KR20150098025A

KR20150098025A - 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치

Info

Publication number: KR20150098025A
Application number: KR1020140019053A
Authority: KR
Inventors: 권기범
Original assignee: 권기범
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-27
Also published as: KR101603831B1

Abstract

본 발명은 일반적인 2륜 자전거를 전기 자전거로 전환할 수 있는 벨트형 구동장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치는 자전거의 바퀴부 상에 거치되는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되며 전기적인 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 중앙모터와, 상기 중앙모터로부터의 회전력을 전달받아 회전하는 제1 풀리와 제2 풀리, 및 상기 제1 풀리와 제2 풀리에 감겨져 이동하며 상기 타이어와 맞닿아 상기 타이어에 회전력을 제공하는 구동 벨트를 포함한다.

Description

전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치{Driving apparatus of belt type for electric bicycle transformation}

본 발명은 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전기 자전거로의 전환을 위한 구동장치에 대한 외력에 의한 손실을 방지하기 위해 벨트와 타이어 간의 맞닿는 접촉면을 최대화하면서도 타이어의 마모도를 최소화할 수 있는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 사람의 힘으로 바퀴를 회전시켜 움직이는 2륜차로서, 교통, 운동 및 레저용으로 널리 이용되고 있다. 최근에는 지구 온난화의 원인인 탄소량 배출을 저감시키기 위한 자전거 활성화 정책이 국가적으로 추진됨에 따라, 운동과 레저용으로뿐만 아니라 출퇴근 수단으로서도 자전거의 이용량이 급속도로 증가하고 있다.

이러한 자전거는 사용자가 같은 거리를 이동함에 있어 달리는 것보다 체력을 적게 소모하면서 짧은 시간 내에 목적지까지 이동할 수 있으므로 노약자 등도 무리 없이 이용할 수 있으나, 지형적으로 언덕 길이 많은 경우에는 걷거나 달리는 것보다 오히려 더 큰 체력을 필요로 하고 또 목적지까지 거리가 먼 경우에는 지나치게 많은 체력을 소진해야 하기 때문에 오히려 사용자의 건강을 해치는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 전기의 힘을 이용하여 자전거를 움직일 수 있는 전기 자전거의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

전기 자전거에서 모터를 배치하는 방식에는 여러 가지 시도가 있어왔으나, 최근에는 전륜 또는 후륜의 축을 이루는 허브 내부에 모터와 변속기를 내장하는 방식이 제안된다. 그러나 전륜 또는 후륜의 축에 모터와 변속기를 내장하는 구조는 종래의 자전거를 전기 자전거로 개조하기 어려운 문제가 있다.

[관련기술문헌]

1. 전기 자전거 변환용 키트와, 이를 포함하는 전기 자전거와, 그리고 이 전기 자전거의 제어 방법(KIT FOR TRANSFORMING A GENERAL BICYCLE INTO AN ELECTRIC BICYCLE, ELECTRIC BICYCLE INCLUDING THE KIT, AND METHOD OF CONTROLLING THE ELECTRIC BICYCLE) (특허출원번호 제10-2011-0101701호)

2. 전기 자전거(ELECTRIC BICYCLE) (특허출원번호 제10-1997-0046788호)

3. 전기 자전거의 허브와 휠의 결합구조(ASSEMBLING STRUCTURE FOR WHEEL AND HUB OF ELECTRIC BICYCLE) (특허출원번호 제10-2010-0120289호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 자전거로의 전환을 위한 구동장치에 대한 외력에 의한 손실을 방지하기 위해 모터의 동력을 바퀴에 안정적으로 전달할 수 있는 벨트형 구동장치를 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치는 자전거의 바퀴부 상에 거치되는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되며 전기적인 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 중앙모터와, 상기 중앙모터로부터의 회전력을 전달받아 회전하는 제1 풀리와 제2 풀리, 및 상기 제1 풀리와 제2 풀리에 감겨져 이동하며 상기 타이어와 맞닿아 상기 타이어에 회전력을 제공하는 구동 벨트를 포함한다.

