KR20210085733A - 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임은, 초소형 전기차 섀시의 하부 베이스 부분을 이루는 메인 섀시 프레임부; 및 상기 메인 섀시 프레임과 기계적으로 연결되어 메인 섀시 프레임부와 함께 전체적으로 하나의 초소형 전기차 섀시의 몸체를 이루는 서브 섀시 프레임부를 포함하며, 상기 서브 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 많이 받는 부분인 상기 메인 섀시 프레임부는 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 메인 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 적게 받는 부분인 상기 서브 섀시 프레임부는 알루미늄 합금 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 복합소재를 적용하여 초소형 전기차의 섀시 프레임을 구성하되, 섀시 프레임의 두께를 모두 동일하게 하는 것이 아니라 프레임에 걸리는 하중 및 응력을 고려하여 부분 별로 두께를 다르게 구성함으로써, 섀시 프레임의 구조적 강도를 유지하면서도 전기차의 중량을 경량화할 수 있고, 궁극적으로 초소형 전기차의 섀시 프레임의 최적화 설계에 기여할 수 있다.

Description

복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임{Micro electric car chassis frame applying composite material}

본 발명은 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임에 관한 것으로서, 더 상세하게는 복합소재를 적용하고 프레임의 두께를 부분별로 다르게 구성함으로써, 초소형 전기차의 섀시 프레임의 구조적 강도를 유지하면서도 전기차의 중량을 경량화할 수 있는 기반을 마련하고, 최적화 설계를 가능하게 하는 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임에 관한 것이다.

오늘날, 경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있고, 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경오염의 주요 원인이 되고 있다. 이에 자동차의 배기가스를 감소시키기 위한 요구가 이어지고 있고, 배기가스를 줄일 수 있는 자동차의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 더 나아가, 배기가스를 근본적으로 발생하지 않는 전기 자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다. 전기 자동차는 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 자동차로서, 자동차 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급되는 전력을 이용하여 운행한다. 그러나 이러한 전기자동차는 배터리를 한번 충전하여 주행하는 거리가 제한적이므로, 장거리 운행에 다소 어려움이 따른다. 따라서 한 번 충전으로 장거리를 주행할 수 있는 고성능 충전 배터리에 대한 개발과 전기자동차의 경량화가 요구되고 있다.

한편, 한국 공개특허공보 제10-2013-0004068호(특허문헌 1)에는 "전기차용 섀시"가 개시되어 있는 바, 이에 따른 전기차용 섀시는, 두 개의 측면 튜브와, 상기 두 개의 측면 튜브의 양 단부에 연결되는 전방 튜브 및 후방 튜브에 의해 형성되는 직사각형 구조체인 기부 프레임과; 일 단부가 상기 기부 프레임의 상기 전방 튜브의 양단부에 고정되는 두 개의 호형 전방 튜브와, 상기 두 개의 호형 전방 튜브의 다른 단부 사이에 연결되는 전방 연결 튜브를 포함하고, 상기 두 개의 호형 전방 튜브에 연결되는 두 개의 전방 장착 플랫폼이 각각 추가로 제공되는 전방 프레임(20)과; 일 단부가 상기 기부 프레임의 상기 후방 튜브의 양단부에 고정되는 두 개의 호형 후방 튜브와, 상기 두 개의 호형 후방 튜브의 다른 단부 사이에 연결되는 후방 연결 튜브를 포함하는 후방 프레임과; 네 개의 현가 장치 A 및 네 개의 휘일 B를 포함하고, 상기 네 개의 현가 장치 A 중 두 개는 각각 상기 전방 프레임의 상기 두 개의 전방 장착 플랫폼에 고정되는 일 단부와, 상기 네 개의 휘일 B 중 두 개에 고정되는 다른 단부를 갖고, 상기 네 개의 현가 장치 A 중 다른 두 개는 각각 상기 후방 연결 튜브의 양 단부에 고정되는 일 단부를 갖고 상기 네 개의 휘일 B 중 다른 두 개에 고정되는 다른 단부를 갖는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 비교적 구조가 간단하고 안정성 및 구조적 강도가 향상되고 구조적으로 덜 취약한 전기차용 섀시를 제공할 수 있는 장점이 어느 정도 있기는 하나, 구조적 안정성 및 강도에 주안점을 두어 구성됨에 따라 경량화를 구현하기 어려운 문제점을 내포하고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2013-0004068호(2013.01.09.)

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 복합소재를 적용하여 초소형 전기차의 섀시 프레임을 구성하되, 섀시 프레임의 두께를 모두 동일하게 하는 것이 아니라 프레임에 걸리는 하중 및 응력을 고려하여 부분 별로 두께를 다르게 구성함으로써, 섀시 프레임의 구조적 강도를 유지하면서도 전기차의 중량을 경량화할 수 있고, 최적화 설계를 가능하게 하는 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임은,

초소형 전기차 섀시의 하부 베이스 부분을 이루는 메인 섀시 프레임부; 및

상기 메인 섀시 프레임과 기계적으로 연결되어 메인 섀시 프레임부와 함께 전체적으로 하나의 초소형 전기차 섀시의 몸체를 이루는 서브 섀시 프레임부를 포함하며,

상기 서브 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 많이 받는 부분인 상기 메인 섀시 프레임부는 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 메인 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 적게 받는 부분인 상기 서브 섀시 프레임부는 알루미늄 합금 재질로 구성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 초소형 전기차 섀시의 전체적인 몸체에 있어서, 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부와 서브 섀시 프레임부의 연결 부분은 몸체의다른 부분에 비해 상대적으로 프레임의 두께가 두껍게 구성되고, 응력을 크게 받지 않는 부분은 상대적으로 프레임의 두께가 얇게 구성될 수 있다.

