KR20210089363A

KR20210089363A - 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조

Info

Publication number: KR20210089363A
Application number: KR1020200002430A
Authority: KR
Inventors: 김형주
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-07-16

Abstract

본 발명은 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조에 관한 것으로, 휠 베어링을 이루는 내륜 단부에 장착된 제1 지지부와, 제1 지지부와 직각을 이루도록 제1 지지부 단부에 위치된 제2 지지부와, 제2 지지부에 단부가 고정되고 휠 베어링의 내측을 향해 탄성력을 제공하는 스프링과, 제2 지지부에 단부가 고정되고, 인가되는 전원에 의해 스프링과 평행한 방향으로 길이가 가변되는 액츄에이터를 포함하며, 씰립이 제1 지지부에 안착되고, 액츄에이터와 씰립이 연결된 것을 특징으로 하며, 액츄에이터 작동에 따라 씰립이 스프링에 가압되는 것이 유지되거나, 스프링에 의한 가압이 해제될 수 있고, 액츄에이터 작동에 따라 스프링에 의한 씰립의 가압이 해제되면, 씰립을 이루는 외측씰과 내측씰 사이를 통해서 공기가 유동하게 되므로, 씰립의 항력이 저감되고, 궁극적으로 휠 베어링의 항력이 저감되며, 차량의 연비가 향상되는, 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조를 제공한다.

Description

고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조{active sealing structure of wheel bearing for high fuel efficiency}

본 발명은 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 휠 베어링의 항력 특성을 향상시킬 수 있는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조에 관한 것이다.

차량의 차체와 휠 사이에 휠 베어링이 장착된다. 휠 베어링에는 이물질 유입을 차단할 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같은, 씰립(2)이 휠 베어링(1)에 장착된다. 씰립(2)은 외측씰(4)과 내측씰(3)이 중첩된 2중 구조로 제작되는데, 외측씰(4)과 내측씰(3)이 밀착될 경우, 씰립(2)을 통한 휠 베어링(1) 내부로의 공기 유동이 차단되고, 외측씰(4)과 내측씰(3)이 밀착되지 않을 경우 씰립(2)을 통한 휠 베어링(1) 내부로의 공기 유동이 가능해진다.

한편, 휠 베어링(1)의 구성 요소별 주행 저항(항력) 영향도를 분석해본 결과가 도 2에 도시되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 외측씰(4)과 내측씰(3)에 의한 항력이 60퍼센트를 차지한다. 휠 베어링(1)의 항력이 높을 경우, 연비가 저감된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0070562호(2019.06.21.)

이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 휠 베어링의 항력을 저감시키고, 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해서 제공된 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조는, 휠 베어링을 이루는 내륜 단부에 장착된 제1 지지부와, 제1 지지부와 직각을 이루도록 제1 지지부 단부에 위치된 제2 지지부와, 제2 지지부에 단부가 고정되고 휠 베어링의 내측을 향해 탄성력을 제공하는 스프링과, 제2 지지부에 단부가 고정되고, 인가되는 전원에 의해 스프링과 평행한 방향으로 길이가 가변되는 액츄에이터를 포함하며, 씰립이 제1 지지부에 안착되고, 액츄에이터와 씰립이 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 제1 지지부는, 원통형태로 형성되고, 내륜과 동심을 이루도록 내륜의 외주부에 장착될 수 있다.

또한, 제2 지지부는, 디스크 형태로 형성되고, 내주부가 제1 지지부와 연결될 수 있다.

또한, 액츄에이터는, 휠 베어링이 연결된 차량에 구비된 가속도 센서에서 발생된 신호에 따라서, 스프링이 압축되는 방향으로 이동될 수 있다.

또한, 가속도 센서는, 차량의 지면과 직각인 방향으로의 가속도를 계측하고 컨트롤유닛에 계측신호를 송신하며, 컨트롤유닛은, 계측신호에 따라 액츄에이터에 인가되는 전원을 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤유닛은, 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값 이하인 것으로 산출되면 양로 주행인 것으로 판단하고, 액츄에이터가 스프링을 압축시키는 방향으로 이동되도록 액츄에이터에 전원을 인가하고, 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값을 초과한 것으로 산출되면 험로 주행인 것으로 판단하고, 스프링에 의해 씰립이 가압되는 것이 유지되도록 액츄에이터로의 전원 인가를 차단할 수 있다.

