KR20060119258A - 전기자동차용 멀티 모터장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터(2, 4), 상기 전기모터(2,4) 중 하나의 전기모터에 연결설치된 회전수단(6), 상기 회전수단(6)이 연결설치되지 않은 타 전기모터(2,4)에 연결설치된 원웨이 클러치(8), 상기 회전수단(6) 및 원웨이 클러치(8)에 연결설치되어 전기모터(2,4)의 구동력을 전달하는 구동력 전달수단(12), 상기 구동력 전달수단(12)에 연결설치되어 구동력을 전달받는 크랭크(10)를 포함하는 전기자동차용 모터장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 적어도 두 개 이상의 전기모터를 하나의 크랭크축에 연결설치하여 구성함으로써 평상시에는 하나의 모터만을 이용하여 운행되지만, 유사시 나머지 전기모터를 작동시켜 필요한 동력을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

전기자동차, 전기모터, 원웨이 클러치

Description

전기자동차용 멀티 모터장치{A Multi Motor Device for Electric Vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 제 1 전기모터 4 : 제 2 전기모터

6 : 회전수단 8 : 원웨이 클러치

10 : 크랭크 12 : 구동력 전달수단

14 : 플라이휠 16 : 얼터네이터

18 : 하우징 20 : 벨트

본 발명은 전기자동차용 모터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차 및 그와 유사한 운송기기에 적어도 두 개 이상의 전기모터를 하나의 크랭크축에 연결하고 필요한 동력에 따라 전기모터를 선택하여 구동하는 전기자동차용 모터장치에 관한 것이다.

전기자동차(Electric vehicle ; EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서 가솔린 자동차가 출현되기 훨씬 이전인 1873년 영국의 알 데이비슨(R. Davidson)에 의해 최초로 제작되었으나 1차 세계대전 후 가솔린 자동차의 급속한 발전으로 인하여 일반의 관심에서 멀어져 자취를 감추게 되었다.

그러나 80년대에 이르러 자동차 배출가스에 의한 공해문제가 대두되면서 그 해법으로 전기자동차의 사용이 제시되었으나, 축전지기술부족으로 상용화가 미루어져왔다. 이에, 90년대 초반에 이르러 축전지 신기술의 가능성이 창출되며 미국을 중심으로 급속하게 전기자동차의 개발이 추진되었다. 특히 미국의 경우 자동차회사의 강한 반발에도 불구하고 캘리포니아 주정부에서는 1998년부터 전기자동차 사용을 의무화하는 ZEV(Zero Emission Vehicle) 규제를 입법화하면서 전기자동차 개발이 본격화되었으나, 축전지기술의 개발이 기대에 미치지 못하면서 ZEV규제를 2003년으로 연기하였으며, 최근 들어 CO₂규제와 관련하여 전기자동차의 발전 전망이 높아지고 있다.

전기차가 실용화되기 위한 여러 가지 기술들 중 모터/제어기술이 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있고 특히 모터부문에서 많은 발전이 있었다.

한편, 전술한 전기자동차의 모터장치는 일반적으로 하나의 모터를 이용하여 전기자동차에 구동력을 제공하도록 구성되므로, 단순히 모터의 성능에 따라 전기자동차의 구동력이 결정되게 된다. 특히, 최근 들어 오리지널 전기차로 개발된 차들은 바퀴를 각각 하나씩 돌리도록 전기모터가 개별 장착되고 있어 운전환경, 예를 들면 평로, 험로, 오르막길, 내리막길, 차체의 무게, 승차인원 등과 상관없이 전기모터의 구동력으로 운전되어 큰 동력을 필요로 하는 오르막길 또는 승차인원의 증감에 따라 구동력이 감소되는 문제점 등이 있다.

특히, 대형 전기자동차에 비해 저출력의 전기모터를 사용하는 소형 전기자동차의 경우, 저출력의 전기모터로 인하여 언덕길 등의 오르막이나 험로 등의 주행시 충분한 구동력을 얻을 수 없는 바, 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 고출력의 전기모터를 사용하는 것을 고려해 볼 수 있으나, 평상의 주행에서 필요한 출력 이상의 고출력 전기모터를 사용한다는 것은 배터리의 사용량 및 제작단가를 증가시키므로 이를 채택하는 것이 용이하지 않다는 문제점 등이 있다.

