KR20110008993A

KR20110008993A - 전기자전거용 1축2전동기형 동력전달장치

Info

Publication number: KR20110008993A
Application number: KR1020090066625A
Authority: KR
Inventors: 김기원
Original assignee: 김기원
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2011-01-27

Abstract

본 발명은 현재 시판되고 있는 전기 자전거는 배터리를 사용하여 구동력을 얻고 있으나 전동기의 출력이 약하여 한 사람만이 탈 수 있도록 제작되어 있다. 그러나 생활하다보면 어린 아이와 어머니, 할아버지와 손자가 함께 이동해야 경우가 많다. 그런 경우 시판하고 있는 1인용 전기자전거는 쓸모가 없다. 그래서 2-3인이 함께 출타하는 경우에 이용할 수 있는 전기자전거가 필요하다. 2-3인이 함께 탈 수 있는 전기자전거는 무공해의 차이며 유지비가 거의 없고 페달을 함에 이용함으로 신체운동이 되어 건강에 도움을 주는 1석2조의 교통수단이다. 그러자면 3륜 자전거가 필요하며 여기에 2개의 직류전동기를 달고 보조용 페달을 병설하여 만드는 것이다. 직류전동기의 전원은 12[v] 또는 24[v]와 같이 고정되어 있음으로 전동기의 출력을 변경하려면 분압기와 같은 별도의 기계부품이 필요하다. 그럴 경우는 부피가 커지고 무게가 무거워진다. 따라서 작고 가벼운 전동기 2개를 사용하여 자계에 흐르는 전류를 직렬 혹은 병렬회로 통해 출력을 2단으로 조절할 수가 있어 고속주행 시와 저속주행 시의 출력으로 사용할 수가 있다.

Description

전기자전거용 1축2전동기형 동력전달장치{The driver with One axial tow motor}

이상의 목적을 달성하기 위해서는 전동기의 출력을 속도와 사람의 몸무게 등에 따라 변화시켜야 하는 것이다. 그러나 전동기의 출력은 전안과 전류에 따라 결정되는 것임으로 전압을 변화시키기 위해서는 여러 개의 전원이 필요하고 따라서 공간과 무게가 증가하여 적합하지 않다. 그렇다고 높은 전압을 분압기를 통하여 내리는 것은 분압기의 크기와 무게가 증가하고 분압과정에서 열손실이 발생하여 효과적이 못된다. 따라서 크기가 작고 가벼운 2 개의 직류전동기로 1축2전동기형 동력전달장치를 만들어 두 전동기를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 출력을 2 단계로 조절할 수 있을 뿐 아니라 1축2전동기형의 동력을 뒷바퀴에 전달하는 직각축감속장치를 통하여 전달하는 방식이다.

현제의 전기자전거는 하나의 작은 직류전동기로 구동하고 있어 한 사람만 탈 수 있다. 그러나 웰빙 자전거와 같이 페달에 의한 추진력에 직류전동기를 사용하여 추진력을 보강한다면 평지에서는 어머니와 어린이 혹은 할아버지와 손자가 동승하고 나들이를 할 수 있다. 이때 페달에 의한 추진력에 1축2전동기형의 전기 동력을 사용하여 출력을 보강하는 기술이다.

1축2전동기형 동력장치를 만들기 위하여 다음의 과제를 연구하여야 한다.

1. 크기가 작고 가벼우며 성능이 같은 두 개의 직류전동기를 하나의 축으로 연결하는 것이다.

2. 직류전동기는 부하에 따라 열이 만이 발생함으로 두 전동기 사이에 바람개비를 설치하여 전동기를 냉각시킨다.

3. 전동기의 출력장치는 최소의 공간을 점유하고 최소의 무게를 갖게 하는 것이다.

직각축감속장치를 만들기 위하여 다음의 과제를 연구하여야 한다.

1. 1축2전동기형 동력장치의 회전축 상에 나선형 기어의 홈을 파는 것이다.

2. 나선형 기어의 홈과 결합되어 습동하는 원형 기어를 직각 방향으로 축에 설치하는 것이다.

3. 습동하는 회전축과 뒷바퀴를 연결하는 축에 커플링을 결합하는 것이다.

첫째 과제는 그림 1과 같이 크기가 작고 가벼운 두 개의 직류전동기 1과 2를 하나의 축상에 연결하는 것이다. 그리고 부하에 의하여 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 두개의 전동기에 사이에 바람기 2를 설치하는 것이다.

둘째 과제는 직류모터의 회전수는 부하에 따라 분당 수 천 내지 수백 번 회 전함으로 이 속도를 가지고 직접 자전거 바퀴를 돌릴 수 없는 것이다. 따라서 감속장치가 필요하다. 감속장치는 그림 2와 같이 여러 개의 기어로 조립하여 만들어진 장치를 말한다. 1은 전동기의 축과 연결하는 철봉으로 중앙 부위가 나선 홈으로 되어 있는 기어이다. 2는 1의 회전축과 직각인 회전축을 가진 기어로 1과 2가 서로 맞물려 돌아가도록 결합이 되어있다. 3은 감속기의 출력을 뒷바퀴로 전달하는 체인 기어이다.

