KR20130078846A

KR20130078846A - 전기 자전거의 구동장치

Info

Publication number: KR20130078846A
Application number: KR1020110147992A
Authority: KR
Inventors: 오세훈; 오세삼
Original assignee: (주)엠파워텍
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2013-07-10

Abstract

본 발명은 전기자전거 구동장치의 고정방법과 구성에 관한 것으로 페달을 통한 동력전달과 모터를 통한 동력전달이 하나의 축을 통해서 인력이 독립적으로 또는 모터와 병행해서 이루어질 수 있게 하여 기존의 변속기어를 그대로 사용할 수 있도록 구성된 운송수단을 제공함에 있다. 본 발명에서는 모터, 배터리, 제어기, 반력을 감지할 수 있는 센서를 구비한 페달 구동부를 기존의 일반자전거 좌측 또는 우측 크랭크 암을 대신 바꿔 장착 함으로서 전기자전거로 변환하는 구동부에 관한 것이다. 본 발명에서는 배선 작업을 소비자가 할 필요가 없어지므로 상대적으로 쉽게 전기자전거로 변환할 수 있다.

Description

전기 자전거의 구동장치{Electric bicycle driving kit}

본 발명은 전기자전거의 동력전달기구와 고정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 탑승자의 힘 또는 자전거 사용자가 페달을 밟는 힘에 모터 힘을 더하여 필요한 경우 그 합력으로 운행될 수 있는 전기자전거의 동력 전달기구에 관한 것이다.

본 발명은 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 전기자전거 키트는 허브모터를 이용하여 자전거의 전륜 또는 후륜을 구동하는 방식이다.

다른 형태의 전기자전거 키트는 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 프레임에 고정하는 방식을 채택하고 있다.

기존의 장착 방법은 일반 자전거에 고정하는 방법이 다음과 같이 대동소이하다. 일반적인 자전거를 전기 자전거로 변환하려면 우선 모터를 앞 바퀴나 뒤 바퀴를 떼어내고 허부모터가 내장된 바퀴로 교체한 다음 배터리를 자전거 프레임이나 뒤 자리에 고정한다. 그리고 이를 제어하는 제어기를 자전거 어딘가에 잡아매야 하고 자전거 속도를 제어하는 자전거 변속레버를 통상 앞 핸들에 고정하게 된다. 이와 더불어 전선을 자전거 프레임에 잡아매어 주어야 한다. 이러한 작업이 쉽지 않으며 또한 미관상 아름답지 못한게 현실이다.

이와 같은 여러 가지 작업없이 소비자는 간단한 설치만으로 일반자전거를 전기자전거로 사용할 수 있게 한다면 더욱 바람직하다 할 것이다. 본 발명은 이러한 요청을 만족시킨다.

따라서, 본 발명의 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 발명의 특징에 따르면, 본 발명은

일반적인 자전거의 좌측 또는 우측 크랭크를 제거하고 본 발명에서 제시하는 구동부를 좌측 또는 우측 크랭크 암에 장착하는 것만으로 전기자전거 변환이 되도록 하는데 있다. 구체적으로 설명하면 먼저 기존 자전거의 좌측 또는 우측 크랭크 암을 제거한다. 그리고 크랭크축을 고정하는 베어링 너트 대신 여기에 일방향 클러치와 반력기어를 설치한다.

자전거 크랭크 축에 페달 고정판를 장착하고, 이 고정판에 장착되어 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동력을 감속하여 전달하는 구동기어로 구성한다. 페달과 연결된 바는 스프링 탄성에 의해 답력에 따라 변형되며 이를 검출하는 센서 또는 리미스위치로 구성된다. 또한 배터리를 별도 공간에 두지 않고 이 고정판에 고정한다. 따라서 본 구동부는 고정판에 모터, 감속기, 전원부, 센서부 그리고 이를 제어하는 제어기가 모두 장착되어 기존 편측 크랭크 암을 대신 하여 장착되게 된다. 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 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 클러치에 장착되어 있는 반력기어는 모터가 장착되어 있는 좌측 크랭크 암을 모터가 구동될때 자전거 진행 방향으로 밀어 주는 역할을 한다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 전기자전거의 구동장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 모터, 배터리, 제어기, 반력을 감지할수 있는 센서를 구비한 구동부를 기존의 일반자전거 우측 또는 좌측 크랭크 암에 장착함으로 전기자전거로 변환할 수 있다.

