KR100404447B1 - 수동변속장치가 구비된 전기자전거 - Google Patents

수동변속장치가 구비된 전기자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자전거의 변속장치에 관한 것으로, 모터에서 발생되는 동력을 전기자전거의 구동축으로 전달하는 과정에서 사용자의 필요에 따라 수동으로 저속과 고속으로 변속이 가능한 수동변속장치를 구비한 전기자전거에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 전기자전거에서 변속을 필요로 하는 시기에 사용자의 판단에 따라 수동으로 변속되게 하면서 변속장치의 구조를 단순하게 하여 향후에 발생할 유지 및 보수에 따른 문제를 최소화함으로써, 제조공정과 부품수를 대폭줄여 작업생산성을 보다 향상시킬 수 있는 수동변속장치를 구비한 전기자전거를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의한 회전력으로 전기자전거의 구동축을 회전시키는 구동부재를 구비한 전기자전거에 있어서, 상기 모터의 회전력을 전달하는 구동축과, 상기 구동축과 연결되어 구동축의 회전시 연동하여 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 맞물려 구동기어의 회전시 연동하여 회전하는 연동기어와, 상기 연동기어를 지지하고 연동기어의 회전력을 클러치에 전달하는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축과 연결되고 제1 저속기어 및 제1 고속기어의 마찰판과 결합될 수 있는 마찰판을 구비한 클러치와, 상기 클러치의 마찰판을 제1 저속기어의 마찰판이나 제1 고속기어의 마찰판과 결합되게 하여 저속이나 고속으로 주행속도를 바꾸어주는 변속레버와, 상기 제1 회전축에 지지되어 공전하다가 클러치의 마찰판과 결합시 회전력을 전달하도록 마찰판을 구비한 제1 고속기어 및 제1 저속기어와, 상기 제1 고속기어와 맞물려 제1 고속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 고속기어와, 상기 제1 저속기어와 맞물려 제1 저속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 저속기어와, 상기 제2 저속기어 및 제2 고속기어를 지지하면서 제2 저속기어와 제2 고속기어의 회전력을 마찰기어에 전달하는 제2 회전축과, 상기 제2 회전축의 회전력을 전달받아 전기자전거의 타이어를 구동하는 프리기어가 내장된 마찰기어로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 2저속기어와 제 2고속기어의 회전력을 프리기어가 내장된 체인기어에 전달하는 제 2회전축과, 상기 체인기어의 회전력을 전달받아 타이어를 구동하는 체인으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수동변속장치가 구비된 전기자전거{A TRANSMISSION OF ELECTRIC BYCICLE}
본 발명은 전기자전거의 변속장치에 관한 것으로, 모터에서 발생되는 동력을 전기자전거의 구동축으로 전달하는 과정에서 사용자의 필요에 따라 수동으로 저속과 고속으로 변속이 가능한 수동변속장치를 구비한 전기자전거에 관한 것이다.
전기자전거는 전기를 동력으로 사용하여 차륜을 구동시키는 자전거로서, 특히 노약자나 장애인과 같이 자력에 의하여 자전거를 운전할 수 없는 사람에게 애용되고 있다. 또한, 정상인이라도 중장거리를 이동하는 경우이거나 무거운 중량의 화물을 탑재한 상태의 운전시 사용되고 있다. 아울러 자전거의 동력원이 전기이기 때문에 환경친화적이며, 자원의 절감차원에서 바람직한 운송수단이라 할 수 있다.
