KR102310034B1 - 자전거의 전동 구동 장치 - Google Patents

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KR102310034B1
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Abstract

본 발명은 자전거의 전동 구동 장치에 관한 것으로서, 특히, 휠 타이어의 외주면에 상시 접촉되도록 구비된 롤러부, 전기적으로 회전 구동되고, 상기 롤러부에 회전 구동력을 제공하는 전동 모터부 및 상기 롤러부와 상기 전동 모터부가 결합되고, 상기 휠 타이어가 회전되도록 마련된 메인 프레임에 힌지 고정되는 회동 바디를 포함하고, 상기 회동 바디는, 상기 메인 프레임에 대하여 힌지를 중심으로 전단과 후단이 시소 운동하도록 회동되되, 상기 전동 모터부의 구동 여부에 따라 상기 롤러부의 상기 휠 타이어에 접촉되는 위치가 변동되도록 시소 운동됨으로써, 사용자의 사용 편의성을 향상시키는 이점을 제공한다.

Description

자전거의 전동 구동 장치{POWER DRIVING APPARATUS FOR BICYCLE}
본 발명은 자전거의 전동 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 일반 자전거에 대한 설치가 용이하고, 사용자의 주행 구동력을 자연스럽게 보조할 수 있는 자전거의 전동 구동 장치에 관한 것이다.
근자에 들어 건강과 환경을 위해 친환경적인 전기 자전거의 보급이 증가하면서 해당 기술의 개발과 기술지원이 증가하고 있다.
통상의 전기 자전거는 회전력을 발생시키는 전동모터 및 전원공급을 위한 배터리, 회전력을 바퀴에 전달하는 동력전달수단 등으로 구성된다. 자전거의 프레임에 장착되어 동력전달수단을 통해 바퀴를 회전시키는 방식, 뒷바퀴의 허브에 전동모터를 장착해서 구동하는 방식 등이 있다. 그런데, 통상의 전기 자전거는 그 구성이 복잡다단하고 제작 및 설치가 까다로우며, 비용이 과도하게 소요되므로 비경제적이고 비효율적인 문제점이 있다.
또한, 이미 전기 자전거가 아닌 일반 자전거를 구매한 사용자에게는 전동모터 및 동력전달수단을 별도로 구매하여 설치하여야 하는데, 사용자가 전용 도구를 사용하지 않고 자신의 자전거에 설치하는 작업이 매우 난해하고, 설치 후 능동적인 조작이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반 자전거에 대한 설치가 용이한 자전거의 전동 구동 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은, 휠 타이어의 외주면에 롤러부가 상시 접촉되도록 구비되어 전동 모터부의 동작 시 급작스러운 회전 구동력 전달이 이루어지지 않고 자연스럽게 휠 타이어의 회전속도에 맞추어 회전 구동력을 전달할 수 있는 자전거의 전동 구동 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 다양한 메인 프레임 구조 사양에 범용적으로 설치 가능한 자전거의 전동 구동 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 휠 타이어의 외주면에 상시 접촉되도록 구비된 롤러부, 전기적으로 회전 구동되고, 상기 롤러부에 회전 구동력을 제공하는 전동 모터부 및 상기 롤러부와 상기 전동 모터부가 결합되고, 상기 휠 타이어가 회전되도록 마련된 메인 프레임에 힌지 고정되는 회동 바디를 포함하고, 상기 회동 바디는, 상기 메인 프레임에 대하여 힌지를 중심으로 전단과 후단이 시소 운동하도록 회동되되, 상기 전동 모터부의 구동 여부에 따라 상기 롤러부의 상기 휠 타이어에 접촉되는 위치가 변동되도록 시소 운동된다.
여기서, 상기 휠 타이어의 외경과 상기 힌지를 중심으로 회동되는 상기 롤러부의 접촉 부분의 회동 반경은 소정 범위 내에서 오버랩되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 롤러부의 회전 속도(이하, '제1회전 속도'라 칭함)가 상기 휠 타이어의 회전 속도(이하, '제2회전 속도'라 칭함)보다 크면 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 휠 타이어와의 접촉 부위가 상기 휠 타이어의 회전 방향과 반대 방향으로 이동되도록 회동될 수 있다.
또한, 상기 제1회전 속도가 상기 제2회전 속도보다 작으면 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 휠 타이어와의 접촉 부위가 상기 휠 타이어의 회전 방향으로 이동되도록 회동될 수 있다.
