KR101556347B1 - 하이브리드 자전거 - Google Patents

Abstract

복수의 보조 동력원과 동력전달 구조를 개선하여 자전거의 동력을 다양한조건에서 복합적으로 사용할 수 있는 하이브리드 자전거를 제공한다. 하이브리드 자전거는 전륜과 후륜의 회전을 지지하는 프레임, 프레임에 회전 가능하게 설치되는 크랭크축을 통해 페달에 가해지는 힘을 전달받아 회전되는 구동축, 구동축에 제1 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치되는 구동 회전부, 후륜에 구비되어 구동 회전부의 구동력을 제1 체인을 통해 전달받아 회전되는 종동 회전부, 프레임의 일측에 구비되어 보조 동력을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부, 전륜의 회전축에 결합되며, 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 발생된 제1 보조 동력을 전륜의 회전축에 전달하는 제1 보조 동력 발생부, 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 제2 보조 동력을 발생하는 제2 보조 동력 발생부, 제2 보조 동력 발생부로부터 발생되는 제2 보조 동력을 구동 회전부로 전달하는 제2 보조 동력 전달부, 그리고 프레임에 결합되어 제2 보조 동력 발생부의 결합을 유지하는 지지부를 포함한다.

Description

하이브리드 자전거{HYBRID BICYCLE}

본 발명은 복수의 보조 동력원을 적용한 하이브리드 자전거에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 사용자가 페달에 가하는 답력으로 주행하는 운송수단으로서 사용된다. 최근에는 전기를 보조 동력원으로 사용하여 전륜 또는 후륜을 구동시키는 전기 자전거가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 전기 자전거는 동력원인 전원 공급부에서 보조 동력 발생부인 모터로 전원이 공급되면, 모터의 회전력이 구동축에 전달되어 자전거의 주행이 가능하게 된다.

전기 자전거는 구동방식에 따라 전륜 허브 모터 구동방식, 후륜 허브 모터 구동방식 및 크랭크 구동 모터 방식으로 구분된다. 전륜 허브 모터 구동방식의 전기 자전거는 구조가 단순하여 장착 및 정비가 수월하지만 동력전달 효율이 다른 방식의 전기 자전거 보다 떨어진다. 이와는 달리, 후륜 허브 모터 구동방식의 전기 자전거는 전륜 허브 모터 구동방식에 비해 동력전달 효율은 높지만 크랭크 구동 모터 방식에 비하여 동력전달 효율이 떨어지고 장착 및 정비가 어렵다.

크랭크 구동 모터 방식은 다른 2가지 방식의 전기 자전거에 비해 동력전달 성능이 가장 좋다. 그러나 크랭크 구동 모터 방식은 경사도가 낮은 도로에서 주행하는 경우 보다 경사도가 높은 도로에서 동력전달의 한계에 도달할 경우가 있다. 또한 모터에 과부하 상태가 장시간 지속되면 발열에 의한 모터 손상 및 배터리의 과도한 방전에 의한 배터리 사용 제한의 문제점이 있다.

위와 같이 종래의 전기 자전거는 하나의 모터를 구동하여 주행하고 있으며 언덕길과 같이 자전거의 주행이 어려운 상황에서 모터의 용량 한계로 인해 효율적인 주행의 어려움이 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 대용량 모터를 사용하고 있으나, 언덕길을 용이하게 주행할 수 있는 반면에 경사로가 아닌 도로를 주행할 때에도 대용량 모터를 사용하므로써 배터리 전원을 장시간 사용할 수 없는 문제점이 있다.

복수의 보조 동력원과 동력전달 구조를 개선하여 자전거의 동력을 다양한 조건에서 복합적으로 사용할 수 있는 하이브리드 자전거를 제공한다.