일반적으로 전기자전거는 동력원인 배터리에서 제어부를 통해 구동원인 모터로 전원이 인가되면, 모터의 회전력이 전기자전거의 구동축으로 전달되어 운전이 실시된다. 운전중인 운전자는 여러가지 운전상황에 따라 전기자전거의 속도를 가변시키게 된다. 종래의 전기자전거는 주행중 오르막길을 운행하거나, 과도한 중량의 화물을 탑재한 상태로 주행하는 경우로 인해 전기자전거의 구동축에 부하가 크게 걸리면 수동으로 속도를 조절하거나, 또는 페달을 밟는 힘을 센싱하는 센서와 같은 전자장치에 의해 속도를 조절함으로써 전기자전거의 구동축에 걸리는 부하를 해소하는 방법을 사용하였는데, 이와같은 속도 조절방법은 모터측에 걸리는 부하도 함께 상승되어 모터 소손의 위험과 더불어 전력의 소모량이 커지는 문제가 있어, 이에 대한 해결방안으로 도 6에 도시된 바와 같이 기계식 자동 변속장치를 사용하여 자전거의 구동축에 작용되는 부하의 증감에 따라 자동으로 변속을 실시하도록 하여, 모터의 부하상승으로 인한 소손과 전력의 소모량이 커지는 것을 방지하고 있다.
그러나 이러한 기계식 자동변속장치는 마찰기어(17)에 작용하는 힘의 크기에 따라 고정하우징(11)내에서 움직이는 이동하우징(13)의 변위량에 의해 변속여부를 결정해야 하므로 주행의 조건에 따라 변속되는 시기가 일정하지 않고, 이동하우징(13)을 정확하게 동작하게 하기 위해 정교하고 복잡한 부품을 필요로 하여 제조상의 문제점이 많았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기자전거에서 변속을 필요로 하는 시기에 사용자의 판단에 따라 수동으로 변속되게 하면서 변속장치의 구조를 단순하게 하여 향후에 발생할 유지 및 보수에 따른 문제를 최소화함으로써, 제조공정과 부품수를 대폭줄여 작업생산성을 보다 향상시킬 수 있는 수동변속장치를 구비한 전기자전거를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의한 회전력으로 전기자전거의 구동축을 회전시키는 구동부재를 구비한 전기자전거에 있어서, 상기 모터의 회전력을 전달하는 구동축과, 상기 구동축과 연결되어 구동축의 회전시 연동하여 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 맞물려 구동기어의 회전시 연동하여 회전하는 연동기어와, 상기 연동기어를 지지하고 연동기어의 회전력을 클러치에 전달하는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축과 연결되고 제1 저속기어 및 제1 고속기어의 마찰판과 결합될 수 있는 마찰판을 구비한 클러치와, 상기 클러치의 마찰판을 제1 저속기어의 마찰판이나 제1 고속기어의 마찰판과 결합되게 하여 저속이나 고속으로 주행속도를 바꾸어주는 변속레버와, 상기 제1 회전축에 지지되어 공전하다가 클러치의 마찰판과 결합시 회전력을 전달하도록 마찰판을 구비한 제1 고속기어 및 제1 저속기어와, 상기 제1 고속기어와 맞물려 제1 고속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 고속기어와, 상기 제1 저속기어와 맞물려 제1 저속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 저속기어와, 상기 제2 저속기어 및 제2 고속기어를 지지하면서 제2 저속기어와 제2 고속기어의 회전력을 마찰기어에 전달하는 제2 회전축과, 상기 제2 회전축의 회전력을 전달받아 전기자전거의 타이어를 구동하는 프리기어가 내장된 마찰기어로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 2저속기어와 제 2고속기어의 회전력을 프리기어가 내장된 체인기어에 전달하는 제 2회전축과, 상기 체인기어의 회전력을 전달받아 타이어를 구동하는 체인으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 장치가 적용된 전기자전거를 측면에서 바라본 도면,
도 2는 본 발명의 수동변속장치가 구비된 전기자전거의 내부상태를 보인 구성도,
도 3은 본 발명의 수동변속장치가 구비된 전기자전거의 다른 실시예를 보인 구성도,
