KR100533466B1 - 자동차의 구동축 밸런싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 구동축 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 구동축의 언밸런싱 상태를 감지하는 언밸런싱 감지수단과; 상기 언밸런싱 감지수단의 신호를 입력받아 밸런싱을 위한 보정량을 계산하여 보정 제어 신호를 출력하는 ECU와; 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 장착된 로터부와, 차체에 구비되어 상기 ECU의 제어에 따라 상기 로터부에 회전 구동력을 발생시키는 드라이버부로 이루어져 구동축의 언밸런싱 상태를 해소하는 구동조정수단을 포함하여 구성되어, 주행 중에 자동으로 또는 운전자가 필요시 간단한 조작으로 언밸런싱 상태를 해소하여 차량의 승차감과 안정감, 내구성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차의 구동축 밸런싱 장치{Drive shaft balancing apparatus}

본 발명은 자동차의 구동축 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 특히 전자석을 이용하여 주행 중에도 밸런싱 작동을 구현할 수 있는 자동차의 구동축 밸런싱 장치에 관한 것이다.

모든 회전체는 자체 질량 불균형량에 의해 회전 시 원심력을 갖게 되고 이는 고속 회전일수록 큰 힘을 갖게 된다. 차체의 구동축 역시 부품 가공상의 결함이나 조립상의 미스얼라인먼트(misalignment) 등에 의해 다량의 불균형량을 갖게 된다.

또한 주행 중 타이어의 편마모나 이상 마모 역시 차체의 이상 모드(mode)를 발생시키며, 이는 고속 주행시 핸들링이나 승차감에 큰 영향을 미치게 된다. 이에 따라 차량의 안정감과 승차감 향상을 위하여 실제 주행 중에 행하여질 수 있는 밸런싱 기법이 연구되어 왔다.

종래에는 진동 측정 장비를 이용하여 언밸런스(unbalancing)량의 크기와 위치를 파악한 다음, 보정 질량을 볼팅(bolting)이나 용접(welding)등의 방법으로 보정하거나 글라인딩(glinding)을 하여 질량을 제거하는 방식을 사용하여 왔다.

그러나, 상기와 같은 종래 차량 밸런싱은 차량을 장비가 갖추어진 곳으로 이동하여 행하게 된다. 따라서 실제 주행 중에 이루어지는 것이 아니라 오프라인 상태에서 이루어진다. 또한 타이어와 같은 특정 부위에서만 밸런싱이 가능하다. 이러한 밸런싱은 일시적으로는 차량에 안정감을 줄 수 있다. 하지만 운전 중 나타날 수 있는 타이어 편마모나 부품의 내구력 부족으로 인한 이상 마모와 같은 여러 가지 상황에 능동적으로 대응할 수 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동축에 전동 모터식 구동조정수단을 구비하여 언밸런싱 상태를 해소할 수 있도록 구성함으로써 간편하게 언밸런스 상태를 극복하여 차량의 승차감과 안정감, 내구성 향상에 기여할 수 있는 자동차의 구동축 밸런싱 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치는, 구동축의 언밸런싱 상태를 감지하는 언밸런싱 감지수단과; 상기 언밸런싱 감지수단의 신호를 입력받아 밸런싱을 위한 보정량을 계산하여 보정 제어 신호를 출력하는 ECU와; 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 장착된 로터부와, 차체에 구비되어 상기 ECU의 제어에 따라 상기 로터부에 회전 구동력을 발생시키는 드라이버부로 이루어져 구동축의 언밸런싱 상태를 해소하는 구동조정수단을 포함하여 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치가 도시된 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 바퀴(12) 측에 구동력을 전달하는 구동축(10)의 언밸런싱 상태를 감지하는 언밸런싱 감지수단(21)(22)과, 상기 언밸런싱 감지수단(21)(22)의 신호를 입력받아 밸런싱을 위한 보정량을 계산하여 보정 제어 신호를 출력하는 제어 수단인 ECU(25)와, 전동 모터 구조로 이루어져 구동축(10)에 구비되고 상기 ECU(25)의 신호에 따라 구동되면서 구동축(10)의 언밸런싱 상태를 해소하는 구동조정수단(30)으로 구성된다.

상기 언밸런싱 감지수단은 상기 구동축(10)의 기준 신호를 측정하는 타코미터(Tacometer)(21)와, 구동축의 진동 신호를 측정하는 액셀로미터(Accelometer)(22)로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 구동축 밸런싱 장치의 구동조정수단이 도시된 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 구동축 밸런싱 장치의 구동조정수단이 도시된 횡단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 구동조정수단의 로터부의 로터가 도시된 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 구동조정수단의 로터부의 사이드 플레이트가 도시된 정면도이다.

