KR100573026B1 - 전자식 무단자동변속기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무단자동변속기에 관한 것으로, 상세하게는 전자기력을 이용한 비접촉형태로써 주기적 보수가 필요없고 회전력전달효율이 높으며 급격한 가속도변화(Jerk)로 인한 승차감저하를 개선할 수 있는 전자식 무단자동변속기의 제어방법에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진에서 발생된 회전력을 일상의 전자기력을 이용하여 바퀴축에 회전력을 전달시키는 토크컨버터 구동단계와; 상기 토크컨버터구동단계에서 전달된 회전력을 증폭 할 수 있도록 전자기력을 인가하여 전기에너지를 기계에너지로 변환시키기 위한 고정자에 소정의 권선비로 권선된 코일에 자속을 발생시킴에 따라서 회전력을 증감하도록 하는 토크부스터 구동단계와; 상기 토크부스터단계이후, 운전속도가 일정속도 이상이 되면 상기 토크부스터를 오프시키고 엔진토크만으로 속도변속하는 엔진토크변속단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

CVT, 전자식 무단자동변속기

Description

전자식 무단자동변속기의 제어방법{Continuously speed-torque control method of automatic electric magnetic tranamission}

도 1은 종래의 무단자동변속기를 나타낸 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기를 나타낸 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기의 단면도,

도 4는 토크부스터를 나타낸 사시도,

도 5는 스윗칭회로를 나타낸 회로도,

도 6은 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기의 제어방법을 나타낸 순서도,

도 7은 토크부스터의 운전곡선을 나타낸 그래프,

도 8은 스윗칭회로의 제어파형을 나타낸 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 엔진 20 : 제너레이터

21 : 엔진축 22 : 베어링

23 : 계자 24 : 전기자

30 : 토크컨버터 31 : 엔진동력전달수단

32 : 제 1 회전자 33 : 회전요크

34 : 제 1 토크전달수단 40 : 토크부스터

41 : 고정자 42 : 제 2 회전자

43 : 제 2 토크전달수단 44 : 스윗칭회로

50 : 감속기어 60 : 바퀴

70 : 변속제어유닛 71 : 제 1 와이어커넥터

72 : 제 2 와이어커넥터 80 : 휠샤프트

90 : 프레임 91 : 제 1 격벽

92 : 제 2 격벽

본 발명은 무단자동변속기에 관한 것으로, 상세하게는 전자기력을 이용한 비접촉형태로써 주기적 보수가 필요없고 회전력전달효율이 높으며 급격한 가속도변화(Jerk)로 인한 승차감저하를 개선할 수 있는 전자식 무단자동변속기에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을 갖고 있는데, 이러한 변속장치에는 운전자의 의지대로 운전자가 직접변속단을 선택하는 수동변속장치와, 차량의 주행조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동변속장치와, 각 변속단사이에 특정한 변속영역이 없이 무단으로 연속적인 변속이 이루어지는 무단변속장치로 대별된다.

이중 무단변속장치는 토크컨버터와 무단변속수단 또는 무단변속수단과 차동 장치 사이등에 유성기어셋트를 이용한 전, 후진 제어수단이 배치되어 전진 및 후진을 제어할 수 있게 된다.

이와 같은 종래의 무단변속기를 이용한 하이브리드시스템은 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1은 종래의 하이브리드 무단변속시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 엔진(1)의 동력을 가변하여 출력하는 토크컨버터(2) 및 무단변속기(3)가 설치되며, 상기 무단변속기(3)에서 출력되는 구동력은 바퀴(4)를 회전하게 된다. 상기 엔진(1)과 무단변속기(3) 사이에는 모터(5)가 설치되어 가속시 구동력을 제공하고 감속시 차량의 운동에너지를 전기에너지로 전환하게된다. 여기서 상기 엔진(1)을 스타팅하기 위하여 스타팅 모터(6)가 더 구비된다.

상기와 같이 구성된 자동차의 하이브리드 무단변속기는 엔진(1)의 구동력을 토크컨버터(2)가 받아서 회전력을 가변하게 되며, 상기 토크컨버터(2)의 구동력은 무단변속기(3)에 입력되어 회전수가 가변되어 바퀴(4)를 구동시킨다.

