WO2014204056A1 - 브러시리스 디씨 모터와 이 모터를 이용하는 전기자전거 - Google Patents

브러시리스 디씨 모터와 이 모터를 이용하는 전기자전거 Download PDF

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WO2014204056A1
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permanent magnet
motor
brushless
shaft
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PCT/KR2013/009613
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배종준
이원호
장재덕
주인식
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한국파워트레인 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a brushless DC motor and a battery bicycle using the motor, and more particularly, to a brushless DC motor and an electric bicycle using the motor which can reduce the number of components constituting the motor.
  • motors are used in many places such as electric bicycles, AV equipment, computers, home appliances and home facilities, and industrial applications.Brush Less without brush and commutator is required due to the miniaturization of the motor, low noise, and low power consumption.
  • DC DC
  • Brushless DC motor does not generate mechanical friction loss, spark or noise, and has excellent speed control and torque control, high efficiency due to no loss in speed control, high efficiency, and durable, minimizing maintenance. It is widely used in industrial equipment.
  • a well-known brushless DC motor includes a stator in which a plurality of electromagnets are arcuately arranged, and a rotor having permanent magnets arranged outwardly of the stator.
  • the N poles and the S poles are alternately arranged so that when the current is applied to the electromagnet constituting the stator, the rotor starts to rotate.
  • the brushless DC motor of such a configuration has a disadvantage in that the number of permanent magnets constituting the rotor is increased because a plurality of permanent magnets of the N pole and the S pole constituting the rotor are alternately arranged. There is a problem that the manufacturing cost increases as the number increases.
  • the motor disclosed in Korean Patent No. 1136439 shows that a plurality of permanent magnets of N poles and permanent magnets of S poles are alternately arranged.
  • an object of the present invention is to reduce the number of components of the motor while reducing the manufacturing cost of the motor brushless DC motor and a battery using the motor To provide.
  • the present invention provides a shaft, a stator coupled to an outer circumference of the shaft, a plurality of electromagnets coupled radially to the outer circumferential side of the stator, a rotor disposed outside the stator, and an inner circumferential side of the rotor. It includes a number of permanent magnets arranged,
  • the rotor is disposed at regular intervals and is fitted between the fitting groove for fitting the permanent magnet or N-pole permanent magnet of the S pole, the fitting coupling groove portion and the inner peripheral surface is the permanent magnet of the S pole or permanently of the N pole
  • a BCD motor including a protrusion that protrudes to the same surface as the magnet facing the stator side.
  • the protruding portion has the same shape as the permanent magnet of the S pole or the permanent magnet of the N pole.
  • a partition groove portion is formed between the protrusion and the fitting groove portion, a space partitioned from the permanent magnet of the S pole or the permanent magnet of the N pole.
  • the rotor is disposed at regular intervals and is fitted between the fitting groove for fitting the permanent magnet or N-pole permanent magnet of the S pole, the fitting coupling groove portion and the inner peripheral surface is the permanent magnet of the S pole or permanently of the N pole
  • an electric bicycle comprising a protrusion that protrudes to the same surface as the magnet facing the stator side.
  • the present invention such as using only one of the permanent magnet of the N pole or the permanent magnet of the S pole is arranged at regular intervals and between the insertion coupling groove between the permanent magnet of the N pole or the permanent magnet of the S pole is arranged.
  • the permanent magnet of the N pole or the permanent magnet of the S pole is configured to omit one type of permanent magnet to reduce the number of parts, thereby reducing the manufacturing cost and maximizing cost reduction.
  • FIG. 1 is a view showing a brushless DC motor for explaining an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of a main part of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded view illustrating a rotor and a permanent magnet coupled to the rotor to explain an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an electric bicycle using a brushless DC motor according to the present invention.
  • FIG. 1 shows an electric bicycle to which a motor according to an embodiment of the present invention can be applied
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of a state where a brushless DC motor is installed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view illustrating a state where one side cover is removed from a brushless DC motor according to an embodiment
  • FIG. 4 is a view illustrating some of the main parts of FIG. 1 in detail, and illustrates a brushless DC motor.
  • 5 is a view for explaining the relationship between the rotor and the permanent magnet coupled to the rotor according to an embodiment of the present invention.
  • the front wheels 2 and the rear wheels 4 are rotatably installed at the front and rear of the frame 6, respectively, and the handles 8 are installed in the frame 6 so that the direction of the front wheels 2 can be changed. It is a general type of bicycle composed.
