KR102173506B1 - 전기 모터 및 관련 시스템에 대한 보안 메커니즘 - Google Patents

전기 모터 및 관련 시스템에 대한 보안 메커니즘 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 모터 및 관련 시스템을 위한 보안 메커니즘에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 (1) 다수 세트의 코일들을 가지는 모터, (2) 다수 세트의 코일들에 전기적으로 결합된 구동 회로, (3) 구동 회로 및 다수 세트의 코일들에 전기적으로 연결된 보안 유닛을 포함하는 파워트레인 어셈블리를 포함한다. 보안 유닛은 컨트롤러로부터의 신호에 응답하여 다수 세트의 코일들 중 적어도 하나의 세트를 단락시킨다. 신호는 모터가 꺼져 있거나 꺼졌음을 지시한다.

Description

전기 모터 및 관련 시스템에 대한 보안 메커니즘{SECURITY MECHANISMS FOR ELECTRIC MOTORS AND ASSOCIATED SYSTEMS}
본 명세서는 미국 임시 출원(U.S. Provisional Applications) No. 62/593,854 (2017년 12월 1일 출원), No. 62/650,895 (2018년 3월 30일 출원) 및 No. 62/650,916 (2018년 3월 30일 출원)의 우선권 및 이익을 주장하며, 이들의 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 전기 모터를 위한 관련 시스템 및 시큐리티 메커니즘에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 비인가된 사용자 행위들(unauthorized user actions)에 응답하여 역 토크(countering torque)를 생성할 수 있는 "코일-기반" 시큐리티 메커니즘 또는 시스템에 관한 것이다.
비인가된 사용을 방지하기 위해 차량을 위한 시큐리티 메커니즘 또는 시스템을 갖는 것이 중요하다. 예를 들어, 종래에는 사용자가 차량의 휠에 물리적 락(physical lock) (예컨대, 자전거 락)을 설치 또는 배치하여 비인가된 사용을 방지할 수 있다. 그러나, 때로는 종래 락을 설치하는 것은 번거롭고 불편할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 종래 락을 잠금 해지하기 위해 키를 지닐 필요가 있을 수 있다. 다른 예를 들어, 때로는 사용자의 손이 가득 차서 종래 락을 설치/잠금/잠금 해제하는 것이 번거로울 수 있다. 나아가, 종래 락에 의해 잠긴 차량을 이동시키려는 시도는 차량에 영구적인 손상을 줄 수 있다. 따라서, 전술한 이슈들을 해결하기 위한 개선된 시큐리티 매커니즘 또는 시스템이 요구된다.
본 개시는 전기 모터 및 관련 시스템에 대한 시큐리티 메커니즘에 관한 것이다. 예를 들어, 본 기술은 (1) 다수 세트들의 코일들을 가지는 모터; (2) 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 구동 회로; 및 (3) 구동 회로 및 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 시큐리티 유닛을 갖는 파워트레인 어셈블리를 포함한다. 시큐리티 유닛은 컨트롤러로부터의 신호에 응답하여 다수 세트들의 코일들을 단락시키도록 구성된다. 신호는 모터가 턴 오프되거나 또는 턴 오프되었음을 지시한다.
도 1a는 일실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 1b는 일실시예에 따른 "코일-기반" 시큐리티 메커니즘 또는 시스템의 스키매틱 회로 다이어그램(schematic circuit diagram)이다.
도 1c는 직류 전류(DC; direct current)를 3상 교류 전류(AC; alternating current)로 변환하기 위한 일실시예에 따른 구동 회로를 나타낸 스키매틱 회로 다이어그램이다.
도 1d 내지 도 1i는 다양한 각도로 구동 회로에서 생성된 3상 교류 전류(AC)를 나타낸 스키매틱 회로 다이어그램이다.
도 2a 내지 도 2c는 일실시예에 따른 허브 장치의 다양한 컴포넌트들을 나타낸 도면이다.
도 3a는 일실시예에 따른 스테이터 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 3b 및 도 3c는 일실시예에 따른 코일-기반 시큐리티 메커니즘 또는 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 일실시예에 따른 잠금 장치의 컴포넌트들을 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 휠 내에 배치된 허브 장치를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 일실시예에 따른 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도면들은 반드시 일정한 비율로 도시되지 않는다. 예를 들어, 다양한 실시예들의 이해를 향상시키기 위해 도면들 내 일부 엘리먼트들의 치수가 확장되거나 감소될 수 있다. 유사하게, 일부 컴포넌트들 및/또는 동작들은 일부 실시예들을 설명하기 위해 상이한 블록들로 분리되거나 또는 단일 블록으로 결합될 수 있다. 또한, 특정 실시예가 도면에서 예시로서 도시되고, 이하에서 상세하게 설명되었지만, 해당 기술분야에 속한 자라면 변형들, 등가물들 및 대안들이 첨부된 청구항의 범위 내에 속한다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 다수 세트들의 코일들을 갖는 전기 모터(electric motor)를 위한 시큐리티 메커니즘 또는 시스템에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 전기 모터가 턴 오프되면 (또는, 5-10분과 같이 미리 결정된 시간 동안 턴 오프되면), 시큐리티 시스템은 복수의 세트들의 코일들 중 일부 또는 모든 세트들을 단락시킨다. 본 명세서에서, 코일을 "단락(short-circuiting)"시킨다는 것은 전기 모터 내 모든 코일들의 일부 사이의 폐쇄된 전기 경로(closed electrical path)를 생성하는 것을 의미한다. 단락된 코일들은 하나 이상의 폐루프들(closed loops)을 형성할 수 있다. (예컨대, 전기 모터에 의해 구동되는 휠을 회전시키려고 시도하는 비인가된 사용자와 같이, 코일들을 갖는 스테이터에 대해 자석을 가진 로터의 회전에 의해 야기되어) 주위 자기장이 변하면, 단락된 코일들에서 전류가 생성되거나 또는 유도된다. 폐루프에서 형성된 유도 전류는 유도된 반대 자기장 (및 열(heat))을 생성한다. 그 결과, 유도된 힘/토크는 비인가된 활동 (예컨대, 회전)을 방지하거나 또는 적어도 지연(예컨대, 늦추다)시킬 수 있다.
비인가된 활동이 더 큰 자기장 변화(예컨대, 모터를 더 빠르게 회전)를 생성하면, 본 시스템은 더 크게 유도된 힘/토크로 응답하여, 비인가된 활동을 지연시키거나 또는 억제할 수 있다. 예를 들어, 비인가된 사용자가 본 시스템의 전기 모터에 의해 구동되는 휠을 천천히 회전시키면, 비인가된 사용자는 여전히 휠을 회전시킬 수 있다. 그러나, 그는 본 시스템에 의해 이동 방향과 반대 방향으로 생성되어 그를 늦추기 위한 유도된 토크를 느낄 수 있다. 비인가된 사용자가 회전 속도를 증가시키면, 인가된 힘/토크는 그에 따라 증가하여, 비인가된 회전을 보다 어렵게 만들 수 있다. 그 결과, "코일-기반" 또는 "모터-기반" 시큐리티 메커니즘 또는 시스템은 다수 세트들의 코일들을 갖는 전기 모터의 비인가된 활동들을 효과적으로 방지하거나 또는 적어도 지연시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시큐리티 메커니즘 또는 시스템은 전기 모터를 포함하는 시스템에서 구현될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 본 시큐리티 메커니즘은 전기 모터의 로터의 비인가된 회전을 지연시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 시큐리티 메커니즘 또는 시스템은 차량 내 파워트레인 어셈블리(powertrain assembly)에 구현되어 차량을 구동하거나/차량에 파워를 공급할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 파워트레인 어셈블리는 (시큐리티 메커니즘을 활성화시키기 위해) 이러한 코일들의 일부 또는 전부를 단락시키는 시큐리티 컴포넌트 또는 시큐리티 유닛 및 다수 세트들의 코일들을 갖는 모터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시큐리티 유닛은 전도성 플레이트 및 코일들 중 일부 또는 전부를 단락시키기 위해 (그래서, 단락된 코일들에 의해 폐루프를 생성하기 위해) 전도성 플레이트를 이동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 차량은 1 륜(one-wheeled), 2 륜(two-wheeled) 또는 3 륜(three-wheeled)일 수 잇다. 차량은 세그웨이(Segway)와 같은 셀프-밸런싱 전기 차량(self-balancing electric vehicle)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 차량은 전기 호버보드(hoverboard), 전기 자전거, EPAC(Electrically Power Assisted Cycles) 표준 기반 차량, 모페드(moped), 전기 스쿠터, 전기 오토바이 등일 수 있다. 또한, 차량은 전기차량과 같은 4 륜(4-wheeled) 차량일 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시큐리티 메커니즘 또는 시스템은 차량(예컨대, 자전거, 삼륜차(tricycle) 등)의 휠을 회전시키는 허브 장치 또는 허브 어셈블리로 구현될 수 있다. 허브 장치는 로터 어셈블리, 샤프트 및 스테이터 어셈블리를 포함한다. 스테이터 어셈블리는 샤프트에 고정적으로 결합되고, 샤프트는 로터 어셈블리를 통해 연장한다(extend). 로터 어셈블리는 스테이터 어셈블리 및 샤프트에 대해 회전할 수 있다. 허브 장치의 로터 어셈블리는 차량의 휠/림(rim)에 결합되고, 샤프트는 차량(예컨대, 프레임과 같은 차량 구조)에 고정적으로 결합된다. 허브 장치는 사람의 힘을 동반하거나 또는 사람의 힘 없이 휠을 회전시켜 차량을 이동시킨다(또는, 적어도 이동을 용이하게 한다(facilitate)). 일부 실시예들에서, 전기 모터는 로터 어셈블리 내 자석들을 포함하고, 스테이터 어셈블리 내 코일들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 자석들은 스테이터 어셈블리 내에 배치되고, 코일들은 로터 어셈블리 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 모터는 배터리, 배터리 어셈블리 또는 다른 적절한 에너지 저장 장치들에 의해 파워가 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전체로서 허브 장치는 전기 모터로 간주될 수 있다. 개시된 시큐리티 메커니즘은 허브 장치의 비인가된 회전을 효과적으로 방지하거나 또는 적어도 지연시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명은 전술한 허브 장치에 의해 구동되는 차량에서 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 비인가된 활동을 저지하는 (예컨대, 스테이터의 코일들 중 일부 또는 전부에 인가되는 전류에 의해 야기되는 자기장의 변화에 의한) 토크 또는 회전력을 생성하는 시큐리티, 잠금 및/또는 제동 메커니즘에 관한 것이다.
