WO2010134793A2 - 자전거용 보조 구동장치 - Google Patents

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WO2010134793A2
WO2010134793A2 PCT/KR2010/003260 KR2010003260W WO2010134793A2 WO 2010134793 A2 WO2010134793 A2 WO 2010134793A2 KR 2010003260 W KR2010003260 W KR 2010003260W WO 2010134793 A2 WO2010134793 A2 WO 2010134793A2
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driving
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tire
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허사진
장찬환
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주식회사 히든파워
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/75—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven by friction rollers or gears engaging the ground wheel

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle auxiliary drive device, and more specifically, a bicycle that can be driven by turning the pedal with a pedaling force as in a general bicycle, and when a larger driving force is required, the bicycle can be supplemented with the driving power of the electric motor for driving. It relates to an auxiliary drive.
  • bicycles are known as excellent transport mechanisms that can drive with acceleration without using power.
  • Bicycles have no air pollution or noise pollution and are very useful as eco-friendly transportation and exercise equipment.
  • the rise in oil prices and overnourishment has led to an overwhelming welcome among modern people.
  • the so-called electric bicycles known to date transmit the driving force of the electric motor to the sprocket of the rear wheel of the bicycle as a chain, and the main structure is equipped with a one-way clutch to avoid duplication with the pedals.
  • These structures suffer from the drawbacks of distracting, noisy and disturbing the inherent aesthetics of the bicycle due to the long power transmission distance.
  • the present invention has been devised in view of the above points, the optimum installation position and the structure of high conformity, the variable structure that can overcome the difference in the resources of the bicycle, noise generation and initial driving shock can be alleviated.
  • the driving stability of the bicycle can be secured by implementing a new type of auxiliary driving means including an automatic driving and releasing system using a seesaw mechanism, in particular in connection with the integrated rotation type of the motor and the reduction gear, in addition to the reduction gear structure.
  • the bicycle can be smoothly operated even in poor driving conditions such as a ramp, and it can reduce noise and reduce initial driving shock, as well as maintain excellent riding comfort.
  • the auxiliary drive device for a bicycle provided in the present invention is mounted on a seat tube of a bicycle and mounts for supporting the entire deceleration device including a drive motor by using a pin fastening groove in the front, and It is supported by the hinge structure in the middle of the length by using the pin fastened to the pin fastening groove in the mount, and it is possible to move the back and forth seesaw and reduce the motor power by using the pulley and belt transmission.
  • a driving motor which is integrally coupled to the rear end of the reduction apparatus and is rotatable together, and has a driving motor for providing power to the roller side, and has a one-way bearing and rotatable at the front end of the reduction apparatus, and contacts the rear wheel tire.
  • a driving roller for driving a tire and installed in the mount and extending to a movement trajectory region of the reduction gear during driving;
  • the front roller side and the motor side of the rear pin are formed in such a way that the front roller side and the rear motor side are engaged with the reduction gear side by the front end, and the drive roller including the driving motor and the reduction gear restrains upward buckling over a predetermined angle.
  • the pin fastening hole formed in the mount is provided with a plurality of dogs arranged side by side while maintaining a constant interval in the longitudinal direction before and after the mount block, the drive motor in response to the change in the distance between the seat tube and the rear wheel tire And the position of the entire drive roller including the reduction gear, and in particular, the plurality of pin fastening holes are formed to be oriented in one longitudinal direction with respect to the center line of the mount block, thereby rotating the mount block 180 °. In order to assemble it, it is preferable to change the position of the entire driving roller including the driving motor and the reduction device more finely.
  • Bicycle auxiliary drive device provided in the present invention has the following advantages.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an auxiliary driving device for a bicycle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a secondary drive device for bicycles according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the principle of variable length of the drive roller in the auxiliary drive device for bicycles according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a side view showing a non-operational state of the auxiliary drive device for a bicycle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a side view showing an operating state of the auxiliary drive device for a bicycle according to an embodiment of the present invention
  • FIG 1 and 2 are perspective views showing an auxiliary drive device for a bicycle according to an embodiment of the present invention.
  • the auxiliary drive is a means for forcibly turning the rear tire of the bicycle by using the driving force of the motor, the user can see the bicycle while operating the auxiliary drive properly as necessary You can ride comfortably, especially in difficult places, such as hills.
  • the auxiliary drive device includes mounts (11a) and (11b) as support means, a drive motor (13) as drive means, a speed reducer (14) as deceleration means, and a drive roller that substantially rotates the rear tires. (16) and the like.
  • the mounts (11a), (11b) is composed of two having a body having a semi-circular receiving groove 20 for wrapping the circumference of the seat tube 100, the seat of the bicycle using each receiving groove 20
  • the tube 100 is installed to be fastened in a wrapping form on both sides. That is, the two mounts 11a and 11b are installed in a structure in which the seat tube 100 is centered and fastened.
  • one of the two mounts (11a, 11b) of the mount (11b) is provided with a pin fastening groove 10 for the fastening of the reduction device 14 on one side.
  • the pin fastening groove 10 means a groove having a thread in the inner diameter. Accordingly, one side of the reduction device 14 is brought into close contact with one surface of the mount 11b having the pin fastening groove 10, and the pin 12 described later is penetrated while passing through the speed reduction device 14. When fastened to the groove 10, the reduction apparatus 14 can be installed in a rotatable structure on the mount 11b side.
