KR101383213B1 - 전기 자전거 및 그 제어방법 - Google Patents

전기 자전거 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일상생활에서 흔히 쓰이는 스마트폰 등의 휴대용 기기를 이용하여 모터의 락 체결 및 해제가 이루어지는 전기 자전거 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 모터에 의해 구동되는 전기 자전거는, 휴대용 기기를 거치하는 휴대용 기기 거치대; 상기 모터에 락(lock)을 체결하거나 해제하는 모터 락킹(locking)부; 및 상기 휴대용 기기 거치대에 거치된 휴대용 기기의 정보에 따라 상기 모터 락킹부를 제어하여 상기 모터에 락을 체결하거나 해제하도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자전거 및 그 제어방법{ELECTRIC BICYCLE AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 모터의 락(lock) 체결 및 해제가 가능한 전기 자전거 및 그 제어방법에 관한 것이다.
자전거는 조향륜인 전륜과 구동륜인 후륜이 프레임의 전후방에 일직선으로 배치되고, 탑승자가 후륜과 연동되는 페달을 밟아 후륜을 회전시킴으로써 앞으로 전진하도록 구성되어 있다.
이러한 자전거에는 페달에서 발생되는 동력을 후륜까지 전달하는 체인이나 베벨기어 등의 동력전달장치가 설치된다. 특히, 체인 방식의 동력전달장치는 페달의 일 측에 설치되는 구동 스프로킷 휠과, 이 구동 스프로킷 휠 보다 직경이 작으면서 구동륜인 후륜에 설치되는 종동 스프로킷 휠과, 구동 스프로킷 휠과 종동 스프로킷 휠을 연결하는 체인으로 이루어져 있다.
상기 구성을 갖는 동력전달장치는 운전자가 페달을 밟으면, 이 페달과 일체로 설치된 구동 스프로킷 휠이 회전하고, 동시에 체인에 의해 종동 스프로킷 휠과 연결되는 후륜도 회전하게 되어 자전거를 앞으로 전진시킨다.
평지나 내리막길에서는 운전자의 페달링에 의해 발생한 답력으로부터 동력을 쉽게 확보할 수 있으나, 오르막길의 경우 중력으로 인해 추가적인 힘이 요구되어 운전자의 페달링 만으로는 주행이 곤란하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 답력만이 아니라 모터의 구동력을 사용하여 주행할 수 있도록 모터를 장착한 전기 자전거가 개발되었다. 전기 자전거는 배터리로부터 전기를 공급받아 모터를 구동하며, 모터의 구동을 통해 자전거를 구동할 수 있다.
전기 자전거는 일반 자전거에 비해 고가이므로 도난의 위험이 높다. 따라서, 전기 자전거의 소유주 외에 타인이 탑승하였을 때에는 모터가 구동되지 않도록 하는 잠금장치를 도입할 필요성이 있다.
본 발명은 일상생활에서 흔히 쓰이는 스마트폰 등의 휴대용 기기를 이용하여 모터의 락 체결 및 해제가 이루어지는 전기 자전거 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모터에 의해 구동되는 전기 자전거에 있어서, 상기 모터에 락(lock)을 체결하거나 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제하는 모터 락킹(locking)부; 휴대용 기기를 거치하고, 상기 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식하며, 상기 인식된 휴대용 기기의 정보를 전송하는 휴대용 기기 거치대; 및 상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에 거치되면, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 상기 휴대용 기기 거치대에 의해 인식된 상기 휴대용 기기의 정보를 수신하고, 상기 수신된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 정보와 일치하면 상기 모터에 체결된 모터 락이 해제되도록 상기 모터 락킹부를 제어하며, 상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에서 분리되면 상기 모터에 락이 체결되도록 상기 모터 락킹부를 제어하는 제어부;를 포함하는 전기 자전거를 제공될 수 있다.
상기 모터 락 체결부는, 상기 모터의 전원선을 단락시킴으로써 상기 모터에 락을 체결할 수 있다.
