KR20120005864U - 전기 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기자전거의 구동장치에 고정방법에 관한 것으로 페달을 통한 동력전달과 모터 를 통한 동력전달이 하나의 축을 통해서 각각 독립적으로 또는 병행해서 이루어질 수 있게 하여 기존의 변속기어를 그대로 사용할 수 있도록 구성된 운송수단을 제공함에 있다. 본 고안에서는 모터를 크랭크 축 하우징에 고정하는 고정구(10)를 이용함으로써 항상 일정한 축간 거리를 얻을 수 있고 이로 인해 기존의 전기자전거 구동부 장착방법에 비하여 축간거리가 변하는 문제가 발생하지 않는다. 이와 같은 구성의 본 고안에 의하면 기존의 일반 자전거의 프레임과 부품을 그대로 사용하고 크랭크기어와 구동장치만 추가하여 전기자전거를 구성할 수 있어 전기자전거의 제조원가가 낮아진다. 그리고 기존 자전거의 구동륜에 구비되는 변속장치를 그대로 이용할 수 있어 전기자전거의 변속비가 다양하게 되는 이점도 있다.

Description

전기 자전거의 구동장치{Electric bicycle driving unit}

본 고안은 전기자전거의 동력전달기구와 고정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 간단한 <3> 구조로 모터의 힘 또는 자전거 사용자가 페달을 밟는 힘 각각으로 그리고 필요한 경우 그 합력으로 운행될 수 있는 전기자전거의 동력 전달기구에 관한 것이다.

본 고안은 전기 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 자전거에 장착하여 사람의 답력에 더해 모터의 구동력으로 자전거를 주행시킬 수 있도록 하는 전기 자전거의 구동장치와 고정 방법에 관한 것이다. 통상적인 전기자전거는 허브모터를 이용하여 자전거의 후륜을 구동하는 방식이다. 이러한 허브모터를 이용한 전기 자전거는, 모터의 구동부와 허브의 마찰면적이 증대되어 마찰력이 증대되며 이에 따라 동력전달의 효율성이 좋지 못한데, 특히, 모터의 전원을 끄고 자전거 사용자의 페달을 밟는 힘만으로 후륜을 구동하고자 하는 경우, 일반 자전거와는 달리 많은 힘이 들게 된다. 이에 따라 모터 배터리가 소모된 경우, 또는 자전거 운전자가 스스로 페달을 밟아 움직이고 싶은 경우 그 운행이 쉽지 않을 수 있다.

이와 관련되어 자전거의 크랭크축에 직접적으로 모터의 동력이 연결되어 자전거의 크랭크축을 회전시켜 자전거를 구동시키는 방식이 동력전달의 효율성이 높을 수 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 제 10-0332831호와 등록 실용 20-0328321호,10-0676188호, 10-0932895호에서 전기자전거는 모터의 동력을 크랭크축으로 연결하여 구동하는 방식을 보인다. 이들 특허와 실용신안에서는 구동모터를 자전거 프레임 파이프에 잡아매는 방식을 채택하고 있다. 볼트 조임에 의해 생기는 마찰력을 이용하여 파이프에 고정하는 방식이다.

모터 구동시 모터와 크랭크 축 간에 잡아당기는 힘이 걸리게 되며 이로 인해 축간거리가 줄어들고 결국 체인이 느슨해져서 다시 풀고 장력을 조정해야 하는 단점이 존재한다.

종합하면 허브모터를 이용하는 것보다는 자전거의 크랭크축으로 동력을 전달하며, 이때 적은 부품으로 상호 간에 간섭 없이 모터의 동력과 자전거 운전자의 페달을 밟는 힘 각각으로 운행되는 것이 바람직하며, 이때, 간단한 설치만으로 일반자전거를 전기자전거로 사용할 수 있게 한다면 더욱 바람직하다 할 것이다. 본 고안은 이러한 요청을 만족시킨다.

따라서, 본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 자전거에 설치할 수 있는 구동장치와 장착방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안은 자전거 프레임에 장착되는 고정구와, 상기 고정구에 장착되어 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동력을 감속하여 전달하는 것으로, 고정구는 상기 자전거의 크랭크 하우징의 한 부분에 설치되고 다수개의 감속용 기어와 모터로 구성되는 감속부와, 상기 감속부를 통한 모터의 구동력과 사용자의 답력을 자전거의 구동륜으로 전달하는 동력전달기구를 포함하여 구성된다.

