KR101345954B1 - 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 4륜 구동시에 모터 속도를 후륜의 회전속도와 동기화시킨 후에 클러치가 아닌 디스커넥터를 이용하여 후륜으로 동력을 전달함으로써 구동력 손실을 상대적으로 극소화시킬 수 있는, 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치에 관한 것으로서,
회전동력을 발생시키기 위한 제1 모터와, 상기한 제1 모터의 내부에 관통 설치되어 있으며 일단이 제2 허브에 연결되어 있는 모터 이너샤프트와, 상기한 모터 이너샤프트의 타단에 연결되어 있는 감속기어군과, 상기한 모터 이너샤프트에 1차 차동기어가 연결되어 있고 상기한 감속기어군에 차동 케이스가 연결되어 있는 차동장치와, 일단이 상기한 차동장치의 2차 차동기어에 연결되어 있으며 타단이 제1 허브와 연결 또는 분리되는 디스커넥터 샤프트와, 휠회전속도를 감지하기 위한 휠속도 센서와, 후륜을 구동하고자 하는 경우에 휠회전속도와 제1 모터의 회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 같은 경우에 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결하기 위한 신호를 출력하는 제어부와, 상기한 제어부에 연결되어 있는 모터 구동부와, 상기한 모터 구동부에 연결되어 있는 제2 모터와, 상기한 제2 모터에 연결되어 있는 시프트 포크와, 상기한 시프트 포크에 연결되어 있으며 상기한 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결 또는 분리하기 위한 슬리브를 포함하여 포함하여 이루어진다.

Description

4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치{Driving device for rear wheels of 4 Wheel Driving Electric Vehicle}
이 발명은 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 4륜 구동시에 모터 속도를 후륜의 회전속도와 동기화시킨 후에 클러치가 아닌 디스커넥터 샤프트를 이용하여 후륜으로 동력을 전달함으로써 구동력 손실을 상대적으로 극소화시킬 수 있는, 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 4바퀴 차량은 구동방식에 따라서 2륜구동 방식과 4륜구동 방식으로 나눌 수 있다.
우선, 2륜구동 방식의 차량에 대하여 설명하면, 2륜구동 차량은 엔진과 변속기의 위치가 실제 구동륜의 위치에 따라 RR(Rear Engine Rear Drive), FF(Front Engine Front Drive), FR(Front Engine Rear Drive) 방식 등으로 나눌 수 있다.
상기한 RR 방식은 오늘날 일반적인 승용, SUV 타입의 차량보다는 스포츠카 등에만 쓰이고 있으므로, 일반적으로 2륜구동 방식의 차량은 크게 FF 방식과 FR 방식으로 볼 수 있다.
상기한 FF 방식과 FR 방식의 차량은 엔진과 변속기가 모두 차량의 앞쪽에 설치되는 반면, 그 배치 구조가 상이하다. 즉, 상기한 FF 방식의 차량은 엔진과 변속기가 보통 차량의 측방향으로 배치되어 변속기와 일체로 이루어진 디퍼런셜(Differential)을 통해서 전륜으로 동력전달이 되는 구조를 가지며, 상기한 FR 방식의 차량은 일반적으로 엔진과 변속기가 차량의 전후 방향을 따라 배치되고 변속기로부터 추진축을 통해서 후륜까지의 동력전달이 가능한 구조를 가진다.
다음으로, 4륜구동 방식의 차량에 대하여 설명하면, 4륜구동 방식의 차량은 엔진의 구동력을 4바퀴에 적절하게 공급하기 위하여 클러치와 변속장치 및 디퍼런셜 등을 적용하고 있으며, 상기 변속장치의 변속 방식에 따라 수동조작에 의해 전륜으로 가는 동력을 단속하는 파트 타임(part time)방식과, 항상 4륜 구동 상태를 유지하는 풀 타임(full time: 혹은 상시사륜)방식으로 구분 가능하다.
4륜구동 방식의 차량에서는 엔진으로부터 전달되는 동력을 전륜과 후륜으로 분배하게 되는데, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차에서는 후륜이 엔진으로부터 동력을 분배받는 것이 아니라 별도의 모터로부터 발생되는 동력을 이용하는 구조로 이루어진다.
