KR102596370B1 - 기어 일체형 인휠 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기어 일체형 인휠 모터(1)는 유성기어(20)의 선기어(21)를 모터(10)의 로터(11)와 일체로 형성한 토크 커플러(1-1)가 모처 토크를 유성기어 회전력으로 전달된 후 구동 샤프트(30)의 출력 토크로 발생됨으로써 로터(11)와 선기어(21)의 분리 구조에서 요구되던 볼팅 작업이 삭제되고, 특히 로터(11)와 선기어(21)의 일체 구조에 의한 별도 제작 부품 수 축소로 제조 단가를 감소시키면서 유성기어(20) 쪽 냉각 윤활유의 모터(10) 쪽 냉각 윤활유로 활용함으로써 열 영향 문제를 모두 해소하는 특징이 있다.

Description

기어 일체형 인휠 모터{Gear Integrated type In Wheel Motor}
본 발명은 인휠 모터에 관한 것으로, 특히 로터(Rotor)와 선기어(Sun gear)를 일체 구조로 제조한 기어 일체형 인휠 모터에 관한 것이다.
일반적으로 인휠 모터는 차량 바퀴의 휠 내부에 설치되어 공간 활용성과 효율성을 높임으로써 친환경 차량 특히, 전기자동차에 적용된다.
이를 위해 상기 인휠 모터는 휠의 안쪽에서 브레이크와 함께 장착된 구동부와 기어부 및 인버터를 포함하고, 특히 상기 구동부는 기어부의 기어 구성요소와 조립되어 기어드 모터로 구성된다.
일례로 상기 기어드 모터는 구동부의 로터(Rotor)와 기어부의 선기어(Sun gear)를 따로 제적하고, 서로 분리된 로터(Rotor)와 선기어(Sun gear)를 볼트로 조립하여 연결함으로써 분리형 기어드 모터로 특징된다.
국내등록특허 KR 10-1359376 B1 (2014.01.29)
하지만, 상기 분리형 기어드 모터는 로터(Rotor)와 선기어(Sun gear)의 별도 제작됨으로써 로터를 구성 요소로 하는 구동부와 선기어를 구성 요소로 하는 기어부가 따로 분리되어 있는 구조이다.
이로 인하여 상기 분리형 기어드 모터는 인휠 모터로 구성되어 모터 축을 회전시키기 위해선 로터와 선기어의 볼트 결합을 위한 볼팅 작업이 요구됨으로써 모터부와 기어부의 조립이 번거로 우면서 제조비용도 증가되며, 특히 부품 수 증가에 따른 단가 상승과 함께 기어부로 로터가 씌워지는 조립 구조이므로 열에 의한 악 영향이 발생되는 단점도 있다.
더구나 상기 분리형 기어드 모터는 출력이 나오는 구동 샤프트에 대한 구동부의 로터와 기어부의 유성기어 간 동심 형성이 일체형 보다 떨어질 수밖에 없는 문제도 가질 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 모터의 로터(Rotor)와 유성기어의 선기어(Sun gear)가 일체화 구조를 형성함으로써 별도 제작 부품 수 증가에 의한 볼팅 작업과 제조 단가 상승 및 열 영향 문제를 모두 해소하고, 특히 기어부쪽 냉각 윤활유를 모터부의 냉각에도 쓸 수 있으면서 구동 샤프트에 대한 동심을 좀 더 정확히 맞출 수 있는 기어 일체형 인휠 모터의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어 일체형 인휠 모터는 구동 샤프트가 관통된 모터 바디의 내부 공간에 구비되고, 로터와 일체 구조로 이루어져 상기 구동 샤프트의 출력 토크로 전환되는 유성기어 회전력을 발생시키는 선기어로 이루어진 토크 커플러가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 토크 커플러는 상기 내부 공간에서 상기 모터 바디의 중간 구간에 상기 로터와 상기 선기어를 위치시키며, 상기 구동 샤프트가 관통되는 로터 내경을 형성한 상기 로터의 로터 바디 외경에는 전체 구간에서 상기 선기어를 일체로 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 로터는 모터를 구성하고, 상기 모터는 상기 로터를 감싼 스테이터, 및 상기 스테이터에 결합되어 전자장을 형성하는 마그네트로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 모터는 로터 베어링과 샤프트 후단 베어링을 포함하며, 상기 로터 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 로터 쪽에서 지지하고, 상기 샤프트 후단 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 모터 바디 후방쪽에서 지지하며, 상기 로터 베어링은 스냅 링으로 상기 로터와 빠짐을 방지한다.
