KR101701939B1 - 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법 - Google Patents

자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 주행 모드에 따라 추진축과 같은 구동계의 회전 부분의 회전을 보조하거나 전기를 생산할 수 있는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 보조구동장치는 발전 전동기, 액추에이터, 배터리, 센서와 컨트롤러로 구성되어 있다. 발전 전동기는 자동차의 구동계의 회전 부분과 함께 회전할 수 있도록 장착하기 위한 회전자와, 회전자와 상호유도작용할 수 있는 제1 위치와 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 고정자를 구비한다. 엑추에이터는 고정자를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시킨다. 센서는 발전 전동기와 연결되어 전기를 저장한다. 센서는 회전자의 회전을 검출한다. 컨트롤러는 센서로부터 입력되는 회전자의 회전값에 따라 액추에이터의 작동을 제어한다. 컨트롤러는 센서로부터 입력되는 회전자의 회전값에 의해 자동차가 가속, 정속주행 및 감속 모드인가를 판단하며, 가속 모드이면, 발전 전동기의 구동에 의한 구동계의 회전 부분의 회전을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키고, 정속주행 모드이면, 액추에이터를 제어하여 고정자를 제2 위치로 이동시키며, 감속 모드이면, 발전 전동기의 발전에 의한 전기의 생산을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키도록 구성되어 있다.

Description

자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법{FUEL SAVING DRIVING ASSISTANCE APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 연료 절감 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 주행 모드(Driving mode)에 따라 추진축(Propeller shaft)과 같은 구동계의 회전 부분의 회전을 보조하거나 전기를 생산할 수 있는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법에 관한 것이다.
국제사회에서 기후변화협약에 의한 이산화탄소(CO2)의 배출 규제가 강화되고 있으며, 화석연료의 고갈로 고유가 시대의 가능성이 항상 존재하고 있으므로 자동차 산업의 정책은 지금까지 비중을 두어왔던 친환경성보다 이산화탄소의 감소와 효율 향상이 우선되고 있는 실정이다. 따라서 세계적으로 자동차의 연비 규제가 날로 강화되고 있어 연비 개선은 자동차 업체에서 시급히 해결해야 할 주요 과제로 제기되고 있다.
자동차 연료를 절감하기 위하여 다양한 기술과 방법이 개발되고 있다. 자동차의 연료 절감 기술은 엔진과 연료 시스템 부문으로 구분할 수 있다. 엔진 부문에서는 대형 엔진의 경우 고속 주행을 할 때 불필요한 실린더의 작동을 정지시켜 연료를 절감하는 실린더 작동 정지 기능과 배기가스의 열을 활용하여 흡입공기를 압축하여 엔진의 효율을 높이는 터보 충전 기술이 이용되고 있다. 연료 시스템 부분에서는 공기와 연료의 혼합을 개선하여 통제하는 가변 밸브 리프트와 타이밍(Variable valve lift and timing)이 이용되고 있다. 자동차의 연료 절감 기술은 한국 등록특허 제10-1523933호 "자동차 연료 및 배기가스 절감 밴드 제조 방법 및 그 절감 장치", 한국 등록특허 제10-0748233호 "자동차 연료 절감 장치", 한국 등록특허 제10-1160323호 "자동차용 전자 제어 연료 절감 클러치 장치" 등 많은 특허 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 이러한 자동차의 연료 절감 기술은 이산화탄소의 배출 규제를 근본적으로 해결하는데 한계가 있다.
