KR101871161B1 - 인휠 구동장치 - Google Patents

Abstract

인휠 구동장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 인휠 구동장치는: 차체에 고정되는 케이스부와, 케이스부의 내측에 고정되는 고정자와, 고정자와 이격된 상태로 설치되며 전원의 공급으로 회전되는 회전자와, 케이스부의 내측에 설치되며 회전자로부터 동력을 전달받아 1차 감속이 이루어지는 제1감속부와, 케이스부의 내측에 설치되며 제1감속부로부터 동력을 전달받아 2차 감속이 이루어지는 제2감속부 및 제2감속부로 부터 동력을 전달받아 회전되며 외측 둘레를 따라 타이어가 설치되는 휠부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

인휠 구동장치{IN-WHEEL WORKING DEVICE}

본 발명은 인휠 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감속기의 설치공간이 감소되어 다른 부품과의 간섭을 최소화할 수 있는 인휠 구동장치에 관한 것이다.

화석연료가 고갈되어 감에 따라 휘발유, 경유 등과 같은 화석연료를 사용하는 차량 대신에 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 전기 자동차의 개발이 이루어지고 있다.

전기 자동차는, 충전 배터리에 저장된 전기 에너지만을 이용하여 모터를 구동하는 순수 전기 차량, 광전지를 이용하여 모터를 구동하는 태양전지 차량, 수소연료를 사용하는 연료전지를 이용하여 모터를 구동하는 연료전지 차량, 화석연료를 이용하여 엔진을 구동하고 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써 엔진과 모터를 병용하는 하이브리드 차량 등으로 구분된다.

일반적으로, 인휠 구동장치는 전기 자동차와 같이 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 사용되는 기술로서, 가솔린 또는 디젤 자동차에서의 엔진과 미션 및 구동축을 통한 동력 전달에 의해 바퀴가 회전 구동하는 방식과는 달리, 좌우의 구동륜 또는 좌우 및 전후 4개의 구동륜 내부에 배치되는 모터에 의해 동력이 휠에 직접 전달되는 기술이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 2011-0040459호(2011.04.20 공개, 발명의 명칭: 윈휠 시스템용 차륜구동장치)에 개시되어 있다.

종래의 인휠 구동장치는 모터반경을 크게 하여 감속기 없이 구동토크의 증가가 이루어지지만, 이로 인해 휠 사이즈가 커지는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 감속기가 설치되는 공간을 최소화하여 휠 사이즈를 줄이고, 구동토크를 증가시키는 인휠 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 인휠 구동장치는: 차체에 고정되는 케이스부와, 케이스부의 내측에 고정되는 고정자와, 고정자와 이격된 상태로 설치되며 전원의 공급으로 회전되는 회전자와, 케이스부의 내측에 설치되며 회전자로부터 동력을 전달받아 1차 감속이 이루어지는 제1감속부와, 케이스부의 내측에 설치되며 제1감속부로부터 동력을 전달받아 2차 감속이 이루어지는 제2감속부 및 제2감속부로 부터 동력을 전달받아 회전되며 외측 둘레를 따라 타이어가 설치되는 휠부재를 포함한다.

또한 제1감속부는, 고정자의 반경방향 내측에 배열되어 회전자와 함께 회전하는 제1링기어와, 제1링기어의 내측에 위치하며 케이스부의 커버부재에 고정되는 제1선기어와, 제1선기어와 제1링기어에 맞물려서 회전되는 제1유성기어 및 제1유성기어를 회전 가능하게 지지하며 제2감속부로 동력을 전달하는 제1캐리어를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 제2감속부는, 고정자의 반경방향 내측에 배열되어 제1캐리어와 축 연결되어 회전하는 제2선기어와, 제2선기어의 둘레를 따라 맞물려서 회전하는 제2유성기어와, 제2유성기어의 외측에 위치하며 케이스부의 허브외륜에 고정되는 제2링기어 및 제2유성기어를 회전 가능하게 지지하며 휠부재와 함께 회전하는 제2캐리어를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 일측은 휠부재에 연결되며 타측은 케이스부의 외측 둘레를 따라 연장되는 디스크부 및 케이스부의 커버부재에 설치되며 디스크부에 접하여 제동력을 발생시키는 캘리퍼부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 케이스부의 커버부재에 고정되어 케이스부의 내측으로 오일을 공급하는 오일펌프 및 오일펌프와 연결되며 케이스부의 외측으로 배출되는 오일이 저장되는 오일탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인휠 구동장치는, 고정자와 회전자가 설치된 케이스부의 내측에 제1감속부와 제2감속부가 설치되어 감속이 이루어지므로, 모터와 감속기가 일체화되어 부품을 소형화할 수 있다.

