KR101018104B1

KR101018104B1 - 자전거용 전동유닛

Info

Publication number: KR101018104B1
Application number: KR1020090110905A
Authority: KR
Inventors: 양석주
Original assignee: 양석주
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-02-25

Abstract

본 발명은 자전거에 장착되는 전동유닛에 관한 것으로, 모터와 구동롤러 간에 동력전달을 위한 감속기어가 필요 없도록 구조를 단순화하여 기존의 자전거에 장착을 용이하게 하고, 제조비용을 절감할 수 있으며, 동력 손실과 소음 발생을 줄일 수 있는 자전거용 전동유닛을 제공하는 것에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동유닛은, 자석이 부착된 하우징의 내부에 권선이 감겨진 코어가 구비되고, 상기 코어에 하우징 외부로 돌출되어 고정되는 고정축이 결합되어 전원 공급시 상기 코어는 정지하고 하우징이 회전하도록 된 모터; 상기 모터의 하우징 외부에 동심을 이루도록 결합되어 하우징과 일체로 회전되는 구동롤러; 및 상기 구동롤러가 자전거의 타이어에 접하도록 상기 모터의 고정축을 자전거의 프레임에 체결하는 장착수단을 포함하여 구성된다.

자전거, 모터, 구동롤러, 타이어, 지지부재

Description

자전거용 전동유닛 {ELECTRIC DRIVING UNIT FOR BICYCLE}

본 발명은 자전거용 전동유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자전거의 바퀴를 복잡한 동력전달기구 없이 직접 구동하는 간단한 구조로 이루어져 기존의 자전거에 간단히 장착하여 사용할 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있으며, 동력 손실과 소음 발생을 경감시킬 수 있는 자전거용 전동유닛에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 탑승자가 페달을 밟아 바퀴를 회전시켜 주행력을 얻는 인력 구동식 구조로 이루어졌으나, 모터를 동력원으로 이용하여 보다 편리하게 주행이 가능하도록 한 전동식 자전거도 사용되고 있다.

예전의 전동식 자전거는 모터의 동력을 자전거에 기존에 구비된 동력전달부, 즉 크랭크기구, 체인, 스프라켓 등에 전달하여 바퀴를 회전시키는 구조로 이루어지기도 했으나, 이러한 구조는 동력전달구조가 복잡하게 되어 기존의 자전거를 개조하지 않고는 적용하기가 어렵고, 그 설치 작업에도 많은 시간과 비용이 소요되어 실효성이 떨어졌다.

이에 따라, 기존의 자전거에 착탈이 용이하도록 모터가 포함된 동력원을 모듈화한 전동유닛이 사용되고 있으며, 이러한 전동유닛의 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 자전거용 전동유닛은 동력전달기구의 단순화를 위하여 모터(10)의 회전력을 자전거 바퀴(20)의 타이어(21) 부분에 전달하는 구조를 갖는다. 즉, 자전거의 프레임(30)에 결합된 유닛바디(10)에 모터(10)와 구동롤러(40)가 설치되고, 상기 모터(10)와 구동롤러(40) 간에 감속기어(50)가 설치되어 구동롤러(40)가 타이어(21)의 외주면에 접촉된 상태에서 모터(10)가 작동되면 구동롤러(40)에 의해 바퀴(20)가 회전되어 주행이 이루어지게 된다. 상기 감속기어(50)는 도시된 바와 같이 피니언과 스퍼를 포함하는 복수의 평기어로 이루어지기도 하고, 경우에 따라서는 웜기어로 이루어지기도 한다.