이때 엔진(1)의 최적운전점을 위하여 무단변속기(3)가 제어되며, 제어되는 무단변속기(3)는 통상 유압밸브에 의한 유압 에너지전달방식에 의해 변속되며, 가속 및 감속시에는 구동모터(5)가 사용된다. 아울러 스타팅모터(6)는 엔진(1)을 시동하게 되며, 엔진(1)이 시동된 뒤에는 배터리(7)에 전기를 공급하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 무단변속기는 상술한 바와 같은 유압자동변속기 또는 벨트이용 무단변속기로 전자는 유압을 이용하여 다단으로 변속시에 가속도의 변화가 있고 회전력전달효율이 낮아 연료소비가 크고, 후자는 벨트기계식으로 전달 회전력을 크게 할 수 없어 초소형승용차에 사용이 국한 될 뿐만아니라 크기 및 작 동소음이 크다는 문제점이 있다.

따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은 하이브리드형 변속기술로써, 유압에 의한 에너지전달방식을 비접촉전자방식으로 대치함으로써 주기적 보수가 없고 회전력전달효율이 높으며, 또한 유압자동변속기에서 발생하는 덜컹거리는(Jerk)현상도 전자기력을 제어하여 차량의 승차감을 개선시킬 수 있는 전자식 무단자동변속기의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진에서 발생된 회전력을 일상의 전자기력을 이용하여 바퀴축에 회전력을 전달시키는 토크컨버터 구동단계와; 상기 토크컨버터구동단계에서 전달된 회전력을 증폭 할 수 있도록 전자기력을 인가하여 전기에너지를 기계에너지로 변환시키기 위한 고정자에 소정의 권선비로 권선된 코일에 자속을 발생시킴에 따라서 회전력을 증감하도록 하는 토크부스터 구동단계와; 상기 토크부스터단계이후, 운전속도가 일정속도 이상이 되면 상기 토크부스터를 오프시키고 엔진토크만으로 속도변속하는 엔진토크변속단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 토크부스터구동단계는 상기 토크컨버터에서 발생된 토크에 의해 현재속도를 감지하여 차량의 속도가 일정속도 이하인지를 판단하는 단계와; 상기 속도판단단계에서 현재속도가 일정속도 이하이면 토크부스터를 온하는 단계와; 상기 토크부스터 온단계에서 상기 토크부스터의 스윗칭회로에 구성된 스윗칭소자를 온/오프하므로써 인덕턴스의 변환주기에 따라 상기 토크부스터의 고정자에 권선된 코일에 소정의 전원을 인가하므로써 기전력 및 역기전역을 발생시키는 단계와; 상기 스윗칭온단계에서 상기 토크부스터의 스윗칭소자를 제어하여 인덕턴스의 정극성(+)의 범위내에서 토크를 발생시키도록 상기 토크부스터의 회전자와 고정자의 점호각과 도전각을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크부스터의 스윗칭회로는 소정의 전원이 인가되는 입력단과; 상기 토크부스터의 고정자에 권선되는 코일과; 상기 입력단의 정(+)의 전원이 인가되는 입력라인에 제 1 전극이 연결되고, 제 2 전극은 소정의 제어신호를 출력하는 변속제어유닛에 연결되고, 제 3 전극은 상기 코일의 일측에 연결되는 제 1 스윗칭소자와; 제 1 전극이 정(+)의 전원이 인가되는 입력라인에 연결되고, 제 2 전극이 상기 코일의 타측에 연결되는 제 1 다이오드와; 상기 코일의 타측에 제 1 전극이 연결되고, 제 2 전극은 상기 변속제어유닛에 연결되고, 제 3 전극은 부(-)의 전원이 인가되는 입력라인에 연결되는 제 2 스윗칭소자와; 제 1 전극이 상기 코일의 일측과 상기 제 1 스윗칭소자의 제 3 전극사이에 연결되고, 제 2 전극이 상기 부(-) 입력라인에 연결되는 제 2 다이오드를 포함하되, 상기 토크부스터의 스윗칭회로의 구동단계는 상기 코일의 인덕턴스가 증가되는 일정범위내에서 상기 제 1 스윗칭소자가 온되고, 상기 일정범위내에서 상기 제 2 스윗칭소자를 주기적으로 온오프스윗칭하므로써 상기 제 2 스윗칭소자의 온구간동안에는 상기 제 1 다이오드가 오프됨에 따라 상기 코일에서 발생되는 기전력을 상승시키고, 상기 제 2 스윗칭소자의 오프구간에는 상기 제 1 다이오드가 온됨에 따라 상기 코일에 발생되는 기전력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인덕턴스가 상승되는 정(+) 범위의 일정시점부터 인덕턴스가 일정하게 유지되는 소정의 시점을 포함하는 구간에서 상기 제 1 및 제 2 스윗칭소자를 오프시키고, 상기 제 1 및 제 2 다이오드를 온시키므로 상기 코일에 발생되는 기전력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기를 나타낸 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기를 나타낸 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 엔진(10)은 구동력을 발생시키고, 제너레이터(20)는 전자기력을 발생시키고, 토크컨버터(30)는 토크를 발생시키고, 토크부스터(40)는 발생된 토크를 증폭하고, 감속기어(50)는 일정비율의 변속비를 갖고 토크를 증감시키고, 변속제어유닛(70)은 각 구성요소를 제어한다.

