KR100479341B1 - 전동스쿠터 및 그 구동 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동스쿠터 및 그 구동 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 뒤바퀴(7)에 회전력을 발생시키기 위해 뒤바퀴 회전축 양단에 구동모터전류감지센서(21)가 상호 연결된 구동용전류증폭기(20); 상기 구동용전류증폭기(20)와 상호 연결되는 동시에 주변에 가속페달(11)과 조향부(3), 바퀴속도감지센서(13) 및 속도계측기(14) 그리고 경사각감지센서(46)가 상호 연결 구비된 주제어용마이컴(10); 상기 주제어용마이컴(10)과 상호 연결되는 조향용전류증폭기(22)와 조향모터전류감지센서(23) 및 이 조향모터전류감지센서(23)와 상호 연결된 조향구동모터(24); 상기 주제어용마이컴(10)과 상호 연결되며, 방향등과 경음기 그리고 브레이크등이 상호 연결된 릴레이모듈(31)이 함께 연결되는 릴레이구동부(30); 상기 주제어용마이컴(10)에는 주행거리계(60)와 주행속도계(61) 및 충전계(62)가 상호 연결 구비되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 전동기를 브러쉬와 정류자가 없는 구조로 구비하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 하고, 제동감속시 자동적으로 배터리에 기계적인 출력을 배터리로 회수하는 에너지 회생장치를 구비하여 에너지 효율을 개선함은 물론 이로 인해 1회 충전으로 이동할 수 있는 거리를 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 마이컴에 의한 전력제어장치는 초기 출발상태와 노면의 불규칙한 상태에서의 주행성능을 향상시켜 탑승한 사용자에게 안락한 운행이 가능하도록 한 것이다.

Description

전동스쿠터 및 그 구동 제어방법{drive control method and electrical scooter}

본 발명은 전동스쿠터 및 그 구동 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동기를 브러쉬와 정류자가 없는 구조로 구비하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 하고, 제동감속시 자동적으로 배터리에 기계적인 출력을 배터리로 회수하는 에너지 회생장치를 구비하여 에너지 효율을 개선함은 물론 이로 인해 1회 충전으로 이동할 수 있는 거리를 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 마이컴에 의한 전력제어장치는 초기 출발상태와 노면의 불규칙한 상태에서의 주행성능을 향상시켜 탑승한 사용자에게 안락한 운행이 가능하도록 한 것이다.

주지하다시피 전동스쿠터는 배터리에 의해 모터를 구동하여 이동하는 소형의 이동수단으로 주로 레져용이나 농장에서 작업용으로 사용되며 군용으로도 개발되고 있다. 또한 상기 전동스쿠터는 필요에 따라 장애인 및 노약자가 이용하도록 한 것으로 간단하게 조작할 수 있도록 하여 누구나 쉽게 배울수 있고 안전하며 속도조절이 자유롭고 인체공학적으로 설계되어 편리하게 사용할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 전동스쿠터를 최근에는 쿼드(quad)(ATV:All Terrain Vehicle) 또는 4륜 모터 바이크라고도 불리우고 있는 것으로, 이는 어떤 지형이든 주행할 수 있는 3륜 또는 4륜의 전천후 모터사이클을 의미한다.

그러나 상기와 같은 전동스쿠터는 DC전동기를 사용함으로 다음과 같은 문제점이 발생되었다.

즉, DC전동기가 적용된 종래의 구동장치는 브러쉬와 정류자의 마모로 인하여 종종 유지보수가 필요하므로 반영구적인 승차용으로 사용할 수 없다는 문제점이 발생되었다.

또한 상기 종래의 기술은 토오크가 부족하고 전력효율이 나쁘기 때문에 화물적재 이동용으로 사용할 수 없다는 문제점도 발생되었다.

