KR20230032156A - 자전거 보조 동력장치 - Google Patents

자전거 보조 동력장치 Download PDF

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KR20230032156A
KR20230032156A KR1020210114661A KR20210114661A KR20230032156A KR 20230032156 A KR20230032156 A KR 20230032156A KR 1020210114661 A KR1020210114661 A KR 1020210114661A KR 20210114661 A KR20210114661 A KR 20210114661A KR 20230032156 A KR20230032156 A KR 20230032156A
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auxiliary power
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KR1020210114661A
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김기웅
최종윤
윤태호
강동민
양승재
황인권
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한남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시 형태는, 내부에 배터리를 포함하는 하우징과, 상기 하우징에서 노출되도록 형성되며, 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달하는 모터부와, 상기 모터부의 동작을 제어하는 제어부, 및 상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징의 일단에 형성되는 고정부를 포함하는 자전거 보조 동력장치를 제공할 수 있다.

Description

자전거 보조 동력장치{A BICYCLE AUXILIARY POWER DEVICE}
본 발명은 자전거 보조 동력장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자전거 바퀴에 직접 접촉하여 작동함으로써 다양한 자전거에 탈부착이 가능한 자전거 보조 동력장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 근거리 이동수단의 하나로서, 최근에는 건강 등의 목적으로 운동 또는 취미용으로 널리 이용되고 있다.
최근에는 먼거리를 이동하거나 사용자의 체력소모를 줄이고자 모터의 구동력으로 주행하도록 모터를 설치한 전기 자전거가 개발되어 출퇴근용이나 레저용으로 주로 사용되고 있다. 친환경 에너지를 이용한 퍼스널 모빌리티 시장이 성장함에 따라 다양한 형태의 퍼스널 모빌리티가 등장하고 있다.
모터의 구동력을 제공하기 위해 자전거에 장착되는 모터 구조체는 자전거의 전륜 또는 후륜(이하, 통칭하여 '휠'이라함)에 장착되어 휠을 회전시킴으로써 주행하도록 이루어진다. 이러한 모터 구조체는 통상적으로 모터와, 모터의 회전력을 감소시키는 감속유닛과, 감속유닛으로부터 출력된 회전력을 휠에 전달하는 동력전달유닛과, 이들을 제어하기 위한 제어유닛을 포함할 수 있다.
선행기술 : 한국 공개특허 10-2018-0134496
상기 선행문헌은 전기자전거용 휠 모터 조립체에 관한 것으로서, 타이어와 림을 포함하는 휠 림과, 로터 및 스테이터를 포함하는 모터와, 모터를 감싸기 위해 마련되는 좌우 한 쌍의 모터 하우징과, 모터하우징의 중심을 관통하며 몸체의 변형으로 토크를 측정하기 위한 스트레인 게이지를 포함하는 허브축과, 모터하우징의 중심에서 외측으로 돌출 마련되며 허브축에 회전 가능하게 결합되는 스포크 허브와, 스포크 허브와 휠 림을 연결하기 위한 복수의 스포크를 포함한 휠 모터 조립체를 개시하고 있다.
하지만, 이러한 전기 자전거는 일반적으로 자전거 휠 부분에 모터의 구동력을 전달하는 것으로서 고가의 구입비용이 발생하며 기존 자전거에 직접 적용하는 데에는 한계가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 기존의 일반 자전거에 직접 장착함으로써 전기 자전거와 유사한 기능을 발휘할 수 있는 탈부착형 자전거 보조 동력장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시 형태는, 내부에 배터리를 포함하는 하우징과, 상기 하우징에서 노출되도록 형성되며, 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달하는 모터부와, 상기 모터부의 동작을 제어하는 제어부, 및 상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징의 일단에 형성되는 고정부를 포함하는 자전거 보조 동력장치를 제공할 수 있다.
상기 모터부는, 전원의 공급에 의해 회전하는 로터와 상기 로터에 고정되며 소정의 지름을 갖는 회전력 전달부, 및 상기 회전력 전달부의 표면에 형성되며 자전거 바퀴와 마찰하는 마찰부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 자전거 바퀴의 회전 RPM 에 따라 상기 모터부의 회전 RPM 을 제어할 수 있다.
