KR101578082B1 - 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터를 탑재한 전기 자동차 - Google Patents

전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터를 탑재한 전기 자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차는 유도 코일을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 탄소나노튜브가 공유 결합되는 금속기 원소는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다. 전기 전도성 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합 소재를 제조할 수 있다. 이러한 전기 전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일은 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차의 안정적인 동작을 가능하게 한다.
유도 코일, 전기 모터, 탄소나노튜브, 전기 자동차

Description

전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터를 탑재한 전기 자동차{ELECTRIC CAR MOUNTING ELECTRIC MOTOR HAVING ELECTRO CONDUCTIVE INDUCTION COIL WITH COMPOUND MATERIAL}
본 발명은 전기 모터를 구비한 전기 자동차에 관한 것으로, 구체적으로는 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터를 탑재한 전기 자동차에 관한 것이다.
자동차는 오랫동안 가솔린으로 주행해왔다. 자동차의 연비는 기술 발전과 더불어 지속적으로 개선되고 있지만 자동차 보유 대수가 증가하고 있기 때문에 자동차에 의한 이산화탄소의 배출량은 여전히 증가하고 있어서 환경오염에 심각한 영향을 주고 있다. 이러한 문제점을 전기 자동차로 극복하기 위한 연구가 계속되고 있다. 전기 자동차는 이산화탄소의 배출이 없기 때문에 일차적으로 무공해 이동 수단으로 인식되고 있다. 그러나 순수 전기 자동차는 생산비나 효율면에서 아직 상용화되기에는 여러 가지 해결해야할 과제를 안고 있다. 이에 대한 대안으로는 연료를 사용하는 엔진과 전기 모터를 결합한 하이브리드 자동차에 대한 연구도 지 속되고 있다.
전기 자동차는 기본적으로 전기 모터가 장착된다. 차량의 동력원으로 제공되는 전기 모터는 높은 구동력을 얻을 수 있어야 하기 때문에 고용량의 유도 코일을 사용하게 된다. 고용량의 유도 코일은 중량이 클 뿐만 아니라 고속 주행시 고열이 발생하게 된다는 점에서 심각한 경우에는 손상될 우려를 갖고 있다. 따라서 자동차 동력원으로 사용되는 전기 모터의 경우에는 고열에 손상이나 변형 없이 잘 견딜 수 있어야 하며 중량이 적게 나갈수록 좋다.
본 발명의 목적은 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 전기 모터의 유도 코일을 구성하여 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 유지할 수 있는 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 전기 모터에 관한 것이다. 본 발명의 전기 모터는: 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속기 원소는 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다.
본 발명의 다른 일면은 전기 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 다른 일면에 따른 전기 자동차는: 동력원으로 장착되는 전기 모터는 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속기 원소는 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기 모터의 구동을 위한 전력을 제공하는 배터리; 상기 배터리의 전원 출력단과 상기 전기 모터의 전원 입력단 사이에 전기적 연결을 제공하는 동력 케이블을 포함하되, 상기 동력 케이블은 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 동력 케이블을 구성하는 복합 소재의 금속기 원소는 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다.
본 발명의 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차에 의하면, 전기 모터의 유도 코일을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 전기 전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일은 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차의 안정적인 동작을 가능하게 한다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명의 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차는 유도 코일을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 탄소나노튜브가 공유 결합되는 금속기 원소는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다. 전기 전도성 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합 소재를 제조할 수 있다. 이러한 전기 전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일은 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차의 안정적인 동작을 가능하게 한다.
