KR20230057671A

KR20230057671A - 파워트레인 구조

Info

Publication number: KR20230057671A
Application number: KR1020210141704A
Authority: KR
Inventors: 이아람
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-05-02

Abstract

본 발명은 차량의 파워트레인 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 듀얼모터를 포함하는 차량의 파워트레인 구조에 관한 것이다. 본 발명의 실시형태에 따른 파워트레인 구조는, 차량의 구동륜 중 제1 휠을 구동시키기 위한 제1 모터; 상기 제1 모터로부터의 동력을 제1 휠에 전달하기 위한 제1 감속세트; 상기 구동륜 중 제2 휠을 구동시키기 위한 제2 모터; 및 상기 제2 모터로부터의 동력을 제2 휠에 전달하기 위한 제2 감속세트를 포함하고, 상기 제1 감속세트는 제2 감속세트와 서로 다르게 구성된다.

Description

파워트레인 구조{POWERTRAIN STRUCTURE}

본 발명은 차량의 파워트레인 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 듀얼모터를 포함하는 차량의 파워트레인 구조에 관한 것이다.

최근 자동차에는 기존 내연기관을 대신하여 모터에 의해 구동되는 전기차 등의 친환경차량에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다.

친환경차량은 구동축에 마련되는 단일한 모터에 의해 구동될 수 있다. 또는 구동축에서 좌측과 우측의 휠을 개별적으로 구동시키도록 두 개의 모터가 마련될 수도 있다. 후자의 경우에, 예시적으로, 파워트레인은 도 1a 내지 1b와 같이 구성될 수 있다.

도 1a 및 1b와 같이, 두 개의 모터(810a, 810b)와 각 모터를 위한 감속기(830a, 830b)가 휠(850) 사이에 배치된다. 도 1a의 동축 배치 유형에서는 출력축과 모터(810a, 810b)의 입력축이 동축으로 배치되고, 좌측의 모터(810a)와 감속기(830a) 그리고 우측의 모터(810b)와 감속기(830b)가 대향 배치되고 일체화됨으로써 각 휠(850)은 각 모터(810a, 810b)에 의해 독립적으로 구동된다. 도 1b의 평행 배치 유형에서는 모터(810a, 810b)와 감속기(830a, 830b)의 각 세트가 차량의 길이방향을 따라 배치된다.

도 1a의 동축 배치 유형에서는 폭방향 길이(L1)가 길어지는 반면, 도 1b의 경우에는 길이방향 길이(L2)가 커진다. 폭방향의 길이(L1)가 커지면 차량의 서스펜션과 간섭이 일어날 수 있고, 길이방향 길이(L2)가 커지면 차량의 실내공간을 간섭하는 문제가 있다.

따라서, 듀얼모터를 구비하는 차량에서 파워트레인을 효율적으로 구성하고 동시에 효과적인 동력 전달이 가능한 파워트레인에 대한 고안이 필요하다.

공개특허공보 제10-2020-0128316호 (공개일자: 2020.11.12)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

차량의 다른 부분과 간섭 없이 효과적인 동력 전달 성능을 갖는 파워트레인 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.

본 발명의 실시형태에 따른 파워트레인 구조는, 차량의 구동륜 중 제1 휠을 구동시키기 위한 제1 모터; 상기 제1 모터로부터의 동력을 제1 휠에 전달하기 위한 제1 감속세트; 상기 구동륜 중 제2 휠을 구동시키기 위한 제2 모터; 및 상기 제2 모터로부터의 동력을 제2 휠에 전달하기 위한 제2 감속세트를 포함하고, 상기 제1 감속세트는 제2 감속세트와 서로 다르게 구성된다.

