KR101899341B1 - 전기자전거 변환 키트 - Google Patents

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KR101899341B1
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박영찬
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정가영
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62K13/00—Cycles convertible to, or transformable into, other types of cycles or land vehicle

Abstract

전기자전거 변환 키트가 개시된다. 전기자전거 변환 키트는 자전거의 포크로부터 자유 회전 가능하도록 상기 포크에 연결되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 결합되어 상기 구동샤프트를 회전시키는 허브모터; 상기 구동샤프트 상에 결합되어 상기 구동샤프트와 함께 상기 구동샤프트의 회전방향으로만 회전하도록 구성된 원 웨이 클러치 및 상기 원 웨이 클러치의 일면에서 상기 구동샤프트의 원주 방향으로 배열된 복수의 감속기어를 포함하는 감속기어부; 일측이 개방된 하우징 형태이고, 상기 구동샤프트 상에 결합되고, 상기 감속기어를 내부에 수용하며, 내부에 구비된 기어홈이 상기 복수의 감속기어와 맞물려 회전하는 기어하우징; 원판 형태로 구비되고, 상기 감속기어부가 관통하는 관통구멍을 포함하고, 상기 기어하우징과 결합되어 상기 기어하우징과 함께 회전하는 제1 허브덮개; 전면측 및 후면측이 개방되어 있고, 상기 전면측 및 후면측 중 하나의 일측이 상기 제1 허브덮개과 결합되어 커버되고, 결합된 제1 허브덮개와 함께 회전하고, 자전거의 휠 프레임과 와이어 스포크를 통해 연결되어 상기 자전거의 휠 프레임에 회전력을 전달하는 회전허브; 상기 회전허브의 전면측 및 후면측 중 나머지 일측에 결합되어 상기 회전허브를 커버하고, 결합된 회전허브와 함께 회전하는 제2 허브덮개; 및 상기 회전허브의 내부에 수용되어 상기 회전허브, 제1 허브덮개 및 제2 허브덮개를 통해 외부로부터 보호되고, 자전거 사용자에 의한 구동신호입력에 따라 상기 허브모터를 구동시키도록 구성된 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자전거 변환 키트{ELECTRIC BICYCLE CONVERSION KIT}
본 발명은 자전거와 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 일반 자전거를 전기자전거로 변환할 수 있도록 하는 전기자전거 변환 키트에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 사용자의 페달링에 의한 답력을 이용하여 주행하는 것으로서, 평지에서는 그 주행에 어려움이 없으나 언덕 등의 경사로를 올라갈 때에는 많은 힘을 필요로 하게 된다.
이러한 점을 해소하기 위하여, 최근에는 사용자의 답력에 더해 모터의 구동력을 사용하여 주행할 수 있도록 모터를 장착한 전기자전거가 개발되었다.
즉, 전기자전거에는 배터리로 구동되는 모터가 이용되며, 이러한 전기자전거는 사람이 페달을 밟는 힘만으로 주행하거나, 배터리로 구동되는 모터의 힘만으로 주행하거나, 둘 모두를 이용하여 주행하는 것을 선택할 수 있도록 구성되어 있다.
그러나 전기자전거는 일반 자전거, 탑승자가 페달을 돌리는 힘만으로 주행되는 자전거에 비해 고가이며, 따라서 전기자전거의 사용을 위해서는 높은 소비 가격을 지불하여 구매하여야만 한다.
