KR102366037B1

KR102366037B1 - 전기 페달-보조 사이클을 위한 추진 유닛 및 그것의 페달-보조 사이클

Info

Publication number: KR102366037B1
Application number: KR1020177014752A
Authority: KR
Inventors: 파올로 카포젤라; 루카 카르미나니; 루카 누티; 조르지오 프로스퍼리니
Original assignee: 피아지오 ＆ 씨. 에스.피.에이.
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2022-02-22
Also published as: CN107107988B; US10766566B2; KR20170094168A; ES2759726T3; EP3212492B1; EP3212492A1; MY183279A; JP2017532251A; CN107107988A; WO2016067199A1; JP6749323B2; US20170334512A1

Abstract

전기 페달 보조 사이클을 위한 추진 유닛(8)은, 모터 축(M-M)에 대해 회전 가능한, 로터(16)와 스테이터(14) 를 가지는 전기기계(12)를 포함하고, 상기 로터(16)는, 모터 축(M-M)과 동축이며, 페달들(20)에 기계적으로 연결되는, 크랭크 축(X-X)을 정의하는, 크랭크 핀(18)에 작동 가능하게 연결되고, 로터(16)는 스테이터(14)에 대하여 동축으로 내부에 있어서 로터(16)를 방사 방향으로 둘러싼다. 추진 유닛(8)은 전기 기계(12)의 기능을 작동시키고 제어하기 위한 적어도 하나의 전자 유닛 및 전기기계(12)와 적어도 부분적으로 크랭크 핀(18)을 수용하는 수용 공간(28)을 정의하는 적어도 한 쌍의 하우징을 포함한다. 트랜스미션 수단들(36)은 크랭크 축(X-X)에 수직인 돌출 평면 상에 로터의 돌출부 외측에 있도록 크랭크 축(X-X)으로부터 분산되고 전체가 비대칭 위치로 배열된다.

Description

전기 페달-보조 사이클을 위한 추진 유닛 및 그것의 페달-보조 사이클{PROPULSION UNIT FOR AN ELECTRIC PEDAL-ASSISTED CYCLE AND PEDAL-ASSISTED CYCLE THEREOF}

본 발명은 소위 "EPAC"(Electric Pedal Assisted Cycle; 전기 페달 보조 사이클)로 명명되는, 페달-보조 사이클(pedal-assisted cycle)을 위한 추진 유닛(propulsion unit) 및, 상기 추진 유닛을 포함하는 관련 페달-보조 사이클에 관한 것이다.

특히, 이는 라이더가 페달들을 통한 수단들(means)의 이용으로 생성하는, 적절한 제어안(appropriate control schemes)에 따른, 페달 스트로크(pedal stroke)에 도움을 제공하는 추진 유닛을 가지는 사이클에 관한 것이다

알려진 바와 같이, 이러한 타입의 자전거 솔루션(bicycle solutions)을 위한 핵심 성공 요인(key success factors)은 소형화(compactness), 경량화(lightness), 이용의 실용성(practicality of use), 매력적인 외관(attractive appearance), 특히, 합리적인 비용(reasonable cost)이다.

위에서-언급된 문제들을 해결하기 위해, 몇몇의 솔루션들은, 필요할 때, 사용자를 돕기 위한 토크(torque)를 제공하기 위해, 크랭크 축(crank axis)의 근처에 배열된 추진 유닛과 장착되는 이전의 자전거들(art bicycles)에 적용되었다.

그러나, 알려진 종래기술의 솔루션들은 몇몇 단점들을 포함한다.

사실상, 알려진 솔루션들은 추진 유닛이, 스테이터(stator), 배터리 팩(battery pack) 및 크랭크 축에서 모터 유닛(motor unit)의 움직임(movement)의 전달(transmission)의 수단을 포함하는 다양한 구성요소들을 포함하기 때문에, 보다 부피가 크고(bulky) 무겁다.

구동 토크/모터 자율성(drive torque/motor autonomy)을 위한 필요성 사이에서 바른 절충안을 찾아야 한다는 것은 명확하며, 이는 사용자가 이러한 타임의 페달-보조 비히클으로부터 기대하는, 더 큰 모터 유닛과 더 무거운 배터리팩들, 및 가벼운 무게, 소형화, 유선형(streamlining), 및 낮은 가격의 채택(adoption)을 수반한다.

추진 유닛의 전체 치수들을 가능한한 많이 제한하기 위하여, 예를 들어 크랭크에 모터를 연결하는 플레네터리 기어들과, 같은 심지어 정교한 트랜스미션 솔루션을 채택하는 모터 유닛들의 기술 분야에 해결책이 있다.

이러한 솔루션들은 정교하고 부피가 크지 않지만, 더욱 무겁고 값이 비싸다.

따라서, 종래 기술을 참조로 하여 언급되는 한계(limitations)와 단점들을 해결할 필요가 있다.

이러한 필요성은 청구항 제 1항에 따른 후방 추진 유닛에 의해 만족된다.