바람직한 실시예로서, 상기 선기어는 유성기어를 구성하고, 상기 유성기어는 상기 선기어와 외접한 위성 기어, 상기 위성 기어와 고정된 캐리어 핀이 결합된 캐리어, 및 상기 위성 기어가 내접된 링 기어로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 유성기어는 기어 베어링과 샤프트 전단 베어링을 포함하며, 상기 기어 베어링은 상기 캐리어 핀을 상기 위성 기어 쪽에서 지지하고, 상기 샤프트 전단 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 모터 바디 전방쪽에서 지지하며, 상기 기어 베어링은 스냅 링으로 상기 위성 기어와 빠짐을 방지하며, 상기 샤프트 전단 베어링은 상기 캐리어에서 상기 캐리어 핀의 빠짐을 방지한다.
바람직한 실시예로서, 상기 캐리어와 상기 구동 샤프트는 상기 모터 바디 전방쪽에서 키(Key)를 매개로 결합된다.
바람직한 실시예로서, 상기 모터 바디는 하우징을 전방 커버와 후방 커버로 가려 상기 내부 공간을 형성하며, 상기 전방 커버와 상기 후방 커버의 각각은 볼트로 상기 하우징과 체결된다.
이러한 본 발명의 기어 일체형 인휠 모터는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 모터의 로터에 선기어를 일체화 구조로 적용함으로써 인휠 모터가 로터와 선기어 간 볼팅 작업 없이 조립 가능하다. 둘째, 로터와 선기어의 일체 구조로 별도 제작 부품 수량 축소가 가능함으로써 제조 단가를 줄일 수 있다. 셋째, 일체형 로터와 선기어로 구동 샤프트에 대한 동심을 좀 더 정확히 맞출 수 있다. 넷째, 일체형 로터와 선기어로 구동 샤프트 출력이 바로 링기어(Ring Gear)와의 기어비로 증폭될 수 있다. 다섯째, 기어부쪽 냉각 윤활유를 모터부의 냉각에도 쓸 수 있으면서 기어 윤활유가 모터의 냉각에도 도움을 주어 열 냉각 성능이 크게 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기어 일체형 인휠 모터의 외관 및 분해 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기어 일체형 인휠 모터의 내부 단면 및 유성기어 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기어 일체형 인휠 모터의 출력 발생 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 인휠 모터(1)와 함께 토크 커플러(1-1)의 상세 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 상기 인휠 모터(1)는 모터 바디(40)의 내부에 구비된 모터(10)와 유성기어(20)에 토크 커플러(1-1)를 적용함으로써 구동 샤프트(30)의 출력이 바로 유성기어(20)와의 기어비로 증폭되도록 한다.
특히 상기 인휠 모터(1)의 분해 사시도를 참조하면, 상기 모터(10)와 상기 유성기어(20)는 축 선상으로 배열되어 커플링 회전부(1-1)를 형성하며, 상기 구동 샤프트(30)는 모터(10)와 유성기어(20)를 관통하면서 유성기어(20)쪽과 키(Key)(31)(도 2 참조)로 고정되고, 상기 모터 바디(40)는 모터(10)와 유성기어(20)가 내장되는 내부 공간을 형성하면서 구동 샤프트(30)의 좌/우 단부가 외부로 돌출된다.
구체적으로 상기 토크 커플러(1-1)는 모터(10)의 로터(Rotor)(11)에 직접적으로 형성된 선기어(Sun gear)(21), 유성기어(20)의 구성요소로 선기어(21)를 포함하면서 선기어(21)와 외접하는 위성 기어(Planet gear)(23)로 구성된다.
특히 상기 로터(11)는 선기어(21)를 로터 바디 외경에 형성하고, 상기 로터 바디 외경은 선기어(21)를 전체 구간(즉, 전체 길이)에 형성한다.
