KR20140094735A - 전기자전거용 허브 모터 구조체 - Google Patents

전기자전거용 허브 모터 구조체 Download PDF

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KR20140094735A
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송준규
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Abstract

전기자전거용 허브 모터 구조체가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기자전거용 허브 모터 구조체로서, 상기 전기자전거의 프레임에 설치되는 샤프트; 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 외주면이 스포크를 통하여 휠과 연결되는 제1 바디; 상기 제1 바디에 조립되어 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 페달력을 전달받도록 체인과 연결되는 종동 스프로킷이 마련된 제2 바디; 상기 제1 바디 및 제2 바디를 관통하여 설치되되 상기 제1 바디 또는 제2 바디 중 어느 하나와 소정의 갭(gap)을 갖도록 이루어진 고정핀; 상기 소정의 갭이 형성된 제1 바디 또는 제2 바디에 설치되어 상기 고정핀과 접촉하는 탄성체; 상기 제2 바디에 고정되며 상기 샤프트가 관통하도록 중공된 원통형의 가이드 파이프; 및 상기 가이드 파이프에 끼워져 결합되어 상기 제2 바디와 연결되며 상기 전기자전거의 페달토크를 감지하는 토크센서;를 포함하고, 상기 토크센서는 상기 체인을 통해 제2 바디로 전달되는 페달력에 의해 상기 고정핀과 제1 바디와의 갭 만큼 이동에 따른 제1 바디와 제2 바디의 상대 변형량을 감지하여 페달토크를 감지하는 전기자전거용 허브 모터 구조체가 제공될 수 있다.

Description

전기자전거용 허브 모터 구조체{Hub motor structure for electric bicycle}
본 발명은 전기자전거용 허브 모터 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크센서가 내장된 전기자전거용 허브 모터 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 근거리 이동수단의 하나로서, 최근에는 건강 등의 목적으로 운동 또는 취미용으로 널리 이용되고 있다.
최근에는 먼거리를 이동하거나 사용자의 체력소모를 줄이고자 모터의 구동력으로 주행되도록 모터를 설치한 전기자전거가 개발되고 있다.
구동력을 제공하기 위해 전기자전거에 장착되는 허브 모터는 전기자전거의 전륜 또는 후륜(이하, 통칭하여 '휠'이라 함)에 장착되어 휠을 회전시킴으로써 주행하도록 이루어진다.
이러한 모터 구조체는 휠의 스포크를 통하여 연결되는 모터 하우징을 갖추고, 모터 하우징 내에 마련된 로터와 스테이터에 의해 발생된 회전력에 따라 휠과 모터 하우징이 함께 회전하도록 이루어진다. 또한, 모터 하우징의 외측에는 운전자의 페달력을 제공받아 회전하도록 체인이 연결된 종동 스프로킷이 설치되며, 이 종동 스프로킷과 연결된 체인을 통해 전달된 회전력에 의해 운전자의 답력으로 주행할 수 있도록 이루어진다. 이때, 모터의 회전력은 제어부를 통한 사용자의 조작에 의해 제어될 수 있으나, 오르막 길 등을 주행시 운전자의 페달력을 감지하여 모터의 구동을 제어하는 토크센서가 설치되어 사용되고 있는 실정이다.
