KR102583689B1 - 전기자동차용 파워 트레인 - Google Patents

전기자동차용 파워 트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체인의 교환이나 스프라켓의 교환 없이도 체인의 장력을 조절할 수 있고, 주행환경의 특성에 따라 차량의 무게중심을 변경할 수 있는 전기자동차용 파워 트레인에 관한 것으로, 서로 일정 간격 이격되어 내부공간을 형성하는 한 쌍의 파워트레인 프레임, 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 사이 일측에 설치되며, 전기자동차의 바퀴와 연결되는 제1스프라켓, 회전축이 상기 내부공간에 위치하도록 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 중 어느 하나의 외측에 설치되는 전기모터, 상기 전기모터의 회전축에 설치되는 제2스프라켓 및 상기 제1스프라켓과 상기 제2스프라켓을 연결해 상기 전기모터의 동력을 상기 전기자동차의 바퀴로 전달하는 체인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차용 파워 트레인{Power train for electric vehicles}
본 발명은 전기자동차의 동력계인 파워 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체인의 장력을 조절할 수 있고, 전기자동차의 무게중심을 변경할 수 있는 전기자동차용 파워 트레인에 관한 것이다.
파워 트레인은 동력장치에서 생산한 동력을 실제로 구동하는 바퀴까지 전달되는 과정에서 연결되는 모든 기관을 말한다. 종래 내연기관을 사용하는 자동차에서는 엔진에서 바퀴까지 다단의 기어를 포함해 파워 트레인이 매우 복잡했으나, 최근 전기자동차가 개발 및 보급되면서 파워 트레인이 단순해졌다.
일반적으로 전기자동차의 파워 트레인은, 전기모터, 전기자동차의 바퀴, 전기모터와 전기자동차의 바퀴를 서로 연결하는 스프라켓 및 체인으로 구성되며, 전기자동차의 장시간 사용시 체인이 늘어나는 등의 문제가 있다.
또한 전기자동차가 경주용으로 사용되는 경우 전기자동차의 무게중심이 주행성능에 큰 영향을 미치게 되는데, 일반적인 전기자동차는 무게중심을 변경할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-2074137호(“전기자동차용 파워트레인”, 공고일 2020.01.31.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 목적은 체인의 교환이나 스프라켓의 교환 없이도 체인의 장력을 조절할 수 있고, 주행환경의 특성에 따라 차량의 무게중심을 변경할 수 있는 전기자동차용 파워 트레인을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전기자동차용 파워 트레인은, 서로 일정 간격 이격되어 내부공간을 형성하는 한 쌍의 파워트레인 프레임, 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 사이 일측에 설치되며, 전기자동차의 바퀴와 연결되는 제1스프라켓, 회전축이 상기 내부공간에 위치하도록 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 중 어느 하나의 외측에 설치되는 전기모터, 상기 전기모터의 회전축에 설치되는 제2스프라켓 및 상기 제1스프라켓과 상기 제2스프라켓을 연결해 상기 전기모터의 동력을 상기 전기자동차의 바퀴로 전달하는 체인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워트레인 프레임과 상기 전기모터 사이에 설치되어 상기 전기모터를 상기 파워트레인 프레임에 고정시키는 모터 마운트를 더 포함하고, 상기 파워트레인 프레임은, 상기 전기모터가 마운팅되어 상기 회전축이 통과하는 마운팅 홀 및 상기 마운팅 홀의 주변에 형성되어 상기 모터 마운트가 볼팅되되, 볼트의 단면적보다 면적이 크게 형성되는 볼팅홀을 포함하며, 상기 모터 마운트는 상기 볼팅홀 상에서 설치되는 위치를 변경해, 상기 제2스프라켓의 위치를 변경하여 상기 체인의 장력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 볼팅홀은 적어도 두 개 이상이 상기 파워트레인 프레임 상에 형성되고, 상기 볼팅홀들 중 하나는 면적이 볼트의 단면적과 동일하게 형성되며, 나머지 볼팅홀들은 면적이 볼트의 단면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 중 어느 하나에 형성된 볼팅홀의 위치는, 다른 파워트레인 프레임에 형성된 볼팅홀의 위치와 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워트레인 프레임의 양면의 형상은 서로 동일해, 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임의 위치를 교환 가능한 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 전기자동차용 파워 트레인에 의하면, 주행환경에 따라 전기모터가 설치되는 위치를 한 쌍의 파워트레인 프레임 중 어느 하나로 변경해, 전기자동차의 무게중심을 변경할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 전기모터가 설치되는 위치를 볼팅홀 상에서 변경해, 제1스프라켓과 제2스프라켓 사이의 간격을 조절하여, 별도의 스프라켓의 교환이나 체인의 교환 없이도 체인의 장력을 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 전기모터가 일측에 결합된 상태의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 전기모터가 타측에 결합된 상태의 사시도이며,
도 4와 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 제1파워 트레인 프레임의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 1과 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 전기모터가 일측에 결합된 상태의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인은, 제1파워트레인 프레임(110), 제2파워트레인 프레임(120), 제1스프라켓(210), 제2스프라켓(220), 전기모터(300), 체인(미도시) 및 모터 마운트(400)를 포함할 수 있다.
