JP2012527374A - 発電兼用電動機により推進力を得る自転車 - Google Patents

Abstract

近距離移動手段として老若男女が広く愛用している自転車を提供する。本発明の自転車は、本出願人が出願した韓国特許出願第２００９−０３５２９８号による発電兼用電動機を自転車に応用するが、発電兼用電動機を自転車の後輪側部に装着し、自転車の主パイプ下側には充電池とコントロールボックスを装着し、自転車のハンドルには転換スイッチと変速スイッチを装着することによって、下り坂や平地でペダルを踏む時発電兼用電動機を通じて充電池を充電させ、充電された状態では発電兼用電動機を通じて充電池の動力が自転車の後輪に伝えられて回転されるようにすることによって、パワー推進力が発生し、それによって、自体的に電動力を生産および蓄えておき、蓄えておいた電動力を利用して自転車の推進力を得ることができる。したがって、長時間自転車を便利で容易に使用することができ、長距離を移動する場合でも脚の疲労感が大きく減る効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は近距離移動手段として老若男女が広く愛用している自転車に関するもので、より詳細には自転車の後輪に発電兼用電動機を装着し、発電兼用電動機から得た電力は別の充電池に蓄えておき、充電池に蓄えておいた電力は転換スイッチの操作を通じて後輪に装着された電動機を回転させる力に転換して使用することによって、ユーザーの力により推進したり下り坂のような場合発電作用を行って充電池を充電させ、充電された状態では電動機の回転力を後輪に伝達して電気的な推進力を得ることによって、自転車を便利に利用できる自転車に関するものである。

自転車は運転者の力で推進される比較的軽量の２輪車を通称するもので、前輪と後輪がパイプにより連結され、後輪はチェーンスプロケット、多段変速ギア、およびチェーンを通じてペダルに連結された構成を有する。運転者がペダルを踏むと、動力が後輪に伝わって自転車の推進力が発生する。

特に、このような自転車はヘッドパイプの下段に下方結合された前フォークを通じて前輪が結合されており、サドルが結合された固定パイプおよび後フォークを通じて後輪が結合されている。ヘッドパイプと固定パイプは主パイプと支持パイプおよびダウンパイプの結合を通じて連結される。

ヘッドパイプの上段には横方向にハンドルが配置され、ハンドルの端部には取っ手が固定される。ダウンパイプと支持パイプの下段にはチェーンスプロケットとペダルが回転可能に結合されており、後フォークの下段に結合された後輪の回転軸には多段変速ギアとチェーンステーが結合されている。

しかし、このような一般的な自転車はもっぱらユーザーの踏力に依存して推進力を得るものであるため、長時間自転車に乗ったり長距離を移動する場合は深刻な疲労感を感じるようになる。特に、初心者の場合は長時間および長距離運転が不可能な問題点を有している。

また、上り坂の場合自転車が有する限界を克服するために多段変速ギアなどを採用することによって、丘や上り坂などを比較的容易に上がることができる。しかし、このような多段変速ギアはチェーンスプロケットにより伝えられるペダルの力でギアの回転数を増大させ、それに比例する力を得て丘を上がることができるようにする。そのために、それに比例する体力を消耗するようになり、相変らず多くの運動量を要求している。

したがって、最近は自転車に別の電動手段を装着し、電動手段から後輪に回転力を与えることによって、自動で推進力が発生する電動自転車が市場に発表されている趨勢である。

このような電動自転車は、家庭用電気を利用して電気を蓄えておくことができるバッテリーと、バッテリーの電気を受けて回転駆動する電動手段とを含む。電動手段から発生する回転力は動力伝達装置を通じて後輪に伝えられるので、ユーザーの力に依存しなくても自転車の走行が可能なように設計されている。

しかしながら、このような電動自転車は、自転車の走行を終えた後、充電作業を行わなければ使用することができない。したがって、充電のために過度な電力を消耗する一方、長時間の充電を要求するため、使用上多くの制限があるという問題がある。

また、長距離あるいは長時間電動自転車を利用する場合には、バッテリーが完全に放電することにより電動自転車の機能を失うようになる。このときは、従来の一般的な自転車のようにユーザーの力に依存して走行しなければならない。したがって、ユーザーは、より一層激しい疲労感を感じるようになると共に、自転車の自体重量にバッテリーと電動手段の重量が加えてより多くの運動量と体力を要するため、あまり効率的ではないということができる。

本発明は、前述したような問題点を解決するために、本発明の出願人が出願して登録された韓国特許出願第２００９-０３５２９８号の発電兼用電動機を有する自転車を応用したものである。すなわち、発電兼用電動機を自転車の後輪側部に装着し、自転車の主パイプの下側には充電池とコントロールボックスを装着し、自転車のハンドルには転換スイッチと変速スイッチを装着する。

