KR102676489B1 - 전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

전기 자전거 구동 장치는 발전기; 상기 발전기와 전기적으로 연결된 발전 회로; 상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 구동 회로; 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 모터; 및 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어한다.

Description

전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법{DRIVING APPARATUS FOR ELECTRIC BICYCLE AND CONTROLLING METHOD OF ELECTRIC BICYCLE}

개시된 발명은 전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 체인없이 전기 에너지에 의하여 구동되는 전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법에 관한 것이다.

전기 자전거는 사용자가 페달을 밟는 힘과 전기 모터의 구동력에 의하여 구동되거나 전기 모터의 구동력만으로 구동될 수 있다. 전기 자전거는 일반 자전거와 같이 체인으로 바퀴에 동력을 전달하고 여기에 모터의 구동력을 보조로 사용하는 방식과, 체인 없이 페달을 밟는 힘을 전기로 변환하여 배터리를 충전하고 이 배터리로 모터를 구동하여 주행하는 방식이 있다.

모터가 전기 자전거의 구동력을 보조하는 방식은 사용자가 페달을 밟아 바퀴를 구동하는 것을 기본 동력으로 한다. 따라서, 페달의 회전은 체인을 통해 뒷바퀴에 전달되고 사용자는 페달에 전해지는 저항을 느낄 수 있다.

체인이 없는 전기 자전거는 체인이 없어서 페달을 밟는 힘이 전기 자전거의 뒷바퀴에 직접 전달되는 것이 아니기 때문에 사용자는 페달의 저항을 느낄 수 없다. 따라서 페달을 밟는 느낌을 제공하기 위해서는 페달에 일정한 부하를 제공한다.

이러한 전기 자전거는 배터리의 완전 방전 또는 배터리 미연결 상태에서도 일정 속도 또는 일정 거리 이상 주행이 가능한 방법이 요구된다.

개시된 발명의 일 측면은, 배터리의 완전 방전 또는 배터리의 미연결 상태에서도 주행이 가능한 전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법을 제공하고자 한다.

개시된 발명의 일 측면에 따른, 전기 자전거의 구동 장치는, 발전기; 상기 발전기와 전기적으로 연결된 발전 회로; 상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 구동 회로; 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 모터; 및 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어한다.

상기 제어부는, 상기 발전 회로의 출력 전압과 상기 발전 회로의 출력 전류 사이의 곱에 기초하여, 상기 발전 회로의 출력 전력을 획득할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 발전 회로의 출력 전력을 상기 모터의 회전 속도로 나눈 몫에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 모터의 토크가 상기 몫 이하의 토크 지령을 추종하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 구동 회로에 인가되는 인가 전압에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제어하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 인가 전압이 목표 전압 이상인 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 증가시키도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 인가 전압이 목표 전압보다 작은 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 감소시키도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 전기 자전거의 배터리가 상기 전기 자전거에서 분리되면, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 전기 자전거의 배터리의 출력 전압이 최소 전압 이하이면, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 모터의 회전 속도가 상기 발전기의 회전 속도를 추종하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따른, 발전기 및 모터를 포함하는 전기 자전거의 제어 방법은, 상기 모터의 회전 속도가 상기 발전기의 회전 속도를 추종하도록 상기 모터를 제어하고, 상기 전기 자전거의 배터리가 상기 전기 자전거에서 분리되면, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하는 것을 포함할 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따른, 전기 자전거의 구동 장치는, 발전기; 상기 발전기와 전기적으로 연결된 발전 회로; 상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 구동 회로; 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 모터; 상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 제1 제어부; 및 상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 제2 제어부를 포함한다. 상기 제1 제어부는 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하는 토크 지령을 상기 제2 제어부에 제공할 수 있다. 상기 제2 제어부는 상기 토크 지령에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어할 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 완전 방전 또는 배터리의 미연결 상태에서도 주행이 가능한 전기 자전거의 구동 장치 및 전기 자전거의 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 전기 자전거를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 전기 자전거가 배터리가 탈거된 일 예를 도시한다.
도 4은 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제어 블럭의 일 예를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제어 블럭의 다른 일 예를 도시한다.
도 6는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 동작 모드를 도시한다.
도 7는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제2 모드에서의 동작을 도시한다.
도 8은 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 구성을 도시한다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 전기 자전거를 도시한다.

전기 자전거(1)는 체인이 없는 체인 리스(chainless) 전기 자전거로서, 프런트 프레임(10), 미들 프레임(20) 및 리어 프레임(30)을 포함할 수 있다

프런트 프레임(10)에는, 핸들 유닛(13)을 전륜(12)과 연결하는 핸들 스테이(14)가 마련될 수 있다. 핸들 유닛(13)은 핸들 스테이(14)의 하단에 결합되는 핸들 스템(15)과 핸들 스테이(14)에 결합되는 핸들 바(16)와 핸들 바(16)에 설치되는 핸들 그립(17)을 포함할 수 있다. 핸들 스템(15)은 핸들 유닛(13)의 높이 조절을 위해 마련된다. 핸들 바(16)는 전기 자전거의 조향을 위해 마련된다. 핸들 그립(17)은 사용자에 의하여 파지될 수 있다. 전륜(12)은 핸들스테이(14)의 하단 일측에 회전 가능하게 마련된다.

미들 프레임(20)의 일단에는 발전기(21)가 마련될 수 있다. 발전기(21)의 양측에는 크랭크 암(22)에 의해 페달(23)이 회전 가능하게 장착될 수 있다. 크랭크 암(22)은 일단은 미들 프레임(20)의 크랭크 축에 회전 가능하게 결합되고, 타단은 페달(23)이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 사용자가 페달(23)을 회전시키면 발전기(21)는 페달(23)의 회전력을 전기적 에너지로 변환하고, 전기적 에너지는 미들 프레임(20)에 마련되는 배터리(27)에 축전될 수 있다. 배터리(27)는 모터(34)에 전력을 제공할 수 있다.

