KR101293240B1 - 전기 자동차용 멀티 와이어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 모터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 모터를 외부에서 제어를 해서 전기 모터의 특성, 예를 들어서 전기 모터의 속도 또는 토크를 인위적으로 변화시킴으로써 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차가 주행할 때 도로상황에 맞는 최적화된 전기모터의 성능을 얻을 수 있는 모터장치에 관한 것이다.
종래의 전기 모터의 구조에서, 코일(12)을 구성하는 와이어(30)를 서로 절연된 다수의 전도체(21)로 구성하고, 상기의 전도체(21)의 직경이 다르거나 또는 동일한 2개 내지 5개의 종류로 달리하여 멀티와이어(31)로 구성하고, 상기의 여러 가닥의 멀티와이어(31)로 구성된 코일(12)을 모터의 코어(13)에 감아서, 각각의 다르거나 또는 동일한 직경을 가진 전도체(21)로 이루어진 멀티와이어(31)로 구성된 코일(12)에 사용자 임의대로 전류를 인가할 수 있도록 제어부(40)를 추가하여 구성하면, 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 전기 모터 장치는 전기 모터의 특성을 차량의 주행 상황에 맞도록 필요에 따라 임의적으로 조절할 수 있으므로 전기 자동차의 가장 큰 문제점인 동력의 효율화 부분에 있어서 차량 주행 시 최적화된 효율을 가진 자동차용 전기 모터의 성능을 제공할 수 있다.

Description

전기 자동차용 멀티 와이어 모터{Electric Vehicle for Multi Strand Wire Motor}

본 발명은 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 모터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차의 주행시에 도로상황에 적합하도록 최적화된 성능을 얻을 수 있는 모터장치에 관한 것이다.

전기 자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 교류 또는 직류 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로써, 가솔린 자동차가 출현되기 이전인 1800년대 후반에 최초로 제작되었으나 세계 1차 대전 후에 가솔린 자동차의 급속한 발전과 개발로 인해서 자취를 감추게 되었다.

그러나 1980년대에 이르러 자동차 배출가스의 공해문제가 대두되면서 그 해법으로서 전기자동차의 사용이 제시되었으나, 축전지의 기술부족으로 상용화가 늦춰져 왔다. 그 후, 1990년대 초반에 이르러 축전지 신기술의 가능성이 창출되면서 미국을 중심으로 급속하게 전기자동차의 개발이 추진되었고, 특히 미국의 경우 자동차회사의 강력한 반발에도 불구하고 캘리포니아 주정부에서는 1998년부터 전기자동차의 사용을 의무화하는 ZEV(Zero Emission Vehicle) 규제를 입법화하면서 전기자동차 분야의 개발이 본격화되었으나, 축전지 기술의 개발이 기대에 미치지 못하면서 ZEV 규제를 2003년으로 연기하였으며, 최근에는 이산화탄소 규제와 관련하여 전기 자동차의 개발 전망이 밝아지고 있다. 전기 자동차가 실용화되기 위한 여러 가지 기술들 중 모터기술과 모터의 제어기술이 발전하여 고출력, 소형이면서 효율이 좋은 시스템이 개발되었고, 특히 모터기술분야에서 많은 발전이 있었다.

전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 전기 모터는 코어에 감겨진 와이어의 굵기 및 턴 수에 따라서 모터의 회전수와 토크가 달리 나타나기 때문에 전기 모터는 특정 구간의 속도에서 효율이 가장 좋게 나타나지만, 이 특정 구간 이외의 경우에는 모터의 효율이 떨어질 뿐만 아니라 모터에서 발열도 많이 발생하게 된다.

전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 모터는 도로상황에 따라 다양한 범위의 속도와 넓은 범위의 토크에서 동작을 해야 하지만, 전기 모터의 출력은 모터의 속도와 토크의 곱에 비례하므로 전기 모터의 특성상 고속의 특성과 높은 토크의 특성을 동시에 얻는 것이 어려워지는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 장착하는 개선된 전기모터의 제공에 목적이 있으며, 구체적으로는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차를 구동하는 전기모터의 고속특성과 높은 토크특성을 동시에 제어할 수 있게 하여 최적의 효율과 성능을 나타내는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 멀티와이어 모터의 제공에 목적이 있다.

