KR20210037904A

KR20210037904A - 전기 자동차용 프레임

Info

Publication number: KR20210037904A
Application number: KR1020190120377A
Authority: KR
Inventors: 정호순; 최원호; 금종원; 김형우
Original assignee: (주)탑아이엔디
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-07
Also published as: KR102322265B1

Abstract

전기 자동차용 프레임이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 제작되는 배터리 프레임을 기준으로, 전방과 후방에 각각 섀시 부품이 조립되는 동일 소재의 전방 프레임과 후방 프레임을 고정하여 경량이면서도 구조적 강성이 우수하고, 모터와 변속기가 장착되는 전방 프레임에는 프론트 사이드 멤버의 상부와 하부에 어퍼 범퍼 빔과 서브 프레임을 고정하기 위한 어퍼 사이드 빔과 로워 사이드 빔을 각 수직 빔을 이용하여 프론트 사이드 멤버에 추가 고정하여 전방 충돌에 대한 구조적 강성을 보강한다.

Description

전기 자동차용 프레임{Frame for electric cars}

본 발명은 전기 자동차용 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 경량이면서도 구조적 강성을 확보할 수 있도록 한 전기 자동차용 프레임에 관한 것이다.

일반적으로 초소형 전기 자동차는 최고정격출력 15kw이하)이며, 전장 3.6m, 전고 2.0m, 전폭은 1.5m 로 정의된다. 이에 더해 차량 중량이 600kg 이하, 최고속도가 시속 80km/h 이하인 조건도 있다.

이에, 종전의 자동차 차체 기술을 적용하여서는 차량 중량 조건을 만족하기 어려운 바, 최근에는 전기 자동차의 차체 골격을 이루는 프레임의 소재로 경량 소재인 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics)과, 알루미늄(Aluminum) 등을 적용하여 경량화와 강성 확보를 통해 주행거리에 가장 큰 영향을 주는 무게를 절감하여 한 번의 충전으로 높은 주행거리를 운행할 수 있도록 하는 연구 개발이 지속적으로 추진되고 있다.

또한, 전기 자동차는 일반 내연기관 자동차와는 달리, 고용량의 배터리 팩이 적재되는 바, 이러한 배터리 팩의 수납을 위한 프레임의 구조 개선에 대한 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.

이외에도, 전기 자동차용 프레임은 자동차 주행을 위한 필수적인 섀시(Chassis) 부품인 모터와 인버터 등의 동력전달장치, 조향장치, 현가장치, 제동장치 등이 조립되어야 함으로, 구조적 강성이 충분히 고려되어 설계되어야 한다.

이에, 최근 환경차 개발의 요구에 부흥하여 초소형 전기 자동차에 대한 관심이 늘어나는 추세에 따라 경량이면서도 구조적 강성이 우수하고, 배터리 팩의 수납과 섀시 부품 등의 조립성을 고려한 전기 자동차용 프레임의 개발이 요구되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 제작되는 배터리 프레임을 기준으로, 전방과 후방에 각각 섀시 부품이 조립되는 동일 소재의 전방 프레임과 후방 프레임을 고정하여 경량이면서도 구조적 강성이 우수한 전기 자동차용 프레임을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 모터와 변속기가 장착되는 전방 프레임에는 프론트 사이드 멤버의 상부와 하부에 어퍼 범퍼 빔과 서브 프레임을 고정하기 위한 어퍼 사이드 빔과 로워 사이드 빔을 각 수직 빔을 이용하여 프론트 사이드 멤버에 추가 고정하여 전방 충돌에 대한 구조적 강성을 보강하는 전기 자동차용 프레임을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 전기 자동차용 프레임에 있어서, 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하며, 복수개의 크로스 멤버를 차폭 방향으로 연결하여 구성되는 배터리 프레임; 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 전방에 프론트 범퍼 빔이 연결되는 양측 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 각각 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 고정하고, 각 프론트 사이드 멤버의 상부와 하부에는 어퍼 범퍼 빔과 서브 프레임을 고정하기 위한 각 어퍼 사이드 빔과 각 로워 사이드 빔이 각 수직 빔을 통하여 고정되는 전방 프레임; 및 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 후방에 리어 범퍼 빔이 연결되는 양측 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 후방 양측에 후방을 향하도록 고정하고, 양측 리어 사이드 멤버의 상부를 연결하여 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 고정되는 후방 프레임을 포함하는 전기 자동차용 프레임이 제공될 수 있다.

