KR20170029831A - 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치 및 그 제어방법 - Google Patents

하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 모터사이클의 자동 동력 변환 장치에 관한 것으로, 운전자가 전원을 제어하는 전원스위치(SW9)와, 엔진모드· BLDC 모드· 오토모드 중 어느 하나를 수동으로 선택하는 운전모드 설정스위치(SW1)와, 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 제어되는 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)에 메인 밧데리전원(22) 제어 및 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터의 전원을 차단하는 BLDC 모터 자동스위치(SW2)와, 가속기(악셀레이터)제어에 의하여 기동하는 BLDC 모터와, 주행 중에 경사진 언덕길과 접하면 가속기(엑셀레이터)를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 자동으로 제어되는 엔진시동용 자동스위치(SW3)와, 상기 엔진시동용 자동스위치(SW3)인가로 엔진 기동 모타(Engine Start Motor) 동작으로 가동하는 엔진(Engine)과, 가속된 상태에서 속도를 감속하기 위하여 가속기(엑셀레이터)를 낮게 가동하면 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수인지 여부를 파악하여 엔진을 정지시키는 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 포함하는 것이다.

Description

하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치 및 그 제어방법 {HYBRID MOTOR CYCLE EQIPPED WITH AUTO POWER CHANGE APPARATUS AND A METHOD}
본 발명은 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 엔진과 후륜에 장착한 BLDC 모터(BLDC Motor)를 주행 조건에 따라 택일적으로 선택하여 동력을 자동 변환하여 평지의 정상길과 언덕길을 자유롭게 주행하는 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 온실가스 기후시스템의 위험변화를 방지하기 위하여 엔진을 주 동력원으로 하고 전기모터를 보조 동력원으로 하는 전기 모터사이클이 상용화되었다. 상기의 전기 모터사이클은 정숙성, 친환경성, 건강증진 등 많은 장점이 있어 평지운행에 용이하다. 그러나, 도로 구간에 오르막과 내리막은 지형이 있는 도로에서는 전기 모터사이클을 원활하게 이용하기에는 어려움이 있다.
가장 큰 이유는 경사가 가파른 오르막을 오를 경우에는 직류 모터의 부하가 상승하고 과전류가 공급되어 코일의 수명이 단축 내지 소손되기 쉽다. 이때 용량이 큰 직류 모터를 채용하는 것도 고려할 수 있지만, 용량이 큰 직류 모터는 용량에 비례하여 모터사이클의 무게가 증가하고, 무게가 증가할수록 오르막에서는 부하가 증가함으로서 근본적인 해결 수단이 되지 못 한다.
또한, 종래의 전기 모터사이클은 밧데리 용량초과로 장거리 운행에 곤란성이 있다. 상기와 같이 장거리 운행을 하면 밧데리 용량초과로 과방전이 되기 쉬운데, 인접한 충전 장소를 찾아서 충전하여야 하고, 충전소를 찾지 못하면 무거운 모터사이클을 밀고서 이동하여야 하고, 충전시간이 과다하게 소요되어 신속성을 요하는 운전자의 경우는 답답함을 금할 수 없고, 충전시간 동안 시간을 허비하고, 정체된 상태에서 신속하게 이동하지 못하는 곤란한 상황에 처하는 점이 문제점으로 제시되었다.
하이브리드 모터사이클은 평지의 정상주행을 하다가 언덕 등의 경사로를 만나면 하중이 증가하는데, DC 모터의 특성상 전류가 증가하면 속도가 감소하는 점에서 상기와 같이 동일한 주행은 모터에 가해지는 하중 증가로 과열이 발생하고, 밧데리의 소모도 가중되어 장거리 주행은 곤란하다. 상기와 같은 상태에서 반복된 경사로주행은 모터의 기능이 심하게 약화 내지 소손되어 파손의 위험성과 동시에 밧데리 수명도 크게 단축되어 재구매를 하여야 하는 점이 문제점으로 지적된다.
최근 연비를 향상하고 보다 환경 친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요구에 부응하여 하이브리드 모터사이클에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있으나, 상기와 같이 언덕길에서 BLDC Motor의 전류 상승을 감지하여 자동으로 동력을 엔진으로 전환한 다음 다시 평지나 내리막 도로에 진입하면 동력을 전기 모터로 전환하여 안전하고 쉽고 편안하게 경제적인 운전을 할 수 있도록 한 자동동력변환장치가 필요한 실정이었다.
