KR101995810B1

KR101995810B1 - 전기 자전거

Info

Publication number: KR101995810B1
Application number: KR1020180007003A
Authority: KR
Inventors: 박지호; 배현수
Original assignee: 주식회사 알아이파워
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-03

Abstract

본 발명은 고가의 토크 센서를 사용할 필요가 없이 저가로 구현이 가능한 전기 자전거에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는 사용자의 구동력에 의해 회전하는 페달, 자전거 바퀴로 구동력을 전달하는 모터, 상기 모터를 제어하는 제어기, 상기 페달의 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 페달 속도 센서 및 자전거 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 자전거 속도 센서를 포함하되, 상기 제어기는 상기 검출된 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 상기 검출된 자전거 속도가 상기 자전거 목표 속도를 추종하도록 상기 모터를 제어할 수 있다.

Description

전기 자전거{Electric Bicycle}

본 발명은 전기 자전거에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기 자전거의 제어에 관한 것이다.

환경 문제와 건강 증진을 위해 자전거를 이동 및 운동 수단으로 이용하는 사람들이 지속적으로 증가하고 있으며, 사용자의 힘을 주로 사용하는 자전거의 단점을 보완하기 위해 전기 자전거에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

기존의 전기 자전거는 사용자가 페달에 가한 힘을 토크 센서로 측정하고 측정된 토크에 기초하여 모터의 출력을 제어하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 전기 자전거에 사용되는 토크 센서는 가격이 비싸다는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 전기 자전거의 페달의 속도 또는 분당 회전수를 측정하고 측정된 페달의 속도에 기초하여 모터의 출력을 제어하는 방식을 제안한다. 이러한 방식에 의하면 고가의 토크 센서를 사용할 필요가 없으므로 가격 경쟁력을 높일 수 있다.

본 발명의 목적은, 고가의 토크 센서를 사용할 필요가 없이 저가로 구현이 가능한 전기 자전거를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 페달의 토크를 검출할 필요가 없을 뿐만 아니라 전기 자전거의 속도도 검출할 필요가 없이 저가로 구현이 가능한 전기 자전거를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 페달의 속도에 기초하여 전기 자전거의 속도를 제어하거나 혹은 페달의 속도에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 방법 중에서 사용자가 자신의 성향에 따라 선택할 수 있도록 함으로써 사용자의 만족도를 높일 수 있는 전기 자전거를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 사용자의 구동력에 의해 회전하는 페달; 자전거 바퀴로 구동력을 전달하는 모터; 상기 모터를 제어하는 제어기; 상기 페달의 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 페달 속도 센서; 및 자전거 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 자전거 속도 센서;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 검출된 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 상기 검출된 자전거 속도가 상기 자전거 목표 속도를 추종하도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거이다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 자전거 목표 속도는 상기 페달 속도에 제1 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 제1 상수는 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 자전거의 바퀴에는 상기 모터의 구동력과 상기 페달을 통한 사용자의 구동력이 함께 전달될 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 제어기는, 상기 페달 속도와 상기 사용자의 설정에 근거하여 상기 자전거 목표 속도를 산출하는 목표 속도 산출부; 상기 자전거 속도가 상기 자전거 목표 속도를 추종하도록 제어하는 속도 제어부; 및 상기 속도 제어부의 제어에 따라 상기 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 사용자의 구동력에 의해 회전하는 페달; 자전거 바퀴로 구동력을 전달하는 모터; 상기 모터를 제어하는 제어기; 및 상기 페달의 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 페달 속도 센서;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 검출된 페달 속도에 기초하여 목표 토크를 산출하고, 상기 제어기 내부 정보를 활용하여 모터 토크를 추정하며, 상기 추정된 모터 토크가 상기 목표 토크를 추종하도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거이다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 목표 토크는 상기 페달 속도에 제2 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 제2 상수는 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 제어기는, 상기 페달 속도와 상기 사용자의 설정에 근거하여 상기 목표 토크를 산출하는 목표 토크 산출부; 모터 토크를 추정하는 모터 토크 추정부; 상기 추정된 모터 토크가 상기 목표 토크를 추종하도록 제어하는 토크 제어부; 및 상기 토크 제어부의 제어에 따라 상기 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 사용자의 구동력에 의해 회전하는 페달; 자전거 바퀴로 구동력을 전달하는 모터; 상기 모터를 제어하는 제어기; 상기 페달의 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 페달 속도 센서; 및 자전거 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 자전거 속도 센서;를 포함하되, 상기 제어기는, 상기 검출된 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 상기 검출된 자전거 속도가 상기 자전거 목표 속도를 추종하도록 상기 모터를 제어하는 제1 서브 제어기; 및 상기 검출된 페달 속도에 기초하여 목표 토크를 산출하고, 상기 제어기 내부 정보를 활용하여 모터 토크를 추정하며, 상기 추정된 모터 토크가 상기 목표 토크를 추종하도록 상기 모터를 제어하는 제2 서브 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거이다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 제1 서브 제어기와 상기 제2 서브 제어기는 상기 사용자의 설정에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.