본 명세서에 개시되어 있음.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 실시예들의 이것의 바람직하고 비-제한적인 예시들에 대한 다음의 설명으로부터 더욱 이해 되어질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 추진 유닛의 사시도이다.
도 2내지 도 4는 도 1의 추진 유닛의, 다른 각도에서의, 단면도들이다.
도 5는 사이드 커버 또는 하우징이 제거된 추진 유닛의 측면도이다.
도 6은 사이드 커버가 제거된 추진 유닛의 사시도이다.
도 7은 도 6의 화살표 VII의 측면으로부터, 도 6의 추진 유닛의 측면으로부터, 본 정면도이다.
도 8은 몇몇 요소들이 생략된, 본 발명에 따른 추진 유닛의 단면에서의 사시도이다.
도 9는 본 발명의, 부분적으로 조립된, 추진 유닛의 사시도이다.
도 10 및 도 12는 본 발명에 따른 추진 유닛의 구성요소들의 사시도이다.
도 13은 자전거에 적용된, 본 발명에 따른 추진 유닛의 동적 트랜스미션(kinematic transmission)의 개략도이다.
아래에서 설명되는 실시예들 사이에서 일반적으로 부재들, 또는 부재들의 부분들은 동일 참조번호들로 표시될 것이다.

위의 도면들을 참조로 하여, 참조번호 4는 본 발명에 따른 추진 유닛(8)을 포함하는 자전거의 전체 개략도를 구형으로 표시한다(globally indicates).

이러한 발명은 특히, 일반적으로 "EPAC"(전기 페달 보조 사이클)로 명명되는, 페달-보조 사이클에 관한 것이다.

본 발명의 목적 상, 자전거 프레임(bicycle frame)의 타입은 무의미하며, 전방과 후방 둘 모두, 두 개 이상의 바퀴를 구비하는 사이클들을 또한 의미한다.

추진 유닛(8)은, 모터 축M-M에 대해 회전 가능한, 스테이터(stator; 14)와 로터(rotor; 16)전기기계(electric machine; 12)를 포함하고, 상기 로터(16)는 페달들(20)에 기계적으로 연결되는 크랭크 축 X-X를 정의하는, 크랭크 핀(crank pin; 18)에 작동 가능하게 연결된다.

크랭크 축 X-X는 모터 축 M-M과 동축이다

로터(16)는 로터(16)에 방사 방향으로(radially) 에워싸이(enclose)도록 스테이터에 동축이고 외부에 있으며; 방사 방향은 크랭크 축 X-X에 수직한 및 그것과 함께 입사하는(incident) 방향을 의미한다.

즉, 로터(16)는 스테이터(14)를 에워싸고 방사 방향으로 둘러싼(surrounds)다.

추진 유닛(8)은 전기기계(12)와 적어도 부분적으로 크랭크 축 X-X을 수용하는 수용공간(containment space; 28)을 정의하는 적어도 한 쌍의 하우징들(24, 26)을 포함한다.

바람직하게, 하우징들(24, 26)은 메탈과 같은, 열 전도성 물질(thermally conductive material)로 구성된다.

추진 유닛(8)은 전기기계(12)의 기능을 제거하고 작동시키기 위한 적어도 하나의 전자 유닛(32)을 포함한다. 유닛(32)은 예를 들어 대응하는 지지 플레이트(corresponding support plate; 34) 상에 놓인(resting)다.

또한, 추진 유닛(8)은 로터(16)로부터 크랭크 축 X-X로 움직임의 트랜스미션 수단(transmission means; 36)을 포함할 수 있고, 상기 트랜스미션 수단들(36)은 크랭크 축 X-X에 수직하는 돌출 평면(projection plane) 상에 로터(16)의 돌출부(projection) 외측에 있도록, 크랭크 축 X-X로부터 분산되(decentralised)며, 비대칭 위치 전체(asymmetrical position overall)에 배열된다.

전자 유닛(32)은 상기 수용 공간(28) 내측에 수용되고 지지된다.

바람직하게, 전자 유닛(32)은 로터(16)의 돌출부 내측에 크랭크 축 X-X에 수직한 돌출 평면 상으로 떨어지도록 위치된다.

일 실시예에 따란, 전자 유닛(32)은 크랭크 축 X-X에 대해, 전체적으로 구동 수단들(drive means; 36)에 반대측 상에 위치된다.

예를 들어, 전자 유닛(32)은 일반적으로 "C"모양이며 크랭크 축 X-X의 주위에 배열된다.

일 실시예에 따르면, 추진 유닛(8)은 고정된 타입의, 중간 지지 요소(40)를 포함하고, 이는 상기 로터(16)를 회전가능하게 지지하고 고정된 방법으로 전자 유닛(32)을 지지하며; 중간 지지 요소(40)는 도한 수용 공간(28) 내에 수용된다.

예를 들어, 로터(16) 및 전자 유닛(32)은 크랭크 축X-X를 따라서, 상기 중간 지지 요소(40)에 관련된 축 방향 반대 측면들 상에 위치된다.

즉, 중간 지지 요소(40)는 지지부(support)뿐만 아니라 한편으로는 전기기계(12)의 스테이터(14) 및 로터(16), 다른 한편으로는 전자 유닛(32) 사이 축 방향 분리점의 요소를 실현한다.

상기 중간 지지 요소(40)는 크랭크 축 X-X 주위에 배열되고, 그것에 대해 고정된다.

바람직하게, 중간 지지 요소(40)는 전자 유닛과 전기기계(12) 둘 모두에 의해 생성되는 열을 수용하고 전달한다. 중간 지지 요소(40)에 의해 실질적으로 축 방향으로 수용되는 열은 후자에 의해, 방사상 바깥 방향으로, 즉, 크랭크 축 X-X로부터 떠난다.