변속제어유닛(70)은 사용자가 시동키를 이용하여 시동신호를 발생시키면 엔진(10)에 구동신호를 인가하여 엔진(10)을 구동시킨다. 따라서 엔진(10)은 소정의 구동력을 발생하여 엔진축(21)을 회전시킨다. 또한 상기 변속제어유닛(70)은 자체에 포함된 브릿지정류기(도시되지 않음)와 DC-DC컨버터(도시되지 않음)를 통해 소정의 직류전원을 제너레이터(20)에 인가한다. 그러므로 상기 제너레이터(20)는 소정의 직류전력을 발생시켜 이를 토크컨버터(30)에 인가하고, 토크컨버터(30)에서는 인가되는 직류전원에 의해 토크를 발생시켜 엔진(10)의 회전력 또는 제동력을 토크부스터(40)에 전달한다.

그리고 상기 변속제어유닛(70)은 상기 토크컨버터(30)에서 발생된 토크를 증폭시키기 위해서 토크부스터(40)에 소정의 전기적인 신호를 인가하면, 상기 토크부스터(40)는 인가된 전기적인 신호에 의해 회전형 자속을 발생시켜 상기 토크컨버터(30)에서 전달되는 토크를 증폭시킨다.

또한 감속기어(50)는 소정의 비율로 변속되어 상기 토크부스터(40)에서 증폭된 토크를 다시 증폭시킨다. 즉, 토크부스터(40)에서 2배의 토크로 증폭시킨다면 상기 감속기어(50)는 이를 다시 4배의 토크로 증폭함에 따라 기어의 변속없이 차량속도가 증가시킨다. 여기서 상기 감속기어(50)는 일반적인 유성기어셋트 혹은 기타의 기어장치가 구성되어 그 구성 및 동작이 종래와 동일하여 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 변속제어유닛(70)은 상기 엔진(10)의 회전수와 토크부스터(40)에서 증폭되는 토크를 감지하여 자동변속기의 특성곡선에 맞도록 토크컨버터(30)와 토크부스터(40)를 제어한다. 즉, 상기 변속제어유닛(70)은 상기 엔진(10)의 회전수와 토크부스터(40)의 토크를 감지하여, 예를들면 엔진(10)의 회전수가 일정속도를 갖고 회전되면, 상기 엔진(10)의 회전수에 따라서 토크컨버터(40)에 인가되는 전류의 세기를 제어하고, 아울러 상기 토크부스터(40)에 인가되는 전류의 세기와 고정자(41) 및 회전자(42)의 점호각 및 및 도전각을 제어하므로써 상기 엔진(10)의 회전수에 대응되는 토크가 발생되도록 제어한다.

여기서 바람직하게는 상기 감속기어(50) 대신 상기 토크부스터(40)를 재구성하여 회전형 자속을 이용한 전자기력을 발생시켜 토크를 증폭시킴도 본 발명의 요지에 해당된다.

즉, 본 발명은 전자기력을 이용하여 토크를 증폭 또는 감속시켜 차량의 속도를 제어하므로써 변속시 종래의 유압자동변속기 또는 벨트이용 무단변속기에서 발생되는 흔들림현상(Jerk)현상이 발생되지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기는 복수개의 격벽(91, 92)이 형성되는 프레임(90)에 형성되는 다수개의 공간에 토크컨버터(30)와 토크부스터(40) 및 감속기어(50)가 각각 형성되며, 제너레이터(20)는 상기 엔진(10)에서 발생된 구동력에 의해 회전되는 엔진축(21)이 관통되는 상기 프레임(90)의 일측의 개구부에 형성되며, 상기 변속제어유닛(70)으로부터의 전기적신호가 입력되는 제 1 와이어커넥터(71)가 프레임(90)을 통하여 상기 제너레이터(20)의 계자(23)에 연결된다. 아울러 상기 계자(23)에서 발생된 자속에 의하여 직류전력을 발생시키는 전기자(24)가 상기 프레임(90)의 개구부에 형성된다.

