KR20190115526A - 체인없는 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체인없는 자전거에 관한 것으로, 제1가속장치(20),제1가속장치의 회전운동을 보조하는 제2가속장치(30)로 이뤄지며, 페달의 구름작용이 크랭크 암(12)에 의해 중심회전축(11)을 회전시키면, 중심회전축에 결합된 제1가속장치의 유성기어캐리어(21)가 같은 방향으로 회전하며, 태양기어(24)는 같은 방향으로 가속회전하고 태양기어와 결합된 제2가속장치의 보조허브(31)도 제1가속장치의 회전력과 제2가속장치의 장력스프링(34) 탄력성의 도움을 받아 회전하게 되어, 자전거 이용자가 페달 구름작용의 큰힘을 들이지 않고도 가속동력을 얻을 수 있으며, 체인,변속기, 스프라켓등이 없어 자전거 외관을 깔끔하고 단정하게 할 수 있는 특징을 갖춘 자전거이며 제2가속장치의 보조허브(31),장력스프링(34)을 없앤 단순한 단순한 자전거도 만들 수 있는 체인없는 자전거.

Description

체인없는 자전거{chainless bicycle}

본 발명은 체인없는 자전거에 관한 것으로 보다 상세하게는 유성기어장치를 이용, 즉, 링기어(23), 태양기어(24), 유성기어(22)의 기어비에 따라, 다양한 변속비를 구현할 수 있으며 장력스프링(34)의 탄력성을 이용함으로써 적은 힘으로 확실한 동력전달이 가능하고, 변속기가 없어 변속이 필요없으며 체인, 폐달측,구동바퀴측 스프라켓, 변속기장치등이 없어 세련된 자전거 외관을 갖춘 체인없는 자전거를 만들 수 있다는 것이다.

자전거는 교통수단, 운반수단으로 주로 이용되지만, 최근에는 레저활동 및 운동을 통한 신체단련 목적으로도 많이 사용되고 있다. 최근에는 미세먼지 등 환경오염에 적극적으로 대처할 수 있는 친환경 교통수단으로 부각되고 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, 페달쪽 구동체인기어 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 본 발명의 출원자는 2017년 5월 15일 출원번호 10-2017-0059730 (발명의명칭: 탈,부착이 가능한 자전거 가속동력 구동장치 ), 2018년 3월 7일 출원번호 10-2018-0026634 (발명의명칭:자전거가속동력구동장치)를 출원한 바 있다.

일반적으로 자전거는 동력전달이 페달측 스프라켓과 후륜측 구동바퀴 스프라켓을 체인을 매개로 이루어진다. 이와같은, 체인식 자전거는 오랜시간 방치시 체인이 녹슬기 쉽고 체인에 도포된 기름이 옷이나 신체에 묻게되어 위생적이지 못한 점이 있으며, 자전거 주행시 체인이 늘어지거나 스프라켓에서 체인이 이탈하여 곤혹을 치르기도 한다.

이러한 문제점을 해소코자 체인을 사용하지 않는 체인없는 자전거가 개발되어 사용되고 있으며, 대표적인 것으로 베벨기어와 베벨기어에 물리는 기어산 형태의 스프라켓을 이용하는 것으로 페달의 구름작용을 뒷바퀴축에 동력전달축이 체인을 대신하고 있는 것이다. 즉, 페달측의 회전력을 베벨기어를 이용하여 직교변환하여 동력전달축에 전달하고, 다시, 동력전달축의 회전력을 베벨기어를 이용하여 직교 변환함으로서 후륜구동축을 구동시키게 된다.

이와 같은, 체인없는 자전거는 기존 체인식 자전거에 비해 동력전달구조가 간단하고 동력전달 효율을 개선할 수 있는 장점이 있으나, 베벨기어 및 베벨기어와 물리는 동력전달축의 마찰로 기어부하가 생기며, 체인만 없을 뿐이지 베벨기어 및 동력전달축의 외관배출로 깔끔하고 단정한 자전거 미관을 만들 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 주 목적은, 상기와 같은 문제점을 해소코자 하는 것으로 비교적 간단한 구조. 즉, 본 발명자가, 기 출원한 발명 내용을 조금 변형시켜 체인없는 자전거에 접목시킴으로서, 확실한 동력전달이 가능하고 기존 자전거의 체인,변속기장치,페달측,후륜구동측 다단체인기어를 없앰으로써 제작비용이 절약되고 깔끔하고 세련된 무체인 자전거를 제공코자 하는 것이다.

