KR20160096365A

KR20160096365A - 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 구비한 헬스자전거

Info

Publication number: KR20160096365A
Application number: KR1020150017893A
Authority: KR
Inventors: 이창훈
Original assignee: 이창훈
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-08-16

Abstract

본 발명은 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기(1) 및 이 발전기를 구비한 헬스자전거(10)에 관한 것으로, 발전기(1)는 자전거(10) 페달(43)의 회전에 의해 발생한 회전 구동력이 입력되는 로터축(3); 내주면에 복수의 영구자석(21)이 장착된 회전계자 하우징(5); 및 상기 로터축(3)을 상기 몸체부(30)에 회전 가능하게 지지하는 고정전기자 코어(7);를 포함하여 이루어지며, 상기 고정전기자 코어(7)는 상기 복수의 영구자석(21)과 대응하도록 외주면에 형성된 복수의 권선코일(25)을 포함하며, 상기 회전계자 하우징(5)이 회전할 때 상기 고정전기자 코어(7)에 유기되는 전류에 의해 기전력을 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하며, 따라서, 발전기가 외곽 몸체를 이루는 회전계자 하우징의 회전에 의해 전기를 만들어 내므로, 동일한 출력용량의 이너 로터 타입 발전기에 비해 자기력선이 쇄교되는 쇄교속도가 빨라 전동부의 증속 풀리비를 낮출 수 있고, 회전계자 하우징의 두께를 충분히 두껍게 함으로써 별도의 플라이휠을 장착하지 않고도 회전계자 하우징과 직결된 로터축의 회전을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

Description

아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 구비한 헬스자전거{Outer Rotor Type Generator For Health Bicycle And Health Bicycle Provided With That Generator}

본 발명은 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 구비한 헬스자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동부 페달에 의해 회전 구동되는 로터축을 외곽의 회전계자 하우징에 연결하여 회전계자 하우징의 회전에 의해 내부에서 전기가 발생되도록 한 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 구비한 헬스자전거에 관한 것이다.

일반적으로 헬스자전거는 실내에서 사용되는 하체 운동용 유산소 운동기구로서, 연령이나 성별 또는 체력에 관계없이 누구나 편리하게 사용할 수 있으며, 사용자로 하여금 시간이나 장소 또는 계절에 구애 받지 않고 원하는 데로 운동을 할 수 있는 여건을 마련해 준다.

이러한 헬스자전거의 한 예로 도 1에 도면부호 101로 도시된 발전기능을 갖는 헬스 사이클(등록특허 제10-0737342호)을 들 수 있다. 이 헬스 사이클(101)은 도 1에 도시된 것처럼, 안장고정대(153), 핸들고정대(154), 받침대(155), 및 세로대(159) 등으로 이루어진 프레임(150)을 뼈대로 하며, 안장고정대(153) 상단에는 안장(153a)이, 핸들고정대(154) 상단에는 핸들(154a)이 각각 장착된다.

또한, 헬스 사이클(101)은 운동을 위한 운동부이자 발전을 위한 구동부로서, 페달(151a)에 의해 회전하는 페달풀리(152), 구동벨트(141)를 통해 페달풀리(152)에 결합되는 1차 전동풀리(143), 그리고 종동벨트(131)를 통해 2차 전동풀리(140)에 결합되는 종동풀리(134) 등으로 이루어진 전동부를 구비한다.

또한, 헬스 사이클(101)은 페달(151a)에 의한 회전 구동력으로 전기를 만들어 내는 발전부를 구비하는 바, 이 발전부는 도 1에 도시된 바와 같이, 자석링(120), 코일(122), 및 발전풀리(130)로 이루어져, 전동부를 통해 전달되는 회전 구동력에 의해 발전풀리(130)를 자석링(120) 내에서 회전시킴으로써 코일(122)에 기전력을 유기시켜 발전을 하게 된다.