천연가스 자동차(Natural gas vehicle, NGV)는 주행 연료로서 천연가스를 사용하는 자동차를 말하며, 사용하는 연료의 상태에 따라 압축천연가스 자동차(Compressed natural gas vehicle, GNGV), 액화천연가스 자동차(Liquefied natural gas vehicle, LNGV), 흡착천연가스 자동차(Adsorbed natural gas vehicle, ANGV)로 구분되고 있다. 현재 국내에서 사용되는 모든 천연가스자동차는 압축천연가스 자동차이다. 또한, 천연가스 자동차는 연료공급 방식에 따라 압축 천연가스만을 사용하는 CNG 전용(Dedicated), 압축천연가스와 가솔린을 선택적으로 사용하는 CNG-가솔린 겸용(Bi-fuel), 압축천연가스와 디젤연료를 혼합하여 사용하는 CNG-경유혼소(Dual fuel) 방식이 있으며, 최근에 CNG-가솔린 겸용방식도 연구되고 있다. 천연가스 자동차에 대한 기술은 한국 등록특허 제10-0907055호 "자동차의 액화천연가스 공급 장치", 한국 등록특허 제10-1288584호 "액화 천연가스 자동차 냉간 시동 시 액상연료의 엔진 유입방지 시스템"등 많은 특허 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 이러한 천연가스 자동차는 기체 상태의 연료를 사용하므로 저장 용적 효율이 액체연료 자동차에 비해 1/3~1/4 정도로 적어 1회 충전당 주행거리가 짧은 단점이 있다. 또한, 고압 용기의 설치에 의해 자동차의 중량이 크게 증가되고, 용기의 가격이 비싸 천연가스 자동차의 보급에 장애 요인으로 작용되고 있다.
한편, 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle or car)는 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진을 장착하여 연비 개선 및 유해가스 배출량을 획기적으로 감소시킨 자동차로 환경 자동차(Eco-car)로도 부르고 있다. 하이브리드 자동차의 전기모터는 고전압 배터리로부터 전원을 공급받아 구동되고, 배터리는 자동차의 주행 시 다시 충전된다. 하이브리드 자동차에 대한 기술은 한국 등록특허 제10-0843668호 "하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차의 제어 방법 및 동력 출력 장치", 한국 등록특허 10-0934743호 "하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차의 제어 방법", 등록특허 제10-0654411호 "영구자석식 회전 전기 및 그것을 사용한 하이브리드 전기 자동차" 등 많은 특허 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 이러한 하이브리드 자동차는 전기모터, 배터리 등과 같은 많은 부품의 설치로 인해 무게가 무겁고, 가격이 비싼 단점이 있다. 또한, 하이브리드 자동차와 전기 자동차는 에너지원으로 전기를 저장하는 배터리의 긴 충전시간, 무게 대비 짧고 불규칙한 주행거리, 부족한 충전 인프라 등에 의해 확산이 느리게 진행되고 있는 것이 현실이다.
이와 같은 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 천연가스 자동차 등을 포함하는 모든 자동차의 연료 절감 기술에 있어서 친환경적이고 에너지를 적게 소비하며, 가격이 저렴한 것에 대한 요구가 있다. 또한, 자동차의 주행 모드에 따라 구동계(Drivetrain)의 구동을 보조하고, 전기모터, 전장품(Electric components) 등 자동차의 에너지원으로 사용되고 있는 배터리의 충전을 위한 장치를 자동차의 구동계를 변경하지 않고서도 기존의 자동차에도 독립적으로 간편하게 설치 및 분리할 수 있는 것에 대한 요구가 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구를 충족할 수 있는 새로운 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자동차의 연료 절감용 보조구동장치가 제공된다. 