  • the pin fastening hole 10 is composed of a plurality of, for example, three arranged side by side while maintaining a constant interval along the longitudinal direction of the mounting block (length before and after the bicycle), each pin, as necessary
  • the pin 12 may be fastened by selecting the fastening groove 10. That is, according to the position of the pin fastening groove 10 for fastening the pin 12, the front and rear positions of the driving roller 16 assembled to the front end of the speed reduction device 14 may vary.
  • the entire driving roller 16 including the driving motor 13 and the speed reduction device 14 in accordance with the change in the distance between the seat tube 100 and the rear tire 110 different from each other according to the size, specification and type of the bicycle.
  • Each of the pin fastening grooves 10 is formed so as to be biased to one side in the longitudinal direction with respect to the center line C, which means the middle of the front and rear lengths of the mounting block.
  • the position of the whole drive roller 16 including the 13 and the speed reduction apparatus 14 can be finely adjusted. For example, if the mount 11b is rotated 180 ° to change the front and rear positions, and then assembled with the mount 11a, each pin when the position of each pin fastening groove 10 is normally assembled at this time Since it does not coincide with the position of the fastening groove 10 and is shifted by a predetermined distance (for example, about 5 mm), the front and rear positions of the driving roller 16 can be finely adjusted by 5 mm than the above example. In other words, as shown in FIG.
  • the driving motor 13 is a means for providing a driving force, and is electrically connected to an operation means (not shown) such as a switch attached to a handle of a bicycle and a power supply means (not shown) such as a battery, and is turned on by a user's operation.
  • an operation means such as a switch attached to a handle of a bicycle and a power supply means (not shown) such as a battery, and is turned on by a user's operation.
  • / OFF Drive The method of turning on / off the motor drive by the switch operation, etc. can be adopted without particular limitation as long as it is a method commonly known in the art.
  • the speed controller instructs the shift circuit input to the shift circuit box and the occupant It can be easily operated by hand, and its main function is to give delay time or slow start so that power is not suddenly applied when operating the drive motor.
  • the driving motor 13 is integrally coupled to the rear end of the reduction apparatus 14 and can be rotated together during the seesaw movement of the reduction apparatus 14, and is driven down by its own weight while being driven down by the driving roller ( 16) also serves to be in constant contact with the rear wheel tire (110) side.
  • the reduction device 14 is a part that serves to transfer the driving force of the driving motor 13 to the driving roller 16 side after appropriately decelerating the driving force.
  • the reduction device 14 is installed in the form of being supported by the pin 12 that is fastened to the pin fastening groove 10 of the mount 11b while penetrating in the middle of the front and rear length of the device body.
  • the deceleration device 14 installed as described above may perform a seesaw movement around the front and rear portions of the pin 12, ie, the deceleration device 14 is supported by the pin 12 in the middle of the length. It becomes the state which can be rotated freely about the pin 12 of the, and by this seesaw movement, the drive roller 16 can automatically maintain the state which always contacts the rear tire 110 side automatically, and also the rear wheel automatically While being pressed onto the tire 110 side, it is possible to maintain a state capable of transmitting a driving force.
  • the body portion 14b of the reduction device 14 is formed in a form in which two plates formed in an elongated bar shape are coupled side by side while maintaining a predetermined distance from each other, and driving pulleys toward both inner ends of the body portion 14b, respectively.
  • 14c and the driven pulley 14d are disposed, and the driving pulley 14c is coupled to the shaft of the drive motor 13 to receive the moder driving force directly, and the driven pulley 14d is connected to the body 14b. It is coupled to the drive shaft 18 of the drive roller 16 which extends through one end and extends to the inside thereof, and finally outputs a driving force to the drive roller 16 side.
  • Both drive pulleys 14c and driven pulleys 14d are connected to each other by a belt 14e made of a timing belt or the like, so that transmission between the pulleys can be made.
  • the two plates constituting the body portion 14b of the reduction device 14 can maintain a predetermined distance by a plurality of supporters 14a fastened while penetrating between both plates, and in particular, the drive shaft of the drive roller 16.
  • two supporters 14a are arranged close to each other so that the body portion 14b is rigidly assembled even against vibration or shock of the driving roller 16 rotating at high speed. It can be maintained.
  • the driven pulley 14c has a relatively larger diameter than the drive pulley 14c, and accordingly, the driving force output from the drive motor 13, that is, the rotation speed is decelerated by a predetermined reduction ratio, It can be delivered to the final drive roller 16 side.
  • Such a deceleration device 14 is coupled to the rotatable structure on the mount 11b side by using the middle of the length of the body portion 14b, thereby enabling the seesaw movement back and forth.
  • the speed is controlled according to the operation of the speed controller by the information input to the circuit, and the deceleration and transmission structure leading to the driving pulley 14c, the driven pulley 14d, and the timing belt 14e is
  • the driven pulley 14d has a larger diameter than the drive pulley 14c and has a deceleration function.
  • the timing belt 14e has elasticity to mitigate the transmission shock of the power and to separate the pulleys apart from each other. Following this, the pulleys mesh with each other, reducing the severe noise generated when power is transmitted.
  • the driving roller 16 is a part directly contacting the tire with the driving force of the motor while directly contacting the rear tire 110.