그런데, 위와 같은 종래의 헬스 사이클(101)은 전기를 만들기 위해 자석링(120) 내에서 발전풀리(130)를 회전시키는 바, 회전계자가 내부에 위치하는 이너 로터 타입으로서, 회전 시 발전풀리(130)가 갖는 회전 관성이 크지 않으므로, 회전 안정성을 높이기 위해 중량의 플라이휠(미도시)을 발전풀리(130)의 회전축 상에 장착하여야 한다. 따라서, 발전부의 구조가 복잡해지고, 대형화되며, 운동에 간섭을 일으키거나 외관을 해치는 등 설계상에 문제를 일으킬 뿐 아니라 제작단가를 증대시키는 문제점이 있었다.

또한, 회전계자가 축심에 위치하는 이너 로터 타입의 발전구조를 가지는 바, 발전부의 유도기전력은 자석링(120)의 자기력선을 발전풀리(130)가 회전하면서 끊는 속도 즉, 쇄교속도에 비례하므로, 짧은 회전반경으로 인해 빠른 쇄교속도를 얻을 수 없는 헬스 사이클(101)은 전동부에 의한 증속비가 예컨대 적어도 1 : 30 정도로 유지되어야 하므로, 구동 측인 페달풀리(152)와 종동풀리(134) 만으로 이루어진 1단 벨트풀리 구조로는 원하는 증속비를 얻을 수 없게 되고, 따라서 전동부에 사용되는 벨트풀리 구조를 2단 이상으로 구성해야 하기 때문에, 마찬가지로 전동부의 크기가 복잡화, 대형화되고, 따라서 페달 운동에 간섭을 일으켜 고장을 유발하거나 외관을 해치는 등 유지관리를 어렵게 하는 문제점 뿐 아니라, 생산 과정에서 조립 부품수나 공수를 늘려 생산 효율성을 저하시키는 문제점이 있었다.

KR 10-0737342

본 발명은 위와 같은 종래의 헬스자전거가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 페달의 회전에 의한 자전거의 회전 구동력으로 전기를 발생시키는 발전기의 내부 구조를 외부 하우징이 회전하는 아우터 로터 타입으로 변경함으로써, 발전기가 포함된 발전부는 물론, 페달이 포함된 구동부 및 구동부와 발전부를 연결하는 전동부의 구조를 소형화, 단순화하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발전부의 회전부하를 제어부를 통해서 발전부 외부의 운동부하 조절부에 의해 가변시켜, 사용자가 구동부를 동작시킬 때 느끼는 운동부하를 증감시킴으로써, 운동부하 증감에 따른 발전기의 회전부하 변화가 발전기에 국부적으로 발생되지 않도록 하여 이로 인한 발전기의 손상이나 고장을 미연에 방지하고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자전거 페달의 회전에 의해 발생한 회전 구동력이 입력되는 로터축; 상기 로터축에 의해 회전 구동되도록 상기 로터축 상에 동축 상으로 장착되되, 내주면에 복수의 영구자석이 장착된 회전계자 하우징; 및 상기 회전계자 하우징 내에서 상기 영구자석과 인접하도록 상기 로터축을 동축 상으로 둘러싸면서 상기 자전거의 몸체부에 연결되어, 상기 로터축을 상기 몸체부에 회전 가능하게 지지하는 고정전기자 코어;를 포함하여 이루어지며, 상기 고정전기자 코어는 상기 복수의 영구자석과 대응하도록 외주면에 형성된 복수의 권선코일을 포함하며, 상기 회전계자 하우징이 회전할 때 상기 고정전기자 코어에 유기되는 전류에 의해 기전력을 발생시키도록 되어 있는 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기를 제공한다.

