KR102642802B1 - 냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하는 인휠 모터 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하는 인휠 모터 어셈블리는, 차량용 휠의 회전축과 동심의 회전축을 가지도록 연결되는 로터 브래킷과, 상기 로터 브래킷의 둘레를 따라 구비되며, 복수 개의 영구자석이 배치되는 마그넷 링을 포함하는 로터, 상기 로터의 둘레를 따라 배치되어, 기자력에 의해 상기 로터를 회전시키는 복수 개의 코일을 포함하는 스테이터 및 상기 로터 및 상기 스테이터를 감싸도록 구비되며, 내부에 냉각 및 윤활을 위한 냉각유체가 수용되는 모터 하우징을 포함하며, 상기 로터 브래킷은, 상기 로터의 회전 방향에 대해 측 방향으로 돌출되어, 상기 로터의 회전 시 상기 모터 하우징의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시키는 냉각보조돌기를 포함한다.

Description

냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하는 인휠 모터 어셈블리{In-Wheel Motor Assembly Having Rotor Bracket Having Cooling Aid Protrusion}
본 발명은 인휠 모터 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하여 모터 하우징 내에 수용된 냉각유체의 유동성을 향상시킴에 따라 냉각 효율을 극대화할 수 있는 인휠 모터 어셈블리에 관한 것이다.
환경문제에 대한 관심과 인식이 높아지면서 자동차의 환경 성능에 대한 요구가 증가하고 있다. 이로 인해 전기화(Diversification)가 자동차 산업의 주요 트렌드가 되면서 하이브리드 전기차(HEV), 배터리 전기차(BEV), 연료전지차(FCV)와 같은 자동차 구동 시스템의 다양화가 이뤄지고 있다.
그 중 하나로서, 자동차의 차체 구조와는 독립적으로 다양한 구동 시스템에서 동작할 수 있는 인휠 모터(In-Wheel Motor)에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
차량의 각 바퀴에 장착되는 인휠 모터는 엔진과 같은 파워트레인 부품을 없애고 각 바퀴의 구동력을 제어할 수 있으며, 토크 벡터링(Torque Vectoring)과 유사한 방식으로 각 바퀴의 구동력을 독립적으로 제어한다.
때문에 인휠 모터 방식은 환경 성능, 안전성, 편의성을 향상시키고 차체 무게를 줄일 수 있으며, 전기차의 단점인 동력 손실 문제를 해결하고 실내 공간을 추가 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
이와 같은 인휠 모터는 자속에 흐름에 따라 철손을 발생시키고, 지속적인 사용에 의해 열을 발생시키게 되므로, 냉각 수단이 필수적으로 구비될 필요가 있다.
한국공개특허 제10-2019-0026160호의 경우, 모터를 냉각시키기 위해서 별도의 냉각장치와 함께 모터 하우징 몸체에 냉각 유로를 형성하였으나, 이는 공간 제약이 크며 고비용이 발생하게 되는 단점이 있다.
또한 한국공개특허 제10-2018-0026093호에선 관통공이 코어 몸체 중심에 길이 방향으로 관통된 것으로 관통공을 통해 냉각수가 유입되어 냉각을 하는 방식을 가지나, 이는 코어 회전자의 구조적 강성이 취약하며 냉각장치 비치로 인한 공간의 제약이 발생하는 단점이 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국공개특허 제10-2019-0026160호 한국공개특허 제10-2018-0026093호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 별도의 냉각장치를 구비하지 않고도 로터의 우수한 강성을 유지할 수 있으며, 효율적으로 냉각 효과를 향상시킬 수 있는 인휠 모터 어셈블리를 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하는 인휠 모터 어셈블리는, 차량용 휠의 회전축과 동심의 회전축을 가지도록 연결되는 로터 브래킷과, 상기 로터 브래킷의 둘레를 따라 구비되며, 복수 개의 영구자석이 배치되는 마그넷 링을 포함하는 로터, 상기 로터의 둘레를 따라 배치되어, 기자력에 의해 상기 로터를 회전시키는 복수 개의 코일을 포함하는 스테이터 및 상기 로터 및 상기 스테이터를 감싸도록 구비되며, 내부에 냉각 및 윤활을 위한 냉각유체가 수용되는 모터 하우징을 포함하며, 상기 로터 브래킷은, 상기 로터의 회전 방향에 대해 측 방향으로 돌출되어, 상기 로터의 회전 시 상기 모터 하우징의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시키는 냉각보조돌기를 포함한다.
