KR102003642B1

KR102003642B1 - 등속 및 무단자동 변속 장치

Info

Publication number: KR102003642B1
Application number: KR1020180047570A
Authority: KR
Inventors: 강상각
Original assignee: 강상각
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-07-24

Abstract

본 발명은 자전거의 페달축(10)과 후륜축(20)에 장착되어 벨트나 체인 형태의 동력전달부재(300)를 통해 가해지는 구동력 및 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단 변속구동하며 필요시 변속된 상태를 고정시켜 등록운행할 수 있도록 한 등속 및 무단자동 변속 장치로서, 전방변속부(100), 후방변속부(200), 동력전달부재(300) 및 등속고정부(400)를 포함한다.
이러한 구성을 통해 사용자의 조작없이 주행환경에 따른 구동력과 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단변속이 가능하여 주행성능을 향상시킬 수 있으며, 동력전달부재(300)와 제1받이(133) 간의 마찰력을 극대화하여 슬립현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 전방변속부(100)에 의해 변속구동된 상태를 등속고정부(400)를 통해 선택적으로 고정시켜 현재의 변속된 상태로 등속운행할 수 있으므로 사용자의 편의를 대폭 증대시킬 수 있으며 오르막과 내리막이 반복되는 경우와 같이 하중변화가 빈번한 주행환경에서 지속적으로 변속이 이루어지는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

Description

등속 및 무단자동 변속 장치{CONSTANT VELOCITY AND STEPLESS AUTOMATIC TRANSMISSION APPARATUS}

본 발명은 등속 및 무단자동 변속 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자전거의 페달축과 후륜축에 장착되어 벨트나 체인 형태의 동력전달부재를 통해 가해지는 하중 및 구동력의 변화에 따라 에 따라 자동적으로 무단 변속구동하며 필요시 변속된 상태를 고정시켜 등속운행할 수 있도록 한 등속 및 무단자동 변속 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거에 설치되는 변속장치는 페달축과 후륜축에 다양한 직경을 갖는 다단의 체인기어가 각각 장착되며 상기 다단의 체인기어 중 원하는 단수의 체인기어에 체인이 치합되도록 조작하여 변속이 이루어지도록 구성되었다.

그러나, 이러한 다단 체인기어를 통한 변속장치는 변속을 위한 체인기어의 변경시 소음과 진동이 발생하고 체인의 이탈이 빈번하여 고장률이 높으며 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다. 특히 근본적으로 무단변속이 불가능하여 변속을 위해서는 사용자가 변속레버를 운행중에 조작해야 했으며 이로 인해 안전사고의 위험성이 높아지는 문제점이 있었다.

이에 종래의 다단 체인기어 방식의 문제점을 해결하기 위해 무단변속장치에 관한 여러가지 기술들이 제시되었는데 대부분 원활한 변속작동이 어려운 구성이었다. 일예로 등록실용신안공보 제20-0443988호(2009.03.23)에 개시된 무단변속장치가 개시된 바 있다.

여기서, 도 17을 참고하면 종래의 무단변속장치는 구동부(1)와 피동부(2)의 양측면에는 자실린더가 방사형으로 펼쳐질 때 안내역할을 하는 가이드레인(200)이 구성된 원판형의 하우징(100)이 상기 자실린더가 방사형으로 최대로 펼쳐져 회전체를 이룬 직경보다 상대적으로 긴 직경을 가지도록 구성되되, 상기 가이드레인(200)은 중심측에서 원주방향으로 형성된 직사각형의 관통홀 형태로서, 상기 자실린더의 측면에서 상기 자실린더와 일체로 구성된 힌지가 상기 가이드레인(200)을 관통하여 상기 가이드레인(200) 내부에서 중심측과 원주방향으로 직선운동함에 따라 상기 힌지와 일체로 구성된 다단계의 자실린더도 방사형으로 펼쳐지거나 중심방향으로 오므려 질 수 있도록 구비되었다.

이와 같이, 종래의 무단변속장치는 기존의 다단 체인기어 방식과 구조를 달리하고 있으나 여전히 변속을 위한 기본구조가 복잡할 뿐만 아니라 변속동작을 위한 횡방향 공간이 확보되어야 하기 때문에 실제로 자전거에는 적용하기가 제한되었다. 또한, 각 자실린더의 벨트홈과 벨트 사이에 마찰력이 과부족하여 슬립이 발생하면서 변속동작이 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

