KR20230140092A - 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템에 관한 것으로서, 특히, 인휠 구동장치 케이블에 작용하는 힘을 완화하고, 케이블과 주변 장치의 마찰을 저감하여 케이블의 내구성을 향상시킬 수 있는 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템에 관한 것이다.

Description

전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템{Electric drive platform applied in-wheel motor drive system}

본 발명은 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템에 관한 것으로서, 특히, 인휠 구동장치 케이블에 작용하는 힘을 완화하고, 케이블과 주변 장치의 마찰을 저감하여 케이블의 내구성을 향상시킬 수 있는 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템에 관한 것이다.

화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진을 구비하는 종래의 자동차의 대안으로서 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기 자동차 등이 부각되고 있다.

[0003] 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진에서 발생되는 동력 및 전기 모터에서 발생되는 동력을 함께 사용하는 반면 전기 자동차는 배터리의 전기에너지로 구동되는 전기 모터에서 발생되는 동력만을 사용하며, 연료전지 자동차는

수소로부터 만들어 낸 전기에너지로 구동되는 전기모터에서 발생되는 동력만을 사용하는 자동차이다.

[0004] 인휠 시스템(In-wheel system)은 전기 모터가 엔진룸이 아닌 차륜의 휠 안으로 장착되어 구동력을 직접적으로 각 휠에서 제어하는 시스템으로, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 전기 자동차와 같이 전기 모터를 휠의 구동원으로 사용하는 자동차에서 사용된다.

[0005] 인휠 시스템은 자동차 설계 방식과 조립 라인에 큰 변화를 가져온다. 즉, 인휠 시스템을 채용하면 엔진룸을 기본으로 엔진을 지지하는 서브 프레임, 차체 등 엔진 주변부 형상 및 기능이 대폭 변경 설계될 것이다.

[0006] 또한 휠 안에 장착할 모듈로 제작된 인휠 모듈은 자동차 서브 조립라인에서 소비자가 요구하는 출력의 인휠 모듈을 서열 공급하여 조립하는 형태로 전환될 수 있게 한다.

[0007] 그럼으로써 자동차의 핵심기술인 엔진구동계가 인휠 모듈을 통해 외부에서 제조되어 자동차에 조립될 수 있다.

자동차 제조사 입장에서 보면, 전체적인 차량 목표 성능과 디자인에 중점을 두고 부품업체와 협업할 수 있어 개발 비용을 절감하고 개발 위험을 분산할 수 있는 이점이 있다.

[0008] 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0040459호(2011년 4월 20일 공개, 발명의 명칭: 인휠시스템용 차륜구동장치)에 개시되어 있다.

일반적인 인휠 구동장치는 인휠모터와 전원부를 이어주는 케이블에 반복적으로 하중이 작용하고, 주행 중 노면으로부터의 충격에 의하여 형상이 변경되어 주변부품에 케이블이 쓸리게 되어 케이블의 파손이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 인휠 구동장치의 케이블에 작용하는 힘을 완화하고, 케이블과 차체 등의 주변 부품 사이에서 발생하는 마찰을 줄여 내구성이 향상된 인휠 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

차체에 고정되는 메인프레임, 인휠모터, 조향모터, 현가장치를 포함하는 조향 프레임으로 구성됨으로써, 하나의 모듈에 구동, 조향, 현가 시스템이 통합되어 있고, 시스템 구성 시 각 모듈이 기계적으로 연결되지 않아 차체 설계 자유도 높으며, 각 모듈을 독립적으로 조향하여, 별도의 제동장치 없이도 차량의 제동력 발생 가능한 한편, 각 모듈의 가능 조합에 따라, 구동륜, 종동륜, 조향륜 등 다양한 조합 생성 가능 및 모듈을 여러 개 장착하여 4륜이상의 다륜 구동 시스템 구축 가능한 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인휠 구동장치는, 인휠모터부에 전력을 공급하는 케이블이 나선형상으로 안내되므로, 상하 방향으로 하중이 작용할 때 케이블에 작용하는 하중이 고르게 분포된다.