등록특허 제10 - 0934400호 B1(2009,12,29 공고) 일본공개특허공보 JP2006-51853 A(2006.2.23 공개)
본 발명은 상기에 설명한 종래 전기 모터사이클의 문제점을 연구 개발하여 창출한 것으로, 정상 주행을 하다가 언덕길을 만나면 BLDC 모터의 특성상 전류가 증가하면서 속도가 줄어들게 되는데, 이런 상태로 계속 주행을 하게 되면 모터(Motor)에 고열이 많이 발생하고, 밧데리(Battery) 소모도 증가하여 BLDC모드 상태로는 장거리 주행이 곤란한 것을 자동으로 BLDC모드에서 엔진모드로 변환하여 장거리 주행이 가능하고 다시 평지나 내리막 도로에 진입하게 되면 다시 동력을 BLDC 모드로 전환하는 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, BLDC 모터와 밧데리 전원을 이용하는 전기 모터싸이클은 휠 발전이 이루어질 때는 항상 바퀴에 부하를 받게 되어 제동하는 느낌을 받게 되어 속도가 낮아지고 주행 거리도 짧아지는 되는 것을 개선하여 브레이크로 제동한 때에 만 바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속시켜 기존 브레이크의 제동력과 균형성을 유지할 수 있고, 기존의 브레이크에 병진 기능 부가로 제동성능 향상으로 내구성을 향상하고, 메인 밧데리 전원에 전력을 충전하는 보조 충전장치로도 활용되며, BLDC 모드로 운전시 휠 발전기와 정류기 연결을 차단하여 무 부하 상태의 공회전 유지로 메인 밧데리의 방전을 방지하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치는 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치에 있어서, 운전자가 전원을 제어하는 전원스위치(SW9)와, 엔진모드· BLDC 모드· 오토모드 중 어느 하나를 수동으로 선택하는 운전모드 설정스위치(SW1)와, 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 제어되는 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)에 메인 밧데리전원(22) 제어 및 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터의 전원을 차단하는 BLDC 모터 자동스위치(SW2)와, 가속기(악셀레이터)제어에 의하여 기동하는 BLDC 모터와, 주행 중에 경사진 언덕길과 접하면 가속기(엑셀레이터)를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 자동으로 제어되는 엔진시동용 자동스위치(SW3)와, 상기 엔진시동용 자동스위치(SW3)인가로 엔진기동모 타(Engine Start Motor) 동작으로 가동하는 엔진(Engine)과, 가속된 상태에서 속도를 감속하기 위하여 가속기(엑셀레이터)를 낮게 가동하면 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 엔진을 정지시키는 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 포함하는 것이다.
브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)와, 중앙연산처리장치(MCU)에서 휠 발전기 충전회로에 전원을 인가로 동작하는 휠 발전기 충전회로제어스위치(SW7)와, 앞바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속제어 및 메인 밧데리에 전원을 충전하는 휠 발전기와, 상기 휠 발전기에서 발전한 전력을 교류에서 직류로 변환하는 정류기로 구성된 것이다.
하이브리드 오토바이의 자동모드 제어 방법에 있어서,
운전자가 전원스위치(SW9)를 인가하면 DC/DC 컨버터(20 DC/DC Converter)도 동시에 전원이 인가되고, 운전모드 설정스위치(SW1)을 중립위치로 이동하면 중앙연산처리장치(MCU)도 오토모드로 진입하는 것으로 인식하는 오토모드 진입단계(S1 단계)와,
상기 오토모드 진입단계(S1 단계)를 거친 다음, BLDC 모터 콘드롤러 동작스위치(SW2)를 ON으로 인가하면 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)에 메인 밧데리 전원(22)이 투입되고 운전자는 가속기(악셀레이터)를 잡아당겨 BLDC 모터가 가동하는 BLDC 모터가동단계(S2 단계)와,
상기 BLDC 모터가동단계(S2 단계)를 거쳐 주행 중에 경사진 언덕길과 접하면, 운전자는 엑셀레이터를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면, 중앙연산처리장치(MCU)는 엔진시동용 자동스위치(SW3)를 ON시켜 엔진기동모타(Engine Start Motor)가 동작하여 엔진(Engine)이 가동하는데, 이때 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터 자동스위치(SW2)를 OFF 시켜 BLDC 모터 전원은 차단되고 엔진만 가동하는 엔진가동단계(S3 단계)와,
상기의 엔진가동단계(S3단계)를 거친 다음, 언덕을 올라가 가속된 상태에서 운전자가 가속기(엑셀레이터)를 낮게 가동하면, AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 작동시켜 엔진 정지와 함께, BLDC 모터 자동스위치(SW2)가 ON 되어 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)가 BLDC 모터를 가동하여 주행하는 BLDC 모터가동단계(S4단계)를 포함하는 것이다.
