KR101643912B1 - 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속기를 구비하여 적은 양의 페달 구동에 의해서도 충분하게 전기를 발생시켜 자체 전원으로 사용할 수 있게 한 가속기를 구비한 자가발전 자전거에 관한 것으로서, (A) 차대의 내부 일측에 구비된 충전지; (B) 페달의 구동에 의해 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 페달의 회전력을 전달하되 페달의 회전력을 가속하는 가속수단과, 상기 회전자의 회전에 의해 변하는 자력에 의해 전기를 발생하는 고정자로 이루어진 발전기; (C) 상기 발전기에서 발생되어 충전지에 충전된 전기를 하기 모터의 구동에 적합하게 변환하는 인버터; 및 (D)상기 충전지의 전기를 공급받아 구동되어 어느 하나의 바퀴를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거{A chain-free bicycle using auto-generator with accelator}

본 발명은 자가발전 자전거에 관한 것으로서, 상세하게는 가속기를 구비하여 적은 양의 페달 구동에 의해서도 충분하게 전기를 발생시켜 자체 전원으로 사용할 수 있게 한 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거에 관한 것이다.

자전거는 탑승자가 페달을 밟는 힘에 의해 바퀴가 회전되면서 가동되는 것으로서, 평지나 내리막길을 주행하는 경우에는 큰 힘을 요구하지 않기 때문에 불편함을 느끼지 못하고 있지만, 정지 상태에서 스타트를 하거나 경사진 언덕길을 주행하는 경우에는 큰 힘을 필요로 하기 때문에 불편함이 있다. 즉, 노약자의 경우 경사지를 등판하는데 많은 힘이 소요되므로 사용이 꺼려지고 있다.

이와 같은 단점을 개선하기 위하여 전기를 동력원으로 이용한 다양한 자전거가 개발되고 있으며, 그 예로는 특허문헌 1 및 2를 포함하여 다양한 것이 있다.

특허문헌 1은 모터 일측에 모터 스프라켓을 결합하고, 모터 스프라켓에서 발생된 동력을 전달하도록 뒷바퀴 회전축에 모터 구동스프라켓을 결합하여 상기 모터 스프라켓과 모터구동스프라켓을 모터 체인으로 연결한 모터 동력전달장치와, 크랭크 암의 선단에 페달을 결합하고, 크랭크 암이 고정된 크랭크 스프라켓 일면에 원판형의 가변 저항기를 고정하며, 가변 저항기의 외측으로 연장된 가속기 레버를 고정하고, 크랭크암에 감긴 코일 스프링의 양단을 크랭크 스프라켓에 고정하고, 크랭크 암 외측으로 연장되어 가변 저항기의 가속기 레버와 대응되는 크랭크 가속 레버를 고정하며, 크랭크 스프라켓과 상기 회전축의 페달 구동스프라켓을 페달 체인으로 연결한 페달 동력전달장치를 포함하는 것으로서, 사용자의 페달 동력전달장치에서 발생된 동력을 모터 동력전달장치에 부가하여 줌으로써 언덕길 등의 주행 여건이 불리한 여건에서도 전동 자전거를 용이하게 주행시킬 수 있으며, 페달 동력전달장치의 동력과 모터 동력전달장치의 동력이 일시적으로 동조화되므로 정숙한 주행이 가능하게 되고, 이에 따라 노약자, 여성, 어린이 등 신체 조건이 허약한 사용자도 전동 자전거 사용에 불편을 느끼지 않게 한 것이고,

특허문헌 2는 앞바퀴와 핸들부가 장착되는 프런트 프레임, 페달이 장착되는 센터 프레임, 뒷바퀴가 장착되는 리어 프레임, 뒷바퀴에 장착되는 모터, 및 프런트 프레임, 센터 프레임, 리어프레임 중 어느 하나에 장착되는 전자제어유닛(ECU)을 포함하고, 핸들부에는 상기 전자제어유닛(ECU)과 무선 통신을 하기 위한 인식유닛이 착탈 가능하게 마련된 것으로서, 자전거의 도난을 효과적으로 방지할 수 있게 한 것이다.

이러한 종래의 전동 자전거는 차체에 배터리 등의 전기 공급수단을 구비하여 전기를 이용하여 주행이 이루어지지만 배터리의 경우 용량에 한계가 있으므로 수시로 충전을 시켜야 하는 문제가 있고, 특허문헌 1과 같이 페달을 이용하여 발전을 할 수 있게 한 것이 있으나, 페달의 구동시 발생되는 전기의 양이 한정되어 주행에 충분한 전기를 발생시킬 수 없는 문제가 있다.