본 발명에 따르면, 차량의 서스펜션 시스템, 실내공간 등 다른 부분과의 간섭 없이 효과적으로 동력 전달을 가능하게 하는 파워트레인 구조가 제공된다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1a 및 1b는 듀얼모터를 갖는 차량에서 모터와 감속기의 예시적인 배치구조를 도시하고,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 파워트레인 구조를 도시하고,
도 3은 도 2를 개괄적으로 도시하고,
도 4와 5는 본 발명의 파워트레인 구조에서 모터의 출력 전달 방향을 도시하고,
도 6은 본 발명의 일부 실시형태에 따른 파워트레인 구조를 도시한다.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파워트레인 구조는 두 개의 모터(10, 30)를 포함한다. 두 개의 모터(10, 30)인 제1 모터(10) 및 제2 모터(30)는 모터 하우징(50)에 수용된다. 제1 모터(10)와 제2 모터(30)는 차량의 길이방향을 따라 차량의 차축에 배치된다. 즉, 도면에서 제1 모터(10)가 제2 모터(30)보다 차량의 후방에 가깝게 위치하는 것으로 볼 수 있다. 그리고 제1 모터(10)와 제2 모터(30)가 차량의 길이방향을 따라 배치된다는 것은, 제1 모터(10)와 제2 모터(30)가 차량의 길이방향을 따라 일렬로 배치될 수도 있고, 제1 모터(10)와 제2 모터(30)가 길이방향으로 배치되되 차량의 폭방향으로 서로 오프셋되어 배치될 수 있다는 의미이다. 즉, 제1 모터(10)와 제2 모터(30)는 실질적으로 차량의 길이방향으로 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 파워트레인 구조는 제1 모터(10) 및 제2 모터(30) 각각을 위한 제1 감속세트(100) 및 제2 감속세트(300)를 포함한다.

제1 모터(10)의 출력인 또는 제1 모터(10)의 출력이 입력되는 제1 입력축(12)은 제1 감속세트(100)에 연결된다. 제1 입력축(12)은 휠축인 제1 구동축(14)과 동축선상에 배치되지 않고, 평행하게 배치된다. 이에 본 발명에 의하면, 복수의 외접기어를 포함하는 제1 감속세트(100)를 통해 제1 모터(10)의 동력이 제1 구동축(14)에 전달되도록 구성된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 제1 감속세트(100)는 제1 구동기어(120), 제2 구동기어(130), 제1 피동기어(140) 및 제2 피동기어(150)를 포함한다.

제1 감속세트(100)는 제1 커버(110)에 의해 모터 하우징(50)에 결합된다. 제1 커버(110) 내에는 제1 구동기어(120), 제2 구동기어(130), 제1 피동기어(140) 및 제2 피동기어(150)가 수용된다.

제1 구동기어(120)는 제1 입력축(12)에 결합되어 회전가능하게 구성된다. 특히, 제1 구동기어(120)는 제1 입력축(12)의 둘레에 장착되어 제1 입력축(12)과 함께 회전한다.

제1 피동기어(140)는 제1 구동기어(120)의 회전에 의해 회전하도록 구성된다. 제1 피동기어(140)는 제1 구동기어(120)와 평행하게 배치되어 서로 외접하고, 제1 구동기어(120)와 맞물려 제1 구동기어(120)의 회전력을 전달받는다.

제1 피동기어(140)는 연결축(13)에 결합된다. 연결축(13)은 제1 피동기어(140)에 동심축으로 삽입되고, 제1 피동기어(140)와 함께 회전하도록 구성된다. 연결축(13)은 제1 입력축(12)으로부터 일정 간격 이격하여 평행하게 제1 커버(110) 내에 수용되고, 제1 커버(110)에 의해 회전가능하게 지지된다.

연결축(13)의 축방향을 따라 제1 피동기어(140)로부터 일정 간격 이격하여 제2 구동기어(130)가 연결축(13)에 결합된다. 제2 구동기어(130)는 연결축(13)과 동축으로 배치되어 연결축(13)과 함께 회전한다.

제2 피동기어(150)는 제2 구동기어(130)와 평행하게 배치되어 서로 외접하고, 제2 구동기어(130)에 맞물려 회전하도록 구성된다. 제2 피동기어(150)는 휠축인 제1 구동축(14)에 동축으로 배치되고, 제2 피동기어(150)의 회전에 의해 제1 구동축(14)이 회전된다. 제1 감속세트(100)에 의해 제1 구동축(14)과 제1 입력축(12)은 서로 다른 회전속도를 가지게 된다.