여기서 상기 엔진축(21)은 일측으로는 엔진(10)과 연결되어 상기 프레임(90)에 관통되고, 그 관통부에는 베어링(22)이 형성되며, 타측으로는 상기 엔진축(21)에 의해 전달되는 엔진동력을 전달하는 엔진동력전달수단(31)이 연결된다. 그리고 상기 엔진동력전달수단(31)은 일측종단에서 바퀴(60)에 연결되어 바퀴(60)의 구동력을 전달하는 휠샤프트(80)의 타측종단이 포함될 수 있도록 절곡되어 상기 토크컨 버터(30)에 형성된다.

상기 토크컨버터(30)는 제 1 격벽(91)의 일측공간에서 상기 휠샤프트(80)의 타측종단에 형성된 제 1 토크전달수단(34)과 인접된 상기 엔진동력전달수단(31)에 회전자를 형성하고, 아울러 상기 제 1 토크전달수단(34)의 외주면에서 상기 제 1 회전자(32)와 대응될 수 있도록 회전요크(33)(Rotating yoke)가 형성된다.

또한 상기 토크부스터(40)는, 도 3 또는 도 4를 참조하면, 프레임(90)의 제 1 격벽(91)과 제 2 격벽(92)사이의 공간에 형성되며, 그 구성으로는 상기 휠샤프트(80)의 소정부위에서 연장되는 제 2 토크전달수단(43)과, 상기 제 2 토크전달수단(43)의 양측에서 각각 고정되는 고정자(41)와, 상기 고정자(41)와 대응되도록 상기 제 2 토크전달수단(43)의 외주면에 형성되는 제 2 회전자(42)를 포함한다. 여기서 상기 토크부스터(40)는 내측에 고정자(41)에 인가되는 전류를 스윗칭하여 상기 고정자(41)에 권선되는 코일(L1~L3, 도 5참조)을 여자시키는 스윗칭회로(44, 도 5참조)를 포함한다.

상기 휠샤프트(80)는 상기 제 1 및 제 2 격벽(91, 92)을 관통하며, 그 관통부위에는 각각 베어링(22)이 형성되고, 상기 휠샤프트(80)의 타측에는 바퀴(60)가 연결된다. 그리고 상기 변속제어유닛(70)으로부터 출력되는 전기적신호가 인가되는 제 2 와이어커넥터(72)가 프레임(90)의 외측을 통해 상기 고정자(41)에 연결된다.

또한 감속기어(50)는 상기 제 2 격벽(92)의 타측 공간에 형성되며, 상기 휠샤프트(80)에 연결되며, 이는 종래의 유압을 이용하여 변속을 실행하는 유성기어셋트의 구성 및 동작원리가 동일한 것으로써 그 상세한 설명은 생략한다. 또는 상술 한 바와 같이 상기 감속기어(50)대신에 상기 토크부스터(40)가 추가로 구성될 수 있다.

도 5는 상기 토크부스터의 스윗칭회로를 도시한 회로도이다.

도 5를 참조하면, 제 1 스윗칭소자(S1)압이 인가되는 정(+)의 입력라인에 제 1 전극이 연결되고, 제 2 전극은 변속제어유닛(70)에 연결되고, 제 3 전극은 고정자(41)에 권선되는 제 1 코일(L1)의 일측에 연결된다. 그리고 제 2 스윗칭소자(S2)는 제 1 전극이 상기 제 1 코일(L1)의 타측에 연결되고, 제 2 전극이 변속제어유닛(70)에 연결되고, 제 3 전극이 부(-) 입력라인에 연결된다.

아울러, 제 1 다이오드(D1)는 애노드전극(Andode)이 상기 정(+) 입력라인(+VDC)에 연결되고, 캐소드전극(Cathode)이 상기 제 1 코일(L1)의 타측과 제 2 스윗칭소자(S2)의 제 1 전극 사이에 연결되고, 제 2 다이오드(D2)는 애노드전극이 상기 제 1 코일(L1)의 일측에 연결되고, 캐소드전극이 상기 부(-) 입력라인(-VDC)에 연결된다.

아울러 제 3 내지 제 6 스윗칭소자(S3~S6)가 상기 제 1 및 제 2 스윗칭소자(S1, S2)와 동일한 구성으로 입력라인(+VDC, -VDC)사이에 각각 연결되며, 마찬가지로 제 3 내지 제 6 다이오드(D3~D6)는 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)와 동일한 구성으로 상기 제 3 내지 제 6 스윗칭소자(S3~S6)에 연결구성된다.

도 6은 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기의 제어방법을 나타낸 순서도이며, 이를 이용하여 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기의 제어방법은 사용자의 시동신호에 따라서 엔진의 구동력을 휠샤프트(80)로 기계적인 에너지로 변환 및 전달시키는 토크컨버터 구동단계(S10)와,상기 토크컨버터(30)에서 발생된 토크를 증폭시키는 구동시키는 토크부스터구동단계(S20)와, 일정속도이상의 단계에서 토크부스터(40)에 의한 토크증폭이 중지되고, 엔진토크로만 속도변속을 실행하는 엔진토크의 속도변속단계(S30)를 포함한다.

