KR20140079126A - 전기식 사륜 구동장치 - Google Patents

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KR20140079126A
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정지열
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현대자동차주식회사
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Abstract

전기식 사륜 구동장치가 개시된다. 개시된 전기식 사륜 구동장치는 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 것으로서, ⅰ)중공형 회전 샤프트가 구비되며, 회전 샤프트의 중공에 후륜 구동축이 삽입된 모터와, ⅱ)중공에 설치되고, 후륜 구동축과 회전 샤프트에 각각 결합되며, 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하는 원웨이 클러치를 포함할 수 있다.

Description

전기식 사륜 구동장치 {ELECTRIC 4 WHEEL DRIVE SYSTEM}
본 발명의 실시예는 전기식 사륜 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터와 차륜 구동축의 동력 전달을 선택적으로 차단하기 위한 클러치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기식 사륜 구동장치(e-4WD)는 전륜 구동 방식(Front engine Front wheel drive:)을 갖는 차량의 후륜을 모터로 구동하여 4WD 기능과 HEV 기능을 동시에 얻을 수 있는 장치이다.
전기식 사륜 구동장치는 엔진의 잉여 동력으로 모터 구동하며, 현재 일부의 자동차 메이커에서 실차에 적용하여 양산하고 있다.
전기식 사륜 구동장치는 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차에 들어가는 고비용, 대용량의 배터리를 필요로 하지 않는 시스템이며, 필요한 동력을 대용량 발전기에서 얻어 모터를 구동한다.
전기식 사륜 구동장치를 채용한 차량은 엔진과 변속기의 동력이 전륜에 연결되고, 엔진의 잉여 동력인 기계적 에너지를 전기 에너지를 변환시키는 발전기를 구비하고 있다.
차량의 후륜 측에는 발전기에서 제공되는 전기 에너지에 의해 구동되는 모터와 감속기가 장착되며, 모터와 감속기의 출력은 구동축를 통해 후륜에 전달될 수 있다.
상기와 같이 전륜 구동 방식의 차량에 적용되는 전기식 사륜 구동장치는 프로펠라 샤프트의 삭제로 차량의 중량이 감소하게 되어 연비를 향상시킬 수 있고, 발진 및 주행 시 동력 손실의 최소화를 도모할 수 있다.
이러한 전기식 사륜 구동장치는 전륜 구동에 의해 차속이 130KPH 이상인 경우, 모터에서 구동축으로 전달되는 동력을 차단하기 위한 클러치를 구비하고 있다. 클러치는 상기한 경우에 모터와 구동축의 연결을 해제하고 그 구동축의 구동력이 슬립(free-wheeling)에 의해 모터로 전달되지 않게 함으로써 구동축의 구동력에 의한 모터의 손상을 방지할 수 있다.
클러치는 복잡한 기구적 결합체인 다판 클러치를 예로 들 수 있으며, 모터와 구동축의 동력 전달 경로에 별도의 부가물로서 설치되고 있다. 이러한 클러치의 채용으로 전기식 사륜 구동장치는 중량, 원가, 사이즈 및 연비 측면에서 불리하고, 클러치를 제어하기 위한 제어 구조가 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 간단한 구조의 원웨이 클러치를 모터 회전 동력의 발생 부위에 설치하여 중량, 원가, 사이즈 및 연비 측면에서 유리하고, 클러치의 제어를 위한 구조가 단순한 전기식 사륜 구동장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치는, 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 것으로서, ⅰ)중공형 회전 샤프트가 구비되며, 상기 회전 샤프트의 중공에 후륜 구동축이 삽입된 모터와, ⅱ)상기 중공에 설치되고, 상기 후륜 구동축과 회전 샤프트에 각각 결합되며, 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하는 원웨이 클러치를 포함할 수 있다.
상기 원웨이 클러치는 상기 회전 샤프트와 결합되는 아웃터 레이스와, 상기 후륜 구동축에 결합되는 인너 레이스와, 상기 아웃터 레이스의 내주면에 그 레이스 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 장착홈에 스프링을 매개로 설치되는 볼부재를 포함할 수 있다.
상기 원웨이 클러치는 상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이에 의해 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단할 수 있다.
상기 원웨이 클러치는 상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이가 0 보다 크면, 상기 회전 샤프트의 회전 동력을 후륜 구동축으로 전달할 수 있다.
상기 원웨이 클러치는 상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이가 0 보다 작으면, 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 차단할 수 있다.
상기 모터는 후륜 구동축에 각각 연결되게 설치되는 인휠 모터를 포함할 수 있다.
