https://steemhunt.com/@xabi/ez-bike-convert-your-bike-into-an-e-bike-within-minutes
방금 스팀헌트에서 신박한 제품을 발견했다.
위 사진을 보자마자 알았다.
'이 발명자 대단한데!'
(그리고 얼굴엔 이유를 알 수 없는 웃음이... ㅋㅋ)
위 발명품은 다음과 같은 부분으로 이뤄져있다.
- 전동 드릴의 스위치를 키고 끌 수 있는 스위치가 자전거 핸들에서 철사로 연결되어있다.
- 스위치를 키면 무선 전동 드릴이 배터리의 에너지로 회전 운동을 만들어낸다.
- 회전 운동은 직각 기어를 통해 상단 작은 바퀴를 회전시킨다.
- 작은 바퀴는 자전거 뒷바퀴와의 마찰력을 통해 동력이 전달된다. (끝)
정말 깔끔하다. ㅋㅋ
이제 이 제품의 가격을 추산해보자.
이 제품은 크게 보면 전동 드릴 자체와 그 드릴에서 회전 운동을 바퀴로 전달하는 하드웨어로 나눠 생각할 수 있다.
이 중 하드웨어의 경우, 90도로 꺾이는 기어가 가격이 좀 있을 것 같은데, 그 외 지지대나 바퀴 등은 간단한 제품이므로 제작비와 노동력 포함 $50 정도 예상한다. 물론 대량 생산에 들어가면 $20에 근접한 가격까지도 가능 할 것 같다.
전동 드릴의 경우 집에 돌아다니는 남는 것을 이용한다고 생각하면 공짜라고 할 수도 있겠지만, 동력원으로써 안정적인 에너지를 뽑아내기 위해 최신 리튬 이온 배터리를 고용량으로 이용한다고 했을 때, 가격을 찾아보았다.
위 사진에 나온 드월트 기준으로
20V / 5.0Ah 배터리 2개 들이에 $159
20V / 1.3Ah 배터리 2개와 드릴과 충전기 세트가 $120
장거리(?) 주행을 위해 위 2가지 모두를 구입한다면 세금까지 약 $300 잡으면 되겠다.
(드월트는 약 고급형 브랜드이므로 저렴한 브랜드로 가면 $200에도 가능할 듯 하다)
이 가격이면 그냥 전기 자전거를 사는게...
다음으로 검증해야 할 부분은,
과연 전동 드릴의 힘이 자전거를 이동시킬 만큼 충분한가 이다.
먼저 위의 드월트 전동 드릴의 스펙을 찾아보니
A high-performance motor delivers 300 unit watts out (UWO) of power
High-speed transmission delivers 2 speeds (0-450 and 1500 RPM)
Unit-Watts-Out은 또 뭔가...
인터넷을 뒤져서 다음과 같은 공식을 발견했다. (출처)
Speed (RPM) x Torque (inch pounds) / 560 = Max Watts Out (estimated)
그러면 450RPM 기준으로 토크는 약 373.333 inch pound 이며, 단위를 환산하면 42.19 Nm (Newton meter)이다.
토크 Torque의 개념: 반지름 x 반지름에 수직한 힘
(토크가 최대인) 450RPM이면, 1분에 450바퀴 돈다는 얘기인데,
드릴 폭에서 자전거 바퀴 폭 비율을 1:25 정도로 가정하면,
자전거 바퀴가 1분에 18바퀴, 1초에 0.3바퀴 돈다.
보통 자전거 바퀴의 지름이 0.63m라고 하니 2*pi*r*0.3 공식을 적용하면 초속 약 0.6m/s. 시속으로 환산하면 2.1km/h 되겠다.
이거 걷는 것 보다 느린데...
토크를 손해보더라도 1500rpm 기준으로 환산하면 대략 7km/h 정도 되겠다. 그럼 이 때의 토크 12.66 Nm는 자전거를 굴리기에 충분한 힘인가...? 자전거 바퀴의 반지름을 0.315로 가정하면 힘은 약 40 Newton인데, F=ma 이므로 자전거와 사람의 무게를 합하여 80kg이라고 가정하면, 가속도 a=0.5 m/s^2
완전 평지이고 정지 마찰력을 고려하지 않는다면 (이미 움직이고 있다면) 이동에 도움을 줄 수 있으려나...
참고로 중력가속도가 0.5 m/s^2 가 되는 각도는 약 2.9도이다. (=asin(0.5/9.8))
3도 경사를 오를 수 있다... 하...
물론 위 계산에 큰 오차가 있을 수 있는데, 첫째로 드릴과 바퀴의 지름 비가 훨씬 클 수 있다는 것이다. 1:100만 되어도 450rpm 으로 시속 8km/h는 갈 수 있고, 그러면 경사도 약 7-8도까지는 가능할 것 같다. 두번째는 자전거 바퀴와 상단 작은 고무 바퀴의 마찰력이 동력을 전달할 만큼 충분하냐의 문제인데...
아무튼 오토바이 정도는 아니어도 주행에 살짝 도움되는 정도는 될 것 같다.
위 제품을 개선해보자면 당연히 바퀴의 구동축에 직접 모터를 다는 게 여러모로 좋을 것이다. 그 모터의 에너지원으로 드릴의 배터리를 꼽아 쓸 수 있으면 좋을듯. 드릴 뿐 아니라 요새는 더 큰 기계 (전기톱, 밀고 다니는 잔디깎이 기계)용으로 40V, 심지어는 80V 배터리도 사용되고 있으니, 그런 배터리를 바로 꼽아 쓸 수 있다면 주행 거리도 상당히 늘어날 전망이다. 물론 이렇게 했을 때의 단점이라면 개인이 손쉽게 자신의 기존 자전거를 전기 자전거로 바꾸기는 힘들 거라는 점이다. 이 점이 빠져버리면 위 제품의 가장 큰 장점이 없어져 버리는 것이니까.
아무튼 그래도 난 위 발명자에게 후한 점수를 주고 싶다.
내가 특히 인상적이었던 부분은 첫째로 전동 드릴을 이용했다는 것이고, 두번째는 작은 보조 바퀴를 이용하여 자전거 바퀴로 동력을 전달하는 아이디어이다. 자전거의 기본 구조를 뜯지 않고 동력을 전단한다는 게 쉬운 일이 아니라 생각하기 때문이다. 그리고 한가지 걱정되는 부분은 주행 도중 저 지지대의 고정 나사가 풀리면 과연 어떤 일이 벌어질까 하는 부분이다.