 있으며 운동량이 부족한 현대인들이 쉽게 접근할 수 있는 운동수단이다.

종래의 일반적인 자전거는 페달측 스프라켓과 후륜측 스프라켓을 연결하는 체인에 의해 동력전달이 이루어지는 구조를 갖는다. 이와 같은 체인식 자전거는 페달측 및 후륜측 스프라켓을 다단으로 구성하고, 체인을 스프라켓 상에서 이동시킴으로써 변속비를 조절하게 된다.

그러나, 체인식 자전거는 체인에 도포된 기름이 옷이나 신체에 묻게 되어 위생적이지 못하고, 체인이 스프라켓으로부터 이탈되어 잦은 수리를 요하는 문제점이 있었다. 또한, 체인식 자전거는 스프라켓과 체인의 맞물림에 따른 마찰손실이 커서 동력전달 효율이 저하되고, 소음 발생이 큰 문제점이 있다. 또한, 체인식 자전거는 주행중에 변속이 순차적으로 이루어지기 때문에 정지시에는 변속할 수 없고, 원하는 변속 단수를 얻기 위해 다소의 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해 체인을 사용하지 않고서도 효율적인 동력전달이 가능한 무체인 자전거가 개발되고 있다. 대표적으로 베벨기어를 이용한 무체인 자전거가 있다. 이러한 무체인 자전거는 동력전달축이 기존의 체인을 대신하게 된다. 즉, 페달축의 회전력이 베벨기어에 의해 직교 변환되어 동력전달축에 전달되고, 동력전달축의 회전력이 다시 베벨기어에 의해 직교 변환되어 후륜을 구동시키게 된다. 이와 같은 종래의 무체인 자전거는 기존의 체인식 자전거에 비해 동력전달 구조가 단순하고, 기어와 동력전달축의 마찰손실을 줄임으로써 동력전달 효율을 개선할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 종래의 무체인 자전거는 기존의 체인식 자전거와 같이 다양한 변속비를 구현하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 후륜의 탈부착이 용이하지 않아 고장 발생시 부품의 수리 및 교체가 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 문제점들은 무체인 자전거의 대중화에 걸림돌이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 변속비를 신속하고 효율적으로 구현할 수 있는 무체인 자전거용 동력전달장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 후륜의 탈부착 및 부품의 수리 및 교체가 용이한 무체인 자전거용 동력전달장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은,

양단에 형성된 제1 베벨기어(302, 304)를 이용하여 페달축(100)의 구동력을 후륜(3)으로 전달하는 동력전달축(300)을 구비한 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서,

페달축(100), 또는 후륜(3)을 회전시키는 출력축(510)에 직경이 서로 다른 2개 이상의 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)가 일체형으로서 순차적으로 형성된 고정기어군(210, 410); 페달축(100) 또는 출력축(510)에 인접하여 회전가능하게 설치된 중공의 변속축(220, 420); 각 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 치합되도록 변속축(220, 420)에 각각 독립적으로 자유회전가능하게 설치된 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)로 이루어진 아이들기어군(230, 430); 변속축(220, 420)에 내설되고, 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)중 어느 하나를 선택적으로 고정시키는 변속로크수단(240, 440); 및 동력전달축(300)의 제1 베벨기어(302, 304)와 치합되도록 변속축(220, 420)의 일측에 형성된 제2 베벨기어(280, 480);를 포함하는 변속부(200, 400)가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치에 의하여 달성될 수 있다.