사실상, 중간 지지 요소(40)는 추진 유닛(8)으로부터 방사방향 바깥쪽으로 열을 방출하(dissipate)도록, 상기 하우징들(24, 26) 중 적어도 하나와 접촉한다.

바람직하게, 중간 지지 요소(40)는 금속과 같은 열전도성 물질로 구성된다.

일 실시예에 따라서, 추진 유닛(8)은 전자 유닛(32)으로 상기 중간 지지 요소(40)를 기계적으로 연결하는 적어도 하나의 실린더형 요소(44)를 포함하고, 상기 실린더형 요소(44)는 전자 유닛(36)으로부터 중간 지지 요소(40)로 및 후자로부터 하우징들(24, 26)의 외측으로 열을 추출할 수 있도록 하는, 열 전도체이다.

일 실시예에 따라, 상기 실린더형 요소들(cylindrical elements; 44) 중 적어도 하나에는 상기 실린더형 요소의 주 연장 축(main extension axis)에 수직하는 절단면(cross-section plane)에 대해 타원형 단면(oval cross-section)이 제공된다.

타원 단면은 예를 들어 원형 구역(circular section)과 비교하자면, 동일한 전체 치수를 위한, 더 큰 열 교환 용량(greater heat exchange capacity)을 보장하는 것이다.

일 실시예에 따라, 전자 유닛(32)에는 적어도 전기 케이블(electric cable; 48)와 적어도 하나의 관련된 도관(52)이 제공되고, 도관(52)은 나사와 샅은, 적어도 하나의 부착 수단(56)에 의해 전자 유닛(32)에 고정된다.

도관(conduit 52) 및/또는 부착 고정 수단들(attachment fixing means; 56)은 그것 스스로 전자 유닛으로부터 열을 분산시키기 위한 열 전도체(thermal conductors)이다.

위에서 언급된 바와 같이, 추진 유닛(8)은 로터(16)로부터 크랭크 핀(18)에 움직임을 전달하는 트랜스미션 수단(36)을 포함한다.

일 실시예에 따라, 트랜스미션 수단(36)은, 로터(16)와 함꼐 회전하고 그것에 동축인, 제1 인풋 기어(first input gear; 64), 및 회전 축 X-X에 대하여 평행하고 오프셋된(offset) 제1 축 Y-Y에 대하여 회전 가능한 제1 아웃풋 기어(first output gear; 68) 가지는 제1 트랜스미션 스테이지(first transmission stage; 60)를 포함한다. 제 1 인풋 및 아웃풋 기어들(64, 68)은 서로 맞물린다.

일 실시예에 따라, 제1 인풋 기어(64)는 중간 지지 요소에 의해 회전 가능하게 지지된다.

예를 들어, 중간 지지 요소(40)는 베어링(72)을 수용하는 홀(hole; 70)을 포함하고 한정하며; 베어링(72)은 홀(70)을 한정하는 중간 지지 요소(40)의 벽 상에 들어맞고(fitted) 고정되는 제1링(first ring; 73)과 상기 제1 인풋 기어(64)의 일부와 함께 회전하고 이동 가능한 제2 링(second ring; 74)을 포함한다. 즉, 베어링(72)의 삽입(interposition)에 의해, 중간 지지 요소(40)는 중간 지지 요소(40)를 회전 가능하게 지지하고, 또한, 일 실시예에 따라, 제1 인풋 기어(64)는 컵 요소(76)에 의해, 로터(16)에 대해 회전하는 일체형이다. 예를 들어, 컵 요소(cup element; 76)는 베어링(72)의 제2 링(74)에 간섭을 가하는 링을 포함한다.

추진 유닛(8)은 제1 아웃풋 기어(68)와 회전하게 일체형이며 그것과 동축인, 제2 인풋 기어(84), 및 제1 축Y-Y에 및 회전 축 X-X에 평행하고 오프셋되는 제2 축 또는 기준축(axis of reference) W-W 을 정의하는 제2 샤프트(92)과 일체형으로 회전 가능한, 제2 인풋 기어(84)와 맞물리는, 제2 아웃풋 기어(88)를 가지는 제2 트랜스미션 스테이지(80)를 포함한다.

예를 들어, 제2 인풋 기어(84)는 홈이 있는 윤곽(grooved profile)에 의해 제1 트랜스미션 스테이지(60)의 제1 아웃풋 기어(68)에 동축으로 연결된다.

예를 들어, 하우징들(24, 26)은 상기 제2 샤프트(92)를 위한 지지 베어링들(100)을 수용하는 시트들(seats; 98)을 정의한다(도 3).

추진 유닛(8)은 제2 아웃풋 기어(88)와 회전하게 일체형이며 그것과 동축인, 제 3인풋 기어(106)와, 페달-보조를 실현하는 회전 축 X-X 상으로 동력을 전달하고 제 3 인풋 기어(106)와 맞물리는 제3 아욱풋 기어(108)을 가지는 제3 트랜스미션 스테이지(104)를 포함한다.

