KR101484245B1 - 전동식 사륜 구동 시스템 - Google Patents

전동식 사륜 구동 시스템 Download PDF

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KR101484245B1 KR20130150697A KR20130150697A KR101484245B1 KR 101484245 B1 KR101484245 B1 KR 101484245B1 KR 20130150697 A KR20130150697 A KR 20130150697A KR 20130150697 A KR20130150697 A KR 20130150697A KR 101484245 B1 KR101484245 B1 KR 101484245B1
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정지열
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현대자동차 주식회사
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Abstract

전동식 사륜 구동 시스템이 개시된다. 개시된 전동식 사륜 구동 시스템은, 능동형 롤 제어장치를 장착하고 있는 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 것으로서, 전기 에너지에 의해 회전 동력을 발생시키며 그 회전 동력을 후륜으로 전달하는 구동 모듈과, 구동 모듈에 연결되며 구동 모듈의 회전 동력으로 유압을 발생시키고 그 유압을 능동형 롤 제어장치에 제공하는 유압 발생 기구를 포함할 수 있다.

Description

전동식 사륜 구동 시스템 {ELECTRIC 4 WHEEL DRIVE SYSTEM}
본 발명의 실시예는 전동식 사륜 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전륜 구동 방식 차량의 후륜에 전동력을 제공하는 전동식 사륜 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 사륜 구동장치(e-4WD)는 전륜 구동 방식(Front engine Front wheel drive:)을 갖는 차량의 후륜을 모터로 구동하여 4WD 기능과 HEV 기능을 동시에 얻을 수 있는 장치이다. 현재 일부의 자동차 메이커에서 실차에 적용하여 양산하고 있다.
전동식 사륜 구동장치를 채용한 차량은 전륜 측에 엔진과 변속기를 구비하고 있으며, 엔진의 기계적 에너지를 전기 에너지를 변환시키고 그 전기 에너지를 고전압 배터리로 충전하는 발전기를 구비하고 있다.
전동식 사륜 구동장치는 차량의 후륜 측에 구성되는 바, 고전압 배터리의 전원에 의해 구동하는 모터와, 모터의 회전동력을 감속하는 감속기를 구비한다. 모터와 감속기의 출력은 구동축을 통해 후륜에 전달될 수 있다.
이와 같이 전륜 구동 방식의 차량에 적용되는 전동식 사륜 구동장치는 프로펠라 샤프트의 삭제로 차량의 중량이 감소하게 되어 연비를 향상시킬 수 있고, 발진 및 주행 시 동력 손실의 최소화를 도모할 수 있다.
한편, 전동식 사륜 구동장치를 채용한 차량에는 차량의 롤을 능동적으로 제어하는 능동형 롤 제어장치를 구비할 수도 있다.
능동형 롤 제어장치는 유압을 이용한 액츄에이터의 작동으로 전륜 및 후륜 측 스태빌라이저 바의 강성을 조절하며, 차량의 조정 및 선회 안정성을 향상시킬 수 있다.
능동형 롤 제어장치는 전륜 및 후륜 측의 스태빌라이저 바에 설치되는 액츄에이터와, 액츄에이터에 유압을 제공하는 유압 펌프와, ECU의 제어신호에 따라 유압을 전륜 및 후륜 측의 액츄에이터로 각각 분배하는 밸브 블록을 구비한다.
그런데, 이와 같은 전동식 사륜 구동장치와 능동형 롤 제어장치는 전체적인 구성이 복잡하고, 차량의 제조 원가 및 중량을 증대시킴에 따라 차량의 상품성을 저해하는 요인으로 작용하고 있다.
본 발명의 실시예들은 능동형 롤 제어장치의 작동을 가능케 하면서 그 능동형 롤 제어장치와의 부품 통합을 구현할 수 있도록 한 전동식 사륜 구동 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템은, 능동형 롤 제어장치를 장착하고 있는 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 것으로서, 전기 에너지에 의해 회전 동력을 발생시키며 그 회전 동력을 후륜으로 전달하는 구동 모듈과, 상기 구동 모듈에 연결되며 상기 구동 모듈의 회전 동력으로 유압을 발생시키고 그 유압을 상기 능동형 롤 제어장치에 제공하는 유압 발생 기구를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 유압 발생 기구는 상기 구동 모듈에 일체로 구성되는 펌프유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 펌프유닛은 펌프실을 지닌 펌프 바디와, 상기 구동 모듈의 출력 측에 연결되며 상기 펌프 바디에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 설치되며 상기 펌프실에서 유압을 발생시키는 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 구동 모듈은 모터와, 상기 모터와 연결되는 감속기구를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 펌프유닛은 펌프실을 지닌 펌프 바디와, 상기 감속기구와 연결되며 상기 펌프 바디에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 설치되며 상기 펌프실에서 유압을 발생시키는 