  • the drive roller 16 is installed in a form that is integrally coupled to the drive shaft 18 is installed in a rotatable structure to the body portion 14b of the reduction device (14). Accordingly, when the driving roller 16 rotates together with the driven pulley 14d of the reduction device 14, the driving roller 16 also rotates together to turn the rear tire 110.
  • a one-way bearing 15 such as a one-way clutch or the like is interposed between the drive roller 16 and the drive shaft 18, whereby free rotation of the drive roller 16 which is always in contact with the tire side when not driven is achieved. Can be guaranteed.
  • the installation method of the one-way clutch may be adopted without particular limitation as long as it is a method commonly used in the art.
  • the tire contact end surface of the driving roller 16 is made of a flat surface capable of point contact, and due to the point contact form with the tire side, the driving force can be transmitted more efficiently while minimizing the contact load.
  • the roller contact cross section is in the form of a curved surface surrounding the tire surface, the roller is subjected to a load due to the difference between the center rotational speed of the cross section width and the outer rotation speed of the cross section width.
  • the driving roller 16 installed toward the front end of the reduction device 14 is always lifted upward because the weight is lighter than that of the driving motor 13 installed on the rear end of the reduction device 14.
  • the roller 16 can remain in contact with the tire side at all times. This means that the inconvenience of the operation such as attaching and dropping the roller to the tire side while pulling the wire or the like by the user's operation as in the past can be eliminated.
  • the driving roller 16 When the driving roller 16 is rotated at a high speed in order to drive the rear wheel 110 by the driving roller 16, the driving roller 16 is squeezed to the tire side by the rotational force at this time, and is raised upward. In order for the drive roller 16 to apply a driving force while maintaining an appropriate crimping relationship with the tire side, it is necessary to control the position of the drive roller 16 in an appropriate line. To this end, a means for preventing the driving motor 13, the reduction device 14, and the entire driving roller 16 from being flipped upward by a predetermined angle or more during rotation, i.e., maintaining the proper position of the driving roller 16 A stopper 17 is provided as a means for this.
  • the stopper 17 is installed in a form fixed to the upper surface of the mount (11b), one end of which extends to the seesaw motion trajectory line of the reduction device 14, the upper end of the body portion 14b of the reduction device 14 It can be interfered with the side. Accordingly, the drive motor 13, the reduction device 14, and the entire drive roller 16 are rotated through the seesaw at the same time as the drive roller 16 rotates when the tire is driven using the drive roller 16.
  • the upward tilting can be limited to a certain angle or more, for example, slightly below the horizontal line, so that the driving roller 16 can turn the tire while seated at an appropriate position.
  • FIG. 4 and 5 are side views showing a non-operational / operating state of the auxiliary drive device for a bicycle according to an embodiment of the present invention.
  • the non-operating state of the auxiliary driving device that is, the state of driving by rotating the pedals with the pedaling force as in a general bicycle is shown.
  • the driving roller 16 is freely rotated with the tire in contact with the front surface of the rear tire 110 while being lifted up relative to the driving motor 13 struck by its own weight. 16 does not affect tire rotation at all by the one-way bearing which is adapted to transmit force in only one direction.
  • an operation state of the auxiliary drive device that is, a state in which the rear tire 110 is driven by the driving force of the driving motor 13 is shown. That is, when a bicycle occupant applies power to the drive motor 13 by steering wheel switch operation in a situation such as hill driving, the driving force is driven with the operation of the drive motor 13 and the driving pulley 14c ⁇ belt 14e ⁇ driven The driving roller 16 starts to rotate while leading to the pulley 14d ⁇ drive shaft 22 and the driving roller 16. At the same time, the driving roller 16 which rotates at a high speed is pulled upward and is further placed on the tire side. The tire can be returned in close contact.
  • the driving motor 13 The tire driving by the drive roller 16 is continuously performed in a state where the reduction device 14 and the entire driving roller 16 are stably fixed. Therefore, even in adverse conditions of driving conditions such as hills, not only the general public, but also the elderly, the elderly, women, children, such as disadvantaged physical conditions can be convenient to drive.

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Abstract

본 발명은 일반 자전거와 같이 답력으로 페달을 회전시켜 주행할 수 있고, 보다 큰 구동력이 필요할 경우 전동모터의 구동력을 보충하여 주행할 수 있는 자전거용 보조 구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 최적의 설치위치와 정합성이 높은 구조, 자전거의 재원의 차이를 극복할 수 있는 가변적인 구조, 소음발생과 초기의 구동충격을 완화할 수 있는 감속구조를 구비하면서, 특히 모터와 감속장치의 일체식 회전타입과 연계하여 시소(Seesaw) 메카니즘을 이용한 오토 접촉 및 해제 시스템을 포함하는 새로운 형태의 보조 구동수단을 구현함으로써, 자전거의 주행 안정성 확보는 물론 경사로 등 주행 여건이 열악한 조건에서도 자전거 주행을 원활하게 하는 한편, 소음 감소 및 초기 구동충격 저감 뿐만 아니라 뛰어난 탑승감을 유지할 수 있으며, 전동 자전거의 성능 향상과 더불어 전동 자전거 이용과 관련한 취급성 및 조작성을 향상시킬 수 있는 자전거용 보조 구동장치를 제공한다.