등록특허 제10-1531624호
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 누구나 쉽게 자전거에 장착하여 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용 변환이 가능하도록 하고, 설치가 신속할 뿐만 아니라 자전거의 형상에 구애 없이 다수 종류의 자전거에 쉽게 장착하여 사용할 수 있고, 기존 자전거를 그대로 이용하면서 전기자전거 전체를 구매하는 비용 대비 저렴한 비용을 투자하여 기존의 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용이 가능하도록 하는 전기자전거 변환 키트를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트는 자전거의 포크로부터 자유 회전 가능하도록 상기 포크에 연결되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 결합되어 상기 구동샤프트를 회전시키는 허브모터; 상기 구동샤프트 상에 결합되어 상기 구동샤프트와 함께 상기 구동샤프트의 회전방향으로만 회전하도록 구성된 원 웨이 클러치 및 상기 원 웨이 클러치의 일면에서 상기 구동샤프트의 원주 방향으로 배열된 복수의 감속기어를 포함하는 감속기어부; 일측이 개방된 하우징 형태이고, 상기 구동샤프트 상에 결합되고, 상기 감속기어를 내부에 수용하며, 내부에 구비된 기어홈이 상기 복수의 감속기어와 맞물려 회전하는 기어하우징; 원판 형태로 구비되고, 상기 감속기어부가 관통하는 관통구멍을 포함하고, 상기 기어하우징과 결합되어 상기 기어하우징과 함께 회전하는 제1 허브덮개; 전면측 및 후면측이 개방되어 있고, 상기 전면측 및 후면측 중 하나의 일측이 상기 제1 허브덮개과 결합되어 커버되고, 결합된 제1 허브덮개와 함께 회전하고, 자전거의 휠 프레임과 와이어 스포크를 통해 연결되어 상기 자전거의 휠 프레임에 회전력을 전달하는 회전허브; 상기 회전허브의 전면측 및 후면측 중 나머지 일측에 결합되어 상기 회전허브를 커버하고, 결합된 회전허브와 함께 회전하는 제2 허브덮개; 및 상기 회전허브의 내부에 수용되어 상기 회전허브, 제1 허브덮개 및 제2 허브덮개를 통해 외부로부터 보호되고, 자전거 사용자에 의한 구동신호입력에 따라 상기 허브모터를 구동시키도록 구성된 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전기자전거 변환 키트는, 자전거의 페달에 설치되고, 자전거 페달의 회전이 감지되면 구동신호를 상기 제어유닛으로 입력하는 페달회전감지기; 및 자전거의 핸들에 설치되고, 자전거 사용자의 조작에 따른 구동신호를 상기 제어유닛으로 입력하는 전자구동기를 더 포함하고, 상기 제어유닛은, 상기 회전허브보다 작은 직경을 갖는 외부로부터 밀폐된 하우징 형태이고, 상기 허브모터의 회전하지 않는 몸체부에 결합되어 상기 회전허브와 함께 회전하지 않도록 상기 회전허브 내에 수용되는 내부하우징; 상기 내부하우징 내에 수용되고, 상기 페달회전감지기 및 전자구동기로부터 입력되는 구동신호에 따라 상기 허브모터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 상기 내부하우징 내에 수용되고, 상기 컨트롤러와 전기적으로 연결되어 상기 컨트롤러에 전력을 공급하는 복수의 배터리; 및 상기 복수의 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 충방전을 조절하도록 구성된 배터리 보호회로를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 페달회전감지기로부터 구동신호가 입력되면 자전거 사용자가 페달에 가하는 답력에 대응하여 허브모터를 회전시켜서 자전거 사용자가 적은 힘으로 페달을 밟더라도 상대적으로 고속으로 전진하도록 하는 제1 속도의 PAS주행모드로 허브모터를 제어하고, 상기 전자구동기로부터 구동신호가 입력되면 상기 허브모터의 회전력만으로 자전거가 주행되도록 하는 상기 제1 속도보다 높은 제2 속도의 자가주행모드로 허브모터를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리는 충전 가능한 Li-ion 배터리일 수 있다.
본 발명에 따른 전기자전거 변환 키트에 의하면, 누구나 쉽게 자전거에 장착하여 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용 변환이 가능하도록 하고, 설치가 신속할 뿐만 아니라 자전거의 형상에 구애 없이 다수 종류의 자전거에 쉽게 장착하여 사용할 수 있고, 기존 자전거를 그대로 이용하면서 전기자전거 전체를 구매하는 비용 대비 저렴한 비용을 투자하여 기존의 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용이 가능하도록 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전기자전거 변환 키트가 자전거의 휠 프레임과 연결된 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전기자전거 변환 키트가 자전거에 장착된 상태를 나타낸 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트는 구동샤프트(110), 허브모터(120), 감속기어(132), 기어하우징(140), 제1 허브덮개(150), 회전허브(160), 제2 허브덮개(170), 제어유닛(180)을 포함할 수 있다.
