KR20180093340A - 전기 자전거 - Google Patents

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KR20180093340A
KR20180093340A KR1020170019275A KR20170019275A KR20180093340A KR 20180093340 A KR20180093340 A KR 20180093340A KR 1020170019275 A KR1020170019275 A KR 1020170019275A KR 20170019275 A KR20170019275 A KR 20170019275A KR 20180093340 A KR20180093340 A KR 20180093340A
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KR1020170019275A
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권기훈
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주식회사 만도
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    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

전기 자전거가 개시된다.
본 실시 예에 따른 전기 자전거는 바퀴; 상기 바퀴에 회전력을 제공하는 모터; 상기 모터에 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 축전을 위한 발전기; 및 상기 발전기의 구동을 위한 페달을 포함하고, 상기 발전기는, 상기 페달의 회전력을 증속하기 위한 기어부; 상기 기어부의 회전력에 의해 전기를 일으키는 발전부; 및 상기 발전부에서 발생하는 소음을 상기 기어부 쪽으로 반사시키는 소음반사부재를 포함할 수 있다.

Description

전기 자전거{ELECTRIC BICYCLE}
본 발명은 전기 자전거에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 페달링(pedaling)에 따른 소음을 저감시킬 수 있게 마련된 전기 자전거에 관한 것이다.
최근 사용 편리성을 높이고 사용자의 체력소모를 줄이고자 모터를 구동력으로 주행하는 전기 자전거가 개발되고 있다.
이러한 전기 자전거는 뼈대를 이루는 프레임과, 프레임에 장착되는 바퀴, 페달, 손잡이 등을 구비하여 일반 자전거와 유사한 외형을 갖는다.
구동력 제공을 위한 모터는 전륜이나 후륜에 설치되며, 모터는 통상 배터리를 통해 전력을 공급받게 된다.
배터리는 발전기에 의해 축전이 가능하며, 발전기는 페달의 회전력을 전기적 에너지로 변환하도록 페달 쪽에 설치되는 경우가 많다.
이러한 전기 자전거는 체인이 삭제된 상태에서 발전기에 의해 페달 부하감이 발생함에 따라 이용자로 하여금 일반 자전거를 탈 때와 유사한 페달감을 느낄 수 있도록 한다.
한국 공개특허 제10-2012-0001834호(2012.01.05.)
본 발명의 실시 예는 페달링(pedaling)에 따른 소음을 저감시킬 수 있게 마련된 전기 자전거를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 바퀴; 상기 바퀴에 회전력을 제공하는 모터;
상기 모터에 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 축전을 위한 발전기; 및 상기 발전기의 구동을 위한 페달을 포함하고, 상기 발전기는, 상기 페달의 회전력을 증속하기 위한 기어부; 상기 기어부의 회전력에 의해 전기를 일으키는 발전부; 및 상기 발전부에서 발생하는 소음을 상기 기어부 쪽으로 반사시키는 소음반사부재를 포함하는 전기 자전거가 제공될 수 있다.
상기 발전기는, 하우징; 및 한 쌍의 상기 페달이 양단에 연결되도록 상기 하우징을 관통하는 페달축을 더 포함하고, 상기 기어부와 발전부는 상기 페달축 둘레의 상기 하우징 내부에 상기 페달축의 축방향을 따라 양측으로 배치되며, 상기 발전부는, 상기 페달축 둘레에 고정된 고정자: 및 상기 기어부에 의해 회전하도록 마련되어 상기 고정자의 반경방향 외측 둘레를 감싸는 회전자를 포함하고, 상기 소음반사부재는 상기 기어부 반대 편의 상기 고정자와 상기 하우징 내벽 사이를 둘레를 따라 가리도록 마련될 수 있다.
상기 소음반사부재는 내경부가 상기 고정자 둘레에 지지되고 외경부가 상기 하우징 내벽 둘레에 지지되는 중공의 원반 형태로 마련될 수 있다.
상기 소음반사부재는 내경부와 외경부 사이가 상기 기어부를 향해 오목하게 마련될 수 있다.
