KR20160107135A - 자전거용 스마트 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거용 스마트 발전기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자전거용 스마트 발전기는 자전거 프레임에 부착 가능한 부착부와, 상기 부착부와 결합하고, 제어기와 경사 센서를 구비하는 제어부와, 회전하는 자전거 바퀴의 측면과 밀착되면 자전거 바퀴와의 마찰에 의해 회전되는 마찰회전부와 상기 마찰회전부가 회전되면 상기 마찰회전부의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함하는 발전부 및 상기 발전부 및 상기 제어부와 결합하고 상기 제어기에 의해 작동이 제어되어 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴의 측면과 밀착되게 하거나 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴로부터 떨어지도록 상기 발전부를 이동시킬 수 있는 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 상기 경사 센서에 의해 측정되는 지면의 경사를 판단하여 그에 따라 상기 발전기를 구동시키거나 상기 발전기 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

자전거용 스마트 발전기 {SMART GENERATOR FOR A BICYCLE}

본 발명은 자전거용 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지면 인식을 이용한 자전거용 스마트 발전기에 관한 것이다.

도 1a에 도시된 대한민국 공개특허 제10-2011-0131553호에 개시된 종래 기술은 바퀴의 회전에 의해 발생하는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장했다가 필요 시 바퀴에 동력을 전달하는 데 이용함으로써 큰 힘을 들이지 않고 자전거를 운행할 수 있는 발전기(100)가 구비된 전동 자전거로서, 바퀴 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기(100)와, 발전기(100)로부터 생산된 전기를 충전하는 배터리와, 충전된 전기를 이용하여 바퀴를 구동하는 모터로 구성되며, 상기 발전기는, 바퀴 축(8)에 고정 설치되는 휠 형상의 고정자(10)와, 축(8)에 공회전되게 설치되며 상기 고정자(10)의 둘레를 감싸면서 바깥 둘레에 타이어(T)가 설치되는 회전자(20)와, 상기 고정자(10)의 둘레에 권선되는 코어(30)와, 상기 회전자(20)의 내측면에 설치되며 코어(30)와 근접 설치되는 복수 개의 자석(40)으로 구성된다.

이와 같은 구조의 자전거는 자전거를 운행함에 따라 발생하는 회전에너지를 전기에너지로 저장하였다가 필요 시 자전거 운행에 이용함으로써 장거리를 운행하더라도 계속해서 충전이 이루어져서 충분한 이용이 가능하고, 자가 충전이 이루어지므로 별도로 충전할 필요가 없으며, 이에 따라 충전 비용이 들지 않는다는 이점이 있고, 발전기를 바퀴에 설치함으로써 별도의 설치 공간이 필요하지 않다는 효과가 있다.

그러나 이러한 종래의 전동 자전거는, 발전기가 자전거에 부착되어 내리막, 평지, 오르막 지형에 상관없이 항상 발전기가 돌아가기 때문에 저장해놓은 배터리의 용량이 부족하다면 오르막에서는 자전거를 타고 있는 사용자에게 부하가 더 걸리게 된다는 문제점이 있다. 또한, 사용자의 의도에 상관없이 발전기의 부하가 걸려있기 때문에 사용자의 입장에서 원하는 속도를 내기 위해서는 더 많은 일을 해야 한다는 문제점이 있다.

또한, 도 1b에 도시된 대한민국 공개특허 제10-2012-0051303호에 개시된 종래 기술은 자전거용 발전기에 관한 것으로서, 자전거 프레임에 고정 설치되며 내부에 공간부가 형성되는 본체와, 상기 본체의 공간부를 관통하며 전후진 가능하게 구비되는 회전축과, 상기 회전축상에 일체로 설치되는 자석수단과, 상기 본체의 공간부 내벽면에 설치되어 상기 자석수단이 회전하는 경우 유도전류가 생성하는 코일수단과, 상기 회전축의 전단부와 브레이크 레버의 사이에 연결되는 제1브레이크와이어와, 상기 회전축의 후단부와 브레이크장치의 사이에 연결되는 제2브레이크와이어와, 상기 회전축에 일체로 구비되어 제1브레이크와이어가 당겨지면 자전거 바퀴의 림에 밀착되는 밀착회전부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

