KR102655633B1 - 허브리스 전기자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전륜 후륜 모두 허브리스 휠 타입을 적용한 허브리스 전기자전거에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부를 가지되 전륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부와 상기 전륜 휠고정부 외부에 설치되되 양측면에 베어링과 중앙부에 축을 가지는 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 전륜 휠고정부와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 전륜 베어링 롤러부와 상기 전륜 베어링 롤러부의 롤러가 접하면서 회전하는 롤러라인이 내부에 있고, 외부에 타이어가 설치되는 홈을 가진 전륜 휠회전부와 상기 전륜 휠회전부의 외부에 설치되는 전륜타이어로 구성된 전륜부; 및 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 후륜 프레임 고정부가 프레임 중심 및 상부 쪽에 위치하되 후륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부와 상기 후륜 휠고정부 외부에 설치되되 양측면에 베어링과 중앙부에 축을 가지는 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 후륜 휠고정부와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 후륜 베어링 롤러부와 사용자의 인력에 의해 페달회전력이 전달되는 체인에 대응 구동하고 크기가 다른 복수개의 휠이 공통의 축을 가지되 상기 축이 상기 후륜 프레임 고정부에 관통되어 설치되는 구동휠과 상기 후륜 베어링 롤러부의 롤러가 접하면서 회전하는 롤러라인이 내부에 있고, 외부에 타이어가 설치되는 홈을 가지되 사용자의 인력에 의한 페달회전력이 전달되는 구동휠의 내부에 설치되는 휠의 톱니에 대응하여 내부방향으로 원을 이루면서 설치되는 구동톱니을 포함하는 후륜 휠회전부와 상기 후륜 휠회전부의 외부에 설치되는 후륜타이어로 구성된 후륜부;로 구성되되, 상기 후륜부에 구동모터가 더 추가되거나, 상기 전륜부가 인휠모터 형태의 모터 전륜부로 대체될 수 있음을 특징으로 하는 허브리스 전기자전거에 관한 것이다.

Description

허브리스 전기자전거{Hubless Electric Bike}
본 발명은 전륜 후륜 모두 허브리스 휠 타입을 적용한 허브리스 전기자전거에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부를 가지되 전륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부와 상기 전륜 휠고정부 외부에 설치되되 양측면에 베어링과 중앙부에 축을 가지는 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 전륜 휠고정부와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 전륜 베어링 롤러부와 상기 전륜 베어링 롤러부의 롤러가 접하면서 회전하는 롤러라인이 내부에 있고, 외부에 타이어가 설치되는 홈을 가진 전륜 휠회전부와 상기 전륜 휠회전부의 외부에 설치되는 전륜타이어로 구성된 전륜부; 및 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 후륜 프레임 고정부가 프레임 중심 및 상부 쪽에 위치하되 후륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부와 상기 후륜 휠고정부 외부에 설치되되 양측면에 베어링과 중앙부에 축을 가지는 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 후륜 휠고정부와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 후륜 베어링 롤러부와 사용자의 인력에 의해 페달회전력이 전달되는 체인에 대응 구동하고 크기가 다른 복수개의 휠이 공통의 축을 가지되 상기 축이 상기 후륜 프레임 고정부에 관통되어 설치되는 구동휠과 상기 후륜 베어링 롤러부의 롤러가 접하면서 회전하는 롤러라인이 내부에 있고, 외부에 타이어가 설치되는 홈을 가지되 사용자의 인력에 의한 페달회전력이 전달되는 구동휠의 내부에 설치되는 휠의 톱니에 대응하여 내부방향으로 원을 이루면서 설치되는 구동톱니을 포함하는 후륜 휠회전부와 상기 후륜 휠회전부의 외부에 설치되는 후륜타이어로 구성된 후륜부;로 구성되되, 상기 후륜부에 구동모터가 더 추가되거나, 상기 전륜부가 인휠모터 형태의 모터 전륜부로 대체될 수 있음을 특징으로 하는 허브리스 전기자전거에 관한 것이다.
