KR101253474B1

KR101253474B1 - 다단 모터

Info

Publication number: KR101253474B1
Application number: KR1020120121938A
Authority: KR
Inventors: 유동식
Original assignee: 유동식
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-04-10
Also published as: WO2014051288A1

Abstract

본 발명은 동체(1)의 샤프트(S) 상에 장착되어 동력을 발생시키는 모터에 있어서; 상기 동체(1)의 하우징(H)과 내부에 고정된 스테이터 코일(11)을 구비하고, 상기 스테이터 코일(11)로부터 회전 가능하게 자석(12)을 개재하는 회전자(13)를 구비하는 자력부(10); 상기 자력부(10)의 자석(12)을 개재하는 회전자(13)와 일체로 결합되고, 자력부(10)로부터 회전력을 전달받아 샤프트(S)를 회전시키는 메인구동부(20); 상기 메인구동부(20)의 후방에 샤프트(S)를 수용하여 형성되고, 자력부(10)의 회전자(13) 중심부에 삽설하여 회전력을 통해 샤프트(S) 상에 선택적으로 회전력을 더욱 증가시키는 유성기어 어셈블리(35)를 구비하는 다수의 보조구동부(30a)(30b)(30c); 및 상기 자력부(10)의 회전방향 및 회전속도와 자극위치를 파악하여 연산처리한 후, 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 출력값을 계산하여 자력부(10)로 전류를 인가하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 고속과 저속 및 회전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어 전류를 효율적으로 사용가능하고, 보조 모터의 수를 통해 소, 중, 대형 등으로의 형성이 가능해져 자동차 분야뿐만 아니라 다양한 산업 적용분야에 사용가능한 효과를 제공한다.

Description

다단 모터{multi motor}

본 발명은 다단 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고속과 저속 및 회전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어 전류를 효율적으로 사용가능하고, 보조 모터의 수를 통해 소, 중, 대형 등으로의 형성이 가능해져 자동차 분야뿐만 아니라 다양한 산업 적용분야에 사용가능한 다단 모터에 관한 것이다.

통상적으로, 지금까지 사용되고 있는 모터구조는 로터와 스테이터간의 대향면적이 서로 한쪽으로만 국한되는 문제를 통해 발생되는 에너지의 크기는 한정될 수밖에 없어 모터의 구조상 작은 부피로는 적은 힘을 발생할 수밖에 없게 됨으로 큰힘(마력, 토크)을 얻어내기 위해서는 스테이터와 로터의 대향면적을 크게 하여 모터의 크기가 대형화가 될 수 밖에 없었다. 하지만, 이렇게 대형화의 모터는 제작 원가상승을 초래하게 되고, 좁은 공간 상에 큰 모터를 수용할 수 없게 됨으로 큰힘을 가진 모터의 최소화가 절실한 현실에 놓여있다.

일예로, 한국 공개특허공보 제10-2009-0045971호에 따르면, ‘고정축과, 상기 고정축에 회전가능하게 결합된 요커(Yoke)디스크와, 상기 요커디스크의 일면에 원주방향으로 복수개 고정된 자석을 구비한 자력부를 축방향으로 다단 구비한 회전자와, 상기 요커디스크에 대향 하도록 상기 고정축에 고정된 코어(Core)디스크와, 상기 자석에 대응하도록 상기 코어 디스크의 일면에 원주방향으로 복수개 고정된 코일을 구비한 고정부를 축방향으로 다단 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.’를 제시한다.

하지만, 이러한 모터는 단순히 고정자의 코일이 전류를 발생하여 고정축을 회전하는 것으로 한번에 다수의 자력부를 회전시켜야 하는 문제가 발생한다. 이는, 적절한 제어장치가 없어 다단의 자력부가 형성되어 있더라도 개별적인 회전이 불가능하고, 전체 회전만을 하기 때문에 불필요한 회전력이 가미되는 문제가 발생된다.

한국 공개특허공보 제10-2009-0045971호 “모터”

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 고속과 저속 및 회전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어 전류를 효율적으로 사용가능하고, 보조 모터의 수를 통해 소, 중, 대형 등으로의 형성이 가능해져 자동차 분야뿐만 아니라 다양한 산업 적용분야에 사용가능한 다단 모터를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 동체의 샤프트 상에 장착되어 동력을 발생시키는 모터에 있어서; 상기 동체의 하우징과 내부에 고정된 스테이터 코일을 구비하고, 상기 스테이터 코일로부터 회전 가능하게 자석을 개재하는 회전자를 구비하는 자력부; 상기 자력부의 자석을 개재하는 회전자와 일체로 결합되고, 자력부로부터 회전력을 전달받아 샤프트를 회전시키는 메인구동부; 상기 메인구동부의 후방에 샤프트를 수용하여 형성되고, 자력부의 회전자 중심부에 삽설하여 회전력을 통해 샤프트 상에 선택적으로 회전력을 더욱 증가시키는 유성기어 어셈블리를 구비하는 다수의 보조구동부; 및 상기 자력부의 회전방향 및 회전속도와 자극위치를 파악하여 연산처리한 후, 메인구동부와 보조구동부 상에 출력값을 계산하여 자력부로 전류를 인가하되, 메인구동부 및 보조구동부 상에 근접하여 설치된 인코더 검출기와 차속센서 및 전류감지센서로부터 얻어진 정보를 통해 연산처리부에서 처리한 신호를 PWM발생기로부터 발생된 펄스신호를 ECU로 순차적 전송하고, ECU로부터 지령값을 DC/DC 컨버터와 인버터로 형성된 PCU로 전송하여 메인구동부 및 보조구동부 상에 전류를 공급하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 메인구동부와 보조구동부는 내부에 회전력에 의해 발생되는 열을 냉각하도록 냉각파이프를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조구동부는 제어부의 ECU를 통해 IGBT를 개별적으로 온, 오프하여 선택 구동이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유성기어 어셈블리는 샤프트 상에서 일체로 회전하는 선기어와, 상기 선기어와 맞물려 회전하는 다수의 유성기어와, 상기 유성기어와 서로 맞물려 회전하는 링기어를 구비하여 샤프트 상에 동력을 전달하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유성기어 어셈블리는 자력부로부터 회전력이 부가된 회전자가 회전함으로 유성기어의 회전을 멈춰 선기어가 샤프트와 동일 방향으로 회전하여 회전력을 증가하고, 자력부로부터 전력이 차단된 회전자의 멈춤으로 유성기어는 링기어 상에서 선기어와 함께 공회전하여 샤프트로부터 회전력을 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 메인구동부의 회전자 및 보조구동부의 유성기어 어셈블리 상에 인코더를 구비하고, 동체의 하우징 상에 고정되어 인코더로부터 자력부의 회전방향과 회전속도 및 자극위치를 감지하는 인코더 검출기, 전류감지센서, 차속센서 및 배터리 콘트롤러를 구비하며, 인코더 검출기, 전류감지센서 및 차속센서로부터 검출한 신호를 연산처리하는 연산처리부와 연산처리한 신호를 펄스 신호로 전환하는 PWM발생기를 구비하는 신호처리부를 구비하고, 상기 신호처리부에서 발생한 펄스신호에 의하여 출력신호를 발생시키는 ECU를 구비하며, 상기 ECU의 신호에 의해 3상 교류전류를 발생시켜 메인구동부 및 보조구동부로 보내면서 저전압을 생성하여 전달하는 DC/DC 컨버터를 구비하는 PCU와 보조구동부 상에 전류를 인가하게 IGBT를 개재하는 출력부를 구비하고, 전류를 공급하기 위한 배터리 및 에너지 저장장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 제어부(40)의 ECU는 신호처리부(44)의 펄스 신호에 의하여 출력신호를 발생시킴과 함께 키(Key)를 통한 전원 공급 및 차단신호와, 출력발생부의 구동신호와, 출력차단부의 정지신호 및 변속기 레버의 정회전, 역회전신호에 의해 출력신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 전원공급을 위해 배터리 또는 외부전원 중 하나를 택일하여 사용하되, 상기 배터리의 경우 외부전원을 통해 충전 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다단모터는 동기모터 또는 유도모터 상에도 활용 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고속과 저속 및 회전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어 전류를 효율적으로 사용가능하고, 보조 모터의 수를 통해 소, 중, 대형 등으로의 형성이 가능해져 자동차 분야뿐만 아니라 다양한 산업 적용분야에 사용가능한 효과를 제공한다.

