KR100263557B1 - 부하감응식구동장치가구비된전기자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로, 일반적인 전기 자전거 본체부의 소정위치에 부하 감음식 구동장치가 장착되되, 상기 구동장치는 자전거의 차륜(91)과 일정 압력상태로 접촉을 유지하여 동력을 상호간 주고 받는 마찰기어(5)가 일측에 구비되고, 상기 마찰기어(5)와 연결되어 자전거 주행모드시에는 상기 마찰기어(5)에 기 충전된 동력을 공급하고, 자전거의 내리막길 주행시나 자전거 차륜(91)에 일정수준 이하의 부하가 작용할 경우에는, 상기 주행모드가 정지됨과 동시에 자전거 차륜(91)으로부터 마찰기어(5)로 전달되는 동력을 충전하도록 하는 충전모드로 변환되어 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 기계적 작동에 의해 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있는 부하 감응식 구동장치이다.

Description

부하 감응식 구동장치가 구비된 전기자전거
본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로, 특히 자전거의 전륜 또는 후륜의 타이어와 접촉하여 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있는 부하 감응식 구동장치가 구비된 전기 자전거에 관한 것이다.
종래의 전기 자전거는 일반적으로 수동 또는 전자 장치에 의한을 출력조정(페달 을 밟는 힘을 인식하는 토르크 센서포함)을 했으므로 운행시 불편함과 혹한 또는 우천시에 오동작 및 충격에 약한 문제점이 있었다.
또한 기존의 전기 자전거가 일반적으로 매우 큰 기어비를 이용한 구동 방식 을 채택하므로서 내리막길 주행중이거나, 자전거에 일정수준 이하의 부하가 작용할 경우, 구동부 자체에서 발생되는 축력의 불균형에 의하여 여력의 운동에너지를 효과적으로 충전하지 못했던 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 구성된 종래의 전기 자전거에 있어서는, 큰 기어비를 이용한 구동 방식을 체택하므로서 다수개의 기어와 벨트를 구비하고 있으며, 이에 따라 부하에 의한 손실이 상대적으로 증가했으며, 부피의 증가에 따른 부착의 어려움이 있어 기존의 일반 자전거에 설치하는 것이 또한 어려운 문제점이 있다.
따라서 전륜구동을 채택할 경우, 신속한 구동 응답력과 후륜구동에 비해 에너지의 손실이 적다는 잇점이 있음에도 불구하고, 부피와 무게로 인해 부착이 용이하지 못하였으며, 후륜 구동을 체택할 경우 승차감이 우수해지며 전륜구동에 비해 조향 편의성은 향상되지만 큰 기어비를 이용한 구동방식을 채택함에 따른 순간 발진 능력의 저하가 야기되는 증의 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 수동 또는 전자장치에 의한 출력 조정의 불합리한 점을 기계적 작동으로 대신 하므로서 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있는 부하 감응식 구동장치가 구비된 전기 자전거를 제공하는데 있다.
도 1A 는 본 발명의 부하 감응식 구동장치가 구비된 전기 자전거의 개략도
도 1B 는 도 1A 에 도시된 충전 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가를 도시한 부분 상세도
도 2 는 상기 도 1A 에 도시된 본 발명의 구동장치가 자전거의 차륜 타이어와 접촉한 상태에서의 그 구조를 도시한 평면도
도 3A 및 도 3B 는 본 발명에 따른 구동장치의 평상주행 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가를 도시한 도면
도 4A 및 도 4B 는 본 발명에 따른 구동장치의 오르막길주행 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가를 도시한 도면
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
5 : 마찰기어 10 : 벨트구동용 피니온기어
14 : 마찰기어 구동축 15 : 마찰기어 구동용 기어
20 : 벨트 30 : 안전덮개
31 : 변속기 접점단자 32 : 변속기 접점로드
35 : 접점링크 40 : 모터
50 : 전원(공급부) 55 : 증폭부
60 : 베이스 65 : 구동장치 본체 하우징
70a∼70f : 베이스 전·후, 상·하 지지 탄성스프링
90 : 구동장치 91 : 자전거 차륜
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자전거는,
자전거의 차륜(91)과 일정 압력상태로 접촉을 유지하여 동력을 상호간 주고 받는 마찰기어(5)가 일측에 구비되고, 상기 마찰기어(5)와 연결되어 자전거 주행모드시 상기 마찰기어(5)에 기 충전된 동력을 공급하고, 자전거의 내리막길 주행시나 자전거 차륜(91)에 일정수준 이하의 부하가 작용할 경우에는 상기 주행모드가 정지됨과 동시에 자전거 차륜(91)으로부터 마찰기어(5)로 전달되는 동력을 충전하도록 하는 충전모드로 변환되어 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 기계적 작동에 의해 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있는 부하 감응식 구동장치가 전기 자전거 본체의 소정부분에 구비된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자전거의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.