허브가 없는 휠을 갖춘 자전거 디자인은 예전에도 여러번 소개된 적이 있지만, 허브리스 E-Bike 즉 전기 자전거에 있어서는 그 구동메카니즘과 하중을 견디는 허브리스 구조에 대한 명확한 해결책을 제시하지는 못하고, 컨셉단계 내지 단시간 활용 가치를 가지는 디자인에 머무르고 있는 것이 현실이다.
특히 전륜과 후륜에 있어서, 각각 어느 부분이 고정되어야 하고, 어느 부분이 회전되는지에 대해서는 어느 정도 솔루션이 있다고 할 수 있으나, 전륜과 후륜의 고정부와 회전부 사이의 연결 메커니즘에 대해서는 내구성과 경제성을 모두 갖춘 구동 메커니즘 디자인은 극히 드문 실정이다.
이에 대해 완전한 허브리스 형태의 구조는 아니나, 인-휠 모터 디자인이 접목된 구동장치에 관한 미국등록특허(제08459386호, 발명의 명칭 : Road wheel propulsion apparatus and method of making(로드휠 추진 장치와 만드는 방법) 국제공보게재일 2008.05.16)는 전기자전거를 지지하는 로드휠의 회전 구동장치로서 내재된 인휠의 회전을 교호적으로 가속 및 감속하기 위한 인휠 모터 추진 장치에 관한 것으로서, 이때 인휠 모터를 구성하는 전기 구동 모터는 전기 자전거(e-Bike)에 의해 유지되고, 인휠 모터가 전기 자전거(e-Bike)에 대해 회전하도록 구동시킴으로써 동력을 전기 자전거(e-Bike)에 제공하는 것에 관한 것으로서, 전기 구동 모터는 전기 자전거(e-Bike)에 고정되며 반경 방향으로 안쪽에 위치해 있는 모터 스테이터(motor stator)를 포함하되, 전기 구동 모터는 인휠 모터 내에 유지되며 반경 방향으로 바깥쪽에 환형 형태로 위치한 모터 로터를 포함하며, 모터 로터는 모터 스테이터와 모터 로터 사이에서 생기는 전자기력에 의해 모터 스테이터에 대하여 상대적으로 회전하도록 구동되는 시스템에 관한 것인바, 본 발명에 따르면 완전한 허브리스 구성을 가지고 있지 않으며, 바퀴 내부에 인휠모터가 내재되어 에너지 저장 장치의 충방전에 의해 구동됨을 나타낸 것인데, 비교적 회전부와 고정부 사이의 연결관계가 명확하나 이는 완전한 허브리스 구조가 아니기 때문에 가능한 것이며, 특히 수동 및 전력을 동시에 이용가능한 형태의 구성을 제공하고 있지 않다는 문제점이 있다.
미국등록특허(제08459386호, 발명의 명칭 : Road wheel propulsion apparatus and method of making(로드휠 추진 장치와 만드는 방법), 국제공보게재일 2008.05.16)
본 발명인 허브리스 전기자전거는 다음과 같은 목적을 가진다.
(1) 본 발명의 목적은 사용자에 의한 수동 구동 및 전기의 힘을 이용한 전기 구동 방식이 동시에 접목된 허브리스 전기자전거를 제공함에 있다.
(2) 본 발명의 또다른 목적은 전륜과 후륜에 있어서 모두 허브리스 구조를 채택하되, 전륜과 후륜에 각각 다른 방식의 모터 구동방식을 제공하되, 회전부과 고정부에 연결관계를 명확히 하되, 내구성을 가지는 연결부위의 구성을 포함하는 허브리스 전기자전거의 구조를 제공함에 있다.
(3) 본 발명의 또다른 목적은 전륜구동에 있어서는 인휠 모터 내재에 의한 허브리스 구조와 후륜구동에 있어서는 종래 스프라켓 내지 구동휠에 회전력을 전달할 수 있도록 모터가 취부된 형태의 허브리스 구조를 동시에 제공함에 있다.
(4) 본 발명의 또다른 목적은 전륜 구동에 있어서 인휠 모터가 내재되는 전륜부의 스테이터(구동을 위한 코일이 감겨 있어 제어 가능)와 영구자석이 매립되어 있는 회전부와 스테이터와 회전부 사이에 내재되는 롤러부분에 대한 그 구성과 결합관계를 제공함에 있다.
