KR101358351B1 - 전기 자전거 - Google Patents

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KR101358351B1
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Abstract

본 발명은 전기 자전거를 개시한다. 상기 전기 자전거는 배터리와, 후륜과 전륜 및 안장과 핸들부를 지지하는 프레임부와, 구동유닛과, 전동모터를 포함하는 전동유닛과, 상기 배터리와 상기 전동유닛의 전동모터 간의 전류흐름을 단속하는 모드 스위치를 포함하는 전기 자전거에 있어서, 상기 프레임부(10)는 입구(51a)를 갖는 배터리 수납부(51b)를 구비하고 프레임 자체의 지지기능을 수행하며, 상기 입구(51a)를 통해 상기 배터리 수납부(51b) 내에 상기 배터리(5)를 수용하는 배터리 튜브프레임(51); 및 상기 배터리 튜브프레임(51)에 분리 가능하게 고정되고 상기 배터리 튜브프레임의 입구(51a)를 개폐시키는 커버(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 종래 기술에 비해 전기 자전거의 구조를 단순화시키고 사용하기에도 매우 편리하게 한다. 또한 본 발명은 프레임부의 강성도를 충분히 유지 가능하게 하면서 제작 및 설치하기도 편리하게 하며, 휴대성과 보관성 측면에서 사용자의 요구를 크게 만족시킨다.

Description

전기 자전거{ELECTRIC BICYCLE}
본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자전거의 하부 튜브프레임 자체에 적어도 하나의 배터리 수납 구조를 제공하여, 전기 자전거의 구조를 단순화시키고 사용하기에도 매우 편리하며, 휴대성과 보관성 측면에서 사용자의 요구를 만족시킬 수 있는 전기 자전거에 관한 것이다.
근래 들어, 고공 행진하는 고유가, 극심한 교통정체, 수많은 차량들로부터 배출되는 배기가스에 의한 환경오염 등의 문제가 개인적으로나 국가적으로 심각하게 대두되고 있으며, 이는 현재 세대 뿐만 아니라 미래 세대를 위해서도 시급히 해결되어야할 사안이다.
이에 일각에서는 화석연료를 사용하는 기존의 교통수단을 일부 대신할 수 있고 기존의 수동식 자전거에 비해 힘이 적게 들며, 필요에 따라 수동 또는 자동 모드로 변경시킬 수 있고 이용자의 건강관리에도 일부 기여할 수 있는 전기 자전거 등에 대한 관심이 크게 증대되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 자전거를 보여주는 개략 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전기 자전거(1)는 크게, 후륜(2), 전륜(3), 안장(4), 프레임부(10), 구동유닛(20), 배터리(5), 전동유닛(30) 및 핸들부(40)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 프레임부(10)는 상부 튜브프레임(11), 하부 튜브프레임(12) 및 안장지지 튜브프레임(13)로 구성되는 삼각형 프레임 구조를 갖는다. 또한 상기 프레임부(10)는 상기 후륜(2)측으로 뻗는 안장스테이(seat stay)(14)와, 상기 전륜(3)측으로 뻗는 전방스테이(front stay)(15)를 더 포함한다. 상기 전방스테이(15)는 단순히 지지기능만을 수행하는 지지컬럼 또는 지지기능과 충격흡수 기능을 갖는 쇼크 업소버(또는 프론트 서스펜션) 형태로 이루어진다.
상기 구동유닛(20)은 페달, 암, 스프로킷, 체인 등을 포함한다. 상기 전동유닛(30)은 상기 배터리(5)와 전기적으로 연결되는 전동모터(31), 기어박스(32), 스프로킷, 체인 등을 포함한다. 상기 핸들부(40)에는 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)와 상기 배터리(5) 간의 전류흐름을 제어하는 모드 스위치(41)가 장착된다.
위와 같은 전기 자전거(1)는 상기 핸들부(40)의 모드 스위치(41)의 설정위치에 따라 수동모드의 전기 자전거 또는 자동모드의 전기 자전거로 선택적으로 사용된다.