1. 대한민국 실용신안등록 제0430469호 2. 대한민국 특허공개 제2012-0027916호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 가속기를 구비하여 적은 양의 페달 구동에 의해서도 충분하게 전기를 발생시켜 자체 전원으로 사용할 수 있게 한 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게는 페달에 설치된 회전축의 구동기어와 회전자의 종동기어 사이에 기어비가 큰 가속수단을 설치하여 페달의 회전을 가속하여 회전자에 전달함으로써 적은 횟수의 페달 구동에 의해서도 많은 양의 전기를 발생시킬 수 있게 한 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 가속기를 구비한 자가발전 자전거는 모터의 구동에 의해 회전하는 바퀴(200)를 구비하고, 페달이 양단에 구비되는 회전축(300s)이 관통 내입되는 센터 프레임(A)이 차대의 하부에 구비되는 무체인 자전거에 있어서,
(A) 차대의 내부 일측에 구비된 충전지; (B) 측부에 내입홈이 형성되고, 페달의 구동에 의해 회전하는 회전자; 상기 회전자의 내입홈에 내입되고, 회전자에 페달의 회전력을 전달하되 페달의 회전력을 가속하는 가속수단 및; 상기 회전자를 감싸며 회전자의 외측에 배치되고, 상기 회전자의 회전에 의해 변하는 자력에 의해 전기를 발생하는 코일로 이루어진 고정자;로 이루어진 발전기; (C) 상기 발전기에서 발생되어 충전지에 충전된 전기를 하기 모터의 구동에 적합하게 변환하는 인버터 및 (D)상기 충전지의 전기를 공급받아 구동되어 어느 하나의 바퀴를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 바퀴 중 일측의 바퀴 축에는 보조발전기가 더 구비될 수 있다.

상기 가속수단은 페달의 회전축에 고정된 제1기어, 상기 제1기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖고 제1기어에 치합된 제2기어, 상기 제2기어의 중심축에 일체로 형성되고 제2기어보다 상대적으로 큰 지름을 갖으며 상기 제2기어에 치합되는 제3기어, 및 상기 회전자의 중심축에 일체로 형성되고 상기 제3기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖으며 상기 제3기어에 치합되는 제4기어로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거는 다단의 가속기어에 의해 페달의 회전력이 가속되어 회전자의 회전속도가 빨라짐으로써 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다. 이와 같이 발전된 전기는 충전기에 저장되어 모터구동이나 헤드라이터 및 표시 LED등에 사용할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거의 일예의 사시도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 자전거에 구비된 가속기의 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 자전거의 구비된 가속기의 일 측면도, 및
도 5는 본 발명에 따른 자전거의 구비된 가속기의 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 가속기를 구비하여 적은 양의 페달 구동에 의해서도 충분하게 전기를 발생시켜 자체 전원으로 사용할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 자전거는 (A) 차대의 내부 일측에 구비된 충전지(10); (B) 측부에 내입홈(21a)이 형성되고, 페달(300)의 구동에 의해 회전하는 회전자(21); 상기 회전자(21)의 내입홈(21a)에 내입되고, 회전자(21)에 페달의 회전력을 전달하되 페달의 회전력을 가속하는 가속수단(22) 및; 상기 회전자(21)를 감싸며 회전자(21)의 외측에 배치되고, 상기 회전자(21)의 회전에 의해 변하는 자력에 의해 전기를 발생하는 코일로 이루어진 고정자(23);로 이루어진 발전기(20); (C) 상기 발전기에서 발생되어 충전지에 충전된 전기를 하기 모터의 구동에 적합하게 변환하는 인버터(30); 및 (D)상기 충전지(10)의 전기를 공급받아 구동되어 어느 하나의 바퀴를 회전시키는 모터(40)를 포함한다.

상기 충전지(10)는 통상적으로 사용되는 충, 방전 가능한 충전지 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 자전거의 차대(200) 내부에 설치되어 있으며, 상기 발전기(20)에서 생성된 전기를 충전하고, 바퀴 중 일측 바퀴에 설치된 모터(40)에 전기를 공급하여 모터(40)를 구동시킨다.

상기 발전기(20)는 통상의 회전자와 고정자를 구비한 발전기 중 하나를 선택하여 사용할 수 있고, 회전자(21)의 중심축이 페달(300)의 회전축(300s)에 연결되어 페달(300)을 구동시킴으로써 회전하여 고정자(23) 코일에 전압이 유도되게 한다.

이러한 발전기(20)에는 페달(300)의 회전속도를 가속시켜 회전자(21)에 전달하기 위한 가속수단(22)을 구비하고 있다.

상기가속수단(22)은 도 3내지 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 기어(22a~22d)로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 가속수단(22)은 페달의 회전축(200s)에 고정된 제1기어(22a); 상기 제1기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖고 제1기어에 치합된 제2기어(22b); 상기 제2기어의 중심축에 일체로 형성되고, 제2기어보다 상대적으로 큰 지름을 가지는 제3기어(22c); 및 상기 회전자의 중심축에 일체로 형성되고, 상기 제3기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖으며 상기 제3기어에 치합되는 제4기어(22d)로 이루어진다.

이렇게 서로 다른 지름을 갖는 기어들을 서로 치합하여 이루어져 페달(300)의 회전속도를 가속하여 회전자(21)에 전달함으로써 사용자가 저속으로 페달을 밟아도 회전자(21)의 회전속도가 빨라 많은 양의 전기를 발생할 수 있는 것이다.