미들 프레임(20)은 안장(24)을 설치하기 위한 새들 튜브(25)를 포함할 수 있다. 새들 튜브(25)는 미들 프레임(20)의 후방에 마련되는 시트 튜브(26)에 높이 조절 가능하게 결합된다.

리어 프레임(30)의 단부 일측에는 후륜(32)이 회전 가능하게 장착된다. 후륜(32)의 중심에는 후륜(32)을 회전시키는 모터(34)가 장착된다. 모터(34)는 배터리(27)로부터 전력을 제공받을 수 있으며, 전력을 회전력(토크)으로 변환할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 구성을 도시한다. 도 3은 일 실시예에 의한 전기 자전거가 배터리가 탈거된 일 예를 도시한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 자전거(1)는 구동 장치(100)와 배터리(27)를 포함할 수 있다.

배터리(27)는 구동 장치(100)에서 직류 전력을 수신하거나 또는 구동 장치(100)에 직류 전력을 제공할 수 있다.

배터리(27)는 구동 장치(100)에서 출력되는 직류 전력을 화학 에너지의 형태로 저장할 수 있다. 배터리(27)는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환할 수 있으며, 변환된 화학 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 배터리(27)는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 변환된 전기 에너지를 출력할 수 있다.

이때, 배터리(27)에 (화학 에너지의 형태로) 저장된 전기 에너지가 증가할수록 배터리(27)의 출력 전압은 높아지며, 배터리(27)에 저장된 전기 에너지가 감소하도록 배터리(27)의 출력 전압은 낮아질 수 있다.

배터리(27)는 배터리(27)의 출력 전압과 배터리(27)의 양단에 인가되는 인가 전압에 의존하여 전기 에너지를 저장하거나 또는 전기 에너지를 출력할 수 있다. 다시 말해, 배터리(27)는 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리(27)의 인가 전압이 배터리(27)의 출력 전압보다 크면 배터리(27)는 충전되며, 또한 배터리(27)의 출력 전압이 배터리(27)의 인가 전압보다 낮으면 배터리(27)는 방전될 수 있다.

구동 장치(100)에서 출력되는 직류 전력이 배터리(27)의 출력 전압보다 크면 배터리(27)는 충전될 수 있다. 또한, 구동 장치(100)에서 출력되는 직류 전력이 배터리(27)의 출력 전압보다 작으면 배터리(27)는 방전될 수 있다.

구동 장치(100)는 발전기(21), 발전 회로(110), 구동 회로(120), 모터(34), 제1 위치 센서(130), 제2 위치 센서(140), 전압 센서(150), 제1 전류 센서(160), 제2 전류 센서(170) 및/또는 제어부(180)를 포함할 수 있다.

발전기(21)는 크랭크 암(22)과 크랭크 축을 통하여 페달(23)과 연결될 수 있다. 사용자는 전기 자전거(1)을 구동시키기 위하여 페달(23)을 회전시킬 수 있다. 페달(23)의 회전은 크랭크 암(22)과 크랭크 축을 통하여 발전기(21)의 샤프트에 전달될 수 있다.

발전기(21)는 페달(23)의 회전 운동 에너지를 전기 에너지(또는 전력)으로 변환할 수 있다.

발전기(21)는 샤프트와 연결되어 회전하는 회전자와 전기 자전거(1)에 고정된 고정자를 포함할 수 있다. 회전자와 고정자 사이의 전자기적 상호 작용에 의하여 기전력이 발생될 수 있다. 예를 들어, 페달(23)의 회전에 의하여 회전하는 회전자 주변에는 회전하는 자기장이 형성되며, 고정자에 포함된 코일에는 회전하는 자기장에 의한 기전력이 생성될 수 있다.

발전기(21)는, 시간에 따라 크기와 방향이 변화하는 교류 전압과 시간에 따라 크기와 방향이 변화하는 교류 전류를 포함하는 교류 전력을 출력할 수 있다.

발전 회로(110)는 발전기(21)와 전기적으로 연결되며, 발전기(21)에서 출력되는 교류 전력을 수신할 수 있다.

발전 회로(110)는 발전기(21)에서 출력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 발전 회로(110)는 교류 전류를 정류하는 정류 회로와 정류된 전압과 정류된 전류를 안정화시키는 캐패시터를 포함할 수 있다. 정류 회로는 예를 들어 2상 브리지 다이오드 또는 3상 브리지 다이오드를 포함할 수 있다.

발전 회로(110)는 안정화된 직류 전력을 배터리(27) 및/또는 구동 회로(120)에 제공할 수 있다.

구동 회로(120)는 발전 회로(110) 및 배터리(27)와 전기적으로 연결되며, 발전 회로(110) 및/또는 배터리(27)에서 출력되는 직류 전력을 수신할 수 있다.

구동 회로(120)는 발전 회로(110) 및/또는 배터리(27)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.

구동 회로(120)는 직류 전압을 교류 전압(또는 전압 펄스)으로 변환하는 인버터 회로를 포함할 수 있다. 인버터 회로는 2상 풀 브리지 컨버터 또는 3상 풀 브리지 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터 회로는 제어부(180)에 의하여 제어되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다.

구동 회로(120)는, 제어부(180)의 제어 신호에 응답하여, 방향과 크기가 변화하는 전압을 인가하고 방향과 크기가 변화하는 전류를 출력할 수 있다.

모터(34)는 구동 회로(120)와 전기적으로 연결되며, 구동 회로(120)로부터 교류 전력을 수신할 수 있다. 모터(34)는 구동 회로(120)에서 수신된 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 변환할 수 있다.

모터(34)는 샤프트와 연결되어 회전하는 회전자와 전기 자전거(1)에 고정된 고정자를 포함할 수 있다. 회전자와 고정자 사이의 전자기적 상호 작용에 의하여 회전자에 토크가 발생될 수 있다. 예를 들어, 코일을 포함하는 고정자의 주변에는 교류 전력에 의하여 회전하는 자기장에 형성되며, 회전자는 회전하는 자기장에 의하여 회전할 수 있다.