구동샤프트(110)는 자전거의 포크로부터 자유 회전 가능하도록 포크(12)에 연결된다.
허브모터(120)는 구동샤프트(110)와 결합되어 구동샤프트(110)를 회전시킨다. 일 예로, 허브모터(120)는 36V, 250W의 BLDC(Brush-less Direct Current motor) 허브모터를 사용할 수 있다.
감속기어부(130)는 허브모터(120)가 구동되어 구동샤프트(110)가 회전할 때 강한 토크를 내기 위해 모터의 회전수를 줄인다. 감속기어부(130)는 원 웨이 클러치(131) 및 복수의 감속기어(132)를 포함할 수 있다. 원 웨이 클러치(131)는 구동샤프트(110) 상에 결합되어 구동샤프트(110)의 회전 방향으로 구동샤프트(110)와 함께 회전하고 구동샤프트(110)의 회전방향의 역방향으로는 회전하지 않도록 구성된다. 복수의 감속기어(132)는 원 웨이 클러치(131)의 일면에 구동샤프트(110)의 원주 방향을 따라 배열된다. 복수의 감속기어(132)는 2개 이상 구비될 수 있다. 예를 들면, 복수의 감속기어(132)는 3개일 수 있다.
기어하우징(140)은 감속기어부(130)를 수용하여 감속기어부(130) 및 구동샤프트(110)와 함께 회전한다. 이를 위해, 기어하우징(140)은 일측이 개방된 하우징 형태로 구비되고, 구동샤프트(110) 상에 결합되고, 개방된 일측을 통해 감속기어부(130)가 삽입되어 감속기어부(130)를 수용한다. 기어하우징(140)은 내면에 기어홈(미도시)이 구비되며, 기어홈이 기어하우징(140) 내부로 수용된 감속기어부(130)의 복수의 감속기어(132)와 맞물려 감속기어부(130)와 함께 회전하게 된다.
제1 허브덮개(150)는 원판 형태로 구비되고, 감속기어부(130)가 관통하는 제1 관통구멍(151)을 포함할 수 있다. 제1 허브덮개(150)는 제1 관통구멍(151)의 둘레가 기어하우징(140)의 개방된 일측에 결합되며, 기어하우징(140)과 결합된 상태에서 감속기어(132)가 제1 관통구멍(151)을 관통하여 기어하우징(140) 내부로 삽입되도록 한다. 이러한 제1 허브덮개(150)는 3D 프린팅으로 제작될 수 있으며, PLA(Poly Lactic Acid) 재료가 사용될 수 있다.
회전허브(160)는 전면측 및 후방측이 개방된 하우징 형태이고, 전면측 및 후면측 중 하나의 일측이 제1 허브덮개(150)와 결합될 수 있다. 예를 들면, 전면측이 제1 허브덮개(150)와 결합되어 제1 허브덮개(150)에 의해 전면측이 외부로부터 커버될 수 있다. 전면측 및 후면측 중 나머지 일측, 예를 들면, 후면측이 후술하는 제2 허브덮개(170)와 결합되어 후면측이 외부로부터 커버될 수 있다. 이러한 회전허브(160)는 제1 허브덮개(150)와 함께 회전하고, 자전거(10)의 휠 프레임(11a)과 와이어 스포크(11b)를 통해 연결되어 자전거(10)의 휠 프레임(11a)에 회전력을 전달할 수 있다. 또한 이러한 회전허브(160)는 3D 프린팅으로 제작될 수 있으며, PLA(Poly Lactic Acid) 재료가 사용될 수 있다.
제2 허브덮개(170)는 앞서 예시한 바와 같이 회전허브(160)의 일측을 커버한다. 제2 허브덮개(170)는 회전허브(160)의 일측을 커버할 수 있는 직경을 갖는 원판 형태로 구비되며, 원판의 가운데에는 구동샤프트(110)가 관통하는 제2 관통구멍(171)이 형성될 수 있다. 또한, 제2 허브덮개(170)는 구동샤프트(110) 상에 결합되며, 구동샤프트(110)와 결합된 상태에서 구동샤프트(110) 및 회전허브(160)와 함께 회전한다. 이러한 제2 허브덮개(170)는 3D 프린팅으로 제작될 수 있으며, PLA(Poly Lactic Acid) 재료가 사용될 수 있다.