상기한 바와 같이 종래의 전동유닛은 모터(10)의 출력축의 회전력을 감속기어(50)를 통해 전달하여 구동롤러(40)를 회전시키는 구조로 이루어졌기 때문에, 구조가 복잡하여 기존의 자전거에 장착하기가 불편하고, 제조비용이 많이 소요되며, 무게 증가 및 동력 손실로 인해 에너지 효율이 떨어지고, 작동 소음이 심하여 주행감이 좋지 못한 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터와 구동롤 러 간에 동력전달을 위한 감속기어가 필요 없도록 구조를 단순화하여 기존의 자전거에 장착을 용이하게 하고, 제조비용을 절감할 수 있으며, 동력 손실과 소음 발생을 줄일 수 있는 자전거용 전동유닛을 제공하는 것에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내주면에 자석이 부착된 하우징의 내부에 권선이 감겨진 코어가 구비되고, 상기 코어에 하우징 외부로 돌출되어 고정되는 고정축이 결합되어 전원 공급시 상기 고정축을 중심으로 하우징이 회전하도록 된 모터; 상기 모터의 하우징 외부에 동심을 이루도록 결합되어 하우징과 일체로 회전되는 구동롤러; 및 상기 구동롤러가 자전거의 타이어에 접하도록 상기 모터의 고정축을 자전거의 프레임에 체결하는 장착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛을 제공한다.

상기한 본 발명의 전동유닛에서, 상기 구동롤러는 외주면에 상기 타이어와의 접촉면적이 확장되도록 오목한 곡면부가 구비된 것이 바람직하다.

상기 구동롤러의 외주면에는 상기 타이어와의 마찰력이 증가되도록 고무 또는 합성수지 소재로 이루어진 마찰재가 코팅된 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동롤러의 외주면에는 상기 타이어에 형성된 트레드홈 또는 돌기에 걸려 미끄러짐을 방지하는 요철부가 형성된 것이 바람직하다.

상기 장착수단은 자전거의 프레임과 상기 모터의 고정축 간에 연결 설치된 적어도 하나의 지지부재를 포함하며, 상기 지지부재 중 적어도 하나는 상기 구동롤 러와 타이어 간의 접촉 압력에 따라 탄성적으로 변형되거나 변위되는 탄성지지구조물을 구비한 것이 바람직하다.

이러한 경우, 상기 지지부재는 자전거 프레임의 시트파이프에 체결되는 제1지지부재 및 자전거 프레임의 시트스테이에 체결되는 제2지지부재를 포함하며, 상기 제1지지부재와 제2지지부재 중 적어도 일측은 스프링에 의해 상기 모터를 탄성지지하면서 신축되는 실린더형 쇼크업소버로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제1지지부재를 시트파이프에 체결하는 제1결합구는 절단된 양측 단부에 서로 마주하는 체결편이 구비된 제1클램프와, 상기 제1클램프의 양측 체결편을 관통하여 결합된 체결핀과, 상기 체결핀에 회전 가능하게 결합되어 회전에 따라 상기 체결편이 서로를 향해 가압되면서 제1클램프가 고정되게 하는 캠레버를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2지지부재를 시트스테이에 체결하는 제2결합구는 상기 시트스테이가 측방으로 삽입 가능하도록 일측이 넓게 개구된 제2클램프와, 상기 제2클램프의 개구부 양측에 구비된 체결편에 결합되어 제2클램프를 고정시키는 볼트 및 너트를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 전동유닛에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 아웃러너 타입 모터의 외부 하우징에 구동롤러를 결합하여 모터의 회전동력이 별도의 동력전달기구를 통하지 않고 직접 구동롤러에 전달되어 자전거 바퀴 의 구동이 이루어지도록 함으로써, 구조를 단순화하여 전동유닛의 제조비용을 절감할 수 있고, 신속하고 용이하게 장착 및 탈착이 가능하여 전동유닛의 사용 편의성이 향상되며, 감속기어의 사용으로 인한 중량 증가와 동력 손실을 방지하여 전동유닛의 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 작동시 감속기어로 인한 소음을 제거하여 전동유닛의 주행감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

(2) 구동롤러의 외주면에 곡면부, 마찰재 코팅층, 요철부를 구비하여 구동롤러와 타이어가 과도한 압력으로 밀착되지 않아도 상호 동력전달이 양호하게 유지되도록 함으로써, 구동롤러와 타이어 간의 미끄러짐으로 인한 동력 손실과 과도한 밀착으로 인한 동력 손실 및 모터의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

