KR102511768B1 - 3륜차용 틸팅장치 - Google Patents

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KR102511768B1 KR1020220134059A KR20220134059A KR102511768B1 KR 102511768 B1 KR102511768 B1 KR 102511768B1 KR 1020220134059 A KR1020220134059 A KR 1020220134059A KR 20220134059 A KR20220134059 A KR 20220134059A KR 102511768 B1 KR102511768 B1 KR 102511768B1
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Abstract

본 발명은 3륜차용 틸팅장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 3륜차용 틸팅장치는 제1부재; 상기 제1부재에 대하여 제1축을 중심으로 회전 가능한 상태로 지지되는 제2부재; 및 상기 제1부재와 제2부재의 사이에서 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 배치되고, 일단부는 상기 제1부재에 회동 가능하게 연결되고 타단부는 상기 제2부재에 회동 가능하게 연결되며, 상기 제2축 방향에 대하여 탄성 압축 및 복원이 가능한 댐퍼모듈을 포함하고, 상기 제1부재와 제2부재는 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하고, 상기 제1축은 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하는 틸팅축으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

Description

3륜차용 틸팅장치{TILTING APPARATUS FOR THREE-WHEEL VEHICLE}
본 발명은 3륜차용 틸팅장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결한 상태에서 전륜 프레임의 조향에 순응하여 탄력적으로 변형 및 복원하면서 후륜 프레임에 대한 전륜 프레임의 틸팅을 허용할 수 있는 3륜차용 틸팅장치에 관한 것이다.
환경오염 및 온실가스 배출 규제에 대한 각국의 법제화 움직임에 따라, 이산화탄소의 배출량과 환경오염을 야기하는 가솔린 및 디젤 자동차의 사용을 점차 줄이려는 노력이 점차 증대되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로, 최근에는 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 전기 자동차(EV, electric vehicle)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
전기 자동차는 내연기관을 이용하는 자동차와 달리, 공해물질을 전혀 배출하지 않고, 소음이 적다는 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량과 제한적인 수명, 충전에 소요되는 시간, 짧은 항속거리 등이 문제가 되어, 골프장이나 놀이공원과 같은 제한된 시설에서만 사용되었다.
그러나, 최근의 활발한 연구를 통해, 배터리의 성능이 향상되고, 내연기관 시스템과의 연계를 통한 하이브리드 시스템을 통해, 충전의 문제를 해결한 하이브리드 시스템(Hybrid System)의 도입으로, 점차 보편화 되는 추세이다.
이러한 개선에도 불구하고, 전기 자동차는 탑재하는 배터리의 전력에 한계가 있고 충분한 구동력을 얻기 힘들기 때문에 1인 승 또는 2인승의 소형차량으로 도심에서 업무용 또는 출퇴근용으로 사용할 경우, 최적의 성능을 보장할 수 있기 때문에, 이러한 용도에 부합되는 디자인으로, 최근에는 하나의 전륜(front wheel)과 한 쌍의 후륜(rear wheel)을 가지는 3륜 전기 자동차가 차세대 전기 자동차로 연구되고 있다.
그러나, 3륜으로 구성된 전기 자동차는 구동원이 내장된 후륜을 고정한 상태에서, 한 쌍의 전륜을 좌우 회전시켜 전기 자동차의 이동 방향을 조절하기 때문에, 전기 자동차의 회전 시 회전반경이 커질 수 있으며, 급회전 시에는 전기 자동차가 전복될 우려가 있다는 문제점이 있어 개선이 요구되고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 최근에는 운전자가 3륜 전기 자동차의 이동 방향을 바꿀 때, 2륜 오토바이와 같이, 회전에 따른 원심력 방향으로 구동바퀴 및 차체가 기울어질 수 있는 틸팅 시스템이 연구되고 있다. 이와 같은 틸팅 구조를 도입하면, 운전자가 시트에 앉아 있는 상태에서 핸들 또는 손잡이를 돌려 방향 전환을 할 때, 회전하는 방향에 대하여 차체를 기울여, 원심력에 의해 전기 자동차가 전복되는 것을 방지할 수 있다.