도 1a 및 1d는 본 발명에 따른 다단 모터를 나타내는 측면도 및 단면도,
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 다단 모터의 유성기어 어셈블리를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 다단 모터의 샤프트를 나타내는 정면도 및 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 모터의 냉각파이프를 나타내는 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 다단 모터의 보조구동부의 내부를 나타내는 단면도,
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 다단 모터의 유성기어 어셈블리를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 다단 모터의 제어부를 나타내는 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1a 및 1d는 본 발명에 따른 다단 모터를 나타내는 측면도 및 단면도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 다단 모터의 유성기어 어셈블리를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다단 모터의 샤프트를 나타내는 정면도 및 사시도이다.

본 발명은 다단 모터에 관련되며, 자력부(10), 메인구동부(20), 보조구동부(30a)(30b)(30c), 제어부(40)를 구성요소로 한다.

본 발명에 따른 자력부(10)는 상기 동체(1)의 하우징(H)과 내부에 고정된 스테이터 코일(11)을 구비하고, 상기 스테이터 코일(11)로부터 회전 가능하게 자석(12)을 개재하는 회전자(13)를 구비한다. 동체(1)는 다수의 공간부를 통하여 후술하는 자력부(10), 메인구동부(20), 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 수용하여 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 각각 배치할 수 있도록 구성된다. 이러한, 동체(1) 상에 수용된 자력부(10)는 스테이터 코일(11)을 구비하게 되는데, 이러한 스테이터 코일(11)은 하우징(H)의 내부에 일체로 고정 형성되어 후술하는 자석(12)이 수용된 회전자(13)를 회전시킬 수 있도록 코일과 적층철심으로 구성된다. 이렇게 고정자인 스테이터 코일(11)은 내부에 다수개의 자석(12)을 수용한 회전자(13)를 회전시켜 동체(1)의 중심부에 형성된 샤프트(S)를 회전시킬 수 있게 된다. 이때, 미설명된 부호 S'는 샤프트(S)의 선단에 형성되어 샤프트(S)의 회전력을 어떠한 장치에도 활용할 수 있도록 구성된 너트부이고, 샤프트(S)에는 부호는 부여하지 않았지만 키홈을 형성하여 후술하는 메인구동부(20)의 회전자(13)와 고정되고, 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 선기어(31)와 맞물려 고정됨으로 상기 샤프트(S)와 함께 회전할 수 있도록 구성된다. 이때, 샤프트(S)의 전방부에는 돌출턱(S")을 구비하여 메인구동부(20)의 회전자(13)가 샤프트(S) 상에서 전방으로 밀려나는 것을 방지하고, 메인구동부(20)의 회전자(13)와 브라켓(2) 사이에 허브링(58)을 설치하고, 브라켓(2)과 보조구동부(30a)(30b)(30c) 사이에 상기 허브링(58)을 각각 설치하여 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)가 샤프트(S) 상에서 좌, 우로 밀려나는 것을 방지하며 간격유지로 정위치 고정되게 된다.

여기서, 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 하우징(H)은 배선을 연결할 수 있도록 배선구(6)를 구비하였고, 냉각파이프홀(7) 및 인코더 검출기(42) 커넥트 선을 연결할 수 있도록 커넥트홀을 구비하고, 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)와 브라켓(2)과 프론트 커버(3)와 리어커버(4)를 연결시켜 고정할 수 있도록 볼트홀(5)을 구비하였으며, 하우징(H)의 선단부의 프론트 커버(3)는 외부기기를 부착할 수 있도록 볼트홀(5)이 구비되어 있고, 후단부는 리어 커버(4)를 형성하여 샤프트(S) 및 제1베어링(B)을지지한다. 또한, 고정링(8)은 스테이터 코일(11)과 냉각파이프(P)를 지지하여 유동을 방지하는 역할을 수행한다.

