KR101862979B1 - 평판형 인휠모터 - Google Patents

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KR101862979B1
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Abstract

전기자동차의 구동 바퀴에 장착하는 모터가 제공된다. 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR)는 샤프트에 연결되고 다수의 제1 자성체들을 갖는 로터(rotor)를 구비할 수 있다. 상기 로터에 인접하고 다수의 제2 자성체들을 갖는 스테이터(stator)가 배치될 수 있다. 상기 로터는 평판 모양 또는 디스크 모양일 수 있다. 상기 제1 자성체들의 각각은 상기 로터의 일면에 상기 제2 자성체들 중 대응하는 하나와 마주보게 배열될 수 있다.

Description

평판형 인휠모터 {PLAT TYPE IN-WHEEL MOTOR}
본 발명은 전기자동차의 구동 바퀴에 장착하는 모터에 관한 것이다.
전기자동차용 전기모터의 동력 효율을 향상하기 위한 다양한 기술이 연구되고 있다. 모터의 크기를 축소하고 동력 효율을 높이는데 있어서 여러 가지 한계에 직면하고 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예가 해결하려는 과제는 경-박-단-소화된 고효율의 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR)를 제공하는 것이다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR)는 샤프트에 연결되고 다수의 제1 자성체들을 갖는 제1 로터(rotor)를 포함한다. 상기 제1 로터에 인접하고 다수의 제2 자성체들을 갖는 스테이터(stator)가 배치된다. 상기 제1 로터는 평판 모양 또는 디스크 모양일 수 있다. 상기 제1 자성체들의 각각은 상기 제1 로터의 일면에 상기 제2 자성체들 중 대응하는 하나와 마주보게 배열될 수 있다.
상기 제1 자성체들의 각각은 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 제2 자성체들의 각각은 전자석을 포함할 수 있다.
상기 스테이터는 연결자로를 포함할 수 있다. 상기 제2 자성체들의 각각은 상기 연결자로에 장착된 돌출부 및 상기 돌출부의 측면에 형성된 권선부를 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 상기 제1 자성체들 중 대응하는 하나와 마주보게 배열될 수 있다.
상기 연결자로의 적어도 일부분에 보조 권선부가 형성될 수 있다.
상기 샤프트에 연결되고 상기 다수의 제1 자성체들을 갖는 제2 로터가 제공될 수 있다. 상기 스테이터는 상기 제1 로터 및 상기 제2 로터 사이에 배치될 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따르면, 타이어 휠 내부 공간 중 원통 전면부를 최대한 활용하는 평판형 인-휠 모터가 제공될 수 있다. 타이어 휠의 원통 전면부 전체가 전자석과 영구자석으로 대면하는 구조는 모터의 동력인 토크를 높히고, 차량 축과 직결하여 동력 효율을 높일 수 있는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 인-휠 모터에서 원통 전면부에 전자석을 배치하고, 영구자석과 대면하는 구조는 모터의 동작 공간을 넓은 면적으로 하여 공간 활용성에 의한 모터의 용량을 증가시키고, 타이어 허브와 차축 휠이 직결하는 고효율 인-휠 모터를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 구성도 이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 스테이터를 설명하기 위한 사시도 이다.
도 5는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 로터를 설명하기 위한 평면도 이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특장점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해 질 것이다.
참고로, 여기에서 게시되는 실시 예는 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것 일뿐, 이러한 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시 예에만 의하여 한정되거나 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.
타이어에 장착하는 모터는 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 적용되는 기술로서 가솔린 자동차에서의 엔진-샤프트를 통한 동력 전달 체계가 바퀴의 회전으로 구동하는 방식과는 다르게 타이어 휠 내부 또는 인접하게 설치된 모터에 의해 동력이 타이어 휠에 직접 전달되도록 하는 기술이다. 이러한 기술의 한계로는 모터의 용량 증가가 커다란 관건이다. 모터의 용량을 크게 하기 위해서는 모터 길이나 축 반경을 확대해야 하지만 차량의 바퀴 축에 대비되는 차량 구조가 상이하여 불편함이 있다.
도 1 은 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 구성도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터는 스테이터(stator; 고정자; 100), 제1 로터(rotor; 회전자; 200), 및 제2 로터(300)를 포함할 수 있다. 상기 제1 로터(200) 및 상기 제2 로터(300)는 바퀴(도시하지 않음)에 동력을 전달하는 샤프트(400)와 결합될 수 있다. 상기 제1 로터(200) 및 상기 제2 로터(300)의 각각은 평판 모양 또는 디스크 모양일 수 있다. 상기 스테이터(100)는 상기 제1 로터(200) 및 상기 제2 로터(300)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 스테이터(100)는 바디 또는 차체에 고정될 수 있다. 상기 샤프트(400)는 상기 스테이터(100)를 관통할 수 있다. 상기 스테이터(100) 및 상기 샤프트(400) 사이에 베어링(401)이 삽입될 수 있다. 상기 베어링(401)은 상기 스테이터(100) 및 상기 샤프트(400) 사이의 동력 전달을 차단하는 역할을 할 수 있다.
