KR102431420B1 - 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는, 엔진 풀리와 연결된 로터를 포함하는 모터; 상기 모터와 전기적으로 연결되는 인버터; 일측이 상기 로터와 연결되는 기어블록; 및 상기 기어블록의 타측과 연결되어 상기 모터 및 상기 인버터를 냉각시키는 냉각팬;을 포함하고, 상기 기어블록의 기어비는 가변적으로 제어된다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법 방법{MOTOR-INVERTER ASSEMBLY FOR MILD HIBRID VEHICLE AND COOLING METHOD THEREOF}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법에 관한 것으로써, 구체적으로는 벨트 구동형 공냉식 마일드 하이브리드 모터-인버터의 효율적인 냉각 성능을 제어할 수 있는 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법에 관한 것이다.
날로 치솟는 유가와 환경에 대한 사회적 관심의 증가는 자동차 업계로 하여금 차량의 연비 향상과 친환경 차량의 개발을 서두르게 하고 있고, 이를 만족시키기 위해 차량의 감속에너지를 회생하여 이를 이용하는 마일드 하이브리드 시스템이 등장하였다.
이러한 마일드 하이브리드 시스템은, 엔진과 연결되어 모터와 발전기의 기능을 모두 가지는 모터 발전기가 채용되고, 이러한 모터 발전기에 의해 발생된 전력을 충전하거나 또는 모터 발전기를 구동시키기 위한 고전압 배터리 및 모터 발전기와 고전압 배터리 사이에 설치되는 인버터를 구비하고 있다.
한편, 차량 실장성을 높이고 중량 및 부피를 줄이기 위하여 모터 발전기와 인버터는 일체형으로 구성할 수 있는데, 이 경우 모터 및 인버터에서 고온의 열이 발생하게 되고, 이로 인하여 파손 및 오작동의 위험이 발생하는 문제점이 있으므로, 이러한 모터 및 인버터를 냉각시키기 위한 장치가 필요하다.
하기 선행문헌은 하이브리드 차량에서 배터리를 냉각시키기 위한 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 포함하고 있지 않다.
한국공개특허공보 제10-2007-0082273호
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 자동차의 배터리 및 다른 실시예에 따른 마일드 하이브리드 자동차의 배터리 제어 방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법은 효율적인 모터-인버터의 냉각을 담보함과 동시에 인버트의 온도 상승에 따른 동작 제한 범위를 줄일 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는, 엔진 풀리와 연결된 로터를 포함하는 모터; 상기 모터와 전기적으로 연결되는 인버터; 일측이 상기 로터와 연결되는 기어블록; 및 상기 기어블록의 타측과 연결되어 상기 모터 및 상기 인버터를 냉각시키는 냉각팬;을 포함하고, 상기 기어블록의 기어비는 가변적으로 제어된다.
상기 모터의 회전수를 검출하는 회전수 센서;를 더 포함하고, 상기 기어블록의 기어비는 상기 회전수 센서에 의해 검출된 상기 모터의 회전수에 기초하여 가변되는 것이 바람직하다.
상기 기어블록의 기어비는 상기 인버터의 에너지 사용량 및 상기 인버터의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 가변되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법은 모터와 전기적으로 연결된 인버터의 요구 냉각량을 결정하는 단계; 상기 모터 및 상기 인버터를 냉각하는 냉각팬의 요구 회전 속도를 결정하는 단계; 및 상기 냉각팬의 요구 회전 속도에 기초하여 상기 냉각팬을 회전시키는 단계;를 포함한다.
상기 인버터의 요구 냉각량을 결정하는 단계는, 사용자에 의하여 상기 인버터의 요구 에너지가 입력되는 단계; 입력된 상기 인버터의 요구 에너지에 기초하여 상기 인버터의 발열량을 산출하는 단계; 및 산출된 상기 인버터의 발열량에 기초하여 상기 인버터의 요구 냉각 성능을 결정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 냉각팬의 요구 회전 속도는 상기 모터에 포함된 로터의 회전 속도에 기초하여 결정되는 것이 바람직하다.
일측 및 타측이 상기 모터에 포함된 로터 및 상기 냉각팬과 각각 연결되는 기어블록을 구비하고, 상기 기어블록의 기어비는 상기 냉각팬의 요구 회전 속도에 기초하여 가변되어 상기 냉각팬의 회전량이 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 및 이의 냉각 방법은 엔진 회전수가 관계 없이 사용자의 요구에 의한 인버터에서 발생하는 열량에 따라 냉각팬의 회전수를 가변적으로 제어함으로써 인버터의 냉각 효율을 높이고, 이를 통하여 인버터의 온도 상승에 따른 동작 제한 범위를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 4는 도 3에서의 인버터의 요구 냉각량을 결정하는 단계를 좀 더 구체적으로 도시한 플로우차트이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저 도 1을 참조하여 종래 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 냉각팬의 구조를 살펴보도록 한다. 도 1은 종래 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 단면도이다.
