KR20140013974A - 자전거의 자동 변속기어 구조 - Google Patents

Abstract

통상의 교통수단으로 이용되고 있는 자전거에 있어서 자전거를 운행하면서 평지에서 달리다 오르막 길 로 오르게 될 때 기어 변속을 하여 저속으로 운전을 하게 된다.
또한 도로의 여건에 따라 기어 변속을 하면서 운전을 하는 경우가 자주 발생하게 되는 통상의 자전거에 있어서 기어 변속을 하게되는 구조가 자전거 핸들의 어느곳에 있는 레버의 위치 변동으로 가능하다.
본 발명이 되는 자전거의 자동변속 기어구조는 상기 레버의 위치 변동을 하지 않고 2개의 스프로킷을 체인의 상하에 교차 배열하므로 상부 수평선이 고저를 형성하므로 상기 체인의 장력으로 스프로킷의 위치 변동에 따라 기어 변속이 가능하다.
[색인어]
자전거, 변속 기어

Description

자전거의 자동 변속기어 구조{automatic change gear structure of a bicycle}

통상의 자전거에 있어서 운전자가 운전을 하면서 도로의 형편이나 속도 조절이 필요할 때 다단계로 되어 있는 스프로킷의 변속을 수동으로 하지 않고 자동으로 하게되는 구조에 관한 것이다

자전거는 옛날부터 교통 수단으로 이용되어 왔지만 지금은 자동차의 보편화로 자전거를 이용하는 것 보다 편리하고 빠른 자동차를 많이 이용하므로 에너지 비용 상승과 환경 문제가 크게 발생하고 있다.

자전거를 사용하는 계층에는 초보자 또는 대부분의 여성은 오르막길 과 도로의 사정에 따라 자전거의 속도를 조절해야 할때 당황 할수 있다.

자전거의 거부감을 줄이고 자전거를 보다 편리하게 교통수단으로 이용하기 위하여 다단계로 되어 있는 스프로킷과 이를 구동하는 체인을 자동으로 이동함으로 자동으로 기어 변속이 되도록 하는것이다.

통상의 자전거의 가속이 되는 구조를 보면 페달과 크랭크 축에 축설된 구동스프로킷은 2단 또는 3단으로 구성되어있고 동력을 받아 회전하는 뒷 바퀴 축과 함께 축설된 다단 스프로킷은 7단 으로 구성되어서 체인에 의해 구동스프로킷 과 다단스프로킷 변속을 할때 각각 수동으로 변속을 하므로 운전자는 불편할수 있으므로 자동변속을 구현하기위한 구조를 생각하게 한다

통상 자전거의 레버에 의해 수동으로 변속하는 구조를, 자동으로 변속하는 구조에 관한 컨텐츠이다

자전거의 체인 기어구조는 자전거 페달 축에 함께 축설된 구동 스프로킷과 뒷 바퀴 축에 축설된 다단 스프로킷을 체인에 의해 회전시킴으로 자전거가 달리게 된다.

이때 체인의 수평선 윗 부분은 장력(당기는 힘)을 많이 받고 체인의 아래 부분은 장력이 거의 없으면서 기어 변속이 쉽게 이루어 진다.

상기 체인의 윗 부분에 텐션을 받을수 있는 텐션 스프로킷은 체인의 수평면과 상호 다르게 설정하고;

상기 텐션 스프로킷은 레버 또는 와이어와 함께 지지하고;

텐션 스프로킷은 체인의 장력을 받는 힘과 파워 스프링 힘의 차이 에 의해 상하 대칭각의 형태로 이동을 하면서 기어 변속 하도록 한다. 자전거를 운전하면서 도로 상태에 따라서 상기 윗 부분의 체인의 장력으로 인한 압력으로 상기 텐션 스프로킷은 상하 이동하고 따라서 레버 또는 와이어가 이동 하므로 구동스프로킷과 다단스프로킷의 위치에서 동시에 체인의 위치 가 변동한다.