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 회전 샤프트는 벨트를 통해 상기 감속기구의 출력축과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 펌프유닛은 상기 능동형 롤 제어장치의 밸브 블록에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전동식 사륜 구동 시스템에 있어서, 상기 모터는 좌우 측의 후륜으로 회전 동력을 분배하는 인라인 모터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들은 능동형 롤 제어장치의 작동을 가능케 하면서 그 능동형 롤 제어장치와의 부품 통합을 구현할 수 있으므로, 차량의 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있으며, 이로 인해 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템에 적용되는 구동 모듈을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템에 적용되는 유압 발생 기구의 펌프유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)은 엔진의 회전력을 주동력으로 하고, 전기 에너지에 의해 구동되는 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)은 엔진과 변속기 등이 전륜 측에 구비되는 전륜 구동 방식의 차량에서, 후륜 측에 구성되며 모터의 회전 동력으로 후륜을 구동시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)은 하나의 모터로서 좌우 측의 후륜을 구동시키는 인라인 방식으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)을 채용하고 있는 전륜 구동 방식의 차량에는 엔진의 잉여 동력인 기계적 에너지를 전기 에너지를 변환시키는 발전기(1)를 전륜 측에 구비하고 있다. 그리고, 상기한 전륜 구동 방식의 차량에는 발전기(1)에서 발생된 전기 에너지를 저장하며 그 전기 에너지를 모터에 공급하는 고전압 배터리(3)를 구비하고 있다.
더 나아가, 상기한 전륜 구동 방식의 차량에는 유압으로서 전륜 및 후륜 측 스태빌라이저 바의 강성을 조절하며, 차량의 조정 및 선회 안정성을 향상시키기 위한 유압식 능동형 롤 제어장치(200)를 구비하고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)은 능동형 롤 제어장치(200)의 작동을 가능케 하면서 그 능동형 롤 제어장치(200)와의 부품 통합으로 원가 절감 및 효율 향상을 도모할 수 있는 구조로 이루어진다.
즉, 본 발명의 실시예는 능동형 롤 제어장치(200)와 통합된 구조로서, 능동형 롤 제어장치(200)의 작동 매체인 유압을 발생시킬 수 있는 전동식 사륜 구동 시스템(100)을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)은 기본적으로 구동 모듈(10)과 유압 발생 기구(50)를 포함하고 있다.
구동 모듈(10)은 ECU(7)의 제어 신호에 따라 고전압 배터리(3)로부터 전원을 인가받아 구동한다. 즉, 구동 모듈(10)은 고전압 배터리(3)의 직류 전원을 U, V, W 상의 3상 교류 전원으로 변환시키는 인버터(9)로부터 교류 전원을 인가받아 구동할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템에 적용되는 구동 모듈을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 구동 모듈(10)은 인버터(9: 도 1 참조)로부터 교류 전원을 인가받아 회전 동력을 발생시키는 모터(11)를 포함한다. 모터(11)는 회전자의 중심에 중공축(13)이 구비된 중공형 모터로서 구비된다. 더 나아가, 모터(11)는 좌우 측의 후륜으로 회전 동력을 분배하는 인라인 모터(14)로서 구비될 수 있다.
여기서, 중공축(13)의 중공에는 일측의 후륜과 연결되는 제1 후륜 구동축(15)이 배치된다. 이 경우 제1 후륜 구동축(15)은 차동기구(17)에 연결되며, 그 차동기구(17)에는 다른 일측 후륜의 제2 후륜 구동축(19)이 연결된다.
그리고 모터(11)의 중공축(13)에는 그 중공축(13)으로부터 전달되는 회전 동력을 감속하여 차동기구(17)로 전달하는 감속기구(23)가 설치되며, 제2 후륜 구동축(19)에는 중공축(13)으로부터 전달되는 동력을 선택적으로 차단하기 위한 클러치(25)가 설치된다.
이러한 구동 모듈(10)의 모터(11), 감속기구(23) 및 클러치(25) 등은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 모터(11), 감속기구(23) 및 클러치(25) 등의 더욱 자세한 결합 구조는 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 유압 발생 기구(50)는 구동 모듈(10)과 연결되며 그 구동 모듈(10)의 회전 동력으로 유압을 발생시키고 그 유압을 위에서 언급한 바 있는 능동형 롤 제어장치(200)에 제공하기 위한 것이다.
한편, 능동형 롤 제어장치(200)는 전륜 및 후륜 측의 스태빌라이저 바에 설치되는 각각의 액츄에이터(101)와, 본 발명의 실시예에 의한 유압 발생 기구(50)를 통해 제공되는 유압을 ECU(103)의 제어신호에 따라 전륜 및 후륜 측의 액츄에이터(101)로 각각 분배하는 밸브 블록(105)를 포함한다.