또한 본 발명은, 회전자와 연결된 제1감속부에서 1차 감속이 이루어진 후, 제2감속부에 의해 2차 감속이 이루어지므로, 구동토크를 증가시키며 모터의 구동력을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 오일펌프의 동작으로 제1감속부와 제2감속부로 오일이 순환되면서 냉각 및 윤활이 이루어지므로, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 A-A부분을 따라 절개하여 인휠 구동장치의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1감속부와 제2감속부를 확대 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인휠 구동장치의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 전기자동차에 사용되는 인휠 구동장치를 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 2는 도 1의 A-A부분을 따라 절개하여 인휠 구동장치의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1감속부와 제2감속부를 확대 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)는, 차체에 고정되는 케이스부(10)와, 케이스부(10)의 내측에 고정되는 고정자(20)와, 고정자(20)와 이격된 상태로 설치되며 전원의 공급으로 회전되는 회전자(25)를 포함한다.

회전자(25)의 회전으로 발생된 동력은, 제1감속부(30)와 제2감속부(40)를 거쳐 감속된 후 휠부재(50)로 전달된다.

타이어(55)를 지지하는 휠부재(50)의 내측에는 고정자(20)와 회전자(25)를 구비하는 케이스부(10)가 설치된다.

휠부재(50)의 내측으로 연장되는 케이스부(10)는 차체에 고정된다. 케이스부(10)는 휠부재(50)의 내측에 설치되며, 고정자(20)와 회전자(25)와 제1감속부(30) 및 제2감속부(40)가 내측에 설치되는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

일 실시예예 따른 케이스부(10)는, 일측(도 1 기준 좌측)이 개구된 하우징부재(14) 및 하우징부재(14)의 개구된 일측을 차폐하는 커버부재(12)를 포함한다.

하우징부재(14)의 내측으로 원통 형상의 허브외륜(16)이 연장되어 제2감속부(40)의 회전을 안내한다.

이러한 케이스부(10)의 내측을 따라 고정자(20)가 설치된다. 전자석을 사용하는 고정자(20)는 하우징부재(14)의 내측면을 따라 링 형상으로 설치된다.

고정자(20)와 이격된 상태로 설치되는 회전자(25)는 영구자석이 사용되며, 고정자(20)에 전원이 공급되면 회전자(25)는 회전된다.

고정자(20)와 회전자(25)의 작동구조는 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

회전자(25)는 링 형상으로 설치되어 케이스부(10)의 내측에서 회전되며, 이러한 회전자(25)의 내측에 제1감속부(30)와 제2감속부(40)가 설치된다.

회전자(25)의 동력을 전달받아 감속하는 제1감속부(30)는 케이스부(10)의 내측에 설치된다.

제1감속부(30)는, 회전자(25)의 동력을 전달받아 1차 감속이 이루어지는 기술사상 안에서 다양한 종류의 감속장치가 사용될 수 있다.

일 실시예에 따른 제1감속부(30)는, 고정자(20)의 반경방향 내측에 배열되어 회전자(25)와 함께 회전하는 제1링기어(36)와, 제1링기어(36)의 내측에 위치하며 케이스부(10)의 커버부재(12)에 고정되는 제1선기어(32)와, 제1선기어(32)와 제1링기어(36)에 맞물려서 회전되는 제1유성기어(34) 및 제1유성기어(34)를 회전 가능하게 지지하며 제2감속부(40)로 동력을 전달하는 제1캐리어(38)를 포함한다.

고정자(20)의 반경방향인 고정자(20)의 내측에 제1링기어(36)가 고정되므로, 회전자(25)의 회전과 함께 제1링기어(36)도 회전한다.

제1감속부(30)의 제1선기어(32)는 케이스부(10)를 구성하는 커버부재(12)에 고정된 상태로 설치된다. 따라서, 회전자(25)와 함께 제1링기어(36)가 회전 하는 경우, 제1유성기어(34)는 제1선기어(32)의 주위를 돌면서 자전운동과 공전운동을 동시에 한다.

즉, 제1링기어(36)의 회전으로 제1유성기어(34)를 회전 가능하게 지지하는 제1캐리어(38)는 제1링기어(36)와 같은 방향으로 1차 감속되어 회전한다.

제1감속부(30)의 동력을 전달받아 2차 감속이 이루어지는 제2감속부(40)는 케이스부(10)의 내측에 설치된다.

