KR20110040459A - 인휠 시스템용 차륜구동장치 - Google Patents

인휠 시스템용 차륜구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인휠 시스템 차륜구동장치의 조립성 및 생산성을 향상시키기 위하여, (i) 휠을 구동하는 출력축, (ii) 상기 출력축에 간접적으로 연결된 입력축을 회전시키도록 상기 휠 내에 배치되는 인휠 모터, (iii) 상기 입력축 및 상기 출력축의 사이에 연결되어 상기 입력축의 회전수를 감속시켜 상기 출력축으로 전달하는 감속기어부, (iv) 상기 감속기어부를 감싸도록 구성된 전방 하우징 및 후방 하우징을 가지는 감속기 하우징, 및 (v) 상기 인휠 모터의 적어도 일부를 감싸도록 구성된 모터 하우징을 포함하며, 상기 감속기어부와 상기 감속기 하우징을 구비하는 감속기 모듈은 상기 모터 하우징에 분해 가능하게 결합된 인휠(In-wheel) 시스템용 차륜구동장치를 제공한다.
인휠 시스템, 감속기, 모듈, 전기자동차, 하이브리드 자동차

Description

인휠 시스템용 차륜구동장치{Apparatus of Driving Wheels for In-wheel System}
본 발명은 인휠 시스템용 차륜구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠 내에 배치된 모터의 구동력을 자동차의 주동력 또는 보조동력으로 사용하는 자동차의 인휠 시스템용 차륜 구동장치에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진을 구비하는 종래의 자동차의 대안으로서 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 등이 부각되고 있다. 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진에서 발생되는 동력 및 전기 모터에서 발생되는 동력을 함께 사용하는 반면, 전기 자동차는 배터리의 전기에너지로 구동되는 전기 모터에서 발생되는 동력만을 사용하며, 연료전지 자동차는 수소로부터 만들어 낸 전기에너지로 구동되는 전기모터에서 발생되는 동력만을 사용하는 자동차이다.
인휠 시스템(In-wheel system)은 전기 모터가 엔진룸이 아닌 차륜의 휠 안으로 장착되어 구동력을 직접적으로 각 휠에서 제어하는 시스템으로, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 전기 자동차와 같이 전기 모터를 휠의 구동원으로 사용 하는 자동차에서 사용된다.
인휠 시스템은 자동차 설계 방식과 조립 라인에 큰 변화를 가져온다. 즉, 인휠 시스템을 채용하면 엔진룸을 기본으로 엔진을 지지하는 서브 프레임, 차체 등 엔진 주변부 형상 및 기능이 대폭 변경 설계될 것이다. 또한 휠 안에 장착할 모듈로 제작된 인휠 모듈은 자동차 서브 조립라인에서 소비자가 요구하는 출력의 인휠 모듈을 서열 공급하여 조립하는 형태로 전환될 수 있게 한다. 그럼으로써 자동차의 핵심기술인 엔진구동계가 인휠 모듈을 통해 외부에서 제조되어 자동차에 조립될 수 있다. 자동차 제조사 입장에서 보면, 전체적인 차량 목표 성능과 디자인에 중점을 두고 부품업체와 협업할 수 있어 개발 비용을 절감하고 개발 위험을 분산할 수 있는 잇점이 있다.
본 발명에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치는 인휠 시스템용 차륜구동장치 및 이를 채용하는 자동차의 조립성 및 생산성을 더욱 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (i) 휠을 구동하는 출력축, (ii) 상기 출력축에 간접적으로 연결된 입력축을 회전시키도록 상기 휠 내에 배치되는 인휠 모터, (iii) 상기 입력축 및 상기 출력축의 사이에 연결되어 상기 입력축의 회전수를 감속시켜 상기 출력축으로 전달하는 감속 기어부, (iv) 상기 감속 기어부를 감싸도록 구성된 전방 하우징 및 후방 하우징을 가지는 감속기 하우징, 및 (v) 상기 인휠 모터의 적어도 일부를 감싸도록 구성된 모터 하우징을 포함하며, 상기 감속 기어부와 상기 감속기 하우징을 구비하는 감속기 모듈은 상기 모터 하우징에 분해 가능하게 결합된 인휠(In-wheel) 시스템용 차륜구동장치가 개시된다.
