KR20220058047A - In-wheel type dual motor device for personal mobility - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모터 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 퍼스널 모빌리티를 위한 인휠 타입 듀얼 모터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motor device, and more particularly, to an in-wheel type dual motor device for personal mobility.
화석연료를 사용하는 내연기관을 이용한 운송수단이 19세기 말에 등장하여 1, 2차 세계대전을 거치면서 운송시장의 대세로 자리 잡아 시장을 확대해 나가며 계속 발전해 왔다.A means of transportation using an internal combustion engine using fossil fuels appeared at the end of the 19th century and has continued to develop while expanding the market by establishing itself as a major trend in the transportation market through World Wars I and II.
하지만, 20세기 중반부터 환경오염문제가 대두되며, 전동기(모터)의 고효율화와 배터리 기술의 향상에 힘입어 전동기를 이용한 다양한 개인용 이동수단(퍼스널 모빌리티)이 등장하기 시작하였다.However, from the mid-20th century, environmental pollution problems emerged, and various personal transportation means (personal mobility) using electric motors began to appear thanks to the high efficiency of electric motors and improvement of battery technology.
이에, 국내에서도 환경보호에 대한 사회적 관심과 내연기관을 대체할 이동수단에 대한 정책적 지원으로 전동기를 이용한 스쿠터, 오토바이, 자동차 등의 개발 및 보급이 확대되고 있다.Accordingly, in Korea, the development and distribution of scooters, motorcycles, automobiles, etc. using electric motors is expanding due to social interest in environmental protection and policy support for transportation means to replace internal combustion engines.
우리나라는 국토의 60% 이상이 산지인 특성상 도시와 시골을 가리지 않고 경사진 도로가 많이 존재하고 있어, 이러한 지형적 요인으로 초창기 전기 자전거, 스쿠터 등의 보급이 힘들었다.In Korea, since more than 60% of the country is mountainous, there are many sloping roads regardless of urban and rural areas.
초기 모델의 경우 평지에 적합한 전동기로 잦은 경사로 주행시 대용량 전동기 장착이 필요함에 따라 배터리 이용효율 감소 및 가격 상승의 문제점이 존재한다.In the case of the initial model, as it is a motor suitable for flat land, and it is necessary to install a large-capacity motor when driving on an incline frequently, there is a problem of a decrease in battery usage efficiency and an increase in price.
대용량 전동기의 경우 평탄한 지역 주행시 적정량의 전동기에 비해 배터리 소모량이 증가하며, 대용량 전동기와 대응되는 모터 드라이버로 인하여 추가적인 가격 상승요인이다.In the case of a large-capacity motor, when driving in a flat area, the battery consumption increases compared to an appropriate amount of motor, and it is an additional price increase factor due to the motor driver corresponding to the large-capacity motor.
이에 따라 소량의 전동기 2대를 이용하여 대용량 전동기에 대응하려는 시도가 있었으며 대부분의 경우 앞, 뒷바퀴에 전동기를 각각 장착한 형태로 이루어진다.Accordingly, attempts have been made to respond to large-capacity motors using two small motors, and in most cases, motors are mounted on the front and rear wheels, respectively.
운행조건에 따라 연동되는 앞, 뒷바퀴 전동기는 앞, 뒤로 2개의 전동기를 이용할 경우, 로드 그립(타이어와 도로 노면 간 저항)상태 및 무게중심 이동에 따라 앞, 뒷바퀴에 적절한 토크 분배 및 회전속도를 제어할 필요성이 존재한다.When two motors are used for the front and rear wheel motors that are linked according to the driving conditions, appropriate torque distribution and rotational speed are controlled to the front and rear wheels according to the load grip (resistance between the tire and the road surface) and the movement of the center of gravity there is a need to
또한, 가속할 때에는 뒤편으로 무게중심이 이동하므로 앞바퀴의 미끄러짐을 방지하기 위하여 앞바퀴 전동기의 토크와 전력을 낮추는 제어가 필요하다.In addition, when accelerating, the center of gravity moves to the rear side, so it is necessary to control the torque and power of the front wheel motor to decrease in order to prevent the front wheel from slipping.
