KR20230102479A - 인휠 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차체에 결합되는 너클(130)과, 인휠모터(150)와, 휠(160)과, 휠베어링(120)을 포함하며; 상기 인휠모터(150)는 로터(153)와 스테이터(151)를 포함하고; 상기 휠베어링(120)은 고정륜과, 회전륜과, 상기 고정륜과 회전륜 사이에서 축 방향으로 서로 이격된 복열의 제1전동체열을 가지는 전동체열을 포함하며; 상기 너클(130)과 스테이터(151)는 휠베어링(120)의 고정륜에 결합되고, 상기 로터(153)와 휠(160)은 휠베어링(120)의 회전륜과 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 휠베어링(120)이 너클(130)에 대하여 휠(160)을 회전 가능하게 지지하며; 상기 휠베어링(120)은 축 방향 양측의 제1전동체열 사이에 강성향상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100)에 관한 것이다.

Description

인휠 구동 시스템{An in-wheel drive system}

본 발명은 인휠 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 강성과 낮은 마찰 토크 성능을 가지는 인휠 구동 시스템에 관한 것이다.

인휠모터는 가솔린 또는 디젤 자동차에서의 엔진-미션-구동축을 통한 동력 전달에 의해 바퀴가 회전 구동하는 방식과는 달리 휠 림 내부에 배치되는 인휠모터에 의해 동력이 휠에 직접 전달된다. 따라서, 인휠모터를 적용하는 경우 엔진, 변속기나 차동기어와 같은 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있어 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있다.

도 1은 인휠모터가 차량의 휠 내부에 설치된 인휠 구동 시스템을 도시한 것이다. 인휠모터는 서로 마주보도록 배치된 스테이터(17)와 로터(18)를 구비한다. 스테이터(17)에는 코일(17a)이 권선되며 로터(18)에는 자석(18a)이 구비된다. 인휠모터의 스테이터(17)는 스테이터 브래킷(8)을 매개로 너클(3)에 고정된다. 너클(3)은 직접 또는 다른 요소들을 매개로 차체에 고정되어 있기 때문에 인휠모터의 스테이터(17)도 차체에 고정된다.

인휠모터의 로터(18)는 로터 브래킷(13)을 매개로 휠(14)에 고정된다. 인휠모터가 작동하여 로터(18)가 스테이터(17)에 대해 회전하면 휠(14)도 함께 회전한다. 휠(14)을 회전을 가능하게 지지하도록 휠 베어링의 회전부가 휠(14)에 고정되는데, 휠베어링의 고정부는 너클(3)에도 함께 고정된다.

도 1을 참조하면, 휠베어링의 내륜(5)이 휠(14)에 고정되고, 외륜(7)이 너클(3)에 고정된다. 너클(3)에는 가운데에 구멍이 있어서 이 구멍에 휠 베어링이 삽입된다. 너클(3)의 상기 가운데 구멍 주변에는 볼트(9)가 관통하는 구멍이 형성된다. 스테이터(17)가 고정되어 있는 스테이터 브래킷(8)에도 볼트(9)가 관통하는 구멍이 형성된다. 휠베어링의 외륜(7)에는 플랜지(7a)가 반경방향 외측으로 연장 형성된다. 플랜지(7a)에는 볼트(9)가 나사 체결되는 구멍이 형성된다. 차체 측부터 너클(3), 스테이터 브래킷(8), 외륜(7)의 플랜지(7a)가 순서대로 배열되고 볼트(9)에 의해 함께 고정된다.

로터(18)는 로터 브래킷(13)에 의해 지지되며, 로터 브래킷(13)은 볼트와 너트에 의해 휠베어링 내륜(5), 브레이크 디스크(12), 휠(14)과 함께 고정된다.

