KR101963697B1 - 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트 - Google Patents

장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트 Download PDF

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박성욱
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송희준
박성욱
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Abstract

본 발명은 충전식 배터리와 발전기를 구비하여 장시간 사용이 가능하고 필요에 따라 교체가 가능하게 견인부재를 설치하여 다양한 장치에 연결하여 사용하는 것이 가능한 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 제공한다.
본 발명의 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 뼈대를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과, 상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴와, 상기 프레임의 앞쪽에 설치되는 견인부재와, 상기 프레임 또는 적재함에 설치되는 충전식 배터리와, 상기 프레임에 설치되고 상기 충전식 배터리의 전원을 인가받아 구동하여 회전력을 발생시키는 발전동기와, 상기 발전동기와 바퀴 사이에 연결 설치되어 회전력을 전달 또는 차단하는 동력전달장치와, 상기 발전동기와 동력전달장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트{.}
본 발명은 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장시간 사용이 가능하고 다양한 장치에 연결하여 사용하는 것이 가능한 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자전거는 사용자의 답력이나 전기에 의해 구동되는 모터의 구동력을 사용하므로 경사지가 많은 우리나라의 지형에서 사용하기에 매우 편리하고 노약자들도 모터의 구동력을 사용하여 오랫동안 사용할 수 있는 이점이 있다.
그리고 전기를 사용하는 모터는 매연 등의 오염물질을 발생시키지 않아 자전거의 친환경적이므로 최근에 전기자전거가 많은 각광을 받고 있다.
예를 들면, 한국공개특허공보 제10-2017-0128649호, 한국등록특허공보 제10-1080749호, 한국등록특허공보 제10-0917586호에는 일반용 자전거에 전동모터로 구동할 수 있는 하이브리드 자전거의 기술이 기재되어 있다.
그러나 전기자전거는 일반적으로 후륜의 회전중심에 모터의 회전축이 있도록 설계되거나 또는 후륜의 종동 스프라켓으로 체인을 통해 구동력을 전달하므로 가격이 고가이고 무거울 뿐만 아니라, 평상시 운동용으로 사용하기 불편하다는 단점이 있다.
또한 전기자전거는 충전식으로 배터리의 용량이 적어 주행거리가 짧으므로 장거리 여행하기에는 부적합하다는 문제점이 있다.
한편, 카트(Cart)는 물품을 담아 이동할 때에 사용하는 기구로, 대형 마트나 공항, 병원 등에서 주로 사용한다. 그리고 노인이나 장애우들이 시장이나 마트에서 장을 보거나, 물건을 들고 외출할 때에도 카트를 사용하는 경우가 많다. 종래 카트는 뼈대를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과, 상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴를 포함하여 이루어진다. 최근에는 프레임에 배터리와 모터를 설치하여 인력이 아닌 전동으로 움직이는 전동 카트의 사용이 증가하고 있다.
예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0009292호, 제10-2009-0115316호, 등록특허공보 제10-1485300호, 제10-1257666호, 공개실용신안공보 제20-2017-0001090호, 등록실용신안공보 제20-0412471호, 제20-0398742호, 제20-0237619호 등에는 전동 카트에 대한 다양한 기술이 공개되어 있다.