모터(34)의 샤프트는 후륜(32)과 연결되며, 모터(34)의 토크는 후륜(32)에 제공될 수 있다. 이처럼, 모터(34)는 후륜(32)을 회전시키고, 전기 자전거가 이동할 수 있는 구동력을 제공할 수 있다.

이때, 모터(34)의 토크는 구동 회로(120)에서 모터(34)에 공급하는 교류 전류의 크기에 의존할 수 있다.

제1 위치 센서(130)는 발전기(21)의 제1 회전자 회전각(θ1)을 감지할 수 있다. 예를 들어, 발전기(21)의 회전자 또는 샤프트에는 영구 자석이 설치되고, 제1 위치 센서(130)는 자기장을 검출할 수 있는 홀 센서(Hall sensor)를 포함할 수 있다. 제1 위치 센서(130)는 발전기(21)의 제1 회전자 회전각(θ1)에 대응하는 전기적 신호를 제어부(180)에 제공할 수 있다. 제어부(180)는 제1 위치 센서(130)의 출력 신호에 기초하여 발전기(21)의 제1 회전자 회전각(θ1)을 식별할 수 있다.

제2 위치 센서(140)는 모터(34)의 제2 회전자 회전각(θ2)을 감지할 수 있다. 예를 들어, 모터(34)의 회전자 또는 샤프트에는 영구 자석이 설치되고, 제2 위치 센서(140)는 자기장을 검출할 수 있는 홀 센서를 포함할 수 있다. 제2 위치 센서(140)는 모터(34)의 제2 회전자 회전각(θ2)에 대응하는 전기적 신호를 제어부(180)에 제공할 수 있다. 제어부(180)는 제2 위치 센서(140)의 출력 신호에 기초하여 모터(34)의 제2 회전자 회전각(θ2)을 식별할 수 있다.

전압 센서(150)는 발전 회로(110)에서 출력되는 전압(이하에서는 "링크 전압"이라 한다) 즉 구동 회로(120)에 인가되는 전압을 측정할 수 있다. 발전 회로(110)에서 출력되는 전압은 구동 회로(120)에 인가되는 전압과 동일하며, 또한 배터리(27) 양단의 전압과 동일할 수 있다.

전압 센서(150)는 측정된 링크 전압에 대응하는 전기적 신호를 제어부(180)에 제공할 수 있다. 제어부(180)는 전압 센서(150)의 출력 신호에 기초하여 링크 전압 값(Vlink)을 식별할 수 있다.

제1 전류 센서(160)는 발전 회로(110)에서 배터리(27) 및/또는 구동 회로(120)로 출력되는 제1 전류를 측정할 수 있다. 다시 말해, 제1 전류 센서(160)는 발전기(21)에 의하여 생산되는 전력의 전류를 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전류 센서(160)는 발전 회로(110)의 음의 단자와 연결될 수 있으며, 발전 회로(110)의 음의 단자를 통하여 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

제1 전류 센서(160)는 측정된 제1 전류의 크기에 대응하는 전기적 신호를 제어부(180)에 제공할 수 있으며, 제어부(180)는 제1 전류 센서(160)의 출력 신호에 기초하여 제1 전류 값(I1)을 식별할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 링크 전압 값과 제1 전류 값에 기초하여 발전기(21)에 의하여 생산되는 전력 값을 식별할 수 있다.

제2 전류 센서(170)는 구동 회로(120)에서 모터(34)에 제공하는 구동 전류 즉 제2 전류를 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 전류 센서(170)는 구동 회로(120)와 모터(34)를 연결하는 전선 상에 마련될 수 있으며, 전성을 통하여 모터(34)에 공급되는 전류를 측정할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전류 센서(170)는 구동 회로(120)의 음의 단자와 연결될 수 있으며, 구동 회로(120)의 음의 단자를 통하여 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

제2 전류 센서(170)는 측정된 제2 전류의 크기에 대응하는 전기적 신호를 제어부(180)에 제공할 수 있으며, 제어부(180)는 제2 전류 센서(170)의 출력 신호에 기초하여 제2 전류 값(I2)을 식별할 수 있다.

제어부(180)는 구동 회로(120), 제1 위치 센서(130), 제2 위치 센서(140), 전압 센서(150), 제1 전류 센서(160) 및 제2 전류 센서(170)와 전기적으로 연결될 수 있다.

제어부(180)는 ECU (electronic control unit) 등 다양하게 호칭될 수 있으며, 구동 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.

제어부(180)는 제1 위치 센서(130), 제2 위치 센서(140), 전압 센서(150), 제1 전류 센서(160) 및 제2 전류 센서(170)의 출력 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 출력 신호를 처리할 수 있다. 제어부(180)는 수신된 출력 신호를 처리한 것에 기초하여 모터(34)의 회전을 제어하기 위한 제어 신호를 구동 회로(120)에 제공할 수 있다.

제어부(180)는 센서들의 출력 신호를 처리하는 프로세서(181)와, 프로그램 및/또는 데이터를 저장 및/또는 기억하는 메모리(182)를 포함할 수 있다. 프로세서(181)와 메모리(182)는 일체로 마련되거나 또는 별도로 분리되어 마련될 수 있다.

프로세서(181)는 MCU (Micro Controller Unit) 다양하게 호칭될 수 있으며, 메모리(182)에 저장 및/또는 기억된 프로그램 및/또는 데이터에 따라 센서들의 출력 신호를 처리할 수 있다. 또한, 프로세서(181)는 센서들의 출력 신호를 처리한 것에 기초하여 모터(34)의 회전을 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 프로세서(181)는 1 또는 2 이상의 반도체 소자를 포함하거나 또는 반도체 소자 내의 1 또는 2 이상의 프로세싱 코어를 포함할 수 있다.