이와 같은 구성의 본 발명에 의하면 기존의 일반 자전거의 프레임과 부품을 그대로 사용하고 단지 편측 크랭크 암을 본 발명에서 예시한 구동장치로 교체하여

전기자전거로 쉽게 변환할 수 있다. 기존 자전거의 구동륜에 구비되는 변속장치를 그대로 이용할 수 있어 전기자전거의 변속비가 다양하게 되는 이점도 있다. 일반 자전거의 기능을 그대로 유지하면서 전기자전거의 기능을 추가하므로 사용자가 일반 자전거로 또는 전기 자전거로의 선택적 사용이 가능한 효과가 있다.

기존의 전기자전거 키드를 구성할 경우 모터, 배터리, 제어기 그리고 속도 조절기등을 연결하는 선을 사용자가 직접 구성해야 하지만 본 발명에서는 이러한 배선 작업이 자전거 프레임과는 상관이 없어서 미려하게 구성할 수 있다.

도 1은 일반적인 자전거의 측면도.
도2는 일반적인 자전거의 크랭크 부분도
도 3은 본 발명품이 장착된 자전거의 좌측면도
도 4는 본 발명품이 장착된 크랭크 부분도
도 5는 본 발명품을 우측에 장착한 예시
도 6은 크랭크 축 하우징에 반력기어와 일방향클러치를 부착한 모습
도 7은 크랭크 축에 고정판을 부착한 모습
도 8은 고정판에 감속모터를 부착한 모습
도9는 고정판에 좌측 크랭크 암과 페달이 결합된 모습
도10은 답력 센서중 하나인 리밋스위치
도11은 모터기어와 반력 기어가 분리된 모습

이하 본 발명에 의한 전기자전거의 구동장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 일반적인 자전거의 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 일반 자전거의 크랭크 축 부위 부분도이다.

도 3은 본 발명인 구동부가 장착된 자전거의 측면도로서 자전거에 장착한 실시 예의 구성을 보인 측면도이다.

도 4는 본 발명 실시 예의 크랭크 부분 상세 도면을 나타내고 있으며,

도 5는 본 발명품을 우측에 장착한 예시이다.

도 6는 크랭크 축 하우징에 기어와 일방향 클러치를 부착한 모습를 보여준다.

도 7, 8, 9은 자전거 크랭크 축에 구동부가 장착되는 순서도를 표시하고 있다.

도11은 모터기어와 반력기어가 분리된 모습이다.

이 그림순서는 단지 원리를 이해하기 쉽도록 장착순서를 명기한 것이며

실제로 소비자가 이런 순서대로 조립할 필요는 없다. 이 부품들은 공장에서 미리 조립이 다 되어서 소비자는 이 키트(모터+제어기+배터리+답력센서)(54)를 크랭크 축(14)에 크랭크 고정너트(15)로 조여주면 되는 것이다.

도1을 참조 하면서 일반 자전거의 구조와 동력 전달 메카니즘을 설명한다. 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 우측 크랭크 암(40), 상기 우측 크랭크 암(40)의 선단에 회전가능하게 설치되는 페달(42), 좌측 크랭크 암(41'), 상기 좌측 크랭크 암(41')의 선단에 회전가능하게 설치되는 페달(43), 상기 크랭크 축(14)에 연결 설치되어 상기 우측 페달(42)과 좌측 페달(43) 구름에 의한 답력을 후륜(5)으로 전달한다. 본 발명을 실시하기 위해서는 좌측 크랭크 암(41') 또는 우측 크랭크 암(40)를 크랭크 축(14)으로부터 제거한다. 일반 자전거에 본 발명 구동부를 장착하기 위해서는 크랭크 축 고정너트(39)를 풀고내고 일방향클러치(38)로 고정한다. 여기에 반력기어(25)를 결합한다.