이때, 또한 상기 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부와 서브 섀시 프레임부의 연결 부분은 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 응력을 크게 받지 않는 부분은 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 복합소재를 적용하여 초소형 전기차의 섀시 프레임을 구성하되, 섀시 프레임의 두께를 모두 동일하게 하는 것이 아니라 프레임에 걸리는 하중 및 응력을 고려하여 부분 별로 두께를 다르게 구성함으로써, 섀시 프레임의 구조적 강도를 유지하면서도 전기차의 중량을 경량화할 수 있고, 궁극적으로 초소형 전기차의 섀시 프레임의 최적화 설계에 기여할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 프레임의 구조 강성을 확인하기 위한 FEM 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 프레임의 분리된 각 부분에 대한 응력 분포와 크기를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

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 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임(100)은, 초소형 전기차 섀시의 하부 베이스 부분을 이루는 메인 섀시 프레임부(110); 및 상기 메인 섀시 프레임부(110)와 기계적으로 연결되어 메인 섀시 프레임부(110)와 함께 전체적으로 하나의 초소형 전기차 섀시의 몸체를 이루는 서브 섀시 프레임부(120)를 포함하여 구성된다.

여기서, 바람직하게는 상기 서브 섀시 프레임부(120)에 비해 상대적으로 하중을 많이 받는 부분인 상기 메인 섀시 프레임부(110)는 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 메인 섀시 프레임부(110)에 비해 상대적으로 하중을 적게 받는 부분인 상기 서브 섀시 프레임부(120)는 알루미늄 합금 재질로 구성된다.

여기서, 또한 상기 초소형 전기차 섀시의 전체적인 몸체에 있어서, 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부(110)와 서브 섀시 프레임부(120)의 연결 부분(110c)(도 2 참조)은 몸체의 다른 부분에 비해 상대적으로 프레임의 두께가 두껍게 구성되고, 응력을 크게 받지 않는 부분은 상대적으로 프레임의 두께가 얇게 구성될 수 있다.

이때, 또한 상기 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부(110)와 서브 섀시 프레임부(120)의 연결 부분(110c)은 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 응력을 크게 받지 않는 부분은 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 프레임의 구조 강성을 확인하기 위한 FEM 결과를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 프레임의 구조 강성을 확인하기 위해 좌측 그림과 같이 경계 조건을 설정한 뒤 서브 섀시 프레임부(120)의 루프 부분에 소정 크기의 힘, 예를 들면 100N의 힘을 가하였을 때, 우측 그림과 같이 전체 프레임 형상에서 하부의 메인 섀시 프레임부(110)와 서브 섀시 프레임부(120)가 연결되는 부분(110c)에서 대부분의 응력이 작용함을 알 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 프레임의 분리된 각 부분에 대한 응력 분포와 크기를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 이는 전체 프레임에 작용하는 응력에 대해 정확하고 자세한 데이터를 얻기 위해 프레임의 각 부분을 분리한 것을 보여주는 것으로서, (A)는 시트 프레임 응력, (B)는 하부 구조, (C)는 하부 메인 프레임, (D)는 앞면 구조를 각각 나타낸 것이다.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임은, 복합소재를 적용하여 초소형 전기차의 섀시 프레임을 구성하되, 섀시 프레임의 두께를 모두 동일하게 하는 것이 아니라 프레임에 걸리는 하중 및 응력을 고려하여 부분 별로 두께를 다르게 구성함으로써, 섀시 프레임의 구조적 강도를 유지하면서도 전기차의 중량을 경량화할 수 있고, 궁극적으로 초소형 전기차의 섀시 프레임의 최적화 설계에 기여할 수 있는 장점이 있다.

이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: (본 발명)복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임
110: 메인 섀시 프레임부 120:서브 섀시 프레임부
110c: 메인 섀시 프레임부와 서브 섀시 프레임부의 연결 부분

Claims (3)

1. 초소형 전기차 섀시의 하부 베이스 부분을 이루는 메인 섀시 프레임부; 및
   상기 메인 섀시 프레임과 기계적으로 연결되어 메인 섀시 프레임부와 함께 전체적으로 하나의 초소형 전기차 섀시의 몸체를 이루는 서브 섀시 프레임부를 포함하며,
   상기 서브 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 많이 받는 부분인 상기 메인 섀시 프레임부는 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 메인 섀시 프레임부에 비해 상대적으로 하중을 적게 받는 부분인 상기 서브 섀시 프레임부는 알루미늄 합금 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 초소형 전기차 섀시의 전체적인 몸체에 있어서, 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부와 서브 섀시 프레임부의 연결 부분은 몸체의다른 부분에 비해 상대적으로 프레임의 두께가 두껍게 구성되고, 응력을 크게 받지 않는 부분은 상대적으로 프레임의 두께가 얇게 구성된 것을 특징으로 하는 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 응력이 집중되는 부분인, 상기 메인 섀시 프레임부와 서브 섀시 프레임부의 연결 부분은 고강도 스틸 재질로 구성되고, 상기 응력을 크게 받지 않는 부분은 알루미늄 합금 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 복합소재가 적용된 초소형 전기차 섀시 프레임.

Images