  • the front wheels 2 and the rear wheels 4 are respectively installed in the forks 3 and 5 formed integrally with the frame 6. These forks 3 and 5 each consist of a pair.
  • the frame 6 is provided with a pedal 10, which is connected to the rear wheel 4 by a chain 12 so as to rotate the rear wheel 4 by the user.
  • the electric bicycle has a shaft 12 installed across the fork 5 on the rear wheel 4 side to rotatably support the rear wheel 4.
  • the shaft 12 is provided with electricity generating means.
  • the electricity generating means has a pair of cover members 16 and 18 which are rotatably installed on the shaft 12 via a bearing 14, and these cover members have a divided structure. They are combined while being placed in a position facing each other.
  • Flanges 20 and 22 are formed on the outer circumference of these cover members 16 and 18, and these flanges have holes 26 for connecting the spokes 24 of the rear wheels 4 of the bicycle. 28) are pierced.
  • the rotor 30 and the stator 32 are provided in the inner space portion of the cover members 16 and 18, which are made by matching the cover members 16 and 18.
  • the rotor 30 As shown in FIG. 5, the rotor 30 according to the present exemplary embodiment has a round band member 34, and a plurality of permanent magnets 36 are disposed on an inner surface of the band member 34.
  • the band member 34 is configured to position the permanent magnets 36 by forming a groove 38 on an inner side thereof.
  • the groove 38 has a structure in which the permanent magnet 36 can be fitted, and a protrusion 40 is formed between the groove 38 and another groove 38 adjacent to the groove 38.
  • the grooves 38 and the protrusions 40 are alternately and continuously formed over the entire inner surface of the belt member 34.
  • the width of the permanent magnet 36 and the width of the protruding portion 4 be approximately the same width, and their shapes also preferably have the same shape.
  • the surface of the permanent magnet located in the groove is preferably located on the same circumferential surface as the surface of the protrusion 40.
  • the surface of the protrusion 40 and the surface of the permanent magnet 36 is formed of a curve
  • the curvature of the curve is preferably made of a curvature having the same radius in the center of the band member 34.
  • a gap 42 is formed to some extent between the permanent magnet 36 disposed in the groove 38 and the protrusion 40. This gap 42 is made by protruding from the groove 38 but protruding less than the protrusion 40.
  • the permanent magnet 36 may have a substantially quadrangular shape, and a permanent magnet of N pole or a permanent magnet of S pole may be used. The important fact is that no matter which pole permanent magnet is used, permanent magnets of the same pole are used.
  • the stator 32 includes a support block 44 coupled to the shaft 12 and an electromagnet assembly 46 fixed to an outer circumference of the support block 44 as shown in FIG. 2.
  • the electromagnet assemblies 46 each include a stator core 48 fixed to an outer circumference of the support block 44 and a coil 50 wound around the outer circumference of the stator core 48.
  • the stator 32 may be of various types of similar structures.
  • the electromagnetic force line M1 is formed from the permanent magnet 36 to the protrusion 40 side on the rotor 30 side, and the electromagnetic assembly on the protrusion 40 side on the stator 32 side.
  • the electromagnetic force line M2 is formed to the permanent magnet 36 through 46. Therefore, the protrusion 40 is magnetized to the N pole to serve as the N pole. Therefore, the rotor 30 can rotate.
  • a decrease in magnetic density may be prevented by increasing the number of turns of the coil of the electromagnet assembly 46 or increasing the stack height.
  • This embodiment of the present invention can maximize the cost savings by reducing the manufacturing cost by reducing the number of permanent magnets 36, which occupy a large proportion in the manufacturing cost of the BCD motor.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명의 브러시리스 디씨 모터는 축의 외주에 결합되는 스테이터, 스테이터의 외주측에 방사상 방향으로 결합되는 다수의 전자석, 스테이터의 외측에 배치되는 로터, 그리고 로터의 내주측에 배치되는 다수의 영구자석을 포함하며, 로터는 일정한 간격이 떨어져 배치되며 S극의 영구자석 또는 N극 영구자석을 끼움 결합하는 끼움결합홈부, 끼움결합홈부 사이에 배치되며 내주면 선단부가 S극의 영구자석 또는 N극의 영구자석이 스테이터 측을 향하는 면과 동일한 면까지 돌출된 돌출부를 포함한다.