이러한, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 체인없는 자전거 구체적 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. ( 다만, 설명의 편의와 도면 작성의 편의를 위해 타이어 림에 연결되는 28~36 스포크살은 도시가 생략되어 있음.)

도1은 본 발명의 실시예에 따른 체인없는 자전거의 정면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 자전거프레임은 앞,뒤바퀴프레임 2개로 구성되며 프레임연결링(19-1)을 통해 조립되며, 자전거를 구성하는 앞바퀴 상측에는 핸들이 구비되고 상기, 앞바퀴,뒤바퀴 사이에는 안장이 구비되며, 상기, 뒤바퀴의 중심축에는 제1가속장치,제2가속장치, 2개의 크랭크암, 페달이 장착된다. 상기, 크랭크암(12)의 한측단은 뒤바퀴 중심회전축(11)에 장착되고, 타측단에는 폐달(19)이 장착된다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 체인없는 자전거 제1가속장치 단면도로서 상기 자전거의 몸체에 해당하는 프레임의 한쪽에 링기어(23)가 고정되는데 링기어의 2~3개의 파인 동공 나사홈에 볼트(15)로 조임으로서, 프레임과 링기어가 일체화 되도록 한다. 링기어(23)의 안쪽으로 다수의 유성기어(22)가 결합된 유성기어캐리어(21)가 치합되어 결합되고, 다수의 유성기어 안쪽으로 태양기어(24)가 치합되어 결합되며, 유성기어캐리어중공구(25) 돌출 동공 안쪽에는 사각형으로 만들어 회전하는 중심축의 사각면과 치합 결합되도록 하고, 중심축결합 중공구(25) 바깥 원형에는 태양기어가 접하도록 함으로서 태양기어의 이격을 방지토록 한다.

도4은 제2가속장치의 구조를 세부적으로 도시한 분해 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면 제1가속장치의 태양기어(24) 일측면에 수나사를 새겨논 부분이 제2가속장치의 한방향동력전달장치(35)의 내경에 새겨논 암나사와 결합되어 조립된다. 그러면, 제1가속장치 태양기어(24)의 회전과 한방향동력전달장치(35)가 같이 회전하게 되고 한방향동력전달장치(원웨이클러치)에 결합된 보조허브(31)와 하우징(41)도 같은 방향으로 회전하게 되며, 태양기어가 역회전시에는 한방향동력전달장치(35) 때문에 하우징(41)과 보조허브는 태양기어(24)와 같이 회전하지 않는다.

도5은 제2가속장치의 보조허브의 작동상태를 설명키 위한 단면도이다. 보조허브(31)는 한방향동력전달장치(35)의 외경에 도출된 2개의 대각선일자형돌출부(36)와 보조허브의 2개의 파인홈에 끼워놓아 결합시키는데 보조허브에는 2개의 장력스프링(34)이 삽입되어 결합된다. 보조허브는 강화프라스틱이나, 알루미늄합금철로 만들 수 있으며, 보조허브 안쪽에 대칭형태로 장력스프링(34)이 인입되어 스프링의 힘의 모멘텀이 균형을 유지토록 2개의 나선홈통이 새겨지며 2개의 장력스프링은 하우징(41) 내경에 있는 장력스프링고정구(42)에 한쪽끝단이 결합된다. 장력스프링은 나선형의 감긴회전수 및 꺽인 각에 따라 장력스프링의 회전탄력강도가 달라질 수 있다. 보조허브장치의 나선홈통에 장력스프링의 한쪽을 고정시키고 다른 한쪽은 하우징(41)의 내경에 고정시키면, 장력스프링인입구(31)에 결합된 좌측 스프링의 힘은 왼쪽으로, 우측스프링의 힘은 오른쪽으로 튕기려는 힘이 생기는 바, 좌·우 힘의 균형으로 안쪽 보조허브장치는 힘의 고정역활을, 하우징(41)의 내경에 결합된, 장력스프링의 힘은 좌,우 모두 오른쪽 한쪽방향으로 튕기려는 탄력성이 생겨 회전력이 발생하게 된다.