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치는, 구동계의 회전 부분과 함께 회전할 수 있도록 장착하기 위한 회전자와, 회전자와 상호유도작용할 수 있는 제1 위치와 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 고정자를 구비하는 발전 전동기와; 고정자를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키는 액추에이터와; 발전 전동기와 연결되어 전기를 저장하는 배터리와; 회전자의 회전을 검출하는 센서와; 센서로부터 입력되는 회전자의 회전값에 따라 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는, 센서로부터 입력되는 회전자의 회전값에 의해 자동차가 가속, 정속주행 및 감속 모드인가를 판단하며, 가속 모드이면, 발전 전동기의 구동에 의한 구동계의 회전 부분의 회전을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키고, 정속주행 모드이면, 액추에이터를 제어하여 고정자를 제2 위치로 이동시키며, 감속 모드이면, 발전 전동기의 발전에 의한 전기의 생산을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키도록 구성되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동방법은, 컨트롤러가 센서로부터 입력되는 회전자의 회전값에 의해 자동차가 가속, 정속주행 및 감속 모드인가를 판단하는 단계와; 가속 모드이면, 컨트롤러가 발전 전동기의 구동에 의한 구동계의 회전 부분의 회전을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키는 구동 단계와; 정속주행 모드이면, 컨트롤러가 액추에이터를 제어하여 고정자를 제2 위치로 이동시키는 해제 단계와; 감속 모드이면, 컨트롤러가 발전 전동기의 발전에 의한 전기의 생산을 위해 액추에이터를 제어하여 고정자를 제1 위치로 이동시키는 발전 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법은, 자동차의 구동계에 설치되어 가속 모드 시 추진축과 같은 구동계의 회전 부분의 회전을 보조하고, 감속 모드 시 자동차의 에너지원으로 사용되고 있는 배터리를 충전할 수 있는 전기를 효율적으로 생산함으로써, 연료를 절감하여 에너지 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 자동차의 구동계를 변경하지 않고서도 추진축 등에 간편하게 설치 및 분리할 수 있으므로, 기존의 자동차에도 매우 유용하게 채택할 수 있으며, 구성이 간단하여 가격이 저렴하고, 유지보수비용이 낮아 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치가 적용되는 구동계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치에서 발전 전동기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치에서 센서와 컨트롤러를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치가 적용되는 자동차의 주행 모드를 설명하기 위하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에서 고정자의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치가 적용되는 자동차의 구동계가 일례로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 자동차의 구동계(10), 즉 동력전달장치(Power train system)는 엔진(12)에서 발생되는 동력을 구동바퀴(Driving wheel: 14)까지 전달하는 모든 부품의 총칭으로 엔진(12)의 동력을 전달 및 차단(절단)하는 클러치(Clutch: 16), 변속기(Transmission: 18), 드라이브 라인(Drive line: 20), 종감속기어(Final reduction gear: 22), 차동장치(Differential: 24)와 구동바퀴(14)가 결합되어 있는 차축(Axle: 26)으로 구성되어 있다. 드라이브 라인(20)은 변속기(18)의 출력을 차축(26)에 전달하기 위한 것으로 추진축(20a), 유니버설 조인트(Universal joint: 20b, 20c)와 슬립 조인트(Slip joint: 20c) 등으로 구성되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 구동계(10)의 회전 부분, 예를 들면 추진축(20a)의 회전력을 이용하여 발전하는 발전 전동기(Generator motor: 40)를 구비한다. 발전 전동기(40)는 회전자(Rotor: 42)와 고정자(Stator: 44)로 구성되어 있다. 회전자(42)는 추진축(20a)에 결합되어 있는 회전자 코어(Rotor core: 42a)와, 회전자 코어(42a)의 외주면에 장착되어 있는 영구자석(42b)으로 구성되어 있다. 