상기 회전자는 상기 고정자의 반경방향 외측 둘레를 감싸는 외주부를 포함하고, 상기 외주부는 상기 항우징 내벽으로부터 이격되며, 상기 외주부 외면에는 상기 페달축의 축방향에 대해 일측으로 경사진 소음안내홈 복수개가 원주방향을 따라 상호 이격되게 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자전거는 발전기의 발전부에서 발생하는 소음이 소음반사부재를 통해 발전기의 기어부 쪽으로 안내되어 기어부 쪽에서 발생하는 소음에 의해 상쇄되므로, 페달링에 따른 소음을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자전거의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전기자전거에서 발전기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 소음안내부재에 의해 반사되는 발전부 소음의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2의 발전기에 마련된 소음반사부재의 사시도이다.
도 5는 도 2의 발전기에 마련된 회전자의 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 전기 자전거는 프레임(10)과, 프레임(10)에 결합되는 바퀴(21,22)와, 핸들(31) 및 안장(32)을 구비하여 외형을 이룰 수 있다. 바퀴(21,22)는 전륜(21)과 후륜(22)을 포함하여 한 쌍으로 마련될 수 있다.
프레임(10)은 프런트프레임(11), 미들프레임(12), 리어프레임(13)을 포함할 수 있다.
핸들(31)은 프런트프레임(11) 상부에 연결되는 핸들스템(31a)과, 전기자전거의 조향을 위해 핸들스템(31a) 상부에 결합되는 핸들바(31b)와, 핸들바(31b)에 설치되는 핸들그립(31c)을 포함할 수 있다.
핸들 그립(31c)에는 전기 자전거의 상태를 사용자에게 표시해주고 사용자의 요구사항을 버튼 또는 디스플레이를 통하여 전자제어유닛(41)으로 전달할 수 있는 인터페이스(42)가 마련되고, 인터페이스(42)는 전자제어유닛(41)과 전기적으로 연결될 수 있다. 프런트프레임(11) 하부에는 전륜(21)이 회전 가능하게 결합될 수 있다.
미들프레임(12)은 중간에 저부로 연장된 연장부(12a)를 포함하고, 연장부(12a)의 연장방향 끝단에는 발전기(50)가 마련될 수 있다.
발전기(50) 양 측에는 각각 페달(33)이 회전 가능하게 장착되고, 발전기(50)는 사용자에 의해 회전하는 페달(33)의 회전력을 전기적 에너지로 변환시키도록 마련될 수 있다. 발전기(50)의 전기적 에너지는 미들프레임(12)에 마련되는 배터리(34)에 축전될 수 있다. 배터리(34)는 외부 충전이 가능하도록 미들프레임(12)에 분리 가능하게 내장될 수 이다.
또한, 미들프레임(12)은 안장(32)을 설치하기 위한 새들 튜브(12b)를 포함할 수 있다. 새들 튜브(12b)는 미들프레임(12)의 후방에 돌출 마련되는 시트튜브에 높이 조절 가능하게 결합될 수 있다.
리어프레임(13)의 단부 일측에는 후륜(22)이 회전 가능하게 장착되고, 후륜(22)의 중심에는 후륜(22)을 회전시켜 전기 자전거를 전진시키기 위한 모터(35)가 장착될 수 있다. 모터(35)는 배터리(34)로부터 전원을 공급받아 동작하고, 사용자가 인터페이스(42) 또는 쓰로틀의 조작으로 인해 후륜(22)의 회전속도를 변화시킬 수 있도록 모터(35)에는 변속기가 포함될 수 있다. 배터리(34)와 전자제어유닛(41)은 리어프레임(12)으로 설치 위치의 변경이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(50)는 하우징(100)과, 하우징(100) 내부에 수용되도록 설치되는 기어부(200) 및 발전부(300)와, 한 쌍의 페달(33)이 양단에 연결되도록 하우징(100)을 관통하는 페달축(400)을 포함할 수 있다.
하우징(100)은 양측이 개방된 중공의 몸체(110)와, 몸체(110)의 개방된 양측을 폐쇄하는 한 쌍의 커버(120,130)를 포함할 수 있다.
