KR20120001414A

KR20120001414A - 자전거 발전장치

Info

Publication number: KR20120001414A
Application number: KR1020100062175A
Authority: KR
Inventors: 서영대
Original assignee: 서영대
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-04
Also published as: KR101163112B1

Abstract

본 발명은 자전거를 주행하는 도중에 자전거 운행자에 의한 페달을 밟는 힘을 이용하여 발전기를 가동하여 전력에너지를 얻을 수 있도록 함으로써 전, 후방의 도로상황을 확인하기 위한 전, 후방주시기, 전조등, 좌, 우측 방향지시기, 네비게이션, 또는 기타 전력이 필요한 부분에 전력을 공급할 수 있도록 하는 자전 발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 자전거 발전장치는 상기 프레임(10)의 중앙부의 하측에 설치되어 있는 변속기어부(21)의 반대측으로 뻗은 크랭크 축(22)에 설치되어 있는 발전용 구동기어(20), 상기 발전용 구동기어(20)에 치합하는 피니언기어(31)가 구비되어 있고 상기 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)와 선택적으로 치합하여 전기를 발생하는 발전기(30), 그리고 상기 발전기(30)를 상기 프레임(10)에 설치하는 것으로서 발전기(30)의 피니언기어(31)를 필요시 발전용 구동기어(20)에 선택적으로 치합하도록 구성되어 있는 발전기마운팅장치(40)를 포함한다.

Description

자전거 발전장치{AN APPARATUS OF GENERATING ELECTRICITY FOR A BICYCLE}

본 발명은 자전거 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자전거를 주행하는 도중에 자전거 운행자가 페달을 밟는 힘을 이용하여 발전기를 가동하여 전력에너지를 얻을 수 있도록 함으로써 전, 후방의 도로상황을 확인하기 위한 전, 후방주시장치, 전조등, 좌, 우측 방향지시기, 네비게이션, 또는 기타 전력이 필요한 부분에 전력을 공급할 수 있도록 하는 자전거 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 조향장치, 구동장치, 제동장치가 구비되어 있고 바퀴가 두 개 이상 구성되어 있으며, 발로 밟는 힘이 페달, 크랭크, 체인 및 뒷바퀴에 전달함으로써 뒷바퀴가 회전하고 이에 연동되어 지면과 접촉된 앞바퀴도 회전하여 전방으로 나아가는 승용수단이자 이동수단을 말한다.

자전거는 가격이 저렴하고 비좁은 도로에서도 주행이 가능하고 대체적으로 주차공간도 별로 제약을 받지 않기 때문에 운송 또는 레저용 등으로서 누구든지 널리 애용하고 있고 최근에 저탄소 녹색성장과 관련하여 자전거 이용인구가 계속 증가하고 있다.

자전거는 또한, 건강에도 큰 도움을 주고 있는 매력적인 레저기구로서 탄소연료를 사용하지 않기 때문에 대기오염 문제를 해결할 수 있다. 보행자는 물론, 자전거 운행자도 도로에서 주행을 하면서 여가를 즐기고 있다. 또한 야간에도 자전거를 타는 인구가 증가하고 있으므로 대체로 배터리를 이용하는 전조등을 자전거의 핸들 부분에 부착하고 운행하고 있다.

자전거는 자전거 전용도로가 조성되지 않은 곳에서는 자전거 운행자가 일반 차로나 도로를 이용하여 주행하게 되는 데, 이러한 경우에는 자전거 운행자가 보행자 또는 자동차와 충돌할 가능성이 다분히 내포되어 있으며, 그리고 통상적인 자동차와는 달리 좁은 장소에서도 갑자기 돌출되어 나올 가능성이 있으며, 운행소음이 별로 없어 보행자 등은 자전거가 접근하고 있는 상황을 인식하가 어려운 문제점이 있다.

야간에도 자전거를 타는 인구가 증가하고 있으므로 야간에는 대체로 배터리를 이용하는 전조등을 자전거의 핸들 부분에 부착하고 운행하여야 하기 때문에 이에 따라 자주 배터리를 교체하여주어야 하고 이와 같은 배터리의 소모에 따른 소요비용이 발생될 수밖에 없다.