상기 휴대용 기기의 정보는, 해당 휴대용 기기를 다른 휴대용 기기와 구별할 수 있는 고유 식별자를 포함하는 것으로 할 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전기 자전거를 구동하는 모터에 락(lock)을 체결하거나 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제하는 모터 락킹(locking)부와, 휴대용 기기를 거치하고, 상기 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식하며, 상기 인식된 휴대용 기기의 정보를 전송하는 휴대용 기기 거치대와, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 수신된 휴대용 기기의 정보를 근거로 하여 상기 모터에 체결된 모터 락이 해제되도록 상기 모터 락킹부를 제어하는 제어부를 포함하는 전기 자전거의 제어방법에 있어서, 상기 제어부는, 상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에 거치되면, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 상기 휴대용 기기 거치대에 의해 인식된 상기 휴대용 기기의 정보를 수신하며, 상기 수신된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 정보를 비교하며, 상기 비교결과 상기 수신된 휴대용 기기의 정보와 상기 미리 설정된 정보가 일치하면 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제시키며, 상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대로부터 분리되면, 상기 모터에 락을 체결시키는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 모터에 락을 체결하는 것은, 상기 모터의 전원선을 단락시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자전거 및 그 제어방법에 의하면, 일상생활에서 흔히 쓰이는 스마트폰 등의 휴대용 기기를 이용하여 모터의 락 체결 및 해제를 수행함으로써 별도의 키 또는 잠금장치를 소지하지 않더라도 본인 이외의 자가 전기 자전거를 구동하지 못하도록 할 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거의 구성을 나타낸 외관도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거의 개략적인 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거의 제어 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거(100)의 구성을 나타낸 외관도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거(100)는 프런트 프레임(10), 센터 프레임(20), 새들 프레임(30) 및 리어 프레임(40)을 포함한다.
상기 프레임들(10,20,30,40)은 힌지 축에 의해 순차적으로 축 결합되어 힌지 축을 중심으로 전후로 회동 가능하게 마련되는 힌지 플레이트(60)와 결합된다.
프런트 프레임(10)의 일단은 앞바퀴와 핸들부(17)가 연결되는 핸들스테이(12)가 결합되는 헤드튜브(13)의 후방에 결합된다. 이 때, 프런트 프레임(10)과 헤드튜브(13)는 일체형으로 이루어질 수도 있다.
핸들부(17)는 핸들스테이(12)의 상단에 결합되는 핸들 스템(14), 핸들 스템(14)에 결합되는 핸들바(15), 핸들바(15)에 설치되는 핸들 그립(16)을 포함한다.
핸들 스템(14)은 핸들부(17)의 높이 조절을 위해 마련되며, 핸들바(15)는 자전거의 조향을 결정하기 위해 마련된다.
핸들스테이(12)의 하단 일측에는 앞바퀴(11)가 회전 가능하게 결합되며, 앞바퀴(11)는 전기 자전거(100)를 후방에서 바라볼 때를 기준으로 핸들스테이(12)의 하단 우측에 결합될 수 있고, 통상적인 자전거처럼 포크형상으로 이루어진 핸들스테이(12)에 결합될 수도 있다.
또한, 핸들부(17)에는 휴대용 기기를 거치할 수 있는 휴대용 기기 거치대(18)가 마련된다. 휴대용 기기 거치대(18)는 도 1에 도시된 바와 같이 그 내부에 휴대용 기기를 수용할 수 있는 형상으로 구현되어 전기 자전거(100)의 운행 도중 장애물과의 충돌 등에 의해 휴대용 기기가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 휴대용 기기 거치대(18)의 형상이 도 1에 한정되는 것은 아니며, 휴대용 기기를 거치할 수 있고, 거치된 휴대용 기기를 인식할 수 있는 것이면 그 형상에 제한은 없다.
센터 프레임(20)의 일단에는 발전기(21)가 마련되고, 발전기(21)의 양 측에는 페달(23)이 회전 가능하게 장착된다. 따라서, 운전자가 페달(23)을 회전시키면 페달(23)의 회전력을 발전기(21)에서 전기적 에너지로 변환한다.
새들 프레임(30)의 일단에는 운전자가 안착되는 안장(31)이 장착된다. 이러한 새들 프레임은 사용자의 체격에 따라 힌지축을 중심으로 회전폭을 조정할 수 있다.
리어 프레임(40)의 일단 좌측에는 뒷바퀴(41)가 회전 가능하게 장착된다. 또한, 뒷바퀴(41)는 통상적인 자전거와 같이 포크 형상으로 마련되는 리어 프레임에 장착될 수도 있다. 뒷바퀴(41)에는 뒷바퀴(41)를 회전시켜 전기 자전거(100)를 전진시키기 위한 모터(44)가 장착된다.
또한, 리어 프레임(40)에는 발전기(21)를 통해 변환된 전기적 에너지를 축전시키는 메인 배터리(45)와 전자제어유닛(43)이 내장될 수 있다. 메인 배터리(45)는 센터 프레임(20)에 내장되는 것도 가능하다.
전자제어유닛(43)은 발전기(21), 메인 배터리(45) 및 모터(44)를 전기적으로 제어하는 역할을 한다. 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거(100)는 메인 배터리(45) 뿐만 아니라 외부로부터 착탈 가능하게 마련되는 외장형 보조 배터리 및 메인 배터리와 보조 배터리 사이의 전원을 연결 및 차단하는 커넥터를 포함할 수도 있다.
