KR20150060210A

KR20150060210A - 전기 자전거

Info

Publication number: KR20150060210A
Application number: KR1020130144375A
Authority: KR
Inventors: 한상훈; 손홍엽
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-06-03
Also published as: TW201520129A; EP2876029A3; EP2876029A2; US20150149006A1; EP2876029B1; KR101532776B1; CN104670408A; US9216792B2

Abstract

전기 자전거가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자전거는 체인 없는 전기 자전거에 있어서, 배터리와, 페달의 구동에 의해 전압을 발생시키는 발전기 및 이 발전기에 의해 발생된 전압이 배터리에 충전되는 양을 조절하여 페달의 페달부하를 조절하는 페달부하조절부를 포함하고, 페달부하조절부는 발전기에 의해 발생된 전압이 충전되는 복수의 커패시터와, 발전기에 의해 발생된 전압이 복수의 커패시터에 저장된 후 배터리에 충전되도록 교번으로 작동되는 복수의 스위치를 포함한다.

Description

전기 자전거{CHAINLESS ELETRIC BICYCLE}

본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바퀴를 회전시키는 모터와, 페달과 연결된 발전기를 포함하는 전기 자전거에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 자전거는 바퀴를 회전시키는 모터와 이 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함한다. 전기 자전거는 이 모터에 의해 바퀴를 회전시키는 방식으로 전기 자전거를 주행시킨다. 이때, 배터리의 충전은 페달과 연결된 발전기를 페달을 회전시키는 동작에 의해 작동시킴으로써 이루어진다.

자전거는 기본적으로 두발로 페달을 밟아서 움직이는 것이 기본이고, 페달을 밟아서 돌리는 사람의 힘을 바퀴에 전달하는 것이 바로 체인이다.

이와 같은 체인은 그 구조가 복잡하고, 자전거의 점유면적이 크며, 바퀴에서 이탈하거나 탑승자의 옷자락이 체인에 끼이거나 오염되는 등의 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 감안하여 체인이 없는 전기 자전거가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 체인 없는 전기 자전거는 페달을 돌리거나, 핸들에 위치한 버튼을 누르면 모터가 돌아가면서 앞으로 나간다.

체인 없는 전기 자전거는 운전자가 페달을 밟을 때 마치 체인이 있는 것처럼 페달감을 느낄 수 있도록 페달부하조절부를 이용하여 페달부하를 조절한다. 이에 따라, 페달 회전시 페달에 답력이 형성되어 페달감을 느낄 수 있다.

운전자가 페달을 밟았을 때 페달감을 느낄 수 있도록 전압조정기인 페달부하조절부를 이용하여 페달의 구동에 따라 전력을 발생시키는 발전기에서 배터리에 충전되는 양을 조절하여 페달의 페달부하를 조절한다.

하지만, 기존에는 발전기의 발전량이 높아질수록 페달부하조절부의 입력전압이 상승하여 페달부하조절부 내의 스위칭소자와 저항 등에서 열 손실이 발생한다. 이로 인해, 발전 효율이 낮아질 뿐만 아니라 높아진 입력전압에 따라 배터리로 입력되는 페달부하조절부의 출력전압도 높아지기 때문에 출력전압을 제한하는 회로를 별도로 구성해야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전기에서 배터리로 충전되는 전력량을 조절하여 페달의 페달부하를 조절하는 페달부하조절부의 열 손실을 최소화하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 전기 자전거를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 체인 없는 전기 자전거에 있어서, 배터리; 페달의 구동에 의해 전압을 발생시키는 발전기; 및 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 배터리에 충전되는 양을 조절하여 상기 페달의 페달부하를 조절하는 페달부하조절부;를 포함하고, 상기 페달부하조절부는 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 충전되는 복수의 커패시터와, 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 복수의 커패시터에 저장된 후 상기 배터리에 충전되도록 교번으로 작동되는 복수의 스위치를 포함하는 전기 자전거가 제공될 수 있다.