앞바퀴에 전동기 설치시 바퀴의 축방향 전환을 고려하여 전력선 및 센서선 경로 설정이 필요함에 따라 축방향 전환으로 인하여 전력선 및 센서선의 내구성 약화가 동반되는 문제점이 발생하고 있다.When installing an electric motor on the front wheel, it is necessary to set the power line and sensor line path in consideration of the axial direction change of the wheel.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 1축에 적용된 1개의 모터에 복수의 권선 세트를 장착한 인휠 타입 듀얼 모터 장치를 제공한다.The present invention has been proposed to solve the above technical problems, and provides an in-wheel type dual motor device in which a plurality of winding sets are mounted on one motor applied to one shaft.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 권선세트 및 제2 권선세트를 구비하는 고정자와, 고정자와 전자기적인 상호작용에 의해 회전하는 회전자와, 제1 권선세트에 제1 구동전류를 공급하는 제1 드라이버와, 제2 권선세트에 제2 구동전류를 공급하는 제2 드라이버와, 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축을 포함하는 9축의 값을 측정하는 9축 센서와, 9축 센서에서 측정된 3차원 움직임에 대응하여 제1 드라이버 및 제2 드라이버의 동작을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함하는 인휠 타입 듀얼 모터 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention for solving the above problems, a stator having a first winding set and a second winding set, a rotor rotating by electromagnetic interaction with the stator, and a first winding set A first driver supplying one driving current, a second driver supplying a second driving current to the second winding set, and a 9-axis sensor measuring values of 9 axes including 3 axes of acceleration, 3 axes of inertia, and 3 axes of geomagnetism And, an in-wheel type dual motor device including a control unit for independently controlling operations of a first driver and a second driver in response to a three-dimensional movement measured by a 9-axis sensor is provided.
또한, 본 발명에서 제1 권선세트 및 제2 권선세트는 서로 다른 권선량을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the first winding set and the second winding set are characterized in that they have different winding amounts.
또한, 본 발명에서 제1 권선세트 및 제2 권선세트는 서로 다른 권선량을 가지면서 하나의 코일축에 각각 독립적으로 권선되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the first winding set and the second winding set are each independently wound on one coil shaft while having different winding amounts.
또한, 본 발명에 포함되는 제어부는 9축 센서에서 측정된 경사각에 따라 제1 드라이버 및 제2 드라이버 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit included in the present invention is characterized in that it selectively drives at least one of the first driver and the second driver according to the inclination angle measured by the 9-axis sensor.
본 발명의 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치는 1축에 적용된 1개의 모터에 복수의 권선 세트를 장착하는 구조로 형성된다. 따라서 복수의 권선 세트를 부하상황에 따라 선택적으로 구동함으로써, 동작 안정성을 확보할 수 있고 구동성능을 향상시킬 수 있다.The in-wheel type dual motor device according to an embodiment of the present invention is formed in a structure in which a plurality of winding sets are mounted on one motor applied to one shaft. Accordingly, by selectively driving a plurality of winding sets according to a load situation, operation stability can be secured and driving performance can be improved.
즉, 2개의 권선세트의 특성을 달리 설계하여 토크 특성, 스피드 특성으로 구분하고 주행여건에 따라 복합적으로 제어하면 전체적인 운동특성을 개선할 수 있다. 또한, 인휠 모터의 경우 단일 하우징에 2개의 권선세트가 들어가 있는 구조이므로 기어나 풀리 등의 추가 구조가 없이 간단한 형태로 구성할 수 있다.That is, by designing the characteristics of the two winding sets differently, dividing them into torque characteristics and speed characteristics, and controlling them in combination according to driving conditions, the overall motion characteristics can be improved. In addition, since the in-wheel motor has a structure in which two winding sets are contained in a single housing, it can be configured in a simple form without additional structures such as gears or pulleys.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치의 구성도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치의 구성도1 is a block diagram of an in-wheel type dual motor device according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of an in-wheel type dual motor device according to another embodiment of the present invention;
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough that a person of ordinary skill in the art can easily implement the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 구성도이다.1 is a block diagram of an in-wheel type
본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.The in-wheel type
도 1을 참조하면, 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)는 모터(100), 제1 드라이버(210), 제2 드라이버(220), 전원 공급부(300), 제어부(400)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1 , the in-wheel type
