KR20120084737A - 전기 모터가 구비된 차량 - Google Patents

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KR20120084737A
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KR1020127009826A
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젠나로 피에르알리시
Original Assignee
피에르알리시 마이프 소시에타＇퍼 아지오니
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Abstract

전기 모터(M1), 하나 이상의 배터리(B1, B2) 및 상기 전기 모터(M1)의 전력 공급을 조절하기 위하여 가속기(200)의 분압계에 연결된 전자 조절 유닛(100)을 포함하는 차량이 개시된다. 상기 전기 모터의 고정자(10b)는 차량의 프레임에 결합된 2개의 고정된 지지부(4a, 4b) 상에 회전가능하게 장착되고, 휠의 액슬 샤프트(13b)는 고정자(10b)에 연결되고, 그 외의 다른 휠의 액슬 샤프트(24a)는 회전자에 의해 회전구동되도록 회전자(20a)에 연결된다. 상기 차량은 고정자(10b) 또는 회전자(20a) 각각의 회전에 대해 휠의 2개의 액슬 샤프트 중 하나의 액슬 샤프트(24a 또는 13b)의 회전을 역전하기 위한 역회전 장치(7), 흡열 모터(M2), 배터리(B1, B2)에 연결된 전기 제너레이터(G), 및 상기 전기 모터(M1)의 고정자(10b) 및/또는 제너레이터(G)에 상기 흡열 모터(M2)의 구동 샤프트를 결합하기 위한 3-웨이 클러치(F)를 포함한다.

Description

전기 모터가 구비된 차량{MOTOR VEHICLE WITH ELECTRIC MOTOR}
산업상 발명을 위한 본 특허 출원은 전기 모터가 구비된 차량에 관한 것이다.
배터리에 의해 전력이 공급되는 전기 모터가 구비된 차량은 공지되었다. 그러나, 상기 차량은 이들이 제한된 전력과 또한 배터리 충전의 제한된 존속기간을 가짐에 따라 손상된다. 따라서, 차량은 단지 짧은 기간 동안에만 사용될 수 있으며, 배터리 충전을 위해 운행중지될 필요가 있다.
적어도 부분적으로 이들 문제점을 해결하기 위하여, 전기 모터 및 내연 기관이 제공된 하이브리드 차량은 공지되었다.
많은 양의 에너지가 필요할 때, 에너지는 내연 기관과 전기 모터 모두로부터 취해진다. 게다가, 내연 기관은 또한 배터리를 충전하는데 사용된다.
공지된 바와 같이, 모든 전기 및 하이브리드 차량은 구동 휠에 적용된 차동 기어가 제공된다. 차동 기어는 구동 휠이 이의 속도를 궤적의 길이에 대해 조절하는 커브(curve)의 미끄러짐(skidding off)을 방지하기 위해 사용된다. 차동 기어로 인해 외측 휠은 미끄러짐 없이 내측 휠 보다 더 신속하게 회전할 수 있다. 차동 기어는 복잡하고 고가의 장치임은 명백하다.
본 발명의 목적은 차동 기어를 필요로 하지 않는 전기 모터가 구비된 차량을 고안함으로써 종래 기술의 단점을 제거하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 효율적이고, 효과적이며, 내구성 있고, 제조하기에 용이한 전기 모터가 구비된 이러한 차량을 제공하는 데 있다. 이들 목적은 첨부된 독립항 제1항에 예시된 특징을 갖는 본 발명에 따라 구현된다. 선호되는 실시예는 종속항에 개시된다.
본 발명의 차량은
-고정자 상에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 전기 모터, - 상기 전기 모터는 각각 차량의 구동 휠이 제공된 2개의 액슬 샤프트를 회전구동시킴 - ,
-상기 전기 모터에 전기적으로 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 배터리, 및
-상기 전기 모터의 전력 공급을 조절하기 위하여 가속기의 분압계에 연결된 전자 조절 유닛을 포함한다.
상기 전기 모터의 고정자는 회전자의 회전 방향과 상반된 방향으로 회전하도록 차량의 프레임에 결합된 2개의 고정된 지지부 상에 회전가능하게 장착된다.
휠의 액슬 샤프트(axle shaft)는 고정자에 의해 회전구동되도록 고정자에 작동가능하게 연결되고, 반면 그 외의 다른 휠의 액슬 샤프트는 회전자에 의해 회전구동되도록 회전자에 작동가능하게 연결된다.
