KR20120082417A - 다중-바퀴 사이클 수동 추진용 페달-구동 시스템 - Google Patents

다중-바퀴 사이클 수동 추진용 페달-구동 시스템 Download PDF

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KR20120082417A
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KR1020127008763A
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나산 안소니 스콜라리
그레고리 제이 오웍
Original Assignee
자이크 엘엘씨
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Abstract

다중-휠 사이클 추진용 페달 구동 시스템(9)은, 조향 가능한 앞바퀴(12)와 적어도 하나의 종동 휠(14)을 갖는 사이클 프레임(10), 및 사용자의 각 발을 지지하기 위한 지지 부재(23, 24)를 각각 갖는 제 1 및 제 2 페달 아암(21, 22)을 갖는다. 지지 부재(23, 24) 각각은 상기 사이클 프레임(10)에 의해 상기 아암의 근위 단부(21a, 22a)에서 힌지 방식으로 지지된다. 상기 제 1 및 제 2 페달 아암(21, 22) 사이에는 구동 스핀들(40)이 상기 사이클 프레임(10)에 의해 지지된다. 구동 스핀들(40)은 가요성 전동 요소(50)와 뒷바퀴 치형 부재(60)를 사용하여 상기 적어도 하나의 뒷바퀴(14)에 구동력을 전달하기 위한 치형 부재를 갖는다. 페달 구동 시스템(9)은 각각의 상기 페달 아암(21, 22)을 상기 구동 스핀들(40)에 연결하는 제 1 및 제 2의 투-바아 링크장치를 추가로 갖는다. 투-바아 링크장치는 내측 바아와 외측 바아를 추가로 포함하고, 상기 내측 바아는 상기 페달 아암(21, 22)의 원위 단부(21b, 22b)와 근위 단부(21a, 22a) 사이에 각각 배치되는 하나의 크랭크 핀(G, I)을 갖는다. 각각의 크랭크 핀(G, I)은 상기 구동 스핀들(40) 주위에 180도 이격 배치되고, 상기 양 외측 바아 링크장치(F, H)는 상기 제 1 및 제 2 페달의 스트로크 위치의 단부에서 상기 각각의 페달 아암(21, 22)에 대해 상이한 각도 관계를 갖는다. 하나 또는 다른 하나의 상기 제 1 및 제 2 페달 아암(21, 22)은 바퀴의 회전에 의해 회전력을 상기 내측 바아의 크랭크 핀(G, I)으로 되돌릴 필요가 없이 항상 상기 내측 바아의 크랭크 핀(G, I)에 회전력을 인가할 수 있다.

Description

다중-바퀴 사이클 수동 추진용 페달-구동 시스템{PEDAL-DRIVE SYSTEM FOR MANUALLY PROPELLING MULTI-WHEELED CYCLES}
다중-바퀴 사이클, 또는 오늘날 시장에서 보통 스쿠터로 알려져 있는 것은 통상적으로, 중실의 고정된 또는 절첩식 핸들 바아에 의해 조향될 수 있는 앞바퀴, 및 일부가 이중 뒷바퀴 차축을 구비하는 뒷바퀴 상에 지지되는 플랫폼을 포함한다. 사용자는 간단히 하나의 발을 도로 또는 지면에 대해 밀어내서 구동 추력을 제공함으로써 스쿠터를 추진한다. 최근의 이러한 표준 소형 버전이 상당히 대중화되고 있다. 그러나, 20세기 초에도, 발 추진 구동에 대한 보다 편리한 대안으로서 상기 구조를 갖는 페달 구동 수단을 배치하고 스쿠터를 대신에 페달 동력에 의해 동력 공급하려고 시도했던 스쿠터는 많이 존재했다. 이 페달 구동 스쿠터 차량이 본 발명의 분야이다.
다양한 구동 시스템을 사용하여 스쿠터를 추진하는 많은 스쿠터 구조가 발명되었으며, 예를 들어 미국 특허 제4,186,934호는 래칫(ratchet) 드라이브를 갖는 스쿠터 추진 시스템을 기재하고 있다. "시소(see-saw)"형 메인 구동 페달에 부착된 슬롯형 구동 아암과 조합되는, 미국 특허 제1,750,187호에서의 것과 같은, 단일 래칫 휠 드라이브를 사용하는 페달 구동 수단을 고안하려는 많은 시도가 더 초기에 있었다. 체인 스프로켓 드라이브를 뒷바퀴에 링크시키는 치차열과 결합되는 단일방향 기구를 구비하는 래칫 드라이브는 미국 특허 제6,270,102 B1호에서 찾을 수 있다.
다른 클레버 래칫 기구는 미국 특허 제1,601,249호에 나타나 있듯이 페달 레버의 단부 상에 왕복 래칫운동 랙-기어를 사용한다. 이 형태의 그러나 보다 정교한 다른 래칫 기구는 미국 특허 제2,723,131호에 개시되며, 미국 특허 제4,124,222호 및 제6,857,648호에도 마찬가지로 개시되어 있다. 미국 특허 제1,440,372호에는 본 발명도 채용할 수 있는 섹터 기어 드라이브 및 이중 바퀴 후차축을 사용하는 이중 페달 설계가 기재되어 있다. 유사한 구조의 섹터 래칫 기어와 드라이브를 사용하는 최근 특허가 미국 특허 제6,688,624호에 기재되어 있다. 미국 특허 제2,436,199호에 기재된 래칫은 실제로 스프로켓 자체 내에 있다. 래칫 형태 드라이브의 또 다른 버전은, 페달이 체인 또는 케이블을 스프로켓 주위로 당긴 후에 체인 또는 케이블을 철회시켜 바퀴를 "펄스-구동"하기 위해 보통 일 단부에 스프링을 구비하는 구동 스프로켓 또는 기어를 갖는 케이블 또는 체인을 사용한다. 이들 형태는 미국 특허 제3,544,996호 및 제2,035,835호에 개시되어 있다. 이 형태의 보다 최근 버전은 미국 특허 제4,379,566호 및 제7,044,488호에 개시되어 있다. 이것의 다른 초기 버전이 미국 특허 제1,653,889호에 개시되어 있고 베르겐(Bergen) 특허 제2,118,640호와 화이트하우스(Whitehouse) 특허 제3,175,844호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 미국 특허 제5,368,321호에 개시된 훨씬 더 정교한 기구를 갖는 보다 최근의 미국 특허 제5,192,089호와 같이 케이블 및/또는 체인 플러스 래칫 조합 드라이브를 사용한다. 일부 보다 최근의 특허는, 전방 킥 페달과 스쿠터 후방에서의 두 바퀴를 사용하는 미국 특허 제3,992,029호; 제4,761,014호, 디자인 미국 특허 제D582,991호; 제6,796,570호 및 제7,487,987호에서와 같이, 일방 래칫에 대한 보다 작고 보다 짧은 다중-링크장치를 사용하고 이러한 케이블 및/또는 체인 구동을 인출하기 위해 후방 "킥-페달"을 추가함으로써 케이블 및 래칫 클러치 기구에 대해 개선하였다.
체인과 케이블 및 스프링 플러스 일방 래칫을 사용하는 미국 특허 제6,716,141호에 기재된 것을 구비하는 이들 상기 시스템은 모두 단수 또는 복수의 구동륜에 운동을 전달하는데 완전히 비효율적인 방식인 단일-방향 래칫 또는 일방 구동 기구에 의존하고 있다. 이들 상기 논의된 특허 및 이와 유사한 일부 다른 래칫형 구동 기구는 바퀴를 연속적인 원형 구동 방식으로 구동하지 않으며 구동할 수 없다. 페달이 하향 구동됨에 따라 케이블 또는 체인이 완전히 연장되므로, 케이블은 본 발명에서와 같이 링크장치 또는 크랭크 바아 타입 장치에서 그러하듯이 그 단일-방향 구동 모션으로부터 바퀴에 선형적이지만 비원형 운동으로 되감긴다. 이들 시스템에서 명백한 단점은 이전 스트로크로부터 스쿠터의 증가된 속도를 다른 페달의 다음 하향 스트로크 시의 새로운 이제 더 빠른 스트로크로 따라잡고자 할 때 페달 사용자의 운동의 "오버-러닝"이다.
