KR20190109649A - 자전거 가속동력구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행속도향상을 위한 자전거 뒤바퀴 가속장치에 관한 것으로 중앙액슬축(11), 태양기어(12), 유성기어(23), 링기어(25), 유성기어캐리어(24),스프링장치를 포함하는 가속장치를 구동바퀴의 하우징(51)안에 간단하게 장착이 가능한 구조로 변속체인기어방식(21),일반체인구동방식인 자전거에 적용 설치함으로서, 구동바퀴의 회전력을 유성기어장치의 기어비율,스프링의 탄성강도에 따라 배가시켜 구동바퀴의 회전속도를 통상 자전거의 회전속도보다 높여 자전거 이용자가 속도를 내거나 경사지를 오르기위해 많은 힘을 필요로 하던 것을 적은 힘으로도 주행속도를 증속시킬 수 있는 효과가 있으며, 각각의 가속장치의 다양한 결합방법의 변경으로 여러 가지 형태의 가속효과를 가진 자전거를 만들 수 있는 효과가 있다.

Description

자전거 가속동력구동장치{bicycle accelerator power driving device}

본 발명은 자전거 가속동력장치에 관한 것으로 상세하게는 자전거 뒤바퀴 중심축상에 설치하여, 주행시, 구동바퀴의 중심액슬축과 연관되어 구동바퀴의 회전력을 가속시켜 줄 수 있도록 하여, 적은 힘으로 자전거 속도를 쉽게 낼수 있도록 한, 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치에 관한 것이다.

자전거는 교통수단, 운반수단으로 주로 이용되지만, 최근에는 레저활동 및 운동을 통한 신체단련 목적으로도 많이 사용되고 있다.

그러나, 자전거는 오르막, 평지, 내리막등 다양한 도로, 운전조건에 따라 소요되는 힘에 많은 차이가 있다.

출발,가속,오르막일 경우, 자전거를 운행하기 위해 많은 힘이 필요하게 됨에 힘을 덜기 위해 저속으로 변속하는 것이 필요하게 되어, 폐달쪽 구동체인 기어 및 구동바퀴쪽에 각기 직경이 다른 다단의 체인기어를 두어 체인의 위치를 변경할 수 있는 변속장치가 적용 설치되어 다양한 속도 변화를 할 수 있도록 하고 있다.

아무리, 변속장치를 통한 속도변화를 하더라도, 자전거 이용자의 체중,자전거 본체 하중, 체인기어의 맞물리는 부하를 줄일 수는 없다,

잦은 변속은, 변속장치의 고장을 유발하기 쉽고 변속중 속도감이 떨어지기에, 자전거에 걸리는 부하를 외부전원을 공급하여 자전거 이용자의 힘의 부담을 줄이는 전기자전거도 있으나, 외부전원의 주기적 교체라는 불편과, 충전이라는 불편과, 자전거 가격의 고가라는 점이 수반되어 자전거 운동이라는 사용의 묘미를 감소시키는 문제점이 있게 된다.

이러한, 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록실용신안 20-418803호(발명의 명칭: 유성기어장치를 사용한 자전거 구동장치)가 개시된 바 있다.

즉, 상기 등록실용신안은 유성기어장치를 폐달측에 적용한 것으로 상기와 같은 구조는, 세발자전거, 외발자전거, 오디너리형 자전거등과 같이 폐달의 회전 구동되는 축상에 유성기어장치가 설치되기 때문에, 실질적 주동력은 폐달에서만 이뤄져 실질적 속도향상이 그다지 크지 못하다는 단점이 있어 다양한 가속장치의 조합으로, 지역 도로 특성에 맞는, 여러 가지 형태의 자전거를 만들 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 주 목적은, 자전거의 다양한 운전조건에 소요되는 힘이 최소화되도록 자전거의 뒤바퀴 구동축상에 다양한 가속장치를 간단하게 설치하여, 자전거의 속도가 쉽게 가속되도록 하는 자전거용 동력구동장치를 제공함으로서, 지역도로특성 및 이용목적에 맞는 자전거를 선택할 폭을 넓혀 자전거 이용자의 재미를 증가시키는 것을 제공하는 데 있다.