일부 실시예들에서, 본 시큐리티, 잠금, 제동 메커니즘은 다양한 유형의 회전 장치들(예컨대, 전기 모터의 회전 컴포넌트, 휠, 로터 등)의 회전을 방지하거나 또는 지연시키는 데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시큐리티, 잠금 및/또는 잠금 메커니즘은 적절한 코일들 및 회로들을 갖는 임의의 장치에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시큐리티, 잠금 및/또는 제동 메커니즘은 도난-방지 메커니즘으로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 (예컨대, 시큐리티를 향상시키기 위해) 전술된 코일-기반 시큐리티 메커니즘과 협력 가능한 (물리적) 잠금 장치를 개시한다. 본 잠금 장치는 허브 장치(또는, 전기 모터) 내에 설치될 수 있으며, 허브 장치의 회전 부분(rotating portion)(예컨대, 로터/로터 어셈블리)가 허브 장치의 고정 부분(stationary portion)(예컨대, 스테이터/스테이터 어셈블리)에 대해 회전하는 것을 중단시키거나 또는 적어도 부분적으로 지연/방지시킨다. 일부 실시예들에서, 잠금 장치는 로터의 회전을 적어도 부분적으로 방지하기 위해 대응하는 스토핑 범프(corresponding stopping bump) (예컨대, 로터에 위치함)에 접촉하는 스토퍼(예컨대, 스테이터에 위치함)를 포함할 수 있다. 이러한 잠금 장치의 실시예들은 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상세하게 설명된다. 일부 실시예들에서, 잠금 장치는 코일-기반 시큐리티 메커니즘 없이 허브 장치로 구현될 수 있다.
도 1a는 일실시예에 따른 시스템(900)을 나타내는 블록 다이어그램이다. 일부 실시예들에서, 시스템(900)은 전기 모터(예컨대, 도 1a의 모터 901)에 의해 구동되는 휠을 가진 차량에 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(900)은 차량을 구동하기 위한 파워트레인 어셈블리에서 구현되 수 있다(예컨대, 모터 901은 벨트, 체인 기어 등과 같은 하나 이상의 파워 전달 컴포넌트들을 통해 휠을 구동함). 일부 실시예들에서, 시스템(900)은 내부에 모터를 가지는 허브 장치에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(900)은 다수 세트의 코일들을 가지는 전기 모터를 포함하는 임의의 적절한 장치로 구현될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 시스템(900)은 모터(901), 모터(901)을 제어하는 전기 제어 유닛(ECU; electric control unit) 또는 컨트롤러(902) 및 모터(901)에 파워를 공급하는 파워 서플라이(power supply)(903)를 포함한다. 모터(901)는 스테이터(또는, 스테이터 어셈블리) 및 스테이터에 대해 회전하는 로터(또는, 로터 어셈블리)를 포함한다. 모터(901)는 스테이터 또는 로터 내에 배치되는 다수 세트들의 코일들을 포함한다. 코일들이 스테이터 내에 있는 실시예에서, 로터는 스테이터에 대해 회전하는 다수의 자석들을 포함할 수 있다. 자석들이 스테이터 내에 있는 실시예에서, 로터는 로터에 대해 회전하는 다수의 코일들을 포함할 수 있다. 시스템(900)은 모터 제어 유닛(MCU; motor control unit)(904)을 더 포함한다. 모터 제어 유닛(904)은 구동 회로(905) 및 회로 컨트롤러(906)를 포함한다. 구동 회로(905)는 (예컨대, 아래에서 상세히 설명할 파워 라인들(power lines) X, Y 및 X를 통해) 모터(901)에 전류를 공급하는 다수의 스위치들을 포함한다. 회로 컨트롤러(906)는 ECU(902)로부터의 명령들 또는 회로 컨트롤러(906)에 임베디드(embedded)된 디폴트 규칙들(default rules)에 기초하여 구동 회로(905) 내 스위치들을 제어한다. 일부 실시예들에서, 추가적으로 ECU(902)는 사용자와 상호작용하는 I/O 디바이스로 무선 통신을 통해 또는 차량에 배치된 대시보드를 통해 휴대용 디바이스(예컨대, 사용자의 스마트폰 또는 무선 전자-열쇠(wireless key-fob) 등)와 통신을 수행하거나 또는 휴대용 디바이스에 의해 제어될 수 있다.
도시된 실시예에서, 모터(901)은 3세트들의 코일들을 가지고, 각 세트는 스테이터를 중심으로 180도(또는, 다른 각도)로 이격되어 직렬로 연결된 그룹을 포함한다. 3세트들의 코일들은 전류가 이러한 코일들을 통해 흐를 때 코일들이 생성된 자기장에서 다수의 자석들을 회전시키기 위해 자기장을 생성하도록, 스테이터의 둘레에 원주방향으로 서로 인접하게 배치 또는 위치될 수 있다(예컨대, 도 3a). 예를 들어, 코일들이 스테이터 내에 배치되는 실시예들에서, 로터 내 자석들은 코일들에 의해 생성된 유도된 자기장들에 의해 회전될 수 있다.
구동 회로(905)는 코일들로 전류를 제공한다. 구동 회로(905)는 파워 서플라이(903)(예컨대, 배터리, 커패시터, 에너지 저장 장치 등)로부터 직류 전류(DC; direct electric current)를 수신하고, 그 후 다양한 위상에서 교류 전류(AC; alternating current)를 형성한다. 도시된 실시예에서, 구동 회로(905)는 DC 전압을 수신하고, 3상(예컨대, 위상 중 임의의 2개는 120도 차이를 가짐)으로 교류 전류를 형성한다. 3상 AC는 모터(901) 내 3세트들의 코일들로 각각 공급될 수 있다. 이러한 배치에 의해, 3세트들의 코일들 내 3상 교류 전류는 연속적인 교류의 자기장 변화를 초래하여 모터(901)를 구동시킨다(예컨대, 대응하는 자석들을 회전시킴으로써). 도 1a에 도시된 바와 같이, 3상 교류 전류는 각각 3상 파워 라인들 X, Y 및 Z를 통해 3세트들의 코일들에 공급된다.
시큐리티 유닛(907)은 코일들의 와이어들을 선택적으로 단락시킨다(예컨대, 3상 파워 라인들 X, Y 및 Z 중 일부 또는 전부를 단락/연결하여, 3세트들의 코일들 중 대응하는 일부 또는 전부가 단락됨). 일실시예에서, 시큐리티 유닛(907)은 ECU(902)에 의해 제어된다. 3상 파워 라인들 X, Y 및 Z 중 일부 또는 전부가 서로 연결되면, 3세트들의 코일들 중 대응하는 하나 이상이 단락된다. 단락된 코일 세트는 폐루프를 형성한다. 다시 말해, 단락된 코일 내 어떠한 유도된 전류도 루프에서 흘러나오지 않는다. 반면, 유도된 전류는 루프 내에서 흐르고, 그에 따라 유도된 자기장을 생성한다. 비인가된 사용자가 모터의 로터에 부착된 휠을 회전시키면(예컨대, 차량을 밀어서 휠을 회전시킴으로써), 유도된 자기장이 비인가된 회전을 반대하거나 또는 지연시키는 토크를 형성할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 시스템(900)은 절도와 같은 비인가된 활동들을 방지하거나 또는 지연하는 효과적인 시큐리티 메커니즘을 제공한다.
일부 실시예들에서, 시큐리티 유닛(907)은 전도성 플레이트(111)(도 1b) 및 코일들을 단락시키기 위해 전도성 플레이트(111)를 이동시키는(단락된 코일들에 의한 폐루프를 생성하는) 액추에이터를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 시큐리티 유닛(907)은 코일들을 단락시키기 위한 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치는 물리적, 기계적 또는 전기 기계의(electro-mechanical) 스위치일 수 있다. 다른 실시예들에서, 스위치는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor-field-effect-transistor) 스위치와 같은 트랜지스터-기반 스위치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 모터(901)가 턴 오프되면(예컨대, 전원 차단(power off)), ECU(902)는 모터(901) 내 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛(907)을 즉각적으로 명령할 수 잇다. 다른 실시예들에서, ECU(902)는 모터(901)가 미리 결정된 시간(예컨대, 5-10 분) 동안 턴 오프된 후 모터(901) 내 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛(907)을 명령할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, ECU(902)는 시스템(900)(즉, 차량)이 미리 결정된 시간 동안 "사용되지 않으면"(예컨대, 차량이 동작을 위한 사용자 입력 또는 사용자 명령을 수신하지 않으면), 모터(901) 내 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛(907)을 명령할 수 있다.
