KR101224441B1 - 2개의 모터를 활용한 변속기능을 갖는 자전거 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 자전거 모터에 관한 것으로서, 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되는 제1회전축을 갖는 제1모터와; 제1회전축에 직렬로 배열되는 제2회전축을 갖는 제2모터와; 제1모터와 제2모터 사이에 개재되어서 제2모터의 회전력을 제1모터로 전달시키는 동력전달장치로 구성되고, 동력전달장치는 제2회전축의 주위에 치합가능하게 배열되는 복수개의 유성기어와, 유성기어들과 치합하는 기어가 내주면에 형성되어 있는 테두리부 및 제1회전축의 타단부가 결합하는 결합부로 구성된 링기어 하우징으로 이루어지고, 링기어 하우징의 결합부에는 일방향 클러치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하므로, 평도로를 주행할 때는 메인 동력원으로 작용하는 제1모터만을 가동시키고 언덕길을 올라갈 때와 같이 더 많은 힘을 요구할 때는 보조 동력원으로 작용하는 제2모터를 가동시키도록 작동하므로 자전거의 주행을 용이하게 할 수 있으면서 밧테리를 상대적으로 장시간 사용하여 주행거리를 증가시킬 수 있다.

Description

2개의 모터를 활용한 변속기능을 갖는 자전거 모터{BICYCLE MOTOR HAVING TRANSMISSION FUNCTION WITH TWO MOTORS}

본 발명은 주기관인 지식경제부의 과제명 '고효율 전동보조 자전거용 하이브리드 SR모터'(과제번호 제0006143호)의 개발을 위해 이루어진 것이다.
본 발명은 2개의 모터를 활용하여 자전거의 추진력을 얻을 수 있는 자전거 모터에 관한 것이고, 더 상세하게 자전거의 평상시 주행에 사용되는 메인동력원의 제1모터와 필요에 따라서 동력을 제공하는 보조동력원의 제2모터가 직렬로 연결되어서 자전거의 추진력을 제공하는 자전거 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 사람이 페달에 가하는 답력으로 주행하는 운송수단으로서 사용된다. 최근에는 전기를 동력으로 사용하여 차륜을 구동시키는 전기 자전거가 개발되고 있다. 이러한 전기 자전거는 동력원인 베터리에서 제어부를 통해 구동원인 모터로 전원이 인가되면, 모터의 회전력이 구동축에 전달되어 자전거의 주행이 가능하게 된다.

대한민국 등록실용신안공보 20-0250475호에는 충전식 밧테리로 작동되는 직류모터의 구동력을 감속기를 통해 토크를 증가시켜 이를 스프로켓에 직접 전달시킴으로써 자전거를 주행시킬 수 있는 구동장치가 개시되어 있다.

대한민국 공개특허 제10-1999-0068826호에는 사용자 임의로 전동모터의 동력을 보조동력이 아닌 주동력으로 사용하여 원거리 이동시 편리하고, 전동기구가 노면의 상태에 직접적으로 영향을 받지 않음으로써 비포장도로에서도 무리없이 사용할 수 있고 또한 전동모터 구동시 페달이 따라 돌지 않음으로써 전동모터 구동시에는 다리를 편안한 상태로 하여 쉬게 할 수 있는 전기자전거가 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0135488호에는 모터 또는 페달의 동력을 변속장치를 통해 바퀴의 허브쉘로 출력시킬 수 있는 허브에 내장되는 변속기가 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022992호에는 별도의 전원인가 조작을 하지 않고도 주행만으로 모터를 구동시킬 수 있고 모터의 역회전시에 이 회전력이 스프로켓에 전달되지 않는 전기자전거가 개시되어 있다.

그러나, 종래의 전기자전거에는 단지 하나의 모터가 장착되어 있으며 이러한 모터의 회전력에 의해서도 자전거의 주행이 어려운 상황에서 효율적으로 사용될 수 없었다.