(3) 모터를 자전거 프레임에 체결하여 지지하는 장착수단으로서 탄성지지구조를 갖는 지지부재를 구비하여 자전거의 주행 중에 노면충격 등이 작용되어도 구동롤러와 타이어 간의 접촉 압력이 적절하게 유지되도록 함으로써, 동력 손실과 모터의 손상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

(4) 자전거 프레임을 이루는 시트파이프 및 시트스테이에 각 부분의 특성에 따라 지지부재를 용이하게 체결 및 분리 가능하게 하는 제1결합구 및 제2결합구를 구비함으로써, 더욱 신속하고 용이한 장착 및 탈착이 가능하여 전동유닛의 사용 편의성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자전거용 전동유닛의 일 실시예를 자전거에 설치된 상태로 도시한 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전동유닛에서 모터 및 구동롤러를 도시한 정면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 자전거용 전동유닛은 모터(110)의 외부에 동심을 이루도록 구동롤러(120)가 결합되고, 상기 모터(110)와 자전거의 프레임(101) 간을 연결하는 장착수단이 구비된 구조를 갖는다.

상기 모터(110)는 코어(113)가 고정되고 하우징(111)이 회전하는 아웃러너모터로 이루어지며, 바람직하게는 브러시리스모터로 이루어진다. 즉, 권선(114)이 감겨진 코어(113)가 고정자를 이루고, 내주면에 자석(112)이 부착된 하우징(111)이 회전자를 이루어 인러너모터에 비해 상대적으로 토크가 높고 회전속도는 낮은 특징을 갖는다.

상기 코어(113)에는 양측이 하우징(111) 양측에 베어링에 의해 지지되고 하우징(111)의 외부로 돌출된 고정축(115)이 구비되며, 이 고정축(115)은 양단부가 고정구(116)에 결합되어 회전하지 못하도록 고정된다.

상기 구동롤러(120)는 하우징(111)의 외주면을 감싸도록 결합되어 하우징(111)과 일체로 회전된다. 이 구동롤러(120)의 외주면은 자전거 타이어(105)의 외주면에 접촉되어 회전력을 전달하므로, 동력전달 효율을 높이기 위한 형태 및 구조를 갖는다.

즉, 상기 구동롤러(120)의 외주면은 타이어(105)와의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 오목한 곡면 형태로 이루어지고, 타이어(105)와의 마찰력을 높일 수 있도록 고무나 합성수지 등의 마찰계수가 높은 소재로 이루어진 마찰재(121)가 코팅된다. 또한, 상기 구동롤러(120)의 외주면에는 타이어(105)에 형성된 트레드홈 또는 돌기에 걸려 미끄러짐을 방지할 수 있도록 소정 패턴의 요철부(122)가 형성된다.

상기 장착수단은 상기 구동롤러(120)가 타이어(105)에 접한 상태로 회전될 수 있도록 상기 모터(110)를 지지하면서 자전거의 프레임(101)에 결합하기 위한 것으로, 상기 프레임(101)의 구조에 따라 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 장착수단은 모터(110)를 단순 고정하는 간단한 바아형 부재나 판형 부재, 또는 도 1에 도시된 유닛바디(10)와 같은 케이스나 커버 구조 등으로 이루어질 수도 있다.

바람직하게는, 상기 장착수단은 도시된 실시예에서와 같이 구동롤러(120)를 위치가 가변될 수 있도록 탄성 지지하여 자전거의 주행 시에 노면 충격 등에 의해 타이어(105)와 구동롤러(120) 간에 과도한 압력이 작용되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 도시된 실시예에서 상기 장착수단은 자전거 프레임(101)의 일측, 예를 들어 안장이 결합되는 시트파이프(102)의 상부와 상기 고정구(116) 간에 연결 설치된 제1지지부재(130) 및 자전거 프레임(101)의 타측, 예를 들어 시트스테이(103)의 상부와 상기 고정구(116) 간에 연결 설치된 제2지지부재(140)로 이루어지며, 상기 제1지지부재(130)는 상기 모터(110)를 지지한 상태로 상하 회동되는 로드 형태로 이루어지고, 상기 제2지지부재(140)는 스프링에 의해 상기 모터(110)를 탄성지지한 상태로 신축되는 실린더형 쇼크업소버(170)로 이루어진다.

