KR19990040894A

KR19990040894A - 전기자전거의 회생에너지 구동장치

Info

Publication number: KR19990040894A
Application number: KR1019970061403A
Authority: KR
Inventors: 김정태; 권경안
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR100235580B1

Abstract

본 발명은 전기자전거의 회생에너지 구동장치에 관한 것으로서, 종래에는 경사로의 하향 주행시 밧데리(3)를 소모시키므로서, 상기 밧데리(3)를 자주 충전시켜 주어야 하는등 그 사용상의 불편함이 초래될뿐만 아니라 비회생 에너지를 활용하지 못하여 밧데리(3)의 용량을 증대시킴은 물론 고중량화와 저효율화를 초래하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기자전거가 경사로 하향 주행시 모터에 의한 구동에너지를 밧데리로 회생시킬수 있도록 하는 전기자전거의 회생에너지 구동시스템을 제공하므로서, 밧데리의 충전에 따른 사용상의 불편함을 해소하는 한편, 에너지를 효율적으로 유효하게 이용 가능하도록 하여 밧데리의 용량을 저감시키면서 저중량화와 저효율화를 이루고자 하는데 있는 것이다.

Description

전기자전거의 회생에너지 구동장치

본 발명은 인력구동계와 전기구동계가 병렬로 설치되어 인력에 의한 답력(밟는힘)의 변화에 대응하여 전기구동계의 출력을 제어하는 전동모터 부착 전기자전거에 관한 것으로서, 특히 전기자전거가 경사로 하향 주행시 모터에 의한 구동에너지를 밧데리로 회생시켜 에너지를 효율적으로 유효하게 이용하도록 하는 전기자전거의 회생에너지 구동장치에 관한 것이다.

종래 전기자전거는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이, 전기신호를 제어하는 제어부(2)가 메인프레임(1) 내에 설치되어 있고, 모터(7)에 전원을 공급하도록 밧데리(3)가 상기 메인프레임(1) 내에 착,탈이 가능하도록 설치되어 있으며, 상기 메인프레임(1)의 후방에는 후륜바퀴(4), 전방에는 전륜바퀴(5)가 구성되고, 상기 메인프레임(1)과 각각 직교하는 방향으로 상부에는 안장(6)이, 그 하부에는 직류전동 모터(7)가 설치되어 있으며, 상기 직류전동 모터(7)의 회전구동과 동시에 연동하여 후륜바퀴(4)를 회전시키도록 구동유니트(8)가 설치되어 있는 구조로서,

상기 구동유니트(8)에는, 클러치(9), 감속기(10) 및 구동축(11)과 체인(12)이 포함되어 있다.

또한, 상기 직류전동 모터(7)를 회전구동시키도록 사용자의 사용상태에 따라 답력을 제공하는 페달(13)과, 상기 페달(13)에서 제공하는 답력에 따라 회전하는 크랭크(14)와, 상기 크랭크(14)의 회전에 따라 페달(13)의 답력에 비례하는 힘을 출력하는 포텐셔 메터(15)를 포함시킨 구조로 이루어져 있다.

그리고, 상기 포텐셔 메터(15)에서 출력된 페달(13)의 답력에 비례하는 힘은 답력검출부(16)에 의해 검출되고, 전륜바퀴(5)의 회전에 비례하는 회전속도는 상기 전륜바퀴(5)에 부착된 속도센서(17)에 의해 감지되며, 상기 속도센서(17)에서 감지된 전륜바퀴(5)의 회전속도에 따른 차속은 차속검출부(18)에 의해 검출되고, 직류전동 모터(7)에 밧데리(3)의 전원을 공급시키도록 상기 답력검출부(16)에 의해 검출된 답력과 차속검출부(18)에 의해 검출된 차속은 신호처리부(19)에 의해 처리되며, 상기 신호처리부(19)에 의한 검출신호의 처리값은 메모리부(20)에 저장되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 신호처리부(19)에 의해 처리된 검출신호는 펄스폭변조(PWM)제어부(21)의 제어에 따라 펄스폭이 변조되어 출력되고, 상기 PWM제어부(21)에 의해 펄스폭변조되어 출력되는 검출신호에 따라 밧데리(3)의 전원을 직류전동 모터(7)에 공급시키도록 스위칭소자(22)에서는 스위칭구동을 하게 되는 것으로서, 상기 스위칭소자(22)의 출력측에는 콘덴서(C1) 및 다이오드(D1)와 직류전동 모터(7)가 각각 병렬로 연결된 구성을 이루고 있는 것이다.

이하, 미설명 부호 23은 전기자전거의 손잡이 이다.

