[논문]상용전기자동차용 모터-변속기 일체화에 관한 연구

오세훈; 염광욱

doi:10.5762/kais.2019.20.6.306

초록
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전 세계적으로 자동차 산업에 있어서 현재 배기가스로 인한 대기오염과 화석연료의 에너지자원 고갈의 문제로 인해 배기가스 발생이 전혀 없고 다양한 방법으로 에너지원을 만들 수 있는 전기자동차의 전동 구동부 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기 자동차는 차량의 중량에 따라 모터의 용량 및 사양이 달라지는데 그 중 상용전기자동차에 사용하는 고용량의 전기모터는 크기가 크고 중량이 무거워서 제한된 배터리의 용량을 빨리 소비하여 주행거리를 단축시킨다. 이러한 모터의 출력은 일반적으로 고속회전하기 때문에 자동차에 필요한 초기가속능력이 부족하다. 따라서 본 연구에서는 모터의 출력을 변속기를 통하여 감속시켜 차량의 초기가속능력을 높이고 모터의 크기와 중량을 상대적으로 줄였다. 그리고 각각의 분리된 구조를 이루고 있는 구동모터와 변속기를 일체화하여 입 출력을 위한 커넥터의 간소화를 이루고 냉각시스템의 용량도 축소하여 차량을 설계하고 제작하거나 기존차량을 구조변경을 하는데 효과적인 기술을 제시하였다. 또한 모터와 변속기를 일체화하기 위한 스플라인의 설계 및 해석을 통하여 적합성을 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Owing to the present problems of air pollution and fossil fuel exhaustion, ongoing research has been actively focused on developing an electric actuator system that can utilize diverse energy sources without producing any exhaust gas. Since the motors of such electric vehicles generally rotate at a ...

Owing to the present problems of air pollution and fossil fuel exhaustion, ongoing research has been actively focused on developing an electric actuator system that can utilize diverse energy sources without producing any exhaust gas. Since the motors of such electric vehicles generally rotate at a high speed, the initial acceleration capability required for an automobile is insufficient. In this study, the motor output was decelerated by the transmission; the initial acceleration of the vehicle was increased, and the motor size and weight were reduced. The driving motor and transmission, which each form isolated structures, were integrated to simplify the connector for input and output. By reducing the cooling system's capacity, a vehicle was designed and manufactured that represents a structural change in effective technology.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Permanent magnet of double-layer type.
표 Table 1. Commercial electric vehicle motor specification
그림 Fig. 2. Motor heating flow analysis
표 Table 2. Final design motor specification
표 Table 3. cooling water heating property
그림 Fig. 3. Applying the motor
그림 Fig. 4. Shift gears mechanism
표 Table 4. Calculation of reduction gear ratio
표 Table 5. Reduction gears specification
표 Table 6. Root safety(SF) and flank safety(SH) according to the RPM
그림 Fig. 5. Manufacture the transmission
표 Table 7. Gear meshing efficiency
표 Table 8. Design of spline specification
그림 Fig. 6. Spline FEM analysis
그림 Fig. 7. Spline design
그림 Fig. 8. Manufacture the motor-transmission integral

AI 본문요약
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가설 설정

1) Current motors are impossible to apply to commercial electric vehicles that weigh over 3.5 tons.
2) The motor showed energy losses, most significantly through heat; this factor reduces the operating life. To determine the energy loss from convection heat transfer inside the developed motor, the test conditions of applying 20 and 60 ℃ coolant were applied.

제안 방법

In this study, a motor and transmission were developed that can be applied to commercial electric vehicles, and dual modules like the motor and transmission were integrated. The following results were obtained from the structurally improved model.
To design Lq to be as large as possible, a double-layer permanent magnet rotor structure was utilized to secure the q axis magnetic circuit of the permanent magnet rotor without saturation. Six design parameters were applied to configuration and arrangement of the double-layer permanent magnet rotor model: the angles of the first and second layers, angle applicable to the pole-arc proportion, heights of the first and second permanent magnet layers, and entrance width of the q axis magnetic circuit. The Taguchi method was used to optimize the design of the permanent magnet.
The stator diameter was Ø350 mm, the rotator diameter was Ø210 mm, and the air gap length was set to 1 mm. To maximize the flux-wakening control area that utilizes high-efficiency and high-output magnetic reluctance torque, a double-layer type permanent magnet shape was designed.[6]

성능/효과

3) Dual ring type planetary gear was applied for the transmission, which was designed to have a deceleration ratio of 7.5 in the first shift and 4 in the second shift.
The test results revealed that the gear meshing efficiency increased with the number of revolutions for the first shift rather than for the second shift. As all of the efficiencies exceeded 97%, application with a high meshing efficiency was concluded to be possible. Fig.
The test results revealed that the gear meshing efficiency increased with the number of revolutions for the first shift rather than for the second shift.

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