모터(100)는 고정자 및 모터 회전자(160)를 구비하고, 본 실시예에서 고정자는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 포함한다.The
상기와 같이 구성되는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.The main operation of the in-wheel type
모터(100)는 BLDC 모터가 사용될 수 있는데, 모터(100)는 원통형의 코일축에 코일이 감긴 고정자와, 고정자의 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 전자기력과 상호 작용에 의해 회전하는 회전자(160)를 포함한다. 회전자(160)에는 영구자석이 배치되고 영구자석은 고정자에서 발생하는 전자기력과의 상호 작용에 의해 회전력을 얻게 된다.The
인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 고정자는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 구비하는데, 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 권선량을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 권선량을 가지면서 하나의 코일축에 각각 독립적으로 권선되도록 구성될 수 있다.The stator of the in-wheel type
제1 드라이버(210)는 제1 권선세트(110)에 제1 구동전류(I_DRV1)를 공급하고, 제2 드라이버(220)는 제2 권선세트(120)에 제2 구동전류(I_DRV1)를 각각 공급한다.The
도면에 미도시 되었으나, 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)에는 9축 센서가 더 구비될 수 있다. 9축 센서는 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축을 포함하는 9축의 값을 측정하는 센서로 정의된다. Although not shown in the drawings, the in-wheel type
9축 센서는 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축으로 총 9축의 값이 측정되기 때문에 9축 센서라고 지칭되며, 온도값에 대한 보정을 위해 온도센서가 추가로 구비될 수 있다. 9축 센서는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 3차원적인 움직임을 감지하여 이동방향, 기울기 등을 감지할 수 있다.The 9-axis sensor is referred to as a 9-axis sensor because values of a total of 9 axes are measured with 3 axes of acceleration, 3 axes of inertia, and 3 axes of geomagnetism, and a temperature sensor may be additionally provided to compensate for the temperature value. The 9-axis sensor may detect a three-dimensional movement of the in-wheel type
제어부(400)는 9축 센서에서 측정된 3차원 움직임에 대응하여 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)의 동작을 독립적으로 제어한다.The
즉, 제어부(400)는 9축 센서에서 측정된 경사각에 따라 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220) 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 구동하여 경사각에 따른 효율적인 구동이 가능하다.That is, the
전원 공급부(300)는 2차 전지로 정의될 수 있는데 충전 가능한 리튬이온 배터리나, 의사 캐패시터로 구성될 수 있다.The
전원 공급부(300)는 제어부(400)의 제어에 따라 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)에 각각 구동전원을 공급한다.The
참고적으로, 전원 공급부(300)는 복수의 의사 캐패시터(Pseudo Capacitor)로 구성될 수 있는데, 의사 캐패시터(Pseudo Capacitor)는 전극에서의 이차원적인 산화-환원 반응을 이용하므로 일반적인 캐패시터보다 우수한 축전용량을 가지며 수명이 상대적으로 긴 장점이 있다. For reference, the
인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)는 기울기(경사각)를 고려하여 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)를 통해 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택적으로 운용할 수 있다.The in-wheel type
제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 출력을 낼 수 있도록 구성되므로, 토크를 많이 제공할 수 있는 권선세트와, 속도를 빠르게 제공할 수 있는 권선세트로 구분한 후 필요 상황에 따라 선택적으로 구동력을 효과적으로 제공할 수 있다.Since the
또한, 제어부(400)는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)로부터 온도값, 구동상태를 피드백 받은 후, 과열이 발생하거나 오류가 발생할 경우, 해당 권선세트의 동작을 일시정지 시킨 후, 정상적으로 동작하는 권선세트만을 구동함으로써 안전한 주행이 가능하도록 한다. 이때 제어부(400)는 과열된 권선세트가 정상온도에 도달할 경우, 정상온도에 도달한 권선세트를 정상동작으로 복귀 시킨다.In addition, the
또한, 제어부(400)는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1) 탑승자의 무게, 도로의 경사각, 잔여 배터리 등의 상황을 종합적으로 고려하여 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택하여 구동할 수 있다.In addition, the
또한, 토크센서 또는 부하센서가 더 구비될 경우, 제어부(400)는 토크센서 또는 부하센서의 측정값에 따라 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택하여 구동할 수 있다.In addition, when a torque sensor or a load sensor is further provided, the
한편, 모터(100)는 엔코더를 포함하고 있는데, 엔코더는 모터의 회전수, 모터의 회전방향, 회전횟수, 모터축의 초기위치를 확인하는 기능을 수행한다. 엔코더는 모터(100)의 회전축에 연결될 수 있다.Meanwhile, the
참고적으로 모터(100)의 회전자의 현재 위치를 검증하는 방법은 일반적으로 엔코더의 Z상을 기준으로 하여 현재 위치를 카운트하게 된다. 따라서 엔코더에서 Z상의 출력이 나타나는 시점을 회전자의 위치 초기점이라고 하고, 여기에서부터 회전자의 360도 위치를 엔코더 A상과 B상의 분해능(1회전당 펄스수)과 관계하여 계산하게 된다. 그러므로 엔코더의 분해능이 높으면 회전자의 위치를 검출하는데 있어서 더욱 정밀한 데이터를 구할 수 있다. For reference, the method of verifying the current position of the rotor of the
정역회전을 판별할 수 있는 것은 엔코더의 A상과 B상은 상호 90도의 위상 차이를 가지고 있으며 정회전시 엔코더 A상이 90˚위상 앞서게 되고 역회전시에는 B상이 90도 위상 앞서게 되는데, 이때 B상의 펄스가 Low에서 High으로 변하는 순간 A상의 상태를 읽으면 그때의 값으로 정역회전을 알 수 있다.What can determine the forward/reverse rotation is that the phase A and phase B of the encoder have a phase difference of 90 degrees from each other, and during forward rotation, phase A of the encoder leads 90° in phase, and in reverse rotation, phase B leads by 90°. If you read the state of A phase at the moment it changes from Low to High, you can know the forward/reverse rotation with the value at that time.