이와같이 구성된 종래 전기자전거의 동작에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자가 전기자전거의 안장(6)에 타고 페달(13)에 발을 올려 놓은 후 답력을 가하면, 상기 페달(13)에서 제공하는 답력에 따라 크랭크(14)가 회전을 하게 되므로서, 상기 크랭크(14)의 회전에 따라 포텐셔 메터(15)에서는 페달(13)의 답력에 비례하는 힘을 답력검출부(16)에 출력시키게 된다.

이때, 전기자전거의 전륜바퀴(5)에 부착된 속도센서(17)에서는 상기 전륜바퀴(5)의 회전에 비례하는 속도를 감지한 후 이를 차속검출부(18)에 출력시키게 되므로서, 상기 차속검출부(18)에서는 감지되어 입력된 전륜바퀴(5)의 회전속도에 따라 전기자전거의 차속을 검출하게 되는 것이다.

이후, 상기 답력검출부(16)와 차속검출부(18)에 의해 검출된 페달(13)의 답력에 따른 힘과 전륜바퀴(5)의 회전속도에 따른 차속은 신호처리부(19)에 의해 신호처리된 후, PWM제어부(21)의 제어에 따라 펄스폭이 변조되어 스위칭소자(22)에 출력되므로서, 출력측에 각각 콘덴서(C1) 및 다이오드(D1)와 직류전동 모터(7)가 병렬로 연결된 상기 스위칭소자(22)에서는 밧데리(3)의 전원을 직류전동 모터(7)에 공급시키도록 스위칭구동을 하게 된다.

그리고, 상기 스위칭소자(22)의 스위칭구동에 따라 병렬연결된 콘덴서(C1)가 충전되면서 밧데리(3)의 전원이 전기자전거의 메인프레임(1) 내에 설치된 직류전동 모터(7)에 공급되므로서, 상기 직류전동 모터(7)는 회전구동을 하게 되는 것이다.

이때, 상기 직류전동 모터(7)의 회전구동에 따라 구동유니트(8)에 포함된 클러치(9) 및 감속기(10)와 구동축(11) 및 체인(12)에 각각 힘이 전달되므로서, 상기 구동유니트(8)의 구동에 따라 후륜바퀴(4)가 회전하여 전기자전거가 주행할수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 신호처리부(19)에 의한 검출신호의 처리값은 메모리부(20)에 저장된다.

그러나, 종래 전기자전거에 있어, 경사로의 하향 주행시 밧데리(3)를 소모시키므로서, 상기 밧데리(3)를 자주 충전시켜 주어야 하는등 그 사용상의 불편함이 초래될뿐만 아니라 비회생 에너지를 활용하지 못하여 밧데리(3)의 용량을 증대시킴은 물론 고중량화와 저효율화를 초래하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기자전거가 경사로 하향 주행시 모터에 의한 구동에너지를 밧데리로 회생시킬수 있도록 하는 전기자전거의 회생에너지 구동시스템을 제공하므로서, 밧데리의 충전에 따른 사용상의 불편함을 해소하는 한편, 에너지를 효율적으로 유효하게 이용 가능하도록 하여 밧데리의 용량을 저감시키면서 저중량화와 저효율화를 이루고자 하는데 그 주된 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 전기자전거의 구조도.

도 2는 종래 전기자전거의 구성을 보인 블럭도.

도 3은 종래 전기자전거의 구성을 보인 회로도.

도 4는 본 발명 전기자전거의 회생에너지 구동장치의 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 전기자전거의 회생에너지 구동장치의 상세도.

도 6은 본 발명에 의한 회생제어 상태표시를 보인 그래프.

도 7은 본 발명 전기자전거의 회생에너지 구동장치의 다른실시예를 보인 회로도.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 전기자전거의 회생에너지 구동장치는 첨부된 도 4 및 도 5에 도시된 바와같이,

전기신호를 제어하는 제어부(2)가 메인프레임(1) 내에 설치되고, 모터(7)에 전원을 공급하도록 밧데리(3)가 상기 메인프레임(1) 내에 착,탈이 가능하도록 설치되며, 상기 메인프레임(1)의 후방에는 후륜바퀴(4), 전방에는 전륜바퀴(5)가 구성되고, 상기 메인프레임(1)과 각각 직교하는 방향으로 상부에는 안장(6)이, 그 하부에는 직류전동 모터(7)가 설치되어 인력에 의한 힘과 모터에 의한 힘으로 구동되어지는 전기자전거에 있어서,

손잡이(23) 브레이크(B)의 제동정도를 감지하도록 그 내부의 저항값을 가변시키는 브레이크감지부(30)와;