등록실용신안공보 제20-0443988호(2009.03.23), 가이드레인이 구성되어 있는 벨트를 이용한 무단변속기.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 슬림하고 비교적 간소한 구조를 가지면서도 사용자의 조작없이 주행환경에 따른 구동력과 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단변속이 가능하고, 벨트 및 체인 구조를 갖는 동력전달부재와 구동풀리부 및 피동풀리부 간에 마찰력을 극대화하여 슬립현상이 발생하지 않으며, 필요시 변속된 상태를 고정시켜 등속운행할 수 있는 등속 및 무단자동 변속 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 중앙에 관통삽입된 페달축(10)에 고정되어 함께 회전하는 제1고정판(110)과, 상기 제1고정판(110)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 페달축(10)을 중심으로 자유회전하는 제1회동판(120) 및, 상기 제1고정판(110)에 장착된 제1핀(111)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 구동암(131)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제2핀(121)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1지지암(132) 및, 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제1받이(133)를 포함하며 상기 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 대향배치되는 두 개의 구동풀리부(130)를 포함하는, 전방변속부(100); 상기 전방변속부(100)의 후방 위치에 배치되어 후륜축(20)에 장착되는 후방변속부(200); 및 링형상으로 형성되어 상기 전방변속부(100)와 후방변속부(200) 사이에 연결되면서 구동력을 전달하는 동력전달부재(300);를 포함하며, 상기 전방변속부(100)는 상기 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 상기 구동암(131)이 회동하여 제1받이(133)의 회전반경이 조절되도록 변속구동하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단에는 상호간에 치합되는 기어(131a,132a)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전방변속부(100)는, 상기 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 각 구동풀리부(130) 사이에 배치되되, 상기 제1고정판(110)에 장착된 제3핀(112)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1가이드암(141)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제4핀(122)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2가이드암(142) 및, 상기 제1가이드암(141)의 타단과 제2가이드암(142)의 타단이 회동가능하게 장착되어 상기 동력전달부재(300)를 지지하는 제1롤러(143)를 포함하는 제1가이드풀리부(140)를 더 포함하고, 상기 제1가이드풀리부(140)는 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 상기 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 상기 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 후방변속부(200)는, 상기 제1회동판(120)과 전후로 대향하는 위치에 배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)에 고정되어 함께 회전하는 제2고정판(210)과, 상기 제2고정판(210)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)을 중심으로 자유회전하는 제2회동판(220) 및, 상기 제2고정판(210)에 장착된 제5핀(211)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 피동암(231)과, 상기 제2회동판(220)에 장착된 제6핀(221)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2지지암(232) 및, 상기 피동암(231)의 타단과 제2지지암(232)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제2받이(233)를 포함하며 상기 후륜축(20)을 중심으로 원주상에 대향배치되는 두 개의 피동풀리부(230)를 포함하며, 상기 제2받이(233)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 상기 피동암(231)이 회동하여 제2받이(233)의 회전반경이 조절되도록 변속구동하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1고정판(110)에는 복수의 걸림턱(114)이 내측에 연이어 형성된 호형상의 고정홈(113)이 측방으로 개구되어 형성되고, 상기 고정홈(113)을 향해 슬라이딩 이동하도록 상기 구동암(131)에 장착되며 어느 하나의 걸림턱(114)에 삽입 지지되어 제1받이(133)의 회전반경 조절에 따른 변속상태를 고정시키면서 등속운행이 가능하도록 하는 등속고정부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 등속고정부(400)는, 상기 구동암(131)의 일측에 전후방으로 슬라이딩 이동가능하게 장착되며 단부에는 전방이동에 따라 상기 걸림턱(114)에 삽입되어 지지되는 걸림부(411)가 형성된 슬라이딩바(410)와, 상기 구동암(131) 상에 회동가능하게 장착되는 회동바(420)와, 상기 회동바(420)의 둘레 상에서 외측으로 돌출형성되되 서로 다른 원주위치에 각각 배치되는 제1가압돌기(430), 제2가압돌기(440) 및 제3가압돌기(450)와, 상기 제1고정판(110)의 측방에 대향배치되며 사용자의 조작에 따라 상기 제2가압돌기(440)를 측방가압하는 제1가압판(460) 및, 상기 제1고정판(110)의 측방에 대향배치되며 사용자의 조작에따라 상기 제3가압돌기(450)를 측방가압하는 제2가압판(470)을 포함하며, 상기 회동바(420)는 상기 제2가압돌기(440)의 가압에 따라 일방향으로 회동하면서 상기 제1가압돌기(430)가 슬라이딩바(410)를 전방으로 전진시키며, 상기 제3가압돌기(450)의 가압에 따라 타방향으로 회동하면서 상기 제1가압돌기(430)가 슬라이딩바(410)를 후방으로 후퇴시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 동력전달부재(300)는, 상기 전방변속부(100)의 제1받이(133)와 상기 후방변속부(200)의 제2받이(233) 사이에 연결되는 벨트로 이루어지고, 외부 둘레에는 연장된 길이를 따라 함몰된 홈형상의 끼움홈(310)이 형성되며, 상기 끼움홈(310)에는 플렉시블한 링형상으로 이루어져 강화플라스틱, 복합플라스틱, 울트라섬유 또는 스틸 중 어느 하나의 재질로 형성된 보강링(320)이 끼움결합되는 것으로 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면,

