KR20020079225A - 자전거 보조 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자전거 보조 구동장치에 관한 것으로, 구동스위치로부터 구동 신호정보에 포함된 모드 신호가 자동모드일 경우엔 모터를 구동하고, 수동모드일 경우에는 상기 모터의 구동전류로부터 검출된 주행속도가 소정 제 2 속도 이상이면 모터를 구동하도록 제어하며, 주행중 자전거의 주행속도가 상기 제 2 속도보다 큰 소정의 제 1 속도 이상일 경우 모터를 정지하도록 제어하고, 페달센서에 의해 페달 조작 여부를 검출하여 주행중 소정 시간동안 페달 조작이 중지되면 모터 구동을 정지하도록 제어함으로써 주행자에게 편리함과 안전성을 제공하고, 주행속도를 제어하는데 충분한 전기에너지를 공급할 수 있도록 한 것이다.

Description

자전거 보조 구동장치 {Supplementary driving apparatus for a bike}
본 발명은 자전거 보조 구동장치에 관한 것으로, 특히 구동스위치 조작에 의해 모터를 구동하여 자전거의 바퀴에 구동력을 전달하는 전기자전거 시스템의 보조 구동장치에 관련되는 것이다.
종래의 오토바이식 엔진구동방식을 가진 장치로 여성들도 자전거처럼 탈 수 있는 자전거보다 약간 무거운 중량과 비슷한 차체 사이즈로 만든 모터싸이클인 패밀리 모터싸이클, 어린이용으로 만들어진 미니 모터싸이클, 바이크의 오른쪽이나 왼쪽에 약간의 거리를 두고 다른 한대를 프레임으로 설치하여 짐을 싣거나 사람을 탈 수 있도록 한 사이드카 모터싸이클 등이 있었다.
그러나, 이러한 오토바이 구동방식은 사용시 소음이 심하고, 가격이 비싸 소비자가 구매하여 사용하기 힘들었고, 더욱이 휘발유 등의 오일을 사용하기 때문에 요즘 문제가 되는 환경오염을 유발하는 문제가 있었다.
따라서, 가격이 비싸고, 소음이 심했으며, 환경을 오염시킬 가능성이 많은 종래의 오토바이 엔진구동 방식의 자전거의 문제점을 해결하기 위해 등장한 것이 전기에너지를 이용한 모터 구동에 의해 자전거의 바퀴을 회전시켜 주행할 수 있도록 한 전기자전거이다.
이러한 전기자전거는 무공해, 무소음의 전기에너지를 이용해 모터를 구동하기 때문에 소음이나 환경 오염의 문제가 없으며, 전기에너지가 휘발유 또는 경유보다 가격이 저렴하기 때문에 유지비도 적게드는 유용함이 있으며, 주행자의 페달구동에 의한 수동조작과 전기에너지를 이용한 모터구동에 의한 자동조작을 겸용할 수 있는 특징을 가지기 때문에 경사로와 같이 큰 구동력이 필요할 때 매우 유용하다.
