KR20120072450A - 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거 - Google Patents

비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거에 대한 것이다. 본 발명에 의한 비접촉식 토션 검출기는, 전계신호를 발생하여 전송하는 전송기와; 상기 전송기와 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 전송기에서 전송하는 전계신호를 수신하는 수신기와; 상기 전송기와 수신기 사이, 상기 전송기에 근접한 위치에 상기 전송기와 동축에 설치되며, 페달 샤프트 일측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 1 로터와; 상기 전송기와 수신기 사이, 상기 수신기와 근접한 위치에 상기 수신기 및 상기 제 1 로터와 동축에 설치되며 상기 제 1 로터와 일정 간격 이격되며 상기 페달 샤프트 타측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 2 로터와; 상기 수신기가 수신한 신호에 따라 상기 페달 샤프트 양단 사이에 발생된 비틈(tortion) 각도나 토션을 검출하는 검출 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거{A Contactless Type Tortion Detecter And An Electricity Motor Bicycle Controling Additional Power Flexibly According To The Necessary power}
본 발명은 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 전동 자전거 자전거 페달을 밟는 답력의 크기를 페달 샤프트의 비틈각도(Tortion angle)에 의해 검출하고, 검출된 답력의 크기에 따라 보조동력을 자동으로 탄력 제어하는 것을 가능하게 하는 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거에 대한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 하이브리드 전동 자전거(10)는 탑승자의 페달구동에 따른 동력과 모터에서 제공되는 보조동력에 의하여 구동되는 전동 자전거로, 종래 하이브리드 전동자전거(10)는 보조동력을 2단계 내지 4단계로 구분하여 운행자의 선택에 따라 보조동력의 단계를 선택하여 사용할 수 있도록 구성되거나 단순히 보조동력의 온오프에 의하여 보조동력을 사용할 수 있는 구성에 의한다.
따라서 여성이나 노약자가 낮은 단계의 보조동력으로 전동 자전거를 구동할 시에는 페달을 밟는 답력의 크기가 무리하게 커져서 체력에 무리가 올 수 있으며 유산소 운동의 효과를 떨어뜨리는 효과를 가져 오게 된다.
한편, 높은 단계의 보조동력으로 전동 자전거를 구동하게 되면 지형이 오르막인 경우는 적절한 보조동력을 얻을 수 있지만 내리막이나 평지인 경우 등은 불필요하게 배터리의 소모가 크게 되어 배터리 사용기간이 줄어들게 되는 문제가 발생한다.
또한, 자전거(10)를 이용하는 도로나 지형 환경(즉 오르막 내리막 평지 등)이나 운행자의 체격?체력조건에 대응한 적절한 보조동력을 산출하기 위해서는 자전거 페달에 인가되는 답력의 크기를 매 순간 측정하여 보조동력을 산출해야 하는데, 페달 샤프트는 회전체이므로 종래 스트레인게이지(Strain gauge) 방식은 구조나 환경에 제약이 따르며 회전중인 페달 샤프트의 토션 검출결과를 제어시스템으로 전달하는 방법도 마련되지 않아서 전동 자전거의 답력 측정에는 적합하지 않은 측면이 있다.