첫째, 페달축(10)에 장착되는 전방변속부(100)는 제1고정판(110)에 일단이 회동가능하게 장착되는 구동암(131)과, 제1회동판(120)에 일단이 회동가능하게 장착되는 제1지지암(132) 및, 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단에 회동가능하게 장착되는 제1받이(133)를 포함하는 두 개의 구동풀리부(130)가 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 대향배치되며, 상기 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 구동암(131)이 회동하여 제1받이(133)의 회전반경을 조절함으로써, 사용자의 조작없이 주행환경에 따른 구동력과 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단변속이 가능하여 주행성능을 향상시킬 수 있으며, 동력전달부재(300)와 제1받이(133) 간의 마찰력을 극대화하여 슬립현상을 방지할 수 있다.

둘째, 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단에는 상호간에 치합되는 기어(131a,132a)가 각각 형성되어 변속구동시 구동암(131) 및 제1지지암(132)의 회동동작을 안정적으로 지지할 수 있으며 각 구동풀리부(130)의 회동각을 일치시킬 수 있다.

셋째, 상기 전방변속부(100)는, 제1고정판(110)에 일단이 회동가능하게 장착되는 제1가이드암(141)과, 제1회동판(120)에 일단이 회동가능하게 장착되는 제2가이드암(142) 및, 상기 제1가이드암(141)의 타단과 제2가이드암(142)의 타단에 회동가능하게 장착되어 동력전달부재(300)를 지지하는 제1롤러(143)를 포함하는 제1가이드풀리부(140)가 구비됨으로써, 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작되므로 상기 동력전달부재(300)의 안정적인 회전을 지지할 수 있으며 변속구동시 동력전달부재(300)의 확대범위를 증대시킬 수 있다.

넷째, 상기 제1고정판(110)과 제1회동판(120) 사이의 협소한 폭 사이에 장착되는 구동풀리부(130) 및 제1가이드풀리부(140)는 각 암(131,132,141,142)이 직립배치된 상태로 조립되어 슬림하면서도 종래 기술에 따른 변속장치와 비교하여 상대적으로 간소한 구조로 변속구동을 구현할 수 있으므로 제조비용 및 유지관리비용을 대폭 절감할 수 있다.

다섯째, 상기 전방변속부(100)에 의해 변속구동된 상태를 등속고정부(400)를 통해 선택적으로 고정시켜 현재의 변속된 상태로 등속운행할 수 있으므로 사용자의 편의를 대폭 증대시킬 수 있으며 오르막과 내리막이 반복되는 경우와 같이 하중변화가 빈번한 주행환경에서 지속적으로 변속이 이루어지는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속 및 무단자동 변속 장치의 전체 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방변속부 및 후방변속부의 구성을 나타낸 분리사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방변속부의 구성을 나타낸 투시사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방변속부의 구성을 나타낸 정단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동풀리부의 구성을 나타낸 분리사시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력전달부재 및 제1받이의 구성을 나타낸 분리사시도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방변속부가 변속구동된 상태를 나타낸 투시사시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방변속부가 스프링에 의해 가압되면서 원위치로 복귀하는 상태를 나타낸 측면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1가이드풀리부의 구성을 나타낸 분리사시도,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속 및 무단자동 변속 장치의 동작원리를 설명하기 위한 측면도,
도 13 내지 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속고정부의 구성을 나타낸 분리사시도 및 투시사시도이다.
도 17은 종래 기술에 따른 무단변속 장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속 및 무단자동 변속 장치는 자전거의 페달축(10)과 후륜축(20)에 장착되어 벨트나 체인 형태의 동력전달부재(300)를 통해 가해지는 구동력 및 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단 변속구동하며 필요시 변속된 상태를 고정시켜 등록운행할 수 있도록 한 등속 및 무단자동 변속 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전방변속부(100), 후방변속부(200) 및 동력전달부재(300)를 포함한다.

먼저, 상기 전방변속부(100)는 동력전달부재(300)의 전방부분의 회전반경 크기를 확대시키거나 축소시키면서 변속을 발생시키는 조립체로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1고정판(110), 제1회동판(120) 및 구동풀리부(130)을 포함한다.