브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)를 연결하는 순간, 중앙연산처리장치(MCU)에서 휠 발전기 충전회로 제어스위치(SW 7)를 ON으로 인가하여 휠 발전기는 가동하여 바퀴의 회전을 점차 감속제어함과 동시에 메인 밧데리에 전원을 충전하는 바퀴제동제어 및 충전단계(S 5단계)를 부가하는 것이다.
본 발명은 동력으로 BLDC 모터(BLDC Motor)를 사용하다가 모터의 부하가 증가하는 오르막길에 진입하면, BLDC 모터(BLDC Motor)의 전류 상승과 주파수 변화를 감지하여 자동으로 동력을 엔진으로 전환하여 준 다음 다시 평지나 내리막 도로에 진입하면 동력을 BLDC 모터로 전환하여 주기 때문에, 운전자가 동력 변환시점을 일일이 판단하여 주행할 필요가 없고, 운전모드별로 독립운전이 가능하고, 주행하다가 운전모드 설정 스위치(SW1)와 시동스위치(SW4)을 누르고 BLDC 모터(BLDC Motor)를 정지하거나 엔진 시동을 걸어야 하는 복잡한 운전방법을 단순하게 주행하면서 자동으로 변환하여 BLDC 모드에서 엔진(Engine)모드로 변환하여 자유로운 주행이 가능하고, 운전자는 자유롭고 쾌적하고 간편한 경제운전이 가능하여 운전에 집중함으로써 안전운행이 가능하고, 전기 모터사이클을 사용하면서도 오르막 길을 아주 용이하게 올라갈 수 있는 효과가 있다.
또한, 앞바퀴에 장착한 휠 발전기와 충전기는 바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속시켜 기존 브레이크의 제동력과 균형성을 유지할 수 있고, 기존의 브레이크에 병진 기능 부가로 제동성능 향상으로 내구성을 향상하고, 메인 밧데리 전원에 전력을 충전하는 보조 충전장치로도 활용되며, 주행거리 증가 및 배기가스를 저감하여 환경오염을 차단할 수 있고, BLDC 모드로 운전시 휠 발전기와 정류기의 연결을 차단하여 무 부하 상태의 공회전 유지로 메인 밧데리의 방전을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 체인 동력 전달형 전륜 발전 후륜 구동 하이브리드 모터사이클의 측면도에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 모터사이클의 자동 동력 변환 장치의 주요 부분에 대한 계통도에 관한 것이다.
종래 엔진을 채용하는 모터사이클은, 엔진을 샷시 전반부에 구비하고 후륜에 동력을 체인으로 전달하는 체인식 모터사이클(이를 통상 모터사이클이라고 함)과 가솔린 엔진을 샷시 후반부에 구비하고 후륜에 동력을 벨트식 무단변속기에 의해 전달하는 무체인식 모터사이클(이를 통상 스쿠터라고 함)이 있는데, 본 발명의 모터사이클은 상기의 체인식 모터사이클 및 무체인식 모터사이클에 모두 적용할 수 있는 것이다.
도 1에는 본 발명의 하이브리드 모터사이클에 필수적인 구성요소만을 표시하고, 전륜(100), 후륜(1), 전기모터(17), 엔진(3), 밧데리 박스(13), 바디(9), 브레이크디스크(117) 등 다른 모터사이클에 공통적으로 포함되어 있는 구성요소에 대해서는 본 발명의 설명에서는 연관성이 적어 불필요하기 때문에 명료하게 표시하지 않는다.
