KR20150031891A - 전기 자전거 - Google Patents

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Abstract

전기 자전거가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자전거는 구동력을 부여하기 위해 휠에 마련되는 허브 모터 구조체와, 허브 모터 구조체 내부에 마련되는 전자제어유닛과, 휠 샤프트에 설치되어 전자제어유닛과 전기적으로 연결되는 무선통신부를 포함한다.

Description

전기 자전거{Electric Bicycle}
본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블루투스와 같은 무선통신모듈이 장착된 전기 자전거에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 근거리 이동수단의 하나이지만, 최근에는 먼 거리를 이동하거나 또는 사용자의 체력소모를 줄이고자 모터의 구동력으로 주행하는 전기 자전거가 개발되고 있다.
구동력을 제공하기 위해 전기 자전거에 장착되는 허브 모터 구조체는 전기 자전거의 전륜 또는 후륜(이하, 통칭하여 '휠'이라 함)에 장착되어 휠을 회전시킴으로써 주행이 가능하도록 한다.
허브 모터 구조체는 휠과 스포크를 통하여 연결되는 모터 하우징을 갖추고, 모터 하우징 내의 로터와 스테이터에 의해 발생되는 회전력에 따라 휠과 모터 하우징을 함께 회전시킨다. 이때, 모터의 회전력은 ECU 등의 제어부를 이용하여 사용자 조작에 의해 제어될 수 있으며, 나아가 오르막 길 등의 주행 시 운전자의 페달력을 감지하여 모터의 구동을 보다 단계적으로 제어할 수도 있다. 모터 하우징의 외측에는 자전거의 페달과 체인으로 연결되도록 스프로킷이 설치되며, 이 스프로킷과 연결된 체인을 통해 운전자는 답력으로 자전거를 주행할 수도 있다.
한국 공개특허 제10-2012-0058813호(2012.06.08.)
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자전거는 무선통신모듈이 장착된 전기 자전거를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 자전거는 구동력을 부여하기 위해 휠에 마련되는 허브 모터 구조체와, 허브 모터 구조체 내부에 마련되는 전자제어유닛과, 휠 샤프트에 설치되어 전자제어유닛과 전기적으로 연결되는 무선통신부를 포함할 수 있다.
상기 휠 샤프트의 일측에는 페달과 연결되는 스프로킷이 마련되고, 타측에 상기 무선통신부가 마련될 수 있다.
상기 무선통신부는 블루투스를 포함할 수 있다.
상기 무선통신부는 모듈케이싱을 포함하되, 상기 모듈케이싱은 휠 샤프트에 결합 가능한 링크와, 링크와 일체로 마련되며 무선통신모듈이 내부에 수용되는 케이스를 포함할 수 있다.
상기 무선통신부는 사용자 단말기와 무선 통신 가능하도록 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자전거는 블루투스와 같은 무선통신모듈을 전자제어유닛에 가장 근접하며 회전하지 않는 휠 샤프트에 설치함으로써 복잡한 연결 배선을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자전거의 휠 샤프트에 설치된 무선통신모듈은 외부로 노출되지 않기 때문에 자전거 주행에 방해가 되지 않을 뿐만 아니라 미려한 외관을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거의 휠을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거의 휠을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거에 설치되는 전자제어유닛을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거에 설치되는 무선통신부를 설치하기 위한 모듈케이싱을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거에 설치되는 무선통신부와 무선 연결되는 사용자 단말기의 화면을 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