도 4는 본 발명의 수동변속장치가 구비된 전기자전거가 고속일때의 상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 수동변속장치가 구비된 전기자전거가 저속일때의 상태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 수동변속장치가 구비된 전기자전거의 변속레버작동의 다른 실시예를 보인 구성도,
도 7은 종래 기술에 따른 기계식 자동변속장치의 내부상태를 보인 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전기자전거 2: 변속장치
3,4: 전,후륜 5: 타이어
6: 배터리 7: 체인
9: 구동축 11: 고정하우징
13: 이동하우징 15,66: 제1 회전축
17,90: 마찰기어 19,60: 모터
21,62: 구동기어 23,39,41: 제1,2,3 연동기어
25,67: 제2 회전축 31: 제3 회전축
27,64: 제1 저속기어 33,68: 제2 저속기어
29,65: 제1 고속기어 35,69: 제2 고속기어
37,70: 클러치 61: 구동축
63: 연동기어 70a,70b: 클러치 마찰판
80, 81: 변속레버 82: 변속레버지지대
83: 유동부재 84: 스프링
85: 와이어 86: 스위치
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 장치가 적용된 전기자전거를 측면에서 바라본 도면이며, 도 2는 본 발명의 전기자전거 변속장치의 내부상태를 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 전기자전거 변속장치의 다른 실시예를 보인 구성도이며, 도 4는 본 발명의 전기자전거 변속장치가 고속일때의 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 전기자전거 변속장치가 저속일때의 상태를 도시한 도면이다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기자전거 변속장치는 모터(60)의 회전력을 전달하는 구동축(61)과, 구동축(61)과 연결되어 구동축의 회전시 연동하여 회전하는 구동기어(62)와, 상기 구동기어(62)와 맞물려 구동기어(62)의 회전시 연동하여 회전하는 연동기어(63)와, 상기 연동기어(63)를 지지하고 연동기어(63)의 회전력을 클러치(70)에 전달하는 제1 회전축(66)과, 상기제1 회전축(66)과 연결되고 제1 저속기어(64) 및 제1 고속기어(65)의 마찰판(64a,65a)과 결합될 수 있는 마찰판(70a)을 구비한 클러치(70)와, 상기 클러치(70)의 마찰판(70a,70b)을 제1 저속기어의 마찰판(64a)이나 제1 고속기어의 마찰판(65a)과 결합되게 하여 저속이나 고속으로 주행속도를 바꾸어주는 변속레버(80)와, 상기 제1 회전축(66)에 지지되어 공전하다가 클러치의 마찰판(70a,70b)과 결합시 회전력을 전달하도록 마찰판(64a,65a)을 구비한 제1 고속기어(65) 및 제1 저속기어(64)와, 상기 제1 고속기어(65)와 맞물려 제1 고속기어(65)의 회전력을 전달받아 제2 회전축(67)에 전달하는 제2 고속기어(69)와, 상기 제1 저속기어(64)와 맞물려 제1 저속기어(64)의 회전력을 전달받아 제2 회전축(67)에 전달하는 제2 저속기어(68)와, 상기 제2 저속기어(68) 및 제2 고속기어(69)를 지지하면서 제2 저속기어(68)와 제2 고속기어(69)의 회전력을 마찰기어(90)에 전달하는 제2 회전축(67)과, 상기 제2 회전축(67)의 회전력을 전달받아 전기자전거의 타이어(5)를 구동하는 프리기어가 내장된 마찰기어(90)로 구성된다.
또한 상기 제 2저속기어(68)와 제 2고속기어(69)의 회전력을 프리기어가 내장된 체인기어(8)에 전달하는 제 2회전축(67)과, 상기 체인기어(8)의 회전력을 전달받아 타이어를 구동하는 체인(7)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 전기자전거를 운전하는 운전자가 주행중 변속을 원하면 변속레버(80)를 고속이나 저속으로 변경하여 즉시 변속이 가능하게 하였다.
