KR20140078321A - 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이러한 문제점을 보완하고 쉽게 버려지는 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 극대화하기 위한 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거를 제공하기 위한 것으로서, 다수개의 프레임을 연결하여 형성되고 전조등이 장착된 몸체와, 상기 몸체의 하부 전, 후에 각각 장착된 앞, 뒷바퀴와, 유저의 발을 통해 발생되는 누르는 힘을 통해 밟으면 체인을 통해 앞, 뒷바퀴를 회전시키는 페달과, 상기 몸체의 전방 상부에 장착되어 유저의 손이 파지되고 일 측에는 상기 앞, 뒷바퀴의 회전 작동을 제어할 수 있도록 브레이크 레버가 구비된 손잡이와, 상기 몸체 상부에 장착되고 유저의 엉덩이가 안착되는 안장으로 이루어진 자전거에 있어서, 상기 자전거에 압전센서의 동작으로 전기에너지를 발생하는 전력생성부와, 상기 전력생성부를 통해 발생된 전기에너지를 내부에 포함된 배터리 팩에 축전하는 축전부와, 상기 축적부를 통해 전원을 공급받아 상기 자전거 바퀴를 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거{The piezoelectric sensor using self-charging electric bike}

본 발명은 전기자전거에 관한 것으로, 특히 자전거에 부착된 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거에 관한 것이다.

근래 석유자원의 고갈 및 환경보호에 대한 관심이 높아지면서 전기자동차 및 하이브리드, 전기자전거 등이 새로운 교통수단으로 떠오르고 있다. 이 중에서도 전기자전거는 유저들의 운동수단으로 각광받고 있다. 특히 전기자전거가 노인용 자전거라는 인식이 감소하면서 젊은 층에서도 많이 이용되고 있다.

기존의 자전거로는 가기 먼 거리를 힘을 들이지 않고 이동할 수 있다는 장점이 있고 특히, 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있어 전기자전거를 출퇴근용 등으로 이용하는 사람이 증가하고 있다.

전기자전거는 페달과 전기모터가 분리되서 작동을 하는 원리였던 것이 최근에는 페달을 밝을 때 전기모터가 이를 보조해 주는 기능으로 작동하도록 하여 자전거를 타는 사람이 운행 중에 스스로 페달을 밟을 필요 없이 손잡이에 장착되는 스위치나 레벨을 이용하여 전기모터의 힘을 조절하면 힘을 들이지 않고 페달을 움직일 수 있도록 개량되고 있다.

이러한 전기자전거에는 3가지 작동방식이 있는데 스로틀 주행, PAS주행, 일반주행이 있다.

스로틀주행은 스로틀을 당기면 제어기를 통해 배터리의 전력으로 모터가 동작하는 방식이며, PAS주행은 페달을 밟으면 제어기를 통해 배터리의 전력으로 모터를 동작하는 방식이다. 그리고 일반주행은 모터의 동작없이 사람의 힘만으로 주행하는 수동방식이다.

이러한 기존의 전기자전거는 배터리를 다 사용하게 되면 자전거에 부착된 배터리팩을 분리하여 충전기를 이용하여 충전을 하고 다시 자전거에 부착하여 사용하는 방식이다. 따라서 기존의 전기자전거는 유저가 사용하지 않는 시간에 배터리팩을 충전기에 연결하여 직접 충전하는 방식이었다.