또한, 페달축(100), 또는 후륜(3)을 회전시키는 출력축(510)에 직경이 서로 다른 2개 이상의 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)가 일체형으로서 순차적으로 형성된 고정기어군(210, 410); 페달축(100) 또는 출력축(510)과 인접하여 회전가능하게 설치된 중공의 변속축(220, 420); 각 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 치합되도록 변속축(220, 420)에 각각 독립적으로 자유회전가능하게 설치된 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)로 이루어진 아이들기어군(230, 430); 변속축(220, 420)에 내설되고, 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)중 어느 하나를 선택적으로 고정시키는 변속로크수단(240, 440); 변속축(220, 420)의 일측에 고정된 제1 연결기어(260, 460); 제1 연결기어(260, 460)와 치합되도록 페달축(100) 또는 출력축(510)에 회전가능하게 설치된 제2 연결기어(270, 470); 및 제2 연결기어(270, 470)의 일측에 형성되어 동력전달축(300)의 제1 베벨기어(302, 304)와 치합된 제2 베벨기어(280", 480");를 포함하는 변속부(200", 400")가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 변속축(220, 420)의 길이방향을 따라 가이드홈(222, 422)이 더 형성된다.

그리고, 각 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)의 내주면에 등간격으로 이루어진 다수의 걸림홈(g)이 더 형성된다.

그리고, 변속로크수단(240, 440)은 변속축(220, 420)에 내설되는 링 형상의 몸체(242a)와, 가이드홈(222)과 걸림홈(g)을 따라 안내되도록 몸체(242a)로부터 연장 형성된 걸림돌기(242b)로 이루어진 스토퍼(242); 스토퍼(242)의 몸체(242a)에 회전가능하게 설치되는 중심축(244a)과, 중심축(244a)의 양단에 형성된 제1 및 제2 원판(244b, 244c)으로 이루어진 와이어 연결체(244); 변속축(220, 420)에 인입되어 와이어 연결체(244)의 일측에 연결된 와이어(W); 및 와이어 연결체(244)의 일측을 탄성지지하도록 변속축(220, 420)에 내설된 스프링(S);으로 이루어진다.

그리고, 고정기어군(210, 410)이 내설되는 제1 하우징(22, 32)과, 아이들기어군(230, 430)이 내설되는 제2 하우징(24, 34)이 일체로 형성된다.

그리고, 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)을 각각 개폐하는 제1 덮개(22a, 32a)와 제2 덮개(24a, 34a)가 구비된다.

그리고, 후륜측의 제1 덮개(32a)는 상기 후륜(3)의 회전 중심인 축심(520)과 일체로 형성된다.

그리고, 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)의 기어비는 1 : 0.2 ~ 7인 것이 바람직하다.

그리고, 페달축(100)은 전기모터 또는 원동기와 연결될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 다중 기어열을 이루는 고정기어와 아이들기어가 구비되고, 변속로크수단을 이용하여 다양한 변속비를 구현할 수 있는 이점이 있다. 그리고, 제1 변속부와 제2 변속부를 페달측과 후륜측에 각각 설치하여 변속 단수를 최대화하여 효율적인 운전을 가능케 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 동력전달장치의 변속부는 와이어의 꼬임현상을 방지할 수 있고, 자전거의 정지시에도 변속이 가능할 뿐 아니라 원하는 변속 단수를 신속하게 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 동력전달장치는 비교적 단순한 구조의 기어장치로 구성되어 내구성이 우수할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능한 이점이 있다. 그리고, 덮개를 개폐하여 제1 하우징 혹은 제2 하우징에 내설된 각종 부품의 교체 및 수리가 용이한 장점이 있다. 그리고, 후륜의 탈부착이 용이한 장점이 있다.

나아가, 본 발명에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 페달축을 회전시키기 위한 배터리와 전기모터 또는 내연기관이 구비됨으로써 전기자전거 또는 원동기장치 자전거로도 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력전달장치를 구비한 무체인 자전거를 나타낸 측면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력전달장치의 프레임을 도시한 사시도이고,
도 3은 제1 실시예에 따른 페달측 동력전달장치를 나타내는 단면도이고,
도 4는 페달측 동력전달장치의 변속축, 아이들기어군, 변속로크수단 및 제2 베벨기어의 분해사시도이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 후륜측 동력전달장치를 나타내는 단면도이고,
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동력전달장치를 나타내는 개략 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력전달장치를 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.

