KR101823364B1 - 하이브리드 전기자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수동운행 중 전동모터로 자전거의 뒷바퀴를 구동시키고, 전동모터로 구동되는 상태에서 이송부를 통해 전동모터와 뒷바퀴 간의 연결을 끊어 수동으로 운행이 가능하도록 하며, 전동모터의 고장시에도 전동모터와 뒷바퀴의 연결을 끊어 수동 운행이 가능하도록 하는 하이브리드 전기자전거에 관한 것으로서, 배터리와 모터를 통해 구동되는 전기 자전거를 포함하며, 자전거의 페달이 결합되는 크랭크와 회전축 간에 결합되며, 뒷바퀴에 연결되는 체인이 결합되는 체인링; 상기 체인링과 자전거의 프레임 간의 회전축에 형성되어 회전축의 회전과 별개로 회전되는 부체인링; 상기 부체인링과 구동체인을 통해 연결되며, 연결되는 배터리의 전원으로 구동되는 전동모터; 상기 전동모터에 연결되는 구동체인을 체인링 측으로 이송시키는 이송부 및 상기 전동모터와 연결되어 전동모터를 제어하는 제어부를 포함하여, 상기 전동모터를 제어부를 통해 작동시키고, 이송부를 통해 구동체인을 체인링측 또는 부체인링측으로 이송시켜 전동모터의 구동력을 체인링을 통해 뒷바퀴로 전달 또는 차단하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기자전거{Electricity bicycle of hybrid}

본 발명은 하이브리드 전기자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수동운행 중 전동모터로 자전거의 뒷바퀴를 구동시키고, 전동모터로 구동되는 상태에서 이송부를 통해 전동모터와 뒷바퀴 간의 연결을 끊어 수동으로 운행이 가능하도록 하며, 전동모터의 고장시에도 뒷바퀴와의 연결을 끊어 수동으로 운행할 수 있도록 하는 하이브리드 전기자전거에 관한 것이다.

일반적으로, 전기자전거는 사용자의 답력뿐만 아니라 전기에 의해 구동되는 모터의 구동력을 사용하므로 경사지가 많은 우리나라의 지형에서 사용하기에 매우 편리하고 노약자들도 모터의 구동력을 사용하여 오랫 동안 사용할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 전기를 사용하는 모터는 매연 등의 오염물질을 발생시키지 않아 자전거의 친환경성에도 문제가 되지 않는 등 최근에 전기자전거가 많은 각광을 받고 있다.

하지만, 전기자전거는 일반적으로 후륜의 회전중심에 모터의 회전축이 있도록 설계되거나 또는 후륜의 종동 스프라켓으로 체인을 통해 구동력을 전달하므로 동력을 변속하기가 불가능하거나 답력의 변속을 위한 변속기와는 별도의 변속기를 사용하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 선행특허에서는 모터와 체인링 간을 체인으로 연결하여 모터와 페달의 답력을 모두 사용할 수 있도록 하는 구성이 기재되어 있다.

그러나, 선행특허는 모터를 통해 동력을 전달할 때에는 페달이 결합된 크랭크도 동시에 회전되는 문제점이 있으며, 모터의 고장시 모터를 분리하거나 교체하기 전에는 운행이 불편한 문제점이 있다.

선행특허 : 한국 공개 실용신안 제20-2011-0001594호(2011년02월17일)

본 발명은 수동운행 중 전동모터로 자전거의 뒷바퀴를 구동시키고, 전동모터로 구동되는 상태에서 이송부를 통해 전동모터와 뒷바퀴 간의 연결을 끊어 수동으로 운행이 가능하도록 하며, 전동모터의 고장시에도 전동모터와 뒷바퀴의 연결을 끊어 수동 운행이 가능하도록 하는 하이브리드 전기자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거는, 배터리와 모터를 통해 구동되는 전기 자전거를 포함하며, 자전거의 페달이 결합되는 크랭크와 회전축 간에 결합되며, 뒷바퀴에 연결되는 체인이 결합되는 체인링; 상기 체인링과 자전거의 프레임 간의 회전축에 형성되어 회전축의 회전과 별개로 회전되는 부체인링; 상기 부체인링과 구동체인을 통해 연결되며, 연결되는 배터리의 전원으로 구동되는 전동모터; 상기 전동모터에 연결되는 구동체인을 체인링 측으로 이송시키는 이송부 및 상기 전동모터와 연결되어 전동모터를 제어하는 제어부를 포함하여, 상기 전동모터를 제어부를 통해 작동시키고, 이송부를 통해 구동체인을 체인링측 또는 부체인링측으로 이송시켜 전동모터의 구동력을 체인링을 통해 뒷바퀴로 전달 또는 차단하는 것을 특징으로 한다.

