KR101224443B1 - 2개 드라이브의 감속기능을 겸비한 자전거용 드라이브 시스템 - Google Patents

2개 드라이브의 감속기능을 겸비한 자전거용 드라이브 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 관한 것으로서, 회전자와 고정자를 각각 갖는 제1모터부 및 제2모터부와, 제1모터부와 제2모터부를 관통하여 자전거의 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축으로 구성된 이중모터와; 이중모터의 작동을 제어하는 제어부로 이루어지고, 제어부는 제1모터부의 제1회전자를 정방향으로 가동시켜 자전거를 주행시키는 단계와; 자전거의 주행속도를 측정하는 단계와; 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 단계와; 비교 결과 주행속도가 기준속도를 초과하면 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시켜 자전거의 주행속도를 감속시키는 단계로 이루어진 제어과정을 통해서 자전거의 주행속도를 조절하는 것을 특징으로 하므로, 서로 직렬로 연결되어 있는 정방향으로 가동하는 제1모터부와 역방향으로 가동하는 제2모터부의 작동을 제어함으로써 전기 자전거의 주행속도를 효과적으로 제어할 수 있다.

Description

2개 드라이브의 감속기능을 겸비한 자전거용 드라이브 시스템{DRIVE SYSTEM FOR BICYCLE HAVING DECELERATING FUNCING OF TWO DRIVE}
본 발명은 주기관인 지식경제부의 과제명 '고효율 전동보조 자전거용 하이브리드 SR모터'(과제번호 제0006143호)의 개발을 위해 이루어진 것이다.
본 발명은 모터의 구동을 제어하여 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 관한 것이고, 더 상세하게 2개의 모터가 직렬로 연결되어 있는 이중모터의 작동을 조절하여 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 자전거용 드라이브 시스템에 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 공개특허공보 제10-2003-0024010호에는 전기 자전거의 모터를 구동하여 전기 자전거를 소정 비율 이상 가속할 경우에 공급되는 전원을 효율적으로 제어공급할 수 있는 전기자전거의 가속제어시스템이 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.
상술된 선행특허문헌에 나타난 바와 같이 전기 자전거에 있어서 모터의 기능은 자전거의 주행속도를 증가시키는 것이였으며, 주행중인 자전거의 주행속도를 감속시키기 위해서는 자전거의 브레이크를 조작하였다. 즉, 핸들에 설치되어 있는 브레이크 레버를 조작하여 브레이크 패드를 전륜 또는 후륜의 휠에 접촉시킴으로써 주행중인 자전거의 주행속도를 감속시켰다.
종래에는 모터의 구동속도를 조절함으로써 자전거의 주행속도를 감속시킬 수 있는 기술이 개발되어 있지 않았다. 따라서, 자전거의 주행속도를 증가시키거나 또는 감속시킬 수 있는 모터의 개발이 요구되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0024010호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0135488호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022992호
본 발명은 상술된 바와 같은 종래의 요구사항을 만족시키기 위하여 제안된 것으로, 자전거의 주행속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 감속시킬 수 있도록 모터의 작동을 제어할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 2개의 모터가 서로 직렬로 연결되어 있는 이중모터의 작동을 제어하여 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이중모터를 구성하고 있는 제1모터와 제2모터의 회전방향을 반대로 유지하여 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 회전자와 고정자를 각각 갖는 제1모터부 및 제2모터부와, 상기 제1모터부와 제2모터부를 관통하여 자전거의 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축으로 구성된 이중모터와; 상기 이중모터의 작동을 제어하는 제어부로 이루어져서 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1모터부의 제1회전자를 정방향으로 가동시켜 상기 자전거를 주행시키는 주행단계와; 상기 주행단계에서 주행하는 자전거의 주행속도를 측정하는 제1측정단계와; 상기 제1측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제1비교단계와; 상기 제1비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도를 초과하면 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시켜 상기 자전거의 주행속도를 감속시키는 감속단계와; 상기 제2모터부의 제2회전자가 역방향으로 가동하는 동안 자전거의 주행속도를 측정하는 제2측정단계와; 상기 제2측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제2비교단계와; 상기 제2비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도 이하이면 상기 제2모터부의 제2회전자의 가동을 중지시키는 중지단계로 이루어진 제어과정을 통해서 상기 자전거의 주행속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부의 제어과정은 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시키기 전에 상기 제1모터부의 제1회전자의 가동을 중지시키는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 회전자와 고정자를 각각 갖는 제1모터부 및 제2모터부와, 상기 제1모터부와 제2모터부를 관통하여 자전거의 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축으로 구성된 이중모터와; 상기 이중모터의 작동을 제어하는 제어부로 이루어져서 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1모터부의 제1회전자를 정방향으로 가동시켜 상기 자전거를 주행시키는 주행단계와; 상기 자전거의 주행속도를 측정하는 제1측정단계와; 상기 제1측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제1비교단계와; 상기 제1비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도를 초과하면 상기 제1모터부의 제1회전자의 가동을 중지시킨 후 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시켜 상기 자전거의 주행속도를 감속시키는 감속단계로 이루어진 제어과정을 통해서 상기 자전거의 