KR102501282B1 - 인 휠 드라이브 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인 휠 드라이브 유닛에 관한 것으로, 주행 장치의 각 휠에 구성되는 인 휠 드라이브 유닛으로서, 각 휠의 내주에 장착되어 휠을 회전시키는 인 휠 모터; 인 휠 모터가 결합되어 인 휠 모터와 같이 선회되면서 휠을 선회시키고 주행 장치의 차체에 회전 가능하게 구비되는 조향축; 조향축에 결합되어 차체에서 조향축을 회전시키는 웜기어; 조향축의 외주에 결합되어 휠의 상하 진동을 완충시키는 댐퍼스프링;을 포함하는 인 휠 드라이브 유닛을 제공한다.

Description

인 휠 드라이브 유닛{In wheel drive unit}

본 발명은 인 휠 드라이브 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 차륜마다 구성되는 인 휠 드라이브 유닛에 주행, 조향, 현가 장치를 하나의 모듈로서 구성한 인 휠 드라이브 유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 인 휠 드라이브(In-Wheel-Drive) 시스템은 기존의 엔진에서 구동력을 얻는 방법, 모터와 엔진으로부터 구동력을 얻는 하이브리드 전기 차량(HEV), 구동축에 연결된 모터로부터 구동력을 얻는 전기 차량(EV)과는 차별화된 차량의 구동법이다.

즉, 순수 모터로부터 구동력을 얻는다는 점에서는 기존 전기 차량과 다를 바가 없지만, 휠 내부에 모터를 부착시켜 모터가 구동하면서 내는 토오크로부터 휠을 회전시켜 차량을 구동시킨다는 점에서 차이점이 있다.

현재 공개된 휠 모터는 모터의 회전자가 휠 내주의 최외측에 결합되어 로터 즉 회전자가 회전하면서 휠이 회전하는 아웃터 로터 타입의 모터가 사용되고 있다.

이러한 인 휠 드라이브(In-Wheel-Drive)는 휠 안에 모터를 장착함으로써 일반 차량도 스포츠카와 같은 스피드와 힘을 경험할 수 있다.

하지만, 종래의 인 휠 드라이브 유닛에는 휠의 조향을 위한 랙과 피니언으로 이루어진 조향장치가 구성되는데, 이러한 조향장치의 설치를 위해서는 양 휠 사이의 차체에 별도의 공간을 마련해야 하는 구조상 복잡한 단점이 있고, 이로 인해 차체 설계 자유도가 낮은 단점이 있다.

또한, 종래의 인 휠 드라이드 유닛에는 완충을 현가장치가 구성되는데, 이러한 현가장치는 차체 하면에 설치되어 휠에 연결되기 때문에, 휠과 차체 사이의 공간 활용도가 현가장치로 인해 떨어질 뿐 아니라 차체가 불필요하게 높아지는 단점이 있다.

이로써, 종래의 인 휠 드라이브 유닛은 조향장치와 현가장치의 구성으로 인해 차체와 휠 사이의 공간 활용성이 떨어지고, 이로 인해 차량 플랫폼의 활용도가 낮은 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0041573호

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 각 차륜마다 인 휠 드라이브 유닛을 구성하고, 각 인 휠 드라이브 유닛에 주행, 조향, 현가 장치를 하나의 모듈로 구성하여 차체와 휠 사이의 공간 활용성을 최대한 향상시켜 차량 플랫폼의 활용도를 높인 인 휠 드라이브 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛은, 주행 장치의 각 휠에 구성되는 인 휠 드라이브 유닛으로서, 각 휠의 내주에 장착되어 휠을 회전시키는 인 휠 모터; 인 휠 모터가 결합되어 인 휠 모터와 같이 선회되면서 휠을 선회시키고 주행 장치의 차체에 회전 가능하게 구비되는 조향축; 조향축에 결합되어 차체에서 조향축을 회전시키는 웜기어; 조향축의 외주에 결합되어 휠의 상하 진동을 완충시키는 댐퍼스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 조향축의 외주에는 상하로 이동 가능하게 결합되어 댐퍼스프링과 접하는 회전너클이 구비되고, 회전너클에는 회전너클 및 조향축을 관통한 상태로 결합되어 회전너클과 같이 상하로 이동되는 리니어부싱이 구비되며, 리니어부싱에 삽입되어 위치 고정되게 구비되는 한편 인 휠 모터에 고정되게 설치되는 리니어샤프트가 구비되어, 휠과 같이 회전너클이 상하 이동되면서 댐퍼스프링에 의해 휠의 상하 진동을 완충시키도록 구비될 수 있다.