도 3은 본 발명의 실시 예로 좌측 크랭크 암(41')를 대신하여 고정판(10),모터(20), 모터구동기어(23), 크랭크 암(41), 페달(43), 배터리(50),모션 제어기(51), 답력 센서(52), 제어스위치(53)가 구비된 구동부 키트(54)가 장착된 모습이다.

제어스위치(53)가 켜져 있는 상태에서 페달 (43)에 답력이 설정값 이상으로 가해지면 답력 센서(52)가 ON이 되고 모션 제어기(51)가 모터(20)를 구동한다. 이 모터 구동력은 모터구동기어(23)로 전달되고 이와 물려있는 반력기어(25)를 밀치게 된다. 이때 반력기어(25)는 일방향클러치(38)가 회전하지 않기 때문에 정지상태로 있게 된다. 따라서 물려있는 모터구동기어(23)를 밀치게 되고 이의 반동으로 구동부 키드(54)가 자전거를 전진시키는 방향으로 회전하게 한다. 이렇게 하여 모터 구동력과 답력이 합력하여 자전거를 전진시키게 된다. 답력센서(52)가 OFF되어도 모션 제어기(51)가 모터를 일정시간 구동시켜 우측페달(42)에 답력이 가해지는 동안에도 자전거를 모터가 도울 수 있도록 설정할 수 있다. 도 5처럼 구동부 키트가 우측에 장착된 경우에는 답력센서(52)가 OFF되어도 모션 제어기(51)가 모터를 일정시간 구동시켜 좌측페달(43)에 답력이 가해지는 동안에도 자전거를 모터가 도울 수 있도록 설정할 수 있다.

제어스위치(53)가 OFF인 상태에서는 답력이 가해지면 구동부 키트(54)는 회전하게 되고 이와 물려있는 반력기어(25)는 정지되어 있는 모터구동기어(23)과 연동하기 위해서는 페달 구동방향으로 돌아가는 회전력을 받게 되고 이와 함께 고정되어 있는 일방향클러치(38)가 회전하는 방향으로 되어 저항을 받지 않고 회전하게 된다. 따라서 제어스위치(53)가 OFF인 상태에서는 답력의 대부분은 자전거를 전진시키는 에너지로 변환되게 된다. 즉 제어스위치(53)가 OFF인 상태에서는 일반 자전거와 같이 모터의 존재감을 느끼지 않고 자전거를 탈 수가 있게 된다.

구동모터를 도11에 나타낸 것처럼 모터구동기어 물림위치(30)에서는 위에서 말한 대로 구동된다. 그러나 반력기어(25)와 모터 구동기어(22)를 완전히 분리하고자 할 경우는 모터구동기어 물림해제(31)로 모터(20)를 옮겨서 조립하면 기어가 분리되어 모터 기어 저항이 없기 때문에 일반 자전거와 똑같이 탈수가 있다. 이렇게 함으로서 답승자는 모터 저항을 조금도 받지 않게 되는 것이다.

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.

구동모터(20)이 작동되기 위해서는 다음의 조건을 만족해야 한다. 우선 제어스위치(53)이 켜져 있어야 하고 페달(43)이 답력을 받을수 있는 위치에 있어야 하며 답력이 작용하여야 하며 이 답력이 설정된 힘보다 커야 답력센서(52)가 작동하고 이 신호에 의해 모션 제어기(51)가 모터(20)를 구동한다. 답력센서(52)는 여러 가지 형태가 가능한데 도10에 나타낸 것은 리밋스위치 종류이다. 크랭크 암(41)의 몸체에 직접 장착할수 있는 스트레인게이지 형태도 가능하다. 이외에도 자석과 홀센서를 이용하여 답력을 검출할 수 있으며 이런 기술들은 이미 공지된 기술로 본 발명에서는 상세히 설명하지 않는다. 이러한 센서들을 이용할 경우 답력이 설정된 값 이상이 되면 구동모터를 작동시키도록 제어기를 쉽게 구성할 수 있다.