したがって、本発明の目的は、下り坂や平地でペダルを踏むとき、発電兼用電動機を通じて充電池を充電させ、充電された状態では発電兼用電動機を通じて充電池の動力が自転車の後輪に伝わって回転されるようにすることによって、従来の自転車および電動自転車が有している諸問題点を合理的に解決することが可能な、発電兼用電動機により推進力を得る自転車を提供することにある。

前述したような目的を達成するための本発明は、放射状に固定される複数の磁石体を有する非磁性体の回転板と、前記回転板の両側に所定の間隔をおいて配置され、磁石体と対応する複数の水平巻取リコイル体を有する非磁性体の固定板と、前記回転板の中央に装着され、両端にはベアリングを介して固定板が回転可能に装着される回転軸を有する発電兼用電動機を自転車の後輪の側部に装着した自転車において、自転車の後輪が回転可能に装着されるシャフトに固定される駆動プーリーと、前記回転板の中央に装着される回転軸の一端に装着される従動プーリーと、前記駆動プーリーと前記従動プーリーを連結するベルトを含む動力伝達手段と；自転車に装着され、前記コイル体に連結されるコントロールボックスおよび充電池と；自転車のハンドルに装着され、発電兼用電動機を発電機または電動機として選択的に使用することができるように転換する転換スイッチを含む発電兼用電動機により推進力を得る自転車を提供する。

本発明は、下り坂や平地で自転車推進力により動作する発電兼用電動機を通じて速くて効果的に充電池を充電させ、充電された状態では発電兼用電動機の回転力を後輪に伝達してパワー推進力が発生することによって、自ら電動力を生産および蓄えておき、蓄えておいた電動力を利用して自転車の推進力を得ることができる。したがって、長時間自転車を便利で容易に使用することができ、長距離を移動する場合でも脚の疲労感が大きく減る効果がある。

従来の発電兼用電動機の要部を示した分離斜視図である。 本発明に係る自転車の全体構成を示した側面図である。 本発明に係る自転車の後輪を拡大して示した後面図である。 本発明に係る自転車の電動手段を示した回路図である。 本発明に係る自転車で電動手段により推進力を提供する状態を示した回路図である。 本発明に係る自転車で推進力により発電が行われる状態を示した回路図である。 本発明の他の実施形態に係る自転車の後輪を拡大して示した後面図である。

本明細書および請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味および概念で解釈されねばならない。

以下添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、従来の発電兼用電動機の要部を示した分離斜視図である。

本発明の出願人が出願して登録された韓国特許出願第２００９-０３５２９８号に開示された発電兼用電動機は、多数の磁石体１１、１１'が放射状に付着する回転板１０と、磁石体１１、１１'と対応する多数のコイル体２１、２１'が放射状に配置する水平巻取り固定板２０、２０’とを含む。固定板２０、２０'は、回転板１０の両側に所定の間隔をおいて離間して配置される。回転板１０の中央には回転軸１２が装着され、回転軸１２の両端にはベアリングを介して固定板２０、２０’が回転可能に装着される。

したがって、回転板１０がペダルの動力により回転すると、磁石体１１、１１'によりコイル体２１、２１'に所望の極性を有する電荷が印加され、前述したように印加された電荷によりコイル体２１、２１'から発生する電気は変圧トランスと整流素子などを介してバッテリーに蓄えておく。したがって、このシステムは充電可能な発電機として使用することが可能である。

また、コイル体２１、２１'に外部電気を印加すると、コイル体２１、２１'から発生する電荷が回転板１０の磁石体１１、１１'の極性と干渉して相互間の引力と斥力が発生する。したがって、外部電気を転換して交互に供給することによって回転板１０が連続に回転する電動機として使用することが可能である。

図２は、本発明に係る自転車の全体構成を示した側面図であり、図３は、本発明に係る自転車の後輪を拡大して示した後面図であり、図４は、本発明に係る自転車の電動手段を示した回路図である。

前述したように回転板１０と固定板２０、２０’を有する発電兼用電動機３０を、自転車５０の後輪５１の側部に装着する。自転車５０の後輪５１が回転可能に設けられるシャフト５２には、別の駆動プーリー５３を共に固定する。回転板１０の中央に装着される回転軸１２の一端には別の従動プーリー１３を固定する。この状態で駆動プーリー５３と従動プーリー１３をベルト５４で連結することによって、これらの動力伝達手段により回転体と後輪との間の動力伝達が行われる。

特に、従動プーリー１３と駆動プーリー５３の回転比を調節して発電や電動効率を向上させることができる。すなわち、従動プーリー１３の直径を小さく形成し、駆動プーリー５３の直径は大きく形成すると、駆動プーリー５３が１回転する間従動プーリー１３はこれより多く回転する。したがって、発電時にはより多い量の蓄電が可能であり、電動時には回転力の増大が可能である。