도 1은 종래의 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 사시도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 구성은, 차량 주행을 위한 회전 동력을 발생시키는 모터(1)와, 상기한 모터(1)의 회전축에 연결되어 있는 1차 구동기어(2)와, 상기한 1차 구동기어(2)와 기어결합되어 있는 1차 종동기어(3)와, 상기한 1차 종동기어(3)와 동축상에 결합되어 있는 2차 구동기어(4)와, 상기한 2차 구동기어(4)와 기어결합되어 있는 2차 종동기어(5)와, 상기한 2차 종동기어(5)와 동축상에 결합되어 동력을 전달 또는 차단하는 클러치(6)와, 상기한 클러치(6)에 연결되어 양바퀴로 동력을 전달하는 차동기어(7)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한 종래의 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 작용은 다음과 같다.
모터(1)가 작동되면 모터(1)로부터 발생되는 동력이 1차 구동기어(2)로 전달되고, 상기한 1차 구동기어(2)와 기어결합되어 있는 1차 종동기어(3)에 의해 1차적으로 감속된다.
1차 종동기어(3)에 의해 1차적으로 감속된 동력은, 상기한 1차 종동기어(3)와 동축상에 결합되어 있는 2차 구동기어(4)로 전달되고, 상기한 2차 구동기어(4)와 기어결합되어 있는 2차 종동기어(5)에 의해 2차적으로 감속된다.
2차 종동기어(5)에 의해 2차적으로 감속된 동력은, 상기한 2차 종동기어(5)와 동축상에 결합되어 동력을 전달 또는 차단하는 클러치(6)로 전달되는데, 전륜구동 모터(도시되지 않음) 또는 엔진(도시되지 않음)으로 부터 발생되는 동력에 의해서 전륜이 구동되어 주행을 하다가 4륜 주행을 하기 위하여 상기한 클러치(6)에 의해 동력이 전달되면, 상기한 클러치(6)에 연결되어 있는 차동기어(7)에 의해 후륜 양바퀴로 동력이 전달됨으로써 4륜 구동이 이루어지게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치는, 클러치를 이용하여 동력을 전달하기 때문에 클러치 내부에 있는 마찰 플레이트간의 슬립으로 인한 구동력 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 4륜 구동시에 모터 속도를 후륜의 회전속도와 동기화시킨 후에 클러치가 아닌 디스커넥터 샤프트를 이용하여 후륜으로 동력을 전달함으로써 구동력 손실을 상대적으로 극소화시킬 수 있는, 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 회전동력을 발생시키기 위한 제1 모터와, 상기한 제1 모터의 내부에 관통 설치되어 있으며 일단이 제2 허브에 연결되어 있는 모터 이너샤프트와, 상기한 모터 이너샤프트의 타단에 연결되어 있는 감속기어군과, 상기한 모터 이너샤프트에 1차 차동기어가 연결되어 있고 상기한 감속기어군에 차동 케이스가 연결되어 있는 차동장치와, 일단이 상기한 차동장치의 2차 차동기어에 연결되어 있으며 타단이 제1 허브와 연결 또는 분리되는 디스커넥터 샤프트와, 휠회전속도를 감지하기 위한 휠속도 센서와, 후륜을 구동하고자 하는 경우에 휠회전속도와 제1 모터의 회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 같은 경우에 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결하기 위한 신호를 출력하는 제어부와, 상기한 제어부에 연결되어 있는 모터 구동부와, 상기한 모터 구동부에 연결되어 있는 제2 모터와, 상기한 제2 모터에 연결되어 있는 시프트 포크와, 상기한 시프트 포크에 연결되어 있으며 상기한 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결 또는 분리하기 위한 슬리브를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 감속기어군은, 상기한 모터 이너샤프트의 타단에 고정장착되어 있는 1차 구동기어와, 상기한 1차 구동기어에 기어결합되어 있는 1차 종동기어와, 상기한 1차 종동기어의 회전축에 동축결합되어 있는 2차 구동기어와, 상기한 2차 구동기어와 차동 케이스의 사이에 기어결합되어 있는 2차 종동기어를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 제2 모터는 리니어 모터로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 제어부는 휠속도 센서를 통해서 입력되는 휠회전속도와 제1 모터의 내부센서로부터 입력되는 모터회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 서로 같게 될 때까지 제1 모터의 RPM을 제어하면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 제1 허브와 디스커넥터 샤프트가 서로 연결되고 되고 나면 제어부는 제1 모터에 대하여 RPM 제어에서 토크 제어로 전환하면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 제1 허브와 디스커넥터 샤프트가 서로 연결되고 되고 나면 제1 모터에 의한 모터 이너샤프트의 회전동력이 차동장치의 차동기어들을 통해 직접적으로 디스커넥터 샤프트로 전달이 되면 바람직하다.