일부 실시예들에서, ECU(902)가 모터(901) 내 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛(907)을 명령한 후, ECU(902)는 추가적으로 이러한 코일들이 단락되었는지 여부를 검증할 수 있다. 예를 들어, ECU(902)는 (1) 코일들이 단락될 것임을 MCU(904)의 회로 컨트롤러(906)에 알리고, (2) 코일들이 단락되었는지를 확인하기 위해 구동 회로(905)로 테스팅 신호(예컨대, 비교적 작은 양의 전류, 펄스, 사각파 등)를 전송하도록 회로 컨트롤러(906)를 명령할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 컨트롤러(906)는 구동 회로(905)에 일련의 신호들(예컨대, 펄스들, 웨이브들 등)을 전송하고, 그 후 코일들이 예상대로 단락되었는지를 확인할 수 있다. 테스팅 방법은 도 1b를 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
만약 회로 컨트롤러(906)가 코일들이 단락되었다는 것을 확인하면(예컨대, 테스팅 신호가 예상대로 반사(reflect)), 회로 컨트롤러(906)는 (1) 확인에 대해 ECU(902)에 알리고(예컨대, 확인 신호를 전송), (2) (예컨대, 에너지 보존을 위해) 하이버네이션 모드로 진입할 수 있다. 회로 컨트롤러(906)로부터 확인을 수신한 후, ECU(902)는 (예컨대, 에너지 보존을 위해) 하이버네이트(hibernate)할 수 있다.
도 1b는 일실시예에 따른 "코일 기반" 시큐리티 메커니즘의 스키매틱 회로 다이어그램이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, "La, Ra", "Lb, Rb" 및 "Lc, Rc"는 각각 모터(901)의 3개의 코일들(또는, 세트들의 코일들)(예컨대, 도 1b에 도시된 코일들(108a, 108b, 108c))의 등가 임피던스들(예컨대, 인덕턴스들(inductances) 및 레지스턴스들(resistances)의 조합)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 코일들(108a, 108b, 108c)은 구동 회로(905)에 결합된다. 구동 회로(905)는 3상 교류 전류(AC)(예컨대, 2개의 위상들 간 120도 차이)를 공급함으로써, 코일들(108a, 108b, 108c)을 제어한다. 3상 AC는 배터리와 같은 직류 전류(DC) 소스에서 변환된다. 3상 AC의 예시들은 도 1c 내지 도 1i를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 커넥터들(109a, 109b, 109c)은 접촉점들(contacting points) A, B, C에 결합될 수 있다. 이러한 배치에 의해, 시큐리티 유닛(907)의 전도성 플레이트(111)는 커넥터들(109a, 109b, 109c)에 접촉되면, 코일들(108a, 108b, 108c)는 전술한 것처럼 단락된다.
일부 실시예들에서, 릴레이들(110a, 110b, 110c)은 커넥터들(109a, 109b, 109c) 및 접촉점들 A, B, C 사이에 각각 위치할 수 있다(도 1b에서, 포인트들 A', B', C'는 각각 포인트들 A, B, C와 동일한 전압을 가지는 접촉점들을 나타낸다). 릴레이들(110a, 110b, 110c)는 코일들(108a, 108b, 108c)에 대한 안전 퓨즈(safety fuse)로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 만약 단락된 코일들(108a, 108b, 108c) 중 적어도 하나 내의 전류가 특정 임계 값을 초과하거나, 또는 인접한 온도 센서(미도시됨)에 의해 측정된 코일의 온도가 한계를 초과하면, 릴레이들(110a, 110b, 110c)의 대응하는 하나는 개방회로(open circuit)를 형성하여 단락된 코일들(108a, 108b, 108c)이 과열(over-heating) 또는 멜팅다운(melting down)되는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 릴레이들(110a, 110b, 110c)은 (1) 미리 결정된 시간 이후, 또는 (2) 단락된 코일들(108a, 108b, 108c)의 어느 하나 내의 전류가 임계를 초과하지 않는 것으로 검출되는 것에 응답하여, "회복(recover)"되거나, 또는 폐회로를 형성하기 위해 세트 백(set back)될 수 있다.
전술한 것처럼, 일부 실시예들에서, 전도성 플레이트(111)이 코일들(108a, 108b, 108c)을 단락시킨 후(예컨대, 전도성 플레이트(111)가 커넥터들(109a, 109b, 109c)과 접촉하기 위해 액추에이터(미도시됨)에 의해 이동됨), ECU(902)는 이러한 코일들(108a, 108b, 108c)이 단락되었는지 여부를 더 검증할 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b를 모두 참조하면, ECU(902)는 (1) 전도성 플레이트(111)는 순서대로 작동되었음을 지시하는 신호를 회로 컨트롤러(906)로 전송하고, (2) 코일들(108a, 108b, 108c)이 단락되었는지 여부를 알기 위한 테스팅 신호(예컨대, 비교적 작은 양의 전류, 펄스, 사각파 등)를 전송하도록 회로 컨트롤러(906)를 명령할 수 있다. 예를 들어, 회로 컨트롤러(906)는 테스팅 파/펄스/신호/전류를 생성하여 접촉점 A에서 구동 회로(905)로 전송할 수 있다. 그 후, 회로 컨트롤러(906)는 접촉점들 B 및/또는 C에서 신호를 측정한다. 측정된 신호 파/펄스/전류의 특성(예컨대, 강도(strength), 형태(form), 형상(shape) 등)에 기초하여, 회로 컨트롤러(906)는 코일들(108a, 108b, 108c)이 단락되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 만약 파가 코일들(108a, 108b, 108c) 중 일부 또는 전부를 통과한다면, 파의 특성은 이러한 코일들(108a, 108b, 108c)의 임피던스로 인해 변화될 수 있다. 원본 테스팅 신호(original testing signal)(예컨대, 접촉점 A과 같은 하나의 포인트에서) 및 검출된 파(예컨대, 접촉점 B 또는 C와 같은 다른 하나의 포인트에서)를 비교함으로써, 회로 컨트롤러(906)는 코일들(108a, 108b, 108c)이 예상대로 단락되었는지 여부를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원본 및 검출된 테스팅 신호들이 실질적으로 유사하거나 또는 동일(예컨대, 강도, 파형 등)하게 생성되면, 시스템(900)은 코일들이 예상대로 단락된 것으로 확인할 수 있다. 그 후, 회로 컨트롤러(906)는 테스팅 결과를 지시하는 신호를 ECU(902)로 전송할 수 있다.
일부 실시예들에서, 테스팅 결과는 대응하는 측정 방식들 및 테스팅 신호들의 타입에 따라 다양한 방식으로 분석될 수 있다. 예를 들어, 접촉점들 A, B, C가 전도성 플레이트(111)에 의해 단락되고, 테스팅 신호가 작은 양의 전류인 일부 실시예들에서, 만약 코일들이 예상대로 단락되면, 접촉점 B 또는 C에서 측정/센싱된 전류량은 접촉점 A에 적용되는 원본 테스팅 전류량과 유사해야 한다.
일부 실시예들에서, 만약 회로 컨트롤러(906)가 코일들이 단락된 것을 확인할 수 없으면, 회로 컨트롤러(906)는 확인 실패(failure of confirmation)에 대해 ECU(902)에 알릴 수 있다. 그 후, ECU(902)는 (1) 시큐리티 유닛(907)이 적절하게 기능하는지를 체크하는 테스트를 진행하고, 및/또는 (2) 확인 실패에 대해 시스템(900)의 사용자에게 알릴 수 있다. 일부 실시예들에서, ECU(902)가 사용자로 알린 후(예컨대, 사용자의 스마트폰 또는 시스템(900)이 구현된 차량에 배치된 디스플레이에 메시지를 전송), ECU(902)는 하이버네이트(또는 헤이버네이션 또는 슬립 모드(sleep mode)에 진입)로 동작할 수 있다. 모터의 코일들을 단락시키는 메커니즘이 (예컨대, 스위치들 및 전도성 플레이트(111)를 이용함으로써) 비교적 간단한 구조/배치(structure/arrangement)를 가지기 때문에, 메커니즘은 신뢰성이 있다. 만약 컨트롤러가 확인을 수신하지 못하면, 모터 자체의 오작동(malfunction)으로 인한 것일 수 있다. 결과적으로, 컨트롤러 (및 회로 컨트롤러)는 확인 실패를 초래하는 발생 가능한 오작동에 의한 추가적인 손상을 방지하기 위해 하이버네이션 모드로 진입한다. 유사하게, 회로 컨트롤러(906)는 확인 실패를 ECU(902)로 알린 후 동일한 이유로 하이버네이트로 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 만약 회로 컨트롤러(906)가 코일들이 (예컨대, ECU(902)가 테스팅 신호를 전송하도록 회로 컨트롤러(906)를 명령한 시점부터) 미리 결정된 시간 이후 단락되었는지 여부를 확인할 수 없다면, ECU(902)는 회로 컨트롤러(906)가 적절하게 기능하지 않는다고 결정할 수 있다. 이러한 실시예들에서, ECU(902) (및 회로 컨트롤러(906))는 또한 하이버네이션 모드로 진입할 수 있다.
