자동차 메카트로닉스

6.1 기계일반

1. 기계요소

 차량 및 기계 시스템은 많은 부품들로 구성되어 있으며, 이 가운데 나사, 키, 핀, 축, 베어링, 기어, 스프링 등의 부품들은 공통적으로 사용되고 있다. 

1) 결합용 기계요소 :부품을 결합할 때 사용하는 기계요소에는 나사, 볼트, 너트, 키, 핀, 코터, 리벳 등이 있다.

2) 축용 기계요소 : 동력 전달 부품으로 축을 받쳐주거나 연결하는 기계요소에는 축, 베어링, 축이음 등이 있다.

3) 전동용 기계요소 : 동력을 전달하는 데 사용하는 기계요소에는 기어, 벨트, 체인 등이 있다.

4) 제동 및 완충용 기계요소 : 기계의 운동속도를 감소시키는 데는 브레이크가 사용되고, 충격이나 진동을 방지할 때에는 스프링이 사용된다. 

5) 관에 대한 기계요소 : 관은 물, 기름, 증기, 가스 등의 유체를 수송하는 데 사용된다. 재질에 따라 강관, 주출관, 구리관, 황동관 및 PVC관 등이 있고, 유량은 밸브와 콕으로 조절한다.

2. 기계 제작공정

 새로운 기계 시스템을 만들기 위해서는 먼저 제작하려는 기계의 사용목적에 알맞은 기능을 발휘할 수 있도록 구체적인 계획을 바탕으로 구조, 재료의 선정 및 가공방법 등을 충분히 고려하여 설계를 하여 제작도를 자성하고 생산계획을 세운 다음, 각종 공구나 기계를 이용하여 재료의 기계적 성질을 개선시키고 재료의 형태를 변화시켜 필요한 형상으로 만든다.

 

6.2 전기전자

 인류가 전기를 이용하기 시작한 이후로 그 활용범위는 지수함수적으로 증가하고 있으며, 특히 자동차의 경우 성능과 안정성 향상에 대한 요구에 따라 전기전자 분야는 오늘날의 자동차 기술에 있어서 필수 불가결한 요소로 자리 잡게 되었다. 또한 자동차의 고장원인도 기계적인 결함보다는 전기전자적인 불량에 기인하는 경우가 많으므로 전기에 대한 기본적인 이론과 각종 부품의 동작원리를 충분히 이해하고 있지 않으면 경험적인 진단에만 의존할 수밖에 없으므로 시간과 경제성 그리고 진단의 신뢰도 면에서 충분히 이해하고 이 원리가 자동차의 부품에 적용되어 어떻게 동작되는지를 파악하는 것이 자동차 전기 전자의 주요한 목적이라 할 수 있다.

 일반적으로 전기의 활용분야는 크게 두 가지로 구분할 수 있으며 이것은 전기의 교환, 전송, 제어 및 축전의 작용을 이용한 것이다. 

에너지 이용 : 동력, 열, 빛 등 / 정보적 이용 : 통신, 방송, 계측, 정보처리 등

또한 전기는 다른 에너지에 비해 다음과 같은 장점이 있다. 

- 임의의 장소에서 용이하고 빠르게 전송할 수 있다. / 제어하기가 쉽다

- 다른 에너지 형태(열, 빛, 기계적 일 등)로 변환이 용이하다. / 유해물질을 발생기 키지 않는다.

 

1. 전기 일반

1) 물성 : 도체는 물질의 내부에서 자유전자가 자유롭게 이동할 수 있는 물질로 대부분의 금속이 여기에 속한다. 부도체는 절연 제과 저항이 큰 부도체가 있다.

2) 전류 : 도체의 단면적을 통한 자유전자 또는 전하의 이동으로 정의할 수 있다. 전류의 세기는 1초 동안 어떤 도체의 단위면적을 통과하는 전하량으로 정의하며, 단위는 A(암페어)를 사용한다. 전류의 종류는 직류(DC), 교류(AC), 맥류가 있다.

또한 전류의 3 작용은 다음과 같다.

