KR200426385Y1 - 전동차용 모터 장치 - Google Patents

Abstract

전동차의 모터 구동계의 소형화, 고신뢰화, 간소화, 고강도화 및 고정밀도화를 가능하게 하는 전동차용 모터 장치를 제공한다.

허브(1) 내에 구동용 모터와 감속기를 내장시킨다. 허브(1)의 양단은 차축(2)에 회전 가능하게 설치한다. 구동용 모터의 스테이터(5)를 고정하는 스테이터 플랜지 (6a, 6b)는 차축(2)에 고정한다. 로터(7)는 차축(2)에 회전 가능하게 설치한다. 감속기는 로터 회전축(7a)에 형성한 외부 톱니(7c)와 허브(1)의 내주에 설치한 내부 톱니(10)의 양쪽 모두에 맞물리는 중간 톱니바퀴(11)로 이루어진다. 이 중간 톱니바퀴(11)를 스테이터 플랜지(6b)에 설치한 설치 홀더(6c)에 회전 가능하게 삽입축(13)으로 지지하여 구동용 모터와 일체화한다. 구동용 모터로부터의 인출선은 로터 회전축(7b)와 스테이터 플랜지(6a)의 사이의 차축(2) 상의 통선구(2c)로부터 차축(2) 내부의 배선구멍(2b)을 통하여, 허브(1) 외측의 차축(2) 상의 인출구(2d)로부터 인출한다.

전동차용 모터 장치

Description

전동차용 모터 장치{MOTOR DEVICE FOR AN ELECTRIC VEHICLE}

도 1은 본 고안의 실시예 1인 전동차용 모터 장치의 기계적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2는 동 전동차용 모터 장치의 기계적인 구성을 나타내는 개략 분해 사시도이다.

도 3은 동 전동차용 모터 장치의 중간 톱니바퀴의 조립 순서를 나타내는 분해 사시도이다.

도 4는 본 고안의 실시예 2인 전동차용 모터 장치의 기계적인 구성을 나타내는 단면도이다.

** 본 발명의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 허브

1a 허브 본체

1b 허브 플랜지

1c 허브 결합 나사부

1d, 1e 가장자리부

2 차축

2b 배선구멍

3, 4 축받이

5 스테이터

6a, 6b 스테이터 플랜지

6c 설치 홀더

7 로터

7a 로터 마그넷

7b 로터 회전축

7c 외부 톱니

8 로터 위치 센서

9a, 9b 축받이

10 내부 톱니

11 중간 톱니바퀴

11a 대경 톱니바퀴

11b 소경 톱니바퀴

12a, 12b 축받이

13 삽입축

14 중간 톱니바퀴

15 내부 톱니

본 고안은 전동 보조 자전거나 전동 오토바이, 전동 휠체어 등에 매우 적합한 전동차용 모터 장치에 관한 것으로, 상세하게는 이들 전동차의 모터 구동계의 소형화, 고신뢰화 및 간소화 등을 가능하게 하는 전동차용 모터 장치에 관한 것이다.

전륜이나 후륜을 회전시키는 전동 모터 장치를 액셀량에 따라 회전시킴으로써 주행하는 2륜이나 3륜의 전동 오토바이나, 전륜이나 후륜을 회전시키는 전동 모터 장치를 페달의 부하에 따라 보조적으로 회전시키는 2륜이나 3륜의 전동 보조 자전거 (이하, 이들 전동 오토바이나 전동 보조 자전거를 전동차라고 부른다)가 알려져 있다.

전동 자전거의 전륜이나 후륜을 회전시키는 전동 모터 장치로서는 특허 문헌 1 내지 4에 기재된 것이 있다. 이들 전동 모터 장치는 그 차축에 설치되어 차륜을 스포크 등으로 지지하고 있는 허브 내에 감속기와 함께 설치된 구조로 되어 있고, 차륜를 직접 회전시키고 있다.