이때 상기 로터 브래킷은, 상기 마그넷 링의 내측에 접하여 고정되는 둘레고정부 및 상기 둘레고정부의 일측면을 형성하여 중심부에 회전축이 연결되며, 중심부로부터 편심된 위치에 냉각유체가 통과하는 복수 개의 유체통과홀이 형성되고, 상기 냉각보조돌기가 측 방향으로 돌출되도록 구비되는 측판형성부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 냉각보조돌기는 상기 측판형성부의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 방사형 연장돌기부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 복수 개의 유체통과홀은 상기 측판형성부에 원 궤적을 따라 배열되며, 이와 같은 경우 상기 복수 개의 방사형 연장돌기부 각각은 서로 인접한 한 쌍의 유체통과홀 사이를 가로지르도록 연장될 수 있다.
또한 상기 냉각보조돌기는 상기 복수 개의 방사형 연장돌기부의 내측을 연결하도록 형성되어 회전축을 감싸는 링형 돌기부를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 로터는, 상기 로터 브래킷 및 상기 마그넷 링의 양측에 구비되어 상기 로터 브래킷 및 상기 마그넷 링을 서로 고정시키는 한 쌍의 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉각보조돌기가 구비된 로터 브래킷을 포함하는 인휠 모터 어셈블리는, 로터 브래킷에 모터 하우징의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시키는 냉각보조돌기가 구비됨에 따라, 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없어 공간의 제약을 받지 않는다는 장점이 있다.
따라서 본 발명은 모재의 두께를 감소시킬 수 있어 경량화를 추구할 수 있는 것은 물론, 자연 대류 냉각 방식으로 소모전력을 낮출 수 있으며, 또한 가공 공정이 간단하여 제조 원가를 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리가 적용된 차량용 휠의 내부 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리의 로터 및 스테이터의 상세 구조를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리의 내부 및 외부에서의 유체 흐름을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷의 모습을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷의 모습을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리가 적용된 차량용 휠(10)의 내부 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리의 로터(100) 및 스테이터(200)의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 차량용 휠(10)은 본 실시예에 따른 인휠 모터 어세블리와 동심의 회전축을 가지도록 연결되며, 제동을 위한 디스크(20) 및 캘리퍼(30)를 포함한다.
그리고 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리는, 로터(100), 스테이터(200) 및 모터 하우징(300)을 포함한다.
로터(100)는 차량용 휠(10)의 회전축과 동심의 회전축을 가지도록 연결되는 로터 브래킷(150)과, 이와 같은 로터 브래킷(150)의 둘레를 따라 구비되며, 복수 개의 영구자석이 배치되는 마그넷 링(110)을 포함한다.
이때 본 실시예의 경우 로터 브래킷(150)의 중심을 관통하여 서로 양측에서 결합됨에 따라 인휠 모터 어셈블리의 회전축을 형성하는 한 쌍의 샤프트부재(140a, 140b)를 포함하는 축 샤프트(140)가 구비될 수 있다.
그리고 로터 브래킷(150)의 내측에는 인휠 모터 어셈블리의 회전축과 연결되는 감속기(120)가 구비될 수 있다.
스테이터(200)는 로터(100)의 둘레를 따라 배치되어, 기자력에 의해 로터(100)를 회전시키는 복수 개의 코일을 포함한다.
이와 같은 로터(100) 및 스테이터(200)의 기본적인 원리는 당업자에게 자명한 것이므로, 이에 관련된 설명은 생략하도록 한다.
또한 모터 하우징(300)은 로터(100) 및 스테이터(200)를 감싸도록 구비되며, 내부에 냉각 및 윤활을 위한 냉각유체가 수용된다. 본 실시예의 경우 모터 하우징(300)은 로터(100) 및 스테이터(200)의 일측 일부를 감싸는 제1하우징부재(300a)와, 로터(100) 및 스테이터(200)의 타측 나머지 일부를 감싸고 제1하우징부재(300a)와 상호 결합되어 내부에 수용공간을 형성하는 제2하우징부재(300b)를 포함하는 형태를 가진다.