[제1 실시예 ]

먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치의 구성에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력전달장치를 구비한 무체인 자전거를 나타낸 측면도이다. 본 발명에 따른 무체인 자전거(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 페달축(100)의 회전속도를 변환하여 후륜(3)을 구동시키기 위한 동력전달장치(2)가 구비된다. 이때, 페달축(100)의 양단에는 아암(101)과 페달(102)이 연결되고, 페달(102)을 밟음으로써 페달축(100)이 회전하는 구조를 가진다.

한편, 본 발명에 따른 동력전달장치(2)는 페달축(100)을 회전시키기 위한 전기모터(미도시)가 별도로 설치될 수 있다. 또한, 내연기관과 같은 원동기(미도시)가 설치되는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 동력전달장치(2)는 전기자전거와 원동기장치 자전거에 적용될 수 있다. 이때, 원동기장치 자전거는 자동차관리법 제3조의 규정에 의한 이륜자동차 가운데 배기량 125cc 이하의 이륜자동차(예; 오토바이, 스쿠터 등)를 말한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력전달장치의 프레임을 도시한 사시도이다. 제1 실시예에 따른 프레임은 도 2에 도시된 바와 같이 자전거의 좌,우측에 각각 위치하는 제1 및 제2 수평프레임(12, 14)이 구비되고, 제1 수평프레임(12)의 양단에 페달측 하우징(20)과 후륜측 하우징(30)이 각각 형성되어 있다.

페달측 하우징(20)과 후륜측 하우징(30)은 각각 원통 형상의 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)이 서로 겹쳐서 일체를 이루는 형태로 제작된다. 이때, 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)에는 후술하는 고정기어군(210, 410)과 아이들기어군(230, 430)이 각각 내설된다. 그리고, 제1 수평프레임(12)에는 후술하는 동력전달축(300)이 회전가능하게 설치된다. 그리고, 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)은 원형의 제1 덮개(22a, 32a)와 초승달 형태의 제2 덮개(32a, 34a)에 의해 각각 개폐되는 구조를 가진다. 이때, 후륜측의 제1 덮개(32a)는 후술하는 후륜축의 축심(520)과 일체로 형성된다.

한편, 제1 및 제2 수평프레임(12, 14)의 양단부에는 도 2에서와 같이 제1 경사프레임(42)과 제2 경사프레임(44)이 각각 연결되어 자전거에 가해지는 하중을 분산시키게 된다.

도 3은 제1 실시예에 따른 페달측 동력전달장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 페달측 동력전달장치의 변속축, 아이들기어군, 변속로크수단 및 제2 베벨기어의 분해사시도이고, 도 5는 제1 실시예에 따른 후륜측 동력전달장치를 나타내는 단면도이다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력전달장치는 대략 페달축(100), 제1 변속부(200), 동력전달축(300), 제2 변속부(400), 출력축(510) 및 후륜축(530)으로 구성된다.

페달축(100)은 도 3에서와 같이 제1 하우징(22)을 관통하여 회전가능하게 설치된다. 이때, 페달축(100)의 양단부는 제1 하우징(22)의 안쪽에 형성된 제1 베어링부재(26)와, 제1 덮개(22a)에 구비된 베어링에 의해 지지된다.

제1 변속부(200)는 도 2의 페달측 하우징(20)에 내설되고, 도 3에 도시된 바와 같이 고정기어군(210), 변속축(220), 아이들기어군(230), 변속로크수단(240) 및 제2 베벨기어(280)로 구성된다. 이와 같은 제1 변속부(200)는 이하에서 설명하는 바와 같이 페달축(100)의 회전속도를 변속하고, 변속된 회전력은 제2 베벨기어(280)에 의해 출력되는 구조를 가진다.

고정기어군(210)은 직경이 서로 다른(기어비가 다른) 제1 내지 제4 고정기어(211, 212, 213, 214)가 페달축(100)에 순차적으로 형성됨으로써 다중기어열을 이룬다. 이때, 제1 내지 제4 고정기어(211, 212, 213, 214)는 일체로 형성되어 페달축(100)과 함께 회전하게 된다.