엔코더의 Z상 펄스(원점신호)로 하여금 Z상 펄스가 발생할 때마다 카운트를 클리어(Clear)하거나 로드(Load)하여 주면 회전자가 1회전할 때마다 항상 일정한 위치에서 위치 카운터가 클리어(Clear)/ 로드(Load)된다. 따라서 엔코더의 위치로 회전자의 위치를 판별할 때 누적오차가 발생하지 않고 엔코더 정밀도내의 카운트가 발생하게 된다.If the Z-phase pulse (origin signal) of the encoder clears or loads the count every time Z-phase pulse occurs, the position counter is always cleared at a certain position every time the rotor rotates once. is loaded. Therefore, when the position of the rotor is determined by the position of the encoder, no cumulative error occurs and a count within the encoder precision occurs.
즉, 제어부(400)는 모터(100)로부터 피드백되는 신호 (PULSE1(A, B, Z), PULSE2(A, B, Z))를 통해 모터의 현재상태를 확인한 후, 드라이버를 제어하기 위한 제어신호(DRV_CTRL1, DRV_CTRL2)를 출력한다.That is, the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치(2)의 구성도이다.2 is a block diagram of an in-wheel type
본 실시예의 다른 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치(2)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.The in-wheel type
도 2를 참조하면, 인휠 타입 듀얼 모터 장치(2)는 모터(100), 제1 드라이버(210), 제2 드라이버(220), 전원 공급부(300), 제어부(400), 전류센서(500)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2 , the in-wheel type
모터(100)는 고정자 및 모터 회전자(160)를 구비하고, 본 실시예에서 고정자는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 포함한다.The
상기와 같이 구성되는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(2)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.The main operation of the in-wheel type
모터(100)는 BLDC 모터가 사용될 수 있는데, 모터(100)는 원통형의 코일축에 코일이 감긴 고정자와, 고정자의 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 전자기력과 상호 작용에 의해 회전하는 회전자(160)를 포함한다. 회전자(160)에는 영구자석이 배치되고 영구자석은 고정자에서 발생하는 전자기력과의 상호 작용에 의해 회전력을 얻게 된다.The
인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 고정자는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 구비하는데, 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 권선량을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 권선량을 가지면서 하나의 코일축에 각각 독립적으로 권선되도록 구성될 수 있다.The stator of the in-wheel type
제1 드라이버(210)는 제1 권선세트(110)에 제1 구동전류(I_DRV1)를 공급하고, 제2 드라이버(220)는 제2 권선세트(120)에 제2 구동전류(I_DRV1)를 각각 공급한다.The
전류센서(500)는 변류기(Current Transformer, CT)로 구성될 수 있는데, 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)를 직접 측정할 경우, 너무 높은 전류값으로 인해 측정 시간의 제약이 발생할 수 있으며, 높은 전류값에 의해 기기 손상 또는 상해가 발생할 수 있다. 따라서 고전류를 안전하게 측정하기 위한 변류기를 이용하여 전류값을 감소시켜서 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 안정적으로 측정한다. The
즉, 변류기는 인덕턴스를 이용하여 비접촉 방식으로 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)에 대응하는 센싱전류(I_1, I_2)를 출력한다. 참고적으로 변류기는 스플릿 코어 또는 솔리드 코어로 구성될 수 있다.That is, the current transformer outputs the sensing currents I_1 and I_2 corresponding to the driving currents I_DRV1 and I_DRV2 in a non-contact manner using the inductance. For reference, the current transformer may consist of a split core or a solid core.