하지만, 이러한 틸팅 시스템을 구현하기 위해서는 다수의 센서와 구동기구 및 복잡한 제어 시스템을 구성하여야 하므로, 전기 자동차의 차체 중량을 증가시키는 것은 물론 에너지 소비를 증가시켜 항속 거리의 단축 및 차량 제조 비용을 증가시킬 수 있다는 문제점이 있다.
미국공개특허 US 2018/0297636 A1(2018.10.18)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결한 상태에서 전륜 프레임의 조향에 순응하여 탄력적으로 변형 및 복원하면서 후륜 프레임에 대한 전륜 프레임의 틸팅을 허용할 수 있는 3륜차용 틸팅장치를 제공함에 있다.
또한, 전륜 프레임과 후륜 프레임 사이에 배치되는 댐퍼부재의 탄성변형율을 조절할 수 있는 3륜차용 틸팅장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1부재; 상기 제1부재에 대하여 제1축을 중심으로 회전 가능한 상태로 지지되는 제2부재; 및 상기 제1부재와 제2부재의 사이에서 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 배치되고, 일단부는 상기 제1부재에 회동 가능하게 연결되고 타단부는 상기 제2부재에 회동 가능하게 연결되며, 상기 제2축 방향에 대하여 탄성 압축 및 복원이 가능한 댐퍼모듈을 포함하고, 상기 제1부재와 제2부재는 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하고, 상기 제1축은 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하는 틸팅축으로 설정되는 3륜차용 틸팅장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1부재는 상기 제1축으로부터 제2축 방향에 대하여 일측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈의 일단부가 연결되는 제1피봇이 형성된 제1암을 포함하고, 상기 제2부재는 상기 제1축으로부터 제2축방향에 대하여 타측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈의 타단부가 연결되는 제2피봇이 형성된 제2암을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2부재는 제1축 방향으로 연장되는 회전샤프트를 포함하고, 상기 제1부재는 상기 회전샤프트를 축회전 가능한 상태로 지지하는 브래킷을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1부재는 상기 회전샤프트와 동일 축선상에 배치되는 고정샤프트를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 댐퍼모듈은 제2축 방향으로 배치되는 코일스프링을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 댐퍼모듈은 상기 코일스프링의 일단부를 지지하는 실린더튜브와 상기 코일스프링의 타단부를 지지하는 피스톤로드를 구비한 완충실린더를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 댐퍼모듈은 상기 실린더튜브의 외주면에 나사결합되고 코일스프링을 지지하는 조절링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결한 상태에서 전륜 프레임의 조향에 순응하여 탄력적으로 변형 및 복원하면서 후륜 프레임에 대한 전륜 프레임의 틸팅을 허용할 수 있는 3륜차용 틸팅장치가 제공된다.
또한, 전륜 프레임과 후륜 프레임 사이에 배치되는 댐퍼부재의 탄성변형율을 조절할 수 있는 3륜차용 틸팅장치가 제공된다.
도 1은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 사시도,
도 2는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 분해사시도,
도 3은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 부분절개 사시도,
도 4는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 적용예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 정단면도,
도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이고,
도 7은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 작용도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 3륜차용 틸팅장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 1은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 사시도, 도 2는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 분해사시도, 도 3은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 부분절개 사시도, 도 4는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 적용예를 나타낸 도면이다.
상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 3륜차용 틸팅장치는 3륜차의 후륜 프레임에 대한 전륜 프레임의 틸팅이 가능하도록 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하는 것으로서, 제1부재(110), 제2부재(120) 및 댐퍼모듈(130)을 포함한다.
본 실시예에서 제1축(X)은 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하는 틸팅축으로 설정되고, 제2축은 상기 제1축(X)과 교차하는 방향으로 설정될 수 있다.