상기 전기 자전거에 있어서, 상기 사용자에 의한 서브 제어기의 선택은 자전거의 운행 중에 변경 가능할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고가의 토크 센서를 사용할 필요가 없이 저가로 전기 자전거의 구현이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면 페달의 토크를 검출할 필요가 없을 뿐만 아니라 전기 자전거의 속도도 검출할 필요가 없어 저가로 전기 자전거의 구현이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면 페달의 속도에 기초하여 전기 자전거의 속도를 제어하거나 혹은 페달의 속도에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 방법 중에서 사용자가 자신의 성향에 따라 선택할 수 있도록 함으로써 사용자의 만족도를 높일 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시한다.
도 2는 제1 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시한다.
도 4는 제2 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.
도 5는 제3 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시한다.
도 6은 제3 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.
도 7은 제4 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시한다.
도 8은 제4 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시하고, 도 2는 제1 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 제1 실시예에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 전기 자전거(100)는 페달(110), 페달 속도 센서(170), 제1 제어기(120), 모터(130), 제1 동력 전달부(140), 제2 동력 전달부(160), 바퀴(150) 및 자전거 속도 센서(180)를 포함할 수 있다. 전기 자전거(100)는 그 외에도 다양한 구성을 포함할 수 있지만, 본 발명의 요지를 설명하는데 불필요한 구성들에 대해서는 설명을 생략한다.

페달(110)은 사용자의 페달링(pedaling)에 의해 발생하는 구동력에 의해 회전할 수 있다. 사용자의 페달링에 의한 구동력은 페달(110) 및 제2 동력 전달부(160)를 통해 바퀴(150)에 전달되어 자전거를 움직일 수 있지만, 본 발명의 전기 자전거가 이러한 방식으로 한정되는 것은 아니고, 페달(110)에 가해진 사용자의 구동력이 바퀴(150)에 전달되는 대신 배터리 충전에 활용되는 방식의 전기 자전거도 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예는 페달(110)에 가해진 사용자의 구동력이 바퀴(150)에 전달되는 방식의 전기 자전거를 예로 들어 설명한다.

페달 속도 센서(170)는 페달(110)의 속도 또는 분당 회전수 등을 검출하고 검출된 페달 속도를 제1 제어기(120)로 전송할 수 있다. 페달 속도 센서(170)는 페달(110)에 설치되거나 혹은 페달(110)에 인접한 위치에 설치될 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다. 페달 속도 센서(170)에는 공지의 기술이 적용될 수 있다. 페달 속도 센서(170)가 검출하는 값은 페달(110)의 속도, 분당 회전수 또는 이와 유사한 다른 물리량일 수 있지만, 본 명세서에서는 이들을 통칭하여 페달 속도라고 언급하기로 한다.

모터(130)는 제1 제어기(120)로부터 전송되는 모터 제어 신호에 기초하여 구동력을 발생시켜 바퀴(150)로 구동력을 전달할 수 있다. 모터(130)가 생성하는 구동력은, 예를 들면, 모터 토크일 수 있다. 모터(130)에는 공지의 기술이 적용될 수 있다.