그런데, 종래 전동 카트의 경우 배터리의 용량 한계로 장거리 이동과 및 장시간 사용하는데 제한이 있으며, 다른 장치에 연결하여 사용하는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 충전식 배터리와 발전동기 및 제어부를 구비한 자주식 카트를 일반 자전거에 부착하여 오르막에서는 뒤에서 밀어주고 내리막에서는 제동과 함께 발전하여 충전할 수 있도록 자동으로 제어가 가능한 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 자전거와 분리 시에는 견인부재를 교체하여 시장이나 마트 등에서 물건 운반용으로 충전 배터리에 의해 장시간 사용할 수 있는 자주식 카트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 전기자전거에 결합하여 충전식 배터리의 전원을 공급하여 장거리 여행용으로 제공하고, 캠핑장 등에서 전원을 장시간 공급할 수 있는 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 뼈대를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과, 상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴와, 상기 프레임의 앞쪽에 설치되는 견인부재와, 상기 프레임 또는 적재함에 설치되는 충전식 배터리와, 상기 바튀의 축에 설치되고 상기 충전식 배터리의 전원을 인가받아 구동하여 회전력을 발생시키는 발전동기와, 상기 발전동기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 뼈대를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과, 상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴와, 상기 프레임의 앞쪽에 설치되는 견인부재와, 상기 프레임 또는 적재함에 설치되는 충전식 배터리와, 상기 프레임에 설치되고 상기 충전식 배터리의 전원을 인가받아 구동하여 회전력을 발생시키는 발전동기와, 상기 발전동기와 바퀴 사이에 연결 설치되어 회전력을 전달 또는 차단하는 동력전달장치와, 상기 발전동기와 동력전달장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 상기 발전동기는 제어부의 제어에 따라 상기 바퀴의 제동 시, 또는 하구배 주행 시는 타력(惰力)에 의해 발전이 이루어지고, 평지 또는 상구배의 주행시는 회전력을 공급하는 전동기로 작동되며, 상기 발전동기는 허브모터로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 상기 충전식 배터리에 충전 전원을 공급해 주며 탈착이 가능한 보조발전장치를 더 포함하며, 상기 보조발전장치는 태양광 발전장치, 가솔린 발전장치, 진동발전장치인 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 발전장치는 상기 적재함의 덮개의 상면에 분리 가능하게 조립 설치하는 것도 가능하고, 경사 각도를 조절하는 것이 가능하게 접철식으로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.는 제동장치, 전원제어부를 더 포함하며, 상기 제어부에 의해 제어된다.
상기 제어부는 주행상태를 판단하되, 상기 발전동기를 전동기로 작동시켜 상기 바퀴를 회전시키는 주행모드와, 상기 바퀴의 제동시에 발전이 이루어지는 회생제동모드와, 상기 발전동기와 바퀴 사이의 동력전달이 차단되는 중립모드의 기능을 구비한다.
상기 견인부재는 인력으로 밀거나 끌면서 견인할 수 있는 인력용 견인부재를 구비하며 교체가 가능하며, 상기 인력용 견인부재에는 경적 및 속도를 조절하는 조작부를 설치하고, 상기 제동장치를 작동시키기 위한 브레이크레버가 포함된다.
상기 견인부재는 일단이 자전거, 휠체어, 스쿠터 중 어느 하나와 결합이 가능하고 타단은 상기 프레임에 결합할 수 있는 구조로 각각 구비되며, 상기 견인부재는 자전거에 연결하는 경우, 자전거의 뒷바퀴 회전축, 안장부, 페달 회전축 중의 하나에 결합된다.
본 발명의 실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 의하면, 충전식 배터리와 발전동기 및 제어부를 구비한 자주식 카트를 일반 자전거에 부착하여 오르막에서는 뒤에서 밀어주고 내리막에서는 제동과 동시에 발전을 하여 충전할 수 있도록 자동으로 제어가 가능한 장거리 여행용으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 의하면, 충전식 배터리와 발전동기를 설치하므로, 자전거나 휠체어에 연결하는 경우 인력을 보완하는 보조 추진력을 발휘하는 것이 가능하고, 내리막에서는 발전동기가 발전기로 작동하여 충전을 하며, 적재함에 무거운 짐을 적재하여 노약자나 장애우 등이 사용할 때에도 충분한 추진력을 확보하는 것이 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 의하면, 상기 견인부재를 교체 가능하게 설치하므로, 자전거뿐만 아니라 스쿠터, 휠체어 등에 자유롭게 연결하여 사용하고, 인력으로 견인할 수 있는 카트로 이용이 가능하며, 충전식 배터리와 발전장치를 설치하므로 캠핑장 등에서 장시간 사용할 수 있는 전원공급장치로 활용하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 있어서, 전체의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 휠체어에 연결한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트에 있어서, 발전동기와 바퀴의 회전력 전달 구조를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 바퀴축에 장착된 허브모터를 설명하기 위한 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트를 나타내는 개념도이다.
다음으로 본 발명에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 프레임(10)과, 적재함(20)과, 바퀴(30)와, 견인부재(40)와, 충전식 배터리(50)와, 발전동기(60)와, 제어부(80)를 포함하여 이루어진다.
상기 프레임(10)은 뼈대를 이루도록 구성되며, 파이프 또는 철봉 등을 이용하여 구성한다.
상기 프레임(10)은 상기 적재함(20)에 적재되는 화물의 중량을 충분히 지지할 수 있는 구조적 강도를 유지하도록 구성하여 설치한다.