또한, 웜기어는 조향축에 결합되어 조향축과 같이 회전되게 구비되는 웜휠과, 웜휠의 외주에 치합되어 웜휠을 회전시키는 웜과, 웜에 구비되어 웜을 회전시키는 조향모터를 포함하고, 조향모터는 주행 장치의 전후 방향으로 위치되어 구비될 수 있다.

이에 더하여, 조향모터에는 조향모터를 주행 장치의 차체에 결합 고정시키는 고정브라켓이 구비되고, 고정브라켓에는 웜기어에 의한 조향축의 회전각도를 검출하는 회전각 센서가 구비될 수 있다.

본 발명의 인 휠 드라이브 유닛에 따르면, 각 차륜마다 인 휠 드라이브 유닛이 구성되고, 각 인 휠 드라이브 유닛에는 주행, 조향, 현가 장치가 하나의 모듈로서 구성되어 구비됨으로써, 차체와 휠 사이의 공간 활용성을 최대한 향상시킬 수 있고, 이에 따라 차량 플랫폼의 활용도를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛의 전기 차량의 휠에 적용된 것을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛의 분리도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛의 정단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛의 측단면 사시도이다.
도 5의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛에 구성되는 조향장치에 의한 휠의 회전각도를 각각 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛에 구성되는 조향장치에 의한 주행 장치의 선회 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 인 휠 드라이드 유닛에 의한 주행, 제동, 주차 모드 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 도 1 내지 도 7c는 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛 및 이의 작동상태를 도시한 도면들이다.

본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 주행 장치의 각 휠(100)에 독립되게 구성된다.

여기서, 주행 장치는 전기 자동차나 전동 휠체어 등을 포함하여 전기에 의해 주행하는 모든 주행 장치들을 말한다.

이러한 주행 장치는 통상 4개 이상의 휠(100)이 구비되고, 구동방식에 따라 2륜 구동 2륜 조향 또는 4륜 구동 4륜 조향 등 다양한 구조로 구성될 수 있다.

한편, 주행 장치의 각 휠(100)에는 인 휠 드라이브 유닛이 각각 구성되고, 인 휠 드라이브 유닛은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각 휠(100)의 내주에 장착되어 휠(100)을 회전시키는 인 휠 모터(110)와, 인 휠 모터(110)가 결합되어 인 휠 모터(110)와 같이 선회되면서 휠(100)을 선회시키고 주행 장치의 차체에 회전 가능하게 구비되는 조향축(200)과, 조향축(200)에 결합되어 차체에서 조향축(200)을 회전시키는 웜기어(220)와, 조향축(200)의 외주에 결합되어 휠(100)의 상하 진동을 완충시키는 댐퍼스프링(240)을 포함한다.

여기서, 인 휠 드라이브 유닛의 구동장치인 인 휠 모터(110)는 휠(100)의 내주에 구성되는 전기모터로서, 휠(100)의 내주에 고정되어 휠(100)과 같이 회전되는 로터(회전자, 미도시)와, 로터에 상대 회전 불가하게 결합되어 로터의 회전시에도 고정된 상태를 유지하는 스테이터(고정자, 미도시)와, 스테이터에서 후술될 조향축(200) 측으로 돌출되게 구비되는 리니어샤프트(213)를 포함한다.

따라서, 전기가 공급됨에 따라 로터가 휠(100)과 같이 회전되면서 주행 장치를 주행시키게 되고, 스테이터는 리니어샤프트(213)를 통해 주행 장치의 조향축(200)과 연결돼 있으므로 고정된 상태로 구비된다.