또, 본 발명에 따른 메인구동부(20)는 상기 자력부(10)의 자석(12)을 개재하는 회전자(13)와 일체로 결합되고, 자력부(10)로부터 회전력을 전달받아 샤프트(S)를 회전시킨다. 메인구동부(20)는 상기 샤프트(S)를 기본적으로 최초 회전시키는 구성으로 상술한 자력부(10)의 스테이터 코일(11) 상에 전류가 발생되면 고정자인 스테이터 코일(11) 내부의 공간 상에 대응되는 회전자(13)가 자력에 의해 회전하는 구조이다. 그럼으로, 상기 스테이터 코일(11)을 중심으로 대응하는 회전자(13)가 회전됨에 따라 상기 회전자(13)와 고정되는 샤프트(S)도 함께 회전하게 된다.

또, 본 발명에 따른 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 상기 메인구동부(20)의 후방에 샤프트(S)를 수용하여 형성되고, 자력부(10)의 회전자(13) 중심부에 삽설하여 회전력을 통해 샤프트(S) 상에 선택적으로 회전력을 더욱 증가시키는 유성기어 어셈블리(35)를 구비한다. 상술한 메인구동부(20)가 최초의 샤프트(S)를 회전시키는 구성이라면, 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 메인구동부(20)가 샤프트(S)를 회전시킬 시 샤프트(S)의 회전력을 더욱 증가하여 마력, 토크 등을 향상하기 위한 구조이다. 이러한, 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 메인구동부(20)에 수용되어 회전하는 샤프트(S) 상에 연속하여 설치되는 바, 하나 이상을 추가하여 모터의 사용 및 필요한 용도에 맞게 개수를 조절하여 설치 가능하다. 그리고, 상기 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 메인구동부(20)와는 다르게 상술한 자력부(10)의 스테이터 코일(11) 상에 전류가 발생되면 고정자인 스테이터 코일(11) 내부의 공간 상에 대응되는 회전자(13)가 자력에 의해 회전하게 되고, 자석(12)을 수용하는 회전자(13)의 중심 공간 상에 후술하는 유성기어 어셈블리(35)가 삽설하게 된다. 이러한, 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 구성은 후술하여 자세히 설명토록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 모터의 냉각파이프를 나타내는 모식도이다.

이때, 상기 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 내부에 회전력에 의해 발생되는 열을 냉각하도록 냉각파이프(P)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 냉각파이프(P)는 동체(1)의 내부에 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 외주면 상에 수용되어 샤프트(S) 상에 회전력을 전달하는 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)로부터 발생되는 열을 냉각하도록 한다. 이때, 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 외주면이라 함은 하우징(H)과 스테이터 코일(11)의 사이를 뜻한다. 일예로, 모터가 하이브리드 자동차 상에 설치될 경우 라디에이터에서 워터펌프를 거쳐 PCU(Power Control Unit)와 배터리 및 IGBT를 냉각시킨 후, 냉각파이프(P) 라인을 통해 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 지나 다시 라디에이터로 순환되는 구조로 형성될 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 전기자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, EV, HEV, FCV 자동차 상에 적용되었을 때를 설명한 것이고, 다른 산업분야에 적용 시 다소 변경될 수 있음으로 이에 한정하지 않는다. 이때, 냉각파이프(P)의 양끝단부에는 연결파이프(P')를 구비하여 한쪽은 냉각수가 유입되고, 한쪽은 냉각수가 배출되어 라디에이터로 순환되게 호스(미도시)와 연결되어 상기 라디에이터로 순환된다.

그리고, 상기 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 제어부(40)의 ECU를 통해 IGBT를 개별적으로 온, 오프하여 선택 구동이 가능한 것을 특징으로 한다. 이러한 구성은 후술하는 제어부(40)의 ECU를 통하여 개별 구동이 가능하게 형성하는 것으로 이는 후술하여 설명토록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 다단 모터의 보조구동부의 내부를 나타내는 단면도이고, 도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 다단 모터의 유성기어 어셈블리를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

이때, 상기 유성기어 어셈블리(35)는 샤프트(S) 상에서 일체로 회전하는 선기어(31)와, 상기 선기어(31)와 맞물려 회전하는 다수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)와 서로 맞물려 회전하는 링기어(33)를 구비하여 샤프트(S) 상에 동력을 전달하는 것을 특징으로 한다. 유성기어 어셈블리(35)는 상술한 바와 같이 다수개로 형성되는 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 최초의 구동력을 발휘하는 메인구동부(20)와 함께 샤프트(S)의 회전력을 증강하는 역할을 수행하게 된다. 중앙에 샤프트(S)를 수용하여 키홈방식을 통해 고정되는 선기어(31)를 구비하여 샤프트(S)와 함께 회전하도록 구성되고, 상기 선기어(31)의 외주에 맞물리는 다수의 유성기어(32)를 구비하며, 상기 유성기어(32)와 내접되게 링기어(33)를 구비하게 된다. 이때, 링기어(33)의 외면부 상에는 다수의 돌기(37)를 형성하여 상술한 자력부(10)의 회전자(13)와 맞물려 서로 연동하게 된다.