본 발명은 상기한 전기자전거의 장점을 살리면서도 주행자의 안전을 위해 주행속도를 제어할 수 있는 자전거 보조 구동장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 주행속도를 제어하는데 충분한 전기에너지를 제공하는 충전 가능한 전원공급수단을 구비한 자전거 보조 구동장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 구성을 보인 개략도
도 2 는 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 일실시예에 따른 블럭도
도 3 은 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 제어부의 개요도
도 4 는 도 3 에 도시한 제어부의 상세 블럭도
도 5 는 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 제어 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10 : 제어부 11 : CPU
12 : EEPROM 13 : I/O 포트
14 : RAM 15 : 타이머
20 : 배터리 30 : 충전부
40 : 모터 50 : 페달센서
60 : 구동스위치 70 : 상태표시등
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 일양상에 따르면, 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치는 자전거의 소정위치에 설치되어 자전거의 바퀴에 전기에너지에 의한 구동력을 공급하는 자전거 보조 구동장치에 있어서, 각각 자전거의 바퀴에 마찰 접촉하는 구동 로울러를 구동하여 바퀴에 구동력을 전달하되, 상기 구동 로울러가 자전거의 바퀴에 착탈 가능하도록 설치되는 2개의 직류모터와; 주행자의 페달 조작 여부를 검출하는 페달센서와; 자전거의 핸들 소정 위치에 설치되는 구동스위치와; 장치 전반에 직류 전원을 공급하는 배터리와; 상기 구동스위치의 조작에 따라 상기 2개의 직류모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부가 상기 2개의 직류모터의 구동 전류로부터 자전거의 주행속도를 검출하여 상기 주행속도가 소정 제 1 속도 이상이거나, 상기 페달센서로부터 페달 조작 여부를 검출하여 소정시간 동안 페달 조작이 중단되는 경우에 모터 구동을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에따른 자전거 보조 구동장치의 상기 제어부는 상기 구동스위치로부터의 구동신호에 포함된 모드신호가 수동모드일 경우 자전거의 주행속도가 소정의 제 2 속도 이상일 경우 모터를 구동하도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 부가적인 양상에 따르면, 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 상기 페달센서는 자전거의 페달에 의해 회전 구동되는 회전원판으로부터의 광반사로부터 페달 조작 지속여부를 검출하는 광센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치는 상기 배터리의 충전상태 및 상기 모터의 구동상태를 표시하는 상태표시등을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 구성을 보인 개략도이다.
도면에 도시한 바와같이 본 발명에 따른 전기자전거 시스템은 자전거의 앞바퀴(101)와 뒷바퀴(102) 사이의 프레임(100) 상에 배터리가 내장된 배터리 및 제어부가 수납되는 제어박스(105)가 장착되고, 앞바퀴(101)에는 상기 제어박스(105)의 배터리에 의한 전원공급으로 구동되는 구동모터(40)가 수직방향으로 양쪽으로 각각 장착되며, 상기 두 구동모터(40)의 하부측에는 각각 앞바퀴(101)와 접촉되고 구동모터(40)의 구동력으로 회전축(40a)을 중심으로 회전하면서 상기 앞바퀴(101)와의 마찰력으로 앞바퀴(101)를 구동시키는 구동롤러(40b)가 형성되어 있다.
그리고 자전거의 프레임(100) 전방측에는 상기 구동모터(40)의 구동롤러(40b)를 사용자의 레버조작에 의해서 앞바퀴(101)에 접촉 또는 이탈되게 하여 구동모터(40)의 구동력이 상기 앞바퀴(101)에 전달되게 하거나 차단하는 모터 단속장치(200)가 설치되어 있다.
또한, 핸들의 소정위치에 모터(40)를 구동하는 구동스위치(60)가 설치되어 있고, 상기 제어박스(105)의 소정 위치에 배터리의 충전상태 및 상기 모터의 구동 상태를 표시하는 상태표시등(70)이 설치되어 있으며, 자전거의 페달에 의해 회전 구동되는 회전원판(106)과 이격되도록 자전거의 프레임상에 페달센서(50)가 설치되어 있다.
따라서, 상기 모터 단속장치(200)에 의해 모터(40)가 앞바퀴(101)에 접촉 또는 이탈되게 되며, 모터(40)가 앞바퀴(101) 접촉시 상기 구동스위치(60)를 조작하면 상기 제어박스(105)내에 수납된 제어부에 의해 모터가 구동 제어되게 되며, 상기 페달센서(50)에 의해 페달 조작 여부를 검출하고, 상기 상태표시등(70)을 통해 배터리 충전상태와 모터 구동상태를 확인할 수 있다.
상기 제어부 및 배터리에 의한 모터 구동 및 제어는 아래에서 상세히 설명한다.
한편, 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치는 자전거에 편리하게 착탈 가능하다. 즉, 상기 제어박스(105)와 모터단속장치(200)를 소정의 결합수단을 통해 자전거 차체와 쉽게 결합하고 쉽게 분리할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 일실시예에 따른 블럭도이다.
