KR20150000585A - 바퀴동력제어기와 방향변환장치를 장착한 4륜조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향변환장치과 4륜조향장치에 관한 것이다. 핸들과 조향 축 및 칼럼으로 구성된 종래의 4륜조향장치는 몇 가지 장점을 갖고 있었음에도 대중화되지 못하였다. 따라서 4륜조향장치의 대중화를 위해서 방향변환장치와 동력제어장치를 이용하여 새로운 4륜조향장치를 만들었다.
본 발명의 방향변환장치는 제 4도와 같이 두 개의 앞바퀴와 두 개의 뒷바퀴의 방향을 같게 조향하거나 아니면 서로 반대방향이 되도록 조향하는 장치이다. 방향변환장치는 두 개의 직각물림기어(2)와 하나의 원반기어(1) 및 신축장치(3)로 구성된다. 제 4도에서는 원반기어(1)가 우회전을 하면 뒷바퀴도 우회전을 한다. 제 5도에서는 원반기어(1)가 우회전을 하면 뒷바퀴는 좌회전 한다. 이처럼 방향변환장치에 의해 뒷바퀴의 방향이 바뀐다.
본 발명은 바퀴동력제어기와 방향변환장치를 사용한 4륜조향장치로서 종래의 4륜조향장치에 없는 바퀴 방향을 90° 돌아가게 하는 기능이 추가되었다. 이 새로운 조향장치의 특징은 네 바퀴를 다 같이 현 상태에서 바퀴의 방향을 90° 돌아가게 하는 기능을 이용하여 네 바퀴를 90°회전시킨 상태로 앞으로 나가면 차체의 방향은 그대로 유지한 채 차는 바퀴를 따라 옆으로 평행이동을 한다. 또한 90° 각도로 꺾인 좁은 시골 골목길에서도 운전이 용이하다. 앞뒤바퀴의 방향을 반대로 향하게 조향을 하고 실조향각이 90°가 되도록 핸들을 조작한 다음 앞으로 나가면 차는 제자리에서 맴돈다. 새로운 4륜조향장치는 이러한 여러 가지 특징을 갖고 있다.

Description

바퀴동력제어기와 방향변환장치를 장착한 4륜조향장치{4WS system with power control and direction converter.}

본 발명은 네 개의 바퀴동력제어기와 하나의 방향변환장치를 장착한 4륜조향장치로서 네 바퀴의 방향을 90° 회전시켜서 차가 제 자리에서 맴돌게 하거나, 차가 직각방향의 옆으로 평행이동을 가능케 하는 기술에 관한 것이다.

1962년에 후륜조향에 관한 연구가 시작되면서 1992년에는 전자제어 4륜조향장치(4WS)를 장착한 차까지 출현되었었다. 당시 4WS장치는 앞뒤바퀴를 같은 위상으로 조향하고 전진하면 차가 평행이동을 하여 U턴 시에 안전하며, 앞뒤바퀴를 역 위상으로 조향하고 전진하면 차의 회전반경이 짧아져 주, 정차 시에 편리하다는 점은 입증되었으나 오늘날 일반화되지 않고 있음은 아직도 개선할 여지가 있기 때문인 것이다.

따라서 본 발명은 기존의 4WS장치를 일반화하기 위해 구조와 기능을 바꾼 새로운 4륜조향장치를 만들게 되었다.

특허출원서 (출력혼용차량바퀴) 2013.06.13. 접수

종래의 4륜조향장치는 전륜조향장치를 그대로 사용하여 네 바퀴를 조향하는 방식이었다. 조향결과는 바퀴의 실조향각이 7° ∼ 8° 밖에 되지 안 해서 일반화되지 못한 것이다. 따라서 본 발명의 첫째 과제는 실조향각 7° ∼ 8° 을 확대하여 90° 가 되도록 구조를 바꾸는 것이다.