이러한, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 주행속도 향상을 위한 자전거용 가속장치의 구체적 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. ( 다만, 설명의 편의와 도면 작성의 편의를 위해 나선형스프링,자전거타이어와 결합되는 28~36개의 스포크등은 도시가 생략되어 있음.)

본 발명의, 주행속도향상을 위한 자전거용 가속동력구동장치는, 자전거 프레임에 각각의 가속장치를 지지 고정할 수 있는 중앙액슬축부(10), 제1가속장치(20), 제2가속장치(30), 제3가속장치(40), 하우징부(50)등으로 구성되며, 중앙액슬축(11)은 양쪽 끝단의 일정부분이 수나사로 새겨지며, 액슬축 중앙 일정부분에 태양기어(12)와 콘겸용타원형캠(13)이 고정되어 설치되고, 베어링(16), 너트(15), 콘(14)등으로 최종 자전거 프레임에 고정되며,

제1가속장치(20)는 폐달에 의한 회전동력을 전달하는 매개체 다단변속체인기어나 일반체인기어가 기어형태의 결합턱(일명:프리휠)(22)에 체결 고정되며 프리휠의 안쪽에는 암나사가 새겨져, 유성기어 캐리어(24)의 돌출부분에 새겨진 수나사와 결합되어 조립되며, 도6은 캐리어가운데에 캐리어중공구(26)를 두어 액슬축(11)이 관통하도록하고 태양기어(12)의 한쪽면을 파인홈으로 만들어서 결합시킴으로 캐리어의 이탈,유격을 방지토록 한다.

유성기어캐리어(24)의 안쪽에는 다수의 유성기어(23)가 조합되고, 각각의 유성기어 안쪽으로는 중앙액슬축(11)에 고정된 태양기어(12)와 접하며 각각의 유성기어 바깥쪽으로는 링기어(25)와 접하게 설치된다.

도2은 제1가속장치의 자동원리를 설명키 위한 단면도로 유성기어 장치의 원리에 의해 폐달의 구름작용이 폐달링에 의거한 회전동력이 뒤바퀴 구동바퀴축의 다단,일반체인기어에 체인을 매개로 회전동력이 전달되면 프리휠안에 설치된 한쪽방향 힘의 전달(원웨이 클러치)로 유성기어캐리어(24)를 회전시키고, 캐리어안에 설치된 각각의 유성기어(23)들이 태양기어축을 중심으로 자전,공전하면서 바깥쪽에 접한 링기어(25)를 회전시키게 된다.

참고로, 유성기어장치의 주요구성은 태양기어,링기어,유성기어,유성기어캐리어로 이뤄지며, 태양기어를 기준으로 유성기어가 공전운동과 함께, 링기어에 대해, 자전운동을 실행하여 링기어의 잇수, 태양기어의 잇수, 유성기어의 잇수의 결합비에 따라 정,역회전,가속,감속을 하는 원리로서 회전체를 변속 작동하는 수단으로, 본 발명의 태양기어를 고정시키고 유성기어를 입력, 링기어를 출력으로 하면, 각 기어들의 결합비에 의거, 같은 방향(정회전) 가속 출력을 얻을 수 있다.

링기어(25)는 하우징(51)과 용접, 또는 링기어의 바같외경에 암나사, 하우징 내경에 암나사를 새겨 암,수나사 결합으로 일체화 시키며 하우징은 조립의 용이를 위해 2개의 대칭 형태로 나뉘어질 수 있으며 이 경우, 고정연결바를 통해 너트, 또는 스냅링(54) 고정시킬 수 있다.

제2가속장치(30)는 중앙액슬축상에 설치하되, 보조허브(31), 장력스프링(35),장력스프링을 나선형으로 휘게 잡아주는 원형판(32)으로 구성되며 액슬축과 보조허브사이에는 보조허브가 원활히 회전토록 베아링이 삽입되고 장력스프링은 2개로 이뤄지며 각각의 장력스프링 한쪽은 하우징의 내경 안쪽 고정핀(52)에 다른쪽은, 보조허브(34)의 외경 돌출인입구(32)에 원형판을 통해 나선형태로 결합된다.