상기 적재함(20)은 상기 프레임(10)에 설치되어 지지된다.
상기 적재함(20)은 내부에 화물을 적재할 수 있도록 상자형상으로 형성하여 설치한다.
상기 적재함(20)의 상면은 개방된 상태로 구성하는 것도 가능하고, 덮개(26)를 설치하여 상면을 개폐 가능하게 구성하는 것도 가능하다.
상기 바퀴(30)는 상기 프레임(10)의 하부에 회전가능하게 설치한다.
도 10과 같이 상기 발전동기(60)와 바퀴 사이에는 상기 발전동기의 회전력을 전달 또는 차단하는 동력전달장치(70)가 더 포함될 수 있다. 즉, 발전동기의 회전력을 바퀴로 직접 전달하여 구동하고 제어부에 의해 속도 등을 제어할 수도 있고, 발전동기의 회전력을 바퀴로 전달하는 중간에 동력장치를 설치하여 동력을 차단하거나 전달할 수 있도록 하여 필요시 자전거에 견인되어 순수 사람의 답력에 의해 운행할 수 있는 카트를 제공할 수 있다.
상기 바퀴(30)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 프레임(10)의 폭 중간에 하나를 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 바퀴(30)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 프레임(10)의 양 옆쪽에 한 쌍을 배치하여 설치하는 것도 가능하다. 즉 2개의 발전형 전동기를 이용하여 2개의 바퀴에 각각을 개별 구동시킨다. 상기 바퀴(30)는 필요에 따라 복수의 위치에 복수 개를 배치하여 설치하는 것이 가능하다.
상기 바퀴는 도 2 및 도 8과 같이 일륜 또는 이륜으로 구성할 수 있는데, 이때, 전륜 바퀴의 사이즈 보다 후륜 바퀴의 사이즈를 더 작은 사이즈를 사용한다. 이때, 전륜 바퀴의 사이즈를 100으로 한 경우, 후륜 바퀴의 사이즈는 70 내지 80%의 사이즈인 것이 효과적이다. 이를 통해 주행주의 무게 중심을 낮출 수 있다. 만일 후륜 바퀴의 사이즈가 상기 사이즈보다 클 경우에는 무게 중심이 높아져 전복 위험이 증가하는 단점이 있다. 또한, 상기 사이즈보다 작을 경우에는 에너지 효율이 낮아지게 되고, 코너링시 안정감이 낮아지는 문제가 있다. 상기와 같이 이륜구동을 통해 카트를 안정되게 견인할 수 있다.
상기 바퀴(30)와 프레임(10) 사이에는 완충기(33)를 설치하여 상기 적재함(20)에 가해지는 충격을 완화시키도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 완충기(33)는 자전거나 자동차 등에 사용하는 완충기(shock absorber) 등의 다양한 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 견인부재(40)는 상기 프레임(10)의 앞쪽에 설치된다.
상기 견인부재(40)는 필요에 따라 자전거(2)나 휠체어, 스쿠터 등에 연결할 수 있는 구조로 제작되어 설치된다. 도 2에는 견인부재(40)를 자전거(2)에 연결하는 예를 나타내고, 도 9에는 견인부재(40)를 휠체어(4)에 연결하는 예를 나타낸다.
상기 견인부재(40)는 교체가 가능하도록 제작되어 상기 프레임(10)에 설치하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 견인부재(40)의 프레임(10)쪽 끝단은 볼트나 나사를 이용하여 분리 가능하게 결합 설치하는 것도 가능하다.
상기 견인부재(40)에는 진동을 완화하기 위한 완충부재(45)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 완충부재(45)는 자전거나 자동차 등에 사용하는 완충기(shock absorber) 등의 다양한 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 도 2 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 견인부재(40)를 자전거(2)에 연결하는 경우, 자전거(2)의 뒷바퀴 회전축(3)에 결합하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 견인부재(40)를 한 쌍으로 구성하여 상기 프레임(10)의 양 옆쪽에 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 견인부재(40)는 자전거(2)의 안장부 또는 페달 회전축에 결합하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 견인부재(40)에는 연결된 장치인 자전거(2)의 작동신호를 상기 제어부(80)로 전달하는 신호전달부(43)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 신호전달부(43)의 양단부에는 커넥터를 설치하여 용이하게 연결 및 분리가 가능하도록 구성하는 것도 가능하다.