하이브리드 자전거는 전륜과 후륜의 회전을 지지하는 프레임, 프레임에 회전 가능하게 설치되는 크랭크축을 통해 페달에 가해지는 힘을 전달받아 회전되는 구동축, 구동축에 제1 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치되는 구동 회전부, 후륜에 구비되어 구동 회전부의 구동력을 제1 체인을 통해 전달받아 회전되는 종동 회전부, 프레임의 일측에 구비되어 보조 동력을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부, 전륜의 회전축에 결합되며, 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 발생된 제1 보조 동력을 전륜의 회전축에 전달하는 제1 보조 동력 발생부, 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 제2 보조 동력을 발생하는 제2 보조 동력 발생부, 제2 보조 동력 발생부로부터 발생되는 제2 보조 동력을 구동 회전부로 전달하는 제2 보조 동력 전달부, 그리고 프레임에 결합되어 제2 보조 동력 발생부의 결합을 유지하는 지지부를 포함한다.

제2 보조 동력 전달부는 제2 보조 동력 발생부의 출력축에 제2 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치되는 제1 회전부, 구동 회전부에 동축으로 연결되는 제2 회전부, 제1 회전부와 제2 회전부를 연결하는 제2 체인, 프레임에 일측이 연결되며 제2 체인의 장력을 조절하는 장력 조절부를 포함할 수 있다.

지지부는 프레임의 안장 지지축을 사이에 두고 양측에서 서로 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍으로 고정 결합되며, 길이방향을 따라 서로 마주보는 내측에 U자 형상의 오목한 기울기를 갖고 내측면 중심에는 십자(+) 형상의 슬립 방지홈을 갖는 제1 브래킷, 복수개의 가이드홀을 구비하여 제1 브래킷의 상측에 결합되어 제2 보조 동력 발생부의 위치 이동을 안내하며, 복수개의 가이드홀의 길이방향을 따라 양측에 등간격의 조절 표시 눈금이 형성되는 제2 브래킷, 제2 보조 동력 발생부가 결합되는 고리 형상의 제1 결합부와, 제1 결합부에 굴곡되어 일체로 형성되며 복수개의 가이드홀에 체결되는 제2 결합부를 갖는 제3 브래킷을 포함할 수 있다.

장력 조절부는 제1 회전부와 인접하며, 제2 체인에 연결되어 회전하는 장력 지지롤러, 장력 지지롤러에 일단이 결합되며, 길이방향으로 신장되는 장력 지지바, 프레임에 결합되어 나사의 회전에 따라 길이방향 위치가 조절되는 장력 위치 조절부, 그리고 장력 지지바의 타단과 장력 위치 조절부에 각각 연결되어 장력 지지롤러에 장력을 제공하는 장력 조절 스프링을 포함할 수 있다.

페달에 가해지는 토크를 검출하는 페달 토크 검출부, 전륜 또는 후륜의 회전으로부터 자전거의 주행속도를 검출하는 속도 검출부, 프레임에 결합되어 전륜 또는 후륜과 접하는 도로의 경사 정도를 검출하여 해당되는 경사로 검출신호를 발생하는 경사로 검출부, 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 속도 검출부에 의해 검출된 주행속도를 미리 설정된 기준속도와 비교하여 기준속도 이하이면 제1 보조 동력 발생부로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급하는 제어부를 더 포함하며, 제어부는 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 경사로 검출부로부터 입력되는 경사로 검출신호를 분석하여 검출된 경사로가 등판로인 경우 제1 보조 동력 발생부와 제2 보조 동력 발생부로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급할 수 있다.

사용자의 필요 또는 설정된 프로그램에 따라 페달 답력과 복수의 보조 동력 발생부로부터 발생되는 구동력을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

사용자의 페달 답력 뿐만 아니라 복수의 보조 동력 발생부로부터 발생되는 구동력을 추가로 사용할 수 있으므로 경사지가 많은 도로에서도 사용이 편리한 효과가 있다.

전기를 동력원으로 사용하여 매연 등의 오염물질을 발생시키지 않는 친환경에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 동력 발생부의 결합상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷과 제2 브래킷의 결합상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷과 제2 브래킷 및 제3 브래킷의 결합상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 동력 발생부의 결합상태를 다른 각도에서 도시한 도면이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거를 촬영한 사진이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거는 프레임, 구동축(18), 구동 회전부(20), 종동 회전부(22), 전원 공급부(100), 제1 보조 동력 발생부(110a), 제2 보조 동력 발생부(110), 제2 보조 동력 전달부, 지지부를 포함한다.