상기 모터는 좌우 측의 후륜 구동축으로 회전 동력을 분배하는 인라인 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기존의 다판 클러치를 삭제하고, 구조가 간단한 원웨이 클러치를 포함하므로, 중량, 원가, 사이즈 및 연비 측면에서 유리하고, 클러치의 제어를 위한 구조가 단순해지는 효과가 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치에 적용되는 원웨이 클러치를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치에 적용되는 원웨이 클러치의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(100)는 엔진의 회전력을 주 동력으로 하고, 전기 에너지에 의해 구동되는 모터(10)의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
예를 들면, 전기식 사륜 구동장치(100)는 엔진의 동력으로 전륜을 구동시키며, 모터(10)의 회전 동력으로 후륜(1)을 구동시키는 전륜 구동 방식의 차량에 적용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 의한 전기식 사륜 구동장치(100)를 채용한 전륜 구동 방식의 차량은 엔진의 잉여 동력인 기계적 에너지를 전기 에너지를 변환시키는 발전기를 전륜 측에 구비하고 있다.
전기식 사륜 구동장치(100)는 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜(1)을 모터(10)의 회전 동력으로 구동시키며 전륜에서 슬립이 발생하는 경우에 저속 구간에서의 탈출 및 등판 성능을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전기식 사륜 구동장치(100)는 각각의 후륜(1) 측에 모터(10)를 설치하고, 그 모터(10)의 회전 동력을 후륜(1)으로 제공하는 인휠 모터 타입의 전기식 사륜 구동장치로서 구비될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(100)는 전륜 구동에 의해 차속이 130KPH 이상인 경우, 모터(10)의 보호를 위해 그 모터(10)에서 후륜(1)의 구동축으로 전달되는 동력을 차단하기 위한 클러치로서, 기존의 다판 클러치를 삭제할 수 있는 구조로 이루어진다.
즉, 본 발명의 실시예는 구조가 복잡하고 중량과 사이즈가 큰 기존의 다판 클러치를 삭제하고, 간단한 구성의 클러치를 적용한 전기식 사륜 구동장치(100)를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(100)는 모터(10)를 기본적으로 구비하면서 그 모터(10)에 설치되는 원웨이 클러치(30)를 포함한다.
모터(10)는 전륜 구동 방식의 차량에서 좌우 측의 후륜(1)에 회전 동력을 제공하는 것으로, 중공형 회전 샤프트(11)를 포함한다. 당 업계에서는 이러한 모터(10)를 "중공형 모터" 라고도 한다. 여기서, 회전 샤프트(11)의 중공(13)에는 후륜 구동축(3)이 배치된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 의한 모터(10)는 전륜 구동 방식의 차량에서 좌우 측의 후륜 구동축(3)에 각각 연결되게 설치되는 인휠 모터(19)로서 구비될 수 있다.
그리고, 모터(10)의 회전 샤프트(11)에는 감속기구(21)가 연결된다. 감속기구(21)는 모터(10)의 회전 샤프트(11)로부터 전달되는 동력을 감속하는 것으로, 모터(10)의 회전 샤프트(11)로부터 동력을 후륜 구동축(3)으로 전달하기에 앞서 그 동력을 감속하여 토크를 증대시키는 기능을 하게 된다.
이러한 감속기구(21)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 감속장치 예컨대, 감속 기어군으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 원웨이 클러치(30)는 모터(10)의 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하기 위한 것이다.
원웨이 클러치(30)는 회전 샤프트(11)의 중공(13)에 삽입 설치되고, 그 회전 샤프트(11)와 후륜 구동축(3)에 각각 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치에 적용되는 원웨이 클러치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 원웨이 클러치(30)는 회전 샤프트(11)의 내주면과 결합되는 아웃터 레이스(31)와, 후륜 구동축(3)의 외주면에 결합되는 인너 레이스(33)와, 아웃터 레이스(31)의 내주면에 그 레이스 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 장착홈(35)에 스프링(37)을 매개로 설치되는 볼부재(39)를 포함한다.
여기서, 아웃터 레이스(31)의 외주면은 회전 샤프트(11)의 내주면에 결합되며, 인너 레이스(33)의 내주면은 후륜 구동축(3)의 외주면에 결합된다. 스프링(37)의 일측 단부는 볼부재(39)에 지지되며, 스프링(37)의 다른 일측 단부는 장착홈(35)의 내면에 지지된다.
본 발명의 실시예에서, 원웨이 클러치(30)는 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33)의 각속도 차이에 의해 모터(10)의 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단할 수 있다.
즉, 원웨이 클러치(30)는 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33)의 각속도 차이가 0 보다 크면, 회전 샤프트(11)의 회전 동력을 후륜 구동축(3)으로 전달할 수 있다.
그리고, 원웨이 클러치(30)는 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33)의 각속도 차이가 0 보다 작으면, 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 차단할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(100)의 작용을 하기의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치에 적용되는 원웨이 클러치의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 모터(10)의 회전 샤프트(11)에 의해 회전하는 아웃터 레이스(31)의 각속도가 후륜 구동축(3)에 의해 회전하는 인너 레이스(33)의 각속도 보다 큰 경우, 회전 샤프트(11)의 회전 동력을 후륜 구동축(3)으로 전달한다.