또한, 상기 메인 프레임에 대한 상기 회동 바디의 결합을 매개하는 설치 브라켓부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 설치 브라켓부는, 상기 회동 바디의 힌지 결합을 매개하는 힌지 블록, 상기 힌지 블록의 상부에 배치되고, 상기 메인 프레임의 하부면에 밀착되는 하부 고정 블록 및 상기 하부 고정 블록과 적어도 하나의 고정 볼트를 통해 연결되고, 상기 메인 프레임의 상부면에 밀착되는 상부 고정 블록을 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 고정 볼트는, 상기 휠 타이어가 관통되는 관통부를 통해 상기 메인 프레임의 하부면에서 상부면으로 노출되고, 상기 하부 고정 블록은, 상기 힌지 블록과 상기 메인 프레임 사이에서 폭 방향으로 회동되어 선단부에 상부로 절곡 연장된 고정편이 상기 관통부의 내측면에 밀착되는 한 쌍으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 하부 고정 블록은, 상기 힌지 블록의 상면에 일체로 형성된 체인스테이 블록을 사이에 두고 각각의 양단이 회동되고, 상기 한 쌍의 하부 고정 블록의 외측에서 상기 체인스테이 블록에 폭 방향으로 체결되는 간격 조정 볼트에 의하여 상기 롤러부의 외경 위치의 조정이 가능할 수 있다.
또한, 상기 체인스테이 블록은, 상기 한 쌍의 하부 고정 블록의 회동이 가능하도록 전단으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 사다리꼴 형태의 경사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전동 모터부로부터 생성된 회전 구동력은, 상기 전동 모터부에 구비된 구동풀리 및 상기 롤러부에 구비된 종동풀리를 연결하는 타이밍 벨트에 의하여 상기 롤러부에 전달될 수 있다.
또한, 상기 롤러부는, 상기 종동풀리의 회전축과 동축으로 회전되되, 원웨이 클러치 베어링에 의하여 상기 종동풀리의 회전축에 일방향 회전 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 설치 브라켓부를 이용하여 다양한 사양으로 제조된 일반 자전거의 메인 프레임에 범용적으로 설치가 가능하므로 제품의 범용성을 향상시키는 효과를 가진다.
둘째, 롤러부와 휠 타이어가 전동 모터부의 작동 여부와는 무관하게 상시 접촉되도록 구비됨으로써, 전동 모터부의 회전 구동력이 자연스럽게 휠 타이어에 전달되므로 사용자에게 주행 안정감을 제공할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치가 적용된 일반 자전거의 모습을 나타낸 측면도이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 부분을 확대한 확대 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치를 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 3의 정면도이며,
도 5는 도 3의 측면도이고,
도 6은 도 3의 회동 바디를 나타낸 수평 단면도이며,
도 7a 및 도 7b는 메인 프레임에 대한 회동 바디의 설치 모습을 나타낸 평면 개념도이고,
도 8은 회동 바디 및 휠 타이어의 작동 궤적을 나타낸 개념도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치가 적용된 일반 자전거의 모습을 나타낸 측면도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 부분을 확대한 확대 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치를 보다 명확하게 정의하기 위하여, 이하에서는, 먼저 도 1에 참조된 자전거의 일반 구성을 살펴보기로 한다.
자전거는, 도 1에 참조된 바와 같이, 대략 측면에서 관찰할 때 마름모 형상의 틀 형체로 이루어진 메인 프레임(20)과, 메인 프레임(20)의 모서리들 중 이격거리가 상대적으로 작은 대향 모서리를 연결함과 동시에 상측으로 더 연장되어 상단부에 안장(30)이 설치되는 크로스 프레임(23)과, 조향 핸들(40)의 회전축 역할을 수행하도록 메인 프레임(20)의 전단에서 하방으로 연장 형성된 조향 프레임(25)을 포함할 수 있다.
조향 프레임(25)에는 프론트 휠(FW)이 연결되고, 메인 프레임(20) 중 후단부에는 리어 휠(RW)이 연결될 수 있다. 프론트 휠(FW)과 리어 휠(RW)은 각각 외주면에 탄성 재질의 타이어가 구비될 수 있다. 이하에서는, 프론트 휠(FW)에 구비된 타이어는 '프론트 휠 타이어(10A)'라 칭하고, 리어 휠(RW)에 구비된 타이어는 '리어 휠 타이어(10B)'라 칭하기로 한다. 메인 프레임(20)과 조향 프레임(25)은, 각각 적어도 프론트 휠(FW) 및 리어 휠(RW)의 중심까지 좌측과 우측에서 갈라져 연장되는 관통부(20c)가 마련될 수 있다. 관통부(20c)에는 프론트 휠(FW) 및 리어 휠(RW)의 적어도 반경 범위가 수용되어 회전될 수 있다.