추진 유닛(8)은, 크랭크를 역회전(주행의 방향에 대하여 반대로 밀고 당김)시키거나 비히클이 전방 방향과 반대하는 방향으로 이동할 때 추진 유닛(8)의 드래깅(dragging)을 방지하도록, 크랭크 축 X-X에 동축으로, 크랭크 핀(18)과 제3 아웃풋 기어(108) 사이에 장착되는 제1 프리 휠(112)을 포함한다.

즉, 사용자가 자전거의, 역 추력, 및 수동 이동의 단계에서 및 반대로 밂 둘 모두, 추진 유닛(8)의 드래그(drag)에 의해, 저항을 겪는 것을 피할 수 있다.

바람직하게, 추진 유닛(8)은 제2 샤프트(92)와 제2 아웃풋 기어(88) 사이에 장착된 제2 프리 휠(116)을 포함하여, 사용자를 페달-보조를 제공하지 않을 때 회전 시 추진 유닛(8)의 메커니즘이 드래깅 되는 것으로부터 방지하도록 제2 아웃풋 기어(88)로 토크 전달을 해제한다.

예를 들어, 상기 제2 프리 휠(116)은 제3 스테이지 트랜스미션(104)의 회전 속도가 제2 샤프트(92)의 것과 동일하거나 더 클 때 제2 아웃풋 기어(88)를 제2 샤프트(92)와 일체로 제작되도록 구성된다.

예를 들어, 제2 프리 휠(116)은 만약 제2 샤프트(92)의 회전 속도(speed of rotation)가 제2 아웃풋 기어(88)의 것보다 높다면, 제2 프리 휠(116)은 실린더들(cylinders)의 이탈(disengagement)에 의해, 전진 가능할 수 있도록 형성되고, 따라서 라이더가 회전으로 추진 유닛을 두는 것으로부터 방지한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추진 유닛(8)은 자전거(4) 상에 장착되고; 크랭크 핀(18)은, 예를 들어 체인 트랜스미션(chain transmission)을 통해, 자전거(4)의 구동 휠(drive wheel; 120)로 동적으로(kinematically) 연결된다.

또한, 자전거(4)의 전진 방향(direction of advancement; F)이 정의되고, 추진 유닛(8)이 자전거 프레임에 결합(associated)되고 배향(oriented)되어서 전자 유닛은 전진의 방향(F)측에 적어도 부분적으로 위치된다.

즉, 전자 유닛을 둘러싸는 하우징(24, 26)은, 전자 유닛(32)의 및 따라서 추진 유닛(8)의 냉각을 최적화하게, 바로 및 완전하게 움직이는 비히클과 만나는 정면 기류(frontal air flow)에 의해 둘러싸인(invested)다.

이제 본 발명에 따른 사이클을 위한 추진 유닛의 작동이 설명될 것이다.

특히, 경계 조건들(boundary conditions)을 감지하여, 제공되는 로직(logic)을 기반으로 하는, 전자 유닛(32)은 라이더에 의해 생성되는 것을 추가되는 동력 보조를 제공하도록 전기기계(12)를 활성화한다. 페달-보조를 관리하는 제어 로직(control logic)은, 예를 들어 슬로프(slope), 속도(speed), 요구되는 토크(torque) 등과 같은, EPAC 상에 배치되는 특별한 센서들(special sensors)에 의해 때때로 감지되는 다양한 작동 변수들(operating variables) 및 비히클의 카테고리에 적용되는 조정 제한들(regulatory restrictions)(일반적으로 지원을 중단하여야 하는 최대 속도와 전기 모터의 최대 동력을 고려할 수 있음)을, 세부적으로 들어감 없이, 따른다.

간섭 상태(intervention conditions)에 도달할 때, 전기기계는 적절한 로직에 따라, 즉 또한 상세하게 진행됨 없이, 특정 전류는 스테이터 와인딩들(stator windings; 14)을 통과하여, 활성화된다.

스테이터(14)에 전류가 통하고 난 후, 로터(16)는 페달-보조를 제공하여, 즉 크랭크 핀(18) 상에 토크 및 따라서 동력을 공급하여, 회전으로 들어간다. 전체 시스템을 작동하는데 필요한 전기는 비히클에 탑재된(mounted on-board), 배터리 팩의 화학 에너지의 형태로 수용된다.

그것의 기계적인 작동에 대해 더 자세하게 설명하면, 그것의 이동 시, 로터(16)는, 제1 트랜스미션 스테이지(60)의 기어들의 쌍을 구성하는, 제1 아웃풋 기어(68)와 함께, 그것에 고정되는 제1 인풋 기어(64)가 회전하도록 위치시킨다.

예를 들어 홈이 있는 윤곽에 의해 제1 아웃풋 기어(68)에 동축으로 연결되는, 제 2 인풋 기어(84)는 제2 아웃풋 기어(88)에 움직임을 전달한다.

제2 인풋 기어(84)와 제1 아웃풋 기어 휠은 크랭크 축 또는 회전의 축 X-X에 대하여 평행하고 축방향으로 오프셋되는 제1 축 Y-Y 주위에 일체로 회전한다.

제2 아웃풋 기어(88)는 결과적으로 회전에 들어가는 제2 샤프트(92) 상에 맞물린다.

제2 샤프트(92)는 제3 트랜스미션 스테이지(104)의 쌍을 형성하는 제3 아웃풋 기어(108)와 함께 제3 트랜스미션 스테이지(104)의 제3 인풋 기어(106) 회전시킨다.