처음 출발시에는 부하를 고려하여 도 5와 같이 변속레버(80)를 저속으로 하여 전기자전거를 출발시키고 내리막길이나 평지에서 고속으로 주행하기를 원할때에는 도 4과 같이 변속레버(80)를 고속으로 변경하면 클러치(70)의 마찰판(70b)이 제1 고속기어 마찰판(65a)과 결합되면서 모터(60)의 회전력이 제1 고속기어(65)와 제2 고속기어(69)를 통해 마찰기어(90)에 전달되고 마찰기어(90)와 접촉하는 타이어(5)를 구동하여 전기자전거(1)가 고속으로 주행하게 되는 것이다.
변속레버(80)를 고속으로 하였을때 동력의 전달과정은 모터(60) → 구동축(61) → 구동기어(62) → 연동기어(63) → 제1 회전축(66) → 클러치(70) → 제1 고속기어(65) → 제2 고속기어(69) → 제2 회전축(67) → 마찰기어(90) → 타이어(5)가 된다.
반대로 오르막길을 주행하거나 무거운 짐으로 인해 부하가 많이 걸릴때는 변속레버(80)를 저속으로 변경하면 클러치(70)의 마찰판(70a)이 저속기어 마찰판(64a)과 결합되면서 모터(60)의 회전력이 제1 저속기어(64)와 제2 저속기어(68)를 통해 마찰기어(90)에 전달되고 마찰기어(90)와 접촉하는 타이어(5)를 구동하여 저속으로 주행하게 된다.
변속레버(80)를 저속으로 하였을때 동력의 전달과정은 모터(60) → 구동축(61) → 구동기어(62) → 연동기어(63) → 제1 회전축(66) → 클러치(70) → 제1 저속기어(64) → 제2 저속기어(68) → 제2 회전축(67) → 마찰기어(90) → 타이어(5)가 된다.
또한 변속장치를 사용하지 않고 폐달에 의해서만 자전거를 운행할 때는 상기 마찰기어가 항시 타이어에 접촉되어 있어 모터는 전원이 인가되지 않아도 계속 회전하게 되어 과부하로 인한 모터의 손상을 방지하기 위해 상기 마찰기어내부에 프리기어를 구비하였다.
상술한 바에서는, 변속레버(80)를 직접 조작하는 방법을 설명하였으나, 변속레버(80)에 와이어(85)을 연결하여 전기자전거의 손잡이에서 조작하는 것도 가능하다.
핸들에 일측에 스위치(86)가 구비되어 스위치 조작에 의해 와이어(85)를 잡아당기면 상기 와이어(85)에 연결된 유동부재(83)가 유동하게 되어 변속레버(81)가 힌지회동하면서 저속으로 클러치의 마찰판(70a)을 제 1저속기어의 마찰판(64a)에 결합시켜 저속운행이 가능하며 반대로 스위치 조작에 의해 잡아 당겼던 와이어(85)를 풀면 스프링(84)의 탄성력에 의해 유동부재(83)를 밀게 되면 변속레버(81)는 클러치의 마찰판(70b)을 제 1고속기어의 마찰판(65a)에 결합시켜 고속운행이 가능하다.
