KR20150101975A - 경사도에 따른 보조 토크 또는 구동력 변화를 갖는 전기 구동 보조형 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태에서, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거로서, 자전거 프레임; 자전거 전륜 및 후륜; 자전거의 주행 시 수평 상태를 측정하는 수평 센서;자전거의 구동력을 전기적으로 보충하는 구동 모터; 상기 수평 센서로부터 측정된 수평도에 기초하여서 상기 구동 모터의 구동 토크를 제어하는 제어부를 포함하는,
전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다.

Description

경사도에 따른 보조 토크 또는 구동력 변화를 갖는 전기 구동 보조형 자전거{ELECTRICALLY-ASSISTED BYCYCLE WITH ASSISTED TORQUE OR DRIVE POWER CHANGE BASED ON LEVEL STATE}

본 발명은 자전거의 주행 경사도 상태에 따라서 인가되는 보조 토크 또는 보조 구동력이 변화되는 전기 보조 구동형 자전거에 관한 것이다.

미국 특허 출원 공개 번호 2011/0198144호는 슬림한 모터에 의해서 의해서 동작되는 전기 자전거를 공개하고 있다.

본 발명은 자전거의 주행 상태를 스마트하게 감지하여서 자전거 휠 또는 바퀴에 인가되는 보조 토크 또는 보조 구동력의 상태를 적합하게 제어하는 기능을 갖는 전기 동력 보조형 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다

이를 위해서, 본 발명은 다음과 같은 구성을 갖는다.

본 발명의 일 양태에서, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거로서, 자전거 프레임; 자전거 전륜 및 후륜; 자전거의 주행 시 수평 상태를 측정하는 수평 센서;자전거의 구동력을 전기적으로 보충하는 구동 모터; 상기 수평 센서로부터 측정된 수평도에 기초하여서 상기 구동 모터의 구동 토크를 제어하는 제어부를 포함하는,

전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거는 자전거의 전륜 및 후륜 중 적어도 하나의 림(rim)에 일체적으로 결합되는 전기적 동력 보조 장치를 포함하며, 상기 수평 센서, 상기 구동 모터 및 상기 제어부는 상기 전기적 동력 보조 장치에 포함되는, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다

일 실시예에서, 상기 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거는 상기 자전거의 프레임에 탈부착가능한 전기적 동력 보조 장치를 포함하며, 상기 수평 센서, 상기 구동 모터 및 상기 제어부는 상기 전기적 동력 보조 장치에 포함되는, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 수평 상태가 오르막 상태이면 포지티브 토크를 보충하고 내리막 상태이면 네거티브 토크를 보충하도록 구성된, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 수평 상태의 경사 각(tilt angel)에 기초하여서 상기 구동 모터의 토크를 제어하는, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에서, 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거의 구동 토크 제어 방법으로서, 수평 센서를 사용하여서 주행하는 자전거의 수평 상태를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 수평 상태에 기초하여서 전기적 구동력을 제공하는 구동 모터의 구동 토크를 제어하는 단계를 포함하는,

전기적으로 구동력이 보조되는 자전거의 구동 토크 제어 방법가 제공된다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 분해도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 평면도 및 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 전기적 구동 휠의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 토그 감지 시스템의 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템의 사시도이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템의 사시도이다.
도 4d는 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템의 스프링/엘라스토머 메카니즘의 몇몇 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠 스포크의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 구동 휠에 대한 제어 및 센서 시스템 및 모터 제어기의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 경사도에 따라서 전기적 구동 휠을 제어하는 시스템의 블록도이다.
도 8a 및 도 8b는 각기 자전거의 수평도 상태를 나타내고 있다.
도 9a 및 도 9b는 자전거의 수평도 상태에 따른 수평 센서를 나타내고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 센서의 부착도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 결합 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 미작동 상태를 나타내는 측면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 작동 상태를 나타내는 측면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서의 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 변화 방법의 흐름도이다.

이후부터는, 본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여서 보다 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 다양한 상이한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에서 기술된 실시예들로만 한정되는 것으로 해석되지 말아야 한다. 이보다는, 이러한 실시예들은 본 개시가 철저하게 되고 완벽하게 되고 본 기술 분야의 당업자에게 본 발명의 특징들 및 측면들의 일부를 완전하게 전달하도록 예들로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 측면들 및 특징들의 완벽한 이해를 본 기술 분야의 당업자가 갖는데 필요하지 않은 프로세스들, 요소들, 기술들은 본 발명의 실시예들의 일부에서 기술되지 않을 수 있다. 달리 주목되지 않는 이상, 유사한 참조 부호들은 첨부된 도면들 및 설명 부분 전체에 걸쳐서 유사한 요소들을 나타내며, 이로써, 이들의 기술들은 반복되지 않을 수 있다. 도면들에서, 요소들, 층들 및 영역들의 상대적 크기들은 명료성을 위해서 과장될 수 있다.

용어들 "제 1", "제 2", "제 3" 등이 본 명세서에서 다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들, 및/또는 섹션들을 기술하는데 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들, 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해서 한정되지 말아야 한다고 것도 이해될 것이다. 이러한 용어들은 오직 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션을 다른 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로부터 구별하는데에만 사용된다. 따라서, 이하에서 기술되는 제 1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로서 지칭될 수 있다.