제3 아웃풋 기어(108)는 궁극적으로 페달-보조를 실현하는 크랭크 축 X-X의 동력을 전달한다.

추진 유닛(8)은 두 프리 휠들(112, 116)을 가진다.

도시된 바와 같이, 제1 프리 휠(112)은 크랭크 축 X-X와 동축인, 크랭크 핀(18)과 제3 아웃풋 기어(108) 사이에 장착되어, 비히클이 전방 방향에 반대인 방향으로 이동할 때 또는 크랭크 또는 페달(20)을 역회전시킬 때 추진 유닛(8)의 드래깅을 방지한다.

즉, 사용자가 자전거의, 역, 수동 움직임의 단계로 및 역 추력 둘 모두로, 추진 유닛(8)의 드래그로 인해, 저항을 겪는 것은 회피된다.

프리-휠 기능은 다양한 기술적인 솔루션들에 의해, 예를 들어 래치들(latches)의 이용을 통해, 얻어질 수 있고, 크랭크 축 X-X에 동축으로 바람직하게 장착된다. 래치들의 동작에 의해, 크랭크 핀(18)은 이탈된 채로 남아있는 제 3 아웃풋 기어(108)를 넘어서며(outstrip) : 그래서 추진 유닛(8)의 드래깅은 역으로 자전거의 움직임 또는 역 추력의 경우에 방지된다.

또한, 도시된 바와 같이, 추진 유닛(8)은 제2 아웃풋 기어(88)와 제2 샤프트(92) 사이에 장착되는 제2 프리 휠(116)을 포함하여, 페달-보조가 제공되지 않을 때, 회전 시 사용자를 추진 유닛(8)의 메커니즘들을 드래깅으로부터 방지하도록 제2 아웃풋 기어(88)에 토크 전달을 해제한다.

예를 들어, 상기 제2 프리 휠(116)은 제3 스테이지 트랜스미션(104)의 회전의 속도가 제2 샤프트(92)의 것 보다 크거나 같을 때 제2 아웃풋 기어(88)와 제2 샤프트(92)가 일체가 되도록 구성된다.

예를 들어, 제2 프리 휠(116)은, 만약 제2 샤프트(92)의 회전 속도가 제2 아웃풋 기어(88)의 것보다 클 때, 제2 프리 휠(116)이 실린더들의 이탈에 의해, 전진하는 것을 가능하게 하고, 따라서 라이더가 추진 유닛을 회전시켜야 하는 것을 방지한다.

즉, 전방 주행으로 사용자의 동작이 추진 유닛(8)에 의해 가해지는 것보다 큰 페달들의 회전 속도를 보장하는 것과 같은 경우라면, 제2 자동 프리 휠(second automatically free wheel; 116)은 추진 유닛(8)을 이탈시키고, 그렇지 않으면 이는 사용자에 의해 부가되는 구동 동작 상에 브레이크로써 기능을 할 것이다. 대신에, 사용자에 의해 페달들(20) 상에 가해지는 동작이 추진 유닛(8)에 의해 가해지는 것보다 더 작은 페달들의 회전 속도를 생성하는 것과 같은 경우라면, 그 후 제2 프리 휠(116)은 추진 유닛(8)으로부터 페달들로 토크의 전달을 허용한다. 이러한 상황에서, 추진 유닛(8)에 의해 생성되는 것보다 작은 토크/동력을 공급하는 것은 사용자이며; 어떠한 경우에도, 페달들(20) 상에 사용자에 의해 가해지는 토크는 절대 이탈되지 않는 반면 크랭크 핀(18)에 및 예를 들어, 체인 트랜스미션(112)에 의해, 구동 휠로 항상 전달된다. 즉, 사용자에 의해 가해지는 토크 동작은 추진 유닛에 의해 이송되는 토크 동작으로, 크랭크 핀(18) 상에, 추가되며, 이는 사용자의 동작에 보조의 요소로써 기능한다.

체인 트랜스미션(122)은 피니언(pinion; 126) 및 크랭크 핀(18)과 일체로 회전하는 크라운(crown; 124)을 포함할 수 있고 : 크라운(124)과 피니언(126)은 체인 트랜스미션(122)의 체인 링크들과 적당하게 맞물리도록 이가 있(toothed)다.

명백하게, 위에서 기술되는 작동은 복수 개의 동작 파라미터들을 기반으로 전자 유닛(32)에 의해 구형되는 전기기계(12)의 동작/간섭 로직에, 차례로, 영향을 받는다.

설명으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 추진 유닛은 종래 기술에 제시된 단점을 극복할 수 있게 한다.

특히, 페달-보조 자전거(EPAC)로 구동 동력을 제공하기 위해 실현되는, 본 발명은, 그것의 구현이 중앙 허브(central hub) 또는 크랭크 축에서 제공되었기 때문에, 매우 소형이다.

실제로, 반경 방향으로 높은 소형화를 달성하기 위해, 유닛은 페달링 축(pedalling axis)과 동일 축인 출력 토크(outgoing torque)의 축을 갖는 이러한 방법으로 설계되었다.

소형화 목표는 크랭크 축 상에 추진 유닛에 의해 수행되는 토크를 가져오기 위한 최소로 가능한 수의 기준들을 제공함으로써 달성되었다. 실제로, 모든 방향에서 가능한 가장 소형인 솔루션을 얻는 관점으로부터 항상, 기어들의 배치(layout)는(이가 있는 휠들의 축으로 형성되는 삼각형(triangle))는 최적화된다.