메모리(182)는 센서들의 출력 신호를 처리하기 위한 프로그램 및/또는 데이터를 저장 및/도는 기억할 수 있다.

메모리(182)는 S-램(Static Random Access Memory, S-RAM), D-램(Dynamic Random Access Memory, D-RAM) 등의 휘발성 메모리와, 롬(Read Only Memory: ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(182)는 프로세서(181)와 일체로 마련되거나 또는 프로세서(181)와 분리된 별도의 반도체 소자를 포함할 수 있다.

제어부(180)는 모터(34)의 회전 속도가 페달(23)의 회전 속도를 추종하도록 구동 회로(120)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 제1 위치 센서(130)의 출력 신호에 기초하여 발전기(21)의 회전 속도 즉 페달(23)의 회전 속도를 식별할 수 있으며, 제2 위치 센서(140)의 출력 신호에 기초하여 모터(34)의 회전 속도 즉 후륜(32)의 회전 속도를 식별할 수 있다. 제어부(180)는 페달(23)의 회전 속도와 후륜(32)의 회전 속도를 비교하고, 후륜(32)의 회전 속도가 페달(23)의 회전 속도를 추종하도록 하는 제어 신호를 구동 회로(120)에 제공할 수 있다.

제어부(180)는 배터리(27)의 탈거 여부 또는 배터리(27)의 방전 정도 등에 따라 복수의 동작 모드로 동작할 수 있다.

예를 들어, 제어부(180)는, 배터리(27)가 장착되어 있고 배터리(27)가 얕게 방전된 경우, 제1 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압을 초과하면, 제1 모드로 동작할 수 있다.

제1 모드에서 제어부(180)는, 모터(34)가 발전기(21)에서 생산되는 전력보다 큰 전력을 소비하는 것을 허용할 수 있다. 다시 말해, 모터(34)가 배터리(27)에서 출력되는 전력에 의하여 구동되는 것이 허용될 수 있다.

예를 들어, 전기 자전거(1)가 언덕을 오르는 경우에도, 사용자는 전력을 생산하기 위한 작은 저항으로 페달(23)을 회전시킬 수 있다. 반면, 전기 자전거(1)가 언덕을 오르기 위해서는 모터(34)는 큰 토크를 출력할 수 있으며, 모터(34)의 소비 전력이 증가할 수 있다. 이처럼 전기 자전거(1)가 언덕을 오르는 경우에도 제1 모드의 제어부(180)는 모터(34)의 소비 전력이 발전기(21)의 생산 전력보다 큰 것을 허용할 수 있으며, 그에 의하여 배터리(27)는 방전될 수 있다.

전기 자전거(1)의 제1 모드에서 사용자는 적은 힘으로 전기 자전거(1)를 주행시킬 수 있다. 또한, 사용자는 오르막, 내리막 및 평지에서 동일한 힘으로 전기 자전거(1)를 주행시킬 수 있다.

제어부(180)는, 배터리(27)가 탈거되거나 또는 배터리(27)가 깊이 방전된 경우, 제2 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압 이하이면, 제2 모드로 동작할 수 있다.

제2 모드에서 제어부(180)는, 모터(34)가 발전기(21)에서 생산되는 전력보다 큰 전력을 소비하는 것을 허용하지 아니할 수 있다. 다시 말해, 모터(34)의 소비 전력은 발전기(21)의 생산 전력과 같거나 작으며, 모터(34)가 배터리(27)에서 출력되는 전력에 의하여 구동되는 것이 허용되지 아니할 수 있다.

예를 들어 배터리(27)가 탈거된 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 발전 회로(110)는 작은 용량의 캐패시터(C)를 통하여 구동 회로(120)와 연결될 수 있다.

발전 회로(110)의 출력 전압과 출력 전류는 페달(23)의 회전 속도에 따라 크게 변화할 수 있다. 이때, 배터리(27)는 전기 에너지를 저장할 뿐만 아니라, 구동 회로(120)의 입력 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다.

반면, 배터리(27)가 탈거된 경우, 발전 회로(110)에서 출력되는 출력 전압이 구동 회로(120)에 그대로 인가되고, 발전 회로(110)에서 출력되는 전류가 구동 회로(120)에 그대로 공급될 수 있다. 따라서, 구동 회로(120)의 입력 전압과 입력 전류는 안정화되지 못하고, 또한 전기 자전거(1)는 안정적으로 주행하지 못할 수 있다.

이를 억제하거나 방지하기 위하여, 제2 모드에서 제어부(180)는 발전기(21)의 생산 전력에 의존하여 모터(34)의 소비 전력을 제한할 수 있다. 다시 말해, 제어부(180)는 발전기(21)의 생산 전력에 의존하여 모터(34)의 토크를 제한할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 구동 회로(120)에 인가되는 입력 전압을 안정화시키기 위하여 입력 전압에 기초하여 모터(34)의 토크를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 입력 전압이 목표 전압 이상이면 모터(34)의 토크를 증가시키고, 입력 전압이 목표 전압보다 작으면 모터(34)의 토크를 감소시킬 수 있다.

이하에서는, 제2 모드에서 모터(34)의 토크를 제어하기 위한 제어부(180)의 구성이 설명된다.

도 4은 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제어 블럭의 일 예를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(180)는, 제1 속도 연산기(210), 제2 속도 연산기(220), 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제2 토크 제어기(250), 가산기(260), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)를 포함할 수 있다.

제1 속도 연산기(210), 제2 속도 연산기(220), 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제2 토크 제어기(250), 가산기(260), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 예를 들어, 메모리(182)는 제1 속도 연산기(210), 제2 속도 연산기(220), 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제2 토크 제어기(250), 가산기(260), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)에 대응하는 프로그램 및/또는 데이터를 저장할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(181)는, 제1 속도 연산기(210), 제2 속도 연산기(220), 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제2 토크 제어기(250), 가산기(260), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)에 대응하는 논리 회로(예를 들어, ASIC, application-specific integrated circuit 또는 FPGA, field programmable gate array)를 포함할 수 있다.