이와 같이, 감속기 모듈이 모터 하우징으로부터 분해 가능하게 결합되어 있음으로써 감속기 모듈만을 분해해 낼 수 있으므로 수리 시간이 단축된다. 또한 역으로 입력축, 출력축, 유성기어장치, 베어링 및 씨일 등 감속기 내에 배치되는 부품들이 일체로 감속기 모듈로 구성됨으로써 인휠 시스템용 차륜구동장치의 조립시 모터 하우징에 유성기어장치, 입력축, 출력축 및 씨일 등이 각각 별도로 조립될 필요가 없이 일체의 감속기 모듈을 그대로 조립할 수 있으므로 조립성 및 생산성이 향상된다.
상기 모터 하우징에 상기 감속기 하우징이 결합되기 전에는 상기 인휠 모터가 완전히 감싸지지 않으며, 상기 모터 하우징은 결합된 상기 감속기 하우징과 함께 상기 인휠 모터를 완전히 감싼다. 이와 같이, 감속기 모듈로 일체화 된 상태로 감속기 하우징이 모터 하우징에 결합되므로 조립성 및 생산성이 향상된다.
상기 모터 하우징은 상기 감속기 하우징의 전방 하우징과 제1 볼트에 의한 나사 결합될 수 있다. 이와 같이 감속기 모듈로 일체화 된 상태로 감속기 하우징과 모터 하우징을 볼트에 의한 나사 결합만 하면 되므로 조립성 및 생산성이 향상되며, 수리시 분해가 용이하다.
상기 감속기 하우징의 전방 하우징과 후방 하우징은 제2 볼트에 의하여 나사 결합되며, 상기 제1 볼트와 상기 제2 볼트의 머리부는 상기 전방 하우징의 후방면과 상기 후방 하우징의 후방면에 동일한 방향을 향하도록 체결되며, 상기 제1 볼트와 상기 제2 볼트는 교대되는 순서로 배치될 수 있다. 제1 볼트와 제2 볼트의 체결 방향이 동일하므로 조립성 및 생산성이 향상된다.
상기 입력축과 상기 출력축은 동축상에 형성된다. 상기 감속 기어부는 링기어가 고정된 유성기어장치이며, 입력축은 선기어에 연결되고, 출력축은 캐리어에 연결된다. 따라서 입력축이 회전하면 선기어에 기어 연결된 유성기어가 회전하면서 유성기어를 지지하는 캐리어가 입력축과 동일 방향으로 감속되게 회전함으로써 감속 및 높은 토크가 얻어진다.
차량에서 상기 모터 하우징이 상기 감속기 하우징보다 더 내곽측에 배치된다.
상기 출력축은 관통된 상태로 휠 디스크와 결합되어 휠에 회전력을 전달한다.
본 발명의 실시예에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치에 의하면 인휠 시스템의 각 부분을 모듈화 함으로써 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치의 측단면도 이며, 도 2 및 3은 도 1에 도시된 인휠 시스템용 차륜구동장치의 감속기 모듈의 측면도 및 사시도이다. 도 1에서 감속기 모듈 부분은 입력축 및 출력축만 개략적인 단면으로 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치는 모터 하우징(100), 인휠 모터(120) 및 감속기 모듈(110)을 구비한다.
모터 하우징(100)은 내부에 인휠 모터(120) 및 입력축(131)을 수용한다. 도면에는 도시되지 않았으나 모터 하우징(100)의 외표면에는 방열 성능을 향상시키기 위한 냉각핀(공랭식) 또는 냉각수로(수냉식)와 같은 냉각부가 설치될 수 있다.
인휠 모터(120)는 고정자(121)와 회전자(122)를 구비하는 전기 모터이며, 인휠 모터(120)는 바퀴(미도시)를 구동하는 동력을 발생시킨다. 회전자(122)의 근처에는 인휠 모터의 회전수를 측정하기 위한 리졸버(resolver)(126)와 같은 회전수 측정 장치가 설치될 수 있다. 회전수 측정 장치에서 계측된 모터 회전수는 인휠 모터 제어, 차량의 자세 제어 및 기타 성능 제어에 이용될 수 있게 한다.
입력축(131)은 인휠 모터(120)에서 발생된 회전력에 의하여 회전하는 축이다. 입력축(131)은 회전자(122) 및 회전자(122)에 고정된 회전자 고정축(125)에 연결됨으로써 회전자(122)의 회전 운동을 전달받아 회전된다. 이 실시예에서 입력축(131)은 후술할 감속기 모듈(110)의 일부를 구성한다.
감속기 모듈(110)은 감속 기어부, 입력축(131), 출력축(132), 전방 하우징(111) 및 후방 하우징(112)으로 구성된다. 감속기 모듈은 감속 기어부, 입력축(131), 출력축(132), 전방 하우징(111) 및 후방 하우징(112)이 일체로 조립된 별 도의 모듈이다. 그러므로 감속기 모듈(110)은 인휠 시스템용 차륜구동장치와 별도의 제조사에 의하여 제작 및 공급될 수 있고, 그럼으로써 인휠 시스템의 조립성 및 생산성이 향상될 수 있다.
