KR20030068692A

KR20030068692A - D.C omitted

Info

Publication number: KR20030068692A
Application number: KR1020020008261A
Authority: KR
Inventors: 오동수
Original assignee: 오동수
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-25

Abstract

PURPOSE: A crank-driving device of a bicycle with power generative braking D/C(Direct Current) motor is provided to operate the bicycle even on the undulating ground like on the level ground. CONSTITUTION: Direct Current(D.C) motors(11,12) are fixed to the body of a bicycle, near a crankshaft(8). Small bevel gears(1,2) are installed to a rotating shaft of the D.C motor and a big bevel gear is installed to a coaxial shaft(7) of a small plain gear(4) for reduction. The small plain gear is connected with a big plain gear(5) fixed to a chain gear(9). The rotational power of the motor is decelerated and is transmitted to the driving force of a rear wheel. A rotary motion of the rear wheel is shifted in the reverse direction and the motor is rotated.

Description

Bicycle crank drive with regenerative braking D.C motor power {omitted}

본 발명은 직류전동기의 회전동력을 부가연결하여 인력과 동력을 겸용하는 자전거의 동력연결 시스템에 관한 것으로 통상적 일반 자전거는 인력에 의존하게됨으로 기복이 심한지형에서 오르막길 운행은 제한되고 내리막길 에서는 제동이 요구되여 평지가 아니면 교통수단으로는 부적절하다.The present invention relates to a power connection system of a bicycle that combines the rotational power of the DC motor with both manpower and power, and the general bicycle is dependent on the manpower, so the uphill road is limited in the ups and downs and the braking is on the downhill road. It is not suitable for transportation unless it is required and flat.

본 발명은 내리막 언덕길에서 발생하는 위치 에너지를 전기 에너지로 전환 축전지에 저장하였다가 오르막 언덕길에서 바퀴 구동력으로 사용하여 인력을 보강함으로써 구릉지를 평지처럼 운행할 수 있는 자전거를 제작 하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to produce a bicycle that can be stored as a flat land by reinforcing the manpower by storing the potential energy generated in the downhill hill converted into electrical energy in the storage battery to the wheel drive force in the uphill hill.

본 발명은 동력을 장착한 2륜차에 있어서의 에너지 전환및 동력 전달체계에 관한 것으로 현재까지 동력을 장착한 모든 2륜차의 동력 연결은 바퀴 구동을 위한 일방적 동력전달 체계를 형성하고 있으나, 본 발명은 운전시와 제동시 에너지 형태 전환을 달리하며 동력전달은 가역 양방향 전달체계를 이루고 있다.The present invention relates to an energy conversion and power transmission system in a powered two-wheeled vehicle. To date, the power connection of all powered two-wheeled vehicles forms a unidirectional power transmission system for driving wheels. The energy transmission is different between driving and braking, and power transmission forms a reversible two-way transmission system.

즉 운전시에는 D.C전동기의 회전동력을 바퀴 구동력으로 전달하며 제동시에는 바퀴 회전에너지가 D.C전동기를 회전시켜 발전기능을 수행함으로 운동에너지를 전기에너지로 전환하여 축전지에 저장 하였다가 필요시 바퀴 구동력으로 전환하는 양방향 동력 전달체계를 형성 하고 있다.In other words, during operation, the rotational power of the DC motor is transmitted to the wheel driving force. During braking, the wheel rotational energy rotates the DC motor to perform the power generation function. The kinetic energy is converted into electrical energy and stored in the battery. It is forming a two-way power transmission system.

이는 양수 발전의 목적과 적용 원리를 비교하면 쉽게 이해될 것이다.This will be easily understood by comparing the purpose of pumping power with the principle of application.

즉, 남아도는 전기를 이용하여 물을 양수하여 댐에 저장했다가 필요시 다시 발전하여 전기를 사용하는 것과 같이 내리막 길에서의 폐기 에너지를 축전지에 저장했다가 오르막 길에서 회전동력으로 사용하여 인력에 부가해 준다.In other words, the waste energy on the downhill road is stored in the battery and used as rotational power on the uphill road. Add to

이와 같은 회생제동의 원리는 엘리베이터와 케이블카와 같이 하강시 가속되는 운송기구의 제어분야에서 적용되며 경우에 따라서는 발전제동(Dynamie Braring)을 채택하여 속도제어를 하고 있는 운송기구도 있다.The principle of the regenerative braking is applied in the field of control of the transport mechanism accelerated when descending, such as elevators and cable cars, and in some cases, the transport mechanism adopts dynamie braring to control the speed.