고정자(44)는 고정자 코어(Stator core: 44a)와, 회전자(42)와의 상호유도작용(Mutual inductance active)에 의해 전기를 생성할 수 있도록 고정자 코어(44a)의 내주면에 감겨져 있는 코일(Coil: 44b)로 구성되어 있다. 고정자 코어(44a)는 회전자(42)와의 사이에 공극(44c)을 두고 회전자(42)를 수용하도록 형성되어 있는 보어(Bore: 44d)을 가지며, 추진축(20a)을 따라 회전자(42)와의 상호유도작용에 의해 전기를 생성하는 제1 위치(P1)와 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치(P2) 사이를 이동할 수 있도록 배치되어 있다. 회전자 및 고정자 코어(44a)는 강자성체, 예를 들면 적층되어 있는 아연규소강판으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 발전 전동기(40)의 고정자(44)를 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이에서 이동시키는 액추에이터(Actuator: 50)를 구비한다. 액추에이터(50)는 고정자(44)를 병진이동(Translational motion)시킬 수 있는 리니어 액추에이터(Linear actuator: 52)는 구동계(10)의 회전 부분과 이웃하는 고정 부분, 예를 들면 차동장치(24)의 하우징(Housing: 24a)에 장착되어 있고, 고정자(44)에 연결되어 있다. 리니어 액추에이터(52)는 예를 들면 리드 스크루 리니어 액추에이터(Lead screw linear actuator), 솔레노이드 액추에이터(Solenoid actuator), 공압 실린더(Pneumatic cylinder), 공압 로드레스 리니어 액추에이터(Pneumatic rodless linear actuator), 랙과 피니언 메커니즘(Rack and pinion mechanism) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 발전 전동기(40)는 고정자(44)를 수용하는 하우징(46)을 구비한다. 하우징(46)은 차동장치(24)의 하우징(24a)에 고정되어 있다. 고정자(24a)는 하우징(46) 안에서 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이를 병진이동할 수 있도록 장착되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 고정자(44)는 하우징(46)의 내주면에 고정될 수 있다. 이 경우, 하우징(46)은 고정자(44)와 함께 추진축(20a)의 축 방향을 따라 병진이동할 수 있도록 장착된다. 발전 전동기(40)의 구동을 제어하기 위한 모터 드라이버(Motor driver: 48)는 고정자(44)의 코일(44b)에 연결되어 있다. 고정자(44)의 코일(44b)은 슬립 링(Slip ring), 컬렉터 링(Collector ring)에 의해 모터 드라이버(48)에 연결되거나 체인 케이블(Chain cable 또는 케이블 드래그(cable drag))을 이용하는 배선에 의해 모터 드라이버(48)에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 발전 전동기(40)에 의해 발전되는 전기를 저장할 수 있도록 모터 드라이버(48)을 통하여 고정자(44)의 코일(44b)에 연결되어 있는 배터리(60)를 구비한다. 배터리(60)는 리니어 액추에이터(52), 하이브리드 자동차의 전기모터, 전장품 등의 구동에 필요한 전기를 공급하는데 이용된다. 배터리(60)는 자동차의 구비되어 있는 배터리일 수 있고, 별도로 구비되는 보조 배터리일 수도 있다. 보조 배터리는 리튬폴리머 전지(Lithium polymer battery)로 구성될 수 있다.
도 2와 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 회전자(42)의 회전속도와 방향을 검출하는 센서(70)와, 센서(70)로부터 입력되는 회전자(42)의 회전속도와 방향에 의해 액추에이터(50)의 작동을 제어하는 컨트롤러(Controller: 80)를 구비한다. 센서(70)는 추진축(20a)의 회전속도와 방향을 검출할 수 있는 로터리 엔코더(Rotary encoder: 72)로 구성되어 있다. 추진축(20a)과 회전자(42)의 회전속도와 방향은 동일하므로, 로터리 엔코더(72)는 추진축(20a) 또는 회전자(42)에 장착될 수 있다.
