KR20170058164A - 경전용 전기 작업차 - Google Patents

Abstract

경전용 전기 작업차가 개시된다. 본 발명에 따른 경전용 전기 작업차는, 전방 또는 후방 작업기 구동을 위한 동력을 출력하도록 구비된 제1 모터, 제1 모터의 인접 측방에 주행용 동력을 출력하도록 구비된 제2 모터, 제1 모터의 출력축에 직결되며 제1 모터가 출력한 동력이 작업기에 전달될 수 있도록 외부에 동력을 인출하는 PTO 출력축, 제2 모터로부터 출력된 동력 또는 제1 모터와 제2 모터에서 동시에 출력된 동력이 차륜에 전달될 수 있도록 구비된 주행 전동축 및 제1 모터의 출력과 제2 모터의 출력을 합성시켜 주행 전동축에 전달하도록 제2 모터의 출력축과 주행 전동축 사이에 구비된 합성 출력기를 포함하여 구성됨을 요지로 한다.

Description

경전용 전기 작업차{Electric agriculture vehicle}

본 발명은 작업차에 관한 것으로, 특히 배터리로부터 에너지를 공급받은 전기모터의 추진력으로 움직이는 경전용 경전용 전기 작업차에 관한 것이다.

일반적으로 경전용 작업차는 여러 가지 농작업을 수행하기 유리한 구조와 특징을 가지고 있다. 예를 들면 레이크(rake), 로터베이터(rotavator), 플로우(plow), 해로우(harrow) 등의 작업기를 히치에 부착하여 경운, 쇄토 작업 및 병해충방제, 양수, 탈곡 등 각종 농작업을 손쉽게 실시할 수 있다.

일 예로 경전용 작업차로 널리 알려진 트랙터는 기관, 차체, 동력전달장치, 주행장치, 동력취출장치, 작업기 연결장치, 유압장치 및 전기장치와 같이 다수의 부속 장치의 조합으로 이루어지며, 기관으로는 연료의 경제성이 우수한 디젤 기관이 주로 장착된다.

경전 작업은 작업 특성상 주로 저속작업이 수행되는 일이 많고, 저속작업에서 큰 힘을 내야 하기 때문에 디젤엔진을 선택하는 이유도 있다. 그러나 디젤엔진은 공해물질 배출이 심할 뿐만 아니라, 디젤엔진일 경우 동력전달장치의 기계적 구성이 매우 복잡해지는 단점이 있다.

이에 따라 최근 들어 환경 및 에너지적인 측면과 구조의 단순화 측면에서 전기동력을 이용한 경전용 작업차에 관한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 경전용 전기 작업차는 일반적인 순수 전기자동차와 마찬가지로 배터리로부터 에너지를 공급받은 전기모터의 추진력으로 움직인다.

그러나 차량 특성상 작업기를 구동시키는 동력이 추가로 요구되기 때문에 일반 순수 전기자동차에 비해 전기모터가 하나 더 장착된다. 물론 하나의 대용량 모터를 사용하는 경우도 있으나, 메인 동력으로부터 작업기 동력을 추출하기 위한 복잡한 기계적인 장치를 더 필요로 하기 때문에 독립된 두 개의 전기모터를 사용하는 방식을 주로 채택하고 있다.

두 개의 전기모터를 장착한 경전용 전기 작업차는 일반적으로 두 개의 모터가 서로 독립적으로 운용된다. 하나는 기체 기동을 위한 주행동력을 출력하는 주행용 모터로 사용되고, 다른 하나는 상기 작업기 구동용 동력 출력을 위한 작업기용 모터로 사용된다.

그러나 두 개의 전기모터를 사용하더라도 주행용과 작업기용으로 명확히 구분되어 있기 때문에, 고부하 운전, 예컨대 습전 작업에서와 같이 보다 높은 주행 출력이 요구되지만 주행용 모터 하나만으로는 대응이 어려운 경우 이에 대한 대비책이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제2013-0040285호(2013. 04. 24)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상황에 맞는 개별 구동이 가능해 소비전력 측면에서 유리한 듀얼 모터 방식이면서도, 두 모터의 출력을 합성시켜 주행동력으로 출력할 수 있어 고출력을 필요로 하는 고부한 운전에 대응할 수 있는 경전용 전기 작업차를 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명은,