상기와 같이 제1지지부재(130)와 제2지지부재(140)의 일측단은 각각 상기 고정구(116)를 통해, 경우에 따라서는 직접 상기 모터(110)의 고정축(115)과 결합되며, 그 반대측 단부는 각각 제1결합구(150) 및 제2결합구(160)를 통해 상기 시트파이프(102) 및 시트스테이(103)에 착탈 가능하게 결합된다.

상기 제1결합구(150) 및 제2결합구(160)는 자전거에 물체를 착탈 가능하게 고정하는 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 예시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 제1결합구(150)는 일측이 절단된 제1클램프(151), 상기 제1클램프(151)의 절단부 양측에 구비된 체결편(152)을 관통하여 결합된 체결핀(153), 및 상기 체결핀(153)의 일측단에 회전 가능하게 결합되어 그 회전에 따라 체결핀(153)을 통해 체결편(152)을 가압하여 제1클램프(151)를 고정시키는 캠레버(154)로 이루어져 신속한 분해/결합이 가능하도록 구성된 것을 예시하였다.

통상적인 자전거 프레임의 구조상 상기 시트파이프(102)는 안장을 분리하면 상기 제1결합구(150)를 시트파이프(102)의 상측 단부를 통해 삽입 및 분리할 수 있으나, 상기 제2결합구(160)가 결합되는 시트스테이(103)는 그렇지 못하므로, 상기 제2결합구(160)는 시트스테이(103)에 횡방향으로 결합 및 분리 가능한 구조를 갖는다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2결합구(160)는 일측이 넓게 개구되어 시트스테이(103)에 측방으로 삽입 가능하도록 된 제2클램프(161), 상기 제2클램프(161)의 개구부 양측에 구비된 체결편(163) 간에 결합되어 제2클램프(161)를 고정시키는 볼트(163) 및 너트(164)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전동유닛은 상기 구동롤러(120)가 자전거의 타이어(105)에 접하도록 상기 제1결합구(150) 및 제2결합구(160)를 자전거의 시트파이프(102) 및 시트스테이(103)에 각각 결합하여 고정시키기만 하면 간단하게 설치가 이루어진다.

이와 같이 전동유닛이 설치된 상태에서, 모터(110)에 전원이 공급되면 모터(110) 내부의 코어(113)는 고정축(115)과 함께 정지 상태로 지지되고 외부의 하우징(111)은 회전된다. 이에 따라, 상기 구동롤러(120)가 하우징(111)과 함께 회전하면서 타이어(105)를 통해 바퀴(104)를 회전시켜 자전거의 주행이 이루어진다.

상기와 같이 본 발명의 전동유닛은 모터 하우징(111)의 회전력이 직접 구동롤러(120)에 전달되므로, 감속기어와 같은 동력전달기구가 필요 없는 간단한 구조를 갖는다.

따라서, 구조가 단순화되어 제조비용이 절감되고, 보다 신속하고 간편하게 장착 및 분리가 가능하여 사용 편의성이 향상되는 장점이 있다. 또한, 감속기어의 사용으로 인한 중량 증가와 동력 손실이 없어 에너지 효율이 향상되고, 작동 소음이 감소되어 주행감이 향상되는 장점이 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 모터(110)를 자전거의 프레임(101)에 체결하는 장착수단으로서, 제1지지부재(130) 및 제2지지부재(140)가 구비된 것을 예시 하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 단일 또는 복수의 지지부재가 구비될 수 있다. 또한, 상기 지지부재 중 적어도 하나는 상기 제2지지부재(140)를 이루는 쇼크업소버와 같이 구동롤러(120)와 타이어(105) 간의 접촉 압력에 따라 탄성적으로 변형되거나 변위되는 탄성지지구조물로 이루질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 1은 종래의 자전거용 전동유닛을 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자전거용 전동유닛의 일 실시예를 자전거에 설치된 상태로 도시한 측면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 전동유닛에서 모터 및 구동롤러를 도시한 정면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 전동유닛에서 제1결합구를 도시한 상세도이다.

