KR100447754B1 - 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템 - Google Patents

전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기모터로 차량을 구동하고 제동하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 휠장착부에 장착되는 전기모터와; 상기 전기모터의 축에 결합되어 입력되고 차량의 휠에 결합되어 감속되어 출력되는 유성기어열과; 상기 전기모터에 연결되어 차량을 구동시키는 구동회로와; 상기 전기모터에 연결되어 차량을 회생제동시키는 회생제동회로를; 포함하여, 회생에너지가 회수되며 종래 차량의 엔진, 변속기, 유압브레이크 부품이 불필요하게 되어 차량의 레이아웃이 용이해지는 작용효과가 있다.

Description

전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템{Electric driving and braking system for vehicles}
본 발명은 전기모터에 의하여 차량을 구동하고 제동하는 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 회생제동에 의하여 회생에너지가 회수되며 전기모터가 차량의 휠장착부에 장착되고 전기모터의 회전토크가 유성기어에 의하여 증가된 후에 휠에 전달되어 종래의 엔진, 변속기, 유압브레이크 등이 불필요하게 되며 이로 인하여 차량의 레이아웃(layout)이 용이해지는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템에 관한 것이다.
종래에 엔진에 의해 구동되는 차량은 엔진, 변속기 및 드라이브샤프트, 유압브레이크, 기타 엔진과 관련하여 연료공급장치, 흡기 및 배기장치, 냉각 및 윤활장치, 방진장치 등 수많은 부품이 소요되고 배기가스에 의해 대기를 오염시키는 많은 문제점을 발생시키고 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 현재 전기자동차, 수소자동차, 연료전지 또는 태양에너지를 이용한 차세대 자동차 등이 개발되고 있다.
종래의 전기자동차는 배터리를 통해 전기모터가 회전되고 변속기와 드라이브사프트를 통해 차량의 휠이 회전되어 구동되며 브레이크페달이 작동될 때 전기모터와 배터리의 연결이 차단되지만 자동차의 관성력에 의하여 전기모터는 계속 회전하게 되고 이때 유도되는 역기전력을 이용하여 회생제동된다. 그러나, 종래의 전기자동차에도 여전히 변속기와 드라이브사프트 등이 많은 부품이 소요되어 차량의 생산원가가 높고 부품조달 및 조립에 많은 시간이 소요되며 차량의 레이아웃이 곤란한 문제점이 있었다.
상기한 문제점 등을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 회생제동에 의하여 회생에너지가 회수되며 엔진, 변속기 및 드라이브사프트 등이 필요없는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전기모터의 회전토크가 유성기어열에 의하여 변환된 후에 휠로 전달되어 소용량의 전기모터로도 구동, 제동되는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 차량의 레이아웃이 용이한 차량 구동 및 제동 시스템을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 의한 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템의 개략도이다.
*도면의 주요기호에 대한 간략한 설명*
10...차량 구동 및 제동 시스템,
20...전기모터, 21...회전자, 22...고정자, 23...축, 24...하우징,
30...휠장착부, 31...휠,
40...구동회로, 41...회생제동회로, 42...충전회로,
50...유성기어열, 51...선기어, 52...유성기어. 53...링기어, 54...축.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 차량의 휠장착부에 장착되는 전기모터와; 상기 전기모터의 축에 결합되어 입력되고 차량의 휠에 결합되어 감속되어 출력되는 유성기어열과; 상기 전기모터에 연결되어 차량을 구동시키는 구동회로와; 상기 전기모터에 연결되어 차량을 회생제동시키는 회생제동회로를; 포함한다. 또한, 본 발명은 회생제동시 축전지를 충전하여 회생에너지를 회수하며 상기 전기모터는 차량의 전후좌우의 4륜에 각각 장착된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
도1에 도시되듯이, 본 발명에 의한 차량 구동 및 제동 시스템(10)은 전기모터(20), 휠장착부(30), 구동회로(40)와 회생제동회로(41), 유성기어열(50)로 이루어져, 가속페달 또는 변속레버 등을 통해 주행신호가 입력되면 상기 구동회로(40)를 통해 상기 전기모터(20)가 회전되고 상기 전기모터(20)의 회전토크는 유성기어열(50)에 의해 증가된 후에 이와 결합된 휠(31)에 전달되되어 차량이 구동된다. 한편 브레이크페달 등을 통해 정지, 감속신호가 입력되면 상기 구동회로(40)는 비활성화되고 상기 회생제동회로(41)는 활성화되고 상기 전기모터(20)는 발전기 형태로 작동되어 차량은 회생제동된다.