"바로 아래에서", "아래에서", "보다 낮은", "하부에서", "위에서", "상부의" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에서 예시된 바와 같이, 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 일 요소 또는 다른 특징부의 관계를 기술하는데 있어서 설명의 용이성을 위해서 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간으로 상대적인 용어들은 도면들에서 도시된 배향에 추가하여, 사용 시 또는 동작 시에 디바이스의 상이한 배향들을 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 도면들에서 디바이스가 뒤집어지면, 다른 요소들 또는 특징부들 "아래에" 또는 "바로 아래에" 또는 "하부에" 있는 것으로 기술되었던 요소들은 이제는 이 다른 요소들 또는 특징부들 "위에"에 있게 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어들 "아래에" 및 "하부에"는 위 및 아래의 배향 양자를 포함할 수 있다. 디바이스는 이와 달리 배향될 수 있으며(가령, 90도 또는 다른 배향들로 회전될 수 있으며) 그리고 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술자들은 이에 따라서 해석되어야 한다. 추가적으로, 요소 또는 층이 2 개의 요소들 또는 층들 "간에" 있는 것으로 지칭되는 때에, 이 2 개의 요소들 또는 층들 간에 오직 그 요소 또는 층만이 있을 수 있거나, 또는 하나 이상의 개재된 요소들 또는 층들이 또한 존재할 수도 있음도 또한 이해될 것이다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 오직 특정 실시예들을 기술하기 위해서만이며 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 명사들은, 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않은 이상, 역시 복수의 형태들로 포함하는 것으로 의도된다. 용어들 "포함한다(include)", "포함하는(including)", "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은, 본 명세서에서 사용되는 때에, 진술된 특징부들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징부들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 또한 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"는 관련된 열거된 항목들 중 하나 이상의 것들 중 임의의 그리고 모든 조합들을 포함한다. "중 적어도 하나"와 같은 표현들은, 요소들의 리스트 앞에 올 때에, 요소들의 전체 리스트를 수식하며 리스트의 개별 요소들을 수식하지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예들을 기술할 때에 "수 있다(may)"의 사용은 "본 발명의 하나 이상의 실시예들"을 말할 수 있다. 또한, 용어 "예시적인"은 예 또는 예시를 지칭하는 것으로 의도된다.

일 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에 있거나", "에 접속되거나(connected)", "에 연결되거나(coupled)", 또는 "에 인접하는" 것으로 지칭되는 때에, 해당 요소 또는 층은 그 다른 요소 또는 층에 바로(directly) 위에 있거나, 접속되거나, 연결되거나, 또는 인접할 수 있거나, 또는 하나 이상의 개재되는 요소들 또는 층들이 존재할 수도 있음이 이해될 것이다. 그러나, 일 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "바로 위에 있거나", "바로 접속되거나", "바로 연결되거나" 또는 "바로(immediately) 인접하는 때에는, 개재되는 요소들 또는 층들은 존재하지 않는다.

달리 규정되지 않는한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술적 용어들 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해서 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전들에서 정의된 바와 같은 것들과 같은 용어들은 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서의 그들의 의미와 일관된 의미를 갖는 것으로서 해석되여야 하며, 본 명세서에서 그렇게 명시적으로 규정되지 않은 이상, 이상적이거나 과하게 형식적인 차원에서 해석되지 말아야 함도 또한 이해될 것이다.

도 1에 예시된 전기적 구동 휠 100 은 타이어 101, 휠 림 102, 복수의 스포크들 103, 및 휠 허브 104를 포함한다. 휠 림 102 은 휠 허브 104 에 복수의 스포크들 103 을 통해서 연결된다.

일 실시예에서, 모터화된 허브 유닛은 휠 림에 복수의 휠 스포크들에 연결되고, 휠 스포크들은 장력 및 압축력 중 하나 하에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 모터화된 허브 유닛은 휠 림에 메시 재료를 통해서 연결된다. 다른 실시예에서, 모터화된 허브 유닛은 휠 림에 디스크를 통해서 연결된다.

제 1 실시예 : 자전거 휠 일체형 전기 구동부

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 휠 허브 104 는 모듈식 시스템 패키지 110, 로터 120, 스테이터 130, 내측 휠 허브 기어 시스템 140, 토크 감지 시스템 150, 모터 케이스 160, 선택사양적 제거식 베터리 커버 170 및 선택사양적 코스터 브레이크 180 를 포함한다. 코스터 브레이크 180 및 휠 허브 기어 시스템 140의 스프라켓 부분들 제외하고, 전기적 구동 휠 100 의 모든 전기적 및 기계적 구성요소들은 휠 허브 104 내에 패키징될 수 있다.

도 3b에서, 휠 허브 104 는 알루미늄 허브를 포함하며, 회전 유닛 104r 및 정지 유닛 104s 을 포함한다. 스포크들 103 은 회전 유닛 104r 의 외측 표면들에 연결되며, 이 외측 표면들은 로터 120 및 내측 휠 허브 기어 시스템 140 을 하우징한다. 정지 유닛 104s 은 모듈식 시스템 패키지 110, 스테이터 130 및 토크 감지 시스템 150 을 하우징한다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 모듈러 시스템 패키지 110 은 제어 유닛 3000 을 포함하며, 이 제어 유닛은 선택사양적 전화통신 및 글로벌 포지셔닝 시스템 유닛 111, 모터 제어기 112 및 선택사양적 환경 센서 시스템 유닛 115 을 포함한다. 모듈러 시스템 패키지 110 는 하나 이상의 배터리 또는 에너지 저장 장치들 113, 113a-d을 더 포함할 수 있다. 제거식 베터리 커버 170 는 모듈러 시스템 패키지 110 의 하나 이상의 배터리 또는 에너지 저장 장치들 113, 113a-d 로의 접근을 제공할 수 있다. 모듈러 시스템 패키지 110 은 도 2c를 참조하여서 이하에서 더 상세하게 기술된다.

로터 120 및 스테이터 130 는 함께 전기적 구동 휠 100 의 모터 135 을 형성한다. 모터 135 는 예를 들어서, 무프레임 직접형 구동 회전식 모터, 예를 들어서 F and FH Series Frameless DDR Servo Motors by Kollmorgen of Radford, Va., USA일 수 있다.

내측 휠 허브 기어 시스템 140 은 자동 또는 수동 시프팅 기어들을 포함할 수 있다. 자동 시프팅 기어의 경우에, 기어 시프팅은 운전자 및 모터 135에 의해서 인가된 토크 및 휠 100 의 속도에 기초한다. 일 실시예에서, 내측 휠 허브 기어 시스템은 Shimano of Osaka, Japan의 코스터 브레이크를 갖는 Shimano Nexus 3-speed 기어 시스템을 포함한다.