프레임의 선단에는 전륜이 구비되고, 후단에는 후륜이 설치된다. 후륜은 구동력을 전달받아 구동하는 구동륜이다. 프레임의 선단에는 핸들이 설치되어 전륜의 주행방향을 조향할 수 있다. 핸들은 전륜이 설치되는 프론트 포크를 구비한다. 프레임의 상단에는 사용자가 앉을 수 있는 안장(seat)이 설치된다. 안장이 설치된 프레임의 후단에는 짐받이가 설치될 수 있다. 짐받이는 짐을 실을 수 있는 부분이다. 짐받이에는 전원 공급부(100)가 장착될 수 있다. 전원 공급부(100)는 프레임의 일측에 구비되어 보조 동력을 위한 전원을 공급하는 배터리를 포함한다.

프레임의 하단 중앙부를 관통하여서는 구동축(18)이 설치된다. 구동축(18)은 프레임에 회전 가능하게 설치되는 크랭크축(16)을 통해 페달(14)에 가해지는 힘을 전달받아 회전된다. 구동축(18)의 양단에는 크랭크축(16)이 각각 서로 반대방향을 향해 연장되도록 설치된다. 크랭크축(16)의 단부에는 회전 가능하게 페달(14)이 설치된다. 페달(14)은 사용자가 발로 밟아 구동력을 전달하는 부분이다. 따라서, 페달(14)을 사용자가 밟게 되면 크랭크축(16)을 통해 구동력이 구동축(18)으로 전달된다.

구동축(18)에는 제1 일방향 회전부가 설치된다. 여기서, 제1 일방향 회전부는 무기어 프리휠을 사용할 수 있다. 제1 일방향 회전부는 본 발명의 실시예에 따른 무기어 프리휠과 같이 일방향으로 회전동력을 전달하는 기능을 하면 단품 또는 다른 부품과의 조합으로도 사용 가능하다. 제1 일방향 회전부에는 구동 회전부(20)가 설치된다. 구동 회전부(20)는 구동축(18)에 제1 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치된다. 구동 회전부(20)는 구동축(18)의 회전과 함께 회전한다. 구동 회전부(20)에는 제1 체인(24)이 결합된다. 구동 회전부(20)는 여러 개의 스프로켓 또는 기어가 조합된 구조로 결합되어 변속이 가능하게 할 수도 있다.

종동 회전부(22)는 후륜에 구비되어 구동 회전부(20)의 구동력을 제1 체인(24)을 통해 전달받아 회전된다. 제1 체인(24)은 후륜의 회전축에 설치된 종동 회전부(22)에도 결합된다. 제1 체인(24)은 무한궤도 형태로 구동 회전부(20)와 종동 회전부(22)에 각각 걸어 감아져 구동축(18)의 구동력을 종동 회전부(22)로 전달하는 기능을 한다. 필요한 경우, 종동 회전부(22)는 직경이 다른 여러 개의 스프로켓 또는 기어가 조합된 구조로 결합되어 변속이 가능하게 할 수도 있다.

제1 보조 동력 발생부(110a)는 전륜의 회전축에 결합되는 모터이며, 전원 공급부(100)에 전선(102)을 통해 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 발생된 제1 보조 동력을 전륜의 회전축에 전달한다. 제1 보조 동력 발생부(110a)는 DC모터 또는 BLDC모터를 사용할 수 있다.

프레임의 하단부 일측에는 제2 보조 동력 발생부(110)가 결합된다. 제2 보조 동력 발생부(110)는 전원 공급부(100)에 전선(102)을 통해 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 제2 보조 동력을 발생하는 모터이다. 제2 보조 동력 발생부(110)는 DC모터 또는 BLDC모터를 사용할 수 있다. 제2 보조 동력 발생부(110)는 별도의 지지부로 프레임에 장착된다. 제2 보조 동력 전달부는 제2 보조 동력 발생부(110)로부터 발생되는 제2 보조 동력을 구동 회전부(20)로 전달한다. 지지부는 프레임에 결합되어 제2 보조 동력 발생부(110)의 결합을 유지하는 기능을 한다. 장력 조절부는 프레임에 일측이 연결되며 제2 체인(130)의 장력을 조절한다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거는 보조 동력 발생부를 복수로 포함할 수 있다. 즉, 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)는 전원 공급부(100)에 의해 구동되는 제1 보조 동력 발생부(110a)와 제2 보조 동력 발생부(110)를 포함할 수 있다. 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)로부터 발생되는 보조 동력은 제1 보조 동력 전달부를 통해 전륜의 구동력으로 전달되며, 제2 보조 동력 전달부를 통해 후륜의 구동력으로 전달된다. 복수의 보조 동력 전달부는 별도의 감속부가 각각의 보조 동력 발생부의 출력축에 연결되도록 구비되어 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)에서 발생된 회전력을 감속하여 전달할 수도 있다.

