KR20050009566A - 전기 자전거 + 수동식 자전거 + 다기능 페달 링 동작을갖는 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이상적인 전기 자전거를 구현함과 아울러 통상의 수동식 자전거 만의 장점을 그대로 살리고 여기에 다양한 페달 링 동작을 부가하여 기능성을 갖도록 한 자전거에 관한 발명이다.

일반의 전기가전거보다 전동모터의 용량을 줄이고 이를 브레이크 붙이 전자클러치로 연결하고 다시 유성감속을 하여 토오크를 3배 이상 증가시켜 전기자전거로 하며, 전동모터의 축을 중공축으로 하여 수동축을 관통시킨 후 정 1방향 클러치의 내륜에 연계 시켜 통상의 수동자전거로 하고, 수동자전거의 수동축 양 끝단에 역 1방향 클러치를 삽입하여 6가지의 페달 링 동작을 할 수 있도록 하며, 부가하여 정.역 페달 링 기능과 수십가지의 페달 링 동작을 가지는 자전거가 됨을 실행코자 하는 고안이다.

Description

전기 자전거 + 수동식 자전거 + 다기능 페달 링 동작을 갖는 자전거{QUANTUM＆MULTI-FUNCTION BATTERY BIKE}

통상의 자전거에 있어 전동기를 매어달아 전기자전거를 구현함에 있어 앞바퀴를 마찰구동시키는 방법, 뒷바퀴를 마찰구동 시키는 방법, 앞바퀴의 축을 구동시키는 방법, 뒷바퀴의 축을 구동시키는 방법, 또는 기타의 방법이 사용되어지고 있으나 이들 모두 경량의 자전거에 전동기를 매어달기 위해 각종의 고정대와 지지대 및 우천시나 충격에 대비한 전동기 보호커버 등을 구비하여야 하며 이로 인해 불필요한 무게 증가와 제작금액이 상승되며 또한 전동기의 길이와 돌출로 인해 감속기를 부착시킨 전동기를 사용하기 어려운 문제가 있어 전동기의 용량이 커질 수 밖에 없고, 전원인 밧데리의 용량도 커져야 하며, 기동시간은 짧아지고 충전시간은 길어진다.

이 또한 무게증가와 아울러 제작비용의 상승요인이 되며 결과적으로 자전거 차체의 무게보다 2배 이상 무거운 전기 자전거가 제작되어진다.

기타에 있어 아파트 등에서 야간에 고가의 전기 자전거를 보관시는 전동기를 따로 떼어 보관하거나 상당한 무게의 자전거를 들어 옮겨 따로이 보관하여야 하며 외부에 부착되어진 전동기는 타물체와의 충돌로 인한 소손문제, 마찰 구동 시에는 타이어 마모 정도 및 우천시나 눈이 내렸을 때의 마찰 문제, 타이어에 공기가 없을 때 등 시간이 지날수록 파생되어지는 문제가 많아질 것이며 또 다른 여러 가지 제약조건에 있어 효과적으로 전부를 대응하기는 어려우며 자전거 고유의 수동식 페달링 방법은 그 전부의 기능을 부착시키기가 어렵고 무거운 자전거로 기존의 수동식 자전거 타기를 기대하기는 더욱 어렵다.

상기의 제반 문제들에 대한 해결로서 사용자가 구동페달을 밟아 자전거로 일정의 등판각도를 오를 수 있는 구동력보다도 적은 용량의 전동기를 통상의 자전거 베어링 하우징을 전동기 크기에 맞춰 전동기를 그 속에 내장시켜 좌.우 대칭 무게와 외부로부터 대항되는 문제점 들을 사전에 차단하고 전동기의 부족한 구동력은 통상의 자전거에 체인 스프로켓이 배치된(30∼35mm)만큼의 공간을 활용하여 유성기어 감속장치를 설치하고 구동력의 증가를 시키며 상기 전동기의 구동축을 중공축으로 하여 그 속에 자전거 수동축을 관통시켜 유성 기어 감속장치의 링 기어와 정 1방향 클러치를 내.외륜 구분하여 사용케 함으로 자전거 고유의 수동기능을 100％ 살리며 아울러 자전거의 360도 페달 링 구동방식에서 벗어나 5가지의 새로운 페달 링 기능이 부과되도록 역 1방향 클러치를 수동축의 양 끝단에 부착시켜 수행케 하며 더 나아가 정.역 페달 링이 가능하며 수십가지의 페달 링 기능을 갖도록 하여 무게가 가벼운 전기 자전거와 기능을 가지는 자전거를 동시에 사용할 수 있게 함을 기술적 과제로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 요부에 대한 단면도