제어유닛(180)은 회전허브(160)의 내부에 수용되어 회전허브(160), 제1 허브덮개(150) 및 제2 허브덮개(170)를 통해 외부로부터 보호되고, 자전거 사용자에 의한 구동신호입력에 따라 상기 허브모터(120)를 구동시키도록 구성된다.
한편, 이러한 제어유닛(180)에 구동신호를 입력하기 위해 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)를 포함하고, 제어유닛(180)은 내부하우징(181), 컨트롤러(182), 복수의 배터리(183), 배터리 보호회로(184)를 포함한다.
페달회전감지기(190)는 자전거의 페달 부분, 예를 들면, 페달이 연결된 스프로킷(14)에 설치되어 자전거 페달의 회전이 감지되면 구동신호를 제어유닛(180)으로 입력한다. 일 예로, 페달회전감지기(190)는 토크센서일 수 있다. 예를 들면, 토크 트렌듀서 또는 홀 센서(Hall Sensor)일 수 있다.
전자구동기(200)는 페달의 회전 없이 전자적 제어를 통해 허브모터(120)를 작동시킬 수 있다. 전자구동기(200)는 자전거의 핸들에 설치되고, 자전거 사용자의 조작에 따른 구동신호를 제어유닛(180)으로 입력한다. 일 예로, 전자구동기(200)는 자전거 핸들에 설치되는 스로틀(Throttle)일 수 있고, 스로틀의 조작 상태를 표시하는 소형의 디스플레이장치(미도시)를 포함할 수 있다.
제어유닛(180)의 내부하우징(181)은 회전허브(160)보다 작은 직경을 갖는 외부로부터 밀폐된 하우징 형태로 구비되어 컨트롤러(182), 복수의 배터리(183), 배터리 보호회로(184)를 수용한다. 내부하우징(181)은 허브모터(120)에 회전하지 않는 몸체부(121)에 결합되어 회전허브(160)와 함께 회전하지 않도록 회전허브(160) 내에 수용된다. 이를 위해, 내부하우징(181)은 허브모터(120)의 몸체부(121)와 결합하는 홈 형태의 모터결합부(181a)가 형성되고, 내부하우징(181)의 가운데에는 제3 관통구멍(181b)이 형성되어 구동샤프트(110)가 관통한다.
컨트롤러(182)는 내부하우징(181)의 내부에 수납되며, 배터리(183), 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)와 전기적으로 연결되어 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)로부터 입력되는 구동신호에 따라 배터리(183)의 전원을 허브모터(120)에 공급하여 허브모터(120)의 구동을 제어한다. 즉, 컨트롤러(182)는 페달회전감지기(190)로부터 구동신호가 입력되면 자전거 사용자가 페달에 가하는 답력에 대응하여 허브모터(120)를 회전시켜서 자전거 사용자가 적은 힘으로 페달을 밟더라도 상대적으로 고속으로 전진하도록 하는 제1 속도의 PAS주행모드로 허브모터(120)를 제어하고, 전자구동기(200)로부터 구동신호가 입력되면 허브모터(120)의 회전력만으로 자전거가 주행되도록 하는 상기 제1 속도보다 높은 제2 속도의 자가주행모드로 허브모터(120)를 제어할 수 있다.
복수의 배터리(183)는 내부하우징(181) 내에 수납되어 컨트롤러(182)와 전기적으로 연결되며 컨트롤러(182)에 전원을 공급한다. 복수의 배터리(183)의 개수에는 특별한 제한은 없으며, 허브모터(120)의 구동전력에 대응하는 전력을 출력할 수 있는 전력량을 갖는 개수로 구비될 수 있다. 복수의 배터리(183)는 충전 가능한 배터리일 수 있다. 예를 들면, Li-ion 배터리일 수 있다. 도시하지는 않았지만 복수의 배터리(183)는 별도로 제공되는 충전케이블을 통해 충전 가능하도록 구성될 수 있다.