참고적으로 전류센서(500)는 전원 공급부(300)와 드라이버(210, 220) 사이에 연결되어 전류 변화량을 감지하고 센싱전류(I_1, I_2)를 출력하도록 구성될 수 있다. 전류센서(500)가 전원 공급부(300)와 드라이버(210, 220) 사이에 연결될 경우, 노이즈 유입이 감소되어 센싱전류(I_1, I_2)의 파형이 명확하게 출력될 수 있다.For reference, the
도면에 미도시 되었으나, 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)에는 9축 센서가 더 구비될 수 있다. 9축 센서는 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축을 포함하는 9축의 값을 측정하는 센서로 정의된다. Although not shown in the drawings, the in-wheel type
9축 센서는 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축으로 총 9축의 값이 측정되기 때문에 9축 센서라고 지칭되며, 온도값에 대한 보정을 위해 온도센서가 추가로 구비될 수 있다. 9축 센서는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)의 3차원적인 움직임을 감지하여 이동방향, 기울기 등을 감지할 수 있다.The 9-axis sensor is referred to as a 9-axis sensor because values of a total of 9 axes are measured with 3 axes of acceleration, 3 axes of inertia, and 3 axes of geomagnetism, and a temperature sensor may be additionally provided to compensate for the temperature value. The 9-axis sensor may detect a three-dimensional movement of the in-wheel type
제어부(400)는 9축 센서에서 측정된 3차원 움직임에 대응하여 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)의 동작을 독립적으로 제어한다.The
즉, 제어부(400)는 9축 센서에서 측정된 경사각에 따라 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220) 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 구동하여 경사각에 따른 효율적인 구동이 가능하다.That is, the
전원 공급부(300)는 2차 전지로 정의될 수 있는데 충전 가능한 리튬이온 배터리나, 의사 캐패시터로 구성될 수 있다.The
전원 공급부(300)는 제어부(400)의 제어에 따라 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)에 각각 구동전원을 공급한다.The
참고적으로, 전원 공급부(300)는 복수의 의사 캐패시터(Pseudo Capacitor)로 구성될 수 있는데, 의사 캐패시터(Pseudo Capacitor)는 전극에서의 이차원적인 산화-환원 반응을 이용하므로 일반적인 캐패시터보다 우수한 축전용량을 가지며 수명이 상대적으로 긴 장점이 있다. For reference, the
인휠 타입 듀얼 모터 장치(1)는 기울기(경사각)를 고려하여 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)를 통해 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택적으로 운용할 수 있다.The in-wheel type
제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)는 서로 다른 출력을 낼 수 있도록 구성되므로, 토크를 많이 제공할 수 있는 권선세트와, 속도를 빠르게 제공할 수 있는 권선세트로 구분한 후 필요 상황에 따라 선택적으로 구동력을 효과적으로 제공할 수 있다.Since the first winding set 110 and the second winding set 120 are configured to output different outputs, it is divided into a winding set capable of providing a large amount of torque and a winding set capable of providing a high speed. A driving force can be effectively provided selectively according to a necessary situation.
또한, 제어부(400)는 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)로부터 온도값, 구동상태를 피드백 받은 후, 과열이 발생하거나 오류가 발생할 경우, 해당 권선세트의 동작을 일시정지 시킨 후, 정상적으로 동작하는 권선세트만을 구동함으로써 안전한 주행이 가능하도록 한다. 이때 제어부(400)는 과열된 권선세트가 정상온도에 도달할 경우, 정상온도에 도달한 권선세트를 정상동작으로 복귀 시킨다.In addition, the
또한, 제어부(400)는 인휠 타입 듀얼 모터 장치(1) 탑승자의 무게, 도로의 경사각, 잔여 배터리 등의 상황을 종합적으로 고려하여 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택하여 구동할 수 있다.In addition, the
또한, 토크센서 또는 부하센서가 더 구비될 경우, 제어부(400)는 토크센서 또는 부하센서의 측정값에 따라 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120)를 선택하여 구동할 수 있다.In addition, when a torque sensor or a load sensor is further provided, the
즉, 제어부(400)는 센싱전류(I_1, I_2)의 크기를 토대로 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120) 각각의 토크를 검출할 수 있으므로, 토크가 많이 요구되지 않을 경우와, 토크가 많이 요구될 경우를 구분한 후 제1 드라이버(210) 및 제2 드라이버(220)의 구동동작을 제어한다. 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)와 토크는 비례하므로 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 크기를 반영하고 있는 센싱전류(I_1, I_2)를 통해 토크를 검출할 수 있다.That is, the
한편, 제어부(400)는 전원 공급부(300)를 충전할 때 충전전력의 크기에 따라 복수의 의사 캐패시터 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 충전하도록 구성될 수 있다. 그 충전방식에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the
복수의 의사 캐패시터가 3개 배치될 경우, 즉 제1 의사 캐패시터, 제2 의사 캐패시터 및 제3 의사 캐패시터가 배치된다고 가정한다. 이때 제1 의사 캐패시터의 충전용량이 가장 크고, 제2 의사 캐패시터의 충전용량은 제1 의사 캐패시터보다 작고, 제3 의사 캐패시터의 충전용량은 제2 의사 캐패시터보다 더 작다고 가정한다.It is assumed that when three pseudo capacitors are disposed, that is, the first pseudo capacitor, the second pseudo capacitor and the third pseudo capacitor are disposed. In this case, it is assumed that the charging capacity of the first pseudo capacitor is the largest, the charging capacity of the second pseudo capacitor is smaller than that of the first pseudo capacitor, and the charging capacity of the third pseudo capacitor is smaller than that of the second pseudo capacitor.