본 발명은 운전자의 운행 모드 선택에 의하여 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 운행모드를 3개의 모드로 구분하여 운전하도록 하는데, 첫째 엔진모드, 둘째 오토모드, 셋째 BLDC 모드로 선별하여 운행한다. 중앙연산처리장치(MCU)는 본 발명의 모든 기능을 조정하는 중앙연산처리장치이고, 이 프로그램은 운전모드(MODE) 설정스위치(SW1), 전류신호 및 AC 발전기, BLDC 모터(BLDC Motor, 14)용 자동스위치(SW2), 엔진시동용 스위치(SW3, SW4), 엔진 정지용 스위치(SW5, SW6), 운전모드 표시용 엘이디(R,G,O) 점등, 가속기(엑셀레이터) 등을 제어한다. 모든 동작은 중앙연산처리장치(MCU)의 제어프로그램에서 정보를 연산처리하여 각 상황에 맞게 제어조정한다.
본 발명은 BLDC 모터와 엔진을 혼용하는 하이브리드로 운행할 경우 BLDC 모터와 엔진 간의 운전 전환을 전기 모터에 투입되는 전류와 주파수 변동에 따라 결정제어한다.
엔진 구동을 위하여 모터사이클의 후륜에 동력을 제공하는 엔진(16)과, 보조 밧데리 전원 투입에 의하여 엔진(16)을 시동하는 엔진 기동모터(18)와, BLDC 모터와 메인 밧데리 등으로 구성된 것에 운전모드 설정 스위치(SW1)를 설치하여 운전자가 수동으로 엔진모드(Engine Mode), 오토모드(Auto Mode), BLDC모드(BLDC Mode)중 어느 하나를 선택하여 운전을 제어한다.
상기의 엔진모드는 주 밧데리 방전으로 BLDC 모드가 불가능하거나, 중량물을 적재하거나, 급경사의 오르막 주행로에서 사용하는 모드이고,
상기의 오토모드(Auto Mode)는 BLDC 모드(BLDC Mode)로 운전하다가 주행경사로(언덕길)를 접하게 되면 BLDC 모터가 과부하에 의하여 지장이 초래하는 것을 방지하기 위하여 가속기(악셀레이터)를 다수 조작하여 자동으로 엔진시동을 걸어줌과 동시에 평지 내지 정상주행으로 일정속도로 일정시간 주행하면, 자동으로 BLDC 모드(BLDC Mode)로 가변하는 모드이고,
상기의 BLDC 모드(BLDC Mode)는 엔진에 공급되는 연료가 부족하거나, 엔진 고장 내지 점검 중인 경우나, 정숙하고 쾌적한 친환경 경제운전이 필요한 경우 활용하는 모드로 구분된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 중앙연산처리장치(MCU) 제어에 의하여 작동하는 BLDC 모터용 자동스위치(SW2)는 오토모드(Auto Mode) 또는 BLDC 모드(BLDC Mode)에서 BLDC 모터 콘트롤러의 주행 및 정지상태를 제어조정하는 스위치이고, 상기 중앙연산처리장치(MCU) 제어에 의하여 작동하는 엔진시동용 자동스위치(SW3)는 가속기(엑셀레이터 Accelerator)에서 작동을 조작하면 엔진 기동 모터(18)에 보조 밧데리 (24)전원을 단속하는 스위치이고, 엔진 시동 수동스위치(SW4)는 엔진모드에서 수동으로 엔진을 시동하기 위하여 사용되는 스위치이고, 오토모드에서 BLDC 모터(BLDC Motor,17)로 동작하다가 수동의 엔진모드로 전환할 때 엔진(15)을 동작시키기 위한 스위치로 사용되며 이때 엔진(15)시동을 걸 때에 약 4초 동안 출력을 내보내어 작동되는 것이다.
상기 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 제어되는 엔진 정지용 자동스위치(SW5)는 오토모드에서 엔진모드로 주행하다가 BLDC 모드로 주행할 때 자동으로 작동을 정지하는 스위치이다. 엔진정지용 수동스위치(SW6)는 엔진모드에서 엔진을 정지하거나 오토모드에서 엔진(16)으로 동작하다가 BLDC모드로 전환될 때 엔진(16)을 정지하는 스위치이고 엔진(16)시동을 정지할 때 약 3초 동안 출력을 내보낸다.