또한, 상기 회전자계 하우징은 외주벽의 두께가 로터축에 의한 회전 관성을 유지할 수 있도록 두껍게 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로터축과 상기 로터축에 삽입되는 상기 회전자계 하우징의 허브 사이에 끼워져 상기 회전자계 하우징을 상기 로터축에 대해 축지지하나, 상기 로터축의 회전 구동력을 상기 회전자계 하우징에 대해 정방향으로는 전달하지만 역방향으로는 전달하지 않는 클러치 베어링을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 착석이 가능하도록 안장과 핸들을 구비하는 프레임체로서, 바닥에 지지되는 몸체부; 상기 핸들 하부에서 상기 몸체부에 장착되어, 사용자에 의해 회전하는 페달을 통해 회전 구동력을 만들어 내는 구동부; 위에 기재된 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기로 이루어져, 상기 구동부에서 발생된 회전 구동력에 의해 전기를 만들어 내는 발전부; 상기 구동부에서 발생된 회전 구동력을 상기 발전부로 전달하는 전동부; 상기 발전부에서 발생된 전기를 가공하여 전원을 생성하며, 상기 발전기의 동작을 제어하는 제어부; 상기 제어부와 사용자가 데이터를 주고받을 수 있도록 상기 제어부와 사용자 사이에 인터페이스를 제공하는 입출력부; 및 상기 입출력부에서 입력되는 사용자의 운동강도값에 따라 상기 발전기에 흐르는 전류를 가변시켜, 구동부를 통해 사용자에게 전달되는 운동부하를 조절하는 운동부하 조절부;를 포함하여 이루어지는 아우터 로터 타입 발전기를 구비한 헬스자전거를 제공한다.

또한, 상기 운동부하 조절부는 상기 운동강도값에 따라 상기 제어부에 의해 상기 발전기에 흐르는 전류를 가변시킬 수 있는 저항을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전동부는, 상기 페달의 페달축에 동축 상으로 장착된 구동풀리; 상기 발전기의 로터축에 동축 상으로 장착된 종동풀리; 및 상기 구동풀리와 상기 종동풀리를 연결하는 전동벨트;를 포함하여 구성되며, 상기 구동풀리와 상기 종동풀리는 1 : 8 내지 10의 증속 풀리비를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 이용한 헬스자전거에 따르면, 페달 회전에 의해 전기를 만드는 발전기가 외곽 몸체를 이루는 회전계자 하우징의 회전에 의해 내부의 고정전기자 코어에 기전력을 유기시켜 전기를 만들어 내므로, 회전계자 하우징의 두께를 충분히 두껍게 함으로써 별도의 플라이휠을 장착하지 않고도, 회전계자 하우징과 직결된 로터축의 회전을 안정적으로 유지할 수 있게 된다. 따라서, 발전기는 작동 안정성을 향상시키거나 그대로 유지하면서도, 간단하고도 작은 구조를 가질 수 있게 되어, 간섭으로 인한 헬스자전거의 사용불편이나 고장을 염려할 필요가 없고, 외관의 미려함을 추구할 수 있게 된다.

또한, 회전계자가 외곽에 위치하는 아우터 로터 타입의 발전구조를 가지므로, 동일한 발전용량의 이너 로터 타입 발전기와 비교할 때, 회전계자 하우징 회전 시 회전계자 영구자석의 자기력선이 고정전기자 코어에 의해 끊기는 속도 즉, 쇄교속도가 상대적으로 더 빠르기 때문에, 로터축의 회전수가 상대적으로 적어도 충분한 양의 전기를 만들 수 있다. 따라서, 다단으로 증속을 해야 하는 종래의 이너 로터 타입 발전기의 전동부와 달리 전동부 벨트풀리 구조를 1단으로 구성할 수 있으므로, 마찬가지로 전동부의 구조를 소형화, 단순화시킬 수 있게 되어 간섭으로 인한 사용 상의 불편이나 고장을 줄이고, 조립 부품수나 공수를 줄여 생산 효율성을 제고할 수 있게 된다.

