KR20130046480A - 인휠시스템용 차륜구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 인휠시스템 차륜구동장치는 회전구동의 중심이 되는 구동축, 상기 구동축을 회전가능하도록 지지하며 구동축에 결합되는 고정지지대, 상기 고정지지대의 축방향 일측 구동축에 타이어가 장착된 휠 내측에 결합되는 회전동력을 발생시키는 인휠모터 및 상기 고정지지대 축방향 타측 구동축에 형성되되, 상기 인휠모터가 결합된 휠과 대응되는 위치에 형성되는 밸런싱부재를 포함한다. 본 발명에 따르면, 인휠시스템용 차륜구동장치에 있어 휠과 모터가 고정 지지대의 한 쪽 방향으로 치우침에 따른 편심현상을 방지하기 위한 것이다.

Description

인휠시스템용 차륜구동장치{Apparatus of Driving Wheels for in-wheel System}
본 발명은 인휠시스템용 차륜구동장치에 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.
인휠시스템(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 사용하는 자동차에서 사용된다.
인휠시스템은 휠 안에 모터를 장치하여 모터의 동력을 직접 바퀴에 전달하는 시스템이다. 구현방법에 따라 다양한 형태가 존재하는데, 구동 모터만 휠 안에 장착하여 기존의 서스펜션 시스템과 공존하는 기본적인 형태를 단순 인휠시스템이라고 하고, 구동모터와 함께 제동, 조향, 현가 시스템 전체를 휠 안에 장착하는 통합 인휠시스템으로 구분된다.
단순 인휠시스템은 고정자와 회전자의 상대적인 위치에 따라 이너 로터 타입과 아우터 로터 타입으로 다시 분류될 수 있다.
이러한 인휠시스템은 자동차 설계 방식과 조립 라인에 큰 변화를 가져온다. 즉, 인휠시스템을 채용하면 엔진룸을 기본으로 엔진을 지지하는 서브 프레임, 차체 등 엔진 주변부 형상 및 기능이 대폭 변경 설계될 것이다. 또한 휠안에 장착할 모듈로 제작된 인휠 모듈은 자동차 서브 조립라인에서 소비자가 요구하는 출력의 인휠 모듈을 서열공급하여 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.
그러나, 종래 인휠시스템을 채용함으로써 휠과 모터가 고정 지지대의 한 방향으로만 치우쳐 하중을 지지하기 위한 구조적인 문제점이 있었다. 또한, 이러한 문제점으로 인해 인휠시스템의 구동의 신뢰성이 떨어지며, 종국적으로는 인휠시스템을 차용한 자동차의 운전성능 및 신뢰성에 치명적인 영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인휠시스템이 적용된 차체 구조에서 휠과 모터의 일체화에 따른 하중의 편심에 따른 문제점을 해결하여 인휠시스템의 신뢰성을 향상시키며, 인휠모터에 듀얼모터를 적용함으로써, 전체적인 구동의 성능을 향상시키기 위한 인휠시스템용 차륜구동장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템용 차륜구동장치는 회전구동의 중심이 되는 구동축, 상기 구동축을 회전가능하도록 지지하며 구동축에 결합되는 고정지지대, 상기 고정지지대의 축방향 일측 구동축에 타이어가 장착된 휠 내측에 결합되는 회전동력을 발생시키는 인휠모터; 및 상기 고정지지대 축방향 타측 구동축에 형성되되, 상기 인휠모터가 결합된 휠과 대응되는 위치에 형성되는 밸런싱부재를 포함한다.
