KR20170048711A - 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치 - Google Patents

인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 전기 에너지를 공급받아 회전 구동력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부로부터 회전 구동력을 전달받아 회전되는 휠 부; 상기 휠 부에 구비되고, 주행 및 주정차시 휠 부에 가해지는 압력을 이용하여 전기 에너지를 생성시키는 발전부; 및 상기 발전부로부터 생성된 전기 에너지를 축적하는 축전부;를 포함하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치가 소개된다.

Description

인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치 {ELECTRIC ENERGY GENERATION APPARATUS OF THE IN WHEEL MOTOR VEHICLE}
본 발명은 인휠 모터 차량의 휠에 작용되는 가압력을 이용하여 전기 에너지를 발전하고, 축전된 전기 에너지로 인휠 모터의 구동이 가능한 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치에 관한 것이다.
최근 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 전기자동차에 대하여 활발한 연구 개발이 진행되고 있다.
하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두 가지의 동력원으로 차량을 구동하고, 전기자동차는 전기에너지로 구동되는 모터만으로 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 감소와 함께 연비향상의 효과가 효율적이다.
이러한 하이브리드 자동차나 전기자동차에는 전기모터를 구동하기 위한 구동원으로 고용량 배터리가 장착되어 필요시 모터로 전력을 공급하고 차량의 감속, 정지시 재생동력원으로부터 생성되는 전기에너지를 배터리로 충전하는 역할을 하고 있다.
특히, 인휠 모터 시스템(In-wheel motor system)은 전기에너지를 주동력원으로 하는 전기 자동차, 플러그 인 하이브리드차(Plug-in hybrid car), 연료 전지차 등에서 대형의 단일 모터를 사용하지 않고, 차륜에 각각 모터를 내설하여 분산 제어하는 시스템으로서, 휠 내부에 구동모터, 제동장치, 베어링, 감속기 등이 일체화된 시스템으로 구성되어 있다. 인휠 모터 시스템은 하나의 대용량 모터에 의해 구동되는 시스템보다 에너지 효율이 높고, 전기식 4륜 구동 시스템의 구성이 용이하며, 좌우측의 휠을 독립 구동 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 개선시킬 수 있는 등의 기술적 장점을 가지고 있다. 일반적으로 인휠 모터 시스템은 휠 내부에 배치된 모터를 구동하여 회전력을 발생시키고, 감속기를 통해 발생된 회전력을 증대시키게 되며, 이를 베어링과 휠을 거쳐 전달함으로써 차량을 주행 구동시키게 된다.
상기한 인휠 모터 시스템의 경우 배터리로부터 공급되는 전기 에너지에 의존하여 구동되는데, 각각의 휠마다 개별적으로 제어되는 각각의 모터에 정상적인 전기 에너지의 공급이 이루어지지 않을 경우 해당 모터만 구동이 정지되는 문제가 발생될 수 있다. 이렇게, 어느 하나의 모터가 구동되지 않음에 따라 해당 휠에 잠김 현상이 발생되는 경우 각 휠 간에 불균일한 구동으로 인해 차량에 큰 회전모멘트가 발생되고, 이는 곧 큰 사고를 초래하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0081397 A (2014. 07. 01)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인휠 모터 차량의 휠에 작용되는 가압력을 이용하여 전기 에너지를 발전 및 축전하고, 전력 공급 문제 발생시 축전된 전기 에너지를 인휠 모터의 구동에 사용함으로써 인휠 모터에 정상적인 전기 에너지의 공급이 유지되도록 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치는 전기 에너지를 공급받아 회전 구동력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부로부터 회전 구동력을 전달받아 회전되는 휠 부; 상기 휠 부에 구비되고, 주행 및 주정차시 휠 부에 가해지는 압력을 이용하여 전기 에너지를 생성시키는 발전부; 및 상기 발전부로부터 생성된 전기 에너지를 축적하는 축전부;를 포함한다.