일부 실시예들에서, ECU(902)가 회로 컨트롤러(906)가 코일들의 연결 상태(예컨대, 단락되거나 또는 단락되지 않음)를 확인하는 데 실패한 것으로 판단하면, ECU(902)는 사용자로 알림을 전송하고, 하이버네이트로 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, ECU(902)는 확인이 성공적으로 수신되지 않으면 시스템(900)을 잠그기 위해 물리적인 잠금 장치(예컨대, 도 4a를 참조하여 후술되는 잠금 장치(400))를 명령할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사용자가 시스템(900)의 전원을 키면(예컨대, ECU(902)는 전자 열쇠 또는 모바일 폰으로부터 무선 신호 또는 허브 장치의 물리적인 버튼(예컨대, 허브 장치를 활성화시키는 버튼)을 누리는 것에 응답하여 생성된 신호 를 수신), ECU(902)는 모터(901)의 코일들이 구동 회로(905) 및 파워 서플라이에 결합되도록 시큐리티 유닛(907)을 명령한다. 그 후, ECU(902)는 코일들이 파워 서플라이(903)로 적절하게 전기적으로 (단락되지 않고) 연결되었는지를 알기 위한 테스팅 신호를 전송하도록 회로 컨트롤러(906)를 명령한다. 만약 그렇다면, 모터(901)는 턴 온 상태를 유지하고, 구동 회로(905) 및 파워 서플라이(903)로부터 파워를 수신할 준비를 한다. 만약 그렇지 않으면, 회로 컨트롤러(906)는 코일들이 여전히 단락되어 있다는 확인을 ECU(902)로 알리고, ECU(902) 및 회로 컨트롤러(906)는 모두 하이버네이트로 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 회로(905)는 코일을 공급하는 리드들/와어이들(leads/wires)와 일치하는 작은 저항들(미도시)을 포함할 수 있다. 회로 컨트롤러(906)는 저항들을 가로지르는 전압을 검출하여, 각 리드 상의 신호를 검출하고, 그래서 코일들이 단락되어 있는지를 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, ECU(902)이 회로 컨트롤러(906)가 코일들의 연결 상태(예컨대, 단락되거나 또는 단락되지 않음)를 확인하는 데 실패한 것으로 결정하면, ECU(902)는 사용자로 알림을 전송하고, 하이버네이트로 동작한다. 일부 실시예들에서, ECU(902)는 시스템(900)을 잠그기 위해 물리적인 잠금 장치(예컨대, 도 4a을 참조하여 후술되는 엘리먼트(400)를 명령할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 전술한 바와 같이, 구동 회로(905)는 직접 회로(DC; direct circuit)을 3상 교류 전류들(AC1, AC2, AC3)로 변환할 수 있다. 도 1d 내지 도 1i에 도시된 바와 같이, 3상 교류 전류들(AC1, AC2, AC3)은 코일들(108a, 108b, 108c)의 다양한 조합들을 통해 흐를 수 있고, 모터(901)의 로터를 회전시키는 자기장 변화를 야기할 수 있다. 도 1d 내지 도 1i는 회전 사이클(360도)에서 코일들에 전류가 어떻게 흐르는지를 나타낸다.
도 1d는 교류 전류(AC1)가 접촉점 A에서 시작하여, 코일들(108a, 108b)를 통해 흐르고, 접촉점 B로 리턴하는 것을 나타낸다. 이 단계에서, 로터는 0도에서 60도까지 회전한다. 도 1e는 교류 전류(AC1)가 접촉점 A에서 시작하여, 코일들(108a, 108c)을 통해 흐르고, 접촉점 C로 리턴하는 것을 나타낸다. 이 단계에서, 로터는 60도에서 120도까지 회전한다. 도 1d 및 도 1e는 3상 AC의 제1 상(first phase)을 나타낸다.
도 1f는 교류 전류(AC2)가 접촉점 B에서 시작하여, 코일들(108b, 108c)를 통해 흐르고, 접촉점 C로 리턴하는 것을 도시한다. 이 단계에서, 로터는 120도에서 180도까지 회전한다. 도 1g는 교류 전류(AC2)가 접촉점 B에서 시작하여, 코일들(108b, 108a)을 통해 흐르고, 접촉점 A로 리턴하는 것을 도시한다. 이 단계에서, 로터는 180도에서 240도까지 회전한다. 도 1f 및 도 1g는 3상 AC의 제2 상(second phase)을 나타낸다.
도 1h는 교류 전류(AC3)는 접촉점 C에서 시작하여, 코일들(108c, 108a)을 통해 흐르고, 접촉점 A로 리턴하는 것을 나타낸다. 이 단계에서, 로터는 240도에서 300도까지 회전한다. 도 1i는 교류 전류 AC3는 접촉점 C에서 시작하여, 코일들(108c, 108b)를 통해 흐르고, 접촉점 B로 리턴한다. 이 단계에서, 로터는 300도에서 360도까지 회전한다. 도 1h 및 도 1i는 3상 AC의 제3 상(third phase)을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 일실시예에 따른 허브 장치(200)의 다양한 컴포넌트들을 나타낸다. 앞서 설명한 것처럼, 시스템(900)은 차량에 파워를 공급하는 허브 장치로 구현될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 허브 장치(200)는 하우징(101) 및 하우징(101)으로부터 연장되고 다수의 스포크들(spokes)(105)(예컨대, 스포크(105)의 타단은 자전거의 앞/뒤 휠에 결합될 수 있다)을 수용하는 허브 플랜지(hub flange)(103) (또는, 링 구조(ring structure))를 포함한다.
일부 실시예들에서, 하우징(101)은 다수 하우징 컴포넌트들로부터 조립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(101)은 서로 결합되고, 허브 장치(200)의 엘리먼트들을 수용하기 위한 이너/인테리어/인터널 공간(inner/interior/internal space)을 함께 형성하는 제1 하우징 컴포넌트 및 제2 하우징 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 하우징(101)은 측벽(sidewall)(101a) 및 측벽(101a)의 외부 둘레(outer circumference)로 연장되는 외측 림(outer rim)(101b)을 포함할 수 있다. 외측 림(101b)은 하우징(101)의 인테리어 공간을 한정하는 높이 또는 깊이를 갖는다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 측벽(101a)은 그 중심에 측면 개구부(side opening)이 형성되어, 샤프트(209)가 통과할 수 있게 한다. 개구부는 측면 커버(side cover)(502)(도 5 참조)를 수용하도록 구성된다. 측면 커버(502)는 샤프트(209)에 대해 하우징(101)과 함께 회전한다. 일부 실시예들에서, 베어링(bearing)(미도시됨)은 측면 커버 및 샤프트(209) 사이에 위치되어, 측면 커버(502)가 샤프트(209)에 대해 회전할 수 있게 한다.
도 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 허브 장치(200)의 중심을 통과하는 샤프트(209) 또는 축에 직접적 또는 간접적으로 고정되는 메인 회로 보드(main circuit board)(203), 배터리 어셈블리(205) 및 코일 어셈블리(207)가 하우징(101)의 인테리어 공간 내에 위치한다. 이러한 실시예들에서, 하우징(101) 및 하우징(101)의 인테리어 내 다수의 자석들(도 2a 또는 도 2b에서는 미도시; 예를 들어, 도 2c 참조)은 함께 로터 어셈블리(222)를 형성한다. 또한, 메인 회로 보드(203), 배터리 어셈블리(205) 및 코일 어셈블리(207)는 함께 스테이터 어셈블리(208)로 고려될 수 있다.
배터리 팩(예컨대, 배터리 어셈블리(205))에 의해 제공되는 전류가 스테이터 어셈블리(208)의 코일들을 통과하면, 자기장들이 생성되고, 이에 따라 로터 어셈블리(222)의 자석들을 이동시켜 축 R (또는 샤프트(209))에 대해 로터 어셈블리(222)가 회전되게 한다. 일부 실시예들에서, 배터리 팩은 허브 장치(200)의 외부에 위치될 수 있다. 그 결과, 하우징(101) 및 스포크들(105)을 통해 하우징(101)에 부착된 휠도 회전되어 스쿠터, 자전거 또는 차량이 움직일 수 있다.
도시된 실시예에서, 허브 플랜지 또는 링 구조(103)(도 2a) 및 측벽(101a)은 중점적으로(concentrically) 위치된다. 허브 플랜지 또는 링 구조(103)는 측벽(101a)의 중심점 주위에 위치된다. 다른 실시예들에서, 허브 플랜지 또는 링 구조(103)는 서로 다른 치수(dimension)를 가질 수 있다(예컨대, 하우징(101)의 외부 에지에 더 가깝거나 또는 중심점에 더 근접하게). 도시된 바와 같이, 허브 플랜지 또는 링 구조(103)는 각각 다수의 스포크들(105)의 일단을 수용하도록 구성된 복수의 개구부들(107)을 포함한다.
각 스포크(105)는 휠/림 구조(도 2a에 미도시)에 결합된 외측 단부(outer end) 및 허브 플랜지 또는 링 구조(103)의 인테리어 둘레에 형성된 대응하는 형상의 리세스(recess)에 안착(seat)되는 이너, 나팔 모양(또는, 구형)의 단부(inner, flared end)(211)를 갖는다. 일실시예에서, 구형 와셔(spherical washer)(118)는 스포크(105) 위에 끼워지고, 스포크(105)의 나팔 모양의 단부(211)에 놓인다. 대응하는 구형의 리세스들은 허브 플랜지 또는 링 구조(103)에 형성되어 구형 와셔(118)을 수용하고, 스포크(105)를 인장 상태(under tension)로 놓는다.
또한, 구형 와셔(118)는 스코프(105)가 다양한 각도로 허브 플랜지 또는 링 구조(103)와 접촉하게 하기 때문에, 본 구조는 스포크들(105)이 그 말단들에서 허브 플랜지 또는 링 구조(103)에 단단히 고정되지 않기 때문에 (1) 제조 유연성을 향상시키고(예컨대, 고정시키기 쉽고, 더 높은 오류 허용오차를 가짐), (2) 허브 장치(200)가 동작할 때 추가적인 내구성을 제공한다.
도 2b는 일실시예에 따른 허브 장치(200)를 나타낸 분해도(exploded view)이다. 허브 장치(200)는 (측벽(101a) 및 외측 림(101b)을 갖는) 하우징(101) 및 리드 또는 캡(201)을 포함한다. 하우징(101)의 외부 표면 상에는 허브 플랜지 또는 다수의 스포크들을 통해 휠/림 구조에 결합되는 링 구조(103)가 포함된다. 내부 표면 상에, 리드(201)는 다수의 돌출부들(protrusion) 또는 하우징(101) 및 스테이터 어셈블리(208) 사이의 상대적 회전을 (예컨대, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 후술하는 모터 잠금 장치(400)와 협력하여) 정지시키는 스토핑 범프들(213)을 포함한다. 다수의 돌출부들 및 스토핑 범프들(213)은 "결합부들(engaging portions)"로 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 결합부는 (예컨대, 모터 잠금 장치(400)를 수용하는) 리세스, (예컨대, 모터 잠금 장치(400)를 락과 결합시키는) 후크(hook) 및 다른 적절한 컴포넌트들로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 결합부들은 하우징(101)의 측벽(101a) 중 어느 하나의 인테리어 표면 상 및/또는 리드(201)의 인테리어 표면 상에 배치된다. 결합부 및 모터 잠금 장치(400)는 함께 허브 장치(200)를 위한 "잠금 메커니즘"을 형성한다.