이러한 토크센서는 모터 제어부와 배선으로 연결되는데, 상기 토크센서가 전기자전거의 외부에 노출되어 전기자전거의 프레임에 설치되거나 다른 부품에 조립되기 때문에 배선이 파손될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 안정적인 배선을 위하여 휠의 샤프트에 배선홀을 별도로 가공하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 토크센서를 모터 하우징 내에 설치하여 모터 제어부와의 배선의 간결화가 가능함은 물론, 허브 모터의 장착성을 향상시킬 수 있는 전기자전거용 허브 모터 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기자전거용 허브 모터 구조체로서, 상기 전기자전거의 프레임에 설치되는 샤프트; 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 외주면이 스포크를 통하여 휠과 연결되는 제1 바디; 상기 제1 바디에 조립되어 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 페달력을 전달받도록 체인과 연결되는 종동 스프로킷이 마련된 제2 바디; 상기 제1 바디 및 제2 바디를 관통하여 설치되되 상기 제1 바디 또는 제2 바디 중 어느 하나와 소정의 갭(gap)을 갖도록 이루어진 고정핀; 상기 소정의 갭이 형성된 제1 바디 또는 제2 바디에 설치되어 상기 고정핀과 접촉하는 탄성체; 상기 제2 바디에 고정되며 상기 샤프트가 관통하도록 중공된 원통형의 가이드 파이프; 및 상기 가이드 파이프에 끼워져 결합되어 상기 제2 바디와 연결되며 상기 전기자전거의 페달토크를 감지하는 토크센서;를 포함하고, 상기 토크센서는 상기 체인을 통해 제2 바디로 전달되는 페달력에 의해 상기 고정핀과 제1 바디와의 갭 만큼 이동에 따른 제1 바디와 제2 바디의 상대 변형량을 감지하여 페달토크를 감지하는 전기자전거용 허브 모터 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 토크센서는, 센서 본체; 상기 센서 본체에 회전가능하게 설치되며 상기 가이드 파이프와 함께 회전하도록 상기 가이드 파이프가 끼워져 결합되는 결합공이 형성된 결합부; 상기 센서 본체 내부에 마련되어 상기 결합부와 일체로 형성되고 중심을 기준으로 방사상으로 일정 간격을 가지며 연장형성된 날개부를 갖춘 제1 검출 플레이트; 및 상기 제1 검출 플레이트와 동일한 형상을 가지며 상기 제1 검출 플레이트와 대향하도록 하여 상기 제1 바디에 고정되는 제2 검출 플레이트;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 검출 플레이트의 날개부와 제2 검출 플레이트의 날개부는 평상시 동일한 위상차를 갖도록 배치되며, 페달력에 따른 제1 바디와 제2 바디의 상대 변형에 의해 상기 각 날개부는 소정 각도를 갖도록 이루어짐에 따라 상기 각도에 따른 상대 변형량을 측정하여 페달토크를 측정할 수 있다.
또한, 상기 결합부의 결합공은 상기 가이드 파이프의 직경보다 큰 대경부와, 상기 가이드 파이프의 직경보다 작은 소경부를 갖추고, 상기 가이드 파이프는 외주면을 따라 일정간격 이격되어 길이 방향으로 절개된 슬릿이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 파이프의 일단부에는 상기 반경방향으로 연장 형성되어 상기 제2 바디에 압입되는 플랜지부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 바디의 내부에 설치되어 휠을 구동하기 위한 로터와 스테이터를 구비하는 모터부가 마련되고, 상기 로터는 상기 제1 바디와 함께 회전하도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 토크센서를 통하여 측정되는 전기자전거의 페달토크에 따라 모터부의 동작을 제어하는 전자제어유닛을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 샤프트와 제1 바디 및 상기 샤프트와 제2 바디 사이에는 베어링이 설치될 수 있다.
또한, 상기 결합된 제1 바디와 제2 바디는 모터 하우징으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체는 토크센서를 모터 하우징 내에 마련하여 모터를 제어하기 위한 전자제어유닛과의 배선 구조를 간결화시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조를 통하여 전기자전거의 휠에 허브 모터 구조체를 설치할 수 있어 장착성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 아울러, 전기자전거용 토크센서를 별도로 제작하지 않고 고기능을 갖는 자동차용 토크센서를 접목하여 사용할 수 있도록 이루어짐에 따라 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체의 제1 바디와 제2 바디의 결합구조를 나타내는 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체에 구비된 가이드 파이프와 토크센서의 결합상태를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체의 고정핀이 페달력에 의해 이동되는 상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체에 구비된 제1 검출 플레이트와 제2 검출 플레이트가 페달력에 의해 각 날개부 간의 각도가 변화된 상태를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체를 나타내는 사시도이고, 도 2는 상기 전기자전거용 허브 모터 구조체를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체(100)는 전기자전거의 프레임(11)에 설치되는 샤프트(101)에 설치된다. 보다 구체적으로, 전기자전거용 허브 모터 구조체(100)는 휠(전륜 또는 후륜)(미도시)의 샤프트(101)에 회전가능하게 설치되는 제1 바디(110)와, 고정핀(130)에 의해 제1 바디(110)에 조립되는 제2 바디(120)와, 제2 바디(120)에 고정된 가이드 파이프(150) 및 상기 가이드 파이프(150)에 결합되어 페달토크를 감지하는 토크센서(160)를 구비한다.
제1 바디(110)는 내부에 소정공간이 형성되며 샤프트(101)에 회전가능하게 설치된다. 즉, 도시된 바와 같이, 샤프트(101)는 제1 바디(110)의 중심을 관통하여 양단이 전기자전거의 프레임(11)에 고정된다. 이러한 제1 바디(110)는 외주면이 스포크(12)를 통하여 휠(미도시)과 연결된다. 또한, 제1 바디(110)의 내부에는 휠을 구동하기 위한 회전력을 발생시키는 모터부(115)가 마련된다.
