KR20070108863A - 높은 감속비의 전기 허브드라이브 - Google Patents

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Abstract

전기모터 부조립체(30), 선기어 없는 차동유성기어드라이브(20) 및 허브베어링 조립체(10)들을 동축의 조립체 내에 함께 결합시켜 소형의, 높은 기어 감속비의 전기 허브드라이브 시스템이 제공된다.
허브드라이브, 전기모터, 차동유성기어드라이브, 허브베어링, 감속비

Description

높은 감속비의 전기 허브드라이브 {High reduction ratio electric hub drive}
관련된 출원들의 교차 참조
본 발명은 2005년 1월 13일자로 출원된 미합중국 가특허출원 제60/643,564호에 관련된 것으로서 이를 우선권 주장하며, 본 명세서에서는 이를 참고로 포함한다.
본 발명은 대체로 차량 바퀴 허브드라이브(hub drive)들에 관한 것으로서, 특히 전기모터, 선기어 없는 차동유성기어드라이브(sunless differential planetary gear drive) 및 허브베어링 조립체들을 함께 조립하여 소형의, 높은 기어 감속비의 전기 허브드라이브 시스템을 제공하는 통합된 전기모터 허브드라이브에 관한 것이다.
허브드라이브들은 회전, 견인, 최종 구동 및 바퀴 구동 등을 위한 폭 넓은 응용범위들을 갖는다. 전기화로의 증가하는 경향에 따라, 전기모터들을 사용하는, 높은 감속비의 허브드라이브들이 크게 요구되고 있다. 높은 감속비의 허브드라이브는 보다 큰 토크비(torque leverage)를 제공하여, 구동되는 전기모터의 크기를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 많은 형태의 허브드라이브들이 존재한다. 2-단 유성기어드라이브(two-stage planetary gear drive)가 허브드라이브의 전형적인 실시예이다. 이들은 종종 설계가 매우 복잡하고, 공간과 중량을 절약하기 위해 요구되는 전기모터들과 충분히 통합되지 않는다.
따라서, 산업에 있어서 차량 바퀴 허브 내에서 공간을 절약하고 중량을 감소시키는 데 유리한, 통합된 전기모터를 갖는 소형의, 허브드라이브에 대한 요구가 있어 왔다.
발명의 요약
간단하게 언급하면, 본 발명은 전기모터, 선기어 없는 차동유성기어드라이브 및 허브베어링 조립체들을 함께 조립하여 소형의, 높은 기어 감속비의 전기 허브드라이브 시스템을 제공하는 통합된 전기모터 허브드라이브를 제공한다.
현재 바람직한 실시예들과 함께 본 발명의 앞서 언급한 목적들 및 다른 목적들, 특징들 및 잇점들은 첨부된 도면들과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 그 안에 본 발명의 통합된 전기모터 허브드라이브가 장착된 차량의 바퀴테(vehicle wheel rim)를 부분 절개하여 도시한 부분단면도이고;
도 2는 도 1의 상기 차량의 바퀴테와 통합된 전기모터 허브드라이브의 단면도이고; 그리고
도 3은 도 2의 상기 차량의 바퀴테와 통합된 전기모터 허브드라이브를 전개하여 도시한 단면도이다.
대응하는 참조번호들은 상기 도면들의 여러 숫자들에 걸쳐 대응하는 부품들을 나타낸다.
본 발명을 실시하기 위한 최량의 모드
이하의 상세한 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것이며 제한을 의미하지 않는 것이다. 상기한 상세한 설명은 명백하게 본 발명을 제조 및 사용하는 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 현재 본 발명의 실시의 최량의 모드라고 여겨지는 것을 포함하여 여러 실시예들, 적용예들, 변형들, 변경들 및 본 발명의 사용들을 기술하는 것을 가능하게 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 허브베어링 부조립체(hub bearing sub-assembly)(10), 유성기어 부조립체(20) 및 전기모터 부조립체(30)를 포함하는 높은 비율의 전기 허브드라이브(1)가 차량의 바퀴테(50)에 작동가능한 관계로 나타나 있다.
도 3을 참조하면, 상기 허브베어링 부조립체(10)는 허브굴대(11), 구동축(drive shaft)(28) 상에 나사결합되는 조임너트(12), 2-열의 패키지베어링(double-row package ive bearing)(13) 및 하우징(14)을 포함한다. 상기 허브굴대(11)는 동축상으로(coaxially) 상기 하우징(14) 내에 위치되는 패키지베어링(13)에 의해 지지되고, 이는 차례로 상기 하우징(14)의 탑재플랜지부(mounting flange portion)을 통하여 차량(도시하지 않음) 등과 같은 구조물에 고정된다.