도 1은 하이브리드 자동차의 주요 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여, 하이브리드 자동차(100)는 전기 모터(110)와 연료 구동 엔진(120)을 모두 구비한다. 하이브리드 자동차(100)는 전기 모터(110) 또는 연료 구동 엔진(120)으로부터 선택적으로 동력을 제공받아서 동작한다. 하이브리드 자동차(100)는 전기 모터(110)를 동작시키기 위한 배터리(140)를 구비한다. 발전기(150)는 운행 중 동작하면서 발전이 이루어지고, 발전된 전기는 인버터(130)를 통하여 배터리(140)로 제공되어 충전이 이루어진다. 연료 구동 엔진(120) 또는 전기 모터(110)로부터 발생된 구동력은 제1 및 제2 구동축(170, 190)을 통하여 바퀴(160)로 전달된다. 제1 및 제2 구동축(170, 190)의 연결 부분에는 브레이크 에너지를 회수하기 위한 에너지 회수기(180)가 구비될 수 있다.
도 2는 도 1의 전기 모터의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하여, 전기 모터(110)는 에를 들어, 제1 구동축(190)에 연결되는 회전축(115)과 회전축(115)에 장착되는 회전자(116)를 구비한다. 회전자(116)에는 상술한 전기 전도성 복합 소재로 구성된 유도 코일(118)이 권선된다. 회전자(116) 를 사이에 두고 극성을 달리하여 마주 대향되게 설치되는 두 개의 영구 자석(112, 144)이 설치된다. 이와 같은 구조를 갖는 전기 모터(100) 유도 코일(118)을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성한다. 그럼으로 하이브리드 자동차(100)의 전기 모터(110)는 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있으며 종래에 비하여 경량으로 구성됨으로 연비를 향상시킬 수 있다. 이 실시예에서 전기 모터(110)의 회전자(116)에 유도 코일(118)이 권선되는 구조를 예시하였으나 영구 자석(112, 114)과 유도 코일(118)의 위치가 서로 반대 위치를 갖는 구조로 변형 실시하는 것도 가능하다.
도 3은 자동차 바퀴에 전기 모터가 장착된 구조를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하여, 하이브리드 자동차(100) 바퀴에 전기 모터(300)가 구성될 수 있다. 바퀴에 구성되는 전기 모터(300)는 회전축(350)과 회전축(350)에 연결되는 회전자(360)를 구비한다. 회전자(360)에는 상술한 전기 전도성 복합 소재로 구성된 유도 코일(340)이 권선된다. 회전자(360)를 사이에 두고 반대 극성으로 배열되는 다수개의 영구 자석(320, 330)이 설치된다. 이러한 구성들은 바퀴를 구성하는 휠(310)의 내부에 조립된다. 이와 같은 구조를 갖는 전기 모터(300) 유도 코일(340)을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성한다. 그럼으로 하이브리드 자동차(100)의 전기 모터(300)는 과도한 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있으며 종래에 비하여 경량으로 구성됨으로 연비를 향상시킬 수 있 다. 이 실시예에서 전기 모터(300)의 회전자(360)에 유도 코일(340)이 권선되는 구조를 예시하였으나 영구 자석(320, 330)과 유도 코일(340)의 위치가 서로 반대 위치를 갖는 구조로 변형 실시하는 것도 가능하다.
도 4는 전기적 및 기계적 동력 전달 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하여, 하이브리드 자동차(100)의 전기 모터(110)는 배터리(140)로부터 전기적 동력인 전력을 제공받는다. 배터리(140)의 전원 출력단(410)과 전기 모터(110)의 전원 입력단(420)은 동력 케이블(400)에 의해 상호 연결된다. 전기 모터(110)의 연속 동작시에 동력 케이블(400)이 과열될 수 있으며 과도한 경우 파손이나 변형이 발생될 수 있음으로 동력 케이블(400)의 경우에도 전기 모터(110)의 유도 코일(118)과 같은 전기 전도성 복합 소재로 구성할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이상과 같은 본 발명의 전기 전도성 복합 소재로 구성되는 유도 코일을 구비한 전기 모터 및 이를 구비한 전기 자동차는 실시예에서와 같이 연료 구동 엔진과 전기 모터를 혼합하여 사용하는 하이브리드 자동차에 적용될 수 있으며 또한 전기 모터만으로 구동되는 단일형 전기 자동차에도 이용 가능하다.
도 1은 하이브리드 자동차의 주요 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 전기 모터의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 자동차 바퀴에 전기 모터가 장착된 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 전기적 및 기계적 동력 전달 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 하이브리드 자동차 110: 전기 모터
112, 114: 영구 자석 115: 회전축
116: 회전자 118: 유도 코일
120: 엔지 130: 인버터
140: 배터리 150: 발전기
160: 바퀴 170: 제1 구동축
180: 에너지 회수기 190: 제2 구동축
200: 바퀴 300: 전기 모터
310: 휠 320, 330: 영구 자석
340: 유도 코일 350: 회전축
360: 회전자 400: 동력 케이블
410: 전원 출력단 420: 전원 입력단

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전기 자동차에 있어서,
    전기 모터는 유도 코일을 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함하는 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성하고, 상기 전기 전도성 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 제조되며,
    상기 전기 모터를 자동차 바퀴에 구성하되, 다수개 유도 코일을 다수개 영구자석과 반대 극성으로 배열하고,
    상기 전기 모터에 전력을 제공하는 배터리의 전원 출력단과 상기 전기 모터의 전원 입력단 사이에 동력 케이블로 전기적 연결을 제공하되, 상기 동력 케이블은 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3 항에 있어서,
    동력 케이블을 구성하는 복합 소재의 금속기 원소는
    알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
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