상기 핸들부(40)의 모드 스위치(41)를 오프상태로 설정한 상태에서 페달을 밟으면, 상기 페달을 통해 상기 구동유닛(20)의 스프로킷으로 가해지는 회전력이 체인을 통해 후륜(2)으로 전달되어 상기 전기 자전거(1)가 전진될 수 있게 된다.
그 반대로, 상기 핸들부(40)의 모드 스위치(41)를 온상태로 위치시키면, 상기 배터리(5)로부터 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)로 전류가 인가되어 상기 전동모터(31)가 회전될 수 있게 된다. 그러면 상기 전동모터(31)의 회전속도가 기어박스(32)를 통해 감속되면서 구동 토크가 증가되고 이러한 증가된 구동 토크는 상기 전동유닛(30)의 체인을 통해 상기 구동유닛(20)의 스프로킷을 회전시킨다. 이어서 상기 스프로킷의 회전력은 상기 구동유닛(20)의 체인을 통해 후륜(2)으로 전달되어 상기 전기 자전거(1)가 전진될 수 있게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 전기 자전거(1)는 위와 같이 수동모드와 자동모드 중의 하나를 자유롭게 선택하여 운행하는 편리성이 있지만 배터리(5)가 상부 튜브프레임(11)에 매달리는 형태로 장착되는 데다 상기 상부 튜브프레임(11)의 주위공간을 크게 차지하고 있기 때문에, 상기 전기 자전거(1)의 구조가 비교적 복잡하고 사용자의 다리부분과의 간섭 우려가 있어 매우 불편한 문제가 있다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리 수납 구조를 보다 단순화시키고 이를 통해 사용하기에도 매우 편리한 전기 자전거를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구조적으로 프레임부의 강성도를 충분히 유지 가능하게 하면서 제작 및 설치하기도 매우 편리한 전기 자전거를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 휴대성과 보관성 측면에서 사용자의 요구를 만족시킬 수 있는 전기 자전거를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 배터리와, 후륜과 전륜 및 안장과 핸들부를 지지하는 상부 프레임부를 포함하는 프레임부와, 상기 상부 프레임부의 하측부에 지지되어 상기 후륜을 구동시킬 수 있는 구동유닛과, 상기 프레임부에 지지되며, 상기 배터리와 전기적으로 연결되는 전동모터 및 상기 전동모터의 출력단과 연결되는 기어박스를 구비하는 전동유닛과, 상기 배터리와 상기 전동유닛의 전동모터 간의 전류 흐름을 단속하는 모드 스위치를 포함하는 전기 자전거에 있어서,
상기 프레임부는,
배터리를 넣는 입구를 하부측에 갖는 배터리 수납부를 구비하고 프레임 자체의 지지기능을 수행하며 상기 입구를 통해 상기 배터리 수납부 내에 상기 배터리를 수용하는 배터리 튜브프레임;
상기 배터리 튜브프레임의 하부측에 분리 가능하게 고정되고 상기 배터리 튜브프레임의 입구를 개폐시키는 커버;를 포함하여 이루어지며,
상기 프레임부는, 상부 튜브프레임; 그리고 상단부가 상기 핸들부측으로 뻗고 하단부가 상기 구동유닛측으로 뻗는 하부 튜브프레임; 및 상기 안장을 지지하는 안장지지 튜브프레임으로 구성되는 일체화된 삼각형 형태를 이루며, 상기 하부 튜브프레임이 상기 배터리 튜브프레임;인 것을 포함하고,
상기 전동유닛은 상기 후륜, 상기 전륜, 또는 상기 구동유닛 중의 어느 하나를 구동시키도록 구성되며,
상기 배터리 튜브프레임은 외면에 복수의 냉각핀(cooling fins)과 복수의 통공(vent holes)을 포함하고,
상기 배터리 튜브프레임의 입구는 경사면으로 형성되며,
상기 커버는 하단부가 상기 배터리 튜브프레임에 고정되고 선단부에 나사부를 갖는 복수의 스터드볼트와, 상기 스터드볼트가 삽입되도록 상기 커버에 형성되는 복수의 관통공과, 상기 스터드볼트의 선단 나사부에 고정되는 너트로 구성된 전기 자전거를 특징으로 한다.