제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120)은 서로 일정 간격 이격되어, 내부에 공간을 형성한다. 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120)은 서로 일종의 브라켓(10)을 이용해 서로 연결되어 위치가 고정된다.
본 실시예에서 사용되는 브라켓(10)은 총 3개로, 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 사이에 배치되어 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 각각과 볼팅되어 고정된다. 본 발명은 브라켓(10)의 개수를 3개로 한정하지는 않으며, 다양한 개수의 브라켓과 다양한 형상의 브라켓이 사용될 수 있다.
제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120)은 후술할 제1스프라켓(210), 제2스프라켓(220), 전기모터(300) 및 체인을 설치하기 위한 일종의 뼈대가 되는 부분으로, 충분한 강성을 가지면서 가벼운 재질로 형성될 수 있다.
제1스프라켓(210)은 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 사이의 공간에 배치된다. 제1스프라켓(210)은 전기자동차의 바퀴와 연결되어, 전기모터(300)의 동력을 전기자동차의 바퀴에 전달하는 역할을 한다. 제1파워트레인 프레임(110)의 일측에는 제1스프라켓(210)의 회전축이 외부와 연결될 수 있도록 동력전달 홀(111)이 형성될 수 있으며, 제2파워트레인 프레임(120) 또한 일측에 동력전달 홀(121)이 형성될 수 있다. 상술한 동력전달 홀(111, 121)은 서로 마주보게 구비되어 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명은 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 사이의 공간에 배치되어 제1스프라켓(210)이 회전가능하도록 보조하는 부재들을 더 포함할 수 있다. 이러한 부재들은 제1스프라켓(210)의 위치를 고정하는 일종의 지지부재와, 제1스프라켓(210)의 회전으로 인한 마찰력이 지지부재 또는 파워트레인 프레임에 전달되지 않도록 하는 베어링, 그리고 베어링을 마운팅하는 부재일 수 있다.
전기모터(300)는 회전축이 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 사이의 공간에 위치하도록 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 중 어느 하나의 외측에 설치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 전기모터(300)는 제1파워트레인 프레임(110)의 외측에 설치된다. 전기모터(300)를 용이하게 설치하고, 파워트레인 프레임의 무게를 경량화하기 위해서, 제1파워트레인 프레임(110) 및 제2파워트레인 프레임(120) 각각의 타측에는 마운팅 홀(112, 122)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 전기모터(300)는 회전축 부분만이 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 사이에 위치하도록 상기 제1파워트레인 프레임(110)의 외측에 설치될 수 있다. 이를 위해, 제1파워트레인 프레임(110) 및 제2파워트레인 프레임(120) 중 어느 하나와 전기모터(300) 사이에는 전기모터(300)를 마운팅 할 수 있도록 모터 마운트(400)가 배치된다.
모터 마운트(400)는 환형의 브라켓으로, 외곽부분에는 전기모터(300)의 볼팅홀과 함께 겹쳐져 제1파워트레인 프레임(110) 또는 제2파워트레인 프레임(120)에 볼팅되는 볼팅홀이 형성될 수 있다. 이때 이 볼팅홀은 적어도 두 개 이상이 형성되어, 전기모터(300)를 보다 견고하게 제1파워트레인 프레임(110) 또는 제2파워트레인 프레임(120)에 고정시킬 수 있다.