상기 유성기어 부조립체(20)는 구동링기어(driving ring gear)(21), 고정링기어(stationary ring gear)(22) 및 일군의 유성기어 클러스터(planetary clusters)(24)들을 운송하는 캐리어(23)를 포함한다. 각 유성기어 클러스터(24)는 일군의 베어링들을 통하여 핀축(pin shaft)(25)에 의해 상기 캐리어(23) 상에 지지되는 2개의 유성기어들(24a, 24b)을 포함한다. 상기 캐리어(23)는 동축상의 베어링(26)에 의해 상기 고정링기어(22) 상에 지지된다. 상기 구동링기어(21)는 상기 허브굴대(11)를 통하여 맞춰지고 그리고 허브굴대를 구동시키는 키홈이 형성된 구동축(splined drive shaft)(28)에 결합된다. 상기 구동링기어(21)는 실질적인 양의 토크를 상기 링기어로부터 상기 키홈이 형성된 구동축(28)에로 전달할 수 있는 일군의 얇은 스포크(spokes)(29)들에 의해 상기 키홈이 형성된 구동축(28)에 결합되기는 하나, 여전히 상기 구동링기어(21)와 상기 키홈이 형성된 구동축(28) 사이에서의 어느 정도의 축상의 축어긋남(misalignment)을 허용하기에 충분하게 유연하다. 상기 고정링기어(22)는 후판(34)에 의해 상기 하우징(14)에 단단하게 고정된다.
상기 전기모터 부조립체(30)는 상기 캐리어(23)에 연결되는 회전자(31), 상기 회전자(31)에 대해 그 주변에 놓여지는 고정자(stator)(32) 및 상기 고정자(32)를 지지하며, 상기 하우징(14)에 일체로 되는 모터케이스(33)로 이루어진다. 상기 회전자(31)는 회전자축(38) 상에 지지된다. 상기 회전자축(38)의 일측단부는 상기 캐리어(23)에 견고하게 고정되며, 여기에서 상기 회전자축이 상기 베어링(26)을 통 하여 상기 캐리어(23)와 함께 상기 고정링기어(22)에 지지된다. 상기 회전자축(38)의 타측단부는 꼬리베어링(tail bearing)(36)에 의하여 상기 구동축(28) 상에 지지된다. 상기 고정자(32)는 일군의 권회부(windings)(39)를 가지며, 모터케이스(33)에 고정된다. 상기 모터케이스의 후방단부는 상기 고정링기어(22)의 후판(34)에 탑재되며, 커버컵(cover cup)(35)이 동축상으로 상기 후판(34)에 볼트체결되어 베어링(26)을 밀봉한다.
전력을 공급하는 경우, 상기 전기모터 부조립체(30)의 상기 회전자(31)가 상기 유성기어 클러스터(24)들과 함께 상기 회전자축(38) 및 상기 캐리어(23)를 동일한 속도로 구동시키면서 상기 축(X)에 대해 회전한다. 상기 유성기어 클러스터(24) 내의 유성기어들(24a, 24b)이 각각 상기 링기어(22) 및 상기 링기어(21)들과 결합되어 있기 때문에, 상기 2개의 링기어(21, 22)들 사이에서 차동 회전(differential rotation)이 일어나게 된다. 상기 링기어(22)가 상기 백판(34)과 모터케이스(33)를 통하여 상기 하우징(14)에 고정되어 있기 때문에, 심지어 상기 회전자축(38) 및 상기 캐리어(23)의 회전속도가 높은 경우에서도 상기 링기어(21) 및 그에 따른 상기 허브(11)의 회전속도는 작게 된다. 따라서 상기 회전자(31)와 상기 허브(11) 사이에서 높은 감속비가 달성되게 된다. 상기 속도 감소비는 하기 수학식 1에 의해 주어진다.
SR = K2/(K2-K1)
여기에서, K1=NA1/NP1이고, K2=NA2/NP2이며,
여기에서, NA1은 링기어(22)의 기어수이고, NA2는 링기어(21)의 기어수이고, NP1은 유성기어(24a)의 기어수이고, 그리고 NP2는 유성기어(24b)의 기어수이다.
상기 허브(11) 및 상기 링기어(21)의 상기 구동축(28)들은 상기 베어링(13)에 의해 견고하게 지지되고, 이는 고용량의 2-열 베어링이 될 수 있다. 따라서 상기 허브(11)는 상당한 양의 방사상의 축상의 그리고 예를 들면 바퀴-단부 적용예들에서 통상 볼 수 있는 것과 같은 결합된 외부 하중들을 견딜 수 있으며, 여기에서, 도 1 내지 도 3들에 나타낸 바와 같이, 바퀴테(50) 및 관련된 브레이크 구조물들이 상기 허브(11)에 직접적으로 탑재된다. 심한 외부 하중 하에서의 허브베어링 부조립체의 편향에 의해 야기되는 상기 링기어(21)와 상기 구동축(28) 사이의 축어긋남은 상기 방사상의 스포크(29)들의 변형(flexure)에 의해 수용된다. 따라서 링기어(21)와 유성기어들(24) 사이에서의 적절한 배열이 달성된다.
본 발명의 관점, 즉, 높은 비율의 차동 기어 조립체가 전기모터 내에 동축상으로 놓여지도록 하는 것을 허용하여 상기 조립체가 고도로 소형화되고, 그리고 높은 속도비를 제공하도록 하는 것을 허용하는, 독특한 배치를 제공하는 고도로 통합된 기어 및 허브베어링 조립체로부터 벗어남이 없이 본 명세서에서 기술된 본원발명의 실시예들 내에서 여러 변형예들이 이루어질 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게는 이해될 수 있는 것이다. 변형가능한 스포크들이 높은 구동 토크의 전달을 허용하는 한편으로 축어긋남을 수용한다.
앞서의 관점에 있어서, 본 발명의 여러 목적들이 달성되고 그리고 다른 이로운 결과들이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 상기한 구조들 내에서 여러 변형들이 가능하기 때문에, 앞서의 설명에 포함된 또는 첨부된 도면들에 나타난 모든 것들은 설명을 위한 것으로 해석되어야 하며, 본 발명을 제한하는 의미가 아님은 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 대체로 바퀴의 허브드라이브(hub drive)들을 제공한다.