여기서 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리는 구동 벨트를 매개로 상기 타이어에 가압될 수 있다.

또한, 상기 구동 벨트에서 상기 타이어와 맞닿은 부분은 호형으로 만곡될 수 있다.

또한, 상기 제1 풀리는 상기 하우징의 하부면의 중앙지점과 최전단 사이의 중앙 영역에 위치되며, 상기 제2 풀리는 상기 하우징의 하부면의 중앙지점과 최후단 사이의 중앙 영역에 위치될 수 있다.

또한, 상기 하우징은 상부면이 유선형으로, 하부면이 직선형으로 형성됨으로써, 공기의 저항을 최소화하는 기능을 제공할 수 있다.

또한, 상기 벨트형 구동장치는 상기 중앙모터와 상기 제1 풀리를 연결하는 동력 벨트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 제1 와이어 지지대와 제2 와이어 지지대로 이루어진 와이어 지지부에 의해 자전거의 뒷바퀴부 상에 거치될 수 있다.

또한, 상기 제1 와이어 지지대는, 상기 하우징의 길이 방향 상에서 최전단으로부터 상기 뒷바퀴부의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 고정 너트로 고정되며, 상기 제2 와이어 지지대는, 상기 하우징의 길이 방향 상에서 최후단으로부터 상기 뒷바퀴부의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 상기 고정 너트로 고정될 수 있다.

또한, 상기 뒷바퀴부의 고정축을 중심으로 상기 제1 와이어 지지대와 상기 제2 와이어 지지대가 이루는 각도는 미리 설정된 각도인 a1의 2배에 해당되며, a1은 16 내지 18°로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에서 상기 구동 벨트를 사이에 두고 상기 타이어에 가압된 부분의 폭방향 단면의 하단은 길이로 d11, 곡률로 r11을 갖는 제1-1 곡선(L1-1), 길이로 d12, 곡률로 r12를 갖는 제1-2 곡선, 제1-2 곡선(L1-2)을 중심으로 제1-1 곡선(L1-1)과 대칭되는 형상과, 제1-1 곡선(L1-1)과 동일한 길이(d11) 및 곡률(r11)을 갖는 제1-3 곡선(L1-3)으로 이루어지며,

상기 길이 d11 : 상기 길이 d12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 1.6 내지 1.8 사이로 형성되며, 상기 곡률 r11 : 상기 곡률 r12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 0.9 내지 0.8 사이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 타이어에서 상기 구동 벨트와 맞닿아 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에 가압된 부분의 폭방향 단면의 상단은, 길이로 d21, 곡률로 r21을 갖는 제2-1 곡선(L2-1), 길이로 d22, 곡률로 r22를 갖는 제2-2 곡선, 제2-2 곡선(L2-2)을 중심으로 제2-1 곡선(L2-1)과 대칭되는 형상과, 제2-1 곡선(L2-1)과 동일한 길이(d21) 및 곡률(r21)을 갖는 제2-3 곡선(L2-3)으로 이루어지며,

상기 길이 d21 : 상기 길이 d22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 12 내지 14 사이로 형성되며, 상기 곡률 r21 : 상기 곡률 r22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 3.2 내지 3.4 사이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 길이 d11 : 상기 d21에 해당하는 크기 비율관계는 3.8 내지 4.0 : 1이며,

상기 곡률 r11 : 상기 r21에 해당하는 크기 비율관계는 0.3 내지 0.4 : 1로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 벨트형 구동장치는 탑승자로부터 제어명령을 입력받기 위한 입력제어부, 및 상기 하우징 내부에 형성되며, 속력제어모듈 및 방향제어모듈을 구비하는 MCU를 더 포함하며, 상기 속력제어모듈은 상기 입력제어부로부터의 상기 중앙모터에 대한 정방향(반시계 방향) 또는 역방향(시계 방향)으로의 회전력에 대한 속력제어신호를 수신하여, 수신된 속력제어신호에 따라 상기 중앙모터에 대한 RPM 제어를 수행할 수 있다.