상기 제1고정판(110)은 사용자가 페달(11)을 구르는 힘을 페달축(10)을 통해 전달받아 구동풀리부(130)의 구동암(131)에 가하기 위한 판재로서 직립배치되며 중앙에 관통삽입된 페달축(10)에 고정되어 함께 회전한다. 여기서, 상기 제1고정판(110)의 내측에는 상기 구동암(131) 및 후술되는 제1가이드풀리부(140)의 제1가이드암(141)이 장착될 수 있도록 복수 개의 제1핀(111) 및 제3핀(112)이 원주를 따라 일정간격 이격배치된다.

상기 제1회동판(120)은 제1고정판(110)과 함께 구동풀리부(130) 및 제1가이드풀리부(140)가 장착될 수 있는 공간을 제공하며 동시에 구동암(131)의 회동에 따른 제1가이드풀리부(140)가 회동동작할 수 있도록 회전력을 전달하는 부재로서, 직립된 상태로 상기 제1고정판(110)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 페달축(10)을 중심으로 자유회전한다.

여기서, 상기 제1회동판(120)은 페달축(10)의 둘레에 장착된 베어링(123)을 매개로 페달축(10)에 대하여 자유회전할 수 있도록 장착된다. 또한, 상기 제1회동판(120)의 내측에는 상기 제1지지암(132) 및 제2가이드암(142)이 장착될 수 있도록 복수 개의 제2핀(121) 및 제4핀(122)이 원주를 따라 일정간격 이격배치된다.

상기 구동풀리부(130)는 페달축(10)의 회전에 따라 동력전달부재(300)를 회전시키며 동력전달부재(300)를 통해 가해지는 구동력 및 하중의 변화에 따라 변속구동하도록 동작하는 조립체로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1고정판(110)에 장착된 제1핀(111)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 구동암(131)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제2핀(121)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1지지암(132) 및, 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제1받이(133)를 포함한다.

여기서, 상기 구동암(131)은 선단부가 동력전달부재(300)의 회전방향으로 절곡되도록 형성되어 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 견인하는 힘이 그대로 전달될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1지지암(132)은 구동암(131)의 회동에 따라 방향은 반대이면서 동일한 회동반경으로 회동할 수 있도록 동력전달부재(300)의 회전반대방향으로 선단부가 절곡되도록 형성되는 것이 바람직하다.

더불어, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단에는 상호간에 치합되는 기어(131a,132a)가 각각 형성되어 변속구동시 구동암(131) 및 제1지지암(132)의 회동동작을 안정적으로 지지할 수 있으며 각 구동풀리부(130)의 회동각을 일치시킬 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1받이(133)는 지지하는 동력전달부재(300)가 측방으로 이탈되지 않도록 양측에 측벽(135)이 형성되어 내부에 전후로 개방된 받이홈(136)에 동력전달부재(300)가 안착되도록 하며, 상기 받이홈(136)의 내부크기는 동력전달부재(300)의 맞물리는 부분의 크기와 대응되거나 상대적으로 작게 형성되어 마찰력이 증대되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1받이(133)의 측벽(135)은 지지되는 동력전달부재(300)와의 마찰력이 증대될 수 있도록 연장되는 길이방향을 따라 지그재그 형상으로 복수 회 절곡된 절곡부(139)가 형성될 수 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 구동풀리부(130)는 페달축(10)을 중심으로 원주상에서 대향배치되는 위치에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 도면에서와 같이 상기 구동풀리부(130)가 12시 위치에 배치되는 경우 동력전달부재(300)와의 접촉이 시작되는 위치이며, 6시 위치에 배치되는 경우 동력전달부재(300)와의 분리가 시작되는 위치이기 때문에 변속구동이 이루어지지 않으며, 상기 12시와 6시 사이에서 동력전달부재(300)와 접촉된 위치에 각 동력전달부재(300)가 배치되는 경우에만 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 견인하는 힘이 작용하므로 변속구동이 이루어진다.

도 7에 도시된 바와 같이 상기 전방변속부(100)는 상기 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 상기 구동암(131)이 회동하여 제1받이(133)의 회전반경이 조절되도록 변속구동한다. 구체적인 동작원리는 후술하기로 한다.