상기 구동조정수단(30)은, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 구동축(10)에 상대 회전 가능하게 구동축(10)에 결합되어 함께 회전하는 로터부(33)와, 차체 측에 구비되어 상기 ECU(25)의 제어에 따라 전자기력을 발생시키면서 상기 로터부(33)에 회전 구동력을 발생시키는 드라이버부(31)로 구성된다.

여기서, 상기 로터부(33)는 복수 개로 이루어질 수 있고, 상기 드라이버부(31)는 상기 각 로터부를 각각 별개로 구동시킬 수 있도록 복수개로 이루어질 수 있다.

이와 같은 상기 로터부(33)는, 두 개의 로터(34)와, 상기 로터(34) 사이에 위치된 중간 플레이트(36)와, 상기 로터(34)의 양측면에 위치된 사이드 플레이트(37)와, 상기 로터(34), 중간 플레이트(36), 사이드 플레이트(37)의 외주면에 위치되는 비자성체의 로터 커버(38)로 구성된다.

여기서, 상기 두 개의 로터(34)는 보어링(boring)(B) 작업 등을 하여 초기 불평형량을 갖게 하고, 조립 시에는 두 개의 로터(34)를 반대 방향으로 조립하여 설치시 초기 불평형을 없앤다. 로터(34)가 가지고 있는 두 개의 불평형량은 벡터합으로서 보정질량의 위치를 결정하게 되고 도 4에서 로터(34)에 삽입되어 있는 영구자석(34a)의 간격은 보정 질량의 위치를 결정하게 된다.

상기 영구자석(34a)은 도 4에서는 원주 방향으로 30도 간격으로 설정하였으나 보다 정확한 보정을 위해서는 각도를 좀더 조밀하여 구현하여 배열하는 것도 가능하다.

상기 로터(34)는 상기 구동축(10)에 베어링(35)을 사이에 두고 장착되어 구동축(10)과 함께 회전하다가 상기 드라이버부(31)에 전원이 인가될 때 해당 로터만 회전할 수 있도록 구성된다.

상기 사이드 플레이트(37)는 도 5에 도시된 바와 같이 가운데 부분에 비자성 플레이트(37a)가 구비되고, 상기 비자성 플레이트(37a)의 외주면에 원주 방향으로 요철 구조로 결합된 자성 플레이트(37b)로 이루어진다. 상기 자성 플레이트(37b)는 자속 통로 역할을 하며, 상기 비자성 플레이트(37a)와 상기 자성 플레이트(37b) 사이의 요철 구조를 갖는 부분 쪽에 상기 로터(34)의 영구 자석(34a)이 위치하게 된다. 여기서, 상기 영구 자석(34a)은 순차적으로 서로 반대 극성을 갖게 조립된다.

한편, 상기 드라이버부(31)는, 차체와 결합되어 밸런싱이 필요할 경우 상기 ECU를 통해 배터리(27)로부터 외부에서 전원을 인가 받아 로터부(33)를 구동시키는 역할을 하는 부분으로서, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 차체 측에 설치되어 상기 로터부(33) 주위에 반호 형상으로 이루어진 커버(31a)와, 상기 커버(31a) 내에 구비되어 상기 ECU(25)의 신호에 따라 자장을 형성하는 코일(31b)로 구성된다.

상기 코일(31b)은 코일의 굵기와 권선 수에 따라 전압이 달라지므로 로터(34)에 삽입되어 있는 영구자석(34a)의 자속을 일시적으로 넘어 설 수 있는 정도를 선택한다.

한편, 상기 로터부(33)가 두 개로 구성된 경우에 드라이버부(31)도 두 개를 나란히 구성하여 두 개의 로터부(33)를 각기 독립적으로 구성할 수도 있다. 본 실시예에서는 한 개의 로터부(33)를 구동시키기 위해 한 쌍의 드라이버부(31)가 마주보고 있는 구조를 제안하고 있으나, 상기 로터부(33)에 인가되는 전압이 부족할 경우 원통 형태의 드라이버부(31)의 구현도 가능하다. 이는 로터부(33)와의 연동을 통하여 결정해야 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

구동축의 밸런싱이 유지되는 정상 상태에서는 구동조정수단(30)의 드라이버부(31)가 작동하지 않게 되므로 로터부(33)의 영구자석(34a)의 자속에 의해 구동축(10)의 회전 중에도 자기 위치를 유지하며 함께 회전하게 된다.

