KR102034744B1 - 자전거 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양측의 페달을 번갈아 가면서 일방향으로 밀면 자전거가 전진되도록 구성된 새로운 구조의 자전거 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자전거 구동수단은 사용자가 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 반복적으로 하측으로 밟음으로써, 자전거를 전진시킬 수 있음으로, 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 회전시켜야 하는 종래의 자전거 구동수단에 비해 사용이 더욱 편리한 장점이 있다.

Description

자전거 구동장치{bicycle driving apparatus}
본 발명은 양측의 페달을 번갈아 가면서 일방향으로 밀면 자전거가 전진되도록 구성된 새로운 구조의 자전거 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거에 구비되는 구동장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 프레임에 구비된 회전축(1)과, 상기 회전축(1)의 양단에 상호 반대방향으로 연장되도록 구비된 좌우측 크랭크아암(2,3)과, 상기 좌우측 크랭크아암(2,3)의 선단부에 구비된 좌우측 페달(4,5)과, 상기 회전축(1)에 구비된 구동스프로켓(6)과, 후륜에 구비된 종동스프로켓(7)과, 상기 구동스프로켓(6)과 종동스프로켓(7)을 연결하는 체인(8)으로 구성되어, 자전거를 타고 있는 사용자가 상기 좌우측 페달(4,5)을 지속적으로 한방향으로 회전시키면, 상기 종동스프로켓(7)과 후륜이 일방향으로 회전되면서 자전거를 전진시키도록 구성된다.
그런데, 이러한 자전거 구동장치는 사용자가 페달을 원형을 그리도록 밟아야 함으로, 사용이 매우 불편한 문제점이 발생되었다
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방법이 필요하게 되었다.
등록특허 10-1228803호,
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양측의 페달을 번갈아 가면서 일방향으로 밀면 자전거가 전진되도록 구성된 새로운 구조의 자전거 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양측면에 제1 및 제2 관통공(11,12)이 형성되며 자전거의 프레임에 고정되는 지지통체(10)와, 상기 지지통체(10)의 내부에 회전가능하게 구비되며 일측면에는 상기 제1 관통공(11)을 통해 상기 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(21)가 형성되고 타측면에는 측방향으로 연장된 연장관부(27)가 형성되며 내측 둘레면에는 제1 나사산(22)이 형성된 회전통체(20)와, 측방향으로 연장되며 일단부는 상기 연장관부(27)를 통해 상기 회전통체(20)의 내부로 연장되고 타단부는 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장된 회전축(30)과, 상기 회전통체(20)의 내부에 위치되도록 상기 지지통체(10)에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합된 플래닛기어(40)와, 상기 지지통체(10)의 내부에 위치되도록 상기 회전축(30)에 고정결합되며 상기 플래닛기어(40)에 치합되는 선기어(50)와, 상기 회전통체(20)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)의 중간부 외측에 구비되며 제1 및 제2 원웨이베어링(71,72)을 통해 상기 연장관부(27)와 회전축(30)에 구동적으로 연결되며 외주면에는 제2 나사산(61)이 형성된 연동축(60)과, 상기 지지통체(10)의 내부에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 상기 연동축(60)의 제2 나사산(61)에 치합되는 변속기어(80)와, 상기 회전축(30)의 둘레부에 회전가능하게 결합되며 외주면에는 상기 변속기어(80)에 치합되는 제3 나사산(91)이 형성되고 일측은 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(92)가 형성된 출력기어(90)와, 상기 지지통체(10)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)에 회전가능하게 결합되며 클러치기구(101)를 통해 상기 출력기어(90)에 연결되는 구동스프로켓(100)과, 상기 회전통체(20)의 연장부(21)와 회전축(30)의 단부에 구비되며 선단부에는 좌우측 페달이 구비된 좌우측 크랭크아암(111,112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 회전통체(20)는 내주면에 상기 제1 나사산(22)이 형성된 링기어(23)와, 상기 링기어(23)의 일측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장부(21)가 형성된 제1 막음판(24)과, 상기 링기어(23)의 타측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장관부(27)가 형성된 제2 막음판(25)을 포함하고, 상기 연장부(21)와 연장관부(27)는 동일축선상에 위치되도록 구비되며, 상기 플래닛기어(40)는 둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합되는 제1 기어부(41)와, 상기 제1 기어부(41)에 비해 지름이 작게 구성되어 상기 선기어(50)에 치합되는 제2 기어부(42)로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 기어부(41)와 제2 기어부(42)의 비율은 상기 제1 나사산(22)의 지름과 상기 선기어(50)의 지름의 비율에 대응되도록 구성되어, 상기 회전통체(20)가 회전할 경우, 상기 선기어(50)와 회전축(30)이 상기 회전통체(20)의 회전각도와 동일한 각도만큼 반대방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전통체(20)의 제1 및 제2 막음판(24,25)에는 상기 지지축(13)이 통과하는 호형상의 관통공(26)이 형성되어, 상기 회전통체(20)가 일정한 각도범위내에서 정역방향으로 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치가 제공된다.