Description

브러시리스 디씨 모터와 이 모터를 이용하는 전기자전거
본 발명은 브러시리스 디씨 모터와 이 모터를 이용하는 전지자전거에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터를 구성하는 구성요소의 개수를 줄일 수 있는 브러시리스 디씨 모터 및 이 모터를 이용하는 전기자전거에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 전기 자전거, AV기기용, 컴퓨터용, 가전 및 주택설비용, 산업용 등 많은 곳에서 사용되고 있으며, 모터의 소형화와 저소음 및 저전력 소비의 요구에 따라 브러시와 정류자가 없는 비엘디씨(Brush Less DC)모터가 개발되었다.
브러시리스 디씨 모터는 기계적인 마찰 손실이나 불꽃, 노이즈가 발생하지 않으며 속도 제어 및 토크 제어가 뛰어나고, 속도 제어에서 손실이 발생되지 않아 효율이 높으며, 내구성이 강하여 유지보수를 최소화할 수 있어 기전분야 및 산업용 기기에 많이 사용되고 있다.
잘 알려진 브러시리스 디씨 모터는, 다수개의 전자석들이 원호상으로 배치되는 스테이터, 이 스테이터의 외측으로 배치되는 영구자석을 갖는 로터를 포함한다.
상기 로터를 구성하는 영구자석은 N극과 S극이 교대로 배치됨으로서 상기 스테이터를 구성하는 전자석에 전류가 인가되면 로터의 회전이 시작된다.
이러한 구성의 브러시리스 디씨 모터는, 로터를 구성하는 N극의 영구자석과 S극의 영구자석이 교대로 다수개가 배치되므로 로터를 구성하는 영구자석의 개수가 많아지는 단점이 있으며, 또 영구자석의 개수 증가에 따라 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
대한민국 특허 1136439호에 개시된 모터를 보면 N극의 영구자석과 S극의 영구자석이 교대로 다수개가 배치되어 있음을 보여 준다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터의 구성요소의 개수를 줄이면서 모터의 제조비용을 줄일 수 있는 브러시리스 디씨 모터 및 이 모터를 이용하는 전지자전거를 제공하는데 있다.
상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 축, 상기 축의 외주에 결합되는 스테이터, 상기 스테이터의 외주측에 방사상 방향으로 결합되는 다수의 전자석, 상기 스테이터의 외측에 배치되는 로터, 그리고 상기 로터의 내주측에 배치되는 다수의 영구자석을 포함하며,
상기 로터는 일정한 간격이 떨어져 배치되며 S극의 영구자석 또는 N극 영구자석을 끼움 결합하는 끼움결합홈부, 상기 끼움결합홈부 사이에 배치되며 내주면 선단부가 상기 S극의 영구자석 또는 상기 N극의 영구자석이 상기 스테이터 측을 향하는 면과 동일한 면까지 돌출된 돌출부를 포함하는 비엘디씨 모터를 제공한다.
상기 돌출부는 상기 S극의 영구자석 또는 상기 N극의 영구자석과 동일한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 돌출부와 상기 끼움결합홈부 사이에는 상기 S극의 영구자석 또는 상기 N극의 영구자석과 구획되는 공간으로 이루어지는 구획홈부가 제공되는 것이 바람직하다.
프레임, 상기 프레임에 각각 회전가능하게 설치되는 전류 및 후륜, 상기 프레임에 설치되어 후륜축과 체인으로 회능하게 연결되는 페달, 그리고 상기 후륜축에 설치되는 스테이터, 상기 스테이터의 외주측에 방사상 방향으로 결합되는 다수의 전자석, 상기 스테이터의 외측에 배치되며 상기 후륜의 바퀴살과 연결되는 플랜지를 갖는 로터, 그리고 상기 로터의 내주측에 배치되는 다수의 영구자석을 포함하며,
상기 로터는 일정한 간격이 떨어져 배치되며 S극의 영구자석 또는 N극 영구자석을 끼움 결합하는 끼움결합홈부, 상기 끼움결합홈부 사이에 배치되며 내주면 선단부가 상기 S극의 영구자석 또는 상기 N극의 영구자석이 상기 스테이터 측을 향하는 면과 동일한 면까지 돌출된 돌출부를 포함하는 전기자전거를 제공한다.
