KR20150127799A - 인휠 시스템의 휠 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

인휠 시스템의 휠 어셈블리가 제공된다. 일 양상에 따른 휠 어셈블리는 구동 모터와, 구동 모터를 수용하며 바깥 면에 복수의 핀(fin)들이 형성된 모터 하우징, 및 내부 공간에 모터 하우징을 수용하고 구동 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하며 회전시 송풍 작용을 하는 휠을 포함할 수 있다.

Description

인휠 시스템의 휠 어셈블리{Wheel assembly of in-wheel system}
전기자동차 등과 같이 전기 동력으로 주행하는 차량에 적용될 수 있는 인휠 시스템의 휠 어셈블리와 관련된다.
대기오염 문제로 인한 환경의 악영향과 화석연료의 고갈로 인하여, 하이브리드 자동차, 전기자동차가 주목을 받고 있다. 하이브리드 자동차는 내연기관을 주 동력원으로 이용하고 전기모터를 보조 동력원으로 이용하는 자동차이다. 전기자동차는 전기모터만을 주 동력원으로 이용하는 자동차이다.
전기자동차는 주행시 오염물질 및 이산화탄소 배출량이 없는 무공해 자동차라는 특징 때문에, 배터리, 전기모터 등의 기술 발전에 따라 하이브리드 자동차와 같은 과도기적 자동차를 대체할 것으로 기대된다.
인휠 시스템(In-wheel system)은 휠 안에 구동 모터를 장착하여 구동 모터의 동력을 바퀴에 직접 전달하는 시스템이다. 차량에 인휠 시스템을 적용하면, 구동계를 콤팩트하게 정리할 수 있어 차량 중량을 최소화하고 차량 레이아웃이나 디자인의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 차체 골격의 최적화를 통해 충돌안전성을 향상시키고, 최적화된 질량 배분을 통해 운동성능을 향상시키면서 차량 실내 공간을 확대할 수 있는 등의 이점이 있다.
한편, 인휠 시스템에 있어서, 휠의 내부 공간에 구동 모터가 장착되므로, 소형이면서 고출력이 요구된다. 그런데, 구동 모터가 고출력일수록 동력 손실에 의한 열 발생이 커진다. 또한, 구동 모터가 소형화될수록 냉각에 요구되는 방열 면적이 상대적으로 작아지기 때문에 고정자 코일의 허용 온도를 초과하기 쉽다. 이로 인해, 구동 모터의 내구성 및 성능 등에 악영향이 미칠 수 있다. 따라서, 구동 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 냉각시키기 위한 방안이 요구된다.
냉각성능이 향상될 수 있는 인휠 시스템의 휠 어셈블리가 제공된다.
일 양상에 따른 인휠 시스템의 휠 어셈블리는, 구동 모터; 구동 모터를 수용하며, 바깥 면에 복수의 핀(fin)들이 형성된 모터 하우징; 및 내부 공간에 모터 하우징을 수용하고, 구동 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하며, 회전시 송풍 작용을 하는 휠;을 포함할 수 있다.
모터 하우징과 주위 공기 간에 열교환을 촉진할 수 있기 때문에, 모터 하우징 내의 구동 모터를 냉각시키는 효과가 증가될 수 있다. 따라서, 휠 어셈블리에 소형이면서 고출력의 구동 모터의 적용이 용이할 수 있다. 또한, 구동 모터의 내구성 및 성능 저하 등이 방지될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 인휠 시스템의 휠 어셈블리에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 휠 어셈블리에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 휠 어셈블리를 일부 절개하여 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2의 A-A 선을 따라 절취한 블레이드의 단면도이다.
도 6은 도 4에 있어서, 핀들의 다른 예를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 인휠 시스템의 휠 어셈블리에 대한 개략적인 구성도이다. 도 2는 도 1의 휠 어셈블리에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2에 대한 분해 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 2의 휠 어셈블리를 일부 절개하여 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 인휠 시스템의 휠 어셈블리(100)는 구동 모터(110)와, 모터 하우징(120), 및 휠(130)을 포함한다.
구동 모터(110)는 휠(130)을 회전 구동시키는 동력을 발생시킨다. 모터 하우징(120)은 내부에 구동 모터(110)를 수용한다. 모터 하우징(120)의 바깥 면에는 복수의 핀(fin, 121)들이 형성된다. 핀(121)들은 공랭에 의한 모터 하우징(120)의 방열 성능을 높이는 냉각 핀들로 기능한다. 핀(121)들은 모터 하우징(120)의 바깥 면으로부터 돌출된 형태로 이루어짐으로써, 공기와 접촉하는 모터 하우징(120)의 냉각 면을 확장한다. 따라서, 구동 모터(110)의 구동시 구동 모터(110)로부터 발생된 열은 모터 하우징(120)의 냉각 면과 주위 공기와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다.
휠(130)은 외주면에 타이어(미도시)를 장착할 수 있는 구조로 이루어진다. 타이어는 휠(130)의 회전 구동에 의해 회전할 수 있다. 휠(130)은 내부 공간에 모터 하우징(120)을 수용하며, 구동 모터(110)의 회전 동력을 전달받아 회전한다. 휠(130)은 회전시 송풍 작용을 한다.
휠(130)에 의해 송풍된 공기는 핀(121)들 주위에 유동을 형성하고 모이게 된다. 예컨대, 휠(130)에 의해 모터 하우징(120) 쪽으로부터 흡입된 공기가 휠(130)의 외부로 송출되는 과정에서, 핀(121)들 주위에 유동이 형성되고 모일 수 있다. 다른 예로, 휠(130)에 의해 휠(130)의 외부로부터 흡입되어 모터 하우징(120) 쪽으로부터 송출되는 과정에서, 핀(121)들 주위에 유동이 형성되고 모일 수 있다.
핀(121)들 주위에 공기가 유동하고 공기량이 증가하게 되면, 주위 공기와 휜들 사이, 주위 공기와 모터 하우징(120) 사이에 열교환이 촉진될 수 있다. 이에 따라, 모터 하우징(120), 궁극적으로는 모터 하우징(120) 내의 구동 모터(110)를 냉각시키는 효과가 증가될 수 있다. 따라서, 휠 어셈블리(100)에 소형이면서 고출력의 구동 모터(110)의 적용이 용이할 수 있다. 또한, 구동 모터(110)의 내구성 및 성능 저하 등이 방지될 수 있다.