이와 같은 상태에서 언밸런싱 상태가 발생되면, 타코 미터(21)와 액셀로미터(22)를 통해 구동축(10)의 진동 신호 및 차속 기준 신호가 ECU(25)에 입력된다. 이때 ECU(25)에서는 상기 두 신호에 준하여 회전체 밸런싱 기법인 영향계수법을 사용하여 불평형량의 크기와 위치를 계산한 다음, 드라이버부(31)를 구동하기 위한 제어신호를 출력하여 로터부(33)를 구동시켜 계산된 불평형량과 방향은 반대이고 크기는 같은 불평형량을 구현하면서 언밸런싱 상태를 해소하게 된다.

여기서, 상기 ECU(25)에 의해 드라이버부(31)에 전압이 인가되면, 영구자석(34a)의 자속 사이로 전자기력이 생성되어 윗부분의 자속 밀도는 감소하고 아랫부분의 자속밀도는 증가함에 따라 윗방향으로 힘을 갖게 된다. 영구 자석(34a)이 전자기력의 중간에 위치했을 때 드라이버부(31)에 전압을 끊으면 로터(34)는 관성에 의해 다음 영구자석(34a)으로 회전하게 된다.

상기 드라이버부(31)의 전압이 너무 높으면 로터(34)는 2회전하게 되고 너무 적으면 다시 제 자리로 돌아오게 된다. 따라서 순간적으로 드라이버부(31)에 높은 전압을 인가하여 로터(34)를 작동시켜야 한다.

이와 같은 방법으로 계산된 보정질량의 크기와 위치에 근사한 위치에 두 개의 로터(34)를 구동시켜 구동축(10)의 질량 불평형을 보정하여 밸런싱을 수행한다.

한편, 질량 불평형에 의한 원심력은 질량의 크기와 위치의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명에서 적용된 로터(34)에 삽입되어 있는 영구자석(34a)의 간격을 조밀하게 조정하면 보다 정밀한 밸런싱이 가능하게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치는, 구동축에 밸런싱 조정을 위한 전기 모터 방식의 구동조정수단이 설치되어 있기 때문에 주행 중에 자동으로 또는 운전자가 필요시 간단한 조작으로 언밸런싱 상태를 해소하여 차량의 승차감과 안정감, 내구성 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 구동축 밸런싱 장치가 도시된 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 구동축 밸런싱 장치의 구동조정수단이 도시된 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 구동축 밸런싱 장치의 구동조정수단이 도시된 횡단면도,

도 4는 본 발명에 따른 구동조정수단의 로터부의 로터가 도시된 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 구동조정수단의 로터부의 사이드 플레이트가 도시된 정면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동축 12 : 바퀴

21 : 타코미터 22 : 엑셀로미터

25 : ECU 27 : 배터리

30 : 구동조정수단 31 : 드라이버부

31a : 커버 31b : 코일

33 : 로터부 34 : 로터

34a : 영구자석 35 : 베어링

36 : 중간 플레이트 37 : 사이드 플레이트

38 : 로터 커버

Claims (8)

1. 구동축의 언밸런싱 상태를 감지하는 언밸런싱 감지수단과;

   상기 언밸런싱 감지수단의 신호를 입력받아 밸런싱을 위한 보정량을 계산하여 보정 제어 신호를 출력하는 ECU와;

   상기 구동축에 상대 회전 가능하게 장착된 로터부와, 차체에 구비되어 상기 ECU의 제어에 따라 상기 로터부에 회전 구동력을 발생시키는 드라이버부로 이루어져 구동축의 언밸런싱 상태를 해소하는 구동조정수단을 포함한 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 언밸런싱 감지수단은 구동축의 속도 기준 신호를 측정하는 타코미터(Tacometer)와, 구동축의 진동 신호를 측정하는 액셀로미터(Accelometer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 로터부는 복수개로 이루어지고, 상기 드라이버부는 상기 각 로터부를 각각 구동시킬 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 로터부는 복수 개의 로터와, 상기 로터 사이에 위치된 중간 플레이트와, 상기 로터의 양측면에 위치된 사이드 플레이트와, 상기 로터, 중간 플레이트, 사이드 플레이트의 외주면에 위치되는 비자성체의 로터 커버로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 로터는 상기 구동축에 베어링을 사이에 두고 장착되고, 원주 방향으로 일정 간격마다 영구 자석이 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 사이드 플레이트는 가운데 부분에 비자성 플레이트가 구비되고, 상기 비자성 플레이트의 외주면에 원주 방향으로 요철 구조로 결합된 자성 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 드라이버부는 차체측에 설치되는 커버와, 상기 커버 내에 구비되어 상기 ECU의 신호에 따라 자장을 형성하는 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 구동축 밸런싱 장치.
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