KR20110064759A - 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전 겸용 전동수단으로부터 추진력을 얻어 구동되게 한 자전거용 바퀴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거용 바퀴의 림(Rim) 내측으로 디스크 형태를 갖는 회전판을 형성하고, 상기 회전판은 바퀴의 중심부에 위치한 휠샤프트와 베어링을 통해 회전 결합하며, 상기 휠샤프트에는 별도의 고정판을 결합 형성하되, 상기 회전판의 측면에는 자석체를 방사상으로 배치 고정하고 상기 고정판의 측면에는 상기 자석체와 대응하는 코일체를 방사상으로 배치 고정하여, 이들 코일체를 제어회로를 갖는 컨트롤박스 및 배터리와 연결하여 사용되게 함으로써,

자전거용 바퀴 자체에 발전 겸용 전동수단이 결합 형성되어 있으므로 기존의 자전거와 동일한 구조를 갖고 있으면서도 발전 및 전동수단을 통해 축전과 구동 추진력을 얻을 수 있는 것이고, 자전거의 전륜 또는 후륜의 측부나 상부에 대한 가용 공간을 전혀 침해하지 아니하므로 기존의 자전거에 그대로 교체 적용할 수 있는 장점을 갖는 것이며, 필요에 따라 전륜 또는 후륜 및 이들 모두에 적용시킬 수도 있는 것이어서 더욱 고효율의 발전 및 전동 작용에 의한 자전거의 추진력을 얻을 수 있는 것이다.

자전거, 발전, 전동, 회전판, 자석체, 고정판, 코일체

Description

발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴 {Bicycle wheel having motor means serves as power generator}

본 발명은 발전 겸용 전동수단으로부터 추진력을 얻어 구동되게 한 자전거용 바퀴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거용 바퀴의 림(Rim) 내측에 디스크 형태로 고정되는 회전판과, 상기 자전거용 바퀴의 중심부에 위치하는 휠샤프트 상에 결합되는 고정판으로 구성하여, 상기 회전판의 측면에는 방사상으로 자석체를 고정 형성하고 상기 고정판의 일측면에는 상기 자석체와 대응하는 코일체를 방사상으로 고정 형성하여, 별도의 컨트롤박스 및 배터리를 통해 상기의 회전판이 전동 회전되게 하거나 회전판의 구동으로부터 고정판의 코일체를 통해 축전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

자전거라 함은 운전자의 힘으로 추진되는 비교적 경량의 2륜차를 통칭하는 것으로서, 전륜과 후륜을 파이프에 의해 연결하고 상기의 후륜은 체인과 페달 및 체인 스프로킷의 연결 구성을 통해 운전자의 페달링이 후륜에 전달되게 하여 자전 거의 추진력이 발생하도록 한 것이다.

특히, 상기와 같은 자전거는 헤드파이프의 하단에 하향 결합된 포크를 통해 앞바퀴가 결합되어 있고, 안장이 결합되는 시트포스트와 시트스테이 및 체인스테이를 통해 뒷바퀴가 결합되어 있는 것이며, 상기 헤드파이프와 고정파이프는 주파이프와 받침파이프 및 다운파이프의 결합을 통해 연결되는 것이다. 상기의 헤드파이프 선단에는 횡방향의 핸들과 손잡이가 고정되고, 다운파이프와 받침파이프의 하단에는 체인 스프로킷과 페달이 회전 가능도록 결합되어 있으며, 뒷바퀴의 회전축에는 다단변속기어가 결합되어 완성되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 자전거는 사용자의 순수한 힘에 의존하여 추진력을 얻는 것이므로 장시간 자전거를 사용하거나 장거리를 이동하고자 하는 경우에는 극심한 피로감을 느끼게 되는 것이고, 초보자의 경우에는 장시간 및 장거리 운행이 불가능한 문제점을 갖고 있는 것이다.

또한, 오르막의 경우 자전거가 갖는 한계를 극복하기 위해 다단 변속기어 등을 채택함에 따라 언덕이나 오르막 등을 비교적 손쉽게 오를 수 있도록 하고 있으나, 이와 같은 다단 변속기어는 체인 스프로킷에 의해 전달되는 페달링의 회전수를 증대시켜 그에 비례하는 힘을 얻어 오를 수 있도록 하는 것이므로 그만큼의 체력을 소모하는 것에 불과하므로 여전히 많은 운동력을 요구하고 있는 것이다.