여기서, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1회동판(120) 상에서 구동암(131)이 배치된 위치와 대응되는 위치에는 제1받이(133)의 회전반경이 증가하는 방향으로 구동암(131)을 탄성가압하는 스프링(134)이 구비되어, 도면에서와 같이 제1받이(133)의 회전반경이 작아지도록 회동한 상태에서 구동암(131)에 가해지는 가압력이 사라지게 되면 스프링(134)의 탄성복원력에 의해 구동암(131)이 원위치로 복귀하도록 하며, 외부 가압력이 가해지지 않는 경우 구동암(131)이 주저 앉으면서 동력전달부재(300)가 쳐지는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 전방변속부(100)에 두 개의 구동풀리부(130)만 배치되어 동력전달부재(300)가 각 구동풀리부(130)에만 안착되어 회전하는 경우 변속구동시 동력전달부재(300)의 회전반경크기의 확대범위가 크지 않을 뿐만 아니라 동력전달부재(300)의 전방측 회전반경 형상이 지속적으로 변형되어 안정적이 회전하기가 제한될 수 있다. 이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속 및 무단자동 변속 장치에서는 제1가이드풀리부(140)를 통해 동력전달부재(300)를 안정적으로 지지할 수 있다.

여기서, 도 2, 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1가이드풀리부(140)는 상기 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 각 구동풀리부(130) 사이에 배치되되, 상기 제1고정판(110)에 장착된 제3핀(112)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1가이드암(141)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제4핀(122)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2가이드암(142) 및, 상기 제1가이드암(141)의 타단과 제2가이드암(142)의 타단이 회동가능하게 장착되어 상기 동력전달부재(300)를 지지하는 제1롤러(143)를 포함한다.

또한, 상기 제1가이드풀리부(140)는 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 상기 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 상기 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작한다.

따라서, 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작되므로 상기 동력전달부재(300)의 안정적인 회전을 지지할 수 있으며 변속구동시 동력전달부재(300)의 확대범위를 증대시킬 수 있다.

더불어, 상기 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)은 구동풀리부(130)의 구동암(131) 및 제1지지암(132)과 동일한 형상으로 형성되어 변속구동시 구동풀리부(130)의 제1받이(133)와 제1가이드풀리부(140)의 롤러(340)가 동일한 크기로 회전반경이 조절될 수 있다.

이와 같이, 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작되므로 상기 동력전달부재(300)의 안정적인 회전을 지지할 수 있으며 변속구동시 동력전달부재(300)의 확대범위를 증대시킬 수 있다.

그리고, 상기 제1고정판(110)과 제1회동판(120) 사이의 협소한 폭 사이에 장착되는 구동풀리부(130) 및 제1가이드풀리부(140)는 각 암(131,132,141,142)이 직립배치된 상태로 조립되어 슬림하면서도 종래 기술에 따른 변속장치와 비교하여 상대적으로 간소한 구조로 변속구동을 구현할 수 있으므로 제조비용 및 유지관리비용을 대폭 절감할 수 있다.

한편, 상기 후방변속부(200)는 동력전달부재(300)의 후방부분의 회전반경 크기를 확대시키거나 축소시키면서 변속을 발생시키는 조립체로서, 상기 전방변속부(100)과 비교하여 배치되는 위치, 장착되는 축의 종류 및 축에 고정되는 판의 종류가 상이할 뿐 변속동작되는 세부 구성 및 동작원리를 대동 소이하므로 차이가 있는 부분 위주로 실시예를 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 후방변속부(200)는 상기 제1회동판(120)과 전후로 대향하는 위치에 배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)에 고정되어 함께 회전하는 제2고정판(210)과, 상기 제2고정판(210)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)을 중심으로 자유회전하는 제2회동판(220) 및, 피동풀리부(230)를 포함한다.

여기서, 상기 피동풀리부(230)는 상기 제2고정판(210)에 장착된 제5핀(211)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 피동암(231)과, 상기 제2회동판(220)에 장착된 제6핀(221)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2지지암(232) 및, 상기 피동암(231)의 타단과 제2지지암(232)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제2받이(233)를 포함하며 상기 후륜축(20)을 중심으로 원주상에 대향하는 위치에 두 개의 피동풀리부(230)가 각각 배치된다.

또한, 상기 제2고정판(210)은 피동풀림부(230)를 전달되는 구동력을 후륜축(20)에 전달하여 회전시키는 판재이며, 제2회동판(220)은 제2고정판(210)과 함께 피동풀리부(230) 및 제2가이드풀리부(240)가 장착될 수 있는 공간을 제공하며 동시에 제2가이드풀리부(240)를 회동동작할 수 있도록 회전력을 전달하는 판재이며 후륜축(20)에 장착된 베어링(223)을 매개로 후륜축(20)에 대하여 자유회전할 수 있도록 장착된다.