상기 배터리 프레임은 사각의 멤버 내부에 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 복수의 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되는 배터리 사이드 멤버; 사각의 멤버 내부 중앙에 원형의 볼트 체결부가 형성되며, 상기 볼트 체결부에서 대각선 방향으로 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 볼트 체결부와 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되는 배터리 프론트 멤버; 상기 배터리 프론트 멤버와 동일한 볼트 체결부와 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되는 배터리 리어 멤버; 및 양측 배터리 사이드 멤버 상에 일정간격 상호 이격되어 차폭방향으로 배치되며, 양단이 각 배터리 사이드 멤버에 접합되는 복수의 크로스 멤버를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 배터리 사이드 멤버는 각 전단부와 후단부의 각 측면에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통하여 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 볼트 체결부에 볼트 체결된 상태로, 각 전단부와 후단부의 내측면이 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 둘레를 따라 용접되어 접합될 수 있다.

또한, 상기 크로스 멤버는 중앙부에 길이방향을 따라 홈 형상으로 성형되며, 양단에 접합단이 형성되어 양측 배터리 사이드 멤버의 상면에 각각 기계적 접합되며, 상기 홈의 중앙부에는 상향 돌출되는 돌출 비드가 형성될 수 있다.

이때, 상기 기계적 접합은 리벳이음, 셀프 피어싱 접합, 볼트 체결 중, 하나로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 전방 프레임은 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되는 프론트 사이드 멤버; 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되는 프론트 범퍼 빔; 양측 프론트 사이드 멤버의 상부에 각각 평행하게 배치되어 후단부가 고정빔을 통하여 고정되는 어퍼 사이드 빔; 양측 프론트 사이드 멤버의 하부 내측에 각각 배치되어 후단이 상기 배터리 프레임의 전방에 연결 브라켓을 통하여 고정되는 로워 사이드 빔; 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔의 선단에 양측이 고정되는 로워 크로스 빔; 상기 프론트 범퍼 빔의 상부에 평행하게 배치되어 양측 어퍼 사이드 빔의 선단에 양측이 장착 브라켓을 통하여 고정되는 어퍼 범퍼 빔; 후면이 개구된 빔 형상으로 형성되며, 일측에 형성된 관통홀을 통하여 상기 크래시박스에 각각 끼워진 상태로 체결되며, 각 상단부가 상기 어퍼 사이드 빔의 전방 일측에 각각 체결되고, 하단부가 고정 브라켓을 통하여 상기 로워 크로스 빔의 양단부에 체결되는 수직빔; 및 상기 로워 크로스 빔과 양측 로워 사이드 빔의 하부에 고정되는 서브 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전방 프레임은 양측 로워 사이드 빔의 중앙에 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔을 연결하여 고정하는 센터 크로스 멤버를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 프론트 연결 멤버는 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 고정되는 각 연결 브라켓을 통하여 용접될 수 있다.

또한, 상기 프론트 사이드 멤버는 상기 교차부에 원형의 관통홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 로워 크로스 멤버의 양측과 상기 서브 프레임의 중앙부에는 모터 일체형 변속기를 장착하기 위한 마운팅 부시가 구성될 수 있다.

또한, 상기 서브 프레임의 하부 양측에는 서스펜션 암이 설치되는 부시 브라켓이 형성될 수 있다.

또한, 상기 양측 어퍼 사이드 빔의 상부에는 각각 프론트 쇽업소버 마운팅 패널이 설치될 수 있다.

그리고 상기 후방 프레임은 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 용접되는 리어 사이드 멤버; 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되는 리어 범퍼 빔; 및 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 연결빔을 통하여 고정되는 리어 쇽업소버 마운팅 패널을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널은 양 단부가 상향 절곡되어 리어 쇽업소버가 장착되는 장착 좌면을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 배터리 프레임을 제작하고, 배터리 프레임의 전방과 후방에 각각 섀시 부품이 조립되는 전방 프레임과 후방 프레임을 동일한 알루미늄 압출관재를 이용하여 용접 고정하여 경량화하면서도 구조적 강성을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 차체 골격의 중심이 되는 배터리 프레임과, 전방 프레임의 프론트 사이드 멤버와, 후방 프레임의 리어 사이드 멤버는 내부에 다수의 보강 리브가 일체로 압출 성형된 알루미늄 압출관재를 적용하여 배터리 팩과 섀시 부품의 조립에도 하중에 대한 강성을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 모터와 변속기가 장착되는 전방 프레임에는 프론트 사이드 멤버의 상부와 하부에 배치되어 어퍼 범퍼 빔과 서브 프레임을 고정하기 위한 어퍼 사이드 빔과 로워 사이드 빔을 각 수직 빔을 이용하여 프론트 사이드 멤버에 고정하여 전방 충돌에 대한 구조적 강성을 보강하여 구동원을 안정적으로 보호할 수 있다.