상기 자전거 보조 동력장치는, 상기 모터부와 자전거 바퀴 사이의 압축력을 일정하게 유지하기 위해 상기 하우징을 일방향으로 지지하는 댐핑장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 일반 자전거에 직접 장착함으로써 전기 자전거와 유사한 기능을 발휘할 수 있는 자전거 보조 동력장치를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치가 자전거에 거치된 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 모터부를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 구조도이다. 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(100)는, 하우징(110), 모터부(120), 제어부(130), 및 고정부(140)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 배터리(101), 및 제어부(130)를 포함하는 작동회로 등을 보호하기 위한 몸체를 구성할 수 있다. 상기 하우징(110)은 내부의 구성요소를 보호하기 위하여 스틸이나 강화 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)의 형태는 자전거에 탈부착이 용이하며 자전거에 부착시 자연스러운 형태를 나타낼 수 있도록 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 하우징의 내부에 포함된 배터리(101)는 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 모터부(120)에 전원을 공급하여 모터부를 작동시킬 수 있다. 상기 배터리(101)는 외부 전원에 의해 충전될 수 있으며, 상기 배터리의 충전을 위해서 상기 하우징에는 충전단자가 형성될 수 있다.
상기 모터부(120)는, 상기 하우징에서 노출되도록 형성되며 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달할 수 있다. 상기 모터부(120)는 자전거의 바퀴와 접촉하여 모터에 발생된 회전 에너지를 자전거의 바퀴로 전달할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 모터부(120)를 하우징(110)의 일단에 형성되는 것으로 도시하였으나, 상기 모터부(120)가 자전거의 바퀴와 접촉할 수 있다면 상기 모터부의 위치는 하우징의 하부나 측부에 형성될 수도 있다. 본 실시형태에서는 하우징(110)이 모터부(120)의 상부 및 측부를 덮고, 모터부의 하부면이 노출되도록 형성될 수 있다.
본 실시형태에서 상기 모터부(120)는 BLDC 모터가 사용될 수 있다. 브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor, BLDC motor)는 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진 동기전동기의 일종이다. DC모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있다. 이때 가만히 있는 부분을 고정자 (stator), 돌고 있는 부분을 회전자(rotor)라고 부른다. 그러나 이러한 브러시는 맞닿은 채로 돌아가기 때문에 마모되기 쉽고, 어떨 때는 스파크의 원인이 되기도 한다. 또한 모터의 종류에 따라 하드웨어적 성능이 다르기 때문에 정밀하게 속도를 제어하기 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도선이 맞닿아있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능한 BLDC 모터를 만들어냈다. BLDC모터의 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)이다. 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통한다. 마주보고 있는 코일끼리는 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N,S극을 만들어낸다. 이때 회전자의 N,S극이 고정자에 의해 끌려오게 되고, 옆에서는 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어주어 회전자를 밀어낸다. 코일 간 서로 연결이 되어있기 때문에 한 코일에만 전류를 흘려주면 전류를 더 효율적으로 흐르게 만들 수 있다. 결국 3상 AC모터와 다른 점이 없어서 3개의 선중 2개만 바꾸어도 회전 방향이 바뀐다. 그렇기 때문에 이런 전류를 제어해줄 전자 변속기(ESC)가 필요하다. 보통 드론용으로 많이 사용되며 그외에도 선풍기, 헤어드라이기 등 다양하게 쓰이고 있다.
상기 제어부(130)는 하우징의 내부에 배치되어 상기 모터부(120)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부(130)는 기본적으로 상기 모터부(120)에 공급되는 전원을 제어하여 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 온-오프를 제어할 수 있다. 상기 자전거 보조 동력장치의 온-오프 동작을 위해 별도의 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부(130)는 자전거의 바퀴와 접촉하여 작동하는 모터부를 감지하여 모터부에 가해지는 토크를 감지하고 이에 따라 모터부의 작동을 제어할 수 있다. 또는, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치는 자전거 바퀴의 RPM을 측정하는 별도의 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 RPM 센서에 의해 자전거 바퀴의 RPM을 측정하고, 자전거 바퀴의 RPM에 따라 제어부(130)에서는 상기 모터부(120)의 작동을 제어할 수 있다. 즉 고속주행구간에서 자전거 바퀴의 RPM이 높을 때는 모터부(120)의 RPM을 높여서 모터부와 자전거 바퀴 사이의 마찰력에 의해 자전거 속도가 줄어드는 것을 방지할 수 있다. 또한, 저속주행구간에서 자전거 바퀴의 RPM이 낮을 때는 모터부의 RPM을 낮춤으로서 사용자가 패달링에 큰 힘을 들이지 않도록 할 수 있다. 스마트폰으로 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치를 제어하기 위해 상기 제어부(130)에는 블루투스 모듈이 포함될 수 있다.