한편, 휠(130)은 림(rim, 131)과, 허브(hub, 132), 및 복수의 블레이드(blade, 133)들을 포함할 수 있다. 림(131)은 모터 하우징(120)의 둘레를 감싸는 링 형상으로 이루어진다. 그리고, 림(131)의 외주면은 타이어가 장착될 수 있는 형상으로 이루어진다.
허브(132)는 구동 모터(110)의 회전 동력을 전달받아 회전한다. 허브(132)는 림(131)의 내부 공간에 배치된다. 여기서, 허브(132)의 중심은 림(131)의 중심과 일치하도록 배치된다.
블레이드(133)들은 림(131)과 허브(132) 사이에서 허브(132)의 회전 축을 중심으로 배열된다. 블레이드(133)들은 각각 동일한 형태로 이루어지며, 허브(132)의 회전 축을 중심으로 일정 간격으로 배열될 수 있다. 블레이드(133)들은 각 양단이 림(131)과 허브(132)에 연결된다. 허브(132)의 회전시 블레이드(133)들과 림(131)이 함께 회전하게 된다. 블레이드(133)들은 허브(132)의 회전시 송풍 작용을 한다. 이를 위해, 블레이드(133)의 각 단면 형상은 도 5에 도시된 바와 같은 형상으로 이루어져 송풍 작용을 할 수 있다.
휠(130)이 동일한 방향으로 회전하는 조건에서, 블레이드(133)들은 모터 하우징(120) 쪽으로부터 휠(130)의 외부로 송풍하는 형상을 각각 갖거나, 블레이드(133)들은 휠(130)의 외부로부터 모터 하우징(120) 쪽으로 송풍하는 형상을 각각 가질 수 있다. 예컨대, 휠 어셈블리(100)가 차량에 장착되며, 차량의 전진 주행시 블레이드(133)들은 모터 하우징(120) 쪽으로부터 휠(130)의 외부로 송풍하는 형상을 각각 가질 수 있다. 또는, 차량의 전진 주행시 블레이드(133)들은 휠(130)의 외부로부터 모터 하우징(120) 쪽으로 송풍하는 형상을 각각 가질 수 있다.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 구동 모터(110)는 회전자(rotor, 111)와 고정자(stator, 112)를 포함하여 구성될 수 있다. 회전자(111)는 모터 하우징(120)의 중앙에 배치된다. 고정자(112)는 모터 하우징(120) 내에서 회전자(111) 둘레에 배치되며, 모터 하우징(120)의 내벽에 고정된다. 예컨대, 고정자(112)는 중공을 갖는 원통형으로 이루어지고 하우징(120)의 내벽 둘레에 고정될 수 있다. 회전자(111)는 고정자(112)의 중공에 삽입되어 회전 가능하게 위치될 수 있다.
회전자(111)에는 영구자석이 구비되며, 고정자(112)에는 고정자 코일이 구비될 수 있다. 영구자석에 의해 자기장이 만들어진 상태에서, 고정자 코일에 전류가 공급되면, 전자기적인 힘에 의해 회전자(111)가 회전 가능하게 된다. 구동 모터(110)의 구동시 고정자 코일로부터 발생된 열은 핀(121)들과 휠(130)의 송풍 작용에 의해 원활히 냉각될 수 있다. 한편, 구동 모터는 회전자를 고정자의 둘레에 회전 가능하게 설치하여 동력을 얻는 아우터 방식으로 구성되는 것도 가능하다.
휠 어셈블리(100)는 감속기(140)를 포함할 수 있다. 감속기(140)는 회전자(111)의 회전 속도를 감속시켜 휠(130)에 전달한다. 감속기(140)는 입력축(141)과, 출력축(142), 및 기어 모듈(143)을 포함할 수 있다. 입력축(141)은 회전자(111)에 의해 회전할 수 있도록 회전자(111)에 고정된다. 출력축(142)은 휠의 허브(132)에 고정된다. 이에 따라, 출력축(142)의 회전시 휠(130)이 회전 구동할 수 있다.
기어 모듈(143)은 입력축(141)의 회전수를 감소시켜 감소된 회전수로 출력축(142)이 회전할 수 있게 한다. 기어 모듈(143)은 설정된 감속비를 얻을 수 있도록 다양하게 구성될 수 있다. 감속기(140)에 의해 구동 모터(110)의 고속 및 저토크 구동은 휠(130)의 저속 및 고토크 구동으로 변환될 수 있다.
감속기(140)는 출력축(142)이 모터 하우징(120)으로부터 인출된 상태로 모터 하우징(120)에 내장될 수 있다. 모터 하우징(120)으로부터 인출된 출력축(142)은 휠(130)의 허브(132)에 고정된다. 감속기(140)의 동작시 발생하는 열은 핀(121)들과 휠(130)의 송풍 작용에 의해 원활히 냉각될 수 있다. 한편, 도시하고 있지 않지만, 휠 어셈블리(100)에서 회전하는 구성요소들은 베어링들에 의해 회전 지지될 수 있다.
휠(130)의 내부 공간에는 드럼 브레이크(150)가 수용될 수 있다. 드럼 브레이크(150)는 휠(130)의 내부 공간에서 모터 하우징(120)보다 휠(130)에 가깝게 배치되어 휠(130)에 장착될 수 있다. 드럼 브레이크(150)는 휠(130)의 허브(132)에 고정되어 휠(130)의 회전 구동시 함께 회전할 수 있다. 휠(130)의 내부 공간에는 드럼 브레이크(150) 이외의 다양한 제동장치, 예컨대 디스크 브레이크 등이 구비되는 것도 물론 가능하다.
한편, 핀(121)들은 휠(130)의 회전 둘레 면에 형성될 수 있다. 여기서, 핀(121)들은 휠(130)의 회전 둘레 방향을 따라 서로 이격되며, 휠(130)의 회전 축 방향에 각각 평행한 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 휠(130)에 의해 송풍되는 공기는 핀(121)들 사이로 보다 원활하게 흐르면서 핀(121)들과 모터 하우징(120)과 열교환할 수 있다. 핀(121)들은 주위 공기와의 열교환 효과를 높일 수 있게 열전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 핀(121)들은 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 등의 금속 재질로 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다른 예로서, 핀(221)들은 휠(130)의 회전 둘레 방향으로 서로 이격되며, 휠(130)의 회전 축 방향에 대해 각각 경사져 연장된 형상을 가질 수 있다. 핀(221)들의 경사 방향과 경사 각도(θ)는 핀(221)들 사이로 흐르는 공기의 유동 저항을 줄일 수 있는 범주에서 다양하게 설정될 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110..구동 모터 120..모터 하우징
121..핀 130..휠
133..블레이드 140..감속기