더 나아가서 종래의 기술은 초기 구동시 구동모터의 구동전류로 전동스쿠터의 급출발을 방지하기 위해 모터 공급전류의 일부를 저항으로 돌아오게 하여 전기에너지를 방출할 것이나, 에너지 효율이 나쁘므로 반드시 큰 용량의 베터리를 설치해야 하므로 차체의 중량이 무거워지는 문제점과 아울러 이로 인해 큰 토오크를 필요로 하여 승차용 또는 화물적재용으로 사용하기에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 전동기를 코아리스DC모터, 브러쉬리스DC모터, 스위치드릴럭턴스전동기와 같이 브러쉬와 정류자가 없는 구조로 구비하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 제동감속시 자동적으로 배터리에 기계적인 출력을 배터리로 회수하는 에너지 회생장치를 구비하여 에너지 효율을 개선함은 물론 이로 인해 1회 충전으로 이동할 수 있는 거리를 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 마이컴에 의한 전력제어장치는 초기 출발상태와 노면의 불규칙한 상태에서의 주행성능을 향상시켜 탑승한 사용자에게 안락한 운행이 가능하도록 한 것이고, 제4목적은 저가의 마이컴 제어부와 에너지 회생장치를 포함한 전력증폭기를 사용하여 경제적 유지비용을 절감할 수 있도록 한 것이며, 제5목적은 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 전동스쿠터 및 그 구동 제어방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 조향부가 마이컴과 연결된 상태에서 몸체의 후단에 동력전달부가 구비된 구동부가 구비되고, 상기 몸체의 중앙에는 배터리에 의해 모터를 구동하여 이동하는 4륜 전동스쿠터에 있어서, 뒤바퀴에 회전력을 발생시키기 위해 뒤바퀴 회전축 양단에 구동모터전류감지센서가 상호 연결된 구동용전류증폭기; 상기 구동용전류증폭기와 상호 연결되는 동시에 주변에 가속페달과 조향부, 바퀴속도감지센서 및 속도계측기 그리고 경사각감지센서가 상호 연결 구비된 주제어용마이컴; 상기 주제어용마이컴과 상호 연결되는 조향용전류증폭기와 조향모터전류감지센서 및 이 조향모터전류감지센서와 상호 연결된 조향구동모터; 상기 주제어용마이컴과 상호 연결되며, 방향등과 경음기 그리고 브레이크등이 상호 연결된 릴레이모듈이 함께 연결되는 릴레이구동부; 상기 주제어용마이컴에는 주행거리계와 주행속도계 및 충전계가 상호 연결 구비됨을 특징으로 하는 전동스쿠터를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 전동스쿠터 및 그 구동 제어방법은 도 1 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 전동스쿠터(1)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 구동력을 얻기 위하여 체인구동용모터(43) 또는 좌우측구동용모터(26)(27)와 동력전달부(5), 조향모터(24), 배터리(25), AC/DC컨버터(50), DC/DC컨버터(51), 4개의 바퀴(7), 몸체(2)로 구성하여 전기에너지를 기계적인 토크 출력으로 에너지를 변환하고 방향을 조향하기 위하여 조작핸들, 조향 구동모터와 조향용 전력증폭기로 구성된다.

그리고 주제어용 마이컴(10)은 가속페달(11)에 의하여 초기 기동시에 기동전류를 억제하여 급출발을 방지하고 속도명령과 센서를 통하여 감지된 속도출력의 속도오차를 계산하여 오차를 보상하며 이에 비례한 펄스폭 변조신호를 발생시켜 구동모터(43)에 전력을 제어함으로써 편안한 승차감을 제공과 동시에 에너지 효율을 개선한다. 특히 1회전 충전으로 주행거리를 극대화하기 위하여 제동시 에너지 회생 제어부(41)에서 구동모터(43)의 회전력을 배터리(25)에 전기에너지로 충전하는 에너지회생부(42)와 전기충전이 용이하도록 하기위하여 AC/DC 컨버터(50)와 자동차로부터 충전이 가능하도록 DC/DC 컨버터(51)인 충전기로 구성된다.