아울러, 메인 프레임(20)에는, 사용자가 구동기어 스프라켓(51)이 설치되고, 구동기어 스프라켓(51)의 일면측과 타면측에는 사용자가 발로 구동력을 생성할 수 있도록 마련된 페달(60)이 그 회전축으로부터 각각 180의 방향의 반경 방향으로 연장되도록 구비될 수 있다. 메인 프레임(20) 중 리어 휠(RW)이 연결된 부위에 해당하는 리어 휠(RW)에는 종동기어 스프라켓(53)이 구비되고, 구동기어 스프라켓(51)과 종동기어 스프라켓(53)에는 체인(55)이 감김되도록 구비되어, 사용자가 페달(60)에 소정의 답력을 제공하여 구동기어 스프라켓(51)을 회전시키면 체인(55)을 통해 종동기어 스프라켓(53)이 회동되면서 리어 휠(RW)을 회전시켜 자전거의 주행이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 도 1 내지 도 2b에 참조된 바와 같이, 휠 타이어의 외주면에 상시 접촉되도록 구비된 롤러부(130)와, 전기적으로 회전 구동되고, 롤러부(130)에 회전 구동력을 제공하는 전동 모터부(120)와, 롤러부(130)와 전동 모터부(120)가 결합되고, 휠 타이어가 회전되도록 마련된 메인 프레임(20)에 힌지 고정되는 회동 바디(110)를 포함한다.
여기서, 휠 타이어는, 도면에 도시되지 않았으나, 상대적으로 전방부에 구비된 프론트 휠 타이어(10A)일 수 있고, 도 1에 참조된 바와 같이, 상대적으로 후방부에 구비된 리어 휠 타이어(10B)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 프론트 휠 타이어(10A)에 롤러부(130)가 접촉되는 것을 배제하는 것은 아니므로 본 발명의 권리범위가 리어 휠 타이어(10B)에 롤러부(130)가 접촉되는 것으로 한정 해석되어야 하는 것은 아님에 주의하여야 한다. 다만, 이하의 본 발명의 일 실시예에서는 이해의 편의를 위하여 리어 휠 타이어(10B)에 롤러부(130)가 접촉되는 실시예로 한정하여 설명하기로 한다.
한편, 도 1에 참조된 바와 같이, 전동 모터부(120)는 크로스 프레임(23)에 착탈 가능하게 구비된 전원 공급부(70)로부터 전원을 공급받아 작동될 수 있다. 전원 공급부(70)는, 전동 모터부(120)와 전원 케이블에 의하여 전기적으로 연결되고, 내부에 충전형 또는 교체형 배터리가 내장된 케이스(71.73)를 포함할 수 있다. 케이스(71,73)는, 전동 모터부(120)의 사용 용량에 따라 선택적으로 제1단 케이스(71)에 대하여 제2단 케이스(73)가 추가 결합될 수 있는 용량 가변형으로 구비될 수 있다. 또한, 케이스(71,73)의 내부에는, 미도시 되었으나, 전동 모터부(120)의 작동을 제어하는 컨트롤러가 내장될 수 있다. 아울러, 도면에 도시되지 않았으나, 케이스(71,73)의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방열시키는 방열핀과 같은 방열부가 더 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이며, 도 5는 도 3의 측면도이고, 도 6은 도 3의 회동 바디를 나타낸 수평 단면도이다.
회동 바디(110)는, 도 2a 및 도 2b에 참조된 바와 같이, 마름모 형상의 메인 프레임(20) 중 리어 휠 타이어(10B)가 관통하는 관통부(20c)의 일측에 해당하는 메인 프레임(20)에 대하여 힌지를 중심으로 전단과 후단이 시소 운동하도록 회동될 수 있다.
여기서, 회동 바디(110)는, 도 3 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 전동 모터부(120)가 수용되는 모터 케이스(111)와, 모터 케이스(111)로부터 후방측으로 연장되고, 롤러부(130)가 외부에 노출되도록 설치된 풀리 케이스(113)를 포함할 수 있다.