상기 제1부재(110)는 상기 제1축(X)으로부터 제2축 방향에 대하여 일측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈(130)의 일단부가 연결되는 제1피봇(112)이 형성된 제1암(111), 상기 제1암(111)의 일측에서 상기 제1축(X)과 동심을 이루도록 배치되는 브래킷(113) 및 상기 제1암(111)의 타측에서 상기 제1축(X)과 동심을 이루도록 배치되고 후륜 프레임에 고정되는 고정샤프트(115)를 포함한다.
구체적으로, 상기 제1암(111)은 후술할 댐퍼모듈(130)과 제2부재(120)의 제2암(121)을 수용할 수 있는 사각 틀 형상을 가질 수 있으며, 제2부재(120)의 원활한 결합을 위해 상호 조립될 수 있는 두 개 이상의 단위부재로 분할 구성될 수 있다.
또한, 상기 브래킷(113)은 제2부재(120)의 회전샤프트(123)가 삽입될 수 있는 파이프 형상으로 이루어질 수 있으며, 내부에는 상기 회전샤프트(123)를 축회전 가능하게 지지할 수 있는 복수의 베어링(114)이 배치될 수 있다.
상기 제2부재(120)는 상기 제1부재(110)에 대하여 제1축(X)을 중심으로 회전 가능한 상태로 지지되는 것으로, 상기 제1축(X)으로부터 제2축 방향에 대하여 타측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈(130)의 타단부가 연결되는 제2피봇(122)이 형성된 제2암(121) 및 상기 제2암(121)의 일측에서 상기 제1축(X)과 동심을 이루도록 배치되고 상기 제1부재(110)의 브래킷(113) 내에 축회전 가능하게 지지된 상태로 전륜 프레임에 연결되는 회전샤프트(123)를 포함한다.
상기 제2암(121)은 회전샤프트(123)와 제2피봇(122)을 연결하기 위해 대략 'ㄴ'자의 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 제2피봇(122)은 제1축(X)을 사이에 두고 상기 제1부재(110)의 제1피봇(112)과 마주하도록 배치된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제1부재(110)가 후륜 프레임에 고정되고 제2부재(120)가 전륜 프레임에 고정되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 제1부재(110)가 전륜 프레임에 고정되고 제2부재(120)가 후륜 프레임에 고정되는 것도 가능하다.
상기 댐퍼모듈(130)은 상기 제1부재(110)와 제2부재(120)의 사이에서 상기 제1축(X)과 교차하는 제2축 방향으로 배치되고, 일단부는 상기 제1부재(110)에 회동 가능하게 연결되고 타단부는 상기 제2부재(120)에 회동 가능하게 연결되며, 상기 제2축 방향에 대하여 탄성 압축 및 복원이 가능하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 댐퍼모듈(130)은 실린더튜브(132a)와 피스톤로드(132b)를 구비하고 양단부가 상기 제1피봇(112)과 제2피봇(122)에 회동 가능하게 연결되는 완충실린더(132), 상기 실린더튜브(132a)의 외주면에 나사결합되고 회전방향에 따라 축방향 위치가 조절될 수 있는 조절링(133) 및 양단부가 상기 조절링(133)과 피스톤로드(132b)에 지지되는 코일스프링(131)을 포함한다.
여기서, 상기 코일스프링(131)은 상기 조절링(133)에 의해 하단부가 지지되고, 상기 조절링(133)은 회전방향에 따라 실린더튜브(132a)의 외주면 상에서 이동할 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 조절링(133)의 위치를 조절하여 상기 코일스프링(131)의 탄성강도를 조절할 수 있다.
또한, 상기 완충실린더(132)는 상기 코일스프링(131) 자유진동을 감쇠하기 위한 것으로서, 일반적인 서스펜션 또는 쇼크 옵서버(shock absorber)가 적용될 수 있으며, 완충 강도가 조절될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피스톤로드(132b)에는 상기 코일스프링(131)의 상단부를 지지하기 위한 플랜지부(132c)가 형성될 수 있다.