도 2는 본 발명에 따른 요부 단면에 대한 상세도

도 3은 본 발명에 따른 자료의 참고도

도 4는 본 발명에 따른 자료의 참고도

* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *

B1 : 정 1방향 클러치 B2 : 역 1방향 클러치

C1 : 일측 페달 크랭크 C2 : 타측 페달 크랭크

P1 : 새들이 부착된 일측 페달 P2 : 새들이 부착된 타측페달

1 : 전동 모터 2 : 하우징

3 : 브레이크 붙이 전자 클러치 4 : 중앙 기어

5 : 고정 핀 6 : 방향 전환 기어

7 : 제 2 방향 전환 기어 8 : 체인 스프로켓

9 : 링 기어 10(10') : 지지 베어링(부싱)

11 : 니이들 베어링 12 : 수동 축

13 : 묻힘키이 14 : 베어링

이하, 본 발명에 의한 전기 자전거의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서와 같이 밧데리를 동력으로 하는 중공축을 갖는 무정류자(BLDC)의전동 모터(1)가 하우징(2)내부의 돌출된 플랜지에 고정 볼트 등으로 고정되어 있으며 하우징(2)은 통상의 수동자전거에서처럼 튜브프레임에 반 영구적으로 고착되어 있다.

여기서, ＜ 전동모터는 철심이 없는 코어리스 모터나, 브러쉬 모터에 관계없이 중공축을 갖는 D.C모터로 함을 특징으로 하며, 이에 따라 모터의 제작사 특성상 다소 직경이 커지거나 다소 길이가 길어져도 도 1에서처럼 기구의 구성에는 변화가 없다. ＞

전동모터(1)의 중공축은 브레이크 붙이 전자 클러치(3)로 연결되며 브레이크가 붙은 쪽은 하우징(2)내부의 돌출된 플렌지에 고정볼트 등으로 부착되어진다. 전자 클러치(3)의 다른 한 쪽은 도2-a에서와 같은 유성감속기구의 중앙기어(4)와 연결되어 진다. 중앙기어 내주에는 원활한 회전을 돕기 위해 베어링(14)이 삽입되어져 있다.

여기서 중앙기어(4)는 고정핀(5)에 의해 위치된 방향전환기어(6)와 치합되며 방향 전환 기어(6)은 고정핀(5)에 의해 위치된 제 2방향 전환 기어(7)와 치합 된 후, 체인 스프로켓(8)이 부착된 링기어(9)와 치합되어져 있다.

이는 전동모터(1)의 토오크를 3배 이상 증대시키기 위한 유성 감속 기구이며, 자전거의 구동방향을 맞추기 위한 기어의 배열이다.

여기서, 링기어(9)의 내주면 일단에는 여러 개의 강구를 플라스틱 띠로 엮은 지지 베어링(10)이나 부싱(10')이 삽입되며, 이는 하중 전달이 목적이 아닌 이물질 유입 방지 및 링기어(9)의 흔들림 방지가 목적이다.

이로써 전동모터(1)가 구동을 하면 유성 감속 장치를 거쳐 최종의 체인 스프로켓(8)이 부착된 링기어(9)가 회전하므로 자전거는 전진하며 무단 변속 레버나 무단 변속 그립에서 손을 놓으면 자동으로 전원공급이 차단되어 브레이크 붙이 전자클러치(3)에도 전원이 차단되어 클러치는 이격되고 브레이크는 모터의 관성을 제어한다.

상기 브레이크 붙이 전자 클러치(3)는 전원을 킬 때 전자석이 되어 서로 밀착되어 좌.우 각각의 톱니치형끼리 맞물려 구동력을 전달하고 전원이 차단되거나 끌 때면 자력이 해지되고 스프링에 의해 전동기 축부에는 브레이크가 작동되어 전동기의 회전을 정지시키고 중앙기어부에는 상호 이격되어 자유상태가 되며 따라서 중앙기어(4)가 정.역 어느 방향으로 회전하여도 지장이 없게 된다. 따라서 자전거를 뒤로 끌어 방향을 바꾸고자 할 때도 지장이 없다. 이때 통상의 자전거처럼 페달 크랭크는 따라서 선회한다.

여기서 전동 모터(1)의 뒤쪽에 따로이 브레이크를 장착하여도 무방하다.

한편, 전동모터(1)의 중공축 내부에 니이들 베어링(11)이 삽입되며 니이들 베어링(11)속으로 자전거의 수동축(12)이 축선상으로 길게 삽입되어 멈춤링(13)으로 위치되어져 있다.