상기 유성기어 어셈블리(35)는 크게 선기어(31), 유성기어(32), 링기어(33) 및 캐리어(50)로 나눌수 있으며, 커버(C), 제2베어링(B'), 리데나(51), 오일씰(57), 스냅링(52), 리베트 핀(53), 와셔(54), 고정볼트가 체결되는 고정볼트홀(55) 및 볼트탭(56) 등으로 조립될 수 있으며 내부에는 선기어(31), 유성기어(32), 링기어(33) 및 제2베어링(B') 등의 마모를 방지하게 기어오일이 주입되어 있다. 이는, 유성기어(32) 내부에는 리베트 핀(53)이 장착될 수 있도록 핀홀을 구비하고, 상기 핀홀에는 기어오일이 주입될 수 있도록 오일홈을 다수개 구비되며, 오일홈은 유성기어(32)의 회전 반대방향으로 유선형의 형태로 구비되어 있고, 상기 유성기어(32)의 측면부 상에도 다수개의 오일홈을 형성하여 마모 및 마찰 손실을 줄이게 된다. 또한, 캐리어(50)는 암, 수로 이루어져 분리된 형태로 형성되어 리베트 핀(53)을 통하여 고정시킨다. 그리고, 유성기어(32)와 캐리어(50)의 사이에 마찰을 줄이기 위하여 와셔(54)가 장착되는 것이 적합하다. 와셔(54)가 밀착하는 캐리어(50) 방향에는 오일홈을 형성하여 마모 및 마찰 손실을 줄인다. 커버(C)는 유성기어 어셈블리(35)의 양측에 한쌍으로 이루어져 있고, 상기 선기어(31), 유성기어(32), 링기어(33) 전체 간격과 고정자인 스테이터 코일(11)과 자석(12)을 수용한 회전자(13)의 간격을 유지할 수 있도록 선기어(31)와 링기어(33) 사이에 커버(C)에는 제2베어링(B')을 삽설하게 된다. 이때, 샤프트(S)의 끝단에 설치된 제1베어링(B)의 크기를 다소 작게 형성하여 샤프트(S)가 후방으로 밀리는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것이 적합하다. 그리고, 상기 제2베어링(B')의 외측에는 기어오일의 누출을 방지하기 위하여 리데나(51)를 장착하게 된다. 이때, 커버(C)와 링기어(33)가 맞닿는 턱 상에 오일씰(57)을 삽설하여 기어오일의 누출을 더욱 방지할 수 있다. 덧붙여, 링기어(33)의 외부에는 자석(12)이 삽입된 자력부(10)가 고정되는 위치로 유성기어 어셈블리(35)와 회전자(13)가 함께 회전이 가능하도록 구성되는 바, 이때, 상기 회전자(13)의 이탈방지 및 고정이 용이하도록 돌기(37)를 구비한다. 선기어(31)의 좌, 우에는 스냅링(52)이 삽설될 수 있도록 고정홈(52a)을 구비하고, 스냅링(52)은 캐리어(50)의 좌, 우 외측면과 제2베어링(B')의 좌, 우 내측면에 위치하여 좌, 우 이탈을 방지하는 역할을 수행한다. 그리고, 브라켓(2)은 다수개의 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 수용하는 구조로 형성됨으로 상기 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 많이 추가할수록 샤프트(S)도 함께 길어짐으로 상기 긴 샤프트(S)를 부분적으로 고정할 수 있는 제1베어링(B)을 수용하여 고정함과 동시에 샤프트(S)의 회전시 발생하는 진동을 줄이고, 샤프트(S)의 휨을 방지하는 효과도 도모할 수 있다. 그리고, 커버(C)의 경우 유성기어 어셈블리(35) 상에 장착되어 일측면에 인코더(41)를 고정 시킬 수 있도록 브라켓을 고정시켰으며, 인코더 검출기(42)로부터 회전자(13) 및 유성기어 어셈블리(35) 등의 회전방향 및 자극위치, 회전속도 등을 감지할 수 있도록 한다. 이때, 커버(C) 상에는 인코더(41)를 고정시키는 고정볼트탭(41a)을 구비한다. 하지만, 인코더(41) 및 인코더 검출기(42)의 경우 검출방법 및 검출기의 형태는 다양하게 변화 시켜 사용가능하다.

또한, 상기 유성기어 어셈블리(35)는 자력부(10)로부터 회전력이 부가된 회전자(13)가 회전함으로 유성기어(32)의 회전을 멈춰 선기어(31)가 샤프트(S)와 동일 방향으로 회전하여 회전력을 증가하고, 자력부(10)로부터 전력이 차단된 회전자(13)의 멈춤으로 유성기어(32)는 링기어(33) 상에서 선기어(31)와 함께 공회전하여 샤프트(S)로부터 회전력을 차단한다. 이런, 유성기어 어셈블리(35)의 구성은 유성기어(32)의 특성을 통하여 여러 가지 패턴이 발휘하게 되는 바, 이러한 특성을 설명하자면 선기어(31)의 회전방향을 왼쪽방향으로 회전시키면 유성기어(32)는 왼쪽방향으로 회전하고, 유성기어(32)가 맞물린 상태의 링기어(33)는 오른쪽방향으로 회전한다. 그리고 선기어(31)와 링기어(33) 사이에 수용된 유성기어(32)의 회전을 멈추면 선기어(31)와 링기어(33)는 전체가 동일한 방향으로 회전하게 된다. 또한 내부에 수용된 유성기어(32)가 회전하면 선기어(31)를 중심으로 유성기어가(32)가 링기어(33) 상에서 회전하게 된다.

이러한 유성기어 어셈블리(35)는 메인구동부(20)를 통해 샤프트(S)가 회전하고 있는 상태에서 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 통해 추가적으로 회전력을 더욱 증가하기 위한 구조로 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 형성된 자력부(10)에 스테이터 코일(11)로부터 회전자(13)가 회전함과 동시에 맞물린 링기어(33)가 회전하게 되고, 메인구동부(20)를 통해 회전되고 있는 샤프트(S)에 맞물린 선기어(31)가 함께 회전하게 됨으로 내부에 수용된 유성기어(32)는 회전을 멈춘 상태로 선기어(31)를 중심으로 회전하게 된다. 그럼으로, 유성기어 어셈블리(35)를 통해 샤프트(S) 상에 회전력을 전달하게 되는 것이다.

그리고 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 형성된 자력부(10)에 스테이터 코일(11)로부터 회전자(13)의 회전을 차단하면, 회전자(13)와 연동되는 링기어(33)의 회전이 멈추어 샤프트(S)를 통해 회전하는 선기어(31)가 함께 회전하여도 유성기어(32)는 링기어(33)의 내부에서 회전을 시행함으로 공회전하여 샤프트(S)로부터 회전력을 차단하게 된다. 다시 말해 최초에 메인구동부(20)를 통해 샤프트(S)를 회전시키게 되면 동축의 샤프트(S) 상에 설치되는 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 선기어(31)도 함께 회전하게 된다. 하지만 보조구동부(30a)(30b)(30c)에는 자력부(10)의 스테이터 코일(11)로부터 회전자(13)가 정지된 상태임으로 링기어(33) 또한 정지 또는 역회전 상태를 유지하게 되어 샤프트(S) 및 선기어(31)의 회전력에 의해 내부의 유성기어(32)는 정지 또는 역회전되는 링기어(33) 상에서 회전하게 됨으로 공회전한다. 이때, 보조구동부(30a)(30b)(30c)에 형성된 자력부(10)의 스테이터 코일(11) 상에 전류를 공급하게 되면 자력이 발생하여 회전자(13)와 맞물린 링기어(33)가 회전하게 되고, 샤프트(S)와 맞물려 회전하는 선기어(31)와 함께 링기어(33)가 동일 방향으로 회전하게 됨으로 내부의 유성기어(32)는 정지하게 된다. 이로써, 정지된 유성기어(32)를 통하여 선기어(31)와 링기어(33)는 함께 회전하게 됨으로 메인구동부(20)의 동력에 의하여 샤프트(S) 상에 전달된 상태에서 다수개의 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 동력이 함께 전달됨에 따라 토크가 증가하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 다단 모터의 제어부를 나타내는 블록도이다.