또한 전기자전거의 타이어(5)에 마찰기어(90)가 적용되는 실시예를 기술하였으나, 제2 회전축(67)에 마찰기어(90)가 아닌 체인기어를 설치하고 전기자전거의 구동축(9)에 체인을 연결하여 동력을 전달하는, 체인구동방식에 있어서도 본 발명의 수동변속장치가 구비된 자전거의 활용이 가능하며, 상기 실시예에 기술한 후륜 뿐만 아니라, 이를 전륜에 적용하는 경우에도 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전기자전거에서 변속을 필요로 하는 시기에 사용자의 판단에 따라 정확하게 변속되게 하면서 변속장치의 구조를 단순하게하여 향후에 발생할 유지 및 보수에 따른 문제를 최소화 할 수 있고, 제조에 사용하는 부품수를 줄여 작업생산성을 향상시키면서 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 배터리에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의한 회전력으로 전기자전거의 구동축을 회전시키는 구동부재와 속도를 조절하는 변속부가 구비된 전기자전거에 있어서,
    상기 모터의 회전력을 전달하는 구동축과, 상기 구동축과 연결되어 구동축의 회전시 연동하여 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 맞물려 구동기어의 회전시 연동하여 회전하는 연동기어와, 상기 연동기어를 지지하고 연동기어의 회전력을 클러치에 전달하는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축과 연결되고 제1 저속기어 및 제1 고속기어의 마찰판과 결합될 수 있는 마찰판을 구비한 클러치와, 상기 클러치의 마찰판을 제1 저속기어의 마찰판이나 제1 고속기어의 마찰판과 결합되게하여 저속이나 고속으로 주행속도를 바꾸어주는 변속레버와, 상기 제1 회전축에 지지되어 공전하다가 클러치의 마찰판과 결합시 회전력을 전달하도록 마찰판을 구비한 제1 고속기어 및 제1 저속기어와, 상기 제1 고속기어와 맞물려 제1 고속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 고속기어와, 상기 제1 저속기어와 맞물려 제1 저속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 저속기어와 상기 제2 저속기어 및 제2 고속기어를 지지하면서 제2 저속기어와 제2 고속기어의 회전력을 마찰기어에 전달하는 제2 회전축과, 상기 제2 회전축의 회전력을 전달받아 전기자전거의 타이어를 구동하는 프리기어가 내장된 마찰기어로 구성된 것을 특징으로 하는 수동변속장치가 구비된 전기자전거.
  2. 배터리에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의한 회전력으로 전기자전거의 구동축을 회전시키는 구동부재와 속도를 조절하는 변속부가 구비된 전기자전거에 있어서,
    모터의 회전력을 전달하는 구동축과, 상기 구동축과 연결되어 구동축의 회전시 연동하여 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 맞물려 구동기어의 회전시 연동하여 회전하는 연동기어와, 상기 연동기어를 지지하고 연동기어의 회전력을 클러치에 전달하는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축과 연결되고 제1 저속기어 및 제1 고속기어의 마찰판과 결합될 수 있는 마찰판을 구비한 클러치와, 상기 클러치의 마찰판을 제1 저속기어의 마찰판이나 제1 고속기어의 마찰판과 결합되게하여 저속이나 고속으로 주행속도를 바꾸어주는 변속레버와, 상기 제1 회전축에 지지되어 공전하다가 클러치의 마찰판과 결합시 회전력을 전달하도록 마찰판을 구비한 제1 고속기어 및 제1 저속기어와, 상기 제1 고속기어와 맞물려 제1 고속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 고속기어와, 상기 제1 저속기어와 맞물려 제1 저속기어의 회전력을 전달받아 제2 회전축에 전달하는 제2 저속기어와 상기 제2 저속기어 및 제2 고속기어를 지지하면서 제2 저속기어와 제2 고속기어의 회전력을 프리기어가 내장된 체인기어(8)에 전달하는 제2 회전축과, 상기 체인기어(8)의 회전력을 전달받아 전기자전거의 타이어를 구동하는 체인(7)으로 구성된 것을 특징으로 하는 수동변속장치가 구비된 전기자전거.
  3. 배터리에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의한 회전력으로 전기자전거의 구동축을 회전시키는 구동부재와 속도를 조절하는 변속부가 구비된 전기자전거에 있어서,
    상기 변속부는 고정하우징의 소정위치에 구비되는 변속레버지지대와, 상기 변속레버지지대에 힌지 결합되어 상기 클러치의 마찰판을 좌우 유동시키는 변속레버와, 상기 변속레버 일측에 결합되어 상기 변속레버를 좌우 회동시키는 유동부재와, 상기 유동부재 일단에 밀착되고 상기 고정하우징내부벽에 밀착고정되는 스프링과, 상기 고정하우징과 상기 스프링을 관통하여 유동부재와 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 연결되어 상기 전기자전거 핸들에 구비되는 스위치로 구비되는 것을 특징으로 하는 수동변속장치가 구비된 전기자전거.
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