여기서, 상기 밸런싱부재는 상기 고정지지대의 축방향 일측 구동축에 타이어가 장착된 휠 및 상기 휠 내측에 결합되는 인휠모터의 하중의 합보다 크거나 같은 하중을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸런싱부재는 상기 모터구동을 제어하는 제어부 모듈과 결합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인휠모터는 더블로터구조로서, 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터, 상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터; 및 상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 마주보도록 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과 상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어;를 포함하고, 상기 주돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 코일이 각각 권선되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아웃스테이터돌극의 제1 보조돌극과 제2 보조돌극과 상기 인스테이터돌극의 상기 제1 돌극과 제2 돌극은 서로 대향되는 방향으로 대응되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인스테이터돌극을 형성하는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이 및 상기 복수의 인스테이터돌극 사이에 형성되는 지지재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지재는 비자성체 또는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지재에 삽입되며, 복수로 형성된 상기 인스테이터돌극 사이에 배치되는 냉각파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아웃스테이터돌극을 이루는 상기 주돌극의 둘레방향의 폭은 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 환형의 스테이터코어상에 삽입되는 마그네트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인휠모터의 외부를 감싸는 모터하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 인휠시스템용 차륜구동장치에 있어 휠과 모터가 고정 지지대의 한 쪽 방향으로 치우침에 따른 편심현상을 방지하기 위한 것이다.
또한, 고정지지대를 중심으로 일측에 형성된 휠과 모터에 대응되도록 고정지지대의 타측에 제어부가 포함된 어셈블리를 결합함으로써 휠과 모터에 의한 편심현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고정지지대를 중심으로 일측에 형성된 휠과 모터에 대응되도록 고정지지대의 타측에 휠과 모터에 무게에 대응되는 밸런스부재를 구동축에 결합시킴으로써 전체적인 균형을 유지시켜 인휠시스템용 차륜구동장치의 작동 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 인휠시스템용 차륜구동장치에 더블로터 구조의 인휠모터를 적용함으로써, 작동의 성능 및 효율성을 배가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 인휠모터는 더블로터 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터를 적용하며, 더블로터 구조의 인휠모터의 스테이터의 자속경로상에 마그넷을 결합시킴으로써, 인휠모터의 구동 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 인휠모터는 더블로터 구조상의 인로터에 형성된 돌극과 대응되는 스테이터코어의 파이(π)형 인스테이터돌극 구조를 통해 자속경로를 짧게하여 자력의 손실을 방지하는 효과가 있다.
또한, 인휠모터는 더블로터 구조상의 아웃로터에 형성된 돌극과 대응되는 스테이터코어의 이(E)형 아웃스테이터돌극 구조를 통해 자속경로를 짧게하여 자력의 손실을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템용 차륜구동장치의 정면도;
도 2는 도 1의 부분확대도;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 인휠시스템 차륜구동장치의 일부 단면도;
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템 차륜구동장치의 일부 분해 사시도;
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠모터의 단면도;
도 6은 도 4의 코일권선 위치변경에 따른 일실시예인 인휠모터의 단면도;
도 7은 도 4에 방음재가 포함된 일실시예로서 인휠모터의 단면도; 및
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트가 포함된 인휠모터의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서 사용되는 "축방향"은 도 3에 도시된 바와 같이, 구동축이 연장되어 형성되는 길이방향을 의미하는 것으로 한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템용 차륜구동장치의 정면도, 도 2는 도 1의 부분확대도, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 인휠시스템 차륜구동장치의 일부 단면도, 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템 차륜구동장치의 일부 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 인휠시스템 차륜구동장치(10)는 회전구동의 중심이 되는 구동축(110), 상기 구동축(110)을 회전가능하도록 지지하며 구동축(110)에 결합되는 고정지지대(400), 상기 고정지지대(400)의 축방향 일측 구동축(110)에 타이어가 장착된 휠(200) 내측에 결합되는 회전동력을 발생시키는 인휠모터(300) 및 상기 고정지지대(400) 축방향 타측 구동축(110)에 형성되되, 상기 인휠모터(300)가 결합된 휠(200)과 대응되는 위치에 형성되는 밸런싱부재(500)를 포함한다.