또한, 씰립은, 2중 구조로 형성되며, 제1 지지부에 안착된 고무 재질의 외측씰과, 외측씰에 비해 휠에 가깝도록 외측씰 일측에 위치된 고무재질의 내측씰을 포함하며, 내측씰에 외측씰을 향하도록 돌출립이 구비될 수 있다.

또한, 내측씰과 외측씰은 링 형태로 형성되고, 내측씰의 폭 단면은 'ㄱ'이고, 외측씰은, 액츄에이터와 연결되는 높이부와, 높이부의 일측 단부로부터 돌출되고 제1 지지부와 연결되는 저면부와, 저면부와 평행하도록 높이부의 타측 단부로부터 돌출된 상면부를 포함하며, 상면부의 넓이가 저면부의 넓이에 비해 작을 수 있다.

또한, 돌출립은 링 형태로 형성되고, 내측씰의 일면에 부착된 고정부와, 높이부와 상면부가 이루는 내각을 향해 기울어지며 연장되도록 고정부 일면에 돌출된 가압부를 포함하며, 가압부는 거리를 가지며 고정부에 2개 이상 형성될 수 있다.

또한, 액츄에이터는, 전자석, 모터 스크류 중 어느 하나이거나, 전기, 유압, 압축 공기 중 어느 하나를 이용한 원동 구동장치일 수 있다.

위와 같이 제공되는 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조에 따르면, 액츄에이터 작동에 따라 씰립이 스프링에 가압되는 것이 유지되거나, 스프링에 의한 가압이 해제될 수 있다.

특히, 액츄에이터 작동에 따라 스프링에 의한 씰립의 가압이 해제되면, 씰립을 이루는 외측씰과 내측씰 사이를 통해서 공기가 유동하게 되므로, 씰립의 항력이 저감되고, 궁극적으로 휠 베어링의 항력이 저감된다. 이에 따라, 차량의 연비가 향상될 수 있다.

그리고, 지면에 직각 방향으로의 가속도에 따라, 액츄에이터의 작동이 결정되므로, 공기 중 이물질이 적을 것으로 예상되는 양로에서는 씰립을 통한 공기 유동을 구현해 항력을 저감하고, 공기 중 이물질이 많을 것으로 예상되는 험로에서는 씰립을 통한 공기 유동을 차단해 휠 베어링 내부로의 이물질 유입을 차단할 수 있다.

도 1은 씰립이 구비된 휠 베어링을 보여주는 예시도이다.
도 2는 휠 베어링의 구성 요소별 주행 저항(항력) 영향도를 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조가 적용된 휠 베어링을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조의 주요부위를 보여주는 단면도이다.
도 5는 양로에서 액츄에이터가 작동된 상태를 보여주는 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조를 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조는, 휠 베어링(B)을 이루는 내륜(I) 단부에 장착된 제1 지지부(100)와, 제1 지지부(100)와 직각을 이루도록 제1 지지부(100) 단부에 위치된 제2 지지부(200)와, 제2 지지부(200)에 단부가 고정되고 휠 베어링(B)의 내측을 향해 탄성력을 제공하는 스프링(300)과, 제2 지지부(200)에 단부가 고정되고, 인가되는 전원에 의해 스프링(300)과 평행한 방향으로 길이가 가변되는 액츄에이터(400)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 휠 베어링(B)은, 휠과 연결되는 허브(H), 허브(H)와 동심을 이루도록 허브(H)에 안착된 베어링, 베어링을 덮도록 허브(H)와 동심을 이루며 연결된 외륜(O), 허브(H) 내측에 장착된 내륜(I)을 포함한다. 내륜(I)과 외륜(O) 사이에 씰립(S)이 위치되며, 씰립(S)은 제1 지지부(100)에 안착된다. 씰립(S) 중 외측씰(OS)은 액츄에이터(400)과 연결된다. 액츄에이터(400) 이동에 따라 종속적으로 외측씰(OS)도 이동하게 된다.

씰립(S)은, 제1 지지부(100)에 안착된 고무 재질의 외측씰(OS)과, 외측씰(OS)에 비해 휠에 가깝도록 외측씰(OS) 일측에 위치된 고무재질의 내측씰(IS)을 포함한다. 내측씰(IS)에는 외측씰(OS)을 향하도록 돌출립(R)이 구비된다.

내측씰(IS)과 외측씰(OS)은 링 형태로 형성된다. 내측씰(IS)의 폭 단면은 'ㄱ'이다. 외측씰(OS)의 폭 단면은 상면의 넓이가 저면의 넓이에 비해 작은 'ㄷ'이 변형된 형태이다.