큰 용량의 모터를 사용하게 되면 언덕길을 용이하게 주행할 수 있지만 평도로를 주행할 때에도 큰 용량의 모터 사용에 의하여 밧테리의 전원을 장시간 사용할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안공보 20-0250475호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0135488호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0135488호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022992호

본 발명은 상술된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 자전거의 평상시 주행에 사용되는 메인동력원의 제1모터와 필요에 따라서 동력을 제공하는 보조동력원의 제2모터가 직렬로 연결되어서 자전거의 추진력을 제공하는 자전거 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 제1모터의 제1회전축과 제2모터의 제2회전축이 유성기어장치와 일방향 클러치를 통해 동력전달이 가능하게 연결되어서 제2모터의 회전력이 제1모터의 회전축에 전달되지만 제1모터의 회전력이 제2모터의 회전축에 전달되지 않는 자전거 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 자전거의 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 자전거 모터는 상기 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되는 제1회전축을 갖는 제1모터와; 상기 제1회전축에 직렬로 배열되는 제2회전축을 갖는 제2모터와; 상기 제1모터와 제2모터 사이에 개재되어서 제2모터의 회전력을 제1모터로 전달시키는 동력전달장치로 구성되고, 상기 동력전달장치는 상기 제2회전축의 주위에 치합가능하게 배열되는 복수개의 유성기어와, 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 내주면에 형성되어 있는 테두리부 및 상기 제1회전축의 타단부가 결합하는 결합부로 구성된 링기어 하우징으로 이루어지고, 상기 링기어 하우징의 결합부에는 일방향 클러치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제1회전축과 제2회전축의 적어도 일단부의 외주면에는 기어가 가공된다.

상기 제1모터와 제2모터를 연결하는 연결 브라켓트를 더 포함하고, 상기 연결 브라켓트의 내부에는 상기 동력전달장치가 배치된다.

본 발명에 따르면, 자전거 모터는 평도로를 주행할 때는 메인 동력원으로 작용하는 제1모터만을 가동시키고 언덕길을 올라갈 때와 같이 더 많은 힘을 요구할 때는 보조 동력원으로 작용하는 제2모터를 가동시키도록 작동하므로 자전거의 주행을 용이하게 할 수 있으면서 밧테리를 상대적으로 장시간 사용하여 주행거리를 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거 모터가 자전거에 장착되는 상태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자전거 모터가 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결된 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 자전거 모터의 단면도이다.
도 4는 일방향 클러치와 링기어 하우징이 서로 분리되어 있는 상태의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라서 제2회전축의 주위에 유성기어가 배열된 상태를 예시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자전거 모터(100)에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 자전거(1)의 프레임에는 구동축(a)이 회전가능하게 장착되고, 구동축(a)의 양단에는 단부에 페달이 설치되어 있는 페달아암이 장착된다. 구동축(a)에는 보스를 매개로 하여 구동 스프로켓(b)이 결합되고, 구동 스프로켓(b)은 체인을 통해서 후륜에 설치된 종동 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결된다. 자전거 탑승자가 페달을 밟으면 구동축(a)이 회전하고, 이러한 구동축(a)의 회전력은 구동 스프로켓(b)을 회전시킴과 동시에 체인을 통해서 종동 스프로켓을 회전시키며 그 결과 자전거의 후륜이 회전하게 된다.

한편, 구동 스프로켓(b)의 일측에는 보스에 고정결합된 기어(c)가 배치될 수 있고, 기어(c)의 기어열에는 본 발명에 따른 자전거 모터(100)의 회전축(12) 단부가 동력전달이 가능하게 연결될 수 있다. 자전거 모터(100)는 자전거(1)의 프레임에 고정설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 자전거 모터(100)는 자전거(1)의 구동 스프로켓(b)에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되는 제1회전축(12)을 갖는 제1모터(10)와, 제1회전축(12)에 직렬로 배열되는 제2회전축(22)을 갖는 제2모터(20)와, 제1모터(10)와 제2모터(20) 사이에 개재되어서 제2모터(20)의 회전력을 제1모터(10)로 전달시키는 동력전달장치(110)로 구성된다.

제1모터(10)와 제2모터(20)는 통상적인 모터의 구조를 갖는다. 예를 들어, 모터는 양단에 단부 브라켓트가 제공된 원통형의 하우징을 갖고, 상기 하우징의 내부에는 고정자와 회전자가 설치된다.