더불어, 상기 피동암(231)은 선단부가 동력전달부재(300)의 회전반대방향으로 절곡되도록 형성되어 동력전달부재(300)가 제2받이(233)를 견인하는 힘이 그대로 전달될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 전방변속부(100)와 마찬가지로 후방변속부(200)에는 제2가이드풀리부(240)가 구비되어 동력전달부재(300)를 안정적으로 지지할 수 있다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2가이드풀리부(240)는 후륜축(20)을 중심으로 하는 원주상에서 각 피동풀리부(230) 사이에 배치되되, 상기 제2고정판(210)에 장착된 제7핀(212)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제3가이드암(241)과, 상기 제2회동판(220)에 장착된 제8핀(222)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제4가이드암(242) 및, 상기 제3가이드암(241)의 타단과 제4가이드암(242)의 타단이 회동가능하게 장착되어 상기 동력전달부재(300)를 지지하는 제2롤러(243)를 포함한다.

또한, 상기 제2받이(233)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중 및 구동력의 변화에 따라 상기 피동암(231)이 회동하여 제2받이(233)의 회전반경이 조절되도록 변속구동한다.

상기 동력전달부재(300)는 고리 형상으로 이루어져 전방변속부(100)와 후방변속부(200) 사이에 연결되면서 전방변속부(100)의 구동력을 후방변속부(200)로 전달하는 부재로서 벨트 또는 체인 형태로 이루어질 수 있다.

여기서, 도 7에서와 같이 상기 동력전달부재(300)가 전방변속부(100)의 제1받이(133)와 상기 후방변속부(200)의 제2받이(233) 사이에 안착되어 연결되는 벨트로 이루어진 경우, 외부 둘레에는 연장된 길이를 따라 함몰된 홈형상의 끼움홈(310)이 형성되며, 상기 끼움홈(310)에는 플렉시블한 링형상으로 이루어져 강화플라스틱, 복합플라스틱, 울트라섬유 또는 스틸 중 어느 하나의 재질로 형성된 보강링(320)이 끼움결합되어 동력전달부재(300)의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.

여기서, 도면에는 상기 보강링(320)의 단면이 원형상인 것을 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 삼각형, 사각형 등의 다각형상으로 이루어질 수 있고 단면이 횡으로 긴 띠형상으로 이루어질 수도 있으며, 동력전달부재(300) 내에 하나의 끼움홈(310)에 복수 개의 보강링(320)이 함께 체결되거나 복수 개의 끼움홈(310)마다 각각의 보강링(320)이 체결될 수도 있다.

또한, 상기 제1받이(133) 및 제2받이(233)는 양측에 측벽(135)이 형성되어 내부에 전후로 개방된 받이홈(136)이 형성되고 상기 받이홈(136)의 바닥면에는 상향 돌출된 지지돌기(137)가 형성되며, 상기 동력전달부재(300) 상에서 상기 받이홈(136)과 대향하는 내측면에는 연장된 길이를 따라 상향 오목한 홈형상으로 형성되어 상기 지지돌기(137)가 삽입되면서 마찰을 발생시키는 지지홈(330)이 마련됨으로써, 동력전달부재(300)와 제1받이(133) 간의 마찰력을 더욱 증대시켜 동력전달부재(300)의 슬립현상을 방지할 수 있다.

상기 지지돌기(137)의 단부에는 체인구조를 갖는 동력전달부재(300)가 걸림 지지될 수 있도록 체인걸림홈(138)이 형성되어 벨트 구조 이외에 체인구조의 동력전달부재(300)를 겸용하여 사용할 수도 있다.

다음으로 도 10 내지 도 12를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등속 및 무단자동 변속 장치의 동작원리를 설명한다.

먼저, 도 10에서와 같이 상기 전방변속부(100)의 제1받이(133)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중과 상기 후방변속부(200)의 제2받이(233)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중이 대등한 경우, 전방변속부(100)의 구동암(131)은 회전반경이 커지거나 작아지지 않고 현재 위치를 유지하게 되어 현재의 변속된 상태로 운행하게 된다.

이 상태에서, 정지상태에서 출발하는 경우와 같이 상기 제1받이(133)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중이 제2받이(233)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중보다 커지게 되면, 도 11에서와 같이 구동암(131)이 동력전달부재(300)를 회전하는 방향으로 견인하려는 힘에 의해 구동암(131)이 외측으로 회동하면서 제1받이(133)의 회전반경이 커지게 된다.

이때, 구동암(131)이 회동하면서 치합되어 있는 제1지지암(132)도 함께 외측으로 회동하게 되면서 제1회동판(120)이 회동하게 되고, 이에 따라 상기 제1가이드풀리부(140)의 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 함께 외측으로 회동하면서 제1롤러(143)의 회전반경이 커지게 된다. 따라서, 상기 제1받이(133) 및 제1롤러(143)에 의해 동력전달부재(300)는 전방측이 내측에서 외측으로 가압되면서 회전반경이 커지도록 변속구동하게 된다.

