KR20240094682A - 전기 자전거의 페달 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기의 소형화가 가능한 전기 자전거의 페달 시스템에 관한 것으로, 자전거의 프레임에 장착되고 페달축과 연결되어 페달축의 회전을 통해 전력을 생성하고, 1차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 발전기; 프레임 및 페달축에 장착되어 2차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 페달 부하장치; 및 자전거에 구비되어 발전기 및 페달 부하장치의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함한다.

Description

전기 자전거의 페달 시스템{Pedal system of electric bicycle}

본 발명은 전기 자전거의 페달 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 소형화가 가능한 전기 자전거의 페달 시스템에 관한 것이다.

자전거는 조향륜인 전륜과 구동륜인 후륜이 프레임의 전후방에 일직선으로 배치되고, 탑승자가 후륜과 연동되는 페달을 밟아 후륜을 회전시킴으로써 앞으로 전진하도록 구성된다.

자전거에는 페달에서 발생되는 동력을 후륜까지 전달하는 체인이나 베벨기어 등의 동력전달장치가 구비된다. 체인 방식의 동력전달장치는 페달의 일측에 설치되는 구동 스프로킷 휠과, 이 구동 스프로킷 휠 보다 직경이 작으면서 구동륜인 후륜에 설치되는 종동 스프로킷 휠과, 구동 스프로킷 휠과 종동 스프로킷 휠을 연결하는 체인으로 이루어진다.

체인 방식의 동력전달장치를 갖는 자전거의 경우, 탑승자가 페달을 밟으면 페달과 일체로 설치된 구동 스프로킷 휠이 회전하고, 동시에 체인에 의해 종동 스프로킷 휠과 연결되는 후륜도 회전하게 되어 자전거가 전진하게 된다.

상기와 같은 동력전달장치들은 그 구조가 복잡하고 탑승자의 옷자락이 구동 스프로킷 휠과 체인의 사이에 끼이거나 오염되는 등의 문제가 있었다. 특히, 종동 스프로킷 휠에 다단식 변속장치가 설치된 경우에는 변속 중 체인이 스프로킷 휠에서 자주 이탈하는 문제도 있었다.

이에 최근에는 동력전달장치가 없는 전기 자전거가 개발되어 사용되고 있다.

전기 자전거는 구동륜을 회전시키는 모터(교류발전기, alternator)와 이 모터에 전원을 공급하는 배터리를 구비하고, 모터에 의해 구동륜을 회전시키는 방식으로 주행이 이루어진다. 배터리의 충전은 페달과 연결된 발전기를 통해 이루어지며, 발전기는 페달을 회전시키는 동작에 의해 작동하여 전기를 발생시키게 된다.

전기 자전거는 동력전달장치가 없기 때문에 운전자가 동력전달장치가 있을 때의 페달감과 다른 페달감을 느낄 수밖에 없다. 특히, 페달 속도와 휠 속도의 비가 휠 속도에 상관없이 제어되어 출발 시에 급발진이 발생하거나 주행 중의 가속 성능이 떨어지는 문제점이 있고 이로 인해 운전자에게 심한 이질감을 줄 수밖에 없다.

이러한 문제점을 해결하고자 전기 자전거의 발전기에 페달 부하를 생성하는 페달 부하장치를 일체로 구비한 기술들이 제안된 바 있다. 그러나, 발전기에 페달 부하장치를 구비하는 경우, 발전기의 크기가 커지게 되는 문제점이 있다. 이는 자전거의 제작비 상승으로 이루어질 수 있고, 자전거를 접이식으로 구현하고자 할 때 불리한 요인이 될 수밖에 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 발전기의 크기를 소형화하면서 만족스러운 페달 부하감을 얻을 수 있는 전기 자전거의 페달 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자전거의 페달시스템은, 자전거의 프레임에 장착되고 페달축과 연결되어 페달축의 회전을 통해 전력을 생성하고, 1차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 발전기; 프레임 및 페달축에 장착되어 2차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 페달 부하장치; 및 자전거에 구비되어 발전기 및 페달 부하장치의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함한다.

페달 부하장치는, 페달축에 축 결합되는 브레이크 디스크; 및 프레임에 장착되어 브레이크 디스크와의 접촉을 통해 제동력을 생성하는 캘리퍼;를 포함한다.

페달 부하장치는 발전기에서 생성되는 1차 페달 부하가 부족할 경우 작동되어 부족한 페달 부하를 제공하도록 이루어진다.