또, 본 발명에 따른 제어부(40)는 상기 회전자(13)의 회전방향과 회전속도 및 자극위치를 파악하여 연산처리한 후, 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 출력값을 인가하여 자력부(10)로 전류를 인가한다. 제어부(40)는 상술한 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 회전하기 위하여 자력부(10)의 자석(12)이 수용된 회전자(13)의 회전방향 및 자극위치, 회전속도 등을 감지하여 재차 스테이터 코일(11) 상에 전류를 공급시키거나 차단할 수 있도록 앞서 설명한 데이터를 연산처리부로 신호를 보내는 역할을 수행한다.

이때, 상기 제어부(40)는 메인구동부(20)의 회전자(13) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 유성기어 어셈블리(35) 상에 인코더(41)를 구비하고, 동체(1)의 하우징(H) 상에 고정되어 인코더(41)로부터 자력부(10)의 회전방향과 회전속도 및 자극위치를 감지하는 인코더 검출기(42), 전류감지센서(45), 차속센서(43) 및 배터리 콘트롤러를 구비하며, 인코더 검출기(42), 전류감지센서(45) 및 차속센서(43)로부터 검출한 신호를 연산처리하는 연산처리부와 연산처리한 신호를 펄스 신호로 전환하는 PWM발생기를 구비하는 신호처리부(44)를 구비하고, 상기 신호처리부(44)에서 발생한 펄스신호에 의하여 출력신호를 발생시키는 ECU를 구비하며, 상기 ECU의 신호에 의해 3상 교류전류를 발생시켜 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)로 보내는 인버터와 저전압을 생성하여 ECU 및 센서 회로 등에 전달하는 DC/DC컨버터를 구비하는 PCU와 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 전류를 인가하게 IGBT를 개재하는 출력부(46)를 구비하고, 전류를 공급을 위한 배터리 및 에너지 저장장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부(40)는 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 근접하여 설치된 인코더 검출기(42)와 차속센서(43) 및 전류감지센서(45)로부터 얻어진 정보를 통해 연산처리부에서 처리한 신호를 PWM발생기로부터 발생된 펄스신호를 ECU로 순차적 전송하고, ECU로부터 지령값을 DC/DC컨버터와 인버터로 형성된 PCU로 전송하여 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 전류를 공급하는 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이 제어부(40)는 회전자(13)의 회전방향, 회전속도, 자극위치를 감지할 수 있도록 동체(1) 상에 고정 형성되는 인코더 검출기(42)를 구비하고, 상기 인코더 검출기(42) 상에 회전하여 통과하는 인코더(41)를 구비하게 된다. 이러한, 메인구동부(20)는 인코더(41)가 회전자(13) 상에 형성되기 때문에 회전자(13)의 회전을 통해 인코더(41)도 함께 회전하여 회전방향, 회전속도 및 자극 위치를 감지할 수 있고, 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 회전자(13)와 일체로 회전하는 유성기어 어셈블리(35)의 링기어(33) 커버(C) 상에 형성되어 감지한다. 이때, 인코더(41)를 통해 메인구동부(20)와 다수의 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 인코더 검출기(42)에서 감지된 각각의 정보 및 차속센서(43) 및 전류감지센서(45)에서 발생된 정보를 연산처리부(Arithmetic and Logic Unit)로 전송하게 되어 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 회전력을 계산하고, 설정된 시퀀스에 맞추어 회전수를 계산하여 조절하거나 메인구동부(20)의 회전력이 약해 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 통한 추가적인 회전력이 필요하다고 계산된 정보를 다시 ECU로 전송하게 된다. 연산처리부로부터 얻은 정보를 통해 ECU가 상기 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 형성된 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)를 통해 자력부(10)의 스테이터 코일(11) 상에 선택적으로 전류의 공급 및 차단을 시행하게 됨으로 자석(12)을 개재하는 회전자(13)의 회전을 컨트롤한다. 상기 IGBT는 전력용 반도체의 일종으로 정확하게는 스위칭용 반도체를 뜻하는 바, 전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 것은 다른 부품이나 회로를 사용하여 구현할 수 있지만, 본 발명의 다단 모터의 경우 정밀제어를 통하여 메인구동부(20)의 회전력을 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 통하여 고 마력 및 고 토크를 얻을 수 있도록 하는 것임으로 IGBT를 사용하는 것이 적합하다. 또한, 에너지 저장장치는 배터리의 전류를 최대한 저장하여 PCU로 전류를 공급하는 역할을 수행한다.

