1 자동차의 동력 변환 체계
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변속기의 작동 원리
變速機
Transmission, Gearbox[1]
각종 동력원의 동력을 속도나 환경에 맞추어 필요한 회전력으로 바꾸는 장치이다. trasmission의 일본식 발음인 토란스밋숀(トランスミッション)에 따라 밋숑이라 부르기도 한다. 우리나라에서는 주로 기어라고 부른다.
보통 자동차등 이동수단에 많이 이용된다. 자동차에서 이용되는 내연기관은 특정 속도(RPM대역)에서 최대 토크가 나오고, 또 다른 대역에서 최대 출력이 나온다. 이에 따라 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 기어를 사용하여 출발할 때는 회전속도보단 토크를 중시하고, 주행시에는 속도의 증가에 맞춰 회전속도를 높이는 역할을 한다.
각 단은 최종 감속비[2]에 비해 바퀴[3]가 회전하는 비율인 기어비에 따라 다음과 같이 분류한다.
- 기어비 1 이상 - 언더 드라이브 (Under Drive, 감속기)
- 기어비 1 - 다이렉트 드라이브 (Direct Drive, 직결)
- 기어비 1 이하 - 오버드라이브 (Over Drive, 증속기)
따라서 기어비에 따라서 최고 속도가 결정된다. 토크(힘)과 속도는 반비례 관계로, 저단일수록 기어비가 높아 힘을 세게 발휘 할 수 있고 고단일수록 기어비가 낮아 속도가 빨라진다.
최고단의 기어를 "탑기어(Top Gear)"라고 한다. 기존에는 1:1인 다이렉트 드라이브를 지칭하는 말이었다. 그러나 90년대 중반 이후 오버드라이브를 달고 나오는 차들이 많아지면서 오버드라이브를 지칭하는 쓰임이 더 많아진 듯.
크게 수동변속기와 자동변속기로 나뉘고 있으며, 운전하기엔 당연하지만 자동변속기가 훠어어어얼씬 편하다. 운전할 때 신경써야 할 부분이 줄어들기 때문에 안전운전에도 도움이 된다. 그래서 자동차보험에서도 할인해준다. 사실은 수동변속기에 할증을 때리는 것이다
수동변속기의 장점이라고하면 연비는 좋은데 사람이 오래 못간다..가 자동변속기에비해 좋고 손맛(...), 급가속 같은 문제도 일어나지 않는다. 게다가 수동은 자동에비해 몇백만원정도 저렴하다!
상세사항은 각각 해당 문서들을 참조.
종류
- 수동변속기 M/T(Manual Transmission) : synchro mesh type
- 자동변속기 A/T(Automatic Transmission) : planetary gear
- CVT (Continuously Variable Transmission)
- 벨트 구동식 CVT
- 마찰식 CVT
2 전동기를 구동하는 컨트롤러
교류유도 전동기는 인버터 문서를 참조.
DC 전동기나 BLDC 전동기를 돌리는 용도의 컨트롤러를 지칭한다. 수많은 RC 모형이나 산업기계 등 용도가 매우 많다.
1번 항목의 변속기와 같은 단어이지만, 의미와 기능 및 역할이 다르다. 내연기관 엔진으로 치자면, 기어변속기가 아니라, 오히려 엔진의 스로틀밸브에 가깝다. 1번 항목의 변속기가 어떻게 기어비를 바꾸는지 생각해보면 알 수 있는 사항이다.
신호는 PWM 형식으로 전환되며, 10bit 의 resolution 을 가진다. 또한, 변속기에 따라 정회전만 지원하기도 하고, 정-역회전 모두를 지원하기도 있다.
이들 변속기에도 여러가지 규격이 있는데,
1. 연속가동전류
2. 최대 가동전류/ 허용시간
3. 사용하는 PWM 주파수 or 주기
4. 주 배터리 전압
5. 출력 방식
6. 저전압 컷오프
7. 캐리어 주파수
등이 있다. 이 중 크게 신경 쓸 것은 출력 방식이나 전류, 그리고 전압이다. 3번 항목은 대부분이 자동으로 잡아주니까.
특히, 5번 항목은 일반적인 출력방식과 더불어 OPTO란 방식이 있는데, OPTO는 optical isolator 의 약자이다. 대전력을 사용하는 BLDC 변속기의 대부분이 OPTO 형식으로 출력단을 드라이브 하는 경우가 있다. 상당 사진도 대전력 제품군으로, 6KW 의 BLDC 모터를 제어한다. 이 경우 전동기용 주 전원과 더불어 변속기의 컨트롤러에 별도의 전압을 공급해야 한다. 이때 사용하는 것을 BEC 라고 부른다.