본 발명에 따른 자전거 구동수단은 사용자가 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 반복적으로 하측으로 밟음으로써, 자전거를 전진시킬 수 있음으로, 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 회전시켜야 하는 종래의 자전거 구동수단에 비해 사용이 더욱 편리한 장점이 있다.
도 1은 종래의 자전거 구동장치를 도시한 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 자전거 구동장치를 도시한 측면도,
도 3은 도 2의 A-A선 단면을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 지지통체를 제거한 상태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 요부를 도시한 확대도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 회전통체를 도시한 측면도,
도 8은 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 요부를 도시한 확대도,
도 9는 도 8의 B-B선 단면을 도시한 측단면도,
도 10은 도 8의 C-C선 단면을 도시한 측단면도,
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 작용을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 12는 본 발명에 따른 자전거 구동장치를 도시한 것으로, 양측면에 제1 및 제2 관통공(11,12)이 형성되며 자전거의 프레임에 고정되는 지지통체(10)와, 상기 지지통체(10)의 내부에 회전가능하게 구비되며 일측면에는 상기 제1 관통공(11)을 통해 상기 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(21)가 형성되고 타측면에는 측방향으로 연장된 연장관부(27)가 형성되며 내측 둘레면에는 제1 나사산(22)이 형성된 회전통체(20)와, 측방향으로 연장되며 일단부는 상기 연장관부(27)를 통해 상기 회전통체(20)의 내부로 연장되고 타단부는 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장된 회전축(30)과, 상기 회전통체(20)의 내부에 위치되도록 상기 지지통체(10)에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합된 플래닛기어(40)와, 상기 지지통체(10)의 내부에 위치되도록 상기 회전축(30)에 고정결합되며 상기 플래닛기어(40)에 치합되는 선기어(50)와, 상기 회전통체(20)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)의 중간부 외측에 구비되며 제1 및 제2 원웨이베어링(71,72)을 통해 상기 연장관부(27)와 회전축(30)에 구동적으로 연결되며 외주면에는 제2 나사산(61)이 형성된 연동축(60)과, 상기 지지통체(10)의 내부에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 상기 연동축(60)의 제2 나사산(61)에 치합되는 변속기어(80)와, 상기 회전축(30)의 둘레부에 회전가능하게 결합되며 외주면에는 상기 변속기어(80)에 치합되는 제3 나사산(91)이 형성되고 일측은 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(92)가 형성된 출력기어(90)와, 상기 지지통체(10)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)에 회전가능하게 결합되며 클러치기구(101)를 통해 상기 출력기어(90)에 연결되는 구동스프로켓(100)과, 상기 회전통체(20)의 연장부(21)와 회전축(30)의 단부에 구비되며 선단부에는 좌우측 페달(113,114)이 구비된 좌우측 크랭크아암(111,112)으로 구성된다.
상기 지지통체(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 측방향으로 연장된 원통형상으로 구성된다.
상기 제1 관통공(11)은 상기 지지통체(10)의 좌측면 중앙부에 형성되고, 상기 제2 관통공(12)은 상기 지지통체(10)의 우측면 중앙부에 형성된다.
상기 회전통체(20)는 내주면에 상기 제1 나사산(22)이 형성된 링기어(23)와, 상기 링기어(23)의 좌측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장부(21)가 형성된 제1 막음판(24)과, 상기 링기어(23)의 우측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장관부(27)가 형성된 제2 막음판(25)으로 구성된다.