이에 따라 근자에 들어서는 상기의 자전거에 별도의 전동수단을 장착하고 전동수단으로부터 후륜의 회전력을 부여함에 따라 자동으로 추진력이 발생되게 한 전 동 자전거가 출시되고 있는 추세이다.

이와 같은 전동 자전거는 가정용 전원을 이용하여 축전시킬 수 있는 배터리와 상기 배터리의 전원을 인가받아 회전 작동하는 전동수단으로 이루어지고, 상기의 전동수단으로부터 발생하는 회전력은 동력전달장치를 통해 후륜으로 전달되게 하므로 사용자의 힘에 의존하지 않고서도 자전거의 사용이 가능하도록 제안되어 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 전동 자전거는 자전거의 주행을 마친 후 반드시 충전 작업을 수행하여야 사용이 가능한 것이고, 충전에 소요되는 과도한 전력의 소모는 물론 오랜 충전시간을 요구하므로 사용상의 많은 제한이 뒤따르는 문제점을 갖는 것이다. 또한, 장거리 혹은 장시간 전동 자전거를 이용하는 경우 배터리가 완전히 소진되어 더이상 전동 자전거의 기능을 상실하는 경우에는 종래의 일반적인 자전거와 같이 사용자의 힘에 의존하여 사용하게 되므로 더욱 극심한 피로감을 느끼게 됨은 물론 자전거의 중량에 배터리와 전동수단이 더해져 더욱 많은 운동량과 체력을 요하게 되므로 그다지 효율적이라 할 수 없는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 출원인은 상기와 같은 문제점을 극복하고자 특허등록 제0928433호와 같이, 본 발명의 출원인에 의해 안출된 2009년 특허출원 035298호에 의한 발전 겸용 전동기를 자전거에 응용하되, 상기 발전 겸용 전동기를 자전거 후륜 측부에 장착하고, 자전거의 주파이프 하측에는 배터리와 콘트롤박스를 장착하며, 자전거의 핸들에는 전환스위치와 변속스위치를 장착함으로써, 내리막이나 평지 에서의 페달링시 상기의 발전 겸용 전동기를 통해 충전이 이루어지도록 하고, 충전이 이루어진 상태에서는 배터리의 동력이 발전 겸용 전동기를 통해 자전거의 후륜을 회전시키도록 하여, 종래의 자전거 및 전동 자전거가 갖고 있던 제반의 문제점을 합리적으로 극복한 특징의 발전 겸용 전동기에 의한 추진력을 갖는 자전거를 안출하여 등록받은 바 있다.

그러나, 상기와 같은 자전거는 후륜의 상부 일측에 별도의 발전 겸용 전동기를 장착하여야 하므로 자전거 자체의 중량이 증가함은 물론 자전거의 후륜에 대한 가용 공간을 침해하는 등의 문제점을 갖고 있는 것이다. 또한, 후륜의 회전력 또는 추진력은 벨트 및 벨트풀리에 의한 동력전달수단을 통해 발전 겸용 전동기로부터 전달되거나 전달받게 되므로 이들에 의한 접지 저항으로 인해 동력 전달 과정에서 에너지의 손실이 발생하게 되어 본래의 발전 겸용 전동기가 갖는 축전 효율 및 전동 효율을 충분히 살릴 수 없는 것이다.

특히, 상기와 같은 발전 겸용 전동기는 전륜의 측부에 상향 이격 장착하고자 하는 경우에는 체결부 또는 체결공간의 제약이 많아 전륜측에는 장착하지 못하고 부득이 후륜측에만 제한되게 장착하여야 하는 폐단을 갖고 있는 것인데, 상기와 같은 발전 겸용 전동기를 전륜에도 장착하는 경우에는 더욱 고도의 발전 기능과 전동력에 의한 추진력을 얻을 수 있음에도 불구하고 상기와 같은 체결수단 및 공간으로 인한 제약으로 인해 이를 포기하여야 하는 불합리한 점을 갖고 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 자전거용 바퀴의 림(Rim) 내측으로 디스크 형태를 갖는 회전판을 형성하고, 상기 회전판은 바퀴의 중심부에 위치한 휠샤프트와 베어링을 통해 회전 결합하며, 상기 휠샤프트에는 별도의 고정판을 결합 형성하되, 상기 회전판의 측면에는 자석체를 방사상으로 배치 고정하고 상기 고정판의 측면에는 상기 자석체와 대응하는 코일체를 방사상으로 배치 고정하여, 이들 코일체를 제어회로를 갖는 컨트롤박스 및 배터리와 연결하여 사용되게 함으로써,