일반적인 전기 자전거는 초기 구동시 순간적으로 큰 전력을 소비하며 언덕이 많은 한국 지형에서는 에너지 소비효율이 떨어지고 1회 충전시 운행 할 수 있는 거리도 평지보다 언덕길이 상대적으로 짧아지고 또한 모터에 장시간 과부하가 걸리면 발열로 인해 모터가 손상되는 현상도 발생한다. 단일모터의 사용방식은 전륜 허브 모터 구동방식, 후륜 허브 모터 구동방식 또는 크랭크 구동모터 방식이든 간에 다소 동력 전달에 대한 효율성에 차이가 있을 수 있다. 다만, 경사도가 심한 오르막길을 장시간 주행 할 때 보조 동력 발생부 및 전원 공급부(100)에 손상을 줄 수 있다. 예를 들면 보조 동력 발생부에 과부하가 걸리는 시간이 길수록 보조 동력 발생부 손상으로 인한 보조 동력 발생부의 전체 또는 부품 일부를 교환해야 하는 가능성이 증가할 수 있다. 또한 전원 공급부(100)의 종류에 따라 정도 차이는 있지만 과도한 방전에 의한 전원 공급부(100) 사용불능 현상과 수명단축 및 주행거리감소 현상이 나타날 수 있다. 본 발명의 실시예는 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)를 적용한 구조로 필요에 따라 복수의 보조 동력을 선택하여 발생하므로써 단일모터 방식과 비교시 강력한 토크가 발생하여 경사도가 심한 언덕길을 수월하게 오를 수 있고 보다 길어진 주행거리의 성능을 제공한다. 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)를 자전거의 동력으로 적용하면 도로의 주행조건에 따라 동력분산 제어에 의해 보조 동력 발생부의 과부하를 방지할 수 있다. 또한 보조 동력 발생부의 소비전력을 줄일 수 있어 에너지절감 효과도 얻을 수 있다. 특히 경사도가 심한 오르막길에서 사용자의 수동 선택 또는 제어부의 자동 제어동작으로 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)를 가동시켜 강력한 토크를 발생시킬 수 있으며, 페달(14)의 답력을 추가해 최대의 등판 능력을 구현할 수도 있다. 따라서 단일모터가 장착된 일반 전기 자전거 보다 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)를 장착한 하이브리드 자전거는 유지관리 비용절감, 주행거리 연장 및 운행시간 단축에 따른 시간적 여유를 가질 수 있고 전원 공급부(100)의 충전횟수 빈도를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)는 미리 설정된 프로그램에 따라 보조 동력의 구동이 자동으로 제어되도록 설정될 수 있다. 이를 위해 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동제어를 보다 정확하고 신속하게 제어하기 위한 센서부 및 제어부가 별도로 구비될 수 있다. 예를 들어, 페달(14)에 가해지는 토크를 검출하는 페달 토크 검출부, 전륜 또는 후륜의 회전으로부터 자전거의 주행속도를 검출하는 속도 검출부, 프레임에 결합되어 전륜 또는 후륜과 접하는 도로의 경사 정도를 검출하여 해당되는 경사로 검출신호를 발생하는 경사로 검출부, 제어부를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제어부는 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달(14)의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 속도 검출부에 의해 검출된 주행속도를 미리 설정된 기준속도와 비교하여 기준속도 이하이면 제1 보조 동력 발생부(110a)로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급한다. 또한, 제어부는 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달(14)의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 경사로 검출부로부터 입력되는 경사로 검출신호를 분석하여 검출된 경사로가 등판로인 경우 제1 보조 동력 발생부(110a)와 제2 보조 동력 발생부(110)로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 동력 발생부(110)와 제2 보조 동력전달부의 결합상태를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 제2 보조 동력 전달부는 제1 회전부(132), 제2 회전부(134), 제2 체인(130), 장력 조절부를 포함한다. 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축에는 제1 회전부(132)가 설치된다. 제1 회전부(132)는 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축에 제2 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전 가능하게 설치된다. 여기서, 제2 일방향 회전부는 프리휠 기어를 사용할 수 있다. 제2 일방향 회전부는 본 발명의 실시예에 따른 프리휠 기어와 같이 일방향으로 회전동력을 전달하는 기능을 하면 단품 또는 다른 부품과의 조합으로도 사용 가능하다. 제2 일방향 회전부는 제2 보조 동력 발생부(110)가 비가동 상태에서 페달(14)에 답력을 가해 구동축(18)이 회전할 때 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축의 회전을 방지하는 기능을 한다. 본 발명의 실시예에서 동력을 1차적으로 전달하는 출력축에는 일방향으로 회전하는 각각의 일방향 회전부를 구비할 수 있다. 따라서, 크랭크축(16)을 통해 페달(14)에 가해지는 힘을 전달받아 회전되는 구동축(18)과 전원 공급부(100)에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 보조 동력을 발생하는 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 출력축에는 각각 일방향 회전부가 결합될 수 있다. 물론, 각각의 일방향 회전부는 크기와 형태가 서로 상이할 수 있다.