배터리 보호회로(184)는 내부하우징(181) 내에 수납되어 복수의 배터리(183)와 전기적으로 연결되고, 복수의 배터리(183)의 충방전을 조절한다. 예를 들면, 배터리(183)의 방전 최저 전압이 32V, 충전 최고 전압이 42V가 되도록 복수의 배터리(183)의 충방전을 조절할 수 있다.
한편, 컨트롤러(182)를 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)와 전기적으로 연결하기 위하여 제2 허브덮개(170)의 일면에 케이블인출관(185)을 설치하여 컨트롤러(182)와 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)를 케이블로 연결할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(182)로부터 인출되는 제1 케이블(1)을 케이블인출관(185)을 통해 회전허브(160)의 외측으로 인출하고, 페달회전감지기(190)에 연결되는 제2 케이블(2) 및 전자구동기(200)에 연결되는 제3 케이블(3)을 각각 케이블커넥터(4)를 통해 서로 연결할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트는 페달만으로 주행되는 일반 자전거의 앞바퀴에 장착되어 사용될 수 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 전기자전거 변환 키트가 자전거의 앞바퀴에 장착되어 자전거가 주행되는 과정에 대해 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 전기자전거 변환 키트가 자전거의 휠 프레임과 연결된 상태를 나타낸 정면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 전기자전거 변환 키트가 자전거에 장착된 상태를 나타낸 정면도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트가 자전거에 장착되는 형태를 살펴보면, 회전허브(160)가 도 3 및 도 4와 같이 자전거(10)의 앞바퀴(11)의 중심부에 위치하고, 회전허브(160)가 와이어 스포크(11b)를 통해 앞바퀴(11)의 휠 프레임(11a)과 연결되고, 구동샤프트(110)는 앞바퀴(11)를 향해 연장된 자전거(10)의 전방포크(12)에 회전 가능하게 연결된다.
또한, 페달회전감지기(190)는 자전거(10)의 페달(13)과 연결된 스프로킷(14)의 일면에 장착되고, 전자구동기(200)는 자전거(10) 핸들(15)의 일측, 즉 핸들(15)의 일측 손잡이(15a)에 장착된다.
이와 같이 자전거(10)에 장착되면 자전거(10)는 PAS주행모드 및 자가주행모드로주행 가능한 전기자전거 형태로 변환될 수 있다.
이러한 상태에서, 자전거 사용자는 페달(13)을 회전시키는 동작 및 전자구동기(200)를 조작하는 동작을 통해 자전거(10)를 주행시킬 수 있다.
자전거 사용자가 페달(13)을 회전시키는 경우, 페달회전감지기(190)는 페달(13)의 회전에 의한 토크가 발생되었음을 감지하여 구동신호를 제어유닛(180)의 컨트롤러(182)로 입력한다.
페달회전감지기(190)로부터 구동신호가 입력되면 컨트롤러(182)는 PAS주행모드로 허브모터(120)를 제어한다. 즉, 컨트롤러(182)는 페달회전감지기(190)로부터 구동신호가 입력되면 자전거 사용자가 페달(13)에 가하는 답력에 대응하여 허브모터(120)를 회전시킨다. 이에 따라, 자전거 사용자는 적은 힘으로 페달을 밟더라도 상대적으로 고속으로 전진하는 제1 속도로 자전거를 주행시킬 수 있다.
한편 자전거 사용자가 전자구동기(200)를 조작하는 경우, 전자구동기(200)는 컨트롤러(182)에 구동신호를 입력한다.
전자구동기(200)로부터 구동신호가 입력되면 컨트롤러(182)는 자가주행모드로 허브모터(120)를 제어한다. 즉, 컨트롤러(182)는 허브모터(120)의 회전속도를 PAS주행모드의 경우보다 빠르게 회전시키고, 이에 따라, 자전거 사용자는 허브모터(120)의 회전력만으로 자전거가 주행되도록 하는 제2 속도로 자전거를 주행시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트를 이용하면, 자전거 주행을 위한 전기장치가 없는 일반 자전거에 쉽게 장착하여 전기자전거로서의 변환이 가능한 이점이 있다.
