KR20130068347A

KR20130068347A - 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치

Info

Publication number: KR20130068347A
Application number: KR1020110135411A
Authority: KR
Inventors: 정영곤; 구경철; 전하성; 문정관; 이장목; 최병욱; 정지훈
Original assignee: 정영곤
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-26
Also published as: KR101312055B1

Abstract

본 발명은 주로 헬스 자전거 등의 페달을 이용하는 운동기구에 장착하여 운동과 함께 전기에너지를 얻기 위한 자가발전형 기어구동장치에 관한 것으로, 회전체(32)와 전기유도체(38)가 구비된 전원발전부(30)를 두고, 회전체(32)를 정방향으로만 회전케하는 기어구동부(10)를 구성함에, 기어구동부(10)의 구동축(8) 상에는 페달의 정역구동에 의해 회전하는 구동풀리(6)와 구동풀리(6)에 링크된 제1 구동기어(12) 및 제2 구동기어(14)를 축 결합하고, 상기 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14) 간에 다수의 기어들에 의해 서로 연동하되 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)에는 각 클러치베어링(6a)(14a)이 설치되어 구동축(8)을 교대로 정방향으로만 회전력이 전달되게 하고, 상기 구동축(8)으로부터 회전하는 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 발생하는 회전저항이 구동풀리(6)에 전달되어 페달을 구동시 운동부하를 갖도록 구성된 것이다.

Description

정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치{SELF POWER-GENERATED GEAR DRIVE APPARATUS BY FOR CONTROLLING ROTATION DIRECTION}

본 발명은 주로 헬스 자전거 등의 운동기구를 통해 운동과 함께 자체의 전기에너지를 발생하는 구동장치에 관한 것으로서, 특히 사용자가 정방향 또는 역방향으로도 페달을 구동시켜 자가발전이 이루어지도록 하면서 페달의 정역구동시에 균일한 운동부하를 통해 사용자의 운동효과를 더욱 향상시키도록 한 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치에 관한 것이다.

근래에는 건강에 대한 관심이 높아지면서 각종 스포츠나 레저 활동뿐만 아니라 운동기구를 이용한 실내 및 실외운동에 대한 사회적 관심이 점차 증가하고 있다.

최근 헬스 자전거의 운동기구에는 사용자가 보다 효율적인 운동효과를 얻을 수 있도록 운동시간, 운동강도, 심박수, 운동속도 등을 표시하는 전자장치들이 장착되어 단순한 동작을 반복하여 수행하는 것에 대하여 지루함을 느끼지 않도록 하면서 사용자로 하여금 운동하면서 전기에너지를 발생하는 자가발전형 헬스 자전거의 보급이 늘어나고 있다.

그러나 자가발전형 헬스 자전거의 운동기구는 사용자가 운동시 페달을 정방향으로만 회전시 전기에너지를 발생하도록 구성되어 있어 전기발생의 효율이 다소 떨어지고, 페달을 정회전시에만 운동부하를 느끼면서 하체의 단련운동이 가능하지만 페달을 역회전시에는 공회전하기 때문에 다양한 운동효과를 기대할 수가 없는 것이었다.

