KR20140019604A - 회생형 자전거 - Google Patents

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KR20140019604A
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KR1020120085909A
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강신유
고병철
김원식
유병우
오원식
은상빈
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강원대학교산학협력단
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Abstract

앞 바퀴에 내장된 BLDC의 모터에서 생성되는 전압으로 배터리를 충전하는 회생형 자전거에 관한 것이다. 수동 또는 배터리와 모터로 구동되는 하이브리드 전동 자전거에 있어서, 모터는 전동 자전거의 앞 바퀴에 내장되는 BLDC 모터로 구성된다. 또한, 수동 구동시 BLDC 모터에서 발생된 전압을 승압시켜주는 승압회로를 포함하며, 배터리는 승압된 전압을 인가 받아 충전되는 것을 특징으로 한다.

Description

회생형 자전거{control of regeneration energy in a electric bicycle}
본 발명은 수동 운전시, 앞 바퀴에 내장된 BLDC의 모터에서 생성되는 전압으로 배터리를 충전하는 회생형 자전거에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 페달과 후륜의 회전축에 각각 크기가 다른 스프로킷을 설치하고 이에 체인을 걸어 동력을 전달하도록 구성되며, 이러한 구조의 자전거는 사용자가 발로 페달을 회전시키면 페달의 축에 설치된 스프로킷이 회전하여 체인을 회전시키고 체인은 다시 후륜축에 설치된 스프로킷을 회전시켜 후륜이 회전되어 자전거가 주행하게 된다.
그러나 이러한 자전거는 여러 마디로 이루어진 체인의 자체 마찰 및 체인과 스프로킷 간의 마찰에 의해 동력이 손실되기 때문에 짐을 운반할 때나 오르막 등반시에 힘이 많이 드는 문제가 있었다.
따라서, 이를 해결하기 위해 전기를 동력원으로 하는 모터의 구동으로 바퀴를 회전시키는 전동 자전거를 개발하였으나, 모터를 지속적으로 구동시킬 경우 모터에 동력을 제공하는 배터리가 빨리 방전되어 장시간 사용이 어려운 문제가 있었다.
공개특허공보 제10-2011-0084662(2011.07.26 공개)
본 발명의 과제는 앞 바퀴에 BLDC 모터를 내장하고, 수동으로 운전시 바퀴의 회전력에 의해 BLDC 모터에서 생성되는 전압으로 배터리를 충전해주는 회생형 자전거를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회생형 자전거는 모터와 승압회로 및 배터리를 포함한다. 상기 모터는 BLDC 모터로 전동 자전거의 앞 바퀴에 내장되며, 상기 승압회로는 수동 구동시 상기 BLDC 모터에서 발생된 전압을 승압시켜주고, 상기 배터리는 승압된 전압을 인가 받아 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 앞 바퀴에 BLDC 모터를 내장하고 사용자의 필요에 따라 자동 또는 수동으로 운전 가능하도록 형성함으로써 배터리를 효율적으로 사용할 수 있다.
아울러, 수동으로 운전을 하는 경우에는 바퀴의 회전력에 의해 BLDC 모터에서 전압이 생성되고, 생성된 전압으로 배터리가 충전되므로 배터리를 미리 충전 하지 못하거나, 장시간 운전을 한 경우에도 배터리가 쉽게 방전되지 않아 보다 효율적으로 회생 자전거를 이용할 수 있다.
또한, 기울기 센서를 구비하고, 이 기울기 센서를 수동으로 조작할 수 있도록 하여 사용자가 지정한 일정 각도 이상의 오르막길에서 자동으로 구동하도록 함으로써 배터리를 효율적으로 사용할 수 있으며, 힘들이지 않고 운전할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 회생형 자전거의 도면.
도 2는 도 1에 있어서, 회생형 자전거의 모터 제어를 위한 블록 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 회생형 자전거의 도면이다. 그리고, 도 2는 도 1에 있어서, 회생형 자전거의 모터 제어를 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회생형 자전거(100)는 수동으로 운전할 경우에는 앞 바퀴가 회전할 때 생성되는 전압으로 배터리(130)를 충전하고, 인력으로 운전하기 힘들 경우에는 배터리(130)에서 나오는 전압을 이용하여 앞 바퀴(10)를 구동시키는 하이브리드 전동 자전거이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 회생형 자전거(100)는 BLDC 모터(110)와 승압회로(120)및 배터리(130)를 포함한다.
BLDC 모터(110)는 전동 자전거의 앞 바퀴(10) 축에 내장된다. 따라서, 사용자가 수동으로 운전을 할 경우 바퀴의 회전력에 의해 BLDC 모터(110)에 전압이 발생되게 된다. 이때 발생되는 전압은 15~20V이다.
승압회로(120)는 BLDC 모터(110)에서 발생된 전압을 승압시켜주는 역할을 한다. 승압회로(120)는 BLDC모터에서 발생된 15~20V의 전압을 전동자전거의 필요한 배터리(130)의 정격전압인 38~40V에 맞게 승압시켜준다. 이때 승압회로(120)에는 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor) 사의 lm2577s-adj가 사용될 수 있으나, 실시자의 필요에 따라 달라질 수 있다.