종래의 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(100)와 인버터(200)가 일체로 구성되어 있다. 이러한 모터(100) 및 인버터(200)에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각팬(400)이 더 구비되어 있으며, 이러한 냉각팬(400)은 엔진의 풀리(10) 및 모터(100)의 로터와 일체로 연결되어 있다. 이러한 구조의 경우 모터(100) 및 인버터(200)의 냉각에 필요한 공기 유동이 모터(100) 로터의 회전수에 비례하여 발생하게 되고, 이로 인하여 냉각팬(400)에서 생성되는 냉각 성능은 사용자의 에너지 요구량과 무관하게 풀리(10) 및 벨트로 연결된 엔진의 회전수에 의하여 결정되게 된다.
그러나, 마일드 하이브리드 시스템에서는 저속의 엔진 회전에서도 큰 에너지 요구가 발생할 수 있으며, 이러한 에너지 요구와 비례하여 인버터에서 발생하는 열은 증가하기 때문에 발열량에 기초하여 냉각량이 결정될 필요가 있다. 따라서 도 1에 도시된 종래의 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 경우 상술한 바와 같이 냉각량을 결정하는 냉각팬(400)의 회전속도가 엔진의 회전수에 기초하여 결정되기 때문에 인버터(200)의 온도가 냉각 성능 이상으로 상승하는 경우 인버터(200)의 동작 제한이 발생하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체가 제안되었으며, 이하에서는 도 2를 참조하여 이에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는, 모터(100), 인버터(200), 기어블록(300) 및 냉각팬(400)을 포함한다. 모터(100)는 로터 및 스테이터로 구성되고, 모터(100)의 로터는 엔진 풀리(10)와 연결되게 된다. 인버터(200)는 모터(100)와 전기적으로 연결되는 구성으로써 모터(100)와 고전압 배터리(미도시) 간의 전원을 변환하여 전달하는 기능을 수행하며, 모터(100)와 일체로 구성하는 것이 바람직하다. 인버터(200)에서 발생하는 열의 빠른 방출을 위하여 인버터(200)에는 방열핀(500)이 구비되는 것도 가능할 것이다.
냉각팬(400)은 회전에 의하여 모터(100)와 인버터(200)에서 발생하는 열을 외부로 방출시커나 외부의 공기를 모터(100) 및 인터버(200)에 전달시킴으로써 모터(100) 및 인버터(200)를 냉각시키는 기능을 수행하는 구성이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는 상술한 종래의 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체와는 달리 냉각팬(400)의 회전 속도가 엔진의 회전 속도와 비례하지 않도록 구성된다. 구체적으로, 냉각팬(400)이 엔진 풀리(10) 및 모터(100)의 로터와 직접 연결되지 않고, 로터와 냉각팬(400) 사이에 기어비가 가변 가능한 기어블록(300)을 마련한다.
기어블록(300)의 기어비 가변이 가능하게 됨으로써 엔진 회전수와 상관없이 냉각팬(400)의 회전 속도를 제어하는 것이 가능하게 된다. 이러한 기어블록(300)의 기어비 가변은 전자제어유닛에 의해 제어될 수 있으며, 이하에서는 기어블록(300)의 제어에 대한 구체적인 내용에 대해서 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체는 모터(100)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(600)를 더 포함하고, 기어블록(300)의 기어비는 회전수 센서(600)에 의해 검출된 모터(100)의 회전수에 기초하여 가변되도록 할 수 있다. 또한, 기어블록(300)의 기어비는 인버터(200)의 에너지 사용량 및 인버터(200)의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 가변되도록 하는 것도 가능할 것이다.
이를 통하여 엔진 회전수와 상관 없이 냉각팬(400)의 회전 속도를 제어하게 되고, 모터(100)가 고속으로 회전하는 경우 인버터(200)의 발열량 이상으로 공급되는 공기의 양을 줄일 수 있도록 냉각팬(400)의 회전 속도를 엔진 회전속도보다 천천히 회전하도록 설정하는 것이 가능하게 된다. 이를 통하여 모터(100)가 고속으로 회전할 경우 냉각팬(400)에서 발생하는 로스(Loss)를 줄일 수 있게 되며, 결국 마일드 하이브리드 시스템 전체의 효율을 높일 수 있게 된다.
이히 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법에 대하여 설명하되, 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터의 설명시 이미 기술한 내용과 중복되는 내용은 그 자세한 설명을 생략하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이고, 도 4는 도 3에서의 인버터의 요구 냉각량을 결정하는 단계를 좀 더 구체적으로 도시한 플로우차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법은 인버터(200)의 요구 냉각량을 결정하는 단계(S100), 냉각팬(400)의 요구 회전 속도를 결정하는 단계(S200) 및 냉각팬(400)을 회전시키는 단계(S300)를 포함한다.