(1) 발열 작용 : 모든 도체에 전류가 흐르면 열이 발생하게 되는데 이것은 도체를 통과하려는 자유전자가 도체 내부의 각종 입자와의 충돌에 의한 것이다. 자동차의 시기 라이터, 열선 등이 이 작용을 이용한 것이다.

(2) 자기 작용 : 전선이나 코일에 전류가 흐르면 그 주위 공간에는 자장이 형성되는데 자동차용 전동기와 발전기 등이 이 현상을 이용한 것이다.

(3) 화학 작용 : 전해액에 전류가 흐르면 화학작용이 발생하는데 화학작용을 이용한 대표적인 것으로 배터리를 들 수 있다.

3) 전압 : 전기적인 압력으로 표현할 수 있으며 이것은 두 전하가 일을 할 수 있는 능력을 나타내는 전위의 차이를 의미하며 단위는 V(볼트)를 사용한다. 계속적으로 전위차(전압)를 만들어 주는 힘을 기전력(IR)이라 하며, 배터리나 발전기와 같이 기전력을 발생시키는 장치를 전원이라 한다. 

4) 저항 : 도체 내에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 저항이라 한다. 도체의 저항값을 적게 하기 위해서는 고유저항이 작은 재료를 사용하여 길이는 짧게 하고 단면적을 크게 해야 한다. 그리고 도체의 저항은 온도에 따라서 변하므로 통상 20도를 기준으로 하여 저항값이 표현된다.

5) 전기 회로 : 전기 회로란 전원과 부하가 전선으로 연결되어 있을 경우 전류가 흐르는 통로를 의미한다. 

(1) 단선 : 회로가 끊어져 전류가 흐를 수 없게 된 상태를 말한다

(2) 단락 : 회로가 연결되어 있으나 저항이 거의 0옴에 가까워 큰 전류가 흐르는 경우를 말하며 합선이라고도 한다.

(3) 전기회로 보호장치 : 단락 현상 등에 의해 회로에 과대한 전류가 흐를 경우에 전원의 전류를 차단하여 단선 상태를 만들어 주는 기능을 한다.

(4) 전기장치 기호 :일반적으로 사용되는 전기장치에 대한 기호가 많다.

6) 전력과 전력량

 전력이란 단위 시간당(1초) 전기가 행하는 일의 크기를 나타내는 에너지양으로 전압과 전류의 곱으로 나타낸다 단위는 W(와트)를 사용한다. 

 전력량은 전류가 어떤 시간 동안 발생한 에너지를 총량으로 전력과 시간의 곱으로 나타낸다. 단위는 Wh(와트시) 또는 J(줄), cal(칼로리)로 나타낸다.

 

2. 전자기 일반

1) 자기 : 쇠붙이를 끓어 당기는 힘을 말하며 자기를 지닌 물체를 자석이라 한다. 자석에서 자기 작용이 ㅈ일 강한 양 끝을 자극이라 한다. 자석에서 자기 작용이 제일 강한 양 끝을 자극이라 한다. 자극의 세기는 자속의 단위인 Wb(웨버)로 나타낸다. 서로 다른 두 자극에 작용하는 흡인력(F)이 있다. 

2) 전자기 : 직선 도체에 전류가 흐를 때에 형성되는 자력선의 방향은 오른나사의 회전 방향과 일치한다. 이것을 암페어의 오른나사 법칙이라 한다. 도체를 고리 모양으로 감은 것을 코일이라 한다. 감은 고리의 지름에 비해 길이가 큰 형상을 솔레노이드라 한다. 그리고 솔레노이드 내부에 철심을 넣고 전류를 흐르게 하면 자력선이 형성되는데 철심이 들어 있을 경우에는 코일에 의한 자력선과 철심이 자화 되어 만들어 내는 자력선의 합이 전체의 자속이 된다. 자동차에서 철심 코일을 이용하는 것에는 발전기, 점화코일, 필업 코일, 솔레노이드, 릴레이 등 여러 가지가 있다.