셋째 과제는 1축2전동기형 동력장치에 공급하는 전기회로도이다. 전력의 크기를 그림 3과 같이 직렬회로와 병렬회로 나누어 2단계로 조절한다. 1은 전원의 +,- 단자이며 2는 휴즈이며 3은 전원의 on, off 스위치를 통해 흐르는 전류는 6단자시위치를 거쳐 제 3-1도와 제 3-2와 같이 전동기 1과 전동기 2의 전류회로를 직렬 혹은 병렬로 연결하는 것이다.

1축2전동기형 동력장치는 하나의 배터리를 사용함으로서 공간을 작게 차지하며 병렬연결 시는 각 전동기에 12[v]의 전압이 공급되어 약 30[A]의 전류가 흐르고 직렬연결 시는 각 전동기에 6[v]의 전압이 공급되며 약 7.5[A]의 전류가 흘러 출력이 거의 반으로 감소한다. 따라서 다른 부픔을 사용하지 않고 출력을 1 : 1/8 로 줄일 수 있어 전력의 낭비를 막을 수 있는 효과가 있다.

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3-륜 전기자전거를 만들고 자전거의 두 앞바퀴 사이에 설치한 노약자를 위한 의자 아래에 1축2전동기를 설치하여 구동력을 얻었다. 그리고 각 전동기의 단자에는 12[v], 30[A], 또는 6[v], 4.7[A]의 전력을 사용하여 자전거의 속도를 조정하였다. 이 전력으로 평지에서 페달의 도움을 받으면 2 [km/h] - 20 [km/h]의 속도까지 속도를 조절할 수 있었다.

그림 1은 1축2전동기형의 전력장치이다. 1과 2는 시중에서 판매하는 크기와 성능이 같은 두 직류 모터이고 3은 전동기에서 발생하는 열을 냉각시키는 바람개기로 이들이 모두 하나의 회전축에 설치된 전기구동력장치이다.

그림 2는 1축2전동기의 출력을 뒷바퀴에 전달하는 감속장치도이다. 아래 그림에서 1은 1축2전동기의 회전축에 연결된 철봉의 중앙부분에 나선홈이 있는 기어이다. 2는 1의 나선 기어와 결합하여 미끄러져 돌아가는 습동(

動)기어이다. 기어 2의 회전축은 1의 회전축과 직각을 이루고 3은 기어 2의 축 상에 나란히 붙어서 돌아가는 체인 기어이다. 기어 4는 기어 3과 체인으로 연결되어 돌아가는 체인 기어이다. 기어 5는 기어 4의 축 상에 있는 나선형 홈을 좌우로 미끄러지면서 뒷바퀴와의 결합을 단속시키는 기어이다. 레바를 우로 제치면 나선기어를 따라 기어 5가 우로 이동하여 기어 4와 연결되어 뒷바퀴에 동력이 전달되어 차가 전진하고, 레바를 좌로 제치면 기어 5가 좌로 이동하여 기어 4와의 연결이 단절되어 뒷바퀴가 자유로워져 후진을 할 수 있다.

그림 3-1은 1축2전동기의 직렬전기회로도이다. 그림의 1은 배터리이다. + 전류가 2의 휴즈를 거처 4의 6단자 스위치의 왼쪽 접점을 거쳐 전동기 m₁로 들어가고 여기에 나온 전류가 다시 6단자 스위치의 오른쪽 접점을 거쳐 전동기 m₂를 거쳐서 여기에서 나온 전류가 2단자 스위치를 지나 배터리의 - 전류단자로 들어가는 회로도이다.

그림 3-2은 1축2전동기의 병렬전기회로도이다. 배터리의 + 전류가 6단자 스위치의 왼쪽 접점을 두 단자를 지날 때 하나는 전동기 m₂로, 다른 하나는 m₁로 들어갔다가 여기에서 나온 전류가 다시 6단자 스위치의 우측 두 단자를 통해 합쳐져서 2단자 스위치를 지나 배터리의 - 전류단자로 들어가는 회로도이다.

Claims

전기 3륜 자전거에서 하나의 회전축에 크기와 성능이 똑 같은 두 개의 전동기를 설치하고 이들 모터의 자계에 전류가 직렬 혹은 병렬회로를 통해 흐를 수 있도록 다접점 스위치를 설치하여 고속과 저속으로 2단의 구동력을 얻는 1축2전동기를 제작 및 판매하는 행위.
전기 3륜 자전거에서 1축2전동기와 뒷바퀴를 연결하는 감속장치로서 전동기축상의 나선 기어와 이에 밀착하여 습동하는 원형 기어의 축이 나선 기어축과 직각이 되게 결합하여 회전 속도를 감속하는 장치의 제작 및 판매하는 행위