상기 스테이터(100)는 연결자로(131), 제1 전자석(110), 제2 전자석(120), 및 상기 베어링(401)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전자석(110)은 제1 전자석 상단부(111), 제1 전자석 하단부(112), 제1 전자석 상권선부(113), 및 제1 전자석 하권선부(114)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전자석(120)은 제2 전자석 상단부(121), 제2 전자석 하단부(122), 제2 전자석 상권선부(123), 및 제2 전자석 하권선부(124)를 포함할 수 있다.
상기 제1 로터(200)의 일면에 제1 영구자석 상단부(211) 및 제2 영구자석 상단부(221)가 배치될 수 있다. 상기 제1 영구자석 상단부(211)은 상기 제1 전자석 상단부(111)와 마주보게 형성될 수 있다. 상기 제2 영구자석 상단부(221)는 상기 제2 전자석 상단부(121)와 마주보게 형성될 수 있다.
상기 제2 로터(300)의 일면에 제1 영구자석 하단부(311) 및 제2 영구자석 하단부(321)가 배치될 수 있다. 상기 제1 영구자석 하단부(311)은 상기 제1 전자석 하단부(112)와 마주보게 형성될 수 있다. 상기 제2 영구자석 하단부(321)는 상기 제2 전자석 하단부(122)와 마주보게 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 스테이터를 설명하기 위한 사시도 이다.
도 2를 참조하면, 상기 스테이터(100)는 연결자로(131, 132, 141), 제1 전자석(110), 제2 전자석(120), 및 베어링(401)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전자석(110)은 제1 전자석 상단부(111), 제1 전자석 하단부(112), 제1 전자석 상권선부(113), 및 제1 전자석 하권선부(114)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전자석(120)은 제2 전자석 상단부(121), 제2 전자석 하단부(122), 제2 전자석 상권선부(123), 및 제2 전자석 하권선부(124)를 포함할 수 있다. 상기 연결자로(131, 132, 141)는 제1 연결자로(131), 제2 연결자로(132), 및 스테이터 지지대(141)을 포함할 수 있다. 상기 권선부들(113, 114, 123, 124)은 전원 공급 장치(10)에 접속될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 스테이터(100)는 연결자로(131, 132, 141), 제1 전자석(110), 제2 전자석(120), 제1 연결자로 권선부(133), 제2 연결자로 권선부(134), 스테이터 지지대(141), 및 베어링(401)을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 스테이터(100)는 연결자로(131, 132, 140), 제1 전자석(110), 제2 전자석(120), 및 베어링(401)을 포함할 수 있다. 상기 연결자로(131, 132, 140)는 제1 연결자로(131), 제2 연결자로(132), 및 제3 연결자로(140)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전자석(110)은 제1 전자석 상단부(111) 및 제1 전자석 상권선부(113)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전자석(120)은 제2 전자석 상단부(121) 및 제2 전자석 상권선부(123)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 인-휠 모터의 로터(591)를 설명하기 위한 평면도 이다. 상기 로터(591)는 제1 내지 제12 영구자석들(511, 512, 513, 514, 521, 522, 523, 524, 531, 532, 533, 534)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 다시 참조하면, 상기 제1 영구자석 상단부(211), 상기 제2 영구자석 상단부(221), 상기 제1 영구자석 하단부(311), 상기 제2 영구자석 하단부(321) 및 상기 제1 내지 제12 영구자석들(511, 512, 513, 514, 521, 522, 523, 524, 531, 532, 533, 534)은 다수의 제1 자성체들에 해당될 수 있다. 상기 제1 전자석(110) 및 상기 제2 전자석(120)은 다수의 제2 자성체들에 해당될 수 있다. 상기 스테이터(100)는 연결자로(131, 132, 141)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전자석 상단부(111), 상기 제1 전자석 하단부(112), 상기 제2 전자석 상단부(121), 및 상기 제2 전자석 하단부(122)의 각각은 상기 연결자로(131, 132, 141)에 장착된 돌출부에 해당될 수 있다. 상기 제1 전자석 상권선부(113), 상기 제1 전자석 하권선부(114), 상기 제2 전자석 상권선부(123), 및 상기 제2 전자석 하권선부(124)의 각각은 상기 돌출부의 측면에 형성된 권선부에 해당될 수 있다. 상기 제1 연결자로 권선부(133) 및 상기 제2 연결자로 권선부(134)는 보조 권선부로 해석될 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일 실시 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 외주의 한쪽(오른쪽) 제1 전자석 상단부(111)와 제1 전자석 하단부(112)에 코일이 권선되어 제1 전자석 상권선부(113)와 제1 전자석 하권선부(114), 전자석과 대면된 제1 영구자석 상단부(211)과 제1 영구자석 하단부(311) 및 공간 지지대(291,391)로 배치된다.
동일하게 다른 한쪽(왼쪽)은 제2 전자석 상단부(121)와 제2 전자석 하단부(122)에 코일이 권선되어 제2 전자석 상권선부(123)와 제2 전자석 하권선부(124), 전자석과 대면된 제1 영구자석 상단부(211)과 제1 영구자석 하단부(311)으로 배치된다.