도3 단면도에 도시된바 같이 장력스프링(35)이 회전탄력성을 갖추도록 나선형태로 결합하되, 보조허브(31)의 외경 돌출인입구(32)에 결합된 장력스프링은 힘의 작용.반작용으로 고정역활을, 하우징의 내경에 연결된 장력스프링은 보조허브에 결합된 스프링의 고정역활로 회전탄력성을 갖게되어 하우징이 내연기관이나 전기모터의 도움없이도 스프링 자체의 탄력성에 의거 회전력이 발생되어 하우징(51)이 회전하게 되며 제1가속장치(20)와 함께 어울려 더욱 빠르게 하우징을 회전하게 만든다.

제3가속장치(40)는 풀리(41),토션스프링(42),토션스프링결합바(43),중앙액슬축에 고정된 콘형태의 타원형캠(13), 스프링연결부재로 구성되며 제2가속장치의 양쪽, 혹은 한쪽면에 설치할 수 있다.

토션스프링(42)은 한쪽은 ㄱ형태로 한쪽은 일자형태가 원형스프링보다 길게된 형태로 만들며, 스프링 안쪽으로, 토션스프링 결합바(43)가 들어가며 스프링 한쪽은, 풀리(41)쪽에, 다른 한쪽은 구멍이 뚤린 하우징(51)에 결합시킨다.

풀리(41)의 한쪽은 고정연결바에 삽입되어, 토션스프링(42)의 한쪽을 물리고, 다른쪽은 액슬축에 접해있는 콘형태의 타원형캠(13)과 접하는데 도4에 도시된 바와 같이, 타원형캠의 파인 홈에 풀리의 한쪽이 접하도록함으로서 풀리의 이격을 방지토록 한다.

도4은 제3가속장치 작동상태를 설명키 위한 단면도로 폐달링에 의거한 회전동력이 제1,2가속장치에 의해 하우징(51)이 회전하게 되면, 하우징의 고정연결바를 통해 결합된 토션스프링(42))이 중앙액슬축(11)에 고정된, 콘형태의 타원형캠(13)에 접한 풀리(41)를 통해서 긴타원형캠에 풀리가 물리면 토션스프링이 일정부분 감겨 회전탄력성이 생기며, 이 회전력이 하우징(51)에 회전력을 증대시켜 하우징이 빨리 회전하게, 도움을 줘, 더욱, 빠르고 쉽게 하우징을 회전시키며, 하우징에 연결된 링기어(25)를 통해 유성기어(23)의 회전력도 빠르게 회전하게 되어, 유성기어캐리어(24)를 통한 다단변속체인기어(21),일반체인기어의 회전을 쉽게하면서 속도는 높일 수 있다.

버려진, 기존 자전거의 부품을 이용하면, 자원절약 및 자전거 구입비용 절약을 가져오며, 이용목적에 따라 청구항5항에 의거한 다양한 자전거를 제작, 자원절약과 저렴하면서 기능이 향상된 자전거를 보급할 수 있다.

도3은 제2가속장치(30)의 보조허브(31) 작동상태를 설명하기 위한 단면도로, 보조허브장치의 돌출인입구(33)에 장력스프링(35)의 한쪽을 고정시키고 다른 한쪽은 하우징(51)의 내경에 고정시키면, 보조허브 돌출인입구에 결합된 좌측 스프링의 힘은 왼쪽으로, 우측스프링의 힘은 오른쪽으로 튕기려는 힘이 생기는 바, 좌·우 힘의 균형으로 안쪽 보조허브장치는 힘의 고정역활을, 하우징(51)의 내경에 결합된, 장력스프링의 힘은 좌,우 모두 오른쪽 한쪽방향으로 튕기려는 탄력성이 생겨 회전력이 발생하게 된다.

도 6은 하우징(51)의 결합상태를 나타낸 사시도로, 각 가속장치들의 조합방식에 따라, 통형태 하우징(51)나, 오목,불룩형태의 2개의 대칭형으로 구성될 수도 있으며, 이 경우 하우징안에 고정연결바를 통해 너트, 혹은 스냅링으로 고정시키고, 통형태의 경우는 다단체인기어, 일반체인기어의 반대쪽의 하우징 내경에 톱니형태를 새겨놓고, 톱니형태를 새겨놓은 원형판(53)을 스냅링(54)으로 고정하거나, 내경 끝 부분에 암나사를 새겨넣고 원형판(53)에 수나사를 새겨 조립할 수도 있다.