휠 허브 104 는 토크 감지 시스템 150, 모터 케이스 160 및 코스터 브레이크 180 를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기계적 제동은 코스터 브레이크 180 및/또는 내측 휠 허브 기어 140 를 통해서 발생하며 운전자에 의해서 페달에 인가된 네거티브 토크의 양에 의해서 제어된다.

기계적 제동 이외에, 전기 생산 제동이 일부 실시예들에서 가용하다. 이러한 전기 생산 제동은 또한 운전자의 백-페달링에 응답하여서 활성화될 수도 있다. 예를 들어서, 백-페달링하는 운전자에 의해서 인가된 토크 및 속도는 토크 감지 시스템 150 을 통해서 측정될 수 있다. 측정된 토크 및/또는 속도에 기초하여서, 모듈러 시스템 패키지 110 의 제어 유닛 3000 은 전기 생산 제동을 활성화할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 전기적 구동 휠의 평면도 및 단면도이다. 전기적 구동 휠 100 은 수직 축 200 을 따르는 전체 길이 (즉, 직경) L1 을 갖는다. 이는 일부 실시예들에서, 약 200 millimeters 내지 약 724 millimeters 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 길이 L1 은 약 642 millimeters.+-.2 millimeters이다. 전기적 구동 휠 100 은 수평 축 201 을 따르는 전체 폭 W1 을 가지며 이는 일부 실시예들에서, 약 90 millimeters 내지 약 115 millimeters일 수 있다. 일 실시예에서, 폭 W1 은 약 115 millimeters.+-.2 millimeters일 수 있다.

도 2c에서, 휠 허브 104 는 모듈식 시스템 패키지 110 을 포함하며, 이 패키지는 전기적 구동 휠 100 의 휠 허브 104 내에 패키징될 수 있다. 모듈러 시스템 패키지 110 는 선택사양적 전화통신 및 글로벌 포지셔닝 시스템 유닛 111, 모터 제어기 112, 하나 이상의 베터리 또는 에너지 저장 장치들 113, 113a-e, 하나 이상의 제어 유닛들 114 및 선택사양적 환경 센서 시스템 115 을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제어 유닛들 114 은 모터 제어기 112 (예를 들어서, 도 6의 유닛 811 참조) 와 통신하여 이를 제어하도록 구성된 마이크로-프로세싱 시스템을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제어 유닛들 114 의 마이크로-프로세싱 시스템은 선택사양적 전화통신 및 글로벌 포지셔닝 시스템 유닛 111 와 통신하여서 이를 제어하게 구성된다.

모터 제어기 112 는 3-상 무브러시(brushless) DC 모터 드라이버를 포함하며 이 드라이버는 로터 120 위치/배향에 기초하여서 구동 전류의 3 상들을 생성한다 (예를 들어서, 도 6의 유닛들 804, 804a, 804b). 모터 제어기 112 는 홀 효과 센서, 회전 위치 센서를 사용함으로써 로터 위치/배향/속도를 결정할 수 있다.

하나 이상의 배터리들 또는 에너지 저장 장치들 113, 113a-e 은 하나 이상의 충전식 배터리들, 하나 이상의 벌크 커패시터들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리들 113 은 한국의 경기도의 Kokam Engineering Co., LTD 사의 18 Superior Lithium Polymer Batteries (SLPB 486495) 를 포함한다.

도 3a는 전기적 구동 휠의 평면도이며, 도 3b는 도 3a에서의 A-A'에 따른 단면도이다. 휠 허브 104 는 회전 유닛 104r 및 정지 유닛 104s을 포함한다. 스포크들 103 이 회전 유닛 104r 의 외측 표면에 연결되며, 이 외측 표면은 로터 120 및 내측 휠 허브 기어 시스템 140 을 하우징한다. 정지 유닛 104s 은 모듈식 시스템 패키지 110, 스테이터 130 및 토크 감지 시스템 150 을 하우징한다. 예시적인 실시예에서, 배터리 113 는 휠 허브 104 내에서 수평 축 201에 대해서 동심으로 위치한다. 이로써, 베터리 113 는 휠 허브 케이스의 체적을 줄이도록 휠 허브 105 내에 위치한다.

도 4a는 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템을 도시한다. 토크 감지 시스템 150 은 내측 슬리브 1501, 외측 슬리브 1502 및 근접 센서 1504 를 포함한다. 내측 및 외측 슬리브들 1501, 1502 은 서로 대향하는 램프들 (ramps) 1503, 1503a-b 를 포함하며, 이 램프들은 내측 슬리브 1501 및 외측 슬리브 1502 간의 측방향 변위 LD 에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어서, 토크가 내측 및 외측 슬리브들 1501, 1502 중 하나에 인가되면, 내측 슬리브 1501 는 외측 슬리브 1502 에 대해서 시계 또는 반시계 방향으로 회전한다(R). 내측 슬리브 1501 의 회전(R)은 내측 슬리브 1501 의 램프 1503a 가 외측 슬리브 1502 의 램프 1503b 를 타서 위로 가거나 아래로 가게 한다. 따라서, 내측 슬리브 1501 회전은 내측 슬리브 1501 및 외측 슬리브 1502 간의 측방향 변위에 영향을 줄 수 있다. 즉, 내측 슬리브 1501 의 램프 1503a 가 외측 슬리브 1502 의 램프 1503b 를 타고 올라가면, 내측 및 외측 슬리브들 1501, 1502 간의 측방향 변위는 증가한데 반해서, 내측 슬리브 1501 의 램프 1503a 가 외측 슬리브 1502 의 램프 1503b 를 타고 내려가면, 내측 및 외측 슬리브들 1501, 1502 간의 측방향 변위는 감소한다. 근접 센서 1504 가 내측 또는 외측 슬리브 1501, 1502 상에 제공되어서 내측 및 외측 슬리브 1501, 1502 간의 측방향 변위 LD를 측정한다.