따라서 상기 인휠 모터(1)는 구동 샤프트(30)의 출력 토크로 전환되는 유성기어 회전력을 로터(11)와 선기어(21)의 일체 구조로 발생시키는 기어 일체형 인휠 모터로 특징된다.
구체적으로 상기 모터(10)는 로터(11). 스테이터(Stator)(13), 마그네트(Magnet)(15), 후방 베어링(17,18)을 포함한다. 이 경우 토크는 모터(10)와 유성기어(20) 및 구동 샤프트(30)의 회전 또는 회전력을 의미한다.
일례로 상기 로터(11)는 규소강판으로 이루어져 토크 자기장을 발생하면서 일체 구조의 선기어(21)로 토크 증대 작용을 하고, 상기 스테이터(13)는 규소강판으로 이루어져 토크를 발생하며, 상기 마그네트(15)는 구리(Copper)로 이루어져 전자장을 발생한다.
일례로 상기 후방 베어링(17,18)은 로터(11)와 구동 샤프트(30)의 연결자 역할을 하는 로터 베어링(17) 및 후방 커버(43b)와 구동 샤프트(30)의 연결자 역할을 하는 샤프트 후단 베어링(18)으로 구성된다.
그러므로 상기 모터(10)는 기어드 모터로서, SRM(Switched Reluctance Motor) 타입 모터이다.
구체적으로 상기 유성기어(20)는 선기어(Sun gear)(21), 위성 기어(Planet gear)(23), 캐리어 핀(24), 캐리어(Carrier)(25), 링 기어(Ring gear)(27) 및 전방 베어링(28,29)을 포함한다.
일례로 상기 선기어(21)는 규소강판으로 이루어져 토크 자기장을 발생하는 로터(11)와 일체 구조를 형성하여 토크 증대 작용을 하고, 상기 위성 기어(23)는 선기어(21)와 링 기어(27)의 연결자 역할을 하며, 상기 캐리어 핀(24)은 SCM 440으로 이루어져 위성 기어(25)를 캐리어(23)에 고정시키는 작용을 하고, 상기 캐리어(25)는 SCM 440으로 이루어져 위성 기어(23)의 고정 작용을 하며, 상기 링 기어(27)는 SCM 440으로 이루어져 토크 증대 작용을 한다.
일례로 상기 전방 베어링(28,29)은 캐리어(25)와 캐리어 핀(24)의 연결자 역할을 하는 기어 베어링(28) 및 전방 커버(43a)와 구동 샤프트(30)의 연결자 역할을 하는 샤프트 전단 베어링(29)으로 구성된다.
특히 상기 위성 기어(23)와 상기 캐리어 핀(24) 및 상기 기어 베어링(28)의 각각은 3개의 캐리어 핀과 3개의 위성 기어 및 3개의 기어 베어링을 쌍으로 구성하고, 3개의 위성 기어가 3개의 캐리어 핀과 결합되어 3개의 기어 베어링으로 지지된다.
구체적으로 상기 구동 샤프트(30)는 로터(11)와 캐리어(25)를 관통하여 모터 바디(40)의 전/후방으로 돌출되며, 키(Key)(31)를 매개로 캐리어(25)와 고정됨으로써 모터(20)의 토크를 기어비로 증폭한 유성기어(20)의 회전력을 출력으로 발생한다.
구체적으로 상기 모터 바디(40)는 하우징(41), 전/후방 커버(43a,43b), 볼트(45) 및 스냅 링(47)을 포함한다.
일례로 상기 하우징(41)은 ALDC12로 이루어져 모터(10)와 유성기어(20)의 내부 부품을 보호하는 인휠 모터 몸통을 형성하면서 이물질 방지 작용을 하며, 상기 전방 커버(43a)는 ALDC12로 이루어져 하우징(41)의 앞쪽을 가리면서 샤프트 전단 베어링(29)이 결합되는 장소를 제공하고, 상기 후방 커버(43b)는 ALDC12로 이루어져 하우징(41)의 뒤쪽을 가리면서 샤프트 후단 베어링(18)이 결합되는 장소를 제공한다.