본 발명의 목적은, 하이브리드 전동 자전거 페달을 밟는 답력의 크기를 페달 샤프트의 비틈각도로 검출하며, 비틈각도는 전계 변화를 이용한 비접촉 방식에 의해 검출하고, 검출된 답력의 크기에 따라 보조동력을 자동으로 탄력 제어하는 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거를 구현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비접촉식 토션 검출기는, 전계신호를 발생하여 전송하는 전송기와; 상기 전송기와 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 전송기에서 전송하는 전계신호를 수신하는 수신기와; 상기 전송기와 수신기 사이, 상기 전송기에 근접한 위치에 상기 전송기와 동축에 설치되며, 페달 샤프트 일측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 1 로터와; 상기 전송기와 수신기 사이, 상기 수신기와 근접한 위치에 상기 수신기 및 상기 제 1 로터와 동축에 설치되며 상기 제 1 로터와 일정 간격 이격되며 상기 페달 샤프트 타측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 2 로터와; 상기 수신기가 수신한 신호에 따라 상기 페달 샤프트 양단 사이에 발생된 비틈(tortion) 각도나 토션을 검출하는 검출 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 비접촉식 토션검출기는, 상기 페달 샤프트의 일측단 외주에 형성되며, 상기 페달 샤프트 일측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 1 치차와, 상기 제 1 치차에 연동하여 회전하며 상기 제 1 로터에 상기 제 1 치차의 회전력을 전달하는 제 1 피니언 기어를 포함하는 제 1 로터 구동수단과; 상기 페달 샤프트의 타측단 외주에 형성되며, 상기 페달 샤프트 타측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 2 치차와, 상기 제 2 치차에 연동하여 회전하며 상기 제 2 로터에 상기 제 2 치차의 회전력을 전달하는 제 2 피니언 기어를 포함하는 제 2 로터 구동수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 로터 및 상기 제 2 로터는 각각 회전 중심점을 중심으로 하는 한 쌍의 부채꼴 형태로 형성되며, 상기 검출 제어수단은 상기 제 1 로터 및 상기 제 2 로터의 회전차에 의한 음영각의 크기변화를 상기 수신기에서 수신한 신호 세기를 이용하여 검출하며 음영각의 크기에 따른 상기 레벨샤프트 양단에 발생된 비틈각도 또는 토션을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 로터는 부채꼴 형상의 제 1 날개와 상기 제 1 날개와 회전 중심점을 기준으로 대칭인 제 2 날개를 구비하며, 상기 제 2 로터는 상기 제 1 로터의 제 1 날개에 대응하는 부채꼴형상의 제 3 날개와 상기 제 2 날개에 대응하는 부채꼴 형상의 제 3 날개를 구비하며, 상기 제 1 로터 및 제 2 로터의 회전수는 상기 페달 샤프트의 1회전에 대하여 3 내지 5회의 범위에 놓여지며, 상기 제 1 날개 및 제 3 날개에 의한 음영각 및 상기 제 2 날개 및 제 4 날개에 의한 음영각의 변화폭은 0~25도의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 4 날개는 각각 중심각도가 90도이며, 제 1 날개와 제 2 날개 또는 제 3 날개와 제 4 날개의 사이 각도는 90도인 부채꼴형상인 것을 특징으로 한다.
상기 전송기는 원형판을 일정 각도 간격으로 분획하여 각 분획구역(Sn)에서 개별적으로 전계신호를 발생시키며, 상기 수신기는 상기 전송기에 대응하는 링타입 전극이 형성되어, 상기 제 1 및 제 2 로터의 회전에 의한 음영각의 크기변화에 따른 전계신호를 수신하며, 음영각의 크기를 수신된 전계신호의 변화에 대응하는 변위전류 형태로 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거는, 비접촉식 토션 검출기와; 상기 비접촉식 토션 검출기에서 검출된 결과에 대응하는 보조동력을 산출하며, 보조동력을 발생시키는 구동모터를 제어하여 산출된 바의 보조동력이 자전거 휠로 제공되도록 제어하는 모터 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조동력의 크기는 매순간 상기 비접촉식 토션 검출기에 의해 측정되는 토션크기에 비례하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조동력의 크기는 자전거 운행자의 신체적 특징에 따라 토션크기에 대한 비례함수가 선택 변경될 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성의 서로 독립적으로 회전하는 회전체인 제 1로터와 제 2로터에 의한 전송기와 수신기 사이 전계 변화를 측정하는 방식에 의해 페달 샤프트 양측단에 인가된 토션을 비접촉식으로 검출하는 비접촉식 토션 검출기에 의하므로 전동 자전거가 구동하는 거친 도로 환경에 대하여도 과부하가 없이 페달 샤프트 양단에 걸리는 토션의 크기를 매순간 정확하게 측정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 비접촉식 토션 검출기를 장착한 자전거는 매 순간 신뢰성 있게 자전거 페달에 인가되는 답력 크기를 측정하는 것이 가능하며 자전거의 이용환경에 대응한 보조동력의 크기를 적절하게 산출하여, 전동 자전거의 보조동력을 탄력적으로 제어하는 것이 가능해진다.