도시된 실시예에서, 스포크 휠(spoked wheel)(예컨대, 알루미늄 또는 다른 금속으로 제조됨)로 형성되는 지지 구조(support structure)는 인테리어가 할로우(hollow)이며, 다수의 "타원형(oval-shaped)" 코일들(108)이 배치되는 플랫 림 개구부(flat rim opening)을 포함한다. 다수의 자석들(221)(예컨대, 도 2c를 참조)은 외부 림(101b)의 이너 표면 상에 원주 방향으로 배치되고, 이에 따라 하우징(101) 및 자석들(221)은 함께 본 실시예에서 "로터 어셈블리" 또는 로터로 동작한다.
메인 회로 보드(203)는 회로들, 로직, 센서들, 와이어링(wiring) 및/또는 코일들로 전류를 공급하고, 하우징(101)을 회전시키는 데 필요한 다른 적절한 컴포넌트들을 제어하는 하나 이상의 컨트롤러들을 수반하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 메인 회로 보드(203)는 차량의 전기 제어 유닛(ECU; electrical control unit)(예컨대, ECU(902))을 수반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 회로 보드(203)는 허브 장치(200)의 파워 출력을 제어하는 파워 컨트롤러(power controller)(예컨대, 도 2b에 도시되지 않은 모터 제어 유닛(MCU; motor control unit)(904))를 수반할 수 있다. 파워 출력은 로터 어셈블리(222) 및 스테이터 어셈블리(208) 사이의 측정된 회전의 토크 힘(torque force of rotation) 형태로 또는 모터에 의해 소비된 와트에 의해 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 회로 보드(203)는 (3상 교류 전류를 공급하기 위해) 배터리 어셈블리(205)로부터의 파워를 관리하는 구동 회로(예컨대, 구동 회로(905))를 수반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 회로 및 파워 컨트롤러는 하나의 컴포넌트(예컨대, MCU)로 통합될 수 있다.
배터리 어셈블리(205)는 다수의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 배터리 어셈블리(205)는
지지 휠(support wheel) (또는 새시(chassis))의 인테리어 공간 내에서 메인 회로 보드(203)에 인접하여 측면으로 배치된 3개의 배터리 팩들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 배터리 어셈블리(205)는 다양한 방식으로 배열된 상이한 개수의 배터리 팩들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 어셈블리(205)는 샤프트(209) 주위에 동일 각도들로 위치한 3개의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 어셈블리(205)는 삼각형과 같은 다각형을 형성하기 위해 3개의 배터리 팩들을 포함하거나, 또는 샤프트 209에 일반적으로 수직인 기준면 내 사각형, 오각형, 육각형 등을 형성하기 위한 상이한 개수의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 어셈블리(205)는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)에 의해 제어되거나 관리될 수 있다. BMS는 배터리의 상태를 모니터하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, BMS는 메인 회로 보드(203) 내에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 팩들 (및 그 내부의 배터리 셀들)은 다양한 필요 또는 실제 설계에 따라 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리 어셈블리(205)는 메인 회로 보드(203)에 위치된 하나 이상의 배터리 메모리들에 결합될 수 있고, 사용 통계들(usage statistics)에 관련된 프로세서로부터 배터리 관련 정보(예컨대, 배터리 사용 정보, 배터리 작동 명령들(충전/방전률 또는 상이한 배터리들과 상이할 수 있는 다른 명령 등), 배터리 펌웨어, 배터리 상태 등)를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 메모리는 차량 정보(예컨대, 허브 장치(200) 내 작동 온도) 또는 사용자 정보(예컨대, 운전/승차 이력(driving/riding history), 습관 등)를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 메모리들은 배터리 어셈블리(205)의 배터리 하우징 내에 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리 어셈블리(205)는 스테이터 어셈블리(208) 내 위치되어, 허브 장치(200)가 컴팩트한 설계를 가질 수 있다. 배터리 어셈블리(205)를 스테이터 어셈블리(208) 내에 위치시키는 이점은 예를 들어, (1) 스테이터 어셈블리(208)가 베터리 어셈블리(205)를 예컨대 외부의 충격으로부터 보호할 수 있고, 그리고 (2)이러한 배열이 로터 어셈블리(222)의 자석들에 의해 생성된 자기장의 간섭/영향으로부터 배터리 어셈블리(205)를 적어도 부분적으로 방지할 수 있다.
메인 회로 보드(203), 배터리 어셈블리(205) 및 스테이터 어셈블리(208)는 축 또는 샤프트(209)에 고정적으로 결합된다. 샤프트(209)는 차량 바디(예컨대, 프레임, 새시, 구조적 부분들 등)에 결합되어 차량 바디를 지지할 수 있다. 작동 중에, 하우징(101) 및 하우징(101)에 부착된 휠은 샤프트(209)에 대해 회전하여 차량 바디를 이동시킬 수 잇다. 일부 실시예들에서, 샤프트(209)는 앞 휠 컴포넌트(예컨대, 앞 휠 포크(front wheel fork)) 또는 뒷 휠 컴포넌트(예컨대, 뒷 휠 프레임)에 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 허브 장치(200)는 허브 장치(200)가 방수되도록 하는 하나 이상의 방수 컴포넌트들(waterproof components)(예컨대, 오링들(O-rings))을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방수 컴포넌트는 샤프트(209)에 인접한 위치, 허브 장치(200)의 다른 컴포넌트들에 인접한 위치 등과 같은 하나 이상의 위치들에 배치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방수 컴포넌트는 하우징(101) 및 리드(201) 사이, 샤프트(209)의 하나 이상의 일단들, 사이드 커버 및 하우징(101) 및 리드(201) 등 사이에 에 위치되어, 허브 장치(200)의 전반적인 방수 성능을 향상시킨다.
전술한 바와 같이, 시스템(900)이 허브 장치(200)로서 구현되거나 허브 장치(200)로 통합되는 실시예에서, 스테이터 어셈블리(208) 및 로터 어셈블리(222)는 각각 모터(901)의 스테이터 및 로터일 수 있다. 파워 서플라이(903)는 배터리 어셈블리(205)일 수 있다. MCU(904) 및 ECU(902)는 메인 회로 보드(203)에 배치될 수 있다. 시큐리티 유닛(907)은 스테이터 어셈블리(208)의 새시(예컨대, 도 3a에 도시된 새시(301))에 고정될 수 있다.
도 2c는 스테이터 어셈블리(208)가 하우징(101) 내에 어떻게 끼워지는지를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 스테이터 어셈블리(208)는 샤프트(209)에 결합되고, 그 후 샤프트(209)는 (지시된 것처럼, N 방향으로) 하우징(101)의 중심 개구부(209)를 통해 통과하도록 위치된다. 도시된 바와 같이, 다수 영구 자석들(multiple permanent magnets)(221)은 하우징(101)의 (측벽 또는 림의) 인테리어 또는 이너 표면 상에 위치된다. 작동 중에, 다수 영구 자석들(221) 및 하우징(101)은 스테이터 어셈블리(208)에 대해 (로터로서) 회전할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 스테이터 어셈블리(208)는 코일들(108a, 108b, 108c)의 3개 세트들을 포함할 수 있다. 도시된 실시예들에서, 각 코일들의 세트는 허브 어셈블리(200) 둘레에서 서로 대향하여 위치된 2개의 서브세트들의 코일들을 포함한다. 결과적으로, 스테이터 어셈블리(208)는 샤프트(209) 둘레에서 원주방향으로 위치된 6개의 서브세트들의 코일들을 포함한다. 코일들(180a, 108b, 108c)은 자기장들을 생성하여 자석들(221)을 회전시킨다.
도 3a는 일실시예에 따른 스테이터 어셈블리(208)을 나타내는 스키매틱 다이어그램이다. 도시된 실시예들에서, 스테이터 어셈블리(208)는 샤프트(209)에 고정적으로 결합된 새시(301) 및 다수의 코일들(108)을 포함한다. 도 3에 도시된 실시예들에서, 코일들(108)은 제1 세트의 코일들(108a), 제2 세트의 코일들(108b) 및 제3 세트의 코일들(108c)을 포함할 수 있다. 제1 세트의 코일들(108a)은 제1 와이어(303aa)를 통해 배터리 어셈블리(205)에 결합된다. 제2 세트의 코일들(108b)은 제2 와이어(303bb)를 통해 배터리 어셈블리(20)에 결합된다. 제3 세트의 코일들(108c)은 제3 와이어(303cc)를 통해 배터리 어셈블리(205)에 결합된다. 제1, 2, 3 세트들의 코일들(108a-108c)은 스테이터 어셈블리(208)의 새시(301) 둘레에 원주방향으로 위치하고, (전술한 바와 같이, 구동 회로(905)를 통해) 배터리 팩으로부터 3상 교류 전류(AC)(의 하나의 상(one phase))를 수신한다.
도 3b 및 도 3c는 일실시예에 따른 시큐리티 유닛(907)을 갖는 코일-기반 시큐리티 메커니즘을 나타낸 부분적인 스키매틱 다이어그램들이다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 것처럼, 시큐리티 유닛(907)은 스토퍼(302), 홀더(304) 및 스토퍼(302)를 K 방향으로 이동시키는 액추에이터(306)를 포함한다. 도시된 실시예들에서, 홀더(304)는 스테이터 어셈블리(208)에 결합된다. 도시된 실시예들에서, 3개의 커넥터들(109a, 109b, 109c)은 각각 3개의 세트들의 코일들(108a, 108b, 108c)에 결합된다.