상기 체인링은 뒷바퀴와 체인을 통해 연결되는 외기어 및 상기 전동모터와 연결되는 구동체인이 이송부를 통해 이송되어 연결되는 내기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부체인링은 회전축에 결합되는 베어링의 외측에 부체인링이 결합되어 회전축의 회전에 상관없이 별도로 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 체인링의 내부에는 상기 크랭크가 회전되지 않을 때 상기 체인링이 회전될 수 있도록 하는 원웨이 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 이송부는, 상기 자전거의 프레임에 고정되어 상기 구동체인을 좌우로 이송시키는 이송체 및 상기 이송체와 와이어로 연결되어 이송체를 이송시키며, 상기 자전거의 손잡이에 결합되는 이송레버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 전동모터와 연결되어 전동모터의 속도 및 작동 유무를 컨트롤 하는 스위치가 자전거의 손잡이에 설치되고, 상기 스위치에는 상태표시창이 형성되어 배터리의 충전량, 현재 속도, 전동모터의 상태 및 주행 거리를 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 전동모터는 자전거의 프레임에서 착탈이 가능하며, 이송부를 통해 전동모터의 고장시에도 이송부를 통해 구동체인을 부체인링 측으로 이송시켜 페달을 통해 주행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 탈착이 가능한 전동모터를 통해 전기 자전거로 사용 가능하고, 전동모터를 통해 자전거를 구동할 때 이송부를 통해 구동체인의 이송으로 구동하게 되므로, 전동모터의 고장 또는 배터리 방전이 발생되어도 주행이 가능한 효과가 있다.

또한, 체인링과 회전축 간에 형성되는 원웨이 스토퍼를 통해 전동모터로 구동시 페달을 지속적으로 밟지 않아도 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전기자전거의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 체인링, 부체인링 및 이송부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 체인링 내측에 형성되는 원웨이 스토퍼의 고정기어를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 원웨이 스토퍼의 원웨이 기어와 승강 기어날을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

본 발명은 배터리와 모터를 이용하여 구동되는 전기 자전거의 전동모터를 착탈이 가능하도록 하고, 전동모터의 고장시에도 운행이 가능하도록 하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 전체 구성을 나타낸 도면으로서, 자전거의 페달(3)이 결합되는 크랭크(2)와 회전축(4) 간에 결합되며, 뒷바퀴의 변속기어와 연결되는 체인이 결합되는 체인링(10), 체인링(10)과 프레임(1) 간에 형성되어 회전축(4) 상에서 회전축(4)과 별개로 회전되는 부체인링(15), 부체인링(15)과 구동체인(31)을 통해 연결되는 전동모터(30), 전동모터(30)를 제어하는 제어부를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 체인링(10), 부체인링(15) 및 이송부(50)를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 체인링(10)은 자전거의 프레임(1)과 일측 크랭크(2) 간에 형성되며, 뒷바퀴의 변속기어와 연결되는 체인이 결합되는 외기어(11)와, 전동모터(30)와 연결되는 구동체인(31)이 이송되어 결합되는 내기어(12)로 구성된다.

상기 체인링(10)의 외기어(11) 외측에는 체인이 이탈되지 않도록 방지판이 형성되며, 회전축(4)이 회전되지 않을 때에도 체인링(10)이 전동모터(30)를 통해 회전될 수 있도록 하는 원웨이 스토퍼(40)가 회전축(4)과 체인링(10) 간에 형성된다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 체인링(10) 내측에 형성되는 원웨이 스토퍼(40)의 고정기어(41)를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자전거의 원웨이 스토퍼(40)의 원웨이 기어(42)와 승강 기어날(43)을 나타낸 도면이다.

상기 원웨이 스토퍼(40)는 체인링(10)의 내측에 형성되는 고정기어(41)와 회전축(4)에 고정되어 고정기어(41)에 맞물려 체인링(10)을 회전시키는 원웨이 기어(42)로 구성된다.

상기 고정기어(41)의 기어날은 직각 삼각형의 형상 또는 이와 유사한 형태로 이루어져 크랭크(2)와 회전축(4)이 회전될 때 고정기어(41)의 기어날에 회전축(4)에 고정되는 원웨이 기어(42)의 승강 기어날(43)이 맞물려 회전된다.