이 실시예에 따른 전기자전거 시스템은 제어부(10)와, 배터리(20)와, 충전부(30)와, 모터(40)와, 페달센서(50)와, 구동스위치(60) 및 상태표시등(70)을 포함하고 있다.
상기 제어부(10)는 전기자전거의 몸체 소정부위에 설치한 상기 도 1 의 제어박스(105)내에 수납되는 것으로, 상기 구동스위치(60)로부터 구동 신호정보에 포함된 모드 신호가 자동모드일 경우엔 모터(40)를 구동하고, 수동모드일 경우에는 상기 모터(40)의 구동전류로부터 검출된 주행속도가 소정 제 2 속도 이상이면 모터(40)를 구동하도록 제어하며, 주행중 자전거의 주행속도가 상기 제 2 속도보다 큰 소정의 제 1 속도 이상일 경우 모터(40)를 정지하도록 제어한다.
상기 제 2 속도는 여성이나 아동 등이 이 속도 이상 주행할 경우 체력적 부담이 많이 소모되므로, 이 속도 이상일 경우 모터를 동작시켜 체력 부담을 덜어주는 소정의 속도 예컨데, 시속 5Km/h 이며, 상기 제 1 속도는 과속으로 정의한 속도 예컨데, 시속 25km/h 로서 주행속도가 이 이상일 경우에 모터 구동을 중지시켜 과속을 방지토록 한다.
또한 상기 제어부(10)는 부가적으로, 주행중 소정 시간동안 페달 조작이 중지되면 모터(40) 구동을 정지하도록 제어한다.
따라서, 가속시 모터(40)를 통해 충분한 구동력을 가하고, 과속 또는 페달 작동 정지시 모터(40)를 정지시키도록 주행속도를 제어함으로써 주행자에게 편리함과 안전성을 제공하게 된다.
구체적으로는, 상기 제어부(10)는 도 3 에 도시한 바와같이 상기 구동스위치(60)로부터 구동신호 정보 및 상기 모터(40)의 구동전류로부터 검출된 주행속도 정보를 수신하여 이를 처리하고, 이 처리 결과에 따라 자전거의 바퀴를 회전시키도록 설치한 모터(40)로 구동신호를 출력하고, 상기 상태표시등(70)을 통해 배터리 충전상태와 모터 구동상태를 표시하도록 제어하는 CPU(11)와; 상기 CPU(11)에 의해 실행되는 프로그램수단을 저장하는 EEPROM(12)과; 상기 CPU(11)의 입,출력 신호의 전기적 통로인 I/O 포트(13)와; 상기 I/O 포트(13)를 통해 입,출력되는 신호를 임시 기억하는 RAM(14) 및 타이머(15)를 포함하고 있다.
상기 제어부(10)는 다음과 같은 특징을 가지는 완칩(One Chip) 형태로 설계된다.
첫째, 처리속도를 높이기 위해 명령어 형식을 통일하고 제어논리를 단순화하여 대부분의 명령을 단일 CPU내에서 실행하도록 하는 리스크(RISC : Reduced Instructions Set Code) 기술을 적용하여 명령어 수 및 주소 지정 방식의 최소화에 따른 시스템 속도향상 효과를 얻을 수 있으며, 명령어 길이가 고정적이어서 디코딩(Decoding)하기가 쉽고 파이프라인 구성에 의한 직접적인 명령호출 및 명령실행이 가능하여 시행속도가 빠른 장점을 가지도록 한다.
둘째, 프로그램이 저장되는 기억장치와 데이터가 저장되는 기억장치를 하드웨어적으로 완전히 분리 즉, 프로그램 메모리(EEPROM)과 데이타 메모리(RAM)를 분리하여 속도를 향상시킬 수 있는 하버드 구조(Harvard Architecture)를 채용하여, 레지스터(Register)와 데이타 메모리의 구분없이 데이타 영역을 범용 레지스터 처럼 사용 가능하도록 한다.
셋째, 8비트 CMOS 완칩 마이컴을 사용하여 소비전력이 적으며, 신호 전달 특성이 우수하고, 집적도가 높으며, 넓은 동작 전압범위에서 동작 가능하도록 한다.