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본 발명은 프레임부의 일부분에 배터리 수납부의 역할과 프레임 자체의 지지기능을 수행하는 배터리 튜브프레임과 상기 배터리 튜브프레임의 입구를 개폐하는 커버를 제공하여, 종래 기술에 비해 배터리가 장착되는 전기 자전거의 구조를 보다 단순화시키고 사용하기에도 매우 편리하게 한다.
또한 본 발명은 위와 같은 배터리 튜브프레임과 상기 배터리 튜브프레임의 입구를 개폐하는 커버를 제공하여, 상기 프레임부의 강성도를 충분히 유지 가능하게 하면서 제작 및 설치하기도 편리하게 하며, 휴대성과 보관성 측면에서 사용자의 요구를 크게 만족시킨다.
또한 본 발명은 배터리 튜브프레임에 복수의 냉각핀 및/또는 통공을 더 제공하여, 상기 복수의 냉각핀을 통해 상기 배터리 튜브프레임에 다량의 저온의 외부 공기를 접촉시키고, 상기 복수의 통공을 통해 저온의 외부 공기를 상기 배터리 튜브프레임 내의 데워진 배터리와 직접적으로 접촉시켜 상기 배터리를 적절히 냉각시킬 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 자전거를 보여주는 개략 정면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 자전거를 보여주는 개략 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 자전거의 배터리 튜브프레임의 하부를 보여주는 개략 사시도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 자전거를 보여주는 개략 정면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기 자전거를 보여주는 개략 정면도.
이하, 본 발명에 따른 전기 자전거의 제1 실시예 내지 제3 실시예의 각 실시예를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 자전거(1A)는 배터리(5)와, 후륜(2)과 전륜(3) 및 안장(4)과 핸들부(40)를 지지하는 상부 프레임부(50)를 포함하는 프레임부(10)와, 상기 상부 프레임부(50)의 하측부에 지지되어 상기 후륜(2)을 구동시킬 수 있는 구동유닛(20)과, 상기 프레임부(10)에 지지되며, 상기 배터리(5)와 전기적으로 연결되는 전동모터(31) 및 상기 전동모터(31)의 출력단과 연결되는 기어박스(32)를 구비하는 전동유닛(30)과, 상기 배터리(5)와 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31) 간의 전류흐름을 단속하는 모드 스위치(41)를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 전기 자전거(1A)의 프레임부(10)는 상부 튜브프레임(11)으로 되는 상부 프레임부(50), 배터리 튜브프레임(51) 및 커버(60)를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 튜브프레임(51)은 입구(51a)를 갖는 배터리 수납부(51b)를 구비하고 프레임 자체의 지지기능을 수행하며, 상기 입구(51a)를 통해 상기 배터리 수납부(51b) 내에 상기 배터리(5)를 수용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 커버(60)는 상기 배터리 튜브프레임(51)에 분리 가능하게 고정되고 상기 배터리 튜브프레임(51)의 입구(51a)를 개폐시키는 기능을 수행한다. 상기 커버(60)는 상기 배터리 튜브프레임(51)에 예컨대 스터드볼트와 너트, 또는 경첩과 록커 등을 매개로 하여 분리 가능하게 고정된다.