감속 기어부는 입력 회전수를 감속시켜 감속된 출력 회전수로 만들어주는 장치이다. 감속 기어부는 일 실시예로서 유성기어장치(미도시)일 수 있다. 유성기어장치는 링기어(ring gear), 유성기어(planet gear), 선기어(sun gear) 및 캐리어(carrier)로 구성된다. 유성기어장치는 링기어, 유성기어 및 선기어 중 어느 하나를 고정하고, 이 중 어느 하나를 입력축(131)과 연결하고 다른 하나를 출력축(132)과 연결함으로써 다양한 감속비를 얻을 수 있다. 이 실시예에서, 감속 기어부는 주지된 유성기어장치의 구성과 유사하므로 여기서는 별도로 도시하지 않는다. 이 실시예에서, 링기어는 회전되지 않도록 고정되며, 입력축(131)은 선기어에 연결되고 출력축(132)은 캐리어에 연결되거나 캐리어와 한 몸체로 구성될 수 있다. 링기어가 고정되어 있으므로 인휠 모터가 회전됨에 따라 입력축(131)이 회전되면 출력축(132)은 입력축(131)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하되 저속 및 고토크로 변환되어 회전한다. 이때 감속 기어부의 감속비는 선기어의 이빨 수(Zs)와 링기어의 이빨 수(Zr)에 따른 감속비인 r=(Zr/Zs)+1이다. 감속 기어부로서 유성기어장치를 사용하기 때문에 입력축(131)과 출력축(132)은 동일 축 상에 형성된다.
출력축(132)은 바퀴의 휠 디스크(151)에 결합된다. 출력축(132)의 회전은 그대로 바퀴의 회전이 된다. 인휠 모터(120)의 회전력은 감속 기어부를 거치면서 저속 및 고토크로 변환되어 출력축(132)으로 전달된다.
출력축(132)에는 브레이크 디스크(142), 브레이크 패드(146)가 연결되어 차량에 제동력을 제공할 수 있다.
감속기 모듈(110)은 내부에 구비된 유성기어장치를 전방 하우징(111)과 후방 하우징(112)으로 감싸는 형태이다. 전방 하우징(111)에는 입력축(131)이 관통하는 구멍이 형성되며, 구멍과 입력축(131)의 사이에는 기밀을 위한 씨일(미도시)이 설치된다. 후방 하우징(112)에는 출력축(132)이 관통하는 구멍이 형성되며, 구멍과 출력축(132)의 사이에는 기밀을 위한 씨일(미도시)이 설치된다. 전방 하우징(111)과 후방 하우징(112)은 복수 개의 제2 볼트(114)에 의하여 나사 결합된다.
이와 같이 감속기 모듈(110)은 감속 기어부를 내부에 장착하고 전방 하우징(111)과 후방 하우징(112)으로 완전히 감싸도록 함으로써 별도의 모듈로 이미 제작된 상태로 공급될 수 있다. 즉, 유성기어장치, 입력축(131), 출력축(132), 베어링, 씨일 등이 모두 전방 하우징(111) 및 후방 하우징(112) 내에 배치된다. 이렇게 별도로 조립된 감속기 모듈(110)은 모터 하우징(100)과 복수 개의 제1 볼트(113)에 의하여 결합된다. 즉, 볼트 결합만으로 감속기 모듈(110)은 모터 하우징(100)에 장착될 수 있다. 그러므로 본 실시예에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치는 조립시 조립 공수를 크게 줄일 수 있어 조립 불량이 발생할 가능성을 줄일 수 있다. 따라서 조립성 및 생산성이 향상된다.
한편 인휠 시스템용 차륜구동장치 중 감속기 모듈(110)을 제외한 부분의 수리를 위해서는 제1 볼트(113)를 풀어 감속기 모듈(110)을 모터 하우징(100)으로부터 분해해내기만 하면 된다. 또한 감속기 모듈(110) 자체의 수리를 위해서는 추가 적으로 제2 볼트(114)를 풀어 후방 하우징(112)을 벗겨 내면 된다. 따라서 수리 비용 및 시간을 절감할 수 있다. 한편, 제1 볼트(113)와 제2 볼트(114)의 머리부가 동일 방향을 향하도록 체결되므로 조립 작업자 또는 수리 작업자는 작업시 동일한 방향 및 위치에서 필요에 따라 제1 볼트(113) 및/또는 제2 볼트(114)를 모두 체결할 수 있게 되므로 조립성 및 생산성이 향상된다.