[특허 문헌 1]일본 공개 특허 공보 평11-255177호

[특허 문헌 2]일본 공개 특허 공보 2001-341688호

[특허 문헌 3]일본 공개 특허 공보 2002-154471호

[특허 문헌 4]일본 공개 특허 공보 2005-278234호

그러나, 특허 문헌 2, 4의 기술에서는 차축이 좌우로 분리되어 있기 때문에, 차체의 하중을 지지하는 경우에 강도적으로 문제가 있다. 또한, 좌우의 차축에 대한 동축성의 조정이나 유지에도 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 1, 3의 기술에서는 차축을 일체화하였으므로, 상기와 같은 문제는 없지만, 허브와 차축간 및 모터 브래킷과 차축간이 복잡하고 동축(同軸)의 정밀도가 나쁘다고 하는 문제와 함께, 부품수가 많기 때문에 신뢰성이 낮고 대형화되고 있다고 하는 문제가 있다.

본 고안은 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 과제는 전동차의 모터 구동계의 소형화, 고신뢰화, 간소화, 고강도화 및 고정밀화를 가능하게 하는 전동차용 모터 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 고안에 의한 청구항 1의 전동차용 모터 장치의 구성은 허브 내에 구동용 모터와 감속기를 내장시킨 구조의 전동차용 모터 장치로서, 상기 허브의 양단을 전동차의 차축에 회전 가능하게 설치하고, 상기 차축에 상기 구동용 모터의 스테이터의 고정부를 고정함과 동시에 로터를 회전 가능하게 설치하고, 상기 스테이터의 고정부에 중간 톱니바퀴를 회전 가능하게 유지하고, 상기 중간 톱니바퀴를 상기 로터 표면의 외부 톱니와 상기 허브 내면의 내부 톱니에 맞물리게 하여 상기 감속기를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 의한 청구항 2의 구성에서는 청구항 1에 기재된 전동차용 모터 장치에 있어서, 상기 중간 톱니바퀴가 상기 스테이터의 고정부에 설치한 설치 홀더에 회전 가능하게 삽입축으로 지지되고, 이 삽입축이 상기 설치 홀더에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 의한 청구항 3의 구성에서는 청구항 1 또는 2에 기재된 전동차용 모터 장치에 있어서, 상기 허브가 차륜의 부착부를 구비하고, 단면이 상기 차축에 회전 가능하게 장착되는 본체부와, 단면이 상기 차축에 회전 가능하게 장착되는 나머지의 뚜껑부로 이루어지고, 상기 본체부와 뚜껑부가 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 의한 청구항 4의 구성에서는 청구항 1 내지 3의 어느 하나의 항에 기재된 전동차용 모터 장치에 있어서, 상기 스테이터로부터의 인출선을 상기 허브 내로부터 상기 차축에 형성된 중공부를 통하여 외부로 인출하는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 청구항 1의 구성에 의하면, 감속기의 중간 톱니바퀴 및 그 장착부분을 모터의 스테이터 설치부와 일체화시켰으므로, 간소화하고 소형화할 수 있는 동시에, 허브를 차축에 단순한 구조로 설치하고 있으므로, 강도가 향상되고 신뢰성이 향상된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 고안의 청구항 2의 구성에 의하면, 감속기의 조립이 용이하게 된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 고안의 청구항 3의 구성에 의하면, 허브를 2 분할하고 직접 나사를 형성하여 나사결합에 의하여 일체화할 수 있도록 하였으므로, 플랜지끼리를 볼트 결합하여 생기는 무효 공간이 없어지는 동시에, 빗물 등에 대한 차단(seal)이 용이하게 된다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 고안의 청구항 4의 구성에 의하면, 모터의 회전과 허브의 회전의 간섭을 피하여 허브 내의 배선을 외부로 인출할 수 있는 동시에, 허브를 차축에 회전 가능하게 설치할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 고안의 실시의 형태에 대하여 설명한다. 이륜 전동 자전거에 적용한 실시예를 사용하여 구체적으로 설명한다.