두 번째 과제는 두 개의 뒷바퀴의 방향을 앞바퀴의 방향과 같은 위상, 또는 반대 위상으로 조향하는 장치를 90° 회전이라는 새로운 기능이 추가된 장치를 만드는 것이다. 즉 두 개의 직각물림기어와 하나의 원반기어의 결합으로 구성된 방향변환장치로 뒷바퀴의 방향을 바꾸고 90° 회전이 가능한 새로운 방향변환장치를 개발하는 것이다.

1). 바퀴동력제어기

본 발명의 첫째 과제를 해결하기 위해 바퀴동력제어기를 개발하는 것이다. 바퀴동력제어기는 바퀴를 회전시키는 힘과 바퀴의 방향을 바꾸는 힘으로서 바퀴에 공급되는 기계적 동력과 전기적 동력을 제어하는 장치이다. 제 1도와 같이 동력혼용차량바퀴(7)(특허출원 중)와 바퀴지지대(4)를 먼저 결합한다. 바퀴지지대는 바퀴 축을 지지하는 양쪽 기둥과 두 기둥을 연결한 파이프의 중간에 수직상방으로 용접된 원통 관으로 구성한다. 이 원통 관 상단에 조향기어(1)를 결합한다. 조향기어의 위쪽에 있는 동력기어(2)의 축은 이 원통 관의 안쪽을 통과해서 원통의 중간에 있는 동력직각변환기(5)에 접합시킨다. 그리고 제 2도와 같이 동력직각변환기의 체인기어(8)와 바퀴 축의 체인기어(8)를 체인으로 연결한다. 이렇게 하여 핸들 축(9), 동력기어(2), 조향기어(1)및 동력 축(10)을 결합한 바퀴동력제어기가 완성된다.

2). 실조향각 90° 회전 장치

제 3도는 제 2도의 상면도이다. 제 3도에서 핸들을 계속 돌리면 핸들 축 기어(9)와 조향기어(1)가 맞물려 돌라가서 조향기어의 원반은 360° 까지도 돌아갈 수 있다. 본 장치는 실조향각이 90° 이상 돌아가지 못하도록 조향기어 원반에 핀을 꽂아 회전을 정지시킨다. 실조향각이 90°가 되도록 핸들을 조작하는 기술은 본 발명의 바퀴동력제어기를 통해서만 가능한 새로운 기술이다.

3). 새로운 4륜조향장치

본 발명과 관련된 방향변환장치 및 바퀴동력제어기를 사용하여 새로운 4륜조향장치를 만든다. 제 6도와 같이 앞뒤바퀴가 모두 같은 방향이 되도록 바퀴를 조향할 수가 있고, 또한 제 7도와 같이 두 개의 앞바퀴의 방향과 두 개의 뒤 바퀴의 방향이 반대가 되는 방향으로 조향할 수 있을 뿐만 아니라 네 바퀴의 방향을 90° 각으로 회전시키는 새로운 기능을 갖도록 만든다.

새로운 4륜조향장치를 네 바퀴를 방향이 같게 조향하고 전진하면 원하는 방향으로 차의 평행이동이 가능하고, 네 바퀴의 방향을 같은 방향으로 90° 회전시키고 전진하면 차는 좌우의 직각방향으로 평행이동을 하여 주차 시에 적당한 차간 거리를 두고 주차할 수 있다. 앞과 뒤의 바퀴방향이 반대가 되도록 위상을 조향하고 실조향각이 90°가 되도록 핸들을 꺾고 전진하면 차는 제자리에서 맴돌게 되는 등 기능이 다양하다.

본 발명의 4륜조향장치로 다음과 같은 효과를 거둘 수 있다.

첫째, 차바퀴의 방향을 90° 회전시키는 기능을 이용한다면 90° 각으로 꺾여있는 시골의 좁은 길을 갈 때 운전이 쉽고 안전하며 주차 시에 옆 차와의 거리를 적당히 조절할 수 있다.

