KR101958404B1 - 전동 이동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 이동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페달 구름 및 모터 구동에 따른 회전자의 회전력을 바퀴에 전달하여 자력 주행 가능하고, 타력 주행 시 바퀴의 회전력이 회전자로 전달되어 자가 발전되도록 하여 배터리 충전이 이루어지며, 유성기어 어셈블리를 통해 페달 또는 바퀴의 단위 회전 당 회전자의 회전수를 증가시켜 운동에너지를 전기에너지로 회생하여 발전 효율을 높일 수 있는 전동 이동장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동 이동장치는, 바퀴가 회전 가능하게 장착되는 바퀴 장착부와, 상기 바퀴 장착부의 일측 내주면에 구비된 모터 장착부와, 상기 모터 장착부를 관통하여 페달에 의해 회전하는 회전축을 포함하는 차체; 상기 모터 장착부에 고정되고 상기 회전축이 관통하여 결합된 고정자와, 상기 고정자의 둘레에서 회전 가능하게 구비되고 상기 바퀴의 휠 내주면에 접촉하는 회전자를 포함하여, 전원 공급에 의한 회전자의 자력 회전 및 회전자의 타력 회전에 의한 자가 발전이 가능한 전동모터; 상기 모터 장착부의 일측면에서 상기 회전축과 함께 회전하도록 연결된 내치기어와, 상기 모터 장착부의 일측면에 축설되어 회전 가능하면서 상기 내치기어의 내주면에 치합된 제1 유성기어들과, 각 제1 유성기어들의 내측에서 축설되어 회전 가능하면서 상기 제1 유성기어의 외주면에 치합된 제2 유성기어들과, 상기 제2 유성기어들의 중심부에서 상기 회전축에 축설되어 회전 가능하고 상기 유성기어들의 외주면에 모두 치합되면서 상기 회전자와 함께 회전하도록 연결된 종동기어를 포함하는 유성기어 어셈블리; 및 상기 전동모터와 전기적으로 연결되어 모터 구동에 필요한 전원의 공급 및 모터 발전에 의한 전원의 충전이 이루어지는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동 이동장치{ELECTRIC BICYCLE}

본 발명은 전동 이동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페달 구름 및 모터 구동에 따른 회전자의 회전력을 바퀴에 전달하여 자력 주행 가능하고, 타력 주행 시 바퀴의 회전력이 회전자로 전달되어 자가 발전되도록 하여 배터리 충전이 이루어지며, 유성기어 어셈블리를 통해 페달 또는 바퀴의 단위 회전 당 회전자의 회전수를 증가시켜 운동에너지를 전기에너지로 회생하여 발전 효율을 높일 수 있는 전동 이동장치에 관한 것이다.

최근 교통비 절감, 건강 유지를 위한 운동, 레저나 놀이 등의 목적으로 다양한 형태의 이동장치를 사용하는 사용자가 늘고 있다.

대표적으로 페달을 이용한 일반적인 이륜 또는 삼륜 자전거, 모터를 이용한 전동 자전거, 전동 킥 보드 등이 있다.

이중 모터를 이용한 자전거는 페달 구름과 별개로 모터를 이용해 전륜 또는 후륜을 회전시켜 오르막을 오르거나 장거리 주행 시 탑승자가 적은 힘으로 주행을 가능하도록 하는 것을 말한다.

그런데 일반적인 전동 자전거는 모터 작동을 위해 필요한 배터리 사용량이 많아 장시간 주행이 불가능한 단점이 있는 바, 이에 페달 구름을 통한 자력 주행 시 모터를 회전시켜 자가 발전이 이루어져 배터리 충전이 이루어지는 전동 자전거가 있다.

이러한 종래의 전동 자전거는 크랭크와 함께 회전하도록 결합된 중앙 모터에 체인이나 벨트가 후륜의 허브에 기어와 연결되어 있는데, 이러한 구조의 전동 자전거는 탑승자가 페달을 굴러서 자력 회전할 때만 배터리 충전이 이루어질 뿐, 관성이나 내리막길에 의한 타력 주행 등과 같이 페달을 구르지 않을 경우에는 모터 회전이 불가능하여 배터리 충전이 이루어지지 않아, 배터리 충전에 많은 힘이 들 뿐만 아니라, 충전 효율 역시 매우 떨어지는 단점이 있다.