아울러, 발전부와 별도로 장착된 운동부하 조절부에 의해 발전기의 회전부하을 전체적으로 가변시켜 페달에 걸리는 운동부하를 증감시키므로, 운동부하 증감을 가져오는 발전기의 회전부하 변화가 발전기에 국부적으로 발생될 때 나타나는 손상이나 고장을 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 발전기를 구비한 헬스자전거를 도시한 개략 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 이용한 헬스자전거의 개략 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 발전기의 정면도.
도 4는 도 3의 측단면도.
도 5는 도 4의 분해도.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 클러치베어링의 정면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기 및 이 발전기를 이용한 헬스자전거를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 발전기는 도 2에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 실내에서 사용되는 헬스자전거(10)의 페달(43)에서 발생하는 회전력을 이용해 발전을 하는 장치로서, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 로터축(3), 회전계자 하우징(5), 및 고정전기자 코어(7)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 로터축(3)은 자전거(10) 페달(43)의 페달축(41)과 연동하여 회전함으로써 발전기(1)에 회전 구동력을 발생시키는 부분으로, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 발전기(1)의 중심 축선을 따라 길게 배열된다. 또한, 로터축(3)은 제1 지지베어링(11)을 통해 코어 어댑터(13) 내주면에 회전 가능하게 지지되는 바, 이 코어 어댑터(13)를 통해서 자전거(10) 몸체부(30)에 상에 고정된다. 또한, 로터축(3)은 일측의 구동력 입력단에 자전거(10) 전동부(60)의 종동풀리(63)와 같은 전동부재가 키(15) 결합 등에 의해 결합되므로, 이 전동부재를 통해 전달되는 구동부(40) 페달(43)의 회전 구동력에 연동하여 회전한다.

한편, 로터축(3)은 회전계자 하우징(5)도 마찬가지로 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 클러치베어링(17)과, 이 클러치베어링(17)을 앞뒤로 감싸는 제2 지지베어링(19)에 의해 축지지한다. 다만, 회전계자 하우징(5)은 도 6에 도시된 바와 같이, 로터축(3)이 삽입되는 회전계자 하우징(5)의 허브(23)와 로터축(3) 사이에 끼워지는 클러치베어링(17)에 의해 로터축(3) 상에 지지된다. 따라서, 회전계자 하우징(5)은 정방향 회전 시에는 로터축(3)으로부터 회전 구동력을 전달 받아 동기 회전하지만, 역방향 회전 시에는 로터축(3) 상에서 공회전하여 로터축(3)으로부터 회전 구동력을 전달 받지 못한다. 따라서, 로터축(3)의 회전 구동력은 정방향 회전 시에만 회전계자 하우징(5)으로 전달되어 전기를 일으킨다.

상기 회전계자 하우징(5)은 발전기(1) 외곽을 둘러싸는 외부몸체이면서 동시에 발전기(1)의 회전계자의 역할을 하는 회전체로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 고정전기자 코어(7)와 마주보는 내주면 상에 원주방향으로 일정한 간격을 두고 계자 역할을 하는 복수의 영구자석(21)이 장착된다. 이때, 영구자석(21)은 당연히 N극과 S극이 번갈아 배치된다. 또한, 회전계자 하우징(5)은 위에서 언급한 것처럼 로터축(3) 상에 정방향으로 동기 회전 가능하도록 동축 상으로 장착되는데, 회전 시 영구자석(21)의 자기력선이 고정전기자 코어(7)에 의해 끊김으로써 고정전기자 코어(7) 각각의 권선코일(25)에 기전력을 유기시킨다. 특히, 본 발명의 발전기(1)에 적용되는 회전계자 하우징(5)은 발전기(1)의 플라이휠 역할도 겸하는 바, 외주벽의 두께를 충분히 두껍게 형성함으로써, 로터축(3)에 별도의 관성체를 추가하지 않더라도, 로터축(3)이 안정적으로 회전 관성을 유지할 수 있게 한다.