또는 운전자의 능력(페달을 밟는 힘)에 따라 변속의 시점이 다를수 있다 이러한 변속의 시점을 적당한 시점에 자동 변속이 되도록 하기위하여 파워스프링의 강도 조절이 가능하다

힘이 강한사람은 파워스프링의 아래 스크류에 의해 파워스프링을 강하게 조절하고 힘이 약한사람은 파워스프링을 약하게 하므로 힘에 맞는 속도를 유지한다

또한 자전거 속도변속이 너무 민감하여 고장이 발생하고 오히려 불편할수 있으므로 오르막길에서 저속으로 변속된 상태에서는 텐션 스프로킷과 함께 훅(hook)은 다단 렉(rack)의 어느 단계에서 구속되므로 저속상태에서 운행이 계속되고 필요시 운전자는 페달을 역 방향으로 조금회전하면 렉 에 구속되어 있는 훅이 이탈 하므로 고속 상태로 복귀한다

통상의 자전거는 기어 변속을 할때 핸들에서 오른손을 떼고 수동으로 기어변속을 하므로 운전자는 힘이 들고 불필요한 정신력을 소모하게 된다.

본 발명의 자전거의 자동변속 기어 구조는 운전자가 도로를 달리면서 도로의 오르막길 에서도 평지에서도 기어 변속이 자동으로 이루어 지므로 미숙련 운전자 또는 여성들이 안전 운전과 편리한 자전거 이용도를 높일수 있다.

도1은 제1실시의 예에서 체인과 스프로킷의 관계를 보인 개략도 이고
도2는 체인을 중심으로 후론트 스프로킷과 백 스프로킷으로 된 더블 텐션 기어의 관계와 텐션을 형성하게 하는 파워스프링의 구조를 보인 측 단면도
도3은 자전거의 빈번한 기어 변속을 예방하기 위하여 저속의 단계로 내려간 다음은 오르막 길 정도에 따라 훅이 다단 렉에 구속되기 위한 구조를 보인 사시도
도4는 3단으로 된 구동스프로킷(23)이 초기 3단기어(33)의 위치에서 체인이 구동이 되는 모습을 보인 도면
도5는 3단으로 된 구동스프로킷(23)이 다음 오르막 길에서 2단기어(32)의 위치에서 체인이 구동되는 모습과 탑승자에 따라 파워스프링(100)의 강약을 조절 하는 파워 레규레이터(103)를 보인 도면
도6은 제2실시 예에서 체인의 텐션을 싱글 텐션 기어로 구성되는 텐션 스프로킷(25)과 기어변속을 하기위한 와이어의 관계를 보인 개략도
도7은 탑승자의 강약에 따라 파워스프링(200)의 강약을 조절 할 수 있는 파워 스크류(203)와, 빈번한 기어 변속을 예방하기 위한 다단 렉(211)과 훅(210)의 관계를 보인 단면도
도8은 제3실시 예에서 체인에 텐션기어를 사용하지 않고 구동 스프로킷(23)과 크렝크 축(30)을 분리하기 위한 개략도
도9는 구동 축(23)과 크렝크 축(30)을 분리하고 개입된 파워 스프링(300)에 변화되는 토크에 따라 뒤틀리면서 다단 켐(312)과 롤러(313)의 위치가 가변 되고, 리프트 레버(315)와 다단 렉(320)의 관계를 보인 측단면도
도10은 크렝크 축과 분리된 구동스프로킷(23)과 일체로 되어서 함께 회전하는 롤러 롯드를 보인 측 단면도
도11은 크렝크축(30)에 축설된 다단 켐(312)과 구동스프로킷과 분리된 크렝크 축을 보인 단면도
도12는 자전거 페달과 구동부 전체 결합도를 보인 후 단면도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
20;후레임 21;뒷 바퀴 스테이 23;구동 스프로킷
24;다단 스프로킷 25;텐션 스프로킷 26;체인
27구동 체인 가이드 28;뒷 바퀴 체인가이드 30;크렝크 축
31;1단 기어 32;2단 기어 33;3단 기어
100;파워 스프링 101;붓싱 102;링
103;파워 레규레이터(porer regulator) 104;한계 스크류
107;스프로킷암 108;와이어 110;후론트 스프로킷
111;백 스프로킷 112;체인 가이드 113;해지 돌기
114;해지 롯드 115;훅(hook) 116;다단 렉
117;3단 스테이지(stage) 118;스테이지 암 119;롤러A
120;롤러B 121;가이드 롯드 122;붓싱
123;복원 스프링
200;파워 스프링 201;내측 씰린더 202;외측 씰린더
203;파워 스크류 204;핸들 207;와이어
208;리프트 암 209;한계 스크류 210;훅
211;다단 렉 212;켐 레버 213;터치 롤러
214,215;훅 중심점 222;붓싱
300;파워 스프링 301;붓싱 302;구동스프로킷 링
303;베어링 312;다단 켐 313;롤러
314;롯드 315;리프트 레버 316;터치 롤러
317;해지 레버 320;다단 렉 321;케치 레버
322;렉 케치 323;와이어 324;가이드 레버