내측 슬리브 1501 에는 노치 1505 가 제공되며, 이 노치는 스프링/엘라스토머 메카니즘 1510 (도 4d를 참조하여서 이하에서 상술됨) 와 접할 수 있다. 스프링/엘라스토머 메카니즘 1510 은 내측 슬리브 1501 의 노치 1505 를 통해서 내측 슬리브 1501 상으로 알려진 힘 (즉, 알려진 스프링 상수에 의해서) 을 인가한다. 이로써, 내측 및 외측 슬리브들 1501, 1502 중 하나에 인가된 토크가 측정된 측방향 변위 및 내측 슬리브 1501의 노치에 인가된 알려진 힘에 기초하여서 계산될 수 있다.

도 4b는 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템의 사시도이다. 앞의 것도 동일한 부분에 대해서는 설명하지 않는다. 도 4b에 도시된 토크 감지 시스템 150 은 도 4a에 도시된 토크 감지 시스템 150 과 동일한 방식으로 동작하지만, 토크 감지 시스템 150 의 근접 센서 1504 가 변위 센서 1506 로 대체되며, 이 변위 센서는 스프링/엘라스토머 1506a 및 압력 센서 1506b 를 포함한다.

도 4b는 전기적 구동 휠의 토크 감지 시스템의 사시도이다. 앞의 것도 동일한 부분에 대해서는 설명하지 않는다. 본원에서 기술된 토크 감지 시스템들 150 은 하나 이상의 홀 효과 센서들 1507 및 복수의 자석들 1508 을 포함하는 속도 감지 시스템을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 자석들 1508 이 내측 슬리브 1501 의 외측 표면 상에 교번하는 구성으로 제공된다. 이러한 방식으로 시간-거리 관계로 속도가 계산된다.

도 4d는 전기적 구동 휠들의 토크 감지 시스템의 스프링/엘라스토머 메카니즘을 도시한다. 토크 감지 시스템 150 의 스프링/엘라스토머 메카니즘 1510 은 제 1 및 제 2 스프링/엘라스토머들 1511 및 선택사양적 압력 센서들 1513 을 포함한다. 제 1 스프링/엘라스토머들 1511 은 외측 슬리브 1502 의 실린더형 하우징 1514 내에 제공되고 내측 슬리브 1501 의 노치가 갭 영역 1512 내에 제공되게 갭 영역 1512 를 제공하게 구성된다.

도 1 내지 도 4d를 참조하면, 전기적 구동 휠 100 은 사이클리스트에 의해서 가해지는 토크를 감지함으로써 자전거 페달들을 통해서 전적으로 제어될 수 있다. 예를 들어서, 주행자가 페달을 통해서 포지티브 토크를 내측 휠 허브 기어 시스템 140 에 가하면, 전기적 구동 휠 100 은 사전결정된 양만큼 포지티브 토크를 보충한다. 즉, 예를 들어서, 휠 100 의 전기적 모터 135 가 사전결정된 양의 포지티브 토크를 제공한다. 이와 달리, 네거티브 토크가 인가된 것을 감지하면, 전기적 구동 휠 100 은 이러한 네거티브 토크를 보충한다.

도 6은 전기적 구동 휠에 대한 제어 및 센서 시스템 및 모터 제어기의 블록도이다. 제어 유닛 114 은 마이크로-프로세싱 시스템 811, 선택사양적 Bluetooth 통신 유닛 810, 가속도계 813, 전화통신 및 글로벌 포지셔닝 시스템 유닛 815 및 복수의 환경 센서들 816, 817, 821, 822 을 포함할 수 있다. 마이크로-프로세싱 시스템 811 은 모터 제어기 112 와 통신하여서 이를 제어하게 구성된다. 예시적인 실시예에서, 마이크로-프로세싱 시스템 811 의 입출력 라인은 각기 모터 제어기 112 의 마이크로-프로세싱 시스템 801 의 출력/입력 라인에 접속된다. 전화통신 및 글로벌 포지셔닝 시스템 유닛 815 은 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS) 유닛을 포함한다. 모터 제어기 112 는 마이크로-프로세싱 시스템 801, 선택사양적 Bluetooth 통신 유닛 810, 전원 805, 3-상 무브러시 DC 모터 드라이버 804 및 피에조 알람 부저 821 를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전기적 구동 휠 시스템들 112, 114 은 무선 제어 시스템 5000에 의해서 구성 및/또는 제어될 수 있다. 무선 제어 시스템은 마이크로-프로세싱 시스템 823, 저 배터리 광 824, 디스플레이 825, 모든 선택 버튼 826, Bluetooth 통신 유닛 810 및 Bluetooth 접속 광 827 을 포함한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 경사도에 따라서 전기적 구동 휠을 제어하는 시스템의 블록도이다. 먼저, 자전거의 경사도를 측정하는 센서, 즉 수평 센서 910 가 자전거 프레임에 설치되거나 전기적 구동 휠 100, 구체적으로 허브 104 에 설치될 수 있다. 이러한 수평 센서는 가속도계를 이용할 수 있다. 한편, 도 8에 도시된 가속도계 813을 이용하여서 수평도를 측정할 수 있다. 이러한 수평 센서 910 는 자전거의 수평 상태를 측정하는 중력 센서, 지자기 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 기울임 센서, 고도 센서, 압력 센서, 자이로스코프 센서, 근접 센서, 각속도 센서, 근접 센서, GPS(Global Positioning System) 센서 등의 다양한 센싱 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 수평 센서가 3 축 센서일 때에, X,Y,Z 축에서의 중력 가속도 변화를 측정하여 수평 상태를 측정할 수 있다. 이 수평 센서는 자전거의 수평도를 측정하여서 이를 프로세서 811 를 통해서 프로세서 801로 보내거나 직접적으로 801로 보낼 수 있다. 이에 응답하여서 프로세서 801는 수평도에 기초하여서 모터 드라이버 804를 제어할 수 있다. 이러한 제어 방식으로는 수평도가 오르막 수평도를 나타내면 포지티브 토크를 증가시키고 수평도가 내리막 수평도이면 네거티브 토크를 증가시킨다. 또한, 수평도가 제로이면 모터 드라이버 804 는 토크가 아니라 휠의 속도와 관련하여서 변화된다. 이러한 바는 프로세서 801 에 의해서 수행된다. 본 명세서 전반에 걸쳐서, 프로세서 801 및/또는 프로세서 811은 제어부로 지칭될 수 있다.