고정부(140)는, 상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징(110)의 일단에 형성될 수 있다. 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(100)는 자전거 안장 폴대에 장착되어 자전거 뒷바퀴에 구동력을 전달시키는 형태일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서 상기 고정부(140)는 자전거 안장 폴대에 장착하기 위한 그립부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자전거 보조 동력장치는 자전거의 바퀴와 모터부가 직접 접촉되도록 설치하면 되므로 자전거의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 상기 탈부탁형 자전거 패달링 보조장치가 설치되는 위치에 따라 상기 고정부의 위치 및 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 자전거 보조 동력장치를 자전거에 부착한 형태이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(200)는, 하우징(210), 모터부(220), 제어부(미도시), 및 고정부(240)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 자전거 보조 동력장치(200)의 고정부를 자전거의 안장 폴대(291)에 연결되고, 상기 모터부(220)가 자전거 뒷바퀴(292)의 상부에 접촉하도록 설치될 수 있다.
하우징(210)은, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 배터리(미도시), 및 제어부(미도시)를 포함하는 작동회로 등을 보호하기 위한 몸체를 구성할 수 있다. 상기 하우징(210)은 내부의 구성요소를 보호하기 위하여 스틸이나 강화 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 하우징(210)의 형태는 자전거에 탈부착이 용이하며 자전거에 부착시 자연스러운 형태를 나타낼 수 있도록 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 하우징의 내부에 포함된 배터리는 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 모터부(220)에 전원을 공급하여 모터부를 작동시킬 수 있다. 상기 배터리는 외부 전원에 의해 충전될 수 있으며, 상기 배터리의 충전을 위해서 상기 하우징에는 충전단자가 형성될 수 있다.
상기 모터부(220)는, 상기 하우징에서 노출되도록 형성되며 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달할 수 있다. 상기 모터부(220)는 자전거의 바퀴(292)와 접촉하여 모터에 발생된 회전 에너지를 자전거의 바퀴로 전달할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 모터부(220)를 하우징(210)의 일단에 형성되는 것으로 도시하였으나, 상기 모터부(220)가 자전거의 바퀴와 접촉할 수 있다면 상기 모터부의 위치는 하우징의 하부나 측부에 형성될 수도 있다. 본 실시형태에서는 하우징(210)이 모터부(220)의 상부 및 측부를 덮고, 모터부의 하부면이 노출되도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 모터부(220)는 BLDC 모터가 사용될 수 있다. 브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor, BLDC motor)는 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진 동기전동기의 일종이다. DC모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있다. 이때 가만히 있는 부분을 고정자 (stator), 돌고 있는 부분을 회전자(rotor)라고 부른다. 그러나 이러한 브러시는 맞닿은 채로 돌아가기 때문에 마모되기 쉽고, 어떨 때는 스파크의 원인이 되기도 한다. 또한 모터의 종류에 따라 하드웨어적 성능이 다르기 때문에 정밀하게 속도를 제어하기 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도선이 맞닿아있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능한 BLDC 모터를 만들어냈다. BLDC모터의 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)이다. 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통한다. 마주보고 있는 코일끼리는 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N,S극을 만들어낸다. 이때 회전자의 N,S극이 고정자에 의해 끌려오게 되고, 옆에서는 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어주어 회전자를 밀어낸다. 코일 간 서로 연결이 되어있기 때문에 한 코일에만 전류를 흘려주면 전류를 더 효율적으로 흐르게 만들 수 있다. 결국 3상 AC모터와 다른 점이 없어서 3개의 선중 2개만 바꾸어도 회전 방향이 바뀐다. 그렇기 때문에 이런 전류를 제어해줄 전자 변속기(ESC)가 필요하다. 보통 드론용으로 많이 사용되며 그외에도 선풍기, 헤어드라이기 등 다양하게 쓰이고 있다.
고정부(240)는, 상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징(210)의 일단에 형성될 수 있다. 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(200)는 자전거 안장 폴대(291)에 장착되어 자전거 뒷바퀴에 구동력을 전달시키는 형태일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서 상기 고정부(240)는 자전거 안장 폴대에 장착하기 위한 그립부를 포함할 수 있다. 상기 고정부는 상기 자전거 보조 동력장치가 설치되는 자전거의 위치에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 자전거 보조 동력장치가 자전거의 뒷바퀴와 접촉하기 위해 자전거의안장 부분에 고정되는 형태로 도시하였으나, 상기 자전거 보조 동력장치는 자전거의 앞바퀴와 접촉되도록 배치될 수도 있으며 이 때의 고정부는 다른형태로 구현될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 모터부의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 자전거 패달링 보조장치에서 모터부(320)는 로터(321), 회전력 전달부(322) 및 마찰부(323)를 포함할 수 있다.