이와 같은 본 발명은 N극의 영구자석 또는 S극의 영구자석 중에서 하나의 종류만 사용하여 일정한 간격을 띄워 배치하고 N극의 영구자석 또는 S극의 영구자석이 배치되는 끼움결합홈부 사이에 로터의 일부를 돌출시켜 N극의 영구자석 또는 S극의 영구자석의 형상으로 구성하여 한 종류의 영구자석을 생략하여 부품의 수를 줄임으로써 제조 비용을 감소시켜 원가 절감을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 브러시리스 디씨 모터를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 주요부의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 로터와 이 로터에 결합되는 영구자석을 분해하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 브러시리스 디씨 모터를 사용하는 전기자전거를 보여준다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터가 적용될 수 있는 전기자전거를 도시하고 있으며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 디씨 모터가 설치된 상태의 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 디씨 모터에서 일측 커버를 제거한 상태의 도면이며, 도 4는 도 1의 주요부분의 일부를 상세하게 도시한 도면으로, 브러시리스 디씨 모터(Brushless DC Motor )를 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로터와 이 로터에 결합되는 영구자석의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 브러시리스 디씨 모터가 적용되는 전기자전거는 다양한 타입의 것이 사용될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 본 발명에서는 도 1에 도시한 바와 같은 타입의 자전거를 일예로 설명한다.
전륜(2)과 후륜(4)은 각각 프레임(6)의 앞뒤에 회동이 가능하게 설치되며, 이 프레임(6)에는 핸들(8)이 설치되어 상기 전륜(2)의 방향을 변환시킬 수 있도록 구성되는 일반적인 타입의 자전거이다. 상기 전륜(2)과 후륜(4)은 프레임(6)에 일체로 형성되는 포크(3)(5)에 각각 설치된다. 이들 포크(3)(5)는 각각 1쌍으로 이루어진다.
상기 프레임(6)에는 패달(10)이 설치되어 있으며, 이 패달은 상기 후륜(4)과의 사이에 체인(12)으로 연결되어 사용자가 후륜(4)을 회동시키도록 구성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자전거는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 후륜(4) 측의 포크(5)에 가로질러 설치되어 후륜(4)을 회동가능하게 지지하는 축(12)을 갖고 있으며, 이 축(12)에 전기발생수단이 제공된다.
본 실시예에 따른 전기발생수단은, 상기 축(12)에 베어링(14)을 통하여 회동가능하게 설치되는 1쌍의 커버부재(16)(18)를 갖고 있으며, 이 커버부재들은 분할된 구조를 갖고 있으며 서로 마주보는 자세로 위치되면서 결합된다.
이들 커버부재(16)(18)의 외주에는 플랜지(20)(22)가 형성되어 있으며, 이들 플랜지에는 자전거의 후륜(4)의 살(spoke)(24)들이 연결되기 위한 구멍(26)(28)들이 뚫려져 있다.
상기 커버부재(16)(18)가 합치되어 만들어지는 커버부재(16)(18)의 내측 공간부에는 로터(30)와 스테이터(32)가 제공된다.
본 실시예에 따른 로터(30)는 도 5에 도시한 바와 같이, 둥근형상의 띠부재(34)를 갖고 있으며, 이 띠부재(34)의 내측면에 다수개의 영구자석(36)들이 배치된다.
본 실시예에 따른 상기 띠부재(34)는 그 내측면에 홈(38)을 형성하여 상기 영구자석들(36)을 위치시킬 수 있도록 구성된다.
보다 정확하게는 상기 홈(38)은 상기 영구자석(36)이 끼움될 수 있는 구조를 갖으며, 홈(38)과 이 홈과 인접한 다른 홈(38) 사이에는 돌출부(40)가 형성된다.
상기 홈(38)과 상기 돌출부(40)는 교대로 연속하여 상기 띠부재(34)의 내측면 전체에 걸쳐 형성된다.
상기 영구자석(36)의 폭과 상기 돌출부(4)의 폭은 대략 동일한 폭으로 되는 것이 바람직하며, 그들의 형상도 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 영구자석(36)이 상기 홈(38)에 위치되었을 때 이 홈에 위치된 영구자석의 표면은 상기 돌출부(40)의 표면과 동일한 원주면 상에 위치하는 것이 좋다.
이를 위하여, 상기 돌출부(40)의 표면과 상기 영구자석(36)의 표면은 커브로 형성되어 있는데, 이 커브의 곡률은 상기 띠부재(34)의 중심에서 동일한 반경을 갖는 곡률로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 홈(38)에 배치된 영구자석(36)과 상기 돌출부(40) 사이에는 어느 정도의 갭(42)이 형성된다. 이 갭(42)은 상기 홈(38)로부터 돌출하지만 상기 돌출부(40)보다는 적게 돌출하므로서 만들어진다.
상기 영구자석(36)은 대략 사각형상을 이루고 있을 수 있으며, N극의 영구자석이거나 S극의 영구자석이 사용될 수 있다. 중요한 사실은 어느 극의 영구자석이 사용되든지 동일한 극의 영구자석이 사용되는 것이다.