모터(100)와 전기적으로 연결된 인버터(200)의 요구 냉각량을 결정하는 단계(S100)는 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이 사용자에 의하여 인버터의 요구 에너지가 입력되는 단계(S110), 입력된 상기 인버터(200)의 요구 에너지에 기초하여 인버터(200)의 발열량을 산출하는 단계(S120) 및 산출된 인버터(200)의 발열량에 기초하여 인버터(200)의 요구 냉각 성능을 결정하는 단계(S130)로 구분될 수 있다.
한편, 모터(100) 및 인버터(200)를 냉각하는 냉각팬(400)의 요구 회전 속도를 결정하는 단계(S200)에서, 이러한 냉각팬(400)의 요구 회전 속도는 모터(100)에 포함된 로터의 회전 속도에 기초하여 결정될 수 있으며, 이 경우 상술한 바와 같이 모터(100)의 회전수 센서(600) 등을 구비하여 회전수 센서로부터 전달된 신호를 기초로 냉각팬(400)의 요구 회전 속도를 결정하게 된다.
또한, 일측 및 타측이 각각 모터(100)에 포함된 로터 및 냉각팬(400)과 각각 연결되고, 기어비를 가변할 수 있는 기어블록(300)을 구비할 경우, 이러한 기어블록(300)의 기어비를 가변함으로써 냉각팬(400)의 회전량을 제어하는 것도 가능하다. 구체적으로 기어블록(300)의 기어비는 S200 단계에서 산출된 냉각팬(400)의 요구 회전 속도에 기초하여 가변됨으로써 냉각팬(400)의 회전량을 제어할 수 있다(S210). 이러한 제어는 별도 장착된 전자제어유닛에서 수행되는 것이 바람직할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 엔진 풀리
100: 모터
200: 인버터
300: 기어블록
400: 냉각팬
500: 방열핀
600: 회전수 센서

Claims (7)

  1. 엔진 풀리(10)와 연결된 로터를 포함하는 모터(100);
    상기 모터(100)와 전기적으로 연결되는 인버터(200);
    일측이 상기 로터와 연결되는 기어블록(300); 및
    상기 기어블록(300)의 타측과 연결되어 상기 모터(100) 및 상기 인버터(200)를 냉각시키는 냉각팬(400);
    을 포함하고,
    상기 기어블록(300)의 기어비는 가변적으로 제어되며,
    상기 엔진 풀리(10)와 상기 기어블록(300)은 상기 모터(100)의 출력축 상에 배치되되, 상기 엔진 풀리(10)는 상기 모터(100)의 일측에 배치되고, 상기 기어블록(300)은 상기 모터(100)의 타측에 배치되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터(100)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(600);
    를 더 포함하고,
    상기 기어블록(300)의 기어비는 상기 회전수 센서(600)에 의해 검출된 상기 모터(100)의 회전수에 기초하여 가변되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기어블록(300)의 기어비는 상기 인버터(200)의 에너지 사용량 및 상기 인버터(200)의 온도 중 적어도 하나에 기초하여 가변되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체.
  4. 엔진 풀리(10)와 연결된 로터를 포함하는 모터(100);
    상기 모터(100)와 전기적으로 연결되는 인버터(200);
    일측이 상기 로터와 연결되는 기어블록(300); 및
    상기 기어블록(300)의 타측과 연결되어 상기 모터(100) 및 상기 인버터(200)를 냉각시키는 냉각팬(400);
    을 포함하고,
    상기 기어블록(300)의 기어비는 가변적으로 제어되며,
    상기 엔진 풀리(10)와 상기 기어블록(300)은 상기 모터(100)의 출력축 상에 배치되되, 상기 엔진 풀리(10)는 상기 모터(100)의 일측에 배치되고, 상기 기어블록(300)은 상기 모터(100)의 타측에 배치되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체의 냉각 방법으로서,
    상기 인버터(200)의 요구 냉각량을 결정하는 단계(S100);
    상기 모터(100) 및 상기 인버터(200)를 냉각하는 냉각팬(400)의 요구 회전 속도를 결정하는 단계(S200); 및
    상기 냉각팬(400)의 요구 회전 속도에 기초하여 상기 냉각팬(400)을 회전시키는 단계(S300);
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 인버터(200)의 요구 냉각량을 결정하는 단계(S100)는,
    사용자에 의하여 상기 인버터(200)의 요구 에너지가 입력되는 단계(S110);
    입력된 상기 인버터(200)의 요구 에너지에 기초하여 상기 인버터(200)의 발열량을 산출하는 단계(S120); 및
    산출된 상기 인버터(200)의 발열량에 기초하여 상기 인버터(200)의 요구 냉각 성능을 결정하는 단계(S130);
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    냉각팬(400)의 요구 회전 속도는 상기 모터(100)에 포함된 로터의 회전 속도에 기초하여 결정되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 기어블록(300)의 기어비는 상기 냉각팬(400)의 요구 회전 속도에 기초하여 가변되어 상기 냉각팬(400)의 회전량이 제어되는 마일드 하이브리드 차량의 모터-인버터 조립체 냉각 방법.
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