제2 바디(120)는 샤프트(101)에 회전가능하게 설치되어 제1 바디(110)에 조립된다. 도시된 바에 따르면, 제2 바디(120)는 제1 바디(110)의 일측면에 조립되며, 샤프트(101)가 관통하도록 중심이 관통된 형상을 갖는다. 이러한 제2 바디(120)에는 전기자전거의 페달링에 따른 페달력을 전달받도록 체인(15)과 연결되는 종동 스프로킷(125)이 마련된다. 즉, 제2 바디(120)는 운전자의 페달력을 체인(15)과 연결된 종동 스프로킷(125)에 의해 전달받아 회전하도록 이루어진다.
이때, 제1 바디(110)와 제2 바디(120)는 결합되어 모터 하우징으로 이루어진다. 즉, 모터 하우징은 모터부(115)로부터 발생된 회전력에 의해 휠과 함께 회전하도록 이루어진다.
상기 모터부(115)는 통상적으로 사용되는 공지된 모터로서, 예컨대 로터(118)와 스테이터(117)로 이루어진다. 도면을 참조하면, 모터부(115)는 연결 플레이트(116)에 의해 샤프트(101)에 고정되며 코일(미도시) 권선된 링 형상의 스테이터(117)와, 상기 스테이터(117)와 일정간격 이격되어 제1 바디(110)의 내주면에 장착된 로터(118)를 구비한다. 이때, 로터(118)에는 다수의 자석(미도시)이 장착되어 스테이터(117)의 코일에 전원이 인가되면, 자석과 코일 사이에 척력 및 인력이 작용하여 로터(118)가 회전하게 된다. 즉, 로터(118)가 회전함에 따라 제1 바디(110) 및 제1 바디(110)와 조립된 제2 바디(120)가 휠과 함께 회전하게 된다. 상기 제1 바디(110) 및 제2 바디(120)가 회전시 용이하게 회전되도록 각 바디(110, 120)와 샤프트(101) 사이에는 베어링(102, 103)이 설치된다.
한편, 상기 제1 바디(110) 및 제2 바디(120)는 고정핀(130)에 의해 결합된다. 고정핀(130)은 제1 바디(110)와 제2 바디(120)를 관통하여 설치된다. 보다 구체적으로, 고정핀(130)은 제1 바디(110) 또는 제2 바디(120) 중 어느 하나와 소정의 갭(gap)을 갖도록 설치된다. 이때, 고정핀(130)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 바디(110)와 소정의 갭(G)을 갖도록 설치된 것으로 도시되었으나 제2 바디(120)와 소정의 갭(G)을 갖도록 설치될 수도 있다. 즉, 이 고정핀(130)이 제1 바디(110) 또는 제2 바디(120)와 갭(G)을 갖도록 설치되는 것은 후술할 토크센서(160)를 통하여 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 상대 변형량을 감지하여 페달토크를 측정하기 위함이다. 이러한 갭(G)에 의한 제1 및 제2 바디(110, 120)의 동작상태 및 그에 따른 페달토크의 측정구조는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
또한, 상기와 같은 소정의 갭(G)이 형성된 제1 바디(110)에는 탄성체(140)가 안정적으로 설치되도록 삽입홈(114)이 형성된다. 이 삽입홈(114)에 탄성체(140)가 끼워져 고정핀(130)과 접촉하도록 이루어진다. 이때, 비록 도시되지는 않았으나, 제2 바디(120)와 고정핀(130) 사이에 소정의 갭(G)이 형성된다면 탄성체(140)는 제2 바디(120)에 설치되도록 이루어질 수 있다.
이러한 고정핀(130)은 제2 바디(120)가 종동 스프로킷(125)을 통해 페달력을 제공받아 회전시 탄성체(140)를 가압하게 되고, 이에 따라 탄성체(140)가 소정의 갭(G) 이상 변형이 발생하면 고정핀(130)은 스토퍼의 기능을 수행하게 된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 고정핀(130)이 가압방향으로 제1 바디(110)와 밀착하게 된다. 이에, 고정핀(130)에 의해 제1 및 제2 바디(110, 120)가 함께 회전하게 된다.