일례로 상기 볼트(45)는 SCM435로 이루어져 하우징(41)의 앞쪽에서 전방 커버(43a)와 뒤쪽에서 후방 커버(43a,43b)를 하우징(41)과 체결하여 준다.
일례로 상기 스냅 링(47)은 로터 스냅 링, 기어 스냅 링 및 캐리어 스냅 링을 쌍으로 하여 3개로 구성되고, 상기 로터 스냅 링은 로터(11)에 내장된 로터 베어링(17)의 빠짐을 방지하며, 상기 기어 스냅 링은 위성 기어(23)의 축 홀에 위치되어 위성 기어(23)의 빠짐을 방지하고, 상기 캐리어 스냅 링은 위성 기어(23)와 결합되어 캐리어(25)에 고정된 캐리어 핀(24)의 빠짐을 방지하는 작용이 이루어진다.
도 2를 참조하면, 상기 모터 바디(40)는 하우징(41)의 앞쪽과 뒤쪽에서 각각 볼트(45)로 체결된 전/후방 커버(43a,43b)로 내부 공간을 형성하고, 키(31)로 캐리어(25)와 고정되어 상기 내부 공간을 관통한 구동 샤프트(30)를 전방 커버(43a)에서 샤프트 전단 베어링(29)으로 지지하면서 후방 커버(43b)에서 샤프트 후단 베어링(18)로 지지한다.
일례로 상기 모터(10)는 구동 샤프트(30)와 결합되어 모터 바디(40)의 내부공간에서 후방에 위치되며, 상기 유성기어(20)는 구동 샤프트(30)와 결합되어 모터 바디(40)의 내부공간에서 전방에 위치된다.
그러므로 상기 토크 커플러(1-1)는 모터 바디(40)의 내부 공간의 중간 위치에서 모터(10)의 로터(11)와 유성기어(20)의 위성기어(23)를 연결함으로써 스테이터(13)의 토크가 로터(11)의 선기어(21)를 통해 위성기어(23)로 직접 전달된다.
특히 상기 토크 커플러(1-1)는 유성기어 공간과 모터 공간으로 모터 바디(40)의 내부 공간이 서로 연통됨으로써 유성기어(20)의 기어부쪽 냉각 윤활유가 모터(20)의 모터부쪽 윤활유로 유동되어 모터(20)의 구성 부품을 위한 냉각 윤활유로 쓰일 수 있다.
이를 위해 상기 로터(11)는 단면 A-A와 같이, 로터 베어링(17)이 고정된 로터 내경(11a)과 선기어(21)로 가공된 로터 외경을 갖는 소정 길이의 중공 실린더 구조로 이루어지며, 상기 유성기어(20)는 선기어(21)와 결합되도록 로터(11) 쪽으로 위치되고, 위성기어(23)가 선기어(21)와 외접한다.
특히 상기 유성기어(20)는 캐리어(25)에 로터(11)의 로터 내경(11a)과 일치하는 축 홀을 갖는 캐리어 보스가 형성되고, 상기 캐리어 보스는 그 내경에 형성된 키 홈으로 키(31)를 매개로 구동 샤프트(30)가 고정되면서 그 외경에 샤프트 전단 베어링(29)이 결합된다.
한편 도 3은 상기 인휠 모터(1)의 토크 출력 경로(ⓐⓑⓒⓓⓔ)를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 토크 출력 경로는 모터(10)에서 발생된 토크가 토크 커플러(1-1)를 거쳐 유성기어(20)로 전달된 후 구동 샤프트(30)에서 토크로 출력된다.
일례로 상기 토크 출력 경로 ⓐ는 마그네트(15)의 전자장 형성으로 스테이터(13)와 로터(11)의 상호작용에 의한 토크 발생이 토크 커플러(1-1)로 이어주고, 상기 토크 출력 경로 ⓑ는 링기어(27)와의 작용으로 토크 증대되도록 로터(11)에 직접 형성된 선기어(21)가 이에 외접된 3개의 위성 기어(23)를 통해 링기어(27)로 이어주며, 상기 토크 출력 경로 ⓒ는 링기어(27)에서 증대된 토크가 캐리어(23)에 전달되도록 캐리어(23)로 이어준다. 이 경우 상기 링기어(27)의 토크 증대는 위성기어(23)에 대한 링기어(27)의 기어비로 증폭된다.