상기 엔진(16)의 동력전달은 상술한 동력전달장치(19)에 의하여 후륜에 전달된다. 동력전달장치(19)의 구조는 다양한 것이므로 도 2에는 단순히 선으로 표시하여 구체적으로 설명하는 것은 생략하였다.
전기에 의하여 구동하는 구성은, 후륜에 장치된 BLDC 모터(17)와, 상기 BLDC 모터(BLDC Motor, 17)를 제어하는 BLDC모터콘트롤러(14)를 설치하도록 한다. 상기 BLDC 모터(BLDC Motor 17)는 후륜의 휠(바퀴)에 결합되어 휠(바퀴)과 함께 일체로 회전하는 자석홀더(미도시)와, 상기 자석홀더 내면에 부착되어 자계를 형성하는 영구자석(미도시)과, 후륜축(15 도1)에 고정되고 상기 영구자석에 자계 간극을 두고 설치되어 영구자석 및 이에 일체화된 자석홀더를 회전시키는 전류가 교류로 제어되어 투입되는 권선(미도시)을 포함한다.
BLDC 모터(BLDC Motor 17)는 모터에 공급되는 전류방향을 BLDC 모터 콘트롤러(14)에 의하여 제어되고, BLDC 모터(17)의 전기자(armature)를 고정자로 하여 후륜 축(15, 도1)에 고정할 수 있고, 후륜 축과 베어링에 의하여 회전하는 후륜 휠이나, 이에 부착된 휠과 함께 회전하는 자석홀더에 영구자석을 부착할 수 있으므로 전기 모터로 활용하는 것이다.
BLDC 모터콘트롤러(14)는 메인 밧데리 전원(22)이 투입되면, 교류를 생성하여 상기 BLDC 모터(BLDC Motor, 17)에 명령을 전달한다.
상기의 중앙연산처리장치(MCU, 25)에 의해 제어되는 BLDC 모터용 자동스위치(SW2)를 구비하여 상기 BLDC 모터콘트롤러(14)에 메인 밧데리전원(22) 투입을 제어하여 BLDC 모터(17)가 작동하고, 속도를 감속하기 위하여 브레이크(117)를 작동하는 순간, 휠 발전기 충전회로 제어 스위치(SW7)가 작동하여 휠 발전기(10)에서 생산된 전력을 메인 밧데리 전원(22)에 충전함과 동시에 전류 상승에 의하여 회전 방지로 바퀴의 회전을 제동(制動)하는 것도 겸비한다.
상기와 같은 제동은 바퀴 휠에 원형디스크와 패드가 장착되어 바퀴의 휠을 강제로 제동하는데 고속으로 회전하는 회전체에 브레이크 패드가 순간적으로 접촉하여 제동할 경우 고열이 발생하고 패드의 마모가 촉진되어 주기적으로 패드를 수리/교환하여야 하고, 제동용 브레이크 작동으로 발전한 전력을 메인 밧데리에 충전하고, 기존브레이크 제동력에 휠 발전기에서 회전을 방해하는 제동력이 합하게 됨으로써 브레이크의 제동능력을 향상함과 동시에 브레이크 패드의 마모상태도 양호하여 유지보수비도 절약하고 주행거리도 연장할 수 있다.
상기의 휠 발전기(Wheel Generator)는 바퀴의 회전체 휠에 장착되지만, BLDC 모드에서도 항상 동일하게 회전하고, BLDC 모드로 운전할 때에는 휠 발전기와 정류기(15)를 차단하여 무부하 상태의 공회전을 이루어 메인 밧데리 전원(22)의 방전을 방지하고, 브레이크로 제동할 경우에서만 정류기를 작동하여 메인 밧데리 전원(22)에 충전하도록 하고, 엔진모드로 운전할 때에는 정류기를 연결하여 발전된 전력을 메인 밧데리 전원(22)에 충전을 보조해 주는 보조충전장치로도 활용된다.
상기의 기재에 따라 운전자의 각 선별 운전모드의 운행 방법을 설명하도록 한다. 먼저, 엔진모드는 일반 엔진(16)에 의하여 작동하는 오토바이의 운전모드와 동일한 모드로 운행하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
오토모드는 일정 속도를 유지한 주행상태에서, 가속기(엑셀레이터,13)를 일시 저속으로 가변하여도 자중과 중력가속도에 의하여 속도가 갑자기 정지(제로)상태로 떨어지지 않고 서서히 감속하는 원리를 이용한 것이다.