상기 컨트롤박스 내 제어회로를 통해 배터리의 방전으로부터 회전판이 구동되게 하거나, 회전판의 구동으로부터 고정판의 코일체를 통해 배터리의 축전이 이루어지도록 하여 종래의 발전 겸용 전동기가 장착된 자전거가 갖는 제반의 문제점을 합리적으로 극복한 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자전거용 바퀴의 림 내측에 디스크 형태로 된 회전판을 형성하고, 상기 회전판의 중심부에는 휠샤프트가 베어링을 통해 자유회전되도록 결합 형성하며, 상기 휠샤프트에는 상기 회전판으로부터 이격되는 별도의 고정판을 결합 형성하되,

상기 회전판의 측면에는 자석체를 방사상으로 배치 고정하고, 상기 고정판의 측면에는 상기 자석체와 대응하도록 코일체를 배치 고정하여, 상기 회전판을 갖는 바퀴의 회전에 따라 상기 고정판의 코일체를 통해 전력이 생산되게 하거나, 상기 코일체에 전력을 인가시켜 회전판의 구동력을 통한 바퀴의 회전이 이루어지도록 구성하여 된 것이다.

본 발명은, 자전거용 바퀴 자체에 발전 겸용 전동수단이 결합 형성되어 있으므로 기존의 자전거와 동일한 구조를 갖고 있으면서도 발전 및 전동수단을 통해 축전과 구동 추진력을 얻을 수 있는 것이고, 자전거의 전륜 또는 후륜의 측부나 상부에 대한 가용 공간을 전혀 침해하지 아니하므로 기존의 자전거에 그대로 교체 적용할 수 있는 장점을 갖는 것이며, 필요에 따라 전륜 또는 후륜 및 이들 모두에 적용시킬 수도 있는 것이어서 더욱 고효율의 발전 및 전동 작용에 의한 자전거의 추진력을 얻을 수 있는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 결합 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 전체 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 분리 단면도이다.

도시와 같이 본 발명의 자전거용 바퀴(10)는 원형의 림(11) 내측에 디스크 형태로 된 회전판(20)이 일체 또는 별도로 고정 형성되어 있는 것이고, 상기의 림(11) 및 회전판(20)의 중심부에는 기존의 자전거와 마찬가지의 휠샤프트(12)가 베어링(13)을 통해 자유 회전할 수 있도록 결합되어 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 휠샤프트(12)에는 회전판(20)의 일측 또는 양측으로 별도의 고정판(30)이 결합 형성되는 것으로서, 상기의 회전판(20)은 휠샤프트(12)와 개별적인 회전이 가능한 반면 상기의 고정판(30)은 휠샤프트(12)와 고정 상태로 체결되어 있어 회전이 이루어지지 않는 상태를 갖게 된다.

이와 같은 회전판(20)에는 방사상으로 배치되는 자석체(21)(21')가 고정되는 것이고, 상기 고정판(30)에는 자석체(21)(21')와 대응하는 위치 및 개체수를 갖는 코일체(31)(31')가 배치 고정되는 것이다.

이때, 상기의 고정판(30)을 회전판(20)의 양측에 대응 배치하고자 하는 경우에는 이들 양측 고정판(30)에 형성된 각각의 코일체(31)(31')가 상기의 회전판(20)에 고정된 자석체(21)(21')와 균등한 간격을 갖고 좌,우로 이격 배치될 수 있도록 함으로서, 양측 고정판(30)이 동일한 발전 및 전동 작용을 수행할 수 있도록 하는 것이 보다 바람직할 것이다.