이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 상부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 하부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 적용되는 배터리 프레임의 부분 분해 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 전방 프레임의 확대 사시도이다.
도 6은 도 1의 A-A 선에 따른 배터리 프레임의 단면도이다.
도 7은 도 1의 B-B 선에 따른 프론트 사이드 멤버의 단면도이다.
도 8은 도 1의 C-C 선에 따른 리어 사이드 멤버의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 상부 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 하부 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 적용되는 배터리 프레임의 부분 분해 사시도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 전방 프레임의 확대 사시도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 기본적으로 배터리 팩의 수납을 위한 배터리 프레임(BF), 전방 섀시 부품을 조립하기 위한 전방 프레임(FR), 후방 섀시 부품을 조립하기 위한 후방 프레임(RR)을 포함한다.

상기 배터리 프레임(BF)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부(BS)를 형성한다.

즉, 상기 배터리 프레임(BF)은 양측 배터리 사이드 멤버(11)와 배터리 프론트 멤버(13), 배터리 리어 멤버(15), 및 5개의 크로스 멤버(17)를 양측 배터리 사이드 멤버(11)에 차폭방향으로 연결하여 이루어진다.

도 3을 참조하면, 상기 배터리 사이드 멤버(11)는 차폭방향 양측에 각각 전후방향으로 배치되며, 사각의 멤버 내부에 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 2개의 수평 리브(L2)를 보강 리브로 가지며, 내부에 3개의 폐구간을 형성하여 충돌 강성에 대응하도록 구성된다.

상기 배터리 프론트 멤버(13)는 사각의 멤버 내부 중앙에 원형의 볼트 체결부(BC)가 형성되고, 상기 볼트 체결부(BC)에서 대각선 방향으로 각 모서리를 연결하여 2개의 대각 리브(L1)가 형성된다. 또한, 상기 볼트 체결부(BC)와 양 측면을 수평으로 연결하여 수평 리브(L2)가 형성되어 보강 리브를 구성한다.

이러한 배터리 프론트 멤버(13)는 양측 배터리 사이드 멤버(11)의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되어 고정된다.

상기 배터리 리어 멤버(15)는 상기 배터리 프론트 멤버(13)와 동일한 볼트 체결부(BC)와 2개의 대각 리브(l1) 및 수평 리브(l2)로 이루어지는 보강 리브를 가지며, 상기 양측 배터리 사이드 멤버(11)의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되어 고정된다.

여기서, 상기 배터리 사이드 멤버(11)는 각 전단부와 후단부의 각 측면에 관통홀(H)이 형성되고, 상기 관통홀(H)을 통하여 상기 배터리 프론트 멤버(13)와 배터리 리어 멤버(15)의 각 볼트 체결부(BC)에 볼트(BT)로 체결되며, 각 전단부와 후단부의 내측면이 상기 배터리 프론트 멤버(13)와 배터리 리어 멤버(15)의 각 둘레를 따라 아크 용접 등에 의해 접합될 수 있다.

상기 5개의 크로스 멤버(17)는 상기 양측 배터리 사이드 멤버(11) 상에 일정간격 상호 이격되어 차폭방향으로 배치되며, 양단이 각 배터리 사이드 멤버(11)에 접합된다.

도 8을 참조하면, 상기 크로스 멤버(17)는 중앙부에 길이방향을 따라 홈(G) 형상으로 성형되고, 양단에는 접합단(17a)이 형성되어 양측 배터리 사이드 멤버(11)의 상면에 각각 기계적 접합된다. 이때, 상기 홈(G)의 중앙부에는 상향 돌출되는 돌출 비드(BD)가 형성되어 길이방향에 대한 강성을 갖도록 형성된다.

상기에서, 기계적 접합은 리벳이음, 셀프 피어싱 접합, 볼트 체결 중, 하나로 이루어질 수 있으나, 이외의 필요에 따라 용접에 의한 접합도 가능하다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 전방 프레임(FR)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 전방에 프론트 범퍼 빔(25)이 연결되는 양측 프론트 사이드 멤버(21)를 상기 배터리 프레임(BF)의 배터리 프론트 멤버(13)의 전방 양측에 각각 프론트 연결 멤버(23)를 통하여 전방을 향하도록 고정한다.