이에, 본 발명에 따른 발명자들은 전술한 문제점을 극복하기 위해 지속적인 연구를 수행하던 중 전기자동차용 모터장치에 적어도 두 개 이상의 전기모터를 설치한 후 평상시에는 하나의 전기모터를 사용하지만, 유사시 예를 들면 고출력의 구동력이 필요할 경우에 나머지 전기모터를 작동시킴으로써 원하는 출력의 구동력을 확보할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터로 모터장치를 구성하여 일반 주행시에는 하나의 모터만을 이용하여 운행하고, 유사시 나머지 모터를 이용하여 구동력을 배가하는 전기자동차용 모터장치를 제공하는 것에 기술적 과제가 있다.

본 발명은 구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터, 상기 전기모터 중 하나의 전기모터에 연결설치된 회전수단, 상기 회전수단이 연결설치되지 않은 타 전기모터에 연결설치된 원웨이 클러치, 상기 회전수단 및 원웨이 클러치에 연결설치되어 전기모터의 구동력을 전달하는 구동력 전달수단, 상기 구동력 전달수단에 연결설치되어 구동력을 전달받는 크랭크를 포함하는 전기자동차용 모터장치를 제공한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치는 화석연료를 이용하여 구동력을 제공하는 자동차 엔진과 같이 전기자동차에 구동력을 제공하는 것으로서, 전기모터를 이용하여 자동차에 구동력을 제공하는 것이라면 어떠한 것이라도 본 발명에 모터장치에 해당될 것이다.

본 발명에 따른 모터장치를 구성하는 전기모터는 적어도 두 개 이상의 전기모터가 직렬 또는 직렬/병렬의 혼합된 형태, 바람직하게는 직렬로 연결설치되도록 구성되며, 필요에 따라 네 개, 여섯 개 또는 여덟 개 등 다수의 전기모터를 직렬 또는 직렬/병렬의 혼합된 형태로 구성할 수 있는 바, 이는 전기자동차에게 필요한 동력 즉, 구동력에 따라 복수로 선택하여 사용할 수 있으나, 그 사용개수는 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 모터장치를 구성하는 적어도 두 개 이상의 전기모터는 기본적으로 하나의 전기모터를 작동시켜 전기자동차를 주행시키지만, 고속, 오르막길, 험로, 고속주행, 승차인원 등의 주행조건에 따라 보다 큰 동력을 필요로 하는 경우 나머지 전기모터를 함께 작동시켜 전기자동차에 구동력을 제공한다.

이와 같은 전기모터는 전기의 힘을 이용하여 구동력을 제공하는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 전기모터라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 회전수단은 상기 전기모터의 일측에 연결설치되어 전기모터로부터 제공되는 구동력을 회전에 의하여 모터장치의 다른 구성으로 전달하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 회전수단이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 원웨이 클러치는 상기 회전수단이 연결설치되지 않은 다른 전기모터에 연결설치되어 전기모터의 구동력을 한 방향으로만 전달하는 동시에 필요에 따라 상기 전기모터의 구동력을 차단하기 위한 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 원웨이 클러치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

이때, 상기 원웨이 클러치는 회전수단과 함께 동일한 방향으로 회전하지만 회전수단의 회전에 저항을 주지 않는다.

본 발명에 따른 크랭크는 모터장치의 일측에 연결설치되어 상기 회전수단 및 원웨이 클러치의 회전에 따른 구동력을 전달받아 회전하는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 크랭크라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 구동력 전달수단은 상기 회전수단, 원웨이 클러치 및 크랭크에 연결설치되어 전기모터의 작동으로부터 전달된 회전수단 및 원웨이 클러치의 구동력을 크랭크에 전달하기 위한 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 구동력 전달수단이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 V-벨트, 평벨트, 타이밍벨트 등의 벨트 및 체인 등을 사용할 수 있고, 특히 바람직하게는 반영구적으로 사용가능한 체인을 사용하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치는 전기모터의 외부에 별도의 하우징을 구비시켜 외부와 격리시킴으로써 외부의 충격 및 침수 등으로부터 전기모터를 보호하도록 구성될 수 있으며, 필요에 따라 전류를 발생시키는 얼터네이터를 상기 하우징의 내부에 구비시켜 외부 침수로부터 얼터네이터를 보호할 수 있도록 구성할 수도 있다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 구성을 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 측면도, 도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 평면도로서 함께 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치는 구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터(2, 4), 상기 전기모터(2,4) 중 하나의 전기모터에 연결설치된 회전수단(6), 상기 회전수단(6)이 연결설치되지 않은 타 전기모터(2,4)에 연결설치된 원웨이 클러치(8), 상기 회전수단(6) 및 원웨이 클러치(8)에 연결설치되어 전기모터(2,4)의 구동력을 전달하는 구동력 전달수단(12), 상기 구동력 전달수단(12)에 연결설치되어 구동력을 전달받는 크랭크(10)로 구성된다.