상기 본 발명에 의한 전기자동차의 적용을 위하여 영구자석과 전자석을 포함한 모터 원통 중앙에 샤프트(동력축)(400)와 베어링(401)이 위치한다. 로터인 상하단부 영구자석은 차량 샤프트 동력축과 연결되고, 전자석 상하단부는 스테이터로 베어링(401)에 고정되어 동작한다.
도 2 를 다시 한번 참조하면, 일례로 제1 전자석 상권선부(113)와 제1 전자석 하권선부(114)는 코일이 CW방향으로 감겨있고, 제2 전자석 상권선부(123)와 제2 전자석 하권선부(124)는 코일이 CCW방향으로 감겨있다.
이때 순방향 전류를 코일에 가하면 제1 전자석 상단부(111)에는 N극이고 제1 전자석 하단부(112)에는 S극이 형성된다. 제2 전자석 상단부(121)에는 S극이고 제2 전자석 하단부(122)에는 N극이 형성된다.
반대로 역방향 전류를 코일에 가하면 제1 전자석 상단부(111)에는 S극이고 제1 전자석 하단부(112)에는 N극이 형성된다. 제2 전자석 상단부(121)에는 N극이고 제2 전자석 하단부(122)에는 S극이 형성된다.
전류가 순방향으로 입력되면 제1 전자석 상단부(111)은 대면되는 제1 영구자석 상단부(211)을 척력으로 밀고, 제2 전자석 상단부(121)은 대면되는 제2 영구자석 상단부(221)간을 척력으로 밀게 되어 로터인 고정자석판을 +180도 만큼 이동한다. 이후 역방향 전류가 유입되면 동일한 척력 동작으로 계속하여 +180도 만큼 이동한다. 이러한 동작원리는 전자석의 하단부와 대면된 하단부 영구자석 간에 동일한 척력 동작으로 진행하여 최종적으로 동일 방향의 계속적인 회전 동작이 발생한다.
따라서 일정 주기로 전류의 방향을 반전시키면 스테이터(stator)인 전자석의 극성 변화로 로터(rotor)인 영구자석이 회전하게 된다.
도 3을 다시 한번 참조하면, 일례로 제1 전자석 상권선부(113)는 코일이 CW방향으로 감겨 있고 제2 전자석 상권선부(123)는 코일이 CCW방향으로 감겨있다. 전자석 연결부인 제1 연결자로(131)는 제1 연결자로 권선부(133) 코일이 CW방향으로 감겨 있고, 전자석 연결부인 제2 연결자로(132)는 제2 연결자로 권선부(134) 코일이 동일한 CW방향으로 감겨있다.
이때 전류를 순방향으로 가하면 제1 전자석 상단부(111)에는 N극과 제1 전자석 하단부(112)에는 S극이 형성된다. 제2 전자석 상단부(121)에는 S극과 제2 전자석 하단부(122)에는 N극이 형성된다.
전자석 연결부인 제1 연결자로 권선부(133)과 제2 연결자로 권선부(134)는 서로 동일한 권선 방향으로 구성하면 자속은 제1 전자석 하단부(112)에서 대부분 제1 전자석 상단부(111)까지 이동하고, 일부는 연결자로(131)을 거쳐 제2 전자석 하단부(122)로 이동한다. 제2 전자석 상단부(121)에서 대부분 제2 전자석 하단부로도 이동하고, 일부는 자로(132)을 거쳐 제1 전자석 상단부(111)로도 이동한다.
전류를 역방향으로 가하면 제1 전자석 상단부(111)에 S극과 제1 전자석 하단부(112)에 N극, 제2 전자석 상단부(121)에 N극과 제2 전자석 하단부(122)에 S극이 형성된다.
전자석 연결부인 제1 연결자로 권선부(133)과 제2 연결자로 권선부(134)를 서로 동일한 권선 방향으로 구성하면 자속은 제1 전자석 상단부(111)에서 대부분 제1 전자석 하단부(112)로도 이동하고, 일부는 연결자로(131)을 거쳐 제2 전자석 상단부(121)로도 이동한다. 제2 전자석 하단부(122)에서 대부분 제2 전자석 상단부로 이동하고, 일부는 자로(132)을 거쳐 제1 전자석 하단부(112)로도 이동한다.
자석의 회전운동은 전류가 순방향으로 입력하여 제1 전자석 상단부(111)은 대면되는 제1 영구자석 상단부(211)을 척력으로 밀고, 제2 전자석 상단부(121)은 대면되는 제2 영구자석 상단부(221)간을 척력으로 밀게 되어 로터인 고정자석판을 +180도 만큼 이동한다. 이후 역방향 전류가 유입되면 동일한 척력 동작으로 계속하여 +180도 만큼 이동한다. 이러한 동작원리는 전자석의 하단부와 대면된 하단부 영구자석 간에 동일한 척력 동작으로 진행하여 최종적으로 동일 방향의 계속적인 회전 동작이 발생하여 스테이터(stator)인 전자석의 극성 변화로 로터(rotor)인 영구자석을 회전하게 된다.
이러한 현상은 각 전자석의 상단부와 하단부에 형성되는 극성이 전자석 연결부인 연결자로의 권선부에서 발생한 자속의 영향으로 더 큰 극성 특성을 갖게 한다.
도 4를 다시 한번 참조하면, 일례로 제1 전자석 상단부(111)는 제1 전자석 상권선부(113) 코일이 CW방향으로 감겨 있고, 제2 전자석 상단부(121)는 제2 전자석 상권선부(123) 코일이 CCW방향으로 감겨있다.
기존의 연결자로(131,132)와 하단부 원통면을 연결자로(140)로 연결하여 누설자속을 방지하고 제1 전자석 상단부(111)와 제2 전자석 상단부(121)로 극성을 나타내도록하는 구조이다.
따라서 도 2의 전자석 상하 양방향면에서 단일면 전자석 스테이터 만으로 영구자석인 로터를 회전시키는 방식이다.
도 5를 다시 한번 참조하면, 전자석 단면부를 층간 배열로 확장해가는 형태이다. 일례로 전자석 2극에서 4극으로 확장하고, 4극을 한 원통면으로 하며, 계속적인 층간 배열로 확장하는 과정을 표시한 것이다. 로터인 영구자석은 스테이터인 전자석과 대면하여 동일하게 배치될 것이다.
10 : 전원부
100: 스테이터
110: 제1 전자석
111: 제1 전자석 상단부
112: 제1 전자석 하단부
113: 제1 전자석 상권선부
114: 제1 전자석 하권선부
120: 제2 전자석
121: 제2 전자석 상단부
122: 제2 전자석 하단부
123: 제2 전자석 상권선부
124: 제2 전자석 하권선부
131: 제1 연결자로
132: 제2 연결자로
133: 제1 연결자로 권선부
134: 제2 연결자로 권선부
140: 제3 연결자로
141: 스테이터 지지대
200: 제1 로터
211: 제1 영구자석 상단부
221: 제2 영구자석 상단부
291: 제1 로터 지지대
300: 제2 로터
311: 제1 영구자석 하단부
321: 제2 영구자석 하단부
391: 제2로터 지지대
400: 샤프트(동력축)
401: 베어링
500: 로터