작업기 구동용 동력을 출력하도록 구비된 제1 모터;

상기 제1 모터의 인접 측방에 주행용 동력을 출력하도록 구비된 제2 모터;

상기 제1 모터의 출력축에 직결되며 제1 모터가 출력한 동력이 작업기에 전달될 수 있도록 외부에 동력을 인출하는 PTO 출력축;

상기 제2 모터로부터 출력된 동력 또는 제1 모터와 제2 모터에서 동시에 출력된 동력이 차륜에 전달될 수 있도록 구비된 주행 전동축; 및

상기 제1 모터의 출력과 제2 모터의 출력을 합성시켜 주행 전동축에 전달하도록 제2 모터의 출력축과 주행 전동축 사이에 구비된 합성 출력기;를 포함하는 경전용 전기 작업차를 제공한다.

여기서, 상기 제1 모터와 제2 모터는 전륜과 후륜 사이의 운전석 하부 또는 상기 운전석 전방의 보닛으로 둘러싸인 보닛공간의 기체 프레임에 탑재될 수 있다.

또한, 상기 합성 출력기는 제1, 제2 모터가 출력하는 동력을 합성시킬 수 있도록 복수의 회전요소를 갖춘 유성기어세트일 수 있다.

바람직하게는, 상기 유성기어세트는,

상기 제2 모터로부터 동력을 전달받을 수 있도록 구비된 입력축;

상기 입력축에 일체 회전 가능하게 배치된 제1 회전요소와;

상기 제1 회전요소에 외접하는 복수의 제2 회전요소와;

상기 제2 회전요소를 회전 가능하게 지지하며 상기 제1 모터로부터 동력을 전달받을 수 있도록 구비된 제3 회전요소와;

상기 복수의 제2 회전요소가 동시에 내접하며 제1 회전요소의 회전력과 제2 회전요소의 회전력을 합성하여 주행 전동축에 출력하도록 구비된 제4 회전요소;를 포함하는 구성일 수 있다.

또한, 상기 제1 모터와 제2 모터의 구동을 제어하는 콘트롤러의 통제를 받아 상기 제1 모터가 구동하지 않을 경우 상기 제3 회전요소의 회전운동을 구속하는 회전제한유닛을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 경전용 전기 작업차는, 상기 주행 전동축으로부터 분기된 동력을 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 전륜 구동축을 통해 전륜에 배분할 수 있도록 구비된 전방차동유닛; 및

상기 주행 전동축의 동력을 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 후륜 구동축을 통해 후륜에 배분할 수 있도록 구비된 후방차동유닛;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차에 의하면, 상황에 맞는 개별 구동이 가능해 소비전력 측면에서 유리한 듀얼 모터 방식을 사용하면서도, 두 모터의 출력을 합성시켜 주행동력으로 출력할 수 있어 고출력을 필요로 하는 고부한 운전 시 효과적인 대응이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 개략 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 경전용 전기 작업차의 평면 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 동력 전달 계통도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 동력 전달 계통도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 개략 측면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 경전용 전기 작업차의 평면 구성도이다. 이들 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 농업용 작업차의 개략적인 구성부터 살펴보기로 한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 전기에너지를 저장한 배터리 팩(2)이 상향 여닫이식 보닛에 의해 보호되는 전륜(1a) 측 보닛공간(10) 하측의 기체 프레임(4)에 탑재될 수 있다. 배터리 팩(2)은 다수의 배터리 셀을 직렬로 연결시킨 구성일 수 있으며, 전방 슬라이딩 인출과 같은 교체가 용이한 방식으로 기체 프레임(4)에 탑재될 수 있다

배터리 팩(2)의 탑재에 있어서는 종래 디젤엔진 경전용 작업차의 레이아웃은 그대로 유지하고 공간 활용을 보다 효율적으로 할 수 있도록 배터리 팩(2)이 기체 전후 길이방향을 따라 배치되도록 탑재될 수 있으며, 배터리 팩(2) 상부의 보닛공간(10)에는 여러 종류의 부속품이 효율적인 공간활용을 실현할 수 있는 구조로 배치될 수 있다.