종래의 상기 자전거용 발전기는 주행 중 발전기가 구동되는 시간을 최소화하기 위해 브레이크를 잡을 때만 발전기가 구동하도록 하였으나, 주행 중 브레이크를 잡는 시간이 많지 않기 때문에 생산되는 전력의 양도 크지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 현재 지면이 오르막인지 평지인지 내리막인지를 판단하여 상황에 맞추어 발전기를 구동하여 사용자의 부하를 최소화하여 편의를 향상시키고, 정지 및 가속을 구분하고 지면 인식을 통해 환경에 맞춰 발전기를 구동함으로써 주행 중 구동 시간을 최적화하여 효율을 증가시키는 자전거용 스마트 발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자전거용 스마트 발전기는 자전거 프레임에 부착 가능한 부착부와, 상기 부착부와 결합하고, 제어기와 경사 센서를 구비하는 제어부와, 회전하는 자전거 바퀴의 측면과 밀착되면 자전거 바퀴와의 마찰에 의해 회전되는 마찰회전부와 상기 마찰회전부가 회전되면 상기 마찰회전부의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함하는 발전부 및 상기 발전부 및 상기 제어부와 결합하고 상기 제어기에 의해 작동이 제어되어 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴의 측면과 밀착되게 하거나 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴로부터 떨어지도록 상기 발전부를 이동시킬 수 있는 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 상기 경사 센서에 의해 측정되는 지면의 경사를 판단하여 그에 따라 상기 발전기를 구동시키거나 상기 발전기 구동을 정지시킨다.

또한, 상기 제어부는 가속도 센서를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 발전기 구동 여부 판단 시 상기 가속도 센서에 의해 측정되는 자전거의 가감속을 추가적으로 고려하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 가속도 센서에 의해 자전거의 제동이 이루어지고 있다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키고, 상기 가속도 센서에 의해 자전거의 제동이 이루어지고 있지 않다고 판단하는 경우에는, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 내리막길을 주행한다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키고, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 오르막길을 주행한다고 판단하면 상기 발전기 구동을 정지시키며, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 평지를 주행하고 있으며 상기 가속도 센서에 의해 자전거가 가속되고 있다고 판단하면 상기 발전기 구동을 정지시키고, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 평지를 주행하고 있으며 상기 가속도 센서에 의해 자전거가 감속되고 있다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경사 센서는 자이로 센서인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발전부의 가장자리에 위치하는 힌지축이 상기 발전부와 일체로 형성되고, 상기 구동부는 상기 힌지축과 연결되어 상기 힌지축을 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 상기 발전부의 상기 마찰회전부를 자전거 바퀴에서 접촉시키거나 떨어뜨리도록 구성되는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 자전거용 스마트 발전기는 주변 상황과 사용자의 의도에 맞게 발전기를 구동하는 시간을 최적화함으로써 발전기가 구동되더라도 사용자가 느끼는 부담을 최소화할 수 있어서 사용자의 편의가 향상되고, 오르막 경사를 오르는 경우 등 부하가 많이 걸리는 경우에는 발전기 구동을 멈춤으로써 부하가 걸리는 것을 최소화하여 주행 효율이 향상된다는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 발전기가 구비된 자전거를 나타낸 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기를 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기의 발전기 구동 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기의 제어부의 제어 흐름도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 자전거용 스마트 발전기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 자전거용 스마트 자전거 발전기를 나타낸 측면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 자전거용 스마트 발전기를 나타낸 평면도이다.

본 발명에 의한 자전거용 스마트 발전기는 부착부(10)와, 제어부(20)와, 발전부(30)와 구동부(40)를 포함하여 구성된다.

부착부(10)는 자전거용 스마트 발전기를 자전거에 부착시킬 수 있게 해주는 수단으로서, 자전거 프레임의 특정 부위를 감싸기 위한 위아래 한 쌍의 고리로 이루어진다. 고리 형태의 부착부(10)는 중간 부분이 끊어져서 벌어질 수 있게 구성되어 다양한 종류의 자전거에 부착할 수 있으며, 고리에서 서로 끊어져 있는 부분을 볼트로 관통시킨 다음 너트를 체결하여 끊어진 양쪽 부분이 가깝게 되도록 조여주면 부착부(10)가 자전거 프레임에 견고하게 고정될 수 있다.

