KR20070046576A - 차량용 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적인 차량 또는 하이브리드 차량에 설치되어 변속기 및 발전기와 차동기어의 역할이 가능하도록 구성함으로써 차량을 구동하기 위한 동력전달계의 부품이 축소되어 레이아웃의 향상과 함께 차량 전체의 원가와 중량을 절감시켜 제작가능하며, 에너지의 재생 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 구동장치에 관한 것이다.
하이브리드, 구동력부, 유성기어부, 유성캐리어, 속도센서

Description

차량용 구동장치{The Apparatus Of Vehicle Drive}
도 1은 본 발명에 의한 차량용 구동장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 구동장치의 단면도.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 차량용 구동장치가 차량에 설치된 상태를 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 의한 차량용 구동장치의 작동 상태를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 드라이브 샤프트 4 : 배터리
10 : 구동력부 12 : 링기어
14 : 내접기어 16 : 유성기어부
18 : 유성캐리어 19 : 디퍼렌셜 에세이
20 : 제어부 30 : 속도센서
본 발명은 일반적인 차량 또는 하이브리드 차량에 설치되어 변속기 및 발전 기와 차동기어의 역할이 가능하도록 구성하여 차량이 구동하기 위한 동력전달계의 부품이 축소되어 레이아웃의 향상과 함께 차량 전체의 원가와 중량을 절감시켜 제작가능한 차량용 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 설치되는 발전기는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 장치를 말한다.
이와는 반대로 전동기는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치로서, 고정자 및 회전자의 위치만 다를 뿐 기타 구성요소는 유사한 구조로 이루어져 있다.
상기한 발전기는 자기장을 발생시키는 자석을 외측에 고정 배치하고 그 내부에 자기장을 단속하는 도체를 회전 가능하게 설치함으로써 기전력을 발생시킨다.
상기 기전력의 크기는 자기장의 세기와, 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대속도에 비례하고, 상기 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙을 따른다.
최근에는 일반적으로 차량에 장착하여 사용하고 있는 가솔린 엔진 및 디젤엔진과 더불어서 하이브리드 자동차가 대두되고 있다.
상기 하이브리드 자동차는 서로 다른 두종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하며, 통상적으로는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기를 사용하는 전기 모터로 구성된 시스템을 말한다.
상기한 하이브리드 자동차는 차량이 주정차 상태로 위치해 있다가 시동을 걸어 엔진을 작동시키게 되면 전기모터를 이용하여 초기 연료 소모와 배기가스의 발생을 최소화 하고, 차량이 도로를 따라 주행하면서 가속 상태가 되면 일정 시속동 안 전기모터가 엔진의 동력을 보조하게 된다.
즉, 저속에서는 전기의 힘으로, 중고속에서는 연료로 차가 움직이게 되는 것이며, 일반 주헹시에도 일정 속도를 넘으면 연료는 전기에서 가솔린으로 바뀌게 됨으로써, 전기모터의 도움으로 걸리는 부하 및 작동조건이 개선되도록 하여 사용하고 있다.
상기한 하이브리드 자동차는 차체의 무게를 획기적으로 줄여 공기의 저항을 최소화하는 등 기존의 일반 차량에 비해 연비 및 유해가스 배출량을 줄일 수 있는 장점이 있어서 현재 계속적으로 연구 개발되고 있는 추세이다.
일반적인 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 발전기와 구동모터 및 변속기가 설치되는데 상기한 구동모터를 동력원으로 사용할 때에는 상기 구동모터의 일측에 별도의 변속기를 설치하여 사용해야만했다.
또한, 상기 별도의 변속기를 사용하지 않기 위해서는 엔진과 구동모터 사이에 유성기어를 이용한 변속기를 설치하여 사용하게 됨으로써, 파워트레인계의 전체적인 사이즈의 증가와 함께 원가 상승 및 차량의 중량이 증가되어 차량의 연비에 불리한 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반차량 또는 하이브리드 차량에 설치되는 변속기 및 발전기와 차동기어의 역할을 동시에 수행 가능하여 차량의 전체적인 원가 절감 및 컴팩트화가 가능하고 레이아웃을 향상시킨 차량용 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진으로부터 발생된 동력을 전달받아 차륜으로 전달하되 발전기 및 변속기의 역할이 가능하도록 설치되는 구동력부가 설치된다.
상기 구동력부는 엔진으로부터의 동력을 전달받는 링기어와 상기 링기어로 전달된 구동력을 전달받아 작동되며 외측에 다수회 권취 형성된 권선이 구비된 내접기어가 설치된다.
상기 내접기어의 내주면에는 유성기어부가 치합되어 위치하고 상기 유성기어부와 연동하여 작동 가능하도록 설치되며 영구자석으로 형성되는 유성캐리어가 구비되며 상기 유성기어부와 치형 결합되어 위치하는 디퍼렌셜 에세이를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 구동력부의 외측에 설치되는 속도센서; 및 상기 구동력부와 연결되어 상기 구동력부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 차량용 구동장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 엔진(미도시)으로부터 발생된 동력을 전달받아 차륜(미도시)으로 전달하되 발전기 및 변속기의 역할이 가능하도록 구동력부(10)가 설치된다.