또 다른 전동 자전거로써, 모터 주행을 제외한 바퀴 회전 시 배터리 충전이 가능하도록 하는 에너지 회생시스템이 탑재된 전동 자전거가 개발 및 출시되고 있다.

상기한 에너지 회생시스템이 탑재된 전동 자전거는 대부분 바퀴의 중앙 허브에 모터가 설치되는 구조로써, 바퀴와 모터의 회전수가 일대일 대응하여 충전 효율이 떨어지는 단점이 있다.

참고로 전동 자전거를 포함한 전동 이동장치에 관한 종래기술로써, 공개특허 10-2011-0123438호 등이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

회전축의 운동에너지가 아닌 바퀴의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 페달링을 통한 자력 주행뿐만 아니라 관성이나 내리막길에 의한 타력 주행 시에도 배터리 충전이 가능하며, 페달의 단위 회전 당 바퀴의 회전수를 증가시켜 충전 효율을 높일 수 있는 전동 이동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동 이동장치는,

바퀴가 회전 가능하게 장착되는 바퀴 장착부와, 상기 바퀴 장착부의 일측 내주면에 구비된 모터 장착부와, 상기 모터 장착부를 관통하여 페달에 의해 회전하는 회전축을 포함하는 차체;

상기 모터 장착부에 고정되고 상기 회전축이 관통하여 결합된 고정자와, 상기 고정자의 둘레에서 회전 가능하게 구비되고 상기 바퀴의 휠 내주면에 접촉하는 회전자를 포함하여, 전원 공급에 의한 회전자의 자력 회전 및 회전자의 타력 회전에 의한 자가 발전이 가능한 전동모터;

상기 모터 장착부의 일측면에서 상기 회전축과 함께 회전하도록 연결된 내치기어와, 상기 모터 장착부의 일측면에 축설되어 회전 가능하면서 상기 내치기어의 내주면에 치합된 제1 유성기어들과, 각 제1 유성기어들의 내측에서 축설되어 회전 가능하면서 상기 제1 유성기어의 외주면에 치합된 제2 유성기어들과, 상기 제2 유성기어들의 중심부에서 상기 회전축에 축설되어 회전 가능하고 상기 유성기어들의 외주면에 모두 치합되면서 상기 회전자와 함께 회전하도록 연결된 종동기어를 포함하는 유성기어 어셈블리; 및

상기 전동모터와 전기적으로 연결되어 모터 구동에 필요한 전원의 공급 및 모터 발전에 의한 전원의 충전이 이루어지는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 전동 이동장치에서,

상기 차체는 상기 바퀴 장착부의 내주면을 따라 구비되어 상기 바퀴의 휠 내주면에 접촉하는 복수개의 지지롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 전동 이동장치에서,

상기 전동모터는 상기 회전축이 관통하여 공회전하도록 형성된 통과공을 포함하되, 상기 회전자의 양 측면에 결합되어 동반 회전하되 일측 회전자 캡에서 돌출되어 상기 종동기어가 결합되는 결합돌부를 구비한 회전자 캡과, 각 회전자 캡 내부에 장착되어 상기 회전축의 외주면을 지지하는 제1 베어링과, 일측 회전자 캡의 결합부 및 타측 회전자 내부에 장착되어 각 회전자 캡을 지지하는 제2 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 전동 이동장치에서,

상기 바퀴와 상기 회전자는 1:3의 회전비를 갖고,

상기 내치기어와 상기 종동기어는 1:5의 회전비를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동 회전장치는,

전동모터의 회전자를 이용한 바퀴의 회전 구조 및 유성기어 어셈블리를 통해 페달 구름에 따른 회전축의 단위 회전 당 바퀴의 회전수를 증가시켜 보다 적은 힘으로 주행이 가능하며,