전도성 플레이트(111)는 스토퍼(302)의 바닥면(bottom surface)에 위치된다. 이러한 배열에 의해, 스토퍼(302)가 3개의 커넥터들(109a, 109b, 109c)를 향해 이동하면, 전도성 플레이트(111)는 3개 세트들의 코일들(108a, 108b, 108c)에서 쇼트서킷(short circuit)을 야기한다. 3개의 세트들의 코일들(108a, 108b, 108c)이 단락되면, 만약 사용자가 모터(901)에 의해 구동된 휠을 회전시키려고 시도하면(예컨대, 부착된 페달을 밟아 모터(901)의 로터를 회전시킴, 휠을 가진 바이크를 밀거나/이동시킴, 바이크를 비탈 아래로 미끄러지게 함 등), 하우징(101) 내 위치한 자석들(221)은 회전하고, 코일들에 전류를 유도하여 회전하는 자석들로부터의 자기력(magnetic force)에 대항하는 역 전자기장(back electromagnetic field)을 야기한다.
그리고, 단락된 코일들(108a, 108b, 108c)의 유도 전류들은 로터 어셈블리(222)가 회전하는 것을 지연시킬 수 있는 역방향의 토크 T를 생성한다. 이론에 구애되는 것 없이, 토크 T는 아래의 수학식에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure 112019006516158-pat00001
Figure 112019006516158-pat00002
Figure 112019006516158-pat00003
위의 수학식 1, 2, 3에서, "V"는 전압을 나타내고, "ω"는 회전 속도를 나타내며, "R"은 (예컨대, 코일들(108a-108c)의 ) 저항을 나타내고, "I"는 전류를 나타낸다. "Ke" 및 "Kt"는 상수이다.
수학식 1에 따르면, 사용자가 모터(901)의 로터를 회전시키려고 시도하면(예컨대, 회전 속도 ω를 생성할 때), 일정량의 전압 V이 코일들(108a, 108b, 108c)에 생성될 수 있다. 로터가 더 빠르게 회전할수록, 더 많은 양의 전압 V가 생성된다. 코일들(108a, 108b, 108c)이 단락되기 때문에, (위의 수학식 2에 따라 생성된 전압 V로부터의) 생성된 전류 I는 (예컨대, 한 코일에서 다른 코일로) 코일들(108a, 108b, 108c)로 다시 흐른다. 수학식 2, 3에 따르면, 생성된 전압 V는 사용자의 행동에 반대되는 토크 T를 야기할 수 있다. 생성된 토크 T는 로터가 회전하는 것을 방지하기 위해 이용되고, 그래서 시큐리티 및 도난-방지(anti-theft) 메커니즘으로 동작할 수 있다.
시큐리티 메커니즘의 이점들은 (1) 허브 장치(200)의 전원이 턴 오프될 때 동작할 수 있는 점(예컨대, 시큐리티 메커니즘이 파워 서플라이 없이 기능할 수 있다), (2) 사용자 행동에 응답하여 토크를 생성하는 점(예컨대, 사용자가 로터를 더 빠르게 회전시면, 더 많은 양의 토크가 생성되어 회전을 억제시킬 수 있다), (3) 다양한 유형들의 휠들에 적용 가능함, (4) 다른 잠금 장치들과 공존 가능함(예컨대, 물리적인 잠금 장치(400)는 후술함)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 코일들(108a, 108b, 108c) 중 2개로 도시된 모든 코일들보다 적은 코일이 단락될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 플레이트(111)는 커넥터들(109a, 109b, 109c) 중 2개만을 접속시킴으로써 코일들(108a, 108b, 108c)의 2개만을 단락시키도록 구성되거나 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스토퍼(302)는 스토퍼(302)가 코일들(108a, 108b, 108c) 중 두 개 이상을 직접 단락시키도록 전도성 물질(conductive material)로 만들어질 수 있다.
본 실시예에서, 허브 장치(200)의 로터 어셈블리(222) (또는 모터(901)의 로터 어셈블리)는 휠에 고정적으로 배치된다. 일부 실시예들에서, 허브 장치(200) 및 모터(901)는 벨트, 체인, 기어 세트들 등과 같은 파워 전달 컴포넌트들 통해 차량의 휠에 파워를 공급한다. 로터 어셈블리 및 휠 간 기어 감소 비율(gear reduction ratio)가 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 로터 어셈블리 및 휠은 동일한 회전 속도를 가질 필요가 없다(그러나, 서로 비례함). 예를 들어, 모터(901)의 로터 어셈블리 및 로터에 의해 구동되는 휠 간 "기어-감소" 비율이 있을 수 있다. 예를 들어, "1:6" 기어-감소 비율은 로터 어셈블리가 360도(예컨대, 한 서클(a circle)) 회전할 때 휠이 60도(예컨대, 한 서클의 1/6)만 회전하는 것을 의미한다. 본 시큐리티 메커니즘의 한가지 이점은 기어 감소 비율에 비례하여 비인가된 활동을 방지하거나 지연시키는 토크를 생성할 수 있다는 점이다. 다시 말해, 높은 기어 감소 비율들을 가진 차량들의 경우, 본 시큐리티 메커니즘은 그에 따라 더 큰 토크를 생성할 수 있다.
실시예들에서, 파워 전달 컨포넌트는 기어 세트를 포함하며, 기어 세트는 다음과 같이 구성될 수 있다. 전통적으로, 차량이 주차되면, 기어 세트는 시프트 레버에 의해 "P 상태" 또는 "주차 상태(Parking position)"(기어 세트가 체인과 같은 파워 전달 컨포넌트들의 나머지로부터 분리되는 상태)로 시프트되고, 기어 세트는 잠거질 수 있다. 본 명세서에서 개시된 기술을 활용하기 위해, 기어 세트는 "D 상태" 또는 "운전 상태(Driving position)"(기어 세트가 파워 전달 컨포넌트들의 나머지와 맞물리는 상태)로 시프트되거나, 또는 "P 상태"의 기어 세트의 구성을 변경하여 기어 세트가 여전히 "P 상태"의 파워 전달 컨포넌트들의 나머지와 맞물리게 해야 한다.
(도 2a 내지 도 2c에 대응하는 실시예들에 나타난 것처럼) 모터(901)가 파워 전달 컴포넌트들을 통해 차량의 휠에 파워를 공급하는 전술한 실시예들에서, 시큐리티 유닛(907)이 모터(901 내부에 배치되지 않는다는 점을 주목할 필요가 있다. 이러한 실시예들에서, 시큐리티 유닛(907)은 차량의 모터(901) 및 MCU(904) 사이에 배치(또는, 첨부(append))될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 시큐리티 메커니즘은 모터(901)가 턴 오프되거나 또는 소정 시간 동안 턴 오프될 때, 로터를 회전시키는 것을 보다 어렵게 만들기 위해, 모터(901)의 로터에 맞물림으로써 추가적인 잠금 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 시큐리티 메커니즘은 아래 도 4a 내지 도 4c에서 논의되는 바와 같이 물리적 잠금 장치들을 포함할 수 있다.
도 4a는 일실시예에 따른 모터 잠금 장치(400)의 분해도이다. 모터 잠금 장치(400)는 허브 장치(예컨대, 허브 장치(200))의 모터(예컨대, 모터(901); 모터(901)의 로터가 모터(901)의 스테이트에 대해 회전하는 것을 방지함으로써)를 잠근다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 모터 잠금 장치(400)는 스토퍼(401), 스토퍼 홀더(403), 로드(rod)(407)(또는, 스크루/스레드 로드(screw/threaded rod))에 결합된 액추에이터(406) 및 전류를 공급하여 로드(407)를 이동시키는 컨트롤러에 액추에이터(406)의 와이어들을 연결시키는 플러그(plug)(409)를 포함한다. 스토퍼 홀더(403)는 허브 장치 내부에 위치한 전기 모터의 고정 파트(stationary part)(예컨대, 스테이터)에 고정적으로 부착된다. 스토퍼(401)는 스토퍼 홀더(403) 내에 위치하고, 로드(407)에 의해 이동된다.
일부 실시예들에서, 스레드 너트(threaded nut)와 같은 포지셔닝 컨포넌트(positioning component)는 스토퍼(401)의 인클로저(enclosure) 내에 위치하고, 스프링(413)으로 바이어스된다. 로드(407)는 액추에이터(406)에 의해 스레드되고, 회전될 수 있다. 스레드 로드(407)는 너트(411)를 스레드 로드(407) 상에서 상하로 이동시켜 스토퍼(401)를 로터의 표면(예컨대, 허브 장치(200)의 하우징(101))에 맞물리거나 결합 해제시키는 것을 진행시키거나 또는 철회시킨다. 일부 실시예들에서, 액추에이터(406)는 스토퍼(401)를 이동시키는 다른 적절한 액추에이터, 선형 모터 또는 축 솔레노이드 밸브(axial solenoid valve)일 수 잇다.
일부 실시예들에서, 스프링(413)은 스토퍼(401)를 너트(411)에 홀드하기 위해 스토퍼(401)에 탄력(resilient force)을 제공하여, 로드(407)에 대한 너트(411)의 이동은 하우징(예컨대, 하우징(101))의 이너 표면을 향하도록 또는 멀어지도록 스토퍼(401)를 이동시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 스토퍼(401)는 (실제로) 접촉하지 않으면서 하우징의 이너 표면에 인접하게 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플러그(409)는 전기 제어 유닛(ECU; electric control unit) 및/또는 다른 적절한 장치들에 결합된 컨트롤러에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, ECU는 외부 장치(예컨대, 스마트폰, 전자 열쇠 등)로부터의 신호에 응답하여 모터를 잠그거나 해제할 수 있다. 일부 실시예들에서, ECU는 미리 결정된 시간(예컨대, 모터가 턴 오프된 후 10분) 동안 외부 장치(예컨대, 스마트폰, 전자 열쇠 등)로부터의 신호를 수신하지 않으면서 모터를 잠그거나 해제할 수 있다.
