KR102141513B1 - 일체형 모터, 감속 기어 박스 및 차동 장치를 포함하는 전기 자동차 파워 트레인의 로터 냉각 장치 및 로터 냉각 방법 - Google Patents

일체형 모터, 감속 기어 박스 및 차동 장치를 포함하는 전기 자동차 파워 트레인의 로터 냉각 장치 및 로터 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 파워트레인 어셈블리는 일체형 모터, 제1 감속 기어박스, 제2 감속 기어박스, 및 차동 장치를 포함하고; 상기 일체형 모터는 모터 케이싱, 스테이터, 로터, 적어도 하나의 냉각 덕트를 포함하며; 상기 제 1 감속 기어박스는 제 1 유성 기어, 제 2 유성 기어, 제 3 유성 기어, 제 1 양면 링 기어, 제1 유성 캐리어, 및 적어도 2 개의 오일씰을 포함하고; 상기 제 2 감속 기어박스는 제 4 유성 기어, 제 5 유성 기어, 제 6 유성 기어, 제 2 양면 링 기어, 제 2 유성 캐리어, 및 적어도 2 개의 오일씰을 포함하며; 상기 차동 장치는 크로스 튜브, 제 1기어, 제 2 기어, 제 3 기어 및 크로스 링크 샤프트를 포함한다.

Description

일체형 모터, 감속 기어 박스 및 차동 장치를 포함하는 전기 자동차 파워 트레인의 로터 냉각 장치 및 로터 냉각 방법 {Rotor Cooling Apparatus of an Electric Vehicle Powertrain Comprising Integrated Motor, Reduction Gearbox and Differential and Rotor Cooling Method of the same}
본 발명은 파워 트레인 어셈블리 디자인 및 그 냉각 방법에 대한 것이며, 특히 　일체형 모터, 감속 기어박스 및 차동 장치가 포함된 전기 자동차용 파워 트레인 어셈블리 디자인 및 그 냉각 방법을 제공한다.
모터 작동 중에는 내부에서 열이 발생하여 내부 온도가 상승한다. 모터 내부를 냉각시키기 위해, 모터 내부로 냉각제를 주입하여 모터 내부의 열을 흡수하도록 한다. 이어서, 냉각제를 모터 밖으로 순환시켜 열 교환기로 냉각한다. 그러나 이러한 냉각 방법과 관련된 위험이 있다. 냉각제의 화학적 성질 또는 또는 냉각제에 포함된 부스러기로 인해 권선의 수명이 단축 될 수 있다.
전기 자동차 (EV)에서 일반적으로 사용되는 드라이브 트레인 레이아웃은 감속 기어 박스에 부착된 모터를 가지며 감속 기어 박스는 차동 장치에 연결된다. 모터 샤프트와 감속 기어 박스 사이의 에어 갭으로 작용하는 설치 공간(installation clearance) 때문에, 기어 박스가 모터 내부를 냉각하는 효과가 제한된다.
주요 목적은 파워 트레인 어셈블리 설계 및 냉각 방법을 제공하는 것이다. 특히, 일체형 모터, 제1 감속 기어 박스, 제2 감속 기어 박스, 및 차동 장치를 포함하는 EV (electric vehicle) 파워 트레인 어셈블리 디자인과 이의 냉각 방법을 제공한다. 로터의 일단은 제1 감속 기어 박스 내부의 윤활제에 잠겨 있으며, 로터의 타단은 제2 감속 기어 박스 내부의 윤활제에 잠겨서 로터를 냉각시킨다. 윤활제는 열을 제1 감속 기어 박스와 제2 감속 기어 박스로 전달한다. 제1 감속 기어 박스와 제2 감속 기어 박스는 다시 그 열을 모터 케이싱(motor casing)으로 전달한다.
또 다른 목적은 모터 케이싱, 스테이터(stator), 로터(rotor), 액체 냉각 덕트(liquid cooling duct), 감속 기어 박스, 유성 기어, 유성 캐리어(planetary carrier), 양면 링 기어(ring gear), 기어(gears), 구동축(driveshaft) 및 샤프트 씰(shaft seals)을 포함하는 파워 트레인 어셈블리 디자인 및 냉각 방법을 제공하는 것이다.