Description

자전거용 보조 구동장치
본 발명은 자전거용 보조 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반 자전거와 같이 답력으로 페달을 회전시켜 주행할 수 있고, 보다 큰 구동력이 필요할 경우 전동모터의 구동력을 보충하여 주행할 수 있는 자전거용 보조 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 동력을 이용하지 않고 가속도를 살려 주행할 수 있는 탁월한 이송기구로 알려져 있다.
자전거는 대기 오염이나 소음공해가 전혀 없어 친환경적인 교통수단이자 운동기구로서 효용성이 매우 높다. 특히, 원유가격이 상승하고 영양과다로 비만이 증가하고 있는 현대인들에게는 더없이 환영받고 있다.
이러한 자전거는 비교적 이동 거리가 짧은 경우에 이동의 편리성을 가지고 있으며, 경사도가 심한 도로 등에서는 자전거 주행이 힘들어 사용을 기피하게 되고, 장거리 주행시 피로감을 주므로 노약자나 여성들에게는 자전거 사용을 기피하게 되는 요인이 되고 있다. 이와 같은 자전거의 편리한 이동성을 가지면서 노약자, 여성 뿐만 아니라 피로감을 줄이도록 하는 전동 자전거가 개시되어 있다. 예를 들면, 자전거가 오르막길이나 평지가 아닌 울퉁불퉁한 길을 갈 때에는, 탑승자는 구동모터를 작동시켜 이때의 구동력으로 바퀴를 회전시켜줌으로써, 탑승자가 힘을 들이지 않고도 자전거가 비교적 고속으로 움직일 수 있게 된다.
현재까지 알려진 소위 전기 자전거는 전동모터의 구동력을 체인으로 자전거의 후륜의 스프로킷에 전달하고, 페달과의 중복을 피하기 위하여 일방향 클러치를 장착한 구조가 주종을 이루고 있다. 이러한 구조들은 동력전달 거리가 멀어서 구성이 산만하고 소음이 많이 발생하며 자전거 고유의 미관을 해친다는 결함을 안고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 최적의 설치위치와 정합성이 높은 구조, 자전거의 재원의 차이를 극복할 수 있는 가변적인 구조, 소음발생과 초기의 구동충격을 완화할 수 있는 감속구조를 구비하면서, 특히 모터와 감속장치의 일체식 회전 타입과 연계하여 시소(Seesaw) 메카니즘을 이용한 오토 구동 및 해제 시스템을 포함하는 새로운 형태의 보조 구동수단을 구현함으로써, 자전거의 주행 안정성 확보는 물론 경사로 등 주행 여건이 열악한 조건에서도 자전거 주행을 원활하게 하는 한편, 소음 감소 및 초기 구동충격 저감 뿐만 아니라 뛰어난 탑승감을 유지할 수 있으며, 전동 자전거의 성능 향상과 더불어 전동 자전거 이용과 관련한 취급성 및 조작성을 향상시킬 수 있는 자전거용 보조 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 자전거용 보조 구동장치는 자전거의 시트 튜브에에 설치되어 전면에 있는 핀 체결용 홈을 이용하여 구동 모터를 포함하는 감속장치 전체를 지지해주는 마운트와, 상기 마운트에 있는 핀 체결용 홈에 체결되는 핀을 이용하여 길이 중간이 힌지구조로 지지되면서 전후 시소 운동이 가능하고 풀리 및 벨트 전동을 이용하여 모터측 동력을 감속시킨 후에 롤러측에 전달하는 감속장치와, 상기 감속장치의 후단부에 일체식으로 결합되어 함께 회동가능하고, 롤러측에 동력을 제공하는 구동 모터와, 일방향 베어링을 가지면서 감속장치의 선단부에 회전가능한 구조로 설치되고 후륜 타이어와 접촉하여 타이어를 구동시켜주는 구동 롤러와, 상기 마운트에 설치되고 구동시 감속장치 운동 궤적 영역까지 연장되는 선단부를 이용하여 감속장치측과 걸려지면서 구동 모터와 감속장치를 포함하는 구동 롤러 전체를 일정각도 이상 상방 젖힘을 구속하는 스톱퍼를 포함하는 형태로 이루어져서, 앞쪽의 롤러측과 뒷쪽의 모터측이 핀을 중심으로 회동하는 시소 운동의 원리를 이용하여 구동 롤러측과 타이어측 간의 상시 접촉상태를 유지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 마운트에 형성되는 핀 체결용 홀은 마운트 블럭 전후 길이방향을 따라 일정간격을 유지하면서 일렬로 나란하게 배치되는 다수 개를 마련하여, 시트 튜브와 후륜 타이어 간의 간격 변화에 적극 대응하여 구동 모터와 감속장치를 포함하는 구동 롤러 전체의 위치를 가변시킬 수 있도록 하는 한편, 특히 상기 다수 개의 핀 체결용 홀의 경우 마운트 블럭의 중심선에 대해 길이방향 한쪽으로 치우치는 형태로 형성하여, 마운트 블럭을 180°회전시켜 조립하면 구동 모터와 감속장치를 포함하는 구동 롤러 전체의 위치를 좀더 미세하게 가변시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 자전거용 보조 구동장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 기본적으로 모터의 동력을 이용함으로써 언덕길 등의 주행 여건이 불리한 여건에서도 전동 자전거를 용이하게 주행시킬 수 있으며, 노약자, 여성, 어린이 등 신체 조건이 불리한 사용자도 전동 자전거를 편리하게 이용할 수 있다.