도 1A 는 본 발명에 따른 구동장치가 구비된 전기 자전거의 개략도이고,
도 1B 는 충전 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가를 도시한 부분 상세도이며,
도 2 는 본 발명의 구동수단의 구조를 도시하기 위하여 상기 도 1A 에서의 평면상태의 도면이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 전기 자전거는 자전거의 본체 하우징 소정 위치에 자전거를 구동시키기 위한 구동장치가 구비되며, 상기 구동장치(90)는 자건거 차륜(91)과 접촉하는 마찰기어(5)와, 상기 마찰기어(5)와 연결되어 동력을 발생 또는 전달시키는 모터(40)와, 상기 마찰기어(5)와 상기 모터(40)간의 동력을 전달하기 위한 동력 전달부재(10,15,20)와, 상기 발생된 동력을 전원 공급부(50)로 전달하는 접속점이 되는 변속기 접점단자(31)와, 상기 접점단자(31)로부터 수신된 신호를 증폭하는 증폭부(55)로 크게 구성된다.
특히 상기한 구성에서 동력전달부재(10,15,20)는 마찰기어(5)와 모터(40)의 사이에서 상호간의 동력을 전달시키기 위한 것으로, 마찰기어 구동축(14)과 연결된 마찰기어 구동용기어(15)와, 상기 마찰기어 구동용기어(15)와 접촉하여 모터와 연결된 피니온기어(10)에 동력을 전달하는 벨트(20)로 구성된다.
또한 본 발명의 구동장치(90)는 상기 모터(40), 동력전달부재(10,15,20)를 내부에 수용하는 하우징(65)이 형성되고, 또한 상기 하우징(65)은 그 하부 소정 위치에 베어링(25)이 설치되어 하우징(65)이 상기 베어링부에서 회전이 가능하도록 구성되어 있다.
한편, 구동장치의 하우징(65)은 그 하부의 베어링부(25)에서 회전이 이루어지고, 상기 하우징으로부터 전달되는 동력(신호)는 전원(50)의 공급 및 충전을 인가하는 베이스(60)로 전달되어 지는 데, 상기 전달수단으로는 상기 하우징(65)상에 설치된 변속기 접점단자(31)와 베이스(60)상에 고정되어진 변속기 접점로드(32)로 구성된다.
여기에서, 상기 변속기 접점단자(31)와 변속기 접점로드(32)의 형상은 구동장치의 설치위치 및 작동상태에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
특히 상기 도 1A 와 도 2B 는 본 발명에 따른 구동장치의 충전 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가 상태가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 내리막길 주행 또는 인력 주행시 자전거의 타이어(91)와 접촉하고있는 마찰기어(5)에 자전거의 타이어(91)로부터 전달 되는 여력의 운동에너지는 구동장치 하우징(65)이 일정각도 회전하여 충전 모드로 유도된다.
이때 변속기 접점단자(31)와 베이스(60)의 변속기 접점로드(32)는 자동적인 접점으로 제너레이션 시스템(generation system)을 가동시키게 된다. 즉 도 1B 에 도시된 바와 같이, 자전거가 내리막길 주행상태일 경우 구동장치(90)는 자전거 차륜의 회전에 의해 전방으로 전진하게 되고, 이로 인한 마찰기어(5)의 회전에 의해 발생되는 여력의 동력을 충진하기 위해 구동장치(90)는 충진모드 상태로의 변환을 자동으로 수행하게 되는 데, 이는 접접링크(35)가 변속기상에 설치된 다수개의 접접단자중 충진모드로 변환되게 하는 접점단자, 예컨데 본 실시예에서는 아래의 3개의 접점단자(31d∼31f)와 기계적 운동에 의해 접촉됨으로 달성된다. 이때 나머지 3개의 접점단자(31a∼31c)는 접점링크(35)가 상기 각 접점단자에 접촉되었을 때 충진모드상태에서 벗어나 인력으로 자전거를 주행시키거나 또는 전기적인 힘에 의해 자전거가 주행될 수 있는 상태로 변환될 수 있도록 한다.'