주행속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 서로 직렬로 연결되어 있는 정방향으로 가동하는 제1모터부와 역방향으로 가동하는 제2모터부의 작동을 제어함으로써 전기 자전거의 주행속도를 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드라이브 시스템이 적용되는 이중모터가 자전거에 장착되는 상태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 드라이브 시스템이 적용되는 이중모터가 스프로켓에 동력전달이 가능하게 연결된 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 드라이브 시스템이 적용되는 이중모터의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라서 자전거의 주행속도를 조절하기 위하여 이중모터에 적용되는 제어방법의 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자전거용 드라이브 시스템에 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 자전거용 드라이브 시스템을 구성하고 있는 이중모터(100)의 회전축(102) 단부가 동력전달이 가능하게 연결될 수 있다. 이중모터(100)는 자전거(1)의 프레임에 고정설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템은 회전자(116, 126)와 고정자(118, 128)를 각각 갖는 제1모터부(110) 및 제2모터부(120)와, 제1모터부(110)와 제2모터부(120)를 관통하여 자전거(1)의 스프로켓(b)에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축(102)으로 구성된 이중모터(100)와; 이중모터(100)의 작동을 제어하는 제어부(미도시)로 이루어진다.
제1모터부(110)는 제1고정자(118) 및 제1회전자(116)가 내부에 설치되어 있는 원통형의 제1하우징(112)과, 제1하우징(112)의 양단에 제공된 제1단부 브라켓트(114a, 114b)를 갖는다. 제2모터부(120)는 제2고정자(128) 및 제2회전자(126)가 내부에 설치되어 있는 원통형의 제2하우징(122)과, 제2하우징(122)의 양단에 제공된 제2단부 브라켓트(124a, 124b)를 갖는다.
고정자(118, 128) 각각은 하우징(112, 122)의 내측에 고착된 상태로 유지된다. 고정자(118, 128) 각각은 내측 테두리를 따라서 중공을 형성하는 슬롯이 일정간격으로 형성되어 있는 고정자 철심이 복수개 적층되어 있는 구조이고, 각각의 슬롯에는 고정자 코일이 권선되어 있다.
제1회전자(116)와 제2회전자(126)는 대응하는 고정자(118, 128)의 중공부에 각각 위치한다. 회전자(116, 126) 각각은 복수개의 전기강판이 적층되어 있는 원통형의 본체를 갖고, 상기 본체의 중앙에는 축홀(미도시)이 형성된다. 그리고, 회전자(116, 126) 본체의 테두리에는 영구자석(미도시)이 설치된다.
이때, 제1모터부(110)와 제2모터부(120)가 모터 결합용 브라켓트(130)에 의해 서로 직렬로 결합된 상태에서 모터부(110, 120) 각각의 회전자(116, 126)에 형성된 축홀에는 회전축(102)이 관통한다. 회전축(102)의 일단부는 자전거(1)의 스프로켓(b)에 동력전달이 가능하게 연결된다. 회전축(102)은 하나의 샤프트로 구성될 수 있지만, 제1회전자(116)를 관통하는 제1샤프트와 제2회전자(126)를 관통하는 제2샤프트가 커플링(미도시)에 의해서 연결된 상태로도 제공될 수 있다. 회전축(102)은 제1모터부(110)의 단부 브라켓트(114a, 114b)에 제공된 베어링과 제2모터부(120)의 단부 브라켓트(124a, 124b)에 제공된 베어링에 회전가능하게 지지된다.
자전거(1)의 주행상태에 따라서 이중모터(100)의 작동을 제어하는 상기 제어부의 제어과정은 다음과 같다.
먼저, 제1모터부(110)의 제1회전자(116)를 정방향으로 가동시켜 자전거(1)를 주행시킨다. 제1회전자(116)가 정방향으로 회전하여 회전축(102)이 정방향으로 회전하면 회전축(102)의 회전력은 자전거(1)의 스프로켓(b)에 전달되어 자전거(1)가 주행하게 된다.
이 후, 자전거(1)의 주행속도를 측정하고, 측정된 주행속도와 기준속도를 비교한다. 비교 결과, 주행속도가 기준속도를 초과하면 제2모터부(120)의 제2회전자(126)를 역방향으로 가동시켜 자전거(1)의 주행속도를 감속시킨다.
즉, 제2회전자(126)가 역방향으로 가동하게 되면 정방향으로 회전하고 있는 회전축(102)에 역방향의 힘이 인가되고, 이러한 역방향 회전력은 브레이크 작용을 하여서 정방향 회전력을 감소시키며 결과적으로 자전거(1)의 주행속도를 감속시키게 된다.
한편, 상기 제어부의 제어과정은 제2모터부(120)의 제2회전자(126)가 역방향으로 가동하는 동안 자전거(1)의 주행속도를 측정하는 단계와, 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 단계와, 비교 결과 주행속도가 기준속도 이하이면 제2모터부(120)의 제2회전자(126)의 가동을 중지시키는 단계를 더 포함한다. 이는 자전거(1)의 주행상태를 최적으로 유지하고 또한 이중모터(100)가 무의미하게 구동하는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기 제어부의 제어과정은 제2모터부(120)의 제2회전자(126)를 역방향으로 가동시키기 전에 제1모터부(110)의 제1회전자(116)의 가동을 중지시키는 단계를 더 포함한다. 이는 제2회전자(126)의 역방향 가동에 의한 브레이크 효과를 최대한으로 나타내기 위함이다.
이하, 본 발명에 따른 자전거용 드라이브 시스템의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 자전거(1)를 탑승하고 있는 탑승자의 필요에 의해서 또는 상기 구동제어부의 제어동작에 의해서 제1모터부(110)의 제1회전자(116)가 정방향으로 작동하게 되면, 제1회전축(102)의 회전력은 구동 스프로켓(b)에 전달되고 이 후에 체인과 종동 스프로켓에 전달되어 자전거가 주행하도록 한다.
한편, 자전거(1)가 언덕길을 내려오는 경우와 같이 자전거(1)의 주행속도가 과속인 경우에, 탑승자는 브레이크를 작동시키는 대신에 본 발명에 따라서 이중모터의 작동을 제어하여 자전거(1)의 주행속도를 감속시킬 수 있다.
즉, 제어부는 주행속도가 기준속도를 초과하게 되면 제1모터부(110)의 제1회전자(116)의 작동을 중지시키고 제2모터부(120)의 제2회전자(126)를 역방향으로 가동시켜서 정방향으로 회전하는 회전축(102)에 역방향의 회전력이 인가되도록 한다. 이러한 역방향 회전력은 브레이크 작용을 하게 되어 자전거(1)의 주행속도가 감속된다.
상술된 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 첨부된 청구범위의 사상에서 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 명백하게 인식할 수 있을 것이다.
100 : 이중모터
102 : 회전축
110, 120 : 모터부
116, 126 : 회전자
118, 128 : 고정자