감속부는 자전거 크랭크 하우징에 장착되는 고정구와, 상기 고정구에 장착되어 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동력을 감속하여 전달하는 한 쌍의 기어로 구성된다. 상기 동력전달기구에서 구동모터의 회전중심에는 일방향 클러치가 설치되고 또한 크랭크 축에도 일방향 클러치베어링이 설치되어 모터의 구동력과 사용자의 답력을 동시에 또는 선택적으로 전달받을 수 있도록 된다. 한편, 상기 일방향클러치는 예컨대 래칫(ratchet)을 이용하여 어느 일방향으로의 회전이 구속되도록 한 장치로 이미 많은 공지 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 전기자전거의 구동장치는 일반 자전거의 프레임에 설치하여 사용하는 것이 가능하므로 제조원가가 낮아지고, 일반 자전거의 변속장치를 그대로 이용할 수 있으므로 전기 자전거에서 다양한 변속이 가능하여 경사지 주행이 원활하게 되는 이점도 있다. 여기서 상기 일방향 클러치는 크랭크 축 및 풀리에 걸린 힘을 동일한 방향으로만 전달하도록 함이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 운송수단이 전진하는 방향으로 힘을 전달하도록 되어 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 고안에 의한 전기자전거의 구동장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 먼저, 기존의 모터 고정방식인 파이프에 잡아 내는 방식은 결국 파이프에 조인 마찰력에 의해 지지가 되는 결과이므로 강하게 조여야 하고 이로 인해 파이프 등에 자국 등이 생겨서 고가의 자전거에 흠집을 내는 경우가 발생한다. 이러한 마찰력은 항상 일정하지 않아서 쉽게 축간거리가 변하게 된다. 이로 인해 체인의 장력에 의해 축간거리가 변하게 되고 자전거 체인이 느슨해져 결국 체인이 이탈되는 경우가 생기게 된다. 그러나 본 고안에서는 모터를 크랭크 축하우징에 고정하는 고정구를 이용함으로써 항상 일정한 축간 거리를 얻을 수 있고 이로 인해 기존의 전기자전거 구동부 장착방법에 비하여 축간거리가 변하는 문제가 발생하지 않는다. 또한, 기어간에 발생하는 축 반경 방향의 힘은 고정구에 나 있는 구멍들에 의해 지지가 됨으로써 작은 힘으로도 충분히 고정할 수 있는 것이다. 또한, 기존의 자전거의 프레임과 부품 등을 그대로 이용할 수 있고 구동장치만 추가로 구입하면 되므로 전기자전거의 제조원가를 크게 낮출 수 있다. 그리고, 기존의 일반 자전거의 기능을 그대로 유지하면서 전기자전거의 기능을 추가하므로 사용자가 수동 자전거로 또는 전기 자전거로의 선택적 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 구동장치가 채용된 자전거의 측면도.
도 2는 본 고안 실시 예의 구성을 보인 측면도.
도 3은 본 고안 실시 예의 요부 구성을 보인 배면도.
도 4는 본 고안의 다른 실시 예의 구성을 보인 측면도.
도 5는 크랭크를 제거한 자전거 측면도
도 6은 모터를 고정구를 부착한 모습
도 7은 일방향 클러치와 피동기어를 장착한 모습
도 8은 구동 스프라켓 장착모습
도 9은 고정구를 크랭크 하우징에 직접 장착한 경우
도 10은 고정구를 크랭크 하우징에 가로 지러 장착한 경우

이하 본 고안에 의한 전기자전거의 구동장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 고안의 실시 예의 구동장치가 채용된 자전거의 측면도로 도시되어 있고, 도 2에는 구동부를 자전거에 장착한 실시 예의 구성을 보인 측면도이다.

도 3, 4는 본 고안 실시 예의 배면 도로서 상세 부품도면을 나타내고 있으며, 도 5, 6, 7은 자전거 크랭크 축에 구동부가 장착되는 순서 도를 표시하고 있다. 도 9와 10은 크랭크 하우징 모양에 따른 고정구 고정방법을 표시하고 있다. 도 9는 고정구를 크랭크 하우징에 직접 장착한 경우도 10은 고정구를 크랭크 하우징에 가로 질러 장착한 경우를 나타낸다.

본 실시 예에 따른 자전거(1)는 트러스 구조 또는 일반 파이프 구조의 자전거(1)와 일 측 단에 회동가능하게 설치되고 상단에는 조종 핸들(7)이 설치되고 상기 자전거(1)에 회전 가능하게 장착되는 전륜(3) 및 후륜(5), 상기 자전거(1)의 중앙 하부에 회전가능하게 설치되는 크랭크 축(14), 상기 크랭크 축(14)의 양단에 상호 대향 되는 방사방향으로 연장되는 크랭크(40), 상기 크랭크(40)의 선단에 회전가능하게 설치되는 페달(42), 상기 프레임(1) 한 부분에 설치되어 구동력을 발생시키기 위한 구동부, 상기 크랭크 축(14)에 연결설치되어 상기 페달(42) 구름에 의한 답력과 상기 구동부의 동력을 선택적으로 후륜(5)으로 전달하기 위한 동력전달 부를 포함한다. 이에 따라 동력전달 부를 통해 구동부의 동력 또는 탑승자의 인력을 필요에 따라 후륜(5)으로 전달하여 자전거를 전진시킬 수 있게 된다.