본 발명의 적용대상은 소형 경량의 비교적 간단한 교통수단인 자전거임을 감안하여 동력연결 장치역시 구조가 간단하고 작고 가벼워야 함은 물론 현용 자전거에 부착이 용이하고 에너지 전달 효율이 우수하여야 한다.Considering that the object of the present invention is a bicycle, which is a relatively simple means of transportation, small and light, the power connection device also has to be simple, small and light in structure, as well as easy to attach to a current bicycle and excellent in energy transmission efficiency.

이는 지금까지 개발된 D.C 전동기를 구동력으로 하는 모든 운송기구가 지향하는 목표이자 문제점으로 되고 있으며, 특히 경량이 전제 조건인 자전거에 D.C 모터 장착을 어렵게 만드는 주 요인은 축전지의 중량이다.This is a goal and a problem for all transportation devices using D.C electric motors developed so far, and the weight of the battery is a major factor that makes it difficult to install a D.C motor on a bicycle, which is a prerequisite for light weight.

본 발명은 축전지의 용량을 최소화 하여 축전지의 체적과 중량을 감소시키는 반면에 수시로 자체 충전이 가능케 하여 축전지 사용시간을 연장하는 방법을 채택한 것이다.The present invention minimizes the capacity of the battery, while reducing the volume and weight of the battery, while allowing self-charging from time to time to adopt a method of extending the use time of the battery.

즉, 구릉지로 형성된 지역에서는 오르막길과 내리막길이 빈번함으로 전동기 운전과 제동은 교대로 일어난다.In other words, the uphill and downhill roads frequently occur in hilly areas, so motor driving and braking alternately.

본 발명은 내리막길에서 제동 에너지를 전기 에너지로 전환 축전지에 저장하는 방법으로 회생제동(Regenerative Braking)식 동력전환체계를 적용하였다.The present invention applies a regenerative braking power conversion system as a method for storing braking energy into electrical energy on a downhill road.

도 1 은 본 발명에 따른 회생제동식 D.C모터 동력을 연결한 자전거 크랑크 구동장치의 측면 투시도1 is a side perspective view of a bicycle crank drive device connected to a regenerative braking D.C motor power according to the present invention;

도 2 는 도 1 의 수평 단면도2 is a horizontal cross-sectional view of FIG.

도 3 은 전류회로 구성도3 is a circuit diagram of a current circuit

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 전동기(11)의 베벨기어 2 : 전동기(12)의 베벨기어1: Bevel gear of electric motor 11 2: Bevel gear of electric motor 12

