KR20200085152A - 외륜전기자전거 - Google Patents

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KR20200085152A
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Abstract

본 고안은 증속구동이 가능한 구동장치를 요소기술로 구현한 외륜자전거에 부가장치로 전동구동장치와 균형장치를 구비하여 휴대성은 외발자전거의 장점을, 효율성은 전기자전거에 준하는 외륜전기자전거를 구성하는 개인용 이동장치

Description

외륜전기자전거{One wheel Pedal electric bicycle}
외발자전거의 휴대성과 이륜자전거의 효율성을 결합, 효과적으로 구현한 요소기술에 전기 동력장치와 센서를 적용하여 승차 편의성을 향상시키는 일인용 이동장치에 관한 기술분야
이륜자전거의 기능을 외발자전거에 구현시키는 요소기술과 전기자전거 전동기 제어기술, 외발자전거 균형장치 제어기술을 적용하는 것을 배경기술로 함.
등록특허 10-1516473(2015.4.23.), 10-1653144(2016.8.26.), 10-1539148(2015.7.21), 10-1073476(2011.10.7), 10-0364374(2002.11.28)
외발자전거 관련 기술동향(한국과학기술정보연구원, 2018.10.1.))
기존 외발자전거는 휴대성은 좋은 반면에 균형유지와 효율적인 주행이 어려운 문제가 있고, 이륜자전거와 전기자전거는 효율적인 주행이 가능하지만 휴대성이 상대적으로 좋지 않아, 관련 문제를 해결해야 할 과제가 있음
등록특허 10-1516473, 10-1653144, 10-1539148을 요소기술로한 외발자전거에 전동모터와 센서를 장착, 적합한 제어기술을 적용하는 방법으로 이륜전기자전거 기술을 외발자전거에 구현하여 휴대성은 외발자전거와 같고 효율성은 이륜자전거 대비 상대적 우위의 개인용 이동장치를 실현시키는 방법
아파트 현관에 들여 놓을 수 있는 전기자전거, 대중교통 시설에 휴대가 용이한 이동장치를 쉽게 배울 수 있고 이륜전기자전거보다 부담없는 가격으로 소유할 수 있게하는 효과, 등록디자인 30-0751578(2014.7.3)과 같은 다양한 디자인을 적용하여 산업화할 수 있는 효과
대표도: 본 고안을 등록디자인 30-0751578(2014.7.3)에 구현한 예시도
도 1은 본 고안의 요소기술인 외발자전거 증속 구동장치의 사시도 예시
도 2는 본 고안의 허브코어에 조립되는 구성장치의 사시도 예시
도 3은 본 고안의 허브코어모듈과 허브덥개 조립 사시도 일측 예시
도 4는 본 고안의 도 3 배면 사시도 예시
도 5는 본 고안의 구성장치와 허브의 내치기어간 접속위치 예시
도 6은 본 고안의 바퀴 회전축 형성 예시
도 7은 본 고안의 전동장치를 구성하는 시스템 예시
도 8은 본 고안의 전동장치 제어 시스템 작동 순서도 예시
도 9는 본 고안의 전동장치 제어회로 예시
도 10은 본 고안의 균형장치 제어 순서도 예시
도 11은 본 고안의 균형장치 제어 회로 예시
도 12는 본 고안의 뒷 쪽 측면에서 본 부분 명칭 및 위치도 예시
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발명의 내용을 상세히 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외륜전기자전거는 손잡이와 안장이 구비된 프레임부분과 중앙에 자전장치와 전동구동장치를 구비하고 있는 바퀴부분으로 이루어진다.
상기 프레임은 바퀴의 조립성을 위해 좌 우로 분리하여 구분 제작될 수도 있다,
상기 바퀴(3a)는 중앙에 허브(0e)가 구비된다. 상기 허브에는 최소한 후술하는 동력장치가 조립될 수 있는 공간이 형성된다.
