KR100848138B1 - 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치에 관한 것으로, 뒷바퀴(300)의 상부에 설치되는 베이스판(2)과, 상기 베이스판(2)의 상부 일측에 설치된 모터(3) 및 감속기(4)와, 상기 모터(3)에 전원을 공급하는 전원공급부가 내장되어, 상기 베이스판(2)의 상부 타측에 탈착가능하게 설치된 내부케이스(5)와, 상기 내부케이스(5) 및 모터(3), 감속기(4)를 수용하며 상기 베이스판(2)의 상부에 결합되는 외부케이스(6)와, 상기 뒷바퀴(300)의 허브(800)에 설치된 체인스프로켓(7)과, 상기 체인스프로켓(7)과 상기 감속기(4)의 기동스프로켓(44)을 연결하는 연결부재(8)와, 핸들(400)에 설치되어 상기 모터(3)의 구동을 제어하는 제어부로 구성된다.

본 발명에 따르면, 기존 자전거의 별도 차체변환없이 몇가지 부품만의 삽입 고정만으로 전동식 자전거의 개조가 가능하므로 제작비용이 월등히 절감될 수 있어 경제적인 잇점이 있고, 아울러 많은 설비 투자 비용을 절감할 수 있게 된다.

자전거, 모터, 전동, 탈착

Description

탈부착형 자전거 전진구동 동력장치{ATTACHABLE POWER DEVICE FOR BIKE}

본 발명은 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 자전거에 장착이 용이하고, 페달구동에 의한 주행과 병행하여 경사로나 장거리 이동시 전동방식으로 구동될 수 있다.

일반적으로 자전거는 페달을 밟아 전방 스프로켓을 회전시키면, 그 회전력이 체인에 의해 후방 기어부에 전달되어 뒷바퀴를 회전시킴으로써 주행하게 된다.

이러한 일반 자전거는 평지에서의 짧은 거리 주행은 큰 어려움이 없으나, 장거리 주행이나 경사로를 오를때에는 힘이 많이 소요되므로 체력적인 한계가 느껴지게 된다.

이를 해소하기 위해 최근에는 탑승자의 페달링과 병행하여 전동모터의 구동력을 병행할 수 있도록 한 전기 자전거가 개발되었다.

종래 전기 자전거는 제작시부터 그 프레임과 기타 구성부품들이 전용으로 제작되고 있다.

따라서, 생산자는 일반 자전거와는 별도로 프레임과 구성 부품들을 생산하여 야 하므로 제조원가가 높아지게 되어 제품 가격이 매우 고가이므로 대중적으로 사용하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래 전기 자전거는 앞바퀴 마찰구동 방식 및 뒷바퀴 마찰 구동방식인 경우, 바퀴의 공기압이 점차 낮아지는 경우와 타이어의 마모에 따른 문제점이 발생된다.

또한, 종래 전기 자전거는 앞바퀴축 또는 뒷바퀴축에 전동모터 부착 후 직구동방식인 경우, 별도의 바퀴를 제작하고 특수한 모터를 제작하여야 하므로 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 전기 자전거는 프레임에 모터 및 배터리를 구성하는 경우, 자전거 구조를 개조하여야 하므로 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 기존의 일반 자전거에 장착하여 수동방식의 주행과 병행하여 전동 주행이 가능하도록 함으로써 저렴한 비용에 사용이 편리하도록 한 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적은,

페달이 설치된 전방 스프로켓과, 뒷바퀴의 허브의 우측에 설치된 다단기어 스프로켓과, 상기 전방 스프로켓과 다단 기어스프로켓을 연결하는 체인으로 구성된 자전거에 설치되는 것이며, 뒷바퀴의 짐받이 상부에 설치되는 베이스판과, 상기 베이스판의 상부 일측에 설치된 모터 및 감속기와, 상기 모터에 전원을 공급하는 전원공급부가 내장되어, 상기 베이스판의 상부 타측에 탈착가능하게 설치된 내부케이스와, 상기 내부케이스 및 모터, 감속기를 수용하며 상기 베이스판의 상부에 결합되는 외부케이스와, 상기 뒷바퀴의 허브의 좌측에 설치된 체인스프로켓과, 상기 체인스프로켓과 상기 감속기의 기동스프로켓을 연결하는 연결부재와, 핸들에 설치되어 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부로 구성되는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 기존 자전거의 별도 차체변환없이 몇가지 부품만의 삽입 고정만으로 전동식 자전거의 개조가 가능하므로 제작비용이 월등히 절감될 수 있어 경제적인 잇점이 있고, 아울러 많은 설비 투자 비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 기존 자전거의 전,후진, 변속, 공회전 등 모든 기능이 동일하므로 기능적인 장애도 발생되지 않는다.