일반적으로 발전기는 전자석의 원리를 이용하여 회전동력을 전력에너지로 변환하는 장치로서, 상기 종래의 배터리사용에 따른 문제점을 해소하기 위한 종래에 이용되었던 저전거용 발전기는 자동차와 같이 엔진이 없기 때문에 구동력을 자전거바퀴의 회전력을 이용하여 전기를 발생하였다. 즉, 종래의 자전거 발전장치는 자전거의 전륜 또는 후륜의 타이어에 발전기의 회전체가 선택적으로 접촉하도록 하여 바퀴의 회전에 따라 발전기의 회전체가 회전하게 함으로써 발전기 내부에 설치된 고정자에 의해 전기가 유도되도록 하여 전기를 생산하고 있다.

이와 같이 하여 생산된 전기는 상기 자전거의 핸들에 설치된 전조등 또는 기타 전력이 필요한 부분에 공급된다.

그러나 상기 종래의 자전거 발전장치는 회전수단이 전륜 또는 후륜의 타이어 부분에 밀착되어 회전동력을 얻도록 구성되어 있기 때문에 미끄럼이 발생하여 강한 회전력을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 마찰에 의하여 전륜 또는 후륜의 회전력이 감소되어 제동 작용이 행해져 주행이 곤란하게 되고 마찰에 의하여 전륜 또는 후륜의 타이어가 손상을 입어 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 자전거 발전장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자전거를 주행하는 도중에 자전거 운전자의 페달을 밟는 힘을 이용하여 회전력의 손실 없이 발전기를 가동함으로써 발전효율이 향상되고, 좌우의 페달에 걸리는 운전자의 힘이 균등하게 하며, 타이어의 불필요한 마모를 방지하는 자전거 발전장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자전거 발전장치는 프레임의 전방과 후방에 전륜 및 후륜이 구비되어 있는 자전거에 있어서, 상기 프레임의 중앙부의 측에 설치되어 있는 변속기어부의 반대측으로 뻗은 크랭크 축에 설치되어 있는 발전용 구동기어, 상기 발전용 구동기어에 치합되는 피니언기어가 구비되어 있고 상기 피니언기어가 발전용 구동기어와 선택적으로 치합하여 전기를 발생하는 발전기, 그리고 상기 발전기를 상기 프레임에 설치하는 것으로서 발전기의 피니언기어를 필요시 발전용 구동기어에 선택적으로 치합하도록 구성되어 있는 발전기마운팅장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자전거 발전장치는 또한 상기 발전기마운팅장치가 프레임에 고정되는 것으로서, 상면에 슬라이딩 T 홈과 오목공간이 형성되어 있는 받침부와, 상기 받침부와 일체로 되어 있으며 프레임을 조여 고정되는 조임부로 이루어진 고정대; 하면에 상기 받침부의 T 홈과 슬라이딩 가능하게 결합되는 T 돌기가 형성되어 있으며 상부에 발전기가 결합되어 있는 이동대; 상기 고정대의 상면에 형성되어 있는 오목공간에 설치되어 이동대에 피니언기어가 발전용 기어로부터 이탈되는 방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링, 상기 발전기의 피니언기어가 발전용 구동기어에 치합된 상태를 유지 또는 해제시키는 치합상태유지해제부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발전기는 또한 상기 치합상태유지해제부가 상기 고정대의 측면에 형성된 오목공간에 회전축을 중심으로 회전가능하게 설치되어 있고 하단에 스냅홈 및 산마루와 손잡이가 형성되어 있는 회전자, 상기 회전자의 하부에 횡방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링, 상기 이동대의 측면에 고정되어 상기 회전자쪽으로 뻗으며 선단에 회전자의 측면에 접촉하고 치합상태유지시에 상기 회전자의 산마루(ridge)를 넘어 스냅홈에 맞물리는 내측돌부가 형성되어 있는 걸림봉으로 이루어진 치함상태유지해제부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자전거 발전장치는 발전기의 피니언 기어가 자전거의 크랭크축에 별도로 설치된 발전용 구동기어의 회전력에 의하여 발전되므로 회전력의 손실이 없으며 발전효율을 높일 수 있으며, 발전용 구동기어가 변속기어부의 반대편에 설치되어 있어서 운전자의 좌우 다리에 걸리는 힘에 균형을 이루게 하는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명은 종래 바퀴의 회전력을 이용하는 발전기에 나타나는 바퀴의 마모현상을 방지할 수 있으며 또한 바퀴에 직접 제동력이 걸리는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거 발전장치의 사시도,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도,
도 3은 도 2의 b 부분 확대도,
도 4는 도 3에서 A-A선으로 절단한 일부단면도,
도 5는 본 발명에 따른 발전기가 자전거 프레임에 설치된 상태를 나타내는 발전기마운팅장치의 일부 단면도,
도 6은 도 5에서 X 방향에서 본 발전기의 설치상태를 나타내는 발전기마운팅장치의 일부 단면도,
도 7a는 본 발명에 따른 발전기의 치합상태유지해제부의 일실시예를 나타내는 일부 측면도서, 발전기의 피니언기어가 발전용 구동기어로부터 분리된 상태를 나타내는 도면,
도 7b는 도 7a에서 발전기의 피니언기어가 이동하여 발전용 구동기어에 치합되기 바로 직전의 상태를 나타내는 도면,
도 7c는 도 7b에서 발전기의 피니언기어가 발전용 구동기어에 완전히 치합된 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자전거 발전장치는 프레임(10)의 전방과 후방에 전륜(1) 및 후륜(2)이 구비되어 있는 자전거에 구비되며, 발전용 구동기어(20), 발전기(30), 발전기마운팅장치(40), 그리고 축전지(50)로 이루어져 있다.