부속품에는 배터리 팩(2)의 전반적인 제어 및 관리를 위한 BMS(Battery Management System, 9)와, 배터리 팩(2)이 공급하는 전압을 외부기기 구동에 필요한 직류전류로 승압 또는 감압시키는 DC/DC 컨버터(7)와, 배터리 팩(2) 방전 시 비상등과 같은 비상수단 작동을 위한 소형의 보조 배터리(6) 및 모터의 출력을 제어하는 콘트롤러(8) 등을 포함할 수 있다.

콘트롤러(8)는 두 개의 모터(3a, 3b)를 사용하는 듀얼 타입 전기 작업차에서 두 개 모터(3a, 3b)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있도록 각각의 모터(3a, 3b)에 대응하여 하나씩 배치(8a, 8b)될 수 있다. 물론 콘트롤러 하나로 각각의 모터에 맞게 프로그래밍된 제어프로그램에 의해 독립적인 제어가 수행되도록 구성할 수도 있다.

모터 출력 조절용 악셀레이터(미도시)의 변위 감지 신호로부터 그 변위 값에 대응하여 입력된 출력을 낼 수 있도록 상기 콘트롤러(8a, 8b)가 중간에서 모터(3a, 3b)의 출력을 개별적으로 제어하며, 모터(3a, 3b)는 콘트롤러(8a, 8b) 제어에 따라 공급/차단되는 전기에너지로부터 주행 및 작업기 구동을 위한 동력을 발생시켜 출력한다.

모터(3a, 3b)는 기능적인 측면에서 작업기용 모터(3a)와 주행용 모터(3b)로 구분될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 작업기 구동을 위한 동력을 출력하는 상기 작업기용 모터(3a)를 제1 모터로 정의하고, 상기 작업기용 모터(3a) 인접 측방에 병렬 배치되어 주행용 동력을 출력하는 상기 주행용 모터(3b)를 제2 모터로 정의하여 설명하기로 한다.

차체를 구성하는 기체 프레임(4)은 배터리 팩(2)이 탑재되는 전방 기체 프레임(4a)과 후방 기체 프레임(4b)으로 구분될 수 있으며, 한 쌍의 좌측과 우측 후방 기체 프레임에 의해 모터 탑재부(부호 생략)가 형성되고, 모터 탑재부에 상기 제1 모터(3a)와 제2 모터(3b)의 출력축(도 3 참조)이 서로 평행하면서 기체 폭방향에 대해 좌우로 정렬되는 배치를 이루도록 탑재될 수 있다.

제1 모터(3a)와 제2 모터(3b)는 작업차 측면에서 봤을 때, 부피가 크고 무거운 배터리 팩(2)의 탑재를 고려한 기체 프레임(4)의 형상을 고려한다면, 도 1의 예시와 같이 전륜(1a)과 후륜(1b) 사이의 운전석 하부가 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 팩(2)의 크기에 따라 보닛공간(10) 내 전방 기체 프레임(4a)에 배터리 팩(2)과 함께 배치될 수도 있다.

모터(3a, 3b) 후방의 후방 기체 프레임(4b)의 후단에는 변속기(5)가 배치될 수 있다. 변속기는(5) 상기 두 개의 모터(3a, 3b) 중 주행 동력을 출력하는 제2 모터(3b)로부터 전달되는 동력의 회전속도를 운전자가 변속레버를 조절함으로써 설정되는 주행 또는 작업에 적합한 속도로 변환시켜 차동유닛(14b)을 통해 구동륜(일반적으로 후륜)에 전달한다.

도면에서 미설명 도면부호 12는 배터리의 종류와 무관하게 하나의 충전기를 이용하여 다양한 종류의 배터리 충전을 위한 내부 충전기(On board charger)로써, 메인 배터리에 해당하는 배터리 팩(2)과 비상보조전력을 저장하는 보조 배터리(6) 충전에 있어 각각 별도의 충전기를 이용하지 않고도 하나의 충전기로서 충전 가능하도록 하는 내부 충전기를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 상기 두 개의 모터가 각기 출력하는 동력이 주행장치 또는 작업기에 전달될 수 있도록 기능하는 동력 전달 장치의 계략 구성에 대해 본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 동력 전달 계통도를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차의 동력 전달 계통도이다.