이 발명은, 4륜 구동시에 모터 속도를 후륜의 회전속도와 동기화시킨 후에 클러치가 아닌 디스커넥터 샤프트를 이용하여 후륜으로 동력을 전달함으로써 구동력 손실을 상대적으로 극소화시킬 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 사시도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 단면 구성도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. 또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 단면 구성도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 구성은, 회전동력을 발생시키기 위한 제1 모터(11)와, 상기한 제1 모터(11)의 내부에 관통 설치되어 있으며 일단이 제2 허브에 연결되어 있는 모터 이너샤프트(16)와, 상기한 모터 이너샤프트(16)의 타단에 고정장착되어 있는 1차 구동기어(12)와, 상기한 1차 구동기어(12)에 기어결합되어 있는 1차 종동기어(13)와, 상기한 1차 종동기어(13)의 회전축에 동축결합되어 있는 2차 구동기어(14)와, 상기한 2차 구동기어(14)에 기어결합되어 있는 2차 종동기어(15)와, 상기한 모터 이너샤프트(16)에 1차 차동기어가 연결되어 있고 상기한 2차 종동기어(15)에 차동 케이스(17a)가 연결되어 있는 차동장치(17)와, 일단이 상기한 차동장치(17)의 2차 차동기어에 연결되어 있으며 타단이 제1 허브(19)와 연결 또는 분리되는 디스커넥터 샤프트(18)와, 휠회전속도를 감지하기 위한 휠속도 센서(20)와, 후륜을 구동하고자 하는 경우에 휠회전속도와 모터회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 같은 경우에 디스커넥터 샤프트(18)와 제1 허브(19)를 연결하기 위한 신호를 출력하는 제어부(21)와, 상기한 제어부(21)에 연결되어 있는 모터 구동부(22)와, 상기한 모터 구동부(22)에 연결되어 있는 제2 모터(23)와, 상기한 제2 모터(23)에 연결되어 있는 시프트 포크(24)와, 상기한 시프트 포크(24)에 연결되어 있으며 상기한 디스커넥터 샤프트(18)와 제1 허브(19)를 연결 또는 분리하기 위한 슬리브(25)를 포함하여 이루어진다.
상기한 제2 모터(23)는 리니어 모터로 이루어진다.
상기한 차동장치(17)의 차동 케이스(17a)에는 2차 종동기어(15)와 기어결합되는 링기어가 형성되는 구조로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치의 작용은 다음과 같다.
4륜구동 전기 자동차가 전륜에 의해서만 구동되고 있는 경우에, 즉 후륜이 종동륜으로서 동작할 때, 슬리브(25)는 제1 허브(19)와 디스커넥터 샤프트(18)를 서로 연결하지 않음으로써 디스커넥터 샤프트(18)의 회전동력이 제1 허브(19)로 전달되지 않도록 한다. 이에 따라 제1 모터(11)와 감속 기어군(12, 13, 14, 15)의 저항에 의한 동력손실을 방지할 수 있게 됨으로써 연비를 개선할 수 있게 된다.
4륜구동을 위하여 후륜을 구동하고자 하는 경우에, 즉 후륜이 구동륜으로서 동작하고자 하는 경우에, 제어부(21)는 모터 구동부(22)를 통하여 제1 모터(11)를 구동한다. 이와 같이 제1 모터(11)가 구동되면 모터(11)의 회전동력이 1차 구동기어(12)와, 1차 종동기어(13)와, 2차 구동기어(14)와, 2차 종동기어(15)를 거치면서 감속이 되어 차동장치(17)의 차동 케이스를 회전시킴으로써 디스커넥터 샤프트(18)가 회전되도록 한다. 다음에, 제어부(21)는 휠속도 센서(20)를 통해서 입력되는 휠회전속도와 제1 모터(11)의 내부센서로부터 입력되는 모터회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 서로 같게 될 때까지 제1 모터(11)의 RPM을 제어한다.