또한, 고가의 주요 배터리, 제어반, 충전기 등의 탈,부착이 가능하므로 도난의 방지 및 이에 따른 차체 무게 감소로 손으로 운반 후 별도로 차체의 보관이 가능하다.

또한, 탈부착이 가능한 내부 케이스만의 이동으로 배터리 충전이 매우 편리하게 된다.

또한, 수동의 페달링 시 본 출원인이 선출원하여 등록받은 바 있는 대한민국 등록특허 0479870호, 동 0479871호, 동 0479872호, 동 0479873호의 정,역 페달링 및 실시간 다수 페달링 방식의 적용으로 전진장치의 편리함과 다양한 페달링의 재미와 운동효과를 증대시킬 수 있다.

또한, 기존의 중고 및 완성 자전거에 적용이 가능하여 전기 자전거로 변환이 용이한 효과가 있다.

본 발명은 통상의 일반 자전거에 장착되는 장치로써, 통상의 일반 자전거라 함은 대략 역삼각형상의 프레임(100)의 전후에 앞바퀴(200)와 뒷바퀴(300)가 설치되고, 중간 하부에 페달(500)과 연결된 전방 스프로켓(600)이 설치되며, 뒷바퀴(300)의 허브(800)의 우측에 다단기어 스프로켓(900)이 설치되고, 상기 전방 스프로켓(600)과 다단 기어스프로켓(900)을 체인(700)으로 연결하여 구성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 동력장치를 자전거에 장착한 후 정면에서 바라본 도면이고, 도 2는 상기 도 1에서 뒷바퀴 부위를 확대한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 동력장치를 자전거에 장착한 후 후방에서 바라본 도면, 도 4는 본 발명의 제어부를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에서 기동스프로켓(44)과 연결부재(8)의 연결부위는 설명의 편의를 위해 가상선으로 도시하였다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 동력장치(A)는, 뒷바퀴(300)의 상부에 설치되는 베이스판(2)과, 상기 베이스판(2)의 상부 일측에 설치된 모터(3) 및 감속기(4)와, 상기 모터(3)에 전원을 공급하는 전원공급부가 내장되어, 상기 베이스판(2)의 상부 타측에 탈착가능하게 설치된 내부케이스(5)와, 상기 내부케이스(5) 및 모터(3), 감속기(4)를 수용하며 상기 베이스판(2)의 상부에 결합되는 외부케이스(6)와, 상기 뒷바퀴(300)의 허브(800)의 좌측에 설치된 체인스프로켓(7)과, 상기 체인스프로켓(7)과 상기 감속기(4)의 기동스프로켓(44)을 연결하는 연결부재(8)와, 핸들(400)에 설치되어 상기 모터(3)의 구동을 제어하는 제어부로 구성된다.

보다 상세하게 살펴보면,

상기 베이스판(2)은 통상의 짐받이와 같이 장방형으로 형성된 판재로써, 상면에는 내부케이스(5)를 탈착시키기 위한 가이드홈(27)이 형성되고, 연결부재(8)가 관통되는 체인홈(22)이 형성된 것으로, 전단은 안장 하부의 프레임에 결합되고, 하부의 수직지지대가 허브(800)의 축에 결합됨으로써 고정된다.

상기 가이드홈(27)은 일정 길이를 갖는 레일형상이며, 상부에는 상기 내부케이스(5)의 장착시 이를 고정시키기 위한 고정수단이 설치되는데, 상기 고정수단의 일예로써 조임볼트(23) 또는 조임레버가 적당하다.

상기 베이스판(2)의 일측에는 감속기(4)에 연결되는 전자 클러치(42)가 더 설치된다.

상기 모터(3) 및 감속기(4)는 구동력을 발생시키는 장치로써, 상기 모터(3) 는 24V의 BLDC모터를 사용함이 바람직하다.

또한, 상기 감속기(4)는 다수의 기어가 조합된 것으로, 모터(3)의 회전속도를 낮추는 반면 토오크는 증대되도록 하여 주행동력을 발현하며, 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 감속기(4)의 출력축은 전자 클러치(42)에 연결되며, 상기 전자 클러치(42)에는 연결부재(8)가 결합되는 기동스프로켓(44)이 축설된 것으로, 상기 전자 클러치(42)의 온/오프에 의해 허브(800)으로의 동력전달이 온/오프 제어된다.