특히 페달 구름이 아닌 바퀴의 회전을 통해 배터리 충전이 이루어져 페달 구름에 의한 자력 주행뿐만 아니라 관성이나 내리막길에 의한 타력 주행 시에도 배터리 충전이 이루어져, 배터리 충전 효율을 향상시켜 사용 시간을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동 이동장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전동 이동장치의 우측면도.
도 3a, 도 3b는 본 발명에 따른 전동 이동장치의 요부 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 요부 발췌 사시도 및 평면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 전동 이동장치를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 1을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 전동 이동장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 차체(10)의 전단부와 후단부에 각각의 전륜(T1) 및 후륜(T2)이 장착되어 페달(15) 구름이나 전동모터(20)의 구동을 통해 바퀴가 회전하여 주행되는 전동 이동장치에 관한 것으로,

도 1에는 대표적으로 1개의 전륜(T1)과 2개의 후륜(T2)이 장착되어 페달(15) 및 전동모터(20)를 통해 전륜(T1)이 회전하여 이동 가능하고, 핸들바(92)가 아닌 차체(10)의 무게 중심 이동을 통해 후륜(T2)이 회전하여 방향 전환이 이루어지는 조향수단(ST)을 구비한 형태의 전륜구동 전동 이동장치가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 후륜구동 및/또는 핸들 조작으로 방향 전환이 이루어지는 일반적인 이륜 전동 이동장치에도 본 발명의 핵심적인 구성이 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동 이동장치는, 크게 사용자가 탑승하고 전륜(T1) 및 후륜(T2)이 장착되는 차체(10), 전륜(T1)에 회전 동력을 제공함과 동시에 자가 발전이 가능한 전동모터(20), 회전축(13)과 바퀴의 회전비를 증가시키는 유성기어 어셈블리(30) 및 상기 전동모터(20)에 전원을 공급하면서 전동모터(20)에 의해 전원이 충전되는 배터리(B)를 포함한다.

먼저 상기 차체(10)는 바퀴(이하 전륜(T1)으로 통칭함.)가 회전 가능하게 장착되는 바퀴 장착부(11a)와, 상기 바퀴 장착부(11a)의 일측 내주면에 구비된 모터 장착부(11b)와, 상기 모터 장착부(11b)를 관통하여 페달(15)에 의해 회전하는 회전축(13)을 포함한다.

또한 상기 차체(10)는 상기 바퀴 장착부(11a)의 내주면을 따라 구비되어 상기 전륜(T1)의 휠 내주면에 접촉하는 복수개의 지지롤러(16)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 차체(10)는 상기 바퀴 장착부(11a)의 하측면 일부가 개구되어 전륜(T1)이 노출되는 바퀴 노출부(11c)를 갖는 양측 바디(11A)(11B)(11C)와, 상기 양측 바디(11A)(11B)(11C)의 내주면을 연결하고 상기 지지롤러(16)가 축설되는 롤러 수용부(12a)를 구비한 내측 커버(12A)와, 상기 양측 바디(11A)(11B)(11C)의 외주면을 연결하고 중앙 상부에 안장(18)이 장착되고, 전단부 상측에 핸들바(92)를 포함한 고정식 핸들 어셈블리(H)가 장착되고, 후방측에 배터리 장착부(11d)를 구비한 외측 커버(12B)를 포함한다.

상호 결합되는 제1, 제3 바디(11A)(11C)는 차체(10)의 타측면(도면 상 좌측면)을 형성하고, 제1, 제3 바디(11A)(11C)의 일측에 소정 간격 이격되는 제2 바디(11B)는 차체(10)의 일측면을 형성하며, 바디(11A)(11B)(11C)들의 내주면과 외주면에 각각 내측 커버(12A)와 외측 커버(12B)가 결합되어 바디(11A)(11B)(11C)들과 커버 사이에 상기 바퀴 장착부(11a)가 형성되며, 제1 바디(11A)의 일측면과 제2 바디(11B)의 타측면 및 내측 커버(12A)는 모터 장착부(11b)가 구비된다.

특히 바디(11A)(11B)(11C)들은 양면이 관통하는 중공부를 갖는 바, 중공부의 하측부 일부가 개구되어 바퀴 노출부(11c)를 형성하며, 제2 바디(11B)의 모터 장착부(11b) 타측면에는 기어 장착판(34)이 결합된다.

그리고 상기 내측 커버(12A)는 후방측 롤러 수용부(12a)들 사이에 내측으로 오목 형성된 모터 장착부(11b)가 구비되어 제1, 제2 바디(11A)(11B)의 모터 장착부(11b)에 결합되는 전동모터(20)가 내측 커버(12A)의 모터 장착부(11b)에 수용되어 장착된다.