본 발명 구동부(4)의 기어장치와 동력전달부(5)는 단위 체적당 고토크를 발생시키는 장치로서 전동스쿠터(1)의 토크를 향상시키고 소형 배터리로도 승차 하중을 견인할 수 있고 아울러 주행로의 조건, 즉 평지 또는 등판로에 따라 적절한 변속을 실시하여 안전하고 안락한 주행이 되도록 구비되어 있다. 이때 상기 구동모터(43)로부터 발생된 동력은 1차 감속 상단 평기어와 하단 평기어, 2차 감속 상단 평기어와 하단 평기어를 통과하면서 감속되고 높은토크로 변환된 다음 바퀴회전체의 동력전달부(5)의 체인을 통하여 또는 모터의 회전축에 직접 연결을 통하여 바퀴(7)로 전달되도록 구성되어 있다.

또한 동력전달부(5)의 자동변속장치는 중립, 1단 및 2단 변속이 가능하며 정지시에는 중립상태이고 초기 출발시에는 1단으로 변속되고 가속시에는 자동적으로 2단 변속되어 동력이 바퀴에 전달한다.

본 발명은 이때 모터의 높은전류를 감지하여 도로의 조건에 따라 자동적으로 기어비를 변속하여 안락한 승차감과 에너지 효율을 개선할 수 있도록 구성된다.

상기 조향부(3)는 조작핸들에 의하여 운전방향을 결정하는 동력발생 결합체로써, 조향구동모터(24), 조향용전류증폭기(22), 조향장치지지대, 조인트레버, 체결 볼트와 너트로 구비되어 있다.

상기 조향부(3)는 조작핸들로부터 입력된 방향제어신호에 의하여 조향용전류증폭기(22)에서는 조향구동모터(24)에 전류를 공급하여 동력을 전달하게 된다. 여기서 조인트 레버는 조향구동모터(24)의 회전축과 바퀴 고정축과 일치하지 않은 상태에서 동력을 전달하기 위한 목적으로 적용된다.

또한 조향용전류증폭기(22)는 조향구동모터(24)의 정역 구동을 제어할 수 있으며 조향구동모터(24)의 회전각을 계산하여 조향각 범위를 벗어나면 자동적으로 전류공급을 차단하는 기능을 포함한다.

상기 바퀴(7)는 조향부(3)에서 입력된 조향신호에 의해 조향장치의 모터에 동력을 발생시켜 바퀴에 전달하기 위한 결합체로써, 바퀴지지대, 완충장치, 바퀴(7), 기계식 브레이크, 조향레버로 구성된다.

상기 조향부(3)에 바퀴 회전체가 연결되고 여기에 바퀴(7)가 또 다시 연결되어 방향을 전환하기 위한 동력을 전달하게 된다. 여기서 바퀴지지대는 바퀴(7)가 몸체(2)에 고정되어 있음으로써 바퀴(7)가 회전하더라도 몸체(2)와의 마찰을 감소시키는 역할을 한다.

또한 바퀴지지대는 바퀴(7)가 바퀴회전체에 고정된 상태에서 이탈되는 것을 방지하도록 구비되어 있다.

상기 자동변속장치는 배터리 1회 충전으로 이동하는 거리를 향상시키고 에너지 효율을 개선하기 위한 목적으로 안출된 것으로 구동모터(43)의 높은전류를 검출하여 경사로 또는 평지 주행을 전류센서로 검출하여 자동변속을 수행하는 장치로써, 동력전달벨트, 기어변속장치, 자화코일장치, 드럼, 패드와 바퀴속도감지센서(13)로 구성된다.

본 발명의 전력제어부는 도 2 에 도시된 바와 같이 전력제어를 위하여 가속페달(11), 주제어용마이컴(10), 구동용전류증폭기(20), 좌·우측바퀴모터(26)(27), 구동모터전류감지센서(21)로 구성되고, 상기 몸체(2)의 조향제어를 위하여 조향부(3), 주제어용마이컴(10), 조향용전류증폭기(22), 조향구동모터(24), 조향모터전류감지센서(23)로 구비되어 있으며, 조작판넬의 스위치 조작에 의하여 방향등(32), 경음기(33)와 브레이크등(34)을 제어하기 위하여 주제어용마이컴(10), 릴레이구동부(30)와 릴레이모듈(31)로 구성된다.