모터 케이스(111)의 내부에는, 도 6에 참조된 바와 같이, 전동 모터부(120)가 수용되고, 전동 모터부(120)의 회전축(121)을 동축으로 하여 연결된 구동풀리(127)가 함께 수용될 수 있다. 아울러, 풀리 케이스(113)에는 구동풀리(127)와 타이밍 벨트(129)에 의하여 연결된 종동풀리(137)가 수용될 수 있다. 여기서, 롤러부(130)는 상술한 바와 같이, 종동풀리(137)의 회전축(131)과 동축으로 연결되어 연동 회전되되, 프론트 휠 타이어(10A) 또는 리어 휠 타이어(10B)의 외주면에 직접 접촉되도록 풀리 케이스(113)의 외측으로 노출되게 설치될 수 있다. 이를 위해, 종동풀리(137)의 회전축(131)은 풀리 케이스(113)의 외측으로 소정길이 노출되게 구비될 수 있다.
즉, 모터 케이스(111)의 내부에 구비된 전동 모터부(120)가 회전 작동되면, 전동 모터부(120)의 회전축(121)에 구비된 구동풀리(127)가 회전되고, 구동풀리(127)와 종동풀리(137)를 연결하는 타이밍 벨트(129)를 매개로 종동풀리(137)가 회전되며, 종동풀리(137)와 연동하여 롤러부(130)가 회전되면서 프론트 휠 타이어(10A) 또는 리어 휠 타이어(10B)에 주행 구동력을 전달할 수 있다.
여기서, 종동풀리(137)의 회전축(131)과 롤러부(130)의 내주면 사이에는, 도 6에 참조된 바와 같이, 원웨이 클러치 베어링(135)이 개재되어, 종동풀리(137)의 회전축(131)에 대하여 일방향으로만 회전 가능하게 회전 지지될 수 있다.
이와 같이, 롤러부(130)가 원웨이 클러치 베어링(135)에 의하여 종동풀리(137)의 회전축(131)에 대하여 일방향 회전 지지되도록 구비됨으로써, 후술하는 바와 같이, 전동 모터부(120)가 작동되지 않는 경우에도 롤러부(130)를 리어 휠 타이어(10B)의 외주면에 상시 접촉되도록 구비할 수 있는 이점을 가진다.
보다 상세하게는, 롤러부(130)는 전동 모터부(120)가 작동되지 않아 종동풀리(137)의 회전축(131)이 정지된 상태인 경우에는, 원웨이 클러치 베어링(135)에 의하여 정지 상태의 종동풀리(137)의 회전축(131)과는 무관하게 회전되는 바, 리어 휠 타이어(10B)와 상시 접촉되어 있으므로 리어 휠 타이어(10B)의 회전과 연동하여 공회전될 수 있다. 반대로, 롤러부(130)는 전동 모터부(120)가 작동되어 적어도 공회전하고 있는 롤러부(130)의 회전속도보다 종동풀리(137)의 회전축(131)의 회전속도가 빠르면 원웨이 클러치 베어링(135)에 의하여 롤러부(130)의 내주면과 종동풀리(137)의 회전축(131)이 인게이징(engaging)되어 전동 모터부(120)의 회전 구동력이 전달되면서 롤러부(130)가 전동 모터부(120)의 작동과 연동하여 회전되어 상시 접촉되는 리어 휠 타이어(10B)에 주행 구동력을 전달할 수 있다.
따라서, 전동 모터부(120)의 주행 구동력이 급작스럽게 리어 휠 타이어(10B)에 전달되는 것을 방지할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 전동 모터부(120)의 회전 구동력의 선택적 전달을 위하여 롤러부(130)를 리어 휠 타이어(10B)에 선택적으로 접촉되도록 설치하지 않아도 되므로, 회동 바디(110)의 메인 프레임(20)에 대한 설치면에서 설계의 다양성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 도 3 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 메인 프레임(20)에 대한 회동 바디(110)의 결합을 매개하는 설치 브라켓부(140)를 더 포함할 수 있다.
설치 브라켓부(140)는, 도 3 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 회동 바디(110)의 힌지 결합을 매개하는 힌지 블록(141)과, 힌지 블록(141)의 상부에 배치되고, 메인 프레임(20)의 하부면에 밀착되는 하부 고정 블록(142)과, 하부 고정 블록(142)과 적어도 하나의 고정 볼트(144)를 통해 연결되고, 메인 프레임(20)의 상부면에 밀착되는 상부 고정 블록(145)을 포함할 수 있다.