본 발명인 허브리스 전기자전거는 전륜 후륜 모두 허브리스 휠 타입을 적용한 허브리스 자전거에 관한 것으로서, 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부(111)를 가지되 전륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부(110)와
상기 전륜 휠고정부(110) 외부에 설치되되 양측면에 베어링(부호 미부여)과 중앙부에 축(부호 미부여)을 가지는 롤러(부호 미부여)가 양 측면을 지지하고 상기 전륜 휠고정부(110)와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대(부호 미부여) 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 전륜 베어링 롤러부(120)와
상기 전륜 베어링 롤러부(120)의 롤러(부호 미부여)가 접하면서 회전하는 롤러라인(부호 미부여)이 내부에 있고, 외부에 전륜 타이어(140)가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가진 전륜 휠회전부(130)와
상기 전륜 휠회전부(120)의 외부에 설치되는 전륜타이어(140)로 구성된 전륜부(100); 및
자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 후륜 프레임 고정부(211)가 프레임 중심 및 상부 쪽에 위치하되 후륜에서 가장 내부에 위치하는 후륜 휠고정부(210)와
상기 후륜 휠고정부(210) 외부에 설치되되 양측면에 베어링(222)과 중앙부에 축(224)을 가지는 롤러(221)가 양 측면을 지지하고 상기 후륜 휠고정부(210)와 고정되고 상방으로는 롤러(221)가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대(223) 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 후륜 베어링 롤러부(220)와
사용자의 인력에 의해 페달회전력이 전달되는 체인(320)에 대응 구동하고 크기가 다른 복수개의 휠이 공통의 축을 가지되 상기 축이 상기 후륜 프레임 고정부(211)에 관통되어 설치되는 구동휠(340)과
상기 후륜 베어링 롤러부(220)의 롤러(221)가 접하면서 회전하는 롤러라인(232)이 내부에 있고, 외부에 후륜 타이어(240)가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가지되 사용자의 인력에 의한 페달회전력이 전달되는 구동휠(340)의 내부에 설치되는 휠의 톱니에 대응하여 내부방향으로 원을 이루면서 설치되는 구동톱니(231)을 포함하는 후륜 휠회전부(230)와
상기 후륜 휠회전부(230)의 외부에 설치되는 후륜타이어(240)로 구성된 후륜부(200);로 구성된다.
상기 허브리스 자전거는 사용자의 인력에 의해 크랭크(330) 및 체인휠(310) 회전시 회전에너지가 체인(320)에 의해 상기 구동휠(340)로 전해지고, 구동휠(340)의 회전에 의해 상기 구동톱니(231)이 구동되어 후륜부(200)가 회전하여 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동휠(340)의 축을 구동하는 구동 모터부(212)가 상기 후륜 프레임 고정부(211)에 추가 설치되어 상기 구동휠(340)을 회전시키되, 상기 구동 모터부(212)에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)와 구동 모터부 및 에너지 저장 장치를 제어하는 제어부(미도시 및 부호 미부여)를 더 포함하여, 사용자의 인력외에 전력으로 구동될 수 있음이 바람직하다.
본 발명인 허브리스 전기자전거의 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 전륜부(100)가 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부를 상부에 가지되 가장 내부에 위치하며 철판이 적층되어 바깥쪽을 향하여 T 형태가 복수개 연속으로 접하면서 원형을 이루는 스테이터(411)와 각 T 형태의 하부 기둥에 감겨 있는 스테이터 코일(412)을 포함하여 구성되고 외부에 상기 스테이터(411)와 스테이터 코일(412)이 노출되지 않도록 측면에 쉴드철판(부호 미부여)이 덮여있는 모터 휠고정부(410)와
상기 스테이터(411)의 T형태의 상부가 접하는 곳으로서 서로 동일한 각 간격인 곳에 양측면 모터 전륜 베어링(422)과 중앙부에 모터 전륜 축(424)을 가지는 모터 전륜 롤러(421)가 양 측면을 지지하고 상기 모터 휠고정부(410)의 쉴드 철판(부호 미부여)과 고정되고 상방으로는 모터 전륜 롤러(421)가 일부 노출되는 크기를 가지는 모터 전륜 지지대(423) 사이에 복수개가 원을 이루면서 모터 휠고정부(410) 에 삽입된 형태로 설치되는 모터 전륜 베어링 롤러부(420)와
상기 모터 전륜 베어링 롤러부(420)의 모터 전륜 롤러(421)가 접하면서 회전하는 모터 롤러 라인(435)이 내부에 있어 상기 스테이터(411)를 튀어나온 모터 전륜 롤러(421) 길이만큼 공극(413)을 형성하고, 중앙부에 상기 스테이터(411) 방향으로 말단이 벌려진 ㄷ 형태의 공간이 있되, ㄷ 형태 중 스테이터(411) 방향으로 내삽 마그넷(432)이 극이 교대로 배치되도록 내삽되어 있으며, ㄷ 형태중 바깥쪽의 공간은 플럭스 배리어(433)를 형성하고, 외부에 전륜 타이어가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가진 모터 휠회전부(430)와
상기 모터 휠회전부(430)의 외부에 설치되는 전륜타이어로 구성된 모터 전륜부(400);로 대체될 수 있음이 바람직하다.