그리고, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 견인부재(40)를 상기 프레임(10)의 한쪽에만 설치하여 연결된 장치인 휠체어(4)에 결합하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 충전식 배터리(50)는 상기 프레임(10) 또는 적재함(20)에 설치한다.
예를 들면, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 적재함(20) 하부의 내부나 외부에 상기 충전식 배터리(50)를 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 충전식 배터리(50)는 장착 및 탈거가 용이하게 결합구조로 구성하여 설치하고, 필요시에는 복수 개를 더 연결하여 용량을 증가시키는 것이 가능하다. 본 발명에 사용되는 충전식 배터리(50)는 납축전지를 기준으로 같은 용량에 무게는 절반으로 가볍고, 충전된 전하량에 비례하여 전압이 나오므로 저속에서의 회생제동으로 발생된 낮은 전압도 저장할 수 있는 장점이 있는 슈퍼 커패시터를 사용한다. 이는 본 발명에서 발전동기의 회생제동으로 생산될 전기에너지, 태양광 발전장치, 진동발전장치 및 가솔린 발전장치에서 생산되는 전압은 바퀴의 속도 등에 따라 높은 전압의 전기에너지가 생산될 수도 있고 낮은 전압의 전기에너지로 생산될 수도 있기 때문이다. 만약 기존의 배터리를 회생제동시스템에 사용하면 높은 전압을 생산할 시는 저장을 할 수 있지만 낮은 전압을 생산 시는 제동의 효과와 전기에너지 저장의 효과 모두가 발생하지 않는다. 하지만, 커패시터를 사용한다면 이 문제를 해결할 수 있다. 커패시터는 물탱크에 물을 채우거나 사용하듯이 전기에너지를 그 전하량에 비례하여 전압을 발생하기 때문에 그 전하량이 낮을 때는 커패시터 스스로가 전압을 낮게 발생하므로 회생제동시스템에서 생산된 높은 전압을 물론, 회생제동에서 생산 된 것 보다 낮은 진동발전장치에서 생산된 전압까지도 충전 및 제동효과도 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에서의 충전식 배터리(50)는 약 1 내지 5V의 100 내지 1000F의 슈퍼 커패시터를 사용하고, 5 내지 20개 범위 내에서 직렬 연결하여 사용하거나, 상기 슈퍼 커패시터를 5 내지 20개 범위 내에서 직렬 연결한 하나의 모듈을 2 내지 100개 범위 내에서 직병렬 연결하여 사용한다. 예를 들어, 개당 2.7V의 용량 360F의 슈퍼 커패시터를 12개로 직렬 연결하여 최대 전하량에 32.4V의 전압을 발생하도록 하고 전체 용량을 고려하여 직렬연결로 조합한 슈퍼 커패시터 세트 뭉치를 다시 6개로 병렬 연결함으로써 최대 32.4V의 전압, 전체 용량 180F가 되도록 슈퍼 커패시터 72개를 사용하여 충전식 배터리를 설계 및 제작할 수 있다.
상기와 같은 구조는 종래의 자전거에서 배터리의 무게 및 장착 크기 등의 제약으로 인해 배터리의 용량이 적어 장시간 사용할 수 없음으로 인해 장거리 여행이 어려웠으나, 본 발명은 적재함에 충전식 배터리(50)를 직병렬 연결하여 사용하고, 바퀴에 연결된 발전동기, 태양광, 진동발전기, 가솔린 발전기에서 발전된 전원을 충전하여 사용할 수 있으므로 배터리의 출력전압을 용이하게 조절하고 장시시간 사용할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 필요시 캠핑장비를 카트의 적재함에 싣고 자전거 캠핑을 할 수 있으며, 캠핑 시에 조명이나 냉난방용의 전원으로 장시간 사용할 수 있는 전원공급장치로 사용할 수 있다. 또한 배터리를 카트에 장착하여 전기자전거의 전원공급용으로 사용할 있으므로 장거리 여행용의 유용하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
상기 적재함(20)에는 충전식 배터리(50)를 수납하고, 상기 충전식 배터리(50)를 고정시키는 커버를 더 포함하고, 상기 커버의 표면에는 충전식 배터리(50) 및 발전동기의 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 충전식 배터리(50)는 상기 프레임(10)에 별도의 공간을 형성하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 발전동기(60)는 도 10과 같은 구조로 상기 프레임(10)에 설치되거나, 도 13과 같이 발전동기(60)가 허브모터로서 바퀴축에 일체로 설치되게 된다.