즉, 제어유닛(180)을 수용하고 있는 회전허브(160)를 자전거의 휠 프레임(11a)에 장착하고, 페달회전감지기(190)는 페달(13)에 부착하고, 전자구동기(200)는 핸들(15)에 부착한 후 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)를 제어유닛(180)에 케이블을 통해 연결하는 간단한 장착 과정을 통해 일반 자전거에 설치가 가능하므로 누구나 쉽게 자전거에 장착하여 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용 변환이 가능하도록 하는 이점이 있다.
또한, 제어유닛(180)이 회전허브(160)의 내부에 설치됨에 따라 회전허브(160)를 자전거의 휠 프레임(11a)에 연결하는 즉시 전기자전거로서의 주행이 가능하도록 하는 전기장치를 일반 자전거에 설치하는 과정이 완료되므로 설치가 신속할 뿐만 아니라 자전거의 형상에 구애 없이 다수 종류의 자전거에 쉽게 장착하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 전기자전거의 구매 의사가 있는 소비자가 전기자전거의 사용을 위해 전기자전거 전체를 구매할 필요 없이 본 발명의 전기자전거 변환 키트를 구매하면 기존 사용하고 있는 일반 자전거를 전기자전거로 쉽게 변환할 수 있으므로 전기자전거의 사용을 위해 소비자가 투자하는 비용이 절감되고, 기존 자전거를 그대로 이용하면서 전기자전거 전체를 구매하는 비용 대비 저렴한 비용을 투자하여 기존의 일반 자전거를 전기자전거로서의 사용이 가능하도록 하는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트의 기어하우징(140)은 금속재로 이루어질 수 있고, 이러한 금속재의 기어하우징(140)에는 부식방지 및 내오염성 향상용 피복 조성물로 이루어진 부식방지도포층이 도포될 수 있다.
이러한 피복 조성물은 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80 중량% 및 프로판올아민 (Propanol amine) 20 중량%를 혼합하여 제조한 수용해성 수지 조성물 100 중량부에 대해, 헥사메틸레이티드-헥사메틸롤 멜라민(Hexamethylated-hexamethylol melamine) 1~10중량부로 구성된다.
본 발명에서는 레조르시놀 디글리시딜에테르의 우수한 내화학성, 치수 안정성 등의 특성과 프로판올아민의 내부식성 등의 특성 및 멜라민 유도체의 우수한 윤활특성 등을 활용하여 보다 친환경적인 기어하우징(140)의 부식방지를 위한 피복을 형성할 수 있다.
이러한 부식 방지용 피복 조성물을 도포하는 방법은 기어하우징(140)의 표면에 건조 도막 두께가 10~30㎛가 되도록 도포되는 것이 바람직하다.
건조 도막 두께가 10㎛ 미만이면 수명이 짧아질 수 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 기능상 문제점은 없으나, 경제적 이점이 감소한다.
또한 부식 방지용 피복 조성물이 도포된 기어하우징(140)은 10~30분 동안 공기 건조시킨 후 100~200℃, 바람직하게는 150~180℃에서 10~50분 동안 경화하여 비점착성이고 광택이 우수한 도막을 얻는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트의 내부하우징(181)이 알루미늄 재질로 구성되는 경우, 내부하우징(181)이 먼지, 오염물질 등으로부터 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 도포재료로 표면보호도포층이 형성될 수 있다. 이 표면보호도포층은 지르코늄 분말 2.5중량%, 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.
상기 지르코늄 분말은, 내식성, 내열성이 뛰어나다. 이러한 지르코늄 분말은 2.5중량% 혼합된다. 지르코늄 분말의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 내식성, 내열성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 지르코늄 분말의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 NH4Cl은 증기 상태의 아연, 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH4Cl은 30중량% 첨가된다. NH4Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 아연, 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH4Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH4Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 도포재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.
이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 도포재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 내부하우징(181)의 표면 도포방법은 다음과 같다.