Claims (3)

  1. 회전자와 고정자를 각각 갖는 제1모터부 및 제2모터부와, 상기 제1모터부와 제2모터부를 관통하여 자전거의 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축으로 구성된 이중모터와; 상기 이중모터의 작동을 제어하는 제어부로 이루어져서 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1모터부의 제1회전자를 정방향으로 가동시켜 상기 자전거를 주행시키는 주행단계와; 상기 주행단계에서 주행하는 자전거의 주행속도를 측정하는 제1측정단계와; 상기 제1측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제1비교단계와; 상기 제1비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도를 초과하면 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시켜 상기 자전거의 주행속도를 감속시키는 감속단계와; 상기 제2모터부의 제2회전자가 역방향으로 가동하는 동안 자전거의 주행속도를 측정하는 제2측정단계와; 상기 제2측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제2비교단계와; 상기 제2비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도 이하이면 상기 제2모터부의 제2회전자의 가동을 중지시키는 중지단계로 이루어진 제어과정을 통해서 상기 자전거의 주행속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자전거용 드라이브 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어과정은 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시키기 전에 상기 제1모터부의 제1회전자의 가동을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 드라이브 시스템.
  3. 회전자와 고정자를 각각 갖는 제1모터부 및 제2모터부와, 상기 제1모터부와 제2모터부를 관통하여 자전거의 스프로켓에 일단부가 동력전달이 가능하게 연결되어 있는 회전축으로 구성된 이중모터와; 상기 이중모터의 작동을 제어하는 제어부로 이루어져서 자전거의 주행속도를 조절할 수 있는 자전거용 드라이브 시스템에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1모터부의 제1회전자를 정방향으로 가동시켜 상기 자전거를 주행시키는 주행단계와; 상기 자전거의 주행속도를 측정하는 제1측정단계와; 상기 제1측정단계에서 측정된 주행속도와 기준속도를 비교하는 제1비교단계와; 상기 제1비교단계에서의 비교 결과 주행속도가 기준속도를 초과하면 상기 제1모터부의 제1회전자의 가동을 중지시킨 후 상기 제2모터부의 제2회전자를 역방향으로 가동시켜 상기 자전거의 주행속도를 감속시키는 감속단계로 이루어진 제어과정을 통해서 상기 자전거의 주행속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자전거용 드라이브 시스템.
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