또한 상기 내측 커버(12A)는 상기 지지롤러(16)의 장착을 위해, 중공부의 외주면을 따라 복수개의 롤러 수용부(12a)가 구비되어 제1, 제2 바디(11A)(11B)에 축설되어 회전 가능한 지지롤러(16)가 각 롤러 수용부(12a)에 장착되어 있으며, 이러한 지지롤러(16)는 전륜(T1)의 휠 내주면에 접촉하여 전륜(T1)의 회전을 지지한다.

아울러 상기 외측 커버(12B)는 상면 중앙에 안장(18)이 결합되고, 상면 전단부에 전동모터(20) 제어를 위한 조작부(83) 및 디스플레이부(84)가 포함된 핸들 어셈블리(H)가 결합되고, 배면에 배터리 장착부(11d)가 구비되어 있으며, 배터리 장착부(11d)에 장착되는 배터리(B)는 제2, 제3 바디(11B)(11C)의 후면판으로 보호되면서 후면판에 형성된 방열공을 통해 방열이 이루어진다.

또한 상기 모터 장착부(11b) 및 기어 장착판(34) 중앙에는 회전축(13)이 끼워져 축설되며, 회전축(13)의 양단에는 전후 반대 방향으로 연결된 크랭크(14)가 회전 가능하게 결합되고, 각 크랭크(14)의 외측 끝단부에 탑승자가 발로 구를 수 있는 페달(15)이 회전 가능하게 결합된다.

이어서 상기 전동모터(20)는, 상기 바퀴 장착부(11a)에서 회전 가능하게 결합되는 전륜(T1)을 회전시켜 주행에 필요한 동력을 제공함과 동시에, 전륜(T1) 회전에 따른 운동에너지를 전달받아 자가 발전을 통해 배터리(B)에 전원이 공급되도록 하는 것으로,

상기 모터 장착부(11b)에 고정되고 상기 회전축(13)이 관통하여 결합된 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 둘레에서 고정자(21)를 축으로 하여 회전 가능하게 구비되고 상기 전륜(T1)의 휠 내주면에 접촉하는 회전자(22)를 포함하여, 전원 공급에 의한 회전자(22)의 자력 회전 및 회전자(22)의 타력 회전에 의한 자가 발전이 가능하다.

특히 상기 회전자(22)는 중앙에 양면을 관통하여 형성된 고정자 수용부가 구비되어, 상기 수용부에 고정자(21)가 끼워진 상태에서 고정자(21) 둘레를 회전하도록 구비된다.

이러한 전동모터(20)는 배터리(B)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 고정자(21) 및 회전자(22)는 각각 전류가 흐르는 코일이 권취된 도체 및 영구자석이나 전자석 등의 마그넷이 내장되어, 배터리(B)로부터 전원이 공급되면 회전자(22)가 회전하면서 외주면에 접한 전륜(T1)을 회전시켜 모터를 이용한 주행이 가능하게 함과 동시에, 전원 공급이 차단된 상태에서 전륜(T1)이 회전하여 회전자(22)가 회전하면 자가 발전이 이루어져 배터리(B)를 충전한다.

이러한 전동모터(20)는 상기 회전축(13)이 관통하여 공회전하도록 형성된 통과공(20a)을 포함하되, 상기 회전자(22)의 양 측면에 결합되어 동반 회전하되 일측 회전자 캡(23)에서 돌출되어 상기 종동기어(33)가 결합되는 결합돌부(23a)를 구비한 회전자 캡(23)과, 각 회전자 캡(23) 내부에 장착되어 상기 회전축(13)의 외주면을 지지하는 제1 베어링(24)과, 일측 회전자 캡(23)의 결합돌부(23a) 외주면 및 타측 회전자 캡(23) 내부에 장착되어 각 회전자 캡(23)을 지지하는 제2 베어링(25)을 포함한다.

각 회전자 캡(23)은 상기 제1, 제2 베어링(24)(25) 장착을 위한 장착홈(23b)을 구비하며, 회전자(22)의 양 측면에 결합되는 장착홈(23b)의 내측면이 개구되어 고정자 수용부를 형성한다.