상기 스테이터 코일(412)에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하는 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)와 상기 스테이터 코일(412)에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하거나 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)의 충방전을 관리하여 전체 구동을 제어하는 제어부(미도시 및 부호 미부여)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
상기 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(미도시 및 부호 미부여)을 포함하여 에너지의 충방전을 제어하고, 전기자전거의 제동에는 회생제동 시스템(미도시 및 부호 미부여)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 사용자에 의한 수동 구동 및 전기의 힘을 이용한 전기 구동 방식이 동시에 접목된 허브리스 전기자전거를 제공한다.
(2) 본 발명은 전륜과 후륜에 있어서 모두 허브리스 구조를 채택하되, 전륜과 후륜에 각각 다른 방식의 모터 구동방식을 제공하되, 회전부과 고정부에 연결관계를 명확히 하되, 내구성을 가지는 연결부위의 구성을 포함하는 허브리스 전기자전거의 구조를 제공한다.
(3) 본 발명은 전륜구동에 있어서는 인휠 모터 내재에 의한 허브리스 구조와 후륜구동에 있어서는 종래 스프라켓 내지 구동휠에 회전력을 전달할 수 있도록 모터가 취부된 형태의 허브리스 구조를 동시에 제공한다.
(4) 본 발명은 전륜 구동에 있어서 인휠 모터가 내재되는 전륜부의 스테이터(구동을 위한 코일이 감겨 있어 제어 가능)와 영구자석이 매립되어 있는 회전부와 스테이터와 회전부 사이에 내재되는 롤러부분에 대한 그 구성과 결합관계를 제공한다.
도 1은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 사시도이다.
도 2는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜의 구동방식을 나타내기 위한 부분 상세 사시도이다.
도 3은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜의 구동방식에 있어서, 모터가 취부된 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 전륜과 후륜의 구성을 분해 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 전륜과 후륜에 있어서의 본체와의 고정부를 나타낸 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜에 있어서 롤러 베어링부와 후륜 휠림을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 사시도이다.
도 9는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜의 내부 상세 사시도이다.
도 11은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜의 분해 상세도이다.