도 1은 종래의 전동자전거에 의한 보조동력의 발생상태를 예시한 개요도.
도 2a는 본 발명의 실시예의 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거의 주요부의 구성을 예시한 분해 사시도.
도 2b는 본 발명의 실시예의 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거의 주요부의 구성을 예시한 개요도.
도 3은 본 발명의 실시예의 비접촉식 토션 검출기의 구성을 예시한 개요도.
도 4는 본 발명의 실시예의 비접촉식 토션 검출기의 구성을 예시한 사시도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예의 비접촉식 토션 검출기의 검출원리를 예시한 개요도.
도 6은 전동자전거의 운행 환경에 따른 답력의 분포를 예시한 개요도.
도 7은 본 발명의 실시예의 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거에 의한 보조동력의 공급상태를 예시한 개요도.
이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 비접촉식 토션 검출기 및 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2a와 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예의 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거(20)는, 하이브리드 전동 자전거(20) 페달샤프트(21) 양단에 인가되는 토션(tortion)을 검출하는 비접촉식 토션 검출기(30)와, 상기 비접촉식 토션 검출기(30)에서 검출된 결과에 대응하여 상기 전동 자전거(20)의 구동을 위한 보조동력을 산출제어하는 모터 제어수단(29)과, 모터 제어수단(29)의 제어에 따라 보조동력을 발생시켜 자전거 휠 구동을 보조하는 구동모터(25)를 포함한다.
도 3과 도 4에 도시된 본 발명의 실시예의 비접촉식 토션 검출기(30)는, 전계신호를 발생하여 전송하는 전송기(31)와, 상기 전송기에서 전송하는 전계신호를 수신하는 수신기(41)와, 전송기(31)와 동축에 놓여지며, 페달 샤프트(21) 좌측단의 회전에 연동하여 회동하는 제 1 로터(33)와, 제 1 로터(33)와 일정 간격 이격되며 페달 샤프트(21) 우측단에 연동하여 회전하는 제 2 로터(35)와, 상기 수신기(41)가 수신한 전계신호 변화에 따라 상기 제 1 로터(33)와 상기 제 2 로터(43)에 의해 전계신호를 차단하는 음영영역의 각도변화를 검출하여 상기 페달 샤프트(21) 양단에 걸리는 비틈각도(tortion angle)를 검출하는 검출 제어수단(50)을 포함한다.
본 실시예의 비접촉식 토션검출기(30)는 대략 원통형상으로 형성되며, 그 중심축이 페달 샤프트(21)에 평행하며 일정간격 이격된 위치에 설치된다. 본 실시예의 비접촉식 토션검출기(30)는 내측의 전송기(31), 제 1 로터(33), 제 2 로터(43) 및 수신기(41)가 일응 동축상에 설치되지만, 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)는 서로 독립적으로 회전할 수 있도록 일정 간격 이격되어서 자전거가 구동하는 거친 환경에서는 순간적으로는 축상에서 벗어날 수도 있는 유연한 구조로 형성된다. 예컨대, 제 1 로터(33)는 전송기(31)의 중앙의 홀을 관통하는 제 1샤프트(32)에 체결되어서 제 1 샤프트(32)와 일체로 회전하며, 제 2 로터(43)는 수신기(41)의 중앙의 홀을 관통하는 제 2 샤프트(42)에 체결되어서 제 2 샤프트(42)와 일체로 회전하도록 하는 것과 같이 서로 독립적으로 회전할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 전송기(31)와 수신기(41)는 중앙에 홀이 형성된 원판형상으로 토션검출기(30) 프레임 상에 고정설치되어 회전하지 않으며, 전송기(31)와 수신기(41)의 내측에는 PCB가 각각 설치되어서 전송기(31)에서 전계신호(펄스)를 발생시키며, 수신기(41)에서 전계신호 변화를 변위전류로 수신할 수 있도록 한다.