[실시 예]

통상 교통 수단으로 사용되는 자전거와 스포츠 또는 레저용으로 사용되는 자전거에 있어서 운전을 하면서 속도 변속이 필요 할때 핸들의 손잡이에 있는 2개의 레버를 각각 수동으로 조작하여 속도조절을 한다.

상기 2개의 레버중 하나는 2-3단으로 구성된 구동스프로킷 을 변속하는 레버를 조작하는 레버이고 또 하나는 뒷 바퀴의 축에 축설된 다단스프로킷을 변속하는 레버가 각각 배열되어 있으므로 속도와 도로의 상태에 따라 변속을 한다.

본 발명의 자전거의 자동 변속기어 구조는 상기 2개의 레버에 의해 기어 변속을 하지 않고 자동으로 변속을 구현 하기위하여;

통상의 구동스프로킷(23)이 뒷 바퀴의 다단 스프로킷(24)을 체인에 의해 구동하는 구조에 있어서;

상기 체인에 텐션을 받는 텐션 스프로킷을 구비하고;

상기 텐션 스프로킷의 위치는 체인의 수평면보다 하나는 낮게 또다른 하나는 높게 위치하여 페달을 밟으면 체인의 장력 에 따라 편심 회동을 한다.

자전거의 자동변속 기어를 구현하기 위하여 제1실시의 예, 제2실시의 예,제3실시의 예를 제시한다.

제1실시의 예는 도면 1부터 도면 5에서;

체인의 윗 라인에 2개의 텐션기어를 배열 하면서 하나는 체인의 상면에 배열하고 하나는 체인의 하면에 각각 교차 배열하고;

상호 텐션을 받으므로 파워 스프링(100)의 힘과 상기 체인이 수평을 이루고자 하는 장력을 받는 후론트 스프로킷(110)과 백 스프로킷(111)의 위치 가 변동하면서 편심 회동이 되면서 기어 변속이 가능하고;

제2실시의 예는 도면 6과 도면 7에서;

텐션 스프로킷(25)을 구비하고 파워 스프링(200)의 힘과 수평을 이루고자 하는 체인의 장력을 받는 내측 씰린더의 압력으로 기어 변속이 가능하고;

제3실시의 예는 도면 8부터 도면 12에서 나타나 있다.

통상 구동 스프로킷과 일체로 되어 있는 크랭크 축을;

상기 구동 스프로킷과 크랭크 축을 분리하고;

분리된 상기 구동 스프로킷과 크랭크 축의 사이에 파워 스프링(300)을 개입하여 도로의 오르막 길에서 상기 파워 스프링의 탄력과 크랭크 축의 힘의 차이로 인한 상호 위치 변화로 기어 변속이 가능하다.

제1실시의 예와 제2실시의 구조는 체인의 수평면과 위치를 다르게 하는 텐션 스프로킷 의 압력에 의해 기어 변속을 하는 반면,

제3실시의 예는 구동 스프로킷과 크랭크 축을 분리하고 오르막 길에서 파워 스프링의 탄력으로 오르막길 정도에 따라 붓싱과 링의 위치 변화로 기어 변속이 가능하다.

〈제1실시의 예〉

통상의 수평을 이룬 체인(26)에 있어서 페달을 밟을때 장력을 받기 위하여 상기 체인을 중심으로 후론트 스프로킷(110)과 백 스프로킷(111)을 구비하여 상호 반대방향으로 텐션을 받는다.

고정된 붓싱(101)과 회동하는 링(102)과 연동하는 파워 스프링(100)이 개입된다.

상기 파워 스프링(100)은 판스프링을 태엽 형으로 형성하고 사람의 힘의 강약에 따라 1개 이상 복수로 증감 할 수 있다.

상기 파워 스프링의 내측 단은 고정된 붓싱(101)에 끼움 고정되고 외측 단은 링(102)에 끼움 고정된다.

오르막 길에서 상기 후론트 스프로킷(110)과 백 스프로킷(111)은 체인의 장력으로 텐션을 받게 됨으로 링의 위치변경이 되면서 기어 변속이 된다.

기어 변속을 할때 뒷 바퀴의 다단 스프로킷(24)은 와이어(108)의 당김으로 기어 변속이 되고;

상기 오르막 길에서 3단 스테이지(117)에 의해 스테이지 암(118)과 가이드 롯드(121)는 좌측으로 이동하면서 텐션을 받는 후론트 스프로킷(110)은 가이드 롯드(121)와 함께 좌측으로 이동 하면서 저속으로 변속한다.

도4는 도로의 평지에서 3단 스테이지(117)에서 롤러에 의해 체인(26)에 결합된 3단기어(33)가 구동되고;

도5는 오르막 길에서 2단기어(32)에서 구동된다.

오르막 길이 더욱 심할때는 1단기어(31)로 이동하여 속도는 저속으로 유지한다.

기어 변속이 되기위하여 체인이 좌우 이동을 할때 체인이 이탈하지 않은것은 양측에 체인 가이드(112)에 의해 가능하다.

자전거의 특성이 양쪽 다리의 힘에의해 페달을 밟기 때문에 크렝크의 토크가 빈번하게 변하고 도로의 상태가 굴곡이 심할때가 있으므로 이때는 기어변속이 너무 자주 변속이 되므로 이를 방지하기 위하여 저속으로 내려 갈 때는 훅(115)이 다단 렉(116)에 구속되고;

일정한 상태의 저속으로 유지하면서

운전자가 판단하여 평지에 도달 할 때는 다시 고속으로 변속하기 위하여 자전거의 페달을 반대 방향으로 약간 회전하게되면;

해지 돌기(113)는 해지 롯드(114)와 훅(115)을 밀착하므로 저속의 위치에서 구속 받고 있는 훅(115)이 다단 렉(116)에서 벗어나므로;

스프로킷 암(107)은 파워 스프링(100)의 힘으로 고속의 위치로 체인이 복귀 하게 된다.

운전자가 남녀 노소에 따라 힘이 다르므로 따라서 파워 스프링의 강도를 조절한다.

파워 스프링의 강약 조절은 도4에서 파워 레규레이터(103)를 당겨서 스프링의 반대 방향이 되는 좌측으로 돌려서 고정 하면 강하고 반대로 우측 으로 돌려서 고정하면 약하여지므로 사람의 힘에 따라 조절한다.

편심 회동의 폭은 한계 스크류(104)에 의해 결정 한다.

〈제2실시의 예〉

통상 수평으로 장력을 받는 체인과;

상기 체인의 수평면보다 높게 위치한 텐션 스프로킷(25);

리프트 암(208)을 포함하여 탄력을 받는 내측 씰린더(201)와;

뒷 바퀴 스테이(21)에 지지되는 외측 씰린더(202)와;

오르막 길에서 상기 텐션 스프로킷(25)에 의해 탄력을 받는 파워 스프링(200);

빈번한 기어변속을 방지하기 위하여 저속으로 기어 변속이 된후 다단 렉(211)에 구속되는 훅(210)과;

자전거로 달리면서 운전자가 판단하여 평지에 도달하면 자전거의 페달을 반대로 약간 역 회전을 시키면;

텐션 스프로킷(25)의 역 방향 회전으로 켐 레버(212)는 터치롤러(213)를 터치하므로 구속된 훅(210)은 훅 중심점(214,215)을 중심 으로 다단 렉(211)에서 이탈되어 파워 스프링(200)의 힘으로 체인의 위치가 3단기어(33)로 복귀한다.