또한, 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 상부와 하부에는 어퍼 범퍼 빔(39)과 서브 프레임(47)을 고정하기 위한 각 어퍼 사이드 빔(29)과 각 로워 사이드 빔(35)이 각 수직 빔(45)을 통하여 고정된다.

이러한 상기 전방 프레임(FR)은 기본적으로 양측 프론트 사이드 멤버(21)가 구비되고, 각 프론트 사이드 멤버(21)의 상부와 하부에는 어퍼 사이드 빔(29)과 로워 사이드 빔(35)이 구성된다. 양측 로워 사이드 빔(35)의 선단은 로워 크로스 빔(37)으로 연결되고, 각 어퍼 사이드 빔(29)과 각 로워 사이드 빔(35)은 수직빔(45)을 통하여 상기 프론트 사이드 멤버(21)에 견고하게 고정된다.

또한, 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 선단에 프론트 범퍼 빔(25)이 구성되고, 양측 어퍼 사이드 빔(29)의 선단에 어퍼 범퍼 빔(39)이 구성되며, 양측 로워 사이드 빔(35)과 로워 크로스 빔(37)의 하부에는 서브 프레임(47)이 구성된다.

도 6은 참조하면, 상기 프론트 사이드 멤버(21)는 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 2개의 대각 리브(L1)가 형성되고, 상기 대각 리브(L1)의 교차부(C)를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 수평 리브(L2)가 형성되어 보강 리브를 구성하며, 상기 교차부(C)에는 경량화를 위하여 원형의 관통홀(H)이 형성되도록 하여 압출 성형한다.

이러한 프론트 사이드 멤버(21)는 상기 배터리 프레임(BF)의 배터리 프론트 멤버(13)의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 각각 배치되어 각 프론트 연결 멤버(23)를 통하여 용접되어 고정된다.

이때, 상기 프론트 연결 멤버(23)는 상기 배터리 프론트 멤버(13)의 전방 양측에 고정되는 각 연결 브라켓(33)을 통하여 용접된다.

이러한 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 선단에는 폭방향으로 배치되는 프론트 범퍼 빔(25)이 고정되는데, 상기 프론트 범퍼 빔(25)은 후면 양측이 크래시박스(27)를 통하여 상기 프론트 사이드 멤버(21)의 선단에 용접 접합된다.

상기 어퍼 사이드 빔(29)은 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 상부에 각각 평행하게 배치되어 후단부가 고정빔(31)을 통하여 상기 프론트 사이드 멤버(21)의 상면에 고정된다. 또한, 양측 어퍼 사이드 빔(29)의 선단에 상기 어퍼 범퍼 빔(39)이 상기 프론트 범퍼 빔(25)의 상부에 평행하게 배치된 상태로, 장착 브라켓(41)을 통하여 고정된다.

또한, 상기 로워 사이드 빔(35)은 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 하부 내측에 각각 배치되어 후단이 상기 배터리 프레임(BF)의 배터리 프론트 멤버(13)의 전방에 연결 브라켓(33)을 통하여 고정된다.

이때, 상기 양측 로워 사이드 빔(35)은 각 선단이 차폭방향으로 배치되는 상기 로워 크로스 빔(37)의 양단부에 각각 고정된다.

또한, 상기 양측 로워 사이드 빔(35)의 중앙에는 센터 크로스 멤버(49)가 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔(35)을 연결하여 고정한다.

이러한 로워 크로스 빔(37)과 양측 로워 사이드 빔(35)의 하부에는 섀시 부품 및 구동원 등이 설치되는 상기 서브 프레임(47)이 용접되어 고정된다.

상기 수직빔(45)은 후면이 개구된 빔 형상으로 형성되며, 일측에 형성된 관통홀(H)을 통하여 상기 크래시박스(27)에 각각 끼워진 상태로 상기 크래시박스(27)의 양 측면에 체결되어 고정된다.

상기 수직빔(45)의 각 상단부는 상기 어퍼 사이드 빔(29)의 전방 일측에 끼워진 상태로 각각 측면을 통해 체결되어 고정되고, 각 하단부는 고정 브라켓(43)을 통하여 상기 로워 크로스 빔(37)의 양단부에 체결되어 고정된다.