이 원형이라기보다는 선형인 구동 모션을 예시할 수 있는 좋은 예가 구형 방아쇠-당김(trigger-squeeze) 장난감 스파크 건이다. 방아쇠를 당겨서 플라이휠 스파크석을 스핀 회전시켜 이를 부싯돌 내부에 대해 고속으로 브러싱시키면, 다음으로 방아쇠를 당기는 것은 바퀴가 스톤 휠 실제 속도를 다시 따라잡을 회전력 또는 토크력의 다른 펄스를 추가하기에 충분히 느려질 때까지 속도에 기여하는데 도움이 되지 않을 것이다. 따라서, 래칫화 방아쇠 또는 장난감 스파크 건은 래칫형 오버러닝 클러치 또는 일방 클러치 또는 베어링을 사용하는 상기 스쿠터 및 사이클에서와 유사하게 기능하게 될 "펄스형" 운동 구동만 제공한다. 이후, 케이블이 래칫 권취 스풀 및 바퀴 상에 반동되기 시작하고 있을 때 케이블 최대 연장 지점의 종점에서, 정확히는 그 지점에서, 반동 스테이지가 구동 모션을 되돌리기 시작할 때 선형의 날카로운 비원형 역전이 있지만, 그 지점에서만 종동 휠의 속도는 각각의 사이클에서 초기 "토크리스(torque-less)" 지점을 생성하며, 이 에너지는 선형 속도가 종동 휠의 회전 운동을 따라잡을 때까지 페달에 대한 사용자의 하향 발 스트로크에 의해 소비된다.
인체는 그 다양한 부재, 특히 팔과 다리의 거의 모든 동작 시에 원형 운동(연속적인, 롤링, 회전 운동)으로 움직이며, 따라서 케이블 및 체인 반동 일방 클러치 드라이브의 상기 선형 구동 속성이 사이클 사용자에게 매력적이지 않게 됨에 유의해야 한다. 이 발명의 사용자는 주로 페달 상에서 선형으로 상하 이동하고 있지만, "타이밍"은 여전히 상향 및 하향 페달 스트로크 내내 연속적인 구동 운동에 대해 여전히 원형이다. 따라서, 자전거는 실제로 그 기계적 효율을 결코 능가하지 못했는데, 이는 자전거가 동일한 인체 운동학 자연 설계에 일치하고 이것에 공헌하는 이 원형 페달 운동을 페달링하기 때문이다.
또 다른 스쿠터 또는 사이클은 회전 토크를 직접 종동 휠로 구동시키는 레버 시스템을 사용하거나, 중간 기어 또는 스프로켓 및 구동 수단을 포함하고, 대신 링크장치 드라이브를 사용하여 회전 운동을 바퀴로 가져간다. 미국 특허 제5,224,724호는 그 원위 단부 하에서 스프링 가압되는 단일 시소운동 플랫폼에 의해 구동되는 간단한 조화 구동을 갖는 스쿠터를 개시하고 있다. 스쿠터의 한 쪽에 있는 링크 레버는 뒷바퀴에 직접 연결되어 조화 운동을 주입한다. 이 구동 장치의 단점은 비록 그것이 최소의 저렴한 구동 구조를 갖지만 링크장치가 구속되지 않도록 뒷바퀴의 회전 모멘텀이 계속 유지될 필요가 있다는 것이다. 즉, 사용자는 뒷바퀴가 회전하는 내내 항상 상하로 시소운동해야 한다. 뒷바퀴에는 일방 래칫이 전혀 없으며, 하나가 제공될 경우 그 장치는 레버 아암(44, 34) 각각이 도 1, 도 4 및 도 5에 도시하듯이 상사점 위에서 뒷바퀴 차축(36)을 구속하게 될 것이므로 기능할 수 없을 것으로 믿어진다.
미국 특허 제1,558,851호에는 세 개의 링크장치를 사용하는 유사한 단일 아암 시소운동 시스템이 스프로켓 및 체인을 구동하고 또한 뒷바퀴 상의 스프로켓을 구동하는 스쿠터 내의 다른 링크장치 아암 구동 시스템이 기재되어 있다. 상기 '724 특허에서와 같이, 뒷바퀴의 회전 모멘텀은 링크장치가 구속되지 않도록 계속 유지될 필요가 있다. 미국 특허 제6,648,353호는 일 단부에서는 조절가능하게 경사진 레일 상에서 구르고 그 대향 단부에서는 레버 아암에 링크 연결되는 슬라이딩 페달을 구비하며, 상기 레버 아암은 '851 특허에서와 같이 유사한 뒷바퀴용 스프로켓 및 체인을 구동한다. 마찬가지로, 미국 특허출원 제2003/0025293 A1호는 역시 '353 특허에서와 같이 유사한 슬라이딩 드라이브를 사용하지만 왕복 페달 상의 슬롯에 핀을 사용하는 훨씬 더 간단한 직접 구동 링크장치를 개시한다. '851 특허와 유사한 다른 특허 또한 시소 플랫폼을 포함하지만, 스프로켓 및 체인을 사용하는 대신에, 뒷바퀴를 구동하기 위한 기어 세트를 사용한다. 다시, '351 특허 및 '293 출원뿐 아니라 이것은 뒷바퀴가 시소 플랫폼 운동에 관계없이 회전할 수 없다는 점에서 상기 양 특허와 동일한 한계를 갖는다.
미국 특허 제4,574,649호; 제4,630,839호; 제4,666,173호; 제4,666,174호; 제4,227,712호; 제4,421,334호; 제3,759,543호; 제3,759,543호; 제4,574,649호; 제5,335,927호; 제5,121,654호 모두가 기본적으로 자전거인, 시트를 갖는 바퀴달린 사이클에 대해 전술한 일방 클러치 및 유사 구동 기구의 형태를 사용한다는 점에서 종래 기술의 자전거를 논의하는 것이 적절하다. 다시, 동일한 왕복 체인 및 케이블 구동 기구를 채용하는 상기 스쿠터와 같이, 이들은 동일한 단점을 갖는다. 그 독특함에 관하여, 미국 특허 제5,351,575호는 역시 사용자-착석 사이클에 일방 클러치를 채용하는 펌핑 시스템을 사용한다. 따라서, 이 발명은 3 또는 4인치 직경 내지 27인치 이상까지의 큰 직경을 갖는 스쿠터의 범위에서 임의의 크기의 바퀴를 사용할 수 있고, 시트도 구비할 수 있으며, 따라서 이러한 기술을 관련되게 할 수 있다.
다른 관련 자전거 기술은 미국 특허 제5,992,864호 및 제5,470,089호에 기재되고 도시되어 있는 "큰바퀴 달린" 스쿠터 및 이를 위한 프레임이며, 양 구조는 동일한 크기의 앞바퀴 및 뒷바퀴를 갖고, 미국 특허 제5,899,474호는 앞바퀴 보다 훨씬 적은 뒷바퀴를 갖는다.
그 구조의 일부가 본 명세서에 개시된 발명과 형태적으로 유사한 특허는, 이중 페달 드라이브가 역시 치형 부재에 의해 단수 또는 복수의 뒷바퀴를 구동하기 위해 사용되는 각 페달에서 두 개의 바아 링크장치에 관절연결되는 미국 특허 제1,447,544호에서 찾아진다. 그러나, 이는 제한된 구조를 가지며, 따라서 제한된 기능을 초래하는 바, 그 이유는 하기에서 논의하듯이['544 특허의 52라인에 "...페달 보드(9, 10) 각각의 하면에 나사고정된다. 샤프트(15)에는 스프로켓(20)도 고정되며..."로 기재되어 있음] 안전 요소를 구비하는 본 발명의 여러가지 중요한 기계적 장점이 부족하기 때문이다.
상기 명료한 설명에 의하면, '544 특허는 허브 내부의 일방 클러치로도 공지된 자유회전(free-wheeling) 클러치가 개재됨이 없이 뒷바퀴 구동 스프로켓을 뒷바퀴 구동축에 직결하며, 이는 본 발명에서 이러한 클러치가 제공될 필요가 없는 것과 대조적이다. 또한 '544 특허가 스프로켓을 뒷바퀴 샤프트에 직접 부착하는 대신 그 휠 허브에 일방 클러치를 구비하는 것은 밀접한 관련이 있으며, 사실 발명자는 1922년 미국 특허 제959,509호에 개시된, 사이클용 클러치 코스터[일방 클러치 또는 래칫, 또는 프리휠]에 대해 적어도 12년 전에 접근했다. 이후 '544 특허가 본 발명에서와 같이 자유회전 뒷바퀴를 구비한다면 페달이 양쪽에서 내려갈 때 페달의 상하 운동은 록업될 것이며, 추가로 "페디-사이클(pedi-cycle)"의 구동 링크는 클러치가 페달 공회전 중에 페달을 움직이지 못하게 할 것이기 때문에 이것들을 순환 운동 유지하기 위해 뒷바퀴의 모멘텀에 의존할 수 없고 상사점 오버 록다운 위협으로 인해 구동 스핀들/샤프트를 전진시킬 수 없어서, 구동 시스템을 작동할 수 없게 만들기 때문에 심지어 위험하게 역행할 수 있으며, 이는 하기 논의에서 추가 설명된다. 이것들은 전술한 미국 특허 제5,224,724호가 갖는 한계와 동일한 한계이다.