상기 브레이크감지부(30)에 의해 감지된 브레이크(B)의 제동정도를 신호처리하도록 비교기등으로 구성된 브레이크 신호처리부(31)와;

상기 브레이크 신호처리부(31)에 의한 브레이크 제동 처리신호의 펄스폭을 변조하여 출력시키도록 제어동작하는 보조PWM제어부(32)와;

상기 보조PWM제어부(32)의 제어에 의해 펄스폭이 변조되어 출력된 브레이크 제동의 처리신호에 따라 스위칭구동하는 보조스위칭소자(33)와;

상기 보조스위칭소자(33)의 스위칭 구동에 따라 경사로 등의 하향 주행시 직류전동 모터(7)의 회전구동에 의한 회생에너지를 충전시키는 대용량 콘덴서(34)와;

상기 대용량 콘덴서(34)에 충전된 직류전동 모터(7)의 회생에너지를 승압시켜 밧데리(3)로 충전시키는 디씨-디씨(DC-DC)컨버터(35); 로 구성된 것으로서,

종래 도 1 내지 도 3에서와 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명을 생략하였다.

이와같이 구성된 본 발명 전기자전거의 회생에너지 구동장치의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

이후, 상기 답력검출부(16)에 의해 검출된 페달(13)의 답력에 따른 힘은 신호처리부(19)에 의해 신호처리된 후, PWM제어부(21)의 제어에 따라 펄스폭이 변조되어 스위칭소자(22)에 출력되므로서, 상기 스위칭소자(22)에서는 밧데리(3)의 전원을 직류전동 모터(7)에 공급시키도록 스위칭구동을 하게 된다.

그리고, 상기 스위칭소자(22)의 스위칭구동에 따라 밧데리(3)의 전원이 전기자전거의 메인프레임(1) 내에 설치된 직류전동 모터(7)에 공급되므로서, 상기 직류전동 모터(7)는 회전구동을 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 직류전동 모터(7)의 회전구동에 따라 구동유니트(8)에 포함된 클러치(9) 및 감속기(10)와 구동축(11) 및 체인(12)에 각각 힘이 전달되므로서, 상기 구동유니트(8)의 구동에 따라 후륜바퀴(4)가 회전하여 전기자전거가 주행할수 있게 되는 것이다.

한편, 사용자가 전기자전거의 손잡이(23)에 부착된 브레이크(B)를 잡은 상태에서 경사로등의 하향 주행을 할 경우, 상기 브레이크(B)의 동작상태에 따라 스위칭소자(22)는 오프상태를 유지하여 직류전동 모터(7)에는 전원공급이 되지 않게 된다.

이때, 브레이크 감지부(30)에서는 그 내부의 저항값을 가변시키면서 상기 손잡이(23) 브레이크(B)의 제동정도를 감지한 후 이를 비교기등으로 구성된 브레이크 신호처리부(31)에 출력시키는 것으로서,

도 6에 도시된 바와같이, 상기 브레이크감지부(30)는 브레이크(B)의 각도가 θ×K (K는 브레이크 각도가 미확정에 따른 상수값)이하이면 직류전동 모터(7)에 의한 구동에너지를 회생시키기 위한 제어구간으로 동작하고,

브레이크(B)의 각도가 θ×K 이상이면 직류전동 모터(7)에 의한 구동에너지의 회생제어를 포함한 기계적 브레이크 기능을 수행하는 구간으로 동작하도록 상기 감지된 브레이크(B)의 제동정도를 브레이크 신호처리부(31)에 출력시키게 되는 것이다.

여기서, 상기 보조스위칭소자(33)의 듀티 즉, α는 가변범위가 확정되지 않은 상수값을 나타낸다.

그리고, 상기 브레이크 신호처리부(31)에서는 브레이크(B)의 제동정도를 신호처리하여 보조PWM제어부(32)에 출력시키게 되고, 상기 보조PWM제어부(32)에서는 입력되는 브레이크 제동 처리신호의 펄스폭을 변조하여 보조스위칭소자(33)에 출력시키도록 제어동작을 하게 되므로서, 상기 보조PWM제어부(32)의 제어에 따라 보조스위칭소자(33)에서는 스위칭구동하여 턴온상태를 유지하게 되는 것이다.

이후, 상기 보조스위칭소자(33)의 턴온상태에 따라 대용량 콘덴서(34)에서는 경사로 등의 하향 주행시 직류전동 모터(7)의 회전구동에 의한 회생에너지를 충전시키게 되고, 상기 대용량 콘덴서(34)에 의해 충전된 직류전동 모터(7)의 회생에너지는 DC-DC컨버터(35)에 의해 승압된 후 밧데리(3)로 충전되므로서, 경사로 등의 하향 주행시 직류전동 모터(7)에 의한 구동에너지가 밧데리(3)로 회생되는 것이다.