상기 고정전기자 코어(7)는 로터축(3)을 회전 가능하게 지지하는 일종의 부싱 역할을 하는 고정체인 동시에 발전기(1)의 전기자로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 어댑터(13)를 통해 헬스자전거(10)의 몸체부(30)에 연결, 고정되는 바, 로터축(3)을 회전 가능하게 지지하도록 로터축(3)을 동축 상으로 둘러싸며, 회전계자 하우징(5) 내에서 영구자석(21)과 인접하여 배치된다. 또한, 고정전기자 코어(7)는 외주면을 따라 원주방향으로 배열된 복수의 요크(27)마다 권선코일(25)이 권취된다. 따라서, 고정전기자 코어(7)는 위에서 언급한 바 있듯이, 회전계자 하우징(5)이 로터축(3)과 함께 회전할 때 영구자석(21)에 의한 자기력선을 끊게 된다. 이때 각각의 권선코일(25)에 기전력이 유기되며, 이렇게 유기된 기전력에 의해 고정전기자 코어(7)는 전기를 발생시킨다.

한편, 본 발명에 따른 아우터 로터 타입 발전기를 구비한 헬스자전거는 도 2에 도면부호 10으로 도시된 바와 같이, 위에서 언급한 발전기(1)를 이용하여 필요한 전기를 만들어 쓸 수 있는 실내자전거로서, 크게 몸체부(30), 구동부(40), 발전부(50), 전동부(60), 제어부(70), 입출력부(80), 및 운동부하 조절부(90)을 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 몸체부(30)는 헬스자전거(10)의 골격을 이루는 부분으로, 프레임체로 구성되어 바닥면 위에 지지되는 바, 도 2에 도시된 것처럼, 바닥면 위에 놓이는 바닥프레임(31), 이 바닥프레임(31) 앞쪽에서 위로 연장된 전방프레임(33), 바닥프레임(31) 뒤쪽에서 위로 연장된 후방프레임(35)으로 이루어진다. 또한, 전방프레임(33)과 후방프레임(35) 상단에는 입출력부(80)와 안장(37)이 각각 장착되며, 전방프레임(33)의 입출력부(80) 아래에는 핸들(39)이 형성된다. 특히, 전방프레임(33)과 후방프레임(35) 사이의 바닥프레임(31) 위에는 안장(37)과 멀지 않은 위치에 구동부(40)가 위치하며, 이 구동부(40)와 전방프레임(33) 사이에는 발전부(50)가 위치한다.

상기 구동부(40)는 사용자의 운동이 실행되는 운동부인 동시에, 회전 구동력을 발생시키는 동력원으로서, 위에서 언급한 것처럼 도 2에 도시된 바와 같이, 안장(37)에 착석한 사용자가 돌리기 편하도록 후방프레임(35)에 가까운 위치에서 바닥프레임(31) 위에 설치되는 바, 페달허브를 통해 바닥프레임(31)에 회전 가능하게 지지되는 페달축(41)과, 사용자가 밟아 돌릴 수 있도록 페달축(41)의 양단에 연결암(45)을 통해 결합되는 페달(43)로 이루어진다.

상기 발전부(50)는 위 구동부(40)로부터 전달되는 회전 구동력으로 위에서 언급한 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기(1)를 동작시켜 전기를 만들어내는 헬스자전거(10)의 자체 전원으로서, 상기 구동부(40)에서 발생된 회전 구동력에 의해 전기를 만들어 낸다. 그뿐 아니라, 발전부(50)는 전기를 만들어 내는 과정에서 회전저항을 가감하여 구동부(40)에 대한 운동부하를 조절할 수 있도록 하는 바, 그 구체적인 구성에 대한 설명은 위에서 이루어졌으므로, 여기서는 생략한다.