제1 속도 연산기(210)는, 발전기(21)의 제1 회전자 회전각(θ1)에 기초하여 발전기(21)의 제1 각속도(ω1)를 식별할 수 있다. 예를 들어, 제1 속도 연산기(210)는 제1 위치 센서(130)에 의하여 감지된 제1 회전각(θ1)의 변화(단위 시간당 제1 회전각의 변화)에서 발전기(21)의 제1 각속도(ω1)를 식별할 수 있다.

제2 속도 연산기(220)는, 모터(34)의 제2 회전자 회전각(θ2)에 기초하여 모터(34)의 제2 각속도(ω2)를 식별할 수 있다. 예를 들어, 제2 속도 연산기(220)는 제2 위치 센서(140)에 의하여 감지된 제2 회전각(θ2)의 변화(단위 시간당 제2 회전각의 변화)에서 모터(34)의 제2 각속도(ω2)를 식별할 수 있다.

제1 속도 연산기(210)와 제2 속도 연산기(220)는 필요에 따라 생략될 수 있다.

속도 제어기(230)는 발전기(21)의 제1 각속도(ω1)와 모터(34)의 제2 각속도(ω2)를 수신할 수 있다. 속도 제어기(230)는 발전기(21)의 제1 각속도(ω1)와 모터(34)의 제2 각속도(ω2) 사이의 차이에 기초하여 제1 각속도(ω1)와 제2 각속도(ω2) 사이의 차이를 감소시키는 제1 토크 지령(τref1)을 출력할 수 있다.

제1 토크 지령(τref1)은 모터(34)의 제2 각속도(ω2)가 발전기(21)의 제1 각속도(ω1)를 추종하기 위한 토크 지령을 나타낼 수 있다. 모터(34)의 토크 값은 모터(34)의 구동 전류 값에 비례하며, 제1 토크 지령(τref1)은 제1 전류 지령으로 대체될 수 있다.

제1 토크 제어기(240)는 제1 토크 지령(τref1)과 링크 전압 값(Vlink)과 제1 전류 값(I1)과 제2 각속도(ω2)를 수신할 수 있다. 제1 토크 제어기(240)는 발전기(21)의 생산 전력에 의하여 제한된 제2 토크 지령(τref2)을 출력할 수 있다. 제2 토크 지령(τref2)은 제2 전류 지령으로 대체될 수 있다.

제1 토크 제어기(240)는 직류 링크 값(Vlin)과 제1 전류 값(I1)의 곱에 의하여 발전기(21)에 의하여 생산된 생산 전력(P)을 식별할 수 있다. 제1 토크 제어기(240)는 생산 전력(P)을 제2 각속도(ω2)로 나눈 몫에 의하여 토크 지령의 상한을 식별할 수 있다.

제1 토크 제어기(240)는 제1 토크 지령(τref1)과 토크 지령의 상한의 비교에 기초하여 제2 토크 지령(τref2)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 토크 제어기(240)는 제1 토크 지령(τref1)과 토크 지령의 상한 중에 작은 값을 나타내는 제2 토크 지령(τref2)을 출력할 수 있다.

제2 토크 제어기(250)는 전압 센서(150)에 의하여 측정된 링크 전압 값(Vlink)을 수신할 수 있다. 제2 토크 제어기(250)는 링크 전압 값(Vlink)에 의존하여 제3 토크 지령(τref3)을 출력할 수 있다. 제3 토크 지령(τref3)은 제3 전류 지령으로 대체될 수 있다.

제2 토크 제어기(250)는 링크 전압 값(Vlink)과 미리 정해진 목표 전압 값을 비교하고, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값을 추종하도록 하는 제3 토크 지령(τref3)을 출력할 수 있다. 제2 토크 제어기(250)는, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값 이상이면, 제2 토크 지령(τref2)을 증가시키기 위한 제3 토크 지령(τref3)을 출력할 수 있다. 모터(34)의 토크 지령이 증가함으로 인하여, 링크 전압 값(Vlink)이 감소될 수 있다. 또한, 제2 토크 제어기(250)는, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값보다 작으면, 제2 토크 지령(τref2)을 감소시키기 위한 제3 토크 지령(τref3) (예를 들어, 음의 값)을 출력할 수 있다. 모터(34)의 토크 지령이 감소함으로 인하여, 링크 전압 값(Vlink)이 증가될 수 있다.

가산기(260)는 제1 토크 제어기(240)의 제2 토크 지령(τref2)과 제2 토크 제어기(250)의 제3 토크 지령(τref3)을 수신할 수 있다. 가산기(260)는 제2 토크 지령(τref2)과 제3 토크 지령(τref3)의 합에 의한 제4 토크 지령(τref4)을 출력할 수 있다. 제4 토크 지령(τref4)은 발전기(21)의 생산 전력과 구동 회로(120)의 링크 전압(Vlink)이 반영된 것을 나타낼 수 있다. 제4 토크 지령(τref4)은 제4 전류 지령으로 대체될 수 있다.

제3 토크 제어기(270)는 가산기(260)의 제4 토크 지령(τref4)과 제2 전류 센서(170)의 제2 전류 값(I2)을 수신할 수 있다. 제3 토크 제어기(270)는 제2 전류 값(I2)으로부터 모터(34)의 토크 값을 획득할 수 있으며, 제4 토크 지령(τref4)과 모터(34)의 토크 값 사이의 차이에 기초하여 , 제4 토크 지령(τref4)과 모터(34)의 토크 값 사이의 차이를 감소시키는 전압 지령(Vref)을 출력할 수 있다.

펄스 폭 변조기(280)는 전압 지령(Vref)을 수신하고, 전압 지령(Vref)에 기초하여 구동 회로(120)가 모터(34)에 공급하는 구동 전류를 제어하기 위한 PWM 제어 신호(Vpwm)을 출력할 수 있다.