본 실시예의 전송기(31)는 중앙의 홀이 형성된 원판형상이며, 일정 각도 간격으로 분획된 전송 세그먼트(31a)로 구성되며, 각 전송 세그먼트(31a)에서는 각각 독립적으로 전계신호가 발생된다.
본 실시예의 수신기(41)는 상기 전송기(31)에 대응하는 중앙에 홀이 형성된 원판형상으로 형성되며, 상기 각 전송 세그먼트(31a)에서 전송된 전계신호를 원판형 센서(즉 링형 센서)에서 수신하여 전계 변화를 변위전류형태로 읽는다.
본 실시예의 전송기(31)는 도 3과 같이 4개 구획(즉 각 전송 세그먼트의 중심각도가 90도)으로 형성될 수도 있지만 이에 한하는 것은 아니며 실시예에 따라 8개의 구획(즉 각 전송세그먼트의 중심각도가 45도)으로 형성될 수 있으며 실시예에 따라 다를 수 있다. 전송기(31) 내측에는 전송 세그먼트(31a)로 가는 캐리어 신호(Carrier signal) 주파수를 미세조정하기 위한 세그먼트 드라이버(segment driver)를 사용하는 미세조정장치(31b)가 구비된다. 미세 조정장치(31b)에 의하여 각 전송 세그먼트에 대한 전계 펄스의 진폭과 주파수 등의 사항이 미세 조정되어 송?수신 신호 정합이 이루어지게 된다.
한편, 본 실시예의 수신기(41)는 전송기에서 전송된 전계신호를 원판형(링형) 전극을 통하여 수신하며, 수신기는 수신한 전계신호를 원판형 전극으로부터 전계 캐리어 주파수에 대한 변위전류 형태로 읽는다.
예컨대, 수신기(41) 원판형 전극에 수신된 전류신호는 공진회로(41a)의 입력이며, 공진회로(41a)는 캐리어 주파수에 동조되어 소음이 작은 협대역 전압증폭기 역할을 한다. 공진회로(31a)의 출력은 증폭기(31b), 협대역 필터(31c), 정류기 회로(31d) 및 저역통과 필터(31e)를 순차 거치며, 최종적으로 검출 제어수단(50)의 ADC 변환기(51)를 통하여 컨트롤러(53)로 입력된다.
본 실시예의 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)는 로터 구동수단에 의하여 페달샤프트(21) 회전에 연동될 수 있도록 구성되며, 로터 구동수단은 제 1 로터(33)를 구동하는 제 1 로터 구동수단과 제 2 로터를 구동하는 제 2 로터 구동수단을 포함한다.
예컨대, 본 실시예의 제 1 로터 구동수단은 페달 샤프트(21)의 좌측단 외주에 형성되어 상기 페달 샤프트(21) 좌측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 1 치차(35)와, 제 1 치차(35)에 맞물려서 회전하며 제 1 샤프트(32)를 통하여 제 1 로터(33)에 제 1 치차(35)의 회전력을 전달하는 제 1 피니언 기어(36)를 포함한다.
예컨대, 본 실시예의 제 2 로터 구동수단은 페달 샤프트(21)의 우측단 외주에 형성되어 상기 페달 샤프트(21) 우측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 2 치차(45)와, 제 2 치차(45)에 맞물려서 회전하며 제 2 샤프트(42)를 통하여 제 2 로터(43)에 제 2 치차(45)의 회전력을 전달하는 제 2 피니언 기어(46)를 포함한다.