또한 주행속도감지를 위한 바퀴속도감지센서(13), 속도계측기(14)와 주행거리를 표시하는 주행거리계(60), 충전량을 표시하는 충전계(62)와 경사각을 감지하는 경사각 감지센서(46)로 구성된다.

상기 가속페달(11)은 초기 기동시 기동전류 저항을 통해 에너지를 소비하는 문제와 가속페달(11)에 의하여 정속도 제어가 되도록 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조)전류제어를 구현하는 구동용전류증폭기(20)에 의하여 구동모터(43)가 구동된다. 또한 구동모터전류감지센서(21)는 높은전류를 검출하여 급격한 부하상승에 의한 과전류로 하여 구동모터(43)가 손상되는 것을 방지하며 전류제어 시 전류를 계측하여 주제어용마이컴(10)과 AC/DC 컨버터(50)에 입력되어 승차감이 향상된 토크 전류가 발생되도록 전류를 제어하게 된다.

또한 보다 완벽한 안정된 기능을 제공하기 위해 좌회전 또는 우회전 주행시 조향부(3)에 의하여 조향제어가 되도록 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 제어를 구현하는 구동용전류증폭기(20)에 의하여 조향구동모터(24)가 구동된다. 또한 조향모터전류감지센서(23)는 상전류를 검출하여 급격한 부하상승에 의한 과전류로 조향구동모터(24)가 손상되는 것을 방지하며 전류제어 시 게측된 전류는 주제어용마이컴(10) AC/DC 컨버터(50)에 입력되어 무거운 화물하중에 의하여 핸들이 무거운 조건에서도 손쉽게 동작될 수 있도록 조향구동모터(24)를 구동제어하게 된다.

또한 상기 조향부(3)에 의하여 방향등(32)이 자동으로 동작되도록 하기 위하여 주제어용마이컴(10)에서 점등신호를 출력하여 릴레이구동부(30)와 릴레이 모듈(31)을 동작시킨다.

그리고 본 발명에 적용된 전동스쿠터(1)가 후진할 경우, 경음기(33)의 조작스위치를 누른 경우와 배터리(25)가 방전된 경우에는 경음기(33)가 작동되도록 함으로써 사용자의 안전과 편리성을 보장할 수 있는 기능을 갖는다.

또한 본 발명 전동스쿠터(1)가 굴곡이 심한 경사로에서 운행중에 차량이 전복하는 사고와 커브길에서 과속으로 전동스쿠터(1)가 전복되는 사고를 예방하기 위하여 경사각감지센서(46)에서 스쿠터의 경사각을 감지하여 주제어용마이컴(10)에 입력하여 자동적으로 안정된 속도로 운전속도로 조정되는 기능을 수행한다.

그리고 운용자의 편의를 도모하기 위하여 주행거리계(60), 주행속도계(61)와 충전계(62)를 구비한다.

본 발명의 제어반 구성은 도 3 에 도시된 바와 같이 노면의 조건에 따라 좌·우측바퀴구동모터(26)(27)에 유입되는 속도편차로 인하여 승차감이 나쁘게 차체가 흔들거리는 문제점을 해결하기 위한 수단으로써 속도명령을 입력하기 위한 가속페달(11)과 속도인터페이스(40)로 구성되고 구동모터(43)의 속도를 검출하기 위한 속도센서(44)와 속도계측기(45)로 구성되어 주제어용마이컴(10)의 AC/DC 컨버터(50)에 입력된다. 이때 주제어용마이컴(10) 내부에서는 속도오차를 보상하기 위하여 PID(Proportional Integral Derivative, 비례적분미분기) 속도를 보상된 신호를 전술한 구동용전류증폭기(20)로 출력하고 구동모터전류감지센서(21)에 의하여 검출된 높은전류와 비교하여 속도명령에 추종하는 전류보상제어를 구현하여 구동모터(43)가 안정된 속도로 동작되도록 한다.