제1 구동축(14)은 제1 결합부(160)를 포함하고, 제1 구동축(14)은 제1 결합부(160)에 의해 제2 피동기어(150)에 슬라이딩 결합될 수 있다. 일 구현예에서, 제2 피동기어(150)와 제1 구동축(14)은 스플라인 결합될 수 있다.

제2 모터(30)와 제1 모터(10)는 차량의 길이방향으로 배치되어 모터 하우징(50) 내에 수용된다. 제2 모터(30)의 출력인 또는 제2 모터(30)의 출력이 입력되는 제2 입력축(32)은 제1 구동축(14)의 반대측의 휠축인 제2 구동축(34)과 동축선상에 배치된다. 또한, 제2 입력축(32)은 제1 구동축(14)과도 동축선상에 놓이게 된다.

제2 모터(30)는 제2 감속세트(300)를 통해 감속된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 제2 감속세트(300)는 태양기어(320), 제1 피니언 기어(330), 제2 피니언 기어(340), 링기어(350) 및 캐리어(360)를 포함한다.

제2 감속세트(300)는 제2 커버(310)에 의해 모터 하우징(50)에 결합된다. 제2 커버(310) 내에는 태양기어(320), 제1 피니언 기어(330), 제2 피니언 기어(340), 링기어(350) 및 캐리어(360)가 작동가능하게 수용된다.

태양기어(320)는 제2 입력축(32)과 동축으로 배치되어 제2 입력축(32)과 함께 회전가능하게 구성된다.

태양기어(320)의 외주에는 하나 이상의 제1 피니언 기어(330)가 맞물려 회전하도록 배치되고, 제1 피니언 기어(330)의 중심축은 태양기어(320)와 평행하게 배치된다. 하나 이상의 제1 피니언 기어(330)는 태양기어(320)의 둘레방향을 따라 일정 거리 이격하여 배치될 수 있다.

제2 피니언 기어(340)는 제1 피니언 기어(330)와 일체로 형성된다. 제2 피니언 기어(340)는 제1 피니언 기어(330)와 동축선 상에 놓이고 제1 피니언 기어(330)로부터 일정 거리 이격하여 형성된다. 일 구현예에서, 제1 피니언 기어(330)와 제2 피니언 기어(340)는 일체로 형성되되, 각 기어(330, 340)의 티스 부분은 서로 일정 거리 이격하여 마련되고 각 기어(330, 340)를 연결하는 연장부가 마련될 수 있다. 따라서, 제2 피니언 기어(340)는 제1 피니언 기어(330)와 함께 회전하도록 구성된다.

제1 피니언 기어(330)와 제2 피니언 기어(340)에는 피니언샤프트(370)가 삽입된다. 제1 피니언 기어(330)와 피니언샤프트(370) 사이에는 제1 피니언 지지베어링(332)이 배치되고, 제2 피니언 기어(340)와 피니언샤프트(370) 사이에는 제2 피니언 지지베어링(342)이 배치된다. 따라서, 피니언샤프트(370)는 제1 피니언 기어(330) 및 제2 피니언 기어(340)와 다른 회전속도를 가질 수 있다.

제2 피니언 기어(340)의 외측에는 링기어(350)가 배치되어 제2 피니언 기어(340)는 링기어(350)를 따라 회전한다. 링기어(350)는 제2 커버(310) 내에 고정되고, 제2 피니언 기어(340)는 링기어(350)의 내주를 따라 회전이동하도록 구성된다.

피니언샤프트(370)는 캐리어(360)에 연결된다. 캐리어(360)는 하나 이상의 피니언샤프트(370)를 포함하여 하나 이상의 제1 피니언 기어(330) 및 제2 피니언 기어(340)를 둘레방향으로 균등하게 배치시킨다. 제2 피니언 기어(340)가 링기어(350)를 따라 회동하면서 캐리어(360)도 회전운동한다.