따라서 본 발명의 목적은 헬스 자전거 등의 운동기구에 자가발전을 위한 구동장치의 구조를 간소화하여 제작이 용이하고, 페달을 정방향뿐만 아니라 역방향으로 구동시에도 전기에너지를 발생시켜 자가발전의 효율을 높이도록 하면서 역방향으로 회전에도 운동부하를 갖도록 하여 하체단련에 운동력을 향상되도록 한 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명은, 회전체(32)와 전기유도체(38)가 구비된 전원발전부(30)를 두고, 회전체(32)를 정방향으로만 회전케하는 기어구동부(10)를 구성함에, 기어구동부(10)의 구동축(8) 상에는 페달의 정역구동에 의해 회전하는 구동풀리(6)와 구동풀리(6)에 링크된 제1 구동기어(12) 및 제2 구동기어(14)를 축 결합하고, 상기 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14) 간에 다수의 기어들에 의해 서로 연동하되 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)에는 각 클러치베어링(6a)(14a)이 설치되어 구동축(8)을 교대로 정방향으로만 회전력이 전달되게 하고, 상기 구동축(8)으로부터 회전하는 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 발생하는 회전저항이 구동풀리(6)에 전달되어 페달을 구동시 운동부하를 갖도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 헬스 자전거 등의 페달을 회전시켜 운동을 요하는 운동기구에 구비되어 사용자가 페달을 정회전 또는 역회전에 관계없이 기어구동부가 전원발전부의 회전체를 항시 정방향으로만 회전시켜 운동과 함께 전기에너지의 발생시켜 운동기구 자체의 자가발전을 이용하여 전자장치의 에너지사용에 따른 효율을 높이고, 사용자가 페달을 정방향 또는 역방향으로 구동시켜 운동시에 자가발전을 이루는 회전체와 전기유도체 간에 발생하는 회전저항이 페달에 전달되어 사용자가 페달을 정,역회전시켜 운동시에 어느 방향으로 운동하더라도 균일한 운동부하를 가짐으로 운동력이 향상되도록 한 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자가발전형 기어구동장치의 사시도,
도 2는 도 1의 정면상태구성도,
도 3은 본 발명 기어구동장치의 일부 단면구성도,
도 4는 본 발명 기어구동부의 구동기어 분해사시도,
도 5는 본 발명 기어구동부의 기어 결합상태도,
도 6은 본 발명의 기어간 회전상태를 보여주는 개략구성도,
도 7은 본 발명을 헬스 자전거에 장착된 일 예시를 보여주는 사용상태구성도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 주로 헬스 자전거 등의 페달을 회전시켜 하체의 근력을 요하는 운동기구에 장착되어 사용자가 페달을 정회전 또는 역회전에 관계없이 운동시에 전기에너지를 발생시켜 자가발전에 의한 전자장치의 사용에 따른 에너지효율을 높이고, 자가발전에 의한 전기적 회전저항을 조절제어하여 페달을 정방향 또는 역방향으로 구동시에 균일한 운동부하를 느끼도록 하여 사용자의 운동력을 높이도록 하는 자가발전형 기어구동장치(A)를 제공하고자 하는 것이다.

즉 도 7은 본 발명을 헬스 자전거에 장착된 일 예시를 보여주는 사용상태구성도로서, 본 발명의 자가발전형 기어구동장치(A)는 헬스 자전거의 내부에 양측 페달의 구동에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하는 통상적인 회전풀리(2)를 두고, 상기 회전풀리(2)와 타이밍벨트(4)로 연결된 구동풀리(6)의 일측에 다수의 기어들이 서로 맞물려 구동축(8)의 회전을 제어하는 기어구동부(10)를 형성하고, 타측에는 구동축(8)과 축 결합하여 정방향으로만 회전하는 회전체(32)에 의해 전기에너지를 발생하는 전원발전부(30)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 페달의 구동력을 전달받아 정방향 또는 역방향으로 회전하는 구동풀리(6)와 함께 구동축(8)의 회전을 제어하도록 구동축(8) 상에 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14)를 나란히 축 회전하도록 양측 지지프레임(16)에 고정되게 설치하고, 상기 지지프레임(16)의 내측 상부에는 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14) 간의 정역회전시 서로 반대방향으로 회전하도록 제1 연동기어(18)와 제2 연동기어(20) 및 연결기어(22)가 서로 맞물려 연동하도록 설치된다.

그리고 상기한 구동풀리(6)의 타측에는 구동축(8)과 일체로서 결합하여 회전하는 회전체(32)를 지지하는 축봉(34)을 고정브라켓(34)에 고정 설치함에, 축봉(34)과 회전체(32) 사이에는 클러치베어링(32a)이 장착되어 회전체(32)가 정방향으로만 회전력을 갖도록 구성하고, 상기 축봉(34)을 축 지지하는 고정브라켓(36)에 전기유도체(38)를 함께 결합 구성하여 기어구동부(10)와 전원발전부(30)를 서로 일체로서 운동기구 내부에 간단히 고정 설치한다.