발전용 구동기어(20)는 프레임(10)의 중앙부의 하측에 설치되어 있는 변속기어부(21)의 반대측으로 뻗은 크랭크 축(22)에 설치되어 있으며, 커버(23)에 의하여 감싸여져 있다. 커버(23)는 안전을 위하여 운전자의 다리에 접촉하지 않도록 하는 것으로서, 발전기용 구동기어(20) 뿐만 아니라 후술하는 피니언기어(31)도 감쌀 수 있는 크기로 되어 있다. 크랭크 축(22)은 운전자가 페달(5)을 밟을 때 작동하는 크랭크(4)에 의하여 회전한다.

발전기(30)는 그 회전축의 선단에 전술한 크랭크축(22)의 회전에 의하여 회전하는 발전용 구동기어(20)에 치합(齒合)하는 피니언기어(31)가 구비되어 있고 피니언기어(31)는 운전자의 선택에 의하여 발전용 구동기어(20)와 치합하여 전기를 발생한다.

발전기마운팅장치(40)는 상기 발전기(30)를 상기 프레임(10)에 설치하는 것으로서 발전기(30)의 피니언기어(31)를 필요시 발전용 구동기어(20)에 선택적으로 치합하도록 구성되어 있다.

발전기마운팅장치(40)의 일 실시예는 상면에 슬라이딩 T 홈(41a)과 오목공간(41f)이 형성되어 있는 받침부(41b)와, 상기 받침부(41b)와 일체로 되어 있으며 프레임(10)을 조여 고정되는 조임부(41c)로 이루어진 고정대(41); 하면에 상기 받침부(41b)의 T 홈(41a)과 슬라이딩 가능하게 결합되는 T 돌기(42a)가 형성되어 있으며 상부에 발전기(30)가 결합되어 있는 이동대(42); 상기 고정대(41)의 상면에 형성되어 있는 오목공간(41f)에 설치되어 이동대(42)에 피니언기어(31)가 발전용 기어(20)로부터 이탈되는 방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링(43); 그리고 치합상태유지해제부(44)로 구성되어 있다.

조임부(41c)는 탄력에 의해 벌어지도록 되어 있으며 볼트(41d)와 너트(41e)를 체결함으로써 프레임(10)에 견고히 고정된다. 받침부(41b)와 조임부(41c)는 일체로 도시되어 있으나, 분리하여 각각 형성된 후 결합하여 조립되게 할 수도 있다.

고정대(41)의 T 홈(41a)과 이동대(42)의 T 돌기(42a)는 다수가 형성되어 발전기(30)가 설치되어 있는 이동대(42)의 안정된 이동을 가능하게 한다.

압축스프링(43)은 발전기(30)의 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)와 치합하기 위하여 이동대(42)가 하부로 이동할 때 이동대(42)의 밀대(42b)에 의하여 압축되며 그 압축에 대한 복원력에 의하여 이동대(42)에 위로 미는 힘을 가한다.

상기 치합상태유지해제부(44)의 일 실시예는 상기 발전기(30)의 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)에 치합된 상태를 유지 또는 해제시키는 것으로서, 상기 고정대(41)의 양측면에 각각 형성된 것으로서 오목공간(41g)에 회전축(44a)을 중심으로 회전가능하게 설치되어 있고 하단에 스냅홈(44ba) 및 산마루(44bb)와 손잡이(44bc), 그리고 걸림턱(44bd)이 형성되어 있는 회전자(44b), 상기 회전자(44b)의 하부에 횡방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링(44c), 상기 이동대(42)의 측면에 고정되어 상기 회전자(44b)쪽으로 뻗으며 선단에 회전자(44b)의 측면에 접촉하고 치합상태유지시에 상기 회전자(44b)의 산마루(44bb)를 넘어 스냅홈(44ba)에 맞물리는 내측돌부(44da)가 형성되어 있는 걸림봉(44d)으로 이루어져 있다.