도 4b 및 도 4c는 모터 잠금 장치(400)의 작동을 나타내는 모터 잠금 장치(400)의 단면도 및 등각도(sectional and isometric views)이다. 도시된 바와 같이, 모터 잠금 장치(400)의 스토퍼 홀더(403)는 스테이터 어셈블리(208)에 고정적으로 결합되어, 로터 어셈블리(222)가 모터 잠금 장치(400)에 대해 자유롭게 (도 4c에 도시된 축 R에 대해) 회전할 수 있다.
도 4c에 도시된 실시예들에서, 로터 어셈블리(222)는 하우징(111) 및 그에 부착된 다수의 자석들(221)을 포함한다. 도시된 실시예들에서, 스테이터 어셈블리(208)는 다수의 코일들(108)을 포함한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 2개의 스토핑 범프들(stopping bumps)(405a, 405b)은 하우징(101)의 이너 표면에 결합된다(또는 하우징(101)의 이너 표면과 일체로 형성된다). 스토핑 범프들(405a, 405b)은 스토퍼(401)가 연장된 "잠금" 상태(extended, "locked" position)(도 4c)에 있을 때, 로터 어셈블리(222)(예컨대, 하우징(101) 및 자석들(221))가 (스테이터 어셈블리(208)에 고정되어 결합된) 스토퍼(401)에 대해 회전하는 것을 억제한다.
스토퍼(401)가 "잠금 해제(unlocked)" 상태(예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이)로 철회(retract)되면, 로터 어셈블리(222)는 스토퍼(401) (및 스테이터 어셈블리(208))에 대해 회전할 수 있다. 일부 실시예들에서, 휠이 다수의 상이한 위치들에서 잠거질 수 있도록 외부 하우징(201)에 결합된 2개 이상의 스토핑 범프들이 있을 수 있다.
도 4b에서, 모터 잠금 장치(400)은 "잠금 해제" 상태에 있고, 로터 어셈블리(222)는 스테이터 어셈블리(208)에 대해 회전할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 스토퍼(401)(의 에지)는 스토퍼 홀더(403)(의 외부 에지)와 동일 평면에 있으므로(stopper is flush with the stopper holder), 스토퍼(401)는 회전할 때 스토핑 범프들(405a, 405b)과 접촉하지 않는다.
ECU(예컨대, ECU(902))가 로드(407)를 회전시키도록(예컨대, 도 4b 및 도 4c에 도시된 M 방향으로 스토퍼(401)를 이동시키도록) 액추에이터(406)를 명령하면, 휠은 그에 따라 잠금 및 잠금 해지된다.
도 4c에 도시된 바와 같이,스토퍼(401)가 하우징(101)을 향해 (예컨대, M 방향으로) 이동되면, 스토퍼(401)는 더 이상 스토퍼 홀더(403)와 동일 평면에 있지 않고, 모터 잠금 장치(400)는 "잠금" 상태에 있는다. 따라서, 스토퍼(401)는 스토핑 범프들(405a, 405b) 중 어느 하나에 의해 "정지"되거나 또는 저지되고, 로터 어셈블리(222)에 대해 자유롭게 회전할 수 없다. 결과적으로, 로터 어셈블리(222)는 잠겨지고, 스테이터 어셈블리(208)에 대해 회전할 수 없다.
일부 실시예들에서, 스토핑 범프들은 하우징(101)의 이너 표면에 원주 방향으로 위치할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 스토퍼(401)는 스토핑 범프들 중 어느 하나에 의해 정지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스토핑 범프들은 돌출부, 블록 및/또는 연장된 위치에서 스토퍼(401)에 맞물릴 수 있는 다른 적절한 형상과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스토핑 범프들은 플라스틱과 같은 비교적-용이하게 교체 가능한 물질로 만들어질 수 있는 반면, 스토퍼(401)는 비교적 단단하거나 뻣뻣한(hard or stiff) 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 스토핑 범프들이 손상되거나 또는 파손되면(예컨대, 스토퍼(401)와 접촉함으로써 야기된), 스토핑 범프들의 나머지는 여전히 스토퍼(401)에 맞물려, 로터 어셈블리(222)의 위치를 고정시킬 수 있다. 손상된 스토핑 범프를 교체하는 것은 쉽고 편리하다. 결과적으로, 본 발명은 전기 모터의 회전을 잠그고, 멈추고, 및/또는 제어하기 위한, 신뢰성 있고 유지하기 쉬운 메커니즘을 제공한다.
도 5는 일실시예에 따른 허브 장치를 지지하는 차량 프레임(501)의 등각도이다. 도시된 바와 같이, 허브 장치(200)의 샤프트(209)는 차량 프레임(501)에 고정적으로 결합된다. 허브 장치(200)의 하우징(101)은 스포크들(105) 및 허브 플랜지 또는 링 구조(103)(도시된 바와 같이, 사이드 커버(502)는 허브 장치(200)에 부착될 수 있음)를 통해 휠(503)에 결합된다. 휠(503)은 허브 장치(200)에 의해 회전되어 차량 프레임(501)을 이동시킬 수 있다. 휠(503)이 회전하지 않으면, 충전 헤드(charging head)(505)는 허브 장치(200)에 결합되고, 동시에 충전할 수 있다. 일부 실시예들에서, 충전 헤드(505)는 자기력에 의해 허브 장치(200)에 결합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 충전 헤드(505)는 와이어(507)를 통해 파워 소스(예컨대, 메인 전력(mains electricity))에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 휠(503)은 타이어(509), 휠 림(511), 다수 스포크들(105) 및 허브 장치(200)를 갖는 휠 세트(wheelset)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 허브 장치(200)가 충전 헤드(505)에 의해 충전되기 시작하면, ECU(902)는 코일들(108)을 단락시키도록 시큐리티 유닛(907)을 명령할 수 있다. 일부 실시예들에서, ECU(902)는 충전 프로세스가 완료되었음을 지시하는 신호를 수신하면, ECU(902)는 코일들(108)을 정상, 동작 상태(예컨대, 단락되지 않음)로 다시 이동시키도록 시큐리티 유닛(907)을 명령할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시큐리티 유닛(907) 및 잠금 장치(400)는 동일한 액추에이터를 공유할 수 있다. 예를 들어, 시큐리티 유닛(907)을 위한 액추에이터(306)(도 3b) 및 잠금 장치(400)를 위한 액추에이터(406)는 동일한 컨포넌트일 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드 밸브는 스토퍼(302) 및 스토퍼(401) 모두를 이동시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 일실시예에 따라 프로그램된 프로세서, 컨트롤러 또는 다른 로직 회로에 의해 수행되는 방법들(600, 700)을 나타내는 플로우차트들이다. 방법들(600, 700)은 일실시예에 따른 시큐리티 시스템/메커니즘을 관리한다. 일부 실시예들에서, 방법들(600, 700)은 (1) 파워트레인 어셈블리, (2) 차량 시스템, (3) 허브 장치 및 (4) 로터 및 스테이터를 가진 모터를 포함하는 시스템(예컨대, 도 1a 내지 도 5에 도시된 시스템들 및 장치들)에서 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 방법(600)은 모터가 턴 오프되었음(예컨대, 사ŸB아가 스위치를 조작하여 모터를 턴 오프함)을 지시하는 제1 신호를 수신(예컨대, 컨트롤러에 의해)하는 블록(601)으로 시작한다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러는 차량의 전기 제어 유닛(예컨대, ECU(902))일 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨트롤러는 사용자의 휴대용 장치(예컨대, 스마트폰) 내 프로세서일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 신호는 다양한 유선 또는 무선 접속들을 통해 통신될 수 있다.
블록(603)에서, 방법(600)은 컨트롤러에 의해, 모터의 세트들의 코일들 중 일부 또는 전부를 단락시키도록 시큐리티 유닛(예컨대, 시큐리티 유닛(907))을 명령하는 제2 신호를 수신함으로써 계속된다. 세트들의 코일들 중 일부 또는 전부가 단락되면, 모터는 본 명세서에서 개시된 "코일-기반" 시큐리티 메커니즘 또는 시스템에 의해 잠겨진다. 일부 실시예들에서, 방법(600)은 모터의 시큐리티를 향상시키기 위해 물리적 잠금 장치(예컨대, 잠금 장치(400))를 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.
블록(605)에서, 컨트롤러는 단락된 코일들 중 일부 또는 전부의 파워 연결을 복원하도록 시큐리티 유닛을 명령한다. 그 후, 모터는 "잠금 해제"되어 작동될 수 있다(예컨대, 차량을 주행). 그 후, 모터(600)는 추가적인 프로세스로 리턴한다.
도 7을 참조하면, 방법(700)은 컨트롤러에 의해 모터가 턴 오프됨(예컨대, 사용자가 모터를 턴 오프하는 스위치를 작동시킴)을 지시하는 제1 신호를 수신하는 블록(701)에서 시작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러는 차량의 전기 제어 유닛일 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨트롤러는 사용자의 휴대용 디바이스(예컨대, 스마트폰) 내 프로세서일 수 있다. 블록(703)에서, 방법(700)은 이어서 컨트롤러에 의해 모터의 세트들의 코일들 중 일부 또는 전부를 단락시키도록 시큐리티 유닛을 명령하는 제3 신호를 전송할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 신호 및 제2 신호는 다양한 유선 및/또는 무선 연결을 통해 통신될 수 있다.
블록(705)에서, 컨트롤러는 코일들이 단락되었는지를 검증하기 위한 테스팅 신호를 전송하도록 회로 컨트롤러(예컨대, MCU(904)의 회로 컨트롤러(906))를 명령한다. 결정 블록(707)에서, 방법(700)은 미리 결정된 시간(예컨대, 0.1-5초) 내에 (예컨대, MCU(904)의 회로 컨트롤러(906)로부터) 코일들이 단락되었다는 확인을 컨트롤러가 수신할 수 있는지 여부를 결정한다.