상기와 같이 고정핀(130)에 의해 탄성체(140)가 변형되는 것은 페달력에 따른 부하가 발생되었다는 의미이다. 즉, 운전자의 페달력에 의해 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간의 상대 변형이 발생하게 되면 이 변형량을 감지하여 페달토크를 측정하여 모터부(115)를 구동시키도록 이루어진다. 이러한 페달력에 따른 토크는 오르막길 등을 주행할 때 발생하며, 만약 페달력에 따른 토크가 발생하지 않는 경우 일반 자전거와 동일한 답력 보조가 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기자전거용 허브 모터 구조체(100)는 페달력에 따른 토크를 감지하기 위하여 토크센서(160)를 구비한다. 토크센서(160)는 모터 하우징의 제1 커버(110)에 마련되어 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간의 상대 변형을 감지하여 페달토크를 측정하게 된다. 이때, 토크센서(160)는 가이드 파이프(150)에 의해 지지된다. 이러한 토크센서(160)와 가이드 파이프(150)의 결합상태가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 가이드 파이프(150)는 제2 바디(120)에 고정되며 샤프트(101)가 관통하도록 중공된 원통형상으로 이루어진다. 이러한 가이드 파이프(150)는 일단부에 반경방향으로 연장 형성되어 제2 바디(120)의 관통된 중심부에 압입되는 플랜지부(152)를 구비한다. 즉, 가이드 파이프(150)는 플랜지부(152)에 의해 제2 바디(120)에 고정되어 제2 바디(120)와 함께 회전하도록 이루어진다. 또한, 가이드 파이프(150)의 타단부에는 외주면을 따라 일정간격 이격되어 길이 방향으로 절개된 슬릿(151)이 형성된다. 이에, 슬릿(151)이 형성된 부분의 가이드 파이프(150)는 슬릿(151)에 의해 탄성변형 가능하도록 이루어지게 된다.
토크센서(160)는 가이드 파이프(150)에 끼워져 결합되어 제2 바디(120)와 연결된다. 보다 구체적으로, 토크센서(160)는 센서 본체(161)와, 센서 본체(161)에 회전가능하게 설치되며 가이드 파이프(150)가 끼워지는 결합공(165)이 형성된 결합부(163)와, 상기 결합부(163)와 일체로 형성된 제1 검출 플레이트(167) 및 상기 제1 검출 플레이트(167)와 대향하며 제1 바디(110)에 고정되는 제2 검출 플레이트(169)를 구비한다.
센서 본체(161)는 측정된 페달토크를 전기적 신호로 출력하도록 모터 하우징 내에 마련된 전자제어유닛(미도시)과 전기적으로 연결되며 제1 바디(110) 내에 설치된다.
결합부(163)는 센서 본체(161)를 관통하여 회전가능하게 설치되며, 센서 본체(161) 내에 함께 회전가능하도록 마련된 제1 검출 플레이트(167)와 일체로 이루어진다. 이때, 결합부(163)는 가이드 파이프(150)가 끼워져 결합되도록 결합공(165)이 형성되며, 결합공(165)에 결합된 가이드 파이프(150)와 함께 회전하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 결합부(163)의 결합공(165)은 가이드 파이프(150)의 직경보다 큰 내경을 갖는 대경부와 가이드 파이프(150)의 직경보다 작은 내경을 갖는 소경부로 구획된다. 이러한 대경부와 소경부는 가이드 파이프(150)가 삽입되는 방향의 입구로부터 삽입되는 방향으로 갈수록 점차적으로 직경이 감소하도록 이루어진다. 이는 가이드 파이프(150)와 결합시 별도의 장착부재 없이 용이하게 결합시키기 위함이다. 예컨대, 결합공(165)은 가이드 파이프(150)가 삽입되는 입구측에 대경부가 형성되고 그 반대측에 소경부가 형성된다. 이에 따라, 결합공(165)의 대경부는 상기 가이드 파이프(150)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 이루어져 가이드 파이프(150)가 삽입시 용이하게 삽입되며, 점차적으로 감소하는 결합공(165)에 의해 가이드 파이프(150)가 소경부에 밀착되며 억지끼움 된다. 이때, 가이드 파이프(150)에 형성된 슬릿(151)에 의하여 가이드 파이프(150)가 내측으로 탄성변형되며 직경이 감소하도록 이루어짐에 따라 가이드 파이프(150)와 결합부(163)가 보다 긴밀한 결합이 이루어지게 된다.
제1 검출 플레이트(167)는 센서 본체(161) 내부에 마련되어 상기 결합부(163)와 일체로 형성된다. 이 제1 검출 플레이트(167)는 중심을 기준으로 외주면을 따라 일정 간격을 가지며 방사상으로 연장형성된 날개부(167a)를 갖는다.
