KR20100010886U

KR20100010886U - 전기이륜차량용동력전달장치

Info

Publication number: KR20100010886U
Application number: KR2020090005099U
Authority: KR
Inventors: 박영수; 김윤수
Original assignee: (주)씨엔에프
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-05

Abstract

본 발명에 의한 전기이륜차량용 동력전달장치는, 무정류자 직류전동기와 연결된 입력축에 구동풀리가 설치되고 이륜차량의 후륜축과 연결된 출력축에 피동풀리가 설치되며 구동풀리와 피동풀리가 벨트로 연결되어 입력축의 회전수에 따라 직경이 상대적으로 변화되면서 입력축의 동력을 무단변속하여 출력축에 전달하는 무단변속부를 구성하되, 무정류자 직류전동기는 최대 회전수가 3000~5000rpm이고 최대토오크가 3~4Nm로 형성되게 구성하고, 무정류자 직류전동기에 전기를 공급하는 DC48V～DC51.4V용량의 리튬폴리머전지를 구비함으로서, 기존의 엔진형 무단변속기를 사용하면 효율이 저하될 수밖에 없는 원인인 여러 단계의 감속기어를 제거하여 전기이륜차전용의 구동력이 좋고 차량무게는 가벼우면서 변속효율을 높이며, 성능을 증가시킬 뿐만 아니라 주행성을 높이고 등판력을 향상시킬 수 있다.

이륜차, 무정류자 직류전동기, 무단변속부

Description

전기이륜차량용동력전달장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR TWO WHEEL VEHICLE}

본 발명은 이륜차량용 동력전달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무정류자 직류전동기를 장착하여 무단변속할 수 있도록 구현한 전기이륜차량용 동력전달장치에 관한 것이다.

일반적으로 이륜차는 전후방에 바퀴를 가지며 이동하게 되는 것으로, 페달을 통한 자전거와, 동력원을 이용해 구동하는 스쿠터, 한쪽 발을 몸체에 올려놓고 다른 쪽 발을 이용하여 지면에서 이동하도록 하는 킥보드 등이 있다.

스쿠터와 같은 동력원을 갖는 이륜차량은, 회사원들의 출근길에 가장 많이 사용되고 있으며 그 동력원으로 가솔린 엔진을 많이 사용하였다. 그러나, 최근에는 연비를 줄이기 위해 축전지와 전동기를 동력원으로 사용한 이륜차량도 출시되고 있는 실정이다.

전동동력을 갖는 이륜차량은 발판 일측부에 구비된 전동기와, 전동기에 기어를 장착하여 바퀴와 연결하는 동력전달장치로 구성된다. 이 경우, 회전력을 증감시키고자 할 경우는 기어로 전동기의 회전력을 변속하여 바퀴에 전달한다.

이륜차량에 사용되는 전동기로는 고정된 브러쉬에 정류자가 면접촉하면서 회전하여 전류를 공급하는 직류전동기를 일반적으로 사용한다. 그러나, 이러한 직류전동기는 브러쉬와 정류자의 회전마찰로 인한 열발생과, 브러쉬와 정류자의 마모로 인해 쉽게 손상되는 문제점이 있다.

최근에는 전자 스위칭 기술(electronic switching technique)을 이용하여 브러쉬와 정류자를 없앤 무정류자 직류전동기를 사용한 이륜차가 출시되고 있는 실정이다. 무정류자 직류전동기에서는 제어기가 브러쉬와 정류자의 역할을 대신하기 때문에 구조가 간단해지며, 회전마찰로 인한 열발생과 브러쉬 마모 문제가 없으므로 반영구적인 수명을 갖는다.

무정류자 직류전동기를 이륜차량용으로 사용하기 위해서는 수백 내지 천수백와트나 되는 상당한 출력량을 갖는 무정류자 직류전동기와 거의 30킬로그램을 상회하는 무게를 갖는 대용량의 축전지를 채용해야하므로 고가격, 고중량, 저속도 및 운전난이성 등이 있어 실용화나 상용화에 어려움을 겪고 있다.