본 발명에 따른 전기모터(2,4)는 전기의 힘을 이용하여 구동력을 제공하는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 전기모터(2, 4)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

한편, 본 발명에 따른 전기자동차에 구동력을 제공하기 위한 모터장치는 적어도 두 개 이상의 전기모터(2, 4)가 직렬 또는 직렬/병렬의 혼합된 형태, 바람직하게는 직렬로 연결설치되도록 구성되는 바, 두 개의 전기모터(2, 4)로 모터장치를 구성할 경우를 일례로 할 경우, 하나의 전기모터를 임의로 제 1 전기모터(2)라 지칭할 경우, 다른 하나의 전기모터를 제 2 전기모터(4)라 지칭하기로 한다.

본 발명에 따른 회전수단(6)은 상기 제 1 전기모터(2)의 일측에 연결설치되어 제 1 전기모터(2)로부터 제공되는 구동력을 회전에 의해 모터장치의 다른 구성으로 전달하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 회전수단(6)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게 는 중심이 제 1 전기모터(2)의 모터축에 연결설치되는 원판형을 갖는 것이 좋다.

본 발명에 따른 원웨이 클러치(8)는 상기 회전수단(6)이 연결설치되지 않은 제 2 전기모터(4)에 연결설치되어 제 2 전기모터(4)의 구동력을 한 방향으로만 전달하는 동시에 필요에 따라, 상기 제 2 전기모터(4)의 구동력을 차단하기 위한 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 원웨이 클러치(8)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 크랭크(10)는 모터장치의 일측에 연결설치되어 상기 회전수단(6) 및 원웨이 클러치(8)의 회전에 따른 구동력을 전달받아 회전하는 것으로서 당업계에서 통상적으로 사용되는 크랭크(10)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 구동력 전달수단(12)은 상기 회전수단(6), 원웨이 클러치(8) 및 크랭크(10)에 연결설치되어 제 1 전기모터(2) 및 제 2 전기모터(4)의 작동에 의하여 발생된 구동력을 전달받은 회전수단(6) 및 원웨이 클러치(8)의 구동력을 크랭크(10)로 전달하기 위한 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 구동력 전달수단(12)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 V-벨트, 평벨트, 타이밍벨트 등의 벨트, 체인 등을 사용할 수 있고, 특히 바람직하게는 반영구적으로 사용가능한 체인을 사용하는 것이 좋다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 크랭크(10)의 일측에는 회전속도를 고르게 하는 플라이 휠(14)이 연결설치되고, 상기 플라이 휠(14)이 연결설치되는 크랭크(10)의 타측으로 얼터네이터(16)와 연결설치되는 벨트(20) 등이 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치를 구성하는 제 1 전기모터(2) 및 제 2 전기모터(4)는 별도의 하우징(18)의 내부에 구비되어 외부의 충격 및 침수 등으로부터 전기모터(2, 4)를 보호하도록 구성될 수 있으며, 필요에 따라 전류를 발생시키는 얼터네이터(16)를 상기 하우징(18)의 내부에 구비시켜 침수로부터 얼터네이터(16)를 보호할 수 있도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 하우징(18)은 그 내부에 구비되는 제 1 전기모터(2) 및 제 2 전기모터(4) 및/또는 얼터네이터(16)의 냉각을 위하여 하우징(18)의 일측에 공기가 유동할 수 있는 입구(미도시) 및 출구(미도시)를 별도로 설치할 수 있으며, 바람직하게는 상기 공기가 유입되는 입구에 먼지 등의 유입을 방지하기 위한 필터가 설치될 수 있고, 필요에 따라 하우징(18)의 내부에 별도의 냉각장치, 예를 들면 공냉식 및/또는 수냉식 쿨러(cooler)를 장착하여 사용할 수도 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 전기자동차에 구비된 배터리 등의 전류 공급수단(미도시)을 이용하여 제 1 전기모터(2)에 전류를 인가하면, 상기 제 1 전기모터(2)가 회전하며 제 1 전기모터(2)의 일측에 연결설치된 회전수단(6)을 회전시켜 구동력을 전달한다.