몸체(110)는 미들프레임(12)의 연장부(12a)와 일체로 마련되고, 양쪽 커버(120,130)의 중앙에는 페달축(400)의 결합을 위한 결합공(121,131)이 마련될 수 있다. 결합공(121,131) 둘레에는 베어링(510,520)이 설치될 수 있다. 몸체(110) 상부에는 발전기(50)와 전자제어유닛(41)과의 전기적인 접속을 위한 접속부(111)가 설치될 수 있다.
기어부(200)는 페달(33)의 회전력을 증속시켜 기어부(200)의 회전력에 의해 전기를 일으키는 발전부(300)의 발전효율을 높일 수 있게 된다.
기어부(200)와 발전부(300)는 페달축(400) 둘레의 하우징(100) 내부공간에 페달축(33)의 축방향을 따라 양측으로 배치되는데, 기어부(200)와 발전부(300)의 구조를 설명하면 다음과 같다.
기어부(200)는 페달축(400)에 입력측이 연결되어 증속 회전하도록 마련되고, 발전부(300)는 기어부(200)의 입력측 회전 속도보다 증속된 기어부(200)의 출력측과 연결되도록 마련될 수 있다.
기어부(200)는 제1증속부(210)와 제2증속부(220)를 구비하고, 제1증속부(210)와 제2증속부(220)는 직렬로 마련될 수 있다.
제1증속부(210)는 제1태양기어(211)와, 제1태양기어(211)의 외주에 치합하여 회전하는 복수의 제1위성기어(212)와, 복수의 제1위성기어(212)의 중심축을 연결하는 제1캐리어(213)와, 제1위성기어(212)의 외주와 치합하도록 하우징(100) 내벽에 마련되는 제1링기어(214)를 포함할 수 있다.
제1태양기어(211)의 중심에는 중공이 형성되어 페달축(400)이 관통하며, 제1위성기어(212)는 복수개가 한 세트를 이루도록 마련될 수 있다. 제1위성기어(212)들의 중심축은 제1캐리어(436)를 통해 연결될 수 있다.
제2증속부(220)는 제2태양기어(221)와, 제2태양기어(221)의 외주에 치합하여 회전하는 복수의 제2위성기어(222)와, 복수의 제2위성기어(222)의 중심축을 연결하는 제2캐리어(223)와, 제2위성기어(222)의 외주와 치합하도록 하우징(100) 내벽에 마련되는 제2링기어(224)를 포함할 수 있다.
제2태양기어(442)의 중심에는 중공이 형성되어 페달축(420)이 관통하며, 복수개가 한 세트를 이루는 제2위성기어(446)들은 그 중심축이 제2캐리어(223)를 통해 연결될 수 있다. 더 큰 증속을 원할 경우 기어부(200)는 직렬로 연속된 3개 이상의 복수의 증속부를 포함하도록 구성될 수 있다.
제1증속부(210)는 제1캐리어(213)가 페달축(400)에 의해 회전하는 입력측을 이루고, 제1태양기어(211)가 출력측을 이룰 수 있다. 따라서 제1증속부(210)의 제1캐리어(213)가 회전하면 제1유성기어(212)가 제1링기어(214)를 따라 공전 및 자전하며, 그에 따라 제1유성기어(212)와 치합하고 있는 제1태양기어(211)가 증속되어 자전할 수 있게 된다.
제1태양기어(211)는 제2증속부(220)의 제2캐리어(223)와 연결되어 제2캐리어(223)를 회전시키고, 제2캐리어(223)가 회전하면 제2유성기어(222)가 제2링기어(224)를 따라 공전 및 자전하며, 이에 따라 제2유성기어(222)와 치합하고 있는 제2태양기어(221)는 증속된 상태로 자전하면서 발전부(300)로 회전력을 전달할 수 있게 된다.
발전부(300)는 회전자(310)와, 회전자(310)와의 전자기적으로 상호작용하는 고정자(320)를 포함할 수 있다. 고정자(320)는 발전부(300)의 중심부를 이루도록 페달축(400) 둘레에 고정되고, 회전자(310)는 기어부(200)에 의해 회전하도록 마련되어 고정자(320)의 반경방향 외측 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다.