로터리 엔코더(72)는 추진축(20a)에 장착되어 있으며 복수의 슬롯(Slot: 74a)이 원주 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있는 로터리 디스크(Rotary disk: 74)와, 로터리 디스크(74)의 한쪽 측면에 이웃하도록 배치되어 광을 투사하는 발광소자(76)와, 로터리 디스크(74)의 다른쪽 측면에 이웃하도록 배치되어 슬롯(74a)들을 통과하는 광을 검출하여 광신호를 컨트롤러(80)에 입력하는 수광소자(78)로 구성되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 센서(70)는 추진축(20a) 또는 회전자(32)의 회전속도와 방향을 검출할 수 있는 휠 속도 센서(Wheel speed sensor), 홀 센서(Hall sensor)로 구성될 수 있다. 컨트롤러(80)는 로터리 엔코더(72)와 리니어 액추에이터(52)에 연결되어 있다. 컨트롤러(80)는 로터리 엔코더(72)의 수광소자(78)로부터 입력되는 광신호를 처리하여 액추에이터(50)의 작동을 제어한다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 하이브리드 자동차의 주행 모드는 가속 모드(M1), 정속주행 모드(M2)와 감속 모드(M3)로 구분할 수 있다. 컨트롤러(80)는 가속 모드(M1)와 감속 모드(M3) 시 리니어 액추에이터(52)의 작동을 제어하여 고정자(44)를 제1 위치(P1)에 배치시킨다. 컨트롤러(80)는 정속주행 모드 시 리니어 액추에이터(52)의 작동을 제어하여 고정자(44)를 제2 위치(P2)에 배치시킨다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치에 의한 보조 구동 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
도 2와 도 6을 참조하면, 자동차가 정지 상태에서 출발하게 되면, 로터리 엔코더(72)의 수광소자(78)들로부터 광신호가 컨트롤러(80)에 입력된다. 컨트롤러(80)는 수광소자(78)들로부터 입력되는 광신호를 처리하여 하이브리드 자동차가 가속 모드(M1)에 인가를 판단한다(S100). 가속 모드(M1)이면, 컨트롤러(80)는 리니어 액추에이터(52)의 작동을 제어하여 고정자(44)를 제1 위치(P1)에 배치시키고, 발전 전동기(40)의 구동에 의하여 추진축(20a)의 회전을 보조한다(S102). 고정자(44)가 제1 위치(P1)에 배치되면, 배터리(60)의 전기가 모터 드라이버(48)를 통하여 고정자(44)의 코일(44b)에 인가된다. 회전자(42)와 고정자(44)의 상호유도작용에 의해 회전되는 회전자(42)는 추진축(20a)의 회전력을 높여 가속을 보조하게 된다.
계속해서, 컨트롤러(80)는 가속 모드(M1)가 아닌 것으로 판단되면, 수광소자(78)들로부터 입력되는 광신호를 처리하여 하이브리드 자동차가 정속주행 모드(M2)인가를 판단한다(S104). 컨트롤러(80)는 하이브리드 자동차의 주행속도가 일정 속도, 예를 들면 경제속도로 알려져 있는 시속 60km 이상이 되면 정속주행 모드(M2)로 판단하고, 리니어 액추에이터(52)의 작동을 제어하여 고정자(44)를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동시킨다. 고정자(44)가 제2 위치(P2)로 이동되면, 회전자(42)와 고정자(44)의 상호유도작용이 이루어지지 않기 때문에 발전 전동기(40)의 구동 또는 발전이 해제된다(S106). 정속주행 모드(M2) 시 발전 전동기(40)의 작동에 의해 발전이 이루어지는 경우, 발전 전동기(40)가 자기 클러치(Magnetic clutch)와 같이 클러칭(Clutching) 기능을 하게 되어 추진축(20a)의 회전력을 소모시키게 된다.
컨트롤러(80)는 정속주행 모드(M2)가 아닌 것으로 판단되면, 수광소자(78)들로부터 입력되는 광신호를 처리하여 하이브리드 자동차가 감속 모드(M3)인가를 판단한다(S108). 하이브리드 자동차의 주행속도가 60km 미만으로 감속되면, 컨트롤러(80)는 수광소자(78)들로부터 입력되는 광신호를 처리하여 하이브리드 자동차가 감속 모드(M3)에 있는 것으로 판단하고, 리니어 액추에이터(52)의 작동을 제어하여 고정자(44)를 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로 이동시켜 발전 전동기(40)의 발전을 행하게 한다(S110). 제1 위치(P1)에서 회전자(42)가 추진축(20a)과 함께 회전되면, 회전자(42)와 고정자(44)의 상호유도작용에 의해 전기가 생산된다. 전기는 배터리(60)에 저장되어 하이브리드 자동차의 전기모터, 전장품 등의 구동에 사용된다.