따라서 초기 출발시 구동모터(43)의 기동토크에 의하여 몸체(2)가 흔들림 없이 부드럽게 출발할 수 있으며 노면조건에 의하여 발생한 좌우바퀴의 속도편차로 인하여 차체가 승차감이 나쁠 정도로 흔들리는 기존의 전동차량의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

그리고 1회 충전으로 이동할 수 있는 주행거리를 개선하기 위해서는 무엇보다도 제동 시 일반적으로 기계적인 제동장치에 의하여 열로 에너지를 발산하는 기존 방식의 문제점을 개선하기 위하여 브레이크레버 조작 시에 자동적으로 구동용전류증폭기(20)는 구동모터(43)에 공급되는 전류를 차단하고 제동시 발전기 상태로 동작하는 구동모터(43)의 발생 전류를 에너지회생제어기(41)의 제어신호에 의하여 자동적으로 에너지회생부(42)가 동작되어 발전전류를 배터리(25)로 충전하는 기능, 즉 회생제동 기능을 수행한다.

따라서 에너지회생부(42)에 의하여 배터리(25) 충전에 의하여 이동할 수 있는 주행거리를 향상시키고 회생제동에 의하여 에너지 효율을 개선할 수 있게 된다.

부가적으로 본 발명의 전동스쿠터(1)가 굴곡이 심한 경사로에서 운행중에 차량이 전복하는 사고와 커브길에서 과속으로 전동스쿠터(1)가 전복되는 사고를 예방하기 위하여 경사각 감지센서(46)에서 전동스쿠터(1)의 경사각도를 감지하여 주제어용마이컴(10)과 AC/DC 컨버터(50)에 입력되어 피드백 속도제어루프를 구성하여 PID 속도보상제어를 함으로써 기존 전동스쿠터(1)의 전복사고 문제를 예방할 수 있게 된다.

따라서 운용자가 전복사고의 위험이 없이 커브길에서 운전을 수행할 수 잇고 굴곡이 심한 길에서 작업중에 점복되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

본 발명의 AC와 DC 공용 충전기는 도 4 에 도시된 바와 같이 배터리(25)에 충전을 용이하도록 하기 위하여 AC 전원이 공급되는 곳이나 자동차가 있는 어느 장소에서 충전이 가능하도록 하기 위하여 AC/DC 컨버터(50), DC/DC 컨버터(51), 배터리(25)와 충전계(62)로 구성된다.

상기 충전계(62)는 AC 전원과 DC 전원을 공동으로 사용하여 배터리(25)를 충전할 수 있는 장치로써 선택 스위치에 의하여 A, B 접점이 각기 동작하여 선택적으로 충전용 공급전원에 따라 배터리(25)를 충전할 수 있도록 구성된다.

추가적으로 전원 레귤레이터(REGULATOR)(52)을 이용하여 +24V DC 배터리를 주제어용마이컴(10)에 필요로 하는 +5V DC, +12V DC를 공급되도록 구비되어 있다.

본 발명의 전력제어 구동회로는 도 5 에 도시된 바와 같이 구동모터(43)와 조향모터(24)를 구동과 에너지를 회생하기 위한 기능으로 구동모터(43)는 코아리스 DC모터, 브러쉬리스 DC모터, 스위치드릴럭턴스 모터의 종류에 따라 전력증폭기와 인버터로 구성될 수 있다. 모터에 전력을 공급할 시에는 전력스위치 소자(Q3)를 연결시키고, 제동시에는 에너지를 회생시키는 방법으로는 구동용전류증폭기(20)는 구동모터(43)에 공급되는 전류를 차단하기 위하여 전력스위칭 소자(Q3)를 단락시키고 제동시 발전기 상태로 동작하는 구동모터(43)의 발생 전류를 전력스위칭 소자(Q4)를 연결시켜 발전전류를 배터리(25)로 충전하는 기능, 즉 회생제동 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 주제어용마이컴(10)의 제어 흐름은 조향부(3)와 가속페달(11)에 따라 각각 구동모터(43)가 정속도로 제어와 조향핸들이 위치제어가 수행될 수 있도록 하고 또한 후진, 과속과 경사각이 크게 발생하여 전복의 위험이 발생 시에는 자동으로 경보음이 발생되는 편의기능과 방향을 전환할 경우에는 방향등을 자동적으로 점등시켜 사용자를 주변환경으로부터 안전하게 주행할 수 있는 기능을 제공한다.