また、ベルト５４はより正確に回転力を伝達するために、タイミングベルトを使用することが好ましい。タイミングベルトで連結される従動プーリー１３と駆動プーリー５３もやはりタイミングベルトと対応する形態の歯を有することが好ましい。本発明において、動力伝達手段はタイミングベルト５４、従動プーリー１３、および駆動プーリー５３のように、動力を伝達できる構成であれば、いずれも使用することが可能である。例えば、前述したようなタイミングベルトの構造以外に、チェーンとスプロケットによる動力伝達構造もやはり使用することが可能である。

発電兼用電動機３０を自転車５０の後輪５１の一側に装着する過程において、一つの固定板２０の下段を後輪５１のシャフト５２に直接締結し、固定板２０の上段は自転車５０に固定された別の支持台８０を利用して設ける。したがって、発電兼用電動機３０は自転車５０から安定した固定状態を維持でき、自転車５０には発電兼用電動機３０に連結されたコントロールボックス６０と充電池７０を必要部位に装着できる。

また、自転車５０のハンドル５５には、発電または電動の選択使用のための転換スイッチ５６と、発電兼用電動機３０を電動機として使用する場合電動機４０の回転速度を加減させることができる変速スイッチ５７とが装着される。

このような構成を有する本発明の自転車は、コントロールボックス６０内の変圧トランス６１と整流素子６２とにより蓄電が行われ、位相センサー６４と位相送出部６５による極性転換部６３と、単位速度可変部６６とにより電動が行われる。

すなわち、図５に示すように、充電池７０が十分に充電された状態で、自転車５０のハンドルに装着された転換スイッチ５６を作動させて充電池７０の電気が固定板２０、２０'のコイル体２１、２１'印加されると、コイル体２１、２１'に作用する電荷と磁石体１１、１１'との間の極性で作用する引力と斥力により回転板１０が強制的に回転する。

このとき、充電池７０の電気は極性転換部６３により繰り返し的に極性を転換させて提供することによって、回転板１０は連続的に同一方向の回転力を有するようになる。また、極性転換部６３は磁石体１１、１１'の位相を検出する位相センサー６４と位相センサー６４の検出信号を送出する位相送出部６５と連結されている。したがって、回転板１０の磁石体１１、１１'が回転を開始することで磁石体１１、１１'の位相によって充電池７０から提供される電気の極性は連続してコイル体２１、２１'に転換供給される。その結果、回転板１０は磁石体１１、１１'に作用する引力と斥力により連続的に回転するようになる。

特に、固定板２０、２０'に放射状に配置されたコイル体２１、２１’は別の単位速度可変部６６によりそれぞれ選択的に電気が供給される。このとき、単位速度可変部６６を通じてコイル体２１、２１'に印加される電気の供給形態、すなわち、個別またはグループ形態で供給することによって、回転板１０に対する回転速度と回転トルクを加減させることができる。

このような単位速度可変部６６は、自転車５０のハンドル５５に装着された変速スイッチ５７を通じて制御できる。すなわち、変速スイッチ５７を作動させるたびにそれぞれのコイル体２１、２１'に印加される電気の供給形態を転換させることによって、回転板１０の回転速度および回転力を増加または減少させることができる。

このような充電池７０による回転板１０の回転構造は、前述した先行特許出願に詳細に記載されている。

したがって、前述したように充電池７０を利用して回転板１０が回転されることによって、タイミングベルトを介して従動プーリー１３と駆動プーリー５３とが回転し、駆動プーリー５３の回転力は後輪５２に直接伝わる。これによって、後輪５２は電動力により強制的に回転できる。

したがって、上り坂や平地を走行する場合、発電兼用電動機３０が電動機の役割をするように作動させると、自転車を便利に使用することができる。

図６は、本発明に係る自転車で推進力により発電が行われる状態を示した回路図であって、下り坂を走行したり平地を走行する場合、必要によってユーザーは充電池７０に充電を行うことができる。

すなわち、下り坂のような場合にはユーザーと自転車の自体重量だけでペダルを踏まなくても走行が可能である。このような場合には、ハンドル５５に装着された転換スイッチ５６を操作して発電兼用電動機３０が発電機の役割をするようになる。

ここで、転換スイッチ５６は、ユーザーが直接押して作動させることもでき、路の角度によって作動する形式の転換スイッチ５６を自転車に装着することによって、下り坂の場合自動に転換スイッチ５６が作動して電動機の機能から発電機の機能に転換するように構成することができる。