상기 제1 베어링(24)은 상기 회전축(13)의 외주면에 끼워지는 것으로 페달(15)에 의해 회전하는 회전축(13)을 지지하고, 상기 제2 베어링(25)은 일측 회전자 캡(23)의 외주면 및 타측 회전자 캡(23)의 내주면에 끼워지는 것으로 페달(15) 또는 전륜(T1)에 의해 회전하는 회전자(22)를 지지한다.

아울러 상기 결합돌부(23a)는 후술하는 유성기어 어셈블리(30)의 종동기어(33)가 끼워져 결합되는 것으로 페달(15)에 의한 종동기어(33)의 회전력을 상기 회전자(22)로 전달하여, 종동기어(33)와 함께 동일 방향으로 회전하도록 구성된다.

다음으로 유성기어 어셈블리(30)는 상기 모터 장착부(11b)의 일측면에서 상기 회전축(13)과 함께 회전하도록 연결된 내치기어(31)와, 상기 모터 장착부(11b)의 일측면에 축설되어 회전 가능하면서 상기 내치기어(31)의 내주면에 치합된 제1 유성기어(32A)들과, 각 제1 유성기어(32A)들의 내측에서 축설되어 회전 가능하면서 상기 제1 유성기어(32A)의 외주면에 치합된 제2 유성기어(32B)들과, 상기 제2 유성기어(32B)들의 중심부에서 상기 회전축(13)에 축설되어 회전 가능하고 상기 유성기어들(32A)(32B)의 외주면에 모두 치합되면서 상기 회전자(22)와 함께 회전하도록 연결된 종동기어(33)를 포함한다.

상기 내치기어(31)는 내주면에 톱니부가 형성되어 있으며 일측면에 내치기어(31)와 회전축(13)의 결합을 위한 다각홈(31a)이 형성된 회전판(31A)이 구비(도 2 및 도 4의 [A]에서는 이해의 편의를 위해 회전판(31A)을 생략하였음.)되어, 페달(15) 구름에 의해 회전축(13)이 회전할 때 동반 회전한다.

상기 제1, 제2 유성기어(32A)(32B)는 상기 기어 장착판(34)에 돌출된 고정축(34a)에 각각 끼워져 축설되며, 외주면에 톱니부가 형성된 일반적인 평기어로써, 중앙에 고정축(34a)이 끼워지는 축공(32a)을 구비하며, 각각 2개의 제1, 제2 유성기어(32A)(32B)로 이루어진 총 3쌍의 유성기어들(32A)(32B)이 내치기어(31)에 내접하면서 치합되어, 상기 내치기어(31)가 회전할 때 유성기어들(32A)(32B)이 동반 회전하면서 내치기어(31)의 회전력을 종동기어(33)로 전달하여 종동기어(33)를 내치기어(31)와 동일 방향으로 회전시킨다.

상기 종동기어(33)는 중앙에 상기 회전축(13)이 관통하여 끼워지는 통과홀(33a)을 구비하고, 외주면에 상기 유성기어들(32A)(32B)의 톱니부에 치합되는 톱니부가 형성된 평기어로써, 특히 회전축(13)과 종동기어(33)는 마찰 저감 부싱(미도시) 등을 통해 면접하여 상호 회전을 서로 간섭하지 않으며, 상기 유성기어들(32A)(32B)로부터 회전력을 전달받아 종동기어(33)가 동반 회전한다.

즉, 상기 종동기어(33)는 회전축(13)으로부터 회전력을 직접 전달받아 회전하는 것이 아니라, 내치기어(31) 및 제1, 제2 유성기어(32A)(32B)들로부터 회전축(13)의 회전력을 간접적으로 전달받아 회전한다.

또한 이러한 종동기어(33)는 상기 일측 회전자 캡(23)의 결합돌부(23a)에 끼움 결합되어 회전자(22)와 함께 동반 회전하도록 연결되며, 이때 상기 결합돌부(23a)를 마찰 저감 부싱으로 대체할 수 있다.