이러한 기능을 제공하는 주제어용마이컴(10)에 내장된 프로그램은 도 6 에 도시된 바와 같이 전원이 공급됨과 동시에 프로그램이 시작되면서 시스템 초기화(100)를 실시한다.

다음으로 가속페달(11)에 의하여 전동스쿠터(1)의 속도를 제어하기 위한 방법으로 속도명령입력(101)과 구동모터(43)의 속도센서를 입력(102)하고 경사각센서입력(103)으로부터 경사각을 입력하여 속도오차를 계산(104)한 다음, PID속도제어기(105)로 보상한 후, 보상신호와 비례한 속도PWM주기결정을 발생(106)시킨다.

또한 전동스쿠터(1)의 방향을 제어하기 위해 조향구동모터(24)를 구동제어하는 프로그램으로써, 조향핸들의 방향을 입력(107)하여 위치오차를 계산(108)한 후, PID위치제어기(109)로 보상하고 신호와 비례한 펄스폭 변조 위치신호를 발생(110)시킨다. 그리고 구동용전류증폭기(20)와 조향용전류증폭기(22)에서 이에 해당하는 IGBT(insulated gate bipolar triansistor, 전력스위칭소자)를 통전시켜 구동모터(43)와 조향구동모터(24)를 제어하게 되는데(110)(117). 조작핸들의 위치에 따라 전진명령(111), 후진명령(112), 좌회전(113), 우회전(114), 중립(115)에 있는지를 검색하여 해당하는 IGBT모듈로 통전시킨다.

또한 추가적으로 후진시 방향등(32)을 주기적으로 점, 소등하게 되고, 좌회전시와 우회전시에는 각기 좌측 또는 우측 방향등(32)을 점등시키며 중립상태에서 기계식 브레이크와 브레이크 램프를 작동 시킴으로써 바퀴(7)가 회전되는 것을 방지하고 전동스쿠터(1)가 정지한 상태를 경고하게 된다.

다음으로 사용자에게 편의를 제공하기 위해 주행거리 및 속도계산(118)을 수행한 다음 조작판넬로 신호를 전송한 후 전동스쿠터(1)의 구성하는 여러 장치의 이상유무를 점검하여 자가진단신호(119)를 발생시킨다.

그리고 가속페달(11)의 신호가 입력되었는지 비교하여(120) 신호입력 시에는 속도명령 입력(101)으로 점프하고 조작핸들의 신호가 입력되었는지 비교하여(121) 속도명령 입력(101)으로 점프하도록 하고 만약 중립상태에서는 프로그램을 정지하게 된다.

본발명의 전력제어부는 도 7 에 도시된 바와 같이 가속페달(11)에 의한 속도제어, 조향부(3)에 의한 방향제어를 실시한다. 또한 위험상황 시와 후진 시 자동으로 경음기(33)의 경보음을 발생하고 주행거리, 주행속도를 표시판넬로 출력하는 기능을 수행한다. 이때 전원이 공급되면 조향부(3)의 아날로그 출력신호는 비교기(U2)에 입력되어 디지털값으로 변환되어 출력되고 이와 함께 가속페달(191)의 아날로그 출력신호는 비교기(U3)에 입력되어 디지털값으로 변환되어 출력된다.

즉 비교기(U2)(U3)에서 신호로 변환된 종축과 종축의 위치각, 즉 방향제어 신호는 주제어용마이컴(10)에 입력된다.

다음으로 좌측바퀴의 속도센서신호와 우측바퀴의 속도센서신호는 펄스신호 형태로 센서인터페이스용 마이컴(U4)에 입력되어 속도신호로 출력하고 버퍼(U5)를 통하여 주제어용 마이컴(U1)으로 출력한다.

이와 동시에 경사각감지센서(46) 신호는 속도센서와 동일한 방법으로 센서인터페이스용 마이컴(U4)에 입력되어 2진 경사각도 신호로 출력하고 버퍼(U5)를 통과하여 마이컴(U1)으로 출력한다.