즉, 상대적으로 큰 지름을 갖는 제1기어(22a)가 작은 지름을 갖는 제2기어(22b)를 회전시킴으로써 제1기어(22a)가 연결된 회전축(300s)의 회전수가 적어도 제2기어(22b)의 회전수는 많아지고, 이렇게 회전 속도가 가속된 제2기어(22b)에 일체로 구성된 제3기어(22c)가 상대적으로 큰 지름을 가지므로 제4기어(22d)의 회전수는 더욱 가속되며, 이렇게 가속된 제4기어(22d)가 일체로 결합된 회전자(21)의 회전수가 페달의 회전축의 회전속도보다 빨라져 많은 양의 전기가 발생될 수 있는 것이다.

상기 제4기어(22d)의 중심에는 회전축(220s)이 관통하는 축공(22h)이 형성되어 회전축(200s)이 관통하여 설치될 수 있고, 이러한 회전축(300s)의 양단에 각각 페달(300)을 설치하여 페달의 회전력이 제1기어(22a)로 전달되게 하였다. 즉, 상기 축공(22h)의 내경은 회전축(300s)의 외경보다 커, 페달의 구동은 회전축을 통해 제1기어(22a), 제2기어(22b), 제3기어(22c)를 통해 제4기어(22d)에 전달되는 것이다.
또한 도 3, 4, 5 와 같이, 상기 발전기(20)의 고정자(23)는 상기 센터 프레임(A)의 길이방향 내부면 전체에 외주면 전체가 대응되도록 센터 프레임(A)의 내부공간에 끼워지도록 구성되고, 상기 발전기(20)의 회전자(21)는 상기 고정자(23)의 길이와 동일한 길이를 가지며 고정자(23)의 내측에 배치되어 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가속기를 구비한 자가발전 자전거는 상기한 바와 같이 페달(300)을 밟음으로써 발전기가 작동되고, 축전지(10)의 전원에 의해 모터(40)가 구동됨으로써 전진하게 된다.

상기 모터(40)는 자전거의 앞 뒤 바퀴 모두에 설치할 수 있으나, 앞바퀴의 경우 핸들의 조작에 의해 회동되어야 하므로 뒷바퀴에만 설치하는 것이 바람직하고, 앞바퀴에는 보조 발전기(50)를 설치하여 상기 발전기(20)에서 발전된 전기의 양을 보충할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

물론, 상기 보조발전기950)에도 가속수단을 설치하여 앞바퀴의 회전력을 가속하여 회전자에 전달할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

10: 충전지
20: 발전기
21: 회전자
22: 가속수단 22a~22d: 기어 22h: 축공
23: 고정자
30: 인버터
40: 모터
50: 보조발전기

Claims (4)

1. 삭제
2. 모터의 구동에 의해 회전하는 바퀴(200)를 구비하고, 페달이 양단에 구비되는 회전축(300s)이 관통 내입되는 센터 프레임(A)이 차대의 하부에 구비되는 무체인 자전거에 있어서,
   (A) 차대의 내부 일측에 구비된 충전지(10);
   (B) 측부에 내입홈(21a)이 형성되고, 페달(300)의 구동에 의해 회전하는 회전자(21); 상기 회전자(21)의 내입홈(21a)에 내입되고, 회전자(21)에 페달의 회전력을 전달하되 페달의 회전력을 가속하는 가속수단(22) 및; 상기 회전자(21)를 감싸며 회전자(21)의 외측에 배치되고, 상기 회전자(21)의 회전에 의해 변하는 자력에 의해 전기를 발생하는 코일로 이루어진 고정자(23);로 이루어진 발전기(20);
   (C) 상기 발전기에서 발생하여 충전지에 충전된 전기를 하기 모터의 구동에 적합하게 변환하는 인버터(30); 및
   (D)상기 충전지(10)의 전기를 공급받아 구동되어 어느 하나의 바퀴를 회전시키는 모터(40);를 포함하여 구성되고,
   상기 발전기(20)의 고정자(23)는 상기 센터 프레임(A)의 길이방향 내부면 전체에 외주면 전체가 대응되도록 센터 프레임(A)의 내부공간에 끼워지도록 구성되고,
   상기 발전기(20)의 회전자(21)는 상기 고정자(23)의 길이와 동일한 길이를 가지며 고정자(23)의 내측에 배치되어 회전 가능하도록 구성되며,
   상기 바퀴 중 일측의 바퀴 축에는 보조발전기(50)가 더 구비되며,
   상기 가속수단(22)은 페달의 회전축(300s)에 고정된 제1기어(22a); 상기 제1기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖고 제1기어에 치합된 제2기어(22b); 상기 제2기어의 중심축에 일체로 형성되고, 제2기어보다 상대적으로 큰 지름을 가지는 제3기어(22c); 및 상기 회전자(21)의 중심축에 일체로 형성되고, 상기 제3기어보다 상대적으로 작은 지름을 갖으며 상기 제3기어에 치합되는 제4기어(22d);를 포함하여 구성되며,
   상기 제4기어의 중심에는 축공(22h)이 형성되고, 상기 축공(22h)에는 양단에 페달이 설치되는 회전축(300s)이 관통할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가속기를 구비한 자가발전 무체인 자전거.
   
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