도 12는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 스테이터부를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 모터 롤러 베어링부와 마그넷매립부를 나타내기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 마그넷매립부의 단면을 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "허브리스 전기자전거"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 일면에 있어서, 도 1은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 사시도이며, 도 2는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜의 구동방식을 나타내기 위한 부분 상세 사시도이고, 도 3은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜의 구동방식에 있어서, 모터가 취부된 것을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 단면 사시도이고, 도 5는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 전륜과 후륜의 구성을 분해 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 전륜과 후륜에 있어서의 본체와의 고정부를 나타낸 부분 사시도이고, 도 7은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제1타입의 후륜에 있어서 롤러 베어링부와 후륜 휠림을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 사시도이고, 도 9는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 단면 사시도이며, 도 10은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜의 내부 상세 사시도이고, 도 11은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜의 분해 상세도이며, 도 12는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 스테이터부를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 모터 롤러 베어링부와 마그넷매립부를 나타내기 위한 도면이며, 도 14는 본 발명인 허브리스 전기자전거의 구동방식에 따른 제2타입의 전륜중에서 마그넷매립부의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 7을 참조하면 본 발명인 허브리스 전기자전거는 전륜 후륜 모두 허브리스 휠 타입을 적용한 허브리스 자전거에 관한 것으로서,
전륜부(100)는 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부(111)를 가지되 전륜에서 가장 내부에 위치하는 전륜 휠고정부(110)와
상기 전륜 휠고정부(110) 외부에 설치되되 양측면에 베어링(부호 미부여)과 중앙부에 축(부호 미부여)을 가지는 롤러(부호 미부여)가 양 측면을 지지하고 상기 전륜 휠고정부(110)와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대(부호 미부여) 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 전륜 베어링 롤러부(120)와
상기 전륜 베어링 롤러부(120)의 롤러(부호 미부여)가 접하면서 회전하는 롤러라인(부호 미부여)이 내부에 있고, 외부에 전륜 타이어(140)가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가진 전륜 휠회전부(130)와
상기 전륜 휠회전부(120)의 외부에 설치되는 전륜타이어(140)로 구성된다.
후륜부(200);는 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 후륜 프레임 고정부(211)가 프레임 중심 및 상부 쪽에 위치하되 후륜에서 가장 내부에 위치하는 후륜 휠고정부(210)와
상기 후륜 휠고정부(210) 외부에 설치되되 양측면에 베어링(222)과 중앙부에 축(224)을 가지는 롤러(221)가 양 측면을 지지하고 상기 후륜 휠고정부(210)와 고정되고 상방으로는 롤러(221)가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대(223) 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 후륜 베어링 롤러부(220)와
사용자의 인력에 의해 페달회전력이 전달되는 체인(320)에 대응 구동하고 크기가 다른 복수개의 휠이 공통의 축을 가지되 상기 축이 상기 후륜 프레임 고정부(211)에 관통되어 설치되는 구동휠(340)과
상기 후륜 베어링 롤러부(220)의 롤러(221)가 접하면서 회전하는 롤러라인(232)이 내부에 있고, 외부에 후륜 타이어(240)가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가지되 사용자의 인력에 의한 페달회전력이 전달되는 구동휠(340)의 내부에 설치되는 휠의 톱니 모양의 요철부에 대응하여 내부방향으로 원을 이루면서 설치되는 구동톱니부(231)을 포함하는 후륜 휠회전부(230)와
상기 후륜 휠회전부(230)의 외부에 설치되는 후륜타이어(240)로 구성된다.
상기 자전거 프레임이라는 표현은 본 발명에서 포함하고 있는 요소외에 본 명세서상 언급이 되지 않는 타 요소들 즉 자전거 전체 구조상 브레이크, 안장, 핸들등 자전거의 필수구성요소는 당연히 포함하고 있음에 주의해야 한다.
상기 전륜 베어링 롤러부(120)와 후륜 베어링 롤러부(220)은 전륜부와 후륜부에 있어서, 회전하지 않고 고정된 고정부인 전륜 휠고정부(110), 후륜 휠고정부(210)에 상기 지지대가 안쪽으로 연결 고정되고, 다만 상기 지지대를 넘어서 노출되는 롤러가 사용자 또는 모터에 의해 구동되어 회전되는 전륜 휠회전부와 후륜 휠회전부에 포함되는 롤러라인을 접촉하면서 회전함(위치는 고정된채 롤러만 해당위치에서 회전함)에 따라 전륜과 후륜에 있어서 고정부와 회전부 사이의 결합요소 내지 관계를 나타낸다.
즉 허브가 있는 바퀴에 있어서 휠의 전체 모양과 기계적 강성을 유지하는 허브와 림의 기능을 본 발명에 있어서는 전륜 베어링 롤러부와 후륜 베어링 롤러부가 하게 되는 것이다.
전륜부와 후륜부에서 구동에 따라 회전하는 것은 전륜 휠회전부, 전륜타이어, 후륜 휠회전부, 후륜타이어이고, 롤러는 상기 전륜 휠회전부와 후륜 휠회전부가 회전함에 따라 전륜부 및 후륜부의 지지 강성을 가지면서 오직 자신만이 축을 기준으로 회전할 뿐이다.