도 3을 참조하면, 작업기용 제1 모터(3a)와 주행용 제2 모터(3b)가 병렬 배치된다. 제1 모터(3a)가 출력한 동력이 작업기에 전달될 수 있도록 동력을 외부로 인출하는 PTO 출력축(40)이 상기 제1 모터(3a)의 출력축(30a)에 직결되며, 제2 모터(3b)로부터 출력된 동력 또는 제1 모터(3a)와 제2 모터(3b)에서 동시에 출력된 동력이 차륜에 전달될 수 있도록 주행 전동축(60)이 구비된다.

주행 전동축(60)은 상기 변속기(5)에 이루는 구성요소일 수 있으며, 제2 모터(3b)의 출력축(30b)과 주행 전동축(60) 사이의 변속기(5)에 합성 출력기(50)가 구비된다. 여기서 합성 출력기(50)는 두 개의 모터가 동시에 구동될 때 제1 모터(3a)가 출력하는 동력과 제2 모터(3b)가 출력하는 동력을 합성시켜 상기 주행 전동축(60)에 전달함으로써 주행 동력을 증대시키는 역할을 한다.

즉 본 발명에 따른 경전용 전기 작업차는, 주행 또는 작업 상황에 맞게 개별 구동이 가능하도록 듀얼 모터 방식을 사용하면서도, 두 개의 모터(3a, 3b)가 동시에 구동될 때 상기 합성 출력기(50)에 의해 제1 모터(3a)의 출력이 제2 모터(3b)의 출력을 어시스트(assist) 함으로써 고출력을 필요로 하는 고부한 운전 tl 효과적으로 대응할 수 있다.

출력 합성과정과 변속부품에 의한 소정의 변속과정을 거쳐 최종 변속 처리된 동력은 상기 주행 전동축(60)을 거쳐 후방차동유닛(14b)에 전달되며, 후방차동유닛(14b)을 통해 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 후륜 구동축(부호 생략)에 부하 상황에 맞게 적절히 배분되어 통상적으로 경전용 작업차에서 구동륜이 되는 후륜(1b)에 주행 동력으로 제공된다.

물론 상시 4륜 또는 선택 4륜이 가능한 사양에서는, 상기 주행 전동축(60)으로부터 동력을 분기 취출할 수 있도록 동력전달장치를 구성하고, 상기 동력전달장치를 통해 전방차동유닛(14a)에 전달된 동력이 부하 상황에 따라 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 전륜 구동축에 적절히 배분되어 좌, 우측 전륜(1a)에 공급되도록 구성될 수도 있다.

합성 출력기(50)는 제1, 제2 모터(3b)가 출력하는 동력을 합성시킬 수 있도록 복수의 회전요소를 갖춘 유성기어세트일 수 있다.

유성기어세트는, 제2 모터(3b)로부터 동력을 전달받을 수 있도록 구비된 입력축(52), 선기어(sun gear) 역할을 하는 제1 회전요소(53), 유성기어(planetary gear)에 해당하는 복수의 제2 회전요소(54), 캐리어(carrier)로서 기능하는 제3 회전요소(55) 및 최종 합성된 동력을 상기 주행 전동축(60)에 출력하며 링기어(ring gear)로서 기능하는 제4 회전요소(56)로 구성될 수 있다.

제1 회전요소(53)는 상기 입력축(52)에 일체 회전 가능하게 배치되며, 복수의 제2 회전요소(54)는 상기 제1 회전요소(53)에 둘레부에 일정한 피치로 이격 배열되는 동시에 외접한다. 그리고 캐리어(또는 케이지)인 제3 회전요소(55)는 제2 회전요소(54)를 회전 가능하게 지지하는 동시에 제1 모터(3a)가 출력한 동력을 전달받을 수 있도록 상기 PTO 출력축(40)에 동력전달 가능하게 연결된다.

제4 회전요소(56)는 내경면에 상기 복수의 제2 회전요소(54) 외면의 기어치가 내접하는 기어치가 형성된 인터널 기어구조로서, 제2 회전요소(54)가 동시에 내접하여 제1 모터(3a)와 제2 모터(3b)가 동시에 구동될 때 제3 회전요소(55)를 통해 제2 회전요소(54)에 전달되는 회전력과 제1 회전요소(53)의 회전력을 합성하여 상기 주행 전동축(60)에 출력하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예이다.