제1 동력 전달부(140)는 모터(130)에 의해 발생된 구동력을 바퀴(150)로 전달할 수 있다. 제1 동력 전달부(140)는, 예를 들면, 기어 또는 체인일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

제2 동력 전달부(160)는 사용자의 페달링에 의해 발생한 구동력을 바퀴(150)로 전달할 수 있다. 제2 동력 전달부(160)는, 예를 들면, 기어 또는 체인일 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.

자전거 속도 센서(180)는 자전거의 속도를 검출하고 검출된 자전거 속도를 제1 제어기(120)로 전송할 수 있다. 자전거 속도 센서(180)는 바퀴(150)에 설치되거나 혹은 바퀴(150)에 인접한 위치에 설치될 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다. 자전거 속도 센서(180)에는 공지의 기술이 적용될 수 있다. 자전거 속도 센서(180)가 검출하는 값은 바퀴(150)의 속도, 분당 회전수 또는 자전거의 속도에 대한 정보를 가지는 다른 물리량일 수 있지만, 본 명세서에서는 이들을 통칭하여 자전거 속도라고 언급하기로 한다.

바퀴(150)는 모터(130)의 구동력 및 페달(110)의 구동력이 함께 작용하여 회전하거나 또는 모터(130)의 구동력에 의해서만 회전할 수 있다. 도 1은 바퀴(150)가 모터(130)의 구동력 및 페달(110)의 구동력을 모두 사용하여 회전하는 경우를 예시하고 있다.

제1 제어기(120)는 검출된 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 검출된 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터를 제어할 수 있다. 이를 위해 제1 제어기(120)는 페달 속도 센서(170)로부터 페달 속도 정보를 획득하고, 자전거 속도 센서(180)로부터 자전거 속도 정보를 획득할 수 있다. 제1 제어기는 모터(130)를 제어하기 위한 제어 기능과 모터(130)를 구동하는 구동부 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이를 위해, 마이크로프로세서 등을 사용하여 제어 기능을 수행하면서 컨버터, 인버터 등과 같은 회로를 사용하여 모터(130)를 구동할 수 있지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 이하 도 2를 참조하여 제1 제어기(120)에 대해 상세히 설명한다.

제1 제어기(120)는 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222) 및 모터 구동부(224)를 포함할 수 있다.

목표 속도 산출부(221)는 페달 속도와 사용자의 설정에 근거하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 산출된 목표 속도를 속도 제어부(222)로 전송할 수 있다. 자전거 목표 속도는 페달 속도에 따라 가변 되는 값일 수 있다. 예를 들면, 자전거 목표 속도는 페달 속도에 제1 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 제1 상수는 사용자가 설정할 수 있는 값이고, 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다. 이와 같이 자전거 목표 속도를 페달 속도에 따라 가변 하는 방식에 의하면, 사용자는 페달 속도를 조절하여 자전거의 속도를 조절할 수 있다.

속도 제어부(222)는 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터(130)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 속도 제어부(222)는 목표 속도 산출부(221)로부터 자전거 목표 속도 정보를 획득하고, 자전거 속도 센서(180)로부터 자전거 속도 정보를 획득하며, 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터 구동부(224)를 제어할 수 있다.

모터 구동부(224)는 속도 제어부(222)의 제어에 따라 모터(130)를 구동할 수 있다. 모터 구동부(224)는 컨버터, 인버터 등과 같은 모터 구동 회로를 포함할 수 있다.

여기서, 목표 속도 산출부(221)와 속도 제어부(222)는 마이크로프로세서 등을 사용하여 구현될 수 있고, 모터 구동부(224)는 전력용 컨버터 또는 인버터 등의 회로를 사용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2에는 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222) 및 모터 구동부(224)가 구분되는 것으로 예시되어 있으나, 이들은 하드웨어 관점에서 명확히 구분되지 않은 상태에서 소프트웨어를 통해 각각의 기능을 수행할 수 있다.