도 5c에 도시된 바와 같이 본 실시예의 제 1 로터(33)와 제 2로터(43)는 각각 회전 중심을 원점으로 하는 한 쌍의 부채꼴 형상 날개로 형성될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 1 실시예에서 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43) 각각의 한 쌍의 날개는 상기 원점을 기준으로 대칭인 한 쌍의 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)는 각 샤프트(32,42)와 각 로터 구동수단에 의하여 각각 페달 샤프트(21)에 접지되며, 제 1 로터(33) 또는 제 2 로터(43)의 날개들에 의해 가려지는 부분은 전송기(31)와 수신기(41) 사이의 전계신호를 차단한다.
예컨대, 도 5c 및 도 5d에 도시된 본 발명의 1 실시예에서 제 1 로터(33)의 한 쌍의 부채꼴 형상 날개가 상기 원점을 중심으로 대칭인 경우, 각 부채꼴의 중심각도는 90도이고, 각 부채꼴과 부채꼴의 이격 각도는 90도로 형성되는 것이 가능하다.
즉, 제 1 로터(33)의 제 1 날개(33a)와 제 2 날개(33b) 및 그에 대응하는 제 2 로터(43)의 제 3 날개(43a)와 제 4 날개(43b)는 각각 중심각이 90도이며 날개사이 중심각이 90도로 형성되는 것이 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예의 전동 자전거(20)가 평지에서 구동되는 경우에는 페달(26,27)을 밟는 답력이 작으므로 페달 샤프트(21)에 인가되는 토션이 감소하며, 내리막에서 구동하는 경우는 페달 샤프트(21)에 토션이 인가되지 않으며, 오르막의 경우에는 페달 샤프트(21)의 토션이 증가한다.
따라서, 본 실시예에서 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)는 일응 동축상에서 대응되도록 설치되어 내리막을 이동하는 경우와 같이 토션이 없거나 거의 없는 경우에는 제 1 날개(33a)와 제 3 날개(43a) 및 제 2 날개(33b)와 제 4 날개(43b)는 거의 일치된 상태로 회전하므로 제 1 날개(33a)와 제 3 날개(43a)에 의한 음영각은 90도에 해당하게 되며, 제 2 날개(33b)와 제 4 날개(43b)에 의한 음영각도 90도에 해당하며, 전계신호가 차단되지 않는 범위도 각 90도에 해당하게 된다.
한편, 평지나 오르막을 이동하는 경우에는 페달 샤프트(21)에 토션이 인가되며, 페달 샤프트(21)에 인가된 토션의 크기는 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)에 의한 음영각의 변위(φ)로 검출될 수 있다(도 5d).
예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 비틈각도 θ와 토크 T의 관계는,
비틈각도 (θ) = Tl / GI P (rad) = 180Tl π GI P (°)
토크 (T) = πθGI P /180l (N?m)
(여기서, G: 전단탄성계수(N/m2), I P : 극 2차모멘트 (m 4 ), i: 페달샤프트의 길이)
의 식으로 나타낼 수 있으므로, 답력의 크기는 비틈각도 θ 의 산출에 의하여 결정될 수 있다.
한편, 비틈각도 θ에 의한 페달 샤프트(21)의 회전거리는 제 1?제 2 치차(35,45)의 증폭에 의하여 증폭될 수 있으며, 동일 토크에 대하여 제 1 로터(33)와 제 2 로터(43)에 의한 음영영역은 치차(35,45)의 증폭비율에 의하여 음영각 변위(φ)가 달라질 수 있다.