상기 구동부는 회전 구동력을 생성하는 모터와, 입력축이 모터에 연결되고 출력축이 휠 부에 연결되어 모터로부터 제공된 회전 구동력을 증폭시킨 후 휠 부에 전달하는 감속기로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 휠 부는 차축에 고정되는 허브에 대해 회전 가능하게 연결되는 림과, 상기 림의 둘레를 감싸 고정되는 타이어로 구성되며, 림과 타이어 사이 둘레를 따라 발전부가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 발전부는 압전 섬유 복합재(Macro Fiber Composite, MFC)인 것을 특징으로 한다.
상기 축전부는 구동부 측에 고정 설치되고, 전기 에너지의 흐름이 가능하도록 구성된 전도체 연결부를 통해 발전부와 연결됨으로써 발전부에서 생성된 전기 에너지를 전도체 연결부로부터 전달받아 축전하는 것을 특징으로 한다.
상기 축전부는 발전부로부터 공급받아 축적한 전기 에너지를 구동부에 선택적으로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
배터리의 전기 에너지를 구동부 측으로 공급하는 전력공급모듈과, 전력공급모듈과 구동부 간의 전기 단락이 이루어졌는지를 체크하는 전력 감지부와, 전력 감지부로부터 신호를 입력받아 축전부를 제어하는 제어부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 전력 감지부로부터 단락된 신호가 입력되면, 축전부에 축적된 전기 에너지가 구동부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치에 따르면, 인휠 모터 차량의 휠에 작용되는 가압력을 이용하여 전기 에너지를 발전 및 축전하고, 전력 공급 문제 발생시 축전된 전기 에너지를 인휠 모터의 구동에 사용함으로써 인휠 모터에 정상적인 전기 에너지의 공급이 유지되도록 한다.
이로 인해, 차량 주행시 어느 하나의 인휠 모터가 정지됨에 따라 휠이 잠겨 주행 사고가 발생되는 것이 방지된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치의 분해도.
도 3은 도 2에 도시된 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치의 분해도이며, 도 3은 도 2에 도시된 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치는 전기 에너지를 공급받아 회전 구동력을 발생시키는 구동부(100); 상기 구동부(100)로부터 회전 구동력을 전달받아 회전되는 휠 부(200); 상기 휠 부(200)에 구비되고, 주행 및 주정차시 휠 부(200)에 가해지는 압력을 이용하여 전기 에너지를 생성시키는 발전부(300); 및 상기 발전부(300)로부터 생성된 전기 에너지를 축적하는 축전부(400);를 포함한다.
즉, 본 발명에서는 인휠 모터 차량에 있어서, 구동부(100) 작동시 휠 부(200)가 회전되고, 휠 부(200)에는 가압력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전부(300)가 구비됨으로써 차량이 주행됨에 따라 휠 부(200)에 가압력이 작용되면, 발전부(300)를 통해 전기 에너지가 발전됨에 따라 이 전기 에너지로 구동부(100)가 작동되도록 할 수 있다. 이렇게, 발전부(300)를 통해 생성된 전기 에너지는 축전부(400)에 저장되어 필요 여부에 따라 차량을 구성하는 다른 전장 부품에 공급될 수 있으며, 본 발명에서는 각 차륜에 적용된 인휠 모터를 이루는 각 구동부(100)에 전기 에너지의 공급 중단시 해당 축전부(400)의 전기에너지를 구동부(100)에 공급함으로써 차량이 안정적으로 주행되도록 한다.
본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(100)는 회전 구동력을 생성하는 모터(120)와, 입력축(142)이 모터(120)에 연결되고 출력축(144)이 휠 부(200)에 연결되어 모터(120)로부터 제공된 회전 구동력을 증폭시킨 후 휠 부(200)에 전달하는 감속기(140)로 구성될 수 있다.
상기의 구동부(100)를 이루는 모터(120)는 차륜 측 프레임에 고정될 수 있으며, 배터리(B)로부터 전기 에너지를 공급받아 회전 구동력을 생성한다. 이러한 모터(120)에는 입력축(142)을 통해 감속기(140)가 연결되고, 감속기(140)는 모터(120)로부터 전달된 회전 구동력을 증폭시킨 후 출력축(144)에 연결된 휠 부(200)에 전달함으로써 모터(120)에서 전달된 회전 구동력으로 휠 부(200)가 회전되도록 할 수 있다.