이와 같이, 제1 실시예는 페달 속도 및 자전거 속도를 검출하고, 검출된 페달 속도 및 사용자 설정에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하며, 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 제어할 수 있다. 이 경우 상대적으로 가격이 저렴한 속도 센서를 사용하여 페달 속도 및 자전거 속도를 검출하면 되므로, 고가의 페달 토크를 검출하는 방식에 비해 저렴하게 전기 자전거의 제어를 수행할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로 도 3 및 도 4를 참조하여 제2 실시예에 따른 전기 자전거에 대해 설명한다. 도 3은 제2 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시하고, 도 4는 제2 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.

도 3을 참조하면, 전기 자전거(300)는 페달(110), 페달 속도 센서(170), 제2 제어기(320), 모터(130), 제1 동력 전달부(140), 제2 동력 전달부(160) 및 바퀴(150)를 포함할 수 있다. 전기 자전거(300)는 그 외에도 다양한 구성을 포함할 수 있지만, 본 발명의 요지를 설명하는데 불필요한 구성들에 대해서는 설명을 생략한다.

제2 실시예에 따른 전기 자전거(300)는 도 1을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 전기 자전거(100)에 비해 자전거 속도 센서(180)를 사용하지 않고 제1 제어기(120) 대신 제2 제어기(320)가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 그 외 두 실시예에서 동일한 구성들에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

제2 제어기(320)는 검출된 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터를 제어한다는 점에서는 제1 실시예와 동일하다. 다만, 제2 실시예에서는 자전거 속도 센서가 사용되지 않으므로, 제2 제어기(320)는 자전거 속도 정보를 자체적으로 추정하는 방식을 사용할 수 있다. 제2 제어기(320)는 제어 기능과 모터(130)를 구동하는 구동부 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이를 위해, 마이크로프로세서 등을 사용하여 제어 기능을 수행하면서 컨버터, 인버터 등과 같은 회로를 사용하여 모터(130)를 구동할 수 있지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 이하 도 4를 참조하여 제2 제어기(320)에 대해 상세히 설명한다.

제2 제어기(320)는 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222), 모터 구동부(224), 모터 토크 추정부(426) 및 자전거 속도 추정부(425)를 포함할 수 있다.

목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222) 및 모터 구동부(224)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

모터 토크 추정부(426)는 모터 토크를 추정할 수 있다. 이를 위해 모터 토크 추정부(426)는 모터 구동부(224) 내부 정보를 이용할 수 있다. 모터 토크 추정부(426)가 모터 토크를 추정하기 위해 이용하는 정보로는, 예를 들면, 모터 구동부(224)가 모터(130)에 공급하는 전류 및/또는 모터 구동부(224)가 모터 출력 제어를 위해 사용하는 목표 토크값 등일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.

자전거 속도 추정부(425)는 모터 토크 추정부(426)에서 추정한 모터 토크를 사용하여 자전거의 속도를 추정할 수 있다. 자전거에 가해지는 구동력은 질량과 가속도의 곱에 해당하므로, 모터 토크로부터 가속도를 구하고 가속도를 적분하는 방식으로 속도를 추정할 수 있지만, 모터 토크를 이용하여 자전거의 속도를 추정하는 방법은 이로 한정되는 것은 아니고 다양한 방법이 사용될 수 있다. 자전거 속도 추정부(425)는 추정된 자전거 속도를 속도 제어부(222)로 제공할 수 있다.

여기서, 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222), 자전거 속도 추정부(425) 및 모터 토크 추정부(426)는 마이크로프로세서 등을 사용하여 구현될 수 있고, 모터 구동부(224)는 전력용 컨버터, 인버터 등의 회로를 사용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 4에는 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222), 자전거 속도 추정부(425), 모터 토크 추정부(426) 및 모터 구동부(224)가 구분되는 것으로 예시되어 있으나, 이들은 하드웨어 관점에서 명확히 구분되지 않은 상태에서 소프트웨어를 통해 각각의 기능을 수행할 수 있다.