주제어용마이컴(10)에서는 운용프로그램에 의하여 속도오차를 계산하여 PID 속도보상 신호를 출력한다. 이때 출력된 신호는 과부하 또는 모터의 급속 제동으로 인하여 주제어용마이컴(10)을 보호하기 위하여 적용된 좌측 모터 구동용 포토커플러(U7)와 우측 모터 구동용 포토커플러(U8)에 입력된다. 이 신호는 구동용전력증폭기(20)의 스위칭 전력소자의 연결과 PWM 주기를 결정하여 출력하게 되며 전동스쿠터(1)의 진행방향과 속도를 결정하게 된다. 그리고 이와 함께 조작핸들에 의한 비교기(U2) 출력값을 포토커플러(U9)를 통과하여 좌회전과 우회전의 램프를 점등, 소등시키게 된다. 또한 조작핸들에 의하여 좌측모터와 우측모타에 출력되는 PWM 신호는 모터 속도를 결정하므로 이에 비례하는 속도신호를 LED에 각기 출력하여 운용자의 편의를 제공한다.

다음으로 경사각감지센서(46)가 경사각 기준값보다 크게 몸체(2)가 치우쳐 있어서 전복의 위험이 발생할 경우와 경음기 조작 스위치를 동작시킨 경우에 경음기(33)는 동작하게 된다.

또한 센서인터페이스 마이컴(U4)은 펄스신호의 주기를 계산하여 주행속도를 계산하여 속도표시계(U10)에 출력하고 같은 방법으로 펄스신호수를 카운트하여 주행거리 산출하여 주행표시계(U15)에 출력한다. 여기서 세그먼트를 구동하기 위하여 버퍼(U13)와 세그먼트 구동 IC(U12,U14)를 각기 적용한다.

상기 본 발명의 전동스쿠터(1)의 전력제어는 도 5 와 같이 주행방향에 따라 주제어용마이컴(10)으로부터 전력증폭기 스위칭 전력소자의 게이트 입력단자에 방향제어신호가 입력되고 따라서 스위칭 전력소자를 턴온시켜서 주행방향이 결정되며 PWM 신호에 의하여 주행속도가 결정된다.

이때 전진과 후진주행을 결정하는 방법으로는 도 5 의 좌측 구동모터(M1)와 우측 구동모터(M2)에 상전류가 정역으로 공급될 수 있도록 전력증폭기의 스위칭 전력소자를 각기 통전 시킨다.

추가적으로 턴 ON 또는 OFF시 전류 변화에 의한 스위칭전력소자를 보호하기 위하여 스너버(SNUBBER) 회로(D3)(R1)(C1)를 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 제동시 에너지를 회생시는 방법으로 제동시 또는 감속시 주제어용마이컴(10)에서 감속 제동시 모터가 발전기 모드로 변환하여 발생되는 전기에너지를 배터리로 회수하기 위하여 스위칭 전력소자(Q3)를 차단하고 스위칭 전력소자(Q4)를 통전하여 브레이크 저항으로 에너지 손실을 막고 배터리(25)로 에너지를 회수한다.

따라서 속도제어, 방향제어와 에너지 회생을 실시하게 되며 운용자에게 안정된 승차감을 제공하게 된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 전동기를 코아리스DC모터, 브러쉬리스DC모터, 스위치드릴럭턴스전동기와 같이 브러쉬와 정류자가 없는 구조로 구비하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 것이고, 제동감속시 자동적으로 배터리에 기계적인 출력을 배터리로 회수하는 에너지 회생장치를 구비하여 에너지 효율을 개선함은 물론 이로 인해 1회 충전으로 이동할 수 있는 거리를 향상시킬 수 있도록 한 것이며, 마이컴에 의한 전력제어장치는 초기 출발상태와 노면의 불규칙한 상태에서의 주행성능을 향상시켜 탑승한 사용자에게 안락한 운행이 가능하도록 한 것이고, 저가의 마이컴 제어부와 에너지 회생장치를 포함한 전력증폭기를 사용하여 경제적 유지비용을 절감할 수 있도록 한 것이며 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 매유 유용한 발명인 것이다.

도 1 은 본 발명에 적용된 전동스쿠터를 나타낸 사시도.