또한, 기어들의 앞서 언급된 쌍들의 이용은 값 비싼 플레네터리 어셈블리(planetary assemblies)의 채택을 피할 수 있는 반면 모터로부터 크랭크 핀(18)에 움직임의 전달을 위한 소형화의 목적을 여전히 달성한다.

또한, 모터 유닛의 하우징 내측에 전자 유닛의 삽입물(insertion)을 수용하는, 설명되는 아키택쳐(architecture)는 안전하고 보호되는 위치에 유닛 자체를 위치시키는 것뿐만 아니라 추가 소형화를 허용한다.

이러한 소형화는 트랜스미션 반대편 및 크랭크 축 주위 유닛의 "C" 형태에 의해 더욱 이루어지고 : 즉, 다른 한편으로, 단일 소형 구성요소 내로 전자 유닛을 수용하는 것은 가능하며, 이는 크랭크의 축에 수직인 돌출 평면 상에 다른 한편으로, 크랭크 축에 여전히 가까이 있는 위치에 배열되는 트랜스미션을 가지도록, 로터의 돌출부 내부로 떨어진다. 또한, 도시된 바와 같이, 전자 유닛은 주행 동안 전방으로부터 자전거를 둘러싸는 공기의 유동 때문에 효과적으로 냉각될 수 있고, 다른 한편으로는, 트랜스미션 수단은 후방 휠 측에 바로 배열된다.

전자 유닛은 크랭크의 축에 수직한 돌출 평면 상의 로터의 돌출부에 바람직하게 삽입될 수 있고 : 즉, 추진 유닛의 상당한 압축(compaction)을 달성한다.

또한, 트랜스미션 수단의 후방 및 승강된 배열은,

동적 거동(dynamic behaviour)과 안정성(stability)을 개선하는, 자전거의 무게 중심을 집중시키는 것(centralising),

스피드 범프(speed bumps)와 같은 장애물의 더 쉬운 극복을 위해, 비히클의 소위 그라운드 클리어런스(ground clearance)를 증가시키는 것에 기여한다.

또한, 크랭크 축과 모터축 사이의 동축성(coaxiality)은 전기기계의 로터와 스테이터 요소들의 배치(layout)를 최적화할 수 있게 한다.

이러한 경우에는 외부 로터 및 내부 스테이터를 구비하는 솔루션을 위해 선택된다. 스테이터 외부의 로터의 이용은, 같은 정체 치수들을 위해, 로터에 의해 생성되는 기전력(electromotive force)에 의해 가해지는 아암(arm)을 증가시키기 때문에 추진 유닛에 의해 가해지는 토크를 최적화 시킨다.

따라서, 동일한 전체 치수들로 구동 토크를 최적화하는 목적을 또한 달성한다.

또한, 자전거의 전진 방향이 주어지면, 추진 유닛은 바람직하게 전자 유닛이 적어도 부분적으로 전진 방향측으로 위치되는 이러한 방법으로 자전거 프레임에 관해 결합되고 배향된다. 즉, 전진 움직임 동안 전자 유닛 스스로를 에워싸는 하우징에 닿는 공기에 의한 냉각으로부터 이익을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 추진 유닛은 또한 더 효율적인 열 손실(efficient heat dissipation)을 위한 기술들을 사용하고 : 이러한 요구 사항은, 한편으로, 하우징 내측에 전자 유닛의 배열이 추진 유닛의 소형화를 개선시키면, 다른 한편으로, 외측 공기와 직접 열 교환하지 않고 폐쇄된 위치에 있기 때문에 전자 유닛의 과열의 위험이 증가한다는 사실 때문이다. 또한, 추진 유닛의 극단적인 소형화는 더 중요하게 로터/스테이터의 열의 손실에 기여한다.

이러한 이유로, 본 발명은 전자 유닛 뿐만 아니라 모터도 냉각을 최적하하기 위하여 토폴로지 레벨(topological level)과 기계적인 패스너들의 레벨(level of mechanical fasteners) 둘 모두인 기술들을 제공한다.

실제로, 토폴로지 레벨에서, 유닛의 우선적인 위치설정은 자전거의 전방에서 공기에 의한 냉각으로부터 이익을 얻도록 유닛이 주행 방향으로 배향될 것을 필요로 한다.

또한, 로터는 스테이터에 대해 반경 방향 외측에 있어서, 그것을 덮는 하우징의 대응 부분은 자전거의 주행 동안 냉각 공기의 증가된 흐름에 의해 부딪힐 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이 실린더 요소들과 관련된 도관들은 전자 유닛에 의해 생성되는 열을 배출시키기 위해 열 교환을 선호하도록 디자인된다.

또한, 고정된, 중간 요소는 모터로부터 나오는 열 흐름을 수용할 수 있고 하우징을 통해 유닛의 외측을 향해 그것을 전달할 수 있다.

즉, 중간 요소는 엔진과 전자 유닛 둘 모두로부터 나오는 열을 수용하는 요소이며 이를 그것의 외측으로 방출하도록 전달한다.

일 실시예예 따라, 중간 요소는 전자 유닛의 옆 및 모터의 옆으로부터 각각, 반대 측면들로부터, 축 방향으로 오는 열을 수용하고 상기 하우징들을 통해 외측 방사방향으로 그것을 보낸다.