여기서 일측 페달 크랭크(C1)쪽으로 정 1방향 클러치(B1) ＜ 외륜이 시계방향인 정방향으로 회전할 때는 이에 내륜은 따라서 돌지 않으며 내륜이 시계 반대 방향인 역방향으로 회전할 때는 외륜을 돌리지 못하고 공회전하며 내륜이 정방향으로 돌 때는 외륜도 따라서 정 방향으로 회전하는 통상 판매되는 클러치 임 ＞

내륜에는 자전거의 수동축(12)이 묻힘키이(13)등으로 결합되며, 정 1방향 클러치(B1)의 외륜에는 링 기어(9)의 내주면이 중앙기어(4)와 칼라부싱을 사이에 두고 묻힘키이(13)등으로 결합되어 있다. 따라서 상기의 정 1방향 클러치(B1)의 설명에서와 같이 전동모터(1)에 의해 링기어(9)가 아무리 회전하여도 내륜은 따라서 돌지 않아 동력 전달에 있어 수동축(12)과는 무관하며 여기서 내륜에 연결된 수동 축은 외륜에 대해 공 회전하므로 통상의 자전거에서처럼 발을 뒤로 굴러 다리의 피곤함을 풀 수가 있으며 이 때는 외륜에 영향을 주지 않고 공 회전 하므로 가능하다.

다시, 페달을 정방향으로 밟아 수동축(12)을 정회전 시키면 이 때의 내륜은 외륜을 돌릴 수 있으며 따라서 전원을 차단하고 정방향 페달 링 하여 정 1방향 클러치(B1)내륜에 고정된 수동축(12)으로 하여금 외륜에 고정된 체인스프로켓(8)이 부착된 링기어(9)를 돌리는 결과이므로 자전거 고유의 수동 변속 및 뒤로 끌기에 아무런 지장이 없으며 전동모터(1)의 구동 시에도 수동축(12)을 정방향 페달 링하면 전동모터(1)의 회전력에 부과되는 영향을 주어 전동모터(1)의 구동력과 수동의 페달 링 구동력이 합하여져 밧데리의 소모량을 줄일 수 있고 토오크의 증가가 이루어져 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

상기의 정 1방향 클러치(B1)의 특성을 고려한 구성으로 전기 자전거와 수동 자전거의 상호간섭 없이 고유의 장점을 서로 살릴 수 있으며 부과하여 본 고안자가 기 제출한 ＜ ① 출원번호 : 10-2003-0030406 6가지 페달 링 동작을 하는 자전거 드라이브 유닛 ＞ ＜ ② 출원번호 : 10-2003-0030409 정.역 페달 링 시 항상 전진하며 후진이 가능한 드라이브 유닛 ＞ ＜ ③ 출원 번호 : 10-2003-0030410 수십가지 페달 링 방식의 자전거 드라이브 유닛 ＞ 에 있어서 이들은 모두 정방향으로 링기어나 체인스프로켓이 구동되도록 고안 되었으므로 전동모터(1)의 중공축을 10mm정도만 크게 제작하면 ＜ 자전거를 뒤로 끌어 후진시킬 경우 절대 역전 불가의 장치이므로 뒤로 후진이 되지 않아 이를 해결코자 2중의 베어링 하우징 구조를 장착하였기에 직경이 니이들 베어링의 양 두께이상 커짐 ＞

상기의 ②,③의 구조를 본 고안의 유성 감속 기구에서 링 기어(9)만을 공동으로 사용케 하여 취부시키면 언제든 ②,③의 페달 링 기능을 겸비한 전기 자전거가 될 수 있다.

여기서 본 발명의 청구항 범위가 너무 넓어짐으로 상기 ①의 6가지 페달 링 동작을 갖는 기능에 대해서만 본 발명에 포함시키기 위해 간단히 설명하면, 도 1에서 수동축(12)의 좌.우 양 끝에 역 1방향 클러치(B2) ＜ 상기 정 1방향 클러치를 동전의 앞, 뒤면과 같이 뒤집어서 부착되는 동일한 클러치이며, 앞,뒤면을 바꾸어 취부시키는 관계로 동작이 정 1방향 클러치와 반대로 되는 클러치 ＞ 의 내륜을 수동축(12)에 끼운 후 묻힘키이(13)등으로 결합시키고 외륜은 발등으로도 페달을 들어 올릴 수 있는 새들이 부착된 페달(P1,P2)과 이에 연계된 페달 크랭크(C1,C2)의 내주면에 끼워져 각기 묻힘키이(13)등으로 결합되 있다.

이에 일측 페달 크랭크(C1)를 들어올려 내려밟기 적당한 위치에서 내려밟아 수동주행을 하면, 페달크랭크(C1)를 들어올릴 때에는 역 1방향 클러치(B2)의 특성 상 외륜이 역 방향으로 회전 시 내륜에 아무런 회전력도 전달하지 못하고 공회전 하므로 수동축(12)은 움직이지 않고 일측 페달 크랭크(C1)만 들어올려진다. 따라서타측 페달 크랭크(C2)는 움직이지 않는다.