또한, 상기 방향제어모듈은, 상기 입력제어부로부터의 전진 명령 제어신호, 정지 명령 제어신호, 후진 명령 제어신호, 전진 명령에서 정지 명령으로의 전환 제어신호, 전진 명령에서의 후진 명령으로의 전환 명령으로의 전환 제어신호를 수신한 뒤, 상기 중앙모터에 대한 방향 전환 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치는, 벨트와 타이어 간의 맞닿는 접촉면을 최대화하면서도 전기 자전거로의 전환을 위한 구동장치에 대한 외력에 의한 손실을 방지하기 위해 지지부에 대한 인장강도를 최대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치가 설치된 전기 자전거를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 A 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 측면에서 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 정면에 본 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치에서 제1 풀리와 벨트 및 타이어의 접촉 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 MCU를 중심으로 한 구동원리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치에서의 인장강도에 대한 시험을 그래프화한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치가 설치된 전기 자전거를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서 A 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 벨트형 구동장치(10)는 일반적인 2륜 자전거(1)에 설치되어 일반적인 2륜 자전거(1)를 전기 자전거로 전환하는 장치이다. 벨트형 구동장치가 적용되는 2륜 자전거(1)는 앞바퀴부(2)와 뒷바퀴부(3), 핸들, 페달, 및 체인을 포함하며 페달의 회전에 의하여 동력을 발생시키는 통상적인 자전거로 이루어진다.

벨트형 구동장치(10)는 하우징(12), 풀리부(13), 중앙모터(15), 구동 벨트(14), 동력 벨트(16), MCU(25), 전원부(26) 및 입력제어부(27)를 포함한다. 또한, 벨트형 구동장치(10)는 와이어 지지부(11)를 더 포함할 수 있는데, 와이어 지지부(11)가 포함되는 경우에는 제1 와이어 지지대(11a) 및 제2 와이어 지지대(11b)을 포함한다.

제1 와이어 지지대(11a)는 하우징(12)의 길이 방향 상에서 최전단으로부터 뒷바퀴부(3)의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 고정 너트로 고정된 구조로 형성된다. 제2 와이어 지지대(11b)는 하우징(12)의 길이 방향 상에서 최후단으로부터 뒷바퀴부(3)의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 고정 너트로 고정된 구조로 형성됨으로써, 자전거 프레임 형상에 영향을 받지 않으며, 모든 뒷바퀴부(3)의 휠사이즈에 상관없이 공통적으로 적용이 가능한 특징을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예로 제1 와이어 지지대(11a) 및 제2 와이어 지지대(11b)는 후륜 브레이크암 설치홀과 휠측 사이에 고정될 수도 있다.

이때, 뒷바퀴부(3)의 고정축을 중심으로 제1 와이어 지지대(11a)와 제2 와이어 지지대(11b)가 이루는 각도는 a1의 2배에 해당하도록 형성된다. 여기서 a1은 16 내지 18°사이에 형성되는 경우 도 7과 같이 제1 와이어 지지대(11a) 및 제2 와이어 지지대(11b)에 대한 외력에 의한 인장강도가 다른 각도의 경우에 비해 상대적으로 강한 것으로 나타난다. 이 경우 도 7의 시험결과는 각 범위에서 0.1°의 갭(gap)에 대한 각 수치의 평균치를 그래프화 한 것이며 세로축은 인장강도를 나타낸다. 이때, 인장강도는 TAPPI T 404 om-87에 따라 Hounsfield사의 인장강도 측정기를 사용하고 내절강도는 TAPPI T 511 om-83에 의하여 MIT 형을 사용한다. 이렇듯, 하우징(12)은 제1 와이어 지지대(11a)와 제2 와이어 지지대(11b)에 의해 각각 최전단 및 최후단이 고정될 수 있다.