제어부(400)는 제1 의사 캐패시터, 제2 의사 캐패시터 및 제3 의사 캐패시터의 충전량을 감지한 후, 충전량이 가장 높은 순서대로 구동전력을 공급한다.The
예를 들면, 제1 의사 캐패시터의 충전량이 60%이고, 제2 의사 캐패시터의 충전량이 70%이고, 제3 의사 캐패시터의 충전량이 80%일 경우,For example, when the charge amount of the first pseudo capacitor is 60%, the charge amount of the second pseudo capacitor is 70%, and the charge amount of the third pseudo capacitor is 80%,
제3 의사 캐패시터의 전력을 우선으로 공급하다가, 충전량이 40%에 도달하면 제3 의사 캐패시터의 전력공급을 차단하고 제2 의사 캐패시터의 전력을 공급한다. 또한, 제2 의사 캐패시터의 충전량이 40%에 도달하면 제2 의사 캐패시터의 전력공급을 차단하고 제1 의사 캐패시터의 전력을 공급한다.The power of the third pseudo capacitor is first supplied, and when the charge amount reaches 40%, the power supply of the third pseudo capacitor is cut off and the power of the second pseudo capacitor is supplied. In addition, when the charge amount of the second pseudo capacitor reaches 40%, the power supply of the second pseudo capacitor is cut off and the power of the first pseudo capacitor is supplied.
또한, 제1 내지 제3 의사 캐패시터의 충전량이 모두 40% 이하 일 경우, 제어부(150)는 제1 내지 제3 의사 캐패시터를 병렬로 연결하여 구동전력을 공급한다.Also, when the charging amounts of the first to third pseudo capacitors are all 40% or less, the controller 150 connects the first to third pseudo capacitors in parallel to supply driving power.
인휠 타입 듀얼 모터 장치(2)의 모터(100)에는 회전축이 연결되고 회전축에는 복수의 베어링이 연결되어 있다. 즉, 베어링 회전축의 하중을 지지하면서 회전축이 회전할 때의 마찰력을 감소시킨다.A rotating shaft is connected to the
모터(100)는 오픈 루프 제어(Open-Loop Control) 또는 클로즈 루프 제어(Close-Loop Control) 방식을 통해 제어될 수 있다.The
또한, 모터(100)의 토크 제어는 모터(100)에 유입되는 전류를 제어함으로 이루어지며 모터의 속도, 위치 ,회전방향의 제어도 최종적으로 모터(100)에 유입되는 전력, 즉 전류를 제어하여 이루어진다. In addition, the torque control of the
모터(100)는 엔코더를 포함하고 있는데, 엔코더는 모터의 회전수, 모터의 회전방향, 회전횟수, 모터축의 초기위치를 확인하는 기능을 수행한다. 엔코더는 모터(100)의 회전축에 연결될 수 있다.The
참고적으로 모터(100)의 회전자의 현재 위치를 검증하는 방법은 일반적으로 엔코더의 Z상을 기준으로 하여 현재 위치를 카운트하게 된다. 따라서 엔코더에서 Z상의 출력이 나타나는 시점을 회전자의 위치 초기점이라고 하고, 여기에서부터 회전자의 360도 위치를 엔코더 A상과 B상의 분해능(1회전당 펄스수)과 관계하여 계산하게 된다. 그러므로 엔코더의 분해능이 높으면 회전자의 위치를 검출하는데 있어서 더욱 정밀한 데이터를 구할 수 있다. For reference, the method of verifying the current position of the rotor of the
정역회전을 판별할 수 있는 것은 엔코더의 A상과 B상은 상호 90도의 위상 차이를 가지고 있으며 정회전시 엔코더 A상이 90˚위상 앞서게 되고 역회전시에는 B상이 90도 위상 앞서게 되는데, 이때 B상의 펄스가 Low에서 High으로 변하는 순간 A상의 상태를 읽으면 그때의 값으로 정역회전을 알 수 있다. What can determine the forward/reverse rotation is that the phase A and phase B of the encoder have a phase difference of 90 degrees from each other, and during forward rotation, phase A of the encoder leads 90° in phase, and in reverse rotation, phase B leads by 90°. If you read the state of A phase at the moment it changes from Low to High, you can know the forward/reverse rotation with the value at that time.
엔코더의 Z상 펄스(원점신호)로 하여금 Z상 펄스가 발생할 때마다 카운트를 클리어(Clear)하거나 로드(Load)하여 주면 회전자가 1회전할 때마다 항상 일정한 위치에서 위치 카운터가 클리어(Clear)/ 로드(Load)된다. 따라서 엔코더의 위치로 회전자의 위치를 판별할 때 누적오차가 발생하지 않고 엔코더 정밀도내의 카운트가 발생하게 된다.If the Z-phase pulse (origin signal) of the encoder clears or loads the count every time Z-phase pulse occurs, the position counter is always cleared at a certain position every time the rotor rotates once. is loaded. Therefore, when the position of the rotor is determined by the position of the encoder, no cumulative error occurs and a count within the encoder precision occurs.