아울러 상기 종동기어(33) 내부에는, 일방향 회전 시 다른 부품이 함께 회전하고 타방향 회전 시 다른 부품이 함께 회전하지 않고 공회전하도록 하는 래치나 허브를 구비하여, 전동모터(20)를 이용한 자력 주행이나 관성 또는 내리막길에 의한 타력 주행 시 내치기어(31)가 회전하지 않도록 함으로써, 페달(15)을 멈춘 상태에서 주행이 가능하게 하며, 이러한 일방향 연동 회전을 강제하는 구성 내지 구조는 일반적인 자전거 등에 구비된 공지된 기술로써 상세한 설명을 생략한다.

특히 본 발명에 있어, 상기 전륜(T1)과 상기 회전자(22)는 1:3의 회전비를 갖고,

상기 내치기어(31)와 상기 종동기어(33)는 1:5의 회전비를 갖는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 전륜(T1)의 휠 내주면과 회전자(22)의 외주면 직경을 1:3로 하여, 전륜(T1)이 1회전할 때 회전자(22)는 3회전을 하고,

상기 내치기어(31)와 유성기어들(32A)(32B) 및 종동기어(33) 사이의 기어비를 1:5로 하여, 내치기어(31)가 1회전할 때, 종동기어(33)가 5회전을 한다.

이어서 상기 배터리(B)는 상기 전동모터(20)와 전기적으로 연결되어 모터 구동에 필요한 전원의 공급 및 모터 발전에 의한 전원의 충전이 이루어진다.

이하에서는 상기한 구성의 전동 이동장치의 상세 작동 원리를 설명한다.

먼저 탑승자가 전동모터(20)에 전원을 공급하지 않고 페달링만으로 주행할 경우, 페달(15)에 의해 회전축(13)이 회전하면서 내치기어(31)가 동반 회전하며, 내치기어(31)의 회전력은 제1, 제2 유성기어(32A)(32B)들을 통해 회전방향이 전환되면서 종동기어(33)로 전달되어, 종동기어(33)가 결합된 회전자 캡(23)에 의해 회전자(22)가 종동기어(33)와 함께 회전한다.

즉, 탑승자가 페달(15)을 전방 하측으로 구르면 회전축(13) 및 내치기어(31)가 동반하여 시계방향으로 회전하고, 이에 제1 유성기어(32A)가 시계방향으로 회전하면서 제2 유성기어(32B)가 시계 반대방향으로 회전하여, 결국 종동기어(33) 및 회전자(22)가 시계방향으로 회전하면서 전륜(T1)을 시계방향으로 회전시켜 전동 자전거가 전진 주행을 하게 된다.

이때 상기한 회전비로 인해, 회전축(13)이 1회전하면 상기 종동기어(33)에 결합된 회전자(22)가 5회전을 하며, 이에 따라 회전자(22)가 내접한 전륜(T1)은 회전자(22)에 의해 회전하여 페달(15)을 이용한 자력 주행이 보다 쉽고 빨라진다.

다음으로 탑승자가 전동모터(20)에 전원을 공급하는 경우, 페달링을 하지 않고 멈춘 상태에서 회전자(22)의 회전에 의해 전륜(T1)이 시계방향으로 회전하여 전진 주행이 이루어지며, 이때 회전자(22)의 회전력이 종동기어(33)를 비롯한 유성기어 어셈블리(30)로 전달되지 않음은 상기한 바와 같다.

또한 전동모터(20)의 회전 출력을 저출력으로 설정할 경우, 전동모터(20)의 작동이 페달링을 보조하여 보다 적은 힘으로 자력 주행이 가능하도록 할 수 있다.

한편 배터리(B) 충전 모드에서는, 상기 전동모터(20)가 전원 공급에 의한 자력 회전이 아니라 전륜(T1)에 의한 타력 회전을 하여, 자가 발전을 통해 배터리(B)에 전원이 충전된다.

즉, 배터리(B) 충전 모드에서 페달링을 하면, 앞서 설명한 연동 구조를 통해 회전자(22)가 회전하면서 자가 발전이 이루어지며, 이때 본 발명은 페달링이 아닌, 관성 또는 내리막길에 의한 타력 주행 시에도 회전하는 전륜(T1)에 의해 회전자(22)가 계속 회전하여 자가 발전이 이루어져, 전원 충전 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.