구동 회로(120)에 포함된 복수의 스위치들은 PWM 제어 신호(Vpwm)에 따라 온/오프되며, 복수의 스위치들의 온/오프에 따라 모터(34)에 구동 전류가 공급될 수 있다.

이처럼, 제어부(180)는 발전기(21)의 생산 전력에 기초하여 모터(34)의 토크를 제한하고, 구동 회로(120)에 인가되는 링크 전압 값(Vlink)에 기초하여 모터(34)의 토크를 가감할 수 있다. 그에 의하여, 구동 장치(100)는, 배터리(27)의 방전 없이 발전기(21)에 의하여 생산된 전력에 의하여 전기 자전거(1)를 구동할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제어 블럭의 다른 일 예를 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(180)는, 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제4 토크 제어기(290), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)를 포함할 수 있다. 도면에 도시되지 아니하였으나, 도 4에 도시된 제1 속도 연산기(210) 및 제2 속도 연산기(220)가 추가될 수 있다.

속도 제어기(230), 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)는 도 4에 도시된 속도 제어기, 제3 토크 제어기 및 펄스 폭 변조기와 동일할 수 있으며, 그 설명이 생략된다.

제4 토크 제어기(290)는 제1 토크 지령(τref1)과 제2 토크 지령(τref2)과 링크 전압 값(Vlink)을 수신할 수 있다. 제4 토크 제어기(290)는 링크 전압 값(Vlink)에 의존하여 제2 토크 지령(τref2)이 증가되거나 또는 감소된 제5 토크 지령(τref3)을 출력할 수 있다. 제2 토크 지령(τref2)에서 증가된 제5 토크 지령(τref3)은 제1 토크 지령(τref1)에 의하여 제한된다. 다시 말해, 제5 토크 지령(τref3)은 제1 토크 지령(τref1) 보다 작다. 제5 토크 지령(τref5)은 제5 전류 지령으로 대체될 수 있다.

제4 토크 제어기(290)는 링크 전압 값(Vlink)과 미리 정해진 목표 전압 값을 비교하고, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값을 추종하도록 제2 토크 지령(τref2)이 증가되거나 또는 감소시킬 수 있다. 제2 토크 제어기(250)는, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값 이상이면, 제2 토크 지령(τref2)에서 증가된 토크 지령을 획득할 수 있다. 또한, 제2 토크 제어기(250)는, 링크 전압 값(Vlink)이 목표 전압 값보다 작으면, 제2 토크 지령(τref2)에서 감소된 토크 지령을 획득할 수 있다.

제4 토크 제어기(290)는 토크 지령과 제1 토크 지령(τref1)을 비교하고, 토크 지령과 제1 토크 지령(τref1) 중에 작은 값을 제5 토크 지령(τref3)으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 토크 지령이 제1 토크 지령(τref1) 이상이면, 제4 토크 제어기(290)는 제5 토크 지령(τref5)으로써 제1 토크 지령(τref1)을 출력할 수 있다. 또한, 토크 지령이 제1 토크 지령(τref1)보다 작으면, 제4 토크 제어기(290)는 제5 토크 지령(τref5)으로써 토크 지령을 출력할 수 있다.

이처럼, 제어부(180)는 발전기(21)의 생산 전력에 기초하여 모터(34)의 토크를 제한하고, 구동 회로(120)에 인가되는 링크 전압 값(Vlink)에 기초하여 모터(34)의 토크를 가감할 수 있다.

도 6는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 동작 모드를 도시한다.

도 6을 참조하면, 구동 장치(100)는 발전기(21)에 의하여 전력을 생산할 수 있다(1010).

사용자가 페달(23)을 회전시키면, 구동 장치(100)의 발전기(21)는 전력을 출력할 수 있다. 제어부(180)는 제1 위치 센서(130)의 출력 신호 및 제1 전류 센서(160)의 출력 신호에 기초하여 발전기(21)가 발전하는 것을 식별할 수 있다.

구동 장치(100)는 전기 자전거(1)에 배터리(27)가 장착되었는지 여부를 식별할 수 있다(1020).

예를 들어, 제어부(180)는 발전기(21)가 발전하는 중에 전압 센서(150)의 출력 신호에 기초하여 배터리(27)가 장착되었는지 여부를 식별할 수 있다. 제어부(180)는, 전압 센서(150)에 의하여 측정된 전압 값이 일정한 값을 유지하면 배터리(27)가 장착된 것을 식별할 수 있다. 또한, 제어부(180)는, 전압 센서(150)에 의하여 측정된 전압 값이 급격히 증가하면, 배터리(27)가 장착된 것을 식별할 수 있다.

다른 예로, 제어부(180)는 배터리(27)의 출력 신호에 기초하여 배터리(27)가 장착되었는지 여부를 식별할 수 있다.

전기 자전거(1)에 배터리(27)가 장착되지 아니하면(1020의 아니오), 구동 장치(100)는 제2 모드로 동작할 수 있다(1040).

제2 모드에서 제어부(180)는 발전기(21)가 생산하는 전력에 기초하여 모터(34)의 토크를 제어할 수 있다.

전기 자전거(1)에 배터리(27)가 장착되었으면(1020의 예), 구동 장치(100)의 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압 이상인지 여부를 식별할 수 있다(1030).

제어부(180)는 전압 센서(150)에 의하여 측정된 링크 전압 값을 최소 전압과 비교할 수 있으며, 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압 이상인지 여부를 식별할 수 있다. 여기서, 최소 전압은 배터리(27)의 허용 가능한 최소 전압을 나타낼 수 있다.

구동 장치(100)의 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압보다 작으면(1030의 아니오), 구동 장치(100)는 제2 모드로 동작할 수 있다(1040).

구동 장치(100)의 배터리(27)의 출력 전압이 최소 전압 이상이면(1030의 예), 구동 장치(100)는 제1 모드로 동작할 수 있다(1050).