조건(contingent)과 특청 요구를 충족시키기 위해, 당업자는 위에서 설명된 추진 유닛의 다양한 변경들 및 변형들을 행할 수 있지만, 이들은 모두 다음의 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함된다.

4 : 자전거
8 : 추진 유닛
12 : 전기기계
14 : 스테이터
16 : 로터
18 : 크랭크 핀
24, 26 : 하우징
28 : 수용공간
32 : 전자 유닛
36 : 트랜스미션 수단
40 : 중간 지지 요소
44 : 실린더형 요소
48 : 전기 케이블
52 : 도관
56 : 부착 고정 수단
60 : 제1 트랜스미션 스테이지
64 : 제1 인풋 기어
68 : 제1 아웃풋 기어
70 : 홀
72 : 베어링
73 : 제1 링
74 : 제2 링
76 : 컵 요소
80 : 제2 트랜스미션 스테이지
84 : 제2 인풋 기어
88 : 제2 아웃풋 기어
92 : 제2 샤프트
98 : 시트
100 : 베어링
104 : 제3 트랜스미션 스테이지
106 : 제3 인풋 기어
108 : 제3 아웃풋 기어
112 : 제1 프리 휠
116 : 제2 프리 휠
120 : 구동 휠

Claims

전기 페달-보조 사이클(EPAC)를 위한 추진 유닛(8)에 있어서,
- 스테이터(14) 및 로터(16)를 갖고 모터 축(M-M)에 대해 회전 가능한 전기기계(12)로서, 상기 로터(16)는 크랭크 핀(18)에 작동 가능하게 연결되고 페달(20)들에 기계적으로 연결된 크랭크 축(X-X)을 규정하는, 상기 전기기계(12),
를 포함하고,
- 상기 크랭크 축(X-X)은 상기 모터 축(M-M)과 동축이고,
- 상기 스테이터(14)를 방사 방향으로 에워싸도록 상기 로터(16)는 상기 스테이터(14)와 동축이고 상기 스테이터(14)에 외부에 있고,
- 상기 추진 유닛(8)은 상기 전기기계(12)의 기능을 작동 및 제어하기 위한 적어도 하나의 전자 유닛(32)을 포함하고,
- 상기 추진 유닛(8)은, 상기 전기기계(12)를 수용하고 상기 크랭크 핀(18)을 적어도 부분적으로 수용하는 수용 공간(28)을 규정하는 적어도 한 쌍의 하우징들(24, 26)을 포함하고,
- 상기 추진 유닛(8)은 상기 로터(16)로부터 상기 크랭크 핀(18)으로의 움직임의 트랜스미션 수단(36)을 포함하고, 상기 트랜스미션 수단(36)은, 상기 크랭크 축(X-X)에 수직인 투영 평면 상에 상기 로터의 투영부의 외측에 있도록, 전체적으로 비대칭적 위치에 배열되고 상기 크랭크 축(X-X)으로부터 분산되어 있고,
상기 추진 유닛(8)은 고정된 타입의 중간 지지 요소(40)를 포함하고, 상기 중간 지지 요소(40)는 상기 로터(16)를 회전 가능하게 지지하고 고정된 방식으로 상기 전자 유닛(32)을 지지하고, 상기 중간 지지 요소(40)는 상기 수용 공간(28) 내에 수용되고,
상기 추진 유닛(8)은 제1 트랜스미션 스테이지(60)를 포함하고, 상기 제1 트랜스미션 스테이지(60)는, 상기 로터(16)와 일체로 회전하고 상기 로터(16)와 동축인 제1 인풋 기어(64), 및 상기 크랭크 축(X-X)에 대해 평행하고 상기 크랭크 축(X-X)에 대해 오프셋된 제1 축(Y-Y)에 대하여 회전 가능한 제1 아웃풋 기어(68)를 구비하고,
상기 제1 인풋 기어(64)는 상기 중간 지지 요소(40)에 의해 회전 가능하게 지지되는 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 전자 유닛(32)은 상기 수용 공간(28) 내측에 수용되고 상기 수용 공간(28) 내측에 지지되는 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 전자 유닛(32)은 상기 크랭크 축(X-X)에 수직인 투영 평면 상에서 상기 로터(16)의 상기 투영부 내측에 속하도록 위치된 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 전자 유닛(32)은, 상기 크랭크 축(X-X)에 대해, 전체적으로 상기 트랜스미션 수단(36)의 반대측 상에 위치된 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 전자 유닛(32)은 상기 크랭크 축(X-X) 주위에 일반적으로 'C'와 같은 형상인 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 로터(16) 및 상기 전자 유닛(32)은, 상기 크랭크 축(X-X)를 따라, 상기 중간 지지 요소(40)에 대해 축 방향으로 반대측 상에 위치된 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 중간 지지 요소(40)는 상기 크랭크 축(X-X) 주위에 배열되고 상기 크랭크 축(X-X)에 대해 고정된 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은, 상기 전자 유닛(32)에 상기 중간 지지 요소(40)를 기계적으로 연결하는 적어도 하나의 실린더형 요소(44)를 포함하고, 상기 실린더형 요소(44)는, 상기 전자 유닛(32)으로부터 상기 중간 지지 요소(40)로 그리고 상기 중간 지지 요소(40)로부터 상기 하우징들(24, 26)의 외측으로 열을 추출할 수 있게 하는 열 전도체인 추진 유닛(8).