상기 구동력부(10)는 엔진으로부터의 동력을 전달받는 링기어(12)와 상기 링 기어(12)로 전달된 구동력을 전달받아 작동되며 외측에 다수회 권취 형성된 권선(13)이 구비된 내접기어(14)가 구비된다.
상기 내접기어(14)의 내주면에는 상기 내접기어(14)에 형성된 기어와 치합되어 회전 가능하게 위치하는 유성기어부(16)가 설치된다. 상기 유성기어부(16)는 상기 내접기어(14)와 디퍼렌셜 에세이(19)에 각각 치형 결합된 상태로 위치한다.
상기 유성기어부(16)와 연동하여 작동가능하도록 영구자석으로 형성된 유성캐리어(18)가 설치된다. 상기 유성캐리어(18)는 고정자 역할을 한다.
상기 유성기어부(16)에 구비된 유성기어(16a,16b,16c,16d)는 상기 유성캐리어(18)상에 회전축(11)을 매개로 각각 설치된다.
상기 유성기어부(16)와 치형 결합되는 디퍼렌셜 에세이(19)는 차륜과 연결된 드라이브 샤프트(2)와 직접 연결 설치된다.
상기 유성캐리어(18)는 권선(13)에 인가된 전류에 의해 회전 작동되도록 구성된다.
상기 유성캐리어(18)의 일측에는 상기 유성캐리어(18)에 밀착되어 회전 상태를 구속하는 브레이크(40)가 설치된다.
상기 구동력부(10)에는 상기 구동력부(10)를 제어하는 제어부(20)가 설치된다. 상기 제어부(20)는 차량에 설치된 배터리(4)와 연결 설치된다.
상기 구동력부(10)의 외측에는 속도센서(30)가 설치되며, 상기 속도센서(30)는 상기 링기어(12)의 회전 속도를 감지하여 제어부(20)에 감지신호를 전달하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 차량용 구동장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 구동력부가 차량에 설치된 상태를 도시한 도면으로써, 엔진, 변속기 및 디퍼렌셜 기어등이 차량의 전방부에 집중 배치되되 가로형태로 배치되는 횡치형 구조로 배치된다.
즉, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 구동력부가 실제 차량에 설치될 때의 상태를 도시한 것으로서 도 3a 또는 도 3b에 도시된 상태로 설치되어 작동될 수 있다.
첨부된 도 3a를 참조하면, 엔진(1)에서 발생된 동력을 전달받아 전방의 차륜으로 전달할 수 있도록 구동력부(10)가 차륜에 설치된 드라이브 샤프트(2)와 연결 설치된다.
상기 구동력부(10)에는 제어부(20)가 연결 설치되고, 상기 제어부(20)는 배터리(4)와 연결 설치된다.
또한, 후륜에 구비된 드라이브 샤프트(2')상에 구동력부(10')를 연결 설치할 수 있으며, 상기 전륜에 설치된 구동력부(10)와 후륜에 설치된 구동력부(10')사이에 전륜의 구동력부(10)와 연결 설치된 별도의 구동력부(10")를 설치하여 후륜의 구동력부(10')와 파이프 샤프트(3)를 매개로 설치가능하다.
첨부된 도 3b를 참조하면, 엔진(1)에서 발생된 동력을 전달받아 전방의 차륜으로 전달할 수 있도록 구동력부(10)가 차륜에 설치된 드라이브 샤프트(2)와 연결 설치된다.
상기 구동력부(10)에는 제어부(20)가 연결 설치되고, 상기 제어부(20)는 배터리(4)와 연결 설치된다.
그리고, 후륜에는 드라이브 샤프트(2')상에 구동력부(10')를 연결 설치하되 상기 전륜과는 개별적으로 작동되도록 설치된다.
상기와 같이 설치된 상태에서 상기 구동력부의 작동 상태를 도 4a를 참조하여 상세히 살펴본다.
첨부된 도 4a는 상기 구동력부가 변속기로서 작동될 때를 도시한 도면으로서, 차량(미도시)에 운전자가 탑승하여 엔진(1)(도 3a참조)에 시동을 온 작동시키게 되면 엔진(1)에서 발생된 동력이 링기어(12)(도 2참조)로 전달된다.
상기 링기어(12)(도 2참조)는 엔진에서 전달된 동력에 의해 회전되면서 상기 링기어(12)의 회전 속도를 감지하는 속도센서(30)에 의해 상기 링기어(12)의 회전속도가 감지되어 제어부(20)로 전송된다.
이와 동시에 제어부(20)는 속도센서(30)에서 전송된 신호에 의해 구동력부(10)에 설치된 권선(13)에 인가될 전류를 제어하여 상기 권선(13)에 전류를 흐르게한다.
상기 권선(13)은 내접기어(14)의 외주면상에 다수회 권취된 상태로 설치되어 있어서, 상기 권선(13)에 전류가 흐르게 되면 자기장이 형성된다.