상기 차량은 또한
-고정자 또는 회전자 각각의 회전에 대해 휠의 2개의 액슬 샤프트 중 하나의 액슬 샤프트의 회전을 역전하기 위한 역회전 장치,
-구동 샤프트가 제공된 흡열 모터(endothermic motor),
-하나 이상의 배터리에 전기적으로 연결된 전기 제너레이터, 및
-상기 전기 모터의 고정자 및/또는 제너레이터에 상기 흡열 모터의 구동 샤프트를 결합하기 위한 3-웨이 클러치를 포함한다.
본 발명의 차량의 이점은 명백하다.
차량의 프레임 내에 회전가능하게 장착된 고정자가 구비된 전기 모터를 사용함에 따라 휠의 액슬 샤프트가 고정자에 연결되고 그 외의 다른 휠의 액슬 샤프트가 회전자에 연결될 수 있다. 이에 따라 구동 휠의 2개의 액슬 샤프트 상에 차동 기어가 장착될 필요가 방지된다.
사실상, 커브 동안에 내측 휠의 이동 거리가 더 짧기 때문에 회전자는 전기 모터의 작동에 영향을 미치지 않고 회전자보다 더 적은 횟수의 회전을 수행하고 역으로도 가능하다.
본 발명의 차량의 흡열 모터는 공지된 하이브리드 차량 내에서와 같이 구동 휠의 액슬 샤프트에 연결되지 않는다. 사실상, 본 발명의 차량의 흡열 모터는 배터리를 충전하기 위해 클러치에 의해 제너레이터에 연결될 수 있거나 도는 단지 전기 모터에 의해 공급되는 전력에 비해 차량에 대해 허용가능한 전력을 증가시키기 위해 전기 모터의 고정자에 연결될 수 있거나, 또는 제너레이터와 고정자 모두에 연결될 수 있다.
이 방식으로, 흡열 모터의 전력이 제공되는 본 발명의 차량은 더 빠른 속도로 이동할 수 있으며, 동시에 배터리를 충전된 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 추가 특징은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 단지 예시적이며 비제한적인 실시예에 관한 하기 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 전기 모터가 구비된 차량을 도시하는 블록도.
도 2는 구동 휠에 대한 전기 모터의 연결을 도시하는, 예시적인 부분 축방향 단면도.
도 3은 교류 모터를 부분적으로 도시하는 도 2와 같은 단면도.
도면을 참조하여, 본 발명의 전기 모터가 구비된 차량이 기술된다.
본 발명의 차량은 차량의 2개의 구동 휠(1a, 1b)을 회전 구동시키기 위한 전기 모터(M1)를 포함한다. 기술적 도면을 참조하면, 좌측 구동 휠은 도면부호(1a)로 지시되고, 우측 구동 휠은 도면부호(1b)로 도시된다.
도 2를 참조하면, 전기 모터(M1)는 회전자(20a)와 고정자(10b)를 포함한다. 회전자(20a)는 베어링(5)에 의해 고정자(10b) 내측에 회전가능하게 장착되는 샤프트(22a) 상에서 스플라인된다(spline).
고정자(10b)는 베어링(6)에 의해 2개의 고정된 지지부(4a, 4b) 내에 회전가능하게 장착된다. 이에 따라, 고정자(10b)는 회전자(20a)에 대해 상반된 방향으로 회전할 수 있다. 고정된 지지부(4a, 4b)는 차량의 고정된 프레임에 부착된다.
예시적이고 비제한적인 목적으로, 전기 모터(M1)는 직류 유형일 수 있다. 이러한 경우에, 모터의 회전자(20a)는 전류가 공급되어야 한다. 따라서, 브러쉬-유형의 회전식 전기 접촉부(rotary electric contact, 11b, 21a)의 2 열이 제공되고 직렬로 연결된다.
회전식 전기 접촉부(11b)의 제1 열은 고정된 지지부(4b) 내에서 고정자(10b) 외측에 배치된다. 회전식 전기 접촉부(11b)의 제1 열은 전기 모터(M1)에 전력을 공급하기 위해 사용된 차량의 전가 조절 유닛(100)에 전기적으로 연결되고, 고정된 지지부(4b)에 결합된 블러쉬 및 고정자의 단부 섹션과 일체로 구성된 회전식 콜렉터(rotary collector)에 대해 제공된다. 차량에 대하여 사용자에 의해 주어진 가속에 따라 모터(M1)의 회전 속도를 조절하기 위한 적합한 제어 시스템이 전자 조절 유닛(100) 내에서 이용된다. 직류 모터의 경우, 전자 유닛(100)의 제어 시스템은 전류의 세기를 조절한다.