상기 허브의 양단에는 허브덥개(3b, 3c)가 결합되는데, 이 허브덥개(3b, 3c)에는 도 6의 예시와 같이 허브의 내경과 접하는 복수개의 로라(3e)가 결합 된 복수 개의 로라축이 일정간격 이격되게 구비된다.
상기 허브덥개(3b, 3c)는 상기 프레임의 일측, 바퀴의 허브 공간과 접하는 부위에 형성될 수도 있다.
상기 로라(3e)의 위치는 도 6의 예시와 같이 바퀴(3a)의 중심보다 낮은 위치의 허브 내경에 두 개 이상 위치되고, 바퀴(3a)의 중심보다 위쪽에 위치되는 로라는 바퀴(3a)의 중심보다 낮은 위치에 구비된 로라와 함께 바퀴의 회전축을 형성하도록 허브의 내경과 접하는 위치에 1개 이상 위치된다.
상기 허브 안에는 허브코어(2a)가 조립되는데 상기 허브코어의 일측에는 도 1의 예시와 같은, 일단에 기어가 구비된 페달축(1a)과, 상기 페달축(1a)과 소정 간격 이격위치에 제1다단기어(1b) 및 제2다단기어(1c)가 동일 축으로 구비된다.
상기 페달축(1a)은 바퀴(3a)의 중심과 평행하는 이격거리에 편심으로 허브를 관통하여 허브덮개(3b, 3c)에 형성된 구멍에 삽입, 결합되고, 길이방향 소정 위치에 베어링이 한 개 이상 구비된다.
상기 페달축(1a)의 일측에 형성된 기어는 제1다단기어(1b)와 치합되고, 제1다기어(1b)와 동축에서 연동하는 제2다단기어(1c)는 프리휠기어(1d)와 치합하여 허브접속기어(1e)를 거쳐 바퀴에 구동력을 전달한다,
상기 프리휠기어(1d)와 허브접속기어(1e)는 페달축(1a)의 일단에 자유회전하도록 결합되는데, 프리휠기어(1d)와 허브접속기어(1e) 사이에는 페달을 돌리지 않을 때에도 내리막길과 평지에서 관성에 의해 계속 주행할 수 있도록 도 1B와 같은 프리휠이 구비될 수 있다. 또한 상기 프리휠은 페달 구동시 스프링(1f)의 압축력으로 프리휠기어()와 허브접속기어()의 톱니기어간 결합을 유지시켜주며, 후술하는 전동장치가 작동될 때에는 페달의 회전 여부와 무관하게 바퀴를 회전시킬 수 있는 필요장치가 된다.
상기 페달(0g)에서 발생되는 구동력은 제1다단기어(1b)와 제2다단기어(1c), 프리휠기어(1d), 허브접속기어(1e), 허브의 내치기어 사이를 통해 바퀴(3a)로 전달되어 바퀴를 구르게 하는데, 이때, 치합하는 각기 다른 기어사이의 치수비는 페달 1회전에 대한 바퀴의 회전비를 결정한다.
상기 본 고안의 자전구동장치로 전술한 장치 외에 등록특허 10-1539148 (2015.7.21)나 또는 등록특허 10-1644747(2016.7.26)을 요소기술로 적용할 수도 있다.
부가전동장치:
전술한 자전구동장치에 관한 요소기술에 부가하여 후술하는 전동장치는 다음과 같은 구성으로 이루어 진다.
상기 허브코어(2a)의 일측 페달축(1a)과 이격거리에 평행으로 전동기(2c)와 속도센서(2d)텝모타(3d)를 구비하며,
도 12의 예시와 같이 상기 프레임(0i) 상단에 조절기가 내장된 손잡이(4a)가 구비되고 상단 중앙 일측과 안장 하단 일측에는 모니터(4c)와 밧데리(4b)가 각기 구비된다.
상기 프레임(0i) 내부, 바퀴의 회전에 간섭되지않는 위치에는 도 7의 예시와 같은 구성품들의 컨넥터를 연결하는 입력하네스(4d)와 출력하네스(4e)가 내장된다.
동력장치 작동:
전술한 전동장치의 작동은 다음과 같은 예시로 설명할 수 있다.
도 12의 예시와 같은 손잡이(4a)에서 제공되는 아나로그 신호는 도 7의 예시와 같이 밧데리(4b)와 센서(2e), 속도센서(2d)와 같은 입력장치에서 발생되는 신호와 함께 입력하네스(4d)를 거쳐 도 8의 예시와 같은 순서에 따라 디지털 제어 신호로 변환 전달되고, 도 9와 같은 제어회로를 거쳐 도 7의 출력하네스(4e)를 통하여 전동기(2c)와 스탭모터(3d), 모니터(4c)와 같은 출력장치에 전달, 전동장치를 구동시키고, 균형을 유지시키며, 승차자에게 제어 정보를 제공한다. 상기 모니터(4c)는 입출력을 병행할 수 있는 장치로 사용될 수 있다.