상기 스터드볼트-너트 고정방식에서, 상기 스터드볼트(70)는 하단부가 상기 배터리 튜브프레임(51)에 용접되고 상단 나사부가 상기 커버(60)의 관통공(60a)을 통해 끼워지며, 상기 너트(71)는 상기 스터드볼트(70)의 상단 나사부에 고정된다. 상기 경첩-록커 고정방식에서, 상기 경첩(미도시)은 상기 커버(60)의 후단부를 상기 배터리 튜브프레임(51)에 대해 회전 가능하게 고정하고 상기 록커(미도시)는 상기 커버(60)의 선단부를 상기 배터리 튜브프레임(51)에 분리 가능하게 고정한다. 상기 록커는 잠금부와 상기 잠금부에 결합되거나 그로부터 해제되는 걸이부를 포함한다. 한편, 과충전 또는 과방전으로부터 배터리를 보호하는 보호회로는 상기 배터리(5)에 패키지 형태로 제공되거나 상기 배터리 튜브프레임(51) 내에 별도로 제공된다.
한편, 상기 배터리 튜브프레임(51)의 입구(51a)와 상기 커버(60)는 도 2 내지 도 5에서 상기 배터리 튜브프레임(51)의 하단에 설치된 타입의 예를 나타내었지만, 상기 배터리 튜브프레임(51)의 측면, 또는 상단에 설치되는 것도 가능하다.
위와 같이 본 발명에 따른 전기 자전거(1A)는 상기 프레임부(10)의 일부분에 배터리를 수납하는 역할과 프레임 자체의 지지기능을 수행하는 배터리 튜브프레임(51)이 제공되고 상기 배터리 튜브프레임(51)의 일부분에 상기 배터리 튜브프레임의 입구(51a)를 개폐시키는 커버(60)가 분리 가능하게 제공되어, 종래 기술에 비해 전기 자전거의 구조를 보다 단순화시키고 사용하기에도 매우 편리하다. 또한 본 발명에 따른 전기 자전거(1A)는 위와 같은 유리한 점들 외에도 구조적으로 상기 프레임부(10)의 강성도를 충분히 유지 가능하게 할 뿐만 아니라 제작 및 설치하기도 매우 편리하다. 또한 본 발명에 따른 전기 자전거(1A)는 상기 배터리(5)가 상기 배터리 튜브프레임(51) 내에 안정되게 내장되어 휴대성과 보관성 측면에서 사용자의 요구를 크게 만족시킨다.
또한 본 발명에 따른 전기 자전거는 위와 같은 기본구성에 아래와 같은 실시예들로 더 구체화된 형태로 제공될 수 있다.
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상기 프레임부(10)는 상부 튜브프레임(11)과, 상단부가 상기 핸들부(40)측으로 뻗고 하단부가 상기 구동유닛(20)측으로 뻗는 하부 튜브프레임과, 안장(4)을 지지하는 안장지지 튜브프레임(13)으로 구성되는 일체화된 삼각형 형태를 이루며, 상기 배터리 튜브프레임(51)은 상기 하부 튜브프레임을 이룬다. 위와 같이 상기 배터리 튜브프레임(51)은 프레임 자체의 지지기능과 상기 배터리(5)를 수납하는 수납 케이스의 역할을 수행하여 상기 전기 자전거(1A)의 구조를 단순화시킨다.
상기 전동유닛(30)은 상기 후륜(2), 상기 전륜(3), 또는 상기 구동유닛(20) 중의 어느 하나를 구동시키는 형태로 제공될 수 있다. 위의 세 가지 경우의 실시예들 중에서, 도 2는 상기 전동유닛에 의해 후륜이 구동되는 경우를 보인 것이고, 도 4는 상기 전동유닛에 의해 전륜이 구동되는 경우를 보인 것이며, 도 5는 상기 전동유닛에 의해 구동유닛이 구동되는 경우를 보인 것이다.
또한 상기 전동유닛(30)과 상기 후륜(2), 상기 전동유닛(30)과 상기 전륜(3), 또는 상기 전동유닛(30)과 상기 구동유닛(20)은 구동 기어(또는 피니언) 대 피동 기어, 또는 체인을 매개로 하는 구동 스프로킷 대 피동 스프로킷의 관계로 연결될 수 있다.