도 8a 및 도 8b 및 도 9a 및 도 9b는 자전거의 수평 상태 및 이에 대응하는 수평 센서의 상태를 나타내고 있다. 도 9a 및 도 9b에서 수평 센서의 X 축 및 Y 축으로 이루어진 좌표계에서 X 축의 + 방향이 자전거의 전방 방향이며 - 방향이 자전거의 후방 방향이다. 도 9a에서 같이, 자전거의 오르막 수평 상태에서는 이 수평 센서의 일 지점의 X,Y 좌표계에서, y 축 좌표의 값을 일정한 지점들 상에서, + 방향에 있는 X 축 지점 상의 중력 가속도가 증가하게 되고 - 방향에 있는 X 축 지점 상의 중력 가속도가 감소하게 된다. 이러한 상태에서는 오르막 상태이므로 경사도가 + 값으로 되며 프로세서 801는 포지티브 토크(즉, 자전거의 휠의 순방향 회전 방향에 부합되는 토크, 여기서 순방향은 자전거가 전방으로 주행하는 방향임)가 증가되게 모터 드라이버 804 를 제어한다. 이와 달리, 도 9b에서 같이, 자전거의 오르막 수평 상태에서는 이 수평 센서의 일 지점의 X,Y 좌표계에서, y 축 좌표의 값을 일정한 지점들 상에서, + 방향에 있는 X 축 지점 상의 중력 가속도가 감소하게 되고 - 방향에 있는 X 축 지점 상의 중력 가속도가 증가하게 된다. 이러한 상태에서는 내리막 상태이므로 경사도가 - 값으로 되며 프로세서 801는 네거티브 토크(즉, 자전거의 휠의 역방향 회전 방향에 부합되는 토크, 여기서 역방향은 자전거가 전방으로 주행하는 방향에 반대되는 방향임)가 증가되게 모터 드라이버 804 를 제어한다. 또한, 해당 경사도 값의 크기에 따라서 해당 네거티브 또는 포지티브 토크의 값도 변화되게 프로세서 801 는 모터 드라이버 804 를 제어한다.

제 2 실시예 : 자전거 타이어 탈부착 키트 방식

도 11과 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치를 나타내는 사시도이다. 도 11과 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 보조 구동장치는 모터의 구동력을 이용하여 자전거의 후륜 타이어를 강제로 돌려주는 수단으로서, 사용자는 필요에 따라 보조 구동장치를 적절히 작동시켜가면서 자전거를 보다 편안하게 탈 수 있으며, 특히 언덕길 등과 같이 주행 여건이 어려운 곳에서 유용하게 사용할 수 있다. 이를 위하여, 상기 보조 구동장치는 지지수단인 마운트(11a),(11b)와, 구동수단인 구동 모터(13)와, 감속수단인 감속장치(14)와, 실질적으로 후륜 타이어를 돌려주는 구동 롤러(16) 등을 포함한다. 상기 마운트(11a),(11b)는 양단 플랜지 부분을 갖는 반원형의 몸체로 이루어진 2개로 구성되며, 반원형의 몸체를 이용하여 자전거의 시트 튜브(100)를 양쪽에서 감싸는 형태로 체결 설치된다.

즉, 2개의 마운트(11a),(11b)가 시트 튜브(100)를 가운데 두고 체결되는 구조로 설치된다. 특히, 상기 2개의 마운트(11a),(11b) 중에서 1개의 마운트(11b)에는 원형의 홀을 갖는 2개의 모터 지지부(10)가 체결 조립되는 형태로 마련된다. 이때의 모터 지지부(10)는 구동 모터(13)를 잡아주는 부분으로서, 마운트(11b)의 양편에 나란하게 위치되고, 이렇게 위치되는 각 모터 지지부(10)의 홀 중심축은 일직선의 동일축선을 이루게 된다.그리고, 상기 마운트(11a),(11b)의 경우, 시트 튜브(100)측 설치 방향 및 서로 간의 조립 방향을 조정하면 타이어 전면 구동 뿐만 아니라 측면 구동도 가능하게 되며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 구동 모터(13)는 구동력을 제공하는 수단으로서, 자전거의 핸들에 부착되어 있는 스위치 등 조작수단(미도시) 및 배터리 등 전원수단(미도시)과 전기적으로 연결되며, 사용자의 조작에 의해 ON/OFF 구동된다. 여기서, 스위치 조작에 의해 모터 구동을 ON/OFF 시키는 방법 등은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 비록 도시하지는 않았지만 자전거 핸들에 설치되는 속도제어기, 충전식 배터리,변속 회로함 등을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 속도제어기는 변속 회로함에 입력된 변속회로에 지시하며 탑승자가 손으로 간단히 조작할 수 있고, 그 주요한 기능은 구동 모터를 작동시킬 때 동력이 갑자기 인가되지 않도록 지체시간(delay time)을 주거나, 서진(slow start)하게 하는 기능이다.특히, 상기 구동 모터(13)는 모터 몸체의 자체 축선을 중심으로하여 회전될 수 있는 구조로 설치된다. 이를 위하여, 상기 구동 모터(13)는 마운트(11b)에 있는 양쪽 모터 지지부(10)의 홀을 그대로 수평 관통하는 형태로 끼워진 후, 모터 몸체의 양단부에 체결 결합되는 2개의 링(12a),(12b)에 의해 빠지지 않도록 고정되는 구조로 설치된다.