상기 밸런싱부재(500)는 상기 고정지지대(400)의 축방향 일측 구동축(110)에 타이어가 장착된 휠(200) 및 상기 휠(200) 내측에 결합되는 인휠모터(300)의 하중의 합보다 크거나 같은 하중을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸런싱부재(500)는 상기 모터구동을 제어하는 제어부와 결합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
구동축(110)은 인휠모터(300)가 결합되어 회전중심을 이루는 축이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 구동축(110)은 고정지지대(400)에 지지되며, 고정지지대(400)에 구동축(110)이 고정되는 결합지점을 중심으로 축방향 외측에 타이어가 장착된 휠(200)이 결합된다. 휠(200) 내부에는 후술하는 인휠모터(300)가 결합될 수 있다. 이렇듯, 고정지지대(400)에 지지되는 구동축(110)의 결합지점의 외측부분과 내측부분의 하중이 서로 균형이 맞지 않음으로써, 도 2의 A방향으로 기울어지는 편심현상이 발생하는 문제점이 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 구동축(110)이 결합되는 고정지지대(400)의 결합지점(도 2의 B방향 부분 참조)을 기준으로 축방향 내측에 밸런싱부재(500)를 결합하되, 밸런싱부재(500)의 하중은 축방향 외측에 결합되는 인휠모터(300)를 포함하는 타이어가 장착된 휠어셈블리(100)의 하중보다 같거나 큰 하중으로 형성되는 것을 특징으로 한다(도 3a 참조). 또한, 경우에 따라서는 인휠모터(300) 구동을 제어하기 위한 제어부 모듈(600)을 밸런싱부재(500)의 결합위치에 결합함으로써, 별도의 밸런싱부재(500) 없이도 외측으로의 편심현상을 방지할 수 있다(도 3b 참조). 밸런싱부재(500)와 제어부 모듈(600)을 함께 결합하여 형성할 수 있음은 물론이다. 도 3c에서 도시된 바와 같이, 고정지지대(400)의 일측방향에는 하우징(620)에 제어부유닛(610)을 포함한 제어부 모듈(600)이 결합되고, 고정지지대(400) 타측방향으로는 인휠모터(300)를 포함하는 휠어셈블리(100)가 결합된다. 여기서, 제어부 모듈(600)의 하중을 타어어가 장착된 휠어셈블리(100)의 하중보다 크거나, 적어도 동일하게 형성함으로써 도 2의 A방향으로의 편심현상을 방지할 수 있는 것이다.
인휠모터(300)는 구동축(110)에 타이어가 장착된 휠(200) 내측부에 결합되어 회전동력을 발생시킨다. 일반적으로, 인휠모터(300)는 전기 자동차와 같이 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 사용되는 기술로서, 가솔린 또는 디젤 자동차에서의 엔진-미션-구동축(110)을 통한 동력 전달에 의해 바퀴가 회전 구동하는 방식과는 달리, 휠 림(210) 내부에 배치되는 모터에 의해 동력이 휠(200)에 직접 전달도록 하는 기술이다. 따라서, 인휠모터(300)를 적용하는 경우 엔진, 변속기나 차동기어와 같은 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있어 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에서는 인휠모터(300)로서 후술하는 더블로터 구조의 인휠모터(300)를 사용함으로써 구동의 성능 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다. 또한, 인휠모터(300)는 외부로부터 이물질의 침입이나 기타 충격등에 의한 보호를 위해 모터하우징(30)이 외부를 감싸는 것을 특징으로 한다.