도 4의 다른 실시 예는, 제3 회전요소(55)의 회전운동을 구속하도록 구비된 회전제한유닛(80)을 더 포함한다. 회전제한유닛(80)은 작업기용 제1 모터(3a)가 구동하지 않을 경우 콘트롤러의 통제를 받아 제3 회전요소(55)가 회전되지 않도록 구속하며, 이에 따라 제2 모터(3b)의 출력이 주행 전동축(60)에 전달되는 과정에서 불필요하게 PTO 출력축(40)에 전달되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 경전용 전기 작업차에 의하면, 상황에 맞는 개별 구동이 가능해 소비전력 측면에서 유리한 듀얼 모터 방식을 사용하면서도, 동시 구동 시 두 모터의 출력을 합성시켜 주행동력으로 출력할 수 있어 고출력을 필요로 하는 고부한 운전 시 효과적인 대응이 가능하다는 장점이 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1a, 1b : 전륜, 후륜 2 : 배터리 팩
3a : 제1 모터(작업기 모터) 3b : 제2 모터(주행용 모터)
4 : 기체 프레임 5 : 변속기
6 : 보조 배터리
7 : DC/DC 컨버터 8 : 콘트롤러
9 : BMS(Battery Management System)
10 : 보닛공간 12 : 내부 충전기(OBC)
14a : 전방차동유닛 14b : 후방차동유닛
40 : PTO 출력축 50 : 합성 출력기
52 : 입력축 53 : 제1 회전요소 54 : 제2 회전요소
55 : 제3 회전요소 56 : 제4 회전요소
60 : 주행 전동축

Claims (6)

1. 작업기 구동용 동력을 출력하도록 구비된 제1 모터;
   상기 제1 모터의 인접 측방에 주행용 동력을 출력하도록 구비된 제2 모터;
   상기 제1 모터의 출력축에 직결되며 제1 모터가 출력한 동력이 작업기에 전달될 수 있도록 외부에 동력을 인출하는 PTO 출력축;
   상기 제2 모터로부터 출력된 동력 또는 제1 모터와 제2 모터에서 동시에 출력된 동력이 차륜에 전달될 수 있도록 구비된 주행 전동축; 및
   상기 제1 모터의 출력과 제2 모터의 출력을 합성시켜 주행 전동축에 전달하도록 제2 모터의 출력축과 주행 전동축 사이에 구비된 합성 출력기;를 포함하는 경전용 전기 작업차.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 모터와 제2 모터가 전륜과 후륜 사이의 운전석 하부 또는 상기 운전석 전방의 보닛으로 둘러싸인 보닛공간의 기체 프레임에 탑재된 경전용 전기 작업차.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 합성 출력기가 제1, 제2 모터가 출력하는 동력을 합성시킬 수 있도록 복수의 회전요소를 갖춘 유성기어세트인 경전용 전기 작업차.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 유성기어세트는,
   상기 제2 모터로부터 동력을 전달받을 수 있도록 구비된 입력축;
   상기 입력축에 일체 회전 가능하게 배치된 제1 회전요소와;
   상기 제1 회전요소에 외접하는 복수의 제2 회전요소와;
   상기 제2 회전요소를 회전 가능하게 지지하며 상기 제1 모터로부터 동력을 전달받을 수 있도록 구비된 제3 회전요소와;
   상기 복수의 제2 회전요소가 동시에 내접하며 제1 회전요소의 회전력과 제2 회전요소의 회전력을 합성하여 주행 전동축에 출력하도록 구비된 제4 회전요소;를 포함하는 경전용 전기 작업차.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 모터와 제2 모터의 구동을 제어하는 콘트롤러의 통제를 받아 상기 제1 모터가 구동하지 않을 경우 상기 제3 회전요소의 회전운동을 구속하는 회전제한유닛;을 더 포함하는 경전용 전기 작업차.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 주행 전동축으로부터 분기된 동력을 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 전륜 구동축을 통해 전륜에 배분할 수 있도록 구비된 전방차동유닛; 및
   상기 주행 전동축의 동력을 좌, 우 쌍을 이루도록 마련되는 후륜 구동축을 통해 후륜에 배분할 수 있도록 구비된 후방차동유닛;을 더 포함하는 경전용 전기 작업차.

Images