3 : 큰 베벨기어 4 : 작은 평기어3: large bevel gear 4: small spur gear

5 : 큰 평기어 6 : 하우징5: large spur gear 6: housing

7 : 동력 연결축 8 : 크랑크 축7: power connecting shaft 8: crank shaft

9 : 크랑크 체인기어 10 : 크랑크 암9: crank chain gear 10: crank arm

11 : 직류전동기 -1 12 : 직류전동기 -211: DC motor -1 12: DC motor -2

본 발명에 따른 회생제동식 D.C모터 동력을 연결한 자전거 크랑크 구동장치는 축전지와 접속된 직류 전동기의 회전동력을 감속시켜, 크랑크축에 전달해 주는 반면에, 바퀴 회전 운동을 직류전동기 회전운동으로 역전달 하는 가역방향 동력전달장치로서, 도 1에서와 같이 병열로 연결된 동일형의 2개 D.C 전동기(11)(12);가크랑크와 근접한 곳에 크랑크 운동을 저해하지 않도록 자전거 몸체에 고정하고, 상기 2개의 D.C전동기(11)(12)의 회전축 끝에 고정된 동일 칫수인 2개의 베벨기어(1)(2);는 회전축이 직교하는 큰 베벨기어(3);과 접속되고 상기 큰 베벨기어(3)의 회전축(7);에는 감속을 위한 작은 평기어(4);가 고정되고, 이는 자전거 크랑크축(8);을 회전축으로 하는 크랑크 체인기어(9);에 고정된 큰 평기어(5);와 접속되고 있어서, 2개의 전동기 회전동력은 감속되어 상기 크랑크 체인기어(9)를 회전시킨다.The bicycle crank drive device connected to the regenerative braking DC motor power according to the present invention decelerates the rotational power of the DC motor connected to the battery and transmits it to the crankshaft, while the wheel rotational motion is reversely transmitted to the DC motor rotational motion. As a reversible power transmission device, two DC motors 11 and 12 of the same type connected in parallel as shown in FIG. 1; fixed to the bicycle body so as not to impair crank movement in proximity to the garcrank, and the two Two bevel gears (1) (2) of the same dimension fixed at the ends of the rotary shafts of the DC motors (11) and (12); are connected to the large bevel gears (3) of which the rotary shafts are orthogonal; A small spur gear 4 for deceleration is fixed to the rotary shaft 7; a large spur gear 5 fixed to the crank chain gear 9 having the bicycle crank shaft 8 as the rotating shaft; and Connected, the two electric motor rotational power is decelerated The crank chain gear 9 is rotated.

인력에 의한 크랑크 운동이 뒷바퀴 구동력으로 전달되는 것은 일반 자전거와 동일하며 본 발명에 따른 동력 연결 체계에서 다른 점은 뒷바퀴축 체인기어와 일방향 전달기어(Free)가 아닌 완전 고정 양방향 전달기어로서, 뒷바퀴 회전동력은 체인으로 연결된 상기 크랑크 체인기어(9)로 역전달 되고 이는 다시 본 발명에 따른 크랑크 구동장치에 의해서 전동기(11)(12)를 회전시킨다.The transfer of the crank movement by the manpower to the rear wheel driving force is the same as a normal bicycle, and the difference in the power connection system according to the present invention is the rear wheel shaft chain gear and the one-way transmission gear (Free) instead of the fully fixed two-way transmission gear, Power is reversed to the crank chain gear 9 connected by a chain which in turn rotates the motors 11 and 12 by means of a crank drive according to the invention.

이때 크랑크 체인기어(9)는 일방향 동력전달기어(Free)로서 되어 있어서, 크랑크 축(8)은 회전하지 않는다.At this time, the crank chain gear 9 is a one-way power transmission gear Free, and the crank shaft 8 does not rotate.

본 발명의 동력전달 과정을 상세히 설명하면 운전시는 축전지로 부터 정격 전류가 D.C전동기에 공급되여 전동기는 일정 속도의 회전동력을 발생하여 뒷바퀴 구동력으로 전달된다.The power transmission process of the present invention will be described in detail. During operation, the rated current is supplied from the battery to the D.C motor so that the motor generates a rotational speed of a constant speed and is transmitted to the rear wheel driving force.

제동시 뒷바퀴 회전동력은 일방향 동력전달장치로 형성된 크랑크 체인기어(9)로 전달되어 크랑크(8)은 회전하지 않고, 전동기에 전달되며 일정속도 이상으로 가속시 전동기는 축전지 정격 전압보다 높은 유기전류를 발생하여, 축전지에 방송하게 된다.When braking, the rear wheel rotational power is transmitted to the crank chain gear 9 formed by the one-way power transmission device, so that the crank 8 does not rotate, but is transmitted to the motor. When accelerating above a certain speed, the motor generates an induced current higher than the rated voltage of the battery. Is generated and broadcast to the storage battery.

즉 D.C전동기는 발전기로 작용하여 회생제동이 이루어진다.In other words, the D.C motor acts as a generator to perform regenerative braking.

회생제동시, 속도 감소와 변속범위 제한에 따라, 전동기 회전속도가 저하될 경우에 대비하여, 축전지 전압보다 높은 유기 전압을 유지하기 위하여 본 발명에서는 승압 초퍼 회로를 추가 하였다.During regenerative braking, a booster chopper circuit is added in the present invention to maintain an induced voltage higher than the battery voltage, in case the motor rotation speed is lowered due to a decrease in speed and a limited speed range.

도 3에서와 같이 분권 전동기의 경우 전류 접속 상태는 변화가 없으나, 직권 전동기의 경우 직권 권선을 반대로 접속 하여야 하며, 승압 초퍼 회로추가시는 회로는 재구성 되어야 한다.As shown in FIG. 3, the current connection state of the decentralized motor is not changed, but in the case of the series motor, the series winding must be connected in reverse, and the circuit must be reconfigured when the boost chopper circuit is added.