균형유지장치작동제어:
전술한 전동장치의 작동제어에 더하여 균형유지장치의 작동제어는 도 10의 순서 도와 도 11의 제어회로도를 예시로 적용할 수 있다.
참고로, 전술한 도 8, 9, 10, 11의 예시는 선행기술문헌에 기술한 바와 같이, 이미 공개된 특허기술이므로 본 명세서에 상세한 기술은 생략.
정지장치(브레이크):
외발자전거는 그 특성상 갑작스럽게 브레이크 작동시 관성에 대한 저항 기재가 없어 주행방향으로 넘어지기 쉬운 단점이 있음, 따라서 본 고안에 수동 브레이크를 적용할 수 있으나, 기 장착된 동력장치의 제어시스템을 활용하여 전자적인 브레이크(정지신호를 순간적으로 반복하여 보낼 수 있는 ABS형 브레이크)의 적용 예시도 일예의 정지시스템이 될 것임,
이상 설명한 바와 같이,
본 발명은 외바퀴전기자전거에 관한 발명이지만 청구범위에 기술된 본 발명의 기술적 사상에서 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 차체의 형상을 본 명세서의 예시와 다르게 변경하거나 바퀴가 1개 이상의 자전거로 자명한 변형실시가 가능하며 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
0a: 손잡이부위, 0b: 안장부위, 0c: 밧데리장착부위, 0d: 바퀴조립위치,
0e: 허브부위, 0f: 발판, 0g: 페달, 0h: 모니터위치, 0i: 프레임
1a: 페달축, 1b: 제1다단기어, 1c: 제2다단기어, 1d: 프리휠기어,
1e: 허브접속기어, 1f: 스프링, 도 1B: 프리휠 톱니기어 예시
2a: 허브코어, 2b: 자전구동장치(증속구동장치), 2c: 전동기, 2d: 속도센서,
2e: 센서
3a: 바퀴, 3b: 허브덥개, 3c: 허브덥개, 3d: 스탭모터, 3e: 로라
4a: 손잡이, 4b: 밧데리, 4c: 모니터, 4d: 입력하네스, 4e: 출력하네스,
4f: 중앙처리장치(CPU)
5a: 자전구동장치(2b)와 허브 내치기어 접속부위,
5b: 전동기(2c)와 허브 내치기어 접속부위,
5c: 속도계(2d)와 허브내치기어 접속부위

Claims (2)

  1. 외륜자전거에 있어서,
    중앙에 구동장치를 장착할 수 있는 허브공간(0e)이 구비된 바퀴(3a):
    상기 허브공간(0e)의 소정 위치에 바퀴의 중심과 편심의 이격거리에 회전력을 전달할 수 있는 페달축(1a):을 포함하여 이루어지되,
    상기 페달축(1a)에서 발생되는 구동력이 상기 페달축에 형성된 기어와 치합되는 상대 기어 사이의 잇수 비에 따라 회전비가 다른 구동력을 바퀴(3a)에 전달하는 구동장치(2b)가 구비되고, 상기 허브공간(0e)과 프레임(0i) 일측에 동력을 발생시키는 전동기(2c)와 및 동력을 보관하는 충전장치(4b), 동력을 전달하는 장치 및 동력을 제어하는 장치를 구비하여
    상기 바퀴(3a)를 구르게 하는 것을 특징으로 하는 외륜전기자전거.
  2. 청구항 1항에 있어서 프레임(0i)하단 일측에 보조바퀴 한개 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 외륜전기자전거
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외발자전거 관련 기술동향(한국과학기술정보연구원, 2018.10.1.))

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