표면보호도포층이 형성되어야 할 모재와 상기 구성으로 배합된 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 모재의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.
상기 단계를 수행하여 증기 상태의 지르코늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 지르코늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 모재의 표면에 침투하여 표면보호도포층이 형성된다.
표면보호도포층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 도포 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 모재의 표면에는 부식 방지용 표면보호도포층이 형성되어 모재의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 모재 표면의 표면보호도포층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.
본 발명의 표면보호도포층은 다음과 같은 장점이 있다.
본 발명의 표면보호도포층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 도포, 스프레이 페인팅, 딥 도포, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 표면보호도포층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 도포가 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 도포층의 상부에 도포될 수 있다.
성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 도포 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어, 긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 도포)용 프라이머로 제공될 수 있다.
이러한 본 발명의 내부하우징(181)에 지르코늄 분말, 알루미나 분말, NH4Cl, 아연, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 표면보호도포층이 도포되므로 먼지, 오염물질 등으로부터 경통(130)의 표면의 부식현상을 방지시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트의 제1 허브덮개(150)및 제2 허브덮개(170)의 외면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 도포층이 형성될 수 있다. 상기 오염 방지 도포용 조성물은 과산화수소 및 메타규산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 과산화수소 및 메타규산나트륨의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다. 이에 더하여, 상기 도포층의 도포성을 향상시키는 물질로 메타규산나트륨 또는 탄산칼슘이 이용될 수 있으나 바람직하게는 메타규산나트륨이 이용될 수 있다. 상기 과산화수소 및 메타규산나트륨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 과산화수소 및 메타규산나트륨은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
상기 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 오염 방지 도포용 조성물은 과산화수소 0.1 몰 및 메타규산나트륨 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거 변환 키트의 회전허브(160)의 내측에는 흡음층이 도포될 수 있다.
상기 흡음층을 구성하는 펠트로는 니들펀치 펠트가 사용될 수 있다.
니들펀치 펠트로 이루어진 흡음층을 구성하는 섬유의 종류는, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아크릴 섬유, 천연 섬유 등이 있다.
상기 흡음층의 두께는, 0.5 ~ 16㎜인 것이 바람직하다. 상기 흡음층의 두께가 0.5㎜ 미만에서는 충분한 흡음 효과가 얻어지지 않고, 16㎜를 초과하면 회전허브(160)의 두께가 증가하여 공기순환 공간이 충분히 얻어지지 않는 단점이 되므로 바람직하지 않다.
상기 흡음층의 단위 무게는 5 ~ 500g/m2 로 하는 것이 바람직하다. 5g/m2 미만에서는 충분한 흡음효과가 얻어지지 않고, 또한 500g/m2을 넘으면 회전허브(160)의 경량성을 확보할 수 없으므로 바람직하지 않다.
상기 흡음층을 구성하는 섬유의 섬도는 0.1 ~ 20데시텍스의 범위인 것이 바람직하다. 0.1데시텍스 미만에서는 저주파 소음의 흡수가 어렵고, 쿠션성도 저하되므로 바람직하지 않다. 또한 20데시텍스를 넘으면 고주파 소음의 흡수가 어려우므로 바람직하지 않다. 그 중에서도 흡음층을 구성하는 섬유의 섬도는 0.1 ~ 15데시텍스의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