일 실시예에 따른 제2감속부(40)는, 고정자(20)의 반경방향 내측에 배열되어 제1캐리어(38)와 축 연결되어 회전하는 제2선기어(42)와, 제2선기어(42)의 둘레를 따라 맞물려서 회전하는 제2유성기어(44)와, 제2유성기어(44)의 외측에 위치하며 케이스부(10)의 허브외륜(16)에 고정되는 제2링기어(46) 및 제2유성기어(44)를 회전 가능하게 지지하며 휠부재(50)와 함께 회전하는 제2캐리어(48)를 포함한다.

제1캐리어(38)의 축 부재는 제2선기어(42)의 중심에 연결되며, 제1캐리어(38)와 함께 제2선기어(42)가 회전한다.

제2선기어(42)의 외측에는 복수 개의 제2유성기어(44)가 맞물려 회전하며, 제2유성기어(44)의 외측에는 링 형상의 제2링기어(46)가 설치된다.

제2링기어(46)는 케이스부(10)의 허브외륜(16)에 고정되므로, 제2링기어(46)의 회전은 구속된다.

한편, 제2선기어(42)를 회전 가능하게 지지하는 제2캐리어(48)는 휠부재(50)에 고정되므로, 제2캐리어(48)는 허브내륜의 기능도 겸하여 동작된다.

제2감속부(40)의 동력을 전달받아 회전되는 휠부재(50)의 외측 둘레를 따라 타이어(55)가 설치된다.

이러한 휠부재(50)의 회전을 구속하기 위해 휠부재(50)와 같이 회전하는 디스크부(60)는 캘리퍼부(66)에 접하여 제동력이 발생한다.

일 실시예에 따른 디스크부(60)의 일측은 휠부재(50)에 연결되며, 디스크부(60)의 타측은 케이스부(10)의 외측 둘레를 따라 연장된다.

디스크부(60)는, 휠부재(50)에 고정되어 휠부재(50)와 함께 회전하는 디스크패널(62) 및 디스크패널(62)에서 커버부재(12)의 후측(도 1기준 우측)으로 연장되는 접촉판(64)을 포함한다.

디스크부(60)의 접촉판(64)에 접하여 제동력을 발생하는 캘리퍼부(66)는, 케이스부(10)의 커버부재(12)에 설치된다.

캘리퍼부(66)가 디스크부(60)에 접하여 제동력을 발생시키는 기술은 공지된 구성이므로, 이에 따른 상세한 설명은 생략한다.

이러한 인휠 구동장치(1)의 냉각 및 윤활을 위해, 오일펌프(70)와 오일탱크(72)가 설치된다.

오일펌프(70)는, 케이스부(10)의 커버부재(12)에 고정되며, 오일탱크(72)로부터 공급되는 오일을 케이스부(10)의 내측으로 공급한다.

오일펌프(70)에서 공급된 오일은 인휠 구동장치(1)의 내측에 구비된 유로부재(74)를 따라 이동된 후, 인휠 구동장치(1)의 하측에 설치된 오일탱크(72)로 수거된다.

오일탱크(72)는, 오일펌프(70)와 연결되며, 케이스부(10)의 외측으로 배출되는 오일이 저장되는 내부 공간을 구비한다.

케이스부(10)의 커버부재(12)에 충격을 흡수하는 스트럿(80)과 로워암(90)이 설치된다.

스트럿(80)은, 충격을 흡수하는 댐퍼부재(82)의 외측에 스프링(86)이 설치되며, 댐퍼부재(82)는 연결부재(84)에 의해 커버부재(12)에 힌지 연결된다.

이러한 커버부재(12)에 로워암(90)이 설치되며, 주행중 노면에서 휠부재(50)로 전달된 진동과 충격은 케이스부(10)를 통해 스트럿(80)과 로워암(90)으로 전달되어 충격이 흡수된다.

한편, 회전자(25)의 회전을 센싱하는 레졸버(95)는 케이스부(10)의 내측에 설치되므로, 휠부재(50)의 회전을 용이하게 측정할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.

전원의 공급으로 회전자(25)가 회전하면, 회전자(25)와 함께 제1링기어(36)가 회전한다.

제1링기어(36)와 맞물려 있는 제1유성기어(34)가 제1선기어(32)의 외측을 자전하면서 공전한다.

제1유성기어(34)를 회전 가능하게 지지하는 제1캐리어(38)는 1차 감속된 후, 제1링기어(36)와 같은 방향으로 회전한다.

제1캐리어(38)와 연결된 제2선기어(42)가 회전하면, 제2유성기어(44)가 자전하면서 공전하므로, 제2유성기어(44)를 회전 가능하게 지지하는 제2캐리어(48)는 2차 감속된 후, 제2선기어(42)와 같은 방향으로 회전한다.