또한, 동력전달부재(300)의 한정된 길이에 의해 후방변속부(200)의 피동암(231)은 동력전달부재(300)에 의해 가압되어 내측으로 회동하면서 제2받이(233)의 회전반경이 작아지게 된다.

이때, 피동암(231)이 회동하면서 치합되어 있는 제2지지암(232)도 함께 내측으로 회동하게 되면서 제2회동판(220)이 회동하게 되고 이에 따라 제2가이드풀리부(240)의 제3가이드암(241)과 제4가이드암(242)이 함께 외측으로 회동하면서 이롤러(340)의 회전반경이 작아지게 되어 동력전달부재(300)의 후방측 회전반경이 작아지도록 변속구동하게 된다.

반면에, 오르막을 오르거나 자전거의 후미에 짐을 실리는 경우와 같이 상기 제2받이(233)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중이 상기 제1받이(133)와 동력전달부재(300)의 접촉부위에 가해지는 하중이 보다 커지게 되면, 도 12에서와 같이 동력전달부재(300)가 피동암(231)을 회전하는 방향으로 견인하려는 힘에 의해 피동암(231)이 외측으로 회동하면서 제2받이(233)의 회전반경이 커지게 된다.

이때, 피동암(231)이 회동하면서 치합되어 있는 제2지지암(232)도 함께 외측으로 회동하게 되면서 제2회동판(220)이 회동하게 되고, 이에 따라 상기 제2가이드풀리부(240)의 제3가이드암(241)과 제4가이드암(242)이 함께 외측으로 회동하면서 제2롤러(243)의 회전반경이 커지게 된다. 따라서, 상기 제2받이(233) 및 제2롤러(243)에 의해 동력전달부재(300)는 후방측이 내측에서 외측으로 가압되면서 회전반경이 커져 저속단으로 변속구동하게 된다.

또한, 동력전달부재(300)의 한정된 길이에 의해 전방변속부(100)의 구동암(131)은 동력전달부재(300)에 의해 가압되어 내측으로 회동하면서 제1받이(133)의 회전반경이 작아지게 된다.

이와 같이, 페달축(10)에 장착되는 전방변속부(100)는 제1고정판(110)에 일단이 회동가능하게 장착되는 구동암(131)과, 제1회동판(120)에 일단이 회동가능하게 장착되는 제1지지암(132) 및, 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단에 회동가능하게 장착되는 제1받이(133)를 포함하는 두 개의 구동풀리부(130)가 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 대향배치되며, 상기 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 구동암(131)이 회동하여 제1받이(133)의 회전반경을 조절함으로써, 사용자의 조작없이 주행환경에 따른 구동력과 하중의 변화에 따라 자동적으로 무단변속이 가능하여 주행성능을 향상시킬 수 있으며, 동력전달부재(300)와 제1받이(133) 간의 마찰력을 극대화하여 슬립현상을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자전거용 무단변속 장치는 등속고정부(400)를 통해 전방변속부(100) 및 후방변속부(200)의 변속상태를 선택적으로 고정시켜 등속운행이 가능하도록 구비될 수 있다.

이를 위해 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이 상기 제1고정판(110)에는 복수의 걸림턱(114)이 내측에 연이어 형성된 호형상의 고정홈(113)이 측방으로 개구되어 형성되고, 상기 등속고정부(400)는 고정홈(113)을 향해 슬라이딩 왕복이동하도록 구동암(131)에 장착되며 어느 하나의 걸림턱(114)에 삽입 지지되어 제1받이(133)의 회전반경 조절에 따른 변속상태를 고정시키면서 등속운행이 가능할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 등속고정부(400)는 상기 구동암(131)의 일측에 전후방으로 슬라이딩 이동가능하게 장착되며 단부에는 전방이동에 따라 상기 걸림턱(114)에 삽입되어 지지되는 걸림부(411)가 형성된 슬라이딩바(410)와, 상기 구동암(131) 상에 회전가능하게 장착되는 회동바(420)와, 상기 회동바(420)의 둘레 상에서 외측으로 돌출형성되되 서로 다른 원주위치에 각각 배치되는 제1가압돌기(430), 제2가압돌기(440) 및 제3가압돌기(450)와, 상기 제1고정판(110)과 측방으로 대향배치되며 사용자 조작에 따라 상기 제2가압돌기(440)를 가압하는 제1가압판(460) 및, 상기 제1가압판(460)과 측방으로 대향배치되며 사용자 조작에 따라 상기 제3가압돌기(450)를 가압하는 제2가압판(470)을 포함할 수 있다.