상기와 같이 제1부재(110)의 제1피봇(112)과 제2부재(120)의 제2피봇(122)을 연결하는 댐퍼모듈(130)은 제2축 방향에 대하여 탄성변형이 가능하도록 구성되고, 제2부재(120)의 회전시 제1피봇(112)과 제2피봇(122) 사이 간격이 감소하도록 구성된다. 따라서, 조향을 위해 전륜 프레임을 틸팅시키면 제1피봇(112)과 제2피봇(122) 사이에 위치한 댐퍼모듈(130)이 탄성 압축되고, 전륜 프레임에 별도의 외력이 인가되지 않은 상태에서는 댐퍼모듈(130)의 탄성력에 의해 제1피봇(112)과 제2피봇(122)이 제1축(X)을 사이에 두고 양측에 배치된 상태가 되어 전륜 프레임의 중앙 정렬 상태가 탄력적으로 유지될 수 있다.
지금부터는 상술한 3륜차용 틸팅장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 5는 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 정단면도, 도 6은 도 5의 A-A'선 단면도, 도 7은 본 발명 3륜차용 틸팅장치의 작용도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2부재(120)의 회전샤프트(123)는 제1부재(110)의 브래킷(113) 내에 삽입된 상태에서 베어링(114)에 의해 축회전 가능하게 지지되고, 제2부재(120)의 제2암(121)은 제1부재(110)의 제1암(111)에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되며, 제2암(121)에 형성된 제2피봇(122)은 제1축(X)을 사이에 두고 제1암(111)의 제1피봇(112)과 마주하는 형태로 배치된다.
상기 제1피봇(112)에는 댐퍼모듈(130)을 구성하는 완충실린더(132)의 피스톤로드(132b)의 단부가 회동가능하게 연결되고, 제2피봇(122)에는 완충실린더(132)의 실린더튜브(132a)의 단부가 회동가능하게 연결되며, 상기 실린더튜브(132a)의 외주면에 결합된 조절링(133)과 피스톤로드(132b)의 플랜지부(132c) 사이에는 코일스프링(131)이 배치된다.
이러한 상태에서 상기 제1부재(110)의 고정샤프트(115)는 후륜 프레임 측에 연결되고, 상기 제2부재(120)의 회전샤프트(123)는 전륜 프레임 측에 연결되므로, 후륜 프레임에 대한 전륜 프레임의 틸팅과정에서 상기 제2부재(120)가 전륜 프레임과 함께 제1축(X)을 중심으로 회전하게 된다. 따라서 제1부재(110)의 제1피봇(112)과 제2부재(120)의 제2피봇(122) 사이에 배치된 댐퍼모듈(130)은 전륜 프레임의 틸팅과정에서 탄성압축되었다가 전륜 프레임의 틸팅을 위한 가압력이 해제되는 경우 탄성복원하여 전륜 프레임을 원래의 위치로 되돌릴 수 있다.
구체적으로, 제2부재(120)에 외력이 인가되지 않은 상태에서는 댐퍼모듈(130)이 탄력적으로 팽창한 상태가 유지됨에 따라 제1피봇(112)과 제2피봇(122)이 제1축(X)을 중심으로 양측에 배치되므로, 제1암(111)과 제2암(121)의 사이각은 180도를 유지하게 된다. 즉, 전륜 프레임이 틸팅되지 않은 상태에서는 댐퍼모듈(130)의 코일스프링(131)이 팽창한 상태가 되므로 제1피봇(112)과 제2피봇(122)의 사이거리가 가장 확장된 상태가 된다.
이러한 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이 전륜 프레임의 틸팅에 의해 제2부재(120)의 제2암(121)이 회전샤프트(123)와 함께 제1축(X)을 중심으로 회전하게 되면, 제1피봇(112)과 제2피봇(122) 사이거리가 감소함에 따라, 상기 제1피봇(112)과 제2피봇(122) 사이에 위치하는 댐퍼모듈(130)은 완충실린더(132)의 피스톤로드(132b)가 수축 방향으로 이동하는 동시에 피스톤로드(132b)의 플랜지부(132c)와 실린더튜브(132a)의 외주면 사이에 지지된 코일스프링(131)이 탄성압축된다.