또한, 하우징(12)은 상부면은 유선형으로, 하부면은 직선형으로 형성됨으로써, 공기의 저항을 최소화하는 기능을 제공한다. 한편, 하우징(12)의 내부에는 후술하는 중앙모터(15)와 동력 벨트(16), 풀리부(13), 및 구동 벨트(14)가 설치된다.

풀리부(13)는 제1 풀리(13a) 및 제1 풀리에서 이격 배치된 제2 풀리(13b)를 포함한다. 제1 풀리(13a)는 하우징(12)의 하부면의 중앙지점(c1)과 최전단 사이의 중앙 영역에 형성되며, 제2 풀리(13b)는 하우징(12)의 하부면의 중앙지점(c1)과 최후단 사이의 중앙 영역에 설치된다.

제1 풀리(13a) 및 제2 풀리(13b) 각각은 뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)와 맞물려서 후술하는 중앙모터(15)의 회전에 따라 타이어(3a)를 전진시키기 위해 형성된다. 여기서, 제1 풀리(13a) 및 제2 풀리(13b) 각각은 횡단면이 중앙을 중심으로 양 끝단으로 가면서 유선형 형상으로 이루어지는 아치형으로 형성되며, 2 개의 제1 풀리(13a) 및 제2 풀리(13b)가 형성됨으로써, 뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)와의 마찰 영역이 증대됨으로써, 구동 손실을 최소화할 수 있는 기능을 제공한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 측면에서 본 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 정면에 본 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)는 구동 벨트(14)를 매개로 연결되며, 구동 벨트(14)는 제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)의 외주면을 감싸도록 설치된다. 여기서 제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)는 원통 형상으로 이루어진다.

제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)는 타이어(3a)의 상단보다 아래에 배치되는바, 이에 따라 구동 벨트(14)에서 타이어(3a)와 맞닿은 부분은 호형으로 만곡되어 구동 벨트(14)가 타이어(3a)의 상면에 밀착되어 동력을 전달함으로써 구동 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)는 와이어 지지부(11)에 의하여 타이어(3a) 쪽으로 가압되는데, 이에 따라 제1 풀리(13a)와 제2 풀리(13b)가 구동 벨트(14)를 매개로 타이어(3a)에 가압되므로 더욱 안정적으로 동력을 전달할 수 있다.

제1 풀리(13a)의 지지축(17)에는 중앙모터(15)와 연결된 동력 벨트(16)가 설치된다. 동력 벨트(16)는 제1 풀리(13a)의 지지축(17)과 중앙모터(15)의 회전축(15a)을 감싸도록 설치되어 중앙모터(15)에서 발생된 동력을 제1 풀리(13a)로 전달한다.

중앙모터(15)는 전기적인 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키며, 중앙모터(15)에서 발생된 에너지는 동력 벨트(16)에 의하여 제1 풀리(13a)로 전달된다. 제1 풀리(13a)는 프레임(19)를 매개로 하우징(12) 내에 고정되는데, 지지축(17)은 프레임(19)에 대하여 회전 가능하도록 설치된다. 또한, 회전축(15a)도 프레임(19)에 회전 가능하도록 설치된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치에서 제1 풀리와 벨트 및 타이어의 접촉 관계를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5를 참조하여 제1 풀리(13a)와 뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)가 맞닿는 단면에 대해서 상세히 살펴보도록 하며, 본 명세서에서는 설명의 중복을 피하기 위해 제1 풀리(13a)를 기준으로 설명하나 제2 풀리(13b)도 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

제1 풀리(13a)에서 구동 벨트(14)를 사이에 두고 타이어(3a)에 가압된 부분의 폭방향 단면의 하단은 길이로 d11, 곡률로 r11을 갖는 제1-1 곡선(L1-1), 길이로 d12, 곡률로 r12를 갖는 제1-2 곡선, 제1-2 곡선(L1-2)을 중심으로 제1-1 곡선(L1-1)과 대칭되는 형상과, 제1-1 곡선(L1-1)과 동일한 길이(d11) 및 곡률(r11)을 갖는 제1-3 곡선(L1-3)으로 이루어진다. 여기서 길이 d11 : d12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 1.6 내지 1.8 사이로 형성되며, 곡률 r11 : r12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 0.9 내지 0.8 사이로 형성된다.

뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)에서 구동 벨트(14)와 맞닿아 제1 풀리(13a) 또는 제2 풀리(13b)에 가압된 부분의 폭방향 단면의 상단은, 길이로 d21, 곡률로 r21을 갖는 제2-1 곡선(L2-1), 길이로 d22, 곡률로 r22를 갖는 제2-2 곡선, 제2-2 곡선(L2-2)을 중심으로 제2-1 곡선(L2-1)과 대칭되는 형상과, 제2-1 곡선(L2-1)과 동일한 길이(d21) 및 곡률(r21)을 갖는 제2-3 곡선(L2-3)으로 이루어진다. 여기서 길이 d21 : d22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 12 내지 14 사이로 형성되며, 곡률 r21 : r22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 3.2 내지 3.4 사이로 형성된다. 한편, d11 : d21에 해당하는 크기 비율관계는 3.8 내지 4.0 : 1에 해당하며, r11 : r21에 해당하는 크기 비율관계는 0.3 내지 0.4 : 1에 해당한다. 이러한 길이 및 곡률 관계인 경우 하기의 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이 50 내지 70 psi의 공기압을 갖는 16 내지 18인치의 타이어(3a)의 경우에 타이어(3a)의 접촉면 마모도가 현저하게 떨어지며, 구동 벨트(14)와 타이어(3a)의 맞닿는 접촉면이 최대가 되는 것으로 나타난다. 여기서 마모도는 2천 시간을 기준으로 시험한 것이다.

여기서 각 시험예는 부분적인 것만을 기재하였으며, 나머지 범위에 대한 시험 결과에서도 상술한 범위로의 한정시 마모도가 상대적으로 낮고 접촉면이 높아지는 것으로 나타났으며, 하기의 표 1 및 표 2에서의 마모도와 접촉면 값은 범위한정에 대한 각 시험 결과의 평균치를 나타낸다.

	d11:d12	r11:r12	d21:d22	r21:r22	d11:d21	r11:r21	마모도	접촉면
시험예1	1:1.6~1.8	1:0.9~ 0.8	1:12~14	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	11%	96%
시험예2	1:1.1~1.5	1:0.9~ 0.8	1:12~14	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	13%	92%
시험예3	1:1.6~1.8	1:0.7~ 0.3	1:12~14	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	15%	89%
시험예4	1:1.6~1.8	1:0.9~ 0.8	1:7~11	1:2.6~3.1	3.1~3.7:1	0.1~0.2:1	14.5%	91%

	d11:d12	r11:r12	d21:d22	r21:r22	d11:d21	r11:r21	마모도	접촉면
시험예5	1:1.9~2.5	1:1.4~ 1.0	1:12~14	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	17%	76%
시험예6	1:1.6~1.8	1:0.9~ 0.8	1:15~18	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	21%	88%
시험예7	1:1.6~1.8	1:0.9~ 0.8	1:12~14	1:3.5~4.0	3.8~4.0:1	0.3~0.4:1	18%	77%
시험예8	1:1.6~1.8	1:0.9~ 0.8	1:12~14	1:3.2~3.4	3.8~4.0:1	0.5~1.0:1	31%	79%

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트형 구동장치를 MCU를 중심으로 한 구동원리를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2 및 도 6을 참조하여 2륜 자전거(1)의 전진의 경우를 기준으로 힘의 전달에 대해서 구체적으로 설명하면, 중앙모터(15)의 정방향(반시계 방향)으로의 회전력에 따라 중앙모터(15)와 동력 벨트(16)로 연결된 제1 풀리(13a)는 정방향으로의 회전력을 전달 받으며, 제1 풀리(13a)와 구동 벨트(14)로 연결된 제2 풀리(13b)도 정방향으로 회전력을 전달 받는다. 또한,

뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)는 역방향(시계 방향)으로의 회전력(f2)을 전달받는다. 이에 따라, 최종적으로 뒷바퀴부(3)의 타이어(3a)가 바닥면과의 마찰력(f3)에 의해 2륜 자전거(1)가 전방으로 전진하는 구동력을 얻게 된다. 즉, 본 발명에 따른 벨트형 구동장치(10)는 타이어(3a) 밑면을 마찰시켜서 2륜 자전거를 전진하게 하는 마찰 구동(Friction Drive) 방식을 제공한다.

한편, 2륜 자전거(1)의 후방으로의 후진하는 구동력의 경우 상술한 중앙모터(15)가 역방향(시계 방향)으로의 회전력을 제공시에 가능하다.

MCU(25)는 속력제어모듈(25a) 및 방향제어모듈(25b)을 구비하여, 전기 및 전자적 장치의 보호를 위해 후술하는 전원부(26)와 함께 하우징(12) 내부에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.

속력제어모듈(25a)은 입력제어부(27)로부터의 2륜 자전거(1)의 중앙모터(25)에 대한 정방향(반시계 방향) 또는 역방향(시계 방향)으로의 회전력에 대한 속력제어신호를 수신하여, 수신된 속력제어신호에 따라 중앙모터(15)에 대한 RPM 제어를 수행한다.

방향제어모듈(25b)은 입력제어부(27)로부터의 전진 명령 제어신호, 정지 명령 제어신호, 후진 명령 제어신호, 전진 명령에서 정지 명령으로의 전환 제어신호, 전진 명령에서의 후진 명령으로의 전환 명령으로의 전환 제어신호를 수신한 뒤, 중앙모터(15)에 대한 방향 전환 제어를 수행한다.

입력제어부(27)는 하우징(12)의 외부에 형성될 수 있으나, 일반적으로 2륜 자전거(1) 탑승자의 조작의 편의를 위해 핸들부에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서의 전원부(26)는 하우징(12)의 내부에 충전지 타입으로 형성되거나, 자가 발전 형태 또는 하우징(12)의 외부에 다수의 태양전지 어레이로 형성되거나, 플러그 타입으로 외부로부터 전력을 공급받는 타입으로 형성될 수 있다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 2륜 자전거
2: 앞바퀴부
3: 뒷바퀴부
3a: 타이어
10: 벨트형 구동장치
11: 와이어 지지부
11a: 제 1 와이어 지지대
11b: 제 2 와이어 지지대
12: 하우징
13: 풀리부
13a: 제1 풀리
13b: 제2 풀리
14: 구동 벨트
15: 중앙모터
15a: 회전축
16: 동력 벨트
17: 지지축
19: 프레임
25: MCU
25a: 속력제어모듈
25b: 방향제어모듈
26: 전원부
27: 입력제어부