인휠 구동 시스템이 적용되는 전기차의 경우 무거운 배터리 시스템의 무게로 인해 휠(14)에 큰 하중이 작용하며, 차체(너클)에 대하여 휠(14)을 회전 가능하게 지지하는 휠베어링에 큰 하중이 작용하나, 인휠 구동 시스템의 구조 상 큰 하중 지지를 위하여 휠베어링의 직경을 크게 하는 데는 한계가 있다.

대한민국 등록번호 제10-0875004호 등록특허공보 대한민국 공개번호 제10-2021-0136026호 공개특허공보

본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 강성이 향상되며 큰 하중에 의한 수명 단축을 방지할 수 있는 인휠 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 차체에 결합되는 너클과, 인휠모터와, 휠과, 휠베어링을 포함하며; 상기 인휠모터는 로터와 스테이터를 포함하고; 상기 휠베어링은 고정륜과, 회전륜과, 상기 고정륜과 회전륜 사이에서 축 방향으로 서로 이격된 복열의 제1전동체열을 가지는 전동체열을 포함하며; 상기 너클과 스테이터는 휠베어링의 고정륜에 결합되고, 상기 로터와 휠은 휠베어링의 회전륜과 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 휠베어링이 너클에 대하여 휠을 회전 가능하게 지지하며; 상기 휠베어링은 축 방향으로 제1전동체열 사이에 강성향상부를 더 포함하는 인휠 구동 시스템을 제공한다.

상기에서, 강성향상부는 축 방향으로 상기 제1전동체열 사이에 위치하며 고정륜과 회전륜 사이 구비되는 제2전동체열인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1전동체열은 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제1전동체를 포함하고, 상기 제2전동체열은 축 방향으로 제1전동체열 사이에서 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제2전동체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제2전동체열은 양측 제1전동체열의 중심으로부터 축 방향 내측으로 편심되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 축 방향으로 상기 제2전동체열의 중심이 양측 제1전동체열의 중심으로부터 내측으로 편심된 편심량은 제1전동체열 중심 사이의 축 방향 거리의 10∼20％ 범위인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1전동체는 제1케이지의 포켓에 삽입되어 원주 방향을 따라 정렬되어 구비되고, 상기 제2전동체는 제2케이지의 포켓에 삽입되어 원주 방향을 따라 정렬되어 구비되며; 상기 제2케이지는 축 방향 내측에 내측부를 가지고 축 방향 외측에 외측부를 가지며, 상기 내측부의 축 방향 길이는 외측부의 축 방향 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템에 의하면, 강성이 향상되고, 특히 내모멘트 성능이 향상되며, 큰 하중으로 인한 수명 단축이 방지된다.

도 1은 종래 기술에 의한 인휠 구동 시스템을 도시한 반단면도이며,
도 2는 본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템을 개략적으로 도시한 반단면도이며,
도 3은 도 2의 "A"부를 확대 도시한 것이며,
도 4는 도 2의 "A"부의 확대도로서 변형 예를 도시한 것이다.

본 발명의 설명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 발명의 설명에 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 발명의 설명에 사용되는 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 발명의 설명에 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 인휠 구동 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템을 개략적으로 도시한 반단면도이며, 도 3은 도 2의 "A"부를 확대 도시한 것이며, 도 4는 도 2의 "A"부의 확대도로서 변형 예를 도시한 것이다.

도 2의 가로 방향이 축 방향이고, 세로 방향이 반경 방향이다.

본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템(100)은 차체에 결합되는 너클(130)과, 인휠모터(150)와, 휠(160)과, 휠베어링(120)을 포함한다. 도면부호 140은 브레이크를 개략적으로 도시한 것이고, 141은 브레이크슈가 구비된 브레이크슈부를, 143은 브레이크드럼을 도시한 것이다. 상기 브레이크슈부(141)는 휠베어링(120)의 고정륜에 결합되고, 브레이크드럼(141)은 휠베어링(120)의 회전륜에 결합된다. 상기 브레이크(140)로 드럼브레이크를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 디스크브레이크가 설치될 수 있다.