일체형 모터, 제1 감속 기어 박스, 제2 감속 기어 박스, 및 차동 장치를 포함하는파워 트레인 조립체가 제공된다. 상기 일체형 모터는 모터 케이싱, 스테이터, 로터, 및 적어도 하나의 냉각 덕트를 포함한다. 상기 제1 감속 기어 박스는 제 1 유성 기어, 제 2 유성 기어, 제 3 유성 기어, 제1 양면 링 기어, 제1 유성 캐리어, 제1 오일씰, 및 제2 오일씰을 포함한다. 상기 제2 감속 기어 박스는 제 4 유성 기어, 제 5 유성 기어, 제 6 유성 기어, 제 2 양면 링 기어, 제 2 유성 캐리어, 제3 오일씰, 및 제4 오일씰을 포함한다. 상기 차동 장치는 크로스 튜브, 제 1 기어, 제 2 기어, 제 3 기어, 크로스 링크 샤프트를 포함한다. 상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 모터 케이싱에 부착된다. 상기 모터 케이싱은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 크로스 튜브에 부착된다. 상기 크로스 튜브는 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 1 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 1 오일씰에 회전 가능하게 부착된다. 상기 제 1 유성 기어, 상기 제 2 유성 기어 및 상기 제 3 유성 기어는 상기 제 1 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되고 상기 로터 및 상기 제 1 양면 링 기어와 맞물린다. 상기 로터는 상기 제 2 오일씰에 회전 가능하게 부착된다. 상기 제 2 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 1 양면 링 기어는 상기 제 1 기어와 맞물린다. 상기 제 1 기어는 상기 크로스 링크 샤프트에 부착된다. 상기 크로스 링크 샤프트는 상기 제 2 기어에 부착된다. 상기 제 2 기어는 상기 제 3 기어와 맞물린다. 상기 제 3 기어는 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물린다. 상기 제 4 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 2 유성 캐리어는 상기 제 4 오일씰에 회전 가능하게 부착된다. 상기 제 4 유성 기어, 상기 제 5 유성 기어 및 상기 제 6 유성 기어는 상기 제 2 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되어 상기 로터와 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물린다. 상기 로터는 상기 제 3 오일씰에 회전 가능하게 부착된다. 상기 제 3 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착된다. 상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스는 각각 윤활제를 함유한다. 상기 제 2 오일씰 및 상기 제 3 오일씰은 상기 윤활제가 상기 모터 케이싱으로 들어가는 것을 방지한다. 상기 제 1 오일씰 및 상기 제 2 오일씰은 각각 상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스로부터 상기 윤활제의 누출을 방지한다. 상기 로터의 양단은 상기 윤활제에 잠긴다.
또한, 파워 트레인 조립체를 냉각하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 로터 내부에서 발생한 열을 상기 로터의 양단으로 전도하고; 상기 열을 직접 접촉을 통해 상기 로터로부터 상기 윤활제로 전달하고; 상기 열을 직접 접촉을 통해 상기 윤활제로부터 상기 제1 감속 기어 박스와 제2 감속 기어 박스의 케이싱으로 전달하고; 상기 열을 제1 감속 기어 박스와 상기 제2 감속 기어 박스로부터 상기 모터 케이싱으로 전도하고; 냉각제를 상기 모터 케이싱 내부에 위치한 상기 냉각 덕트에 주입하여 열을 발산시키는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 파워 트레인 어셈블리 내부의 모터 로터가 효과적으로 냉각될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기차 파워 트레인의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기차 파워 트레인의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기차 파워 트레인의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기차 파워 트레인은 모터 케이싱 (100), 제 1 감속 기어 박스 (200), 제 2 감속 기어 박스 (300), 크로스 튜브 (cross tube) (400)를 포함한다. 모터 케이싱 (100)은 제 1 감속 기어 박스 (200)에 부착되고, 제 1 감속 기어 박스 (200)는 크로스 튜브 (400)에 부착되고, 크로스 튜브 (400)는 제 2 감속 기어 박스 (300)에 부착되며, 제 2 감속 기어 박스 (300)는 모터 케이싱 (100)에 부착된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 실시예는 모터 케이싱 (100), 스테이터 (101), 로터 (102), 냉각 덕트 (103), 제 1 감속 기어박스 (200), 제 1 유성 기어 (201), 제 2 유성 기어 (202), 제 3 유성 기어 (203), 제 1 양면 링 기어 (204), 제 1 유성 캐리어 (205), 제 2 감속 기어박스 (300), 제 4 유성 기어 (301), 제 5 유성 기어 (302), 제 6 유성 기어 (303), 제 2 양면 링 기어 (304), 제 2 유성 캐리어 (305), 크로스 튜브 (400), 제 1 기어 (401), 제 2 기어 (402), 제 3 기어 (403), 크로스 링크 샤프트 (cross link shaft) (404), 제 1 오일씰 (oil seal) (501), 제 2 오일씰 (502), 제 3 오일씰 (503) 및 제 4 오일씰 (504)을 포함한다. 상기 로터 (102)의 양단부 각각에 기어가 결합되어 (machined) 있다. 제 1 양면 링 기어 (204) 및 제2 양면 링 기어 (304)의 외측면 및 내측면에 각각 기어가 결합되어 있다.