구동부 키트(54)를 장착하기 위해서는 기존의 자전거 크랭크를 고정하는 크랭크 고정너트(15)로 조여주면 된다. 모터(20)를 구동하기 위해서는 배터리(50)가 필요한데 이 배터리를 별도의 케이스를 만들어 본 키트에 결합하는 것이 바람직하다.

충전을 위해서는 배터리를 분리하여 전용 충전기로 충전할수 있지만 본 발명에서는 다음과 같이 충전할 수도 있다. 사용자가 충전을 하고 싶으면 앞바퀴 또는 뒤 바퀴 브레이크 레버를 가볍게 당기면 이 케이블은 반력기어(25)를 회전하지 못하게 한다. 그러면 모터는 페달의 회전에 의해 구동될 때 강제로 구동되게 되고 이로 인해 모터는 발전기로 변환되어 전력이 출력되게 된다. 이를 배터리(50)로 연결하면 충전되게 되고 이를 나중에 모터(20)를 구동할 때 에너지로 사용할 수 있게 된다.

1: 자전거
2: 핸들 그립
3: 전륜
4: 브레이크 레버
5: 후륜
7: 핸들
8: 안장
10: 고정판
12: 크랭크 하우징
14: 크랭크 축
15: 크랭크 고정너트
20: 모터
23: 모터 구동기어
25: 반력기어
27: 전륜구동 스프라켓
28: 후륜구동 스프라켓
30: 모터구동기어 물림위치
31:모터구동기어 물림해제
38: 일방향 클러치
39. 좌측 크랭크 축 고정너트
40: 우측 크랭크 암
41': 좌측 크랭크 암
41: 본 발명에 의한 크랭크 암
42: 우측 페달
43: 좌측 페달
45: 체인
46: 반력기어 고정볼트
50: 배터리
51 모션 제어기
52: 페달힘 검출부
53:제어기 스위치
54: 구동부 키트

Claims

일반 자전거의 편측 크랭크 암(40또는41')을 제거하고 여기에 자전거의 크랭크 축(14) 편측에 장착되는 고정판(10)이 있으며 이 고정판에는, 페달과 전원공급을 하는 배터리, 답력을 검출하는 센서부 이 신호를 이용하여 모터 출력을 제어하는 모터제어기, 구동력을 제공하는 모터가 장착되어 있고 감속부를 통하여 동력을 전달하는 구동기어와 크랭크 축 하우징에 결합되어 있는 반력기어(25)와 모터 구동력과 사용자의 답력을 자전거의 구동륜으로 전달하는 동력전달기구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 자전거의 구동장치.
일반 자전거의 편측 크랭크 암(40또는41')을 제거하고 여기에 자전거의 크랭크 축(14) 편측에 장착되는 고정판(10)이 있으며 이 고정판에는, 페달과 전원공급을 하는 배터리, 답력을 검출하는 센서부 이 신호를 이용하여 모터 출력을 제어하는 모터제어기, 구동력을 제공하는 모터가 장착되어 있고 감속부를 통하여 동력을 전달하는 구동기어가 있으며 이 구동기어는 물림위치와 해제위치 선택에 의해 모터 구동기어와 크랭크 축 하우징에 결합되어 있는 반력기어(25)가 물리거나 아니면 물림이 해제되어 동력 전달을 단속할 수 있어서 일반 자전거 또는 전기자전거로 전환이 가능한 동력전달기구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 자전거의 구동장치.
제 1 항에 있어서, 크랭크 축 하우징에 일방향 클러치(38)가 부가되어 모터의 구동력과 사용자의 답력을 동시에 또는 선택적으로 전달받을 수 있도록 됨을 특징으로 하는 전기자전거의 구동장치
제 2 항에 있어서, 크랭크 축 하우징에 일방향 클러치(38)가 부가되어 모터의 구동력과 사용자의 답력을 동시에 또는 선택적으로 전달받을 수 있도록 됨을 특징으로 하는 전기자전거의 구동장치