참고로, 기계장치는 각종 부하가 걸리게 마련이다. 자전거도 기계장치의 일종으로 자전거 이용자의 체중,자전거 무게,기어의 맞물림에 따른 기어부하, 타이어와 도로의 접지방법에 따라 부하의 강도가 달라진다. 부하가 많을수록 힘의 소모는 많아지고 회전력은 감소한다. 이러한 부하를 내연기관이나 전기모터를 이용함으로서 부하를 극복하고 있으나 친환경적이지 못하며 자전거에 설치하면 자전거 구입비용의 상승을 초래한다. 이러한 점을 극복하기 위해 장력스프링의 한쪽을 고정시키고 다른쪽에 회전탄력성을 갖도록하면 스프링의 탄력성에 의해 강한 회전력을 얻을 수 있다.

한번 회전력이 발생하게 되면 회전하려는 관성력에 의해 초기힘보다 작은 힘을 주어도 지속적인 회전력을 얻을 수 있어 자전거 이용자의 힘을 덜 수 있다.

도6은 한방향동력전달장치(35)의 작동상태를 나타낸 단면도로서 외곽링 안쪽에는 톱니형태의 모양이 새겨지며 안쪽링 바깥면에는 2~4개의 래치(37)가 래치스프링(38)에 의해 고정되어 정,역회전에 따라 래치(37)가 톱니형태에 물려 정회전시는 동력을 전달하고, 역회전시에는 동력을 전달하지 않는다.

도7은 하우징(41) 및 브레이크 디스크로더(45)의 결합사시도이다. 하우징의 한쪽면은 한방향동력전달장치의 바깔쪽에 새겨진 외곽나사산과 결합되고, 하우징 타측면은 하우징 내경 끝단에 새겨진 톱니형태의 기어산에, 원형원판(43)에 새겨진 톱니형태 나사산과 결합시키되, 원형원판(43)이 하우징에서 분리되지 않도록 스냅링(44)으로 고정되도록 하며, 브레이크를 디스크 방식으로 할 경우, 원형원판과 브레이크 디스크 로더(45) 사이에 강화프라스틱이나 알루미늄판을 끼워 디스크로더(45)와 하우징 원형원판(43)이 일정간격 이격되도록 하고 로더와 하우징에 낸 나사동공에 볼트를 조여 일체화시켜 디스크로더가 디스크캘리퍼안에 들어가 자전거 핸들에 설치된 브레이크 레버를 잡아 당김으로서 디스크패드의 물림으로 디스크로더(45)가 멈추도록한다.

도8은 체인없는 자전거 앞,뒤바퀴 프레임 연결 사시도이다. 기존 자전거처럼 일체형으로 할 수도 있으며, 한 대의 체인없는 자전거로 신체조건의 차이가 큰 사람들이 이용시 핸들과 안장과의 간격을 자전거 이용자의 신체조건에 맞게 조정할 수 있도록 한 것으로, 앞바퀴,뒤바퀴프레임 2개로 나눠 앞바퀴쪽 프레임(16)이 뒤바퀴쪽 프레임(17)에 삽입되도록 하고 뒤바퀴쪽 프레임의 외경에 나사산을 새기고, 프레임연결링(19-1) 내경에도 나사산을 새겨 조여줄 수 있도록 함으로서, 길이조정을 하도록 한다.

중심회전축(11)을 잡아주는 양쪽 프레임의 동공 양쪽에는 나산산이 새겨지며, 중심회전축에 새겨진 긴사각면쪽이 링기어(23)와 결합된 프레임의 동공으로 중심회전축이 삽입되며, 외경에는 나산산이 새겨지고 내경 안에 베어링(14)이 삽입된 베어링망(13)으로 조여줌으로서, 중심회전축의 이탈 및 유격을 방지한다. 중심회전축(11)의 양끝단 일정부분에 새겨진 사각면에 크랭크암(12)의 사각홈이 결합되도록 하고 중심측 양끝단에 새겨진 나사산에 너트로 조여줌으로서 크랭크암의 이탈을 방지토록 한다. 크랭크암(12)의 타끝단에는 페달(19)이 결합토록 한다.