그 다음, 상기 회전수단(6)에 연결설치된 구동력 전달수단(12)이 회전하며, 상기 구동력 전달수단(12)에 연결설치된 크랭크(10)를 회전시켜 제 1 전기모터(2)로부터 발생된 구동력을 전달한다.

이때, 상기 구동력 전달수단(12)은 회전수단(6) 및 크랭크(10)와 연결설치되는 동시에 제 2 전기모터(4)가 연결설치된 원웨이 클러치(8)와 함께 연결설치되어 회전수단(6)의 회전에 따라 원웨이 클러치(8)가 함께 회전한다.

그 다음, 상기 크랭크(10)의 회전에 따라 크랭크(10)에 연결설치된 플라이휠(14)을 회전시켜 제 1 전기모터(2)로부터 발생된 구동력을 전기자동차의 바퀴로 전달하여 전기자동차가 주행하도록 한다.

그 다음, 상기 전기자동차의 주행시 오르막길이나 험로로 진입하거나 승차인원의 증가로 인하여 제 1 전기모터(2)에 부하가 발생하면, 상기 제 1 전기모터(2)와 이웃하도록 설치된 제 2 전기모터(4)에 전류가 인가되어 제 2 전기모터(4)가 작동한다.

그 다음, 상기 제 2 전기모터(4)의 작동에 의하여 제 2 전기모터(4)에 연결설치된 원웨이 클러치(8)가 회전하며 구동력 전달수단(12)을 회전시켜 상기 구동력 전달수단(12)에 연결설치된 크랭크(10)를 회전시키게 된다.

이때, 상기 원웨이 클러치(8)는 평상시 회전수단(6)의 회전에 따라 함께 회전하지만, 제 2 전기모터(4)가 작동할 경우 상기 제 2 전기모터(4)에서 발생된 구동력을 제 1 전기모터(4)의 구동력과 함께 구동력 전달수단(12)으로 전달하여 전기자동차의 구동력을 증가시키게 된다.

그 다음, 상기 전기자동차에 요구되는 구동력이 감소하면 상기 제 2 전기모터(4)에 제공되는 전류를 차단하여 제 2 전기모터(4)의 작동을 차단하게 된다.

이러한 경우 상기 제 2 전기모터(4)에 연결설치된 원웨이 클러치(8)는 제 1 전기모터(2)에 연결설치된 회전수단(6)의 회전에 따라 구동력의 전달없이 단순히 회전하게 된다.

여기서, 상기 제 1 전기모터(2) 및 제 2 전기모터(4)의 작동은 이를 제어하기 위하여 별도로 스위치를 연결설치하여 구성할 수 있지만, 별도로 토크센서 등을 상기 모터장치에 연결설치하여 자동으로 제 1 전기모터(2) 및 제 2 전기모터(4)를 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 모터장치는 적어도 두 개 이상의 전기모터를 하나의 크랭크축에 연결설치하여 구성하므로써 평상시에는 하나의 모터만을 이용하여 운행되지만, 유사시 나머지 전기모터를 함께 작동시켜 전기자동차가 필요로 하는 동력을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 전기자동차용 모터장치에 있어서,

   구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터, 상기 전기모터 중 하나의 전기모터에 연결설치된 회전수단, 상기 회전수단이 연결설치되지 않은 타 전기모터에 연결설치된 원웨이 클러치, 상기 회전수단 및 원웨이 클러치에 연결설치되어 전기모터의 구동력을 전달하는 구동력 전달수단, 상기 구동력 전달수단에 연결설치되어 구동력을 전달받는 크랭크를 포함하는 전기자동차용 모터장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 적어도 두 개 이상의 전기모터가 별도의 하우징 내부에 안착되어 외부로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 모터장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하우징의 일측에 전기모터를 냉각시키기 위해 공기가 유동할 수 있는 입구 및 출구가 구비된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 모터장치.
4. 구동력을 제공하는 두 개 이상의 전기모터로 모터장치를 구성하여 일반 주행시에는 하나의 모터만을 작동시켜 운행하고, 유사시 나머지 전기모터를 함께 작동시켜 구동력을 배가하는 전기자동차용 모터장치의 작동방법.

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