변속축(220)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 중공구조의 원통 형상을 갖고, 페달축(100)과 평행하도록 제2 하우징(24)에 회전가능하게 설치된다. 이때, 변속축(220)의 일단부는 제2 베어링부재(28)에 의해 지지되고, 타단부는 후술하는 제2 베벨기어(280)가 형성된 연결관(282)이 고정설치된다. 그리고, 변속축(220)에는 길이방향을 따라 단일 또는 한 쌍의 가이드홈(222)이 형성되어 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

아이들기어군(230)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 직경이 서로 다른 제1 내지 제4 아이들기어(231, 232, 233, 234)가 상술한 각 고정기어(211, 212, 213, 214)와 치합되도록 변속축(220)에 설치된다. 이때, 각 아이들기어(230)는 서로 분리되어 변속축(220)상에서 독립적으로 자유회전하게 된다. 그리고, 각 아이들기어(231, 232, 233, 234)는 도 4에서와 같이 내주면에 다수의 걸림홈(g)이 등간격으로 형성되어 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 제1 변속부(200)는 각 고정기어(211, 212, 213, 214)와 아이들기어(231, 232, 233, 234)는 기어비가 약 1 : 0.2 ~ 7의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시예에 의하면 고정기어(211, 212, 213, 214)와 아이들기어(231, 232, 233, 234)가 4개로 구성되어 4단 변속이 가능하도록 구성되지만, 고정기어와 아이들기어의 갯수를 2개, 3개 또는 5개 이상으로 구성하여 변속 단수를 달리할 수 있다.

변속로크수단(240)은 변속축(220)에 내설되어 아이들기어(231, 232, 233, 234)중 어느 하나를 선택적으로 고정하는 역할을 한다. 변속로크수단(240)은 도 4에 도시된 바와 같이 가이드홈(222), 걸림홈(g), 스토퍼(242), 와이어 연결체(244), 스프링(S) 및 와이어(W)를 포함하여 구성된다.

가이드홈(222)은 전술한 바와 같이 변속축(220)의 길이방향을 따라 단일 또는 한 쌍이 형성된다.

걸림홈(g)은 전술한 바와 같이 각 아이들기어(231, 232, 233, 234)의 내주면에 등간격으로 다수 형성된다.

스토퍼(242)는 링 형상의 몸체(242a)와, 몸체(242a)로부터 연장 형성된 단일 또는 한 쌍의 걸림돌기(242b)로 이루어져 변속축(220)에 내설된다. 이때, 걸림돌기(242b)는 도 3에서와 같이 변속축(220)의 가이드홈(222)와 아이들기어(231, 232, 233, 234)의 걸림홈(g)에 의해 안내된다.

와이어 연결체(244)는 스토퍼(242)의 몸체(242a)에 삽입되어 베어링(B)에 의해 회전가능한 중심축(244a)과, 중심축(244a)의 양단에 형성된 제1 및 제2 원판(244b, 244c)으로 이루어진다. 본 실시예에 의하면 도 4에서와 같이 중심축(244a)과 제1 원판(224b)이 일체로 형성되고, 제2 원판(224c)이 중심축(224a)에 나사결합방식으로 고정된다. 이와 반대로 중심축(244a)이 제2 원판(224c)과 일체로 형성되고, 제1 원판(224b)이 중심축에 나사결합으로 고정될 수 있음은 자명하다. 한편, 제1 원판(224b)에는 후술하는 와이어(W)를 연결시키기 위한 연결고리(224d)가 형성되어 있다.

스프링(S)은 변속축(220)에 내설되고, 와이어 연결체(244)의 제1 원판(224b)을 탄성지지한다.

와이어(W)는 일단이 변속축(220)에 인입되어 와이어 연결체(244)의 제1 원판(244b)에 형성된 연결고리(244d)에 고정 연결된다. 그리고, 와이어(W)의 타단은 자전거 핸들에 설치된 변속레버(미도시)와 연결된다.

제2 베벨기어(280)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연결관(282)의 외주면 일측에 형성된다. 이때, 연결관(282)의 일단은 전술한 변속축(220)의 타단부에 고정설치되고, 연결관(282)의 타단은 제2 덮개(24a)에 형성된 베어링에 의해 지지된다.