다시 말해, 모터는 제어하는 형태에 따라 크게 Open-Loop Control과 Close-Loop Control이 있고, 모터를 제어하는 방법에 따라 토크제어(전류제어), 속도제어 및 위치제어로 분류된다. 이러한, 모터의 제어는 토크의 제어 즉 모터에 인가되는 전류를 제어함으로 이루어지며 모터의 속도제어 및 위치제어도 최종적으로 모터에 인가되는 전력 즉 전류를 제어하며 이루어짐으로 모터의 제어는 전류제어를 기본으로 하고 있다. 따라서, 전류 검출센서는 모터 상에 인가되는 전류의 크기를 전압으로 바꾸어 검출하게 되며 일반적인 모터 드라이버에서는 홀센서를 이용하여 검출한다. 이렇게 검출된 전류의 값을 아날로그신호를 디지털신호로 변경하여 마이크로 프로세서의 연산에 의해 처리하고, PWM의 신호 발생도 연산 처리한 후 ECU에서 지시하게 된다. 이는, 모터는 3상 교류전류를 제어해야 되기 때문에 3상 변환기(인버터)가 있어야 하고, 다단모터 상에 회전자(13)의 자극 위치를 검출할 수 있는 센서가 필요하다. 이러한, 회전자(13)의 위치를 검출하기 위하여 인코더(41)의 펄스열을 계수하면 회전자(13)의 현재 위치를 알 수 있음으로 위치 정보 및 속도를 연산처리부에서 연산처리한 후, 신호를 ECU로 보내고 ECU에서 다시 출력부인 PCU로 보내고, ECU로부터 받은 전류 명령을 3상 변환기(인버터)에 주어지면 3상 교류전류 명령으로 전환하게 된다. 그럼으로 상기 인버터는 단상 입력에 대해 120° 위상차를 갖는 3상 출력을 발생하게 되며 이때 각 상의 현재 위상은 회전자(13)의 위치를 참조하여 발생하게 된다. 이러한, 다단모터의 내부에는 N극과 S극 두 개의 자극으로 구성되어 있지 않고, 여러 개의 극으로 형성되어 있으며 모터 1회전 당 정기적으로 여러 주기가 반복하게 되어 있다. 이렇게, 생성된 각 상별 전류 명령 값은 전류 검출기로부터 검출되는 실제 전류 값과 비교하여 각 상별 전류값을 연산처리부로 주어지고, 다시 PWM 발생기(Pulse Width Modulation)를 통하여 ECU에서 인버터로 입력하게 된다. 이렇게 복잡한 계산은 연산처리부에서 상술한 설정된 시퀀스에 맞게 마력 및 토크가 부족한 부분을 추가적으로 계산한 PWM 신호를 다시 ECU로 전송 하게 된다. 이때, 연산처리는 고속 마이크로 프로세서(micro processor)를 통해 처리한다.

그리고, 회전자(13)가 인코더(41)를 통해 현재 위치를 검증하는 방법은 일반적으로 인코더(41)의 Z상을 기준으로 하여 현재 위치를 카운트하게 된다. 따라서 인코더에서 Z상의 출력이 나타나는 시점을 위치 초기점이라고 하고 여기에서부터 자석(12)의 360°위치를 인코더(41) A상과 B상의 분해능(1회전 당 펄스 수)과 관계하여 계산하게 된다. 그러므로 인코더(41)의 분해능이 높으면 회전자(13)의 위치를 검출하는데 있어서 더욱 절밀한 데이터를 구할 수 있게 된다. 이러한, 자석(12)의 초기 위치가 중요한 데이터가 되는데 영구자석의 경우 위치에 따른 위상과 같은 전압을 모터 3상단자에 인가해 주어야 하기 때문이다. 그럼으로 모터에 전원을 투입하여 기동하고자 할 경우 반드시 자석(12)의 위치를 알고 있어야 하며 이러한 이유로 A, B, Z상 이외에 U, V, W상을 같이 출력시키는 방법을 사용한다. 전원 투입 시 회전자(13)의 초기 위치는 인코더(41)의 U, V, W상의 데이터를 가지고 지정하게 되며, 일반적으로 정상 회전 시에는 인코더(41)의 펄스 수를 카운터하고 계산하여 설정하도록 하고 있다. 회전자(13)의 위치는 Z상을 기준으로 카운터하기 때문에 인코더(41)의 Z상 출력 시인코더의 펄스를 초기화하고 재카운터하는 방법을 이용하여 계산하고 있다.

즉, 인코더 검출기(42)와 차속센서(43) 및 전류감지센서(45)로부터 감지된 정보를 다시 연산처리부로 전송하고, 연산처리부로부터 계산된 전류의 값을 ECU로 다시 전송하게 된다. 상술한 계산된 전류의 값은 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)로부터 설정된 시퀀스에 맞는 전류의 값 또는 부족한 전류의 값을 통해 전류를 보충 및 과한 전류의 값을 통해 전류를 차단 등을 말하는 것이다. 그리고 다시 ECU로부터 DC/DC컨버터(DC/DC Converter)와 인버터(Inverter)로 형성된 PCU(Power Control Unit)로 전송하여 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 전류를 공급하게 되는 것이다. 또한, 컨버터는 비절연형의 직류초퍼 방식과 트랜스로 고전압과 저전압을 절연하는 방식이 있으며 일예로 전기 자동차에서는 여러 가지 용도로 직류의 변환이 필요함으로 각종 DC-DC 컨버터가 사용되고 있다. 전원 전압을 오르내리도록 하면 교류모터를 넓은 속도 영역과 토크 영역에서 양호한 효율로 동작 할 수 있다. 이것이 PAM(펄스진폭변조)라고 하며 또한 전기 자동차의 헤드라이트나 와이퍼, 진동파워스티어링 등을 작동시키려면 구동용 모터보다 저압의 전원이 필요함으로 강압 초퍼에서의 트랜지스터를 ON시키면 부하는 전지(고전압)로 연결되고, OFF시키면 다이오드를 경유하여 접지(전압제로)로 연결된다. ON/OFF의 시간 비율을 변화시켜면 전지보다 낮은 임의의 전압을 만들 수 있게 된다. 트랜지스터를 ON시키면 코일에 전류가 흐르고, 트랜지스터를 OFF 시키면 발생하는 코일의 역기 전력을 다에서 수행한다. 또한, 인버터는 DC의 전력을 AC의 전력으로 바꾸는 전력 변환장치로 써, DC를 AC로 바꾸는 것 이외에 ECU의 신호에 의해 3상 교류의 전압과 주파수를 변환시켜 유도 전동기 및 동기 전동기의 회전속도를 제어하며, 토크제어와 시스템제어 및 자속 밀도를 일정하게 유지킬 수 있다. 그리고, 고압의 전류가 필요한 모터의 구동을 위해 저전압 배터리의 전압을 고전압으로 승압하는 컨버터, 고주파 리플을 저감하기 위해 슈퍼커패시터 및 모터의 구동과 회생제동 등을 위한 6개의 IGBT 소자 등으로 구성되어 있으며 3상 인버터는 3회로의 가역 초퍼로 구성된 쌍방향 회로임으로 모터의 구동과 회생의 양쪽 모두 수행할 수 있다.

즉, 제어부(40)는 ECU에서 펄스 신호를 PCU로 보내게 되면, PCU에서 발생한 3상 교류 전류를 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 출력하는 역할을 수행하게 되고, 감지판(41)으로부터 감지된 신호를 인코더 검출기(42)를 통해 연산처리부 및 ECU로 순차적 전송하며, ECU로부터 값을 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)에 설치된 IGBT로 인가함으로 상기 IGBT를 ON, OFF 됨에 따라 PCU에서 발생한 3상 교류 전류를 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 출력하게 된다.