제어유닛은 자전거의 후륜을 회전시키는 구동모터와 전기적으로 연결되며 후륜의 회전속도에 따라 페달 부하장치의 작동을 제어하도록 이루어진다.

페달 부하장치는 브레이크 디스크에 캘리퍼가 밀착되는 강도 조절을 통해 생성되는 페달 부하량이 조절되도록 이루어진다.

제어 유닛은 발전기의 일측에 구비된다.

본 발명 전기 자전거의 페달 시스템에 따르면, 발전기에서 생성되는 페달 부하가 부족할 경우 별도의 페달 부하장치에서 부족한 페달 부하를 생성하여 보완하도록 이루어짐으로써, 발전기의 크기를 줄일 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 발전기의 소형화로 접이식 전기 자전거를 용이하게 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페달 시스템이 적용된 전기 자전거의 일 부분을 나타낸 도면이다.
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페달 시스템이 적용되는 전기 자전거의 구성도이다.
도 3은 페달, 발전기, 페달 부하장치 및 제어유닛의 설치구조를 나타낸 도면이다.
도 4은 도 3의 좌측면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자전거의 페달 시스템을 상세히 설명하기로 한다.

첨부된 도면의 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페달 시스템이 적용된 전기 자전거의 일 부분을 나타낸 도면이고, 도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페달 시스템이 적용되는 전기 자전거의 구성도이다.

본 발명에 따른 페달 시스템이 적용된 전기 자전거는, 프레임(10), 후륜(20), 구동모터(30), 페달(40), 발전기(50), 페달 부하장치(60), 배터리(70) 및 제어유닛(80)을 포함한다.

프레임(10)은 전기 자전거의 골격을 형성하는 것으로, 앞쪽에는 핸들(미도시)과 전륜(미도시)이 장착되며 뒤쪽에는 후륜(20)이 회전 가능하게 장착된다. 프레임(10)의 상부에는 탑승자가 앉을 수 있는 안장(미도시)이 장착된다.

후륜(20)은 프레임(10)의 뒤쪽에 회전 가능하게 장착되며, 구동모터(30)의 구동에 의해 회전한다.

구동모터(30)는 프레임(10)의 뒤쪽에 장착되어 후륜(20)을 강제 구동시키는 것으로, 제어유닛(80)의 제어에 의해 구동된다.

페달(40)은 프레임(10)의 하부에 페달축(41)을 이용해 회전 가능하게 장착되는 것으로, 탑승자가 발을 얹고 회전시키도록 이루어진다.

발전기(50)는 프레임(10)의 하부에 장착되고 페달축(41)과 연결되어 페달축(41) 회전시 전력을 생성하고 1차 페달 부하를 생성하여 페달(40)에 전달한다. 즉, 발전기(50)에서는 일반 자전거와 유사한 페달감을 형성하기 위해 후륜(20)의 회전속도에 반비례하는 반발 토크를 생성한다.

페달 부하장치(60)는 발전기(50)와 별도로 프레임(10) 및 페달축(41)에 구비되어 2차 페달 부하를 생성한 후 페달(40)에 전달한다. 페달 부하장치(60)는 발전기(50)와 동시에 작동될 수도 있지만 발전기(50)에서 생성되는 1차 페달 부하가 부족할 경우 보완하는 형태로 추가적인 페달 부하를 생성하게 된다.

배터리(70)는 프레임(10)에 장착되어 발전기(50)에서 생성되는 전력을 저장하고 구동모터(30), 발전기(50), 페달 부하장치(60) 및 제어유닛(80)의 구동에 필요한 전력을 공급한다.

제어유닛(80)은 발전기(50)의 일측에 구비되어 구동모터(30), 발전기(50) 및 페달 부하장치(60)의 작동을 자동으로 제어한다.

첨부된 도면의 도 3은 페달, 발전기, 페달 부하장치 및 제어유닛의 설치구조를 나타낸 도면이고, 도 4은 도 3의 좌측면도이다.

도 3 및 도 4에서는 페달축(41), 발전기(50), 페달 부하장치(60) 및 제어유닛(80)의 설치구조를 상세히 보여주고 있다.

페달축(41)은 프레임(10)의 하부에 베어링(미도시)으로 회전 가능하게 장착되고, 페달축(41)의 양단에는 크랭크 암(42)이 각각 장착되며, 크랭크 암(42)의 단부에 페달(40)이 각각 장착된다.