제1 모드에서 제어부(180)는 모터(34)가 발전기(21)에서 생산되는 전력보다 큰 전력을 소비하는 것을 허용할 수 있다. 다시 말해, 모터(34)가 배터리(27)에서 출력되는 전력에 의하여 구동되는 것이 허용될 수 있다.

도 7는 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 제2 모드에서의 동작을 도시한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 구동 장치(100)는 제2 모드로 동작할 수 있다(1110).

예를 들어, 제어부(180)는, 배터리(27)가 장착되지 아니하거나 배터리(27)가 깊이 방전되면, 제2 모드에서 동작할 수 있다.

구동 장치(100)는 페달 속도와 휠 속도 사이의 차이에 기초하여 제1 토크 지령을 획득할 수 있다(1120).

예를 들어, 제어부(180)는 발전기(21)에 마련된 제1 위치 센서(130)의 출력 신호에 기초하여 페달 속도를 식별할 수 있으며, 모터(34)에 마련된 제2 위치 센서(140)의 출력 신호에 기초하여 휠 속도를 식별할 수 있다.

제어부(180)는 페달 속도와 휠 속도 사이의 차이에 기초하여 페달 속도와 휠 속도 사이의 차이를 감소시키는 제1 토크 지령을 획득할 수 있다.

구동 장치(100)는 발전 전력 및 제1 토크 지령에 기초하여 제2 토크 지령을 획득할 수 있다(1130).

예를 들어, 제어부(180)는, 발전 회로(110)의 출력 전류를 측정하는 제1 전류 센서(160)의 출력 신호에 기초하여 발전 전류를 획득하고, 구동 회로(120)의 인가 전압을 측정하는 전압 센서(150)의 출력 신호에 기초하여 발전 전압을 획득할 수 있다.

제어부(180)는 발전 전류와 발전 전압의 곱에 의하여 발전 전력을 획득할 수 있다. 제어부(180)는, 발전 전력을 휠 속도로 나눈 몫에 의하여 모터(34)의 토크 상한을 획득할 수 있다.

제어부(180)는 토크 상한과 제1 토크 지령 중에 작은 값을 제2 토크 지령으로 획득할 수 있다.

구동 장치(100)는 목표 전압과 링크 전압에 기초하여 제3 토크 지령을 획득할 수 있다(1140).

예를 들어, 제어부(180)는 목표 전압과 링크 전압 사이의 비교에 기초하여 제2 토크 지령을 증가시키거나 감소시키기 위한 제3 토크 지령을 획득할 수 있다. 제어부(180)는, 링크 전압이 목표 전압보다 크면 제2 토크 지령을 증가시키기 위한 제3 토크 지령을 획득할 수 있다. 또한, 제어부(180)는, 링크 전압이 목표 전압보다 작으면 제2 토크 지령을 감소시키기 위한 제3 토크 지령을 획득할 수 있다.

구동 장치(100)는 제2 토크 지령과 제3 토크 지령에 기초하여 제4 토크 지령을 획득할 수 있다(1150).

예를 들어, 제어부(180)는 제2 토크 지령과 제3 토크 지령의 합에 의하여 제4 토크 지령을 획득할 수 있다.

구동 장치(100)는 제4 토크 지령과 구동 전류에 기초하여 전압 지령을 획득할 수 있다(1160).

예를 들어, 제어부(180)는 모터(34)에 공급되는 구동 전류를 측정하는 제2 전류 센서(170)의 출력 신호에 기초하여 구동 전류를 획득할 수 있다. 제어부(180)는 구동 전류와 모터 파라미터에 기초하여 모터(34)의 토크를 식별할 수 있다.

제어부(180)는 제4 토크 지령과 모터(34)의 토크 사이의 차이에 기초하여 제4 토크 지령과 모터(34)의 토크 사이의 차이를 감소시키는 전압 지령을 획득할 수 있다.

구동 장치(100)는 전압 지령에 대응하는 전압을 모터(34)에 인가할 수 있다(1170).

예를 들어, 제어부(180)는 전압 지령에 대응하는 전압을 모터(34)에 인가하도록 구동 회로(120)를 제어할 수 있다.

이처럼, 구동 장치(100)는 발전기(21)의 생산 전력에 기초하여 모터(34)의 토크를 제한하고, 구동 회로(120)에 인가되는 링크 전압 값(Vlink)에 기초하여 모터(34)의 토크를 가감할 수 있다. 그에 의하여, 구동 장치(100)는, 배터리(27)의 방전 없이 발전기(21)에 의하여 생산된 전력에 의하여 전기 자전거(1)를 구동할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 의한 전기 자전거의 구동 장치의 구성을 도시한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 자전거(1)는 구동 장치(100)와 배터리(27)를 포함할 수 있다.

배터리(27)는 도 2에 도시된 배터리와 동일할 수 있으며, 그 설명이 생략된다.

구동 장치(100)는, 발전기(21), 발전 회로(110), 구동 회로(120), 모터(34), 제1 위치 센서(130), 제2 위치 센서(140), 전압 센서(150), 제1 전류 센서(160), 제2 전류 센서(170), 제1 제어부(191) 및 제2 제어부(192)를 포함할 수 있다.

발전기(21), 발전 회로(110), 구동 회로(120), 모터(34), 제1 위치 센서(130), 제2 위치 센서(140), 전압 센서(150), 제1 전류 센서(160) 및 제2 전류 센서(170)는 도 2에 도시된 발전기, 발전 회로, 구동 회로, 모터, 제1 위치 센서, 제2 위치 센서, 전압 센서, 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서와 동일할 수 있으며, 그 설명이 생략된다.

구동 장치(100)를 제어하는 제어부는 발전기(21)의 제어와 연관된 제1 제어부(191)와 모터(34)의 제어와 연관된 제2 제어부(192)로 분리될 수 있다.