이와 같이, 제2 실시예는 페달 속도를 검출하고, 검출된 페달 속도 및 사용자의 설정에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하며, 제어기 내부 정보를 이용하여 자전거 속도를 추정하고, 추정된 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터를 제어할 수 있다. 이 경우 상대적으로 가격이 저렴한 속도 센서를 사용하여 페달 속도를 검출하면 되므로, 고가의 페달 토크를 검출하는 방식이나 페달 속도 및 자전거 속도를 모두 검출하는 방식에 비해 저렴하게 전기 자전거의 제어를 수행할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 제3 실시예에 따른 전기 자전거에 대해 설명한다. 도 5는 제3 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시하고, 도 6은 제3 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.

도 5를 참조하면, 전기 자전거(500)는 페달(110), 페달 속도 센서(170), 제3 제어기(520), 모터(130), 제1 동력 전달부(140), 제2 동력 전달부(160) 및 바퀴(150)를 포함할 수 있다. 전기 자전거(500)는 그 외에도 다양한 구성을 포함할 수 있지만, 본 발명의 요지를 설명하는데 불필요한 구성들에 대해서는 설명을 생략한다.

제3 실시예에 따른 전기 자전거(500)는 도 1을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 전기 자전거(100)에 비해 자전거 속도 센서(180)를 사용하지 않고 제1 제어기(120) 대신 제3 제어기(520)가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 그 외 두 실시예에서 동일한 구성들에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

제3 제어기(520)는 검출된 페달 속도에 기초하여 목표 토크를 산출하고, 제3 제어기(520) 내부 정보를 활용하여 모터 토크를 추정하며, 추정된 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 모터(130)를 제어할 수 있다. 제3 제어기(520)는 제어 기능과 모터(130)를 구동하는 구동부 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이를 위해, 마이크로프로세서 등을 사용하여 제어 기능을 수행하면서 컨버터, 인버터 등과 같은 회로를 사용하여 모터(130)를 구동할 수 있지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 이하 도 6을 참조하여 제3 제어기(520)에 대해 상세히 설명한다.

제3 제어기(520)는 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628), 모터 구동부(224) 및 모터 토크 추정부(426)를 포함할 수 있다.

목표 토크 산출부(627)는 페달 속도와 사용자의 설정에 근거하여 모터(130)가 출력할 목표 토크를 산출하고, 산출된 목표 토크를 토크 제어부(628)로 전송할 수 있다. 모터(130)가 출력할 목표 토크는 페달 속도에 따라 가변 되는 값일 수 있다. 예를 들면, 목표 토크는 페달 속도에 제2 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 제2 상수는 사용자가 설정할 수 있는 값이고, 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다. 이와 같이 목표 토크를 페달 속도에 따라 가변 하는 방식에 의하면, 사용자는 페달 속도를 조절하여 모터의 출력을 조절할 수 있다.

모터 토크 추정부(426)는 모터 토크를 추정할 수 있다. 이를 위해 모터 토크 추정부(426)는 모터 구동부(224) 내부 정보를 이용할 수 있다. 모터 토크 추정부(426)가 모터 토크를 추정하기 위해 이용하는 정보로는, 예를 들면, 모터 구동부(224)가 모터(130)에 공급하는 전류, 모터 구동부(224)가 모터 출력 제어를 위해 사용하는 목표 토크값 등일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.

토크 제어부(628)는 추정된 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 토크 제어부(628)는 목표 토크 산출부(627)로부터 목표 토크 정보를 획득하고, 모터 토크 추정부(426)로부터 추정된 모터 토크 정보를 획득하며, 추정된 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 모터 구동부(224)를 제어할 수 있다.

모터 구동부(224)는 토크 제어부(628)의 제어에 따라 모터(130)를 구동할 수 있다. 모터 구동부(224)는 컨버터, 인버터 등과 같은 모터 구동 회로를 포함할 수 있다.