힌지 블록(141)에는, 폭 방향으로 길게 힌지가 배치되고, 힌지가 회동 바디(110)의 상단부 일부를 폭 방향으로 관통하여 체결될 수 있다. 따라서, 회동 바디(110)는, 후술하는 도 8에 참조된 바와 같이, 힌지를 중심으로 전단과 후단이 시소 운동하도록 회동될 수 있다.
하부 고정 블록(142)은, 도 3 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 힌지 블록(141)의 상부면의 좌우 양단에 한 쌍으로 구비되되, 전단과 후단 사이에 형성된 회동점을 기준으로 전단과 후단이 좌우 방향으로 회동되게 구비될 수 있다.
여기서, 한 쌍의 하부 고정 블록(142a,142b)의 선단부 각각에는 상부로 연장되되, 메인 프레임(20)의 관통부(20c) 내측면으로 절곡 연장된 고정편(143)이 구비될 수 있다. 한 쌍의 하부 고정 블록(142a,142b)의 고정편(143a,143b) 각각은 메인 프레임(20)의 관통부(20c) 내측면에 밀착되어 힌지 블록(141)을 포함하는 회동 바디(110)가 좌우 방향으로 유동되는 것을 방지할 수 있다.
한 쌍의 하부 고정 블록(142a,142b) 사이에는, 후술하는 도 7a 및 도 7b에 참조된 바와 같이, 한 쌍의 하부 고정 블록(142a,142b)의 각 회동점에 대한 회동량을 조절하기 위한 체인스테이 블록(147)이 힌지 블록(141)의 상면에 일체로 형성될 수 있다. 체인스테이 블록(147)의 구체적인 형상 및 기능에 대해서는 뒤에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 상부 고정 블록(145)은, 도 3에 참조된 바와 같이, 한 쌍의 고정 볼트(144a,144b)를 매개로 힌지 블록(141)과 상호 연결될 수 있다. 한 쌍의 고정 볼트(144a,144b)는 하단부가 힌지 블록(141)(보다 구체적으로는, 후술하는 체인스테이 블록(147))과 일체로 형성되되, 그 상단부가 메인 프레임(20)의 관통부(20c)를 관통하여 연장되고, 상부 고정 블록(145)의 상부에 한 쌍의 체결 너트(146a,146b)가 각각 한 쌍의 고정 볼트(144a,144b)에 체결될 수 있다.
이와 같이, 힌지 블록(141)(또는 하부 고정 블록(142))과 상부 고정 블록(145)은 각각 메인 프레임(20)의 하부면과 상부면에 밀착되는 구성 요소로서, 한 쌍의 고정 볼트(144a,144b)에 대한 한 쌍의 체결 너트(146a,146b)의 체결에 의하여 간명하게 회동 바디(110)의 메인 프레임(20)에 대한 설치가 완료될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 메인 프레임에 대한 회동 바디의 설치 모습을 나타낸 평면 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 다양한 사양으로 제조된 일반 자전거의 메인 프레임(20)에 상술한 설치 브라켓부(140)를 이용하여 매우 간명하게 설치 가능하다. 다만, 자전거의 제조사마다 메인 프레임(20)의 형상(또는 관통부(20c)의 폭방향 크기) 및 리어 휠 타이어(10B)와 메인 프레임(20)(보다 상세하게는 관통부(20c)의 전방 내측)과의 이격 거리는 상이할 수 있다. 따라서, 설치 브라켓부(140)는, 자전거의 메인 프레임(20)에 대한 설치 시, 자전거의 제조사마다 상이하게 제조된 메인 프레임(20)의 형상 등에 따라 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)의 이격 거리를 세부적으로 조정할 필요가 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 도 7a 및 도 7b에 참조된 바와 같이, 메인 프레임(20)의 관통부(20c)의 내측 단부와 리어 휠 타이어(10B)의 외주면과의 사이는 이미 제조 단계에서 설정된 것이므로, 메인 프레임(20)의 관통부(20c) 범위 내에서 상부 고정 블록(145)이 설치되는 전후 위치를 임의로 변동시켜 설치할 수 있다.