이에 본 발명의 기어구동부(10)와 전원발전부(30)의 결합구성을 도면을 참조하여 설명하면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 기어구동부(10)를 구성하는 각 평기어들은 지지프레임(16)에 설치되어 축 회전하는 구동축(8)을 두고, 구동축(8) 상에 각 베어링이 구비된 구동풀리(6)와 제1 구동기어(12) 및 제2 구동기어(14)를 나란히 축 결합하여 회전하도록 구성하고, 상기 구동축(8)의 상부 전방에는 연동축(24)에 결합되어 회전하는 제1 연동기어(18)와 제2 연동기어(20)를 두고 연동축(24) 후방의 연결축(26)에는 연결기어(22)가 회전되게 지지프레임(16)에 위치하여 고정 설치된다.

따라서 상기 제1 구동기어(12)는 상부에 갖는 연동축(24) 상의 제1 연동기어(18)와 맞물림으로 회전력을 전달하고, 제1 연동기어(18)와 나란히 함께 회전하는 제2 연동기어(20)는 후방 연결축(26) 상의 연결기어(22)와 맞물려 구동축(8)에 설치된 제2 구동기어(14)에 회전력을 전달하도록 연결 구성된다.

이때 구동축(8)과 구동풀리(6) 사이에는 구동축(8)의 회전방향을 제어하여 정방향 회전력만을 전달하도록 클러치베어링(6a)이 장착되고, 상기 구동풀리(6)에 제1 구동기어(12)가 링크되게 결합하여 구동풀리(6)의 정역회전에 따라 제1 구동기어(12)는 상부 연동축(22)에 설치된 제1 연동기어(18)에 구동풀리(6)의 회전력을 전달하도록 해준다.

그리고 제2 구동기어(14)는 구동풀리(6)와 같이 구동축(8)을 정방향으로 회전력을 전달하도록 클러치베어링(14a)을 설치함에, 구동풀리(6)의 역방향 회전으로 구동축(8)과의 공회전에 제1 구동기어(12)를 통해 연결된 연결기어(22)에 의해 제2 구동기어(14)의 회전방향을 바꿔주므로 구동축(8)을 정방향으로 회전되게 제어하도록 한다.

상기 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)에 설치된 클러치베어링(6a)(14a)은 한 방향으로만 동력이 전달되고 반대방향으로는 공회전으로 동력이 전달되지 않도록 하는 통상의 원웨이클러치나 원웨이베어링으로서 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 본 발명의 구동풀리(6)는 페달의 구동력을 직접 전달받아 정방향 또는 역방향으로 회전에 따른 정방향 회전시에는 구동축(8)에 회전력을 전달하여 회전시키고, 반면에 구동풀리(6)가 역방향 회전시에는 구동축(8)과의 공회전으로 회전력이 전달되지 아니하면서 제1 구동기어(12)는 역방향 회전에 제1 연동기어(18)와 제2 연동기어(20)에 맞물린 연결기어(22)에 의해 제2 구동기어(14)가 정방향으로 회전하면서 구동축(8)에 회전력을 전달하게 된다. 결국 페달을 통해 구동력을 갖는 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)가 서로 반대방향으로 회전시 교대로 구동축(8)을 항시 정방향으로만 회전력을 전달한다.

한편 본 발명에서의 상기한 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)를 통해 정방향으로 회전하는 구동축(8)을 구성하는 기어구동부(10)를 두고, 구동축(8)과 키 구조로서 조립결합되는 축봉(34)에 회전체(32)가 축 회전하는 전원발전부(30)를 일체로서 구성함에, 전원발전부(30)는 원형 드럼형태로서 영구자석이 설치된 회전체(32)와 회전체(32)를 지지하는 고정브라켓(36)에 결합된 전기유도체(38)를 포함하여 구성된다.