캐리어(360)는 출력요소로서, 제2 감속세트(300)를 통한 출력을 제2 구동축(34)에 전달한다. 제2 구동축(34)은 제2 결합부(380)를 포함하고, 제2 구동축(34)은 제2 결합부(380)에 의해 캐리어(360)에 슬라이딩 결합될 수 있다. 일 구현예에서, 제2 구동축(34)은 캐리어(360)에 스플라인 결합될 수 있다. 도 2에서 미표시 도면부호 500은 베어링 서포트를 가리킨다.

이와 같이, 제1 구동축(14)은 제2 구동축(34)과 동축선에 놓이고, 제1 구동축(14)과 제2 구동축(34)은 각각 양 측의 휠(850)에 구동력을 제공한다.

도 4 내지 5에는 제1 모터(10)와 제1 감속세트(100) 및 제2 모터(30) 및 제2 감속세트(300)를 통한 동력 전달 경로가 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 각 휠에 모터와 감속기가 독립적으로 연결되어 각 휠의 속도와 토크가 독립적으로 제어된다. 도면에서 우측의 휠(850)은 제1 모터(10)와 제1 감속세트(100)에 의해 구동되고, 좌측의 휠(850)은 제2 모터(30)와 제2 감속세트(300)에 의해 구동된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 파워트레인 구조는 제1 감속세트(100)를 대신하여 두 개의 제2 감속세트(300, 300')를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서, 제1 모터(10)의 감속은 제1 감속세트 대신 제2 감속세트(300')를 통해 이루어질 수 있다. 제2 감속세트(300')는 제2 감속세트(300)와 동일한 구성요소로 이루어지는 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이때 캐리어(360')의 출력은 외접기어(390)를 통해 제1 구동축(14)에 전달된다는 차이가 있다.

본 발명에 따르면, 양 휠 중 어느 하나의 구동축과 모터 및 감속기가 동축으로 배치되고, 양 휠 중 다른 하나의 구동축에는 모터 및 감속기가 평행하게 배치된다. 이로 인하여 서스펜션에 대한 간섭과 실내공간에 대한 간섭을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 파워트레인 구조에서는 폭방향 길이(L1)가 감소되어 서스펜션과의 간섭이 회피될 수 있고, 길이방향 길이(L2)를 감소시켜 실내공간 확보를 방해하지 않도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 개의 모터가 평행하게 중첩 배치되고, 디프런셜 장치 없이 각 휠에 동력을 전달하는 구조로 폭방향 길이가 작은 이점을 제공한다.

본 발명에 따르면, 듀얼모터 파워트레인을 위한 전용 플랫폼 개발이 요구되지 않으며 기존 플랫폼을 활용하여 듀얼모터 파워트레인의 구현이 가능하다.

본 발명에 따르면, 모터 하우징과 파워트레인이 일체화되어 차량에 안정적으로 장착이 가능한 바 NVH (Noise, Vibration & Harshness) 및 내구 성능 확보에 유리하다.

본 발명은 디프런셜 장치 없이 직접 구동되어 동력 전달 효율이 우수하다.

본 발명은 좌측 휠 및 우측 휠을 독립적으로 구동가능하게 함으로써 토크 벡터링 성능이 우수하여 다이나믹한 선회 주행을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 듀얼모터에 의한 구동으로 고성능 차량 개발을 가능하게 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 제1 모터 12: 제1 입력축
13: 연결축 14: 제1 구동축
30: 제2 모터 32: 제2 입력축
34: 제2 구동축 50: 모터 하우징
100: 제1 감속세트 110: 제1 커버
120: 제1 구동기어 130: 제2 구동기어
140: 제1 피동기어 150: 제2 피동기어
160: 제1 결합부 300: 제2 감속세트
310: 제2 커버 320: 태양기어
330: 제1 피니언 기어 332: 제1 피니언 베어링
340: 제2 피니언 기어 342: 제2 피니언 베어링
350: 링기어 360: 캐리어
370: 피니언샤프트 380: 제2 결합부
390: 외접기어 500: 베어링 서포트