둘째, 기존의 소형 전동차에 본 4륜조향장치와 동력혼용차량바퀴(특허출원 중)를 장착하면 속도가 빠르고 견인력이 커서 일반 가정주부들이 경차 대신으로 이를 이용하여 편리하게 나들이를 할 수 있다.

세째, 이상의 구조를 가진 차량은 페달의 힘으로도 차가 굴러갈 수 있어 신체운동을 통해 건강을 증진하는 웰빙 카의 역할을 한다.

네째, 소형전동차의 운전석 앞에 유아나 어린이를 위한 좌석을 설치하면 유모차를 대신할 수 있고, 초등학교 학생의 등하교 시에 안전을 위해 이용할 수 있는 등 생활에 매우 유용하게 쓰인다.

제 1도 본 발명과 관련된 바퀴동력제어기의 조향부분
제 2도 본 발명과 관련된 바퀴동력제어기의 동력부분
제 3도 본 발명과 관련된 실조향각 90° 회전원리
제 4도 본 발명의 방향변환장치에 의한 동 위상도
제 5도 본 발명의 방향변환장치에 의한 역 위상도
제 6도 본 발명의 방향변환장치에 의한 4륜조향장치의 동 위상도
제 7도 본 발명의 방향변환장치에 의한 4륜조향장치의 역 위상도
[도면의 간단한 설명]
제 1도 본 발명과 관련된 바퀴동력제어기의 조향기어
제 2 도 본 발명과 관련된 바퀴동력제어기의 동력기어
제 3 도 본 발명과 관련된 바퀴동력제어기 상면도
제 4 도 본 발명과 관련된 방향변환장치의 동 위상 조향도
제 5도 본 발명과 관련된 방향변환장치의 역 위상 조향도
제 6도 본 발명과 관련된 4륜조향장치의 동 위상 조향도
제 7도 본 발명과 관련된 4륜조향장치의 역 위상 조향도

첫째 과제를 해결하기 위해서는 바퀴의 방향을 통제하는 장치를 바꿔야 한다. 네 바퀴에 바퀴동력제어기를 장착하는 것이다. 바퀴동력제어기는 [제 1도]와 같이 조향기어(1), 동력기어(2), 바퀴지지대(4), 동력직각변환기(5), 정류자(6), 동력혼용차량바퀴(7), 체인기어(8) 등의 부품으로 구성된다. 바퀴동력제어기는 외부로부터 바퀴에 공급되는 페달과 엔진의 동력, 핸들로부터의 조향동력 및 모터의 전기동력 등을 필요에 따라 공급하는 일을 한다.

조향기어(1)는 제 1도와 같이 바퀴지지대의 원통 상단에 고정되어 있음으로 조향기어(1)와 바퀴지지대(4) 및 바퀴(7)는 함께 움직인다. 따라서 [제 2도]와 같이 핸들 축을 돌리면 핸들 축의 기어(9)와 조향기어(1)가 맞물려 돌아가고, 조향기어와 결합되어 있는 바퀴지지대와 바퀴의 방향도 돌아가게 된다. 조향기어(1' )는 조향기어(1)와 핸들 축의 기어(9)를 단단히 결합시키기 위한 보조기어이다. 따라서 조향기어(1' )는 바퀴의 회전과 관계없이 공회전을 할뿐이다.

[제 3도]는 [제 2도]의 상면도이다. 핸들 축(9)이 돌아가면 이와 맞물린 조향기어(1)는 360° 까지 돌아갈 수 있다. 실조향각이 좌우로 90°까지만 돌아가도록 핀을 꽂아 조향기어의 회전을 정지시킨다. 실조향각 90° 회전은 바퀴동력제어기가 있음으로 가능한 새로운 기능이다.