일반적으로 자전거는 도 1에 도시한 바와 같이 전륜(2)과 핸들(3)이 마련되는 핸들프레임(1A)과, 페달(5)과 안장(6)과 후륜(7)이 마련되는 메인프레임(1B)을 포함한다. 페달(5)과 후륜(7)은 체인(8)으로 연결되며, 핸들프레임(1A)은 조향을 위해 메인프레임(1B)에 회동 가능하게 조립되며 제동을 위한 브레이크가 설치된다. 메인프레임(1B)은 휴대성을 높이기 위해 접이식으로 마련될 수 있다.
본 실시 예에 따른 전기 자전거는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 전기 자전거에 모터 구동력을 제공하기 위한 허브 모터 구조체(10)를 포함한다.
도면을 참조하면, 허브 모터 구조체(10)는 전기 자전거의 메인프레임(1B)에 설치되는 휠 샤프트(9)에 설치된다. 보다 구체적으로, 허브 모터 구조체(10)는 휠(전륜 또는 후륜)의 샤프트(9)에 회전 가능하게 설치되는 모터하우징(11)와, 모터하우징(11)와 결합하는 커버하우징(12)을 포함한다. 모터하우징(11)과 커버하우징(12)은 볼트(13)로 체결된다.
모터하우징(11)은 외주면에 마련되는 다수의 스포크(4)를 이용하여 휠과 연결되며, 샤프트(9)에 회전 가능하게 설치된다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 샤프트(9)는 모터하우징(11)의 중심을 관통하여 전기 자전거의 메인프레임(1B)에 마련되는 한 쌍의 포크에 양단이 고정된다. 또한, 모터하우징(11)은 내부에 소정 공간을 마련하여 휠을 구동하기 위한 회전력을 발생시키는 모터유닛(20)를 구비한다. 모터부에 대해서는 후술한다.
커버하우징(12)은 샤프트(9)에 회전 가능하게 설치되며 모터하우징(11)에 조립된다. 도시된 바와 같이, 커버하우징(12)은 모터하우징(11)의 일측면에 조립되며, 샤프트(9)가 관통하도록 중심이 관통된 형상을 갖는다. 커버하우징(12)의 전면에는 전기 자전거의 페달링에 따른 회전력을 전달받도록 체인(8)과 연결되는 스프로킷(14)이 마련된다.
모터하우징(11)과 커버하우징(12)은 결합되어 허브 모터 구조체(10)를 형성하며, 허브 모터 구조체(10)는 내부에 마련되는 모터유닛(20)으로부터 발생되는 회전력에 의해 휠과 함께 회전한다. .
여기서, 모터유닛(20)은 일반적으로 사용되는 공지 모터로서 연결 플레이트(23)에 의해 샤프트(9)에 고정되며 코일(미도시)이 권선된 링 형상의 스테이터(22)와, 스테이터(22)와 일정간격 이격되어 모터하우징(11)의 내주면에 장착되는 로터(21)를 구비한다. 로터(21)에는 다수의 자석(미도시)이 장착되어 스테이터(22)의 코일에 전원이 인가되면, 자석과 코일 사이에 척력 및 인력이 작용하여 로터(21)가 회전한다. 즉, 로터(21)가 회전함에 따라 모터하우징(11) 및 모터하우징(11)과 조립된 커버하우징(12)이 휠과 함께 회전하며, 모터하우징(11) 및 커버하우징(12)이 용이하게 회전되도록 각 하우징과 샤프트(9) 사이에는 베어링(24,25)이 설치된다.
모터유닛(20)은 스테이터(22) 내부의 연결 플레이트(23)에 마련되는 전자제어유닛(ECU)(30)의 전기적 제어 신호에 따라 구동하여 휠을 회전시킨다.
전자제어유닛(30)은 도 4에 간략하게 도시한 바와 같이 구동부(32)와 배터리부(34)와 저장부(36)와 무선통신부(38)를 포함한다.
구동부(32)는 모터유닛(20)을 지칭하며, 배터리부(34)는 ECU(30)를 포함하는 전기 자전거의 각종 구성요소에 전원을 공급한다. 배터리부(34)는 외부로부터 충전될 수 있도록 어댑터(미도시)와 연결되는 배터리(도 1의 35 참조)를 포함한다.
저장부(36)는 전기 자전거의 고유 식별정보나 후술할 사용자 단말기(40)와의 무선 통신을 위한 각종 정보를 저장한다.
무선통신부(38)는 사용자 단말기(40)와 근거리 무선통신을 지원한다. 무선통신부(38)는 예를 들어, 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 중 어느 하나 혹은 여러 개의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 실시 예의 전자제어유닛(30)은 무선통신부(38)를 통해 사용자 단말기(40)로부터의 통신 연결 요청을 수신하고, 수신된 연결 요청에 따라 상호 간에 정보를 주고 받을 수 있도록 사용자 단말기(40)와 통신 연결을 수행할 수 있다. 일례로, 무선통신부(38)가 블루투스 모듈인 경우 전자제어유닛(30)은 사용자 단말기(40)와 기기 간의 통신 연결을 위한 블루투스 페어링을 수행한다.