보다 상세하게는, 좌측 하부 고정 블록(142a)은 좌측 회동점을 기준으로 전단과 후단이 좌우 방향으로 회동되도록 구비되고, 우측 하부 고정 블록(142b)은 우측 회동점을 기준으로 전단과 후단이 좌우 방향으로 회동되도록 구비될 수 있다.
여기서, 도 7a 및 도 7b에 참조된 바와 같이, 좌측 회동 블록과 우측 회동 블록 사이에는 스테이체인 블록이 힌지 블록(141)의 상면과 일체를 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 좌측 하부 고정 블록(142a)의 좌측 회동점 및 우측 하부 고정 블록(142b)의 우측 회동점을 기준으로 각각의 전방부에 해당하는 부위는, 스테이체인 블록에 폭 방향으로 관통하도록 간격 조정 볼트(148)가 체결될 수 있다. 간격 조정 볼트(148)는 각각의 외측면이 육각 렌치와 같은 공구에 의하여 체결 조정됨으로써, 좌측 하부 고정 블록(142a)과 우측 하부 고정 블록(142b) 각각의 회동량을 정밀하게 조정할 수 있다.
여기서, 메인 프레임(20)의 관통부(20c)의 폭이 관통부(20c)의 내측 단부로부터 리어 휠 타이어(10B) 측으로 갈수록 점점 커질 경우, 간격 조정 볼트(148)의 조정을 통해 좌측 하부 고정 블록(142a) 및 우측 하부 고정 블록(142b)의 회동량을 조정함으로써, 각각의 선단부에 구비된 좌측 고정편(143a) 및 우측 고정편(143b)을 관통부(20c)의 좌측 내측면 및 우측 내측면에 견고하게 밀착시킬 수 있다.
한편, 스테이체인 블록은, 좌측 하부 고정 블록(142a)의 좌측 회동점을 중심으로 전단부의 회동 및 우측 하부 고정 블록(142b)의 우측 회동점을 중심으로 전단부의 회동이 용이하게 이루어질 수 있도록 사다리꼴 형태로 절개 형성된 경사부(147a,147b)를 포함할 수 있다.
그러므로, 도 7a에 참조된 바와 같이, 롤러부(130)의 외경과 리어 휠 타이어(10B)의 외주면의 이격 거리가 큰 경우, 도 7b에 참조된 바와 같이, 한 쌍의 체결 너트(146a,146b)를 상부 고정 블록(145)으로부터 느슨하게 푼 상태에서 힌지 블록(141)의 위치를 리어 휠 타이어(10B) 측으로 이동시킨 후, 한 쌍의 하부 고정 블록(142a,142b)의 각 회동량을 상술한 간격 조정 볼트(148)를 이용하여 조정함으로써, 관통부(20c)의 좌측 및 우측의 내측면에 좌측 고정편(143a) 및 우측 고정편(143b)이 견고하게 밀착되도록 고정시킨 다음, 역으로 상부 고정 블록(145)을 한 쌍의 체결 너트(146a,146b)를 이용하여 견고하게 체결하는 간편한 동작으로 위치 조정이 가능할 수 있다.
여기서, 힌지 블록(141)의 전후 위치 조정은, 후술하는 바와 같이, 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B) 사이의 마찰력을 원하는 만큼 변화시킬 수 있음은 물론, 일반 사용자도 간편하게 자신의 자전거의 메인 프레임(20) 형상에 맞게 설치 가능하므로, 제품의 범용성을 크게 향상시키는 이점을 제공한다.
도 8은 회동 바디 및 휠 타이어의 작동 궤적을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 도 8에 참조된 바와 같이, 전동 모터부(120)의 회전 구동력이 롤러부(130)를 매개로 리어 휠 타이어(10B)에 전달되는 과정 동안 회동 바디(110)의 전단과 후단이 메인 프레임(20)에 대하여 힌지를 중심으로 시소 운동하도록 회동되되, 전동 모터부(120)의 구동 여부에 따라 롤러부(130)의 리어 휠 타이어(10B)에 접촉되는 위치가 변동되도록 시소 운동될 수 있다.
보다 상세하게는, 리어 휠 타이어(10B)의 외경과 힌지를 중심으로 회동되는 롤러부(130)의 접촉 부분의 회동 반경은, 도 8에 참조된 바와 같이, 소정 범위 내에서 오버랩되게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 오버랩 범위의 변동은 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B) 사이의 접촉력(마찰력)의 변동을 의미한다.