특히 본 발명은 배터리(B) 충전 모드에서 페달링을 하면, 상기한 회전비로 인해, 회전축(13), 즉 페달(15)을 1회전시킬 때마다 종동기어(33), 즉 회전자(22)가 5회전을 하게 되므로, 페달링 시 회전축과 모터가 1:1로 회전하는 종래의 전동 자전거보다 회전자(22)의 회전수가 높아져, 탑승자가 보다 빠르고 편리하게 스스로의 페달링이으로 주행 중 전기를 생산하여 배터리(B)에 충전할 수 있으며, 회전축(13)의 양 측단에 크랭크(14) 및 페달(15)이 구비되므로, 1개의 페달(15) 기준으로 충전 효율이 종래의 전동 자전거보다 최소 2.5 배 이상 높아져, 페달링을 통한 자가 충전이 보다 빠르고 편리하다.

아울러 본 발명은 배터리(B) 충전 모드에서 관성이나 내리막길에 의해 타력 주행이 이루어질 때도, 전륜(T1)이 1회전할 때 마다 회전자(22)가 3회전을 하게 되므로, 전륜(T1)을 기준으로 충전 효율이 3배 정도 높아지게 된다.

이를 통해 본 발명은 에너지 회생율을 획기적으로 높여서 보다 더 친환경적인 전동 이동장치를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 전동 이동장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 차체 11 : 바디
12A, 12B : 커버 13 : 회전축
14 : 크랭크 15 : 페달
16 : 지지롤러 18 : 안장
20 : 전동모터 21 : 고정자
22 : 회전자 23 : 회전자 캡
24, 25 : 베어링 30 : 유성기어 어셈블리
31 : 내치기어 32A, 32B : 유성기어
33 : 종동기어 34 : 기어 장착판
H : 핸들 어셈블리 B : 배터리
ST : 조향수단

Claims (4)

1. 바퀴가 회전 가능하게 장착되는 바퀴 장착부와, 상기 바퀴 장착부의 일측 내주면에 구비된 모터 장착부와, 상기 모터 장착부를 관통하여 페달에 의해 회전하는 회전축을 포함하는 차체;
   상기 모터 장착부에 고정되고 상기 회전축이 관통하여 결합된 고정자와, 상기 고정자의 둘레에서 회전 가능하게 구비되고 상기 바퀴의 휠 내주면에 접촉하는 회전자를 포함하여, 전원 공급에 의한 회전자의 자력 회전 및 회전자의 타력 회전에 의한 자가 발전이 가능한 전동모터;
   상기 모터 장착부의 일측면에서 상기 회전축과 함께 회전하도록 연결된 내치기어와, 상기 모터 장착부의 일측면에 축설되어 회전 가능하면서 상기 내치기어의 내주면에 치합된 제1 유성기어들과, 각 제1 유성기어들의 내측에서 축설되어 회전 가능하면서 상기 제1 유성기어의 외주면에 치합된 제2 유성기어들과, 상기 제2 유성기어들의 중심부에서 상기 회전축에 축설되어 회전 가능하고 상기 유성기어들의 외주면에 모두 치합되면서 상기 회전자와 함께 회전하도록 연결된 종동기어를 포함하는 유성기어 어셈블리; 및
   상기 전동모터와 전기적으로 연결되어 모터 구동에 필요한 전원의 공급 및 모터 발전에 의한 전원의 충전이 이루어지는 배터리;를 포함하되,
   상기 전동모터는 상기 회전축이 관통하여 공회전하도록 형성된 통과공을 포함하되, 상기 회전자의 양 측면에 결합되어 동반 회전하되 일측 회전자 캡에서 돌출되어 상기 종동기어가 결합되는 결합돌부를 구비한 회전자 캡과, 각 회전자 캡 내부에 장착되어 상기 회전축의 외주면을 지지하는 제1 베어링과, 일측 회전자 캡의 결합부 및 타측 회전자 내부에 장착되어 각 회전자 캡을 지지하는 제2 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 이동장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차체는 상기 바퀴 장착부의 내주면을 따라 구비되어 상기 바퀴의 휠 내주면에 접촉하는 복수개의 지지롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 이동장치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 바퀴와 상기 회전자는 1:3의 회전비를 갖고,
   상기 내치기어와 상기 종동기어는 1:5의 회전비를 갖는 것을 특징으로 하는 전동 이동장치.

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