이 심각한 단점은 '544 특허의 내용을 고려할 때 당업자에게 쉽게 자명해지며, '544의 링크장치 구조는 페달 아암 상에 배치된 피봇 또는 구동 링크를 메인 구동 스프로켓 스핀들 샤프트의 바로 위에(정확히는 상사점 위) 유지한다. 그렇게 하는데 있어서, 사이클이 기능하도록 직접적이고 반드시 연속적인 구동 관계(역방향 및 정방향)가 뒷바퀴에 의해 영구적으로 만들어진다. 페디-사이클이 크랭크(17)와 링크(19)를 구동 스프로켓 주위로 회전시키기 위해 항상 구동 스프로켓과 함께 연속 회전하기 위해 뒷바퀴의 모멘텀을 필요로 하며, 이것이 페달의 상하 사이클 동작을 유지하기 위해서도 필요하다는 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 바퀴와 스프로켓 사이의 연속 회전 운동을 유지하기 위해 뒷바퀴가 모멘텀에 의존하는 것은 페디-사이클의 심각한 한계이며, 고유한 단점을 초래하고 심지어 사이클 라이더에게 위험을 초래한다.
더욱이, 발명자는 "이런 식으로 페달(9, 10)의 상하 운동은 페디-사이클의 뒷바퀴의 연속적인 회전 운동으로 변형된다"고 기술하고 있다.
본 발명에서는 그 "자유회전" 또는 일방 클러치/래칫 휠에 있어서, '544 특허에 대해 가장 가까운 기계적 구동 구별 및 기계적 출력이 이루어지는 바, 사용자는 정말로 다른쪽 페달이 바퀴에 대해 일체의 연속적인 회전 구동 운동을 하지 않으면서 상하 운동하는 동안 한쪽 페달을 상하로 "래칫 또는 순환"시키기를 원할 수 있기 때문이다. 이것은 본 발명과 관련하여 중요한데, 예를 들어 라이더는 높은 각도의 "리드인(lead-in)" 커브 턴 비율을 필요로 하고 로우 페달측이 지면에서 뒤처지지 않기를 원하거나, 또는 간단히 한 다리를 운동하거나 심지어 자전거 페달 상에서 같은 식으로 전후로 "만보"하듯이 덜 공격적으로 구동하기 위해 페달 상에서 작은 직선 거리를 상하 이동(완전한 원형 사이클을 수행하지 않음)함으로써 "래칫-구동"하기를 원하기 때문이다. 따라서, 대향하는, 비구동 페달 운동의 "일부", 좀더 많은 운동은 본 발명에 의해, '544 특허와는 분명히 다르게 이루어질 수 있다.
544 특허와 관련하여, 페달 상의 사이클 라이더가 연속 뒷바퀴 운동에 관하여 아이들링 휴식 또는 비운동을 가질 가능성이나 옵션은 전혀 없이 페달의 구조가 항상 정확히 동기화된 대향 연속 동작-위치에 있다는 것도 당업자에게 자명하다. 즉, 페달의 운동은 바퀴의 운동과 결코 무관할 수 없다. 또한, 이 기계적 한계로 인해, 사이클 라이더는 한 발은 페달 위에 놓고 한 발은 지면을 밀어내면서 사이클을 전진시키기 시작하는데 있어서 안정성이 전혀 없다. 사용자가 사이클을 밀려고 한다면, 페달이 항상 상하로 왕복운동하는 동안 페디-사이클의 움직이는 페달을 아마도 발이나 정강이가 부상될 때까지 조작하고 극복해야 한다. 따라서, 사용자는 발로 밀어서 스쿠터를 스타트하고자 할 경우 한계를 갖는다.
사용자는 사이클을 탈 때마다 이러한 완고하고 연속적인 페달 동작에 의해 분명히 스트레스를 받고 피로해질 것이다. 이러한 구조적 한계는 스타트의 안전성 및 용이성 차원에서 바람직하지 않을 뿐 아니라, 안전, 용이한 제동, 점핑, 곡예부리기, 비탈 선회, 및 곡예 운전의 다양한 경험을 제한한다. 본 발명은 사용자의 경험을 증진시키기 위해 다양한 수정을 제공하는 구동 시스템 및 구조를 제공하며, 사이클을 안전하게 멈추기 위해 많은 각종 브레이크도 채용할 수 있다. 그러나, '544 특허에서의 서행 또는 정지 방법은 명백히 사용자의 다리를 내려 페달의 급속한 왕복 운동을 "억제"하는 동작인 바, 이는 특히 큰 모멘텀과 속도가 이미 주어져 있는 언덕을 내려가는 경우에 라이더에게 진정으로 해로울 수 있다. 이 사실로부터, '544 특허의 구조 및 사이클 시스템에서 브레이크가 전혀 없는 이유는 사이클이 상기 방법으로 서행 및 정지되기 때문이라고 결론짓는 것이 타당하다.
'544 특허의 다른 단점은, 자유회전하는 뒷바퀴를 지지할 수 있는 구조가 개시되어 있지 않기 때문에 예를 들어 자전거에서 널리 퍼져있는 통상 채용되는 스프로켓 및 변속기 시스템이 될, 기어 시스템의 변화가 전혀 포함되지 않는 것이다. 본 발명의 다른 링크 구조는 페달 아암 상에 위치하는 유사한 '544 페달의 피봇 또는 구동 핀을 여전히 유지하므로, 이러한 피봇, 크랭크 또는 구동 핀은 '544 특허와 달리, 메인 구동 스프로켓 스핀들 샤프트의 바로 위에 있지 않지만 이에 대해 오프셋(전방 또는 후방에, 그러나 상사점 오버는 아님)되는 것이 강조되어야 한다. '544 특허와 대조적으로, 본 발명은 '544 특허와 같이 뒷바퀴에 대해 후방 및 전방의 양방 구동 방향으로 직접적인 연속 구동 관계를 요구하지 않는다. 그러나, 본 발명에서, 하나의 페달 아암이 항상 다운될 때, 대향 페달의 상기 크랭크 핀은 이미 풀업 위치를 지나서 (상기 구동 스핀들의 상사점을 지나서) 있으며, 따라서 상기 제 1 및 제 2의 투-바아(two-bar) 링크장치의 접합부에서 페달을 재밍 또는 로킹 또는 역전되지 않게 유지하는데 필요한 후방 구동 휠의 연속 회전 모멘텀에 관계없이 구동 시스템의 연속 회전의 보장이 지속된다.
1922년('544 특허의 날짜) 이전에 사이클 바퀴용 자유회전 클러치가 확립되었으며, 이는 '544 특허가 필요할 경우 스쿠터 뒷바퀴 허브용 래칫 기구에 접근했음을 명백히 나타낸다. 그러나, 언급했듯이 미국 특허 제959,509호가 '544 특허 이전의 12년에 걸쳐서 자전거 및 기타 사이클에 사용되는 "코스터 휠"로 지칭되는, 이용 가능하지만 아직 활용되지 않는 자유회전 기구를 1910년에 충실하게 개시하고 있기 때문에, 상기 논의는 '544의 구동 구조가 래칫운동 또는 자유회전하는 뒷바퀴를 지지하지 않거나 지지할 수 없음을 나타낸다.
또한, '544 특허는 그 기어를 페달의 바로 뒤에 배치하기 때문에, 토크의 효율에 대한 잠재력이 크게 손실된다. 대조적으로, 본 발명은 페달 구동 효력과 그로인한 토크를 크게 향상시키기 위해 그 페달 구동 시스템을 훨씬 더 전방에 배치하며, 따라서 속도 및 노력의 우수한 효율에 대한 잠재력을 증가시키는 한편 근육 피로를 감소시킨다. 페달 구동 시스템을 전방으로 페달 아암 힌지 지점에 가깝게 근위 배치함으로써, 그리고 페달의 연장에 의해, 본 발명은 또한 크게 향상된 상하 스트로크 범위를 달성할 수 있으며, 이는 그 전술한 토크 개선과 조합하여 상당히 증가된 파워 및 속도를 생성하는 한편, 보다 효과적이고, 실현된 모멘텀 양에 대해 훨씬 적은 피로를 초래한다.
페달 구동 시스템의 위치는 가장 중요하며, 전방 위치는 가장 효과적인 중력 이용을 가능하게 하고, 이것이 없으면 많은 효력이 손실된다. 페달의 상하 추진에 있어서 운동 범위가 증가할수록, 사용자는 미끄러짐, 안전성 및 편안함의 이유로 비교적 편평하게 유지하는 것이 바람직해진다. 따라서, 페달 아암 각도를 상승시킴으로써, 사용자는 스트로크의 추가 범위로부터 이익을 얻을 수 있는 한편, 동시에 상향 스트로크의 피크 각도의 경사를 감소시키며, 마찬가지로 하향 스트로크에서의 하강 각도를 감소시킨다. 그러나 '544 특허는 페달의 위치가 프레임 바로 위에 위치하고 페달의 매우 먼 단부에 위치하며 따라서 특히 하향 위치에 대해 스트로크 범위를 억제하므로 그 스트로크 범위를 제한한다. 이러한 작은 운동 범위는 불리하다.