제1 회전부(132)에는 제2 체인(130)이 결합된다. 제2 체인(130)의 타단은 구동 회전부(20)와 함께 회전되는 제2 회전부(134)에 결합된다. 제2 회전부(134)는 구동 회전부(20)에 동축으로 연결되며, 제2 체인(130)은 제1 회전부(132)와 제2 회전부(134)를 연결한다. 따라서, 보조 동력 발생부의 구동력은 출력축에 연결되는 제1 회전부(132)와 제2 체인(130) 및 제2 회전부(134)를 통해 구동 회전부(20)로 전달되어 후륜의 구동력으로 전달된다. 프레임의 일측에는 보조 동력 발생부의 구동을 위해 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부(100)가 설치된다. 전원 공급부(100)는 프레임에 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

제2 보조 동력 발생부(110)의 장착을 지지하는 지지부는 제1 브래킷(120), 제2 브래킷(120a), 제3 브래킷(120b)을 포함한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷(120)을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷(120)과 제2 브래킷(120a)의 결합상태를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지부의 제1 브래킷(120)과 제2 브래킷(120a) 및 제3 브래킷(120b)의 결합상태를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제1 브래킷(120)은 프레임의 안장 지지축(12)을 사이에 두고 양측에서 고정 결합되며, 서로 간격을 두고 이격 배치된다. 안장 지지축(12)은 시트튜브(seat tube)를 말한다. 시트튜브는 자전거의 안장 쪽에서 페달(14) 쪽으로 연장된 튜브(tube)이다. 제1 브래킷(120)은 한 쌍이 1조로 구비되며, 2조가 간격을 두고 배치된다. 상기한 바와 같이 제1 브래킷(120)은 상판과 하판으로 구분되며, 각각 상호간에 관통되는 결합공(126)을 갖는다. 결합공(126)에는 볼트(1260a)가 관통하여 상호간에 결합된다. 제1 브래킷(120)의 상판과 하판은 볼트(1260a)로 결합한 후 볼트(1260a)를 풀면 결합을 해제할 수 있다. 결합공(126)의 내면에는 볼트(1260a)와 결합되는 나사부가 형성된다. 이와는 달리 볼트(1260a)가 결합공(126)을 지나 돌출되고 별도의 너트(미도시)가 결합될 수도 있다.