이때 제1하우징부재(300a) 및 제2하우징부재(300b) 중 적어도 어느 하나 이상에는, 차량용 휠(10) 내측으로 순환되는 공기와 열교환하여 로터(100) 및 스테이터(200)에서 발생하는 열을 방출시키는 방열핀이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷(150)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 로터 브래킷(150)은, 마그넷 링(110)의 내측에 접하여 고정되는 둘레고정부(170)와, 이와 같은 둘레고정부(170)의 일측면을 형성하여 중심부에 회전축을 형성하는 축 샤프트(14)가 연결되며, 중심부로부터 편심된 위치에 냉각유체가 통과하는 복수 개의 유체통과홀(161)이 형성된 측판형성부(160)를 포함한다.
그리고 본 실시예의 경우 로터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 로터 브래킷(150) 및 마그넷 링(110)의 양측에 구비되어 로터 브래킷(150) 및 마그넷 링(110)을 서로 고정시키는 한 쌍의 엔드 플레이트(130)를 더 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면 측판형성부(160)에는, 로터(100)의 회전 방향에 대해 측 방향으로 돌출되어, 로터(100)의 회전 시 모터 하우징(300)의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시키기 위한 냉각보조돌기(180)가 구비된다.
이와 같은 냉각보조돌기(180)는 냉각유체의 슬로싱(Sloshing) 효과를 일으켜 냉각 효율을 개선할 수 있으며, 또한 축 방향으로는 냉각유체 투과의 격벽 기능, 즉 냉각유체의 흐름 저항에 따른 충격에너지 손실을 가지게 하여 냉각유체의 슬로싱 현상에 기인하는 충격을 방지할 수 있다.
그리고 본 실시예예서 냉각보조돌기(180)는 측판형성부(160)의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)와, 이와 같은 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)의 내측을 연결하도록 형성되어 회전축 영역을 감싸는 링형 돌기부(181)를 포함하는 형태를 가진다.
또한 측판형성부(160)에 형성되는 복수 개의 유체통과홀은 측판형성부(160) 상에 원 궤적을 따라 배열될 수 있으며, 복수 개의 방사형 연장돌기부(182) 각각은 서로 인접한 한 쌍의 유체통과홀(161) 사이를 가로지르도록 연장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리의 내부 및 외부에서의 유체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명은 로터(100)가 회전할 경우 냉각보조돌기(180)가 모터 하우징(300)의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시켜 냉각유체와 모터 하우징(300) 간의 접촉 범위를 크게 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 냉각유체는 모터 하우징(300)의 표면 및 방열핀과 원활한 열교환을 수행하게 되어 냉각 효과를 극대화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷(150)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2실시예에 나타난 로터 브래킷(150)은 전술한 제1실시예와 같이 냉각보조돌기(180)가 구비되며, 또한 냉각보조돌기(180)는 측판형성부(160)의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)와, 이와 같은 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)의 내측을 연결하도록 형성되어 회전축 영역을 감싸는 링형 돌기부(181)를 포함한다.
그리고 본 실시예의 경우, 냉각보조돌기(180)는 방사형 연장돌기부(182)의 일측 및 타측에 각각 구비되는 제1보조돌기부(183)를 더 포함하는 형태를 가진다.
제1보조돌기부(183)는 방사형 연장돌기부(182)에 비해 매우 짧은 형태로 형성되어, 복수 개가 방사형 연장돌기부(182)의 길이 방향을 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
이와 같은 제1보조돌기부(183)는 방사형 연장돌기부(182)와 함께 냉각유체의 슬로싱 효과를 보다 증가시키는 역할을 수행하게 된다.
또한 방사형 연장돌기부(182)의 일측에 구비되는 제1보조돌기부(183) 및 타측에 구비되는 제1보조돌기부(183)는 서로 엇갈리는 위치에 구비되어 슬로싱 효과를 더욱 높일 수 있다.
더불어 제1보조돌기부(183)는, 방사형 연장돌기부(182)에 비해 돌출된 길이가 보다 길게 형성될 수 있으며, 이 역시 슬로싱 효과를 극대화하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터 어셈블리에 있어서, 로터 브래킷(150)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예에 나타난 로터 브래킷(150) 역시 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 같이 냉각보조돌기(180)가 구비되며, 또한 냉각보조돌기(180)는 측판형성부(160)의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)와, 이와 같은 복수 개의 방사형 연장돌기부(182)의 내측을 연결하도록 형성되어 회전축 영역을 감싸는 링형 돌기부(181)를 포함한다.