여기서, 액츄에이터(101)는 유압 실린더를 포함할 수 있고, 밸브 블록(105)은 ECU(103)의 제어신호에 의해 작동하는 각종 유압 제어 밸브들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 유압 발생 기구(50)는 구동 모듈(10)에 일체로 구성되는 펌프유닛(61)을 포함한다.
펌프유닛(61)은 리저버(도면에 도시되지 않음)에 저장된 오일을 흡입하여 유압을 발생시키고 그 유압을 능동형 롤 제어장치(200)의 밸브 블록(105)으로 제공하기 위한 것이다. 이러한 펌프유닛(61)은 구동 모듈(10)의 출력 측과 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템에 적용되는 유압 발생 기구의 펌프유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 펌프유닛(61)은 펌프실을 지닌 펌프 바디(63)를 포함한다. 펌프 바디(63)에는 오일을 흡입하는 흡입구(65)와, 오일을 토출하는 토출구(67)를 형성하고 있다. 흡입구(65)는 오일 흡입라인(66)을 통해 위에서 언급한 바 있는 리저버와 연결되며, 토출구(67)는 오일 토출라인(68)을 통해 능동형 롤 제어장치(200)의 밸브 블록(105)과 연결될 수 있다.
펌프 바디(63)에는 베어링(72)을 통해 회전 샤프트(71)가 회전 가능하게 설치되는데, 이 회전 샤프트(71)는 구동 모듈(10)의 출력 측인 감속기구(23)와 연결된다. 이 때 회전 샤프트(71)는 벨트(73)를 통해 감속기구(23)의 출력축과 연결될 수 있다.
그리고, 회전 샤프트(71)에는 펌프 바디(63)의 펌프실에서 유압을 발생시키는 임펠러(75)가 설치된다. 임펠러(75)는 회전 샤프트(71)가 감속기구(23)로부터 회전 동력을 전달받아 회전할 때, 펌프 바디(63)의 펌프실에서 오일을 흡입하는 흡입 압력 및 오일을 토출하는 토출 압력을 발생시킨다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)의 작동 및 작용 효과를 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 구동 모듈(10)을 사용한 구동 모드 또는 회생 제동 모드의 경우, ECU(7)를 통해 고전압 배터리(3) 및 인버터(9)에 제어신호를 인가하여 구동 모듈(10)의 모터(11)에 전원을 인가한다.
그러면, 모터(11)에서는 회전 동력을 발생시키게 되고, 그 회전 동력은 감속기구(23)를 통해 좌후 측의 후륜으로 전달되면서 후륜을 구동시킬 수 있다.
이러는 과정에 감속기구(23)의 회전 동력은 벨트(73)를 통해 유압 발생 기구(50)의 펌프유닛(61)으로 제공된다. 이에 펌프유닛(61)의 회전 샤프트(71)는 벨트(73)를 통해 감속기구(23)의 회전 동력을 전달받아 회전을 하게 된다.
그러면, 펌프 바디(63)의 펌프실에서는 회전 샤프트(71)의 회전으로 임펠러(75)가 회전을 하면서 오일을 흡입하는 흡입 압력과 오일을 토출하는 토출 압력을 발생시킨다.
따라서, 리저버(도면에 도시되지 않음)에 저장된 오일은 흡입 압력에 의해 펌프 바디(63)의 흡입구(65)를 통하여 펌프실로 흡입되고, 그 펌프실로 흡입된 오일은 토출 압력에 의해 토출구(67)를 통하여 토출된다.
이렇게 펌프 바디(63)에서 토출된 오일은 소정의 유압을 유지한 상태로 오일 토출라인(68)을 통해 능동형 롤 제어장치(200)의 밸브 블록(105)으로 공급될 수 있다.
한편, 능동형 롤 제어장치(200)를 통해 차량의 롤을 제어하고자 하는 경우, 본 발명의 실시예에서는 ECU(103)를 통해 롤 제어장치(200)의 밸브 블록(105)에 제어신호를 인가한다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 펌프유닛(61)에 의해 밸브 블록(105)에 작용하고 있는 유압을 그 밸브 블록(105)의 작동으로 전륜 및 후륜 측 스태빌라이저 바의 액츄에이터(101)에 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 유압에 의해 작동하는 액츄에이터(101)를 통하여 스태빌라이저 바의 강성을 조절하면서 차량의 조정 및 선회 안정성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동식 사륜 구동 시스템(100)에 의하면, 구동 모듈(10)에 유압 발생 기구(50)를 일체화함으로써 구동 모듈(10)의 회전 동력으로서 유압 발생 기구(50)를 통해 유압을 발생시키고 그 유압을 능동형 롤 제어장치(200)에 제공하며 액츄에이터(101)를 작동시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 능동형 롤 제어장치(200)의 작동을 가능케 하면서 그 능동형 롤 제어장치(200)와의 부품 통합을 구현할 수 있으므로, 차량의 제조 원가 및 중량을 절감할 수 있으며, 결과적으로는 차량의 상품성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 발전기 3... 고전압 배터리
7, 103... ECU 9... 인버터
10... 구동 모듈 11... 모터
13... 중공축 14... 인라인 모터
15... 제1 후륜 구동축 17... 차동기구
19... 제2 후륜 구동축 23... 감속기구
25... 클러치 50... 유압 발생 기구
61... 펌프유닛 63... 펌프 바디
65... 흡입구 67... 토출구
71... 회전 샤프트 73... 벨트
75... 임펠러 101... 액츄에이터
105... 밸브 블록 200... 능동형 롤 제어장치