제1 브래킷(120)은 길이방향을 따라 서로 마주보는 내측에 U자 형상의 오목한 기울기를 가지며, 내측면 중심에는 십자(+) 형상의 슬립 방지홈(122, 124)을 갖는다. 제1 브래킷(120)은 한 쌍의 1조가 상판과 하판으로 구분할 수 있다. 상판은 자전거의 안장 지지축(12)과 제2 브래킷(120a)에 연결되며, 내측면의 슬립 방지홈(122, 124)을 통해 안장 지지축(12)과의 결합시 미끄러지지 않고 강하게 결합할 수 있다. 하판은 자전거의 안장 지지축(12)과 상판에 결합되며, 상판과의 연결은 볼트(1260a)로 체결한다. 하판의 내측면에 형성되는 슬립 방지홈(122, 124)은 안장 지지축(12)과 결합시 미끄러지지 않고 강하게 결합 할 수 있으며, 홈을 통하여 브레이크선 등이 안전하고 견고하게 지지될 수 있는 기능도 한다.

도 5를 참조하면, 제2 브래킷(120a)은 제1 브래킷(120)의 상측에 결합되며, 복수개의 가이드홀(1210)을 구비하여 보조 동력 발생부의 위치 이동을 안내한다. 제2 브래킷(120a)은 관통되는 결합공(1220)을 갖는다. 결합공(1220)에는 볼트(1260a)가 결합된다. 제2 브래킷(120a)은 복수개의 가이드홀(1210)의 길이방향을 따라 양측에 등간격의 조절 표시 눈금(1230)이 형성된다. 조절 표시 눈금(1230)으로 보조 동력 발생부의 장착위치를 조절할 수 있으므로 자전거 종류가 달라지더라도 보조 동력 발생부의 출력축과 구동축(18)의 수직정렬을 보다 정밀하게 조절할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제3 브래킷(120b)은 보조 동력 발생부가 결합되는 고리 형상의 제1 결합부(1240)와, 제1 결합부(1240)에 굴곡되어 일체로 형성되며 복수개의 가이드홀(1210)에 볼트(1260)로 체결되는 제2 결합부(1250)를 갖는다. 제1 결합부(1240)는 관통되는 결합공(1242)을 갖는다. 결합공(1242)에는 볼트(1260b)가 결합된다. 제3 브래킷(120b)에는 별도의 표시 중심선 눈금을 형성하여 제2 브래킷(120a)의 조절 표시 눈금(1230)을 참조해 결합위치를 고정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보조 동력 발생부(110)의 결합상태를 다른 각도에서 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 제2 체인(130)의 장력을 조절하는 장력 조절부는 프레임에 일측이 연결되며 제2 체인(130)의 장력을 조절한다. 장력 조절부는 장력 지지롤러(140), 장력 지지바(142), 장력 위치 조절부(미도시), 장력 조절 스프링(144)을 포함한다.

장력 지지롤러(140)는 제1 회전부(132)와 인접하며, 제2 체인(130)에 연결되어 회전하는 롤러이다. 장력 지지바(142)는 장력 지지롤러(140)에 일단이 결합되며, 길이방향으로 신장되는 형상을 갖는다. 장력 위치 조절부는 프레임에 결합되어 나사의 회전에 따라 길이방향 위치가 조절되는 기능을 한다. 장력 위치 조절부는 나사의 회전을 지지하는 고정부와 나사의 회전에 따라 길이방향으로 이동하는 이동부의 결합관계로 형성할 수 있다. 이러한 경우 장력 조절 스프링(144)은 이동부에 결합된다. 장력 조절 스프링(144)은 장력 지지바(142)의 타단과 장력 위치 조절부에 각각 연결되어 장력 지지롤러(140)에 장력을 제공하는 탄성 스프링이다. 장력 조절 스프링(144)은 양단에 각각 고리가 형성되어 각각의 결합부들과 용이한 결합관계를 유지할 수 있다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거의 구동력 전달과정을 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거는 사용자가 제공하는 구동력 및 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동력에 의해 주행이 가능하다. 즉, 사용자가 페달(14)을 밟아 구동력을 제공하면, 크랭크축(16)이 회전하면서 구동축(18)이 회전하고, 구동축(18)과 함께 구동 회전부(20)가 회전하면서 제1 체인(24)이 회전되어 후륜으로 구동력이 전달된다. 즉, 제1 체인(24)을 통해 종동 회전부(22)로 구동력이 전달되어 후륜이 회전하여 자전거가 전진할 수 있다.