실시예1

도 1은 본 고안의 제1 실시예인 전동차용 모터 장치의 기계적인 구성을 나타내는 차축 방향의 단면도, 도 2는 그 개략 분해 사시도이다. 본 실시예에 있어서 전동차용 모터 장치는 허브(1) 내에 구동용 모터와 감속기를 내장시킨 구조의 것이다. 허브(1)는 대부분을 차지하는 통상의 허브 본체(1a)와, 허브 플랜지(1b)로 이루어진다. 허브 본체(1a)와 허브 플랜지(1b)는 허브 결합 나사부(1c)에 의하여 나사 결합되어 있다. 허브 본체(1a)의 통상의 외주에는 도시가 생략된 차륜의 스포크를 설치하기 위한 가장자리부(1d, 1e)가 설치되어 있다. 허브 본체(1a)의 단면은 볼 베어링 등의 축받이(3)에 의하여 차축(2)에 회전 가능하게 설치된다. 허브 플랜지(1b)는 단면이 축받이(4)에 의하여 차축(2)에 회전 가능하게 설치된다.

구동용 모터는 스테이터(5)를 차축 방향의 양측에서 지지하는 스테이터 플랜지(6a, 6b)와, 로터(7)로 이루어진다. 스테이터 플랜지(6b)는 스테이터 플랜지 고정 구멍(2a)에 의하여 차축(2)에 고정된다. 스테이터 플랜지(6a)는 복수의 긴 나사로 스테이터(5)를 끼운 상태로 스테이터 플랜지(6b)에 고정된다. 블러시리스 모터의 경우, 스테이터(5)에는 복수상(複數相)으로 코일(5a)이 감겨지고 로터(7)의 주 면(周面)에는 N극과 S극의 자석이 주면 방향으로 교호적으로 착자된 로터 마그넷(7a)이 설치된다. 로터 마그넷(7a)의 한쪽 단면에는 이 모터의 회전을 제어하기 위한 자기 센서 등의 로터 위치 센서(8)가 배치되고, 스테이터 플랜지(6a)에 고정된다. 로터 회전축(7b)은 중공상으로 형성되고, 차축(2)이 중공 내에 유삽된다.유삽 로터(7)는 로터 회전축(7b)의 일방측이 축받이(9a)에 의하여 스테이터 플랜지(6a)에 회전 가능하게 장착되고, 로터 회전축(7b)의 타방측이 축받이(9b)에 의하여 스테이터 플랜지(6b)에 회전 가능하게 장착되고, 차축(2)에 대하여 회전 가능하게 장착된다.

전술한 구동용 모터는 허브(1) 내에 수납되지만, 허브(1)가 차축(2)에 대하여 회전 가능하게 되도록 외형 치수가 작게 억제된다. 차축(2)에는 코일(5a)로부터의 인출선 및 로터 위치 센서(8)로부터의 인출선을 외부로 인출하기 위하여, 중공상의 배선구멍(2b)이 설치된다. 이들 인출선은 로터 회전축(7b)과 스테이터 플랜지(6a) 사이의 차축(2)에 형성한 통선구(2c)로부터 배선구멍(2b)를 통하여, 허브(1)의 외측의 차축(2)에 형성한 인출구(2d)로부터 외부로 인출된다. 인출구(2d)는 방수, 방진을 위하여 적당한 실재로 실(seal)된다. 마찬가지로 축받이(3, 4) 및 허브 결합 나사부(1c)도 방수, 방진을 위하여 적절한 실재(축받이인 경우에는, 오일 실 등)로 실된다.

본 고안에서는 감속기와 구동용 모터를 일체화하는 점에 특징이 있다. 감 속기는 로터 회전축(7b)의 표면에 직접 형성되거나 또는 끼워진 외부 톱니(7c)와, 허브 플랜지(1b)의 내주면에 직접 형성되거나 또는 끼워진 내부 톱니(10)와 외부 톱니(7c) 및 내부 톱니(10)의 양쪽에 맞물리는 중간 톱니바퀴(11)로 이루어진다. 중간 톱니바퀴(11)는 외부 톱니(7c)에 맞물리는 대경 톱니(11a)와 내부 톱니(10)에 맞물리는 소경 톱니(11b)가 동일한 축상에 형성되어 이루어진다. 중간 톱니바퀴(11)는 스테이터 플랜지 (6b)에 설치한 설치 홀더(6c)에 축받이(12a, 12b)에 의하여 회전 가능하게 삽입축(13)으로 지지한다. 이 삽입축(13)은 설치 홀더(6c)에 고정된다. 설치 홀더(6c)에는 대경 톱니(11a)를 외부 톱니(7c)에 맞물리게 하는 부분에 개구부(6d)가 형성된다.