상술한 모터(120) 및 감속기(140)로 이루어진 구동부(100)는 인휠 모터 분야에 있어, 다양한 실시예로 적용되고 있는바, 모터(120) 및 감속기(140)의 구체적인 연결 구조에 관해서는 생략하도록 하겠다.
한편, 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 휠 부(200)는 차축에 고정되는 허브(260)에 대해 회전 가능하게 연결되는 림(220)과, 상기 림(220)의 둘레를 감싸 고정되는 타이어(240)로 구성되며, 림(220)과 타이어(240) 사이 둘레를 따라 발전부(300)가 구비될 수 있다.
여기서, 휠 부(200)는 림(220)과 타이어(240)로 구성과 더불어 허브 베어링, 고정 너트 등이 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 림(220)과 타이어(240) 사이에 발전부(300)가 구비되는바, 림(220)과 타이어(240) 외의 구체적인 구성에 대해서 설명은 생략하도록 한다.
즉, 본 발명에서는 림(220)의 외주면과 타이어(240)의 내주면의 둘레를 따라 발전부(300)를 마련함으로써 차량 주행시 타이어(240)가 노면에 접촉됨에 따라 압착되어 발생되는 가압력이 발전부(300)에 전달되고, 발전부(300)는 가압력으로 전기 에너지를 생성할 수 있다. 이를 위해, 발전부(300)는 압전 섬유 복합재(Macro Fiber Composite, MFC)가 적용될 수 있으며, 압전 섬유 복합재를 적용함에 따라 림(220)과 타이어(240) 사이의 둘레 전체의 가압력을 이용하여 전기 에너지의 생성이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 축전부(400)는 구동부(100) 측에 고정 설치되고, 전기 에너지의 흐름이 가능하도록 구성된 전도체 연결부(420)를 통해 발전부(300)와 연결됨으로써 발전부(300)에서 생성된 전기 에너지를 전도체 연결부(420)로부터 전달받아 축전할 수 있다. 이렇게, 축전부(400)와 발전부(300)는 전도체 연결부(420)를 통해 전기적으로 연결됨으로써 발전부(300)에서 생성된 전기에너지가 축전부(400) 측으로 전달되어 축전이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 전도체 연결부(420)는 전기 전도성이 있는 금속 섬유 또는 금속으로 이루어질 수 있으며, 전기 저항이 낮게 설정될 경우 전기 에너지의 이송시 전기 에너지의 누설을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 축전부(400)는 발전부(300)로부터 공급받아 축적한 전기 에너지를 구동부(100)에 선택적으로 전달하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 축전부(400)는 제어부(600)의 제어에 의해 제어될 수 있다.
즉, 축전부(400)에 저장된 전기 에너지는 배터리(B)로부터 구동부(100)에 공급되는 전기 에너지의 공급이 단락되는 상황 발생시 구동부(100)에 공급되도록 함으로써 구동부(100)의 정상적인 작동이 유지되도록 할 수 있다. 바람직하게는, 축전부(400)에 축적된 전기에너지는 축전 용량이 가득 찰 경우 차량을 구동하는 전장 부품에 전기에너지를 공급하되 구동부(100)에 전기 단락 발생시에는 축전부(400)의 축적된 전기에너지를 단락이 발생된 구동부(100)에 공급되도록 한다. 이로 인해, 배터리(B)와 전기 단락이 발생된 구동부(100)는 축전부(400)로부터 직접 전기 에너지를 공급받아 정상적으로 구동됨으로써 정상적인 주행이 수행되도록 할 수 있다.