남녀노소 힘의 강약에 따라 파워 스크류(203)를 조절하여 오르막 길에서 힘의 정도에 따라 적절히 기어변속이 자동으로 작동된다.

〈제3실시의 예〉

도면8부터 도면12에서 나타나 있는 크랭크에 있어서;

구동 스프로킷(23)과 크랭크 축(30)을 분리하고 일정한 스페이스를 이루어서 상기 스페이스에 파워 스프링(300)이 개입되고;

상기 파워 스프링(300)의 내측 단은 붓싱(301)에 체결하고 외측단은 링(302)에 체결하여 통상 자전거를 운행하면서 도로의 오르막 길 에서는 경사도에 따라서 토크에 의해 파워 스프링이 감기면서 다단 켐(312)의 회전으로 롤러(313)는 직상 방향으로 이동하면서 구동 스프로킷(23)과 함께 한 몸체가 회전을 하고;

후레임(20)에 지지된 다단 렉(320)을 포함 리프트 레버(315)는 상기 롤러(313)에 의해 직상방향 으로 이동하면서 렉 케치(322)에 구속되고;

가이드 레버(324)와 구동 체인가이드(27)는 좌측으로 이동하므로 구동 스프로킷(23)은 저속으로 이동한다.

자전거는 저속으로 된 상태에서 운전자의 판단으로 고속으로 복귀 할 경우 페달을 역 방향으로 약간 회전시키면 터치 롤러(316)가 해지 레버(317)를 터치하게 되고;

상기 해지 레버(317)를 포함하여 렉 케치(322)에서 다단 렉(320)이 자유롭게 되므로 파워 스프링(300)의 힘으로 붓싱(301)과 링(302)의 위치가 처음의 고속의 위치에 복귀하고;

다단 켐(312)의 위치와 롤러(313)의 위치도 고속의 위치로 복귀한다.

이상 3종류의 파워스프링은 운전자의 체력에 따라 스프링의 강약 조절이 가능하므로 누구나 쉽게 자전거를 이용 할 수 있다.

Claims (4)