고정자(320)는 페달축(400)이 관통하도록 내부에 중공을 구비하여 일측의 커버(130)에 고정되고, 페달축(400)과 고정자(320) 사이에는 베어링(530)이 개재될 수 있다.
회전자(310)는 기어부(200)의 출력측에 결합되는 내주부(311)와, 고정자(320)의 반경방향 외측 둘레를 감싸는 외주부(312)와, 내주부(311)와 외주부(312) 사이를 연결하는 연결부(313)를 구비할 수 있다. 회전자(310)의 원활한 회전을 위해 외주부(312)는 하우징(100) 내벽으로부터 소정간격 이격될 수 있다.
회전자(310)의 외주부(312) 내측에는 복수의 영구자석(330)이 설치되고, 고정자(320)에는 코일(340)이 권선될 수 있다. 회전력에 의해 전기를 생성하는 발전부(300)의 구성은 일반적인 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서 이와 같이 구성되는 발전기(50)의 구조에서 사용자가 페달(33)을 밟아 돌리면, 페달축(400)은 제1증속부(210)의 제1캐리어(213)를 회전시킨다. 제1캐리어(213)가 회전하면 제1유성기어(212)는 제1링기어(214)를 따라 공전하는 한편 자전하며, 그 결과 제1유성기어(212)와 치합하고 있는 제1태양기어(211)가 자전하게 된다. 이 과정을 통해 페달(33)의 회전 속도는 1차 증속된다. 이어서, 제1증속부(210)의 제1태양기어(211)는 제2증속부(220)의 제2캐리어(223)를 회전시키고, 제2캐리어(223)가 회전하면 제2유성기어(222)는 제2링기어(224)를 따라 공전하는 한편 자전하게 되며, 그 결과 제2유성기어(222)와 치합하고 있는 제2태양기어(221)가 자전하게 된다. 이 과정을 통해 페달(33)의 회전 속도는 2차 증속된다.
이어서, 제2태양기어(221)는 발전부(300)의 회전자(310)를 회전시키고, 이에 따라 발전기(50)는 회전자(310)와 고정자(320) 간의 전자기적 상호 작용에 의해 전기를 발생시켜 배터리(34)를 축전시킬 수 있게 된다.
한편, 페달(33)의 페달링에 따른 발전기(50)의 구동과정에서 기어부(200)에서는 기어작용에 따른 기계적 소음이 유발되고, 발전부(300)에서는 자계에 의한 고정자(320)와 회전자(310)의 힘의 변화에 의해 발생하는 전자기 소음이 유발되는데, 이와 같은 발전기(50)의 구동에 따른 소음을 저감시키기 위해 발전기(500)는 발전부(300)에서 발생하는 소음을 기어부(200) 쪽으로 반사시키기 위한 소음반사부재(500)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발전부(300)에서 발생하는 소음을 기어부(200) 쪽으로 반사시키는 소음반사부재(500)는 발전부(300)에서 발생하는 소음을 기어부(200) 쪽으로 안내하여 기어부(200) 쪽에서 발생하는 소음에 의해 상쇄되도록 마련된 것으로, 페달(33)의 페달링에 따른 발전기(50) 구동소음을 전체적으로 저감시키기 위한 것이다.
소음반사부재(500)는 발전부(300)에서 발생하는 소음이 발전기(50) 외부로 유출됨이 없이 발생 즉시 기어부(200) 쪽으로 안내될 수 있도록 기어부(200) 반대 편의 고정자(320)와 하우징(100) 내벽 사이를 둘레를 따라 가리도록 마련될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 소음반사부재(500)는 기어부(200) 반대 편의 고정자(320)와 하우징(100) 내벽 사이를 둘레를 따라 가릴 수 있도록 내경부(510)가 고정자(320) 둘레에 지지되고 외경부(520)가 하우징(100) 내벽 둘레에 지지되는 중공의 원반 형태로 마련될 수 있다. 도면에서 미설명 부호 530은 발전부(300)에 연결되는 케이블의 외부 접속을 위한 케이블 인출공을 가리킨다. 인출공(530)을 통해 인출된 케이블은 하우징(100)에 형성된 인출공(112)를 통해 하우징 외부로 인출되어 외부 접속될 수 있다.