회전식 전기 접촉부(21a)의 제2 열은 회전자와 고정자 사이에 전기 연통을 제공하기 위하여 고정자(10b) 내측에 배열된다. 회전식 전기 접촉부(21a)의 제2 열은 회전자에 결합된 콜렉터 및 고정자와 일체구성된 일련의 브러쉬를 위해 제공된다.
도 3에는 교류 전기 모터(M1)의 선호되는 실시예가 도시된다. 이러한 경우, 회전자가 아니라 고정자에 전력을 공급하는 것으로 충분하며, 이에 따라 회전식 접촉부의 제2 열은 제거되고, 회전자(10b)가 임의의 경우에 회전하기 때문에 단지 회전식 접촉부(11b)의 제1 열만이 유지된다. 단순한 조절 유닛(100)은 교류 모터로서 더 이상 충분하지 않고, 직류로부터 교류로, 아마도 완전한 사인곡선이 아닌(예를 들어, 정현파와 구형파의 중간) 배터리의 전류를 변환하기 위해 변환기(101)가 필요하다.
이러한 경우에, 예컨대, 전기 모터(M1)의 회전 속도를 변화시키는 방식으로 교류의 주파수를 조절하는, 인버터(inverter)와 같은 적합한 제어 시스템이 전자 조절 유닛(100) 내에서 이용된다.
교류는 모터의 회전자(더 이상 회전자가 아님)에 도달되어야 한다. 이러한 경우에, 단지 회전식 접촉부(11b)의 제1 열만이 필요하다. 교류 모터는 직류 모터에 비해 구조적으로 더 단순하고 저렴하며, 단지 1열의 회전식 접촉부만을 필요로 하기 때문에 몇몇의 이점을 갖는다. 변환기(101) 및 전자 유닛(100)의 인버터는 구조적으로 복잡하지 않고, 교류 모터를 채택하는 경우 경제적 이점에 대한 상당힌 비용 증가를 수반하지 않는다.
도 2를 참조하면, 회전자의 샤프트(22a)와 동축을 이루는 샤프트(12b)는 고정자(10b)의 우측 단부에서 스플라인된다. 고정자의 샤프트(12b)는 고정된 지지부(4b)와 일체구성된 박스(40b) 내에 장착되는 감속 기어(3b) 내에 맞물리도록 고정된 지지부(4b)를 통과한다. 감속 기어(3b)로부터 액슬 샤프트(axle shaft, 13b)가 돌출되고, 이 샤프트 상에 우측 휠(1b)이 장착된다.
감속 기어(3b)는 공지된 유형이고, 구체적으로 기재되지 않는다. 임의의 경우에, 감속 기어(3b)는 생략될 수 있고, 이에 따라서 고정자의 샤프트(12b)는 우측 휠(1b)에 직접 연결되는 액슬 샤프트가 된다.
회전자의 샤프트(22a)의 좌측 부분은 좌측 고정된 지지부(4a) 내에 삽입되고, 고정된 지지부(4a) 내에 장착된 역회전 장치(rotation reversing device, 7)와 맞물린다. 출력 샤프트(23a)는 역회전 장치(7)로부터 도출되고, 회전자의 입력 샤프트(22a)에 대해 역방향으로 회전한다.
예시의 목적으로, 역회전 장치(7)는 입력 샤프트(22a) 상에 스프라인된 제1 기어(70)를 포함한다. 제1 기어(70)는 출력 샤프트(23a) 상에 스플라인된 제2 기어(71)와 맞물린다.
회전자의 출력 샤프트(23a)는 고정된 지지부(4a)와 일체구성된 박스(40a) 내에 장착된 감속 기어(3a)와 맞물린다. 감속 기어(3a)로부터 액슬 샤프트(24a)는 돌출되고, 이 액슬 샤프트 상에 우측 휠(1a)이 장착된다. 감속 기어(3a)와 감속 기어(3b)는 동일하다. 좌측 액슬 샤프트(24a)는 우측 액슬 샤프트(13b)와 동축을 이룬다.
모터(M1)가 전자 유닛(100)을 통해 전력이 공급될 때, 회전자(20a)는 고정자(10b)에 대해 사전정해진 방향으로 회전한다. 고정자가 고정된 지지부(4a, 4b)에 대해 회전가능하게 장착되기 때문에, 고정자(10b)는 회전자(20a)에 대해 상반된 방향으로 회전한다.