이와 같이 각 휠(100)에 구성되는 인 휠 모터(110)는 제어수단인 통합 주행 모듈(미도시)에 의해 각기 다른 rpm으로 회전될 수 있도록 구비됨에 따라 각 휠(100) 역시도 각기 다른 회전 속도로 회전되는 독립형 구동 방식으로 구비된다.

또한, 인 휠 드라이브 유닛에는 조향축(200)과 웜기어(220)를 포함하는 조향장치가 더 구성된다.

먼저, 조향장치의 조향축(200)은 주행 장치의 각 휠(100)마다 구비되어 각 휠(100)의 조향을 담당하는 장치로서, 도 2 및 도 3에서와 같이, 리니어샤프트(213)를 통해 인 휠 모터(110)와 연결되어 제자리 회전되면서 휠(100)을 회전시켜 주행 장치의 조향 및 선회, 제동을 이루게 된다.

이러한 조향축(200)은 주행 장치의 차체에 결합 고정되는 마운트브라켓(250)을 매개로 회전 가능하게 구비된다.

마운트브라켓(250)은 상부 마운트브라켓과 하부 마운트브라켓으로 구비될 수 있고, 상부 마운트브라켓(250)은 주행 장치의 차체에 직접 결합되어 고정되며, 하부 마운트브라켓(250)은 상부 마운트브라켓(250)과 이격된 하부에서 상부 마운트브라켓 또는 주행 장치의 차체에 결합되어 고정되게 구비된다.

이러한 상부 마운트브라켓(250)과 하부 마운트브라켓(250) 사이에 조향축(200)이 구비되는 바, 조향축(200)의 상,하단부는 각각 상부 마운트브라켓(250)과 하부 마운트브라켓(250)에 각각 부싱(251) 또는 베어링을 개재한 상태로 회전 가능하게 구비된다.

그리고, 조향축(200)에는 축방향과 직교되는 방향으로 관통된 관통구(201)가 형성되고, 관통구(201)는 조향축(200)의 축방향을 따라 상하로 길게 형성되어, 후술될 회전너클(210)의 상하 이동을 안내함과 동시에 제한하게 된다.

한편, 상기와 같이 구비되는 조향축(200)을 회전시키는 웜기어(220)는 조향축(200)의 상측에 연결되게 구비된다.

이러한 웜기어(220)는 도 2 및 도 3에서와 같이, 조향축(200)의 상측에 결합 고정되어 조향축(200)과 같이 회전되게 구비되는 웜휠(221)과, 웜휠(221)의 외주에 치합되어 웜휠(221)을 회전시키는 웜(222)과, 웜(222)에 연결되어 웜(222)을 회전 구동시키는 조향모터(230)를 포함한다.

특히, 조향모터(230)에는 도 2 및 도 4에서와 같이, 고정브라켓(231)이 결합 고정되어 구비되고, 고정브라켓(231)은 주행 장치의 차체에 결합 고정되어 조향모터(230)를 주행 장치에 고정시키게 된다.

이와 같이 구비되는 조향모터(230)는 주행 장치의 전후 방향으로 위치되어 구비됨으로써, 조향축(200)에 설치되는 다수의 주변 부품들과의 간섭을 피할 수 있고, 이에 따라 조향축(200)에 다수의 부품을 용이하게 설치할 수 있는 공간이 확보된다.

게다가, 조향모터(230)의 고정브라켓(231)에는 웜기어(220)에 의한 조향축(200)의 회전각도를 검출하는 회전각 센서(미도시)가 구비된다.

이러한 회전각 센서는 조향축(200)의 회전각도를 검출할 수 있는 센서이면 모두 만족할 수 있으나, 가장 바람직하게는 조향모터(230)의 풀리 즉 웜(222)이나 웜휠(221)의 회전각도를 검출하는 엔코더로 구성될 수 있다.

한편, 상기와 같은 조향모터(230)와 웜기어(220)에 의해 각각의 조향축(200)은 독립적으로 회전되게 구비되고, 이에 따른 주행 장치의 각 휠(100)은 도 5에 예시한 바와 같이 다양한 각도로 회전될 수 있게 된다.

일례로, 도 5에서는 하나의 휠(100)을 예시하여 휠(100)의 회전각도를 각각 나타낸 것으로, 도 5의 (a)에서는 휠(100)이 주행 장치의 차체와 나란히 구비된 상태로서 주행 장치가 전후 방향으로 직진 주행이 가능한 상태이고, 도 5의 (b)에서는 휠(100)이 우측으로 45도 각도로 회전되어 주행 장치가 직진시 우측 방향으로 선회가 가능한 상태이며, 도 5의 (c)에서는 휠(100)이 좌측으로 45도 각도로 회전되어 주행 장치가 직진시 좌측 방향으로 선회가 가능한 상태이고, 도 5의 (d)에서는 휠(100)이 90도 각도로 회전되어 주행 장치가 직진 주행과 직교되는 방향으로 평행 이동 가능한 상태가 된다.

보다 구체적으로, 도 6a 내지 도 6e에서는 인 휠 드라이브 유닛에 구성되는 조향장치에 의한 주행 장치의 각 휠(100)의 회전 상태와 그에 따른 선회 상태를 나타낸 것으로, 도 6a는 주행 장치의 선회 상태를 도시한 것이고, 도 6b는 주행 장치의 급선회 상태를 도시한 것이며, 도 6c는 주행 장치의 피봇 즉 제자리 선회되는 상태를 도시한 것이고, 도 6d는 주행 장치의 평행 이동 상태와 주차 가능한 상태를 도시한 것이며, 도 6e는 주행 장치의 평행 이동 상태와 더불어 방향 전환 가능한 상태를 도시한 것이다.

즉, 도 6a는 주행 장치의 일반적인 선회 모드로서, 전륜의 휠(100)이 동시에 일방향으로 회전되고, 후륜의 휠(100)은 주행 장치의 차체와 나린히 구비되어, 주행 장치가 전륜의 조향 방향을 따라 일방향으로 선회하게 된다.

도 6b는 주행 장치의 급선회 모드로서, 전륜의 휠(100)이 동시에 일방향으로 회전되고, 후륜의 휠(100)은 전륜의 회전 방향과 반대인 타방향으로 동시에 회전되어, 주행 장치가 전륜의 조향 방향을 따라 일방향으로 급선회하게 된다.

도 6c는 주행 장치의 피봇 즉 제자리 선회 모드로서, 전륜의 휠(100)이 동시에 일방향으로 회전되고, 후륜의 휠(100)은 전륜의 회전 방향과는 반대인 타방향으로 동시에 회전되되, 전륜과 후륜의 휠(100)은 회전 방향만 다를 뿐 동일한 각도로 회전(즉, 대각 방향으로 위치된 양 휠(100)이 각각 평행하게 위치)되어, 주행 장치가 피봇 즉 제자리에서 일방향으로 선회하게 된다.

도 6d는 주행 장치의 평행 이동 모드로서, 전륜 및 후륜의 휠(100)이 도 7a에서의 직진 모드의 주행 방향과 직교를 이루는 90도 방향으로 회전되어, 주행 장치가 직진 모드의 주행 방향과 직교되는 방향으로 평행 이동하게 되고, 이와 같이 주행 장치의 전륜 및 후륜의 휠(100)이 90도 방향으로 회전되어 조향된 상태에서는 주행 장치의 주차가 가능하게 된다.

도 6e는 주행 장치의 평행 이동 및 방향 전환이 가능한 모드로서, 전륜 및 후륜의 휠(100)이 동시에 동일한 방향으로 동일한 45도 각도로 회전되어, 주행 장치가 전,후륜의 조향 방향을 따라 사선 방향으로 평행 이동하게 된다.

이외에도 본 실시예에서는 예시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 조향장치의 조향은 ±150도까지 이루어질 수 있기 때문에, 통상의 선회, 급선회, 제자리 회전, 평행 이동 등과 같이 다양한 움직임이 가능한 이점이 있다.

한편, 본 발명에서는 주행 장치의 휠(100)마다 구성되는 각 조향장치 즉 각각의 조향모터(230)와 웜기어(220)가 통합 주행 모듈에 의해 독립적으로 제어되고, 이에 따라 주행 장치의 각 조향축(200)이 각각 회전되어 주행 장치의 각 휠(100)이 독립적으로 조향됨으로써, 본 발명에서는 별도의 제동장치가 불필요하게 된다.

즉, 제동력이 필요할 때에는 전,후륜의 좌우 휠(100)을 서로 반대 방향으로 회전시켜 토우각(θ1)(θ2)을 형성함으로써 제동력을 발생되고, 이에 대한 설명은 이하에서 첨부도면 도 7을 참조하여 자세히 설명한다.

첨부도면 도 7a 내지 도 7c는 인 휠 드라이드 유닛에 의한 주행 모드, 제동 모드, 주차 모드에 따른 각 휠의 조향 상태를 나타낸 것으로, 도 7a는 주행 장치의 직진 주행 모드 시의 각 휠(100)의 조향 상태를 도시한 것이고, 도 7b 및 도 7c는 주행 장치의 제동 모드 시의 각 휠(100)의 조향 상태를 도시한 것이며, 도 7d 및 도 7e는 주행 장치의 주차 모드 시의 각 휠(100)의 조향 상태를 도시한 것이다.

먼저, 도 7a는 주행 장치가 전진 또는 후진과 같은 직진 주행 모드로서, 이 상태에서는 주행 장치의 모든 휠(100) 즉 전륜의 휠(100)과 후륜의 휠(100)이 모두 도 5의 (a)에서와 같이 주행 장치의 차체와 나란히 구비되어, 주행 장치가 전후 방향으로 직진 주행할 수 있게 된다.

도 7b 및 도 7c는 주행 장치의 제동 모드로서, 전,후륜의 좌우 양 휠(100)을 각각 서로 반대 방향으로 회전시켜 전,후륜의 좌우 양 휠(100)의 토우각(θ1)(θ2)을 형성하게 되고, 이때 전륜의 토우각(θ1)은 후륜의 토우각(θ2)보다 크게 형성된다.

특히, 전륜 및 후륜의 좌우 휠(100)은 서로 반대 방향으로 회전되어 토우각(θ1)(θ2)을 형성하되, 도 7b에서와 같이 전,후륜 모두 좌우 양 휠(100)이 바깥쪽으로 회전되어 전,후륜의 좌우 양 휠(100)이 외측 방향으로 벌어진 토우아웃(toe-out)의 토우각(θ1)(θ2)을 형성하게 됨으로써 주행 장치의 직진성이 급격히 저하되면서 제동력이 발생하게 된다. 이때, 후륜보다 전륜의 토우아웃에 의한 토우각(θ1)을 더 크게 형성함으로써 큰 제동력을 신속히 얻을 수 있게 된다(θ1＞θ2).

그리고, 도 7c에서와 같이 전,후륜의 좌우 양 휠(100)이 모두 안쪽으로 회전되어 전,후륜의 좌우 양 휠(100)이 안쪽으로 오므려진 토우인(toe-in)의 토우각(θ3)(θ4)을 형성하게 됨으로써 주행 장치의 직진성이 급격히 저하되어 제동력이 발생된다. 이때에도 후륜보다 전륜의 토우인에 의한 토우각(θ3)이 더 크게 즉 좁게 형성됨으로써 큰 제동력을 신속히 얻을 수 있게 된다(θ3＜θ4).

따라서, 본 발명의 인 휠 드라이브 유닛에서는 전륜 및 후륜의 각 휠(100)을 서로 반대 방향으로 회전시킴에 따라 양 휠(100)의 토우아웃이나 토우인의 방향과는 무관하게 토우각(θ1)(θ2)(θ3)(θ4)으로 제동력을 발생시킬 수 있으므로 브레이크 디스크, 캘리퍼, 유압수단 등과 같은 제동장치의 설치가 불필요하게 된다.

또한, 도 7d 및 도 7e는 주행 장치의 주차 모드로서, 도 7d에서와 같이 전륜의 좌우 휠(100)은 안쪽으로 회전되어 오므려진 토우인의 토우각(θ3)을 형성하게 되고, 후륜의 좌우 휠(100)은 제동 모드에서와 같이 바깥쪽으로 회전되어 벌어진 토우아웃의 토우각(θ2)을 형성하게 됨으로써 주차 상태를 유지할 수 있게 된다.

그리고, 도 7e에서는 주행 장치의 전,후륜의 좌우 양 휠(100)이 도 7d와는 반대 방향으로 회전된 상태의 주차 모드인 것으로, 도 7e에서는 전륜의 좌우 휠(100)은 바깥쪽으로 회전되어 벌어진 토우아웃의 토우각(θ1)을 형성하게 되고, 후륜의 좌우 휠(100)은 안쪽으로 회전되어 오므려진 토우인의 토우각(θ3)을 형성하게 됨으로써 주차 상태를 유지할 수 있게 된다.

이러한 주차 모드는 통합 주행 모듈에 예입력되어 설정된 모드로서, 주행 장치의 주차시 통합 주행 모듈의 제어에 의해 조향장치에서 자동으로 조향 브레이크가 이루어짐으로써 주차 상태를 견고히 유지할 수 있게 된다. 이로써, 본 발명에서는 별도의 주차 브레이크 장치가 불필요하게 된다.

특히, 본 발명의 인 휠 드라이브 유닛에서는 도 7b 내지 도 7e에 도시된 조향 상태는 모두 제동 모드와 주차 모드가 가능한 상태이고, 토우아웃이나 토우인의 방향과 관계없이 토우각의 발생 시엔 해당 륜에 제동력이 발생하게 되며, 상황에 따른 휠의 각도 제어를 통해 전,후륜의 제동력을 다르게 조절할 수 있는 특징이 있다.

한편, 인 휠 드라이브 유닛에는 댐퍼스프링(240)과 회전너클(210)을 포함하는 현가장치가 더 구성된다.

현가장치의 댐퍼스프링(240)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상하 마운트브라켓(250) 사이의 조향축(200) 외주에 끼워져 결합된 상태로 휠(100)의 상하 진동을 완충시키도록 구비되고, 회전너클(210)은 댐퍼스프링(240)의 상부 또는 하부의 조향축(200) 외주(이하에선 '댐퍼스프링(240) 하부의 조향축(200) 외주'라 한다)에 끼워져 결합된 상태로 휠(100)과 같이 상하로 이동되면서 댐퍼스프링(240)을 압축시켜 완충되도록 구비된다.

댐퍼스프링(240)은 압축 코일스프링으로서, 조향축(200)의 외주에 끼워져 결합된 상태로 자유롭게 유동되도록 구비된다.

회전너클(210)은 댐퍼스프링(240) 하부의 조향축(200) 외주에 끼워져 결합된 상태로 자유롭게 유동되도록 구비되는 바, 이때 회전너클(210)의 상하 측에는 회전너클(210)의 내주면과 조향축(200)의 외주면 간의 마찰저항을 최소화하기 위한 링 형상의 상하 가스켓(211)이 각각 개재되어 구비된다.

이러한 가스켓(211)은 그 단면이 "ㄱ" 또는 "ㄴ"자 형성되어, 조향축(200)의 축방향 즉 종방향으로 형성된 수직부는 회전너클(210)과 조향축(200) 사이에 끼워져 회전너클(210)의 상하 이동시 마찰저항을 최소화하게 되고, 조향축(200)의 축방향과 직교되는 방향 즉 횡방향으로 형성된 수평부는 회전너클(210)의 상,하면에 각각 면접촉되어 지지됨으로써 가스켓(211)은 회전너클(210)과 같이 상하로 이동되게 구비된다. 이때, 회전너클(210)과 조향축(200) 사이에는 그리스(grease)와 같은 윤활제가 도포된 상태로 구비된다.

그리고, 상기와 같은 회전너클(210)은 휠(100)과 같이 상하로 이동되게 구비되는 바, 회전너클(210)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전너클(210) 및 조향축(200)을 관통한 상태에서 회전너클(210)에 결합 고정되어 회전너클(210)과 같이 상하로 이동되는 리니어부싱(212)이 구비되고, 리니어부싱(212)에 삽입되어 위치 고정되는 한편 인 휠 모터(110)의 고정자에 고정되게 설치되는 리니어샤프트(213)가 구비된다.

이로써, 회전너클(210)은 조향축(200)에 끼워진 상태에서 휠(100)과 같이 상하 이동되면서 댐퍼스프링(240)을 압축시키고 압축된 댐퍼스프링(240)이 다시 인장되는 작동을 반복하면서 휠(100)의 상하 진동을 완충시키게 된다.

여기서, 리니어부싱(212)은 도 2에서와 같이 중공관으로 형성되고, 회전너클(210)을 관통하여 돌출된 양측 단부에는 나사부가 형성되며, 양 나사부에는 각각의 너트가 회전너클(210)의 외측에서 나사 체결되어, 리니어부싱(212)을 회전너클(210)에 관통된 상태로 고정시키게 된다.

리니어샤프트(213)는 인 휠 모터(110)의 고정자에 연결되어 고정되게 구비될 수도 있고, 또는 인 휠 모터(110)의 회전자에 연결되어 리니어부싱(212)에서 회전되게 구비될 수도 있다.

이때. 리니어샤프트(213)는 리니어부싱(212)에 삽입되어 위치 고정된 상태에서 고정되거나 또는 회전되게 구비될 수 있고, 리니어샤프트(213)를 리니어부싱(212)에 위치 고정시키는 고정수단을 해제한 상태에서는 리니어부싱(212)에서 돌출되는 리니어샤프트(213)의 길이를 조절하여 양 휠(100)의 간격을 용이하게 조절할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 인 휠 드라이브 유닛의 작동을 주행 장치를 일례로 들어 설명한다.

주행 장치는 도 7a에서와 같이, 전륜과 후륜에 각각 좌우 양 휠(100)이 구비되고, 각 휠(100)의 내주에는 인 휠 모터(110)가 설치되어 구비된다.

이 상태에서 인 휠 모터(110)가 구동되면, 주행 장치는 인 휠 모터(110)의 정방향 또는 역방향 구동에 따라 전진 주행 또는 후진 주행이 이루어지게 된다.

이후, 선회시는 도 6a에서와 같이, 전륜의 좌우 양 휠(100)이 동시에 선회하고자 하는 방향으로 회전되고, 후륜의 좌우 양 휠(100)은 직진 주행시와 같은 상태를 그대로 유지한 상태에서, 주행 장치의 전진 주행이 이루어지면 전륜의 조향 방향으로 선회가 이루어지게 된다.

급선회시는 도 6b에서와 같이, 전륜의 좌우 양 휠(100)이 동시에 선회하고자 하는 일방향으로 회전되고, 후륜의 좌우 양 휠(100)은 전륜의 조향과 반대인 타방향으로 동시에 회전된 상태에서, 주행 장치의 전진 주행이 이루어지면 전륜의 조향 방향으로 급선회가 이루어지게 된다.

또한, 주행 장치의 피봇 즉 제자리 선회시는 도 6c에서와 같이, 전륜의 좌우 양 휠(100)이 동시에 선회하고자 하는 일방향으로 회전되고, 후륜의 좌우 양 휠(100)은 전륜의 조향과는 반대인 타방향으로 동시에 전륜의 조향각과 동일한 각으로 회전된 상태에서, 주행 장치의 전진 주행이 이루어지면 전륜의 조향 방향으로 제자리 선회가 이루어지게 된다.

그리고, 주행 장치의 평행 이동시는 도 6d에서와 같이, 전륜 및 후륜의 휠(100)이 도 7a에서 직진 모드의 주행 방향과 직교를 이루는 90도 방향으로 회전된 상태에서, 주행 장치의 전진 주행이 이루어지면 주행 장치가 주행 방향과 직교되는 좌측 또는 우측 방향으로 평행 이동되고, 이러한 평행 이동은 주행 장치의 일렬 주차시 초보자도 용이하게 주행 장치를 일렬 주차시킬 수 있게 된다.

또한, 주행 장치의 주행 중 제동은 도 7b에서와 같이, 전,후륜의 좌우 양 휠(100)이 모두 바깥쪽으로 회전되어 벌어진 토우아웃의 토우각(θ1)(θ2)을 형성하되, 전륜의 토우각(θ1)이 후륜의 토우각(θ2)보다 큰 각을 갖도록 벌어져 주행 장치의 주행을 급격히 제동시킬 수 있게 된다.

그리고, 주행 장치의 주차시는 도 7c에서와 같이, 전륜의 좌우 휠(100)은 안쪽으로 회전되어 오므려진 토우인의 토우각(θ3)을 형성하고, 후륜의 좌우 휠(100)은 제동 모드와 마찬가지로 바깥쪽으로 회전되어 벌어진 토우아웃의 토우각(θ2)을 형성함으로써 주행 장치의 주차 상태를 견고히 유지할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 주행 장치의 주행 중에 휠(100)에서 발생되는 상하 진동은 조향축(200)의 외주에 끼우진 각 회전너클(210)이 각 휠(100)과 같이 상하로 이동되면서 각각의 댐퍼스프링(240)을 압축시키고 다시 인장되는 댐퍼스프링(240)의 반복 작동에 의해 휠(100)의 상하 진동을 완충시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에서는 인 휠 드라이브 유닛에 주행, 조향, 현가 장치가 하나의 모듈로서 구성됨으로써, 차량 플랫폼의 활용도를 높일 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

100 : 휠 110 : 인 휠 모터
200 : 조향축 201 : 관통구
210 : 회전너클 211 : 가스켓
212 : 리니어부싱 213 : 리니어샤프트
220 : 웜기어 221 : 웜휠
222 : 웜 230 : 조향모터
231 : 고정브라켓 240 : 댐퍼스프링
250 : 마운트브라켓 251 : 부싱

Claims (4)

1. 주행 장치의 각 휠에 구성되는 인 휠 드라이브 유닛으로서,
   각 휠의 내주에 장착되어 휠을 회전시키는 인 휠 모터;
   인 휠 모터가 결합되어 인 휠 모터와 같이 선회되면서 휠을 선회시키고 주행 장치의 차체에 회전 가능하게 구비되는 조향축;
   조향축에 결합되어 차체에서 조향축을 회전시키는 웜기어;
   조향축의 외주에 결합되어 휠의 상하 진동을 완충시키는 댐퍼스프링;을 포함하되,
   조향축의 외주에는 상하로 이동 가능하게 결합되어 댐퍼스프링과 접하는 회전너클이 구비되고,
   회전너클에는 회전너클 및 조향축을 관통한 상태로 결합되어 회전너클과 같이 상하로 이동되는 리니어부싱이 구비되며,
   리니어부싱에 삽입되어 위치 고정되게 구비되는 한편 인 휠 모터에 고정되게 설치되는 리니어샤프트가 구비되어,
   휠과 같이 회전너클이 상하 이동되면서 댐퍼스프링에 의해 휠의 상하 진동을 완충시키도록 구비되는 인 휠 드라이브 유닛.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   웜기어는 조향축에 결합되어 조향축과 같이 회전되게 구비되는 웜휠과, 웜휠의 외주에 치합되어 웜휠을 회전시키는 웜과, 웜에 구비되어 웜을 회전시키는 조향모터를 포함하고,
   조향모터는 주행 장치의 전후 방향으로 위치되어 구비되는 인 휠 드라이브 유닛.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   조향모터에는 조향모터를 주행 장치의 차체에 결합 고정시키는 고정브라켓이 구비되고, 고정브라켓에는 웜기어에 의한 조향축의 회전각도를 검출하는 회전각 센서가 구비되는 인 휠 드라이브 유닛.

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