이러한 상태에서 제어부의 자동 제어 또는 사용자의 수동 조작으로 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)가 동작되면, 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동력은 각각 해당되는 보조 동력을 발생하게 된다. 예를 들어, 제1 보조 동력 발생부(110a)의 구동력은 전륜의 회전축을 회전시킨다. 또한, 제2 보조 동력 발생부(110)의 구동력은 제1 회전부(132)를 회전시킨다. 제1 회전부(132)의 회전력은 제2 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전 가능하게 제2 체인(130)에 전달되고, 제2 체인(130)의 구동에 의해 제2 회전부(134)도 회전하게 된다. 제2 회전부(134)가 회전되면 구동 회전부(20)도 함께 회전하면서 제1 체인(24)이 구동된다. 따라서, 제1 체인(24)에 의해 구동력이 종동 회전부(22)를 통해 후륜으로 전달되면서 후륜이 회전하여 자전거가 구동하게 된다. 제2 보조 동력 발생부(110)의 구동력이 후륜으로 전달되는 과정에서 페달(14)과 연결된 크랭크축(16)은 제1 일방향 회전부로 인해 구동축(18)과 연동하여 회전되지 않고 동력이 전달되지 않는 상태를 유지한다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자전거는 동력 전달 과정시 사용자가 페달(14)을 밟는 답력에 따른 구동력과 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동력으로 구분할 수 있다. 필요한 경우, 페달(14)에 답력을 가함에 따른 구동력의 발생과 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동에 의한 구동력의 발생을 동시에 이루어질 수 있게 구현할 수도 있다. 이러한 경우, 페달(14)의 답력 및 회전에 따른 구동력과 복수의 보조 동력 발생부(110, 110a)의 구동력 간에 동력 전달을 방해할 수 있는 간섭현상이 발생되지 않도록 해야 한다. 예를 들어, 페달(14)의 답력이 전달되는 구동 회전부(20)에 무기어 프리휠이 장착될 수 있다. 무기어 프리휠에 크랭크축(16)과 결합되는 크랭크기어가 결합될 수 있다. 크랭크기어 중에 저속용 1단 크랭크기어는 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축과 결합된 프리휠 기어에 제2 체인(130)이 연결되어 제2 보조 동력 발생부(110)의 회전력을 전달받을 수 있다. 페달(14)에 연결되는 구동축(18)의 외측 크랭크기어는 후륜의 종동 회전부(22)에 제1 체인(24)에 의해 연결될 수 있다. 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축에 결합된 프리휠 기어는 제2 보조 동력 발생부(110)가 비가동 상태에서 페달(14)에 답력을 가해 구동축(18)이 회전할 때 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축의 회전을 방지하는 기능을 한다. 구동축(18)에 결합된 무기어 프리휠은 제2 보조 동력 발생부(110)의 출력축 회전시 제2 회전부(134)만 회전시키고 구동 회전부(20)에 동력 전달을 차단해 페달(14)이 따라 돌지 못하게 하는 기능을 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 하이브리드 자전거의 복합적인 동력(페달(14)의 답력, 보조 동력, 혼합력)전달을 주행 조건에 따라 선택적으로 제어하여 사용할 수 있다. 따라서, 사용자의 선택 또는 자동 제어에 따라 페달(14)의 답력만으로 발생한 동력, 바퀴 회전축에 연결된 제1 보조 동력 발생부(110a)의 동력, 제2 보조 동력 발생부(110)에서 발생한 동력 등을 단일 또는 조합하여 도로여건에 따라 가변적으로 사용할 수 있다. 또한, 주행속도, 경사각도, 배터리 잔량, 현재의 주행모드(보조 동력 구동모드, 회생충전모드) 등 주행 및 운전 상태의 설정에 관련된 다양한 정보를 표시할 수 있는 표시부를 별도로 구비할 수도 있다. 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100 ; 전원 공급부 110a ; 제1 보조 동력 발생부
110 ; 제2 보조 동력 발생부 120 ; 제1 브래킷
120a ; 제2 브래킷 120b ; 제3 브래킷

Claims (5)