제 1 오일씰 (501)은 제 1 감속 기어 박스 (200)에 부착된다. 제 1 유성 캐리어 (205)는 제 1 오일씰 (501)에 회전 가능하게 부착된다. 제 1 유성 기어 (201), 제 2 유성 기어 (202) 및 제 3 유성 기어 (203)는 제 1 유성 캐리어 (205)에 회전 가능하게 부착되고, 로터 (102)의 단부에 위치한 기어 및 제 1 양면 링 기어 (204)의 내측면에 위치한 기어와 맞물린다. 로터 (102)는 또한 제 2 오일씰(502)에 회전 가능하게 부착되고, 제 2 오일씰 (502)은 제 1 감속 기어 박스 (200)에 부착된다.
제 4 오일씰 (504)은 제 2 감속 기어 박스 (300)에 부착된다. 제 2 유성 캐리어 (305)는 제 4 오일씰 (504)에 회전 가능하게 부착된다. 제 4 유성 기어 (301), 제 5 유성 기어 (302) 및 제 6 유성 기어 (303)는 제 2 유성 캐리어 (305)에 회전 가능하게 부착되고, 로터 (102)의 단부에 위치한 기어 및 제 2 양면 링 기어 (304)의 내측면에 위치한 기어와 맞물린다. 로터 (102)는 또한 제 3 오일씰 (503)에 회전 가능하게 부착되고, 제 3 오일씰 (503)은 제 2 감속 기어 박스 (300)에 부착된다.
제 1 양면 링 기어 (204)의 외측면에 위치한 기어는 제 1 기어 (401)와 맞물린다. 제 1 기어 (401)는 크로스 링크 샤프트 (404)에 부착된다. 크로스 링크 샤프트 (404)는 제 2 기어 (402)에 부착된다. 제 2 기어 (402)는 제 3 기어 (403)에 맞물리고, 제 3 기어 (403)는 제 2 양면 링 기어 (304)의 외측면에 위치한 기어와 맞물린다.
제 1 감속 기어 박스 (200) 및 제 2 감속 기어 박스 (300)는 윤활제를 함유한다. 제 1 오일씰 (501), 제 2 오일씰 (502), 제 3 오일씰 (503) 및 제 4 오일씰 (504)은 이러한 윤활제가 모터 케이싱 (100) 내부로 혹은 제 1 감속 기어 박스 (200) 또는 제 2 감속 기어 박스 (300)의 외부로 누출되는 것을 방지한다.
모터의 작동 중에, 로터 (102) 및 스테이트 (101)에서 열이 발생한다. 로터 (102)에서 발생한 열은 로터 (102)의 양단으로 전도되어 제 1 감속 기어 박스 (200) 및 제 2 감속 기어 박스 (300) 내부의 윤활제로 전달된다. 이어서, 열은 윤활제로부터 직접 접촉을 통해 제 1 감속 기어 박스 (200) 및 제 2 감속 기어 박스 (300)의 케이스 내로 전달된다. 이어서, 열은 제 1 감속 기어 박스 (200) 및 제 2 감속 기어 박스 (300)의 케이스로부터 모터 케이싱(100)으로 전달된다. 그 후, 냉각 덕트 (103)에 냉각제를 주입하여 모터 케이싱 (100)의 열을 제거한다.

Claims (2)

  1. 일체형 모터, 제1 감속 기어 박스, 제2 감속 기어 박스, 및 차동 장치를 포함하며,
    상기 일체형 모터는 모터 케이싱, 스테이터, 로터, 및 적어도 하나의 냉각 덕트를 포함하며,
    상기 제1 감속 기어 박스는 제 1 유성 기어, 제 2 유성 기어, 제 3 유성 기어, 제1 양면 링 기어, 제1 유성 캐리어, 제1 오일씰, 및 제2 오일씰을 포함하고,
    상기 제2 감속 기어 박스는 제 4 유성 기어, 제 5 유성 기어, 제 6 유성 기어, 제 2 양면 링 기어, 제 2 유성 캐리어, 제3 오일씰, 및 제4 오일씰을 포함하고,
    상기 차동 장치는 크로스 튜브, 제 1 기어, 제 2 기어, 제 3 기어, 크로스 링크 샤프트를 포함하고,
    상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 모터 케이싱에 부착되고,
    상기 모터 케이싱은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 크로스 튜브에 부착되고,
    상기 크로스 튜브는 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되며;
    상기 제 1 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 1 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 1 유성 기어, 상기 제 2 유성 기어 및 상기 제 3 유성 기어는 상기 제 1 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되고 상기 로터 및 상기 제 1 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 로터는 상기 제 2 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 2 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 양면 링 기어는 상기 제 1 기어와 맞물리고,
    상기 제 1 기어는 상기 크로스 링크 샤프트에 부착되고,
    상기 크로스 링크 샤프트는 상기 제 2 기어에 부착되고,
    상기 제 2 기어는 상기 제 3 기어와 맞물리고,
    상기 제 3 기어는 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 제 4 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 2 유성 캐리어는 상기 제 4 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 4 유성 기어, 상기 제 5 유성 기어 및 상기 제 6 유성 기어는 상기 제 2 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되어 상기 로터와 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 로터는 상기 제 3 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 3 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되며;
    상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스는 각각 윤활제를 함유하고,
    상기 제 2 오일씰 및 상기 제 3 오일씰은 상기 윤활제가 상기 모터 케이싱으로 들어가는 것을 방지하고,
    상기 제 1 오일씰 및 상기 제 2 오일씰은 각각 상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스로부터 상기 윤활제의 누출을 방지하고,
    상기 로터의 양단은 상기 윤활제에 잠기는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 조립체.