또, 일측 페달 크랭크(C1)을 내려 밟았을 때 역 1방향 클러치(B2)의 특성상 외륜이 회전할 때 내륜도 회전력을 전달받아 링 기어(9)를 회전시켜 자전거는 전진한다.

그러나, 타측 역 1방향 클러치(B2)외륜에 연결된 타측 페달 크랭크(C2)는 내륜이 정방향 회전할 때 외륜에 아무런 회전력을 전달하지 못해 이 역시 타측 페달 크랭크(C2)는 움직이지 않는다. 이는 일측 및 타측 페달 크랭크(C1,C2)가 제각각 따로따로 동작함을 의미한다.

따라서, 정방향으로 기존의 360도 원회전 시켜 자전거를 전진시킬수 있으며, 좌.우 한 발 썩 으로만 360도 원회전 시키기, 두 발을 동시에 360도 원회전 시키기, 두 발을 들어서 내리기, 좌.우 한 발 씩 만 들어서 내리기, 두 발을 교대로 들어서 내려 걷는 동작으로 주행하기를 행할 수 있다.

상기의 설명과 같이 본 기구에 있어서는 전기 자전거, 수동식 자전거, 기능성 페달 링을 서로의 간섭 없이 행할 수 있다.

여기서 참고하여 전동모터의 선택 시 내장이 가능한가에 대한 시판되는 제작사의 예를 소개한다.

참고하여 도 3은 BLDC모터의 소형 고출력 모터의 한 제작사의 예이고 도 4는 브러쉬 모터의 감속장치 없는 한 제작사의 예이다.

따라서, 기술의 발전과 더불어 전동 모터의 내장 상태는 더욱 양호해 질 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전기 자전거는 유성 감속 장치를 남는 공간에 배치하여 토오크를 3배 이상 증가시키고 따라서 구동 모터의 크기와 무게가 적어짐에 따른 반사 이익을 얻고,

또, 구동 모터를 자전거의 중앙에 내장시켜 외관상으로 정리됨과 함께 돌출 부분을 적게 하고 무게 중심의 균형을 유지시켰으며,

통상의 수동식 자전거의 고유 장점을 그대로 살릴 수 있으며, 부가하여 여러 가지 페달 링 동작 기능을 구성시킬 수가 있어 각각의 특징을 한대의 자전거에서 즐길 수 있는 효과가 있다.

이러한 여러 가지 특장점으로 인해 기타의 전기 자전거와 확연한 차이를 가지며 모든 구동부분을 동일 축선상으로 배치시켰으므로 단순함과 아울러 제작비 절감에도 많은 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전동 모터(12)를 중공축으로 하여 중공축의 선단을 브레이크 붙이 전자 클러치(3)의 브레이크 붙이 쪽에 결합하거나,

   또는 브레이크를 전동모터(12)내의 중공축 뒤쪽 외주면에 설치하거나 하는 것과,
2. 청구항 1에 있어 브레이크 붙이 전자 클러치(3)의 한 쪽으로는 내주에 베어링(14)을 삽입한 중앙 기어(4)가 연결되고, 이와 치합되는 방향 전환 기어(6)와 이에 연계하여 치합되는 제 2 방향 전환 기어(7)와 다시 연계하여 내주면이 정 1방향 클러치(B1)의 외륜과 결합되어 있는 링 기어(9)와 치합되어 토오크 증가를 가져오게 하는 유성 기어 감속 장치가 있는 것과,
3. 청구항 1에 있어, 전동 모터(12)의 중공축 속으로 니이들 베어링(11)이 삽입되고 그 속으로 수동축(12)이 다시 삽입되어, 외륜이 링 기어(9)의 내주면과 결합되어 있는 정 1방향 클러치(B1)의 내륜과 묻힘키이(13)등으로 연결되어지는 수동축(12)이 있는 것과,
4. 상기 청구항에 있어 수동축(12)의 좌.우 양 끝단에 역 1방향 클러치( B2)의 내륜이 삽입되고 그 외륜에 페달 크랭크(C1,C2)가 각각 연결된 후 새들이 부착된페달(P1,P2)을 연결시켜 6가지의 페달 링 동작을 갖는 수동식 자전거가 됨을 특징으로 하는 것과,
5. 상기 청구항에 있어 전동 모터(12)가 하우징(2)내에 내장되어 고정볼트 등으로 취부되며 링기어(9)의 외주면에 체인스프로켓(8)이 연결되고 일단의 내주면에는 흔들림 방지를 위한 지지 베어링(10) 또는 부싱(10')이 있는 것을 특징으로 하는 것.