한편, 상기 본 발명의 구동장치(90)가 충진모드로의 자동적인 변환이 기계적으로 유도되도록 하기 위해서는 구동장치(90)에 구비된 탄성부재(70a,70b)의 역할이 적절하게 이루어져야 한다. 즉 자전거 바퀴의 타이어(91)와 마찰기어(5)가 항상 적정압력상태로 유지되면서 마찰기어(5)에 보다 강력한 힘이 작용할 경우 여력의 동력을 충진시킬 수 있도록 구동장치의 하우징(65)이 일정각도 회전되게 하고, 이에 따라 접점링크(35)가 충진모드로 가능케하는 3개의 접점단자(3d∼3f)와 접촉되도록 하는 것이다.
따라서 상기 탄성부재(70a,70b)로 본 발명에서는 탄성 스프링을 사용하여 구동장치(90)와 연결된 베이스(60)의 소정부분에 설치하되, 전·후방향의 지지 탄성스프링(70a,70b)과 상·하방향의 지지 탄성스프링(70c)를 각각 설치한다.
상기한 탄성 스프링으로 전기 자전거의 구동에 따른 하우징(65)의 이동이 원활하게 하며, 마찰기어(5)를 통한 전기자전거의 전륜 또는 후륜 타이어(91)와의 접촉이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.
이때 상기 구동장치의 베이스(60)상에 설치되는 각 탄성스프링(70a,70b,70c)의 고정위치 및 설치 개수는 예시적인 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한 상기 각 접점단자(3a∼3f)는 동력의 크기에 따라 자동으로 변속될 수 있도록 구분되되, 본 실시예에서는 6개의 단자로 구분하였으나 필요에 따라 임의적으로 변환할 수 있다.
따라서 본 발명의 자전거는 주행모드 변환시 종래의 수동 또는 전자장치에 의존하지 않고, 즉 전자장치의 가동에 따른 전류의 소비 없이도 단순히 자전거의 차륜(91)으로부터 마찰기어(5)에 전달되는 회전력을 토대로 하여 충전 및 주행 모드로의 변환이 가능하게 된다.
한편, 마찰기어(5)의 형상은 자전거의 타이어(91)와의 효과적인 접촉 및 동력전달이 이루어질 수 있도록 소정의 곡률을 주어 형성한다.
도 3A 와 도 3B 는 본 발명에 따른 전기 자전거의 평상주행 모드에서의 구동장치의 위치 및 접점인가 상태를 도시하고 있다.
상기 도면을 참조하면, 자전거의 평상주행시에는 구동장치 마찰기어(5)로부터 자전거의 차륜(91)에 걸리는 회전력이 차륜 자체의 회전력보다 크게 작용하므로 구동장치의 하우징(65)는 도시된 바와 같이, 후방으로 이동하게 되고, 도 3B 에서와 같이 접점링크(35)가 다수개의 접점단자중 비충전 모드 상태의 동력전달 상태의 접점모드(31a∼31c)와 접촉하게 된다.
한편, 상기 자전거의 평상주행 모드에서 오르막길 주행으로 바뀌게 되면, 마찰기어(5)로부터 자전거 차륜(91)에 전달되는 동력이 보다 커야 하므로 도 4A 와 도 4B 에 도시된 바와 같이 접점링크(35)는 최상위의 접점모드(31a)와 접촉하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 자전거는 자전거의 차륜 타이어(91)로부터 전달되어 마찰기어(5)에 자전거에 가해지는 중량 및 부하의 크기에 따라 구동장치 하우징(65)의 이동이 차등적으로 이루어지며, 하우징(65)에 고정되어진 변속기 접점단자(31)와 베이스(60)의 변속기 접점로드 (32)의 자동적인 접점으로 원활한 주행을 이룰수 있도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자전거는 자전거의 본체 소정부분에 설치되는 탄성 스프링 부재(70a∼70c)에 의해 구동장치의 회전부(65)의 이동이 차륜의 회전력의 정도에 따라서 원활하게 이루어질수 있도록 하며, 자동적인 제너레이션 시스템의 작동을 위하여 충전 모드의 변속기 접점단자(31d∼31f)는 마찰기어(5)와 자전거 차륜 타이어와의 접촉시 마찰기어(5)에 전달되는 회전력에 따라 충전모드에서 회전부(65)는 자전거 전방 방향으로의 이동이 이루어지며, 자전거의 주행 중에는 차륜의 회전 정도에 따라서 자전거 후 방향으로 이동되며, 이동정도에 따라 공급되는 전류의 강·약을 조절할 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 구동장치의 마찰기어(5)는 자전거의 차륜(91)의 전륜 또는 후륜에 부착될 수 있다.