상기 전동부(60)는 사용자에 의해 구동부에서 발생된 회전 구동력을 발전부(50)로 전달하는 동력전달수단으로서, 다양한 형태의 전동부재가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 것처럼, 기본적인 벨트풀리 조립체로서 구동풀리(61), 종동풀리(63), 그리고 전동벨트(65)로 이루어진 1단 증속기 형태의 벨트풀리 수단을 채용하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 발전부(50)를 구성하는 발전기(1)는 아우터 로터 타입으로서 외곽에 위치하여 회전하는 회전계자 하우징(5)에 영구자석(21)이 장착되므로, 내부의 고정전기자 코어(7)에 의해 자기력선이 쇄교되는 쇄교속도가 동일한 용량의 이너 로터 타입 발전기의 쇄교속도에 비해 상대적으로 빠르다. 따라서, 본 발명의 전동부(60)는 도시된 것처럼 구동풀리(61)와 종동풀리(63) 사이의 증속 풀리비가 1 : 8 내지 1 : 10 정도만 되어도 페달(43) 답력에 의해 발생된 회전 구동력을 가지고도 발전부(50)를 통해 충분한 세기의 전기를 발생시킬 수 있다. 다만, 증속 풀리비가 1 : 8보다 작으면 발전부(50)에서 발생되는 전기의 세기가 충분하지 않게 되고, 반대로 1 : 10보다 크면 전동벨트(65)에 의한 동력전달이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

여기에서, 구동풀리(61)는 도 2에 도시된 것처럼, 구동부(40) 페달(43)의 페달축(41) 일단에 동기 회전하도록 동축 상으로 장착되는 바, 페달(43) 답력에 의해 회전함으로써 회전 구동력을 발생시킨다. 또한, 전동벨트(65)는 구동풀리(61)와 종동풀리(63) 사이에 감겨 구동풀리(61)에서 발생된 회전 구동력을 종동풀리(63)로 전달한다. 끝으로, 종동풀리(63)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 발전기(1)의 로터축(3) 일단에 동축 상으로 장착되어, 전동벨트(65)를 통해 전달되는 회전 구동력을 로터축(3)에 전달하여 발전기(1)를 동작시키는데, 구동풀리(61)와의 풀리 직경비에 따라 회전속도를 증속하게 된다.

상기 제어부(70)는 발전부(50) 뿐 아니라 입출력부(80) 및 운동부하 조절부(90) 등 헬스자전거(10) 전반의 전자기기를 제어하는 부분으로, 도 2에 도시된 것처럼, 발전부(50)와 입출력부(80) 및 운동부하 조절부(90)를 연결하도록 몸체부(30) 일측에 장착된다. 이에 따라, 제어부(70)는 발전부(50) 발전기(1)에서 발생된 전기를 정류하여 입출력부(80) 등의 전원으로 사용될 수 있도록 할 뿐 아니라, 발전기의 회전속도를 측정하여 입출력부(80) 등에서 사용할 수 있도록 디지털화한다. 또한, 제어부(70)는 입출력부(80)를 통해 입력된 사용자의 입력값에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해서 운동부하 조절부(90)의 저항에 따라 발전기(1)에 흐르는 전류를 가변시킴으로써 발전기(1)에 걸리는 운동부하를 증감하는 등 발전기(1)의 동작을 제어한다. 아울러, 제어부(70)는 발전기(1) 로터축(3)의 회전속도 등 데이터값을 측정하여 입출력부(80)를 통해 출력함으로써, 사용자로 하여금 원하는 데이터 값을 확인할 수 있도록 한다.

상기 입출력부(80)는 하나 이상의 조작버튼과 디스플레이 그리고 터치패드나 스피커 등과 같은 각종 입출력부재를 통해 사용자와 제어부(70) 사이에 인터페이스를 제공하는 부분으로, 도 2에 개략적으로 도시된 것처럼, 사용자 시야에 가까운 전방프레임(33) 상단에 설치되는 바, 예컨대 사용자가 조작버튼의 조작을 통해 운동부하를 조절할 수 있도록 하거나, 로터축(3)의 회전속도로 계산한 자전거 주행속도를 디스플레이로 표시하는 등 각종 입출력부재를 통해 제어부(70)와 사용자가 데이터를 주고받을 수 있도록 한다.