한편, 도 7은 상기 설명된 본 발명 전기자전거의 회생에너지 구동장치의 상세회로를 보인 다른 실시예로서,

직류전동 모터(7)의 일측단자는 보조스위칭소자(33)의 드레인단자와 연결되고, 상기 보조스위칭소자(33)의 게이트 단자는 보조PWM제어부(32)와 연결되며, 상기 보조스위칭소자(33)의 소오스단자는 콘덴서(C11)와 연결되어 접지된 후 다이오드(D11)와 직렬로 연결되고, 상기 다이오드(D11)는 대용량 콘덴서(34)와 직렬 연결된 후 DC-DC컨버터(35)를 통해 다이오드(D12)와 직렬로 연결되면서 밧데리(3)와 연결 구성시킨 것을 특징으로 하는 것으로서, 종래 도 3 및 본 발명 도 4에서와 그 구성 및 동작에 대한 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명을 생략하였다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 전기자전거가 경사로 하향 주행시 모터에 의한 구동에너지를 밧데리로 회생시킬수 있도록 하는 전기자전거의 회생에너지 구동시스템을 제공하므로서, 밧데리의 충전에 따른 사용상의 불편함을 해소하는 한편, 에너지를 효율적으로 유효하게 이용 가능하도록 하여 밧데리의 용량을 저감시키면서 저중량화와 저효율화를 이루는 효과가 있는 것이다.

Claims

전기신호를 제어하는 제어부(2)가 메인프레임(1) 내에 설치되고, 모터(7)에 전원을 공급하도록 밧데리(3)가 상기 메인프레임(1) 내에 착,탈이 가능하도록 설치되며, 상기 메인프레임(1)의 후방에는 후륜바퀴(4), 전방에는 전륜바퀴(5)가 구성되고, 상기 메인프레임(1)과 각각 직교하는 방향으로 상부에는 안장(6)이, 그 하부에는 직류전동 모터(7)가 설치되어 인력에 의한 힘과 모터에 의한 힘으로 구동되어지는 전기자전거에 있어서,

손잡이(23) 브레이크(B)의 제동정도를 감지하도록 그 내부의 저항값을 가변시키는 브레이크감지부(30)와;

상기 브레이크감지부(30)에 의해 감지된 브레이크(B)의 제동정도를 신호처리하도록 비교기등으로 구성된 브레이크 신호처리부(31)와;

상기 브레이크 신호처리부(31)에 의한 브레이크 제동 처리신호의 펄스폭을 변조하여 출력시키도록 제어동작하는 보조PWM제어부(32)와;

상기 보조PWM제어부(32)의 제어에 의해 펄스폭이 변조되어 출력된 브레이크 제동의 처리신호에 따라 스위칭구동하는 보조스위칭소자(33)와;

상기 보조스위칭소자(33)의 스위칭 구동에 따라 경사로 등의 하향 주행시 직류전동 모터(7)의 회전구동에 의한 회생에너지를 충전시키는 대용량 콘덴서(34)와;

상기 대용량 콘덴서(34)에 충전된 직류전동 모터(7)의 회생에너지를 승압시켜 밧데리(3)로 충전시키는 디씨-디씨(DC-DC)컨버터(35); 로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자전거의 회생에너지 구동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 브레이크 감지부(30)는, 브레이크(B)의 각도가 θ×K 이하이면 직류전동 모터(7)에 의한 구동에너지를 회생시키기 위한 제어구간으로 동작하고, 브레이크(B)의 각도가 θ×K 이상이면 직류전동 모터(7)에 의한 구동에너지의 회생제어를 포함한 기계적 브레이크 기능을 수행하는 동작구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전기자전거의 회생에너지 구동장치.
직류전동 모터(7)의 일측단자는 보조스위칭소자(33)의 드레인단자와 연결되고, 상기 보조스위칭소자(33)의 게이트 단자는 보조PWM제어부(32)와 연결되며, 상기 보조스위칭소자(33)의 소오스단자는 콘덴서(C11)와 연결되어 접지된 후 다이오드(D11)와 직렬로 연결되고, 상기 다이오드(D11)는 대용량 콘덴서(34)와 직렬 연결된 후 DC-DC컨버터(35)를 통해 다이오드(D12)와 직렬로 연결되면서 밧데리(3)와 연결 구성시킨 것을 특징으로 하는 전기자전거의 회생에너지 구동장치.