이중 상기 토크컨버터 구동단계(S10)는 사용자가 시동키를 이용하여 시동신호를 발생시키면 엔진(10)이 점화되어 구동력이 발생되어 엔진축(21)이 회전하고, 아울러 상기 엔진축(21)에 연결된 엔진동력전달수단(31)역시 회전하게 된다(S11). 그러나 상기 변속제어유닛(70)으로부터 오프신호가 인가됨에 따라 전원이 인가되지 않으므로 계자(23)가 여자되지 못하므로 상기 전기자(24)에서는 직류전력이 발생되지 않아 상기 제 1 회전자(32)에는 기전력이 발생되지 않는다.

따라서 최초시동단계에서는 상기 엔진동력전달수단(31)이 회전되나, 상기 휠샤프트(80)는 토크가 발생되지 않으므로 정지상태로 있게 된다.

이후, 사용자가 브레이크를 플고 액셀레이터를 가속하게 되면, 상기 변속제어유닛(70)은 이를 감지하여 직류전원이 인가되도록 제어한다. 따라서 제 1 와이어커넥터(71)를 통하여 소정의 직류전원이 계자(23)에 인가되면, 상기 계자(23)는 자속을 발생시킴에 따라 전기자(24)에서는 상기 계자(23)에서 발생된 자속에 의하여 소정의 직류전력이 발생된다(S12). 그리고 발생된 직류전력은 상기 엔진동력전달수단(31)의 제 1 회전자(32)에 인가된다.

그러므로 상기 제 1 회전자(32)에는 기전력이 발생됨에 따라 상기 휠샤프트 (80)의 제 1 토크전달수단(34)에 형성된 회전요크(33)는 기전력이 발생된 제 1 회전자(32)와 정렬이 되는 방향으로 움직이게 되며, 일치할 때 전달회전력이 최대가 되는 토크가 발생되어 상기 제 1 토크전달수단(34)과 휠샤프트(80)가 회전되는 기계적인 힘이 발생된다. 즉, 상기 제 1 회전자(32)와 회전요크(33)는 기전력이 발생됨에 따라 상호간에 서로 끌어당기는 상전도현상이 발생되어 상기 엔진동력전달수단(31)이 회전됨에 따라 상기 제 1 토크전달수단(34)이 같은방향으로써 회전된다(S13).

여기서 상기 변속제어유닛(70)은 자체 내장된 DC-DC 컨버터를 제어하여 상기 계자(23)에 인가되는 전류량을 조절하므로써 전달 토크를 적절히 조절하게 된다. 바람직하게는 상기 제 1 회전자(32)의 갯수를 증가 또는 감소시킴에 따라 최대전달토크를 조절한다.

따라서 상기 토크컨버터(30)에 의해 엔진(10)에서 발생된 구동력이 상기 휠샤프트(80)에 전달됨에 따라 바퀴(60)가 회전되어 차량이 전진 또는 후진한다.

이후 상기와 같은 토크컨버터(30)의 구동에 의해 차량이 저속으로 구동하게 되면, 상기 변속제어유닛(70)은 차량의 속도를 감지하여 설정된 속도이하로 차량이 주행되는지를 판단하게 된다(S21).

판단결과, 차량이 일정속도이하로 구동되고 있는 것으로 판단되고, 사용자가 액셀레이터를 가압하면, 상기 변속제어유닛(70)은 제 2 와이어커넥터(72)를 통해 소정의 전기적신호를 제 2 와이어커넥터(72)를 통해 스윗칭회로(44)를 구동시켜 소정의 전원을 상기 고정자(41)에 인가함으로써 토크부스터(40)를 온시킨다(S22).

그러므로 상기 고정자(41)는 소정의 회전형자속이 발생되므로써 상기 제 2 회전자(42)는 상기 고정자(41)와 정렬이 되는 방향으로 기전력이 발생되므로써 상기 토크컨버터(30)에 의해 발생된 토크가 증폭된다.

이와 같은 상기 토크부스터(40)의 변속선도는 도 7에 도시된 바와 같다.

도 7을 참조하면, 토크부스터(40)는 저속영역에서는 높은 토크를 생성하도록 하여 기동시 토크를 보상하고, 이때 엔진토크와 토크부스터(40)의 토크를 합성한 토크로 작동한다. 즉, 저속영역에서는 엔진토크와 토크부스터(40)의 합성토크에 의해 차량의 속도변속이 이루어지며, 이후 차량의 속도가 증가될 수록 비례하여 토크부스터(40)의 토크발생율이 줄어들게 된다.