동력전달축(300)은 전술한 제1 수평프레임(12)에 회전가능하게 설치되고, 동력전달축(300)의 페달측 단부에는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 베벨기어(302)가 형성되어 있다. 이때, 제1 베벨기어(302)는 전술한 제2 베벨기어(280)와 치합됨으로써 제2 베벨기어(280)의 회전력이 직교변환된다. 한편, 동력전달축(300)의 후륜측 단부에는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 베벨기어(304)가 형성되어 있다.

제2 변속부(400)는 도 2에 도시된 후륜측 하우징(30)에 내설되고, 전술한 동력전달축(300)의 회전속도를 변속하여 후륜이 설치된 후륜축(530)에 전달하는 역할을 한다. 이와 같은 제2 변속부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 2 베벨기어(480), 변속축(420), 아이들기어군(430), 변속로크수단(440), 고정기어군(410) 및 출력축(510)을 포함하고, 이들은 앞서 설명한 제1 변속부(200)와 유사한 구성을 가지므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

제2 베벨기어(480)는 변속축(420)에 고정연결된 연결관(482)의 일측에 형성되어 동력전달축(300)의 제1 베벨기어(304)와 치합된다. 그리고, 변속축(420)에는 독립적으로 자유회전하는 제1 내지 제4 아이들기어(431, 432, 433, 434)로 이루어진 아이들기어군(430)이 구비된다. 그리고, 변속축(420)의 내부에는 변속로크수단(440)이 내설된다.

한편, 각 아이들기어(431, 432, 433, 434)와 각각 치합되는 제1 내지 제4 고정기어(411, 412, 413, 414)로 이루어진 고정기어군(410)은 원통형상의 출력축(510)과 일체로 형성된다. 그리고, 출력축(510)은 후륜축 축심(520)에 회전가능하도록 삽입설치되고, 출력축(510)의 일단부는 하우징의 바깥쪽으로 연장되어 후륜축(530)에 고정 연결된다. 이때, 후륜축(530)은 후륜의 허브축(미도시)에 고정 삽입됨으로써 고정기어군(410)이 회전함에 따라 회전력이 출력축(510)과 후륜축(530)을 거쳐 후륜에 전달되는 구조를 갖는다.

후륜축(530)과 허브축(미도시) 사이에는 일방향 클러치 베어링(미도시)을 설치하여 내리막길과 같은 곳에서 후륜이 출력축(510)의 회전속도보다 빠르게 정회전하는 경우 공회전되도록 함으로써 제2 변속부(400)의 과부하를 방지할 수 있다.

이하, 상술된 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치의 작동 및 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에 의하면 제1 변속부(200)와 제2 변속부(400)는 다중기어열을 이루는 기어장치를 이용하여 다음과 같은 변속 동작을 수행한다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 제1 변속부(200)의 변속 동작을 설명한다. 도 3에 점선으로 표시된 화살표는 페달축(100)과 동력전달축(300)의 회전방향을 나타낸다. 고정기어군(210)이 페달축(100)의 회전속도로 회전하게 됨에 따라 각 고정기어(211, 212, 213, 214)에 치합된 각 아이들기어(231, 232, 233, 234)는 변속축(220)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 변속축(200)에 내설된 스토퍼(242)의 위치에 따라 변속축(200)의 회전속도 및 변속 단수가 결정된다.

예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스토퍼(242)의 걸림돌기(242b) 끝단이 제1 아이들기어(231)의 걸림홈(g)에 위치하는 경우(1단 변속) 제1 아이들기어(231)와 변속축(220)이 함께 회전하게 되고, 나머지 제2 내지 제4 아이들기어(232, 233, 234)는 공회전하게 된다. 이때, 제1 고정기어(211)와 제1 아이들기어(231)의 기어비가 1보다 크게 되어 변속축(220)의 회전속도는 페달축(100)에 비해 감속된다. 그리고, 변속축(220)은 페달축(100)의 회전방향과 반대로 회전하게 되고, 변속축(220)의 회전력은 제2 베벨기어(280) 및 제1 베벨기어(302)를 거쳐 동력전달축(300)에 전달된다.