마지막으로, 중간 변속을 전방으로 이동시키는 본 발명에 의하면, 기어 변속기를 수용하기 위한 공간이 이용 가능하게 되며, 종래 기술에서는 이를 달성하기 위한 공간이 배제되어 있다. 종래 기술에 비해서 중력/효력, 추진력, 속도, 감소된 피로, 증가된 안락함, 제어와 안전, 및 트릭 사용의 효과적인 사용과 같은 다른 중요한 개선점은 하기 요약에서 알 수 있다.
본 발명의 주 목적은, 다중-바퀴 사이클을 적어도 하나의 앞바퀴, 바람직하게는 단 하나의 뒷바퀴로 또는 경우에 따라서는 두 개의 뒷바퀴로 추진하기 위한 페달-구동 시스템을 제공함으로써 상기 종래 기술의 결점 및 단점을 해결하는 개선된 페달 작동 사이클 또는 스쿠터 구조를 제공하는 것이다.
본 발명은 그 근위 단부에서, 바람직하게는 사이클 프레임의 (경우에 따라 후방에서 힌지결합되는 것과 반대로) 전방 근처에서 힌지결합되는 제 1 페달 레벨 아암을 구비한다. 즉, 상기 근위 힌지는 사이클 프레임의 전방에 대해 전방 배치되고 후술하는 투-바아 링크장치 시스템에 대해서도 전방에 배치될 것이다. 그러나, 특히 보다 나이든 사이클 라이더에게는 페달 아암의 근위 피봇 지점(및 따라서 구동 기구 또는 상기 투-바아 링크장치 시스템)이 사이클의 전방과 대향하여, 프레임의 후방 부분 또는 중간 영역 근처에, 심지어 직립 사용자의 뒤에 배치되고, 원위 단부가 사이클 프레임 또는 보디의 전방 또는 전방 섹션 근처에 배치되는 것이 보다 편리할 수 있다. 즉, 상기 근위 힌지는 사이클 프레임의 전방에 대해 후방 배치되고 상기 투-바아 링크장치 시스템에 대해 후방 배치될 것이다.
어느 위치에 있든 그 근위 단부와 원위 단부 사이에 있는 이 제 1 페달 아암은 또한 크랭크 핀 위협에 의해 제 1 투-바아 링크장치의 제 1 단부에 구동 부착되고, 상기 제 1 투-바아 링크장치 또한 그 자신의 제 2 단부에서 공통 구동 스핀들의 제 1 단부에 구동 부착되며, 스핀들은 사이클 프레임 축에 수직하게 배치된다. 구동 스핀들의 제 2, 대향 단부는 마찬가지로 제 2 투-바아 링크장치의 제 2 단부에 구동 부착된다. 제 2 투-바아 링크장치 또한 제 2 투-바아 링크장치의 제 1 단부에서 크랭크 핀에 의해 제 2 페달 레버 아암의 원위 단부와 근위 단부 사이에 구동 부착된다. 제 2 페달 아암의 근위 단부 또한 사이클 프레임의 (경우에 따라 후방에서 힌지결합되는 것과 반대로) 전방 근처에서 힌지결합되는 것이 바람직하다. 이들 투-바아 링크장치는 또한 커넥터 바, 또는 커넥터 링크장치로도 지칭될 수 있다.
상기 투-바아 링크장치의 양자는 하나의 내측 크랭크 바로도 알려져 있는 하나의 내측 커넥터 링크장치를 각각 가지며 이들 내측 커넥터 바아 양자는 그 크랭크 핀 위치 관계에서 180도 이격되어 있음에 유의해야 한다. 그러나, 이들 내측 바아 양자는 제거될 수 있으며, 투-바아 링크장치에서 커넥터 핀의 동일 거리를 그 스핀들 중심으로부터 등거리에 각 측부에 하나씩 부착되는 크랭크 핀을 갖는 디스크가 배치된다. 더욱이, 이 동일한 대체 출력 디스크는 그 둘레에 스프로켓 티쓰 또는 기어, 또는 풀리 티쓰를 가질 수 있으며, 따라서 상기 내부 링크가 제거될 수 있고, 상기 디스크는 그 장소를 위에서 제 2 링크장치 아암 또는 출력 아암으로 지칭되는 두 개의 외측 크랭크 바, 또는 출력 바아를 갖는 크랭크 부재 자체로서 취한다. 그러나, 바람직한 실시예에서는 스핀들 및 치형 부재를 안전하고 신뢰성있는 드라이브 구조에 고정하기 위한 베어링 지지 브래킷의 촉진 때문에, 상기 디스크 대신에 별도의 두 개의 내측 크랭크 또는 내측 바아를 갖는 것이 보다 편리하다.
상기 페달 아암과 제 1 및 제 2 상기 투-바아 링크장치는 각 페달의 하향 스트로크마다 상기 구동 스핀들을 그 회전축 주위로 회전 구동시키기 위해 고유하게 구성되며, 따라서 하나의 페달 아암이 항상 다운될 때 대향 페달의 상기 크랭크 핀은 이미 풀업(full up) 위치를 지나서(상기 구동 스핀들의 상사점을 지나서) 있으며, 따라서 상기 제 1 및 제 2의 투-바아 링크장치의 접합부에서 페달을 재밍 또는 로킹 또는 역전되지 않게 유지하는데 필요한 후방 구동 휠의 연속 회전 모멘텀에 관계없이 구동 시스템의 연속 회전의 보장이 지속된다.
입력 디스크 또는 치형 종동 출력 부재의 각 측에서 쓰리-바아 링크장치가 될 것에 있어서, 본 발명의 구동 시스템의 페달 아암, 즉 제 1 및 제 2 페달 아암을 제 3 구동 입력 바아로서 기술할 수 있지만, 페달 아암 세트를 갖는 이중 투-바아 링크장치 시스템의 관점에서 본 발명을 기술하는 것이 바람직하다. 페달 아암은, 서서 페달을 밟든 앉아서 페달을 밟든 사용자의 밟는 발(pedaling feet)을 지지하는 플랫폼으로 구성될 수 있다. 막대, 튜브 또는 아암과 같은 지지 부재는 그것에 부착되는 페달 플랫폼을 아래에서 떠받칠 수 있지만, 페달 플랫폼과 지지 부재는 사용자가 밟고 설 수 있는 지지 재료의 단일 일체 세장형 피스일 수 있음이 자명하다. 사용자는 지지 부재 자체 상에 간단히 바로 설 수 있으며, 심지어는 이들을 지지하기 위해 일체의 플랫폼 또는 사이드 연장부를 필요로 하지 않는다. 또한, 지지 아암은, 가볍고 바람직하게는 튜브형이며, 용접 또는 몰딩에서와 같이, 튜브 섹션과 같은 지지 아암에 일체로 부착되는 충분히 강한 재료인 임의의 재료의 사이드 지지 아암을 가질 수 있음이 가능하다. 이들 사이드 연장부는 지지 부재의 축에 대체로 수직하게 외측으로 돌출할 수 있으며, 사용자는 그 위에 부착된 플랫폼 상에 서야 하는 대신에, 그 위에 직접 설 수 있다. 더욱이, 이들 연장부는 형태상 소형 사이드 샤프트 및 회전가능한 페달일 수 있거나, 또는 자전거 상의 연장부와 마찬가지로, 페달을 회전 가능하게 지지하는 샤프트를 회전 가능하게 지지할 수 있는 연장부로서 존재할 수 있다.
상기 구동 스핀들은 추가로 정지 피봇 위치로서 기재되며, 페달의 근위 힌지 지점과 같이 정지 피봇 위치로서 기재된다. 이들 두 정지 피봇 위치 사이의 거리는 상기 근위 힌지 지점과 페달 아암 크랭크 핀 사이의 거리보다 길거나 짧아야 함을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 거리가 길면, 출력 스프로켓은 일 방향으로 회전할 것이고, 짧으면 출력 스프로켓은 반대 방향으로 회전할 것이다. 보다 중요하게, 전술했듯이 상기 짧거나 긴 정지 피봇의 거리가 상기 근위 힌지 지점과 페달 아암 크랭크 핀 사이의 거리와 같은 거리이면, 기구는 전술한 상사점 오버 위치로 인해 록다운될 것이며, '544 특허에서와 같이 뒷바퀴 상의 후방 구동 스프로켓이 휠 허브 구동 샤프트에 직접 고정되면, 뒷바퀴의 모멘텀은 투-바아 링크장치가 구속되거나 역전되지 못하게 할 것이다. 이 겉보기에 작은 중요한 구조적 차이로 인해 본 발명은 후방 구동 휠의 모멘텀에 대한 종속에 한정되지 않고, 대신에 자유회전하는 종동 휠을 사용할 수 있으며, 따라서 '544 특허의 구조에 비해 상기 및 하기 주요 장점을 갖는다.