도 2와 도 5를 참조하면, 컨트롤러(80)는 감속 모드(M3)가 아닌 것으로 판단되면, 수광소자(78)들로부터 입력되는 광신호를 처리하여 하이브리드 자동차가 정지 모드(M4)인가를 판단한다(S112). 하이브리드 자동차가 정지 모드(M4)이면, 보조구동장치(30)의 작동이 정지된다. 이와 같이 본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 하이브리드 자동차의 가속 모드(M1) 시 추진축(20a)의 회전을 보조하고, 속 모드(M3) 시 작동하는 발전 전동기(40)에 의해 전기를 생산하여 배터리(60)를 충전함으로써, 엔진(12)의 동력을 보다 효율적으로 사용할 수 있고, 연비를 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 보조구동장치(30)의 발전 전동기(40), 리니어 액추에이터(52) 등은 자동차의 구동계(10)를 변경하지 않고서도 간편하게 설치 및 분리할 수 있으므로, 기존의 자동차에 매우 유용하게 채택할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 구성이 간단하여 가격이 저렴하고, 유지보수비용이 낮아 경제성을 높일 수 있다.
도 7과 도 8에 본 발명에 따른 자동차의 연료 절감용 보조구동장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7과 도 8을 참조하면, 다른 실시예의 보조구동장치에 있어서 앞에서 설명한 보조구동장치와 동일한 구성은 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다. 발전 전동기(40)의 회전자(42)는 구동계(10)의 회전 부분으로 종감속기어(22)의 축(22a)에 장착되어 있다. 종감속기어(22)의 축(22a)은 차동장치(24)의 하우징(24a)으로부터 돌출되어 드라이브 라인(20)의 유니버설 조인트(20c)에 연결되어 있다. 회전자(42)의 회전자 코어(42a)는 그 중앙에 종감속기어(22)의 축(22a)으로부터 추진축(20a)을 향하여 단면적이 점진적으로 확장되도록 형성되어 있는 테이퍼 보어(Taper bore: 42c)를 구비한다. 유니버설 조인트(20c)는 회전자(42)의 회전자 코어(42a) 안에 수용되어 있다. 회전자(42)는 고정자(44)의 보어(44d)에 수용되어 있다. 고정자(44)는 회전자(42)의 축 방향을 따라 회전자(42)와의 상호유도작용에 의해 전기를 생성하는 제1 위치(P1)와 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치(P2) 사이를 이동할 수 있도록 액추에이터(50)에 연결되어 있다.
한편, 구동바퀴(14)는 차축(26)과 함께 스프링을 거처 자동차의 프레임(Frame)에 연결되어 있으므로, 주행 중 노면으로부터의 충격이나 적재물의 변화 등에 따라 추진축(20a)의 운동 형태, 즉 각도가 변화하게 된다. 예를 들면, 일체 차축식인 후륜구동형 자동차의 추진축(20a)은 도 7에 화살표 "A"로 도시되어 있는 바와 같이 상하로 움직인다. 유니버설 조인트(20c)는 추진축(20a)과 차축(26)의 각도가 약 5도의 범위에서 바꾸면서 동력을 전달하게 된다. 이러한 추진축(20a)의 각도 변화는 회전자 코어(42a)의 중앙이 테이퍼 보어(42c)로 형성되어 있는 것에 의해 일정한 각도의 범위 내에서 허용된다. 이와 같이 본 발명에 따른 보조구동장치(30)는 구동계(10)를 변경하지 않고서도 간편하게 설치하여 구동계(10)의 회전을 보조하거나 발전에 의한 배터리(60)의 충전으로 자동차의 연비를 개선할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 구동계 20: 드라이브 라인
24: 차동장치 30: 보조구동장치
40: 발전 전동기 42: 회전자
44: 고정자 48: 하우징
50: 액추에이터 52: 리니어 액추에이터
60: 배터리 70: 센서
72: 로터리 엔코더 80: 컨트롤러

Claims (6)

  1. 구동계의 회전 부분과 함께 회전할 수 있도록 장착하기 위한 회전자와, 상기 회전자와 상호유도작용할 수 있는 제1 위치와 상기 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 고정자를 구비하는 발전 전동기와;
    상기 고정자를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키는 액추에이터와;
    상기 발전 전동기와 연결되어 전기를 저장하는 배터리와;