둘째, 동력전달 및 변속이 타이밍벨트로 이루어지므로 소음발생이 극히 적고 초기의 구동충격이 최소화 될 수 있으며, 이에 따라 모터에 무리가 가지 않고 탑승감이 뛰어나다.
셋째, 기존 자전거의 시트튜브에 손쉽게 장착할 수 있고 구조가 간단하면서도 부피가 작아 외관상 거의 부담을 주지 않는다.
넷째, 모터와 감속장치의 일체식 회전 타입을 적용하면서 시소(Seesaw) 타입의 운동 메카니즘을 이용하여 자동으로 구동 및 해제시킬 수 있으므로, 조작이 편리하고 취급이 간편하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 결합 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자전거용 보조 구동장치에서 구동 롤러의 길이 가변 원리를 나타내는 개략도
도 4는 본 발명의 일 실 시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 미작동 상태를 나타내는 측면도
도 5는 본 발명의 일 실 시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 작동 상태를 나타내는 측면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 핀 체결용 홈 11a,11b : 마운트
12 : 핀 13 : 구동 모터
14 : 감속장치 14a : 서포터
14b : 몸체부 14c : 구동 풀리
14d : 종동 풀리 14e : 벨트
15 : 일방향 베어링 16 : 구동 롤러
17 : 스톱퍼 18 : 구동축
19 : 베어링 20 : 수용홈
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 사시도이다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 보조 구동장치는 모터의 구동력을 이용하여 자전거의 후륜 타이어를 강제로 돌려주는 수단으로서, 사용자는 필요에 따라 보조 구동장치를 적절히 작동시켜가면서 자전거를 보다 편안하게 탈 수 있으며, 특히 언덕길 등과 같이 주행 여건이 어려운 곳에서 유용하게 사용할 수 있다. 이를 위하여, 상기 보조 구동장치는 지지수단인 마운트(11a),(11b)와, 구동수단인 구동 모터(13)와, 감속수단인 감속장치(14)와, 실질적으로 후륜 타이어를 돌려주는 구동 롤러(16) 등을 포함한다.
상기 마운트(11a),(11b)는 시트 튜브(100)의 둘레를 감싸기 위한 반원형의 수용홈(20)을 가지는 몸체로 이루어진 2개로 구성되며, 각각의 수용홈(20)을 이용하여 자전거의 시트 튜브(100)를 양쪽에서 감싸는 형태로 체결 설치된다. 즉, 2개의 마운트(11a),(11b)가 시트 튜브(100)를 가운데 두고 체결되는 구조로 설치된다.
특히, 상기 2개의 마운트(11a),(11b) 중에서 1개의 마운트(11b)에는 한쪽 면에 감속장치(14)의 체결을 위한 핀 체결용 홈(10)이 마련된다. 상기 핀 체결용 홈(10)은 내경에 나사산이 있는 홈을 의미한다. 이에 따라, 상기 감속장치(14)의 한쪽 면을 핀 체결용 홈(10)이 있는 마운트(11b)의 한쪽 면에 밀착시키고, 후술하는 핀(12)을 감속장치(14)를 관통시키면서 핀 체결용 홈(10)에 체결하면, 감속장치(14)를 마운트(11b)측에 회전가능한 구조로 설치할 수 있다.
상기 핀 체결용 홀(10)은 마운트 블럭 전후 길이방향(자전거 전후 길이방향)을 따라 일정간격을 유지하면서 일렬로 나란하게 배치되는 다수 개, 예를 들면 3개로 이루어져 있으며, 필요에 따라 각각의 핀 체결용 홈(10)을 선택하여 핀(12)을 체결할 수 있다. 즉, 핀(12)을 체결하는 핀 체결용 홈(10)의 위치에 따라 감속장치(14)의 선단부에 조립되는 구동 롤러(16)의 전후 위치가 가변될 수 있다.
이에 따라, 자전거의 규격이나 사양, 종류에 따라 각기 다른 시트 튜브(100)와 후륜 타이어(110) 간의 간격 변화에 맞춰서 구동 모터(13)와 감속장치(14)를 포함하는 구동 롤러(16) 전체의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들면, 3개의 핀 체결용 홈(10)의 간격을 10mm 정도로 설정하면, 구동 롤러(16)의 전후 위치를 10mm씩 조정할 수 있다.
상기 각 핀 체결용 홈(10)의 경우, 마운트 블럭의 전후 길이중간을 의미하는 중심선(C)에 대해 길이방향 한쪽으로 치우치는 형태로 형성되어 있으며, 이에 따라 마운트 블럭을 180°회전 조립하면 구동 모터(13)와 감속장치(14)를 포함하는 구동 롤러(16) 전체의 위치를 미세하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 마운트(11b)를 180°회전시켜 앞쪽과 뒷쪽의 위치를 바꾼 다음에 마운트(11a)와 조립하면, 이때의 각 핀 체결용 홈(10)의 위치가 정상적으로 조립되었을 때의 각 핀 체결용 홈(10)의 위치와 일치하지 않고 일정거리(예를 들면, 5mm 정도) 어긋나게 되므로, 이때에는 구동 롤러(16)의 전후 위치를 5mm씩 위의 예보다는 미세하게 조정할 수 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 왼쪽 도면과 같이 정상적으로 마운트를 설치한 경우, 예를 들면 L1 = 100mm, L2 = 110mm, L3 = 120mm 가 될 수 있고, 오른쪽 도면과 같이 마운트를 180°회전시킨 경우, 예를 들면 L'1 = 95mm, L'2 = 105mm, L'3 = 115mm 가 될 수 있다.