또 이러한 전동기들을 채용한 이륜차량은 사용자의 기어 변속으로 구동되나 변속단이 불연속적으로 이루어져 변속충격이 발생하고 동력성능이 저하되며 구동력이 각 변속단마다 크게 변화한다. 이러한 작동특성상 급가속이 필요할 경우에는 저단 변속으로 변속단을 낮추어 구동력을 만회시킨 다음 점차적인 고단변속으로 변속하여야만 원활한 가속성능이 발휘되는 단점도 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 전기 동력원을 사용하되 구동력이 좋고 차량무게는 가벼우며 저속 및 고속에서 높은 토오크를 갖고 고속주행도 가능케 하는 전기이륜차량용 동력전달장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기 동력원을 이용하면서도 무단변속이 가능하고 등판성능과 등판속도가 좋으며 고속주행도 가능한 전기이륜차량용 동력전달장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무정류자 직류전동기와 연결된 입력축에 구동풀리가 설치되고 이륜차량의 후륜축과 연결된 출력축에 피동풀리가 설치되며 상기 구동풀리와 피동풀리가 벨트로 연결되어 입력축의 회전수에 따라 직경이 상대적으로 변화되면서 상기 입력축의 동력을 무단변속하여 상기 출력축에 전달하는 무단변속부를 구성하되, 상기 무정류자 직류전동기는 최대 회전수가 3000~5000rpm이고 최대토오크가 3~4Nm로 형성되게 구성하고, 상기 무정류자 직류전동기에 전기를 공급하는 DC48V～DC54V용량의 리튬폴리머전지를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기이륜차량용 동력전달장치는 전기 동력원을 사용하면서도 구동력이 좋고 차량무게는 가벼우며 저속 및 고속에서 높은 토오크를 갖고 고속주행도 가능케 하는 장점이 있으며, 전기 동력원을 이용하면서도 무단변속이 가능하고 등판성능과 등판속도도 좋은 이점을 갖고 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 의한 전기이륜차량용 동력전달장치의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기이륜차량용 동력전달장치가 탑재된 이륜차량의 예시도이고, 도 2는 도 1의 이륜차량에 탑재된 전기이륜차량용 동력전달장치의 요부 평단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 이륜차량(2)은 전기 동력원으로 구동되는 전기이륜차량용 동력전달장치(10)를 구비한다. 상기 전기이륜차량용 동력전달장치(10)는 후륜(400)과 좌대(500) 사이에 설치되고 본 발명의 실시 예에 따라 무단변속기능을 갖는다.

전기이륜차량용 동력전달장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 리튬폴리머전지(600)와 전기적으로 연결된 무정류자 직류전동기(100)와, 무정류자 직류전동기(100)의 구동력으로 무단변속을 수행하는 무단변속부(500)를 포함하며, 무단변속부(500)에서 무단변속된 회전력은 후륜축(410)을 통해 이륜차량(2)의 후륜(400)으로 전달된다.

본 발명의 무정류자 직류전동기(100)는 유지보수가 필요 없고 고속에서 정속 및 고출력을 낼 수 있으며 저속에서 고토크 특성을 갖도록 유효한 최대회전수와 최대 토 오크가 설정된다. 또한 무단변속부(500)와 연계되어 감속장치없이도 변속이 가능하며, 고유의 특징이 정류자나 브러쉬 등의 기계적인 접촉부가 배제되므로 발열이 없고 그에 따라 냉각장치도 필요없다는 장점이 있다.

본 발명에 따라 무정류자 직류전동기(100)에 설정된 유효한 최대회전수와 최대 토오크는 무단변속부(500)와 연계되어서 이륜차량(2)의 출발시 감속회전으로 후륜출력을 높혀주고 주행시에는 회전력을 가속시켜 주행속도를 증가시켜주는데 최적절하게 범위가 설정된 것으로 본원 발명자들의 수많은 실험을 통해서 얻을 수 있었다. 상기 무정류자 직류전동기(100)에 설정된 유효한 최대회전수의 범위는 3000~5000rpm이고, 최대토오크의 범위는 3~4Nm이다.