도 1을 참조하면 상기 허브리스 자전거는 사용자의 인력에 의해 크랭크(330) 및 체인휠(310) 회전시 회전에너지가 체인(320)에 의해 상기 구동휠(340)로 전해지고, 구동휠(340)의 회전에 의해 상기 구동톱니(231)가 구동되어 후륜부(200)가 회전하여 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 체인휠에 있어서, 편의상 체인이라는 공지 구성요소를 포함하고 있으나, 체인 구조 이외에 회전력등을 전달할 수 있는 것이면 어떤 것이든 포함함이 바람직한데, 예를 들면 스틸이 아닌 재질을 사용하여 그리스등의 윤활제를 투입할 필요가 없는 체인, 체결부위가 뾰족한 톱니구조가 아닌 체결구등 구동력이 전달될 수 있는 것이면 기술발전에 따라 새로이 도입되는 각종 체결구도 본 발명에 그대로 적용될 수 있는 것은 당연하다.
상기 구동휠은 기존의 자전거 구성중 스프라켓과 동일한 기능을 가지는 바, 변속기와 연결되어 사용자의 조작에 의해 속도와 토크를 변화시킬 수 있음이 바람직하다.
도 1, 3, 4 및 6을 참조하면 상기 구동휠(340)의 축을 구동하는 구동 모터부(212)가 상기 후륜 프레임 고정부(211)에 추가 설치되어 상기 구동휠(340)을 회전시키되, 상기 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)는 구동 모터부(212)에 전력을 공급하며, 상기 제어부는 구동 모터부 및 에너지 저장 장치를 제어하여, 사용자의 인력외에 전력으로 구동될 수 있음이 바람직하다.
상기 구동 모터부에는 BLDC 모터를 사용함이 바람직하나, 그외 축을 구동할 수 있을 정도로 높은 토크를 가지되 인력이 제어할 수 있는 RPM 내지 각속도를 가진 모터이면 어떤 것이라도 사용이 가능하다.
도 8 내지 14를 참조하면 본 발명인 허브리스 전기자전거의 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 전륜부(100)가 자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부를 상부에 가지되 가장 내부에 위치하며 철판이 적층되어 바깥쪽을 향하여 T 형태가 복수개 연속으로 접하면서 원형을 이루는 스테이터(411)와 각 T 형태의 하부 기둥에 감겨 있는 스테이터 코일(412)을 포함하여 구성되고 외부에 상기 스테이터(411)와 스테이터 코일(412)이 노출되지 않도록 측면에 쉴드철판(부호 미부여)이 덮여있는 모터 휠고정부(410)와
상기 스테이터(411)의 T형태의 상부가 접하는 곳으로서 서로 동일한 각 간격인 곳에 양측면 모터 전륜 베어링(422)과 중앙부에 모터 전륜 축(424)을 가지는 모터 전륜 롤러(421)가 양 측면을 지지하고 상기 모터 휠고정부(410)의 쉴드 철판(부호 미부여)과 고정되고 상방으로는 모터 전륜 롤러(421)가 일부 노출되는 크기를 가지는 모터 전륜 지지대(423) 사이에 복수개가 원을 이루면서 모터 휠고정부(410) 에 삽입된 형태로 설치되는 모터 전륜 베어링 롤러부(420)와
상기 모터 전륜 베어링 롤러부(420)의 모터 전륜 롤러(421)가 접하면서 회전하는 모터 롤러 라인(435)이 내부에 있어 상기 스테이터(411)를 튀어나온 모터 전륜 롤러(421) 길이만큼 공극(413)을 형성하고, 중앙부에 상기 스테이터(411) 방향으로 말단이 벌려진 ㄷ 형태의 공간이 있되, ㄷ 형태 중 스테이터(411) 방향으로 내삽 마그넷(432)이 극이 교대로 배치되도록 내삽되어 있으며, ㄷ 형태중 바깥쪽의 공간은 플럭스 배리어(433)를 형성하고, 외부에 전륜 타이어가 설치되는 홈(부호 미부여)을 가진 모터 휠회전부(430)와
상기 모터 휠회전부(430)의 외부에 설치되는 전륜타이어로 구성된 모터 전륜부(400);로 대체될 수 있음이 바람직하다.