기복이 심한 지형에서 자전거 운행은 오르막 길에서 오히려 짐이 되고 내리막 길에서는 제동이 요구되어 인력에만 의존하는 자전거 운행은 우리나라와 같이 구릉지가 많은 지역에서는 개인 교통 수단으로는 부적절 하다.Cycling on a rugged terrain is rather burdensome on uphill roads and requires braking on downhill roads, making it difficult for private transportation in hilly areas like Korea.

이러한 지형적 장애를 극복 하기 위해서 D.C모터를 부가동력으로 장착시 현재까지 개발된 Battery의 중량과 부피는 축전용량에 비하여 너무나 무겁고 커서 소형 경량을 전제로 한 자전거에 탑재 하기에는 부적절 하다.In order to overcome such topographical obstacles, the weight and volume of the battery developed so far is too heavy for the storage capacity and is not suitable for mounting on a bicycle based on small size and light weight.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같이 회생제동이 되어 경사가 많은 지역에서 오히려 축전지를 재충전할 기회가 많아서 축전지 용량을 최소화 할 수 있으므로 축전지의 중량과 부피를 감소 시킬 수 있으며 오르막 길과 내리막 길이 빈번히 교차되는 구릉지에서 회생제동과 연결된 축전지는 마치 후라이 휠이 왕복직선운동을 원운동으로 전환시 토오크를 균일하게 평준화 시켜주고 있는 것과 같이 주행자의 체감 경사도를 완화 내지는 평준화 시켜주는 기능을 수행 하게 된다.As described above, the present invention can reduce the weight and volume of the battery because the regenerative braking has a lot of opportunities to recharge the battery in a region where the slope is large, thereby minimizing the capacity of the battery, and the hills frequently cross the uphill and downhill roads. The battery connected to regenerative braking in the system performs the function of alleviating or leveling the driver's sense of inclination as if the fry wheel equalizes the torque evenly when converting the reciprocating linear motion into the circular motion.

1회 충전으로 20~30분 사용가능한 최소 용량의 축전지이면 충분하여 축전지의 무게와 부피는 감소되고 외부로 부터 충전을 받지 않고 자충전으로 계속 운행이 가능하다.The minimum capacity of the battery that can be used for 20 to 30 minutes on a single charge is sufficient, so the weight and volume of the battery are reduced, and it can continue to operate by self-charging without being charged from the outside.

본 발명에 따른 자전거에 D.C모터 장착은 일반화 될 것이며, 구릉지가 많은 도시지역에서도 교통수단으로 널리 사용될 것이다.The D.C motor mounting on the bicycle according to the present invention will be generalized, and will be widely used as a means of transportation even in urban areas with many hills.

Claims

One or more DC motors 11 and 12 are fixed to the bicycle body in close proximity to the bicycle crankshaft 8 so as not to be impeded by crank arm movement and the small bevel gears on the rotating shafts of the DC motors 11 and 12 1) (2) is installed, and the large bevel gear (3) connected thereto is fixedly installed on the same shaft (7) as the small spur gear (4) for deceleration, and the small spur gear (4) for the deceleration is It is connected to the large spur gear 5 fixed to the crank chain gear 9, and the motor rotational power at a constant speed is decelerated and transmitted to the rear wheel driving force, and the rear wheel rotational motion is transmitted in a reverse direction (acceleration) to rotate the motor. Bicycle crank drive device connected to the regenerative braking DC motor power, characterized in that it has a power transmission system.

2. The regenerative braking according to claim 1, wherein the rear wheel rotational kinetic energy is accelerated according to the chain gear shift during reverse transmission by the rotational movement of the DC motors (1) and (2). The crank shaft 8 is a regenerative braking DC motor power, characterized in that the one-way power transmission device (Free) is installed between the crank chain gear (9) and the crank shaft (8) to prevent reverse transmission. Connected Bicycle Crank Drive

The bicycle crank drive device according to claim 1, wherein the regenerative braking type D.C motor power is connected to the power conversion system in order to prevent an induced voltage drop due to a decrease in motor speed during regenerative braking.