사용자 단말기(40)는 무선 통신 가능한 단말기를 포함한다. 예를 들면, 사용자 단말기(40)는 태블릿 컴퓨터, 노트북, 휴대폰, 휴대 단말기(Personal Digital Assistant ; PDA), 스마트폰, 태블릿 단말기 등 이동하면서 무선 통신이 가능한 단말기일 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이 무선통신부를 전기 자전거에 용이하게 설치하기 위해, 무선통신부(38)는 모듈케이싱(50)을 이용하여 전기 자전거의 휠 샤프트(9)에 설치된다. 휠 샤프트(9)에 무선통신부(38)를 설치하는 이유는 휠에 설치되는 허브 모터 구조체(10)의 전자제어유닛(30)과 가장 가까우면서 회전하지 않기 때문에 설치 및 배선이 용이하고 또한 외부로 노출되지 않기 때문이다.
모듈케이싱(50)은 휠 샤프트가 결합되는 원통 형상의 링크(52)와, 링크(52)와 일체로 마련되어 무선통신모듈(미도시)이 수용되는 케이스(54)를 포함한다. 링크(52)와 케이스(54)는 두 개로 수직 분리되어 휠 샤프트(9) 설치 시 분리된 본체를 샤프트를 사이에 두고 양쪽에서 결합한 후 볼트(55)와 너트(56)를 체결하여 견고하게 고정할 수 있다. 링크(52)의 내측에는 절연완충패드(57)가 개재될 수 있으며, 무선통신모듈의 케이블(58)은 샤프트에 인접 마련되는 전선홀(미도시)을 통해 허브 모터 조립체(10) 내의 전자제어유닛(30)과 전기적으로 연결된다.
휠 샤프트(9)의 일측에는 도 3에 도시한 바와 같이 페달(5)과 연결되는 스프로킷(14)이 마련되어 있으므로, 무선통신모듈이 수용되어 있는 모듈케이싱(50)은 휠 샤프트(9)의 타측에 마련된다.
도 6은 전자제어유닛의 무선통신부와 블루투스로 페어링된 사용자 단말기의 화면을 일례로 예시한 도면이다. 도시된 바와 같이 페어링이 완료되면, 사용자 단말기(40)의 화면에는 전기 자전거로부터 제공되는 다양한 정보들 예컨대 주행 속도(A), 주행 거리(B), 배터리 잔량(C) 등이 표시될 수 있으며, 반대로 사용자 단말기(40)의 터치 화면을 통해 입력되는 정보들 예컨대, 페달의 부하 정보, 가속 정보 등은 무선 통신을 통해 전자제어유닛(30)으로 전달될 수 있다.
여기서, 본 실시 예는 전기 자전거와 사용자 단말기 간의 무선통신을 통해 입출력되는 정보들을 몇 가지 예시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 전기 자전거의 식별 정보, GPS 정보, 자이로 정보, 가속도 정보 등 다양한 정보들이 상호 전달될 수 있음은 물론이다.
9..샤프트 10..허브 모터 구조체
11..모터하우징 12..커버하우징
20..모터유닛 30..전자제어유닛
40..사용자 단말기 50..모듈케이싱
52..링크 54..케이스

Claims (5)

  1. 구동력을 부여하기 위해 휠에 마련되는 허브 모터 구조체와,
    상기 허브 모터 구조체 내부에 마련되는 전자제어유닛과,
    전기 자전거의 휠 샤프트에 설치되어 상기 전자제어유닛과 전기적으로 연결되는 무선통신부를 포함하는 전기 자전거.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 휠 샤프트의 일측에는 페달과 연결되는 스프로킷이 마련되고, 타측에 상기 무선통신부가 마련되는 전기 자전거.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무선통신부는 블루투스를 포함하는 전기 자전거.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선통신부는 모듈케이싱을 포함하되,
    상기 모듈케이싱은 휠 샤프트에 결합 가능한 링크와, 링크와 일체로 마련되며 무선통신모듈이 내부에 수용되는 케이스를 포함하는 전기 자전거.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 무선통신부는 사용자 단말기와 무선 통신 가능하도록 연결되는 전기 자전거.

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