Claims

차량의 구동륜 중 제1 휠을 구동시키기 위한 제1 모터;
상기 제1 모터로부터의 동력을 제1 휠에 전달하기 위한 제1 감속세트;
상기 구동륜 중 제2 휠을 구동시키기 위한 제2 모터; 및
상기 제2 모터로부터의 동력을 제2 휠에 전달하기 위한 제2 감속세트를 포함하고,
상기 제1 감속세트는 제2 감속세트와 서로 다른 것인 파워트레인 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 모터의 출력축인 제1 입력축과 상기 제1 휠의 제1 구동축은 평행하게 배치되고,
상기 제2 모터의 출력축인 제2 입력축과 상기 제2 휠의 제2 구동축은 동축선상에 배치되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 감속세트는,
상기 제1 입력축에 동축으로 배치되어 제1 입력축과 함께 회전하도록 구성되는 제1 구동기어;
상기 제1 구동기어와 맞물려 회전하도록 상기 제1 구동기어와 평행하게 배치되는 제1 피동기어;
상기 제1 피동기어와 연결축에 의해 일정 거리 이격하여 배치되고 상기 제1 피동기어와 함께 회전하도록 구성되는 제2 구동기어; 및
상기 제2 구동기어와 맞물려 회전하도록 상기 제2 구동기어와 평행하게 배치되는 제2 피동기어;
를 포함하는 것인 파워트레인 구조.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 휠의 제1 구동축은 상기 제2 피동기어에 결합되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제2 감속세트는,
상기 제2 입력축에 동축으로 배치되어 제2 입력축과 함께 회전하도록 구성되는 태양기어;
상기 태양기어와 맞물려 회전하도록 상기 태양기어와 평행하게 배치되는 제1 피니언 기어;
상기 제1 피니언 기어와 일체로 형성되는 제2 피니언 기어;
상기 제2 피니언 기어가 내주면을 따라 이동하고, 고정되는 링기어; 및
상기 제2 피니언 기어가 링기어의 내주면을 따라 이동함에 따라 회전하도록 상기 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어에 연결되는 캐리어;
를 포함하는 것인 파워트레인 구조.
청구항 5에 있어서, 상기 캐리어는 상기 제2 구동축에 결합되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 5에 있어서, 상기 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어를 관통하고 상기 캐리어에 연결되는 피니언샤프트를 포함하는 것인 파워트레인 구조.
청구항 7에 있어서, 상기 피니언샤프트 및 제1 피니언 기어의 사이 그리고 상기 피니언샤프트 및 제2 피니언 기어의 사이에는 각각 제1 피니언 베어링 및 제2 피니언 베어링이 배치되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 모터 및 제2 모터는 모터 하우징에 수용되고, 상기 제1 감속세트와 제2 감속세트는 모터 하우징에 각각 결합되는 제1 커버 및 제2 커버에 의해 수용되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 구동축은 상기 제2 피동기어와 스플라인 결합되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 6에 있어서, 상기 제2 구동축은 상기 캐리어와 스플라인 결합되는 것인 파워트레인 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 감속세트 및 제2 감속세트는, 각각,
각각 제1 입력축 또는 제2 입력축에 동축으로 배치되어 제1 입력축 또는 제2 입력축과 함께 회전하도록 구성되는 태양기어;
상기 태양기어와 맞물려 회전하도록 상기 태양기어와 평행하게 배치되는 제1 피니언 기어;
상기 제1 피니언 기어와 일체로 형성되는 제2 피니언 기어;
상기 제2 피니언 기어가 내주면을 따라 이동하고, 고정되는 링기어; 및
상기 제2 피니언 기어가 링기어의 내주면을 따라 이동함에 따라 회전하도록 상기 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어에 연결되는 캐리어;
를 포함하고,
상기 제1 감속세트는 상기 제1 감속세트의 캐리어와 맞물려 회전하도록 외접하는 외접기어를 더 포함하는 것인 파워트레인 구조.