도 2 는 본 발명의 전력제어부를 나타낸 구성도.

도 3 은 본 발명의 속도제어와 에너지회생부를 나타낸 구성도.

도 4 는 본 발명의 공용 충전기를 나타낸 구성도.

도 5 는 본 발명의 전력제어 구동회로도.

도 6 은 본 발명의 전력제어의 운영 흐름도.

도 7 은 본 발명 전력의 구동제어에 사용된 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 전동스쿠터 10: 주제어용마이컴

11: 가속페달 13: 바퀴속도감지센서

20: 구동용전류증폭기 21: 구동모터전류감지센서

22: 조향용전류증폭기 23: 조향모터전류감지센서

24: 조향구동모터 30: 릴레이구동부

40: 속도인터페이스 41: 에너지회생제어기

50: AC/DC컨버터 60: 주행거리계

Claims (9)

1. 조향부(3)가 마이컴과 연결된 상태에서 몸체(2)의 후단에 동력전달부(5)가 구비된 구동부(4)가 구비되고, 상기 몸체(2)의 중앙에는 배터리(25)에 의해 모터(26)927)를 구동하여 이동하는 4륜 전동스쿠터(1)에 있어서,

   뒤바퀴(7)에 회전력을 발생시키기 위해 뒤바퀴 회전축 양단에 구동모터전류감지센서(21)가 상호 연결된 구동용전류증폭기(20);

   상기 구동용전류증폭기(20)와 상호 연결되는 동시에 주변에 가속페달(11)과 조향부(3), 바퀴속도감지센서(13) 및 속도계측기(14) 그리고 경사각감지센서(46)가 상호 연결 구비된 주제어용마이컴(10);

   상기 주제어용마이컴(10)과 상호 연결되는 조향용전류증폭기(22)와 조향모터전류감지센서(23) 및 이 조향모터전류감지센서(23)와 상호 연결된 조향구동모터(24);가 상호 연결 구비됨을 특징으로 하는 전동스쿠터.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 가속페달(11)과 주제어용마이컴(10)의 사이에 연결 구비되는 속도인터페이스(40);

   상기 구동용전류증폭기(20)와 상호 연결 구비되는 에너지회생부(42)와 에너지회생제어기(41);

   상기 주제어용마이컴(10)과 에너지회생부(42)의 사이에 상호 연결 구비되는 속도계측기(45)와 속도센서(44)가 구비됨을 특징으로 하는 전동스쿠터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 전동스쿠터의 구동방법에 있어서,

   전동스쿠터(1)가 굴곡이 심한 경사로에서 운행중에 차량이 전복하는 사고와 커브길에서 과속으로 전동스쿠터(1)가 전복되는 사고를 예방하기 위하여 경사각 감지센서(46)에서 전동스쿠터(1)의 경사각도를 감지하여 주제어용마이컴(10)에 A/D컨버터(50)에 입력되어 피드백 속도제어루프를 구성하여 PID속도보상제어 함을 특징으로 하는 전동스쿠터의 구동 제어방법.
9. 전동스쿠터의 구동방법에 있어서,

   전동스쿠터(1)를 전력증폭기 회로로 제어하기 위해, 주행방향에 따라 주제어용마이컴(10)으로부터 전력증폭기 스위칭 전력소자의 게이트 입력단자에 방향제어신호가 입력되고 따라서 스위치 전력소자를 턴온시켜서 주행방향이 결정되며 PWM(펄스폭변조) 신호에 의하여 주행속도를 결정하며,

   전진주행을 결정하는 방법으로, 좌측구동모터(M1)와 우측구동모터(M2)로 전기를 공급시키기 위해 스위칭전력소자를 통전시키고,

   후진주행을 결정하는 방법으로, 전진주행과 같은 방법으로 결정되며 좌측과 우측모터를 역전시키기 위하여 스위칭소자를 통전시키며,

   스너버회로(D3)(R1)(C1)에 의하여 추가적으로 턴 ON 및 OFF시 전류변화에 의한 스위칭전력소자를 보호하도록 함을 특징으로 하는 전동스쿠터의 구동 제어방법.