제2 검출 플레이트(169)는 상기 제1 검출 플레이트(167)와 동일한 형상을 가지며 제1 바디(110)에 고정된다. 즉, 제2 검출 플레이트(169)는 중심을 기준으로 외주면을 따라 일정 간격 이격되며 방사상으로 연장형성된 날개부(169a)를 갖는다. 이러한 제1 검출 플레이트(167)와 제2 검출 플레이트(169)는 대향하며 서로 소정 간격 이격되어 배치된다. 즉, 제1 검출 플레이트(167)는 센서 본체(161) 내에 마련되며, 제2 검출 플레이트(169)는 센서 본체(161)의 외부에 노출되어 제1 바디(110)에 고정된다. 또한, 상기 제1 검출 플레이트(167)의 날개부(167a)와 제2 검출 플레이트(169)의 날개부(169a)는 평상시 동일한 위상차를 갖도록 배치된다(도 6의 (a) 참고). 즉, 페달력에 따른 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 상대 변형에 의해 상기 각 날개부(167a, 169a)는 소정 각도를 갖도록 이루어짐(도 6의 (b) 참고)에 따라 상기 각도에 따른 상대 변형량을 측정하여 페달토크를 측정할 수 있게 된다.
그러면, 상기와 같은 전기자전거용 허브 모터 구조체에 의해 페달토크를 감지하는 동작상태에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 운전자가 페달(미도시)을 통하여 페달력을 발생하면, 페달과 연결된 구동 스프로킷(미도시)이 회전하여 체인(15)을 통해 종동 스프로킷(125)으로 페달력 즉, 회전력을 제공하게 된다. 이때, 종동 스프로킷(125)은 제2 바디(120)에 설치되어 제2 바디(120)로 회전력을 전달하며 함께 회전하게 된다.
여기서, 평지 또는 내리막길 등 운전자의 답력이 크게 필요하지 않는 경우 일반 자전거와 동일한 답력에 따라 제2 바디(120)가 회전하게 된다. 즉, 제2 바디(120)와 결합된 제1 바디(110)가 함께 회전하게 되고, 스포크(12)를 통해 휠(미도시)과 연결된 제1 바디(110)가 회전하여 휠이 회전하게 된다.
그러나, 경사가 큰 오르막길의 경우 페달력에 따른 토크가 크게 발생하게 된다. 이때, 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간 상대 변형량이 발생하게 된다. 즉, 체인(15)을 통해 제2 바디(120)로 전달되는 페달력에 의해 고정핀(130)이 제2 바디(120)와 함께 제1 바디(110)와의 갭(G : 도 3 및 도 5 참고) 만큼 이동하여 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간의 상대 변형량이 발생한다. 이때, 고정핀(130)은 탄성체(140)를 가압하게 되고, 탄성체(140)가 갭(G) 만큼 변형이 발생하면 고정핀(130)이 제2 바디(120)와 밀착된다. 이에 고정핀(130)은 스토퍼의 기능을 수행하게 된다.
이때, 제2 바디(120)가 갭(G)의 간격만큼 회전하게 되면, 제2 바디(120)에 고정된 가이드 파이프(150)가 함께 회전하게 되고, 또한 가이드 파이프(150)와 결합된 토크센서(160)의 결합부(163)가 함께 회전하게 된다. 이에, 결합부(163)와 일체로 형성된 제1 검출 플레이트(167)가 회전하며 제2 바디(120)에 고정된 제2 검출 플레이트(169)와의 날개부(167a, 169a)간 위상차가 발생하게 된다. 즉, 제1 검출 플레이트(167)가 회전되어 제2 검출 플레이트(169)와의 날개부(169a)와 소정 각도를 갖도록 이루어진다. 이와 같은 각도 차이에 의해 토크센서(160)는 페달토크를 감지하여 페달력을 측정하게 된다. 여기서, 페달토크의 감지 방법의 일 예로서, 일정 간격 이격된 각 제1 검출 플레이트(167)와 제2 검출 플레이트(169)의 날개부(167a, 169a) 사이에는 일정한 정전용량이 발생되며, 각 날개부(167a, 169a)에 위상차가 발생되어 소정 각도 틀어지면 고주파를 내보내에 수신된 량을 측정함에 따라 페달토크를 측정하게 된다. 이러한 토크센서(160)는 정전용량 센서의 구조를 갖는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 위상차 검출 토크센서, 자기 변형 토크 센서, 변형 게이지식 토크센서 등 다양한 타입의 토크센서(160)를 이용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자전거용 허브 모터 구조체(100)에 사용되는 토크센서(160)는 전기자전거용으로 별도로 제작된 것이 아니라 자동차에 사용되는 고성능의 토크센서를 접목하여 사용할 수 있도록 이루어짐에 따라 성능향상 및 장착성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