상기 운동부하 조절부(90)는 제어부(70)의 명령에 따라 발전부(50)에서 발생되는 운동부하를 조절하는 부분으로, 도 2에 개략적으로 도시된 것처럼, 제어부(70)를 거쳐 발전기(1)와 입출력부(80)에 연결된다. 따라서, 운동부하 조절부(90)는 입출력부(80)를 통해 제어부(70)에 내려진 사용자의 명령에 따라 발전기(1)의 출력 즉, 전류값을 가감하도록 되어 있다. 이때, 운동부하 조절부(90)는 위와 같은 전류값 가감방식에 따라 다양한 형태로 제작이 가능한 바, 본 실시 예에서는 저항의 형태로 제작된다. 따라서, 운동부하 조절부(90)는 사용자가 입력한 운동강도값을 반영한 제어부(70)의 PWM 제어 명령을 받아서 발전기(1)의 고정전기자 코어(7)의 권선코일(25)에 흐르는 전류를 가변시킴으로써, 발전부(50)에서 구동부(40)를 통해 사용자에게 전달되는 운동부하를 조절한다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기(1) 및 이 발전기(1)를 구비한 헬스자전거(10)의 동작을 헬스자전거(10)를 중심으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 헬스자전거(10)를 사용하기 위해 사용자는 먼저 도 2에 도시된 것처럼 몸체부(30)의 뒤쪽에 구비된 안장(37)에 착석한다.

그 다음, 구동부(40)의 페달(43)을 밟고 돌리면, 페달축(41)과 동기 회전하는 전동부(60)의 구동풀리(61)가 회전하며, 구동풀리(61)의 회전 구동력은 전동벨트(65)를 통해 종동풀리(63)로 전달된다. 이때, 구동풀리(61)와 종동풀리(63) 간의 증속 풀리비에 따라 종동풀리(63)는 고속으로 증속된다.

이와 같이, 전동부(60)를 통해 증속되어 발전부(50)로 전달된 회전 구동력은 발전기(1)의 로터축(3)을 고속으로 회전시킨다. 이렇게 해서 로터축(3)이 고속 회전하면, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 정회전 방향으로 로터축(3)과 동기 회전하는 회전계자 하우징(5)도 고속으로 회전한다. 이에 따라, 영구자석(21)에서 생성된 자기력선이 고정전기자 코어(7)에 의해 끊기며, 이때 유기된 전류에 의해 고정전기자 코어(7)의 권선코일(25)에 기전력이 발생된다. 이렇게 해서 권선코일(25)에 발생된 전기는 제어부(70)로 인가되어 정류된 뒤, 입출력부(80) 등으로 공급되어 전원으로 사용된다.

이와 같이, 본 발명의 헬스자전거(10)는 사용자가 구동부(40)를 통해 발생시킨 회전 구동력에 의해 발전부(50)에서 전기를 만들게 될 뿐 아니라, 반대로 발전기(1)의 출력전압을 제어함으로써 구동부(40)에 걸리는 운동부하를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 사용자는 입출력부(80)를 통해 운동부하값을 입력할 수 있는데, 예컨대 사용자가 조작버튼을 통해 운동부하값을 높이면, 제어부(70)는 운동부하 조절부(90)를 통해서 발전기(1)에 흐르는 전류값를 증가 시킨다. 이에 따라, 발전기(1)의 로터축(3)에는 전류값에 비례해서 토오크가 발생하여, 회전계자 하우징(5)의 전반에 걸쳐 회전부하를 증대시키게 된다. 결과적으로, 발전기(1)의 회전부하 증대는 전동부(60)를 통해 구동부(40)로 전달되어 구동부(40)의 운동부하 증대를 가져오게 된다.