Claims (5)

  1. 샤프트에 연결되고 다수의 제1 자성체들을 갖는 제1 로터(rotor); 및
    상기 제1 로터에 인접하고 다수의 제2 자성체들을 갖는 스테이터(stator)를 포함하되,
    상기 제1 로터는 평판 모양 또는 디스크 모양이고, 상기 제1 자성체들의 각각은 상기 제1 로터의 일면에 상기 제2 자성체들 중 대응하는 하나와 마주보게 배열되고,
    상기 스테이터는 연결자로를 더 포함하되,
    상기 제2 자성체들의 각각은 상기 연결자로에 장착된 돌출부 및 상기 돌출부의 측면에 형성된 권선부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제1 자성체들 중 대응하는 하나와 마주보게 배열되고,
    상기 연결자로의 적어도 일부분에 형성된 보조 권선부를 더 포함하는 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 자성체들의 각각은 영구자석을 포함하고,
    상기 제2 자성체들의 각각은 전자석을 포함하는 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트에 연결되고 상기 다수의 제1 자성체들을 갖는 제2 로터를 더 포함하되,
    상기 스테이터는 상기 제1 로터 및 상기 제2 로터 사이에 배치된 인-휠 모터(IN-WHEEL MOTOR).


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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001268716A (ja) 2000-03-23 2001-09-28 Kazutoshi Matsuzaki 発電機とモータを一体化した、自動変速装置
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KR100991072B1 (ko) * 2009-01-21 2010-10-29 현대위아 주식회사 전기 자동차용 인휠모터 구조
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