Claims (10)

  1. 허브굴대를 포함하는 허브베어링 조립체;
    상기 허브베어링 조립체에 작동가능하게 결합되어 상기 허브굴대를 회전가능하게 구동시키는 차동유성기어드라이브; 및
    상기 차동유성기어드라이브에 작동가능하게 결합되어 상기 차동유성기어드라이브를 회전가능하게 구동시키며, 상기 차동유성기어드라이브 주위에 동축상으로 위치되는 전기모터;
    들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기모터가 상기 차동유성기어드라이브의 구동성분에 작동가능하게 결합되는 회전자; 및 고정된 지지 구조물에 작동가능하게 결합되는 고정자;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동유성기어드라이브가 구동링기어, 고정링기어, 캐리어 및 일군의 유성기어 클러스터들로 이루어지고;
    여기에서 상기 구동링기어는 상기 허브굴대에 작동가능하게 결합되고;
    여기에서 상기 고정링기어는 고정된 지지 구조체에 작동가능하게 결합되고; 그리고
    여기에서 상기 캐리어는 상기 구동링기어와 상기 고정링기어와의 결합에서 상기 일군의 유성기어 클러스터들을 지지하도록 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 일군의 유성기어 클러스터들 중의 상기 각 유성기어 클러스터가 상기 구동링기어와의 결합에서 제1유성기어 및 상기 고정링기어와의 결합에서 제2유성기어를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유성기어드라이브가 상기 전기모터와 상기 허브굴대 사이에서 하기 수학식 1에 의해 주어지는 회전속도 감속비를 제공하는 것을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템;
    [수학식 1]
    SR = K2/(K2-K1)
    여기에서, K1=NA1/NP1이고, K2=NA2/NP2이며,
    여기에서, NA1은 링기어(22)의 기어수이고, NA2는 링기어(21)의 기어수이고, NP1은 유성기어(24a)의 기어수이고, 그리고 NP2는 유성기어(24b)의 기어수임.
  6. 제 4 항에 있어서,
    유성기어 클러스터 내의 상기 제1유성기어 및 제2유성기어들 각각이 함께 공통의 축에 대해 회전하도록 작동가능하게 결합되어 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동링기어가 상기 각 구동링기어로부터 상기 축으로 토크를 전달하도록 배열된 다수의 스포크들에 의해 동축상으로 배열된 축에 결합되고; 그리고
    여기에서 상기 축이 상기 허브굴대에 작동가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스포크들 각각이 유연한 것임을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 다수의 스포크들이 상기 축과 상기 구동링기어 사이의 축어긋남을 수용하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하우징을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 하우징이 고정지지구조체에 작동가능하게 결합되고;
    상기 허브굴대가 베어링에 의하여 상기 하우징 내에 지지되고;
    상기 차동유성기어드라이브가 상기 하우징에 작동가능하게 결합되고; 그리고
    상기 전기모터가 상기 하우징에 작동가능하게 결합되어 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 바퀴 허브드라이브 시스템.
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