휠(200)은 타이어가 장착되는 곳으로, 타이어가 맞닿은 부분을 일컫는 림(210), 이 림(210)과 차축 사이를 연결하는 스포크(도면 미도시) 등으로 구성된다. 원재료에 따라 알루미늄과 스틸 휠로 나뉜다. 알루미늄은 스틸보다 2~3배 단단해 최근 많이 사용되고 있다. 알루미늄과 스틸은 같은 강성일 경우 스틸이 2kg이상 무겁다. 게다가 휠(200)이 회전하면서 생기는 원심력은 이 2kg을 15~20kg 수준으로 올려놓는다. 바퀴가 4개이므로 휠(200)이 알루미늄이냐 스틸이냐에 따라 무게 차이는 100kg 이상으로 벌어질 수 있다. 이렇게 여러 장점을 지닌 알루미늄 휠이지만 100% 알루미늄으로 이뤄지지는 않는다. 더 나은 기계적, 화학적 성질을 위해 5% 정도의 마그네슘과 규소, 티타늄 등의 금속이 혼합된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄과 스틸휠의 사용여부에 따라, 고정지지대(400)를 중심으로 구동축(110) 내측에 결합되는 밸런싱부재(500) 또는 제어부 모듈(600)의 하중의 균형이 적절히 변경될 수 있다. 그렇게 함으로써, 인휠모터(300)를 포함하는 타이어가 장착된 휠(200)과의 무게균형을 조절하여 휠(200)이 결합된 방향으로의 편심현상을 방지할 수 있는 것이다. 휠(200)의 제작은 일반적으로 사용되는 단조 또는 프레스 금형을 이용하여 제작될 수 있다.
밸런싱부재(500)는 상기 고정지지대(400) 축방향 타측 구동축(110)에 형성되되, 상기 인휠모터(300)가 결합된 휠(200)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 밸런싱부재(500)는 일반적으로 수지 등의 사출물을 사용할 수 있으며, 원하는 하중을 구현하기 위한 다양한 재질로 형성될 수 있음은 물론이다. 살펴보았듯이, 구동축(110)이 결합되는 고정지지대(400)의 결합지점(B)을 중심으로 내측과 외측의 하중의 균형을 맞추기 위해 밸런싱부재(500)가 결합된다. 구체적으로는, 구동축(110)이 결합되는 고정지지대(400)의 결합지점의 외측에 결합되는 인휠모터(300)를 포함한 휠어셈블리(100)의 하중과 균형을 맞추기 위해, 휠어셈블리(100)부분의 하중보다 크거나 또는 적어도 동일한 하중으로 고정지지대(400)의 결합지점 내측의 구동축(110)에 밸런싱부재(500)가 결합되는 것이 바람직할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인휠시스템용 차륜구동장치(10)는 양측고정지지대(400)를 연결 지지하는 프레임(120)으로 연결된다. 각 고정지지대(400)를 중심으로 구동축(110)이 고정지지대(400)의 결합지지되며, 구동축(110)과 고정지지대(400)의 결합지점(B)을 기준으로 구동축(110)의 외측부에 타어어가 장착된 휠(200)이 결합되며, 내측부에 하우징(610) 내부에 수용되는 제어부 모듈(600) 또는 밸런싱부재(500)가 결합되는 형태로 구성될 수 있다. 이는, 본 발명의 일실시예로서의 차륜구동장치를 도시한 것으로, 그 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠모터(300)의 단면도, 도 6은 도 4의 코일권선 위치변경에 따른 일실시예인 인휠모터의 단면도, 도 7은 도 4에 방음재가 포함된 일실시예로서 인휠모터의 단면도 및 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트가 포함된 인휠모터의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 인휠시스템 차륜구동장치(10)의 인휠모터(300)는 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극(321)이 형성된 아웃로터(320), 상기 아웃로터(320)의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극(311)이 형성된 인로터(310); 및 상기 아웃로터(320)와 상기 인로터(310) 사이에 마주보도록 형성되고, 상기 아웃로터돌극(321)에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극(331a), 제1 보조돌극(331b) 및 제2 보조돌극(331c)을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극(331)과 상기 인로터돌극(311)에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극(332a) 및 제2 돌극(332b)을 포함하는 복수의 인스테이터돌극(332)이 형성된 스테이터코어(330)를 포함하고, 상기 주돌극(331a)과 상기 제1 돌극(332a) 및 제2 돌극(332b)에 코일(333)이 각각 권선되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인휠시스템 차륜구동장치(10)의 인휠모터(300)는 외부회전자인 아웃로터(320)와 내부회전자인 인로터(310)로 형성되며, 아웃로터(320)와 인로터(310) 사이에 스테이터코어(330)가 형성된다. 