로터(321)는, 배터리 전원의 공급에 의해 회전하는 모터와 연결될 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 모터는 BLDC 모터일 수 있다. 브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor, BLDC motor)는 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진 동기전동기의 일종이다. DC모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있다. 이때 가만히 있는 부분을 고정자 (stator), 돌고 있는 부분을 회전자(rotor)라고 부른다. 그러나 이러한 브러시는 맞닿은 채로 돌아가기 때문에 마모되기 쉽고, 어떨 때는 스파크의 원인이 되기도 한다. 또한 모터의 종류에 따라 하드웨어적 성능이 다르기 때문에 정밀하게 속도를 제어하기 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도선이 맞닿아있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능한 BLDC 모터를 만들어냈다. BLDC모터의 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)이다. 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통한다. 마주보고 있는 코일끼리는 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N,S극을 만들어낸다. 이때 회전자의 N,S극이 고정자에 의해 끌려오게 되고, 옆에서는 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어주어 회전자를 밀어낸다. 코일 간 서로 연결이 되어있기 때문에 한 코일에만 전류를 흘려주면 전류를 더 효율적으로 흐르게 만들 수 있다. 결국 3상 AC모터와 다른 점이 없어서 3개의 선중 2개만 바꾸어도 회전 방향이 바뀐다. 그렇기 때문에 이런 전류를 제어해줄 전자 변속기(ESC)가 필요하다. 보통 드론용으로 많이 사용되며 그외에도 선풍기, 헤어드라이기 등 다양하게 쓰이고 있다.
회전력 전달부(322)는, 상기 로터에 고정되며 소정의 지름을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 회전력 전달부(322)는 로터에 고정되어 로터가 회전시 로터와 같이 회전하며 로터의 회전력을 자전거의 바퀴로 전달하기 위한 매개체 역할을 할 수 있다. 상기 회전력 전달부는 로터를 중심축으로 하는 원통형태로 형성될 수 있다. 상기 로터와 회전력 전달부의 결합시 베어링 등을 추가하여 원활한 회전운동이 가능하도록 할 수 있다.
마찰부(323)는, 상기 회전력 전달부의 표면에 형성되며 자전거 바퀴와 접촉될 수 있다. 상기 마찰부(323)는 상기 회전력 전달부(322)에 의해 전달되는 회전력을 자전거 바퀴로 전달하기 위해서 자전거 바퀴와 소정의 마찰력을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 마찰부(323)는 자전거 바퀴와 같은 합성고무 재질로 형성될 수 있다. 상기 마찰부는 상기 회전력 전달부(322)의 표면 전체를 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 또는 상기 회전력 전달부(322)의 표면 일부면에만 형성될 수도 있다. 상기 마찰부(323)는 자전거 바퀴에 형성된 요철홈에 대응하는 요철구조 형태로 형성될 수도 있다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(400)는, 하우징(410), 모터부(미도시), 제어부(미도시), 고정부(440) 및 댐핑장치(450)를 포함할 수 있다.
하우징(410)은, 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 배터리(미도시), 및 제어부(미도시)를 포함하는 작동회로 등을 보호하기 위한 몸체를 구성할 수 있다. 상기 하우징(410)은 내부의 구성요소를 보호하기 위하여 스틸이나 강화 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 하우징(410)의 형태는 자전거에 탈부착이 용이하며 자전거에 부착시 자연스러운 형태를 나타낼 수 있도록 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 하우징의 내부에 포함된 배터리는 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치에 포함되는 모터부(420)에 전원을 공급하여 모터부를 작동시킬 수 있다. 상기 배터리(미도시)는 외부 전원에 의해 충전될 수 있으며, 상기 배터리의 충전을 위해서 상기 하우징에는 충전단자가 형성될 수 있다.
상기 모터부(미도시)는, 상기 하우징에서 노출되도록 형성되며 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달할 수 있다. 상기 모터부는 자전거의 바퀴와 접촉하여 모터에 발생된 회전 에너지를 자전거의 바퀴로 전달할 수 있다. 상기 모터부가 자전거의 바퀴와 접촉할 수 있다면 상기 모터부의 위치는 하우징의 하부나 측부에 형성될 수도 있다.