상기 구동 모터(13)는 구동력을 제공하는 수단으로서, 자전거의 핸들에 부착되어 있는 스위치 등 조작수단(미도시) 및 배터리 등 전원수단(미도시)과 전기적으로 연결되며, 사용자의 조작에 의해 ON/OFF 구동된다. 스위치 조작에 의해 모터 구동을 ON/OFF 시키는 방법 등은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 비록 도시하지는 않았지만 자전거 핸들에 설치되는 속도제어기, 충전식 배터리, 변속 회로함 등을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 속도제어기는 변속 회로함에 입력된 변속회로에 지시하며 탑승자가 손으로 간단히 조작할 수 있고, 그 주요한 기능은 구동 모터를 작동시킬 때 동력이 갑자기 인가되지 않도록 지체시간(delay time)을 주거나, 서진(slow start)하게 하는 기능이다.
이러한 구동 모터(13)는 감속장치(14)의 후단부에 일체식으로 결합되어 감속장치(14)의 시소 운동시 함께 회동될 수 있으며, 자체 무게를 이용하여 아래로 쳐지면서 미구동시 구동 롤러(16)를 후륜 타이어(110)측에 상시 접촉될 수 있도록 해주는 역할도 한다. 상기 감속장치(14)는 구동 모터(13)의 구동력을 적절히 감속시킨 후에 구동 롤러(16)측에 전달하는 역할을 하는 부분이다. 이러한 감속장치(14)는 그 장치 몸체의 전후 길이 중간에 관통하면서 마운트(11b)의 핀 체결용 홈(10)에 체결되는 핀(12)에 의해 지지되는 형태로 설치된다.
이렇게 설치되는 감속장치(14)는 핀(12)이 관통되는 부위를 중심으로 하여 앞뒷쪽이 시소 운동을 할 수 있으며, 즉 감속장치(14)는 핀(12)에 의해 길이 중간이 지지되면서 이때의 핀(12)을 중심으로 자유롭게 회전가능한 상태가 되고, 이러한 시소 운동에 기인하여 구동 롤러(16)가 자동으로 후륜 타이어(110)측에 항상 접촉되는 상태를 유지할 수 있게 되며, 또 자동으로 후륜 타이어(110)측에 압착되면서 구동력을 전달할 수 있는 상태를 유지할 수 있게 된다. 상기 핀(12)의 경우 별도의 핀 부재를 사용하기 보다는 감속장치(14)의 몸체부를 구성하는 2개의 플레이트 간을 지지하는 서포터를 그대로 활용하는 것이 효과적이고, 또 이때의 핀 역할을 수행하는 서포터와 플레이트 간의 접촉부위에는 베어링(19)을 개재하여 회전이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 감속장치(14)의 몸체부(14b)는 길다란 막대 모양으로 이루어진 2개의 플레이트가 서로 일정간격을 유지하면서 나란하게 결합되는 형태로 이루어지고, 상기 몸체부(14b)의 내측 양단쪽으로 각각 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d)가 배치되며, 이때의 구동 풀리(14c)는 구동 모터(13)의 축에 결합되어 모더 구동력을 직접 전달받는 동시에 종동 풀리(14d)는 몸체부(14b)의 한쪽 단부를 관통하여 그 내측까지 연장 위치되는 구동 롤러(16)의 구동축(18)에 결합되어 구동 롤러(16)측에 구동력을 최종 출력하게 된다. 양쪽의 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d)는 타이밍 벨트 등으로 이루어진 벨트(14e)에 의해 서로 연결되어, 풀리 간의 전동이 이루어질 수 있게 된다.
상기 감속장치(14)의 몸체부(14b)를 이루는 2개의 플레이트는 양 플레이트 간을 관통하면서 체결되는 다수 개의 서포터(14a)에 의해 정해진 간격을 유지할 수 있게 되고, 특히 구동 롤러(16)의 구동축(18)이 속해 있는 플레이트 한쪽 단부에는 2개 정도의 서포터(14a)가 근접되면서 집중 배치되어 있어서 몸체부(14b)는 고속으로 회전하는 구동 롤러(16)의 진동이나 충격 등에도 견고한 조립강성을 유지할 수 있게 된다.
감속기능을 위하여 상기 종동 풀리(14c)는 구동 풀리(14c)에 비해 상대적으로 큰 직경으로 이루어져 있고, 이에 따라 구동 모터(13)에서 출력되는 구동력, 즉 회전수가 소정의 감속비에 의해 감속된 후, 최종 구동 롤러(16)측으로 전달될 수 있다. 이와 같은 감속장치(14)는 몸체부(14b)의 길이 중간을 이용하여 마운트(11b)측에 회전가능한 구조로 결합되고, 이에 따라 앞뒤로 시소 운동을 할 수 있게 된다.