상기 인휠모터(150)는 로터(153)와 스테이터(151)를 포함한다. 상기 스테이터(151)에는 권선된 코일(1511)이 구비되고, 로터(153)에는 영구자석(1531)이 구비된다.

상기 휠베어링(120)은 고정륜과, 회전륜과, 상기 고정륜과 회전륜 사이에서 축 방향으로 서로 이격된 복열의 제1전동체열을 가지는 전동체열을 포함한다. 도 2에는 외륜(121)이 고정륜으로, 내륜(123)이 회전륜으로 도시되어 있다. 상기 내륜(123)에 허브(110)가 삽입된다. 상기 휠베어링(120)은 너클(130)에 대하여 휠(160)을 회전 가능하게 지지한다.

상기 너클(130)과 스테이터(151)는 휠베어링(120)의 고정륜에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이 너클(130)과 스테이터(151)는 휠베어링(120)의 외륜(121)에 볼트로 체결되어 결합된다. 볼트는 원주 방향을 따라 복수개 구비된다. 상기 외륜(121)에는 반경 방향으로 외향 연장된 외륜플랜지(1211)가 구비된다. 상기 외륜플랜지(1211)에 원주 방향을 따라 이격되어 축 방향으로 관통된 복수의 결합공이 형성되고, 결합공에 볼트가 체결되어 너클(130)과 스테이터(151)가 결합된다.

상기 로터(153)와 휠(160)은 휠베어링(120)의 회전륜과 일체로 회전하도록 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이 로터(153)와 휠(160)은 휠베어링(120)의 내륜(123)과 일체로 회전하도록 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로터(153)는 볼트 등으로 휠(160)에 체결되어 결합될 수도 있고, 도 1에 도면부호 13으로 도시한 로터브라켓을 매개로 휠(160)과 함께 내륜(123)에 볼트로 결합될 수도 있다. 상기 내륜(123)에는 반경 방향으로 외향 연장된 내륜플랜지(1231)가 구비된다. 상기 내륜플랜지(1231)에 원주 방향을 따라 이격되어 축 방향으로 관통된 복수의 결합공이 형성되고, 결합공에 볼트가 체결되어 결합된다.

상기 외륜(121)의 내경면에는 외륜궤도가 형성된다. 상기 외륜궤도는 축 방향으로 이격되어 복수개 구비된다. 상기 내륜(123)의 외경면에는 내륜궤도가 형성된다. 상기 내륜궤도는 축 방향으로 이격되어 복수개 구비된다. 도 2 내지 도 4에서 도면부호 1233은 내륜부재를 도시한 것이다. 외경측에 내륜궤도가 형성된 링형태의 내륜부재(1233)가 별도로 구비되어 내륜을 이룬다.

상기 휠베어링(120)은 외륜(121)과 내륜(123) 사이에 전동체열이 구비된다. 상기 전동체열은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 축 방향으로 서로 이격된 복열의 제1전동체열을 포함한다. 상기 제1전동체열은 축 방향으로 서로 이격되어 2열로 구비된다. 상기 제1전동체열은 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제1전동체(125)를 포함한다. 상기 제1전동체(125)는 제1케이지(126)의 포켓에 삽입되어 구비된다. 상기 제1케이지(126)는 링 형태이다. 상기 제1케이지(126)에는 원주 방향을 따라 복수의 포켓이 형성된다. 상기 제1케이지(126)는 외륜(121)과 내륜(123) 사이에 구비된다. 상기 제1전동체(125)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 테이퍼롤러일 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 볼일 수도 있다.

상기 휠베어링(120)은 축 방향으로 제1전동체열 사이에 강성향상부를 더 포함한다. 상기 강성향상부는 반경 방향으로 외륜(121)과 내륜(123) 사이에 구비된다. 상기 강성향상부는 축 방향으로 상기 제1전동체열 사이에 위치하며 고정륜과 회전륜 사이에 구비되는 제2전동체열이다. 상기 제2전동체열은 축 방향으로 제1전동체열 사이에서 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제2전동체(127)를 포함한다.