즉 상기 모터 전륜부는 인-휠(In-Wheel) 모터가 내재되어 있는 것인데, 고정부는 스테이터이고, 영구자석인 내삽 마그넷이 삽입된 외부는 회전부가 되며, 중간에서 그 연결을 매개하고, 기계적 강성을 가져 바퀴의 형태를 유지하도록 하는 기능은 모터 전륜 베어링 롤러부가 한다.
또한 본 발명에 따르면 내삽 마그넷 사이에 바깥쪽에서 일자로 이어지는 플럭스 배리어(자속 장벽)를 형성하게 되는바, 자속 포화를 방지하여 전체 자속량을 일정하게 유지하도록 하고, 동시에 코깅토크를 저감하며, 평균토크와 효율을 증가시키게 되는 역할을 한다.
상기 모터 휠회전부에서 내삽 마그넷이 설치되는 부위는 무게가 가벼운 비철금속(알루미늄등)등이 사용됨이 바람직할 수 있다.
상기 스테이터 코일(412)에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하는 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)와 상기 스테이터 코일(412)에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하거나 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)의 충방전을 관리하여 전체 구동을 제어하는 제어부(미도시 및 부호 미부여)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
상기 에너지 저장 장치(미도시 및 부호 미부여)는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(미도시 및 부호 미부여)을 포함하여 에너지의 충방전을 제어하고, 전기자전거의 제동에는 회생제동 시스템(미도시 및 부호 미부여)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명은 사용자에 의한 수동 구동 및 전기의 힘을 이용한 전기 구동 방식이 동시에 접목된 허브리스 전기자전거를 제공한다.
(2) 본 발명은 전륜과 후륜에 있어서 모두 허브리스 구조를 채택하되, 전륜과 후륜에 각각 다른 방식의 모터 구동방식을 제공하되, 회전부과 고정부에 연결관계를 명확히 하되, 내구성을 가지는 연결부위의 구성을 포함하는 허브리스 전기자전거의 구조를 제공한다.
(3) 본 발명은 전륜구동에 있어서는 인휠 모터 내재에 의한 허브리스 구조와 후륜구동에 있어서는 종래 스프라켓 내지 구동휠에 회전력을 전달할 수 있도록 모터가 취부된 형태의 허브리스 구조를 동시에 제공한다.
(4) 본 발명은 전륜 구동에 있어서 인휠 모터가 내재되는 전륜부의 스테이터(구동을 위한 코일이 감겨 있어 제어 가능)와 영구자석이 매립되어 있는 회전부와 스테이터와 회전부 사이에 내재되는 롤러부분에 대한 그 구성과 결합관계를 제공한다.
100 : 전륜부 110 : 전륜 휠고정부
111 : 전륜 프레임 고정부
120 : 전륜 베어링 롤러부 130 : 전륜 휠회전부
140 : 전륜타이어
200 : 후륜부 210 : 후륜 휠고정부
211 : 후륜 프레임 고정부 212 : 구동 모터부
220 : 후륜 베어링 롤러부 221 : 롤러
222 : 베어링 223 : 지지대
224 : 축
230 : 후륜 휠회전부 231 : 구동톱니
232 : 롤러라인
240 : 후륜타이어
300 : 구동부 310 : 체인휠
320 : 체인 330 : 크랭크
340 : 구동휠
400 : 모터 전륜부 410 : 모터 휠고정부
411 : 스테이터 412 : 스테이터 코일
413 : 공극 414 : 베어링 롤러 설치홈
420 : 모터 전륜 베어링 롤러부
421 : 모터 전륜 롤러
422 : 모터 전륜 베어링 423 : 모터 전륜 지지대
424 : 모터 전륜 축
430 : 모터 휠회전부 431 : 비자성체
432 : 내삽 마그넷 433 : 플럭스배리어
434 : 아우터 로터 435 : 모터 롤러 라인

Claims (4)

  1. 전륜 후륜 모두 허브리스 휠 타입을 적용한 허브리스 자전거에 있어서,
    상기 허브리스 자전거는
    자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 전륜 프레임 고정부를 상부에 가지되 가장 내부에 위치하며 철판이 적층되어 바깥쪽을 향하여 T 형태가 복수개 연속으로 접하면서 원형을 이루는 스테이터와 각 T 형태의 하부 기둥에 감겨 있는 스테이터 코일을 포함하여 구성되고 외부에 상기 스테이터와 스테이터 코일이 노출되지 않도록 측면에 쉴드철판이 덮여있는 모터 휠고정부와