부착부(10)는 자전거의 뒷바퀴 옆을 지나는 자전거 프레임에 고정시키는데, 자전거 뒷바퀴 옆을 지나는 자전거 프레임으로서 적당한 것은 시트 스테이(seat stay)와 체인 스테이(chain stay)가 있다.

그러나 부착부(10)가 반드시 뒷바퀴 주변에 부착되어야 하는 것은 아니며, 앞바퀴 주변에 부착될 수도 있음은 당연하다. 부착부(10)가 앞바퀴 옆에 부착될 때는 자전거의 프런트 포크(front fork)에 부착되는 것이 바람직하다.

제어부(20)는 하우징과, 하우징 내부에 설치되는 회로 등으로 이루어지는 제어기와, 하우징 내부에 구비되는 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함하여 구성된다.

부착부(10)는 제어부(20)의 하우징 전면부에 결합된다. 자이로 센서는 자전거가 얼마나 기울어졌는지를 감지하기 위한 경사 센서이며, 가속도 센서는 자전거가 가속 중인지 감속 중인지 여부를 판단하는 센서로서 얼마나 빠르게 가속 또는 감속을 하는지도 측정한다.

자이로 센서와 가속도 센서는 제어기와 전기적으로 연결되어 자전거 주행 중 측정되는 자전거의 경사와 가속도를 실시간으로 제어기에 전달한다. 그러면 제어기는 노면 정보와 자전거의 가속 상황을 분석하여 구동부(40)를 정회전시키거나 역회전시키거나 그대로 있게 한다.

구동부(40)는 정역회전이 가능한 전기모터와 힌지축(32)의 상단과 하단을 회전 가능하게 붙들어주는 상부 하우징(41)과 하부 하우징(42)으로 구성된다. 제어부(20)의 상부 하우징(41) 및 하부 하우징(42)은 상하로 서로 간격을 두고 하우징 후면부에 결합된다. 구동부(40)의 전기모터는 상부 하우징(41) 내부에 장착되고, 전기모터의 축이 힌지축(32)의 상단과 결합되며, 제어기와 전기적으로 연결되어 제어기의 지시에 따라 구동모터가 정회전 또는 역회전되면 힌지축(32)이 정회전 또는 역회전됨으로써 힌지축(32)과 일체로 형성된 발전부(30) 전체가 힌지축(32)을 중심으로 회전하면서 움직인다.

발전부(30)는 발전부 하우징과, 발전부 하우징 내부에 구비되는 발전기와, 하부가 상기 발전부 하우징 내부에 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 마찰회전부(31)와, 힌지축(32)를 포함하여 구성된다.

힌지축(32)은 발전부 하우징의 가장자리에서 바깥쪽으로 돌출하여 구동부(40)의 상부 하우징(41)과 하부 하우징(42) 사이에 끼워져서 구동부(40)의 전기모터에 의해 자전 운동을 하는 부분이다. 힌지축(32)의 상단은 상부 하우징(41)의 하단에 회전 가능하게 지지되고 전기모터의 축과 결합되고 힌지축(32)의 하단은 하부 하우징(42)의 상단에 회전 가능하게 지지됨으로써 전기모터의 축의 회전에 따라 자전 운동을 한다.

마찰회전부(31)는 원통형 부재로서, 마찰회전부(31) 중 다른 부분보다 직경이 큰 상부는 자전거 바퀴의 림(rim) 부분의 측면과 맞닿으면 자전거 바퀴의 림과의 마찰에 의해 회전되는 부분으로서, 마찰이 잘 이루어지도록 하는 겉표면을 갖는 것이 바람직하다.

마찰회전부(31)의 아래쪽 부분은 발전부 하우징의 내부에 삽입되어 회전 가능하게 지지되며 발전기의 회전자가 마찰회전부(31)의 하부와 결합되어 마찰회전부(31)가 회전되면 발전기의 고정자가 둘러싸고 있는 발전기의 회전자가 마찰회전부(31)와 함께 회전되면서 전기를 생산한다. 발전부(30)에 의해 생산된 전기는 전선에 의해 이동되어 전기 자전거에 설치된 배터리에 저장될 수 있다.