상기 제2전동체(127)는 제2케이지(128)의 포켓에 삽입되어 구비된다. 상기 제2케이지(128)는 링 형태이다. 상기 제2케이지(128)에는 원주 방향을 따라 복수의 포켓이 형성된다. 상기 제2케이지(128)는 외륜(121)과 내륜(123) 사이에 구비된다. 상기 제2전동체(125)는 볼일 수도 있으나, 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 원통형으로 하는 것이 바람직하다. 상기 제2전동체(125)가 원통형으로 형성되어 부하에 대한 강성이 더 크게 증가하며 모멘트에 대한 변형도 억제된다. 하중이나 모멘트에 대한 변형이 억제되어 토크도 감소한다. 또한, 부하가 큰 경우에도 제1전동체열을 이루는 제1전동체(125)를 볼로 하는 것이 가능하여 토크도 감소될 수 있다.

상기 제2전동체(127)는 축 방향으로 제1전동체(125) 사이에 위치한다.

상기 제1전동체열 사이에 제2전동체열이 더 구비되므로 강성이 향상된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2전동체열은 양측 제1전동체열의 중심(C1)으로부터 축 방향 내측(너클 쪽)으로 편심되어 위치하는 것이 바람직하다. 상기 제2전동체열이 양측 제1전동체열의 중심(C1)으로부터 축 방향 내측(너클 쪽)으로 편심되어 위치하므로, 휠(160)에 설치되는 타이어(도시하지 않음)에 작용하는 하중에 의한 모멘트에 대한 휠베어링(120)의 저항 성능이 더 향상한다.

또한, 대한민국 공개특허 제 2021-0136026호의 도1에 도시된 바와 같이 감속기가 축방향으로 모터와 연결되어 인휠 시스템에 일체로 구비되어 하중이 이 증가하고 휠베어링의 축방향 폭이 길어지는 경우 모멘트도 커지는 구조에서 모터와 감속기의 연결부위를 지지하는 휠베어링 부분에 전동체를 추가하여 한정된 인휠 시스템 내부공간에서 전동체의 크기를 증가시키지 않으면서도 이들 하중과 모멘트에 대한 지지강성이 충분하게 된다.

도 3 및 도 4에서 C2는 제2전동체열의 축 방향 중심이다. 제2전동체열의 축 방향 중심(C2)은 제2전동체(127)의 중심이 된다.

제1전동체열을 이루는 제1전동체(125)가 볼이면 볼의 중심이 제1전동체열의 중심이 된다. 제1전동체열을 이루는 제1전동체(125)가 테이퍼롤러이면 테이퍼롤러 길이의 ½위치가 제1전동체열의 중심이 된다. 양측 제1전동체열을 이루는 제1전동체(125)의 중심 사이의 축 방향 거리가 제1전동체열 중심 사이의 축 방향 거리(L)가 된다.

축 방향으로 상기 제2전동체열의 중심(C2)이 양측 제1전동체열의 중심(C1)으로부터 내측으로 편심된 편심량(G)은 제1전동체열 중심 사이의 축 방향 거리(L)의 10∼20％ 범위인 것이 바람직하다.

상기 편심량(G)이 10％보다 작은 경우 모멘트에 대한 저항 성능 향상이 크지 않고, 편심량(G)이 20％보다 큰 경우 내측 제1전동체열과의 간섭이 발생할 수 있어 제2전동체의 길이가 짧아져야 하므로 강성 향상이 제약된다.

상기 제2케이지(128)는 축 방향 내측에 내측부(1282)를 가지고 축 방향 외측에 외측부(1281)를 가진다. 상기 내측부(1282)는 포켓의 축 방향 내측으로 위치하는 부분이며, 외측부(1281)는 포켓의 축 방향 외측으로 위치하는 부분이다. 상기 제2케이지(128)는 원주 방향을 따라 이격된 창살을 가진다. 상기 내측부(1282)와, 외측부(1281)와, 창살에 의하여 포켓이 형성된다. 본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템(100)에서 상기 내측부(1282)의 축 방향 길이는 외측부(1281)의 축 방향 길이보다 짧다. 상기 내측부(1282)의 축 방향 길이가 외측부(1281)의 축 방향 길이보다 짧아, 제2전동체열은 축 방향 내측으로 편심되어 위치하게 된다.