상기 페달부하조절부는, 상기 발전기에 의해 발생된 교류 전압을 직류전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력측과 상기 배터리의 입력측 사이에 연결된 제1 스위치(S1); 상기 제1 스위칭의 출력측과 상기 배터리의 입력측 사이에 연결된 제2 스위치(S2); 상기 정류부의 출력측과 상기 제1 스위치(S1)의 입력측이 만나는 점(P)과 접지측 사이에 연결된 제1 커패시터(C1); 상기 제1 스위치(S1)의 출력측과 상기 제2 스위치(S2)의 입력측이 만나는 점(Q)과 접지측 사이에 연결된 제2 커패시터(C2); 및 상기 제2 스위치(S2)의 출력측과 상기 배터리의 입력측이 만나는 점(R)과 접지측 사이에 연결된 제3 커패시터(C3);를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 제1 스위치(S1)가 온 일 때 상기 정류부로부터 전압을 제공받아 충전하고, 상기 제1 스위치(S1)가 오프이고 상기 제2 스위치(S2)가 온 일 때 자체 충전된 전압을 상기 배터리(23)에 충전시키는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 커패시터(C3)는 상기 제2 스위치(S2)가 온 일 때 상기 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압을 제공받아 충전하고, 상기 제2 스위치(S2)가 오프일 때 자체 충전된 전압을 상기 배터리에 충전시키는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 커패시터(C2)의 용량은 상기 제1 커패시터(C1)과 상기 제3 커패시터(C3)의 용량보다 상대적으로 큰 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 스위치(S1)의 전단에서 상기 정류부의 출력측과 접지측에 연결된 제3 스위치(S3)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 페달부하조절부의 복수의 스위치를 교번으로 작동시켜 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 배터리에 충전되는 전압량을 조절하는 것에 의해 상기 페달의 페달부하를 조절하도록 상기 페달부하조절부를 제어하는 전자제어유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전자제어유닛은 상기 제2 스위치(S2)를 오프시킴과 함께 상기 제1 스위치(S1)을 온 시켜 상기 정류부로부터 상기 제2 커패시터(C2)에 전압을 충전시킨 후 상기 제1 스위치(S1)를 오프시킴과 함께 상기 제2 스위치(S2)를 온 시켜 상기 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압을 상기 배터리에 충전시키는 것을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전자제어유닛은 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 PWM 제어하고, 상기 페달의 페달부하를 증가시킬 경우, 상기 제1 스위치(S1)와 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 미리 설정된 비율에 가까워지도록 상기 제1 스위치(S1)와 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어하고, 상기 페달의 페달부하를 감소시킬 경우, 상기 제1 스위치(S1)과 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 상기 미리 설정된 비율로부터 멀어지도록 상기 제1 스위치(S1)과 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 스위치(S1)의 전단에서 상기 정류부의 출력측과 접지측에 연결된 제3 스위치(S3)를 포함하고, 상기 전자제어유닛은 운전자가 페달을 처음 밟을 때의 초기 페달감을 제공하도록 상기 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 오프인 상태에서 상기 제3 스위치(S3)를 일시적으로 온 시킨 후 오프시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 복수의 스위치와 복수의 커패시터로 구성된 페달부하조절부의 복수의 스위치를 교번으로 작동시킴으로써 발전기로부터 배터리에 충전되는 전력량을 조절할 수 있어 페달부하를 조절할 수 있음은 물론 발전기의 발전량이 증가하여도 페달부하조절부의 전압강하가 줄어들게 할 수 있어 대폭 줄어든 열 손실률에 따라 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 페달부하에 따른 제1 스위치와 제2 스위치의 타이밍도이다.

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.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, "연결되는/결합되는"이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 전기 자전거는 프런트 프레임(10), 리어 프레임(20) 및 새들 프레임(30)을 포함한다.

프런트 프레임(10)과 리어 프레임(20)은 힌지 축에 의해 축 결합되어 힌지축을 중심으로 전후로 회동 가능 가능하게 마련되는 힌지 플레이트(11)와 결합된다.

프런트 프레임(10)의 일단은 앞바퀴(12)와 핸들부(13)가 연결되는 핸들스테이(14)가 결합된다.

핸들부(13)는 핸들스테이(14)의 하단에 결합되는 핸들 스템(15)과, 이 핸들스테이(14)에 결합되는 핸들바(16)와, 이 핸들바(16)에 설치되는 핸들 그립(17) 및 운전자로부터 가속명령을 입력받기 위한 스로틀(18)을 포함한다.