이어, 전륜 프레임의 조향을 위한 외력이 해제되는 경우 상기 댐퍼모듈(130)의 코일스프링(131)이 탄성복원되는 동시에 완충실린더(132)의 피스톤로드(132b)가 팽창 방향으로 이동하므로, 상기 제1부재(110) 및 전륜 프레임이 원래의 위치로 복원될 수 있다.
상기 댐퍼모듈(130)은 전륜 프레임의 조향에 순응하여 탄력적으로 압축 및 복원하면서 전륜 프레임의 틸팅을 허용할 수 있으며, 주행 중 노면을 통해 전달되는 진동을 흡수할 수 있으므로, 회전샤프트(123)를 지지하는 베어링(114)의 수명을 연장하고 승차감 개선에 도움을 줄 수 있다.
한편, 상기 코일스프링(131)은 완충실린더(132)의 실린더튜브(132a) 외주면에 결합된 조절링(133)과 피스톤로드(132b)의 플랜지부(132c) 사이에 개재된 상태로 탄성 압축 및 복원이 이루어지는데, 상기 조절링(133)은 실린더튜브(132a)의 외주면에 나사결합되어 회전방향에 따라 플랜지부(132c)와의 사이 간격을 조절할 수 있다. 즉, 전륜 프레임의 중량 등을 고려하여 상기 조절링(133)을 통해 코일스프링(131)의 탄성 변형 강도를 조절함으로써 전륜 프레임의 틸팅 강도를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:제1부재, 111:제1암, 112:제1피봇,
113:브래킷, 114:베어링, 115:고정샤프트 ,
120:제2부재, 121:제2암, 122:제2피봇,
123:회전샤프트, 130:댐퍼모듈, 131:코일스프링,
132:완충실린더, 132a:실린더튜브, 132b:피스톤로드,
132c:플랜지부, 133:조절링

Claims (7)

  1. 제1부재;
    상기 제1부재에 대하여 제1축을 중심으로 회전 가능한 상태로 지지되는 제2부재; 및
    상기 제1부재와 제2부재의 사이에서 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 배치되고, 일단부는 상기 제1부재에 회동 가능하게 연결되고 타단부는 상기 제2부재에 회동 가능하게 연결되며, 상기 제2축 방향에 대하여 탄성 압축 및 복원이 가능한 댐퍼모듈을 포함하고,
    상기 제1부재와 제2부재는 3륜차의 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하고, 상기 제1축은 전륜 프레임과 후륜 프레임을 연결하는 틸팅축으로 설정되는 3륜차용 틸팅장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 제1축으로부터 제2축 방향에 대하여 일측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈의 일단부가 연결되는 제1피봇이 형성된 제1암을 포함하고,
    상기 제2부재는 상기 제1축으로부터 제2축방향에 대하여 타측으로 연장된 위치에 상기 댐퍼모듈의 타단부가 연결되는 제2피봇이 형성된 제2암을 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2부재는 제1축 방향으로 연장되는 회전샤프트를 포함하고,
    상기 제1부재는 상기 회전샤프트를 축회전 가능한 상태로 지지하는 브래킷을 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1부재는 상기 회전샤프트와 동일 축선상에 배치되는 고정샤프트를 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 댐퍼모듈은 제2축 방향으로 배치되는 코일스프링을 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 댐퍼모듈은 상기 코일스프링의 일단부를 지지하는 실린더튜브와 상기 코일스프링의 타단부를 지지하는 피스톤로드를 구비한 완충실린더를 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 댐퍼모듈은 상기 실린더튜브의 외주면에 나사결합되고 코일스프링을 지지하는 조절링을 더 포함하는 3륜차용 틸팅장치.
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