즉, 제어부(400)는 모터(100)로부터 피드백되는 신호 (PULSE1(A, B, Z), PULSE2(A, B, Z))를 통해 모터의 현재상태를 확인한 후, 드라이버를 제어하기 위한 제어신호(DRV_CTRL1, DRV_CTRL2)를 출력한다.That is, the
제어부(400)는 구동제어신호(DRV_CTRL1, DRV_CTRL2)를 이용하여 모터(100)에 공급되는 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)를 조절함으로써, 모터(100)의 회전속도 및 회전방향을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 베어링의 마모량을 감지하는 동작을 수행할 경우, 모터(100)의 회전속도를 일정하게 유지한다.The
또한, 제어부(400)는 모터(100)에 공급되는 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)를 피드백 받아 시간에 따른 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 토대로 베어링의 마모량을 실시간으로 산출한다.In addition, the
제어부(400)는 모터(100)에 공급되는 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)를 직접 피드백 받아서 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 감지하도록 구성될 수도 있으나, 본 실시예의 구성에서는 제어부(400)는 전류센서(500)로부터 감지된 센싱전류(I_1, I_2)를 피드백 받아서 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 간접적으로 감지한다.The
즉, 전류센서(500)는 변류기(Current Transformer, CT)로 구성될 수 있는데, 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)를 직접 측정할 경우, 너무 높은 전류값으로 인해 측정 시간의 제약이 발생할 수 있으며, 높은 전류값에 의해 기기 손상 또는 상해가 발생할 수 있다. 따라서 고전류를 안전하게 측정하기 위한 변류기를 이용하여 전류값을 감소시켜서 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 안정적으로 측정한다. That is, the
변류기는 인덕턴스를 이용하여 비접촉 방식으로 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)에 대응하는 센싱전류(I_1, I_2)를 출력한다. 참고적으로 변류기는 스플릿 코어 또는 솔리드 코어로 구성될 수 있다.The current transformer outputs sensing currents I_1 and I_2 corresponding to the driving currents I_DRV1 and I_DRV2 in a non-contact manner using the inductance. For reference, the current transformer may consist of a split core or a solid core.
참고적으로 전류센서(500)는 전원 공급부(300)와 드라이버 사이에 연결되어 전류 변화량을 감지하고 센싱전류(I_1, I_2)를 출력하도록 구성될 수 있다. 전류센서(500)가 전원 공급부(300)와 드라이버 사이에 연결될 경우, 노이즈 유입이 감소되어 센싱전류(I_1, I_2)의 파형이 명확하게 출력될 수 있다.For reference, the
본 실시예에서 제어부(400)는 전류센서(500)에서 제공되는 센싱전류(I_1, I_2)를 통해 구동전류(I_DRV1, I_DRV2)의 변화량을 파악하도록 구성된다.In the present embodiment, the
우선, 마모가 가장 진행되지 않은 베어링의 경우, 센싱전류(I_1, I_2)의 값이 가장 낮게 측정된다. 또한 센싱전류(I_1, I_2) 파형의 진폭의 변화는 매우 균일하게 측정된다.First, in the case of the bearing that wears the least, the sensing currents (I_1, I_2) have the lowest values. In addition, the change in the amplitude of the sensing current (I_1, I_2) waveform is measured very uniformly.
다음으로, 상대적으로 마모가 점점 더 많이 진행된 베어링의 경우, 마모량이 증가할수록 센싱전류(I_1, I_2)의 값도 균일하게 증가한다.Next, in the case of bearings that have been relatively worn more and more, the values of the sensing currents I_1 and I_2 also increase uniformly as the amount of wear increases.
즉, 베어링의 마모가 매우 균일하게 진행되었다고 가정할 경우, 마모가 진행될수록 센싱전류(I_1, I_2)의 파형의 진폭의 변화는 거의 일정한 상태에서 센싱전류(I_1, I_2)의 값이 전체적으로 증가한다.That is, if it is assumed that the wear of the bearing proceeds very uniformly, as the wear progresses, the change in the amplitude of the waveform of the sensing current (I_1, I_2) is almost constant, and the value of the sensing current (I_1, I_2) increases as a whole. .
제어부(400)는 베어링의 마모 한계점을 기억 또는 설정하는데, 그 마모 한계점은 기준 마모량(REF1)으로 정의된다. 따라서 제어부(400)는 베어링의 마모량의 진행속도를 산출하여 주기적으로 베어링의 교체시기를 알려줄 수 있다.The
즉, 제어부(400)는 베어링의 총 사용시간과, 마모량의 진행속도를 고려하여 마모 한계점에 도달하는 시점을 산출할 수 있으므로, 총 사용시간이 변경될 때마다 그 사용 평균시간(일간, 주간, 월간)을 기준으로 예상 교체시기를 산출할 수 있다.That is, the
참고적으로, 마모 한계점에 도달하는 시점은, 총 사용시간 중 일간 최대 사용시간, 주간 최대 사용시간, 월간 최대 사용시간 중 어느 하나가 선택되어 그 최대 사용시간을 기준으로 교체시기가 산출될 수도 있을 것이다.For reference, when the wear threshold is reached, any one of daily maximum use time, weekly maximum use time, and monthly maximum use time is selected among the total use time, and the replacement time may be calculated based on the maximum use time. will be.