여기서, 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628) 및 모터 토크 추정부(426)는 마이크로프로세서 등을 사용하여 구현될 수 있고, 모터 구동부(224)는 전력용 컨버터, 인버터 등의 회로를 사용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 6에는 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628), 모터 토크 추정부(426) 및 모터 구동부(224)가 구분되는 것으로 예시되어 있으나, 이들은 하드웨어 관점에서 명확히 구분되지 않은 상태에서 소프트웨어를 통해 각각의 기능을 수행할 수 있다.

이와 같이, 제3 실시예는 페달 속도를 검출하고, 검출된 페달 속도 및 사용자 설정에 기초하여 모터의 목표 토크를 산출하며, 제어기 내부 정보를 이용하여 모터 토크를 추정하고, 추정된 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 모터를 제어할 수 있다. 이 경우 상대적으로 가격이 저렴한 속도 센서를 사용하여 페달 속도를 검출하면 되므로, 고가의 페달 토크를 검출하는 방식이나 페달 속도 및 자전거 속도를 모두 검출하는 방식에 비해 저렴하게 전기 자전거의 제어를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 제3 실시예의 페달 속도에 기초하여 모터 토크를 조절하는 방식은 제1 실시예의 페달 속도에 기초하여 자전거 속도를 조절하는 방식과는 다른 승차감을 제공할 수 있다.

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 제4 실시예에 따른 전기 자전거에 대해 설명한다. 도 7은 제4 실시예에 따른 전기 자전거의 블록도를 예시하고, 도 8은 제4 실시예에 사용될 수 있는 제어기를 예시한다.

도 7을 참조하면, 전기 자전거(700)는 페달(110), 페달 속도 센서(170), 제4 제어기(720), 모터(130), 제1 동력 전달부(140), 제2 동력 전달부(160), 바퀴(150) 및 자전거 속도 센서(180)를 포함할 수 있다. 전기 자전거(700)는 그 외에도 다양한 구성을 포함할 수 있지만, 본 발명의 요지를 설명하는데 불필요한 구성들에 대해서는 설명을 생략한다.

제4 실시예에 따른 전기 자전거(700)는 도 1을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 전기 자전거(100)에 비해 제1 제어기(120) 대신 제4 제어기(720)가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 그 외 두 실시예에서 동일한 구성들에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

제4 제어기(720)는 페달 속도 센서(170)에서 검출한 페달 속도에 기초하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 자전거 속도 센서(180)에서 검출한 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터(130)를 제어하는 기능 및 검출된 페달 속도에 기초하여 목표 토크를 산출하고, 제4 제어기(720) 내부 정보를 활용하여 모터 토크를 추정하며, 추정된 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 모터(130)를 제어하는 기능 중에서 선택적으로 동작할 수 있다.

제4 제어기(720)는 제어 기능과 모터(130)를 구동하는 구동부 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이를 위해, 마이크로프로세서 등을 사용하여 제어 기능을 수행하면서 컨버터, 인버터 등과 같은 회로를 사용하여 모터(130)를 구동할 수 있지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 이하 도 8을 참조하여 제4 제어기(720)에 대해 상세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 제4 제어기(720)는 제1 서브 제어기(822), 제2 서브 제어기(823), 선택부(821) 및 모터 구동부(224)를 포함할 수 있다. 제1 서브 제어기(822)는 목표 속도 산출부(221) 및 속도 제어부(222)를 포함할 수 있고, 제2 서브 제어기(823)는 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628) 및 모터 토크 추정부(426)를 포함할 수 있다.

먼저, 제1 서브 제어기(822)에 포함되는 목표 속도 산출부(221) 및 속도 제어부(222)에 대해 살펴본다.

목표 속도 산출부(221)는 페달 속도와 사용자의 설정에 근거하여 자전거 목표 속도를 산출하고, 산출된 목표 속도를 속도 제어부(222)로 전송할 수 있다. 자전거 목표 속도는 페달 속도에 따라 가변 되는 값일 수 있다. 예를 들면, 자전거 목표 속도는 페달 속도에 제1 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 제1 상수는 사용자가 설정할 수 있는 값이고, 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다.