그리고 상기 스테이터(32)는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 축(12)에 결합되는 지지블럭(44)과, 이 지지블럭(44)의 외주에 고정설치되는 전자석 어셈블리(46)들을 포함한다.
상기 전자석 어셈블리(46)들은 각각 상기 지지블럭(44)의 외주에 고정설치되는 스테이터 코어(48)와, 이 스테이터 코어(48)의 외주에 감겨지는 코일(50)을 포함한다. 상기 스테이터(32)는 이와 유사한 여러 구조의 타입이 사용될 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 이씨 모터는, 전자석 어셉블리(46)의 코일(50)에 전류를 인가하면 도 4에 도시한 바와 같이 전자석 어셈블리(46)와 영구자석(36) 사이에 전자기력선(M1, M2, 점선으로 표시함)이 형성된다.
즉, 영구자석(36)이 S극인 경우, 로터(30) 측에서는 영구자석(36)에서 돌출부(40) 측으로 전자기력선(M1)이 형성되고, 스테이터(32) 측에서는 돌출부(40)측에서 전자석 어셈블리(46)를 통해 영구자석(36) 측으로 전자기력선(M2)이 형성된다. 따라서 돌출부(40)는 N극으로 자화되어 N극의 역할을 하게 된다. 그러므로 로터(30)는 회전할 수 있다.
그리고 모터 전체의 자기밀도 감소를 방지하기 위해 전자석 어셈블리(46)의 코일의 턴수를 증가시키거나 적층 높이를 증가시켜 자기 밀도 저하를 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예는 비엘디씨 모터의 제조 원가에서 큰 비중을 차지하는 영구자석(36)의 수를 절반으로 줄임으로써 제조 비용을 줄여 원가 절감 효과를 극대화할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (8)

  1. 축;
    상기 축의 외주에 결합되는 스테이터;
    상기 스테이터의 외주측에 방사상 방향으로 결합되는 다수의 전자석 어셈블리;
    상기 스테이터의 외측에 배치되며 상기 전자석 어셈블리와 대향하는 영구자석을 갖는 로터를 포함하며,
    상기 로터는 원형상의 띠부재를 포함하며, 이 띠부재는 그 내주면에 형성되어 상기 영구자석을 결합하기 위한 다수개의 홈;
    상기 홈들 사이에 배치되며 내주면 표면이 상기 영구자석의 표면과 동일한 곡률로 이루어지는 돌출부를 포함하는 브러시리스 디씨 모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부들의 표면은 상기 띠부재의 중심에서 동일한 반경을 갖는 브러시리스 디씨 모터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부들과 상기 홈들에 위치한 영구자석 사이에는 갭이 형성되는 브러시리스 디씨 모터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 축에는 상기 로터 및 스테이터를 감싸는 커버부재들이 분할되어 베어링을 통하여 회동가능하게 결합되어 있는 브러시리스 디씨 모터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 커버부재의 외주에는 구멍이 뚫려진 플랜지가 형성되는 브러시리스 디씨 모터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자석 어셈블리는 상기 축에 고정된 지지블럭의 외주에 고정설치되는 브러시리스 디씨 모터.
  7. 핸들;
    상기 핸들이 회동가능하게 설치되는 프레임;
    상기 프레임 전후에 각각 회동가능하게 설치되는 전륜 및 후륜;
    상기 후륜이 설치되는 상기 프레임의 포크에 고정설치되는 축;
    상기 축의 외주에 결합되는 스테이터;
    상기 스테이터의 외주측에 방사상 방향으로 결합되는 다수의 전자석 어셈블리;
    상기 스테이터의 외측에 배치되며 상기 전자석 어셈블리와 대향하는 영구자석을 갖는 로터를 포함하며,
    상기 로터는 원형상의 띠부재를 포함하며, 이 띠부재는 그 내주면에 형성되어 상기 영구자석을 결합하기 위한 다수개의 홈;
    상기 홈들 사이에 배치되며 내주면 표면이 상기 영구자석의 표면과 동일한 곡률로 이루어지는 돌출부를 포함하고,
    상기 축에는 상기 로터 및 전자석 어셈블리를 감싸는 1쌍의 커버가 결합되며,
    상기 커버의 외주에는 후륜의 자전거 살이 연결되기 위한 구멍이 뚫려진 플랜지가 형성되는 전기자전거.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 축에는 지지블럭이 고정설치되고, 이 지지블럭의 외주에 스테이터가 설치되는 전기자전거.
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