여기서 상기 토크부스터(40)의 스윗칭회로(44)에 저장되는 에너지 Wc는 하기의 수학식 1에 도시된 바와 같다.

i는 권선의 상전류, L은 인덕턴스이다.

한상에서 발생된 토크 T는 고정자에 대한 회전자의 상대적인 각도 θ에 비례하므로 자기에너지의 θ에 대한 편미분과 같으며 이는 하기의 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2에서 토크는 전류의 제곱에 비례하고, 이에 대한 인덕턴스의 기울기에 비례함을 알 수 있다. 즉, 토크는 전류의 방향과 무관하게 작용하며 인덕턴스의 기울기에 따라 토크의 부호가 바뀌게 되므로 회전방향의 반대방향으로 작용하는 부(-) 토크가 발생하는 회전자의 위치각도가 존재한다. 그러므로 토크부스터(40)는 일정한 여자를 하면 정(+)토크와 부(-)토크는 서로 상쇄하게 되어 회전하지 않으므로 반드시 회전자의 위치에 따라 스윗칭여자를 해야된다.

이와 같은 토크부스터(40)의 특성에 따라서 본 발명에서는 인덕턴스의 변환주기에 따라 펄스전류를 상기 고정자(41)에 인가하고, 전류의 인가시점과 모양은 토크부스터(40)의 속도와 부하에 따라 변화한다. 즉, 저속에서는 역기전력이 작고 인덕턴스의 상승률도 느리므로 전류의 상승률이 매우 크다. 따라서 전류상승률을 쵸핑에 의해 제한해야만 한다.

그러므로 상기 변속제어유닛(70)은 토크부스터(40)의 구동시 전류를 쵸핑하기 위해서 스윗칭회로(44)를 온/오프하여 상기 고정자(41)에 권선된 코일에 기전력 및 역기전력을 발생시키며, 이때 상기 스윗칭회로(44)의 제어파형은 도 8에 도시된 바와 같다(S23).

도 8을 참조하면, 먼저 상술한 바와 같은 토크부스터의 구동에 위해서는 코일에서 유기되는 기전력은 두번째로 도시된 파형(i^*as)가 가장 이상적이며, 본 발명에서는 상기와 같은 파형을 구현하기 위하여 제 1 및 제 2 스윗칭소자(S1, S2)를 스윗칭하여 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)를 선택적으로 통전시키므로써 도 8에서 세번째로 도시된 파형(ias)를 발생시킨다.

이를 위해서 상기 변속제어유닛(70)은 상기 제 1 스윗칭소자 및 제 2 스윗칭소자(S1, S2)의 제 2 전극에 소정의 전원을 인가하여 상기 제 1 스윗칭소자(S1)와 제 2 스윗칭소자(S2)를 온시킨다. 아울러 배터리(도시되지 않음)를 통해 입력라인(+VDC, -VDC)에 소정의 전원을 인가하도록 제어한다.

따라서 제 1 및 제 2 스윗칭소자(S1, S2)가 온됨에 따라 제 1 코일(L1)의 인덕턴스는 증가하게 된다. 즉, 고정자(41)가 여자됨에 따라 제 2 회전자(42)와 고정자(41)는 토크가 최대로 발생되는 방향으로 정렬되며, 상기 제 1 코일(L1)에서 소정의 기전력(ias)이 생성된다.

이때 상기 변속제어유닛(70)은 상기 제 1 스윗칭소자(S1)를 상기 인덕턴스가 정(+)의 범위에서 피크치를 유지하기 이전의 일정범위동안 온시키고, 상기 제 2 스윗칭소자(S2)를 상기 일정범위동안 온오프시킨다. 이때 상기 제 2 스윗칭소자(S2)가 온되면, 상기 제 1 다이오드(D1)가 오프되므로 상기 제 1 코일(L1)에 충전된 기전력의 파형(ias)이 상승곡선을 나타낸다. 또한 상기 제 2 스윗칭소자(S2)가 오프되면, 상기 제 1 다이오드(D1)가 온됨에 따라서 상기 제 1 코일(L1)에서의 기전력의 파형(ias)은 하강곡선을 나타낸다.

즉, 상기 제 1 코일(L1)에서 발생되는 기전력은 제 2 스윗칭소자(S2)의 온오프구간과 동일한 상승구간과 하강구간을 갖고서 여자된다. 아울러 상기 변속제어유닛(70)은 상기 제 2 스윗칭소자(S2)의 온구간동안에만 정(+)의 직류전원을 인가한다.