또한, 회전자(13)의 속도 검출 방법으로는 인코더(41)가 3가지 신호를 출력하기 때문에 기준 펄스열의 A상과 이보다 90°위상이 늦은 B상이 1회전 당 인코 더(41)의 정밀도 만큼 펄스를 출력하고 1회전 당 특정한 위치에서 1개의 펄스를 출력하는 Z상을 가지고 있다. 자석(12)을 수용한 회전자(13)의 속도를 검출하기 위하여 인코더(41)를 사용할 경우 디지털 연산에 적용하면 먼저 인코더(41) 펄스열을 계수하여 회전 속도를 알아내는 방법에서 회전 속도와 인코더(41)의 펄스 수는 ‘회전속도 = (카운터 펄스 수/단위시간) 1회전 당 인코더 펄스 수’그리고, 인코더(41)의 펄스 폭을 검지하는 방법은 ‘회전속도 = (1/인코더 펄스 주기)(폭)×단위시간/1회전 당 인코더 펄스 수’의 식에서 인코더(41) 펄스의 주기는 인코더(41) 펄스 하나의 시작에서 다음 시작 때 까지 고속의 펄스열을 계산하게 된다. 상기 식에서 보는 바와 같이 펄스 계수방법은 저속의 경우 단위시간에 입력되는 펄스의 수가 작아 저속으로 펄스폭을 계산하는 정밀도가 낮아져 서로간의 문제점을 안고 있다. 그래서 일반적으로 100∼200rpm 미만의 경우에는 펄스폭을 검출하여 속도를 계산하는 방법을 사용하고 그 이상이 되면 펄스 수를 계산하여 회전속도를 구하는 방법을 사용한다.

이러한, 구성은 다른 분야에 적용하여 사용할 수 있지만, 자동차 상에 적용할 경우 모드운전 기능이 가능해 스포츠, 정속주행, 시내주행, 초보운전 등 자신에 맞게 설정하여 사용가능해 지고, 배터리는 2차전지를 사용하며 배터리 상태를 배터리 콘트롤러를 통해 확인이 가능함으로 배터리의 잔량에 따라 추가적으로 형성된 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 수를 조정하여 전류를 공급한다. 또한, 차동차의 경우 바퀴의 회전 속도에 따라 차속센서의 입력 신호를 연산처리하여 적절한 보조구동부(30)의 회전을 결정하여 전류를 인가하게 된다. 또한, 일예로 보조구동부(30c)의 이상이 발생되면 이상이 발생한 보조구동부(30c)를 제외한 정상작동되는 보조구동부(30a)(30b)에만 전류를 공급하여 운행을 계속하게 된다. 또한, 추돌사고 등 위험한 상황에서 배터리의 전류를 차단하여 감전사고를 예방하게 된다. 또한, 샤프트(S)의 최고 속도 또는 일정한 속도에서 순차적으로 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 구동 수를 자동 조절할 수 있어 에너지 절약효과를 도모하게 된다.

즉, 일예로 제어부(40)는 ECU에서 설정된 임의의 설정값(기존의 설정된 출력값 및 토크 등) 상에 현재의 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 현재값(현재의 출력값 및 토크 등)을 비교하여 지령값(오차범위 내의 값)을 재차 출력하여 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)를 회전시킨다.

그리고, 상기 제어부(40)의 ECU는 신호처리부(44)의 펄스 신호에 의하여 출력신호를 발생시킴과 함께 키(Key)를 통한 전원 공급 및 차단신호와, 출력발생부의 구동신호와, 출력차단부의 정지신호 및 변속기 레버의 정회전, 역회전신호에 의해 출력신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다. 상기 키와, 출력발생부, 출력차단부, 변속기 레버는 사용자가 직접 작동하여 ECU에 강제 명령을 전달하는 것으로 상기 키는 제어부(40)의 전원과 메인구동부(20), 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 출력 전원을 ON/OFF하는 역할을 수행한다. 그리고, 출력발생부는 사용자의 조작량 및 속도를 검출하여 의도한 구동 토크 변화를 발생시킬 수 있도록 차속이나 부하 등의 조건에 따라 ECU에 신호를 보내어 토크 및 회전속도를 제어하는 역할을 수행한다. 또한, 출력차단부는 회전하고 있는 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 회전력을 차단하여 회전을 멈추도록 하는 것이다. 그리고, 메인구동부(20)를 통해 회생제동을 함께하여 발전기의 역할도 함께 수행할 수 있도록 한다. 또, 변속기 레버의 정회전, 역회전신호에 의해 출력신호를 발생시키는 것으로 상술한 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 회전방향을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 일예로, 상기 키, 출력발생부, 출력차단부, 변속기 레버의 경우 자동차에 적용하여 사용하게 된다면, 키는 자동차의 시동을 걸 수 있는 자동차키에 해당하고, 출력발생부는 자동차가 전진 또는 후진 등을 조작량을 통해 속도를 실행할 수 있는 엑셀페달에 해당하며, 출력차단부는 자동차가 정지를 할 수 있도록 회전수를 감속시키는 브레이크에 해당하고, 변속기 레버는 자동차를 전진 또는 후진, 중립 및 주차 등을 실행할 수 있는 변속기에 해당한다고 볼 수 있다.

또한, 상기 제어부(40)는 전원공급을 위해 배터리 또는 외부전원 중 하나를 택일하여 사용하되, 상기 배터리의 경우 외부전원을 통해 충전 가능한 것을 특징으로 한다. 이러한 제어부(40) 상에 전원을 공급하기 위하여 배터리를 일체로 결합하여 사용할 수 있도록 하거나 외부에서 전원을 직접 연결하여 제어부(40)의 전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다. 그리고, 상기 다단모터는 메인구동부(20)의 회생제동을 통하여 배터리를 충전할 수도 있다.

상기 다단모터는 교류모터의 동기모터 또는 유도모터 상에도 활용 가능한 것을 특징으로 한다. 이러한, 본원 발명의 다단모터는 유도 모터 및 동기 모터 등으로 사용할 수 있어 다양한 활용이 가능하다. 이러한, 교류모터의 동기모터와 유도모터는 카고형(squirrel-cage), 로터형(wound-rotor)의 유도모터와 로터형(wound-rotor), 영구자석형(PM-rotor), 리럭턴스형(reluctance)의 동기모터 상에 사용이 가능하다. 그리고, 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 자석(12)의 경우 도면 상에 도시된 위치 및 배치에 한정하지 않고 다양하게 형성가능하다.