여기서, 핸들 스템(15)은 핸들부(13)의 높이 조절을 위해 마련된다. 핸들바(16)는 자전거의 조향을 결정하기 위해 마련된다. 핸들 그립(17)에는 전기 자전거의 상태를 운전자에게 표시해주고 운전자의 요구사항을 버튼을 통하여 후술할 전자제어유닛(40)으로 전달하는 인터페이스장치(50)가 마련된다. 이러한 인터페이스장치(50)는 전자제어유닛(40)과 전기적으로 연결된다.스로틀(18)은 운전자에 의해 조작 가능한 레버 형태일 수 있으며 운전자의 회전조작에 따른 스로틀(18)의 회전정도를 나타내는 신호를 출력한다.스로틀은 일반적인 스로틀과 마찬가지로 자체 내에 마련된 스로틀 밸브의 개도를 감지하고 그에 해당하는 신호를 출력할 수 있다.

핸들스테이(14)의 하단 일측에는 앞바퀴(12)가 회전 가능하게 결합된다. 이때, 본 발명의 실시예에서 앞바퀴(12)는 전기 자전거를 후방에서 바라볼 때를 기준으로 핸들스테이(14)의 하단 우측에 결합될 수 있으며, 앞바퀴(12)는 통상적인 자전거처럼 포크형상으로 이루어진 핸들스테이(14)에 결합될 수도 있다.

리어 프레임(20)의 일단에는 발전기(21)가 마련되고, 이 발전기(21)의 양 측에는 페달(22)이 회전 가능하게 장착된다. 즉, 운전자가 페달(22)을 회전시키면 이 페달(22)의 회전력을 발전기(21)에서 전기적 에너지로 변환되고, 이러한 발전기(21)의 전기적 에너지는 후술할 배터리(23)에 축전될 수 있다.

리어 프레임(20)의 일단 좌측에는 뒷바퀴(24)가 회전 가능하게 장착된다. 또한, 뒷바퀴(24)는 도시되지는 않았지만 통상적인 자전거와 같이 포크 형상으로 마련되는 리어 프레임(40)에 장착될 수도 있다.

이러한 뒷바퀴(24)에는 이 뒷바퀴(24)를 회전시켜 자전거를 전진시키기 위한 모터(25)가 장착된다. 모터(25)에는 운전자가 인터페이스장치(50)의 조작으로 인해 뒷바퀴(24)의 회전속도를 변화시킬 수 있도록 변속기가 장착될 수 있다.

또한, 리어 프레임(20)에는 발전기(21)를 통해 변환된 전기적 에너지를 축전시키는 배터리(23)와 전자제어유닛(40)이 내장될 수 있다. 이때, 배터리(23)는 리어 프레임(20)에 내장될 뿐만 아니라 프런트 프레임(10)에 내장될 수도 있다.

리어 프레임(20)의 일측은 시트튜브(26)의 후방에 결합된다. 이때, 리어 프레임(20)과 헤드튜브(26)은 일체형으로 이루어질 수 있다.

새들 프레임(30)은 리어 프레임(20) 상에 마련된다. 새들 프레임(30)의 일단에는 운전자가 안착되는 안장(31)이 장착된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어블록도이다.

도 2를 참조하면, 전기 자전거는 전자제어유닛(40), 인터페이스장치(50), 속도감지부(60), 페달부하조절부(70) 및 모터구동부(80)를 포함한다.

인터페이스장치(50)는 전기 자전거의 상태를 운전자에게 표시해주고 운전자의 요구사항을 버튼을 통하여 전자제어유닛(40)으로 전달한다.

속도감지부(60)는 전기 자전거의 속도를 감지한다. 속도감지부는 예를 들면, 앞바퀴(12)의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서일 수 있다.

페달부하조절부(70)는 페달(22)의 부하를 조절한다. 페달부하조절부(70)에 의해 페달(22)의 부하를 조절함에 따라, 운전자는 페달을 밟을 때 마치 체인이 있는 것처럼 페달감을 느낄 수 있다. 또한, 필요한 경우 이러한 페달감을 느끼지 않게 할 수 있다.

페달부하조절부(70)는 예를 들면, 페달(22)의 구동에 의해 전력을 발생시키는 발전기(21)로부터 배터리(23)에 충전되는 전력량을 조절하여 페달(22)의 페달부하를 조절할 수 있다. 페달부하조절부(70)가 페달(22)에 페달부하를 가하면, 운전자는 페달(22)를 세게 밟아야만 회전되기 때문에 페달감을 느낀다.