이 경우에서는 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33) 사이의 볼부재(39)가 그 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33)를 결속시키며 아웃터 레이스(31)의 토크를 인너 레이스(33)에 전달함으로써 회전 샤프트(11)의 회전 동력을 후륜 구동축(3)으로 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 전륜 구동에 의해 차속이 130KPH 미만인 경우, 모터(10)의 회전 동력을 후륜 구동축(3)에 전달함으로써 그 후륜 구동축(3)의 구동력에 의해 좌우 측의 후륜(1)을 구동시킬 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 모터(10)의 회전 샤프트(11)에 의해 회전하는 아웃터 레이스(31)의 각속도가 후륜 구동축(3)에 의해 회전하는 인너 레이스(33)의 각속도 보다 작은 경우, 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 차단한다.
이 경우에서는 아웃터 레이스(31)와 인너 레이스(33) 사이의 볼부재(39)가 인너 레이스(33)의 회전력에 의해 아웃터 레이스(31)의 구속을 해제하게 되므로, 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 전륜 구동에 의해 차속이 130KPH 이상인 경우, 상기와 같이 회전 샤프트(11)에서 후륜 구동축(3)으로 전달되는 회전 동력을 차단하게 되므로, 후륜 구동축(3)의 구동력이 슬립(free-wheeling)에 의해 모터(10)로 전달되지 않는다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 전륜 구동에 의해 차속이 130KPH 이상인 경우, 후륜(1)의 바퀴만 고속 회전하고, 그 후륜(1)의 구동력이 후륜 구동축(3)을 통해 모터(10) 측으로 전달되지 않게 되므로, 후륜(1)의 구동력에 의한 모터의 손상을 방지할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(100)에 의하면, 모터(10)의 회전 동력 발생 부위에 원웨이 클러치(30)를 설치함에 따라, 구조가 복잡하고 모터와 후륜의 동력 전달 경로에 부가물로서 설치되는 기존의 다판 클러치를 삭제할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 기존의 다판 클러치를 삭제하고, 구조가 간단한 원웨이 클러치(30)를 포함하므로, 중량, 원가, 사이즈 및 연비 측면에서 유리하고, 클러치의 제어를 위한 구조가 단순해지는 효과를 발휘한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 원웨이 클러치(30)를 모터(10)의 회전 샤프트(11)에 설치하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고 모터(10)의 회전 동력을 감속하는 감속기구(21)에 설치될 수도 있다.
즉, 원웨이 클러치(30)는 감속기구(21)의 회전동력 출력부(도면에 도시되지 않음)와 후륜 구동축(3)의 연결 부위에 설치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(200)는 좌우 측의 후륜(1)에 모터를 설치하는 전기 실시예의 인휠 방식과 달리, 하나의 모터(110)로서 좌우 측의 후륜(1)을 구동시키는 인라인 방식으로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 의한 모터(110)는 회전 동력을 동력전달기구를 통해 좌우 측의 후륜(1)으로 제공하는 인라인 모터(119)로서 구비될 수 있다.
이를 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(200)에서는 모터(110)의 회전 샤프트(111)의 중공(113)에 일측 후륜(1)의 제1 후륜 구동축(3A)이 배치된다.
제1 후륜 구동축(3A)은 동력전달기구로서의 차동기구(151)에 연결되며, 그 차동기구(151)에는 다른 일측 후륜(1)의 제2 후륜 구동축(3B)이 연결된다.
한편, 모터(110)의 회전 샤프트(111)에는 회전 샤프트(111)로부터 전달되는 회전 동력을 감속하여 차동기구(151)로 전달하는 동력전달기구로서의 감속기구(121)가 설치된다.
이러한 차동기구(151)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 차동장치 예컨대, 베벨 기어 타입의 차동장치로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 회전 샤프트(111)의 중공(113)에는 그 회전 샤프트(111)와 제1 후륜 구동축(3A)에 각각 결합되는 원웨이 클러치(130)가 설치된다.
상기와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 사륜 구동장치(200)에서 원웨이 클러치(130)의 구성 및 이의 작용 효과는 전기 실시예와 같으므로, 이하에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 후륜
3, 3A, 3B... 후륜 구동축
10, 110... 모터
11,111... 회전 샤프트
13, 113... 중공
19... 인휠 모터
21, 121... 감속기구
30, 130... 원웨이 클러치
31... 아웃터 레이스
33... 인너 레이스
35... 장착홈
37... 스프링
39... 볼부재
119... 인라인 모터
151... 차동기구