상기 제2케이지(128)의 축 방향 길이는 양측의 제1케이지(126)의 내측 단부 사이의 축 방향 거리보다 짧게 형성되어, 제2케이지(128)와 제1케이지(126) 사이에 간극이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르는 인휠 구동 시스템(100)에서 외륜(121)의 내경에는 제1전동체열이 위치하는 부분에 더하여, 제2전동체열이 위치하는 부분에 원주 방향을 따라 외륜궤도가 형성되며, 내륜(123)의 외경에는 제1전동체열이 위치하는 부분에 더하여, 제2전동체열이 위치하는 부분에 원주 방향을 따라 내륜궤도가 형성된다. 상기 내륜(123)에 형성되는 제2전동체열이 위치하는 내륜궤도(1232)는 오목하게 형성되고, 원통형 제2전동체(127)가 위치할 수 있다. 제2전동체(127)가 오목하게 형성된 내륜궤도(1232)에 위치하므로 베어링 작동 시 제2전동체열의 축방향 위치가 유지될 수 있다.

100: 인휠 구동 시스템 110: 허브
120: 휠베어링 130: 너클
140: 브레이크 150: 인휠모터
160: 휠

Claims (6)

1. 차체에 결합되는 너클(130)과, 인휠모터(150)와, 휠(160)과, 휠베어링(120)을 포함하며;
   상기 인휠모터(150)는 로터(153)와 스테이터(151)를 포함하고;
   상기 휠베어링(120)은 고정륜과, 회전륜과, 상기 고정륜과 회전륜 사이에서 축 방향으로 서로 이격된 복열의 제1전동체열을 가지는 전동체열을 포함하며;
   상기 너클(130)과 스테이터(151)는 휠베어링(120)의 고정륜에 결합되고, 상기 로터(153)와 휠(160)은 휠베어링(120)의 회전륜과 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 휠베어링(120)이 너클(130)에 대하여 휠(160)을 회전 가능하게 지지하며;
   상기 휠베어링(120)은 축 방향으로 제1전동체열 사이에 강성향상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).
2. 제1 항에 있어서, 상기 강성향상부는 축 방향으로 상기 제1전동체열 사이에 위치하며 고정륜과 회전륜 사이에 구비되는 제2전동체열인 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).
3. 제2 항에 있어서, 상기 제1전동체열은 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제1전동체(125)를 포함하고, 상기 제2전동체열은 축 방향으로 제1전동체열 사이에서 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 제2전동체(127)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).
4. 제3 항에 있어서, 상기 제2전동체열은 양측 제1전동체열의 중심으로부터 축 방향 내측으로 편심되어 위치하는 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).
5. 제4 항에 있어서, 축 방향으로 상기 제2전동체열의 중심이 양측 제1전동체열의 중심으로부터 내측으로 편심된 편심량(G)은 제1전동체열 중심 사이의 축 방향 거리(C1)의 10∼20％ 범위인 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).
6. 제4 항에 있어서, 상기 제1전동체(125)는 제1케이지(126)의 포켓에 삽입되어 원주 방향을 따라 정렬되어 구비되고, 상기 제2전동체(127)는 제2케이지(128)의 포켓에 삽입되어 원주 방향을 따라 정렬되어 구비되며;
   상기 제2케이지(128)는 축 방향 내측에 내측부(1282)를 가지고 축 방향 외측에 외측부(1281)를 가지며, 상기 내측부(1282)의 축 방향 길이는 외측부(1281)의 축 방향 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 인휠 구동 시스템(100).

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