상기 회전체(32)는 고정브라켓(36)에 축 결합하는 축봉(34) 사이에 클러치베어링(32a)이 설치되어 회전체(32) 역시 정방향으로만 회전력이 전달되게 구성하여 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 전기에너지를 발생시켜 자가발전 기능을 갖도록 하면서 전원발전부(30)에서 얻어진 전기에너지는 운동기구 내부에 축전지(미도시)를 설치하여 생산된 전기를 저장 사용하도록 하면서 이를 활용하여 운동기구에 장착되는 전자장치를 제어부(미도시)를 통해 전원을 공급하여 사용할 수가 있도록 한다.

또한 본 발명에서의 회전체(32)는 N극과 S극의 영구자석을 교호적으로 배치한 구조로서, 상기 회전체(32)가 회전하면서 전기유도체(38)와의 유도전류에 의거한 N,S 자계를 적절한 타이밍에 발생시켜 회전체(32)에 가해지는 자력에 의한 회전저항을 제어부(미도시)를 통해 조절제어하여 구동풀리(6)에 전달함으로써 사용자가 페달을 회전시켜 운동시 필요로 하는 적정의 운동부하를 갖도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 자가발전형 기어구동장치(A)의 작동상태를 도 6을 참조하여 설명하면, 실선으로 나타낸 화살표는 페달의 구동력으로 회전풀리(2)와 연동하는 구동풀리(6)가 정방향(시계방향)으로 회전할 때 각 기어 간의 회전방향을 나타낸 것이고, 점선으로 나타낸 화살표는 회전풀리(2)와 연동하는 구동풀리(6)가 역방향(반시계방향)으로 회전할 때 각 기어 간의 회전방향을 나타낸 것이다.

따라서 사용자가 헬스 자전거 등의 운동기구에 구비된 양측 페달을 구동시켜 구동풀리(6)을 정방향으로 회전시키면, 구동풀리(6)와 구동축(8) 사이에 갖는 클러치베어링(6a)이 회전력을 가지면서 구동축(8)을 정방향으로 회전시켜 줌으로서 구동축(8)과 연결된 축봉(34)의 정회전으로 회전체(32)를 정방향으로 회전하게 된다.

반면에 상기 구동풀리(6)의 정방향 회전과 함께 회전하는 제1 구동기어(12)와 맞물린 제1 연동기어(18)를 통해 제2 연동기어(20)는 역방향으로 회전하게 되며, 상기 제2 연동기어(20)는 연결기어(22)를 정방향 회전에 의해 맞물린 제2 구동기어(14)를 역방향으로 회전시켜 주므로 구동축(8) 상에서 제2 구동기어(14)에 설치된 클러치베어링(14a)이 회전력을 부여하지 못하고 역방향으로 공회전하게 되므로 구동풀리(6)와 서로 간섭없이 구동축(8)은 정방향으로 회전이 이루어진다.

따라서 페달을 정방향으로 구동시에는 구동풀리(6)의 정방향 회전에 클러치베어링(6a)이 구동축(8)에 회전력이 전달되어 이어 축봉(34)에 축 결합된 회전체(32)의 정회전으로 자가발전이 이루어지게 되는 것이다.

또한 사용자가 페달을 역방향으로 구동시키면, 구동풀리(6)가 역방향으로 회전되어 클러치베어링(6a)이 구동축(8)과는 공회전으로 회전력이 전달되지 못하고, 반면에 구동풀리(6)와 링크된 제1 구동기어(12)가 역방향 회전으로 맞물린 제1 연동기어(18)와 함께 제2 연동기어(20)는 정방향으로 회전하고, 이에 제2 연동기어(20)와 맞물린 연결기어(22)의 역방향 회전에 제2 구동기어(14)는 구동축(8) 상에서 정방향 회전으로 클러치베어링(14a)에 의해 회전력이 전달되어 구동축(8)을 정방향으로 회전시킨다.

이에 구동풀리(8)를 역방향으로 회전시에 구동축(8)과는 공회전하더라도 제2 구동기어(14)에서는 구동축(8)을 정방향으로 회전시켜 줌으로서 회전체(32)를 정방향으로 회전시켜 자가발전이 이루어진다.