제2스프라켓(220)은 전기모터(300)의 회전축에 결합되어 제1스프라켓(210)과 체인으로 연결될 수 있다. 제2스프라켓(220)의 기어개수는 제1스프라켓(210)의 기어개수보다 작게 형성될 수 있으며, 제2스프라켓(220)의 위치는 전기모터(300)가 설치되는 위치에 따라 다를 수 있다.
본 실시예의 전기모터(300)는, 모터 마운트(400)를 이용해 제1파워트레인 프레임(110)의 마운팅 홀(112)에 설치되거나, 제2파워트레인 프레임(120)의 마운팅 홀(122)에 설치되어, 전기자동차의 주행환경에 따라 전기자동차의 무게중심을 변경시킬 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3에서는 전기모터(300)가 앞서 도 1과 달리 제2파워트레인 프레임(120)에 설치된다. 전기모터(300) 자체는 고중량이기 때문에, 전기모터(300)가 설치되는 위치를 변경하는 것으로 본 발명에 의한 파워 트레인이 설치되는 전기자동차의 무게중심을 변경할 수 있으며, 이는 전기자동차가 주행하는 환경, 예를 들어 전기자동차용 대회의 트랙에 따라 무게중심을 변경함으로써, 주행성능을 변경할 수 있는 효과가 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 제1파워 트레인 프레임의 평면도이며, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인의 제1파워트레인 프레임(110)에 관하여 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1파워트레인 프레임(110)의 마운팅 홀(112)의 주변에는 제1볼팅홀(B1), 제2볼팅홀(B2), 제3볼팅홀(B3) 및 제4볼팅홀(B4)이 형성된다. 제1 내지 4볼팅홀(B1, B2, B3, B4)은 전기모터(300)의 볼팅홀과 모터 마운트(400)의 볼팅홀이 겹쳐져 결합되는 부분이다.
이때 가장 아래에 위치한 제1볼팅홀(B1)의 단면은 원형이고, 제2볼팅홀(B2), 제3볼팅홀(B3) 및 제4볼팅홀(B4) 각각의 단면은 원형이 일측으로 연장된 형태일 수 있다. 여기서 제1볼팅홀(B1)의 단면의 형상과 면적은 볼트의 단면의 형상 및 면적과 동일할 수 있으며, 제2볼팅홀(B2), 제3볼팅홀(B3) 및 제4볼팅홀(B4)은 볼트의 단면의 면적보다 클 수 있다.
이는 제1볼팅홀(B1)을 축으로 모터 마운트(400)와 전기모터(300)를 회전시키면 전기모터(300)의 회전축의 위치를 이동할 수 있어, 제1스프라켓(210)과 제2스프라켓(220) 사이의 거리를 조절해 체인의 장력을 조절하기 위해서이다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 모터 마운트(400)가 볼팅되는 위치가 제2볼팅홀(B2), 제3볼팅홀(B3), 제4볼팅홀(B4)의 가장 오른쪽 부분(P1)이라고 하고, 도 5에 도시된 바와 같이 모터 마운트(400)가 볼팅되는 위치가 제2볼팅홀(B2), 제3볼팅홀(B3), 제4볼팅홀(B4)의 가장 왼쪽 부분(P2)이라고 할 때, 도 4의 경우 전기모터(300)의 회전축(C1)에 연결된 제2스프라켓(220)과 제1스프라켓(210) 사이의 거리는, 도 5의 경우 전기모터(300)의 회전축(C1)에 연결된 제2스프라켓(220)과 제1스프라켓(210) 사이의 거리보다 짧다. 따라서 도 4의 경우와 도 5의 경우 각각에 체인에 걸리는 장력은 달라질 수 있다.