커넥터는 메인 배터리(45)의 일 측에 배치되어 보조 배터리가 장착되지 않은 경우 전자제어유닛이 모터를 구동시킬 수 있도록 메인 배터리(45)와 모터(44)를 연결시킨다.
상술한 도 1의 실시예에서는 모터(44)를 뒷바퀴에 장착하는 것으로 하였으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고 앞바퀴에 모터를 장착하는 것도 가능하며 모터의 위치에는 제한이 없다.
또한, 도 1의 전기 자전거(100)의 구성 역시 본 발명의 일 실시예에 불과하며 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거가 도 1의 모든 구성을 반드시 구비해야 하는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거의 개략적인 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거(100)는 휴대용 기기를 거치하는 휴대용 기기 거치대(18), 모터에 락(lock)을 체결하거나 해제하는 모터 락킹(locking)부(120), 휴대용 기기 거치대(18)에 거치된 휴대용 기기의 정보에 따라 상기 모터 락킹부(120)를 제어하여 상기 모터에 락을 체결하거나 해제하도록 하는 제어부(110) 및 전기 자전거(100)를 구동하는 모터(44)를 포함한다.
휴대용 기기 거치대(18)는 휴대용 기기가 거치되면, 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식하여 제어부(110)로 전송한다. 휴대용 기기 거치대(18)와 제어부(110)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 거치될 수 있는 휴대용 기기는 휴대 가능한 전자기기로서, 거치대에 거치될 수 있고, 거치대에 의해 인식될 수 있는 정보를 포함할 수 있는 것이면 족하고, 휴대폰(특히 스마트폰), MP3, PDA 등 그 종류에 제한은 없다.
휴대용 기기의 정보는 휴대용 기기를 식별할 수 있는 식별자를 포함하며, 식별자는 거치된 휴대용 기기를 다른 휴대용 기기와 구별할 수 있는 것이면 그 종류에 제한이 없다.
모터 락킹부(120)는 모터의 전원선을 단락시킴으로써 모터에 락을 체결할 수 있다. 일 실시예로서, 발전기의 출력측을 단락시키면 유도 기전력에 의해 강한 브레이크 효과가 발생하는 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 펄스 폭 변조(Pulse Width modulation) 방식을 이용한 스위칭 회로를 이용하여 모터에 락을 체결할 수 있으며, 이 때 스위칭 장치인 모터 락킹부(120)는 릴레이(Relay) 등의 기계적 소자로 구현될 수도 있고, 부드러운 부하 변화를 가능하게 하기 위해서는 비교적 높은 주파수의 펄스를 사용하는 것이 바람직하다는 점을 고려하여 전계 효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor) 등의 반도체 스위칭 소자로 구현될 수도 있다. 발전기 출력측의 단락에 의해 모터에 락이 체결되므로 발전기 출력측의 개방에 의해 체결된 락이 해제되는 것으로 할 수 있다.
상술한 실시예에서는 발전기의 출력측을 모터의 전원선으로 보아 발전기의 출력측을 단락시키는 것으로 하였으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고 배터리를 단락시킴으로써 모터에 락을 체결하는 것도 가능하다. 이 경우에도 모터 락킹부가 릴레이, FET 등에 의해 구현될 수 있음은 동일하다.
제어부(110)는 휴대용 기기 거치대(18)에 휴대용 기기가 거치되고 거치된 휴대용 기기의 정보가 전송되면, 전송된 휴대용 기기의 정보를 미리 설정된 기준 정보와 비교한다. 이는 거치된 휴대용 기기가 미리 등록된 사용자, 즉 전기 자전거(100) 소유주 또는 소유주에 의해 전기 자전거(100)의 사용이 용인된 자의 휴대용 기기인지 여부를 판단하기 위한 것이다.
따라서, 휴대용 기기의 정보는 해당 휴대용 기기를 다른 휴대용 기기와 구별할 수 있는 고유의 식별자를 포함한다. 제어부(110)는 사용자로부터 전기 자전거(100)의 사용을 용인할 수 있는 휴대용 기기의 식별자를 미리 등록 및 설정하고, 거치된 휴대용 기기의 식별자와 미리 설정된 기준 식별자를 비교하여 이들이 서로 일치하는 경우 모터의 락을 해제하도록 모터 락킹부(120)에 제어신호를 보낸다.
제어부(110)는 기준 정보와 일치하는 정보를 갖는 휴대용 기기가 휴대용 기기 거치대(18)에서 분리되면 모터에 락이 체결되도록 할 수 있다. 또는, 전기 자전거(100)에 모터 락을 체결하는 별도의 스위칭 장치를 구비하여 스위치 장치가 온(on)되면 모터에 락을 체결하도록 하는 것도 가능하다.