도 4 는 상기 제어부(10)로 사용한 8비트 CMOS 완칩 마이컴의 구체적인 블럭도로서, 그 동작은 위에서 설명했으므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 배터리(20)는 상기 도 1 에 도시한 제어박스(105)내에 수납되어 전기자전거 시스템에 전원을 공급하는 것으로, 12V의 충전용 배터리 2개를 직렬로 연결하여 시스템에 전원을 공급하므로써 주행속도를 제어하는데 충분한 전기에너지를 제공하게 된다.
상기 충전부(30)는 상기 배터리(20)의 배터리의 용량이 적을 경우 일정하게 충전시킨다.
상기 2개의 모터(40)는 고효율의 DC 모터로, 자전거의 앞바퀴를 사이로 각각 대응되도록 설치되며, 상기 도 1 에 도시한 모터단속장치(200)에 의해 구동 로울러(40b)가 상기 자전거의 앞바퀴(101)와 접촉 및 이탈되게 된다.
상기 모터(40)는 상기 제어부(10)의 제어명령에 따라 전기자전거의 바퀴를 회전시키는 동작을 한다.
한편, 상기 모터(40)는 상기 제어부(1)를 통해 모터(40) 구동시 발생하는 역기전력에 의한 전류 크기를 이용해 자전거의 주행속도를 검출하게 된다. 즉, 모터(40)가 구동되면 모터(40) 내부의 자석회전에 의해 역기전력이 발생하게 되며, 이 역기전력은 모터의 회전속도에 따라 달라지므로, 이 역기전력을 검출하여 주행속도를 얻을 수 있다.
상기 페달센서(50)는 자전거의 페달 조작 지속 여부를 검출하는 것으로, 여러가지 종류의 센서를 이용하여 사용하여 페달 조작 지속여부를 검출할 수 있다.
그 일예로, 상기 페달센서(50)로 광센서 및 코일을 이용한 자기유도 방식을 채용하여 도 1 에 도시한 자전거의 페달에 의해 회전 구동되는 회전원판(106)으로부터의 반사되는 신호를 검출하여 페달 조작 지속여부를 검출할 수 있다. 즉, 회전원판(106)은 무게를 줄이기 위해 그 내부 일부가 비어 있으므로 센서로부터 유도되는 신호가 이 공간을 지날 경우 검출되지 않으므로, 페달 조작이 중지된 상태라면 일정시간 동안 신호 검출이 계속 이루어지거나 전혀 이루어지지 않고 페달 조작 중이라면 주기적으로 신호가 검출되므로 이를 이용하여 페달 조작 여부를 판단하게 된다.
상기 구동스위치(60)는 자전거의 핸들 소정 위치에 설치되어, 주행자의 조작에 의해 구동 신호정보를 상기 제어부(10)로 출력한다.
상기 상태표시등(70)은 상기 도 1 에 도시한 제어박스(105)의 소정위치에 설치되어, 배터리 충전상태 및 모터 구동 상태를 표시한다.
따라서, 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치는 상기 구동스위치(60) 조작시 상기 배터리(20)를 통해 전원이 공급되어 모터를 구동하게 되고, 상기 배터리(20)가 방전시는 충전부(30)를 통해서 충전하게되며, 제어부(10)를 통해 상기 구동스위치(60)로부터 구동 신호정보에 포함된 모드 신호가 자동모드일 경우엔 모터(40)를 구동하고, 수동모드일 경우에는 상기 모터(40)의 구동전류로부터 검출된 주행속도가 소정 제 2 속도 이상이면 모터(40)를 구동하도록 제어하며, 주행중 자전거의 주행속도가 상기 제 2 속도보다 큰 소정의 제 1 속도 이상일 경우 모터(40)를 정지하도록 제어하고, 페달센서(50)에 의해 페달 조작 여부를 검출하여 주행중 소정 시간동안 페달 조작이 중지되면 모터(40) 구동을 정지하도록 제어하는 동작을 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치의 제어 흐름도이다.