아울러, 본 발명은 구동장치의 상단에 안전덮개(30)을 개폐식으로 구성하여 차후 발생할 수 있는 기계상의 고장에 따른 분해 시에도 안전덮개의 탈착만으로 손쉽게 정비가 가능하도록 한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 부하 감음식 구동장치가 구비된 전기 자전거는 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 수동 또는 전자장치에 의한 출력 조정의 불합리한 점을 기계적 작동으로 대신 하므로서 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있다

Claims (10)

  1. 자전거의 차륜(91)과 일정 압력상태로 접촉을 유지하여 동력을 상호간 주고 받는 마찰기어(5)가 일측에 구비되고, 상기 마찰기어(5)와 연결되어 자전거 주행모드시 상기 마찰기어(5)에 기 충전된 동력을 공급하고, 자전거의 내리막길 주행시나 자전거 차륜(91)에 일정수준 이하의 부하가 작용할 경우에는 상기 주행모드가 정지됨과 동시에 자전거 차륜(91)으로부터 마찰기어(5)로 전달되는 동력을 충전하도록 하는 충전모드로 변환되어 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 기계적 작동에 의해 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 이룰 수 있는 부하 감응식 구동장치가 전기 자전거 본체의 소정부분에 구비된 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  2. 제 1항 에 있어서,
    상기 부하 감응식 구동장치는 마찰기어(5)와, 상기 마찰기어(5)와 연결되어 상호간 동력을 발생 또는 전달시키는 모터(40)와, 상기 마찰기어(5)와 상기 모터(40)간의 동력을 전달하기 위한 동력 전달부재(10,15,20)와, 상기 모터(40)와 동력전달부재(10,15,20)를 내부에 수용하는 하우징(65)과, 상기 발생된 동력을 전원 공급부(50)로 전달하는 접속점이 되는 변속기 접점단자(31)와, 상기 접점단자(31)로부터 수신된 신호를 증폭하는 증폭부(55) 및 상기 증폭부(55)와 연결된 전원 공급부(5)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마찰기어(5)와 자전거의 차륜 타이어와의 적정 접촉압력을 유지시켜 줌으로써 전기 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 선택적으로 충전 및 출력의 가변을 꾀하도록 하기 위하여, 구동장치 베이스(60)의 소정의 부분에 다수개의 베이스 지지 탄성스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  4. 제 1항 에 있어서,
    상기 자전거의 충전모드에서 상기 변속기 접점단자는 마찰기어(5)와 자전거 차륜 타이어와의 접촉시 마찰기어(5)에 전달되는 회전력에 따라 충전모드에서 구동장치 본체 하우징(65)은 자전거의 진행방향인 전 방향으로의 이동이 이루어지며, 자전거 주행모드시에는 차륜의 회전정도에 따라 자전거 진행방향과 반대방향인 후 방향으로 이동되며, 상기 하우징(65)의 이동정도에 따라 공급되는 전류의 강·약을 조절하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자전거에 작용하는 부하의 증감에 따라 선택적으로 변속기 접점 단자(31a∼31f)와 변속기 접점로드(32)와의 접점이 이루어지며, 내리막길 주행중이거나 자전거에 일정수준 이하의 부하가 작용할 경우 하우징(65) 의 이동에 따라 자동적인 제너레이션 시스템이 작동되어 손실되는 운동 에너지를 전류로 변환시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 생성된 전류를 증폭부(80)를 통하여 전원(50)에 충전 시킴으로써 충전 효율을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력전달부재(10,15,20)는 마찰기어(5)와 모터(40)의 사이에서 상호간의 동력을 전달시키기 위한 것으로, 마찰기어 구동축(14)과 연결된 마찰기어 구동용기어(15)와, 상기 마찰기어 구동용기어(15)와 접촉하여 모터와 연결된 피니온기어(10)에 동력을 전달하는 벨트(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전동부재로 벨트대신 체인을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징(65)은 그 하부 소정 위치에 베어링(25)이 설치되어 하우징(65)이 상기 베어링부에서 회전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거
  10. 제 1항 내지 제 7 항중 임의의 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치의 마찰기어(5)는 자전거의 전륜 또는 후륜에 부착되도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
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