휠회전속도와 모터회전속도가 서로 같게 동기화되면 제어부(21)는 제2 모터(23)를 구동하여 시프트 포크(24)에 의해 슬리브(25)가 디스커넥터 샤프트(18)로 약간 이동되도록 하여 제1 허브(19)와 디스커넥터 샤프트(18)를 서로 연결함으로써 디스커넥터 샤프트(18)의 회전동력이 제1 허브(19)로 전달되도록 한다.
이와 같이 제1 허브(19)와 디스커넥터 샤프트(18)가 서로 연결되고 되고 나면 제어부(21)는 제1 모터(11)에 대하여 RPM 제어에서 토크 제어로 전환하게 되고, 토크제어 차동장치(17)의 입장에서 볼 때 제1 차동기어와 제 차동기어의 속도차이가 없기 때문에 제1 모터(11)에 의한 모터 이너샤프트(16)의 회전동력이 제2 허브로 전달될 뿐만 아니라 차동장치(17)의 차동기어들을 통해 직접적으로 디스커넥터 샤프트(18)로 전달되어 제1 허브(19)로 전달이 됨으로써 후륜이 구동되도록 한다.
이와 같이 4륜 구동시에 제1 모터(11)의 회전 속도를 후륜의 회전속도와 동기화시킨 후에 클러치가 아닌 디스커넥터 샤프트(18)를 이용하여 후륜으로 동력을 전달함으로써 구동력 손실을 상대적으로 극소화시킬 수 있다.
11 : 제1 모터 16 : 모터 이너 샤프트
17 : 차동장치 18 : 디스커넥터 샤프트
19 : 제1 허브 20 : 휠속도 센서
21 : 제어부 22 : 모터 구동부
23 : 제2 모터 24 : 시프트 포크
25 : 슬리브

Claims (6)

  1. 회전동력을 발생시키기 위한 제1 모터와,
    상기한 제1 모터의 내부에 관통 설치되어 있으며 일단이 제2 허브에 연결되어 있는 모터 이너샤프트와,
    상기한 모터 이너샤프트의 타단에 연결되어 있는 감속기어군과,
    상기한 모터 이너샤프트에 1차 차동기어가 연결되어 있고 상기한 감속기어군에 차동 케이스가 연결되어 있는 차동장치와,
    일단이 상기한 차동장치의 2차 차동기어에 연결되어 있으며 타단이 제1 허브와 연결 또는 분리되는 디스커넥터 샤프트와,
    휠회전속도를 감지하기 위한 휠속도 센서와,
    후륜을 구동하고자 하는 경우에 휠회전속도와 제1 모터의 회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 같은 경우에 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결하기 위한 신호를 출력하는 제어부와,
    상기한 제어부에 연결되어 있는 모터 구동부와,
    상기한 모터 구동부에 연결되어 있는 제2 모터와,
    상기한 제2 모터에 연결되어 있는 시프트 포크와,
    상기한 시프트 포크에 연결되어 있으며 상기한 디스커넥터 샤프트와 제1 허브를 연결 또는 분리하기 위한 슬리브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 감속기어군은,
    상기한 모터 이너샤프트의 타단에 고정장착되어 있는 1차 구동기어와,
    상기한 1차 구동기어에 기어결합되어 있는 1차 종동기어와,
    상기한 1차 종동기어의 회전축에 동축결합되어 있는 2차 구동기어와,
    상기한 2차 구동기어와 차동 케이스의 사이에 기어결합되어 있는 2차 종동기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 제2 모터는 리니어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 제어부는 휠속도 센서를 통해서 입력되는 휠회전속도와 제1 모터의 내부센서로부터 입력되는 모터회전속도를 비교하여 휠회전속도와 모터회전속도가 서로 같게 될 때까지 제1 모터의 RPM을 제어하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 제1 허브와 디스커넥터 샤프트가 서로 연결되고 되고 나면 제어부는 제1 모터에 대하여 RPM 제어에서 토크 제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기한 제1 허브와 디스커넥터 샤프트가 서로 연결되고 되고 나면 제1 모터에 의한 모터 이너샤프트의 회전동력이 차동장치의 차동기어들을 통해 직접적으로 디스커넥터 샤프트로 전달이 되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 전기 자동차용 후륜 구동장치.
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