그리고 상기 프레임(10)의 어느 한 위치에, 상기 발전기(30)에서 발전된 전기를 저장하는 축전기(50)가 설치되어 있고 전방에 전조등(3)이 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 자전거 발전장치는 다음과 같이 작용한다.

운전자는 통상의 운전방법과 마찬가지로 페달을 밟으면서 운전한다. 전조등(3)을 사용하거나, 도면에 도시되어 있지는 않으나 전방 및 후방을 주시하기 위한 카메라, 모니터 등이 구비되어 있는 경우에 이를 장비의 사용 시에는 발전기(30)의 피니언기어(31)를 발전용 구동기어(20)에 치합하여 발전을 하면서 이들 장비를 사용하고 사용하다가 남은 전기는 축전기(50)에 저장하여 놓는다.

발전을 하고자 하는 경우에는 도 2에서 나타난 바와 같이 발전기(30)를 화살표방향으로 눌러 발전기(30)의 피니언기어(31)를 크랭크축(22)과 함께 회전하는 발전용 구동기어(20)에 치합시킨다. 발전기(30)를 누르면 발전기마운팅장치(40)의 이동대(42)의 밀대(42b)가 압축스프링(43)을 누르면서 탄력적으로 하부로 이동하는데, 이 때 치합상태유지해제부(44)의 걸림봉(44d)의 내측돌부(44da)가 회전자(44b)의 측면을 누르면서 하강하기 시작한다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 회전자(44b)의 측면이 눌려지면 회전자(44b)는 회전축(44a)을 중심으로 시계방향으로 회전하면서 걸림봉(44)이 하강한다.

도 7a는 발전기(30)가 눌려지기 전의 상태를 나타내고, 도7b는 도 7a의 상태에서 발전기(30)가 화살표방향으로 눌려져 피니언기어(31)가 이동하여 발전용 구동기어(20)에 치합되기 바로 직전의 상태를 나타낸다. 도 7b는 걸림봉(44d)의 내측돌부(44da)가 회전자(44b)의 산마루(44bb)를 넘고 있는 상태이다. 이 상태에서는 회전자(44b)는 압축스프링(44c)의 힘을 받아 원상태로 되도록 가려고 하므로 걸림봉(44d)의 내측돌부(44da)는 스냅식으로 회전자(44b)의 스냅홈(44ba)에 들어간다. 이 상태가 도 7c의 상태이다. 도 7c의 상태에서는 회전자(44b)의 걸림턱(44bd)으로 인하여 회전자(44b)의 반시계방향으로의 회전은 중지된다.

이 상태에서 운전자가 페달(5)을 밟아 크랭크(4) 및 크랭크축(22)을 돌리면 발전용 구동기어(20)가 회전하고 그에 따라 피니언기어(31)가 회전하여 발전기(30)에서 발전 작용이 이루어진다. 이 전기를 이용하여 전조등(3), 전후방주시장치 등을 이용할 수 있으며 나머지 쓰다 남은 전기는 축전기(50)에 저장한다.

운전자가 발전 작용을 중지시키는 경우에는 회전자(44b)의 손잡이(44bc)를 시계방향으로 돌리면 걸림봉(44d)의 내측돌부(44da) 및 이동대(42)는 약간 하부로 이동하면서 회전자(44b)의 산마루(44bb)를 스냅식(snap type))으로 넘은 후 고정대(41) 내부에 구성되어 있는 압축스프링(43)에 탄력에 의하여 상향으로 이동한다. 발전용 구동기어(20)와 피니언기어(31) 사이에는 기어 치합에 필요한 약간의 여유가 있으므로 이 여유로 인하여 걸림봉(44d)의 내측돌부(44da)가 약간 하부로 이동하면서 회전자(44b)의 산마루(44bb)를 스냅식으로 넘을 수 있다.

따라서 발전기(30) 및 피니언기어(31)로 상향으로 이동하여 피니언기어(31)와 발전용 구동기어(20)의 치합상태가 회전한다. 즉 다시 도 7a의 상태가 된다.

본 발명의 자전거 발전장치는 발전기(30)의 피니언 기어(31)가 자전거의 크랭크축(22)에 별도로 설치된 발전용 구동기어(21)의 회전력에 의하여 발전되므로 회전력의 손실이 없으며 그에 따라서 발전효율을 높일 수 있다. 그리고 발전용 구동기어(20)가 변속기어부(21)의 반대편에 설치되어 있어서 운전자의 좌우 다리에 걸리는 힘에 균형을 이루게 하여 다리에 무리를 주지 않는다.