예를 들면, 도 8에 참조된 바와 같이, 롤러부(130)는 힌지(150, 도 8의 C1 참조)를 중심으로 하는 제1회동 반경(S1)을 가지는 한편, 리어 휠 타이어(10B)는 소정의 힌지점(도 8의 C2 참조)을 중심으로 하는 제2회동 반경(S2)을 가지도록 회동되고, 제1회동 반경(S1)과 제2회동 반경(S2)이 소정의 범위(R) 내에서 오버랩될 수 있다.
여기서, 롤러부(130)의 회전 속도(A1, 이하, '제1회전 속도'라 칭함)가 리어 휠 타이어(10B)의 회전 속도(A2, 이하, '제2회전 속도'라 칭함)보다 크면 회동 바디(110)는 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위가 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향과는 반대 방향으로 이동되도록 회동될 수 있다. 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위가 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향과는 반대 방향으로 이동되는 양이 클수록 상호 마찰력은 증가함을 의미한다.
또한, 롤러부(130)의 제1회전 속도(A1)가 리어 휠 타이어(10B)의 제2회전속도(A2)보다 작으면 회동 바디(110)는 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위가 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향으로 이동되도록 회동될 수 있다. 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위가 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향으로 이동되는 양이 클수록 상호 마찰력은 감소함을 의미한다.
그러므로, 전동 모터부(120)의 동작 속도를 설정할 때, 롤러부(130)의 제1회전 속도(A1)가 시속 20km가 되도록 설정한 경우에는, 사용자에 의하여 주행 중인 리어 휠 타이어(10B)의 제2회전 속도(A2)가 시속 20km 미만이면, 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위는 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향과는 반대 방향으로 이동되어 상호 마찰력이 증가되는 바, 전동 모터부(120)의 회전 구동력을 보다 강한 힘으로 리어 휠 타이어(10B)에 전달할 수 있다. 반대로, 사용자에 의하여 주행 중인 리어 휠 타이어(10B)의 제2회전 속도(A2)가 시속 20km를 초과하면, 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)와의 접촉 부위는 리어 휠 타이어(10B)의 회전 방향으로 이동되어 상호 마찰력이 감소하는 한편, 상술한 원웨이 클러치 베어링(135)에 의하여 전동 모터부(120)의 회전 구동력을 전달받지 않고 공회전되는 것이다.
따라서, 자전거의 주행 속도에 따라 능동적으로 전동 모터부(120)의 추가 주행 구동력을 자연스럽게 제공받게 되므로, 작동 온/오프 조작 외의 추가적인 조작이 불필요함은 물론, 자전거의 사용자가 평지에서 자전거를 주행시키거나, 오르막 또는 내리막 경사길에서 주행시키는 경우에 관계없이 전동 모터부(120)가 전원 공급되어 동작되면, 전동 모터부(120)의 설정된 동작 속도에 따라 일종의 크루즈 기능을 수행하면서 자전거의 주행을 즐길 수 있는 이점을 제공한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치는, 일반 자전거에 대한 설치가 용이한 한편, 롤러부(130)와 리어 휠 타이어(10B)가 상시 접촉되도록 구비된 경우라도, 전동 모터부(120)의 동작 여부에 따라 회전 구동력의 전달이 선택적으로 제어됨은 물론, 전동 모터부(120)의 설정 속도 구동에 따라 안정적으로 보조되는 주행 구동력을 확보할 수 있으므로 사용자의 사용 편의성을 크게 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 전동 구동 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
FW: 프론트 휠 RW: 리어 휠
10A: 프론트 휠 타이어 10B: 리어 휠 타이어
20: 메인 프레임 20c: 관통부
23: 크로스 프레임 25: 조향 프레임
30: 안장 40: 조향 핸들
51: 구동기어 스프라켓 53: 종동기어 스프라켓
55: 체인 60: 페달
70: 전원 공급부 71: 1단 케이스
73: 2단 케이스 100: 전동 구동 장치
110: 회동 바디 111: 모터 케이스
113: 풀리 케이스 120: 전동 모터부
121: 회전축 127: 구동풀리
129: 타이밍 벨트 130: 롤러부
131: 종동풀리의 회전축 135: 원웨이 클러치 베어링