전자 클러치(42)가 온상태이면 감속기(4)의 출력된 동력이 연결부재(8)를 회전시키게 되고, 이에 연동하여 허브(800)을 회전시키게 되며, 역으로 전자 클러치(42)가 오프상태이면 허브(800)으로 가는 동력전달은 차단된다.

상기 내부케이스(5)는, 장방형의 함체로써 상기 모터(3)에 전원을 공급하는 전원공급부가 내장되고, 하단 외면에는 상기 가이드홈(27)에 삽입되는 단턱(50)이 형성된 것으로, 상기 단턱(50)을 상기 베이스판(2)의 가이드홈(27)에 삽입시킨 후 고정수단인 조임볼트(23)를 조여 고정시키게 된다(도 2 참조).

상기 전원공급부는, 상기 모터(3)와 전원커넥터(55)로 연결되어 전원을 공급하는 배터리(51)와, 상기 배터리(51)에 전기적으로 연결된 충전기(52)와, 상기 충전기(52)의 작동을 제어하는 제어반(54)으로 구성된다.

따라서. 내부케이스(5)를 분리한 후 상기 충전기(52)에 전원을 인가하여 배터리(51)를 충전시키게 된다.

한편, 상기 허브(800)의 좌측에는 상기 감속기(4)의 기동스프로켓(44)과 연 결부재(8)로 연결되는 체인스프로켓(7)이 축설된다.

상기 체인스프로켓(7)은 허브(800)에 결합된 내륜(72)의 외측에 설치되되, 상기 내륜(72)과 체인스프로켓(7) 사이에는 일방향클러치(74)가 설치된 것이며, 뒷바퀴(300)의 전진주행시에는 체인스프로켓(7)이 회전되고, 후진주행시에는 공회전되도록 한 것이다.

상기 실시예의 설명에서는 연결부재(8)가 체인인 것을 가정하여 설명하였으나 반드시 이에 한정되지 않고, 타이밍벨트와 같은 벨트류도 사용이 가능함은 당연할 것이다.

상기 제어부는 핸들(400) 좌측에 설치된 온/오프 스위치(410)와, 핸들 우측에 설치된 속도조절기(420)로 구성된다.

즉, 온/오프 스위치(410)는 모터(3)에 전원의 인가를 제어하게 되며, 속도조절기(420)는 모터(3)의 회전속도를 단계별로 증감시킴으로써 주행속도를 조절할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 작동관계를 설명한다.

첫째, 제어부의 온/오프 스위치(410)를 오프시킨 상태에서 페달(500)을 밟아 통상적인 방법으로 페달링하여 주행하고자 할때는, 체인(700)의 회전력으로 뒷바퀴(300)를 회전시키게 된다.

즉, 전방 스프로켓(600)에 결합된 체인(700)이 회전되면 다단기어 스프로켓(900)이 회전되고, 이에 연동하여 허브(800)가 회전함으로써 뒷바퀴(300)가 회전되는데, 허브(800)의 좌측에 결합된 내륜(72)도 따라서 회전하게 되어지나 이때는 일방향클러치(74)의 특성상 내륜(72)에 전달된 회전력은 외륜(76)에 회전력을 전달하지 못하고 공회전하여 외륜(76)에 부착된 체인스프로켓(7)은 회전하지 않는다.

이러한 구조는 통상의 자전거가 언덕길을 내려오는 동안 운전자가 페달링을 하지 않아도 자전거 스스로가 경사면을 따라 자중으로 내려오는 경우에서 알 수 있으며, 이때는 자전거 뒷바퀴(300)가 회전하여 일방향클러치(74)의 내륜(72)이 회전하더라도 외륜(76)에 부착된 체인스프로켓(7)이 회전하지 않는 경우에서 알 수 있다.

둘째, 상기 첫째 방법으로 페달링하여 주행 중 경사로를 주행할 경우 제어부의 온/오프스위치(410)를 온시켜 모터(3)를 구동시키고, 감속기(4)도 회전하기 시작한다.

아울러, 전자 클러치(42)가 온상태가 되므로 감속기(4)의 회전력은 전자 클러치(42)를 통해 기동스프로켓(44)을 회전시키게 된다.

상기 기동스프로켓(44)의 회전력은 연결부재(8)에 전달되어 허브(800)의 외륜(76)을 회전시키게 된다.

따라서, 상기 외륜(76)의 회전력은 일방향클러치(74)의 특성상 자전거 타측 허브(800)와 일체가 된 내륜(72)을 회전시키게 되어 허브(800)가 회전됨으로써 뒷바퀴(300)를 전진방향으로 구동시키게 되므로 결국 모터(3)의 구동에 의해 자전거가 전진할 수 있게 된다.