발전부(300)에서 발생하는 소음을 회전자(310)의 외주부(312)와 하우징(100) 내벽 사이로 안내하기 용이하도록 소음반사부재(500)는 내경부(510)와 외경부(520) 사이가 기어부(200)를 향해 오목하게 되도록 곡률지게 마련될 수 있다.
내경부(510) 쪽 소음반사부재(500)의 둘레에는 복수의 체결공(511)이 마련되고, 소음반사부재(500)는 체결공(511)에 체결되는 볼트 등의 체결부재(600)를 통해 고정자(320)에 고정될 수 있다. 이때 외경부(520)는 곡률에 의해 경사진 상태에서 하우징(100) 내벽에 걸리도록 압입되며, 이에 따라 소음반사부재(500)는 발전부(300)와 한 몸을 이루도록 발전부(300)에 고정된 상태에서 발전부(300)를 통해 형성되는 소음을 즉각적으로 기어부(200) 쪽으로 반사시킬 수 있게 된다.
또한 발전부(300)의 소음은 회전자(310)의 외주부(312)와 하우징(100) 내벽 사이를 통과하는 과정에서 회전자(310)의 회전운동에 의해 일측으로 기울어지는 방향성을 갖게 되는데, 이와 같이 방향성을 갖고 외주부(312)와 하우징(100) 내벽 사이를 통과하는 발전부(300) 소음을 보다 원활하게 기어부(200) 쪽으로 전달할 수 있도록 외주부(312) 외면에는 페달축(400)의 축방향에 대해 일측으로 경사진 소음안내홈(312a)이 마련될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 소음안내홈(312a)은 외주부(312) 둘레에 원주방향을 따라 상호 이격 배치된 복수개로 마련될 수 있다.
10: 프레임 12: 미들프레임
12a: 연장부 21: 전륜
22: 후륜 33: 페달
34: 배터리 35: 모터
50: 발전기 100: 하우징
200: 기어부 210: 제1증속부
220: 제2증속부 300: 발전부
310: 회전자 311: 내주부
312: 외주부 312a: 소음안내홈
313: 연결부 320: 고정자
400: 페달축 500: 소음반사부재
510: 내경부 520: 외경부

Claims (5)

  1. 바퀴;
    상기 바퀴에 회전력을 제공하는 모터;
    상기 모터에 전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리의 축전을 위한 발전기; 및
    상기 발전기의 구동을 위한 페달을 포함하고,
    상기 발전기는,
    상기 페달의 회전력을 증속하기 위한 기어부;
    상기 기어부의 회전력에 의해 전기를 일으키는 발전부; 및
    상기 발전부에서 발생하는 소음을 상기 기어부 쪽으로 반사시키는 소음반사부재를 포함하는 전기 자전거.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기는,
    하우징; 및
    한 쌍의 상기 페달이 양단에 연결되도록 상기 하우징을 관통하는 페달축을 더 포함하고,
    상기 기어부와 발전부는 상기 페달축 둘레의 상기 하우징 내부에 상기 페달축의 축방향을 따라 양측으로 배치되며,
    상기 발전부는,
    상기 페달축 둘레에 고정된 고정자: 및
    상기 기어부에 의해 회전하도록 마련되어 상기 고정자의 반경방향 외측 둘레를 감싸는 회전자를 포함하고,
    상기 소음반사부재는 상기 기어부 반대 편의 상기 고정자와 상기 하우징 내벽 사이를 둘레를 따라 가리도록 마련된 전기 자전거.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 소음반사부재는 내경부가 상기 고정자 둘레에 지지되고 외경부가 상기 하우징 내벽 둘레에 지지되는 중공의 원반 형태로 마련된 전기 자전거.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소음반사부재는 내경부와 외경부 사이가 상기 기어부를 향해 오목하게 마련된 전기 자전거.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 고정자의 반경방향 외측 둘레를 감싸는 외주부를 포함하고,
    상기 외주부는 상기 항우징 내벽으로부터 이격되며,
    상기 외주부 외면에는 상기 페달축의 축방향에 대해 일측으로 경사진 소음안내홈 복수개가 원주방향을 따라 상호 이격되게 마련된 전기 자전거.

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