Claims (11)

  1. 구동 모터;
    상기 구동 모터를 수용하며, 바깥 면에 복수의 핀(fin)들이 형성된 모터 하우징; 및
    내부 공간에 상기 모터 하우징을 수용하고, 상기 구동 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하며, 회전시 송풍 작용을 하는 휠;
    을 포함하는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠은,
    상기 모터 하우징의 둘레를 감싸는 림(rim)과,
    상기 구동 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하는 허브, 및
    상기 림과 허브 사이에서 상기 허브의 회전 축을 중심으로 배열되고, 각 양단이 상기 림과 허브에 연결되며, 상기 허브의 회전시 송풍 작용을 하는 복수의 블레이드들을 포함하는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 휠 어셈블리가 장착된 차량의 전진 주행시,
    상기 블레이드들은 상기 모터 하우징 쪽으로부터 상기 휠의 외부로 송풍하는 형상을 갖는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 휠 어셈블리가 장착된 차량의 전진 주행시,
    상기 블레이드들은 상기 휠의 외부로부터 상기 모터 하우징 쪽으로 송풍하는 형상을 갖는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핀들은,
    상기 휠의 회전 둘레 면에 형성된 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 핀들은,
    상기 휠의 회전 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 상기 휠의 회전 축 방향에 각각 평행한 방향으로 연장된 형상을 갖는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 핀들은,
    상기 휠의 회전 둘레 방향으로 서로 이격되며 상기 휠의 회전 축 방향에 대해 각각 경사져 연장된 형상을 갖는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핀들은 열전도성을 갖는 재질로 형성된 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터는,
    상기 모터 하우징의 중앙에 배치된 회전자, 및
    상기 회전자 둘레에 배치되며 상기 모터 하우징의 내벽에 고정된 고정자를 포함하는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 속도를 감속시켜 상기 휠에 전달하는 감속기를 포함하는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 휠의 내부 공간에서 상기 모터 하우징보다 상기 휠에 가깝게 배치되어 상기 휠에 결합된 드럼 브레이크를 포함하는 인휠 시스템의 휠 어셈블리.
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