제어부(400)는 모터(100)의 엔코더로부터 전달되는 원점신호(Z상 펄스)를 기준으로 하여 구동전류(I_DRV) 또는 센싱전류(I_1)를 피드백 받도록 구성될 수 있다. 참고적으로 엔코더로부터 전달되는 원점신호(Z상 펄스)는 모터(300)의 1회전시 마다 펄싱하는 신호이다.The
또한, 제어부(400)는 사용자가 원하는 최대 사용시간을 설정할 경우, 베어링의 마모 한계점을 고려하여, 제1 권선세트(110) 및 제2 권선세트(120) 중 어느 하나를 선택적으로 구동하여 최대 출력을 제한함으로서 사용자가 원하는 사용시간까지 구동가능하게 자동조절 할 수 있다.In addition, when the user sets the desired maximum use time, the
본 발명의 실시예에 따른 인휠 타입 듀얼 모터 장치는 1축에 적용된 1개의 모터에 복수의 권선 세트를 장착하는 구조로 형성된다. 따라서 복수의 권선 세트를 부하상황에 따라 선택적으로 구동함으로써, 동작 안정성을 확보할 수 있고 구동성능을 향상시킬 수 있다.The in-wheel type dual motor device according to an embodiment of the present invention is formed in a structure in which a plurality of winding sets are mounted on one motor applied to one shaft. Accordingly, by selectively driving a plurality of winding sets according to a load situation, operation stability can be secured and driving performance can be improved.
즉, 2개의 권선세트의 특성을 달리 설계하여 토크 특성, 스피드 특성으로 구분하고 주행여건에 따라 복합적으로 제어하면 전체적인 운동특성을 개선할 수 있다. 또한, 인휠 모터의 경우 단일 하우징에 2개의 권선세트가 들어가 있는 구조이므로 기어나 풀리 등의 추가 구조가 없이 간단한 형태로 구성할 수 있다.That is, by designing the characteristics of the two winding sets differently, dividing them into torque characteristics and speed characteristics, and controlling them in combination according to driving conditions, the overall motion characteristics can be improved. In addition, since the in-wheel motor has a structure in which two winding sets are contained in a single housing, it can be configured in a simple form without additional structures such as gears or pulleys.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
100 : 모터
110 : 제1 권선세트
120 : 제2 권선세트
160 : 회전자
210 : 제1 드라이버
220 : 제2 드라이버
300 : 전원 공급부
400 : 제어부
500 : 전류센서100: motor
110: first winding set
120: second winding set
160: rotor
210: first driver
220: second driver
300: power supply
400: control unit
500: current sensor
Claims (4)
상기 고정자와 전자기적인 상호작용에 의해 회전하는 회전자;
상기 제1 권선세트에 제1 구동전류를 공급하는 제1 드라이버;
상기 제2 권선세트에 제2 구동전류를 공급하는 제2 드라이버;
가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축을 포함하는 9축의 값을 측정하는 9축 센서; 및
상기 9축 센서에서 측정된 3차원 움직임에 대응하여 상기 제1 드라이버 및 상기 제2 드라이버의 동작을 독립적으로 제어하는 제어부;
를 포함하는 인휠 타입 듀얼 모터 장치.
a stator having a first winding set and a second winding set;
a rotor rotating by electromagnetic interaction with the stator;
a first driver supplying a first driving current to the first winding set;
a second driver supplying a second driving current to the second winding set;
a 9-axis sensor that measures values of 9 axes including 3 axes of acceleration, 3 axes of inertia, and 3 axes of geomagnetism; and
a control unit for independently controlling the operations of the first driver and the second driver in response to the three-dimensional movement measured by the 9-axis sensor;
An in-wheel type dual motor device comprising a.
상기 제1 권선세트 및 상기 제2 권선세트는 서로 다른 권선량을 가지는 것을 특징으로 하는 인휠 타입 듀얼 모터 장치.
According to claim 1,
The in-wheel type dual motor device, characterized in that the first winding set and the second winding set have different winding amounts.
상기 제1 권선세트 및 상기 제2 권선세트는 서로 다른 권선량을 가지면서 하나의 코일축에 각각 독립적으로 권선되는 것을 특징으로 하는 인휠 타입 듀얼 모터 장치.
According to claim 1,
The in-wheel type dual motor device, characterized in that the first winding set and the second winding set are each independently wound on one coil shaft while having different winding amounts.
상기 제어부는 상기 9축 센서에서 측정된 경사각에 따라 상기 제1 드라이버 및 상기 제2 드라이버 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 인휠 타입 듀얼 모터 장치.According to claim 1,
The controller selectively drives at least one of the first driver and the second driver according to the inclination angle measured by the 9-axis sensor.
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KR1020200143322A KR102558996B1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | In-wheel type dual motor device for personal mobility |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |