KR102185643B1 - 인휠 구동장치 - Google Patents

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Abstract

인휠 구동장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 인휠 구동장치는, 휠부와, 휠부에 결합되는 기어부와, 기어부와 맞물려 기어부를 회전시키는 구동부와, 기어부에 광을 조사하고 기어부에서 반사되는 반사광을 수신하는 기어측정부와, 기어측정부에서 수신하는 반사광의 세기변화에 기초하여 차량의 속도를 산출하는 속도산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인휠 구동장치{IN-WHEEL TYPE RUNNING GEAR}
본 발명은 인휠 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 속도를 측정할 수 있는 인휠 구동장치에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진을 구비하는 종래의 자동차의 대안으로서 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 등이 부각되고 있다.
하이브리드 자동차는 내연기관 엔진에서 발생되는 동력 및 전기모터에서 발생되는 동력을 함께 사용하는 반면, 전기 자동차는 배터리의 전기에너지로 구동되는 전기모터에서 발생되는 동력만을 사용하며, 연료전지 자동차는 수소로부터 만들어 낸 전기에너지로 구동되는 전기모터에서 발생되는 동력만을 사용하는 자동차이다.
인휠 구동장치는 구동부가 휠 안에 장착되어 구동력을 각 휠에서 직접 제어하는 장치로서, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 전기 자동차와 같이 모터부를 휠의 구동원으로 사용하는 자동차에서 사용된다.
종래의 인휠 구동장치는 휠의 회전 속도 등을 측정하기 위하여 엔코더, 톤휠 등을 추가로 적용해야 하므로, 장치의 조립성이 불량하고, 중량, 부피 및 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0112074호(2012.04.17 공개, 발명의 명칭: 인휠 구동장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 간단한 구성으로 차량의 속도를 측정할 수 있는 인휠 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 루프 인휠 구동장치는: 휠부; 상기 휠부에 결합되는 기어부; 상기 기어부와 맞물려, 상기 기어부를 회전시키는 구동부; 상기 기어부에 광을 조사하고, 상기 기어부에서 반사되는 반사광을 수신하는 기어측정부; 및 상기 기어측정부에서 수신하는 상기 반사광의 세기변화에 기초하여, 차량의 속도를 산출하는 속도산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 기어부는, 상기 구동부에 연결되어, 상기 구동부에 연동하여 회전되는 구동기어부; 및 상기 휠부에 결합되며, 상기 구동기어부에 맞물려 회전되는 종동기어부;를 포함하고, 상기 기어측정부는, 상기 종동기어부의 일측에 위치하며 상기 종동기어부의 외주면에 광을 조사하는 광송신부와, 상기 종동기어부의 외주면에서 반사되는 상기 반사광을 수신하는 광수신부와, 상기 광수신부에서 수신한 상기 반사광의 세기변화를 상기 속도산출부에 전달하는 반사정보전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 속도산출부는, 설정 시간 동안, 상기 반사광의 세기변화가 반복되는 횟수에 기초하여, 상기 차량의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인휠 구동장치는, 휠부; 상기 휠부에 결합되는 기어부; 상기 기어부와 맞물려, 상기 기어부를 회전시키는 구동부; 상기 기어부에 광을 조사하고, 상기 기어부에서 반사되는 반사광을 수신하는 기어측정부; 및 상기 기어측정부에서 수신하는 상기 반사광의 수광위치변화에 기초하여, 차량의 속도를 산출하는 속도산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 기어부는, 상기 구동부에 연결되어, 상기 구동부에 연동하여 회전되는 구동기어부; 및 상기 휠부에 결합되며, 상기 구동기어부에 맞물려 회전되는 종동기어부;를 포함하고, 상기 기어측정부는, 상기 종동기어부의 일측에 위치하며 상기 종동기어부의 외주면에 광을 조사하는 광송신부와, 상기 종동기어부의 외주면에서 반사되는 상기 반사광을 수신하는 광수신부와, 상기 광수신부에서 수신한 상기 반사광의 수광위치변화를 상기 속도산출부에 전달하는 반사정보전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 속도산출부는, 설정 시간동안 상기 반사광의 수광위치변화가 반복되는 횟수에 기초하여, 상기 차량의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인휠 구동장치는 엔코더, 톤휠 등의 추가 적용 없이 기어부의 회전속도에 기초하여 차량의 속도를 산출하므로, 장치의 구성이 간단하고 엔코더, 톤휠 등의 조립 공정 및 중량을 저감할 수 있으며 차량 속도 정보를 정확하고 안정적으로 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 작동을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 작동을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 거리에 따른 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 속도산출부의 작동을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 반사광 정보의 아날로그 신호가 디지털 신호로 전환된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인휠 구동장치의 일 실시예를 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 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)는 휠부(100), 기어부(200), 구동부(300), 기어측정부(400) 및 속도산출부(500)를 포함하여, 기어부(200)에 광을 조사할 때, 기어부(200)에서 반사되는 반사광의 세기변화 또는 수광위치변화를 이용하여 차량의 속도를 산출한다.
휠부(100)에는 내측으로 기어부(200), 구동부(300) 및 기어측정부(400) 등이 수용되고, 외주면에 타이어(10)가 결합되어 회전 시 차량을 설정 속도로 이동시킨다. 본 실시예에서 휠부(100)는 휠부재(110) 및 허브부(130)를 포함한다.
휠부재(110)는 휠부(100)의 외관을 형성하고, 외측으로 타이어(10)가 끼움 결합 등의 방식으로 결합된다. 허브부(130)는 휠부재(110)의 내측 대략 중앙부에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되고 기어부(200)에 맞물려, 구동부(300)에서 발생되는 회전력을 기어부(200)를 매개로 전달 받고 휠부재(110)에 전달한다.
허브부(130)는 휠부재(110)에 결합되고 휠부재(110)와 함께 회전되는 허브내륜(131)과, 허브내륜(131)을 회전 가능하게 지지하는 허브외륜(133)을 포함한다.
휠부(100)에는 디스크(50)가 결합될 수 있다. 디스크(50)는 휠부재(110) 또는 허브부(130)에 용접 또는 볼팅 등의 방식으로 결합되고, 클램프(미도시)의 작동에 따라 클램프와의 마찰에 의해 제동력이 발생되어, 휠부재(110), 허브부(130) 등의 회전 속도를 줄이게 된다.
기어부(200)는 휠부(100)에 결합되며 구동부(300)에서 발생되는 회전력을 설정 회전 속도비로 증감한 후 휠부(100)에 전달한다. 본 실시예에서 기어부(200)는 구동기어부(210) 및 종동기어부(230)를 포함한다.
구동기어부(210)는 구동부(300)에 연결되어, 구동부(300)의 작동 시 구동부(300)에 연동하여 회전된다. 본 실시예에서 구동기어부(210)는 구동부(300)에 구비되는 변속부(330)의 출력축(331)에 결합되며, 종동기어부(230)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어, 종동기어부(230)를 유성기어부(200)의 출력축(331) 보다 느린 속도로 회전시키는 방식으로 구동부(300)에서 출력되는 회전 속도를 줄이게 된다.
종동기어부(230)는 휠부(100)에 결합되며, 구동기어부(210)에 맞물려 회전된다. 본 실시예에서 종동기어부(230)는 허브부(130), 구체적으로 허브내륜(131)에 맞물려 허브내륜(131)과 함께 회전된다.
본 실시예에서 종동기어부(230)의 직경은 구동기어부(210)의 직경보다 크게 형성되어 종동기어부(230)의 회전속도를 감속시킨 후 허브내륜(131)에 전달한다.
구동부(300)는 기어부(200)와 맞물리며 구동력을 발생시켜 기어부(200)를 회전시킨다. 본 실시예에서 구동부(300)는 모터부(310)와, 변속부(330)를 포함한다.
모터부(310)는 너클(30) 등에 연결되며 외부에서 공급되는 전원이 인가되면 전자기력을 발생시키는 고정자(311)와, 고정자(311)에 인접하여 위치하며 고정자(311)에서 발생되는 전자기력에 의하여 회전되는 회전자(313)를 포함하여 회전력을 발생시킨다.
변속부(330)는 모터부(310)와 기어부(200), 구체적으로 구동기어부(210)를 연결하여, 모터부(310)에서 발생되는 회전력을 변속 후 구동기어부(210)에 전달한다. 본 실시예에서 변속부(330)는 유성기어세트를 포함하여 모터부(310)의 회전 속도를 변속한 후 출력축(331)을 통하여 출력한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 작동을 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 기어측정부의 작동을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 기어측정부(400)는 기어부(200)에 적외선 등의 광을 조사하고, 조사된 광이 기어부(200)에서 반사된 반사광을 수신하며, 해당 반사광의 세기변화 또는 반사광의 수광위치변화를 포함하는 데이터를 속도산출부(500)에 전달한다. 본 실시예에서 기어측정부(400)는 광송신부(410), 광수신부(430) 및 반사정보전달부(450)를 포함한다.
광송신부(410)는 종동기어부(230)의 반경 방향 외측에 위치하며, 종동기어부(230)의 외주면에 적외선 등의 광을 조사한다. 종동기어부(230)의 경우 모터부(310)에서 발생된 회전력을 최종적으로 휠부(100)에 전달하는 구성이다.
따라서 구동기어부(210) 대비 동력의 전달과정에서 슬립, 공차 등에 의한 오차 발생이 적고, 휠부(100)와 함께 회전되므로, 휠부(100)와의 직경비 등을 곱하는 단순한 연산을 이용, 종동기어부(230)의 회전속도로부터 휠부(100)의 회전속도를 측정할 수 있는바, 기어측정부(400)는 종동기어부(230)의 일측에 위치하여 종동기어부(230)의 회전을 측정한다.
본 실시예에서 광송신부(410)는 송신광원(411)과, 송신렌즈(413)를 포함하여, IR LED로 예시되는 송신광원(411)에서 발생되는 광을 송신렌즈(413)를 거쳐 집광한 후, 기어부(200) 측으로 조사한다.
광수신부(430)는 종동기어부(230)에 조사된 광이 종동기어부(230)에 의하여 반사되어 형성되는 반사광을 수신렌즈(431)를 통하여 수신하며, 광센서부(433)가 장착되어 반사광의 세기변화 또는 반사광의 수광위치변화 데이터를 얻는다.
반사정보전달부(450)는 광수신부(430)에서 수신한 반사광 정보, 예를 들어 반사광의 세기변화 또는 반사광의 수광위치변화 데이터를 속도산출부(500)에 전달한다.
속도산출부(500)는 기어측정부(400)에서 측정한 반사광의 세기변화 또는 수광위치변화에 기초하여 차량의 속도를 산출한다(도 3에서의 수광위치 변화 참조). 구체적으로 속도산출부(500)는 반사광 정보, 즉 세기변화 또는 수광위치변화 데이터 등에 기초하여 종동기어부(230)의 회전 속도를 산출하고, 종동기어부(230)의 회전 속도에 기초하여 차량의 속도를 산출하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 거리에 따른 전압값을 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 반사광 정보가 반사광 파형정보인 경우, 파형정보는 종동기어부(230)의 외형(또는 치형)에 대응하는 파형을 갖게 된다.
기어측정부(400)에서 측정되는 반사광 세기변화 데이터는 종동기어부(230)의 이끝원(231)에 반사되어 발생되는 반사광의 세기와, 종동기어부(230)의 이뿌리원(233)에 반사되어 발생되는 반사광의 세기가, 해당 반사위치까지의 거리차에 의해 차이가 발생되며, 이러한 차이는 광센서부(433)에서 전압 세기의 차이 등으로 발현될 수 있다.
종동기어부(230)가 회전되면, 이끝원(231)에 반사되는 반사광과 이뿌리원(233)에 반사되는 반사광이, 종동기어부(230)의 회전 속도에 비례하여 반복되어 수광되므로, 속도산출부(500)는 측정 시점에서의 세기변화 주기로부터 이끝원(231) 또는 이뿌리원(233)이 단위 시간에 측정 지점을 지나가는 개수를 파악할 수 있게 되며, 종동기어부(230)와 휠부(100)의 회전속도비와 타이어(10)의 직경 등을 고려하여 차량의 속도를 산출할 수 있게 된다.
반사광 정보가 반사광이 수광되는 수광위치변화 데이터인 경우, 해당 수광위치정보 데이터는 종동기어부(230)의 외형에 대응하는 특성을 가진다.
즉, 이끝원(231)에 반사되는 반사광이 광수신부(430)에 도달하는 위치와, 이뿌리원(233)에 반사되는 반사광이 광수신부(430)에 도달하는 위치가 달라지게 되며, 이러한 위치 변화는 종동기어부(230)의 회전 속도에 따라 속도를 달리하여 반복된다.
속도산출부(500)는 해당 주기로부터 이끝원(231), 또는 이뿌리원(233)이 단위 시간에 측정 지점을 지나가는 개수를 파악할 수 있게 되며, 종동기어부(230)와 휠부(100)의 회전속도비와 타이어(10)의 직경 등을 고려하여 차량의 속도를 측정할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 속도산출부의 작동을 나타내는 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치에서 반사광 정보의 아날로그 신호가 디지털 신호로 전환된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 및 8을 참조하면, 본 실시예에서 속도산출부(500)는 기어측정부(400)에서 전달되는 반사광 정보, 즉 반사광의 세기변화 또는 수광위치변화를 수신하는 정보수신부(510)와, 정보수신부(510)에서 수신된 정보를 증폭하는 증폭부(530)와, 증폭된 신호에서 노이즈 등을 제거하는 필터부(550)와, 노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 신호전환부(570)와, 디지털 신호 처리된 반사광 정보로부터 종동기어부(230)의 회전속도를 산출하는 기어속도산출부(580)와, 기어속도산출부(580)에서 측정하는 종동기어부(230)의 회전속도와, 휠부재(110)의 회전속도, 타이어(10)의 직경 등에 기초하여 차량의 속도를 산출하는 차량속도산출부(590)를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)의 작동원리 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
모터부(310)의 고정자(311)에 전원이 인가되면, 고정자(311)와의 사이에 발생되는 전자지력에 의하여 회전자(313)가 회전된다. 회전자(313)의 회전은 변속부(330)에 의하여 변속된 후 기어부(200)에 전달된다.
출력축(331) 회전은 소경 기어인 구동기어부(210)를 회전시키게 되며, 구동기어부(210)가 회전되면 구동기어부(210) 대비 직경이 크게 형성되는 종동기어부(230)가 회전된다.
종동기어부(230)가 회전되면, 종동기어부(230)가 스플라인 방식으로 결합되는 허브내륜(131)을 회전시켜 허브내륜(131)과 함께 휠부재(110) 및 타이어(10)를 회전시키게 된다.
이러한 과정에서 기어측정부(400)와 속도산출부(500)는 종동기어부(230)의 회전속도를 측정하여 차량의 속도를 산출하게 된다.
구체적으로, 기어측정부(400)는 종동기어부(230)의 기어가 형성되는, 종동기어부(230)의 외주면에 적외선 등의 광을 조사하고, 해당 광이 종동기어부(230)의 외주면에 반사되는 반사광의 정보를 속도산출부(500)에 전달한다.
여기서 반사광의 정보는, 광송신부(410)에서 송신한 광이 이끝원(231), 이뿌리원(233)에 반사되면서 광의 세기 차이에 따라 발생되는 세기변화 데이터 또는, 송신광이 종동기어부(230)의 외주면에 도달하는 지점에 따라 반사각이 상이하게 되면서 반사광의 수광위치변화 데이터에 해당될 수 있다.
이러한 반사광의 정보는 종동기어부(230)의 회전속도에 비례하여 반복되므로, 해당 반사광 정보를 속도산출부(500)에서 가공, 분석하여 차량의 속도를 산출하게 된다.
이로써, 본 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)는 엔코더, 휠 등의 추가 적용 없이, 기어부(200)의 회전속도에 기초하여 차량의 속도를 산출하므로, 장치의 구성이 간단하고, 엔코더, 톤휠 등의 조립 공정 및 중량을 저감할 수 있으며, 차량 속도 정보를 정확하고 안정적으로 측정할 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. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 인휠 구동장치 10: 타이어
30: 너클 50: 디스크
100: 휠부 110: 휠부재
130: 허브부 131: 허브내륜
133: 허브외륜 200: 기어부
210: 구동기어부 230: 종동기어부
231: 이끝원 233: 이뿌리원
300: 구동부 310: 모터부
311: 고정자 313: 회전자
330: 변속부 331: 출력축
400: 기어측정부 410: 광송신부
411: 송신광원 413: 송신렌즈
430: 광수신부 431: 수신렌즈
433: 광센서부 450: 반사정보전달부
500: 속도산출부 510: 정보수신부
530: 증폭부 550: 필터부
570: 신호전환부 580: 기어속도산출부
590: 차량속도산출부

Claims (6)

  1. 휠부;
    상기 휠부에 결합되는 기어부;
    상기 기어부와 맞물려, 상기 기어부를 회전시키는 구동부;
    상기 기어부에 광을 조사하고, 상기 기어부에서 반사되는 반사광을 수신하는 기어측정부; 및
    상기 기어측정부에서 수신하는 상기 반사광의 세기변화에 기초하여, 차량의 속도를 산출하는 속도산출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기어부는,
    상기 구동부에 연결되어, 상기 구동부에 연동하여 회전되는 구동기어부; 및
    상기 휠부에 결합되며, 상기 구동기어부에 맞물려 회전되는 종동기어부;를 포함하고,
    상기 기어측정부는, 상기 종동기어부의 일측에 위치하며 상기 종동기어부의 외주면에 광을 조사하는 광송신부와, 상기 종동기어부의 외주면에서 반사되는 상기 반사광을 수신하는 광수신부와, 상기 광수신부에서 수신한 상기 반사광의 세기변화를 상기 속도산출부에 전달하는 반사정보전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 속도산출부는,
    설정 시간 동안, 상기 반사광의 세기변화가 반복되는 횟수에 기초하여, 상기 차량의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
  4. 휠부;
    상기 휠부에 결합되는 기어부;
    상기 기어부와 맞물려, 상기 기어부를 회전시키는 구동부;
    상기 기어부에 광을 조사하고, 상기 기어부에서 반사되는 반사광을 수신하는 기어측정부; 및
    상기 기어측정부에서 수신하는 상기 반사광의 수광위치변화에 기초하여, 차량의 속도를 산출하는 속도산출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기어부는,
    상기 구동부에 연결되어, 상기 구동부에 연동하여 회전되는 구동기어부; 및
    상기 휠부에 결합되며, 상기 구동기어부에 맞물려 회전되는 종동기어부;를 포함하고,
    상기 기어측정부는, 상기 종동기어부의 일측에 위치하며 상기 종동기어부의 외주면에 광을 조사하는 광송신부와, 상기 종동기어부의 외주면에서 반사되는 상기 반사광을 수신하는 광수신부와, 상기 광수신부에서 수신한 상기 반사광의 수광위치변화를 상기 속도산출부에 전달하는 반사정보전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 속도산출부는,
    설정 시간동안 상기 반사광의 수광위치변화가 반복되는 횟수에 기초하여, 상기 차량의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동장치.
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