이를 위해, 배터리(B)의 전기 에너지를 구동부(100) 측으로 공급하는 전력공급모듈(500)과, 전력공급모듈(500)과 구동부(100) 간의 전기 단락이 이루어졌는지를 체크하는 전력 감지부(600)와, 전력 감지부로(600)부터 신호를 입력받아 축전부(400)를 제어하는 제어부(700);를 더 포함하며, 상기 제어부(700)는 전력 감지부(600)로부터 단락된 신호가 입력되면, 축전부(400)에 축적된 전기 에너지가 구동부(100)에 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 전력공급모듈(500)은 배터리(B)의 전기 에너지가 구동부(100) 측에 선택적으로 전달하기 위한 것으로서, 차량의 주행 상태 및 주행 조건을 고려하여 구동부(100) 측으로 전기 에너지가 공급되도록 한다. 이러한 전력공급모듈(500)과 구동부(100) 사이에는 전력 감지부(600)가 마련되어 배터리(B)에서 공급되어 전력공급모듈(500)을 통과해 구동부(100)로 전달되는 전기 에너지가 정상적으로 전달되는지 체크한다. 이러한 전력 감지부(600)는 전기 에너지가 이동됨에 따른 전압 및 저항값의 변화를 체크하여 단락 여부를 체크할 수 있다.
이렇게, 전력 감지부(600)를 통해 전기 단락이 발생된 것으로 체크되면, 이 신호를 제어부(700)에 송출하고, 제어부(700)는 이 신호를 입력받아 축전부(400)에 축적된 전기 에너지가 구동부(100)에 사용될 수 있도록 명령을 내린다.
이로 인해, 배터리(B)와 전기 단락이 발생된 특정 구동부(100)는 축전부(400)로부터 직접 전기 에너지를 공급받아 정상적으로 구동됨으로써 정상적인 주행이 수행되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치에 따르면, 인휠 모터 차량의 휠에 작용되는 가압력을 이용하여 전기 에너지를 발전 및 축전하고, 전력 공급 문제 발생시 축전된 전기 에너지를 인휠 모터의 구동에 사용함으로써 인휠 모터에 정상적인 전기 에너지의 공급이 유지되도록 한다.
이로 인해, 차량 주행시 어느 하나의 인휠 모터가 정지됨에 따라 휠이 잠겨 주행 사고가 발생되는 것이 방지된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:구동부 120:모터
140:감속기 142:입력축
144:출력축 200:휠 부
220:림 240:타이어
260:허브 300:발전부
400:축전부 420:전도체 연결부
500:전력공급모듈 520:배터리
600:전력 감지부 700:제어부

Claims (7)

  1. 전기 에너지를 공급받아 회전 구동력을 발생시키는 구동부;
    상기 구동부로부터 회전 구동력을 전달받아 회전되는 휠 부;
    상기 휠 부에 구비되고, 주행 및 주정차시 휠 부에 가해지는 압력을 이용하여 전기 에너지를 생성시키는 발전부; 및
    상기 발전부로부터 생성된 전기 에너지를 축적하는 축전부;를 포함하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 회전 구동력을 생성하는 모터와, 입력축이 모터에 연결되고 출력축이 휠 부에 연결되어 모터로부터 제공된 회전 구동력을 증폭시킨 후 휠 부에 전달하는 감속기로 구성된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 부는 차축에 고정되는 허브에 대해 회전 가능하게 연결되는 림과, 상기 림의 둘레를 감싸 고정되는 타이어로 구성되며, 림과 타이어 사이 둘레를 따라 발전부가 구비된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 발전부는 압전 섬유 복합재(Macro Fiber Composite, MFC)인 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전부는 구동부 측에 고정 설치되고, 전기 에너지의 흐름이 가능하도록 구성된 전도체 연결부를 통해 발전부와 연결됨으로써 발전부에서 생성된 전기 에너지를 전도체 연결부로부터 전달받아 축전하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전부는 발전부로부터 공급받아 축적한 전기 에너지를 구동부에 선택적으로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    배터리의 전기 에너지를 구동부 측으로 공급하는 전력공급모듈과, 전력공급모듈과 구동부 간의 전기 단락이 이루어졌는지를 체크하는 전력 감지부와, 전력 감지부로부터 신호를 입력받아 축전부를 제어하는 제어부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 전력 감지부로부터 단락된 신호가 입력되면, 축전부에 축적된 전기 에너지가 구동부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차량의 전기 에너지 발전 장치.
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