상기 감속장치(14)에서는 회로에 입력된 정보에 의하여 속도제어기의 조작에 따라 속도가 제어되는데, 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d), 그리고 타이밍 벨트(14e)로 이어지는 감속 및 전동 구조가 마련되고, 종동 풀리(14d)는 구동 풀리(14c) 보다 직경이 커서 감속기능을 갖게 되며, 타이밍 벨트(14e)의 경우 신축성이 있어서 동력의 전달충격을 완화시켜줌과 아울러, 서로 떨어져 있는 풀리 간을 이어줌에 따라 풀리들이 서로 맞물려서 동력이 전달될 때 발생하는 심각한 소음을 줄여주게 된다.
상기 구동 롤러(16)는 후륜 타이어(110)와 직접 접하면서 모터측 구동력으로 타이어를 직접 돌려주는 부분이다. 이러한 구동 롤러(16)는 감속장치(14)의 몸체부(14b)에 회전가능한 구조로 설치되어 있는 구동축(18)에 일체 결합되는 형태로 설치된다. 이에 따라, 감속장치(14)의 종동 풀리(14d)와 함께 회전하는 구동축(18)의 회전시 구동 롤러(16) 또한 함께 회전하면서 후륜 타이어(110)를 돌려줄 수 있게 된다.
상기 구동 롤러(16)와 구동축(18)과의 사이에는 원웨이 클러치 등과 같은 일방향 베어링(15)이 개재되어 있으며, 이에 따라 미구동시 타이어측과 항상 접촉해 있는 구동 롤러(16)의 자유로운 회전이 보장될 수 있다. 원웨이 클러치의 설치방식은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방식이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
상기 구동 롤러(16)의 타이어 접촉 단면은 점접촉이 가능한 평면으로 이루어져 있으며, 타이어측과의 점접촉 형태로 인해 접촉부하를 최소화하면서 구동력을 보다 효율적으로 전달할 수 있게 된다. 예를 들면, 롤러 접촉 단면이 타이어 표면을 감싸는 곡면 형태로 되어 있는 경우, 롤러의 단면 폭 중심쪽 회전속도와 단면 폭 외곽쪽 회전속도 간의 차이로 인해 오히려 부하를 받게 되는데, 본 발명에서는 롤러의 타이어 접촉 단면을 평면으로 만들어 줌으로써, 부하 발생 배제에 따른 효율적인 구동체계를 확보할 수 있게 된다.
이렇게 감속장치(14)의 선단쪽으로 설치되는 구동 롤러(16)는 감속장치(14)의 후단쪽으로 설치되는 구동 모터(13)에 비해 상대적으로 무게가 가볍기 때문에 항상 상방향으로 들려져 있게 되고, 결국 구동 롤러(16)는 타이어측과 항상 접촉되어 있는 상태를 유지할 수 있다. 이것은 종전과 같이 사용자의 조작에 의해 와이어 등을 당기거나 하면서 롤러를 타이어측에 붙였다 떨어뜨렸다 하는 조작의 불편함을 배제할 수 있음을 의미한다.
상기 구동 롤러(16)로 후륜 타이어(110)를 구동시키기 위하여 구동 롤러(16)를 고속으로 회전시키면, 이때의 회전력에 의해 구동 롤러(16)는 타이어측에 압착되면서 윗쪽으로 딸려서 올라가게 되는데, 구동 롤러(16)가 타이어측과의 적절한 압착관계를 유지하면서 구동력을 가하기 위해서는 구동 롤러(16)의 위치를 적당한 선에서 제어할 필요가 있다. 이를 위하여, 구동시 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 회전에 의해 일정각도 이상 상방으로 젖혀지는 것을 막아주는 수단, 즉 구동 롤러(16)의 적절한 위치를 유지시켜주는 수단으로 스톱퍼(17)가 제공된다.
상기 스톱퍼(17)는 마운트(11b)의 윗면에 고정되는 형태로 설치되며, 그 한쪽 끝부분이 감속장치(14)의 시소 운동 궤적선상까지 연장되어 감속장치(14)의 몸체부(14b) 상단측과 간섭될 수 있게 된다. 이에 따라, 구동 롤러(16)를 이용한 타이어 구동시 구동 롤러(16)의 회전과 동시에 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 시소 운동을 통해 회전되면서 구동 롤러(16)가 상방향으로 딸려서 올라갈 때, 상기 감속장치(14)의 몸체부(14b) 상단이 스톱퍼(17)에 걸려지게 되므로, 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체는 상방 젖힘이 일정각도 이상으로, 예를 들면 수평선상보다 약간 아래쪽 이내로 제한될 수 있고, 결국 구동 롤러(16)는 적정한 위치에서 자리를 잡은 상태에서 타이어를 돌려줄 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 구성되는 보조 구동장치의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 미작동/작동 상태를 나타내는 측면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 보조 구동장치의 미작동 상태, 즉 일반 자전거와 같이 답력으로 페달을 회전시켜 주행하는 상태를 보여준다. 이때, 구동 롤러(16)는 자중에 의해 밑으로 쳐지는 구동 모터(13)에 상대적으로 위로 들려지면서 후륜 타이어(110)의 전면과 접촉한 상태에서 타이어와 함께 자유롭게 회전되며, 이렇게 회전되는 구동 롤러(16)는 한쪽 방향으로만 힘을 전달하도록 되어 있는 일방향 베어링에 의해 타이어 회전에는 전혀 영향을 끼치지 않게 된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 보조 구동장치의 작동 상태, 즉 구동 모터(13)의 구동력으로 후륜 타이어(110)를 구동시켜 주행하는 상태를 보여준다. 즉, 언덕길 주행 등의 상황에서 자전거 탑승자가 핸들측 스위치 조작으로 구동 모터(13)에 전원을 인가하면, 구동 모터(13)의 작동과 함께 구동력은 구동 풀리(14c)→벨트(14e)→종동 풀리(14d)→구동축(22) 및 구동 롤러(16)로 이어지면서 구동 롤러(16)가 회전을 시작하게 되고, 이와 동시에 고속으로 회전하는 구동 롤러(16)는 윗쪽으로 당겨지면서 타이어측에 더욱 밀착된 상태로 타이어를 돌려줄 수 있게 된다.