즉, 상기 링(12a),(12b)이 양쪽 모터 지지부(10)의 바깥쪽 면에 걸려지게 되므로서, 구동 몸체(13)는 축선방향으로 빠지지 않게 지지될 수 있다.이에 따라, 상기 구동 모터(13)는 모터 지지부(10)에 의해 양단 지지되면서 모터 몸체의 자체 축선을 중심으로 자유롭게 회전가능한 상태가 되고, 이러한 회전구조에 기인하여 구동 롤러(16)가 자동으로 후륜 타이어(110)측에 항상 접촉되는 상태를 유지할 수 있게 되고, 또 자동으로 후륜 타이어(110)측에 압착되면서 구동력을 전달할수 있는 상태를 유지할 수 있게 된다. 상기 구동 모터(13)의 회전시 모터 지지부(10)의 내주면측과 모터 몸체의 표면측 간의 스크래치 등의 손상이 일어날 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 모터 지지부(10)와 구동 모터(13)의 모터 몸체 사이에는 폴리머 수지 등으로 이루어진 수지 베어링(21)이 개재된다. 이때의 수지 베어링(21)은 구동 모터(13)의 원활한 회전을 확보해주는 동시에 훼손을 효과적으로 막아주는 역할을 수행하게 되고, 안정적인 조립상태를 유지하기 위하여 "ㄴ"자 형상의 단면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 감속장치(14)는 구동 모터(13)의 구동력을 적절히 감속시킨 후에 구동 롤러(16) 측에 전달하는 역할을 하는부분이다. 이러한 감속장치(14) 또한 구동 모터(13) 측에 일체식으로 결합되면서 구도 모터(13)의 회전시 함께 회전되는 구조로 설치된다.이를 위하여, 상기 감속장치(14)의 몸체부(14b)는 길다란 막대 모양으로 이루어진 2개의 플레이트가 서로 일정간격을 유지하면서 나란하게 결합되는 형태로 이루어지고, 상기 몸체부(14b)의 내측 양단쪽으로 각각 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d)가 배치되며, 이때의 구동 풀리(14c)는 구동 모터(13)의 축에 결합되어 모더 구동력을 직접 전달받는 동시에 종동 풀리(14d)는 몸체부(14b)의 한쪽 단부를 관통하여 그 내측까지 연장 위치되는 구동롤러(16)의 구동축(22)에 결합되어 구동 롤러(16)측에 구동력을 최종 출력하게 된다. 그리고, 양쪽의 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d)는 타이밍 벨트 등으로 이루어진 벨트(14e)에 의해 서로 연결되어, 풀리 간의 전동이 이루어질 수 있게 된다.

여기서, 상기 감속장치(14)의 몸체부(14b)를 이루는 2개의 플레이트는 양 플레이트 간을 관통하면서 체결되는 다수 개의 서포터(14a)에 의해 정해진 간격을 유지할 수 있게 되고, 특히 구동 롤러(16)의 구동축(22)이 속해있는 플레이트 한쪽 단부에는 2개 정도의 서포터(14a)가 근접되면서 집중 배치되어 있어서 몸체부(14b)는 고속으로 회전하는 구동 롤러(16)의 진동이나 충격 등에도 견고한 조립강성을 유지할 수 있게 된다. 감속기능을 위하여 상기 종동 풀리(14c)는 구동 풀리(14c)에 비해 상대적으로 큰 직경으로 이루어져 있고, 이에따라 구동 모터(13)에서 출력되는 구동력, 즉 회전수가 소정의 감속비에 의해 감속된 후, 최종 구동 롤러(16)측으로 전달될 수 있다. 이와 같은 감속장치(14)는 몸체부(14b)의 한쪽 단부를 이용하여 구동 모터(13)에 있는 링(12b)에 서포터(14a)의 체결구조를 통해 일체식으로 고정되고, 이에 따라 구동 모터(13)의 회전시 함께 회전될 수 있게 된다. 상기 감속장치(14)에서는 회로에 입력된 정보에 의하여 속도제어기의 조작에 따라 속도가 제어되는데, 구동 풀리(14c)와 종동 풀리(14d), 그리고 타이밍 벨트(14e)로 이어지는 감속 및 전동 구조가 마련되고, 종동 풀리(14d)는 구동 풀리(14c) 보다 직경이 커서 감속기능을 갖게 되며, 타이밍 벨트(14e)의 경우 신축성이 있어서 동력의 전달충격을 완화시켜줌과 아울러, 서로 떨어져 있는 풀리 간을 이어줌에 따라 풀리들이 서로 맞물려서 동력이 전달될 때 발생하는 심각한 소음을 줄여주게 된다.

상기 구동 롤러(16)는 후륜 타이어(110)와 직접 접하면서 모터측 구동력으로 타이어를 직접 돌려주는 부분이다.

이러한 구동 롤러(16)는 감속장치(14)의 몸체부(14b)에 회전가능한 구조로 설치되어 있는 구동축(22)에 일체 결합되는 형태로 설치된다.

이에 따라, 감속장치(14)의 종동 풀리(14d)와 함께 회전하는 구동축(22)의 회전시 구동 롤러(16) 또한 함께 회전하면서 후륜 타이어(110)를 돌려줄 수 있게 된다. 그리고, 상기 구동 롤러(16)와 구동축(22)과의 사이에는 원웨이 클러치 등과 같은 일방향 베어링(15)이 개재되어 있으며, 이에 따라 미구동시 타이어측과 항상 접촉해 있는 구동 롤러(16)의 자유로운 회전이 보장될 수있다. 여기서, 원웨이 클러치의 설치방식은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방식이라면 특별히 제한되지 않고채택될 수 있다.

특히, 상기 구동 롤러(16)의 타이어 접촉 단면은 점접촉이 가능한 평면으로 이루어져 있으며, 타이어측과의 점접촉 형태로 인해 접촉부하를 최소화하면서 구동력을 보다 효율적으로 전달할 수 있게 된다.예를 들면, 롤러 접촉 단면이 타이어 표면을 감싸는 곡면 형태로 되어 있는 경우, 롤러의 단면 폭 중심쪽 회전속도와 단면 폭 외곽쪽 회전속도 간의 차이로 인해 오히려 부하를 받게 되는데, 본 발명에서는 롤러의 타이어접촉 단면을 평면으로 만들어 줌으로써, 부하 발생 배제에 따른 효율적인 구동체계를 확보할 수 있게 된다.