이때, 제1 및 제2 막음판(24,25)에는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 지지축(13)이 통과하는 호형상의 관통공(26)이 형성되어, 상기 회전통체(20)가 일정한 각도범위내에서 정역방향으로 회전되도록 구성된다.
그리고, 상기 연장부(21)와 연장관부(27)는 동일축선상에 위치되도록 구비된다.
상기 플래닛기어(40)는 도 5에 도시한 바와 같이, 둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합되는 제1 기어부(41)와, 상기 제1 기어부(41)에 비해 지름이 작게 구성되어 상기 선기어(50)에 치합되는 제2 기어부(42)로 구성된다.
이때, 상기 제1 기어부(41)와 제2 기어부(42)의 비율은 상기 제1 나사산(22)의 지름과, 상기 선기어(50)의 지름의 비율에 대응되도록 구성되어, 상기 회전통체(20)가 회전할 경우, 상기 선기어(50)와 회전축(30)이 상기 회전통체(20)의 회전각도와 동일한 각도만큼 상호 반대방향으로 회전되도록 한다.
상기 지지축(13)은 중앙부가 상기 회전통체(20)의 관통공(26)을 통과하여 양단이 상기 지지통체(10)의 양단에 결합된다.
상기 연동축(60)은 도 8에 도시한 바와 같이, 내경이 상기 회전통체(20)의 연장관부(27)와 회전축(30)의 외경에 비해 크게 구성되며, 상기 제2 나사산(61)은 상기 연동축(60)의 우측단 외주면에 형성된다.
상기 제1 및 제2 원웨이베어링(71,72)은 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 연장관부(27)와 회전축(30)의 외주면에 각각 결합고정되는 내륜(73)과, 상기 내륜(73)의 외측에 회전가능하게 결합되며 상기 연동축(60)의 내주면에 결합고정되는 외륜(74)과, 상기 내륜(73)과 외륜(74)의 사이에 구비되어 내륜(73)의 회전방향에 따라 상기 내륜(73)과 외륜(74)을 선택적으로 고정하는 고정키(75)로 구성되어, 상기 내륜(73)이 시계방향으로 회전될 경우에만 상기 외륜(74)이 시계방향으로 회전되도록 구성된다.
이를 위해, 상기 외륜(74)의 내주면에는 반시계방향으로 갈수록 오목해지는 경사홈(74a)이 형성되며, 상기 고정키(75)는 측방향으로 연장된 원봉형태로 구성되어 상기 경사홈(73a)의 내부에 삽입되도록 설치된다.
따라서, 상기 내륜(73)이 반시계방향으로 회전될 경우, 상기 고정키(75)는 경사홈(74a)의 깊은 곳으로 이동하여 내륜(73)과 외륜(74)의 결합을 해제하고, 이에 따라, 내륜(73)이 공회전되도록 한다.
반대로, 상기 내륜(73)이 시계방향으로 회전될 경우, 상기 고정키(75)는 경사홈(74a)의 낮은 곳으로 이동하여 내륜(73)과 외륜(74)의 사이에 끼워지고, 이에 따라, 내륜(73)과 외륜(74)이 함께 시계방향으로 회전되도록 한다.
이러한 원웨이베어링은 일반적으로 사용되는 것임으로, 이에 대한 더 이상 자세한 설명은 생략한다.
상기 변속기어(80)는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 나사산(61)에 치합되는 제3 기어부(81)와, 상기 제3 기어부(81)에 비해 지름이 크게 구성되어 상기 제3 나사산(91)에 치합되는 제4 기어부(82)로 구성되어, 상기 연동축(60)의 회전속도를 증속시켜 상기 출력기어(90)에 전달하도록 구성된다.
상기 구동스프로켓(100)은 둘레부에 결합된 체인(8)을 통해 자전거의 후륜에 구비된 종동스프로켓(7)에 연결된다.
따라서, 상기 구동스프로켓(100)이 시계방향으로 회전되면, 자전거의 후륜이 시계방향으로 회전되어 자전거가 전진된다.