한편, 와이어(W)를 잡아당김에 따라 스토퍼(242)의 걸림돌기(242b) 끝단이 제2 내지 제4 아이들기어(232, 233, 234)의 걸림홈(g)에 차례로 걸리게 되어 변속축(220)의 회전속도가 빨라지게 되고, 이에 따라 제1 변속부(200)의 변속 단수가 높아지게 된다. 그리고, 와이어(W)를 소정길이 만큼 풀어주게 되면 스프링(S)의 탄성복원력에 의해 스토퍼(242)가 제1 아이들기어(231) 방향으로 이동하게 되어 변속 단수가 낮아지게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 동력전달장치는 와이어(W) 및 스프링(S)을 이용하여 변속축(220) 내부에서 스토퍼(242)의 위치를 자유자재로 조절함으로써 변속 단수를 조절할 수 있다. 즉, 자전거의 정지시에도 변속이 가능할 뿐 아니라 원하는 변속 단수를 신속하게 얻을 수 있는 이점이 있다.

한편, 와이어(W)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스토퍼(242)에 회전가능하게 설치된 와이어 연결체(244)에 연결됨으로써 변속축(220) 및 스토퍼(242)가 회전함에 따라 와이어(W)가 꼬이게 되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 전술한 바 있는 와이어 연결체(244)와 스토퍼(242)의 조립구조는 설치 및 해체의 용이함을 제공한다.

다음으로, 도 5를 참조하여 제2 변속부(400)의 변속 동작을 설명하기로 한다. 제2 변속부(400)는 베벨기어(304, 480)를 이용하여 동력전달축(300)의 회전력을 직교변환하여 변속축(420)에 전달한다. 그리고, 변속로크수단(440)을 조절하여 제 1 내지 제4 아이들기어(431, 432, 433, 434)중 어느 하나를 변속축(420)에 선택적으로 고정함으로써 고정된 아이들기어와 이와 치합되는 고정기어와의 기어비에 따라 고정기어군(410) 및 출력축(510)의 변속 단수를 조절하게 된다.

본 발명에 따른 동력전달장치는 4단 변속이 가능한 제1 변속부(200)와 제2 변속부(400)가 동력전달축(300)에 의해 연결되므로 총 16단 변속이 가능하다. 또한, 고정기어군(210, 410)과 아이들기어군(230, 430)의 기어수를 늘리거나 줄여 이보다 더 다양한 변속도 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 동력전달장치는 제1 변속부(200)와 제2 변속부(400)중 어느 하나만을 설치하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 동력전달장치는 고정기어군(210, 410), 아이들기어군(230, 430) 및 변속로크수단(240, 440)으로 이루어진 비교적 단순한 구조로 내구성이 우수할 뿐만 아니라 확실한 동력전달이 가능한 이점이 있다.

또한, 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)을 각각 개폐하는 제1 덮개(22a, 32a)와 제2 덮개(24a, 34a)가 구비되어 제1 변속부(200)와 제2 변속(400)의 각종 부품의 수리 및 교체가 용이한 이점이 있따.

또한, 후륜측 하우징(30)의 제1 덮개(32a)와 일체를 이루는 축심(520)에 출력축(510)과 후륜축(530)이 삽입 설치되는 구조는 후륜(3)의 탈부착을 용이하게 한다.

[제2 실시예 ]

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 대해 설명한다.

도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동력전달장치를 나타내는 개략 단면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 변속부(200")와 제2 변속부(400")의 구성이 제1 실시예와 다르다. 중복되는 설명은 생략하기로 하고 제1 실시예와 구별되는 특징을 위주로 설명하기로 한다.