이는 유저가 배터리를 충전하는 것을 잊어버리게 되었을 때, 전기자전거를 사용하지 못한다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이러한 문제점을 보완하고 쉽게 버려지는 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 극대화하기 위한 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 특징은 다수개의 프레임을 연결하여 형성되고 전조등이 장착된 몸체와, 상기 몸체의 하부 전, 후에 각각 장착된 앞, 뒷바퀴와, 유저의 발을 통해 발생되는 누르는 힘을 통해 밟으면 체인을 통해 앞, 뒷바퀴를 회전시키는 페달과, 상기 몸체의 전방 상부에 장착되어 유저의 손이 파지되고 일 측에는 상기 앞, 뒷바퀴의 회전 작동을 제어할 수 있도록 브레이크 레버가 구비된 손잡이와, 상기 몸체 상부에 장착되고 유저의 엉덩이가 안착되는 안장으로 이루어진 자전거에 있어서, 상기 자전거에 압전센서의 동작으로 전기에너지를 발생하는 전력생성부와, 상기 전력생성부를 통해 발생된 전기에너지를 내부에 포함된 배터리 팩에 축전하는 축전부와, 상기 축적부를 통해 전원을 공급받아 상기 자전거 바퀴를 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하게 상기 축전부는 리듐이온 배터리이고, 상기 구동모터는 BLDC 구동모터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 전력생성부는 페달에 결합되어 장착되고 유저의 발을 통해 페달을 누르는 힘과 연동작동하여 전류를 발생하는 압전센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 전력생성부는 앞, 뒷바퀴 중 적어도 하나의 타이어 부분에 압전센서를 결합되어 장착하여 구성되어, 전기자전거가 주행 시에 압전센서에 지면이 누르는 힘이 연동작동하여 전류를 발생하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 전력생성부는 배터리 관리 시스템(BMS)의 명령을 통해 유저의 힘으로만 움직이는 일반주행 모드일 때만 동작시켜, 압전센서를 통해 발생되는 전기에너지를 축적부내의 배터리 팩에 자가 충전시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 스로틀 주행, PAS주행과 같이 축적부에 충전된 배터리를 이용하는 경우에는 자가 충전을 통해 축적부의 배터리 팩에 충전된 에너지를 사용하여 모터를 작동하여 자전거 바퀴를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거는 암전센서를 자전거 페달이나 바퀴부분에 설치하여 배터리에 자가 충전할 수 있도록 함으로써, 배터리 충전을 위해 추가로 충전시킬 필요가 없으며, 전기자전거의 주행을 통해 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 구조를 나타낸 구성도
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 구조를 나타낸 구성도

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 구조를 나타낸 구성도이다.

도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 자가 충전식 전기자전거는 다수개의 프레임을 연결하여 형성되고 전조등이 장착된 몸체(1)와, 상기 몸체(1)의 하부 전, 후에 각각 장착된 앞, 뒷바퀴(3,4)와, 유저의 발을 통해 발생되는 누르는 힘을 통해 밟으면 체인(13)을 통해 앞, 뒷바퀴(3,4)를 회전시키는 페달(2)과, 상기 몸체(1)의 전방 상부에 장착되어 유저의 손이 파지되고 일 측에는 상기 앞, 뒷바퀴(3,4)의 회전 작동을 제어할 수 있도록 브레이크 레버(7)가 구비된 손잡이(8)와, 상기 몸체(1) 상부에 장착되고 유저의 엉덩이가 안착되는 안장(5)으로 이루어진 자전거가 적용된다.

그리고 본 발명인 자가 충전식 전기자전거는 상기 자전거에 압전센서의 동작으로 전기에너지를 발생하는 전력생성부(9)와, 상기 전력생성부(9)를 통해 발생된 전기에너지를 내부에 포함된 배터리 팩(11)에 축전하는 축전부(10)와, 상기 축적부(10)를 통해 전원을 공급받아 상기 자전거 바퀴(3,4)를 회전시키는 구동모터(12) 등으로 대별할 수 있다.

여기서 상기 축전부(10)와 구동모터(12)는 리듐이온 배터리와 BLDC 구동모터 외에도 기존의 공지된 축전부나 구동모터를 택일하여 사용될 수 있으며 별도의 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 축적부(10)에 저장된 전기는 상기 구동모터(12) 이외에도 상기 손잡이(8)에 장착되는 전기장치에 전기를 공급하되, 상기 손잡이(8)에는 충전확인용 전압 게이지, 경음기 스위치, 축전지 잔량 게이지, 경음기 스위치, 전조등 스위치로 이루어진 전기장치와 구동모터 속도제어용 레버 및 회전축 발전기에 동력을 전달하는 동력전달레버로 이루어진 조절장치가 선택적으로 장착될 수 있다.

전기에너지를 발생시키는 전력생성부(9)는 페달(2)에 결합되어 장착되고 유저의 발을 통해 페달(2)을 누르는 힘과 연동작동하여 전류를 발생하는 압전센서로 구성된다. 이때 압전센서는 압전효과를 가진 소자를 이용한 센서로써, 진동 및 압력을 전기에너지로 변환시키는 센서로서, 기존의 공지된 센서로서 별도의 설명은 생략한다.