이와 같이, 본 발명은 고속과 저속 및 회전력을 증가 또는 감소시킬 수 있어 전류를 효율적으로 사용가능하고, 보조 모터의 수를 통해 소, 중, 대형 등으로의 형성이 가능해져 자동차 분야뿐만 아니라 다양한 산업 적용분야에 사용가능한 효과를 제공한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1: 동체 2: 브라켓
3: 프론트 커버 4: 리어커버
5: 볼트홀 6: 배선구
7: 냉각파이프홀 8: 고정링
10: 자력부 11: 스테이터 코일
12: 자석 13: 회전자
20: 메인구동부 30a, 30b, 30c: 보조구동부
31: 선기어 32: 유성기어
33: 링기어 35: 유성기어 어셈블리
37: 돌기 40; 제어부
41: 인코더 42: 인코더 검출기
43: 차속센서 44: 신호처리부
45: 전류감지센서 46: 출력부
50: 캐리어 51: 리데나
52: 스냅링 53: 리베트 핀
54: 와셔 55: 고정볼트홀
56:　볼트탭 57: 오일씰
58: 허브링 S: 샤프트
B, B': 제1, 2베어링 P: 냉각파이프
H: 하우징

Claims

동체(1)의 샤프트(S) 상에 장착되어 동력을 발생시키는 모터에 있어서;
상기 동체(1)의 하우징(H)과 내부에 고정된 스테이터 코일(11)을 구비하고, 상기 스테이터 코일(11)로부터 회전 가능하게 자석(12)을 개재하는 회전자(13)를 구비하는 자력부(10);
상기 자력부(10)의 자석(12)을 개재하는 회전자(13)와 일체로 결합되고, 자력부(10)로부터 회전력을 전달받아 샤프트(S)를 회전시키는 메인구동부(20);
상기 메인구동부(20)의 후방에 샤프트(S)를 수용하여 형성되고, 자력부(10)의 회전자(13) 중심부에 삽설하여 회전력을 통해 샤프트(S) 상에 선택적으로 회전력을 더욱 증가시키는 유성기어 어셈블리(35)를 구비하는 다수의 보조구동부(30a)(30b)(30c); 및
상기 자력부(10)의 회전방향 및 회전속도와 자극위치를 파악하여 연산처리한 후, 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 출력값을 계산하여 자력부(10)로 전류를 인가하되, 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 근접하여 설치된 인코더 검출기(42)와 차속센서(43) 및 전류감지센서(45)로부터 얻어진 정보를 통해 연산처리부에서 처리한 신호를 PWM발생기로부터 발생된 펄스신호를 ECU(Electronic Control Unit)로 순차적 전송하고, ECU로부터 지령값을 DC/DC 컨버터와 인버터로 형성된 PCU로 전송하여 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 전류를 공급하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 메인구동부(20)와 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 내부에 회전력에 의해 발생되는 열을 냉각하도록 냉각파이프(P)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 보조구동부(30a)(30b)(30c)는 제어부(40)의 ECU(Electronic Control Unit)를 통해 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)를 개별적으로 온, 오프하여 선택 구동이 가능한 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 유성기어 어셈블리(35)는 샤프트(S) 상에서 일체로 회전하는 선기어(31)와, 상기 선기어(31)와 맞물려 회전하는 다수의 유성기어(32)와, 상기 유성기어(32)와 서로 맞물려 회전하는 링기어(33)를 구비하여 샤프트(S) 상에 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제4항에 있어서,
상기 유성기어 어셈블리(35)는 자력부(10)로부터 회전력이 부가된 회전자(13)가 회전함으로 유성기어(32)의 회전을 멈춰 선기어(31)가 샤프트(S)와 동일 방향으로 회전하여 회전력을 증가하고, 자력부(10)로부터 전력이 차단된 회전자(13)의 멈춤으로 유성기어(32)는 링기어(33) 상에서 선기어(31)와 함께 공회전하여 샤프트(S)로부터 회전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 제어부(40)는 메인구동부(20)의 회전자(13) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)의 유성기어 어셈블리(35) 상에 인코더(41)를 구비하고, 동체(1)의 하우징(H) 상에 고정되어 인코더(41)로부터 자력부(10)의 회전방향과 회전속도 및 자극위치를 감지하는 인코더 검출기(42), 전류감지센서(45), 차속센서(43) 및 배터리 콘트롤러를 구비하며, 인코더 검출기(42), 전류감지센서(45) 및 차속센서(43)로부터 검출한 신호를 연산처리하는 연산처리부와 연산처리한 신호를 펄스 신호로 전환하는 PWM발생기를 구비하는 신호처리부(44)를 구비하고, 상기 신호처리부(44)에서 발생한 펄스신호에 의하여 출력신호를 발생시키는 ECU를 구비하며, 상기 ECU의 신호에 의해 3상 교류전류를 발생시켜 메인구동부(20) 및 보조구동부(30a)(30b)(30c)로 보내면서 저전압을 생성하여 전달하는 DC/DC 컨버터를 구비하는 PCU와 보조구동부(30a)(30b)(30c) 상에 전류를 인가하게 IGBT를 개재하는 출력부(46)를 구비하고, 전류를 공급하기 위한 배터리 및 에너지 저장장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
삭제
제6항에 있어서,
상기 제어부(40)의 ECU는 신호처리부(44)의 펄스 신호에 의하여 출력신호를 발생시킴과 함께 키(Key)를 통한 전원 공급 및 차단신호와, 출력발생부의 구동신호와, 출력차단부의 정지신호 및 변속기 레버의 정회전, 역회전신호에 의해 출력신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 제어부(40)는 전원공급을 위해 배터리 또는 외부전원 중 하나를 택일하여 사용하되, 상기 배터리의 경우 외부전원을 통해 충전 가능한 것을 특징으로 하는 다단 모터.
제1항에 있어서,
상기 다단모터는 동기모터 또는 유도모터 상에도 활용 가능한 것을 특징으로 하는 다단 모터.