Claims

자전거의 바퀴부 상에 거치되는 하우징;
상기 하우징 내에 설치되며 전기적인 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 중앙모터;
상기 중앙모터로부터의 회전력을 전달받아 회전하는 제1 풀리와 제2 풀리; 및
상기 제1 풀리와 제2 풀리에 감겨져 이동하며 상기 타이어와 맞닿아 상기 타이어에 회전력을 제공하는 구동 벨트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리는 구동 벨트를 매개로 상기 타이어에 가압된 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제2 항에 있어서,
상기 구동 벨트에서 상기 타이어와 맞닿은 부분은 호형으로 만곡된 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 풀리는 상기 하우징의 하부면의 중앙지점과 최전단 사이의 중앙 영역에 위치되며, 상기 제2 풀리는 상기 하우징의 하부면의 중앙지점과 최후단 사이의 중앙 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 하우징은 상부면이 유선형으로, 하부면이 직선형으로 형성됨으로써, 공기의 저항을 최소화하는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 벨트형 구동장치는 상기 중앙모터와 상기 제1 풀리를 연결하는 동력 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 하우징은 제1 와이어 지지대와 제2 와이어 지지대로 이루어진 와이어 지지부에 의해 자전거의 뒷바퀴부 상에 거치된 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제7 항에 있어서,
상기 제1 와이어 지지대는, 상기 하우징의 길이 방향 상에서 최전단으로부터 상기 뒷바퀴부의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 고정 너트로 고정되며,
상기 제2 와이어 지지대는, 상기 하우징의 길이 방향 상에서 최후단으로부터 상기 뒷바퀴부의 고정축에 직선형으로 체결된 뒤, 상기 고정 너트로 고정된 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제8 항에 있어서,
상기 뒷바퀴부의 고정축을 중심으로 상기 제1 와이어 지지대와 상기 제2 와이어 지지대가 이루는 각도는 미리 설정된 각도인 a1의 2배에 해당되며, a1은 16 내지 18°인 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에서 상기 구동 벨트를 사이에 두고 상기 타이어에 가압된 부분의 폭방향 단면의 하단은
길이로 d11, 곡률로 r11을 갖는 제1-1 곡선(L1-1), 길이로 d12, 곡률로 r12를 갖는 제1-2 곡선, 제1-2 곡선(L1-2)을 중심으로 제1-1 곡선(L1-1)과 대칭되는 형상과, 제1-1 곡선(L1-1)과 동일한 길이(d11) 및 곡률(r11)을 갖는 제1-3 곡선(L1-3)으로 이루어지며,
상기 길이 d11 : 상기 길이 d12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 1.6 내지 1.8 사이로 형성되며, 상기 곡률 r11 : 상기 곡률 r12에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 0.9 내지 0.8 사이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제10 항에 있어서,
상기 타이어에서 상기 구동 벨트와 맞닿아 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에 가압된 부분의 폭방향 단면의 상단은,
길이로 d21, 곡률로 r21을 갖는 제2-1 곡선(L2-1), 길이로 d22, 곡률로 r22를 갖는 제2-2 곡선, 제2-2 곡선(L2-2)을 중심으로 제2-1 곡선(L2-1)과 대칭되는 형상과, 제2-1 곡선(L2-1)과 동일한 길이(d21) 및 곡률(r21)을 갖는 제2-3 곡선(L2-3)으로 이루어지며,
상기 길이 d21 : 상기 길이 d22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 12 내지 14 사이로 형성되며, 상기 곡률 r21 : 상기 곡률 r22에 해당하는 크기 비율관계는 1 : 3.2 내지 3.4 사이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제11 항에 있어서,
상기 길이 d11 : 상기 d21에 해당하는 크기 비율관계는 3.8 내지 4.0 : 1이며,
상기 곡률 r11 : 상기 r21에 해당하는 크기 비율관계는 0.3 내지 0.4 : 1인 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제12 항에 있어서,
탑승자로부터 제어명령을 입력받기 위한 입력제어부; 및
상기 하우징 내부에 형성되며, 속력제어모듈 및 방향제어모듈을 구비하는 MCU; 를 더 포함하며,
상기 속력제어모듈은 상기 입력제어부로부터의 상기 중앙모터에 대한 정방향(반시계 방향) 또는 역방향(시계 방향)으로의 회전력에 대한 속력제어신호를 수신하여, 수신된 속력제어신호에 따라 상기 중앙모터에 대한 RPM 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제13 항에 있어서,
상기 방향제어모듈은,
상기 입력제어부로부터의 전진 명령 제어신호, 정지 명령 제어신호, 후진 명령 제어신호, 전진 명령에서 정지 명령으로의 전환 제어신호, 전진 명령에서의 후진 명령으로의 전환 명령으로의 전환 제어신호를 수신한 뒤, 상기 중앙모터에 대한 방향 전환 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치.
제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 전기 자전거 전환을 위한 벨트형 구동장치가 설치된 자전거.