한편, 상기 전력생성부(9)는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 페달(2)이 아닌 앞, 뒷바퀴(3,4) 중 적어도 하나의 타이어 부분에 압전센서를 결합되어 장착하여 구성할 수 있다. 이에 따라 전기자전거가 주행 시에 압전센서에 지면이 누르는 힘이 연동작동하여 전류를 발생하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거의 동작은 배터리 관리 시스템(BMS)의 명령을 통해 유저의 힘으로만 움직이는 일반주행 모드일 때만 전력생성부(9)를 동작시켜, 압전센서를 통해 발생되는 전기에너지를 축적부(10)내의 배터리 팩에 자가 충전되도록 한다.

이때, 도 1의 구성에서는 유저의 발을 통해 페달(2)을 누르는 힘과 연동작동하는 압전센서를 통해 발생되는 전기에너지를 이용하며, 도 2의 구성에서는 페달(2)이 아닌 앞, 뒷바퀴(3,4) 중 적어도 하나의 타이어 부분에 결합된 압전센서가 주행 시 지면과 누르는 힘과 연동작동하여 발생되는 전기에너지를 이용한다.

이와 같이 전력생성부(9)인 압전센서를 자전거 페달이나 바퀴부분에 설치하고, 유저가 축적부(10)에 충전된 배터리를 이용하지 않는 일반 주행 모드 시에는 배터리 미사용 신호를 배터리 관리 시스템(BMS)에 입력하여 압전센서의 작동을 통해 전기에너지를 생산하고 생산된 전기에너지를 축적부(10)의 배터리 팩(11)에 자가 충전을 수행한다. 그리고 스로틀 주행, PAS주행과 같이 축적부(10)에 충전된 배터리를 이용하는 경우에는 자가 충전을 통해 축적부(10)의 배터리 팩(11)에 충전된 에너지를 사용하여 주행한다.

이처럼, 본 발명은 유저가 배터리를 이용하지 않는 동안에는 버려지는 운동에너지를 전력생성부(9)를 통해 전기에너지로 변환하여 배터리에 자가 충전을 하고 운동을 하지 않는 동안에는 자가 충전된 배터리를 이용하여 모터를 작동하여 자전거 바퀴를 회전시켜 에너지의 효율을 극대화하고 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 다수개의 프레임을 연결하여 형성되고 전조등이 장착된 몸체와, 상기 몸체의 하부 전, 후에 각각 장착된 앞, 뒷바퀴와, 유저의 발을 통해 발생되는 누르는 힘을 통해 밟으면 체인을 통해 앞, 뒷바퀴를 회전시키는 페달과, 상기 몸체의 전방 상부에 장착되어 유저의 손이 파지되고 일 측에는 상기 앞, 뒷바퀴의 회전 작동을 제어할 수 있도록 브레이크 레버가 구비된 손잡이와, 상기 몸체 상부에 장착되고 유저의 엉덩이가 안착되는 안장으로 이루어진 자전거에 있어서,
   상기 자전거에 압전센서의 동작으로 전기에너지를 발생하는 전력생성부와,
   상기 전력생성부를 통해 발생된 전기에너지를 내부에 포함된 배터리 팩에 축전하는 축전부와,
   상기 축적부를 통해 전원을 공급받아 상기 자전거 바퀴를 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 축전부는 리듐이온 배터리이고, 상기 구동모터는 BLDC 구동모터인 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전력생성부는 페달에 결합되어 장착되고 유저의 발을 통해 페달을 누르는 힘과 연동작동하여 전류를 발생하는 압전센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전력생성부는 앞, 뒷바퀴 중 적어도 하나의 타이어 부분에 압전센서를 결합되어 장착하여 구성되어, 전기자전거가 주행 시에 압전센서에 지면이 누르는 힘이 연동작동하여 전류를 발생하는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 전력생성부는 배터리 관리 시스템(BMS)의 명령을 통해 유저의 힘으로만 움직이는 일반주행 모드일 때만 동작시켜, 압전센서를 통해 발생되는 전기에너지를 축적부내의 배터리 팩에 자가 충전시키는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   스로틀 주행, PAS주행과 같이 축적부에 충전된 배터리를 이용하는 경우에는 자가 충전을 통해 축적부의 배터리 팩에 충전된 에너지를 사용하여 모터를 작동하여 자전거 바퀴를 회전시키는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 자가 충전식 전기자전거.

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