상기와 같이 구동바퀴의 속도를 향상시킬 수 있는 각 가속장치들간의 결합,조합은 자전거 이용자가 페달을 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 체인없는 자전거가 가능함을 이해 할 것이다. 즉, 제2가속장치의 장력스프링(34), 보조허브(31)장치를 사용하지 않는 자전거로, 제1가속장치의 태양기어(24)의 나사부분이 하우징(41)안에 설치된 한방향동력전달장치(35)에 연결되고, 하우징이 한방향동력전달장치의 양쪽 끝단에 치합 결속되는 간단한 체인없는 자전거도 만들 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 체인없는 자전거는 유성기어장치를 이용하는 제1가속장치(20), 스프링의 탄력성을 이용하는 제2가속장치(30)를 이용한 것으로서 기존의 체인식자전거보다 향상된 다양한 가속도를 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 변속의 번거로움이 없어, 회전력을 얻는 힘이 절약되고 비교적 단순한 구조로 확실한 동력전달이 가능하고, 깔끔하고 단정한 자전거 외관을 만들 수 있는 이점이 있다.

제 1도 본 발명의 무체인 자전거 정면도.
제 2도 본 발명의 체인없는 자전거 결합 사시도.
제 3도 본 발명의 체인없는 자전거 제1가속장치의 단면도
제 4도 본 발명의 체인없는 자전거 제2가속장치의 분해 사시도
제 5도 본 발명의 체인없는 자전거 제2가속장치 보조허브와 장력스프링 좌우 단면도
제 6도 본 발명의 체인없는 자전거 제2가속장치 한방향동력전달장치 작동 상태설명도
제 7도 본 발명의 체인없는 자전거 하우징 및 브레이크 디스크 로더 결합 사시도.
제 8도 본 발명의 체인없는 자전거 프레임 결합 사시도.

[과제의 해결수단:발명을 실시하기 위한 구체적 내용]

10. 자전거 본체 프레임부
11.중심회전축 12,크랭크암 13.베어링망 14, 베어링 15, 볼트 16,앞바퀴프레임. 17. 뒤바퀴프레임. 18, 락링. 19.페달 19-1.프레임연결링
20. 제1가속장치
21. 유성기어캐리어 22. 유성기어 23.링기어 24, 태양기어
25,캐리어중공구
30. 제2가속장치
31. 보조허브 32.보조허브패인일자홈 33.장력스프링인입구 34. 장력스프링
35, 한방향동력전달장치 36,돌출일자형 37.래치 38,래치스프링
40. 하우징부
41. 하우징 42.장력스프링고정구 43.하우징결합원형판 44.스냅링
45, 브레이크 디스크로더

Claims (7)