또한, 페달부하조절부(70)는 발전기(21)의 양 출력단을 개방시키는 것에 의해 페달(22)에 공급되는 페달부하를 해제시키고, 펄스 폭 변조(Pulse Modulation Width ; PWM) 제어하여 듀티비를 제어하는 것에 의해 페달부하를 가한다. 페달(22)에 페달부하가 가해지면, 운전자는 페달감을 느껴 페달(22)를 돌릴 때 상대적으로 세게 회전시켜야만 페달(22)이 회전된다. 페달(22)에 페달부하가 해제되면, 운전자는 페달(22)이 쉽게 회전되기 때문에 페달(22)를 원하는 위치로 적은 힘으로 신속히 이동시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 페달부하조절부(70)는 페달(22)의 구동에 의해 교류 전압을 발생시키는 발전기(21)와, 이 발전기(21)에서 발생된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부(71)와, 이 정류부(71)의 출력전압을 충전하여 평활하는 복수의 커패시터(C1,C2,C3)와, 이 복수의 커패시터(C1,C2,C3)에 의해 평활된 전원을 충전하는 배터리(23)와 발전기(21) 사이에 연결된 복수의 스위치(S1,S2,S3)를 포함한다.

제1 스위치(S1)는 정류부(71)의 출력측과 배터리(23)의 입력측 사이에 연결된다. 제1 스위치(S1)는 전자제어유닛(40)에 의해 듀티 온 타임과 듀티 오프 타임을 가변하여 제어하는 듀티비 제어가 이루어진다.

제2 스위치(S2)는 제1 스위칭(S1)의 출력측과 배터리(23)의 입력측 사이에 연결된다. 이때, 제1 스위치(S1)과 제2 스위치(S2)는 전자제어유닛(40)에 의해 듀티 온 타임과 듀티 오프 타임을 가변하여 제어하는 듀티비 제어가 이루어진다.

제3 스위치(S3)는 정류부(71)의 출력측과 접지측 사이에 연결된다. 제3 스위치(S3)는 전자제어유닛(40)에 의해 듀티 온 타임과 듀티 오프 타임을 가변하여 제어하는 듀티비 제어 혹은 온/오프 제어가 이루어진다.

이때, 제3 스위치(S3)는 운전자가 페달을 처음 밟을 때의 초기 페달감을 제공할 목적으로 사용된다. 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S3)는 초기 페달감을 준 이후의 페달감 제어를 위해 사용된다. 물론 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 초기 페달감의 부드러운 변화를 위해 교번으로 사용하는 것도 가능하다.

상기한 제1 스위치(S1) 내지 제3 스위치(S3)는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor ; FET), 트랜지스터(Transistor ; TR) 등 전자식 스위칭소자일 수 있다.

제1 커패시터(C1)는 정류부(71)의 출력측과 제1 스위치(S1)의 입력측이 만나는 점(P)과 접지측 사이에 마련된다. 제1 커패시터(C1)는 제3 스위치(S3)가 오프일 때 정류부(71)의 출력전압을 충전한다.

제2 커패시터(C2)는 제1 스위치(S1)의 출력측과 제2 스위치(S2)의 입력측이 만나는 점(Q)과 접지측 사이에 마련된다. 제2 커패시터(C2)는 제1 스위치(S1)가 온 일 때 정류부(71)로부터 전압을 제공받아 충전한다. 또한, 제2 커패시터(C2)는 제1 스위치(S1)가 오프이고 제2 스위치(S2)가 온 일 때 자체 충전된 전압을 제3 커패시터(C3)와 배터리(23)에 전달하여 제3 커패시터(C3)와 배터리(23)를 충전시킨다. 제2 커패시터(C2)의 용량은 제1 커패시터(C1)과 제3 커패시터(C3)의 용량보다 상대적으로 큰 값을 가진다.

제3 커패시터(C3)는 제2 스위치(S2)의 출력측과 배터리(23)의 입력측이 만나는 점(R)과 접지측 사이에 마련된다. 제3 커패시터(C3)는 제2 스위치(S2)가 온 일 때 제2 커패시터(C2)에 저장된 전압을 제공받아 충전한다. 또한, 제3 커패시터(C3)는 제2 스위치(S2)가 오프일 때 자체 충전된 전압을 배터리(23)에 전달하여 배터리(23)를 충전한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 운전자가주행 초기 또는 주행 중 전기 자전거의 페달을 밟을 경우, 전자제어유닛(40)은 전기 자전거의 속도에 따라 페달부하조절부(70)을 통해 페달(22)에 페달부하를 제어한다.