본 발명은 제2 내지 4 볼팅홀(B2, B3, B4) 각각이 일측으로 연장되는 형태를 가져, 모터 마운트(400)가 제1볼팅홀(B1)을 축으로 이동가능하게 구성되어, 전기모터(300)와 모터 마운트(400)를 탈거시킨 후 다시 결합하지 않고도 전기모터(300)의 위치를 용이하게 조절할 수 있으므로, 체인 또한 스프라켓에서 탈거시키지 않고도 체인의 장력을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제2볼팅홀(B2)과 제4볼팅홀(B4)은 대각선 방향으로 연장되어, 모터마운트(400)를 제1볼팅홀(B1)을 축으로 회전시키는 것을 용이하게 할 수 있다.
상술한 제1 내지 4볼팅홀(B1, B2, B3, B4)은 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 각각에 동일하게 설치되어, 전기모터(300)를 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 중 어디에 설치하더라도 체인의 장력을 조절할 수 있도록 전기모터(300)가 설치되는 위치를 변경해, 제1스프라켓(210)과 제2스프라켓(220) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
단, 본 발명은 전기모터(300)가 설치되는 위치를 변경해 제1스프라켓(210)과 제2스프라켓(220) 사이의 거리를 조절하는 방식을, 상술한 바와 같은 제1 내지 4 볼팅홀(B1, B2, B3, B4)의 각각의 형상을 달리해, 제1볼팅홀(B1)을 축으로 회동시키는 것에 한정하지 않으며, 전기모터(300)가 설치되는 위치를 변경해 제1스프라켓(210)과 제2스프라켓(220) 사이의 거리를 조절 가능하도록 제1 내지 4 볼팅홀(B1, B2, B3, B4) 모두의 형상을 일측으로 연장되도록 형성하되, 제1 내지 4 볼팅홀(B1, B2, B3, B4)이 연장되는 방향을 제1스프라켓(210)과 제2스프라켓(220)이 배열되는 방향에 평행하도록 형성해, 상술한 본 발명의 제1실시예처럼 전기모터(300)를 제1볼팅홀(B1)을 축으로 회동시키지 않고, 일측으로 이동시키는 등의 실시예가 있을 수 있다.
[제2실시예]
본 발명의 제2실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인은, 제1파워트레인 프레임(110)에 형성되는 볼팅홀의 위치는, 제2파워트레인 프레임(120)에 형성되는 볼팅홀의 위치와 서로 다를 수 있다.
이는 제1파워트레인 프레임(110)에 형성되는 볼팅홀의 위치와 제2파워트레인 프레임(120)에 형성되는 볼팅홀의 위치를 서로 달리함으로써, 장력조절의 범위를 더욱 확장시킬 수 있기 때문이다. 일예로 제1파워트레인 프레임(110)에 형성되는 볼팅홀의 위치가 제2파워트레인 프레임(120)에 형성되는 볼팅홀의 위치보다 제1스프라켓(210)에 더 가까울 수 있다. 만약 체인이 늘어나면 사용자는 제1파워트레인 프레임(110)에 형성된 볼팅홀 상에서 전기모터(300)가 설치되는 위치를 변경해, 체인에 걸리는 장력을 조절할 수 있다. 만약 체인이 더 늘어나 제1파워트레인 프레임(110)에 형성된 볼팅홀 상에서 장력조절이 더 이상 불가능하다면, 사용자는 전기모터(300)를 제1파워트레인 프레임(110)에서 제2파워트레인 프레임(120)으로 옮겨 설치하고, 제2파워트레인 프레임(120)에 형성된 볼팅홀 상에서 설치되는 위치를 조절하여, 체인의 장력을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2실시예에 의한 전기자동차 파워 트레인은 상기한 바와 같이 파워트레인 프레임 별 볼팅홀의 위치를 서로 달리하여, 체인의 장력을 조절할 수 있는 범위를 더욱 확장시킬 수 있다.