추가로, 내측 바아 상의 상기 크랭크 핀 또는 상기 디스크는 상기 스핀들 또는 출력 샤프트 주위에서 180도 이격 유지되기 때문에, 상기 제 2 바아 링크장치 양자는 상기 각각의 내측 크랭크 아암에 대해 상이한 각도 관계를 가질 것이다. 또한, 상기 페달 아암의 스트로크 종료 위치(하나는 위 다른 하나는 아래)에서, 이들은 상기 외측 크랭크 아암에 대해 상이한 각도 관계를 갖고 있다. 그리고 마지막으로, 하나의 또는 다른 하나의 입력 바아는 항상 상기 외부 디스크 또는 상기 출력 크랭크 아암에 회전력을 인가할 수 있으며('544 특허에서는 사실이 아님), 그렇지 않으면 스프로켓은 오버러닝 클러치 또는 자유회전 능력을 전혀 갖지 않으며, 휠의 회전 모멘텀은 상사점 오버 링크장치를 그 록다운 중심 오버 위치를 지나서 구동하며, "스트로크 종료" 위치에서 페달의 각 스트로크를 발생시킨다.
구동 스핀들은 치형 풀리와 같은 종동 치형 부재, 또는 나중에 바람직하게 사이클의 단수 또는 복수의 뒷바퀴 상의 스프로켓 또는 다른 치형 부재를 구동할 수 있는 치형 벨트 또는 체인과 같은 가요성 전달 요소를 직접 구동할 수 있는 스프로켓을 추가로 구비한다. 치형 부재는 또한 대신에, 회전 운동을 상기 바람직하게는 단수 또는 복수의 뒷바퀴에 전달할 수 있는 다른 기어 또는 기어 샤프트를 구동하는 기어, 그 위의 종동 기어일 수 있다. 더욱이, 심지어 벨트를 갖는 풀리는, 뒷바퀴 허브 상에 있거나 중간 변속기에 연결되는 다른 풀리에 회전 운동을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
더 높은 속도를 얻기 위해, 임의 형태의 제 2 기계적 속도-증가 변속기, 스프로켓과 체인, 또는 치차열, 기어-세트, 또는 임의의 다른 전동 수단은 바퀴에 대한 상기 스핀들 및 치형 부재의 직접 구동을 간섭할 수 있고 종동 휠에서 최종 기어비를 높일 수 있다. 예를 들어, 스프로켓형 자전거 드라이브에 보통 사용되는 통상적인 다중-스프로켓-원추 및 속도 변경 체인-변속기가 페달 구동 시스템의 기재된 변속기를 따라서 변속기 내의 어느 곳에나 통합될 수 있다. 또한, 표준 다단(통상 3단) 내부 치차열 허브가 구동 시스템 내의 어느 곳에나 통합될 수 있지만, 바람직하게는 후방 종동 휠 허브 내에 통합되어 메인 페달 구동 시스템과 함께 종동 휠 상의 속도 및 토크를 변경할 수 있다.
다른 실시예에서 구동 기구는 뒷바퀴에 구동 연결되기 전에 심지어 제 3의 "스텝업(step-up)" 중간 변속기를 구비할 수 있다. 페달 구동 시스템은 모든 소, 중, 대 크기의 수동 급전되는 사이클-차량에, 특히 스쿠터 및 자전거 양자에 사용될 수 있으며, 이는 또한 구동 추진을 보조하기 위해 스쿠터 산업에서 보통 널리 퍼져있는 전기 모터 및 배터리를 구비할 수 있다.
자유회전 기구를 뒷바퀴 또는 뒷바퀴 허브에 뿐만 아니라 허브 중 임의의 것에 또는 상기 중간 변속기의 구동 샤프트 또는 종동 샤프트 상에 구비하는 것은 제조 및 조립 비용의 절감과 수리 또는 부품 교체의 용이함으로 인해 기계적으로 유리할 수 있다. 예를 들어, 표준 #41 자전거 체인 또는 유사한 토크 하중-지지 용량 #35 산업용 체인이 메인 구동 스핀들의 스프로켓 상에 사용될 수 있지만, 다른 스프로켓 및 체인과 같은 하나 또는 심지어 두 개의 중간 변속기를 사용할 경우, 속도 "스텝업"은 그 단부 구동 스프로켓에서(예를 들면, 종동 휠에서) 더 클 것이지만 토크는 그렇게 크지 않을 것이며, 무게와 비용을 최소화하여 상기 페달 구동 시스템을 생산하기 위해 더 가벼운 #25 스프로켓이 사용될 수 있는 것이 알려져 있다.
본 발명의 일부 추가 목적 및 장점은, 페달 구동 시스템이 사용자에게 페달을 계속 움직여서 발을 불안정한 자세로 만들지 않고 한 발은 적당한 페달 위에 정지 상태로 확실하게 배치하면서 다른 발로 밀어내는 안전하고 간단한 노력에 의해 동작을 초기화하는 능력을 제공하는 것이다. 종래의 미국 특허 제1,477,544호는 그 자체를 "이런 식으로 페달(9, 10)의 모든 상하 운동은 페디-사이클의 뒷바퀴의 연속적인 회전 운동으로 변환된다"고 명시된 방식으로 제한하였다. 이것은 발을 페달 위에 놓은 상태로 사이클이 단순히 "전진" 또는 후진할 경우 종래의 스쿠터가 사용자로 하여금 구동 페달의 일정한 상하 운동을 극복하도록 강요하기 때문에 유의해야 하는 중요한 것이다. 이 스타트 동작은 훨씬 더 안정적이어서 보다 안전할 뿐 아니라 수행하기에 보다 쉬우며, 따라서 본 발명에서 피로를 최소화하고 효율을 최대화하는 바, 이는 그 구조가 사용자에게 전체 스쿠터 운전 경험 내내 휴식 자세를 전혀 허용하지 않고 심각한 피로, 부상 및 위험 문제를 생성하기 때문이다. 동작 중에, '544 구조에 의하면 사용자가 점점 더 피곤해지는 바, 사용자는 발을 휴식 자세에 놓은 채로 "타력 진행"하거나 전진하기 위한 선택권이나 능력이 없기 때문이다.
다른 목적은 사용자가 앞바퀴는 공중에 두고 뒷바퀴는 지면에 접촉시킨 상태에서 "후륜주행(wheelie)"을 수행하면서 라이딩 또는 휴식 자세에 놓이는 것과 같은 "트릭", 스턴트 또는 각종 라이딩 스타일의 옵션을 가질 수 있게 하는 것이다. 사용자는 또한 양 타이어를 지면에서 띄운채로 점프 및 곡예를 수행할 수도 있다. 점프 성능을 더 향상시키기 위해, 본 발명은 사용자가 점프를 할 때 페달에 가해지는 하방 중량 또는 힘을 허용하기 위해 충격 흡수 부싱을 포함할 수 있다. 사용자가 "후륜주행"을 수행하기 위한 능력 및 옵션을 더 향상시키기 위해 다양한 크기의 바퀴와 우레탄, 솔리드 고무 또는 공기압 타이어를 포함하는 다양한 재료로 구성된 바퀴가 사용될 수 있다. 발 페달은 후륜주행 사용 시에 보다 양호한 제어를 위해서 후방 단부 영역에서 구부러질 수도 있다.
본 발명은 후륜주행을 유지하고 조향 반응 시에 근력 사용이 토크를 증가시킬 수 있도록 체중을 아래로 끌어내리기 위한 바아 사용 능력과 같은 다양한 라이딩 경험을 제공하기 위해 절첩 신축식 조향 칼럼을 포함할 수 있다. 이 구조는 최적의 효율, 안정성 및 편안함을 위해 전진 또는 후진 조향의 적절한 포지셔닝과 더불어 발이 페달 위에서 상하로 운동할 때 팔에 대해 다양한 핸들 위치를 제공한다. 피로가 최소화되고 적절한 등 자세가 향상된다. 이들 핸들 옵션에 의하면, 사용자는, 등허리에 대한 과도한 변형을 완화시키고 장시간의 약간 구부러진 자세로 전방 기댐을 방지하는 등 자세를 취하고 유지하게 된다.