배터리(130)는 승압회로(120)로부터 승압된 전압을 인가 받아 충전될 수 있다. 이와 같이, 회생형 자전거(100)의 배터리(130)는 수동으로 운전시에 충전이 가능해지므로 배터리(130)를 미리 충전하지 못하거나, 장시간 운전을 한 경우에도 배터리(130)가 쉽게 방전되지 않아 인력으로 운전하기 힘든 길을 만났을 때 BLDC 모터(110)를 자동으로 구동시켜 보다 효율적으로 회생형 자전거(100)를 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회생형 자전거(100)는 앞 바퀴(10)에 BLDC 모터(110)를 내장하고, 사용자의 필요에 따라 자동 또는 수동으로 운전 가능하도록 형성함으로써 배터리(130)를 효율적으로 사용할 수 있다.
아울러, 수동으로 운전을 하는 경우에는 바퀴의 회전력에 의해 BLDC 모터(110)에서 전압이 생성되고, 생성된 전압으로 배터리(130)가 충전되므로 배터리(130)를 미리 충전하지 못하거나, 장시간 운전을 한 경우에도 배터리(130)가 쉽게 방전되지 않아 보다 효율적으로 회생 자전거(100)를 이용할 수 있다.
한편, 회생형 자전거(100)는 자전거의 기울기를 측정하는 기울기 센서(140)를 더 포함할 수 있다. 기울기 센서(140)는 지구의 중력중심에 대해 기울어진 방향의 각도를 측정하는 센서로, 센서 내부의 전도성을 지닌 유체와 전극들을 가지고 있어 센서의 기울기에 따라 변화하는 전도성으로 기울기를 측정한다.
기울기 센서(140)에 의해 감지된 자전거의 기울기가 일정 각도 이상이면 BLDC 모터(110)가 구동되어 자전거를 자동으로 운전할 수 있게 된다. 이와 같이, 사용자는 오르막길과 같이 인력으로 오르기 힘든 길에서 BLDC 모터(110)를 구동시켜 자동으로 운전 가능하도록 하거나, BLDC 모터(110)와 인력에 의한 하이브리드 운전이 가능하도록 형성함으로써 사용자의 편의성이 증대된다.
또한, 기울기 센서(140)의 기울기는 수동으로 조작 가능하다. 따라서, 사용자가 원하는 경사도를 설정하여 개개인의 기호에 맞게 운전할 수 있으며, 평지에서도 운전이 가능해 진다.
한편, 전술한 구성을 갖는 회생형 자전거(100)의 배터리(130) 충전방식에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 수동으로 운전하면 자전거의 앞 바퀴(10)에 연결된 BLDC 모터(110)에서 발생된 3상 신호가 3상 브릿지 다이오드를 통하여 직류파형으로 변환된다. 그러면, 승압 회로인 lm2577s-adj 칩을 이용하여 회생형 자전거(100)에서 생성된 전압을 배터리(130)의 충전 조건인 39~40V로 승압을 시켜준다. 이때, 자전거에서 발생되는 전압은 평균 주행속도 25km/hr일 때 12V가 발생되며, 주행속도에 따라 전압은 달라질 수 있다.
lm2577s-adj 칩은 기울기 센서(140)와 연결되어 승압된 전압을 공급받고, 기울기 센서(140)는 자동 전압 조정 장치(Automatic Voltage Regulator)인 ATmega128과 연결되어 승압된 전압을 ATmega128로 보내준다. 이때, 기울기 센서(140)는 자전거의 기울기 값과, 전압 및 전류의 값을 입력 받아 ATmega128로 공급할 수 있다.
그러면, ATmega128은 배터리(130)에 전압을 인가하여 배터리(130)를 충전시킨다. 이때, 배터리(130)와 컨트롤러 사이에 릴레이를 구비하고, 배터리(130)와 컨트롤러의 연결을 끊어줌으로써 배터리(130)의 충전을 원활히 할 수 있게 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10.. 앞바퀴 100.. 회생형 자전거
110.. BLDC 모터 120.. 승압회로
130.. 배터리 140.. 기울기 센서

Claims (3)

  1. 수동 또는 배터리와 모터로 구동되는 하이브리드 전동 자전거에 있어서,
    상기 모터는 전동 자전거의 앞 바퀴에 내장되는 BLDC 모터이고,
    수동 구동시 상기 BLDC 모터에서 발생된 전압을 승압시켜주는 승압회로를 포함하며,
    상기 배터리는 승압된 전압을 인가 받아 충전되는 것을 특징으로 하는 회생형 자전거.
  2. 제1항에 있어서,
    자전거의 기울기를 측정하는 기울기 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회생형 자전거.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기울기 센서의 기울기는 수동으로 조작 가능한 것을 특징으로 하는 회생형 자전거.
KR1020120085909A 2012-08-06 2012-08-06 회생형 자전거 KR20140019604A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101534794B1 (ko) * 2014-04-23 2015-07-08 국민대학교산학협력단 배터리 충방전 기능 겸용 모터 구동회로

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101534794B1 (ko) * 2014-04-23 2015-07-08 국민대학교산학협력단 배터리 충방전 기능 겸용 모터 구동회로

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