137: 종동풀리 140: 설치 브라켓부
141: 힌지 블록 142: 하부 고정 블록
142a: 좌측 하부 고정 블록 142b: 우측 하부 고정 블록
143: 고정편 143a: 좌측 고정편
143b: 우측 고정편 144: 고정 볼트
144a: 좌측 고정 볼트 144b: 우측 고정 볼트
145: 상부 고정 블록 146a,146b: 체결 너트
147: 체인스테이 블록 147a,147b: 경사부
148: 간격 조정 볼트

Claims (11)

  1. 휠 타이어의 외주면에 상시 접촉되도록 구비된 롤러부;
    전기적으로 회전 구동되고, 상기 롤러부에 회전 구동력을 제공하는 전동 모터부; 및
    상기 롤러부와 상기 전동 모터부가 결합되고, 상기 휠 타이어가 회전되도록 마련된 메인 프레임에 힌지 고정되는 회동 바디; 를 포함하고,
    상기 전동 모터부로부터 생성된 회전 구동력은, 상기 전동 모터부에 구비된 구동풀리 및 상기 롤러부에 구비된 종동풀리를 연결하는 타이밍 벨트에 의하여 상기 롤러부에 전달하되,
    상기 롤러부는, 상기 종동풀리의 회전축과 동축으로 회전되고, 원웨이 클러치 베어링에 의하여 상기 종동풀리의 회전축에 일방향 회전 지지되어, 상기 전동 모터부가 작동되지 않아 상기 종동풀리의 회전축이 정지된 경우에도 상기 휠 타이어의 회전과 연동하여 공회전되며,
    상기 회동 바디는, 상기 메인 프레임에 대하여 힌지를 중심으로 전단과 후단이 시소 운동하도록 회동되되, 상기 전동 모터부의 구동 여부에 따라 상기 롤러부의 상기 휠 타이어에 접촉되는 위치가 변동되도록 시소 운동되는, 자전거의 전동 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 타이어의 외경과 상기 힌지를 중심으로 회동되는 상기 롤러부의 접촉 부분의 회동 반경은 소정 범위 내에서 오버랩되게 배치된, 자전거의 전동 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 롤러부의 회전 속도(이하, '제1회전 속도'라 칭함)가 상기 휠 타이어의 회전 속도(이하, '제2회전 속도'라 칭함)보다 크면 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 휠 타이어와의 접촉 부위가 상기 휠 타이어의 회전 방향과 반대 방향으로 이동되도록 회동되는, 자전거의 전동 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1회전 속도가 상기 제2회전 속도보다 작으면 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 회동 바디는 상기 롤러부와 상기 휠 타이어와의 접촉 부위가 상기 휠 타이어의 회전 방향으로 이동되도록 회동되는, 자전거의 전동 구동 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 프레임에 대한 상기 회동 바디의 결합을 매개하는 설치 브라켓부; 를 더 포함하는, 자전거의 전동 구동 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 설치 브라켓부는,
    상기 회동 바디의 힌지 결합을 매개하는 힌지 블록;
    상기 힌지 블록의 상부에 배치되고, 상기 메인 프레임의 하부면에 밀착되는 하부 고정 블록; 및
    상기 하부 고정 블록과 적어도 하나의 고정 볼트를 통해 연결되고, 상기 메인 프레임의 상부면에 밀착되는 상부 고정 블록; 을 포함하는, 자전거의 전동 구동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 볼트는, 상기 휠 타이어가 관통되는 관통부를 통해 상기 메인 프레임의 하부면에서 상부면으로 노출되고,
    상기 하부 고정 블록은, 상기 힌지 블록과 상기 메인 프레임 사이에서 폭 방향으로 회동되어 선단부에 상부로 절곡 연장된 고정편이 상기 관통부의 내측면에 밀착되는 한 쌍으로 구비된, 자전거의 전동 구동 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 한 쌍의 하부 고정 블록은, 상기 힌지 블록의 상면에 일체로 형성된 체인스테이 블록을 사이에 두고 각각의 양단이 회동되고,
    상기 한 쌍의 하부 고정 블록의 외측에서 상기 체인스테이 블록에 폭 방향으로 체결되는 간격 조정 볼트에 의하여 상기 롤러부의 외경 위치의 조정이 가능한, 자전거의 전동 구동 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 체인스테이 블록은, 상기 한 쌍의 하부 고정 블록의 회동이 가능하도록 전단으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 사다리꼴 형태의 경사부를 포함하는, 자전거의 전동 구동 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
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