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 실린더형 요소(44)에는, 상기 실린더형 요소의 주 연장 축에 수직인 단면 평면에 대해 타원형 단면이 제공되는 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 전자 유닛(32)에는 적어도 하나의 전기 케이블(48) 및 대응하는 적어도 하나의 도관(52)이 제공되고, 상기 도관(52)은 적어도 하나의 부착 수단(56)에 의해 상기 전자 유닛(32)에 부착되고, 상기 전자 유닛(32)으로부터 열을 방출하기 위해 상기 도관(52) 및/또는 부착 수단(56)은 열 전도체들인 추진 유닛(8).
제1항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은 제2 트랜스미션 스테이지(80)를 포함하고, 상기 제2 트랜스미션 스테이지(80)는, 상기 제1 아웃풋 기어(68)와 일체로 회전하고 상기 제1 아웃풋 기어(68)와 동축인 제2 인풋 기어(84), 및 상기 제2 인풋 기어(84)와 맞물리고 상기 크랭크 축(X-X) 및 상기 제1 축(Y-Y)에 오프셋되고 상기 크랭크 축(X-X) 및 상기 제1 축(Y-Y)에 평행한 제2 축(W-W)을 규정하는 제2 샤프트(92)와 일체로 회전하는 제2 아웃풋 기어(88)를 구비하는 추진 유닛(8).
제11항에 있어서,
상기 제2 인풋 기어(84)는, 홈이 있는 윤곽에 의해 상기 제1 트랜스미션 스테이지(60)의 상기 제1 아웃풋 기어(68)에 동축으로 연결되는 추진 유닛(8).
제11항에 있어서,
상기 하우징들(24, 26)은 상기 제2 샤프트(92)를 위한 지지 베어링(100)들을 수용하는 시트(98)들을 규정하는 추진 유닛(8).
제11항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은 제3 트랜스미션 스테이지(104)를 포함하고, 상기 제3 트랜스미션 스테이지(104)는, 상기 제2 아웃풋 기어(88)와 일체로 회전하고 상기 제2 아웃풋 기어(88)와 동축인 제3 인풋 기어(106), 및 상기 제3 인풋 기어(106)와 맞물리고 상기 페달-보조를 실현하는 상기 크랭크 축(X-X) 상으로 동력을 전달하는 제3 아웃풋 기어(108)를 구비하는 추진 유닛(8).
제14항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은, 크랭크가 역방향으로 회전할 때 또는 비히클이 전방 방향에 반대되는 방향으로 이동할 때 상기 추진 유닛(8)의 드래깅을 방지하도록, 상기 크랭크 축(X-X)에 동축인, 상기 제3 아웃풋 기어(108) 및 상기 크랭크 핀(18) 사이에 장착된 제1 프리 휠(112)을 포함하는 추진 유닛(8).
제11항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은, 페달-보조를 제공하지 않을 때, 회전 시, 사용자가 상기 추진 유닛(8)의 메커니즘을 드래깅하는 것을 방지하기 위해 상기 제2 아웃풋 기어(88)에 토크 트랜스미션을 해제하도록, 상기 제2 샤프트(92) 및 상기 제2 아웃풋 기어(88) 사이에 장착된 제2 프리 휠(116)을 포함하는 추진 유닛(8).
제16항에 있어서,
상기 추진 유닛(8)은 제3 트랜스미션 스테이지(104)를 포함하고, 상기 제3 트랜스미션 스테이지(104)는, 상기 제2 아웃풋 기어(88)와 일체로 회전하고 상기 제2 아웃풋 기어(88)와 동축인 제3 인풋 기어(106), 및 상기 제3 인풋 기어(106)와 맞물리고 상기 페달-보조를 실현하는 상기 크랭크 축(X-X) 상으로 동력을 전달하는 제3 아웃풋 기어(108)를 구비하고,
상기 제2 프리 휠(116)은, 상기 제3 트랜스미션 스테이지(104)의 회전 속도가 상기 제2 샤프트(92)보다 크거나 상기 제2 샤프트(92)와 같을 때 상기 제2 아웃풋 기어(88)를 상기 제2 샤프트(92)와 일체화하도록 구성된 추진 유닛(8).
제16항에 있어서,
상기 제2 프리 휠(116)은, 상기 제2 샤프트(92)의 회전 속도가 상기 제2 아웃풋 기어(88)의 회전 속도보다 높으면, 실린더들의 맞물림 해제에 의해, 상기 제2 프리 휠(116)이 전진 가능하도록 구성되고, 이에 따라 라이더가 상기 전기기계(12)를 회전하게 하는 것을 방지하는 추진 유닛(8).
자전거(4)에 있어서,
제1항에 따른 추진 유닛(8)을 포함하고,
상기 크랭크 핀(18)은 상기 자전거(4)의 구동 휠(120)에 동적으로 연결되는 자전거(4).
제19항에 있어서,
상기 자전거(4)의 전진 방향이 규정되고, 상기 추진 유닛(8)은, 전자 유닛(32)이 전진 방향 측 상에 적어도 부분적으로 위치되도록 자전거 프레임(4)에 대해 연관되고 배향되는 자전거(4).
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