또한, 도 15에서와같이 상기 회동바(420)는 제1가압판(460)에 의해 제2가압돌기(440)가 가압되면 일방향으로 회전하면서 제1가압돌기(430)가 슬라이딩바(410)를 전방으로 전진시키며, 도 16에서와 같이 제2가압돌기(440)에 의해 제3가압돌기(450)가 가압되면 타방향으로 회전하면서 제1가압돌기(430)가 슬라이딩바(410)를 후방으로 후퇴시키도록 동작함으로써 현재 변속된 상태를 선택적으로 고정 또는 고정해제할 수 있다.

이와 같이, 상기 전방변속부(100)와 후방변속부(200)에 의해 변속구동된 상태를 등속고정부(400)를 통해 선택적으로 고정시켜 현재의 변속된 상태로 등속운행할 수 있어 사용자의 편의를 대폭 증대시킬 수 있으며 언덕과 내리막이 반복되는 경로와 같은 주행환경 변화에 따라 하중변화가 빈번하여 지속적으로 변속이 이루어지는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100...전방변속부 110...제1고정판
120...제1회동판 130...구동풀리부
140...제1가이드풀리부 200...후방변속부
210...제2고정판 220...제2회동판
230...피동풀리부 240...제2가이드풀리부
300...동력전달부 400...변속고정부

Claims

중앙에 관통삽입된 페달축(10)에 고정되어 함께 회전하는 제1고정판(110)과,
상기 제1고정판(110)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 페달축(10)을 중심으로 자유회전하는 제1회동판(120) 및,
상기 제1고정판(110)에 장착된 제1핀(111)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 구동암(131)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제2핀(121)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1지지암(132) 및, 상기 구동암(131)의 타단과 제1지지암(132)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제1받이(133)를 포함하며 상기 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 대향배치되는 두 개의 구동풀리부(130)를 포함하는,
전방변속부(100);
상기 전방변속부(100)의 후방 위치에 배치되어 후륜축(20)에 장착되는 후방변속부(200); 및
링형상으로 형성되어 상기 전방변속부(100)와 후방변속부(200) 사이에 연결되면서 구동력을 전달하는 동력전달부재(300);를 포함하며,
상기 전방변속부(100)는 상기 제1받이(133)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 상기 구동암(131)이 회동하여 제1받이(133)의 회전반경이 조절되도록 변속구동하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전방변속부(100)는,
상기 페달축(10)을 중심으로 하는 원주상에서 각 구동풀리부(130) 사이에 배치되되, 상기 제1고정판(110)에 장착된 제3핀(112)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제1가이드암(141)과, 상기 제1회동판(120)에 장착된 제4핀(122)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2가이드암(142) 및, 상기 제1가이드암(141)의 타단과 제2가이드암(142)의 타단이 회동가능하게 장착되어 상기 동력전달부재(300)를 지지하는 제1롤러(143)를 포함하는 제1가이드풀리부(140)를 더 포함하고,
상기 제1가이드풀리부(140)는 상기 구동암(131)의 회동에 따른 제1회동판(120)의 회동에 의해 상기 제1가이드암(141)과 제2가이드암(142)이 회동하면서 상기 제1롤러(143)의 회전반경이 조절되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 후방변속부(200)는,
상기 제1회동판(120)과 전후로 대향하는 위치에 배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)에 고정되어 함께 회전하는 제2고정판(210)과,
상기 제2고정판(210)의 측방에 대향배치되며 중앙에 관통삽입된 후륜축(20)을 중심으로 자유회전하는 제2회동판(220) 및,
상기 제2고정판(210)에 장착된 제5핀(211)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 피동암(231)과, 상기 제2회동판(220)에 장착된 제6핀(221)을 축으로 일단이 회동가능하게 장착되는 제2지지암(232) 및, 상기 피동암(231)의 타단과 제2지지암(232)의 타단이 회동가능하게 장착되는 제2받이(233)를 포함하며 상기 후륜축(20)을 중심으로 원주상에 대향배치되는 두 개의 피동풀리부(230)를 포함하며,
상기 제2받이(233)가 동력전달부재(300)를 지지하면서 가해지는 하중변화에 따라 상기 피동암(231)이 회동하여 제2받이(233)의 회전반경이 조절되도록 변속구동하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 제1고정판(110)에는 복수의 걸림턱(114)이 내측에 연이어 형성된 호형상의 고정홈(113)이 측방으로 개구되어 형성되고,
상기 고정홈(113)을 향해 슬라이딩 이동하도록 상기 구동암(131)에 장착되며 어느 하나의 걸림턱(114)에 삽입 지지되어 제1받이(133)의 회전반경 조절에 따른 변속상태를 고정시키면서 등속운행이 가능하도록 하는 등속고정부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 및 무단자동 변속 장치.