그리고 상기 로워 크로스 멤버(27)의 양측과 상기 서브 프레임(47)의 중앙부에는 모터 일체형 변속기(미도시)를 장착하기 위한 3개의 마운팅 부시(MB)가 구성되고, 상기 서브 프레임(47)의 하부 양측에는 로워 암 등의 서스펜션 암(미도시)의 차체측 하드 포인트를 제공하기 위한 부시 브라켓(BB)이 형성된다.

또한, 상기 양측 어퍼 사이드 빔(29)의 상부에는 프론트 쇽업소버의 상단을 체결하기 위한 차체측 하드 포인트로 프론트 쇽업소버 마운팅 패널(MP)이 설치된다.

도 1과 도 2를 참조하면, 상기 후방 프레임(RR)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어진 양측 리어 사이드 멤버(51)가 상기 배터리 프레임(BF)의 후방 양측에 후방을 향하도록 고정되고, 양측 리어 사이드 멤버(51)의 후단과 상부에 각각 리어 범퍼 빔(55)과 리어 쇽업소버 마운팅 패널(59)이 고정된다.

도 7을 참조하면, 상기 리어 사이드 멤버(51)는 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 2개의 대각 리브(L1)와, 상기 대각 리브(L1)의 교차부(C)를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 수평 리브(L2)를 형성하여 보강 리브를 구성한다.

이러한 양측 리어 사이드 멤버(51)는 상기 배터리 프레임(BF)의 배터리 리어 멤버(15)의 후면의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 용접된다.

상기 리어 범퍼 빔(55)은 차폭방향으로 배치되어 상기 양측 리어 사이드 멤버(51)의 각 선단에 양측이 크래시박스(53)를 통하여 연결된다.

또한, 상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널(59)은 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버(51)의 상부에 연결빔(57)을 통하여 고정된다.

이러한 리어 쇽업소버 마운팅 패널(59)은 양 단부가 상향 절곡되어 리어 쇽업소버(미도시)가 장착되도록 장착 좌면(59a)을 형성한다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 배터리 프레임(BF)을 제작하고, 이러한 배터리 프레임(BF)의 전방과 후방 양측에 각각 섀시 부품이 조립되는 전방 프레임(FR)과 후방 프레임(RR)을 동일한 알루미늄 압출관재를 이용하여 용접 고정하여 경량화가 가능한 차체 골격구조를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 차체의 기본 골격이 되는 배터리 프레임(BF)과, 전방 프레임(FR)의 프론트 사이드 멤버(21)와, 후방 프레임(RR)의 리어 사이드 멤버(51)는 내부에 다수의 보강 리브가 일체로 압출 성형된 알루미늄 압출관재를 적용하여 전체적인 프레임의 구조적 강성을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 전방 프레임(FR)의 경우, 프론트 사이드 멤버(21)의 상부와 하부에 각각 어퍼 사이드 빔(29)과 로워 사이드 빔(35)을 배치하여 수직빔(45)을 통해 추가 체결하여 전방 충돌에 대한 구조적 강성을 보강하며, 구동원과 배터리 팩을 안정적으로 보호할 뿐만 아니라, 모터와 변속기, 쇽업소버, 서스펜션 암 등의 섀시 부품의 하중에 대한 충분한 강성을 확보할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

BF: 배터리 프레임
FR: 전방 프레임
RR: 후방 프레임
BS: 배터리 수납부
11; 배터리 사이드 멤버
13: 배터리 프론트 멤버
15: 배터리 리어 멤버
17: 크로스 멤버
21: 프론트 사이드 멤버
23: 프론트 연결 멤버
25: 프론트 범퍼 빔
27: 크래시박스
29: 어퍼 사이드 빔
35: 로워 사이드 빔
39: 어퍼 범퍼 빔
45: 수직 빔
47: 서브 프레임
49: 센터 크로스 멤버
51: 리어 사이드 멤버
55: 리어 범퍼 빔
59: 리어 쇽업소버 마운팅 패널