1. 통상의 가속 페달과 회동하는 구동 스프로킷 과 함께 뒷바퀴 축을 구동하므로 장력을 받는 통상의 자전거 체인에 있어서;
   수평선을 유지하는 상기 체인의 위치와 다르게 위치하게 하므로 체인의 압력을 받는 텐션스프로킷;
   상기 체인의 장력 보다 높은 파워스프링(100);
   상기 체인의 장력 보다 높은 파워스프링(200);
   오르막 길에서 토크의 증대로 압력이 높아지는 체인의 장력;
   운전자의 힘에 따라 파워스프링의 강약을 조절하는 파워 스크류(103,203);
   구동 스프로킷과 분리된 크랭크축;
   상기 분리된 구동 스프로킷과 크랭크축의 사이애 개입되는 파워스프링(300);
   안정된 기어변속을 하기위하여 훅(hook)에 의해 구속하는 다단 렉으로 구성되는 자전거의 자동변속 기어 구조
2. 제1항에 있어서 자동으로 기어 변속을 구현하기 위하여 체인(26)을 중심으로 교차 텐션을 받게 되는 후론트 스프로킷(110)과 백 스프로킷(111);
   상기 체인을 중심으로 교차 텐션을 받게 되는 톱 스프로킷과 보톰스프로킷;
   운전자의 힘의 강 약에 따라 스프링의 강 약 조절이 가능한 파워 레규레이터(103)와 파워스프링(100);
   체인(26)이 이탈하지 않도록 하기위하여 후론트 스프로킷(110)의 양측에 일체로 형성되는 체인 가이드(112);
   도로의 상태에 따라 예민하게 기어 변속을 단속하는 다단 렉(116)과 훅(115);
   오르막 길에서 체인의 압력과 텐션에 따라 후론트 스프로킷(110)이 하강하므로 구동 스프로킷(23)의 기어를 3단(33)의 위치에서 2단(32)으로 변속 가능한 롤러(119,120)를 포함한 3단 스테이지(stage,117);
   상기 고정된 3단 스테이지와 롤러A,롤러B와 함께 이동하는 스테이지 암(118)과 가이드 롯드(121);
   고속과 저속의 한계를 확정 하면서 체인의 이탈을 방지해 주는 한계 스크류(109);
   저속으로 기어 변속이 된후 가이드 롯드(121)가 고속으로 복귀되는 복원스프링(123);
   뒷 바퀴 축의 다단스프로킷(24)의 기어 변속을 위하여 와이어(108)로 연동하여 도로의 경사도에 따라 단계별 기어 변속을 하는 다단 렉(116);
   평지에서는 고속으로 복귀하기 위하여 두 발로 크렝크 페달을 역회전하면 후 론트 스프로킷(110)과 함께 역방향 회전하므로 해지 돌기(113)와 훅(115)의 상단을 밀착하는 해지 롯드(114)로 구성되는 자전거의 자동변속기어의 구조.
3. 제1항에 있어서 텐션스프로킷(25)의 압력으로 스프링이 신장되어 있는 상태에서 도로의 경사도에 따라 수축하는 파워스프링(200);
   반대방향으로 파워스프링이 수축되어 있는 상태에서 신장되어 지므로 변속되는 파워스프링;
   오르막 길에서 체인의 압력을 받는 텐션스프로킷(25);
   구동 스프로킷의 표층 각도에 따라 대칭되는 상기 파워스프링;
   상기 파워스프링을 지탱하는 외측 씰린더(202)와 텐션스프로킷(25)의 압력을 받는 내측 씰린더(201);
   오르막 길의 정도에 따라 내측 씰린더(201)의 압력으로 뒷 바퀴의 다단 스프로킷(24)의 기어변속을 하는 와이어(207);
   자전거의 예민한 기어 변속을 예방하기 위하여 저속으로 변속된후 구속되는 훅(210)과, 외측 씰린더(202)의 외주면에 형성되어서 훅을 구속하는 다단렉(211);
   저속에서 고속으로 복귀하기 위하여 페달을 약간 역회전 시키므로 터치하는 켐 레버(212)및 터치롤러(213)와 다단렉(211)에서 이탈되는 훅(210)과 다단렉(211);
   운전자의 힘에 따라 변속의 강도를 조절 할 수 있는 파워스크류(203)가 구성되는 자전거의 자동변속 기어 구조.
4. 제1항에 있어서 통상 크렝크를 포함한 구동 스프로킷 에 있어서;
   파워스프링(300)을 개입하기 위하여 분리된 구동 스프로킷(23)과 크렝크 축(30);
   내측단은 붓싱(301)에 끼움고정하고, 외측단은 링(302)에 끼움 고정하는 파워스프링(300);
   오르막 길 정도에 따라 상기 파워스프링이 감기면서 구동스프로킷 링(302)과 단계별 위치가 가변되는 크렝크 축(30)과 다단 켐((312);
   상기 위치가 가변 되도록 하는 오르막 길 정도에 따라 탄력을 받는 파워 스프링(300)과 다단 켐(312);
   페달을 밟으면 오르막 길에서 파워스프링이 감기면서 구동 스프로킷(23)과 함께 회전하는 롤러(313)와 롤러 롯드(314);
   다단 켐(312)에 의하여 롤러 롯드(314)의 상하 이동으로 상승하면서 위치를 결정하는 리프트 레버(315)와 다단 렉(320);
   상기 다단 켐(312)에 의해 상하 이동하는 다단 렉(320);
   상기 다단 렉을 구속하는 케치 레버(321)와 렉 케치(322)
   저속에서 고속으로 복귀하는 터치 롤러(316)와 해지 레버(317)로 구성되는 자전거의 자동변속기어 구조

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