속도 제어부(222)는 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 속도 제어부(222)는 목표 속도 산출부(221)로부터 자전거 목표 속도 정보를 획득하고, 자전거 속도 센서(180)로부터 자전거 속도 정보를 획득하며, 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터 구동부(224)를 제어할 수 있다.

다음으로, 제2 서브 제어기(823)에 포함되는 목표 토크 산출부(627), 모터 토크 추정부(426) 및 토크 제어부(628)에 대해 살펴본다.

목표 토크 산출부(627)는 페달 속도와 사용자의 설정에 근거하여 모터(130)가 출력할 목표 토크를 산출하고, 산출된 목표 토크를 토크 제어부(628)로 전송할 수 있다. 모터(130)가 출력할 목표 토크는 페달 속도에 따라 가변 되는 값일 수 있다. 예를 들면, 목표 토크는 페달 속도에 제2 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 제2 상수는 사용자가 설정할 수 있는 값이고, 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 따라 가변 될 수 있다.

모터 토크 추정부(426)는 모터 토크를 추정할 수 있다. 이를 위해 모터 토크 추정부(426)는 모터 구동부(224) 내부 정보를 이용할 수 있다. 모터 토크 추정부(426)가 모터 토크를 추정하기 위해 이용하는 정보로는, 예를 들면, 모터 구동부(224)가 모터(130)에 공급하는 전류 또는 모터 구동부(224)가 모터 출력 제어를 위해 사용하는 목표 토크값 등일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.

선택부(821)는 제1 서브 제어기(822)와 제2 서브 제어기(823)가 사용자의 설정에 따라 선택적으로 동작하도록 할 수 있다. 즉, 제1 서브 제어기(822)와 제2 서브 제어기(823) 중에서 어느 서브 제어기가 모터 구동부(224)를 제어할 것인지를 사용자가 선택하도록 할 수 있다. 제1 서브 제어기(822)가 모터 구동부(224)를 제어하는 경우 자전거 속도가 목표 속도를 추종하는 속도 제어 방식으로 동작하게 되고, 제2 서브 제어기(823)가 모터 구동부(224)를 제어하는 경우 모터 토크가 목표 토크를 추종하는 토크 제어 방식으로 동작할 수 있다. 사용자에 의한 서브 제어기(822, 823)의 선택은 자전거의 운행 중에도 변경이 가능할 수 있다.

모터 구동부(224)는 속도 제어부(222) 또는 토크 제어부(628) 중에서 선택부(821)에 의해 선택된 제어부의 제어에 따라 모터(130)를 구동할 수 있다. 즉, 모터 구동부(224)는 제1 서브 제어기(822)와 제2 서브 제어기(823) 중에서 선택부(821)에 의해 선택된 서브 제어기의 제어에 따라 동작할 수 있다. 모터 구동부(224)는 컨버터, 인버터 등과 같은 모터 구동 회로를 포함할 수 있다.

한편, 도 7 및 도 8에는 자전거의 속도를 자전거 속도 센서(180)에서 검출하는 것으로 예시하고 있으나, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 자전거 속도는 모터 토크를 이용하여 추정될 수 있다.

여기서, 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222), 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628), 모터 토크 추정부(426) 및 선택부(821)는 마이크로프로세서 등을 사용하여 구현될 수 있고, 모터 구동부(224)는 전력용 컨버터, 인버터 등의 회로를 사용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 8에는 목표 속도 산출부(221), 속도 제어부(222), 목표 토크 산출부(627), 토크 제어부(628), 모터 토크 추정부(426), 선택부(821) 및 모터 구동부(224)가 구분되는 것으로 예시되어 있으나, 이들은 하드웨어 관점에서 명확히 구분되지 않은 상태에서 소프트웨어를 통해 각각의 기능을 수행할 수 있다.