제2캐리어(48)와 연결된 휠부재(50)가 회전하면, 휠부재(50)의 외측에 설치된 타이어(55)도 회전하여 차량이 이동한다.

휠부재(50)의 회전을 구속할 경우, 캘리퍼부(66)가 동작되어 디스크부(60)의 접촉판(64)에 접하여 제동력을 발생한다.

이러한 인휠 구동장치(1)의 회전속도는 레졸버(95)에 의해 측정되며, 휠부재(50)를 통해 케이스부(10)로 전달된 진동 및 충격은 스트럿(80)의 댐퍼부재(82)와 스프링(86)에 의해 감소된다.

한편, 제1선기어(32)와 제2선기어(42) 및 휠부재(50)의 회전 중심은 동일 축 선상에 위치하므로, 인휠 구동장치(1)의 공간활용도를 높일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의하면, 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)는, 고정자(20)와 회전자(25)가 설치된 케이스부(10)의 내측에 제1감속부(30)와 제2감속부(40)가 설치되어 감속이 이루어지므로, 모터와 감속기가 일체화되어 부품을 소형화할 수 있다.

또한 회전자(25)와 연결된 제1감속부(30)에서 1차 감속이 이루어진 후, 제2감속부(40)에 의해 2차 감속이 이루어지므로, 구동토크를 증가시키며 모터의 구동력을 향상시킬 수 있다.

또한 오일펌프(70)의 동작으로 제1감속부(30)와 제2감속부(40)로 오일이 순환되면서 냉각 및 윤활이 이루어지므로, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

또한, 전기자동차에 사용되는 인휠 구동장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 전기자동차가 아닌 다른 운송장치나 탑승장치에도 본 발명에 의한 인휠 구동장치가 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1: 인휠 구동장치 10: 케이스부
12: 커버부재 14: 하우징부재
16: 허브외륜 20: 고정자
25: 회전자 30: 제1감속부
32: 제1선기어 34: 제1유성기어
36: 제1링기어 38: 제1캐리어
40: 제2감속부 42: 제2선기어
44: 제2유성기어 46: 제2링기어
48: 제2캐리어 50: 휠부재
55: 타이어 60: 디스크부
62: 디스크패널 64: 접촉판
66: 캘리퍼부 70: 오일펌프
72: 오일탱크 74: 유로부재
80: 스티릿 82: 댐퍼부재
84: 연결부재 86: 스프링
90: 로워암 95: 레졸버

Claims (5)

1. 차체에 고정되는 케이스부;
   상기 케이스부의 내측에 고정되는 고정자;
   상기 고정자와 이격된 상태로 설치되며, 전원의 공급으로 회전되는 회전자;
   상기 케이스부의 내측에 설치되며, 상기 회전자로부터 동력을 전달받아 1차 감속이 이루어지는 제1감속부;
   상기 케이스부의 내측에 설치되며, 상기 제1감속부로부터 동력을 전달받아 2차 감속이 이루어지는 제2감속부; 및
   상기 제2감속부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 외측 둘레를 따라 타이어가 설치되는 휠부재를 포함하며,
   상기 제1감속부는, 상기 고정자의 반경방향 내측에 배열되어 상기 회전자와 함께 회전하는 제1링기어;
   상기 제1링기어의 내측에 위치하며, 상기 케이스부의 커버부재에 고정되는 제1선기어;
   상기 제1선기어와 상기 제1링기어에 맞물려서 회전되는 제1유성기어; 및
   상기 제1유성기어를 회전 가능하게 지지하며, 상기 제2감속부로 동력을 전달하는 제1캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2감속부는, 상기 고정자의 반경방향 내측에 배열되어 상기 제1캐리어와 축 연결되어 회전하는 제2선기어;
   상기 제2선기어의 둘레를 따라 맞물려서 회전하는 제2유성기어;
   상기 제2유성기어의 외측에 위치하며, 상기 케이스부의 허브외륜에 고정되는 제2링기어; 및
   상기 제2유성기어를 회전 가능하게 지지하며, 상기 휠부재와 함께 회전하는 제2캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   일측은 상기 휠부재에 연결되며, 타측은 상기 케이스부의 외측 둘레를 따라 연장되는 디스크부; 및
   상기 케이스부의 커버부재에 설치되며, 상기 디스크부에 접하여 제동력을 발생시키는 캘리퍼부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스부의 커버부재에 고정되어 상기 케이스부의 내측으로 오일을 공급하는 오일펌프; 및
   상기 오일펌프와 연결되며, 상기 케이스부의 외측으로 배출되는 오일이 저장되는 오일탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.

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