제 4도와 제 5도는 방향변환장치의 효과에 관한 것이다. 방향변환장치는 두 개의 앞바퀴 방향과 두 개의 뒷바퀴 방향을 같은 방향으로 조향하거나 아니면 반대방향으로 조향하는 장치이다. 이 장치의 구성은 먼저 고정된 앞뒤바퀴 사이에 이들을 연결하는 동력전달 축을 설치한다. 그 축의 중간에 원반기어(핸들과 연결됨)와 서로 마주 보는 두 개의 직각물림기어(다른 기어와 90° 각도로 물리는 기어) 및 신축장치(3)(축의 길이를 조정함)를 삽입한다.

제 6도는 신축장치(3)를 통해 동력 축을 약간 뒤로 이동시켜 오른 쪽 직각물림기어와 원반기어가 결합한 상태이다. 이 상태에서는 원반기어가 우회전을 하면 직각물림기어도 우회전한다. 따라서 원반기어와 연결된 앞바퀴 두 개도 역시 우회전하고, 직각물림기어에 연결된 뒤 바퀴 두 개도 우회전을 한다. 모든 바퀴가 우회전하는 같은 위상으로 조향된다.

제 7도는 신축장치(3)를 통해 동력 축을 약간 앞으로 이동시켜 왼쪽 직각물림기어와 원반기어가 결합한 상태이다. 이 상태에서는 원반기어가 우회전을 하면 원반기어와 직접 연결된 두 개의 앞바퀴는 우회하고, 오른쪽 직각물림기어에 연결된 뒷바퀴는 좌회전을 한다. 따라서 앞바퀴 두 개는 제 6도의 경우처럼 우회전을 하고, 뒷바퀴 두 개는 바대로 좌회전을 하는 역 위상으로 조향된다.

제 6도와 제 7도의 상태 변환은 방향변환장치에 의해 조작된다. 즉 방향변환장치에 레버를 장착해서 이를 앞뒤로 약간씩 이동시키면 이에 따라 동력 축의 기어들의 결합이 바뀌면서 뒷바퀴의 방향이 바뀌지는 원리로 구성된 새로운 4륜조향장치이다. 새로운 4륜조향장치의 효과는 다음과 같다.

제 6도와 같이 조향한 상태로 전진하면 차는 원하는 방향으로 평행이동이 가능하다. 또한 네 바퀴의 실조향각이 90°가 되도록 한 상태로 전진하면 차는 그 지리로부터 옆으로 평행이동 할 수가 있어 주정차 시에 차간 거리를 조절하는데 매우 편리하다.

제 7도는 방향변환장치를 사용하여 앞뒤바퀴의 방향이 반대가 되도록 조향한 상태이다. 이 상태로 전진하면 차의 회전반경이 짧아진다. 이 상태에서 실조향각이 90°가 되도록 핸들을 꺾고 전진하면 차는 회전반경이 가장 짧아져서 제자리에서 맴돌게 된다. 이는 앞으로 주차했던 차를 제자리에서 맴돌아 바로 앞으로 나갈 수 있다.

1 : 조향기어 2 : 동력기어
3 : 신축장치 4 : 바퀴지지대
5 : 동력직각변환기 6 : 정류자
7 : 동력혼용차량바퀴 8 : 체인기어
9 : 핸들 축 10 : 동력 축
11 : 베어링 12 : 웜 기어
13 : 오른쪽 바퀴 14 : 왼 쪽 바퀴
15 : 방향변환장치 16 : 직각물림기어

Claims (4)

1. 전, 후륜을 연결하는 동력 축 상에 두 개의 직각물림기어와 하나의 원반기어를 설치하여 이 두 개의 기어 결합을 통해 뒷바퀴의 회전방향을 바꾸는 방향변환장치.
2. 제 1 항의 방향변환장치를 사용한 4륜조향장치
3. 제 1도에서 기어(1), 동력기어(2), 바퀴지지대(4), 동력직각변환기(5),정류자(6),동력혼용차량바퀴(7),체인기어(8)등의 부품으로 구성되어 바퀴에 동력을 필요에 따라 공급하는 바퀴동력제어기.
4. 이상의 청구 항에 대한 자명한 변경실시는 본 발명의 범위에 속한다.

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