상기 하우징의 내측에 고정되어 있는 고정자는 내측 테두리를 따라서 중공을 형성하는 슬롯이 일정간격으로 형성되어 있는 고정자 철심이 복수개 적층되어 있는 구조이고, 각각의 슬롯에는 고정자 코일이 권선된다. 상기 고정자의 중공부에 각각 위치하는 회전자는 복수개의 전기강판이 적층되어 있는 원통형의 본체를 갖고, 상기 본체의 중앙에 형성된 축홀에는 회전축이 관통한다.

상술된 바와 같이 통상적인 모터의 구조로 이루어진 제1모터(10)와 제2모터 사이에는 제2모터(20)의 회전력을 제1모터(10)로 전달시키는 동력전달장치(110)가 개재된다. 바람직하게, 제1모터(10)의 제1회전축(12)과 제2모터의 제2회전축(22)의 적어도 일단부의 외주면에는 기어가 가공될 수 있다.

동력전달장치(110)는 예를 들어, 제2회전축(22)의 일단부 주위에 치합가능하게 배열되는 복수개의 유성기어(112)와, 유성기어(112)들에 치합하는 기어가 내주면에 형성되어 있고 제1회전축(12)의 타단부가 결합하는 결합부(114b)에는 일방향 클러치(116)가 설치되어 있는 링기어 하우징(114)으로 이루어진다.

도 5를 참조하면, 동력전달장치(110)는 제2회전축(22)이 중앙에 위치하고 그 주위에 복수개의 유성기어(112)가 배치되며, 유성기어(112)들은 링기어 하우징(114)에 의해서 둘러 싸여있는 유성기어장치의 구조를 갖는다. 이때, 제2회전축(22)은 선기어로서 작용한다. 유성기어(112)들은 캐리어(가상선으로 표시됨)에 의해서 서로 결합된 상태로 유지된다. 상기 캐리어가 고정되면 유성기어(112)들의 위치도 고정되며, 이때 제2회전축(22)이 시계방향으로 회전하면 유성기어(112)들은 시계반대방향으로 회전하고 이와 연동하여 링기어 하우징(114)도 시계반대방향으로 회전하게 된다.

링기어 하우징(114)은 도 4에 도시된 바와 같이 내주면에 기어가 가공되어 있고 유성기어(112)가 배치되는 테두리부(114a)와 제1모터(10)의 제1회전축(12)이 결합하는 결합부(114b)로 이루어진다. 링기어 하우징(114)의 결합부(114b)에는 일방향 클러치(116)가 설치되고, 일방향 클러치(116)의 중공부에는 제1모터(10)의 제1회전축(12)이 삽입된다.

일방향 클러치(116)는 제2모터(20)의 제2회전축(22)이 회전함에 따라서 생성되는 회전력이 제1모터(10)의 제1회전축(12)에 전달되는 반면에 제1모터(10)의 제1회전축(12)이 회전함에 따라서 생성되는 회전력이 제2모터(20)의 제2회전축(22)에 전달되지 못하는 구조로 이루어진다.

한편, 제1모터(10)의 하우징과 제2모터(20)의 하우징은 연결 브라켓트(110a)에 의해서 서로 연결된다. 연결 브라켓트(110a)는 그 내부에 동력전달장치(110)가 내장될 수 있는 원통형 구조를 갖는다. 동력전달장치(110)의 링기어 하우징(114)은 연결 브라켓트(110a)의 내부에 회전가능하게 장착된다.

제1모터(10)와 제2모터(20)의 작동은 구동제어부(미도시)에 의해서 제어된다. 상기 구동제어부의 제어동작에 의해서, 제1모터(10)는 상시 작동되도록 제어되는 반면에 제2모터(20)는 필요에 따라서 작동되도록 제어된다.