상기 발전동기(60)는 상기 충전식 배터리(50)의 전원을 인가받아 구동하여 회전하도록 구성한다.
상기 동력전달장치(70)는, 도 3 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 발전동기(60)와 바퀴(30) 사이에 연결 설치된다.
상기 동력전달장치(70)는 기계장치나 자동차 등에서 사용하는 다양한 구조의 동력전달수단을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
예를 들면, 상기 동력전달장치(70)는 기어열, 체인과 스프로킷, 벨트와 풀리 등의 다양한 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하다.
상기 동력전달장치(70)에는 회전력을 전달 또는 차단하는 클러치부를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 클러치부는 기계장치나 자동차 등에서 널리 사용하는 다양한 구조의 클러치를 적용하여 실시하는 것이 가능하다.
상기 제어부(80)는 상기 발전동기(60)와 동력전달장치(70)의 작동을 제어하도록 구성한다.
그리고, 도1, 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 태양광 또는 상기 프레임(10)의 진동이나 상기 바퀴(30)의 회전력으로 발전되어 상기 충전식 배터리(50)를 충전하는 발전장치(90)를 상기 충전식 배터리(50)에 연결하여 설치한다.
상기 발전장치(90)는, 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 적재함(20)의 덮개(26) 상면에 설치되고 상기 충전식 배터리(50)에 연결되어 충전을 행하는 태양전지 셀로 이루어지는 태양광 발전장치(92)로 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 배터리(50)에는 발전동기(60), 태양광발전장치(92), 가솔린 발전장치(54)에서 발전된 전압을 배터리(50)로 충전하고, 충전된 전압을 발전동기(60)와 제어부제어부(80)로 공급하기 위해 전원제어부(52)를 구성하여 실시하는 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 태양광 발전장치(92)는 상기 적재함(20)의 덮개(26)에 분리 가능하게 조립 설치하는 것도 가능하다.
상기 태양광 발전장치(92)는 경사각도를 조절하는 것이 가능하게 접철식으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 발전장치(90)는 진동발전기를 포함하여 구성하고 필요에 따라 분리 가능하게 설치하는 구조로 구성하는 것도 가능하다.
상기 발전장치(90)는 바퀴의 제동시 또는 타력에 의해 회전시에 발전이 이루어지도록 구성하는 것도 가능하다. 이는 도 1과 같이 내리막 길 등에서 타력으로 운전할 경우에는 바퀴가 회전할 때 발전동기에서 생성되는 전압으로 배터리(130)를 충전하고, 인력으로 운전하기 힘들 경우에는 배터리(30)에서 나오는 전압을 이용하여 바퀴(10)를 구동시키는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트이다.
예를 들면, 상기 발전장치(90)는 회생제동장치를 이용하여 구성할 수 있다. 여기서 제동은 회전하는 바퀴의 운동에너지를 열에너지로 소모시켜 바퀴의 회전속도를 감소시키거나 바퀴를 멈추게 하는 것을 말하는데, 이러한 제동은 필요가결요소로서 꼭 필요는 하지만 많이 하면 그 만큼의 운동에너지를 소모하는 것이다. 그리하여 열에너지로 소모되는 제동력을 다른 에너지로 저장 후 주행에 필요한 동력으로 활용하여 에너지 효율을 증가시키는 것이다. 회생제동은 이러한 구조적인 면을 이용하여 동력을 생산하는 발전동기의 제동시 운동에너지를 공급하여 발전동기를 회전시키고 역기전력으로 제동의 효과와 전기발생의 두 측면을 동시에 만족시키는 원리를 말한다. 이러한 회생제동시스템을 도입한다면 제동시 열에너지로 변환되어 이용할 수 없는 에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 충전식 배터리에 충전하여 재차 동력원으로 이용할 수 있게 된다.
상기 태양광 발전장치(92), 진동발전기, 회생제동장치는 일반적으로 널리 사용되는 다양한 구조나 장치를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기에서 연결되는 장치가 자전거(2)나 스쿠터일 경우, 상기 발전장치(90)를 자전거(2)나 스쿠터에 설치하여 사용하는 것도 가능하다.
예를 들면, 상기 자전거(2)에 발전장치(90)를 설치하고, 상기 충전식 배터리(50)와 연결하여 충전이 이루어지도록 구성하는 것도 가능하다.