본 발명은 또한 절첩 신축식 바이크 시트를 포함할 수 있다. 이는 사용자에게 후방 경사(뒤 타이어를 향한)를 제공하여 체중을 스쿠터 또는 사이클의 후방으로 분산시킬 것이다. 이는 조절 가능한 핸들 바아를 유사한 후방 위치에 위치시키는 것과 조합되어, 이완되거나 신속 주행 자세 또는 후륜주행 자세를 보다 양호하게 달성하고 지속하기 위해 선호되는 능력, 용이함 및 밸런스를 향상시키기 위해 후방으로의 체중 이동을 가능하게 할 것이다. 조향 아암 및 시트 양자에 대한 절첩 및 신축 옵션은 또한 스쿠터 또는 사이클을 운반하거나 보관하기 위한 콤팩트한 방법을 제공할 것이다.
상기 개요는 일반적인 것이며, 본 발명을 요약하는 역할을 한다. 앞서 요약한 것 이외의 추가 특징 및 수정은 하기 설명에서 기술될 것이다. 당업자라면 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않으면서 본 발명의 목적을 달성하기 위해 채용되는 것을 대체할 수도 있는 가능한 보편적이거나 특정한 수정을 알 수 있음이 자명하다.
도 1은 시스템의 메인 링크장치 구동 부품을 둘러싸는, 부품 관찰점 X'를 구비하는, 보다 작은 선택적 바퀴 버전에서의 본 발명의 페달 구동 시스템의 사시도이다.
도 2는 경우에 따라 페달 구동 시스템의 큰 바퀴 버전에 적응될 수 있는, X'에서의 페달 구동 시스템 부품의 도시도이다.
도 3은 본 발명에서 X' 내에 둘러싸인 구동 부품과 함께 사용될 수 있는 다양한 크기의 바퀴의 적용-기초 사시도이다.
도 4는 구동 시스템의 속도비 출력을 증가시키기 위해 추가 증속 변속기가 조합될 수 있는, 본 발명의 수정예의 사시도이다.
도 5는 멀티-스프로켓-원추 속도 변경 변속기를 추가로 포함할 수 있는, 도 4의 상기 중간 변속기의 도시도이다.
도 6은 구동 시스템의 속도비 출력을 증가시키기 위해 두 개의 추가 증속 변속기가 조합될 수 있는, 본 발명의 다른 수정예의 사시도이다.
도 7은 X' 내의 부품들이 사이클 프레임의 전방 단부를 향하는 페달의 원위 단부를 추가로 갖는 페달 구동 시스템의 큰 바퀴 버전에 선택적으로 적응될 수 있는, 본 발명의 측면도이다.
도 8은 사이클 프레임에 부착되고 스프로켓 체인에 구동 결합될 수 있는 보조 전동기를 추가로 포함하는 도 1의 구동 시스템의 사시도이다.
도 9는 페달 위치의 다양한 스테이지를 통해서 시스템의 링크장치의 관계를 도시하는 페달 구동 시스템 부품의 순서도이다.
도 10은 페달 아암과 그 각각의 근위 고정 힌지 지점 및 페달 구동 시스템의 구동 스핀들에 관한 구동 또는 크랭크 핀에 대한 두 쌍의 링크장치의 중요한 각도 관계의 평면도 및 사시도이다.
도 11은 메인 구동 스핀들을 구동하기 위해 사용될 수 있는 몇 가지 선택적인 변속기를 도시하는, 도 4에 도시된 구동 부품의 측면도이다.
도 12는 짧아진 프레임(또는 더 긴 페달 아암)을 추가로 도시하는, 도 1에 도시된 페달 구동 시스템의 사시도이다.
도면과 상기 개요에 예시된 바람직한 실시예를 설명하는데 있어서, 명료함을 위해 특정 용어학에 의존해야 한다. 그러나, 이렇게 선택되는 특정 용어에 제한되려는 것은 아니며, 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함하는 것을 알아야 한다.
도 1 내지 도 12, 특히 도 1과 도 2를 참조하면, 다중-바퀴 사이클을 추진하기 위한 페달 구동 시스템(9)이 개시되어 있는 바, 이는 핸들 바아(82), 그 근처에 힌지가 구비될 수 있는 가능한 핸들 힌지 영역(128), 제 1 브레이크 조립체(84), 제 2 브레이크 조립체(86) 및 기어 변환 조립체(88)를 구비하는 핸들 조립체(Y')를 포함한다. 상기 구동 시스템(9)은 시트(94)와 시트 연장 힌지(96)를 구비하는 힌지결합될 수 있는 시트 조립체(Z')를 갖는 것을 알아야 한다. 상기 페달 구동 시스템(9)은 사이클 프레임(10)을 추가로 구비하고, 사이클 프레임은 선택적 바퀴 상대 크기(12a 내지 12d)를 갖는 조향가능한 앞바퀴(12) 근처에 프레임 축(A-A) 및 근위 힌지 축(B-B)을 가지며, 상기 프레임(10)의 후방 단부 근처에는 상대 크기 범위(14a 내지 14d)를 갖는 적어도 하나의 종동 휠(14)이 존재한다. 상기 프레임(10)은 근위 단부(21a)와 원위 단부(21b)를 갖는 제 1 페달 아암(21), 및 근위 단부(22a)와 원위 단부(22b)를 갖는 제 2 페달 아암(22)을 지지한다.
제 1 지지 부재(23) 및 제 2 지지 부재(24)는 사용자가 상기 페달 구동 시스템을 밟고 라이딩하기에 충분할 수 있지만, 그 위에 각각 부착되는 제 1 및 제 2 플랫폼(25, 26)을 추가로 구비할 수 있으며, 각각의 상기 지지 부재는 지지 아암 힌지(100)에 있는 그 근위 단부에서 상기 사이클 프레임(10)에 의해 힌지 방식으로 지지된다. 상기 제 1 및 제 2 페달 아암은, 단지 상기 페달 아암(21, 22)을 각각 따르거나 상기 제 1 및 제 2 지지 부재(23, 24)를 각각 따르는 수직 립 에지일 수 있는 체인 가드(71)를 구비할 수 있다.
사이드 지지 부재(122)에 회전 가능하게 지지되는 페달 부싱(126)에 선택적 회전 가능한 페달(124)을 구비하는 것이 유익할 수도 있다. 이 페달은 형상이 넓거나 길고 좁을 수 있으며, 사용자가 상기 페달 아암(21, 22)에서 달성할 수 있는 것보다 많은 각도로 다리 추진을 시프트할 수 있는데 있어서 더 큰 유연성을 허용할 수 있다.
또한 시스템의 메인 링크장치 구동 부품을 둘러싸는 부품 관찰점(X')에 유의하면, 상기 페달 구동 시스템(9)은 또한, 제 1 단부(31a)와 제 2 단부(31b)를 갖고 추가로 내측 바아(G)와 외측 바아(F) 뿐만 아니라 커넥터 핀(33) 및 구동 핀으로도 알려져 있는 페달 크랭크 핀(35)을 포함하는 제 1 투-바아 링크장치(31); 제 1 단부(32a)와 제 2 단부(32b)를 갖고 추가로 내측 바아(I)와 외측 바아(H) 뿐만 아니라 커넥터 핀(34) 및 구동 핀으로도 알려져 있는 페달 크랭크 핀(36)을 포함하는 제 2 투-바아 링크장치(32)를 포함하며, 상기 구동 핀(35)은 각각의 상기 페달 아암(21, 22)의 상기 원위 단부와 상기 근위 단부 사이에 위치한다.
상기 내측 바아(G, I)에는 상기 페달 크랭크 핀(35, 26)이 각각 고정되며, 이들 크랭크 핀은 구동 스핀들(40) 주위에서 각각에 대해 고정된 180도 관계로 유지된다. 스트로크 위치의 상기 제 1 및 제 2 페달 단부에서, 즉 하나의 페달이 한 쪽에서 완전히 내려가 있고 반대쪽 페달이 상기 사이클 프레임(10)의 다른 쪽에서 완전히 올라가 있는 시점에서, 상기 외측 바아 링크장치(F, H) 양자는 각각, 상기 각각의 페달 아암(21, 22)에 대해 상이한 각도 관계를 갖는 것에 유의해야 한다.