본 실시형태에서 상기 모터부는 BLDC 모터가 사용될 수 있다. 브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor, BLDC motor)는 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진 동기전동기의 일종이다. DC모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있다. 이때 가만히 있는 부분을 고정자 (stator), 돌고 있는 부분을 회전자(rotor)라고 부른다. 그러나 이러한 브러시는 맞닿은 채로 돌아가기 때문에 마모되기 쉽고, 어떨 때는 스파크의 원인이 되기도 한다. 또한 모터의 종류에 따라 하드웨어적 성능이 다르기 때문에 정밀하게 속도를 제어하기 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도선이 맞닿아있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능한 BLDC 모터를 만들어냈다. BLDC모터의 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)이다. 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통한다. 마주보고 있는 코일끼리는 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N,S극을 만들어낸다. 이때 회전자의 N,S극이 고정자에 의해 끌려오게 되고, 옆에서는 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어주어 회전자를 밀어낸다. 코일 간 서로 연결이 되어있기 때문에 한 코일에만 전류를 흘려주면 전류를 더 효율적으로 흐르게 만들 수 있다. 결국 3상 AC모터와 다른 점이 없어서 3개의 선중 2개만 바꾸어도 회전 방향이 바뀐다. 그렇기 때문에 이런 전류를 제어해줄 전자 변속기(ESC)가 필요하다. 보통 드론용으로 많이 사용되며 그외에도 선풍기, 헤어드라이기 등 다양하게 쓰이고 있다.
고정부(440)는, 상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징(410)의 일단에 형성될 수 있다. 본 실시형태에 따른 자전거 보조 동력장치(400)는 자전거 안장 폴대에 장착되어 자전거 뒷바퀴에 구동력을 전달시키는 형태일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서 상기 고정부(440)는 자전거 안장 폴대에 장착하기 위한 그립부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자전거 보조 동력장치는 자전거의 바퀴와 모터부가 직접 접촉되도록 설치하면 되므로 자전거의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 상기 자전거 보조 동력장치가 설치되는 위치에 따라 상기 고정부의 위치 및 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
댐핑장치(450)는, 상기 모터부(420)와 자전거 바퀴 사이의 압축력을 일정하게 유지하기 위해 상기 하우징을 일방향으로 지지할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 댐핑장치(450)는 하우징의 상부 영역에 배치되고, 일단은 고정부(440)에 연결되며 타단은 하우징의 일단에 연결될 수 있다. 상기 댐핑장치(450)는 가스식 쇽업장치가 사용될 수 있다. 자전거 운행시 자전거의 상하 운동이 발생하며 이러한 자전거 상하운동에 의해 자전거 바퀴와 접촉하고 있는 모터부 또는 하우징 자체가 상부로 밀려나갈 수 있다. 상부로 밀려나간 모터부를 다시 자전거 바퀴와 접촉시키기 위해서는 모터부 또는 하우징에 하부 방향으로 일정한 압력을 가해주어야 한다. 본 실시형태에서 댐핑장치(450)는 상기 모터부 또는 하우징에 가해지는 힘을 완화시키고 일정한 압력으로 하우징을 눌러주는 역할을 할 수 있다. 상기 댐핑장치(450)는 자전거 상하운동에 의해 모터부가 상부로 밀려나갈 때에는 충격을 흡수하고, 자전거의 바퀴가 하부로 밀릴 때에는 모터부 또는 하우징을 하부로 밀어주어 자전거 바퀴와 모터부의 접촉압력을 일정하게 유지하는 역할을 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 하우징의 형태나 하우징에 배치되는 모터부나 고정부의 위치, 고정부의 형태 등은 다양하게 변경될 수 있다.
110 : 하우징 120 : 모터부
130 : 제어부 140 : 고정부

Claims (4)

  1. 내부에 배터리를 포함하는 하우징;
    상기 하우징에서 노출되도록 형성되며, 상기 배터리 전원에 의해 회전에너지를 발생시켜 자전거 바퀴로 전달하는 모터부;
    상기 모터부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 하우징을 자전거에 부착하기 위해 상기 하우징의 일단에 형성되는 고정부
    를 포함하는 자전거 보조 동력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터부는,
    전원의 공급에 의해 회전하는 로터;
    상기 로터에 고정되며 소정의 지름을 갖는 회전력 전달부; 및
    상기 회전력 전달부의 표면에 형성되며 자전거 바퀴와 마찰하는 마찰부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 동력장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자전거 바퀴의 회전 RPM 에 따라 상기 모터부의 회전 RPM 을 제어하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 동력장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터부와 자전거 바퀴 사이의 압축력을 일정하게 유지하기 위해 상기 하우징을 일방향으로 지지하는 댐핑장치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 동력장치.
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