그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트는 상기 바퀴(30)의 회전을 제한하는 제동장치(35)를 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 제동장치(35)는 일반적으로 자전거 또는 자동차 등에서 사용하는 다양한 구조의 제동장치를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 제동장치(35)는 제동 작동을 감지하는 정지신호감지부와, 상기 제동 작동에 대응하여 상기 충전식 배터리 전기의 펄스폭변조(PWM;Pulse Width Modulation) 듀티비(duty ratio)를 감소시키는 정지제어부를 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 제어부(80)는 상기 발전동기(60)를 작동시켜 상기 바퀴(30)를 회전시키는 주행모드와, 상기 바퀴(30)의 제동시에 발전이 이루어지는 회생제동모드와, 상기 발전동기(60)와 바퀴(30) 사이의 동력전달이 차단되는 중립모드를 포함하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 제어부(80)는 사람이 견인하는 쇼핑용 카트로 이용시 사람의 걸음걸이 속도의 1.5배 이하로 발전동기가 구동하도록 제어할 수 있다.
상기 견인부재(40)는, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 사람이 직접 밀거나 당길 수 있도록 구성되는 핸들 구조로 구성하는 것도 가능하다.
상기 견인부재(40)에는 경적 및 속도를 조절하는 조작부(49)를 설치하는 것도 가능하다. 이때, 조작부(49)는 전압과 전류를 측정하는 전압 전류 감지부 및 카트를 제어하는 제어부를 구비한다. 또한, 상기 조작부(49) 상에 상기 발전동기의 충전과 방전 동작을 제어하는 동작 스위치가 위치할 수도 있다. 동작 스위치는 자전거의 핸들에 연장되어 부착되는 것도 가능하다.
그리고, 상기 견인부재(40)에는 상기 제동장치(35)를 작동시키기 위한 브레이크레버를 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 브레이크레버는 자전거나 스쿠터, 오토바이 등에서 사용하는 브레이크레버 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성하면, 사용자가 노약자인 경우에도 적재함(20)에 화물이 많이 적재되어 있던 상태에서 충전식 배터리(50)의 전원에 의하여 발전동기(60)를 구동시켜 바퀴(30)를 회전시키는 것이 가능하므로, 용이하게 이동하는 것이 가능하다.
상기 발전동기는 제어부의 제어에 의해 배터리의 전원을 인가받아 모터로 작동하고, 제동시 또는 타력에 의해 상기 바퀴부의 회전축의 회전력으로 배터리에 충전전압을 공급하는 발전기로 작동한다.
한편, 도 13은 바퀴(30)의 회전축에 상기 발전동기(60)가 결합되어 일체로 형성되는 허브모터를 도시한 것이다. 상기와 같은 구성은 허브모터가 프레임(10)이나 적재함(20)의 내부에 설치되지 않으므로 적재함의 공간활용이 커진다는 장점이 있다. 허브모터를 이용하여 이용하여 2개의 바퀴 양측에 각각을 개별 구동시키거나, 하나의 허브모터를 이용하여 2개의 바퀴를 구동시킬 수 있다. 또한, 도 2와 같이 바퀴의 개수가 1개일 경우 1개의 허브모터를 사용하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 구배의 동력이나, 회생 제동시 에너지 회수 및 제동력을 고려하여 직류의 발전형 전동기를 사용하고, 이외에 교류 모터, 브러시리스 모터 등을 사용할 수 있다. 이때, 발전동기로 500 내지 800W급을 사용하는 것이 효과적이다. 이와 같이 본 실시예의 충전과 방전 모드는 제어부에 의해 자유롭게 변경제어 되며, 동작스위치를 두어 수동으로도 제어할 수 있다.
본 발명에서는 별도의 센서를 이용하여 제어부에 의해 충전과 방전을 수행할 수 있다. 예를 들어 각도 센세를 이용하여 상구배 및 하구배를 감지하여 주행 및 충전을 수행하고, 가속도 센서를 이용하여 일정한 가속도 이상에서는 자동으로 충전식 배터리의 충전이 수행되도록 할 수 있다. 또한, 위치 센서를 카트의 앞과 뒤에 각각 부착하여 이들 사이의 높이차를 이용하여 주행 및 충전을 수행할 수 도 있다. 이외에도 G 센서, 마그네틱 센서 등을 이용하여 현재 전기 자전거의 상태를 파악하고, 상태 변화에 따라 충전과 방전을 자동으로 할 수도 있다.