Claims

전기 자동차용 프레임에 있어서,
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하며, 복수개의 크로스 멤버를 차폭 방향으로 연결하여 구성되는 배터리 프레임;
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 전방에 프론트 범퍼 빔이 연결되는 양측 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 각각 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 고정하고, 각 프론트 사이드 멤버의 상부와 하부에는 어퍼 범퍼 빔과 서브 프레임을 고정하기 위한 각 어퍼 사이드 빔과 각 로워 사이드 빔이 각 수직 빔을 통하여 고정되는 전방 프레임; 및
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 후방에 리어 범퍼 빔이 연결되는 양측 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 후방 양측에 후방을 향하도록 고정하고, 양측 리어 사이드 멤버의 상부를 연결하여 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 고정되는 후방 프레임;
을 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제1항에 있어서,
상기 배터리 프레임은
사각의 멤버 내부에 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 복수의 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되는 배터리 사이드 멤버;
사각의 멤버 내부 중앙에 원형의 볼트 체결부가 형성되며, 상기 볼트 체결부에서 대각선 방향으로 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 볼트 체결부와 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되는 배터리 프론트 멤버;
상기 배터리 프론트 멤버와 동일한 볼트 체결부와 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되는 배터리 리어 멤버; 및
양측 배터리 사이드 멤버 상에 일정간격 상호 이격되어 차폭방향으로 배치되며, 양단이 각 배터리 사이드 멤버에 접합되는 복수의 크로스 멤버;
를 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제2항에 있어서,
상기 배터리 사이드 멤버는
각 전단부와 후단부의 각 측면에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통하여 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 볼트 체결부에 볼트 체결된 상태로, 각 전단부와 후단부의 내측면이 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 둘레를 따라 용접되어 접합되는 전기 자동차용 프레임.
제2항에 있어서,
상기 크로스 멤버는
중앙부에 길이방향을 따라 홈 형상으로 성형되며, 양단에 접합단이 형성되어 양측 배터리 사이드 멤버의 상면에 각각 기계적 접합되며, 상기 홈의 중앙부에는 상향 돌출되는 돌출 비드가 형성되는 전기 자동차용 프레임.
제4항에 있어서,
상기 기계적 접합은
리벳이음, 셀프 피어싱 접합, 볼트 체결 중, 하나로 이루어지는 전기 자동차용 프레임.
제1항에 있어서,
상기 전방 프레임은
사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되는 프론트 사이드 멤버;
차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되는 프론트 범퍼 빔;
양측 프론트 사이드 멤버의 상부에 각각 평행하게 배치되어 후단부가 고정빔을 통하여 고정되는 어퍼 사이드 빔;
양측 프론트 사이드 멤버의 하부 내측에 각각 배치되어 후단이 상기 배터리 프레임의 전방에 연결 브라켓을 통하여 고정되는 로워 사이드 빔;
차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔의 선단에 양측이 고정되는 로워 크로스 빔;
상기 프론트 범퍼 빔의 상부에 평행하게 배치되어 양측 어퍼 사이드 빔의 선단에 양측이 장착 브라켓을 통하여 고정되는 어퍼 범퍼 빔;
후면이 개구된 빔 형상으로 형성되며, 일측에 형성된 관통홀을 통하여 상기 크래시박스에 각각 끼워진 상태로 체결되며, 각 상단부가 상기 어퍼 사이드 빔의 전방 일측에 각각 체결되고, 하단부가 고정 브라켓을 통하여 상기 로워 크로스 빔의 양단부에 체결되는 수직빔; 및
상기 로워 크로스 빔과 양측 로워 사이드 빔의 하부에 고정되는 서브 프레임;
을 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 전방 프레임은
양측 로워 사이드 빔의 중앙에 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔을 연결하여 고정하는 센터 크로스 멤버를 더 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 프론트 연결 멤버는
상기 배터리 프레임의 전방 양측에 고정되는 각 연결 브라켓을 통하여 용접되는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 프론트 사이드 멤버는
상기 교차부에 원형의 관통홀이 형성되는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 로워 크로스 멤버의 양측과 상기 서브 프레임의 중앙부에는 모터 일체형 변속기를 장착하기 위한 마운팅 부시가 구성되는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 서브 프레임의 하부 양측에는 서스펜션 암이 설치되는 부시 브라켓이 형성되는 전기 자동차용 프레임.
제6항에 있어서,
상기 양측 어퍼 사이드 빔의 상부에는 각각 프론트 쇽업소버 마운팅 패널이 설치되는 자동차용 프레임.