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상기에 도시된 운전선도의 예시와 같이, 약 0.2초 동안 저속으로 운행하다가 0.5 ~ 1초 동안 고속주행 후 다시 저속으로 0.2초 동안 운행하다가 다시 고속으로 주행하면, 중앙연산처리장치(MCU 25)에서 자동으로 엔진시동용 자동스위치(SW3)를 온(on)으로 인식하여, 엔진 기동모터(Engine Start Motor, 18)를 회전하여 엔진(Engine, 16)을 가동하고, 상기 엔진(16)이 가동하면 중앙연산처리장치(MCU, 25)에서 BLDC 모터 자동스위치(SW2)를 OFF 시켜 BLDC 모터콘트롤러(BLDC Motor Controller, 14)를 정지하도록 하는 명령 전달로 BLDC 모터(17)가 정지하는 것이다.
언덕길을 올라가기 위해서는 운전자가 가속기(엑셀레이터,13)를 계속 잡아당겨서 속도를 높여주고, 이때 언덕을 다 올라간 후 내리막길을 만나면 오토바이는 중력에 의한 가속이 붙기 때문에, 자연스럽게 가속기(엑셀레이터,13)의 속도를 낮추기 위하여 브레이크를 잡아당기게 된다.
이때 엔진의 회전에 따라 AC 발전기(AC Generator,11)의 주파수가 중앙연산처리장치(MCU,25)에 정보를 전달하면 이를 확인하여 설정된 주파수 이하이면 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 자동으로 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 ON 시켜 엔진(Engine,16)을 자동으로 정지하고, 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 다시 BLDC 모터용 자동스위치(SW2)를 ON 시켜 BLDC모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller, 14)를 동작시켜 BLDC Motor(17)가 운전하도록 자동으로 동력을 변환하는 것이다.
오토바이는 운행중 속도를 줄이기거나 갑자기 돌출된 물체 또는 사람에 의하여 긴급하게 정지하여야 할 경우, 브레이크를 사용하여 속도를 줄이거나 정지 상태를 유지하는데 고속으로 회전하는 바퀴의 회전을 제어하기 위해서는 제동 디스크의 마모증가에 따른 차량 유지비가 증가 된다. 상기와 같이 브레이크를 밟을 때 발생하는 마찰열은 약 250도인데, 지속해서 밟는 경우 260도 이상의 고열이 발생하게 됨으로 인하여 마찰열에 의하여 베이퍼록 현상이 생길 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 내리막길에서 엔진 브레이크를 사용하여 이를 방지할 수 있다.
BLDC 모터와 밧데리 전원을 이용하는 전기 오토바이는 휠 발전이 이루어질 때는 항상 바퀴에 부하를 받게 되어 제동하는 느낌을 받게 되어 속도가 낮아지고 주행 거리도 짧게 되어 이를 해소하는 방안으로 본 발명은 속도를 감속하기 위하여 브레이크(SW10)를 잡는 순간 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 휠 발전기 충전회로 제어 스위치(SW7)를 ON으로 인가하면 휠 발전기는 앞바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속하는 현상으로 제어되는 형태를 나타낸다.
그 구성은 브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)와, 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 휠 발전기 충전회로에 전원을 인가로 동작하는 휠 발전기 충전회로제어스위치(SW7)와, 앞바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속제어 및 메인 밧데리(22)에 전원을 충전하는 휠 발전기와, 상기 휠 발전기에서 발전한 전력을 교류에서 직류로 변환하는 정류기(15)로 이루어진 것이다.
상기와 같은 제동에 의하여 발생한 운동에너지를 회수하기 위하여 휠 발전기를 부착하여 발전한 전력을 메인 밧데리(22) 전원에 공급하여 주행시간을 연장할 수 있다. 상기의 휠 발전기는 바퀴의 회전체 휠에 장착되지만, BLDC모드에서도 항상 동일하게 회전하는 것이다.