도 3은 중간 톱니바퀴(11)의 조립 순서를 나타내는 분해 사시도이다. 먼저, 중간 톱니바퀴(11)의 대경 톱니(11a)가 로터 회전축의 외부 톱니(7c)(도 1 참조)와 맞물리도록, 중간 톱니바퀴(11)를 스테이터 플랜지(6b)에 설치한 설치 홀더(6c)에 삽입한다. 또한, 중간 톱니바퀴(11)의 양 단면의 각각에는 미리 축받이(12a)(도 1 참조), (12b)를 고착하여 둔다. 이어서, 설치 홀더(6c)에 형성된 삽입 구멍(6e)으로부터 삽입축(13)을 중간 톱니바퀴(11)의 축받이(12a, 12b)에 삽입한다. 마지막으로, 이 삽입축(13)을 설치 홀더(6c)에 나사(6f) 등으로 고정한다.

이상의 구성에 의한 본 장치의 동작예를 설명한다. 스테이터(5)는 스테이터 플랜지(6a, 6b)를 사이에 두고 차축(2)에 고정된다. 이 때, 구동용 모터의 회전이 제어되면, 로터(7)가 회전하고, 로터 회전축(7b)이 차축(2)에 대하여 회전한다. 로터 회전축(7b)이 회전하면, 로터 회전축(7b)에 형성된 외부 톱니(7c)(톱니수 w)가 회전하고, 외부 톱니(7c)에 맞물려 있는 대경 톱니(11a)(톱니수 x)는 w/x의 비율로 감속 회전한다. 동시에, 소경 톱니(11b)(톱니수 y)도 회전하므로, 소경 톱니(11b) 에 맞물려 있는 내부 톱니(10)(톱니수 z)는 y/z의 비율로 감속 회전한다. 따라서, 내부 톱니(10)가 형성되어 있는 허브(1)는 로터(7)의 회전이 (w/x)·(y/z)의 감속비로 감속되어 차축(2)에 대하여 회전하게 된다.

다음으로, 구동용 모터의 회전이 정지되면, 허브(1)는 로터 회전축(7b)과 함께 자유 회전을 계속한다. 이 때의, 로터(7)의 회전은 회생제동에 이용할 수 있다. 또한, 허브(1)의 좌우 어느 한 쪽에 사슬톱니를 설치하여 페달부로부터의 체인을 감아 돌리면, 인력에 의한 추력을 보조하는 전동 어시스트 자전거로서 동작시킬 수 있다.

이상의 구성에 의하면, 감속기의 중간 톱니바퀴(11) 및 그 부착부분인 설치 홀더(6c)를 모터의 스테이터 플랜지(6b)와 일체화시켰기 때문에, 간소화되고, 소형화할 수 있는 동시에, 허브(1)를 차축(2)에 단순한 구조로 설치하고 있기 때문에, 강도를 향상시키고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 삽입축(13)의 삽입에 의하여 감속기가 조립되므로, 감속기의 조립이 용이하게 된다. 또한 허브(1)를 2분할하여 직접 나사를 형성하여, 나사 결합에 의하여 일체화할 수 있도록 하였으므로, 플랜지 등에 의한 볼트 결합으로 발생하는 무효 공간이 없어짐과 동시에, 빗물이나 먼지 등에 대한 차단(seal)이 용이하게 된다.