    상기 회전자의 회전을 검출하는 센서와;
    상기 센서로부터 입력되는 상기 회전자의 회전값에 따라 상기 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 센서로부터 입력되는 상기 회전자의 회전값에 의해 자동차가 가속, 정속주행 및 감속 모드인가를 판단하며,
    상기 가속 모드이면, 상기 발전 전동기의 구동에 의한 상기 구동계의 회전 부분의 회전을 위해 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제1 위치로 이동시키고,
    상기 정속주행 모드이면, 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제2 위치로 이동시키며,
    상기 감속 모드이면, 상기 발전 전동기의 발전에 의한 전기의 생산을 위해 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제1 위치로 이동시키도록 구성되어 있는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동계의 회전 부분은 추진축으로 이루어지며, 상기 발전 전동기는 상기 고정자를 수용하도록 차동장치에 장착되어 있는 하우징을 더 포함하고, 상기 고정자는 상기 하우징 안에 슬라이딩 이동할 수 있도록 장착되어 있는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 추진축의 축 방향을 따라 상기 고정자를 병진이동시킬 수 있도록 차동장치에 장착되어 있는 리니어 액추에이터로 이루어지고, 상기 센서는 상기 추진축의 회전을 검출할 수 있도록 상기 추진축에 장착되어 있는 로터리 엔코더로 이루어지는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동계의 회전 부분은 추진축과 유니버설 조인트에 의해 연결되어 있는 종감속기어의 축으로 이루어지고, 상기 추진축의 각도 변화를 허용할 수 있도록 상기 회전자의 중앙에 테이퍼 보어가 형성되어 있는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치.
  5. 구동계의 회전 부분과 함께 회전할 수 있도록 장착하기 위한 회전자와, 상기 회전자와 상호유도작용할 수 있는 제1 위치와 상기 상호유도작용의 범위를 벗어나는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 고정자를 구비하는 발전 전동기와; 상기 고정자를 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키는 액추에이터와; 상기 발전 전동기와 연결되어 전기를 저장하는 배터리와; 상기 회전자의 회전을 검출하는 센서와; 상기 센서로부터 입력되는 상기 회전자의 회전값에 따라 상기 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 자동차의 연료 절감용 보조구동장치에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 센서로부터 입력되는 상기 회전자의 회전값에 의해 상기 자동차가 가속, 정속주행 및 감속 모드인가를 판단하는 단계와;
    상기 가속 모드이면, 상기 컨트롤러가 상기 발전 전동기의 구동에 의한 상기 구동계의 회전 부분의 회전을 위해 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제1 위치로 이동시키는 구동 단계와;
    상기 정속주행 모드이면, 상기 컨트롤러가 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제2 위치로 이동시키는 해제 단계와;
    상기 감속 모드이면, 상기 컨트롤러가 상기 발전 전동기의 발전에 의한 전기의 생산을 위해 상기 액추에이터를 제어하여 상기 고정자를 제1 위치로 이동시키는 발전 단계를 포함하는 자동차의 연료 절감용 보조구동방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동계의 회전 부분은 추진축으로 이루어지며, 상기 발전 전동기는 상기 고정자를 수용하도록 차동장치에 장착되어 있는 하우징을 더 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 하우징 안에서 상기 추진축의 축 방향을 따라 상기 고정자를 슬라이딩 이동시키는 자동차의 연료 절감용 보조구동방법.
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