또한, 본 발명은 이동안내부 및 차체진입부를 두어, 차량의 조향을 위하여 바퀴와 함께 인휠모터부가 회전할 때, 이에 연동하여 변형되는 케이블의 길이방향변형 및 회전변형에 따른 차체 및 주변 부품과의 마찰 및 소음을 줄여주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 인휠 구동장치는, 오염방지부를 두어 이물질이 차체에 진입하지 않게 함으로써 차체의 오염 등을 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 케이블홀더부에 의하여 안내되는 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 코일스프링의 중공을 통하여 안내되는 단면을 나타내는 도면이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동안내부를 나타내는 도면이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동안내부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 차체진입부를 통하여 안내되는 단면을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 차체진입부를 통하여 안내되는 것을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체진입부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염방지부의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치가 도시된 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)는, 전원부(10), 인휠모터부(20), 현가부(30), 케이블(40)을 포함한다.

전원부(10)는 차체(5)에 장착되어 전기에너지를 발생시킨다. 전원부(10)는 차체(5)에 장착되는 배터리, 엔진의 기계에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기 등이 될 수 있으며, 전기에너지를 발생시키는 기술 사상 안에서 다양한 구성 및 형상을 가질 수 있다.

인휠모터부(20)는 바퀴에 연결되어 전기에너지를 회전에너지로 전환시키고, 전환된 회전에너지를 이용하여 바퀴를 회전시킨다.

현가부(30)는 인휠모터부(20)와 차체(5)를 연결하며, 노면에서 받는 충격에너지를 흡수하는 코일스프링(31)과 코일스프링(31)의 내측에서 코일스프링(31)의 진동을 제한하는 쇽업소버로드(33)를 포함한다.

현가부(30)는 인휠모터부(20)의 하우징 등에 직접 연결되거나, 인휠모터부(20)의 주변 장치인 차축, 차축에 연결된 너클 등을 통하여 간접적으로 연결될 수 있다.

현가부(30)는 노면으로부터의 충격이 차체에 전달되는 것을 방지할 수 있는 효과를 향상시키기 위하여 설계 사양에 따라 장착되는 위치가 변경 될 수 있다.

케이블(40)은 일측이 인휠모터부(20)에 연결되고, 현가부(30)의 길이방향을 따라 나선 형상으로 안내되어 타측이 전원부(10)에 연결된다. 케이블(40)은 전원부(10)에서 발생된 전력을 인휠모터부(20)에 전달한다.

케이블(40)은 하나 또는 다수개의 전선을 포함할 수 있으며, 전선의 외측을 절연물로 둘러싸는 형태이다. 케이블(40)은 다수개의 전선을 포함하는 경우 다수개의 전선 각각이 별개로 전원부(10)에 안내될 수 도 있고, 관리의 편의 등을 위해 프로텍터 등으로 다수개의 전선을 감싸서 일체로써 전원부(10)에 안내될 수 도 있다.

본 실시예에서 케이블(40)은 코일스프링(31)을 따라 안내된다. 케이블(40)은 전원부(10)와 인휠모터부(20)를 연결하며, 코일스프링(31)의 형상으로 케이블(40)이 배치되면 노면에서 전달되는 충격에 의해 인휠모터부(20)가 상하 방향으로 이동하고, 코일스프링(31)이 변형되는 정도에 따라 변형된다.

케이블(40)은 나선 형상으로 배치됨으로써, 케이블(40)의 변형정도가 케이블(40)의 특정부위에 집중되는 것을 방지하고, 케이블(40)의 불규칙 변형에 의하여 주변 부품과의 사이에서 발생하는 간섭을 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 케이블홀더부에 의하여 안내되는 단면을 나타내는 도면이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에서 인휠 구동장치(1)는 케이블홀더부(50)를 더 포함한다. 케이블홀더부(50)는 케이블(40)에 결합되어 케이블(40)이 코일스프링(31)을 따라 안내되도록 한다.