이어 상기 토크 출력 경로 ⓓ는 캐리어(23)의 토크가 키(31)를 매개로 구동 샤프트(30)쪽으로 이어주고, 상기 토크 출력 경로 ⓔ는 링기어(27)에서 증대된 토크가 구동 샤프트(30)의 출력으로 나가도록 이어진다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기어 일체형 인휠 모터(1)는 유성기어(20)의 선기어(21)를 모터(10)의 로터(11)와 일체로 형성한 토크 커플러(1-1)가 모처 토크를 유성기어 회전력으로 전달된 후 구동 샤프트(30)의 출력 토크로 발생됨으로써 로터(11)와 선기어(21)의 분리 구조에서 요구되던 볼팅 작업이 삭제되고, 특히 로터(11)와 선기어(21)의 일체 구조에 의한 별도 제작 부품 수 축소로 제조 단가를 감소시키면서 유성기어(20) 쪽 냉각 윤활유의 모터(10) 쪽 냉각 윤활유로 활용함으로써 열 영향 문제를 모두 해소하여 준다.
1 : 인휠 모터
1-1 : 토크 커플러
10 : 모터 11 : 로터(Rotor)
11a : 로터 내경 13 : 스테이터(Stator)
13a : 축 홀 15 : 마그네트(Magnet)
17 : 로터 베어링 18 : 샤프트 후단 베어링
20 : 유성기어
21 : 선기어(Sun gear) 23 : 캐리어(Carrier)
24 : 캐리어 핀 25 : 위성 기어(Planet gear)
27 : 링 기어(Ring gear) 28 : 기어 베어링
29 : 샤프트 전단 베어링
30 : 구동 샤프트 31 : 키(Key)
40 : 모터 바디
41 : 하우징 43a,43b : 전/후방 커버
45 : 볼트 47 : 스냅 링

Claims (12)

  1. 구동 샤프트가 관통되는 로터 내경을 형성한 로터(Rotor);
    상기 구동 샤프트가 관통된 모터 바디의 내부 공간에 구비되고, 상기 로터와 일체 구조로 이루어져 상기 구동 샤프트의 출력 토크로 전환되는 유성기어 회전력을 발생시키는 선기어(Sun gear)가 포함되고,
    상기 선기어는 유성기어를 구성하고, 상기 유성기어는 상기 선기어와 외접한 위성 기어(Planet gear), 상기 위성 기어와 고정된 캐리어 핀이 결합된 캐리어(Carrier) 및 상기 위성 기어가 내접된 링 기어(Ring gear)로 이루어지며,
    상기 캐리어와 상기 구동 샤프트는 상기 모터 바디 전방쪽에서 키(Key)를 매개로 결합되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 로터와 상기 선기어는 상기 내부 공간에서 상기 모터 바디의 중간 구간에 위치되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 로터는 로터 바디 외경에 상기 선기어를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 로터는 모터를 구성하고,
    상기 모터는 상기 로터를 감싼 스테이터 및 상기 스테이터에 결합되어 전자장을 형성하는 마그네트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 모터는 로터 베어링과 샤프트 후단 베어링을 포함하며,
    상기 로터 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 로터 쪽에서 지지하고, 상기 샤프트 후단 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 모터 바디 후방쪽에서 지지하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 로터 베어링은 스냅 링으로 상기 로터와 빠짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유성기어는 기어 베어링과 샤프트 전단 베어링을 포함하며,
    상기 기어 베어링은 상기 캐리어 핀을 상기 위성 기어 쪽에서 지지하고,
    상기 샤프트 전단 베어링은 상기 구동 샤프트를 상기 모터 바디 전방쪽에서 지지하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 기어 베어링은 스냅 링으로 상기 위성 기어와 빠짐을 방지하며,
    상기 샤프트 전단 베어링은 상기 캐리어에서 상기 캐리어 핀의 빠짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 모터 바디는 하우징을 전방 커버와 후방 커버로 가려 상기 내부 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전방 커버와 상기 후방 커버의 각각은 볼트로 상기 하우징과 체결되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
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