상기 구동력부(10)에 설치된 유성캐리어(18)는 영구자석으로 형성되어 있어서 상기 권선(13)에서 발생된 자기장에 의해 상기 유성캐리어(18)는 회전하기 시작한다.
상기 유성캐리어(18)가 회전하면 상기 유성캐리어(18)와 치합된 유성기어(16a,16b,16c,16d)가 내접기어(14)의 내주면을 따라 회전하게 되며 상기 유성기어(16a,16b,16c,16d)와 치합된 디퍼렌셜 에세이(19)가 화살표 방향으로 회전하게 된다.
상기 디퍼렌셜 에세이(19)가 회전됨에 따라 상기 디퍼렌셜 에세이(19)에 결합된 드라이브 샤프트(2)(도 2참조)가 회전하게 되며, 상기 드라이브 샤프트(2)의 양측 단부에 장착된 차륜이 작동되어 차량이 주행가능하게 된다.
상기와 같은 상태로 차량이 주행하다가 차량에 감속이 필요한 경우에 운전자의 조작에 의해 변속기레버(미도시)를 작동시키게 되면, 유성기어(16a,16b,16c,16d)는 고정된 상태에서 디퍼렌셜 에세이(19)가 일체로 회전 작동되면서 차량의 감속이 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예로서 상기 구동력부(10)가 발전기로서 작동할때를 도 4a를 참조하여 설명한다.
첨부된 도 4b를 참조하면, 차량이 관성력만으로 움직일 경우 즉, 내리막길에서 도로를 따라 차륜이 회전되면서 드라이브 샤프트(2)(도 2참조)가 회전하게 된다.
상기 드라이브 샤프트(2)가 회전하게 되면 상기 드라이브 샤프트(2)와 연결된 디퍼렌셜 에세이(19)가 회전하게 되고, 상기 디퍼렌셜 에세이(19)와 치합된 유성기어(16a,16b,16c,16d)가 회전 작동하게 된다.
상기 유성기어(16a,16b,16c,16d)의 회전에 의해 회전축(11)과 연결된 유성캐 리어(18)가 회전 작동된다. 상기 유성캐리어(18)가 회전되면 내접기어(14)에 구비된 권선(13)에 전기가 발생하여 발전기의 역할을 하게되며, 상기 권선(13)에서 발생된 전기는 배터리(4)(도 2참조) 또는 알터네이터(미도시)로 보내져서 축적된다.
상기 속도센서(30)(도 2참조)는 차량 주행시에 지속적으로 내접기어(14)의 회전차를 검출하여 제어부(20)(도 2참조)로 전송하고, 상기 제어부(20)는 차량의 주행 상태에 따른 가장 적절한 변속비 조절이 용이하도록 권선(13)에 인가되는 전류를 제어하여 차량이 최적의 상태로 주행가능하게 한다.
상기 유성캐리어(18)의 일측에 설치된 브레이크(40)(도 2참조)는 인위적인 속도 조절이 필요할 경우에 상기 유성캐리어(18)면에 밀착시켜 속도를 조절하여 사용한다.
한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 구동장치는 기존에 차량에 설치된 발전기, 구동모터 및 변속기의 기능을 하나로 통합하여 차량에 사용할 수 있어 차량의 전체적인 원가 절감 효과가 있다.
또한, 구동력부에 구비된 디퍼렌셜 에세이가 드라이브 샤프트와 직접 연결되어 있어서 에너지 재생 효율을 향상시키고, 동력전달계를 구성하는 전체적인 구성요소가 감소되어 차량의 레이아웃 향상과 경량화가 가능한 효과가 있다.
또한, 하이브리드 차량에 설치되어 동력을 보조하는 전기모터의 역할을 구동 력부가 대신하게 되어 상기 전기모터의 삭제에 따른 하이브리드 차량의 컴팩트한 시스템 구성이 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 엔진으로부터 발생된 동력을 전달받아 차륜으로 전달하되 발전기 및 변속기의 역할이 가능하도록 설치되는 구동력부;
    상기 구동력부의 외측에 설치되는 속도센서; 및
    상기 구동력부와 연결되어 상기 구동력부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동력부는 엔진으로부터의 동력을 전달받는 링기어, 상기 링기어로 전달된 구동력을 전달받아 작동되며 외측에 다수회 권취 형성된 권선이 구비된 내접기어, 상기 내접기어의 내주면에 치합되어 위치하는 유성기어부, 상기 유성기어부와 연동하여 작동 가능하도록 설치되며 영구자석으로 형성되는 유성캐리어, 상기 유성기어부와 치형 결합되어 위치하는 디퍼렌셜 에세이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유성캐리어는 권선에 인가된 전류에 의해 회전 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유성캐리어의 일측에는 상기 유성캐리어에 밀착되어 회전 상태를 구속하는 브레이크가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 디퍼렌셜 에세이는 차륜과 연결된 드라이브 샤프트와 직접 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 속도센서는 상기 링기어의 회전 속도를 감지하여 제어부에 감지신호를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동장치.
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