따라서, 우측 휠(1b)은 고정자와 연계된 회전 방향으로 고정자(10b)에 의해 회전구동된다. 대신에, 좌측 휠(1a)은 역회전 장치(7)의 제공으로 인해 회전자와 연계된 방향에 대해 상반된 방향으로 회전자(20a)에 의해 회전구동된다. 따라서, 휠(1b)과 휠(1a)은 동일한 방향으로 회전한다.
도면에서 역회전 장치(7)가 우측 휠의 액슬 샤프트(24a)와 회전자의 샤프트(22a) 사이에 배치될지라도, 역회전 장치(7)는 좌측 휠의 액슬 샤프트(13b)와 고정자의 샤프트(12b) 사이에 배치될 수 있음은 명백하다. 직선 이동 시에, 휠(1b)과 휠(1a)의 이동은 동일하고, 이에 따라 회전자(20a)는 고정자(10b)와 구동 휠(1a, 1b)이 동일한 속도로 회전함에 따라 동일한 횟수의 회전을 구현한다.
차량이 우회전 시에, 내측 휠(1b)의 이동은 외측 휠(1a)의 이동보다 더 짧다. 따라서, 고정자(10b)는 회전자(20a)보다 더 작은 횟수의 회전을 구현한다.
역으로, 차량이 좌회전 시에, 내측 휠(1b)의 이동은 외측 휠(1a)의 이동보다 더 길다. 따라서, 고정자(10b)는 회전자(20a)보다 더 작은 횟수의 회전을 구현한다.
그 결과, 전기 모터의 이 형상은 또한 회전하는 동안에 휠(1a, 1b)의 회전 속도를 자동 분배하는 차동 기어로서 기능을 한다.
도 1을 참조하면, 전적으로 전기 자동차의 전형적인 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 차량은 흡열 모터(endothermic motor, M2), 전기 제너레이터(G) 및 2개의 배터리(B1, B2)를 포함한다.
흡열 모터(M2)의 구동 샤프트는 클러치(F)에 연결된다. 클러치(F)는 3-웨이 클러치이고, 예를 들어, 벨트 또는 체인 드라이브(C1, C2)에 의해 전기 제너레이터(G)의 샤프트 및/또는 전기 모터의 고정자(10b)와 흡열 모터의 구동 샤프트를 결합시킬 수 있다.
전기 제너레이터(G)는 제2 배터리(B2)의 입력부와 제1 배터리(B1)의 입력부 사이에서 스위칭될 수 있는 제1 스위치(S1)에 전기적으로 연결된다. 제2 스위치(S2)는 제2 배터리(B2)의 출력부와 제1 배터리(B1)의 출력부 사이에서 스위칭될 수 있는 전기 모터(M1)에 전력을 공급하는 전자 조절 유닛(100)에 전기적으로 연결된다.
스위치(S1, S2)는 2개의 배터리(B1, B2)를 상호 스위칭한다. 이는 제1 스위치(S1)가 제1 배터리(B1)를 스위칭하는 경우, 제2 스위치(S2)가 통상적으로 제2 배터리(B2)를 스위칭한다. 이러한 방식으로, 제1 배터리(B1)는 제너레이터(G)에 의해 충전되고, 제2 배터리(B2)는 전기 모터(M1)에 전력을 공급하기 위해 사용된다.
바람직하게는, 흡열 모터(M2)는 정상 상태에서 작동된다. 사실상, 흡열 모터(M2)는 이의 기능이 전기 모터(M1)에 의해 전적으로 수행되기 때문에 구동 휠(1a, 1b)의 회전 속도를 조절하지 못한다. 기본적으로, 흡열 모터는 3가지의 기능을 수행할 수 있다:
-제너레이터(G)를 통한 배터리(B1)의 충전,
-전력을 고정자를 통해 전기 모터에 전달하기 위하여 전기 모터의 고정자(10b)를 회전 구동시킴, 또는
-동시에 배터리(B1)를 충전하고 고정자(10b)의 회전을 통해 전력을 증가시킴.
이는 몇몇의 장점, 더 낮은 소음, 더 낮은 오염, 일정 회수의 회전으로 작동하는 흡열 모터의 더 높은 효율을 수반한다.