상기의 BLDC 모드로 운전할 때에는 휠 발전기와 정류기(15) 연결을 차단하여 무 부하 상태의 공회전 유지로 메인 밧데리(22) 전원이 방전되는 것을 방지하고, 브레이크의 제동이 이루어질 경우만 정류기를 접속하여 메인 밧데리(22) 전원에 전력을 충전하도록 한다. 또한, 엔진모드로 주행할 때에는 항상 정류기(15)를 연결하여 발전한 전력을 메인 밧데리(22) 전원에 전력을 충전하는 보조충전장치로도 활용된다.
따라서, 앞바퀴에 장착한 휠 발전기는 바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속시켜 기존브레이크의 제동력과 제동의 균형성을 유지할 수 있고, 기존의 브레이크에 병진된 기능 부가로 제동성능을 향상하여 내구성을 증진하고, 메인 밧데리(22) 전원에 전력을 충전하는 보조 충전장치로도 활용되고, 주행거리 연장과 배기가스 저감으로 환경오염을 차단할 수 있고, BLDC 모드로 운전시 휠 발전기와 정류기(15)의 연결을 차단하여 무 부하상태의 공회전 유지로 메인 밧데리 전원의 방전을 방지하는 점에서 우수성이 있다.
상기의 운전모드 중 오토모드의 운전방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
모터사이클의 전원스위치(SW9)를 온(on)으로 인가하면, DC/DC 컨버터(20, DC/DC Converter)도 동시에 ON으로 인가되고, 운전모드 설정스위치(SW1)을 중립위치로 이동하면 오토모드가 되는데, 이때 중앙연산처리장치(MCU)는 오토모드로 진입한 것으로 인식하는 오토모드 진입단계(S1 단계)와,
상기 오토모드 진입단계(S1 단계)를 거친 다음, BLDC 모터 자동스위치(SW2)를 ON으로 인가하면 BLDC모터콘트롤러(BLDC Motor Controller,14)에 메인 밧데리 전원(22)이 투입되고, 운전자는 가속기(악셀레이터,13)를 잡아당겨 BLDC 모터(17)가 기동하는 BLDC모터가동단계(S2 단계)와,
상기 BLDC 모터가동단계(S2단계)를 거쳐 주행을 하는 중간에 경사진 언덕길과 접하면, 운전자는 가속기(엑셀레이터)를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면, 중앙연산처리장치(MCU)에서 인식하여 엔진시동용 자동스위치(SW3)를 ON 시켜 엔진기동모타(Engine Start Motor,18)를 동작하여 엔진(Engine,16)이 가동하는데, 이때 AC 발전기(11)의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하면, 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터용 자동스위치(SW2)를 OFF 시켜 BLDC 모터(17)의 전원을 차단하고 엔진(16)만 가동하는 엔진가동단계(S3 단계)와,
상기의 엔진가동단계(S3단계)를 거친 다음, 언덕을 다 올라가 속도가 가속된 상태에 이르면 운전자가 속도를 낮추기 위하여 가속기(엑셀레이터,13)를 낮게 가동하면 AC 발전기(11)의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU,25)에 전달하여 중앙연산처리장치(MCU,25)에서는 설정된 주파수 여부를 파악하여 엔진정지용 자동스위치(SW5)가 작동하여 엔진(16)을 정지시킴과 동시에, BLDC 모터 자동스위치(SW2)가 ON 되어 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller,14)가 BLDC 모터(17)에 기동 지령을 내려 BLDC 모터(17)가 가동하는 BLDC 모터가동단계(S4단계)로 이루어진다.
또한, 브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)를 연결하는 순간, 중앙연산처리장치(MCU,25)에서 휠 발전기 충전회로 제어스위치(SW 7)를 ON으로 인가하여 휠 발전기는 작동하여 바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속제어함과 동시에 메인 밧데리(22)에 전원을 충전하는 바퀴제동제어 및 충전단계(S5단계)를 부가한 것이다.