스테이터코어(330)는 인로터(310)와 아웃로터(320)의 형상에 대응되도록 형성되며, 일반적으로 환형으로 형성될 수 있다. 환형의 스테이터코어(330)의 외측둘레면과 내측둘레면에는 아웃로터(320)의 돌극과 인로터(310)의 돌극에 대응되는 복수의 아웃스테이터돌극(331)과 인스테이터돌극(332)이 형성된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 아웃로터(320)는 내측원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극(321)이 형성된다. 아웃로터(320)는 외측에 형성되어 회전하는 외부회전자로서, 후술하는 스테이터코어(330)에 형성된 아웃스테이터돌극(331)에 대응되도록 등간격의 아웃로터돌극(321)이 내측방향으로 형성된다. 이때, 아웃로터돌극(321)은 아웃스테이터돌극(331)에 마주보도록 형성되지만, 아웃스테이터돌극(331)의 권선된 코일(333)에 전류가 인가됨으로써 마주보는 아웃로터돌극(321)이 순차적으로 회전함으로써 아웃로터(320)가 회전하게 된다.
인로터(310)는 아웃로터(320)의 내부에 수용되어 회전가능하도록 배치된다. 인로터(310)의 외측 원형의 둘레면을 따라 돌출되는 복수개의 인로터돌극(311)이 형성될 수 있다. 인로터(310)는 내측에 형성되는 내부회전자로서, 후술하는 스테이터코어(330)의 인스테이터돌극(332)에 대응되도록 등간격의 인로터돌극(311)이 형성된다. 이때, 인로터돌극(311)은 인스테이터돌극(332)에 마주보도록 형성되지만, 인스테이터돌극(332)의 권선된 코일(333)에 전류가 인가됨으로써, 인로터(310)가 순차적으로 회전하게 된다.
스테이터코어(330)는 아웃로터(320)와 인로터(310) 사이에 형성된다. 아웃로터(320)와 인로터(310)의 외측형상이 원형으로 형성되는 점에 비추어, 스테이터코어(330) 역시 이에 대응되도록 환형으로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 인로터(310)와 아웃로터(320)에 대응되는 형상으로 적절한 설계변경이 가능함은 당업자에 의해 자명한 사항이다. 스테이터코어(330)에는 아웃로터(320)와 인로터(310)에 형성된 아웃로터돌극(321)과 인로터돌극(311)에 대응하는 아웃스테이터돌극(331)과 인스테이터돌극(332)이 각각 형성된다.
아웃스테이터돌극(331)은 스테이터코어(330)의 외측둘레면에 등간격으로 복수개가 외측으로 돌출되도록 형성되며, 아웃로터(320)의 내측둘레면으로부터 돌출되어 형성된 아웃로터돌극(321)에 대응되도록 형성된다. 아웃스테이터돌극(331)은 주돌극(331a), 제1 보조돌극(331b) 및 제2 보조돌극(331c)으로 구성되는 것으로, 주돌극(331a)으로부터 일측 방향으로 순차적으로 제1 보조돌극(331b)과 제2 보조돌극(331c)이 형성된다(본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 주돌극, 제1 보조돌극, 제2 보조돌극은 시계반대방향으로 순차적으로 형성됨을 기준으로 한다). 주돌극(331a)은 권선된 코일(333)에 전류가 인가되어 발생된 자속이 양분되어 흘러갈 수 있도록 하기 위해, 제1 보조돌극(331b) 및 제2 보조돌극(331c)의 둘레방향으로 형성된 폭보다 넓은 폭으로 형성될 수 있으며, 일예로서는 주돌극(331a)의 폭이 제1 보조돌극(331b) 및 제2 보조돌극(331c)의 폭에 2배로 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 아웃스테이터돌극(331)의 복수개가 스테이터코어(330)상에 순차적으로 복수개가 배치될 수 있다. 단위 아웃스테이터돌극(331)의 구조는 도 4에서와 같이 영문자 "E" 형상을 갖게 된다. 코일(333)은 주돌극(331a)에만 권선되어 형성될 수 있으며, 주돌극(331a)을 제외하고 제1 보조돌극(331b) 및 제2 보조돌극(331c)에만 권선되어 형성될 수 있음은 물론이다(도 6 참조).