제1 변속부(200")는 도 6에서와 같이 제2 베벨기어(280")가 페달축(100)에 설치되는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 아이들기어군(230)이 설치된 변속축(220)의 일측에 고정된 제1 연결기어(260)가 구비되고, 제1 연결기어(260)와 치합되는 제2 연결기어(270)가 제2 베벨기어(280)와 일체를 이루어 페달축(100) 상에 회전가능하게 설치된다. 따라서, 변속축(220)의 회전력은 제1 연결기어(260), 제2 연결기어(270) 및 제2 베벨기어(280")를 거쳐 동력전달축(300)으로 전달된다. 이때, 동력전달축(300)의 회전방향은 제1 실시예의 반대이다.

제2 변속부(400")는 제2 베벨기어(480")와 제2 연결기어(470)가 일체를 이루어 출력축(510)에 회전가능하게 설치되고, 제2 연결기어(470)와 치합된 제1 연결기어(460)가 변속축(420)의 일측에 고정 형성된다. 따라서, 동력전달축(300)의 회전력은 제1 베벨기어(304), 제2 베벨기어(480"), 제2 연결기어(470), 제1 연결기어(460), 변속축(420), 아이들기어군(430), 고정기어군(410), 출력축(510)을 거쳐 최종적으로 후륜축(530)에 전달된다.

제2 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 제1 및 제2 변속부(200", 400")의 변속축(220, 420)을 페달축(100)과 출력축(510)의 후방에 배치할 수 있고, 효율적인 동력전달이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 제2 실시예의 동력전달장치는 제1 실시예에서와 같이 제1 변속부(200")와 제2 변속부(400") 중 어느 하나만을 설치하는 것도 가능하다.

[제3 실시예 ]

이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력전달장치를 나타내는 개략 단면도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 무체인 자전거용 동력전달장치는 도 7에 도시된 바와 같이 페달측에 제2 실시예의 제1 변속부(200")가 구비되며, 후륜측에 제1 실시예의 제2 변속부(400)가 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 달리 페달측에 제1 실시예의 제1 변속부(200)가 구비되며, 후륜측에 제2 실시예의 제2 변속부(400")가 구성되는 것도 가능할 것이다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

1 : 무체인 자전거
2 : 동력전달장치
3 : 후륜
12 : 제1 수평프레임
14 : 제2 수평프레임
20 : 페달측 하우징
30 : 후륜측 하우징
22, 32 : 제1 하우징
24, 34 : 제2 하우징
22a, 32a : 제1 덮개
24a, 34a : 제2 덮개
26: 제1 베어링부재
28 : 제2 베어링부재
42 : 제1 경사프레임
44 : 제2 경사프레임
100 : 페달축
101 : 아암
102 : 페달
200, 200" : 제1 변속부
400, 400" : 제2 변속부
210, 410 : 고정기어군
211, 411 : 제1 고정기어
212, 412 : 제2 고정기어
213, 413 : 제3 고정기어
214, 414 : 제4 고정기어
220, 420 : 변속축
222, 422 : 가이드홈
230, 430 : 아이들기어군
231, 431 : 제1 아이들기어
232, 432 : 제2 아이들기어
233, 433 : 제3 아이들기어
234, 434 : 제4 아이들기어
g : 걸림홈
240, 440 : 변속로크수단
242 : 스토퍼
242a : 몸체
242b : 걸림돌기
244 : 와이어 연결체
244a : 중심축
244b : 제1 원판
244c : 제2 원판
244d : 연결고리
260, 460 : 제1 연결기어
270, 470 : 제2 연결기어
280, 280", 480, 480" : 제2 베벨기어
282, 482 : 연결관
300 : 동력전달축
302, 304 : 제1 베벨기어
510 : 출력축
520 : 축심
530 : 후륜축
S : 스프링
W : 와이어
B : 베어링