또한 본 발명은 종래 바퀴의 회전력을 이용하는 발전기에서 나타나는 전륜(1)의 타이어에 대하여 마모를 일으키지 않으며 전륜(1)에 직접 제동력을 걸지 않으므로 운행에 지장을 주지 않는다.

자전거에 발전기(30)를 설치하면 그 전기를 전조등(3) 뿐만 아니라 다양하게 이용할 수 있다. 예를 들어 좌우에 깜빡이등을 설치하여 안전 운전할 수 있으며, 또한 전방 및 후방 주시장치를 구비하여 운전 중에 모니터를 통하여 전방과 후방을 주시하면서 안전하게 주행할 수도 있다. 그리고 네비게이션을 설치하여 자기의 주행 위치를 파악하고 목적지로의 길안내를 받을 수 있게 할 수도 있으며, 운전자가 어린아이의 경우에 부모가 자기아이의 위치를 파악하게 할 수도 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1 : 전륜 2 : 후륜
3 : 전조등 4 : 크랭크
5 : 페달
10: 프레임 20: 발전용 구동기어
21: 변속기어부 22: 크랭크축
23: 커버 30: 발전기
31: 피니언기어
40: 발전기 마운팅장치 41: 고정대
41a: T 홈 41b: 받침부
41c: 조임부 41d: 볼트
41e: 너트 41f, 41g: 오목공간
42: 이동대 42a: T 돌기
42b: 밀대 43: 압축스프링
44: 치합상태유지해제부 44a: 회전축
44b: 회전자
44ba: 스냅홈 44bb: 산마루(ridge)
44bc: 손잡이 44bd: 걸림턱
44c: 압축스프링 50: 축전지

Claims

프레임(10)의 전방과 후방에 각각 전륜(1) 및 후륜(2)이 구비되어 있는 자전거에 있어서,
상기 프레임(10)의 중앙부의 하측에 설치되어 있는 변속기어부(21)의 반대측으로 뻗은 크랭크 축(22)에 설치되어 있는 발전용 구동기어(20),
상기 발전용 구동기어(20)에 치합하는 피니언기어(31)가 구비되어 있고 상기 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)와 선택적으로 치합하여 전기를 발생하는 발전기(30), 그리고
상기 발전기(30)를 상기 프레임(10)에 설치하는 것으로서 발전기(30)의 피니언기어(31)를 필요시 발전용 구동기어(20)에 선택적으로 치합하도록 구성되어 있는 발전기마운팅장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 발전기마운팅장치(40)는 프레임(10)에 고정되는 것으로서, 상면에 슬라이딩 T 홈(41a)과 오목공간(41f)이 형성되어 있는 받침부(41b)와, 상기 받침부(41b)와 일체로 되어 있으며 프레임(10)을 조여 고정되는 조임부(41c)로 이루어진 고정대(41); 하면에 상기 받침부(41b)의 T 홈(41a)과 슬라이딩 가능하게 결합되는 T 돌기(42a)가 형성되어 있으며 상부에 발전기(30)가 결합되어 있는 이동대(42); 상기 고정대(41)의 상면에 형성되어 있는 오목공간(41f)에 설치되어 이동대(42)에 피니언기어(31)가 발전용 기어(20)로부터 이탈되는 방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링(43), 그리고 상기 발전기(30)의 피니언기어(31)가 발전용 구동기어(20)에 치합된 상태를 유지 또는 해제시키는 치합상태유지해제부(44)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.
제2항에 있어서, 상기 치합상태유지해제부(44)는 상기 고정대(41)의 측면에 형성되어 있는 오목공간(41g)에 회전축(44a)을 중심으로 회전가능하게 설치되어 있고 하단에 스냅홈(44ba), 산마루(44bb) 및 걸림턱(44bd)과 손잡이(44bc)가 형성되어 있는 회전자(44b), 상기 회전자(44b)의 하부에 횡방향으로 미는 탄력을 가하는 압축스프링(44c), 상기 이동대(42)의 측면에 고정되어 상기 회전자(44b)쪽으로 뻗으며 선단에 회전자(44b)의 측면에 접촉하고 치합상태유지시에 상기 회전자(44b)의 산마루(44bb)를 넘어 스냅홈(44ba)에 맞물리는 내측돌부(44da)가 형성되어 있는 걸림봉(44d)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 발전장치.