제어부(110)는 상기 도 1에서 설명한 전자제어유닛에 포함될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법에 관한 실시예를 설명하도록 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거의 제어 방법에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 먼저 전기 자전거(100)의 모터에 락이 체결되어 있는 것으로 한다(210). 모터에 락을 체결하는 것은 모터의 전원선을 단락시킴으로써 수행될 수 있으며, 모터의 전원선을 단락/개방시키는 스위칭 장치로는 릴레이 등의 기계적 소자, FET 등의 반도체 스위칭 소자 등이 사용될 수 있다.
그리고, 휴대용 기기 거치대(18)에 휴대용 기기가 거치되었으면(220의 예), 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식한다(230). 여기서, 휴대용 기기의 정보는 해당 휴대용 기기를 다른 휴대용 기기와 구별할 수 있는 고유의 식별자를 포함할 수 있다.
또한, 휴대용 기기 거치대(18)에 거치되는 휴대용 기기는 휴대 가능한 전자기기로서, 거치대에 거치될 수 있고, 거치대에 의해 인식될 수 있는 정보를 포함할 수 있는 것이면 족하고, 휴대폰(특히 스마트폰), MP3, PDA 등 그 종류에 제한은 없다.
인식된 휴대용 기기의 정보를 미리 설정된 기준 정보와 비교한다(240). 사용자는 전기 자전거(100)의 사용을 용인할 수 있는 휴대용 기기의 정보를 미리 등록 및 설정할 수 있으며, 미리 등록 및 설정된 정보가 기준 정보가 된다.
인식된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 기준 정보와 일치하면(250의 예), 모터에 체결되어 있던 락을 해제한다(260). 락의 해제는 모터의 전원선을 개방시킴으로써 수행될 수 있다.
인식된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 기준 정보와 일치하지 않으면, 모터 락의 체결 상태를 그대로 유지한다.
그리고, 미리 설정된 기준 정보와 일치하는 정보를 갖는 휴대용 기기가 거치되었다가 분리되면 다시 모터에 락이 체결되도록 할 수도 있다.
100 : 전기 자전거 110 : 제어부
18 : 휴대용 기기 거치대 120 : 모터 락킹부

Claims (6)

  1. 모터에 의해 구동되는 전기 자전거에 있어서,
    상기 모터에 락(lock)을 체결하거나 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제하는 모터 락킹(locking)부;
    휴대용 기기를 거치하고, 상기 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식하며, 상기 인식된 휴대용 기기의 정보를 전송하는 휴대용 기기 거치대; 및
    상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에 거치되면, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 상기 휴대용 기기 거치대에 의해 인식된 상기 휴대용 기기의 정보를 수신하고, 상기 수신된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 정보와 일치하면 상기 모터에 체결된 모터 락이 해제되도록 상기 모터 락킹부를 제어하며, 상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에서 분리되면 상기 모터에 락이 체결되도록 상기 모터 락킹부를 제어하는 제어부;를 포함하는 전기 자전거.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 락 체결부는,
    상기 모터의 전원선을 단락시킴으로써 상기 모터에 락을 체결하는 전기 자전거.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 기기의 정보는,
    해당 휴대용 기기를 다른 휴대용 기기와 구별할 수 있는 고유 식별자를 포함하는 것으로 하는 전기 자전거.
  4. 삭제
  5. 전기 자전거를 구동하는 모터에 락(lock)을 체결하거나 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제하는 모터 락킹(locking)부와, 휴대용 기기를 거치하고, 상기 거치된 휴대용 기기의 정보를 인식하며, 상기 인식된 휴대용 기기의 정보를 전송하는 휴대용 기기 거치대와, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 수신된 휴대용 기기의 정보를 근거로 하여 상기 모터에 체결된 모터 락이 해제되도록 상기 모터 락킹부를 제어하는 제어부를 포함하는 전기 자전거의 제어방법에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대에 거치되면, 상기 휴대용 기기 거치대로부터 상기 휴대용 기기 거치대에 의해 인식된 상기 휴대용 기기의 정보를 수신하며,
    상기 수신된 휴대용 기기의 정보가 미리 설정된 정보를 비교하며,
    상기 비교결과 상기 수신된 휴대용 기기의 정보와 상기 미리 설정된 정보가 일치하면 상기 모터에 체결된 모터 락을 해제시키며,
    상기 휴대용 기기가 상기 휴대용 기기 거치대로부터 분리되면, 상기 모터에 락을 체결시키는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모터에 락을 체결하는 것은,
    상기 모터의 전원선을 단락시키는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어방법.
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