상기 페달 구동 시스템(9)의 상기 구동 스핀들(40)은 상기 제 1 및 제 2 페달 아암(21, 22) 사이에서 상기 사이클 프레임(10) 상의 좌측 지지 브래킷(41)과 우측 지지 브래킷(43)에서 지지된다. 상기 구동 스핀들(40)은 추가로, 제 1 단부(40a)와 제 2 단부(40b) 뿐만 아니라, 구동력을 가요성 전달 요소(50)와 뒷바퀴 치형 부재(60)를 사용하여 상기 적어도 하나의 뒷바퀴(14)에 전달하기 위한 치형 부재(44), 및 상기 적어도 하나의 뒷바퀴(14)에 추가될 수 있을 뿐 아니라 내내 논의되는 것과 같은 장점을 가능하게 하는 제 2 추가 변속기(116) 허브(62) 또는 제 3 추가 변속기(114) 허브(63)에 대신 구비될 수 있는 자유회전 클러치 기구(59)를 포함한다. 즉, 상기 자유회전 클러치(59) 또는 일방 클러치 기구 또는 단일-방향 베어링은 상기 뒷바퀴(14)가 자유회전 스핀될 수 있도록 페달 구동 시스템의 상기 추가 중간 증속 변속기 중 임의의 것에 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 2 추가 변속기(116) 또는 상기 제 3 추가 변속기(114)는 자전거에서 주지되어 있는 스프로켓 변속기 기구(104)를 추가로 포함하고, 자전거에서와 같이 다양한 속도와 토크가 쉽게 달성될 수 있도록 스프로켓 원추 카세트(102) 및 변속기 케이블(112)을 추가로 포함하는 것이 유용할 수 있다. 추가 특징은, 전술한 단수 또는 복수의 종동 변속기를 따라서 어느 곳에나 상기 자유회전 기구(59)가 있을 수 있는 곳은 어디에나 도 2에 도시된 다중-속도 전동(gearing) 허브(98)가 구비될 수 있으며, 따라서 그렇게 하기 위한 상기 변속기 시스템(104)이 필요 없이 속도 및 토크 변경의 바람직한 효과가 추가된다는 것이다.
추가로, 특히 도 4 내지 도 6에서는, 표준 넘버-41 자전거 체인 또는 유사한 토크 하중-지지 용량 넘버-35 산업용 체인이 상기 메인(더 무거운 토크) 구동 스핀들(40)의 상기 스프로켓(46)에 사용될 수 있고, 상기 자유회전 스프로켓 허브(59)에 연결되는 상기 중간 속도 스텝업 변속기(116, 114) 각각의 제 3 체인(80) 및 제 2 체인(81)은 편리하게 보다 가볍고 적은 중량의 넘버-25 체인일 수 있으며, 적어도 하나의 상기 뒷바퀴(14)의 상기 스프로켓(60)은 넘버-25 스프로켓일 수 있음에 유의해야 한다.
도 10을 특히 참조하면, 출력 디스크(120)의 중심에 있는 상기 구동 스핀들(40)은 추가로, 각각 정지 피봇 위치인 페달(21a, 22a)의 상기 근위 힌지 지점과 같이 정지 피봇 위치로서 기술된다. 이들 상기 두 개의 정지 피봇 위치 사이의 거리는 반경 거리 라인(N-N) 및 반경방향 단면(N'-N')에 의해 각각 도시되는 상기 근위 힌지 지점(21a, 22a)과 상기 페달 아암 크랭크 핀(35, 36) 사이의 거리에 비해 대응 반경방향 단면(L'-L')을 갖는 반경 거리 라인(L-L)으로 도시되듯이 길거나 대응 반경방향 단면(M'-M')을 갖는 반경 거리 라인(M-M)으로 도시되듯이 짧아야 하는 것을 이해하는 것은 중요하다. 이러한 거리가 길면, 상기 출력 치형 부재(44)는 일 방향으로 회전할 것이고, 짧으면 상기 출력 치형 부재(44)는 반대 방향으로 회전할 것이다.
보다 중요한 것은, 전술했듯이, 상기 반경방향 축선(N-N)을 갖는 경우에서와 같이 상기 짧거나 긴 정지 피봇의 거리가 동일하면, 메커니즘은 '544 특허에서와 같은 경우를 제외하고 전술한 오버 상사점으로 인해 록다운될 것이며, 여기에서 그 뒷바퀴에 제공되는 후방 구동 스프로켓은 바퀴 허브 구동 샤프트에 직접 고정되고, 이후 뒷바퀴의 모멘텀은 '544 특허의 "중심-위(over-the-center)" 투-바아 링크장치를 '544 특허의 경우에서와 같이 구속되거나 역전되지 않게 할 것이라는 점이다. 이 겉보기에 작은 구조적 차이는 중요하며, 이로 인해 본 발명은 후방 구동 휠의 모멘텀에 대한 종속에 한정되지 않고, 대신에 상기 자유회전 치형 부재(60)를 갖는 종동 휠을 사용하며, 따라서 '544 특허의 구조에 비해 상기 및 하기 설명에서 논의되는 주요 장점을 갖는다.
추가로, 이 각도 관계는 상기 L-L, M-M, N-N 반경 라인 및 그 각각의 상기 반경방향 단면을 포함할 뿐 아니라, 다시 도 10을 참조하면 각도(QV, QR)를 형성하는 교차축(Q-Q, V-V, R-R)을 포함하며, 상기 각각의 크랭크 핀(33, 34)은 각각 상기 구동 스핀들 주위에 180도 이격된 상태로 유지되고, 상기 외측 바아 링크장치(F, H) 양자는 각각, 도 10에 명시되어 있는 상기 페달의 중간-위치 스트로크에서뿐 아니라 이제 도면을 참조하면 도 9d에 명확히 단면 도시된 스트로크 위치의 상기 제 1 및 제 2 페달의 단부에서 상기 각각의 페달 아암에 대해 상이한 각도 관계를 갖는다.
상기 페달 구동 시스템(9)의 차이를 명시하는데 도움이 될 수 있는 다른 요소는, 상기 종동 휠(14)의 회전에 의해 상기 내측 바아의 크랭크 핀으로 회전력을 되돌릴 필요가 없이 하나의 또는 다른 상기 제 1 및 제 2 페달 아암(21, 22)이 항상 상기 내측 바아의 크랭크 핀(G, I) 각각에 회전력을 인가할 수 있다는 점이다.
도 3은 바람직하게는 폴리머 또는 공기압 타이어에서, 재료 또는 허브 구조의 임의의 범위에서, 본 발명에서 X'로 둘러싸인 구동 부품에 대해 어떤 사이즈 범위의 휠이 사용될 수 있는지를 4인치, 7인치, 12인치, 16인치, 20인치 및 24인치 또는 26인치 휠 쌍 직경에 의해 간단히 예시한다.
도 11은 선택적인 구동 조립체(70)를 도시하고, 여기에서 상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 치형 풀리(46)를 갖는 치형 풀리 조립체(92)이며 상기 가요성 구동 부재는 치형 벨트(47)이고; 둘째로 상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 풀리 휠(49)을 갖는 벨트 풀리 조립체(90)이며 상기 가요성 구동 부재는 풀리 벨트(45)이고; 셋째로 상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 기어 또는 기어식 샤프트(48)를 갖는 기어 조립체(74)이고, 이들 조립체는 모두 상이한 기구이며 따라서 페달 구동 시스템은 같은 방식으로 작동하고 상기 장점을 제공하도록 수정될 수 있다.
마지막으로, 도 8은 도 1의 상기 페달 구동 시스템(9)을 도시하고, 여기에서 상기 스프로켓 체인에는, 상기 사이클 프레임(10)에 부착되고 상기 가요성 전동 요소(50)에 구동적으로 결합될 수 있는 보조 전동기(118)가 연결된다.