조절 유닛(100)은 운전자에 의해 주어진 가속의 세기에 비례하는 전류 신호를 전송하는 가속기(200)의 분압계(potentiometer)에 연결된다. 이 방식으로, 전자 유닛(100)은 전기 모터(M1)의 회전 속도를 조절하는 운전자에 의해 주어진 가속에 비례하는 전류의 크기를 전기 모터(M1)에 전송한다. 조절 유닛(100)은 또한 운전자가 제동 시에 명령 신호를 유닛(100)에 전송하는 브레이크 센서(300)에 연결된다. 이 방식으로, 전자 유닛(100)은 전기 모터(M1)의 전력을 차단하고, 전류가 전기 모터(M1)로부터 배터리(B2)로 흐르게 한다. 따라서, 전기 모터(M1)는 회전자와 고정자의 관성 운동의 이점을 갖는 제너레이터로 변환된다. 따라서, 전기 모터(M1)는 이에 연결된 배터리(B2)에 전력을 공급하기 위한 전류를 생성한다.
다수의 변경 및 수정이 당업자에 의해 본 발명의 실시예에 구성될 수 있을지라도, 이는 첨부된 청구항에서 청구된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (8)

  1. -고정자(10b) 상에 회전가능하게 장착된 회전자(20a)를 포함하는 전기 모터(M1), - 상기 전기 모터(M1)는 각각 차량의 구동 휠(1a, 1b)이 제공된 2개의 액슬 샤프트(24a, 13b)를 회전구동시킴 - ,
    -상기 전기 모터(M1)에 전기적으로 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 배터리(B1, B2), 및
    -상기 전기 모터(M1)의 전력 공급을 조절하기 위하여 가속기(200)의 분압계에 연결된 전자 조절 유닛(100)을 포함하는 차량으로서,
    상기 전기 모터의 고정자(10b)는 회전자(20b)의 회전 방향과 상반된 방향으로 회전하도록 차량의 프레임에 결합된 2개의 고정된 지지부(4a, 4b) 상에 회전가능하게 장착되고,
    휠의 액슬 샤프트(13b)는 고정자에 의해 회전구동되도록 고정자(10b)에 작동가능하게 연결되고, 그 외의 다른 휠의 액슬 샤프트(24a)는 회전자에 의해 회전구동되도록 회전자(20a)에 작동가능하게 연결되고, 상기 차량은 또한
    -고정자(10b) 또는 회전자(20a) 각각의 회전에 대해 휠의 2개의 액슬 샤프트 중 하나의 액슬 샤프트(24a 또는 13b)의 회전을 역전하기 위한 역회전 장치(7),
    -구동 샤프트가 제공된 흡열 모터(M2),
    -하나 이상의 배터리(B1, B2)에 전기적으로 연결된 전기 제너레이터(G), 및
    -상기 전기 모터(M1)의 고정자(10b) 및/또는 제너레이터(G)에 상기 흡열 모터(M2)의 구동 샤프트를 결합하기 위한 3-웨이 클러치(F)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  2. 제1항에 있어서, 상기 역회전 장치(7)는 액슬 샤프트(24a)에 연결된 샤프트(23a) 상에서 스플라인된 제2 기어(71)와 맞물리는 고정자 또는 로터에 연결된 샤프트(22a) 상에서 스프라인된 제1 기어(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전자(20a)와 휠의 액슬 샤프트(24a) 사이에 및 고정자(10b)와 그 외의 다른 휠의 액슬 샤프트(13b) 사이에 장착된 2개의 감속 기어(3a, 3b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡열 모터(M2)는 정상 상태에서 작동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클러치(F)는 제1 벨트 또는 체인 드라이브(C1)에 의해 전기 모터의 고정자(10b)에 연결되고, 상기 3-웨이 클러치(F)는 제2 벨트 또는 체인 드라이브(C2)에 의해 상기 전기 제너레이터(G)의 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 배터리(B1, B2), 제1 배터리(B1)의 입력부와 제2 배터리(B1)의 입력부 사이에서 스위칭하며 전기 제너레이터(G)에 연결된 제1 스위치(S2), 및 제1 배터리(B1)의 출력부와 제2 배터리(B1)의 출력부 사이에서 스위칭하며 전기 모터에 전력을 공급하는 조절 유닛(100)에 연결된 제2 스위치(S2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 모터가 제동 중에 제너레이터와 같이 작동되도록 전기 모터(M1)로부터 배터리로 전류의 반전을 제어하기 위해 상기 전자 조절 유닛에 연결된 브레이크 센서(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 모터(M1)는 교류 유형이고, 회전식 고정자(10b)를 상기 전자 제어 유닛(100)에 전기적으로 연결하기 위한 회전식 전기 접촉부(11b)를 포함하고, 상기 전자 조절 유닛(100)은 상기 전기 모터에 전송된 교류의 주파수를 제어하기 위한 인버터 및 배터리(B1, B2)의 직류를 교류로 변환하기 위한 변환기(101)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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