보다 자세히 살펴보면, 운전자가 전기 자전거의 페달을 처음 밟을 경우, 운전자가 초기 페달감을 느낄 수 있도록 제3 스위치(S3)를 일시적으로 온 시킨 후 오프시킨다. 이때, 제3 스위치(S3)가 온 되면 정류부(71)의 출력전류가 화살표 방향과 같이 제3 스위치(S3)를 거쳐 접지측으로 바이패스 된다. 따라서, 발전기(21)와 연결된 전원회로가 폐회로를 형성하는 것에 의해 발전기(21)에 역기전력이 발생하기 때문에 페달부하가 형성된다. 이에 따라, 운전자가 페달(22)을 세게 밟아야만페달(22)이 회전되기 때문에 페달감을 느낀다(도 4 참조).

이후 전기 자전거가 주행하면, 전자제어유닛(40)은 페달부하조절부(70)의 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 PWM 제어를 하되, 제1 스위치(S1)과 제2 스위치(S2)를 교번으로 작동시킨다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자제어유닛(40)이 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)가 오프인 상태에서 제1 스위치(S1)를 온 시키면 정류부(71)의 출력전류가 화살표 방향과 같이 흘러서 정류부(71)의 출력전압은 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)에 충전된다. 이때, 제2 스위치(S2)는 오프 상태이기 때문에 배터리(23)에는 전압이 충전되지 않는다. 초기에는 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압이 없기 때문에 제1 스위치(S1)의 양단의 전압차에 대응하는 전압강하가 발생하여 열 손실이 발생한다. 하지만, 이후 제1 스위치(S1)가 다시 온 될 때는 제2 커패시터(C2)에 최소한의 전압이 충전된 상태이므로, 제1 스위치(S1)의 양단의 전압차가 낮아진다. 이로 인해, 제1 스위치(S1) 양단의 전압강하가 낮아져 열 손실을 대폭 줄일 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 상태에서 제1 스위치(S1)를 오프시킴과 함께 제2 스위치(S2)를 온 시키면, 화살표 방향과 같은 전류 흐름이 나타나서 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압은 제3 커패시터(C3)와 배터리(23)에 충전된다. 배터리(23)의 전압이 낮은 경우 제2 스위치(S2)의 양단의 전압차에 대응하는 전압강하가 발생한다.

하지만, 이후 제2 스위치(S2)가 다시 온 될 때는 배터리(23) 혹은 제3 커패시터(C3)에 최소한의 전압이 충전된 상태이므로, 제2 스위치(S2)의 양단의 전압차가 낮아진다. 이로 인해, 제2 스위치(S2) 양단의 전압강하가 낮아져 열 손실을 대폭 줄일 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 페달부하조절부의 페달부하에 따른 제1 스위치와 제2 스위치의 타이밍도이다.

전자제어유닛(40)은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 PWM 제어하여 듀티비를 조절하되, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 교번으로 스위칭하도록 제어한다.

전자제어유닛(40)은 페달(22)의 페달부하를 증가시킬 경우, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 미리 설정된 비율에 가까워지도록 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어한다(도 7 참조). 이 미리 설정된 비율은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 6 : 4인 비율일 수 있다.

또한, 전자제어유닛(40)은 페달(22)의 페달부하를 감소시킬 경우, 제1 스위치(S1)과 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 그 미리 설정된 비율(일례로, S1:S2의 듀비티가 6:4)로부터 멀어지도록 제1 스위치(S1)과 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어한다(도 8 참조).

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는 페달부하조절부(70)의 복수의 스위치를 교번으로 작동시킴으로써 발전기(21)로부터 배터리(23)에 충전되는 전력량을 조절할 수 있어 페달부하를 조절할 수 있음은 물론 발전기(21)의 발전량이 증가하여도 페달부하조절부의 전압강하가 줄어들게 할 수 있어 대폭 줄어든 열 손실률에 따라 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 페달부하조절부(70)의 스위치로서 내전압이 낮은 전계효과트랜지스터(FET)를 사용할 수 있어 방열대책이 필요 없어 제조비용을 절감할 수 있다.