도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 전동유닛에서 제2결합구를 도시한 상세도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 프레임 102 : 시트파이프

103 : 시트스테이 104 : 바퀴

105 : 타이어 110 : 모터

111 : 하우징 112 : 자석

113 : 코어 114 : 권선

115 : 고정축 116 : 고정구

117 : 베어링 120 : 구동롤러

121 : 마찰재 122 : 요철부

130 : 제1지지부재 150 : 제1결합구

151 : 제1클램프 153 : 체결핀

154 : 캠레버 160 : 제2결합구

161 : 제2클램프 163 : 볼트

Claims

내주면에 자석(112)이 부착된 하우징(111)의 내부에 권선이 감겨진 코어(113)가 구비되고, 상기 코어(113)에 하우징(111) 외부로 돌출되어 고정되는 고정축(115)이 결합되어 전원 공급시 상기 고정축(115)을 중심으로 하우징(111)이 회전하도록 된 모터(110);

상기 모터(110)의 하우징(111) 외부에 동심을 이루도록 결합되어 하우징(111)과 일체로 회전되는 구동롤러(120); 및

상기 구동롤러(120)가 자전거의 타이어(105)에 접하도록 상기 모터(110)의 고정축(115)을 자전거의 프레임(101)에 체결하는 장착수단을 포함하되,

상기 장착수단은 자전거의 프레임(101)과 상기 모터(110)의 고정축(115) 간에 연결 설치된 지지부재를 포함하며,

상기 지지부재는 자전거 프레임(101)의 시트파이프(102)에 체결되는 제1지지부재(130) 및 자전거 프레임(101)의 시트스테이(103)에 체결되는 제2지지부재(140)를 포함하며, 상기 제2지지부재(140)의 일측은 스프링에 의해 상기 모터(110)를 탄성지지하면서 신축되는 실린더형 쇼크업소버(170)로 이루어지고,

상기 제1지지부재(130)를 시트파이프(102)에 체결하는 제1결합구(150)는 절단된 양측 단부에 서로 마주하는 체결편이 구비된 제1클램프(151)와, 상기 제1클램프(151)의 양측 체결편을 관통하여 결합된 체결핀(153)과, 상기 체결핀(153)에 회전 가능하게 결합되어 회전에 따라 상기 체결편이 서로를 향해 가압되면서 제1클램프(151)가 고정되게 하는 캠레버(154)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛.
제1항에 있어서,

상기 구동롤러(120)의 외주면에 상기 타이어(105)와의 접촉면적이 확장되도록 오목한 곡면부가 구비된 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛.
제1항에 있어서,

상기 구동롤러(120)의 외주면에 상기 타이어(105)와의 마찰력이 증가되도록 고무 또는 합성수지 소재로 이루어진 마찰재가 코팅된 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛.
제1항에 있어서,

상기 구동롤러(120)의 외주면에 상기 타이어(105)에 형성된 트레드홈 또는 돌기에 걸려 미끄러짐을 방지하는 요철부(122)가 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛.
삭제
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제1항에 있어서,

상기 제2지지부재(140)를 시트스테이(103)에 체결하는 제2결합구(160)는 상기 시트스테이(103)가 측방으로 삽입 가능하도록 일측이 넓게 개구된 제2클램프(161)와, 상기 제2클램프(161)의 개구부 양측에 구비된 체결편에 결합되어 제2클램프(161)를 고정시키는 볼트(163) 및 너트(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 전동유닛.