따라서, 상기와 같은 자전거용 바퀴(10)를 도 5의 도시와 같이 기존의 자전거에 형성된 포크 하단에 상기의 휠 샤프트(12)를 결합 고정하면 앞 바퀴의 역할을 수행하게 되는 것이고, 시트스테이 및 체인스테이의 끝단부에 휠샤프트(12)를 체결하는 경우에는 뒷 바퀴의 역할을 수행하게 되는 것으로, 본 발명의 자전거용 바퀴(10)를 뒷 바퀴 용도로 사용하고자 하는 경우에는 상기의 휠샤프트(12)의 일측으로 체인 및 스프로킷에 의한 공지의 동력 전달 수단을 추가로 결합 형성하면 될 것이다.

이에 따라, 사용자의 페달링에 의해 상기의 회전판(20)을 갖는 자전거용 바퀴(10)가 회전을 하게 되면 회전판(20)의 자석체(21)(21')가 회전하면서 고정판(30)의 코일체(31)(31')로 전하가 무수히 반복 유기되므로 상응하는 전력을 생산할 수 있는 것이고, 반대로 상기의 코일체(31)(31')에 전력을 공급하면 상기 회전판(20)은 코일체(31)(31')로부터의 전하에 대한 극성에 따라 인력과 척력이 발생하면서 스스로 회전력을 갖게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 자전거용 바퀴(10)를 본 발명의 출원인에 의한 특허등록 제0928433호에서의 자전거에 적용하는 경우, 상기 고정판(30)의 코일체(31)(31')를 컨트롤박스(40) 및 배터리(41)와 연결 형성하고, 상기의 컨트롤박스(40)로부터 인출되는 전환스위치(42)는 자전거의 핸들바에 고정 형성함에 따라 상기 발전 겸용 전동수단을 갖는 본 발명의 자전거용 바퀴(10)에 의한 추진력을 갖는 자전거로의 완성체가 이루어지는 것이다.

그러므로, 상기의 회전판(20)이 사용자의 페달링에 의한 자전거의 추력으로부터 회전을 하게 되면 자석체(21)(21')에 의해 고정판(30)의 코일체(31)(31')로 전하의 부호가 인가되는 것이고, 상기와 같이 인가된 전하의 부호를 통해 코일체(31)(31')로부터 발생되는 전원을 변압트랜스와 정류소자 등의 축전회로를 갖는 컨트롤박스(40)를 거쳐 배터리(41)에 축전될 수 있는 발전기로의 역할을 수행하게 되는 것이다.

또한, 전환스위치(42)의 선택에 따라 상기의 코일체(31)(31')에 축전 상태의 배터리(41) 전원이 인가되게 하면 코일체(31)(31')로부터 발생하는 전하의 부호가 회전판(20)의 자석체(21)(21') 극성과 간섭하여 상호 간의 인력과 척력이 발생하게 되는데 상기 배터리(41)의 전원을 컨트롤박스(40)의 제어회로에 따라 코일체(31)(31')로 교번 전환 상태로 공급되게 하여 반복적인 인력과 척력의 교번 작용으로 인해 상기의 회전판(20) 및 자전거용 바퀴(10)가 스스로 회전할 수 있어 전동기로의 역할을 수행하게 되는 것이다.

여기서, 상기의 컨트롤박스(40)는 선행의 등록특허에서 공지된 것으로서, 위상제어를 통한 극성변환회로와 축전회로 및 단위속도 가변 제어회로 등으로 이루어진 것이고, 필요에 따라서는 회전판(20)의 회전시 고정판(30)의 코일체(31)(31')로부터 발생하는 전기량에 따라 발전 또는 전동기로의 자동 전환이 이루어질 수 있도록 한 자동전환회로를 추가로 내장하여 구성할 수도 있을 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 자전거용 바퀴를 적용하여 자전거 자체를 생산하거 나 기존의 자전거 바퀴를 본 발명의 자전거 바퀴로 교체하여 발전 및 전동수단으로부터 추진력을 제공받는 전동식 자전거로 전환 사용할 수 있는 것인데, 상기 발전 및 전동수단을 통해 내리막 또는 평지에서는 발전작용으로 인한 축전이 이루어지도록 하고 축전된 상태에서의 평지 또는 오르막에서는 전동작용으로 인한 자전거의 추진력을 부여하여 더욱 편리하게 자전거를 사용할 수 있도록 한 것이다.