1 : 발전기 3 : 로터축
5 : 회전계자 하우징 7 : 고정전기자 코어
10 : 헬스자전거 13 : 코어 어댑터
17 : 클러치베어링 21 : 영구자석
25 : 권선코일 27 : 요크
30 : 몸체부 37 : 안장
39 : 핸들 40 : 구동부
41 : 페달축 43 : 페달
45 : 연결암 50 : 발전부
60 : 전동부 61 : 구동풀리
63 : 종동풀리 65 : 전동벨트
70 : 제어부 80 : 입출력부
90 : 운동부하 조절부

Claims

자전거(10) 페달(43)의 회전에 의해 발생한 회전 구동력이 입력되는 로터축(3);
상기 로터축(3)에 의해 회전 구동되도록 상기 로터축(3) 상에 동축 상으로 장착되되, 내주면에 복수의 영구자석(21)이 장착된 회전계자 하우징(5); 및
상기 회전계자 하우징(5) 내에서 상기 영구자석(21)과 인접하도록 상기 로터축(3)을 동축 상으로 둘러싸면서 상기 자전거(10)의 몸체부(30)에 연결되어, 상기 로터축(3)을 상기 몸체부(30)에 회전 가능하게 지지하는 고정전기자 코어(7);를 포함하여 이루어지며,
상기 고정전기자 코어(7)는 상기 복수의 영구자석(21)과 대응하도록 외주면에 형성된 복수의 권선코일(25)을 포함하며, 상기 회전계자 하우징(5)이 회전할 때 상기 고정전기자 코어(7)에 유기되는 전류에 의해 기전력을 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기.
청구항 1에 있어서,
상기 회전자계 하우징(5)은 외주벽의 두께가 로터축(3)에 의한 회전 관성을 유지할 수 있도록 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 로터축(3)과 상기 로터축(3)에 삽입되는 상기 회전자계 하우징(5)의 허브(23) 사이에 끼워져 상기 회전자계 하우징(5)을 상기 로터축(3)에 대해 축지지하나, 상기 로터축(3)의 회전 구동력을 상기 회전자계 하우징(5)에 대해 정방향으로는 전달하지만 역방향으로는 전달하지 않는 클러치베어링(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기.
착석이 가능하도록 안장(37)과 핸들(39)을 구비하는 프레임체로서, 바닥에 지지되는 몸체부(30);
상기 핸들(39) 하부에서 상기 몸체부(30)에 장착되어, 사용자에 의해 회전하는 페달(43)을 통해 회전 구동력을 만들어 내는 구동부(40);
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 아우터 로터 타입 헬스자전거용 발전기(1)로 이루어져, 상기 구동부(40)에서 발생된 회전 구동력에 의해 전기를 만들어 내는 발전부(50);
상기 구동부(40)에서 발생된 회전 구동력을 상기 발전부(50)로 전달하는 전동부(60);
상기 발전부(50)에서 발생된 전기를 가공하여 전원을 생성하며, 상기 발전기(1)의 동작을 제어하는 제어부(70);
상기 제어부(70)와 사용자가 데이터를 주고받을 수 있도록 상기 제어부(70)와 사용자 사이에 인터페이스를 제공하는 입출력부(80); 및
상기 입출력부(80)에서 입력되는 사용자의 운동강도값에 따라 상기 발전기(1)에 흐르는 전류를 가변시켜, 구동부(40)를 통해 사용자에게 전달되는 운동부하를 조절하는 운동부하 조절부(90);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 발전기를 구비한 헬스자전거.
청구항 4에 있어서,
상기 운동부하 조절부(90)는 상기 운동강도값에 따라 상기 제어부(70)에 의해 상기 발전기(1)에 흐르는 전류를 가변시킬 수 있는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 발전기를 구비한 헬스자전거.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 전동부(60)는,
상기 페달(43)의 페달축(41)에 동축 상으로 장착된 구동풀리(61);
상기 발전기(1)의 로터축(3)에 동축 상으로 장착된 종동풀리(63); 및
상기 구동풀리(61)와 상기 종동풀리(63)를 연결하는 전동벨트(65);를 포함하여 구성되며,
상기 구동풀리(61)와 상기 종동풀리(63)는 1 : 8 내지 10의 증속 풀리비를 가지는 것을 특징으로 하는 아우터 로터 타입 발전기를 구비한 헬스자전거.