  2. 파워 트레인 조립체를 냉각하는 방법으로서,
    상기 파워 트레인 조립체는 일체형 모터, 제1 감속 기어 박스, 제2 감속 기어 박스, 및 차동 장치를 포함하며,
    상기 일체형 모터는 모터 케이싱, 스테이터, 로터, 및 적어도 하나의 냉각 덕트를 포함하며,
    상기 제1 감속 기어 박스는 제 1 유성 기어, 제 2 유성 기어, 제 3 유성 기어, 제1 양면 링 기어, 제1 유성 캐리어, 제1 오일씰, 및 제2 오일씰을 포함하고,
    상기 제2 감속 기어 박스는 제 4 유성 기어, 제 5 유성 기어, 제 6 유성 기어, 제 2 양면 링 기어, 제 2 유성 캐리어, 제3 오일씰, 및 제4 오일씰을 포함하고,
    상기 차동 장치는 크로스 튜브, 제 1 기어, 제 2 기어, 제 3 기어, 크로스 링크 샤프트를 포함하고,
    상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 모터 케이싱에 부착되고,
    상기 모터 케이싱은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 감속 기어 박스는 상기 크로스 튜브에 부착되고,
    상기 크로스 튜브는 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되며;
    상기 제 1 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 1 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 1 유성 기어, 상기 제 2 유성 기어 및 상기 제 3 유성 기어는 상기 제 1 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되고 상기 로터 및 상기 제 1 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 로터는 상기 제 2 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 2 오일씰은 상기 제 1 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 1 양면 링 기어는 상기 제 1 기어와 맞물리고,
    상기 제 1 기어는 상기 크로스 링크 샤프트에 부착되고,
    상기 크로스 링크 샤프트는 상기 제 2 기어에 부착되고,
    상기 제 2 기어는 상기 제 3 기어와 맞물리고,
    상기 제 3 기어는 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 제 4 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되고,
    상기 제 2 유성 캐리어는 상기 제 4 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 4 유성 기어, 상기 제 5 유성 기어 및 상기 제 6 유성 기어는 상기 제 2 유성 캐리어에 회전 가능하게 부착되어 상기 로터와 상기 제 2 양면 링 기어와 맞물리고,
    상기 로터는 상기 제 3 오일씰에 회전 가능하게 부착되고,
    상기 제 3 오일씰은 상기 제 2 감속 기어 박스에 부착되며;
    상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스는 각각 윤활제를 함유하고,
    상기 제 2 오일씰 및 상기 제 3 오일씰은 상기 윤활제가 상기 모터 케이싱으로 들어가는 것을 방지하고,
    상기 제 1 오일씰 및 상기 제 2 오일씰은 각각 상기 제 1 감속 기어 박스 및 상기 제 2 감속 기어 박스로부터 상기 윤활제의 누출을 방지하고,
    상기 로터의 양단은 상기 윤활제에 잠기고,
    상기 방법은:
    상기 로터 내부에서 발생한 열을 상기 로터의 양단으로 전도하고;
    상기 열을 직접 접촉을 통해 상기 로터로부터 상기 윤활제로 전달하고;
    상기 열을 직접 접촉을 통해 상기 윤활제로부터 상기 제1 감속 기어 박스와 제2 감속 기어 박스의 케이싱으로 전달하고;
    상기 열을 제1 감속 기어 박스와 상기 제2 감속 기어 박스로부터 상기 모터 케이싱으로 전도하고;
    냉각제를 상기 모터 케이싱 내부에 위치한 상기 냉각 덕트에 주입하여 열을 발산시키는 것을 포함하는 파워 트레인 조립체의 냉각 방법.
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