[제3실시예]
본 발명의 제3실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인은, 앞서 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인에 있어서, 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 각각의 양면이 서로 동일하여 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120)의 위치를 서로 교환할 수 있다. 이는 앞서 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 전기자동차용 파워 트레인에서는, 제1파워트레인 프레임(110) 및 제2파워트레인 프레임(120) 각각에 형성된 볼팅홀의 위치가 서로 다르기 때문에, 앞서 설명한 전기자동차의 무게중심을 조절함과 동시에 장력을 조절하기 어려울 수 있기 때문이다. 이를 극복하기 위해, 본 발명은 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 각각의 양면 형상을 동일하게 하여, 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120)의 위치를 서로 교환할 수 있다. 이때 제1파워트레인 프레임(110)과 제2파워트레인 프레임(120) 각각의 양면이란, 한 쌍의 파워트레인 프레임이 서로 마주보는 면과, 해당 면의 반대측 면일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
B1 ~ B4 : 제1 내지 4볼팅홀
C1 : 전기모터의 회전축
10 : 브라켓
110 : 제1파워트레인 프레임
120 : 제2파워트레인 프레임
111, 121 : 동력전달 홀
112, 122 : 마운팅 홀
210 : 제1스프라켓
220 : 제2스프라켓
300 : 전기모터
400 : 모터 마운트

Claims (6)

  1. 서로 일정 간격 이격되어 내부공간을 형성하는 한 쌍의 파워트레인 프레임;
    한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 사이 일측에 설치되며, 전기자동차의 바퀴와 연결되는 제1스프라켓;
    회전축이 상기 내부공간에 위치하도록 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 중 어느 하나의 외측에 설치되는 전기모터;
    상기 전기모터의 회전축에 설치되는 제2스프라켓;
    상기 파워트레인 프레임과 상기 전기모터 사이에 설치되어 상기 전기모터를 상기 파워트레인 프레임에 고정시키는 모터 마운트; 및
    상기 제1스프라켓과 상기 제2스프라켓을 연결해 상기 전기모터의 동력을 상기 전기자동차의 바퀴로 전달하는 체인;을 포함하는 전기자동차용 파워 트레인에 있어서,
    상기 한 쌍의 파워트레인 프레임은 제1파워트레인 프레임 및 제2파워트레인 프레임을 포함하고,
    제1파워트레인 프레임 및 제2파워트레인 프레임의 마운팅 홀의 주변에는 제1볼팅홀, 제2볼팅홀, 제3볼팅홀 및 제4볼팅홀이 형성되며,
    가장 아래에 위치한 제1볼팅홀의 단면은 원형이고, 제2볼팅홀, 제3볼팅홀 및 제4볼팅홀 각각의 단면은 원형이 일측으로 연장된 형태이고,
    제1볼팅홀을 축으로 모터 마운트와 전기모터를 회전시키면 전기모터의 회전축의 위치를 이동할 수 있어, 제1스프라켓과 제2스프라켓 사이의 거리를 조절해 체인의 장력을 조절하며,
    상기 제2 내지 제4볼팅홀 각각이 일측으로 연장되는 형태를 가져, 모터 마운트가 제1볼팅홀을 축으로 이동가능하게 구성되어, 전기모터, 모터 마운트 및 체인을 탈거시키지 않고도 전기모터의 위치를 조절하여 체인의 장력을 조절하고,
    상기 제2볼팅홀과 제4볼팅홀은 대각선 방향으로 연장되어, 모터 마운트를 제1볼팅홀을 축으로 회전시킬 수 있으며,
    상기 제1 내지 제4볼팅홀은 제1파워트레인 프레임과 제2파워트레인 프레임 각각에 동일하게 설치되어, 전기모터를 제1파워트레인 프레임과 제2파워트레인 프레임 중 어디에 설치하더라도 체인의 장력을 조절할 수 있으며,
    상기 모터 마운트를 이용하여 전기모터가 설치되는 위치를 한 쌍의 파워트레인 프레임 중 어느 하나로 변경해, 주행환경에 따라 전기자동차의 무게중심을 변경하여 주행성능을 변경하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워 트레인.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 상기 파워트레인 프레임 중 어느 하나에 형성된 볼팅홀의 위치는, 다른 파워트레인 프레임에 형성된 볼팅홀의 위치와 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워 트레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파워트레인 프레임의 양면의 형상은 서로 동일해, 한 쌍의 상기 파워트레인 프레임의 위치를 교환 가능한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워 트레인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기모터는 모터 마운트를 이용해 제1파워트레인 프레임의 마운팅 홀에 설치되거나, 제2파워트레인 프레임의 마운팅 홀에 설치되어, 전기자동차의 주행환경에 따라 전기자동차의 무게중심을 변경시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워 트레인.
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