제1 제어부(191)는 제1 위치 센서(130)의 출력 신호, 제2 위치 센서(140)의 출력 신호, 전압 신호의 출력 신호 및 제1 전류 센서(160)의 출력 신호를 수신할 수 있다. 제1 제어부(191)는 수신된 출력 신호들을 처리하고, 출력 신호들을 처리한 것에 기초하여 모터(34)를 구동하기 위한 토크 지령(τref)을 출력할 수 있다.

제2 제어부(192)는 제1 제어부(191)의 토크 지령(τref)과 제2 전류 센서(170)의 출력 신호를 수신할 수 있다. 제2 제어부(192)는 제1 제어부(191)의 토크 지령(τref)과 제2 전류 센서(170)의 출력 신호를 처리하고, 그 처리에 기초하여 구동 회로(120)에 PWM 제어 신호(Vpwm)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 제1 제어부(191)는 도 4에 도시된 제1 속도 연산기(210), 제2 속도 연산기(220), 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240), 제2 토크 제어기(250) 및 가산기(260)를 포함할 수 있으며, 제2 제어부(192)는 도 4에 도시된 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)를 포함할 수 있다.

다른 예로, 제2 제어부(192)는, 도 5에 도시된 속도 제어기(230), 제1 토크 제어기(240) 및 제4 토크 제어기(290)를 포함할 수 있으며, 제2 제어부(192)는 도 5에 도시된 제3 토크 제어기(270) 및 펄스 폭 변조기(280)를 포함할 수 있다.

이처럼, 발전기(21)의 제어와 연관된 제1 제어부(191)와 모터(34)의 제어와 연관된 제2 제어부(192)가 분리될 수 있다. 그에 의하여, 제1 제어부(191)는 발전기(21) 및 발전 회로(110)와 근접한 위치에 배치될 수 있으며, 제2 제어부(192)는 모터(34) 및 구동 회로(120)와 근접한 위치에 마련될 수 있다.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

1: 전기 자전거 21: 발전기
23: 페달 27: 배터리
34: 모터 100: 구동 장치
110: 발전 회로 120: 구동 회로
130: 제1 위치 센서 140: 제2 위치 센서
150: 전압 센서 160: 제1 전류 센서
170: 제2 전류 센서 180: 제어부
191: 제1 제어부 192: 제2 제어부
210: 제1 속도 연산기 220: 제2 속도 연산기
230: 속도 제어기 240: 제1 토크 제어기
250: 제2 토크 제어기 260: 가산기
270: 제3 토크 제어기 280: 펄스 폭 변조기
290: 제4 토크 제어기

Claims (20)

1. 발전기;
   상기 발전기와 전기적으로 연결된 발전 회로;
   상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 구동 회로;
   상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 모터; 및
   상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 발전 회로의 출력 전압과 상기 발전 회로의 출력 전류 사이의 곱에 기초하여, 상기 발전 회로의 출력 전력을 획득하는 전기 자전거의 구동 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 발전 회로의 출력 전력을 상기 모터의 회전 속도로 나눈 몫에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 모터의 토크가 상기 몫 이하의 토크 지령을 추종하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 구동 회로에 인가되는 인가 전압에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제어하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 인가 전압이 목표 전압 이상인 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 증가시키도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 인가 전압이 목표 전압보다 작은 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 감소시키도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전기 자전거의 배터리가 상기 전기 자전거에서 분리되면, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전기 자전거의 배터리의 출력 전압이 최소 전압 이하이면, 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 회전 속도가 상기 발전기의 회전 속도를 추종하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
11. 발전기 및 모터를 포함하는 전기 자전거의 제어 방법에 있어서,
    상기 모터의 회전 속도가 상기 발전기의 회전 속도를 추종하도록 상기 모터를 제어하고,
    상기 전기 자전거의 배터리가 상기 전기 자전거에서 분리되면, 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 모터의 토크를 제한하는 것은,
    상기 발전 회로의 출력 전압과 상기 발전 회로의 출력 전류 사이의 곱에 기초하여, 상기 발전 회로의 출력 전력을 획득하는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 모터의 토크를 제한하는 것은,
    상기 발전 회로의 출력 전력을 상기 모터의 회전 속도로 나눈 몫에 기초하여 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제한하는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 모터의 토크를 제한하는 것은,
    상기 모터의 토크가 상기 몫 이하의 토크 지령을 추종하도록 상기 모터를 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 제어 방법은,
    상기 모터에 인가되는 인가 전압에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 제어하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 구동 전류를 제어하는 것은,
    상기 인가 전압이 목표 전압 이상인 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 증가시키는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 구동 전류를 제어하는 것은,
    상기 인가 전압이 목표 전압보다 작은 것에 기초하여, 상기 모터에 공급하는 구동 전류를 감소시키는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
18. 발전기;
    상기 발전기와 전기적으로 연결된 발전 회로;
    상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 구동 회로;
    상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 모터;
    상기 발전 회로와 전기적으로 연결된 제1 제어부; 및
    상기 구동 회로와 전기적으로 연결된 제2 제어부를 포함하고,
    상기 제1 제어부는 상기 발전 회로의 출력 전력에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하는 토크 지령을 상기 제2 제어부에 제공하고,
    상기 제2 제어부는 상기 토크 지령에 기초하여 상기 모터의 토크를 제한하도록 상기 구동 회로를 제어하는 전기 자전거의 구동 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
    상기 발전 회로의 출력 전력을 상기 모터의 회전 속도로 나눈 몫으로 상기 모터의 토크를 제한토크 지령을 상기 제2 제어부에 제공하는 전기 자전거의 구동 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
    상기 구동 회로에 인가되는 인가 전압이 목표 전압 이상인 것에 기초하여, 상기 모터의 토크를 증가시키는 토크 지령을 상기 제2 제어부에 제공하고
    상기 인가 전압이 목표 전압보다 작은 것에 기초하여, 상기 모터의 토크를 감소시키는 토크 지령을 상기 제2 제어부에 제공하는 전기 자전거의 구동 장치.

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