상기 클러치기구(101)는 상기 지지통체(10)의 외측에 위치되도록 상기 출력기어(90)의 연장부(92)에 구비된 것으로, 사용자가 도시 안된 조절수단을 조작하면, 상기 출력기어(90)와 상기 구동스프로켓(100)을 상호 연결하거나 연결을 차단하도록 구성된다.
이러한 클러치기구(101)는 다양한 종류의 것이 개발되어 사용됨으로, 이에 대한 더 이상 자세한 설명은 생략한다.
상기 좌우측 크랭크아암(111,112)은 상기 회전통체(20)의 연장부(21)와 회전축(30)의 단부에 전방으로 연장되도록 구비되어, 사용자가 상기 좌우측 페달(113,114)을 번갈아 가면서 하측으로 밟아, 좌우측 크랭크아암(111,112)과 회전통체(20)와 회전축(30)을 교대로 시계방향으로 회전시킬 수 있도록 구성된다.
이러한 자전거 구동장치의 작용을 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.
이때, 도면에서 실선의 화살표로 표시된 부분은 시계방향으로 회전되는 부분을 나타내고, 점선의 화살표로 표시된 부분은 반시계방향으로 회전되는 부분을 나타낸다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 좌측 크랭크아암(111)이 하측으로 회동되고, 우측 크랭크아암(112)이 상측으로 회동된 상태에서, 사용자가 도 11에 도시한 바와 같이, 우측 페달(114)을 하측으로 밟아 우측 크랭크아암(112)을 시계방향으로 회전시키면, 상기 회전축(30)이 시계방향으로 회전되면서 회전축(30)의 구동력이 상기 제2 원웨이베어링(72)을 통해 상기 연동축(60)으로 전달되어 연동축(60)을 시계방향으로 회전시키며, 이에 따라, 상기 변속기어(80)가 반시계방향으로 회전되어, 상기 출력기어(90)를 시계방향으로 회전시킴으로써, 상기 구동스프로켓(100)을 시계방향으로 회전시킨다.
이와 함께, 상기 회전축(30)이 시계방향으로 회전됨에 따라 상기 선기어(50)가 시계방향으로 회전되면서, 상기 플래닛기어(40)를 반시계방향으로 회전시키고, 이에 따라, 상기 회전통체(20)와 좌측 크랭크아암(111)이 반시계방향으로, 즉, 상측으로 회동된다
그리고, 상기 좌측 크랭크아암(111)이 상측으로 회동되고, 우측 크랭크아암(112)이 하측으로 회동된 상태에서, 사용자가 도 12에 도시한 바와 같이, 좌측 페달(113)을 하측으로 밟아 좌측 크랭크아암(111)을 시계방향으로 회전시키면, 상기 회전통체(20)가 시계방향으로 회전되면서 회전통체(20)의 구동력이 상기 제1 원웨이베어링(71)을 통해 상기 연동축(60)으로 전달되어 연동축(60)을 시계방향으로 회전시키며, 이에 따라, 상기 변속기어(80)가 반시계방향으로 회전되어, 상기 출력기어(90)를 시계방향으로 회전시킴으로써, 상기 구동스프로켓(100)을 시계방향으로 회전시킨다.
이와 함께, 상기 회전통체(20)가 시계방향으로 회전됨에 따라, 상기 플래닛 기어(40)가 시계방향으로 회전되면서, 상기 선기어(50)를 반시계방향으로 회전시키고, 이에 따라, 상기 회전축(30)과 우측 크랭크아암(112)이 반시계방향으로, 즉, 상측으로 회동된다
즉, 사용자가 좌측 페달(113)을 하측으로 밟으면, 우측 페달(114)은 상승되면서 구동스프로켓(100)은 시계방향으로 회전되고, 사용자가 우측 페달(114)을 하측으로 밟으면, 좌측 페달(113)은 상승되면서 구동스프로켓(100)은 시계방향으로 회전된다.
따라서, 사용자가 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 번갈아 가면서 하측으로 밟으면, 상기 구동스프로켓(100)이 지속적으로 시계방향으로 회전되어 자전거를 전진시킨다.
이와 같이 구성된 자전거 구동수단은 사용자가 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 반복적으로 하측으로 밟음으로써, 360도가 아닌 약 120도의 회전만으로 자전거를 전진시킬 수 있음으로, 좌측 페달(113)과 우측 페달(114)을 회전시켜야 하는 종래의 자전거 구동수단에 비해 사용이 더욱 편리한 장점이 있다.