상기 원웨이 기어(42)의 승강 기어날(43)은 크랭크(2)와 회전축(4)이 회전을 몸추면 고정기어(41)의 기어날에 의해 내부로 삽입 돌출을 반복하여 크랭크(2)와 회전축(4)이 정지하여도 체인링(10)이 회전될 수 있도록 한다.

상기 부체인링(15)은 체인링(10)과 프레임(1) 간의 회전축(4)에 형성되며, 회전축(4)의 외주연에 결합되는 베어링의 외측에 부체인링(15)이 결합되어 회전축(4)의 회전과 별개로 회전된다.

상기 부체인링(15)은 전동모터(30)와 구동체인(31)을 통해 연결되어 전동모터(30)가 회전되지 않을때 회전축(4)의 회전이 구동모터로 전달되지 않도록 한다.

상기 전동모터(30)와 연결되는 구동체인(31)이 이송체(51)를 통해 체인링(10)의 내기어(12)로 이송되면 전동모터(30)의 구동력을 통해 체인링(10)이 회전되어 체인을 통해 뒷바퀴로 구동력을 전달하게 된다.

상기 원웨이 스토퍼(40)는 전동모터(30)가 동작될 때 사용자가 페달(3)을 지속적으로 밟지 않을 수 있도록 하기 위해 형성되는 것이다.

상기 원웨이 스토퍼(40)가 없이 체인링(10)과 회전축(4)이 고정되면 전동모터(30)의 동작으로 체인링(10)이 회전될 때 지속적으로 크랭크(2)와 회전축(4)이 회전되므로 사용자가 페달(3)을 밟지 않아도 될 때에도 지속적으로 페달(3)을 밟게되기 때문에 원웨이 스토퍼(40)가 체인링(10)과 회전축(4) 간에 형성된다.

상기 전동모터(30)는 양측 크랭크(2)의 회전에 방해되지 않도록 자전거의 프레임(1)에 결합되며, 유성기어 또는 감속기어 등을 통해 회전수가 조절된다.

상기 전동모터(30)는 자전거의 프레임(1)에 결합 및 분리가 될 수 있도록 결합되며, 이로 인해 전동모터(30)가 사용중 고장이 나더라도 교체가 용이하다.

상기 이송부(50)는 전동모터(30)와 부체인링(15) 간의 구동체인(31)을 이송시키는 이송체(51)와, 자전거의 손잡이에 설치되어 이송체(51)를 와이어를 통해 이송시키는 이송레버(52)로 구성된다.

상기 이송체(51)는 구동체인(31)과 접촉되지 않도록 구동체인(31) 상에 형성되어 좌우 이송을 통해 구동체인(31)이 부체인링(15)과 체인링(10)의 내기어(12) 간을 이송하도록 한다.

상기 이송체(51)는 와이어를 통해 이송레버(52)와 연결되어 이송레버(52)의 조작을 통해 좌우로 이송되어 구동체인(31)을 좌우로 밀어 체인링(10)의 내기어(12) 또는 부체인링(15)에 결합되도록 한다.

상기 전동모터(30)에 연결되는 제어부는 배터리(20)에서 인가되는 전원을 전동모터(30)에 맞도록 변환시키고, 전동모터(30)의 작동 유무 및 속도를 컨트롤한다.

상기 제어부에는 스위치가 결합되어 전동모터(30)의 속도 및 작동 유무를 사용자가 컨트롤 할 수 있도록 하고, 스위치에는 상태표시창이 형성되어 배터리(20)의 충전량, 현재 속도, 전동모터(30)의 상태 및 주행 거리 등을 표시한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전기 자전거의 구동 방법을 설명하면 다음과 같가.

사용자가 전기 자전거의 페달(3)을 밟아 자전거가 주행하다가, 언덕 또는 평지등에서 힘들거나 페달(3)을 밟지 않을때 전동모터(30)를 스위치를 통해 구동시키고, 구동체인(31)을 이송레버(52)를 작동시켜 이송체(51)가 구동체인(31)을 체인링(10)측으로 이송되도록 한다.

이때, 체인링(10)이 페달(3)과 크랭크(2)축과 함께 회전되는 상태로 이송체(51)로 인해 이송되는 구동체인(31)이 체인링(10)의 내기어(12)로 이송되어 내기어(12)와 결합되고, 구동체인(31)을 통해 전달되는 구동력으로 체인링(10)을 회전시켜 뒷바퀴로 동력을 전달할 수 있도록 한다.