1. 뒤바퀴 구동바퀴축상에 설치되어 뒤바퀴의 회전속도를 증가시키는 제1가속장치(20), 제1가속장치와 결합되어 제1가속장치의 회전력을 더욱 증가시키는 제2가속장치(30), 자전거 몸체에 해당하는 프레임의 앞,뒤바퀴 간격 조정 및 제1,2가속장치등을 고정,지지하는 프레임부(10), 제1,2가속장치 최종회전력을 자전거 타이어와 연결되게 하는 하우징부(40)로 구성되는 체인없는 자전거와 제2가속장치(30)의 보조허브(31),장력스프링(34)를 사용치 않고 직접 제1가속장치의 태양기어(24)가 하우징(41)안에 설치된 한방향동력전달장치(35)에 연결되고 하우징은 한방향동력전달장치 외경에 치합 결속될 수도 있는 체인없는 자전거.
2. 제 1항에 있어서 제1가속장치(20)는 유성기어,유성기어캐리어,링기어,태양기어,캐리어중공구(25)로 구성되며 링기어(23)는 자전거 뒤바퀴축을 지탱하는 프레임(17)의 한쪽면에 고정되며,링기어 외곽에 나사홈이 새겨진 구멍에 프레임에 새겨진 동공을 통해 볼트(15)로 결합되며, 링기어 안쪽 내경 기어산에 유성기어가 결합된 유성기어캐리어(21)가 치합되고, 태양기어(24)는 중심축 중공상에 위치하되, 유성기어(22)와 캐리어중공구(25)를 통해 치합 결합되는 체인없는 자전거.
3. 제 2항에 있어서 유성기어캐리어(21)는 3~4개의 유성기어 조합으로 구성되며, 유성기어캐리어 중심에는 캐리어 안쪽으로 돌출된 캐리어중공구(25)가 만들어지는데, 중공구 외경은 원형, 중공구 안쪽은 사각면으로 만들어지며, 캐리어중공구(25) 원형에는 태양기어(24)와 치합되고, 중공구 사각면은 중심회전축(11)에 새겨진 사각모양면에 치합 결합되며, 태양기어(24)의 한쪽에 새겨진 나사산은 제2가속장치의 한방향동력전달장치(원웨이클러치기능)(35) 내경에 새겨진 나사산과 결합되어 제1가속장치 태양기어의 회전력이 제2가속장치에 전달되게 하는 특징을 가진 체인없는 자전거.
4. 제 1항에 있어서 제2가속장치는 한방향동력전달장치(원웨이클러치)와 보조허브(31), 장력스프링(34)으로 구성되며, 한방향동력전달장치(35) 한쪽 내경은 제1가속장치 태양기어(24)와 나사산으로 결합되고 외경 끝단부분에 새겨진 나사산은 하우징(41)과 결합되며, 중앙 돌출일자형(36)은 보조허브의 일자형 패인홈(32)에 결합되며, 보조허브는 2개의 장력스프링이 이격방지 및 탄력성을 유지토록, 나선형태의 파인원통홈 2개가 만들어져 장력스프링 한쪽이 인입구에 삽입되며, 장력스프링 다른쪽은 하우징 내경안 2개의 장력스프링고정구(42)에 결합되는 것을 특징으로 하는 체인없는 자전거.
5. 제1항에 있어서 하우징부(40)는, 하우징(41), 장력스프링고정구(42),브레이크디스크로더(45),원형판(43),스냅링(44)으로 구성되며, 하우징의 한쪽면은, 한방향동력전달장치(35)의 바깥쪽에 새겨진 외곽나사산과 결합되고, 하우징 타측면은 하우징 내경 끝단에 새겨진 톱니형태의 기어산에, 원형원판(43)에 새겨진 톱니형태 나사산과 결합시키되, 원형원판이 하우징에서 분리되지 않도록 스냅링(44)으로 고정되도록 하며, 브레이크를 디스크 방식으로 할 경우, 원형원판과 브레이크 디스크 로더 사이에 강화프라스틱이나 알루미늄판을 끼워 로더와 하우징 원형원판이 일정간격 이격되도록 하고 로더와 하우징에 낸 나사동공에 볼트를 조여 일체화되는 특성을 갖춘 체인없는 자전거.
6. 제 1항에 있어서 중심회전축(11), 하우징부를 고정,지지하는 프레임의 한쪽에는 링기어((23)가 볼트(15)로 결합되며, 중심회전축을 잡아주는 양쪽 프레임의 동공에는 나산산이 새겨지며, 충심회전축(11)에 새겨진 긴사각면쪽이 링기어와 결합된 프레임의 동공으로 중심회전축이 삽입되며, 외경에는 나산산이 새겨지고 내경 안에 베어링이 삽입된 베어링망(13)으로 조여줌으로서, 중심회전축의 이탈 및 유격을 방지하는 특징을 가진 체인없는 자전거.
7. 제 1항에 있어서 프레임을 앞,뒤바퀴프레임, 2개로 만들어 앞바퀴프레임(16)이 뒤바퀴프레임(17)에 삽입되도록 하고, 뒤바퀴쪽 프레임의 외경에 나사산을 새기고, 프레임연결링((19-1) 내경에도 나사산을 새겨 조여줄 수 있도록 함으로서, 자전거 이용자의 신체조건에 맞도록 핸들과 안장사이 프레임의 간격을 조전할 수 있는 것을 특징으로한 체인없는 자전거.