특히, 일반적인 자전거의 경우, 우측 크랭크아암과 구동스프로켓이 일체화 되어 있으나, 본 발명의 경우, 구동스프로켓(100)과 우측 크랭크아암(112)이 각각 별도로 분리되어, 각각 별도의 구동이 가능하게 된 특징이 있다.
10.지지통체 20. 회전통체
30. 회전축 40. 플래닛기어
50. 선기어 60. 연동축
80. 변속기어 90. 출력기어
100. 구동스프로켓 111,112. 좌우측 크랭크아암

Claims (4)

  1. 양측면에 제1 및 제2 관통공(11,12)이 형성되며 자전거의 프레임에 고정되는 지지통체(10)와,
    상기 지지통체(10)의 내부에 회전가능하게 구비되며 일측면에는 상기 제1 관통공(11)을 통해 상기 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(21)가 형성되고 타측면에는 측방향으로 연장된 연장관부(27)가 형성되며 내측 둘레면에는 제1 나사산(22)이 형성된 회전통체(20)와,
    측방향으로 연장되며 일단부는 상기 연장관부(27)를 통해 상기 회전통체(20)의 내부로 연장되고 타단부는 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장된 회전축(30)과,
    상기 회전통체(20)의 내부에 위치되도록 상기 지지통체(10)에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합된 플래닛기어(40)와,
    상기 지지통체(10)의 내부에 위치되도록 상기 회전축(30)에 고정결합되며 상기 플래닛기어(40)에 치합되는 선기어(50)와,
    상기 회전통체(20)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)의 중간부 외측에 구비되며 제1 및 제2 원웨이베어링(71,72)을 통해 상기 연장관부(27)와 회전축(30)에 구동적으로 연결되며 외주면에는 제2 나사산(61)이 형성된 연동축(60)과,
    상기 지지통체(10)의 내부에 측방향으로 연장되도록 구비된 지지축(13)에 회전가능하게 결합되며 상기 연동축(60)의 제2 나사산(61)에 치합되는 변속기어(80)와,
    상기 회전축(30)의 둘레부에 회전가능하게 결합되며 외주면에는 상기 변속기어(80)에 치합되는 제3 나사산(91)이 형성되고 일측은 상기 제2 관통공(12)을 통해 지지통체(10)의 외측으로 연장되는 연장부(92)가 형성된 출력기어(90)와,
    상기 지지통체(10)의 외측에 위치되도록 상기 회전축(30)에 회전가능하게 결합되며 클러치기구(101)를 통해 상기 출력기어(90)에 연결되는 구동스프로켓(100)과,
    상기 회전통체(20)의 연장부(21)와 회전축(30)의 단부에 구비되며 선단부에는 좌우측 페달(113,114)이 구비된 좌우측 크랭크아암(111,112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전통체(20)는
    내주면에 상기 제1 나사산(22)이 형성된 링기어(23)와,
    상기 링기어(23)의 일측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장부(21)가 형성된 제1 막음판(24)과,
    상기 링기어(23)의 타측면에 결합되며 중앙부에는 상기 연장관부(27)가 형성된 제2 막음판(25)을 포함하고,
    상기 연장부(21)와 연장관부(27)는 동일축선상에 위치되도록 구비되며,
    상기 플래닛기어(40)는
    둘레면이 상기 제1 나사산(22)에 치합되는 제1 기어부(41)와,
    상기 제1 기어부(41)에 비해 지름이 작게 구성되어 상기 선기어(50)에 치합되는 제2 기어부(42)로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 기어부(41)와 제2 기어부(42)의 비율은 상기 제1 나사산(22)의 지름과 상기 선기어(50)의 지름의 비율에 대응되도록 구성되어,
    상기 회전통체(20)가 회전할 경우, 상기 선기어(50)와 회전축(30)이 상기 회전통체(20)의 회전각도와 동일한 각도만큼 반대방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 회전통체(20)의 제1 및 제2 막음판(24,25)에는 상기 지지축(13)이 통과하는 호형상의 관통공(26)이 형성되어,
    상기 회전통체(20)가 일정한 각도범위내에서 정역방향으로 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
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