본 실시예에서 제 1?제 2 치차(35,45)는 페달 샤프트(21) 외주면상의 이동거리를 대략 4배 정도로 증폭하도록 형성되며, 상기 구조의 제 1 로터(33) 및 제 2 로터(43)에 의하는 음영각의 변위(φ)는 0 내지 20도의 범위에 놓여지나 이는 페달샤프트(21) 및 제 1?제 2 치차(35,45)의 구조에 의하여 변경될 수 있는 것이며 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예의 제 1 로터(33)와 제 2로터(45)에 의한 음영각의 변화는 토션이 0인 상태 즉 영점 상태에서 형성된 전송기(31)?수신기(41)?제 1 및 제 2 로터(33,43)에 의한 전계를 변경시키며, 전계의 변화는 수신기(41)에서 변위전류의 형태로 검출되며, 검출 제어수단(50)은 검출된 변위전류에 의하여 역으로 음영각의 변위를 추정한다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 자전거 일측 페달이 답력이 가장 큰 각도 범위를 통과할 때마다 토션의 크기 및 음영각은 순간 최대를 이루며, 지형의 변화에 따라 순간 최대값의 범위는 변화하게 된다.
예컨대, 평지를 이동중에는 순간 최대값은 일정 범위를 유지하다가, 오르막으로 지형이 변하게 되면 음영각의 순간 최대값은 급격히 상승하며 오르막이 유지되는 범위에서 그 값에 근접하게 된다.
본 실시예의 검출 제어수단(50)은 전송기(31) 및 수신기(41)의 동작을 제어하며, 수신기(41)로부터 입력되는 신호를 ADC 전환하며, 측정된 값에 의하여 음영각을 산출하고 또한 음영각의 변위(φ)에 따른 비틈각도 θ를 검출하는 것에 의해 자전거 페달(26,27)에 인가되는 답력을 검출하여 모터 제어수단(29)으로 입력함으로써 답력에 대응하는 적절한 보조동력의 범위를 산출하여 구동모터(25)의 구동을 제어할 수 있게 한다.
한편 검출 제어수단(50) 페달샤프트(21)의 비틈각도나 토션에 대응하는 범위 전류 또는 전압신호(예컨대 4~20mA 또는 1~5V)를 발생시켜서 모터 제어수단으로 입력된다. 본 실시예에서는 검출 제어수단(50)의 컨트롤러(53)의 출력이 전류 또는 전압의 아날로그 신호로 발생되지만 모터 제어장치의 구성에 따라 컨트롤러(53)의 출력형식은 디지털 신호로 전환되어 발생될 수도 있는 것이며 실시예에 따라 신호의 범위나 형식은 변화될 수 있는 것이며 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 구동모터(25)에서 발생된 보조동력은 자전거 휠을 보조적으로 회전시켜서 전동 자전거(20) 운행자의 페달구동을 보조하므로 지형의 변화나 도로 환경에 상관없이 자전거 사용자가 적절한 유산소 운동의 효과를 얻으면서 자전거를 이용하는 것이 가능하게 된다.
또한 상기 보조동력의 크기는 전동 자전거(20) 운행자의 신체적 특징에 따라 답력 크기에 대한 비례함수가 사용자 선택에 따라 변경되도록 설정되어 보조동력의 크기를 자전거 운행자의 체력조건이나 신체적 특징에 따른 필요 동력에 따라 탄력적 제어하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 균등범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.