Claims

양단에 형성된 제1 베벨기어(302, 304)를 이용하여 페달축(100)의 구동력을 후륜(3)으로 전달하는 동력전달축(300)을 구비한 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서,
상기 페달축(100), 또는 상기 후륜(3)을 회전시키는 출력축(510)에 직경이 서로 다른 2개 이상의 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)가 일체형으로서 순차적으로 형성된 고정기어군(210, 410);
상기 페달축(100) 또는 상기 출력축(510)에 인접하여 회전가능하게 설치된 중공의 변속축(220, 420);
상기 각 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 치합되도록 상기 변속축(220, 420)에 각각 독립적으로 자유회전가능하게 설치된 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)로 이루어진 아이들기어군(230, 430);
상기 변속축(220, 420)에 내설되고, 상기 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)중 어느 하나를 선택적으로 고정시키는 변속로크수단(240, 440); 및
상기 동력전달축(300)의 제1 베벨기어(302, 304)와 치합되도록 상기 변속축(220, 420)의 일측에 형성된 제2 베벨기어(280, 480);를 포함하는 변속부(200, 400)가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
양단에 형성된 제1 베벨기어(302, 304)를 이용하여 페달축(100)의 구동력을 후륜(3)으로 전달하는 동력전달축(300)을 구비한 무체인 자전거용 동력전달장치에 있어서,
상기 페달축(100), 또는 상기 후륜(3)을 회전시키는 출력축(510)에 직경이 서로 다른 2개 이상의 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)가 일체형으로서 순차적으로 형성된 고정기어군(210, 410);
상기 페달축(100) 또는 상기 출력축(510)과 인접하여 회전가능하게 설치된 중공의 변속축(220, 420);
상기 각 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 치합되도록 상기 변속축(220, 420)에 각각 독립적으로 자유회전가능하게 설치된 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)로 이루어진 아이들기어군(230, 430);
상기 변속축(220, 420)에 내설되고, 상기 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)중 어느 하나를 선택적으로 고정시키는 변속로크수단(240, 440);
상기 변속축(220, 420)의 일측에 고정된 제1 연결기어(260, 460);
상기 제1 연결기어(260, 460)와 치합되도록 상기 페달축(100) 또는 상기 출력축(510)에 회전가능하게 설치된 제2 연결기어(270, 470); 및
상기 제2 연결기어(270, 470)의 일측에 형성되어 상기 동력전달축(300)의 제1 베벨기어(302, 304)와 치합된 제2 베벨기어(280", 480");를 포함하는 변속부(200", 400")가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 변속축(220, 420)의 길이방향을 따라 가이드홈(222, 422)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제 3항에 있어서,
상기 각 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)의 내주면에는 등간격으로 이루어진 다수의 걸림홈(g)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제 4항에 있어서,
상기 변속로크수단(240, 440)은,
상기 변속축(220, 420)에 내설되는 링 형상의 몸체(242a)와, 상기 가이드홈(222)과 상기 걸림홈(g)을 따라 안내되도록 상기 몸체(242a)로부터 연장 형성된 걸림돌기(242b)로 이루어진 스토퍼(242);
상기 스토퍼(242)의 몸체(242a)에 회전가능하게 설치되는 중심축(244a)과, 상기 중심축(244a)의 양단에 형성된 제1 및 제2 원판(244b, 244c)으로 이루어진 와이어 연결체(244);
상기 변속축(220, 420)에 인입되어 상기 와이어 연결체(244)의 일측에 연결된 와이어(W); 및
상기 와이어 연결체(244)의 일측을 탄성지지하도록 상기 변속축(220, 420)에 내설된 스프링(S);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고정기어군(210, 410)이 내설되는 제1 하우징(22, 32)과, 상기 아이들기어군(230, 430)이 내설되는 제2 하우징(24, 34)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제 6항에 있어서,
상기 제1 하우징(22, 32)과 제2 하우징(24, 34)을 각각 개폐하는 제1 덮개(22a, 32a)와 제2 덮개(24a, 34a)가 구비된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제 7항에 있어서,
상기 후륜측의 제1 덮개(32a)는 상기 후륜(3)의 회전 중심인 축심(520)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고정기어(211, 212, 213, 214, 411, 412, 413, 414)와 상기 아이들기어(231, 232, 233, 234, 431, 432, 433, 434)의 기어비는 1 : 0.2 ~ 7인 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 페달축(100)은 전기모터 또는 원동기와 연결된 것을 특징으로 하는 무체인 자전거용 동력전달장치.