제1항에 있어서,
상기 후방 프레임은
사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 용접되는 리어 사이드 멤버;
차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되는 리어 범퍼 빔; 및
차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 연결빔을 통하여 고정되는 리어 쇽업소버 마운팅 패널;
을 포함하는 전기 자동차용 프레임
제13항에 있어서,
상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널은
양 단부가 상향 절곡되어 리어 쇽업소버가 장착되는 장착 좌면을 형성하는 전기 자동차용 프레임.
전기 자동차용 프레임에 있어서,
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 양측 배터리 사이드 멤버와, 배터리 프론트 멤버, 및 배터리 리어 멤버를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하고, 5개의 크로스 멤버로 양측 배터리 사이드 멤버를 연결하여 구성되는 배터리 프레임;
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 전방에 프론트 범퍼 빔이 연결되는 양측 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프론트 멤버의 전방 양측에 각각 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 고정하고, 각 프론트 사이드 멤버를 기준으로 상부에는 선단에 어퍼 범퍼 빔이 고정되는 어퍼 사이드 빔이 구성되고, 하부에는 서브 프레임이 장착되는 로워 사이드 빔과 로워 크로스 빔이 구성되며, 각 어퍼 사이드 빔과 각 로워 사이드 빔은 각 수직빔을 통하여 상기 프론트 사이드 멤버에 고정되는 전방 프레임; 및
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 후방에 리어 범퍼 빔이 연결되는 양측 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 리어 멤버의 후방 양측에 후방을 향하도록 고정하고, 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 고정되는 후방 프레임;
을 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제15항에 있어서,
상기 배터리 프레임은
상기 배터리 사이드 멤버가 사각의 멤버 내부에 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 복수의 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되고,
상기 배터리 프론트 멤버와 상기 배터리 리어 멤버가 사각의 멤버 내부 중앙에 원형의 볼트 체결부가 형성되며, 상기 볼트 체결부에서 대각선 방향으로 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 볼트 체결부와 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 전단부와 후단부에 각각 차폭방향으로 배치되어 용접 및 체결되는 전기 자동차용 프레임.
제16항에 있어서,
상기 배터리 사이드 멤버는
각 전단부와 후단부의 각 측면에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통하여 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 볼트 체결부에 볼트 체결된 상태로, 각 전단부와 후단부의 내측면이 상기 배터리 프론트 멤버와 배터리 리어 멤버의 각 둘레를 따라 용접되어 접합되는 전기 자동차용 프레임.
제16항에 있어서,
상기 크로스 멤버는
중앙부에 길이방향을 따라 홈 형상으로 성형되며, 양단에 접합단이 형성되어 양측 배터리 사이드 멤버의 상면에 각각 기계적 접합되며, 상기 홈의 중앙부에는 상향 돌출되는 돌출 비드가 형성되는 전기 자동차용 프레임.
제18항에 있어서,
상기 기계적 접합은
리벳이음, 셀프 피어싱 접합, 볼트 체결 중, 하나로 이루어지는 전기 자동차용 프레임.
제15항에 있어서,
상기 전방 프레임은
상기 프론트 사이드 멤버가 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프론트 멤버의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되고,
상기 프론트 범퍼 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되며,
상기 어퍼 사이드 빔이 양측 프론트 사이드 멤버의 상부에 각각 평행하게 배치되어 후단부가 고정빔을 통하여 고정되고,
상기 로워 사이드 빔이 양측 프론트 사이드 멤버의 하부 내측에 각각 배치되어 후단이 상기 배터리 프레임의 전방에 연결 브라켓을 통하여 고정되며,
상기 로워 크로스 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔의 선단에 양측이 고정되며,
상기 어퍼 범퍼 빔이 상기 프론트 범퍼 빔의 상부에 평행하게 배치되어 양측 어퍼 사이드 빔의 선단에 양측이 장착 브라켓을 통하여 고정되며,
상기 수직빔은 후면이 개구된 빔 형상으로 형성되며, 일측에 형성된 관통홀을 통하여 상기 크래시박스에 각각 끼워진 상태로 체결되며, 각 상단부가 상기 어퍼 사이드 빔의 전방 일측에 각각 체결되고, 하단부가 고정 브라켓을 통하여 상기 로워 크로스 빔의 양단부에 체결되며,
상기 서브 프레임은 상기 로워 크로스 빔과 양측 로워 사이드 빔의 하부에 고정되는 전기 자동차용 프레임.
제20항에 있어서,
상기 전방 프레임은
양측 로워 사이드 빔의 중앙에 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔을 연결하여 고정하는 센터 크로스 멤버를 더 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제20항에 있어서,