20......전동 자전거 21......페달 샤프트
25......구동모터 26,27...페달
30......비접촉식 토션 검출기 31......전송기
31a.....전송 세그먼트 31b.....미세조정장치
32......제 1 샤프트 33......제 1 로터
35......제 1 치차 36......제 1 피니언 기어
41......수신기 42......제 2 샤프트
43......제 2 로터 45......제 2 치차
46......제 2 피니언 기어 50......검출 제어수단

Claims (9)

  1. 전계신호를 발생하여 전송하는 전송기와;
    상기 전송기와 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 전송기에서 전송하는 전계신호를 수신하는 수신기와;
    상기 전송기와 수신기 사이, 상기 전송기에 근접한 위치에 상기 전송기와 동축에 설치되며, 페달 샤프트 일측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 1 로터와;
    상기 전송기와 수신기 사이, 상기 수신기와 근접한 위치에 상기 수신기 및 상기 제 1 로터와 동축에 설치되며 상기 제 1 로터와 일정 간격 이격되며 상기 페달 샤프트 타측단의 회전에 연동하여 회전하는 제 2 로터와;
    상기 수신기가 수신한 신호에 따라 상기 페달 샤프트 양단 사이에 발생된 비틈(tortion) 각도나 토션을 검출하는 검출 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉식 토션검출기는,
    상기 페달 샤프트의 일측단 외주에 형성되며, 상기 페달 샤프트 일측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 1 치차와, 상기 제 1 치차에 연동하여 회전하며 상기 제 1 로터에 상기 제 1 치차의 회전력을 전달하는 제 1 피니언 기어를 포함하는 제 1 로터 구동수단과;
    상기 페달 샤프트의 타측단 외주에 형성되며, 상기 페달 샤프트 타측단 외주면의 회전거리를 증폭시키는 제 2 치차와, 상기 제 2 치차에 연동하여 회전하며 상기 제 2 로터에 상기 제 2 치차의 회전력을 전달하는 제 2 피니언 기어를 포함하는 제 2 로터 구동수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션 검출기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 로터 및 상기 제 2 로터는 각각 회전 중심점을 중심으로 하는 한 쌍의 부채꼴 형태로 형성되며, 상기 검출 제어수단은 상기 제 1 로터 및 상기 제 2 로터의 회전차에 의한 음영각의 크기변화를 상기 수신기에서 수신한 신호 세기를 이용하여 검출하며 음영각의 크기에 따른 상기 레벨샤프트 양단에 발생된 비틈각도 또는 토션을 산출하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션 검출기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 로터는 부채꼴 형상의 제 1 날개와 상기 제 1 날개와 회전 중심점을 기준으로 대칭인 제 2 날개를 구비하며,
    상기 제 2 로터는 상기 제 1 로터의 제 1 날개에 대응하는 부채꼴형상의 제 3 날개와 상기 제 2 날개에 대응하는 부채꼴 형상의 제 3 날개를 구비하며,
    상기 제 1 로터 및 제 2 로터의 회전수는 상기 페달 샤프트의 1회전에 대하여 3 내지 5회의 범위에 놓여지며,
    상기 제 1 날개 및 제 3 날개에 의한 음영각 및 상기 제 2 날개 및 제 4 날개에 의한 음영각의 변화폭은 0~25도의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션검출기.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 날개는 각각 중심각도가 90도이며, 제 1 날개와 제 2 날개 또는 제 3 날개와 제 4 날개의 사이 각도는 90도인 부채꼴형상인 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션 검출기.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 전송기는 원형판을 일정 각도 간격으로 분획하여 각 분획구역(Sn)에서 개별적으로 전계신호를 발생시키며,
    상기 수신기는 상기 전송기에 대응하는 링타입 전극이 형성되어, 상기 제 1 및 제 2 로터의 회전에 의한 음영각의 크기변화에 따른 전계신호를 수신하며, 음영각의 크기를 수신된 전계신호의 변화에 대응하는 변위전류 형태로 검출하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 토션 검출기.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서의 비접촉식 토션 검출기와;
    상기 비접촉식 토션 검출기에서 검출된 결과에 대응하는 보조동력을 산출하며, 보조동력을 발생시키는 구동모터를 제어하여 산출된 바의 보조동력이 자전거 휠로 제공되도록 제어하는 모터 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 보조동력의 크기는 매순간 상기 비접촉식 토션 검출기에 의해 측정되는 토션크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 보조동력의 크기는 자전거 운행자의 신체적 특징에 따라 토션크기에 대한 비례함수가 선택 변경될 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 보조동력의 크기를 필요 동력에 따라 탄력적 제어가능한 전동 자전거.
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