상기와 같이 구동바퀴의 속도를 향상시킬 수 있는 각 가속장치들간의 결합,조합은 자전거 이용자가 폐달을 1회전 시키는데 필요한 동일한 힘에 비해 속도를 두배이상 향상시킬 수 있어 자전거 이용자는 주행의 편리성을 가질 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에서 해석되어야 할 것이다.

또한, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 각 가속장치의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합이나,결합되어 많은 변형 가속장치가 가능함을 이해 할 것이다.

유성기어장치, 스프링장치를 이용한 가속동력장치를 만들어 자전거 동력원으로 사용함으로서, 자전거 이용자의 이용 목적에 맞는 속력이 증가되고, 힘이 큰 토크로 똑같은 거리를 주행할 시, 시간이 절약되고 힘이 덜 들게 되어 자전거 이용의 묘미를 증가시켜, 교통수단 및 레져 취미 생활의 즐거움을 배가시킬 수 있다.

제 1도 본 발명의 자전거용 가속동력구동장치의 분해하여 나타낸 사시도
제 2도 본 발명의 자전거용 제1가속장치의 작동상태를 설명키 위한 단면도
제 3도 본 발명의 자전거용 제2가속장치의 작동상태를 설명키 위한 단면도
제 4도 본 발명의 자전거용 제3가속장치의 작동상태를 설명키 위한 단면도
제 5도 본 발명의 자전거용 제1가속장치의 유성기어캐리어와 태양기어 결합상태도
제 6도 본 발명의 자전거용 하우징의 결합 상태도

[과제의 해결수단:발명을 실시하기 위한 구체적 내용]

10. 중앙액슬축부
11. 액슬축 12.태양기어 13.콘겸용타원형캠 14, 콘 15, 너트 16, 베아링
20. 제1가속장치
21. 다단변속체인기어 22. 프리휠 23.유성기어 24,유성기어캐리어
25,링기어 26,캐리어중공구
30. 제2가속장치
31. 보조허브 32. 회전판 33.장력스프링인입구 34. 장력스프링돌출고정구
35, 장력스프
40. 제3가속장치
41. 풀리 42. 토션스프링 43. 풀리연결바
50. 하우징부
51. 하우징 52.장력스프링고정구 53.하우징결합원판 54.스냅링

Claims (7)