반면, 이와 같이 별도의 독립된 모듈로 제작하지 않는 차륜구동장치의 경우, 유성기어장치, 입력축(131), 출력축(132), 씨일, 조립 볼트, 베어링 등을 부품들을 각각 모터 하우징(100)에 조립하여야 하므로 조립 공수가 늘어나고 그럼으로써 조립성 및 생산성이 저하되며, 수리 시간도 많이 걸리고 조립 불량 가능성도 더 늘어난다.
출력축(132)은 휠 허브(141)에 고정되게 결합되어 함께 회전한다. 휠 허브(141)는 브레이크 디스크(142)에 고정되게 결합되어 함께 회전한다. 또한 휠 허브(141)는 휠 디스크 고정 볼트(155)에 의하여 휠 디스크(151)와 고정되게 결합되어 함께 회전한다. 휠 디스크의 단부에는 림(150)이 고정되어 있으며, 림(150)의 외주면에는 타이어(미도시)가 장착된다. 따라서 출력축(132)의 회전력은 휠 허브(141)와 휠 디스크(151)를 거쳐서 림(150)에 전달되므로 결국 바퀴를 회전 구동시키게 된다.
휠 디스크(142)의 양면 측에는 제동 장치(142, 146)가 장착된다. 제동 장치는 디스크 브레이크식일 수 있다. 이 경우, 브레이크 페달을 밟으면 디스크(142)의 양면에 서로 대향하도록 배치된 브레이크 패드(146) 사이의 간격이 좁혀져 브레 이크 패드(146)와 디스크(142) 사이의 마찰력에 의하여 제동이 이루어진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 인휠 시스템용 차륜구동장치를 제조 및 사용하는 산업에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 시스템용 차륜구동장치의 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인휠 시스템용 차륜구동장치의 감속기 모듈의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 인휠 시스템용 차륜구동장치의 감속기 모듈의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
100: 모터 하우징 110: 감속기 모듈
111: 전방 하우징 112: 후방 하우징
113: 제1 볼트 114: 제2 볼트
120: 전기 모터 125: 모터 고정축
131: 입력축 132: 출력축
141: 휠 허브 142: 디스크
150: 림(rim) 151: 휠 디스크

Claims (8)

  1. 휠을 구동하는 출력축;
    상기 출력축에 간접적으로 연결된 입력축을 회전시키도록 상기 휠 내에 배치되는 인휠 모터;
    상기 입력축 및 상기 출력축의 사이에 연결되어 상기 입력축의 회전수를 감속시켜 상기 출력축으로 전달하는 감속 기어부;
    상기 감속 기어부를 감싸도록 구성된 전방 하우징 및 후방 하우징을 가지는 감속기 하우징; 및
    상기 인휠 모터의 적어도 일부를 감싸도록 구성된 모터 하우징;을 포함하며,
    상기 감속 기어부 및 상기 감속기 하우징을 구비하는 감속기 모듈은 상기 모터 하우징에 분해 가능하게 결합된 인휠(In-wheel) 시스템용 차륜구동장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 모터 하우징에 상기 감속기 하우징이 결합되기 전에는 상기 인휠 모터가 완전히 감싸지지 않으며, 상기 모터 하우징은 결합된 상기 감속기 하우징과 함께 상기 인휠 모터를 완전히 감싸는 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 모터 하우징은 상기 감속기 하우징의 전방 하우징과 제1 볼트에 의한 나사 결합되는 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 감속기 하우징의 전방 하우징과 후방 하우징은 제2 볼트에 의하여 나사 결합되며, 상기 제1 볼트와 상기 제2 볼트의 머리부는 상기 전방 하우징의 후방면과 상기 후방 하우징의 후방면에 동일한 방향을 향하도록 체결되며, 상기 제1 볼트와 상기 제2 볼트는 교대되는 순서로 배치된 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 입력축과 상기 출력축은 동축상에 형성되는 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 감속 기어부는 링 기어가 회전가능하지 않게 고정된 유성기어장치이며, 입력축은 선기어에 연결되고, 출력축은 캐리어에 연결된 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    차량에서 상기 모터 하우징이 상기 감속기 하우징보다 더 내곽측에 배치되는 인휠 시스템용 차륜구동장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 출력축은 관통된 상태로 휠 디스크와 결합되어 휠에 회전력을 전달하는 인휠 시스템용 차륜구동장치.
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