상기 구동 롤러(16)와 후륜 타이어(110) 간의 상시 접촉상태를 유지시켜주는 수단으로 스프링(17)이 제공된다.상기 스프링(17)은 한쪽이 마운트(11b)에 고정되고, 다른 한쪽은 구동 모터(13)에 있는 링(12a)의 외주면을 감싸면서 일정길이 연장된 후에 그 일측에 고정되는 형태로 설치된다.

이에 따라, 스프링(17)은 항상 링(12a)을 한쪽 방향으로 당겨주는 상태가 되고, 결국 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 또한 상방향으로 회전되려는 힘을 받게 되므로, 구동 롤러(16)는 타이어측과 항상 접촉되어 있는 상태를 유지할 수 있다.이것은 종전과 같이 사용자의 조작에 의해 와이어 등을 당기거나 하면서 롤러를 타이어측에 붙혔다 떨어뜨렸다하는 조작의 불편함을 배제할 수 있음을 의미한다.상기 구동 롤러(16)로 후륜 타이어(110)를 구동시키기 위하여 구동 롤러(16)를 고속으로 회전시키면, 이때의 회전력에 의해 구동 롤러(16)는 타이어측에 압착되면서 윗쪽으로 딸려서 올라가게 되는데, 구동 롤러(16)가 타이어측과의 적절한 압착관계를 유지하면서 구동력을 가하기 위해서는 구동 롤러(16)의 위치를 적당한 선에서 제어할 필요가 있다. 이를 위하여, 구동시 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 회전에 의해 일정각도 이상 상방으로 젖혀지는 것을 막아주는 수단, 즉 구동 롤러(16)의 적절한 위치를 유지시켜주는 수단으로 락장치(18)가 제공된다. 상기 락장치(18)는 서로 맞걸리는 기능을 하는 스톱퍼(19)와 걸림핀(20)으로 구성되는데, 상기 스톱퍼(19)는 마운트(11b)에 있는 모터 지지부(10)의 외주면 일측에서 돌출되는 형태로 형성되고, 상기 걸림핀(20)은 감속장치(14)의 몸체부(14b)를 이루는 한쪽 플레이트의 표면에서 스톱퍼(19)가 있는 쪽으로 연장되는 형태로 설치된다. 여기서, 상기 걸림핀(20)은 별도로 설치하는 것보다 플레이트 간의 간격을 유지하기 위해 설치되는 다수의 서포터(14a) 중에서 어느 1개를 선택하고, 이것을 좀더 길게 연장시키는 형태로 마련하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 구동 롤러(16)를 이용한 구동시 구동 롤러(16)의 회전과 동시에 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 상방향으로 회전되면서 딸려서 올라갈 때, 상기 걸림핀(20)이 스톱퍼(19)에 걸려지게 되므로, 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체는 상방 젖힘이 일정각도 이상으로, 예를 들면 수평선상보다 약간 아래쪽 이내로 제한될 수 있고, 결국 구동 롤러(16)는 적정한 위치에서 자리를 잡은 상태에서 타이어를 돌려줄 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 구동 롤러(16)로 후륜 타이어(110)의 전면과 접하면서 구동시키는 전면 구동방식 이외에 측면과도 접하는 측면 구동방식을 제공한다. 이를 위하여, 상기 자전거의 시트 튜브(100)에 고정되어 있는 마운트(11a),(11b)의 설치 방향을 조정하고, 또 마운트(11a),(11b) 서로 간의 조립 방향을 조정함으로써, 구동 롤러(16)를 후륜 타이어(110)의 측면에 접하도록구조를 변경할 수 있다.예를 들면, 시트 튜브(100)상에서 타이어 전면 쪽을 향해 있던 마운트(11a),(11b) 전체를 옆으로 90°회전시킨다음, 하나의 마운트(11a)는 그대로 두고 모터 지지부(10)가 속해 있는 마운트(11b)를 180°회전시켜 조립하면,구동 롤러(16)의 접촉 구름면 위치를 후륜 타이어(110)의 측면쪽으로 위치시킬 수 있고, 결국 타이어 전면 구동뿐만 아니라 측면 구동도 가능하게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 보조 구동장치의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다. 도 13과 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 보조 구동장치의 미작동/작동 상태를 나타내는 측면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 여기서는 보조 구동장치의 미작동 상태, 즉 일반 자전거와 같이 답력으로 페달을 회전시켜 주행하는 상태를 보여준다. 이때, 구동 롤러(16)는 스프링(17)의 힘에 의해 후륜 타이어(110)의 전면에 접촉한 상태에서 타이어와 함께 자유롭게 회전되며, 이렇게 회전되는 구동 롤러(16)는 한쪽 방향으로만 힘을 전달하도록 되어 있는 일방향 베어링에 의해 타이어 회전에는 전혀 영향을 끼치지 않게 된다. 도 14에 도시한 바와 같이, 여기서는 보조 구동장치의 작동 상태, 즉 구동 모터(13)의 구동력으로 후륜 타이어를 구동시켜 주행하는 상태를 보여준다.