발전기(50)에는 스테이터(stator, 고정자), 로우터(rotor, 회전자) 및 정류기 등이 구비된다. 또한, 발전기(50)에는 페달축(41)과 연결되어 1차 페달 부하를 생성하는 부하 발생수단이 구비되는데, 부하 발생수단으로는 파우더 브레이크가 적용될 수 있다. 발전기(50)에 적용되는 부하 발생수단으로는 파우더 브레이크 외 다른 브레이크 수단이 구비될 수 있다.

페달 부하장치(60)는 프레임(10)과 페달축(41)에 구비되어 2차 페달 부하를 생성한다. 발전기(50)에서 충분한 페달 부하를 생성하기 위해서는 내부 구성들의 크기가 충분히 커져야 하나, 이는 제작비를 상승시키는 요인이 될 뿐만 아니라 전기 자전거를 접이식으로 구현할 때 장애요인이 될 수 있다. 따라서, 발전기(50)에서는 일정량의 페달 부하만 생성하고 나머지 부족한 페달 부하는 페달 부하장치(60)에서 생성하게 된다. 즉, 발전기(50)에서의 불필요한 토크 증대를 방지할 수 있다.

페달 부하장치(60)는, 페달축(41)에 축 결합되는 원판형의 브레이크 디스크(61), 및 프레임(10)의 하부에 장착되고 브레이크 디스크(61)와의 접촉을 통해 제동력 즉, 페달 부하를 생성하는 전자식 캘리퍼(62)를 포함한다. 전자식 캘리퍼(62)는 브레이크 디스크(61)와 접촉 강도를 제어함으로서, 제동력(페달 부하량)을 조절할 수 있다.

제어유닛(80)은 발전기(50)의 일측면 또는 프레임(10)에 장착되어 발전기(50), 구동모터(30) 및 페달 부하장치(60)의 작동을 제어한다. 즉, 구동모터(30)의 구동에 의해 후륜(20)이 회전할 때 후륜(20)의 회전속도에 따라 발전기(50)에서 생성되는 페달 부하량을 제어하게 되며, 발전기(50)에서 생성되는 페달 부하가 부족할 경우 페달 부하장치(60)를 구동하여 추가적인 페달 부하를 생성하게 된다. 후륜(20)의 회전속도가 느릴수록 페달(40)에서 요구되는 부하량은 커지고 후륜(20)의 회전속도가 빠를수록 페달(40)에서 요구되는 부하량은 작아진다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자전거의 페달 시스템을 첨부된 도면들을 참조로 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

10 : 프레임 20 : 후륜
30 : 구동모터 40 : 페달
41 : 페달축 42 : 크랭크 암
50 : 발전기 60 : 페달 부하장치
61 : 브레이크 디스크 62 : 전자식 캘리퍼
70 : 배터리 80 : 제어유닛

Claims (6)

1. 자전거의 프레임에 장착되고 페달축과 연결되어 페달축의 회전을 통해 전력을 생성하고, 1차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 발전기;
   상기 프레임 및 페달축에 장착되어 2차 페달 부하를 생성하여 페달에 전달하는 페달 부하장치; 및
   상기 자전거에 구비되어 발전기 및 페달 부하장치의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하는,
   전기 자전거의 페달 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 페달 부하장치는,
   상기 페달축에 축 결합되는 브레이크 디스크; 및
   상기 프레임에 장착되어 상기 브레이크 디스크와의 접촉을 통해 제동력을 생성하는 캘리퍼;를 포함하는,
   전기 자전거의 페달 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 페달 부하장치는 상기 발전기에서 생성되는 1차 페달 부하가 부족할 경우 작동되어 부족한 페달 부하를 제공하도록 이루어진,
   전기 자전거의 페달 시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제어유닛은 자전거의 후륜을 회전시키는 구동모터와 전기적으로 연결되며 상기 후륜의 회전속도에 따라 상기 페달 부하장치의 작동을 제어하도록 이루어진,
   전기 자전거의 페달 시스템.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 페달 부하장치는 상기 브레이크 디스크에 상기 캘리퍼가 밀착되는 강도 조절을 통해 생성되는 페달 부하량이 조절되도록 이루어진,
   전기 자전거의 페달 시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 발전기의 일측에 구비되는,
   전기 자전거의 페달 시스템.

Images