또한, 코일(5a)로부터의 인출선이나 로터 위치 센서(8)로부터의 인출선 등은 로터 회전축(7b)과 스테이터 플랜지(6a) 사이의 차축(2) 상에 형성한 통선구(2c)로부터 차축(2) 내부에 형성한 중공 형상의 배선구멍(2b)을 통하여, 인출구(2d)로부터 스테이터 플랜지(6a)의 외부에 인출하도록 하였으므로, 구동용 모터의 회전과 허브(1)의 회전의 간섭을 피하여 허브(1) 내의 배선을 외부에 인출하는 동시에, 허브(1)를 차축(2)에 회전 가능하게 설치할 수 있다.

[실시예 2]

도 4는 본 고안의 제2 실시예인 전동차용 모터 장치의 기계적인 구성을 나타내는 차축 방향의 단면도이다. 본 실시예에 있어서의 전동차용 모터 장치는 감속기의 구성을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성되어 있으므로, 실시예 1과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략하고, 상위한 점에 대하여만 설명한다. 본 실시예가 실시예 1과 상위한 점은 감속기에 있어서의 톱니바퀴의 구성이 다른 것이다.

본 실시예의 톱니바퀴의 구성에서는 외부 톱니(7c)에 맞물리는 중간 톱니바퀴(14)를 실시예 1의 대경 톱니만으로 하고, 이 중간 톱니바퀴(14)에 맞물리는 내부 톱니 (15)를 허브 본체(1a)의 내주면에 직접 형성하거나 또는 끼워넣는 것이다. 허브가 실시예 1과 동일한 지름인 경우에는 감속비가 작아지기 때문에, 모터의 파워가 큰 경우, 또는 모터의 지름 및 허브의 지름이 큰 경우 등에 매우 적합하다.

이상, 본 고안의 실시예를 도면에 의하여 상세하게 설명하였지만, 구체적인 구성은 본 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계의 변경 등이 있어도 본 고안에 포함된다. 예를 들면, 상술한 실시예에서는 자전거의 후륜에 적용한 예를 설명하였지만, 소형화되어 있으므로 전륜에도 용이하게 적용 가능하다. 또한, 전륜과 후륜의 양쪽 모두에 적용하여도 좋고, 3륜의 경우에는 평행한 양륜에 적용하여도 좋다. 또한, 각 실시예의 전동차용 모터 장치에서는 내부 톱니에 맞물리는 중간 톱니바퀴를 1개 사용하는 예를 도시하였지만, 2 내 지 3개와 같이 복수개를 동심원상으로 등간격으로 배치하여 사용하여도 좋다.

본 고안은 2륜이나 3륜의 전동 오토바이 및 2륜이나 3륜의 전동 자전거에 한정되는 것이 아니고, 2륜이나 3륜의 전동 어시스트 자전거나 전동 휠체어 등의 다른 전동차에도 널리 매우 적합하게 이용 가능하다.

Claims (4)

1. 허브 내에 구동용 모터와 감속기를 내장시킨 구조의 전동차용 모터 장치로서, 상기 허브의 양단을 전동차의 차축에 회전 가능하게 설치하고, 상기 차축에 상기 구동용 모터의 스테이터의 고정부를 고정함과 동시에 로터를 회전 가능하게 설치하고, 상기 스테이터의 고정부에 중간 톱니바퀴를 회전 가능하게 유지하고, 상기 중간 톱니바퀴를 상기 로터 표면의 외부 톱니와 상기 허브 내면의 내부 톱니에 맞물리게 하여 상기 감속기를 구성하는 것을 특징으로 하는 전동차용 모터 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간 톱니바퀴가 상기 스테이터의 고정부에 설치한 설치 홀더에 회전 가능하게 삽입축으로 지지되고, 이 삽입축이 상기 설치 홀더에 고정되어 완성되는 것인 것을 특징으로 하는 전동차용 모터 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 허브가 차륜의 설치부를 가지고 단면이 상기 차축에 회전 가능하게 장착되는 본체부와, 단면이 상기 차축에 회전 가능하게 장착되는 나머지 뚜껑부로 구성되고, 상기 본체부와 뚜껑부가 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 전동차용 모터 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스테이터로부터의 인출선을 상기 허브 내로부터 상기 차축에 형성된 중공부를 통하여 외부로 인출하는 것 을 특징으로 하는 전동차용 모터 장치.

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