물론, 첫째 방법인 수동의 페달링을 병행함으로써 회전력을 더 증가시킬 수 있으며, 전동 및 수동, 또는 병행구동은 탑승자가 선택 적용할 수 있을 것이다.

셋째, 만약 자전거를 손으로 후진시키는 경우 또는 후진 후 방향전환을 하고자 하는 경우에는, 통상의 자전거와 마찬가지로 뒷바퀴(300)가 역회전할때 그 회전력은 일방향클러치(74)의 내륜(72)에 전달되는데, 이때 일방향클러치(74)의 외륜(76)도 역회전하며, 이에 연동하여 체인스프로켓(7)이 역회전하게 된다.

이와 같이 허브(800)의 체인스프로켓(7)이 역회전함으로써 연결부재(8)도 역회전하게 되나 이때는 전자 클러치(42)가 오프된 상태이므로 감속기(4)에는 역회전이 전달되지 않고, 전자 클러치(42) 내부의 아마추어만 연결부재(8) 및 체인스프로켓(7)과 함께 역으로 공회전하게 된다.

아울러 내부케이스(5)의 고정수단을 해제하고 전원커넥터(55)를 이완시킨 후 내부케이스(5)만 꺼내어 운반후 별도의 충전을 행할 수 있도록 되어 있어 편리함을 더한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 동력장치를 자전거에 장착한 후 정면에서 바라본 도면이다.

도 2는 상기 도 1에서 뒷바퀴 부위를 확대한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 동력장치를 자전거에 장착한 후 후방에서 바라본 도면이다.

도 4는 본 발명의 제어부를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 베이스판 3 : 모터

4 : 감속기 5 : 내부케이스

6 : 외부케이스 7 : 체인스프로켓

8 : 연결부재 51 : 배터리

52 : 충전기 72 : 내륜

74 : 일방향클러치 76 : 외륜

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 프레임(100)의 전후에 앞바퀴(200)와 뒷바퀴(300)가 설치되고, 중간 하부에 페달(500)과 연결된 전방 스프로켓(600)이 설치되며, 뒷바퀴(300)의 허브(800)의 우측에 다단기어 스프로켓(900)이 설치되고, 상기 전방 스프로켓(600)과 다단 기어스프로켓(900)을 체인(700)으로 연결하여 구성되고,

   뒷바퀴(300)의 상부에 설치되는 베이스판(2)과,

   상기 베이스판(2)의 상부 일측에 설치된 모터(3) 및 감속기(4)와,

   상기 모터(3)에 전원을 공급하는 전원공급부가 내장되어, 상기 베이스판(2)의 상부 타측에 탈착가능하게 설치된 내부케이스(5)와,

   상기 내부케이스(5) 및 모터(3), 감속기(4)를 수용하며 상기 베이스판(2)의 상부에 결합되는 외부케이스(6)와,

   상기 뒷바퀴(300)의 허브(800)의 좌측에 설치된 체인스프로켓(7)과,

   상기 체인스프로켓(7)과 상기 감속기(4)의 기동스프로켓(44)을 연결하는 연결부재(8)와,

   핸들(400)에 설치되어 상기 모터(3)의 구동을 제어하는 제어부로 구성되며,

   상기 베이스판(2)에는 상기 감속기(4)에 결합되는 전자 클러치(42)가 설치되며, 상기 전자 클러치(42)의 온/오프에 의해 상기 허브(800)으로의 동력전달이 온/오프 제어되도록 한 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치에 있어서,

   상기 베이스판(2)은 상면에는 상기 내부케이스(5)를 탈착시키기 위한 가이드홈(27)이 형성되고, 상기 연결부재(8)가 관통되는 체인홈(22)이 형성되며, 상기 가이드홈(27)의 상부에는 고정수단이 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 내부케이스(5)는, 하단 외면에는 상기 가이드홈(27)에 삽입되는 단턱(50)이 형성된 것을 특징으로 하는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 전원공급부는, 상기 모터(3)와 전기적으로 연결된 배터리(51)와, 상기 배터리(51)에 전기적으로 연결된 충전기(52)와, 상기 충전기(52)의 작동을 제어하는 제어반(54)으로 구성된 것을 특징으로 하는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 체인스프로켓(7)은, 상기 허브(800)와 결합된 내륜(72)의 외측에 설치되되, 상기 내륜(72)과 체인스프로켓(7) 사이에는 일방향클러치(74)가 설치된 것을 특징으로 하는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 제어부는 핸들(400)에 설치된 온/오프 스위치(410)와, 속도조절기(420)로 구성된 것을 특징으로 하는 탈부착형 자전거 전진구동 동력장치.

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