이륜차량(2)의 출발시 감속회전으로 후륜출력을 높혀주고 주행시에는 회전력을 가속시켜 주행속도를 증가시켜주는 데에는 상기 무정류자 직류전동기(100)의 최대회전수와 최대 토오크의 설정범위가 기본 전제가 된다. 아울러 이륜차량(2)의 성능이나 종류에 따라서는 무정류자 직류전동기(100)에서 무단변속부(500)로 동력전달되는 풀리구조 예컨대 무단변속부(500)내 가변을 위한 구성요소들 예컨대 후술될 중량볼(517)들의 무게나 스프링(535)의 탄성력, 무단변속부(500)의 입력축(200)에 축설치된 플라이휠(210)도 상기 출발시 후륜출력을 높혀주고 주행시 주행속도를 증가시키는 데에 추가 작용을 한다.

상기의 무정류자 직류전동기(100)에 설정된 유효한 최대회전수 3000~5000rpm와 최대토오크 3~4Nm를 갖도록 하면서도 이륜차량(2)의 무게는 가능한 한 가볍게 하도록 리튬폴리머전지(600)를 구현하여야 한다.

무단변속부(500)와 연계되어 작동하는 무정류자 직류전동기(100)를 전기이륜차량용으로 사용하기 위해서는 무정류자 직류전동기(100)의 출력량이 최소 750W이상이 되어야 하며, 우수한 등판력을 확보하기 위해서는 그 출력량이 1000～2000W를 유지하는 것이 바람직하다.

본원 발명자들은 무정류자 직류전동기(100)의 출력량이 1000～2000W를 갖음과 동시에 그 출력 대비 상대적으로 이륜차량(2)의 중량이 최소화되도록 하는 리튬폴리머전지에 대해서 테스트를 해본 결과, 리튬폴리머전지로서 DC48V～DC51.8V용량의 리튬폴리머전지(600)가 가장 적합함을 확인할 수 있었다.

무정류자 직류전동기(100)에 전기를 공급하는 건식 축전지(600)로서 DC48V～DC54V를 상회하여 DC60V를 초과하는 용량의 축전지를 이륜차량(2)에 장착하면 납배터리가 그 자체중량이 30Kg을 훨씬 상회하여 이륜차량(2)의 자체 중량을 더욱 무겁게 하였으며 사용자가 운전하기가 쉽지 않고 연비도 떨어지게 하였다. 그 반대로 이륜차량에 DC48V미만의 용량의 축전지를 장착하면 출력량이 충분치 않고 무정류자 직류전동기(100)의 구동제어가 정밀해져야 하는 관계로 동력전달장치(10)의 구현비용이 고가로 되는 단점이 있었다.

그에 따라 본 발명에서는 리튬폴리머전지(600)로서 DC48V～DC51.8V용량의 리튬폴리머전지를 사용하였으며, 자체 무게는 10~15kg정도이다.

한편 본 발명의 무단변속부(500)는 무정류자 직류전동기(100)와 연결된 입력축(200)의 동력을 무단변속하여 후륜축(410)에 연결된 출력축(300)에 전달하는 역할을 한다. 무단변속부(500)는 입력축(200) 단부에 장착된 구동풀리(510)와 출력 축(300) 단부에 장착된 피동풀리(530)를 벨트(550)로 연결하여 구성된다.

구동풀리(510)에는 입력축(200)의 회전속도에 따라 구동풀리(510)의 직경을 가변케 하는 중량볼(517)들이 내재되어 있으며, 피동풀리(530)에는 벨트(550)장력과 함께 탄성력에 의해 피동풀리(530)의 직경을 가변케 하는 스프링(535)이 내재되어 있다. 상기 중량볼(517)들과 스프링(535)은 이륜차량(2)의 출발시 감속회전으로 후륜출력을 높혀주고 주행시에는 회전력을 가속시켜 주행속도를 증가시켜주는 작용을 도모한다. 즉 제조자가 본 발명에 따라 설정된 무정류자 직류전동기(100)와 리튬폴리머전지(600)를 채용한 후 후륜출력과 주행속도 증가 등의 추가적인 조정이 필요할 경우에 중량볼(517)들의 무게와 스프링(535)의 탄성력을 조절하여 제 성능이 나오도록 할 수가 있다.