したがって、前述したように発電機の機能に転換されて後輪５１の回転力が回転板１０に伝えられ、これを強制的に回転させると、回転板１０の磁石体１１、１１’は固定板２０、２０'のコイル体２１、２１'に影響を及ぼして電荷が生成される。前述したようにコイル体２１、２１'から発生する電荷は変圧トランス６１を介して整流され、整流素子６２によって交流電気が直流電気に転換されて充電池７０の自動充電が行われるようになる。

特に、前述したような発電兼用電動機３０は、回転板１０の磁石体１１、１１'と固定板２０、２０'のコイル体２１、２１'との間に干渉抵抗が全く発生しないフリーランニング方式で回転するので、前述したような発電作用を行う間にも自転車の走行力には支障を与えない。

このように本発明の自転車は上り坂や下り坂のような地形で電動機や発電機として選択的に作動することが可能であるので、自転車を便利に使用することができ、持続的な充電によって長時間および長距離の走行が可能である。

また、図７に示すように、本発明の発電兼用電動機３０を後輪５１の両側に支持台８０を使用して装着することができる。この場合、両側の発電兼用電動機３０によりもっと高い電動力や発電効率を得ることができるので、電動自転車としての役割をさらに充実して行うことができる。

一方、本明細書内で本発明をいくつかの好ましい実施形態によって記述したが、当業者ならば、添付の特許請求範囲に開示した本発明の範疇および思想から外れずに、多くの変形および修正がなされ得ることがわかるはずである。

１０ 回転板
１１、１１' 磁石体
１２ 回転軸
１３ 従動プーリー
２０、２０' 固定板
２１、２１' コイル体
３０ 発電兼用電動機
５０ 自転車
５１ 後輪
５２ シャフト
５３ 駆動プーリー
５４ ベルト
５５ ハンドル
５６ 転換スイッチ
５７ 変速スイッチ
６０ コントロールボックス
６１ 変圧トランス
６２ 整流素子
６３ 極性転換部
６４ 位相センサー
６５ 位相送出部
６６ 単位速度可変部
７０ 充電池
８０ 支持台

Claims (8)

1. 放射状に固定される複数の磁石体１１、１１'を有する非磁性体の回転板１０と、前記回転板１０の両側に所定の間隔をおいて配置され、磁石体１１、１１'と対応する複数の水平巻取リコイル体２１、２１'を有する非磁性体の固定板２０、２０'と、前記回転板１０の中央に装着され、両端にはベアリングを介して固定板２０、２０’が回転可能に装着される回転軸１２を有する発電兼用電動機３０とを自転車５０の後輪５１の側部に装着した自転車において、
   自転車５０の後輪５１が回転可能に装着されるシャフト５２に固定される駆動プーリー５３と、前記回転板１０の中央に装着される回転軸１２の一端に装着される従動プーリー１３と、前記駆動プーリー５３と前記従動プーリー１３を連結するベルト５４とを含む動力伝達手段と、
   自転車５０に装着され、前記コイル体２１、２１'に連結されるコントロールボックス６０および充電池７０と、
   自転車５０のハンドル５５に装着され、発電兼用電動機を発電機または電動機として選択的に使用することができるように転換する転換スイッチ５６と、
   を含むように構成したことを特徴とする、発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
2. 前記固定板２０は、下段がシャフト５２に固定され、上段は湾曲して自転車５０に固定された支持台８０に結合するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
3. 前記コントロールボックス６０は、変圧トランス６１と整流素子６２とを内蔵し、後輪５１と共に回転される回転板１０によりコイル体２１、２１'に電荷が誘導されると、前記電荷が変圧トランス６１を通じて前記充電池７０に蓄電されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
4. 前記コントロールボックス６０は、極性転換部６３を内蔵し、前記充電池７０からコイル体２１、２１'に印加される極性が交互に転換されることによって、前記磁石体１１、１１'と前記コイル体２１、２１'との間に作用する引力と斥力とにより前記回転板１０が回転されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
5. 前記極性転換部６３は、前記回転板１０に固定された磁石体１１、１１'の位相を検出する位相センサー６４と、前記位相センサー６４に連結された位相送出部６５とによる送出シグナルによって連動して作動されるように構成したことを特徴とする、請求項４に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
6. 前記固定板２０、２０'に形成されたコイル体２１、２１’は、コイル体２１、２１'に印加される電源の短絡状態を制御する単位速度可変部６６により連結され、
   前記単位速度可変部６６は、自転車５０のハンドル５５に装着された変速スイッチ５７により制御されて作動するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
7. 前記発電兼用電動機３０は、自転車５０の後輪５１の一側に装着されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。
8. 前記発電兼用電動機３０は、自転車５０の後輪５１両側に装着されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の発電兼用電動機により推進力を得る自転車。

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