이상 설명한 본 발명의 형태는 바람직한 실시예로서 간주되어야 함을 알아야 한다. 청구범위에서 한정되는 본 발명의 취지나 범위를 벗어나지 않는 상태에서 여러 부분의 형상, 크기 및 구조에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 다른 등가 요소가 본 명세서에 기재된 요소를 대체할 수 있고, 여러 부분과 요소가 바뀔 수 있으며, 본 발명의 일부 특징은 다른 특징의 사용과 무관하게 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 다중-휠 사이클 추진용 페달 구동 시스템에 있어서,
    조향 가능한 앞바퀴와 적어도 하나의 종동 휠을 갖는 사이클 프레임;
    사용자의 각 발을 지지하기 위한 지지 부재를 각각 갖는 제 1 및 제 2 페달 아암으로서, 상기 지지 부재 각각은 상기 사이클 프레임에 의해 상기 아암의 근위 단부에서 힌지 방식으로 지지되는 페달 아암; 및
    상기 사이클 프레임에 의해 상기 제 1 및 제 2 페달 아암 사이에 지지되는 구동 스핀들로서, 가요성 전동 요소와 뒷바퀴 치형 부재를 사용하여 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에 구동력을 전달하기 위한 치형 부재를 갖는 구동 스핀들을 포함하고;
    상기 페달 구동 시스템은 각각의 상기 페달 아암을 상기 구동 스핀들에 연결하는 제 1 및 제 2의 투-바아 링크장치를 추가로 포함하며, 상기 투-바아 링크장치는 내측 바아와 외측 바아를 추가로 포함하고, 상기 내측 바아는 상기 페달 아암의 원위 단부와 근위 단부 사이에 각각 배치되는 하나의 크랭크 핀을 가지며;
    상기 각각의 크랭크 핀은 상기 구동 스핀들 주위에 180도 이격 배치되고, 상기 양 외측 바아 링크장치는 상기 제 1 및 제 2 페달의 스트로크 위치의 단부에서 상기 각각의 페달 아암에 대해 상이한 각도 관계를 가지며;
    하나 또는 다른 하나의 상기 제 1 및 제 2 페달 아암은 바퀴의 회전에 의해 회전력을 상기 내측 바아의 크랭크 핀으로 되돌릴 필요가 없이 항상 상기 내측 바아의 크랭크 핀에 회전력을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 구동 스프로켓이고 상기 가요성 구동 부재는 스프로켓 체인이며, 상기 적어도 하나의 뒷바퀴 허브에는 자유회전 스프로켓 허브가 구동적으로 연결되고, 상기 제 2 페달 아암의 근위 단부는 사이클 프레임의 전방을 향해서 힌지결합되며 상기 구동 스핀들은 상기 사이클 프레임의 후방 단부를 향하는 상기 근위 힌지의 측에 배치되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 구동 스프로켓이고 상기 가요성 구동 부재는 스프로켓 체인이며, 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에는 자유회전 스프로켓 허브가 구동적으로 연결되고, 상기 제 2 페달 아암의 근위 단부는 사이클 프레임의 후방 근처에 힌지결합되며 상기 구동 스핀들은 상기 사이클 프레임의 전방 단부를 향하는 상기 근위 힌지의 측에 배치되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 스프로켓과 상기 자유회전 스프로켓 허브 사이에는, 이중 스프로켓 및 상기 자유회전 스프로켓 허브에 연결되는 제 2 체인을 추가로 포함하는 적어도 하나의 속도 스텝업 변속기가 개재되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 스프로켓과 상기 자유회전 스프로켓 허브 사이에는 두 개의 속도 스텝업 변속기가 개재되며, 각각의 속도 스텝업 변속기는 이중 스프로켓 및 상기 자유회전 스프로켓 허브에 연결되는 체인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 속도 스텝업 변속기는 변속기 속도변경 트랜스미션이 구비된 멀티-스프로켓인 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 치형 풀리이고 상기 가요성 구동 부재는 치형 벨트이며, 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에는 자유회전 치형 풀리 허브가 구동적으로 연결되고, 상기 제 2 페달 아암의 근위 단부는 사이클 프레임의 전방을 향해서 힌지결합되며 상기 구동 스핀들은 상기 사이클 프레임의 후방 단부를 향하는 상기 근위 힌지의 측에 배치되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 부재의 상기 치형 부재는 구동 스프로켓이고 상기 가요성 구동 부재는 스프로켓 체인이며, 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에는 스프로켓 허브가 자유회전 클러치 기구 없이 직접 구동적으로 연결되고, 상기 제 2 페달 아암의 근위 단부는 사이클 프레임의 전방을 향해서 힌지결합되며 상기 구동 스핀들은 상기 사이클 프레임의 후방 단부를 향하는 상기 근위 힌지의 측에 배치되고, 상기 구동 부재의 상기 스프로켓과 상기 자유회전 스프로켓 허브 사이에는, 자유회전 기구를 갖는 이중 스프로켓 및 상기 적어도 하나의 뒷바퀴 상의 상기 스프로켓 허브에 연결되는 제 2 체인을 추가로 포함하는 적어도 하나의 속도 스텝업 변속기가 개재되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 페달 아암 각각은 직립 사이클 이용자가 그 위에 서서 하향 구동 압력을 인가할 수 있는 하나의 플랫폼을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 페달 아암 각각은 회전 가능한 자전거 발 페달을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  11. 제 2 항에 있어서,
    힌지결합 가능하고 신축적인 자전거 시트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 앞바퀴와 상기 적어도 하나의 뒷바퀴는 3인치(7.62cm) 내지 27인치(68.6cm) 범위의 직경 크기를 갖는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 치형 부재는, 체인에 의해 상기 스프로켓의 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에 연결되는 스프로켓과 조합된 다른 기어를 구동하는 기어인 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  14. 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 뒷바퀴의 상기 자유회전 허브 내에는 다중-속도 내부 치차열이 통합되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 사이클 프레임 내에 절첩 신축식 조향 칼럼이 통합되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인 구동 스핀들의 스프로켓 상에는 표준 넘버 41 자전거 체인 또는 유사한 토크 하중-지지 용량 넘버 35 산업용 체인이 사용될 수 있고, 상기 자유회전 스프로켓 허브에 연결되는 상기 개재된 적어도 하나의 속도 스텝업 변속기의 상기 제 2 체인은 보다 가볍고 적은 중량의 넘버 25 체인이며, 적어도 하나의 상기 뒷바퀴의 상기 스프로켓은 넘버 25 스프로켓인 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프로켓 체인에는, 상기 사이클 프레임에 부착되고 상기 스프로켓 체인에 구동적으로 결합될 수 있는 보조 전동기가 연결되는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  18. 제 4 항에 있어서,
    이중 스프로켓을 추가로 포함하는 상기 개재된 적어도 하나의 속도 스텝업 변속기는, 상기 구동 스핀들이 상기 사이클 프레임의 후방 부분을 향해서 상기 이중 스프로켓 뒤에 배치되도록 사이클 프레임의 전방을 향해서 전방측에 배치되는 그 상기 이중 스프로켓을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  19. 다중-휠 사이클 추진용 페달 구동 시스템에 있어서,
    조향 가능한 앞바퀴와 적어도 하나의 종동 휠을 갖는 사이클 프레임;
    사용자의 각 발을 지지하기 위한 지지 부재를 각각 갖는 제 1 및 제 2 페달 아암으로서, 상기 지지 부재 각각은 상기 사이클 프레임에 의해 상기 아암의 근위 단부에서 힌지 방식으로 지지되는 페달 아암; 및
    상기 사이클 프레임에 의해 상기 제 1 및 제 2 페달 아암 사이에 지지되는 구동 스핀들로서, 가요성 전동 요소와 뒷바퀴 치형 부재를 사용하여 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에 구동력을 전달하기 위한 치형 부재를 갖는 구동 스핀들을 포함하고;
    상기 페달 구동 시스템은 각각의 상기 페달 아암을 상기 구동 스핀들에 연결하는 제 1 및 제 2의 투-바아 링크장치를 추가로 포함하며, 상기 투-바아 링크장치는 내측 바아와 외측 바아를 추가로 포함하고, 상기 내측 바아는 상기 페달 아암의 원위 단부와 근위 단부 사이에 각각 배치되는 하나의 크랭크 핀을 가지며, 상기 각각의 크랭크 핀은 상기 구동 스핀들 주위에 180도 이격 배치되고, 상기 양 외측 바아 링크장치는 상기 제 1 및 제 2 페달의 스트로크 위치의 단부에서 상기 각각의 페달 아암에 대해 상이한 각도 관계를 가지며;
    상기 구동 시스템은 일방 클러치결합 자유회전 기구를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
  20. 다중-휠 사이클 추진용 페달 구동 시스템에 있어서,
    조향 가능한 앞바퀴와 적어도 하나의 종동 휠을 갖는 사이클 프레임;
    사용자의 각 발을 지지하기 위한 지지 부재를 각각 갖는 제 1 및 제 2 페달 아암으로서, 상기 지지 부재 각각은 상기 사이클 프레임에 의해 상기 아암의 근위 단부에서 힌지 방식으로 지지되는 페달 아암;
    상기 사이클 프레임에 의해 상기 제 1 및 제 2 페달 아암 사이에 지지되는 구동 스핀들로서, 가요성 전동 요소와 뒷바퀴 치형 부재를 사용하여 상기 적어도 하나의 뒷바퀴에 구동력을 전달하기 위한 치형 부재를 갖는 구동 스핀들; 및
    각각의 상기 페달 아암을 상기 구동 스핀들에 연결하는 제 1 및 제 2의 투-바아 링크장치를 포함하며;
    상기 투-바아 링크장치는 내측 바아와 외측 바아를 추가로 포함하고, 상기 내측 바아는 상기 구동 스핀들 주위에 180도 이격되어 각각 배치되는 하나의 크랭크 핀을 가지며, 상기 양 외측 바아 링크장치는 상기 제 1 및 제 2 페달의 스트로크 위치의 단부에서 상기 각각의 페달 아암에 대해 상이한 각도 관계를 가지며;
    상기 구동 스핀들의 회전축과 상기 근위 페달 아암의 힌지결합 가능한 지점의 축 사이의 거리는 페달 아암의 상기 근위 힌지 지점과 페달 아암 크랭크 핀의 중심축 사이의 거리보다 길거나 짧아야 하는 것을 특징으로 하는
    페달 구동 시스템.
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