인스테이터돌극(332)은 스테이터코어(330)의 내측둘레면에 내측으로 돌출되어 등간격으로 복수개가 형성되며, 인로터(310)의 내측둘레면에 외측방향으로 돌출되어 형성된 인로터돌극(311)에 대응되도록 형성된다. 인스테이터돌극(332)은 제1 돌극(332a) 및 제2 돌극(332b)으로 구성되는 것으로, 제1 돌극(332a)과 제2 돌극(332b)이 연결되는 스테이터코어(330)와 함께 전체적으로 파이(π)형상을 이룬다. 스테이터코어(330)상에 제1 돌극(332a)과 제2 돌극(332b)이 나란히 이격되어 형성됨으로써, 후술하는 자속의 경로를 단축시켜 코어로스를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예로서 환형의 스테이터코어(330)상에 형성되는 아웃스테이터돌극(331)과 인스테이터돌극(332)은 서로 대향되는 방향으로 형성되며, 특히, 아웃스테이터돌극(331)의 제1 보조돌극(331b)과 제2 보조돌극(331c)과 인스테이터돌극(332)의 제1 돌극(332a)과 제2 돌극(332b)은 동일 선상에 형성되되, 방향만 서로 반대방향으로 대응되어 형성될 수 있다. 이러한 구조로 인하여, 후술하는 마그네트(360)가 삽입된 구조에 있어서, 아웃로터(320)의 회전을 위해 인가되는 전류에 의해 형성되는 자속경로와 인로터(310)의 회전을 위해 인가되는 전류에 의해 형성되는 자속경로상에 효과적으로 마그네트(360)를 배치할 수 있는 이점이 있다. 이러한 배치를 통하여, 마그네트(360)가 자속경로상에 형성되어 자력의 손실을 방지하고, 모든 마그네트(360)를 동시에 활용할 수 있는 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인스테이터돌극(32)을 형성하는 제1 돌극(332a)과 제2 돌극(332b)사이와 복수개의 인스테이터돌극(332) 사이에 지지재(340)를 충진할 수 있다. 지지재(340)는 비자성체 또는 절연물질로 이루어질 수 있으며, 지지재(340)를 인스테이터돌극(332) 사이에 형성함으로써 스테이터의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 모터의 구동중에 발생되는 진동과 소음을 경감시킬 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 지지재(340a)는 아웃스테이터돌극(331)사이에 함께 형성될 수 있음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모터의 고속운전에 따라 발생되는 고열을 방열시키기 위해 지지재(340)에 삽입되는 형태로 냉각파이프(341)가 더 형성될 수 있다. 냉각파이프(341)는 단위 인스테이터돌극(332) 사이에 형성될 수 있고, 냉각파이프(341)는 내부에 물이 흐르는 워터쿨링파이프로 구현될 수 있다. 이외에도 냉각파이프(341)의 내부 형성물질은 고열을 냉각시키기 위한 다양한 물질로 충진되도록 설계변경하는 것은 당업자에 의해 자명한 사항이다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 아웃스테이터돌극(331)사이에 형성된 지지재(340a) 사이에도 냉각파이프(341a)가 형성될 수 있음은 물론이다.
도 7은 아웃로터(320)에 등간격으로 형성된 아웃로터돌극(321) 사이에 방음재(350)가 형성된 것을 도시한 도면이다. 아웃로터(320)의 아웃로터돌극(321) 사이에 방음재(350)를 형성함으로써 모터구동시의 진동과 소음을 경감시킬 수 있는 이점이 있다. 방음재(350)는 일반 절연물질로 형성될 수 있으며, 반드시 그 재질에 한정되는 것은 아니므로 아웃로터돌극(321) 사이에 배치될 수 있는 비전도성의 물질이라면 다양한 재질의 방음재(350)를 구성할 수 있을 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트가 포함된 인휠모터의 단면도이다.