외측씰(OS)은, 액츄에이터(400)과 연결되는 높이부와, 높이부의 일측 단부로부터 돌출되고 제1 지지부(100)와 연결되는 저면부와, 저면부와 평행하도록 높이부의 타측 단부로부터 돌출된 상면부를 포함한다. 상면부의 넓이가 저면부의 넓이에 비해 작다.

돌출립(R)도 링 형태로 형성된다. 돌출립(R)은 내측씰(IS)의 일면에 부착된 고정부(P1)와, 외측씰(OS)의 높이부와 상면부가 이루는 내각을 향해 기울어지며 연장되도록 고정부(P1) 일면에 돌출 형성된 가압부(P2)를 포함한다. 가압부(P2)는 거리를 가지며 고정부(P1)에 2개 형성된다.

제1 지지부(100)는, 원통형태로 형성된다. 제1 지지부(100)는, 내륜(I)과 동심을 이루도록 내륜(I)의 외주부에 장착된다. 제2 지지부(200)는, 반원 형태로 형성되고, 직선을 이루는 변이 제1 지지부(100)와 연결된다. 제2 지지부(200)는 등간격을 이루며 제1 지지부(100)에 3개 이상 장착된다. 이와 다르게, 제2 지지부(200)가 디스크 형태로 형성될 수도 있다. 제2 지지부(200)가 디스크 형태로 형성될 경우, 제2 지지부(200)의 내주부가 제1 지지부(100)와 연결된다.

액츄에이터(400)은, 휠 베어링(B)이 연결된 차량에 구비된 가속도 센서(510)에서 발생된 신호에 따라서, 스프링(300)이 압축되는 방향으로 이동된다. 가속도 센서(510)는, 차량의 지면과 직각인 방향으로의 가속도를 계측하고 컨트롤유닛(500)에 계측신호를 송신한다. 컨트롤유닛(500)은, 계측신호에 따라 액츄에이터(400)에 인가되는 전원을 제어한다. 액츄에이터(400)는, 전자석, 모터 스크류 중 어느 하나이거나, 전기, 유압, 압축 공기 중 어느 하나를 이용한 원동 구동장치일 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 전자석으로 제공된다.

컨트롤유닛(500)은, 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값 이하인 것으로 산출되면 양로 주행인 것으로 판단한다. 본 발명의 일실시예에서 사전에 결정된 기준값은 0.2G이다. 양로 주행 모드인 경우, 컨트롤 유닛은, 액츄에이터(400)이 스프링(300)을 압축시키는 방향으로 이동되도록 액츄에이터(400)에 전원을 인가한다. 양로에서는 대기중 이물질이 없거나 상대적으로 적은 것으로 가정한다. 액츄에이터(400)이 스프링(300)을 압축시키는 방향으로 이동하게 되므로, 외측씰(OS)이 액츄에이터(400) 이동에 종속적으로 이동하며 스프링(300)을 압축시키고, 내측씰(IS)로부터 분리된다. 외측씰(OS)과 내측씰(IS) 사이에 통로가 발생된다. 통로를 통해 공기가 유동하게 된다. 결과적으로 씰립(S)에 의한 공기저항이 감소되고, 휠 베어링(B)의 항력 감소에 따라 연비가 향상된다.

컨트롤유닛(500)은, 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값을 초과한 것으로 산출되면 험로 주행인 것으로 판단한다. 험로 주행 모드인 경우, 컨트롤유닛(500)은, 스프링(300)에 의해 씰립(S)이 가압되는 것이 유지되도록 액츄에이터(400)으로의 전원 인가를 차단한다. 험로에서는 대기중 이물질이 매우 많이 존재하는 것으로 가정한다. 액츄에이터(400)에 전원이 인가되지 않으므로, 스프링(300)이 지속적으로 외측씰(OS)을 SO측씰(IS)방향으로 가압하게 된다. 이에 따라, 씰립(S)을 통한 공기 유동이 차단된다. 이물질이 많은 공기의 유동이 차단되므로, 대기중 이물질이 휠 베어링(B) 내부로 유입되는 것이 차단된다.

위와 같이 제공되는 본 발명의 일실시예의 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조에 따르면, 액츄에이터(400) 작동에 따라 씰립(S)이 스프링(300)에 가압되는 것이 유지되거나, 스프링(300)에 의한 가압이 해제될 수 있다.

특히, 액츄에이터(400) 작동에 따라 스프링(300)에 의한 씰립(S)의 가압이 해제되면, 씰립(S)을 이루는 내측씰(IS)과 외측씰(OS) 사이를 통해서 공기가 유동하게 되므로, 씰립(S)의 항력이 저감되고, 궁극적으로 휠 베어링(B)의 항력이 저감된다. 이에 따라, 차량의 연비가 향상될 수 있다.