상기 전기모터(20)는 차량의 휠장착부(30)에 장착되며 상기 전기모터(20)의 회전속도는 유성기어열(50)에 의해 감속되고 최종적으로 차량의 휠(31)로 전달된다. 예를 들어 차량의 휠장착부(30)는 종래 차량의 너클이며 이러한 너클에 상기 전기모터(20)가 장착된다. 경우에 따라서는 상기 차량의 휠장착부(30)는 차량의 차체에 형성되고 여기에 상기 전기모터(20)가 장착될 수 있다. 이때 차량의 조향은 차량의 좌우에 설치된 상기 전기모터(20)의 속도 차이에 의해 행해진다. 상기 전기모터(20)는 차량의 전후좌우 휠에 각각 장착되어, 구동력이 향상되며, 제동력이 향상된다. 상기 전기모터(20)는 하우징(24) 내에 회전자(21)와 고정자(22)로 이루어지며, 회전자(21)는 예를 들어 영구자석으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 상기 전기모터(20)는 브러시와 커뮤테이터가 트랜지스터나 SCR 등으로 치환된 브러시리스 모터로 이루어져, 종래에 브러시와 커뮤테이터가 서로 마찰, 마모되고, 이러한 마모에 의하여 금속가루가 비산되어 전기적 장애가 발생되는 등의 문제가 해소되고 수명이 향상되어 차량의 유지가 용이해진다.
상기 유성기어열(50)은 상기 전기모터(20)의 축(23)을 통해 회전력이 입력되고 축(54)를 통해 회전력이 증가되어 휠(31)로 출력된다. 구체적으로 예를 들면 축(54)는 종래 차량의 허브와 결합되고 허브에 휠(31)이 장착된다. 상기 유성기어열(50)은 하우징(24)내에 위치되어 전기모터(20)와 일체로 제작되어 컴팩트하게 된다.
상기 유성기어열(50)은 다양한 형태로 감속되고 그 하나의 형태로 도1에 도시되어 있듯이 선기어(51)가 전기모터의 축(23)과 결합되어 회전되고 유성기어(52)는 선기어(51)와 맞물려 회전되고 최종적으로 링기어(53)는 유성기어(52)의 자전에 의해 회전되고 축(54)를 통해 전체적으로 회전속도가 감속되고 토크는 증대되어 출력된다. 이때 유성기어(52)를 연결하는 캐리어는 고정된다. 이러한 유성기어열(50)에 의하여 전기모터(20)의 부하가 줄어 들게 되고 소용량의 전기모터(20)로 차량이 구동 및 제동된다. 유성기어열(50)은 후술하는 구동회로(40)와 조합되어 휠(31)의 회전속도가 제어된다.
상기 휠장착부(30)는 위에서 설명하였듯이 종래의 차량 너클이거나 차량의 차체이고 상기 전기모터(20)가 장착된다.
상기 전기모터(20)는 전기적 구동회로(40)와 회생제동회로(41)에 의하여 작동된다. 운전자가 가속페달, 조향핸들, 변속레버와 브레이크페달 등을 통해 주행, 정지 또는 가감속신호가 입력되고 이러한 신호는 ECU(도시안됨)를 통해 상기 구동회로(40) 및 회생제동회로(41)에 입력된다. 상기 구동회로(40) 및 회생제동회로(41)의 출력이 상기 전기모터(20)에 입력되어 정회전, 역회전, 가감속 및 회생제동이 된다.
상기 구동회로(40)는 예를 들어 모터의 제어회로로 일반적으로 사용되는 인버터 운전방식의 회로로 이루어져, 전기모터(20)의 회전이 제어되고 이에 결합된 휠이 구동된다.
상기 회생제동회로(41)는 차량이 관성력에 의하여 주행되는 경우에 전기모터(20)에 유도되는 역기전력이 다시 인가되어 회생제동되거나 충전회로(42)를 통해 차량의 축전지(도시안됨)가 충전되어 회생제동된다. 상기 충전회로(42)는 차량의 축전지로 출력되며 상기 전기모터(20)에 유도된 역기전력이 충전 전압으로 조정된 후에 축전지를 충전하여, 회생에너지가 회수된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 회생제동에 의하여 회생에너지가 회수되며 엔진, 변속기 및 드라이브사프트 등이 필요없게 되는 작용효과가 있다. 또한 본 발명은 유성기어열에 의한 트크변환을 통해 적은 크기의 모터로 큰 토크를 발생시킬 수 있는 작용효과가 있다. 또한 본 발명은 전기모터가 차량의 휠장착부에 각각 장착되어, ECU를 통해 다양한 구동성능, 제동성능을 구현될 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 본 발명은 부품이 줄어들어 차량의 레이아웃이 용이해지는 작용효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량의 휠장착부에 장착되는 전기모터와;
    상기 전기모터의 축에 결합되어 입력되고 차량의 휠에 결합되어 감속되어 출력되는 유성기어열과;
    상기 전기모터에 연결되어 차량을 구동시키는 구동회로와;
    상기 전기모터에 연결되어 차량을 회생제동시키는 회생제동회로를; 포함하는 것을 특징으로 하는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유성기어열의 선기어가 상기 전기모터의 축과 결합되어 입력되고, 상기 유성기어열의 링기어가 상기 휠과 결합되어 출력되는 것을 특징으로 하는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유성기어열과 상기 전기모터는 일체로 제작되어 하나의 하우징에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 충전회로가 상기 회생제동회로에 연결되어 축전지를 충전시키는 것을 특징으로 하는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어, 상기 전기모터는 차량의 전후좌우의 4륜에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템.
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