1. 자전거 프레임에 고정되는 중앙액슬축부(10), 제1가속장치(20), 제2가속장치(30), 제3가속장치(40), 하우징부(50)등으로 구성되며, 제1가속장치는 폐달에 의한 회전동력을 전달하는 매개체 다단변속체인기어(21),일반체인기어가 기어형태의 결합턱(프리휠)에 체결 고정되며, 프리휠(22)의 안쪽에는 암나사가 새겨져, 유성기어캐리어(24)의 돌출부분에 새겨진 수나사와 결합되며, 유성기어캐리어의 안쪽으로는 중앙액슬축(11)에 고정된 태양기어(12)와 접하고,바깥쪽으로는 링기어(25)와 접하게 설치되며, 링기어의 외곽에 하우징(51)과 용접 혹은 나사결합으로 접하게 되며,
   제2가속장치(30)는 베아링(16), 콘겸용타원형캠(13), 보조허브(31),장력스프링(35), 원형회전판(32)으로 구성되며, 제3가속장치(40)는 토션스프링(42),풀리(41),스프링결합바(43)로 구성되며, 하우징부(50)은, 조립,결합의 편리를 위해 통일체형이나,오목·불록 형태의 대칭형으로 2개로 구성될 수도 있으며, 이 경우, 고정연결바를 통해 너트 혹은 스냅링으로 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거.
2. 제 1항에 있어서 제2가속장치(30)는 중앙액슬축(11)과, 보조허브(31)사이에 베아링이 삽입되어 보조허브의 회전이 원활히 되도록 하며, 보조허브장치는 원형회전판을 통해 시계태엽처럼 나선형으로 굽혀진 장력스프링이 고정 삽입될 수 있도록 좌,우 양쪽 대각선 대칭으로 돌출고정구(34) 2개가 새겨지며,원형회전판(32) 좌·우에는 장력스프링(35)이 나선형을 유지토록 스프링인입구(33)가 새겨지며, 나선형으로 굽혀진 장력스프링 외곽 한쪽끝은 하우징의 고정핀(52)에, 한쪽끝은 보조허브장치의 돌출고정구(34)에 고정되어, 스프링의 탄력성으로 하우징(51)의 회전력을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거,
3. 제 1항에 있어서 제3가속장치(40)는 토션스프링(42),풀리(41),스프링결합바(43), 연결부재로 구성되며, 제2가속장치(30)의 양쪽 혹은 제1,2가속장치 사이에 설치할 수 있으며, 토션스프링의 한쪽은 결합바를 통해 풀리에, 한쪽은 결합바를 통해 하우징에 접속되며 하우징(51)이 회전하면 중앙액슬축(11)에 고정된 제2가속장치의 콘형태의 타원형캠을 따라 풀리가 회전하는데 타원형캠의 폭이 긴쪽에 풀리가 물리면 토션스프링의 탄력성이 강해지고 타원형캠(13)의 짧은쪽에 물리면 스프링의 탄력성이 약해지는데 토션스프링의 탄력성이 강,약으로 반복하면서 하우징의 회전력을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거.
4. 제 1항에 있어서 중앙액슬축(11)은 양족 끝단의 일정부분이 수나사로 새겨지며, 중앙액슬축 안쪽 일정부분에 태양기어(12), 콘형태의 타원형캠(13)이 설치되고, 태양기어는 제1가속장치(20)의 다수의 유성기어(23)와 맞물리며, 콘형태의 타원형캠은 제2가속장치 보조허브의 한쪽, 혹은 양쪽에 설치할 수 있되 안쪽콘형태에는 볼베아링이 삽입되어, 보조허브와 결합되고 바깥 타원형캠형태에는 제3가속장치의 풀리(41)가 물리게 되며, 수나사가 새겨진 양쪽끝단 부분으로 콘(14), 베아링(16), 와셔등이 삽입되고, 자전거프레임에 너트(15)를 통해 고정시킴으로서, 하우징(51)의 유격 유지 및 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 자전거,
5. 제1가속장치(20),제2가속장치(30),제3가속장치(40),가속부재장치를 모두 결합하여, 가속구동장치를 만들 수 있고, 각 가속장치 하나씩만으로도 가속구동장치를 만들 수 있고,제1,2가속장치 결합, 제1,3가속장치 결합,제2,3가속장치 결합으로도 가속구동장치를 만들 수 있으며 자전거 용도 및 상업적 사용가치를 고려하여 각각의 가속장치와 가속부재장치의 다양한 변형 결합 방식으로, 다양한 가속구동장치를 만들 수 있는 특성을 갖춘 자전거.
6. 제 1항에 있어서 하우징부(50)은 가속장치들간의 결합방법에 따라 통형태,오목·불록형태의 2개의 하우징으로 구성될 수도 있으며,통형태인 경우는 체인기어가 물리는 반대쪽에 하우징 내경 끝단에 톱니형태, 또는, 암나사형태를 새겨 하우징결합원판(53)도 톱니형태, 수나사를 새겨 스냅링(44)으로 고정하고 오목,불록형태 하우징은 한쪽 하우징안에 2개의 고정연결바를 세우고, 다른쪽 하우징에는 2개의 구멍을 내어 고정연결바를 너트,혹은 스냅링으로 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거
7. 제 1항과 제1가속장치(20)의 유성기어캐리어(24) 가운데에 캐리어중공구(26)를 유성기어캐리어와 일체로 만들어, 액슬축(11)이 관통하도록하고, 캐리어중공구 외경으로, 중앙액슬축부(10)에 고정된 태양기어(12)의 한쪽면 파인홈이 들어가 결합시킴으로 유성기어캐리어의 이탈,유격을 방지토록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 자전거.

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