13 : 가속기(엑셀레이터) 14 : BLDC 모터 콘트롤러 17 : BLDC 모터 3,16 : 엔진
19 : 동력전달장치 25 : 중앙연산처리장치(MCU)
SW1 : 운전모드 설정스위치 SW2 : BLDC 모터 자동스위치
SW3 : 엔진시동용 자동스위치 SW4 : 엔진시동용 수동스위치
SW5 : 엔진정지용 자동스위치 SW6 : 엔진정지용 수동스위치
SW7 : 휠발전기 충전회로 제어스위치 SW8 : DC/DC 컨버터 제어스위치
SW9 : 전원스위치 SW10: 브레이크 스위치

Claims (4)

  1. 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치에 있어서,
    운전자가 전원을 제어하는 전원스위치(SW9)와, 엔진모드· BLDC 모드· 오토모드 중 어느 하나를 수동으로 선택하는 운전모드 설정스위치(SW1)와, 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 제어되는 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)에 메인 밧데리 전원(22) 제어 및 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터의 전원을 차단하는 BLDC 모터 자동스위치(SW2)와, 가속기(악셀레이터)제어에 의하여 기동하는 BLDC 모터와, 주행 중에 경사진 언덕길과 접하면 가속기(엑셀레이터)를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면 중앙연산처리장치(MCU)에 의하여 자동으로 제어되는 엔진시동용 자동스위치(SW3)와, 상기 엔진시동용 자동스위치(SW3)인가로 엔진 기동 모타(Engine Start Motor) 동작으로 가동하는 엔진(Engine)과, 가속된 상태에서 속도를 감속하기 위하여 가속기(엑셀레이터)를 낮게 가동하면 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수인지 여부를 파악하여 엔진을 정지시키는 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)와, 중앙연산처리장치(MCU)에서 휠 발전기 충전회로에 전원 인가로 동작하는 휠 발전기 충전회로제어스위치(SW7)와, 앞바퀴의 회전속도를 점진적으로 감속제어 및 메인 밧데리에 전원을 충전하는 휠 발전기와, 상기 휠 발전기에서 발전한 전력을 교류에서 직류로 변환하는 정류기로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 모터사이클의 자동동력변환장치.
  3. 하이브리드 모터사이클의 오토모드 제어 방법에 있어서,
    운전자가 전원스위치(SW9)를 인가하면 DC/DC 컨버터(20 DC/DC Converter)도 동시에 전원이 인가되고, 운전모드 설정스위치(SW1)을 중립위치로 이동하면 중앙연산처리장치(MCU)도 오토모드로 진입하는 것으로 인식하는 오토모드 진입단계(S1 단계)와,
    상기 오토모드 진입단계(S1 단계)를 거친 다음, BLDC 모터 콘드롤러 동작스위치(SW2)를 ON으로 인가하면 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)에 메인 밧데리 전원(22)이 투입되고 운전자는 가속기(악셀레이터)를 잡아당겨 BLDC 모터가 가동하는 BLDC 모터가동단계(S2 단계)와,
    상기 BLDC 모터가동단계(S2 단계)를 거쳐 주행 중에 경사진 언덕길과 접하면, 운전자는 가속기(엑셀레이터)를 저속과 고속으로 0.2 ~ 1초 동안 교번하여 두 번 작동하면, 중앙연산처리장치(MCU)는 엔진시동용 자동스위치(SW3)를 ON시켜 엔진기동모타(Engine Start Motor)가 동작하여 엔진(Engine)이 가동하는데, 이때 AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 BLDC 모터 자동스위치(SW2)를 OFF 시켜 BLDC 모터 전원은 차단되고 엔진만 가동하는 엔진가동단계(S3 단계)와,
    상기의 엔진가동단계(S3단계)를 거친 다음, 언덕을 올라가 가속된 상태에서 운전자가 가속기(엑셀레이터)를 낮게 가동하면, AC 발전기의 주파수 정보를 중앙연산처리장치(MCU)에 전달하여 설정된 주파수 여부를 파악하여 엔진정지용 자동스위치(SW5)를 작동시켜 엔진 정지와 함께, BLDC 모터 자동스위치(SW2)가 ON 되어 BLDC 모터 콘트롤러(BLDC Motor Controller)가 BLDC 모터를 가동하여 주행하는 BLDC 모터가동단계(S4단계)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모터사이클의 오토모드제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    브레이크 동작에 의하여 온오프하는 브레이크 스위치(SW10)를 연결하는 순간, 중앙연산처리장치(MCU)에서 휠 발전기 충전회로 제어 스위치(SW 7)를 ON으로 인가하면 휠 발전기는 가동하여 바퀴의 회전을 점차 감속제어함과 동시에 메인 밧데리에 전원을 충전하는 바퀴제동제어 및 충전단계(S 5단계)를 부가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모터사이클의 오토모드제어방법.
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