    상기 스테이터의 T형태의 상부가 접하는 곳으로서 서로 동일한 각 간격인 곳에 양측면 모터 전륜 베어링과 중앙부에 모터 전륜 축을 가지는 모터 전륜 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 모터 휠고정부의 쉴드 철판과 고정되고 상방으로는 모터 전륜 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 모터 전륜 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 모터 휠고정부에 삽입된 형태로 설치되는 모터 전륜 베어링 롤러부와
    상기 모터 전륜 베어링 롤러부의 모터 전륜 롤러가 접하면서 회전하는 모터 롤러 라인이 내부에 있어 상기 스테이터를 튀어나온 모터 전륜 롤러 길이만큼 공극을 형성하고, 중앙부에 상기 스테이터 방향으로 말단이 벌려진 ㄷ 형태의 공간이 있되, ㄷ 형태 중 스테이터 방향으로 내삽 마그넷이 극이 교대로 배치되도록 내삽되어 있으며, ㄷ 형태중 바깥쪽의 공간은 플럭스 배리어를 형성하고, 외부에 전륜 타이어가 설치되는 홈을 가진 모터 휠회전부와
    상기 모터 휠회전부의 외부에 설치되는 전륜타이어로 구성된 모터 전륜부; 및
    자전거 프레임에 고정되어 회전되지 않는 후륜 프레임 고정부가 프레임 중심 및 상부 쪽에 위치하되 후륜에서 가장 내부에 위치하는 후륜 휠고정부와
    상기 후륜 휠고정부 외부에 설치되되 양측면에 베어링과 중앙부에 축을 가지는 롤러가 양 측면을 지지하고 상기 후륜 휠고정부와 고정되고 상방으로는 롤러가 일부 노출되는 크기를 가지는 지지대 사이에 복수개가 원을 이루면서 배치되는 후륜 베어링 롤러부와
    사용자의 인력에 의해 페달회전력이 전달되는 체인에 대응 구동하고 크기가 다른 복수개의 휠이 공통의 축을 가지되 상기 축이 상기 후륜 프레임 고정부에 관통되어 설치되는 구동휠과
    상기 후륜 베어링 롤러부의 롤러가 접하면서 회전하는 롤러라인이 내부에 있고, 외부에 타이어가 설치되는 홈을 가지되 사용자의 인력에 의한 페달회전력이 전달되는 구동휠의 내부에 설치되는 휠의 톱니에 맞물리도록 내부방향으로 원을 이루면서 설치되는 구동톱니를 포함하는 후륜 휠회전부와
    상기 후륜 휠회전부의 외부에 설치되는 후륜타이어로 구성된 후륜부;로 구성되며
    상기 허브리스 자전거는 사용자의 인력에 의해 크랭크 및 체인휠 회전시 회전에너지가 체인에 의해 상기 구동휠로 전해지고, 구동휠의 회전에 의해 상기 구동톱니가 구동되어 후륜부가 회전하여 구동되거나, 상기 스테이터 코일에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하는 에너지 저장 장치와 상기 스테이터 코일에 전류 또는 전압 형태로 에너지를 전달하거나 에너지 저장 장치의 충방전을 관리하여 전체 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 허브리스 전기자전거.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동휠의 축을 구동하는 구동 모터부가 상기 후륜 프레임 고정부에 추가 설치되어 상기 구동휠을 회전시키되,
    상기 에너지 저장 장치는 구동 모터부에 전력을 공급하며,
    상기 제어부는 구동 모터 및 에너지 저장 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 허브리스 전기자전거.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)을 포함하여 에너지의 충방전을 제어하고,
    전기자전거의 제동에는 회생제동 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 허브리스 전기자전거.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200198719A1 (en) * 2017-06-10 2020-06-25 Alan Rallings Foldable Bicycle and Method of Transporting a Foldable Bicycle

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