만약 블록(707)에서의 결정이 긍정적(affirmative)이면, 그 후 프로세스는 블록(709)으로 진행하며, 여기서 컨트롤러는 하이버네이션 모드로 진입한다. 만약 블록(707)에서의 결정이 부정적이면(즉, 확인(예컨대, 확인 신호)이 컨트롤러에 의해 성공적으로 수신되지 않음을 의미), 그 후 프로세스는 블록(711)으로 진행하며, 여기서 컨트롤러는 확인을 수신하는 것이 실패하였음(또는 확인의 실패)을 사용자로 알린 후(예컨대, 사용자 모바일 디바이스 또는 차량의 디스플레이로 알림을 전송), 컨트롤러는 하이버네이션 모드로 진입한다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러는 다른 컨포넌트들(예컨대, 회로 컨트롤러)로 하여금 하이버네이트에 진입하도록 명령할 수 있다. 그 후, 방법(700)은 추가적인 프로세스를 위해 리턴한다. 일부 실시예들에서, 회로 컨트롤러는 컨트롤러로 확인을 전송한 후 자체적으로 하이버네이션 모드에 진입할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법(700)은 모터의 시큐리티를 향상시키기 위해 물리적 잠금 장치(예컨대, 잠금 장치(400))를 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 물리적 잠금 장치를 활성화시키는 프로세스는 블록(709) 또는 블록(711)에서 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물리적 잠금 장치를 활성화시키는 프로세스는 블록(701)에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 물리적 잠금 장치가 활성화되거나/이네이블(enabled)될 때 알림을 수신할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 방법은 예를 들어, (1) 컨트롤러에 의해, 차량을 턴 오프하는 것에 관한 신호를 수신하는 단계; (2) 컨트롤러에 의해, 차량 내 모터의 복수의 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛을 명령하는 단계; (3) 컨트롤러에 의해, 복수의 코일들이 단락되었는지를 검증하는 테스팅 신호를 전송하도록 컨트롤러를 명령하는 단계; 및 (4) 복수의 코일들이 단락되었다는 확인 신호를 수신하면 하이버네이션 모드에 진입하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 컨트롤러에 의해, 하이버네이트하도록 회로 컨트롤러를 명령하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 컨트롤러에 의해, 컨트롤러가 복수의 코일들이 단락되었다는 확인 신호를 수신하지 않으면, 잠금 장치의 스토퍼를 이동시켜 차량의 모터의 로터 어셈블리에 접촉하도록 잠금 장치의 액추에이터를 명령함으로써, 잠금 장치를 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 잠금 장치는 차량을 턴 오프하는 것에 관한 신호를 수신하면 활성화될 수 있다.
비록 본 기술이 특정 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 기술은 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에서 변형 및 변경하여 실시될 수 있다는 것이 인식될 수 있다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기 보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 차량(vehicle)을 구동(driving)하기 위한 허브 장치(hub apparatus)에 있어서,
    다수 세트들의 코일들(multiple sets of coils)을 가지는 모터;
    상기 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 구동 회로(drive circuitry);
    상기 구동 회로 및 상기 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 시큐리티 유닛(security unit); 및
    상기 다수 세트들의 코일들이 단락되었는지 여부를 검증하기 위한 테스팅 신호를 전송하는 회로 콘트롤러
    를 포함하고,
    상기 시큐리티 유닛은 컨트롤러로부터의 신호에 응답하여 상기 다수 세트들의 코일들 중 적어도 하나의 세트를 단락(short-circuit)시키고,
    상기 신호는 상기 모터가 턴 오프(turned off)된 것을 지시하는,
    허브 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시큐리티 유닛은,
    액추에이터(actuator) 및 전도성 플레이트(conductive plate)를 포함하고,
    상기 액추에이터는,
    상기 전도성 플레이트를 이동시켜 상기 다수 세트들의 코일들의 적어도 하나의 세트를 단락시키는, 허브 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    솔레노이드 밸브(solenoid valve) 또는 선형 모터(linear motor)를 포함하는, 허브 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시큐리티 유닛은,
    상기 다수 세트들의 코일들 중 적어도 하나의 세트를 단락시키는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는,
    상기 다수 세트들의 코일들 중 적어도 하나의 세트를 단락시키는 기계적 스위치(mechanical switch); 또는
    상기 다수 세트들의 코일들 중 적어도 하나의 세트를 단락시키는 트랜지스터-기반 스위치(transistor-based switch)
    를 포함하는, 허브 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 다수 세트들의 코일들을 가지는 스테이터 어셈블리(stator assembly)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 단락된 세트의 코일들(at least one short-circuited set of coils)은
    로터 어셈블리(rotor assembly)의 회전에 의해 야기된 자기장의 변화에 응답하여 상기 로터 어셈블리의 상기 회전의 역방향(reverse direction)의 토크를 생성하는, 허브 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 다수 세트들의 코일들을 가지는 로터 어셈블리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 단락된 세트의 코일들은
    상기 로터 어셈블리의 회전에 의해 야기된 자기장의 변화에 응답하여 상기 로터 어셈블리의 회전의 역방향의 토크를 생성하는, 허브 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 로터 어셈블리가 상기 스테이터 어셈블리에 대해 회전하는 것을 적어도 부분적으로(partially) 방지하는 잠금 장치(locking device)
    를 더 포함하고,
    상기 잠금 장치는 스토퍼(stopper) 및 상기 스토퍼에 결합된 액추에이터를 가지고,
    상기 스토퍼는 상기 액추에이터에 의해 이동되는, 허브 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 모터는,
    샤프트(shaft)에 회전 가능하게(rotatably) 결합된 하우징을 포함하고,
    상기 스테이터 어셈블리는 상기 하우징 내부에 위치되어 상기 샤프트에 결합되고,
    상기 스테이터 어셈블리는 상기 스테이터 어셈블리 내에 밀폐된(enclosed) 배터리 어셈블리에 전기적으로 결합되는, 허브 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    3상 교류 전류(three-phase alternating current)를 생성하기 위해 상기 다수 세트들의 코일들을 제어하는, 허브 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다수 세트들의 코일들 및 상기 시큐리티 유닛 사이에 전기적으로 연결되는 릴레이(relay)
    를 더 포함하는 허브 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 다수 세트들의 코일들을 통해 흐르는 전류가 임계 값(threshold value)를 초과하면 개방 회로를 형성하는, 허브 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러로부터의 상기 신호는
    상기 모터가 미리 결정된 시간(predetermined time period) 동안 턴 오프되었음을 지시하는, 허브 장치.
  13. 시큐리티 시스템을 구비한 차량에 있어서,
    다수 세트들의 코일들을 가지는 모터;
    상기 모터에 전기적으로 결합된 컨트롤러;
    상기 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 구동 회로;
    상기 구동 회로 및 상기 다수 세트들의 코일들에 전기적으로 결합된 시큐리티 유닛을 가지는 시큐리티 시스템; 및
    상기 다수 세트들의 코일들이 단락되었는지 여부를 검증하기 위한 테스팅 신호를 전송하는 회로 콘트롤러
    를 포함하고,
    상기 시큐리티 유닛은 상기 컨트롤러로부터의 신호에 응답하여 상기 다수 세트들의 코일들의 적어도 하나의 세트를 단락시키고,
    상기 신호는 모터가 턴 오프된 것을 지시하는,
    차량.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모터는 로터 어셈블리 및 스테이터 어셈블리를 포함하고,
    상기 시큐리티 시스템은
    상기 로터 어셈블리가 상기 스테이터 어셈블리에 대해 회전하는 것을 적어도 부분적으로 방지하는 잠금 장치를 더 포함하고,
    상기 잠금 장치는 스토퍼 및 상기 스토퍼에 결합된 액추에이터를 가지고,
    상기 스토퍼는 상기 액추에이터에 의해 이동되는, 차량.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 시큐리티 유닛은
    액추에이터 및 전도성 플레이트를 포함하고,
    상기 액추에이터는
    상기 전도성 플레이트를 이동시켜 상기 다수 세트들의 코일들의 적어도 하나의 세트를 단락시키는, 차량
  16. 제13항에 있어서,
    상기 모터에 의해 구동되는 휠(wheel)
    를 더 포함하고,
    상기 모터는 파워 전달 컴포넌트(power transmission component)를 통해 상기 휠을 구동시키는, 차량.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 모터에 의해 구동되는 휠
    를 더 포함하고,
    상기 모터의 로터 어셈블리는 상기 휠에 고정적으로(fixedly) 결합되는, 차량.
  18. 차량 시큐어링(securing) 방법에 있어서,
    컨트롤러에 의해, 상기 차량을 턴 오프하는 것에 관한 신호를 수신하는 단계;
    상기 컨트롤러에 의해, 상기 차량 내 모터의 복수의 코일들을 단락시키도록 시큐리티 유닛을 명령(instruct)하는 단계;
    상기 컨트롤러에 의해, 상기 복수의 코일들이 단락되었는지 여부를 검증(verify)하기 위한 테스팅 신호를 전송하도록 회로 콘트롤러(circuit controller)를 명령하는 단계;
    상기 복수의 코일들 중 일부 또는 전부가 단락되었다는 확인 신호(confirmation signal)가 수신되면, 하이버네이션 모드(hibernation mode)로 진입(enter)하는 단계
    를 포함하는, 차량 시큐어링 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 확인이 성공적으로 수신되지 않으면, 사용자 모바일 디바이스 또는 상기 차량의 디스플레이로 알림(notification)을 전송하는 단계; 및
    상기 알림을 전송한 후 상기 하이버네이션 모드로 진입하는 단계
    를 더 포함하는, 차량 시큐어링 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 의해, 상기 컨트롤이 상기 복수의 코일들 중 일부 또는 전부가 단락되었다는 확인 신호를 수신하면, 잠금 장치의 스토퍼를 이동시켜 상기 차량의 상기 모터의 로터 어셈블리에 접촉하도록 상기 잠금 장치의 액추에이터를 명령함으로써, 상기 잠금 장치를 활성화하는 단계
    를 더 포함하는, 차량 시큐어링 방법.
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