아울러 상기 인덕턴스의 상승곡선의 소정의 시점에서 인덕턴스가 피크치를 유지하는 일정범위를 포함하는 구간에서 상기 변속제어유닛(70)은 상기 제 1 스윗칭소자(S1) 및 제 2 스윗칭소자(S2)를 오프시키고, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)를 온시킴에 따라서 상기 인덕턴스가 상승되어 피크치를 유지하는 일정구간동안에는 상기 제 1 코일(L1)에는 생성되는 기전력이 감소되어 상기 코일에 흐르는 전류는 0이 된다.

즉, 상기 토크부스터(40)는 상술한 바와 같이 스윗칭소자(S1~S6)와 다이오드(D1~D6)를 교번적으로 온오프시키는 스윗칭을 통하여 인덕턴스가 증가되는 구간에서의 정(+)의 토크를 발생키고, 인덕턴스가 감소되는 구간에서는 스윗칭회로(44)를 오프시켜 부(-)의 토크를 발생시키지 않는다. 그러므로 정과 부의 토크가 생성되어 상쇄되는 현상을 극복할 수가 있게 된다.

이후, 상술한 바와 같이 낮은 엔진속도에서는 높은 토크를 필요로 하며, 점차로 속도가 증가시에는 역기전력이 크고 인덕턴스의 상승률도 매우 크므로 전류의 점호시점을 앞서게 하여 요구되는 전류에 이르도록 할 필요가 있다.

따라서 상기 변속제어유닛(70)은 상기 토크부스터(40)의 점호시점과 시간을 토크와 속도에 맞게 제어하여 구동시킨다. 즉, 상기 변속제어유닛(70)은 설정된 점호각(Triggering angl)과 도전각(Conduction angle)을 제어하여 일정속도 이하의 운전이나 중부하시에는 더 많은 회전력을 얻기 위해서 점호각을 비정렬 위치 앞쪽으로 당기고, 도전각에서 듀티비를 일정률로 함으로써 상기 토크부스터(40)의 제어가 용이하고 토크리플 발생율이 감소되고, 구동시 소음이 줄어들게 된다.

여기서 점호각은 상기 토크부스터(40)의 고정자(41)에 전류가 인가되는 시점에서의 상기 고정자(41)와 제 2 회전자(42)와의 각도이고, 도전각은 상기 고정자(41)에 전류가 인가되어 상기 제 2 회전자(42)에 전자력이 유도되는 고정자(41)와 상기 제 2 회전자(42)간의 각도를 말한다.

따라서 상술한 바와 같이 토크부스터(40)가 구동되어 상기 토크컨버터(30)에서 발생된 토크를 증폭시킴에 따라서 상기 제 2 토크전달수단(43)을 통해서 전달되는 회전력에 의해 휠샤프트(80)는 가속되어 동력을 바퀴(60)에 전달하게 된다.

여기서 바람직하게는 상기 토크부스터(40)의 증폭외에 상기 변속제어유닛(70)은 상기 감속기어(50) 또는 감속기어(50)의 역할을 수행하는 제 2 토크부스터(도시되지 않음)를 형성하여 상기 제 2 토크부스터(도시되지 않음)에 의해 증폭된 토크로써 가속하거나 감속하게 할 수도 있다(S24).

그리고 상기와 같은 토크컨버터(30), 토크부스터(40) 및 감속기어(50)의 구동에 따라서 일정속도를 유지하고 차량이 이동중에 사용자가 브레이크를 가압하여 차량의 속도를 감속하여 주행 또는 정지하고자 할 경우에는 브레이크의 기계적구성의 동작과 함께 상기 변속제어유닛(70)에서 상기 변속기에 인가되는 직류전원의 크기를 조절하므로 토크를 감속시켜 브레이크장치에 의한 현재속도의 감속과 대응되도록 토크를 감속한다.

이후, 상기 변속제어유닛은 차량의 진행속도가 일정속도 이상이 되는지를 판단한다(S31). 판단결과, 일정속도를 초과하게 되면, 도 7의 변속선도에 도시된 바와 같이 토크부스터를 오프시키고(S32), 차량의 구동력은 엔진토크에 의해서만 발 생하도록 제어한다. 즉, 차량의 운전속도가 일정속도이상이 되면, 엔진축을 통해 전달되는 엔진토크가 휠샤프트에 직접 전달되어 바퀴의 구동력을 전달하게 된다(S33).