그리고, 지면에 직각 방향으로의 가속도에 따라, 액츄에이터(400)의 작동이 결정되므로, 공기 중 이물질이 적을 것으로 예상되는 양로에서는 씰립(S)을 통한 공기 유동을 구현해 항력을 저감하고, 공기 중 이물질이 많을 것으로 예상되는 험로에서는 씰립(S)을 통한 공기 유동을 차단해 휠 베어링(B) 내부로의 이물질 유입을 차단할 수 있다.

100: 제1 지지부 200: 제2 지지부
300: 스프링 400: 액츄에이터
500: 컨트롤유닛 510: 센서
B: 휠 베어링 H: 허브
I: 내륜 O: 외륜
S: 씰립 IS: 내측씰
OS: 외측씰 R: 돌출립
P1: 고정부 P2: 가압부

Claims

휠 베어링을 이루는 내륜 단부에 장착된 제1 지지부;
상기 제1 지지부와 직각을 이루도록 상기 제1 지지부 단부에 위치된 제2 지지부;
상기 제2 지지부에 단부가 고정되고 상기 휠 베어링의 내측을 향해 탄성력을 제공하는 스프링;
상기 제2 지지부에 단부가 고정되고, 인가되는 전원에 의해 상기 스프링과 평행한 방향으로 길이가 가변되는 액츄에이터를 포함하며,
씰립이 상기 제1 지지부에 안착되고,
상기 액츄에이터와 상기 씰립이 연결된 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 지지부는,
원통형태로 형성되고, 상기 내륜과 동심을 이루도록 상기 내륜의 외주부에 장착된 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제1항에 있어서,
상기 제2 지지부는,
디스크 형태로 형성되고, 내주부가 상기 제1 지지부와 연결된 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 휠 베어링이 연결된 차량에 구비된 가속도 센서에서 발생된 신호에 따라서, 상기 스프링이 압축되는 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제4항에 있어서,
상기 가속도 센서는, 상기 차량의 지면과 직각인 방향으로의 가속도를 계측하고 컨트롤유닛에 계측신호를 송신하며,
상기 컨트롤유닛은, 상기 계측신호에 따라 상기 액츄에이터에 인가되는 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제5항에 있어서,
상기 컨트롤유닛은,
상기 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값 이하인 것으로 산출되면 양로 주행인 것으로 판단하고, 상기 액츄에이터가 상기 스프링을 압축시키는 방향으로 이동되도록 상기 액츄에이터에 전원을 인가하고,
상기 계측신호에 의해 가속도가 사전에 결정된 기준값을 초과한 것으로 산출되면 험로 주행인 것으로 판단하고, 상기 스프링에 의해 상기 씰립이 가압되는 것이 유지되도록 상기 액츄에이터로의 전원 인가를 차단하는 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제1항에 있어서,
상기 씰립은, 2중 구조로 형성되며,
상기 제1 지지부에 안착된 고무 재질의 외측씰;
상기 외측씰에 비해 휠에 가깝도록 상기 외측씰 일측에 위치된 고무재질의 내측씰을 포함하며,
상기 내측씰에 상기 외측씰을 향하도록 돌출립이 구비된 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제7항에 있어서,
상기 내측씰과 상기 외측씰은 링 형태로 형성되고,
상기 내측씰의 폭 단면은 'ㄱ'이고,
상기 외측씰은,
상기 액츄에이터와 연결되는 높이부와, 상기 높이부의 일측 단부로부터 돌출되고 상기 제1 지지부와 연결되는 저면부와, 상기 저면부와 평행하도록 상기 높이부의 타측 단부로부터 돌출된 상면부를 포함하며,
상기 상면부의 넓이가 상기 저면부의 넓이에 비해 작은 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제8항에 있어서,
상기 돌출립은 링 형태로 형성되고,
상기 내측씰의 일면에 부착된 고정부;
상기 높이부와 상기 상면부가 이루는 내각을 향해 기울어지며 연장되도록 상기 고정부 일면에 돌출된 가압부를 포함하며,
상기 가압부는 거리를 가지며 상기 고정부에 2개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는, 전자석, 모터 스크류 중 어느 하나이거나, 전기, 유압, 압축 공기 중 어느 하나를 이용한 원동 구동장치인 것을 특징으로 하는 고연비 구현을 위한 휠베어링 액티브 씰링 구조.