구동부(40)가 일 방향으로 회전되면 힌지축(32)을 중심으로 발전부(30) 전체가 이동하여 마찰회전부(31)가 회전하는 자전거 바퀴의 림에 접촉됨으로써 발전기가 구동되고, 구동부(40)가 반대 방향으로 회전되면 힌지축(32)을 중심으로 발전부(30) 전체가 이동하여 마찰회전부(31)가 회전하는 자전거 바퀴의 림에서 떨어짐으로써 발전기 구동이 멈춘다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기의 발전기 구동 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거용 스마트 발전기의 제어부의 제어 흐름도로서, 도 5 및 6을 참고하여 본 발명에 따른 자전거용 스마트 발전기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

노면 정보를 센싱하여 상태를 크게 오르막 경사, 내리막 경사, 평지, 브레이크로 나누고, 평지의 경우 가속하는 경우와 감속하는 경우로 분리하여, 자전거를 타는 사람이 힘을 더 써야 하는 오르막 경사의 경우 발전기 구동을 정지하여 사용자 부담을 줄이고, 자동으로 가속이 되는 내리막 경사의 경우 인력 부담이 없기 때문에 항시 발전기를 구동하도록 하며, 평지의 경우 가속을 하는 중인지 감속을 하는 중인지를 인식하고 이를 통해 사용자의 의도를 파악하여 상황에 맞게 발전기가 구동되도록 하는데, 본 실시 예에서는 평지에서 가속을 하는 경우에는 사용자가 속도를 내려는 의도를 가진다고 판단하고 가속에 방해가 되는 발전기 부하를 최소화하기 위해 발전기를 구동하지 않고, 평지에서 감속을 하는 경우에는 사용자가 멈추려는 의도를 가진다고 판단하고 발전기를 구동하여 추가적인 부하를 준다.

한편, 지면 인식과는 별개로 감속의 크기가 브레이크를 잡을 때만큼 큰 경우에는 사용자가 브레이크를 잡았다고 판단을 하고 발전기가 구동되도록 한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 부착부 20: 제어부
30: 발전부 31: 마찰회전부
32: 힌지축 40: 구동부
41: 상부 하우징 42: 하부 하우징

Claims (5)

1. 자전거 프레임에 부착 가능한 부착부;
   상기 부착부와 결합하고, 제어기와 경사 센서를 구비하는 제어부;
   회전하는 자전거 바퀴의 측면과 밀착되면 자전거 바퀴와의 마찰에 의해 회전되는 마찰회전부와, 상기 마찰회전부가 회전되면 상기 마찰회전부의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함하는 발전부; 및
   상기 발전부 및 상기 제어부와 결합하고, 상기 제어기에 의해 작동이 제어되어 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴의 측면과 밀착되게 하거나 상기 마찰회전부가 자전거 바퀴로부터 떨어지도록 상기 발전부를 이동시킬 수 있는 구동부를 포함하여 구성되며,
   상기 제어부는 상기 경사 센서에 의해 측정되는 지면의 경사를 판단하여 그에 따라 상기 발전기를 구동시키거나 상기 발전기 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자전거용 스마트 발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 가속도 센서를 더 구비하고,
   상기 제어부는 상기 발전기 구동 여부 판단 시 상기 가속도 센서에 의해 측정되는 자전거의 가감속을 추가적으로 고려하는 것을 특징으로 하는 자전거용 스마트 발전기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 가속도 센서에 의해 자전거의 제동이 이루어지고 있다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키고,
   상기 가속도 센서에 의해 자전거의 제동이 이루어지고 있지 않다고 판단하는 경우에는, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 내리막길을 주행한다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키고, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 오르막길을 주행한다고 판단하면 상기 발전기 구동을 정지시키며, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 평지를 주행하고 있으며 상기 가속도 센서에 의해 자전거가 가속되고 있다고 판단하면 상기 발전기 구동을 정지시키고, 상기 경사 센서에 의해 자전거가 평지를 주행하고 있으며 상기 가속도 센서에 의해 자전거가 감속되고 있다고 판단하면 상기 발전기를 구동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거용 스마트 발전기.
4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 경사 센서는 자이로 센서인 것을 특징으로 하는 자전거용 스마트 발전기.
5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 발전부의 가장자리에 위치하는 힌지축이 상기 발전부와 일체로 형성되고,
   상기 구동부는 상기 힌지축과 연결되어 상기 힌지축을 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 상기 발전부의 상기 마찰회전부를 자전거 바퀴에서 접촉시키거나 떨어뜨리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거용 스마트 발전기.
   
   
   
   
   
   
   

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