본 발명에 따른 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 멀티 와이어 모터는 원통형상의 하우징(16)과 상기 하우징(16)의 내주면을 따라서 일정 간격으로 고정 설치되는 영구자석인 다수의 고정자(15)와 상기 고정자(15)의 안쪽에 해당되는 하우징(16)의 내부 중심부에 적층된 다수의 코어(13)와, 코어(13)에 감겨진 코일(12)로 이루어진 회전자(14)와, 상기 회전자(14)를 구성하는 코어(13)의 중심부에 끼워져 결합된 상태에서 회전자(14)와 함께 제자리 회전되는 샤프트(11)로 이루어진 전기모터에 있어서, 상기 코일은(12)은 직경이 다르거나 또는 동일한 2개 내지 5개의 전도체(21)를 절연체(22)에 의해 서로 절연되게 배치한 멀티와이어(31)로 구성하고, 직경이 다르거나 또는 동일한 2개 내지 5개의 전도체(21)에 개별적으로 전류를 인가할 수 있도록 제어부(40)를 결합한 것으로 이루어진다.

상기 전도체(21)는 통상적으로 사용되는 구리선 등으로 특별히 제한되는 것은 아니며 또한 상기 절연체(22) 역시 통상적으로 알려진 재질을 사용한다.

본 발명에 따른 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차용 전기 모터 장치는 전기 모터의 특성을 차량의 주행 상황에 맞도록 필요에 따라 임의적으로 조절할 수 있으므로 전기 자동차의 가장 큰 문제점인 동력의 효율화 부분에 대해서 차량 주행 시 최적화된 효율을 가진 자동차용 전기 모터의 성능을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술인 전기 모터의 구조를 나타낸 구조도이다.
도 2의 (a)도는 종래의 전기모터의 와이어에 대한 단면도이고, (b)도는 본 발명의 전기 자동차용 멀티 와이어 모터의 멀티와이어에 대한 단면도이다.

아래에서는 도면을 참조하여 본 발명의 전기 자동차용 멀티와이어 모터에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

아래에서 표현하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

일반적으로, 전기 모터는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차, 각종 산업용 제품에 적용되어 전류의 입력에 따라 제자리에서 회전 운동을 하면서 구동력을 발생시키는 중요한 부품중의 하나이다.

도 1은 종래의 전기 모터의 구조를 나타낸 구조도이고, 도 2의 (a)도는 종래의 전기모터의 와이어에 대한 단면도이고, (b)도는 본 발명의 전기 자동차용 멀티 와이어 모터의 멀티와이어에 대한 단면도로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면,

도 1에 도시된 바와 같이 기존의 전기모터는 원통형상의 하우징(16)과 상기 하우징(16)의 내주면을 따라서 일정 간격으로 고정 설치되는 영구자석인 다수의 고정자(15)와 상기 고정자(15)의 안쪽에 해당되는 하우징(16)의 내부 중심부에 위치되며, 적층된 다수의 코어(13)에 코일(12)이 감겨진 형태로 이루어지고, 상기 코일(12)에 인가되는 전류에 의하여 회전자계를 형성하면서 고정자(15)와의 상호 작용에 의하여 제자리 회전되는 회전자(14)와, 상기 회전자(14)를 구성하는 코어(13)의 중심부에 끼워져 결합된 상태에서 회전자(14)와 함께 제자리 회전되는 샤프트(11)로 구성되어 있다.

상기 전기 모터는 외부 전원에 의하여 전류가 인가되면 회전자(14)를 구성하는 코일(12)에 전류가 흐르게 되면서 회전자(14)의 둘레에 회전자계가 형성되면서 자력이 형성되고, 상기 자력과 고정자(15) 사이에서 형성되는 인력과 척력의 작용에 의하여 상기 회전자(14)가 회전되는 것에 따라서 샤프트(11)가 구동되는 것이다.

도 2의 (a)도에 도시된 바와 같이 상기한 기존의 전기 모터의 회전자(14)는 구리나 철심과 같은 전도체(21)가 하나의 선, 즉, 단선 형태로 구성된 와이어(30)로 이루어진 코일(12)이 코어(13)에 감겨져 있는 구조이다.