1. 전륜과 후륜의 회전을 지지하는 프레임;
   상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 크랭크축을 통해 페달에 가해지는 힘을 전달받아 회전되는 구동축;
   상기 구동축에 제1 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치되는 구동 회전부;
   상기 후륜에 구비되어 상기 구동 회전부의 구동력을 제1 체인을 통해 전달받아 회전되는 종동 회전부;
   상기 프레임의 일측에 구비되어 보조 동력을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부;
   상기 전륜의 회전축에 결합되며, 상기 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 발생된 제1 보조 동력을 상기 전륜의 회전축에 전달하는 제1 보조 동력 발생부;
   상기 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 제2 보조 동력을 발생하는 제2 보조 동력 발생부;
   상기 제2 보조 동력 발생부로부터 발생되는 제2 보조 동력을 상기 구동 회전부로 전달하는 제2 보조 동력 전달부, 그리고
   상기 프레임에 결합되어 상기 제2 보조 동력 발생부의 결합을 유지하는 지지부를 포함하며,
   상기 지지부는
   상기 프레임의 안장 지지축을 사이에 두고 양측에서 서로 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍으로 고정 결합되며, 길이방향을 따라 서로 마주보는 내측에 U자 형상의 오목한 기울기를 갖고 내측면 중심에는 십자(+) 형상의 슬립 방지홈을 갖는 제1 브래킷;
   복수개의 가이드홀을 구비하여 상기 제1 브래킷의 상측에 결합되어 상기 제2 보조 동력 발생부의 위치 이동을 안내하며, 상기 복수개의 가이드홀의 길이방향을 따라 양측에 등간격의 조절 표시 눈금이 형성되는 제2 브래킷;
   상기 제2 보조 동력 발생부가 결합되는 고리 형상의 제1 결합부와, 상기 제1 결합부에 굴곡되어 일체로 형성되며 상기 복수개의 가이드홀에 체결되는 제2 결합부를 갖는 제3 브래킷
   을 포함하는 하이브리드 자전거.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 보조 동력 전달부는
   상기 제2 보조 동력 발생부의 출력축에 제2 일방향 회전부를 매개로 일방향으로 회전력을 전달 가능하게 설치되는 제1 회전부;
   상기 구동 회전부에 동축으로 연결되는 제2 회전부;
   상기 제1 회전부와 상기 제2 회전부를 연결하는 제2 체인;
   상기 프레임에 일측이 연결되며 상기 제2 체인의 장력을 조절하는 장력 조절부를 포함하는 하이브리드 자전거.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 장력 조절부는
   상기 제1 회전부와 인접하며, 상기 제2 체인에 연결되어 회전하는 장력 지지롤러;
   상기 장력 지지롤러에 일단이 결합되며, 길이방향으로 형성되는 장력 지지바;
   상기 프레임에 결합되어 나사의 회전에 따라 길이방향 위치가 조절되는 장력 위치 조절부, 그리고
   상기 장력 지지바의 타단과 상기 장력 위치 조절부에 각각 연결되어 상기 장력 지지롤러에 장력을 제공하는 장력 조절 스프링을 포함하는 하이브리드 자전거.
5. 제1항에 있어서,
   상기 페달에 걸리는 토크를 검출하는 페달 토크 검출부;
   상기 전륜 또는 후륜의 회전으로부터 자전거의 주행속도를 검출하는 속도 검출부;
   상기 프레임에 결합되어 상기 전륜 또는 후륜과 접하는 도로의 경사 정도를 검출하여 해당되는 경사로 검출신호를 발생하는 경사로 검출부;
   상기 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 상기 속도 검출부에 의해 검출된 주행속도를 미리 설정된 기준속도와 비교하여 기준속도 이하이면 제1 보조 동력 발생부로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급하는 제어부를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 페달 토크 검출부에 의해 검출된 페달의 토크가 미리 설정된 기준값 이하이고, 상기 경사로 검출부로부터 입력되는 경사로 검출신호를 분석하여 검출된 경사로가 등판로인 경우 상기 제1 보조 동력 발생부와 상기 제2 보조 동력 발생부로 해당되는 보조 동력 구동 제어신호를 공급하는 하이브리드 자전거.

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