본 발명은 상술한 특징의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자식 무단자동변속기의 제어방법은 전자기력으로 토크컨버터와 토크부스터를 비접촉식으로 구동제어함에 따라 장치의 주기적인 보수 및 유지가 감소되어 사용자의 관리가 용이하며, 스윗칭회로를 통한 토크부스터의 구동제어에 따라 현재운동속도에 적절한 토크의 발생을 제어할 수 있어 연비가 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 엔진(10)에서 발생된 회전력을 일상의 전자기력을 이용하여 바퀴축에 회전력을 전달시키는 토크컨버터 구동단계(S10)와; 상기 토크컨버터구동단계(S10)에서 전달된 회전력을 증폭할 수 있도록 전자기력을 인가하여 전기에너지를 기계에너지로 변환시키기 위한 고정자(41)에 소정의 권선비로 권선된 코일에 자속을 발생시킴에 따라서 회전력을 증감하도록 하는 토크부스터 구동단계(S20)와; 상기 토크부스터 구동단계(S20)이후, 운전속도가 일정속도 이상이 되면 토크부스터(40)를 오프시키고 엔진토크만으로 변속하는 엔진토크변속단계(S30)를 포함하는 전자식 무단자동변속기의 제어방법에 있어서,

   상기 토크부스터구동단계는

   상기 토크컨버터(30)에서 발생된 회전력과 현재속도를 감지하여 차량의 속도가 일정속도 이하인지를 판단하는 단계(S21)와;

   상기 속도판단단계에서 현재속도가 일정속도 이하이면 상기 토크부스터(40)를 온하는 단계와(S22);

   상기 토크부스터 온단계(S22)에서 상기 토크부스터(40)의 스윗칭회로(44)에 구성된 스윗칭소자를 온/오프하므로써 인덕턴스의 변환주기에 따라 상기 토크부스터(40)의 고정자(41)에 권선된 코일(L)에 소정의 전원을 인가하므로써 기전력 및 역기전역을 발생시키는 단계와(S23);

   상기 스윗칭온단계(S23)에서 상기 토크부스터(40)의 스윗칭소자를 제어하여 인덕턴스의 정극성(+)의 범위내에서 토크를 발생시키도록 상기 토크부스터(40)의 제 2 회전자(42)와 고정자(41)의 점호각과 도전각을 제어하는 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 무단자동변속기의 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 토크부스터의 스윗칭회로(44)는,

   소정의 전원이 인가되는 입력단(+VDC, -VDC)과; 상기 토크부스터(40)의 고정자(41)에 권선되는 코일(L1)과; 상기 입력단의 정(+)의 전원이 인가되는 입력라인(+VDC)에 제 1 전극이 연결되고, 제 2 전극은 소정의 제어신호를 출력하는 상기 변속제어유닛(70)에 연결되고, 제 3 전극은 상기 코일(L1)의 일측에 연결되는 제 1 스윗칭소자(S1)와; 제 1 전극이 정(+)의 전원이 인가되는 입력라인(+VDC)에 연결되고, 제 2 전극이 상기 코일(L1)의 타측에 연결되는 제 1 다이오드(D1)와; 상기 코일(L1)의 타측에 제 1 전극이 연결되고, 제 2 전극은 상기 변속제어유닛(70)에 연결되고, 제 3 전극은 부(-)의 전원이 인가되는 입력라인(-VDC)에 연결되는 제 2 스윗칭소자(S2)와; 제 1 전극이 상기 코일(L1)의 일측과 상기 제 1 스윗칭소자(S1)의 제 3 전극사이에 연결되고, 제 2 전극이 상기 부(-) 입력라인(-VDC)에 연결되는 제 2 다이오드(D2)를 포함하되, 상기 스윗칭회로(44)의 구동단계는,

   상기 코일(L1)의 인덕턴스가 증가되는 일정범위내에서 상기 제 1 스윗칭소자(S1)가 온되고, 상기 일정범위내에서 상기 제 2 스윗칭소자(S2)를 주기적으로 온오 프스윗칭하므로 상기 제 2 스윗칭소자(S2)의 온구간동안에는 상기 제 1 다이오드(D1)가 오프됨에 따라 상기 코일(L1)에서 발생되는 기전력을 상승시키고, 상기 제 2 스윗칭소자(S2)의 오프구간에는 상기 제 1 다이오드(D1)가 온됨에 따라 상기 코일(L1)의 기전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전자식 무단자동변속기의 제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 인덕턴스가 상승되는 정(+) 범위의 일정시점부터 인덕턴스가 일정하게 유지되는 소정의 시점을 포함하는 구간에서 상기 제 1 및 제 2 스윗칭소자(S1, S2)를 오프시키고, 상기 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)를 온시키므로 상기 코일(L1)에 발생되는 기전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전자식 무단자동변속기의 제어방법.

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