상기 프론트 연결 멤버는
상기 배터리 프레임의 전방 양측에 고정되는 각 연결 브라켓을 통하여 용접되는 전기 자동차용 프레임.
제20항에 있어서,
상기 로워 크로스 멤버의 양측과 상기 서브 프레임의 중앙부에는 모터 일체형 변속기를 장착하기 위한 마운팅 부시가 구성되는 전기 자동차용 프레임.
제20항에 있어서,
상기 서브 프레임의 하부 양측에는 서스펜션 암이 설치되는 부시 브라켓이 형성되는 전기 자동차용 프레임.
제20항에 있어서,
상기 양측 어퍼 사이드 빔의 상부에는 각각 프론트 쇽업소버 마운팅 패널이 설치되는 자동차용 프레임.
제15항에 있어서,
상기 후방 프레임은
상기 리어 사이드 멤버가 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 용접되고,
상기 리어 범퍼 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되며,
상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 연결빔을 통하여 고정되는 전기 자동차용 프레임.
제26항에 있어서,
상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널은
양 단부가 상향 절곡되어 리어 쇽업소버가 장착되는 장착 좌면을 형성하는 전기 자동차용 프레임.
전기 자동차용 프레임에 있어서,
사각의 멤버 내부에 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 복수의 수평 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 양측 배터리 사이드 멤버와, 사각의 멤버 내부 중앙에 원형의 볼트 체결부가 형성되며, 상기 볼트 체결부에서 대각선 방향으로 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와 상기 볼트 체결부와 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 갖는 배터리 프론트 멤버과 배터리 리어 멤버를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하고, 중앙부에 길이방향을 따라 홈 형상으로 성형되고 홈의 중앙부에는 상향 돌출되는 돌출 비드가 형성되며, 양단에 접합단이 형성되어 양측 배터리 사이드 멤버의 상면에 각각 기계적 접합되는 5개의 크로스 멤버로 양측 배터리 사이드 멤버를 연결하여 구성되는 배터리 프레임;
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 전방에 프론트 범퍼 빔이 연결되는 양측 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프론트 멤버의 전방 양측에 각각 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 고정하고, 각 프론트 사이드 멤버를 기준으로 상부에는 선단에 어퍼 범퍼 빔이 고정되는 어퍼 사이드 빔이 구성되고, 하부에는 서브 프레임이 장착되는 로워 사이드 빔과 로워 크로스 빔이 구성되며, 각 어퍼 사이드 빔과 각 로워 사이드 빔은 각 수직빔을 통하여 상기 프론트 사이드 멤버에 고정되는 전방 프레임; 및
내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어져 후방에 리어 범퍼 빔이 연결되는 양측 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 리어 멤버의 후방 양측에 후방을 향하도록 고정하고, 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 고정되는 후방 프레임;
을 포함하는 전기 자동차용 프레임.
제28항에 있어서,
상기 전방 프레임은
상기 프론트 사이드 멤버가 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프론트 멤버의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되고,
상기 프론트 범퍼 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되며,
상기 어퍼 사이드 빔이 양측 프론트 사이드 멤버의 상부에 각각 평행하게 배치되어 후단부가 고정빔을 통하여 고정되고,
상기 로워 사이드 빔이 양측 프론트 사이드 멤버의 하부 내측에 각각 배치되어 후단이 상기 배터리 프레임의 전방에 연결 브라켓을 통하여 고정되며, 양측 로워 사이드 빔의 중앙에 차폭방향으로 배치되는 센터 크로스 멤버를 통하여 양측 로워 사이드 빔이 고정되고,
상기 로워 크로스 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 로워 사이드 빔의 선단에 양측이 고정되며,
상기 어퍼 범퍼 빔이 상기 프론트 범퍼 빔의 상부에 평행하게 배치되어 양측 어퍼 사이드 빔의 선단에 양측이 장착 브라켓을 통하여 고정되며,
상기 수직빔은 후면이 개구된 빔 형상으로 형성되며, 일측에 형성된 관통홀을 통하여 상기 크래시박스에 각각 끼워진 상태로 체결되며, 각 상단부가 상기 어퍼 사이드 빔의 전방 일측에 각각 체결되고, 하단부가 고정 브라켓을 통하여 상기 로워 크로스 빔의 양단부에 체결되며,
상기 서브 프레임은 상기 로워 크로스 빔과 양측 로워 사이드 빔의 하부에 고정되는 전기 자동차용 프레임.
제28항에 있어서,
상기 후방 프레임은
상기 리어 사이드 멤버가 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 양 측면을 수평으로 연결하여 형성되는 수평 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 용접되고,
상기 리어 범퍼 빔이 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 선단에 양측이 크래시박스를 통하여 연결되며,
상기 리어 쇽업소버 마운팅 패널이 차폭방향으로 배치되어 양측 리어 사이드 멤버의 상부에 연결빔을 통하여 고정되는 전기 자동차용 프레임.