결과적으로, 토크센서(160)를 통해 각 검출 플레이트(167, 169)의 날개부(167a, 169a) 간 각도 차이에 따라 센싱을 통해 페달력을 측정하고, 그에 따라 전자제어유닛(미도시)에 의해 모터부(115)를 제어하여 회전력을 제공하게 된다. 즉, 운전자의 페달력에 의해 큰 토크가 발생하면 그에 따른 회전력을 제공하여 휠을 회전시킴으로써 운전자에게 무리한 답력을 요구하지 않고 편리하게 휠을 구동시킬 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 허브 모터 구조체 101 : 샤프트
110 : 제1 바디 120 : 제2 바디
130 : 고정핀 140 : 탄성체
150 : 가이드 파이프 160 : 토크센서

Claims (9)

  1. 전기자전거용 허브 모터 구조체에 있어서,
    상기 전기자전거의 프레임에 설치되는 샤프트;
    상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 외주면이 스포크를 통하여 휠과 연결되는 제1 바디;
    상기 제1 바디에 조립되어 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 페달력을 전달받도록 체인과 연결되는 종동 스프로킷이 마련된 제2 바디;
    상기 제1 바디 및 제2 바디를 관통하여 설치되되 상기 제1 바디 또는 제2 바디 중 어느 하나와 소정의 갭(gap)을 갖도록 이루어진 고정핀;
    상기 소정의 갭이 형성된 제1 바디 또는 제2 바디에 설치되어 상기 고정핀과 접촉하는 탄성체;
    상기 제2 바디에 고정되며 상기 샤프트가 관통하도록 중공된 원통형의 가이드 파이프; 및
    상기 가이드 파이프에 끼워져 결합되어 상기 제2 바디와 연결되며 상기 전기자전거의 페달토크를 감지하는 토크센서;를 포함하고,
    상기 토크센서는 상기 체인을 통해 제2 바디로 전달되는 페달력에 의해 상기 고정핀과 제1 바디와의 갭 만큼 이동에 따른 제1 바디와 제2 바디의 상대 변형량을 감지하여 페달토크를 감지하는 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토크센서는,
    센서 본체;
    상기 센서 본체에 회전가능하게 설치되며 상기 가이드 파이프와 함께 회전하도록 상기 가이드 파이프가 끼워져 결합되는 결합공이 형성된 결합부;
    상기 센서 본체 내부에 마련되어 상기 결합부와 일체로 형성되고 중심을 기준으로 방사상으로 일정 간격을 가지며 연장형성된 날개부를 갖춘 제1 검출 플레이트; 및
    상기 제1 검출 플레이트와 동일한 형상을 가지며 상기 제1 검출 플레이트와 대향하도록 하여 상기 제1 바디에 고정되는 제2 검출 플레이트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 검출 플레이트의 날개부와 제2 검출 플레이트의 날개부는 평상시 동일한 위상차를 갖도록 배치되며, 페달력에 따른 제1 바디와 제2 바디의 상대 변형에 의해 상기 각 날개부는 소정 각도를 갖도록 이루어짐에 따라 상기 각도에 따른 상대 변형량을 측정하여 페달토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결합부의 결합공은 상기 가이드 파이프의 직경보다 큰 대경부와, 상기 가이드 파이프의 직경보다 작은 소경부를 갖추고,
    상기 가이드 파이프는 외주면을 따라 일정간격 이격되어 길이 방향으로 절개된 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 파이프의 일단부에는 상기 반경방향으로 연장 형성되어 상기 제2 바디에 압입되는 플랜지부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바디의 내부에 설치되어 휠을 구동하기 위한 로터와 스테이터를 구비하는 모터부가 마련되고,
    상기 로터는 상기 제1 바디와 함께 회전하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 토크센서를 통하여 측정되는 전기자전거의 페달토크에 따라 모터부의 동작을 제어하는 전자제어유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트와 제1 바디 및 상기 샤프트와 제2 바디 사이에는 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결합된 제1 바디와 제2 바디는 모터 하우징으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자전거용 허브 모터 구조체.
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