Claims (8)

  1. 능동형 롤 제어장치를 장착하고 있는 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 전동식 사륜 구동 시스템으로서,
    전기 에너지에 의해 회전 동력을 발생시키며 그 회전 동력을 후륜으로 전달하는 구동 모듈; 및
    상기 구동 모듈에 연결되며, 상기 구동 모듈의 회전 동력으로 유압을 발생시키고 그 유압을 상기 능동형 롤 제어장치에 제공하는 유압 발생 기구
    를 포함하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유압 발생 기구는,
    상기 구동 모듈에 일체로 구성되는 펌프유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 펌프유닛은,
    펌프실을 지닌 펌프 바디와,
    상기 구동 모듈의 출력 측에 연결되며, 상기 펌프 바디에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트와,
    상기 회전 샤프트에 설치되며 상기 펌프실에서 유압을 발생시키는 임펠러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은,
    모터와, 상기 모터와 연결되는 감속기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 펌프유닛은,
    펌프실을 지닌 펌프 바디와,
    상기 감속기구와 연결되며, 상기 펌프 바디에 회전 가능하게 설치되는 회전 샤프트와,
    상기 회전 샤프트에 설치되며 상기 펌프실에서 유압을 발생시키는 임펠러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 회전 샤프트는 벨트를 통해 상기 감속기구의 출력축과 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 펌프유닛은 상기 능동형 롤 제어장치의 밸브 블록에 연결되는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 모터는 좌우 측의 후륜으로 회전 동력을 분배하는 인라인 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 사륜 구동 시스템.
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