Claims (7)

  1. 전륜 구동 방식의 차량에서 후륜으로 전동력을 제공하는 전기식 사륜 구동장치로서,
    중공형 회전 샤프트가 구비되며, 상기 회전 샤프트의 중공에 후륜 구동축이 삽입된 모터; 및
    상기 중공에 설치되고, 상기 후륜 구동축과 회전 샤프트에 각각 결합되며, 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하는 원웨이 클러치
    를 포함하는 전기식 사륜 구동장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는,
    상기 회전 샤프트와 결합되는 아웃터 레이스와,
    상기 후륜 구동축에 결합되는 인너 레이스와,
    상기 아웃터 레이스의 내주면에 그 레이스 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 장착홈에 스프링을 매개로 설치되는 볼부재
    를 포함하는 전기식 사륜 구동장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는,
    상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이에 의해 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하는 전기식 사륜 구동장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는,
    상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이가 0 보다 크면, 상기 회전 샤프트의 회전 동력을 후륜 구동축으로 전달하는 전기식 사륜 구동장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는,
    상기 아웃터 레이스와 인너 레이스의 각속도 차이가 0 보다 작으면, 상기 회전 샤프트에서 후륜 구동축으로 전달되는 회전 동력을 차단하는 전기식 사륜 구동장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 후륜 구동축에 각각 연결되게 설치되는 인휠 모터를 포함하는 전기식 사륜 구동장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 좌우 측의 후륜 구동축으로 회전 동력을 분배하는 인라인 모터를 포함하는 전기식 사륜 구동장치.

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