상기 배터리 튜브프레임(51)은 상기 배터리(5)의 과열을 방지할 수 있도록 상기 배터리 튜브프레임의 외면에 복수의 냉각핀(미도시)을 더 포함하는 형태로 제공될 수 있다. 다른 실시예로, 상기 배터리 튜브프레임(51)은 외부 공기를 통해 상기 배터리(5)를 냉각시킬 수 있도록 복수의 통공(미도시)을 더 포함하는 형태로 제공될 수 있다. 상기 배터리 튜브프레임(51)의 냉각핀 구조와 상기 통공 구조는 독립적으로 또는 조합된 형태로 제공될 수 있다.
또한 상기 배터리 튜브프레임(51)의 입구(51a)는 상기 배터리 튜브프레임(51)의 배터리 수납부(51b) 내에 상기 배터리(5)를 용이하게 장착시키거나 그로부터 상기 배터리(5)를 편리하게 인출시킬 수 있도록 경사면 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 다른 실시예로, 상기 배터리 튜브프레임(51)은 전술한 실시예에서와 같이 하나의 긴 배터리 튜브프레임 형태 외에도, 두 개의 배터리 튜브프레임 형태로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 두 배터리 튜브프레임 형태의 구조의 경우, 일측 배터리 튜브프레임의 하단부의 외주면과 타측 배터리 튜브프레임의 상단부의 대응 외주면이 용접 등을 통해 상호 고정되고 상기 두 배터리 튜브프레임의 입구에는 각각 커버가 분리 가능하게 고정된다.
본 발명에 따른 전기 자전거의 작동을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
전기 자전거(1A)에서, 배터리 튜브프레임(51) 내의 배터리(5)와 전동유닛(30)의 전동모터(31) 간의 전기회로는 미리 전선의 배설을 통해 형성되어 있다.
먼저, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 튜브프레임(51)의 커버(60)를 개방한 상태에서, 상기 배터리 튜브프레임(51) 내에 배터리(5)를 장착한 후 상기 커버(60)를 상기 배터리 튜브프레임(51)에, 예컨대 스터드볼트와 너트, 또는 경첩과 록커 등을 매개로 하여 고정하거나 잠근다.
그러면, 상기 배터리(5)는 예컨대, 핸들부(40)에 설치된 모드 스위치(41)의 조작을 통해 전동유닛(30)의 전동모터(31)와 전기적으로 연결되거나 차단될 수 있게 된다.
이러한 상태에서, 안장(4)에 걸터앉은 후 상기 핸들부(40)의 모드 스위치(41)를 오프상태로 설정한 상태에서 페달을 밟으면, 상기 페달을 통해 구동유닛(20)의 스프로킷으로 가해지는 회전력이 체인을 통해 후륜(2)으로 전달되어 상기 전기 자전거(1A)가 전진될 수 있게 된다.
그와는 달리, 상기 핸들부(40)의 모드 스위치(41)를 온상태로 위치시키면, 상기 배터리(5)로부터 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)로 전류가 인가되어 상기 전동모터(31)가 회전될 수 있게 된다.
이때, 일례로, 상기 전동유닛(30)이 도 2에 도시된 바와 같이 상기 상부 프레임부(50)와 연결된 안장스테이(14)에 장착된 경우, 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)는 구동 기어(또는 피니언) 대 피동 기어의 관계로 상기 후륜(2)의 축샤프트에 제공되는 피동기어를 회전시킬 수 있게 된다.