상기 실시예에 따른 전기자전거 시스템의 제어방법은 첫번째 단계(S110)에서 구동스위치가 온(On)일 경우 상기 구동스위치로부터 구동 신호정보를 수신한다.
두번째 단계(S120)에서는 상기 구동 신호정보에 포함된 모드 신호가 자동모드일 경우 모터를 강제로 구동하도록 모터 구동신호를 모터로 출력한다.
세번째 단계(S130)에서는 상기 구동 신호정보에 포함된 모드 신호가 수동 모드일 경우 모터의 구동 전류로부터 자전거의 주행속도를 검출하여 주행속도가 소정 제 2 속도 이상이면 모터를 구동하도록 모터 구동신호를 모터로 출력한다.
네번째 단계(S140)에서는 주행중에 상기 페달센서로부터 수신된 주행 속도정보가 상기 소정의 제 2 속도보다 큰 소정의 제 1 속도 이상일 경우 모터구동을 정지시키는 신호를 출력한다.
다섯번째 단계(S150)에서는 주행중에 페달센서로부터 수신된 주행 속도정보가 상기 소정의 제 2 속도보다 큰 소정의 제 1 속도 이하일 경우 소정 시간동안 페달 동작이 멈출경우 모터를 정지시키는 신호를 출력한다.
따라서, 수동모드에서 페달센서에 의해 감지된 신호가 소정 제 2 속도 이상일 경우 모터를 구동하도록 제어하여 모터 구동력을 부가하게되며, 주행시 주행속도가 소정 제 1 속도 이상일 경우 모터 구동을 정지하도록 제어하여 과속을 방지하고, 소정시간 동안 페달 동작이 멈추면 모터를 정지시키게 된다.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명에 따른 자전거 보조 구동장치는 주행시 모터를 통해 충분한 구동력을 가하고, 과속시 또는 페달 동작 정지시 모터를 정지시키도록 주행속도를 제어함으로써 주행자에게 편리함과 안전성을 제공하고, 12V의 충전용 배터리 2개를 직렬로 연결하여 시스템에 전원을 공급하므로써 주행속도를 제어하는데 충분한 전기에너지를 제공할 수 있는 유용한 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

Claims (4)

  1. 자전거의 소정위치에 설치되어 자전거의 바퀴에 전기에너지에 의한 구동력을 공급하는 자전거 보조 구동장치에 있어서,
    각각 자전거의 바퀴에 마찰 접촉하는 구동 로울러를 구동하여 바퀴에 구동력을 전달하되, 상기 구동 로울러가 자전거의 바퀴에 착탈 가능하도록 설치되는 2개의 직류모터와;
    주행자의 페달 조작 여부를 검출하는 페달센서와;
    자전거의 핸들 소정 위치에 설치되는 구동스위치와;
    장치 전반에 직류 전원을 공급하는 배터리와;
    상기 구동스위치의 조작에 따라 상기 2개의 직류모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부가:
    상기 2개의 직류모터의 구동 전류로부터 자전거의 주행속도를 검출하여 상기 주행속도가 소정 제 1 속도 이상이거나, 상기 페달센서로부터 페달 조작 여부를 검출하여 소정시간 동안 페달 조작이 중단되는 경우에 모터 구동을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부가:
    상기 구동스위치로부터의 구동신호에 포함된 모드신호가 수동모드일 경우 자전거의 주행속도가 소정의 제 2 속도 이상일 경우 모터를 구동하도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 페달센서는:
    자전거의 페달에 의해 회전 구동되는 회전원판으로부터의 광반사로부터 페달 조작 지속여부를 검출하는 광센서인 것을 특징으로 하는 자전거 보조 구동장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치가:
    상기 배터리의 충전상태 및 상기 모터의 구동상태를 표시하는 상태표시등를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 보조 구동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136753B1 (ko) * 2010-06-25 2012-04-19 (주)아진게네시스 전동보조 자전거용 하이브리드 sr모터의 제어장치
KR101295824B1 (ko) * 2010-07-21 2013-08-12 주식회사 파워라이드 하이브리드 자전거의 동력 보조 시스템

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