특히, 본 발명의 자전거용 바퀴(10)는 디스크 형태의 고정판(30)이 림(11)의 내측부에 위치한 상태로 노출되어 있어 일부 사용자의 경우 고정판(30)의 전체적인 크기로 인한 체적에서의 부담감을 느낄 수도 있을 것이므로 이와 같은 경우에는 상기의 고정판(30)을 도 6의 도시와 같이 반원형태로 제작하여 이를 휠샤프트(12)에 고정 형성함에 따라 한결 단순하고 간결한 외형을 갖추도록 할 수 있을 것이고, 이러한 반원 형태의 고정판(30)에는 상기 회전판(20)에 배치된 자석체(21)(21')와 대비하여 1/2에 해당하는 개체수의 코일체(31)(31') 만을 대응 형성하면 될 것이다.

이와 같은 반원 형태의 고정판(30)을 사용하더라도 상기 고정판(30)에 배치된 코일체(31)(31')를 통해 여전히 발전은 물론 방전에 의한 전동기로의 역할을 수행할 수 있는 것이다.

또한, 필요에 따라서는 상기의 고정판(30)을 다양한 각도를 갖는 부채꼴의 형태로 제작하여 이를 휠샤프트(12)에 고정할 수도 있는 것인데, 이와 같은 경우 코일체(31)(31')에 대한 개체수가 줄어들어 발전량 및 전동에 의한 회전 토크는 감소할 것이나 자전거 전체적인 경량화의 실현 및 자전거의 사용 목적에 따라 발전량 및 전동력에 대한 가변 적용이 가능하다는 장점을 얻을 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 분리 사시도

도 2는 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 결합 사시도

도 3은 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 전체 단면도

도 4는 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 분리 단면도

도 5는 본 발명에 따른 자전거용 바퀴가 적용된 자전거의 전체도

도 6은 본 발명에 따른 자전거용 바퀴의 다른 실시예도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 자전거용 바퀴 11 : 림

12 : 휠샤프트 13 : 베어링

20 : 회전판 21,21' : 자석체

30 : 고정판 31,31' : 코일체

40 : 컨트롤박스 41 : 배터리

42 : 전환스위치

Claims (5)

1. 자전거용 바퀴(10)의 림(11) 내측에 디스크 형태로 된 회전판(20)을 형성하고, 상기 회전판(20)의 중심부에는 휠샤프트(12)가 베어링(13)을 통해 자유회전되도록 결합 형성하며, 상기 휠샤프트(12)에는 상기 회전판(20)으로부터 이격되는 별도의 고정판(30)을 결합 형성하되,

   상기 회전판(20)의 측면에는 자석체(21)(21')를 방사상으로 배치 고정하고, 상기 고정판(30)의 측면에는 상기 자석체(21)(21')와 대응하도록 코일체(31)(31')를 배치 고정하여,

   상기 회전판(20)을 갖는 바퀴(10)의 회전에 따라 상기 고정판(30)의 코일체(31)(31')를 통해 전력이 생산되게 하거나, 상기 코일체(31)(31')에 전력을 인가시켜 회전판(20)의 구동력을 통한 바퀴(10)의 회전이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴.
2. 제 1항에 있어서,

   고정판(30)은 회전판(20)의 일측에만 휠샤프트(12)를 통해 결합 형성하여 구성함을 특징으로 하는 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴.
3. 제 1항에 있어서,

   고정판(30)은 회전판(20)의 양측에 휠샤프트(12)를 통해 결합 형성하여 구성함을 특징으로 하는 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴.
4. 제 3항에 있어서,

   서로 대향 설치된 고정판(30)(30')에 배치된 코일체(31)(31')는 고정판(30)(30') 사이에 위치하는 회전판(20)의 자석체(21)(21')로부터 서로 동일한 간극을 갖고 이격 형성되도록 구성함을 특징으로 하는 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   고정판(30)은 반원형의 평판 형태로 구성하여 휠샤프트(12)에 고정 형성하되, 상기 고정판(30)에 배치되는 코일체(31)(31')는 회전판(20)의 자석체(21)(21')와 대비하여 1/2에 해당하는 개체수를 갖고 서로 대응 배치되도록 구성함을 특징으로 하는 발전 겸용 전동수단을 갖는 자전거용 바퀴.

Images