다른 예로, 상기 전동유닛(30)이 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상부 프레임부(50)와 연결된 전방스테이(15)에 장착된 경우, 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)는 구동 기어(또는 피니언) 대 피동 기어의 관계로 연결되어 상기 전륜(3)의 축샤프트에 제공되는 피동기어를 회전시킬 수 있게 된다. 상기 전방스테이(15)는 단순히 지지기능만을 수행하는 지지 컬럼이거나 또는 지지기능과 충격흡수 기능을 갖는 쇼크 업소버(또는 프론트 서스펜션)일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 전동유닛(30)이 도 5에 도시된 바와 같이 상기 프레임부(10)의 배터리 튜브프레임(51)에 장착된 경우, 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)는 체인을 매개로 한 구동 스프로킷 대 피동 스프로킷의 관계로 연결되어 상기 구동유닛(20)의 스프로킷(미도시)을 구동시킬 수 있게 된다.
그러면, 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31)로부터 제공되는 회전력이 상기 구동유닛(20)의 체인을 통해 후륜(2)으로 전달되어 상기 전기 자전거(1A)가 전진될 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
1A: 전기 자전거 2: 후륜
3: 전륜 4: 안장
5: 배터리 11: 상부 튜브프레임
13: 안장지지 튜브프레임 14: 안장스테이
15: 전방스테이 20: 구동유닛
30: 전동유닛 31: 전동모터
32: 기어박스 40: 핸들부
41: 모드 스위치 50: 상부 프레임부
51: 배터리 튜브프레임 51a: 입구
51b: 배터리 수납부 60: 커버

Claims (8)

  1. 배터리(5)와, 후륜(2)과 전륜(3) 및 안장(4)과 핸들부(40)를 지지하는 상부 프레임부(50)를 포함하는 프레임부(10)와, 상기 상부 프레임부(50)의 하측부에 지지되어 상기 후륜(2)을 구동시킬 수 있는 구동유닛(20)과, 상기 프레임부(10)에 지지되며, 상기 배터리(5)와 전기적으로 연결되는 전동모터(31) 및 상기 전동모터(31)의 출력단과 연결되는 기어박스(32)를 구비하는 전동유닛(30)과, 상기 배터리(5)와 상기 전동유닛(30)의 전동모터(31) 간의 전류 흐름을 단속하는 모드 스위치(41)를 포함하는 전기 자전거에 있어서,
    상기 프레임부(10)는,
    상기 배터리(5)를 넣는 입구(51a)를 하부측에 갖는 배터리 수납부(51b)를 구비하고 프레임 자체의 지지기능을 수행하며 상기 입구(51a)를 통해 상기 배터리 수납부(51b) 내에 상기 배터리(5)를 수용하는 배터리 튜브프레임(51);
    상기 배터리 튜브프레임(51)의 하부측에 분리 가능하게 고정되고 상기 배터리 튜브프레임(51)의 입구(51a)를 개폐시키는 커버(60);를 포함하여 이루어지며,
    상기 프레임부(10)는, 상부 튜브프레임(11); 그리고 상단부가 상기 핸들부(40)측으로 뻗고 하단부가 상기 구동유닛(20)측으로 뻗는 하부 튜브프레임; 및 상기 안장(4)을 지지하는 안장지지 튜브프레임(13)으로 구성되는 일체화된 삼각형 형태를 이루며, 상기 하부 튜브프레임이 상기 배터리 튜브프레임(51);인 것을 포함하고,
    상기 전동유닛(30)은 상기 후륜(2), 상기 전륜(3), 또는 상기 구동유닛(20) 중의 어느 하나를 구동시키도록 구성되며,
    상기 배터리 튜브프레임(51)은 외면에 복수의 냉각핀(cooling fins)과 복수의 통공(vent holes)을 포함하고,
    상기 배터리 튜브프레임(51)의 입구(51a)는 경사면으로 형성되며,
    상기 커버(60)는 하단부가 상기 배터리 튜브프레임(51)에 고정되고 선단부에 나사부를 갖는 복수의 스터드볼트(70)와, 상기 스터드볼트가 삽입되도록 상기 커버(60)에 형성되는 복수의 관통공(60a)과, 상기 스터드볼트의 선단 나사부에 고정되는 너트(71)로 구성된 전기 자전거.
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