이와 같이, 제4 실시예는 페달 속도 및 자전거 속도를 검출하되, 페달 속도와 사용자 설정에 기초하여 자전거 목표 속도를 설정하고 자전거 속도가 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터를 제어하는 방법, 및 페달 속도와 사용자 설정에 기초하여 모터의 목표 토크를 설정하고 모터 토크가 목표 토크를 추종하도록 모터를 제어하는 방법 중에서 사용자의 설정에 의해 선택된 방법을 사용할 수 있다. 제4 실시예에 의하면 상대적으로 가격이 저렴한 속도 센서를 사용하여 페달 속도 및 자전거 속도를 검출하면 되므로, 고가의 페달 토크를 검출하는 방식에 비해 저렴하게 전기 자전거의 제어를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 자전거 속도를 제어하는 방식과 모터 토크를 제어하는 방식은 사용자의 페달 속도 조절에 따른 자전거의 반응이 달라지므로 사용자에 따라 선호하는 방식이 다를 수 있다. 제4 실시예에 의하면, 사용자가 컨트롤하는 페달 속도에 기초하여 자전거 속도를 제어하거나 혹은 모터 토크(즉, 구동력)를 제어하는 방식 중에서 사용자가 선택할 수 있으므로 승차감에 대한 사용자의 만족도를 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 실시예에 따라 고가의 토크 센서를 사용할 필요가 없이 저가로 전기 자전거의 구현이 가능하다. 또한, 실시예에 따라 페달의 토크를 검출할 필요가 없을 뿐만 아니라 전기 자전거의 속도도 검출할 필요가 없어 저가로 전기 자전거의 구현이 가능하다. 또한, 실시예에 따라 페달의 속도에 기초하여 전기 자전거의 속도를 제어하거나 혹은 페달의 속도에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 방법 중에서 사용자가 자신의 성향에 따라 선택할 수 있도록 함으로써 사용자의 만족도를 높일 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

사용자의 구동력에 의해 회전하는 페달;
자전거 바퀴로 구동력을 전달하는 모터;
상기 모터를 제어하는 제어기;
상기 페달의 속도를 검출하고 상기 제어기로 전달하는 페달 속도 센서;
상기 모터에 의해 발생된 구동력을 바퀴로 전달하는 제1 동력 전달부; 및
사용자의 페달링에 의해 발생한 구동력을 상기 바퀴로 전달하는 제2 동력 전달부;를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 페달의 속도에 제1 상수를 곱한 값을 자전거 목표 속도로 산출하는 목표 속도 산출부;
상기 목표 속도 산출부로부터 획득한 상기 자전거 목표 속도 정보와 추정된 자전거 속도 정보를 이용하여 상기 추정된 자전거 속도가 상기 자전거 목표 속도를 추종하도록 모터 구동부를 제어하는 속도 제어부;
상기 페달 속도에 제2 상수를 곱한 값을 목표 토크로 산출하는 목표 토크 산출부;
상기 모터 구동부가 상기 모터로 공급하는 전류 정보로부터 모터 토크를 추정하는 모터 토크 추정부;
상기 모터 토크 추정부가 추정한 상기 모터 토크가 상기 목표 토크 산출부가 산출한 상기 목표 토크를 추종하도록 상기 모터 구동부를 제어하는 토크 제어부;
상기 속도 제어부와 상기 토크 제어부 중에서 사용자의 설정에 의해 선택된 제어부가 상기 모터 구동부를 제어하도록 제어부를 선택하는 선택부; 및
상기 속도 제어부와 상기 토크 제어부 중에서 상기 선택부에 의해 선택된 제어부의 제어에 따라 상기 모터를 구동하는 상기 모터 구동부;를 포함하며,
상기 속도 제어부가 이용하는 상기 추정된 자전거 속도는 상기 모터 토크 추정부가 추정한 모터 토크를 이용하여 구해진 가속도를 적분하여 추정되고,
상기 제1 상수와 제2 상수는 각각 자전거 운행 중에 사용자의 설정에 의해 가변될 수 있으며,
상기 제어부의 선택을 위한 사용자의 설정은 자전거 운행 중에 사용자에 의해 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
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