즉, 언덕길 주행 등의 상황에서 자전거 탑승자가 핸들측 스위치 조작으로 구동 모터(13)에 전원을 인가하면, 구동 모터(13)의 작동과 함께 구동력은 구동 풀리(14c)→벨트(14e)→종동 풀리(14d)→구동축(22) 및 구동 롤러(16)로 이어지면서 구동 롤러(16)가 회전을 시작하게 되고, 이와 동시에 구동 롤러(16)는 윗쪽으로 당겨지면서 타이어측에 더욱 밀착된 상태로 타이어를 돌려줄 수 있게 된다. 이때, 윗쪽으로 회전되면서 젖혀지는 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체는 락장치(18)에 의해 적정한 선에서 젖힘이 제한되고, 이렇게 구동 모터(13), 감속장치(14) 및 구동 롤러(16) 전체가 안정적으로 고정된 상태에 구동 롤러(16)에 의한 타이어 구동이 지속적으로 이루어지게 된다. 따라서, 언덕길 등의 주행 여건이 불리한 여건에서도 일반인은 물론, 노약자, 여성, 어린이 등 신체 조건이 불리한 사용자도 편리하게 주행을 할 수 있게 된다. 평지 등 보조 구동장치의 사용이 불필요한 상황에서 사용자가 별도의 스위치를 조작하여 구동 모터(13)의 전원을 차단하면, 이와 동시에 구동 롤러(16)의 강제 회전 역시 중단되고, 윗쪽으로 젖혀 올라가 있던 구동 롤러(16)는 타이어의 아래로 미는 힘에 의해 하방으로 이동하여 초기의 위치로 복귀되며, 도 13과 같은 상태에서 자유롭게 회전된다.

이러한 자전거 타이어에 탈부착되는 방식에서도 역시 상술한 바와 같은 수평 센서 910 가 자전거의 프레임 또는 탈부착되는 구동력 보조 키트 1에 부착되고, 또한 이러한 측정된 수평도를 수신하여서 구동 모터의 구동력을 상술한 바와 같이 제어하는 구성이 상술한 바와 같이 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어서, 수평 센서가 마운트(11) 에 설치되거나 마운트로부터 별도로 수평하게 연장된 돌출부에 설치되거나 할 수 있으며 이러한 바는 적절하게 당업자에 의해서 설계될 수 있다. 또한, 프로세서 및 모터 드라이브 등과 같은 제어부도 역시 마운트부(11)에 부착되어서 설치될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서의 블록도이다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 변화 방법의 흐름도이다. 도 15에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서 1500 는 수평 센서로부터 수평도를 수신하는 수신부 1501, 이 수신부로부터의 신호에 기초하여서 수평 상태, 예를 들어서 내리막 상태, 평지 상태 또는 오르막 상태를 판단하는 수평 상태 판정부 1502, 수평 상태의 경사 각도를 판정하는 판정부 1503 및 이러한 판정부의 결과에 기초하여서 모터 드라이버에게 토크 변화를 명령하는 명령부 1504 를 포함한다. 상술한 바와 같이, 수평 상태가 오르막이면 포지티브 토크를, 내리막이면 네거티브 토크를 보충하라는 명령을 송신할 수 있다.

도 16에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 변환 방법 1600 은 단계 1601 에서 수평 센서로부터 수평도를 수신하는 것을 수신부 1501 를 사용하여서 수행하고, 이 수신부로부터의 신호에 기초하여서 수평 상태, 예를 들어서 내리막 상태, 평지 상태 또는 오르막 상태를 판단하는 것을 단계 1602에서 수평 상태 판정부 1502 를 사용하여서 수행하고, 수평 상태의 경사 각도를 판정하는 것을 판정부 1503 를 사용하여서 단계 1603에서 수행하고, 이러한 판정부들의 판정 결과에 기초하여서 모터 드라이버에게 토크 변화를 명령하는 것을 단계 1604 명령부 1504 를 사용하는 수행한다. 상술한 바와 같이, 수평 상태가 오르막이면 포지티브 토크를, 내리막이면 네거티브 토크를 보충하라는 명령을 송신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 판정부 (1502,1503) 및 명령부 (1504) 는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 한편, 판정부 (1502,1503) 및 명령부 (1504) 는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magneticmedia), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광매체(megneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동되도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.

본 명세서에서 "일 실시예"는 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 이러한 어구는 하나 이상의 실시예를 지칭할 수 있다. 또한, 설명된 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 그러나, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 하나 이상의 구체적인 설명없이도 구현될 수 있거나, 다른 방법, 리소스, 방식 등으로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 본 발명의 측면들을 불명료하게 하는 것을 단지 피하기 위해 잘 알려져 있는 구조, 리소스 또는 동작들은 도시 또는 설명되지 않았다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

즉, 본 발명은 자전거 휠에 일체로 부착되는 전기 자전거, 키트 식으로 부착되는 구동력 보조 장치에서 뿐만 아니라 일체형의 전기 자전거에도 적용될 수 있다.

Claims (6)

1. 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거로서,
   자전거 프레임;
   자전거 전륜 및 후륜;
   자전거의 주행 시 수평 상태를 측정하는 수평 센서;
   자전거의 구동력을 전기적으로 보충하는 구동 모터;
   상기 수평 센서로부터 측정된 수평도에 기초하여서 상기 구동 모터의 구동 토크를 제어하는 제어부를 포함하는,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거는 자전거의 전륜 및 후륜 중 적어도 하나의 림(rim)에 일체적으로 결합되는 전기적 동력 보조 장치를 포함하며,
   상기 수평 센서, 상기 구동 모터 및 상기 제어부는 상기 전기적 동력 보조 장치에 포함되는,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거는 상기 자전거의 프레임에 탈부착가능한 전기적 동력 보조 장치를 포함하며,
   상기 수평 센서, 상기 구동 모터 및 상기 제어부는 상기 전기적 동력 보조 장치에 포함되는,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는 수평 상태가 오르막 상태이면 포지티브 토크를 보충하고 내리막 상태이면 네거티브 토크를 보충하도록 구성된,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는 수평 상태의 경사 각(tilt angel)에 기초하여서 상기 구동 모터의 토크를 제어하는,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거.
6. 전기적으로 구동력이 보조되는 자전거의 구동 토크 제어 방법으로서,
   수평 센서를 사용하여서 주행하는 자전거의 수평 상태를 측정하는 단계; 및
   상기 측정된 수평 상태에 기초하여서 전기적 구동력을 제공하는 구동 모터의 구동 토크를 제어하는 단계를 포함하는,
   전기적으로 구동력이 보조되는 자전거의 구동 토크 제어 방법.

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