시소 운동에 의해 윗쪽으로 회전되면서 젖혀지는 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체는 스톱퍼(17)에 의해 적정한 선에서 젖힘이 제한되고, 이렇게 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 안정적으로 고정된 상태에 구동 롤러(16)에 의한 타이어 구동이 지속적으로 이루어지게 된다. 따라서, 언덕길 등의 주행 여건이 불리한 여건에서도 일반인은 물론, 노약자, 여성, 어린이 등 신체 조건이 불리한 사용자도 편리하게 주행을 할 수 있게 된다.
평지 등 보조 구동장치의 사용이 불필요한 상황에서 사용자가 별도의 스위치를 조작하여 구동 모터(13)의 전원을 차단하면, 이와 동시에 구동 롤러(16)의 강제 회전 역시 중단되고, 윗쪽으로 젖혀 올라가 있던 구동 롤러(16)는 타이어의 아래로 미는 힘에 의해 하방으로 이동하여 초기의 위치로 복귀되며, 도 3과 같은 상태에서 자유롭게 회전된다.
이상과 같이, 본 발명 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

  1. 자전거의 시트 튜브에(100)에 설치되어 전면에 있는 핀 체결용 홈(10)을 이용하여 구동 모터(13)를 포함하는 감속장치(14) 전체를 지지해주는 마운트(11a),(11b)와,
    상기 마운트(11b)에 있는 핀 체결용 홈(10)에 체결되는 핀(12)을 이용하여 길이 중간이 힌지구조로 지지되면서 전후 시소 운동이 가능하고, 풀리 및 벨트 전동을 이용하여 모터측 동력을 감속시킨 후에 롤러측에 전달하는 감속장치(14)와,
    상기 감속장치(14)의 후단부에 일체식으로 결합되어 함께 회동가능하고, 롤러측에 동력을 제공하는 구동 모터(13)와,
    일방향 베어링(15)을 가지면서 감속장치(14)의 선단부에 회전가능한 구조로 설치되고 후륜 타이어(110)와 접촉하여 타이어를 구동시켜주는 구동 롤러(16)와,
    상기 마운트(11b)에 설치되고 구동시 감속장치 운동 궤적 영역까지 연장되는 선단부를 이용하여 감속장치측과 걸려지면서 구동 모터(13)와 감속장치(14)를 포함하는 구동 롤러(16) 전체를 일정각도 이상 상방 젖힘을 구속하는 스톱퍼(17)를 포함하여 이루어지며,
    시소 운동의 원리를 이용하여 구동 롤러측과 타이어측 간의 상시 접촉상태를 유지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자전거용 보조 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 롤러(16)의 타이어 접촉 단면은 점접촉이 가능한 평면으로 이루어져 접촉부하를 최소화할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자전거용 보조 구동장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 감속장치(14)는 다수의 서포터(14a)에 의해 간격을 유지하면서 서로 나란하게 조합되는 2개의 플레이트로 되어 있는 몸체부(14b)와, 상기 몸체부(14b)의 한쪽 내측에 위치되면서 구동 모터(13)의 축에 결합되는 구동 풀리(14c)와, 상기 몸체부(14b)의 다른 한쪽 내측에 위치되면서 구동 롤러(16)의 축에 결합되고 구동 풀리(14c)에 비해 상대적으로 큰 직경으로 이루어진 종동 풀리(14d)와, 상기 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d) 사이에 걸려지는 벨트(14e)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거용 보조 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 마운트(11b)에 형성되는 핀 체결용 홀(10)은 마운트 블럭 전후 길이방향을 따라 일정간격을 유지하면서 일렬로 나란하게 배치되는 다수 개로 이루어져, 시트 튜브(100)와 후륜 타이어(110) 간의 간격 변화에 대응하여 구동 모터(13)와 감속장치(14)를 포함하는 구동 롤러(16) 전체의 위치를 가변시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자전거용 보조 구동장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 다수 개의 핀 체결용 홀(10)은 마운트 블럭의 중심선(C)에 대해 길이방향 한쪽으로 치우치는 형태로 형성되어, 마운트 블럭의 180°회전 조립에 따라 구동 모터(13)와 감속장치(14)를 포함하는 구동 롤러(16) 전체의 위치를 미세하게 가변시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자전거용 보조 구동장치.
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