본 고안에서 다른 발명과 차이는 상기 크랭크 하우징(12)의 일 측 단에는 고정구(10)가 설치된다. 상기 고정구(10)는 도 9 또는 도 10의 방법으로 크랭크하우징(12)에 고정된다. 바람직하게는 도 9와 같이 볼트로 크랭크하우징(12)의 외륜을 조임 너트(10-4)로 고정하는 방법이다. 그러나 자전거 크랭크하우징(12)의 외륜에 조임 너트로 조일 수 있는 여유가 없는 경우에는 도 10과 같이 크랭크하우징(12)을 가로질러 조임 너트(10-4)에 의해 죄어진다. 상기와 같이 조일 경우 고정구의 구멍(10-2)과 고정구의 구멍(10-3)은 항상 일정한 거리를 유지할 수 있다. 기존의 고정구를 자전거 프레임에 조일 경우 프레임의 파이프를 볼트로 조여 마찰력을 이용해 모터를 지지하게 된다. 결국, 체인의 장력에 의해 축간거리가 변하게 되고 이로 인해 자전거의 체인이 느슨해져 결국 이탈되는 경우가 생기게 된다. 그러나 본 고안과 같이 기어에 의한 구동과 동시에 고정 구멍을 일정하게 유지시켜 줌으로서 항상 일정한 축간 거리를 얻을 수 있고 이로 인해 축간거리가 변하는 문제를 해결한 것이다. 이를 위해 상기 구동부는 프레임(1) 한 부분에 설치되는 구동모터(20)와, 상기 프레임(1) 한 부분에 설치되고 상기 구동모터(20)에 전력을 공급하기 위한 배터리(50)를 포함한다. 또한, 상기 구동모터(20)는 모터구동기어(23)에서 크랭크 피동기어(24)가 설치되어 피동 스프라켓(28)를 통해 동력을 전달하는 구조로 되어 있다. 여기서 상기 구동모터(20)와 상기 배터리(50)의 설치 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 서로 분리되어 설치되거나 일체화되어 설치될 수 있다.

또한, 상기 구동부는 구동모터(20)의 모터구동기어(23)에서 크랭크축 피동기어(24)로 이어지는 동력 전달경로 상에서 기어 비를 조정하여 동력전달력을 조정할 수 있다. 이하 설명에서 상기 자전거(1)를 이루는 각 구성들 중 일반적인 이륜차와 공통적인 구성들에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 전기자전거(1)에서만 볼 수 있는 특유한 구성들의 특징과 작용에 대해서만 설명한다. 본 실시 예에서 상기 구동부는 전기 에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 구동모터(20)가 적용된다.

1: 자전거 3: 전륜
5: 후륜 7: 핸들
8: 안장
10: 고정구 10-4: 고정구 너트
12: 크랭크 하우징
13: 조임볼트
14: 크랭크 축
20: 모터
22: 모터 일방향 클러치
23: 모터 구동기어
24: 크랭크 피동기어
27: 구동 스프라켓
28: 피동 스프라켓
38: 크랭크 일방향 클러치
40: 크랭크
42: 페달
43: 크랭크 축
45: 체인
49: 제어스위치
50: 배터리 및 제어기

Claims (3)

1. 자전거에 장착되는 고정구로서 두 개의 구멍이 나있어 일측 구멍은 크랭크 축 하우징에 동축으로 고정되며 다른 구멍은 구동력을 제공하는 모터가 장착되어있으며, 한 쌍의 기어 전동에 의해 동력을 전달하는 감속부와 상기 감속부 및 구동륜과 체인으로 연결되고 상기 감속부를 통한 모터의 구동력과 사용자의 답력을 자전거의 구동륜으로 전달하는 동력전달기구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 자전거의 구동장치.
2. 자전거 크랭크축 하우징에 장착되는 고정구와, 상기 고정구에 장착되어 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동력을 감속하여 전달하는 것으로 다수개의 감속용 스프라켓이 고정구에 구비되고 상기 감속용 스프라켓과 모터가 체인으로 연결되는 감속부와, 상기 감속부 및 구동륜과 체인으로 연결되고 상기 감속부를 통한 모터의 구동력과 사용자의 답력을 자전거의 구동륜으로 전달하는 동력전달기구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 자전거의 구동장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달기구의 구동측 회전중심에는 일방향 클러치베어링들이 설치되어 모터의 구동력과 사용자의 답력을 동시에 또는 선택적으로 전달받을 수 있도록 됨을 특징으로 하는 전기자전거의 구동장치

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