이러한 상기 흡음층이 회전허브(160)의 내측에 구비되므로 구동샤프트(110) 및 회전허브(160)의 회전시 소음을 저감시킬 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
110 : 구동샤프트 120 : 허브모터
130 : 감속기어부 140 : 기어하우징
150 : 제1 허브덮개 160 : 회전허브
170 : 제2 허브덮개 180 : 제어유닛
190 : 페달회전감지기 200 : 전자구동기

Claims (5)

  1. 자전거(10)의 포크(12)로부터 자유 회전 가능하도록 상기 포크(12)에 연결되는 구동샤프트(110);
    상기 구동샤프트(110)와 결합되어 상기 구동샤프트(110)를 회전시키는 허브모터(120);
    상기 구동샤프트(110) 상에 결합되어 상기 구동샤프트(110)와 함께 상기 구동샤프트(110)의 회전방향으로만 회전하도록 구성된 원 웨이 클러치(131) 및 상기 원 웨이 클러치(131)의 일면에서 상기 구동샤프트(110)의 원주 방향으로 배열된 복수의 감속기어(132)를 포함하는 감속기어부(130);
    일측이 개방된 하우징 형태이고, 상기 구동샤프트(110) 상에 결합되고, 상기 감속기어(132)를 내부에 수용하며, 내부에 구비된 기어홈이 상기 복수의 감속기어(132)와 맞물려 회전하는 기어하우징(140);
    원판 형태로 구비되고, 상기 감속기어부(130)가 관통하는 제1 관통구멍(151)을 포함하고, 상기 기어하우징(140)과 결합되어 상기 기어하우징(140)과 함께 회전하는 제1 허브덮개(150);
    전면측 및 후면측이 개방되어 있고, 상기 전면측 및 후면측 중 하나의 일측이 상기 제1 허브덮개(150)과 결합되어 커버되고, 결합된 제1 허브덮개(150)와 함께 회전하고, 자전거의 휠 프레임(11a)과 와이어 스포크(11b)를 통해 연결되어 상기 자전거의 휠 프레임(11a)에 회전력을 전달하는 회전허브(160);
    상기 회전허브(160)의 전면측 및 후면측 중 나머지 일측에 결합되어 상기 회전허브(160)를 커버하고, 결합된 회전허브(160)와 함께 회전하는 제2 허브덮개(170); 및
    상기 회전허브(160)의 내부에 수용되어 상기 회전허브(160), 제1 허브덮개(150) 및 제2 허브덮개(170)를 통해 외부로부터 보호되고, 자전거 사용자에 의한 구동신호입력에 따라 상기 허브모터(120)를 구동시키도록 구성된 제어유닛(180)을 포함하는 전기자전거 변환 키트에 있어서;
    상기 전기자전거 변환 키트는,
    자전거의 페달에 설치되고, 자전거 페달의 회전이 감지되면 구동신호를 상기 제어유닛(180)으로 입력하는 페달회전감지기(190); 및
    자전거의 핸들에 설치되고, 자전거 사용자의 조작에 따른 구동신호를 상기 제어유닛(180)으로 입력하는 전자구동기(200)를 더 포함하며;
    상기 제어유닛(180)은,
    상기 회전허브(160)보다 작은 직경을 갖는 외부로부터 밀폐된 하우징 형태이고, 상기 허브모터(120)의 회전하지 않는 몸체부(121)에 결합되어 상기 회전허브(160)와 함께 회전하지 않도록 상기 회전허브(160) 내에 수용되는 내부하우징(181);
    상기 내부하우징(181) 내에 수용되고, 상기 페달회전감지기(190) 및 전자구동기(200)로부터 입력되는 구동신호에 따라 상기 허브모터(120)의 구동을 제어하는 컨트롤러(182);
    상기 내부하우징(181) 내에 수용되고, 상기 컨트롤러(182)와 전기적으로 연결되어 상기 컨트롤러(182)에 전력을 공급하는 복수의 배터리(183); 및
    상기 복수의 배터리(183)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리(183)의 충방전을 조절하도록 구성된 배터리 보호회로(184)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전기자전거 변환 키트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러(182)는 상기 페달회전감지기(190)로부터 구동신호가 입력되면 자전거 사용자가 페달에 가하는 답력에 대응하여 허브모터(120)를 회전시켜서 자전거 사용자가 적은 힘으로 페달을 밟더라도 상대적으로 고속으로 전진하도록 하는 제1 속도의 PAS주행모드로 허브모터(120)를 제어하고, 상기 전자구동기(200)로부터 구동신호가 입력되면 상기 허브모터(120)의 회전력만으로 자전거가 주행되도록 하는 상기 제1 속도보다 높은 제2 속도의 자가주행모드로 허브모터(120)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    전기자전거 변환 키트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리(183)는 충전 가능한 Li-ion 배터리인 것을 특징으로 하는,
    전기자전거 변환 키트.
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