따라서 상기와 같이 본 발명의 자가발전형 기어구동장치(A)는 페달을 통해 운동하는 헬스 자전거 등의 운동기구에 구비되면, 페달을 정방향 또는 역방향 회전에 관계없이 항시 자가발전에 의한 전기에너지의 생산효율을 높이므로 운동기구에 보다 다양한 전자장치를 구비하여 원활하게 작동시켜 사용할 수가 있는 것이다.

또한 사용자가 페달을 정방향 또는 역방향으로 구동시켜 운동시에 자가발전을 이루는 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 발생하는 회전저항이 구동풀리(6)를 통해 페달에 전달되어 사용자가 페달을 정,역회전시켜 운동시에 어느 방향으로 운동하더라도 균일한 운동부하를 가짐으로 운동력을 향상시켜 줄 수가 있다.

또한 회전체(32)의 회전시에 전기유도체(38)와의 발생하는 유도전류에 따른 회전체(32)의 회전저항을 사용자로 하여금 제어부(미도시)를 통해 운동력을 적절하게 조절하여 사용할 수가 있어 운동능력이 부족한 노약자나 재활치료의 운동기구에도 유용하게 사용할 수가 있는 것이다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

본 발명은 헬스 자전거뿐만 아니라, 스핀바이크, 좌식사이클 등과 같이 페달을 통한 운동기구에 적용하여 이용될 수 있다.

(A)-- 자가발전형 기어구동장치 (2)-- 회전풀리
(4)-- 타이밍벨트 (6)-- 구동풀리
(6a)-- 클러치베어링 (8)-- 구동축
(10)-- 기어구동부 (12)-- 제1 구동기어
(14)-- 제2 구동기어 (14a)-- 클러치베어링
(16)-- 지지프레임 (18)-- 제1 연동기어
(20)-- 제2 연동기어 (22)-- 연결기어
(24)-- 연동축 (26)-- 연결축
(30)-- 전원발전부 (32)-- 회전체
(32a)-- 클러치베어링 (34)-- 축봉
(36)-- 고정브라켓 (38)-- 전기유도체

Claims

회전체(32)와 전기유도체(38)가 구비된 전원발전부(30)를 두고, 회전체(32)를 정방향으로만 회전케하는 기어구동부(10)를 구성함에, 기어구동부(10)의 구동축(8) 상에는 페달의 정역구동에 의해 회전하는 구동풀리(6)와 구동풀리(6)에 링크된 제1 구동기어(12) 및 제2 구동기어(14)를 축 결합하고, 상기 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14) 간에 다수의 기어들에 의해 서로 연동하되 구동풀리(6)와 제2 구동기어(14)에는 각 클러치베어링(6a)(14a)이 설치되어 구동축(8)을 교대로 정방향으로만 회전력이 전달되게 하고, 상기 구동축(8)으로부터 회전하는 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 발생하는 회전저항이 구동풀리(6)에 전달되어 페달을 구동시 운동부하를 갖도록 구성함을 특징으로 하는 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치.
제1항에 있어서, 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14)를 서로 연동하도록 구성하되, 구동풀리(6)에 의해 구동축(8)에서 회전하는 제1 구동기어(12)는 연동축(24)에 설치된 제1 연동기어(18)와 맞물려 제2 연동기어(20)를 회전케하고, 상기 제2 연동기어(20)는 후방 연결축(26)에 설치된 연결기어(22)와 맞물려 회전하도록하고, 상기 연결기어(22)는 구동축(8) 상에 설치된 제2 구동기어(14)와 서로 연결되게 구성하여 제2 구동기어(14)가 제1 구동기어(12)와는 서로 반대로 연동회전하도록 구성함을 특징으로 하는 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치.
제1항에 있어서, 구동풀리(6)와 제1 구동기어(12) 및 제2 구동기어(14)가 축 결합하여 지지하는 구동축(8)을 회전체(32)를 축 지지하는 축봉(34)과 서로 조립결합이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치.