예를 들어, 상기 구동제어부는 제1모터(10)의 작동에 의한 제1회전축(12)의 회전속도가 기준속도 이하로 떨어지거나 또는 자전거의 주행에 더 많은 회전력이 요구되는 것을 인식하게 되면 제2모터(20)를 작동하도록 제어한다. 예를 들어 모터에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 전류센서(미도시)를 상기 구동제어부에 장착하여서 제1모터(10)에 인가되는 전류치를 측정한다. 상기 전류센서에 의해서 측정된 전류치가 상기 구동제어부에 설정된 기준 전류치를 초과하게 되면 상기 구동제어부는 자전거의 주행에 더 많은 회전력이 요구되는 것으로 인식하여 제2모터(20)를 작동하도록 제어한다. 결과적으로, 제2모터(20)의 작동에 의해서 생성되는 회전력은 동력전달장치(110)를 통해서 제1회전축(12)에 전달된다.

제1모터(10)가 작동하게 되면 제1회전축(12)이 회전함으로써 생성되는 회전력은 제1회전축(12)의 일단부에 결합되어 있는 구동 스프로켓(b)에 전달되지만 제2모터(20)의 제2회전축에는 전달되지 않는다. 이는 일방향 클러치(116)에 의해서 제1회전축(12)의 회전력이 제2회전축에 전달되는 것을 차단하기 때문이다.

이하, 본 발명에 따른 자전거 모터(100)의 작동을 설명한다.

먼저, 자전거(1)를 탑승하고 있는 탑승자의 필요에 의해서 또는 상기 구동제어부의 제어동작에 의해서 제1모터(10)가 작동하게 되면, 제1회전축(12)의 회전력은 구동 스프로켓(b)에 전달되고 이 후에 체인과 종동 스프로켓에 전달되어 자전거가 주행하도록 한다.

이때, 제1회전축(12)의 타단부에 결합되어 있는 일방향 클러치(116)는 자유로이 회전하므로 제1회전축(12)의 회전력은 제2모터(20)의 제2회전축(22)에 전달되지 않는다.

상술된 바와 같이 제1모터(10)의 작동에 의해서 자전거가 주행하는 동안, 상기 구동제어부는 제1모터(10)에 인가되는 전류치를 측정하고 측정된 전류치를 기준 전류치와 비교한다. 비교결과, 측정된 전류치가 기준 전류치를 초과하게 되면 상기 구동제어부는 자전거에 더 많은 회전력이 요구되는 상황으로 인식하여 제2모터(20)가 작동하도록 제어한다. 제1모터(10)가 작동하는 동안 제2모터(20)가 작동하게 되면, 제2회전축(22)이 회전하게 되고 이때 생성되는 제2회전축(22)의 회전력은 동력전달장치를 통해서 제1회전축(12)에 부가된다.

결과적으로, 제1회전축(12)과 제2회전축(22)이 서로 직렬로 배열되어 있는 2개의 모터(10, 20) 중 제1모터(10)가 상시 작동되고 제2모터(20)는 필요에 따라서 작동되므로 충전용량이 한정되어 있는 밧테리의 사용수명을 연장시킬 수 있어서 전기 자전거의 장시간 주행을 가능하게 한다.

상술된 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 첨부된 특허청구범위의 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것은 명백하다.

10, 20 : 모터
12, 22 : 회전축
100 : 자전거 모터
110 : 동력전달장치
112 : 유성기어
114 : 링기어 하우징
116 : 일방향 클러치

Claims (3)

1. 자전거의 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 자전거 모터에 있어서,
   상기 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되는 제1회전축을 갖는 제1모터와;
   상기 제1회전축에 직렬로 배열되는 제2회전축을 갖는 제2모터와;
   상기 제1모터와 제2모터 사이에 개재되어서 제2모터의 회전력을 제1모터로 전달시키는 동력전달장치로 구성되고,
   상기 동력전달장치는 상기 제2회전축의 주위에 치합가능하게 배열되는 복수개의 유성기어와, 상기 유성기어들과 치합하는 기어가 내주면에 형성되어 있는 테두리부 및 상기 제1회전축의 타단부가 결합하는 결합부로 구성된 링기어 하우징으로 이루어지고,
   상기 링기어 하우징의 결합부에는 일방향 클러치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 모터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1회전축과 제2회전축의 적어도 일단부의 외주면에는 기어가 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 모터.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1모터와 제2모터를 연결하는 연결 브라켓트를 더 포함하고, 상기 연결 브라켓트의 내부에는 상기 동력전달장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거 모터.
   

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