본 발명에 채용된 무단변속부(500)에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 구동풀리(510)는 입력축(200) 단부에 고정된 제1고정부(519)와, 유동판(515)과 고정판(513)이 유동공간을 형성하고 있는 제1유동부(511)로 구성되며, 중량볼(517)들은 유동공간에 내재된다. 피동풀리(530)는 출력축(300) 단부에 고정된 제2고정부(537)와, 출력축(300) 외주면에 형성된 스프링(535)에 일단이 지지되어 있는 제2유동부(531)로 구성된다.

구동풀리(510)와 피동풀리(530)는 입력축(200)의 회전수에 따라 직경이 상대적으로 변화되면서 회전속도를 조절한다. 즉, 출발시 또는 오르막길을 오를 경우는 입력축(200)의 회전수를 감소시켜 중량볼(517)들을 유동공간의 내측으로 이동시킨다. 이 경우, 구동풀리(510)에 걸림된 벨트(550)의 원심반경이 줄어들고, 피동풀 리(530)에 걸림된 벨트(550)는 스프링(535)의 복원력에 의해 제2고정부(537) 방향으로 밀려나 원심반경이 크지면서 출력축(300)의 회전수를 감소시켜 후륜(400)출력을 높인다.

또 주행시는, 핸들의 가속 조작으로 입력축(200)의 회전수를 증가시킨다. 이 경우, 입력축(200)의 중량볼(517)들이 회전되면서 유동공간의 외측으로 이동하여 제1유동부(511)의 유동판(515)을 밀어내어 구동풀리(510)에 걸림된 벨트(550)의 원심반경을 점차적으로 크게 한다. 이 때, 출력축(300)의 피동풀리(530)에 걸림된 벨트(550)는 벨트(550)의 장력에 의해 제2유동부(531)를 밀어내고 제2유동부(531)는 스프링(535)을 압축시키며 제2고정부(537)에 대해 소정간격 이격되어져 원심반경이 줄어들면서 출력축(300)을 회전시켜 회전수를 증가시키고, 회전이 가속되어 변속이 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 전기이륜차량 동력전달장치(10)는 차량주행조건에 맞게 변속기능이 자유자재로 이루어져 동력성능이 향상되며, 전동기의 출력특성을 최대한 이용하는 장점이 있다. 또한, 운전이 쉬우며, 변속 충격이 거의 없고, 최저 연비소모를 따라 주행하도록 변속 패턴에 따라 운전하여 연비가 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기이륜차량용 동력전달장치가 탑재된 이륜차량의 예시도,

도 2는 도 1의 이륜차량에 탑재된 전기이륜차량용 동력전달장치의 요부 평단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 무정류자 직류전동기 200 : 입력축

300 : 출력축 400 : 후륜

500 : 무단변속부 510 : 구동풀리

517 : 중량볼 530 : 피동풀리

535 : 스프링 550 : 벨트

Claims

이륜차량용 동력전달장치에 있어서,

무정류자 직류전동기와 전동기축에 구동풀리가 설치되고 이륜차량의 후륜축과 연결된 출력축에 피동풀리가 설치되며 상기 구동풀리와 피동풀리가 벨트로 연결되어 입력축의 회전수에 따라 직경이 상대적으로 변화되면서 상기 입력축의 동력을 무단변속하여 상기 출력축에 전달하는 무단변속부를 구성하되, 상기 무정류자 직류전동기는 최대 회전수가 3000~5000rpm이고 최대토오크가 3~4Nm로 형성되게 구성하고, 상기 무정류자 직류전동기에 전기를 공급하는 DC48V～DC51.8V용량의 리튬폴리머전지를 구비함을 특징으로 하는 전기이륜차량용 동력전달장치.
제1항에 있어서, 상기 무단변속부의 구동풀리에는 상기 입력축의 회전속도에 따라 구동풀리의 직경을 가변케 하는 중량볼들이 내재되고 상기 무단변속부의 피동풀리에는 벨트장력과 함께 스프링탄성력에 의해 상기 피동풀리의 직경을 가변케 하는 스프링이 내재되게 하되 상기 중량볼들의 직경조절과 상기 스프링의 탄성력 조절로 상기 최대 회전수와 최대토오크가 상기 3000~5000rpm와 3~4Nm 범위내에서 조정가능하게 구성함을 특징으로 하는 전기이륜차량용 동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전동기축에 구동풀리가 축고정되게 설치함을 특징으로 하는 전기이륜차량용 전동기 동력전달장치.