10 : 프런트 프레임 20 : 리어 프레임
21 : 발전기 22 : 페달
25 :모터 30 : 새들 프레임
40 : 전자제어유닛 50 : 인터페이스장치
60 : 속도감지부 70 : 페달부하조절부
80 : 모터구동부

Claims

체인 없는 전기 자전거에 있어서,
배터리;
페달의 구동에 의해 전압을 발생시키는 발전기; 및
상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 배터리에 충전되는 양을 조절하여 상기 페달의 페달부하를 조절하는 페달부하조절부;를 포함하고,
상기 페달부하조절부는 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 충전되는 복수의 커패시터와, 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 복수의 커패시터에 저장된 후 상기 배터리에 충전되도록 교번으로 작동되는 복수의 스위치를 포함하는 전기 자전거.
제1항에 있어서,
상기 페달부하조절부는,
상기 발전기에 의해 발생된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부;
상기 정류부의 출력측과 상기 배터리의 입력측 사이에 연결된 제1 스위치(S1);
상기 제1 스위칭의 출력측과 상기 배터리의 입력측 사이에 연결된 제2 스위치(S2);
상기 정류부의 출력측과 상기 제1 스위치(S1)의 입력측이 만나는 점(P)과 접지측 사이에 연결된 제1 커패시터(C1);
상기 제1 스위치(S1)의 출력측과 상기 제2 스위치(S2)의 입력측이 만나는 점(Q)과 접지측 사이에 연결된 제2 커패시터(C2); 및
상기 제2 스위치(S2)의 출력측과 상기 배터리의 입력측이 만나는 점(R)과 접지측 사이에 연결된 제3 커패시터(C3);를 포함하는 전기 자전거.
제2항에 있어서,
상기 제2 커패시터(C2)는 상기 제1 스위치(S1)가 온 일 때 상기 정류부로부터 전압을 제공받아 충전하고, 상기 제1 스위치(S1)가 오프이고 상기 제2 스위치(S2)가 온 일 때 자체 충전된 전압을 상기 배터리(23)에 충전시키는 것을 포함하는 전기 자전거.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제3 커패시터(C3)는 상기 제2 스위치(S2)가 온 일 때 상기 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압을 제공받아 충전하고, 상기 제2 스위치(S2)가 오프일 때 자체 충전된 전압을 상기 배터리에 충전시키는 것을 포함하는 전기 자전거.
제3항에 있어서,
상기 제2 커패시터(C2)의 용량은 상기 제1 커패시터(C1)과 상기 제3 커패시터(C3)의 용량보다 상대적으로 큰 값을 가지는 것을 포함하는 전기 자전거.
제2항에 있어서,
상기 제1 스위치(S1)의 전단에서 상기 정류부의 출력측과 접지측에 연결된 제3 스위치(S3)를 포함하는 전기 자전거.
제2항에 있어서,
상기 페달부하조절부의 복수의 스위치를 교번으로 작동시켜 상기 발전기에 의해 발생된 전압이 상기 배터리에 충전되는 전압량을 조절하는 것에 의해 상기 페달의 페달부하를 조절하도록 상기 페달부하조절부를 제어하는 전자제어유닛을 더 포함하는 전기 자전거.
제7항에 있어서,
상기 전자제어유닛은 상기 제2 스위치(S2)를 오프시킴과 함께 상기 제1 스위치(S1)을 온 시켜 상기 정류부로부터 상기 제2 커패시터(C2)에 전압을 충전시킨 후 상기 제1 스위치(S1)를 오프시킴과 함께 상기 제2 스위치(S2)를 온 시켜 상기 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압을 상기 배터리에 충전시키는 것을 더 포함하는 전기 자전거.
제8항에 있어서,
상기 전자제어유닛은 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 PWM 제어하고, 상기 페달의 페달부하를 증가시킬 경우, 상기 제1 스위치(S1)와 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 미리 설정된 비율에 가까워지도록 상기 제1 스위치(S1)와 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어하고,
상기 페달의 페달부하를 감소시킬 경우, 상기 제1 스위치(S1)과 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비율이 상기 미리 설정된 비율로부터 멀어지도록 상기 제1 스위치(S1)과 상기 제2 스위치(S2)의 듀티비를 제어하는 것을 더 포함하는 전기 자전거.
제7항에 있어서,
상기 제1 스위치(S1)의 전단에서 상기 정류부의 출력측과 접지측에 연결된 제3 스위치(S3)를 포함하고,
상기 전자제어유닛은 운전자가 페달을 처음 밟을 때의 초기 페달감을 제공하도록 상기 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 오프인 상태에서 상기 제3 스위치(S3)를 일시적으로 온 시킨 후 오프시키는 것을 더 포함하는 전기 자전거.