본 발명에서는 소형의 가솔린 발전기를 탈착 가능한 구조로 부착하여 장마 등으로 태양광 충전이 어렵거나, 캠핑장 등에서 장시간 사용 시 필요에 따라 사용할 수 있도록 구성할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 프레임, 20 - 적재함, 26 - 덮개, 30 - 바퀴, 33 - 완충기
35 - 제동장치, 40 - 견인부재, 43 - 신호전달부, 45 - 완충부재
49 - 조작부, 50 - 배터리, 52- 전원제어부 60 - 발전동기
70 - 동력전달장치 80 - 제어부, 90 - 보조발전장치,
92 - 태양광 발전장치, 94 - 가솔린발전장치 96- 진동발전장치

Claims (13)

  1. 뼈대를 이루는 프레임과,
    상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과,
    상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴와,
    상기 프레임의 앞쪽에 설치되는 견인부재와,
    상기 프레임 또는 적재함에 설치되는 충전식 배터리와,
    상기 바퀴의 축에 설치되고 상기 충전식 배터리의 전원을 인가받아 구동하여 회전력을 발생시키는 허브모터로 구성되는 발전동기와,
    상기 발전동기의 작동을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 충전식 배터리에 충전 전원을 공급해 주며 탈착이 가능한 보조발전장치를 더 포함하고, 상기 보조발전장치는 태양광 발전장치, 가솔린 발전장치, 진동발전장치이며,
    상기 견인부재는 인력으로 밀거나 끌면서 견인할 수 있고 교체가 가능한 인력용 견인부재를 구비하며, 상기 인력용 견인부재에는 경적 및 속도를 조절하는 조작부와, 제동장치를 작동시키기 위한 브레이크레버가 포함되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  2. 뼈대를 이루는 프레임과,
    상기 프레임에 설치되어 지지되는 적재함과,
    상기 프레임의 하부에 회전가능하게 설치되는 바퀴와,
    상기 프레임의 앞쪽에 설치되는 견인부재와,
    상기 프레임 또는 적재함에 설치되는 충전식 배터리와,
    상기 프레임에 설치되고 상기 충전식 배터리의 전원을 인가받아 구동하여 회전력을 발생시키는 허브모터로 구성되는 발전동기와,
    상기 발전동기와 바퀴 사이에 연결 설치되어 회전력을 전달 또는 차단하는 동력전달장치와,
    상기 발전동기와 동력전달장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 충전식 배터리에 충전 전원을 공급해 주며 탈착이 가능한 보조발전장치를 더 포함하고, 상기 보조발전장치는 태양광 발전장치, 가솔린 발전장치, 진동발전장치이며,
    상기 견인부재는 인력으로 밀거나 끌면서 견인할 수 있고 교체가 가능한 인력용 견인부재를 구비하며, 상기 인력용 견인부재에는 경적 및 속도를 조절하는 조작부와, 제동장치를 작동시키기 위한 브레이크레버가 포함되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전동기는 제어부의 제어에 따라 상기 바퀴의 제동 시, 또는 하구배 주행 시는 타력에 의해 발전이 이루어지고, 평지 또는 상구배의 주행시는 회전력을 공급하는 전동기로 작동되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 태양광 발전장치는 상기 적재함의 덮개 상면에 분리 가능한 접철식 구조로 설치되며, 경사각도의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.는 제동장치, 전원제어부를 더 포함하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 주행상태를 판단하되, 상기 발전동기를 전동기로 작동시켜 상기 바퀴를 회전시키는 주행모드와, 상기 바퀴의 제동시에 발전이 이루어지는 회생제동모드와, 상기 발전동기와 바퀴 사이의 동력전달이 차단되는 중립모드의 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 견인부재는 일단이 자전거, 휠체어, 스쿠터 중 어느 하나와 결합이 가능하고 타단은 상기 프레임에 결합할 수 있는 구조로 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 견인부재는 자전거에 연결하는 경우, 자전거의 뒷바퀴 회전축, 안장부, 페달 회전축 중의 하나에 결합하도록 구성하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 견인부재에는 연결되는 장치의 작동신호를 상기 제어부로 전달하는 신호전달부가 더 포함되고, 상기 신호전달부의 양단부는 커넥터에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 장거리 여행을 위한 자전거용 하이브리드 자주식 카트.
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