그리고 본 실시예의 경우, 냉각보조돌기(180)는 방사형 연장돌기부(182)의 일측 및 타측에 각각 구비되는 제2보조돌기부(184)를 더 포함하는 형태를 가진다.
제2보조돌기부(184)는 방사형 연장돌기부(182)의 길이 방향을 따라 연장된 형태로 길게 형성될 수 있다. 이와 같은 제2보조돌기부(184)는 냉각유체를 모터 하우징(300) 내에서 보다 높은 위치로 유동되도록 하여 냉각유체와 모터 하우징(300)의 접촉 범위를 보다 넓게 할 수 있으며, 마찬가지로 방사형 연장돌기부(182)와 함께 냉각유체의 슬로싱 효과를 보다 증가시키는 역할을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 차량용 휠
20: 디스크
30: 캘리퍼
100: 로터
110: 마그넷 링
120: 감속기
130: 엔드 플레이트
140: 축 샤프트
140a, 140b: 샤프트부재
150: 로터 브래킷
160: 측판형성부
161: 유체통과홀
170: 둘레고정부
180: 냉각보조돌기
181: 링형 돌기부
182: 방사형 연장돌기부
183: 제1보조돌기부
183: 제2보조돌기부

Claims (6)

  1. 차량용 휠의 회전축과 동심의 회전축을 가지도록 연결되는 로터 브래킷과, 상기 로터 브래킷의 둘레를 따라 구비되며, 복수 개의 영구자석이 배치되는 마그넷 링을 포함하는 로터;
    상기 로터의 둘레를 따라 배치되어, 기자력에 의해 상기 로터를 회전시키는 복수 개의 코일을 포함하는 스테이터; 및
    상기 로터 및 상기 스테이터를 감싸도록 구비되며, 내부에 냉각 및 윤활을 위한 냉각유체가 수용되는 모터 하우징;
    을 포함하며,
    상기 로터 브래킷은,
    상기 로터의 회전 방향에 대해 측 방향으로 돌출되어, 상기 로터의 회전 시 상기 모터 하우징의 내부에 수용된 냉각유체의 유동성을 증가시키는 냉각보조돌기;
    상기 마그넷 링의 내측에 접하여 고정되는 둘레고정부; 및
    상기 둘레고정부의 일측면을 형성하여 중심부에 회전축이 연결되며, 중심부로부터 편심된 위치에 냉각유체가 통과하는 복수 개의 유체통과홀이 형성되고, 상기 냉각보조돌기가 측 방향으로 돌출되도록 구비되는 측판형성부;
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 유체통과홀은 상기 측판형성부에 원 궤적을 따라 배열되고,
    상기 냉각보조돌기는,
    상기 측판형성부의 중심으로부터 방사상으로 연장되고, 서로 인접한 한 쌍의 유체통과홀 사이를 가로지르는 복수 개의 방사형 연장돌기부;
    상기 냉각보조돌기는 상기 복수 개의 방사형 연장돌기부의 내측을 연결하도록 형성되어 회전축을 감싸는 링형 돌기부;
    상기 방사형 연장돌기부보다 짧은 형태로 형성되어, 상기 방사형 연장돌기부의 일측 및 타측에서 서로 엇갈리는 위치에 구비되는 복수 개의 제1보조돌기부; 및
    상기 방사형 연장돌기부의 일측 및 타측에 각각 구비되며, 상기 방사형 연장돌기부의 길이 방향을 따라 연장된 형태로 길게 형성됨에 따라, 냉각유체를 상기 모터 하우징 내에서 보다 높은 위치로 유동되도록 하여 냉각유체와 상기 모터 하우징의 접촉 범위를 증가시키는 복수 개의 제2보조돌기부;
    를 포함하는,
    인휠 모터 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로터는,
    상기 로터 브래킷 및 상기 마그넷 링의 양측에 구비되어 상기 로터 브래킷 및 상기 마그넷 링을 서로 고정시키는 한 쌍의 엔드 플레이트를 더 포함하는,
    인휠 모터 어셈블리.
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