상기 전기 자전거를 구동하다가 페달(3)을 밟아야 하는 경우에는 구동체인(31)이 체인링(10)에 연결된 상태로 페달(3)을 밟아 운행이 쉽게 하거나, 이송레버(52)를 조작하여 이송체(51)가 구동체인(31)을 부체인링(15)으로 이송시키도록 하고, 스위치를 통해 전동모터(30)의 동작을 정지시킨다.

상기와 같이 주행중에 전기 자전거의 구동을 변환하여 사용자가 주행을 쉽게 할 수 있으며, 전동모터(30)를 통해 전기 자전거가 구동되어 페달(3)을 밟지 않을때 체인링(10)과 회전축(4) 간에 형성된 원웨이 스토퍼(40)로 인해 페달(3)을 밟지 않아도 체인링(10)이 회전되어 구동력을 뒷바퀴의 변속기어로 전달하게 된다.

상기 전기 자전거가 정지되었을 때 전동모터(30)를 통해 주행을 시작할 때에는 이송레버(52)를 통해 이송체(51)를 이송시켜 구동체인(31)을 체인링(10)의 내기어(12) 측으로 이송시키고, 모터를 저속에서부터 점진적으로 회전을 중가시켜 주행하게 된다. 이때, 페달(3)을 통해 주행을 시작할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 탈착이 가능한 전동모터를 통해 전기 자전거로 사용 가능하고, 전동모터를 통해 자전거를 구동할 때 이송부를 통해 구동체인의 이송으로 구동하게 되므로, 전동모터의 고장 또는 배터리 방전이 발생되어도 주행이 가능한 효과가 있다.

또한, 체인링과 회전축 간에 형성되는 원웨이 스토퍼를 통해 전동모터로 구동시 페달을 지속적으로 밟지 않아도 되는 효과가 있다.

상기와 같은 하이브리드 전기자전거는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

1 : 프레임 2 : 크랭크
3 : 페달 4 : 회전축
10 : 체인링 11 : 외기어
12 : 내기어 15 : 부체인링
20 : 배터리
30 : 전동모터 31 : 구동체인
40 : 원웨이 스토퍼 41 : 고정기어
42 : 원웨이 기어 43 : 승강 기어날
50 : 이송부 51 : 이송체
52 : 이송레버

Claims (7)

1. 배터리와 모터를 통해 구동되는 전기 자전거에 있어서,
   자전거의 페달이 결합되는 크랭크와 회전축 간에 결합되며, 뒷바퀴에 연결되는 체인이 결합되는 체인링;
   상기 체인링과 자전거의 프레임 간의 회전축에 형성되어 회전축의 회전과 별개로 회전되는 부체인링;
   상기 부체인링과 구동체인을 통해 연결되며, 연결되는 배터리의 전원으로 구동되는 전동모터;
   상기 전동모터에 연결되는 구동체인을 체인링 측으로 이송시키는 이송부 및
   상기 전동모터와 연결되어 전동모터를 제어하는 제어부를 포함하여,
   상기 전동모터를 제어부를 통해 작동시키고, 이송부를 통해 구동체인을 체인링측 또는 부체인링측으로 이송시켜 전동모터의 구동력을 체인링을 통해 뒷바퀴로 전달 또는 차단하며,
   상기 부체인링은 회전축에 결합되는 베어링의 외측에 부체인링이 결합되어 회전축의 회전에 상관없이 별도로 회전되고,
   상기 이송부는,
   상기 자전거의 프레임에 고정되어 상기 구동체인을 좌우로 이송시키는 이송체 및
   상기 이송체와 와이어로 연결되어 이송체를 이송시키며, 상기 자전거의 손잡이에 결합되는 이송레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자전거.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 체인링은 뒷바퀴와 체인을 통해 연결되는 외기어 및
   상기 전동모터와 연결되는 구동체인이 이송부를 통해 이송되어 연결되는 내기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자전거.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 체인링의 내부에는 상기 크랭크가 회전되지 않을 때 상기 체인링이 회전될 수 있도록 하는 원웨이 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자전거.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 전동모터와 연결되어 전동모터의 속도 및 작동 유무를 컨트롤 하는 스위치가 자전거의 손잡이에 설치되고, 상기 스위치에는 상태표시창이 형성되어 배터리의 충전량, 현재 속도, 전동모터의 상태 및 주행 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자전거.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 전동모터는 자전거의 프레임에서 착탈이 가능하며, 이송부를 통해 전동모터의 고장시에도 이송부를 통해 구동체인을 부체인링 측으로 이송시켜 페달을 통해 주행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자전거.

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