도 8 및 도 9는 상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 환형의 스테이터코어상에 마그네트가 삽입되는 것을 나타낸 도면이다.
여기서, 마그네트(360)는 세라믹(Ferrite)영구자석, 희토류(Rate-earth)영구자석, 알리코(Alico)영구자석을 사용할 수 있다. 특히, 희토류 영구자석에는 SmCo와 NdFeB가 있으며, SmCo는 잔류자속밀도,보자력 및 에너지적이 높고 감자곡선과 같은 온도계수를 갖는 장점이 있으며, NdFeB는 SmCo보다 높은 잔류자속밀도와 보자력 특성을 가지는 장점이 있다.
코일(333)에 인가되는 전류에 의해 발생되는 자속이 흐르는 경로를 형성하는 스테이터코어(330)상에 마그네트(360)가 삽입됨으로써, 자속의 흐름에 의한 자력이 상승하게 되어 인휠모터(300)의 성능 및 효율을 증가시키는 효과가 있다.
기타, 마그네트(360)를 제외한 구성에 따른 설명은 이미 설명한 상기 더블로터 구조의 인휠모터(300)와 중복되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 인휠시스템 차륜구동장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 인휠시스템용 차륜구동장치
100: 휠어셈블리 110: 구동축
120: 프레임 200: 휠
210: 림 300: 인휠모터
310: 인로터 311: 인로터돌극
320: 아웃로터 321: 아웃로터돌극
330: 스테이터코어 331: 아웃스테이터돌극
331a: 주돌극 331b: 제1 보조돌극
331c: 제2 보조돌극 332: 인스테이터돌극
332a: 제1 돌극 332b: 제2 돌극
333: 코일 340, 340a: 지지재 341: 냉각파이프 350: 방음재
360: 마그네트 370: 모터하우징
400: 고정지지대 500: 밸런싱부재 600: 제어부 모듈 610: 제어부 유닛
620: 하우징

Claims (12)

  1. 회전구동의 중심이 되는 구동축;
    상기 구동축을 회전가능하도록 지지하며 구동축에 결합되는 고정지지대;
    상기 고정지지대의 축방향 일측 구동축에 타이어가 장착된 휠 내측에 결합되는 회전동력을 발생시키는 인휠모터; 및
    상기 고정지지대 축방향 타측 구동축에 형성되되, 상기 인휠모터가 결합된 휠과 대응되는 위치에 형성되는 밸런싱부재;
    를 포함하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸런싱부재는 상기 고정지지대의 축방향 일측 구동축에 타이어가 장착된 휠 및 상기 휠 내측에 결합되는 인휠모터의 하중의 합보다 크거나 같은 하중을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸런싱부재는
    상기 모터구동을 제어하는 제어부 모듈과 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인휠모터는 더블로터구조로서,
    내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터;
    상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터; 및
    상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 마주보도록 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과
    상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어;를 포함하고,
    상기 주돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 코일이 각각 권선되는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 아웃스테이터돌극의 제1 보조돌극과 제2 보조돌극과 상기 인스테이터돌극의 상기 제1 돌극과 제2 돌극은 서로 대향되는 방향으로 대응되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 인스테이터돌극을 형성하는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이 및 상기 복수의 인스테이터돌극 사이에 형성되는 지지재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지재는 비자성체 또는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지재에 삽입되며, 복수로 형성된 상기 인스테이터돌극 사이에 배치되는 냉각파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 아웃스테이터돌극을 이루는 상기 주돌극의 둘레방향의 폭은 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 환형의 스테이터코어상에 삽입되는 마그네트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 인휠모터의 외부를 감싸는 모터하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠시스템용 차륜구동장치.
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