본 발명에 따른 전기 자동차용 멀티 와이어 모터의 회전자(14)는 도 2의 (b)도에 도시된 바와 같이, 회전자(14)를 구성하는 코어(13)에 감겨진 코일(12)이 멀티와이어(31)로 이루어져 있으며, 본 발명에 따른 멀티와이어(31)는 직경이 다르거나 또는 동일한 2개 내지 5개의 전도체(21)가 절연체(22)에 의해 서로 절연되게 배치되고, 코일(12)에 전류를 인가할 때 2개 내지 5개의 전도체(21)에 개별적으로 전류가 인가될 수 있도록 제어부(40)가 결합된 구성으로 되어 있다.

상기한 본 발명에 따른 멀티와이어(31)는 그 내부에 배치된 직경이 서로 다르거나 또는 동일한 전도체(21)에 사용자가 임의적으로 전류를 흘리면 코어(13)에 감겨져 있는 코일(12)을 구성하는 멀티와이어(31)의 턴 수를 임의대로 조절하는 효과가 발생한다.

구체적으로 설명하면, 모터는 코어(13)에 감기는 와이어(30)의 턴 수에 따라서 모터의 특성이 변화하는데, 본 발명의 멀티와이어 모터는 코일(12)을 구성하는 멀티와이어(31)의 내부에 직경이 다르거나 또는 동일한 2개 내지 5개의 전도체(21)가 서로 절연된 상태로 배치되어 있으며, 사용자가 임의적으로 2개 내지 5개의 전도체(21)에 전류를 흐르게 하면, 코어(13)에 감겨진 멀티와이어(31)의 턴 수를 임의적으로 조절하는 것과 같은 효과를 나타내므로 멀티와이어(31)로 구성된 코일의 실제 턴 수와 관계없이 전기모터의 속도 및 토크를 임의적으로 제어할 수가 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 멀티와이어(31)로 구성된 코일(12)을 모터코어(13)에 감고, 직경이 다르거나 또는 동일한 서로 다른 전도체(21)에 전류를 인가할 수 있도록 수동 혹은 자동 제어부(40)를 가동시키는 작동수단을 외부에 장착하여 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 주행 상황에 따라 예를 들어서 차량의 출발시와 정지시, 또는 급가속시 및 고속 주행시에 적합한 속도 및 토크로 구동할 수 있게, 외부에서 사용자(운전자)가 전기 모터를 임의적으로 제어할 수 있도록 구성한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 멀티와이어 모터에 의해 구동되는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차는 일반적으로 사용되는 가솔린 엔진 및 디젤 엔진을 사용하는 차량의 경우와 같이 차량의 출발시 또는 언덕과 같은 급경사를 올라갈 때는 차량의 기어를 저단으로 맞추고서 엔진의 토크를 높여, 큰 힘을 필요로 하고, 차량의 고속 주행시에는 차량의 기어를 고단으로 맞춰서 엔진의 속도를 높여서 차량이 고속으로 운행하는데 필요한 속도를 내는 것과 같은 성능을 나타내는 것이다.

11: 샤프트
12: 코일
13: 코어
14: 회전자(Rotator)
15: 고정자
16: 하우징
21: 전도체
22: 절연체
30: 와이어
31: 멀티와이어
40: 제어부

Claims (5)

1. 원통형상의 하우징(16)과, 상기 하우징(16)의 내주면을 따라서 일정 간격으로 고정 설치되는 영구자석인 다수의 고정자(15)와, 상기 고정자(15)의 안쪽에 해당되는 하우징(16)의 내부 중심부에 적층된 다수의 코어(13)와, 코어(13)에 감겨진 코일(12)로 이루어진 회전자(14)와, 상기 회전자(14)를 구성하는 코어(13)의 중심부에 끼워져 결합된 상태에서 회전자(14)와 함께 제자리 회전되는 샤프트(11)로 이루어진 전기모터에 있어서,
   상기 코일(12)은 2개 내지 5개의 전부가 직경이 동일하거나 상이(相異)하며, 또는 일부의 직경이 상이(相異)한 전도체(21)를 절연체(22)에 의해 서로 절연되게 배치한 멀티와이어(31)로 구성하고,
   2개 내지 5개의 전부가 직경이 동일하거나 상이(相異)하며, 또는 일부의 직경이 상이(相異)한 전도체(21)에 전류를 인가할 수 있도록 제어부(40)를 결합한 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 멀티와이어 모터.
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5. 제 1 항에 있어서, 멀티와이어(31)를 구성하는 2개 내지 5개의 전도체(21)에 개별적으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 멀티 와이어 모터.

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