본 실시예에서 케이블홀더부(50)는 스프링결합부(51)와 케이블결합부(55)를 포함한다.

스프링결합부(51)는 코일스프링(31)을 따라 코일스프링(31)에 대응되게 형성된다. 본 실시예에서 스프링결합부(51)는 "∩"형상으로 하측이 개방되어 있어서 코일스프링(31)을 진입시켜 끼움 결합할 수 있게 구성된다.

케이블결합부(55)는 스프링결합부(51)가 코일스프링(31)의 일측으로 연장 형성되고, 케이블(40)이 안착된다. 본 실시예에서 케이블결합부(55)는 "∪"형상으로 스프링결합부(51)에서 연장되며, 상측이 개방되어 있어서, 케이블(40)을 진입시켜 끼움 결합할 수 있게 구성된다.

케이블홀더부(50)는 코일스프링(31)에 결합되어 코일스프링(31)과 함께 변형되므로 탄성 재질을 포함하여 이루어진다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블(40)이 코일스프링(31)의 중공(32)을 통하여 안내되는 단면을 나타내는 도면이다

도 3을 참고하면, 케이블(40)은 코일스프링(31)의 내부에 형성되는 중공(32)에 안착되어 코일스프링(31)을 따라 안내될 수 있다.

케이블(40)이 중공타입 코일스프링(31)의 내부로 인입되면, 케이블(40)을 나선형상으로 배치하기 위하여 케이블

홀더부(50) 등의 구성을 추가하지 않고, 케이블(40)을 코일스프링(31)의 내측에 삽입하여 나선 형상으로 안내할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동안내부를 나타내는 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동안내부의 단면을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에서 인휠 구동장치(1)는 전원부(10)와 현가부(30) 사이에 위치하여 케이블(40)이 차체(5)에 쓸리는 것을 방지하는 이동안내부(60)를 더 포함한다.

본 실시예에서 이동안내부(60)는 케이블(40)이 끼움 결합되어 안착되는 케이블안착부(61), 제1회전부(63), 제1안내부(65)를 포함한다.

제1회전부(63)는 케이블안착부(61)가 회전 가능하게 결합된다. 제1회전부(63)는 케이블안착부(61)에서 하측으로 연장되는 부분을 외측에서 감싸고, 회전에 따른 마찰을 감소시키기 위하여 베어링 등으로 구성된다.

제1안내부(65)는 제1회전부(63)의 외측을 이동 가능하게 지지한다. 제1안내부(65)는 제1회전부(63)의 외주면을 따라 형성되는 오목부 또는 볼록부와 대응되게 구성되며, 차체(5)에 용접 등의 방법으로 결합되어 제1회전부(63)가 내측에서 이동 가능하게 한다.

본 발명의 일 실시예에서 케이블(40)은 쇽업소버로드(33)의 회전축의 연장선이 차체(5)와 만나는 곳을 통하여 차체(5)에 진입한다.

케이블(40)은 인휠모터부(20)의 회전에 따라 연동하여 회전하며, 회전에 의해 케이블(40)이 차체(5)에 쓸리는 것을 방지하기 위하여 차체(5)에 진입하는 부위에 회전 가능하게 결합된다.

본 실시예에서 현가부(30)는 차체(5)에 고정되는 인슐레이터(34), 인슐레이터(34)의 내측에 고정되고 다공성 재질 등을 포함하여 변형이 가능한 부싱(35), 연장부(36), 제2회전부(39)를 더 포함한다.

연장부(36)는 일측이 부싱(35)에 고정되고, 타측이 쇽업소버로드(33)에 고정되어 부싱(35)과 쇽업소버로드(33)를 이격시킨다. 연장부(36)는 쇽업소버로드(33)와 부싱(35)을 이격시켜 부싱(35)을 통하여 차체(5)에 진입할 수 있도록 한다.

연장부(36)는 연장볼트(37)와 쇽업소버로드(33)의 상측에 고정되는 로드브라켓(38)을 포함한다.

연장볼트(37)는 부싱(35)과 쇽업소버로드(33)를 이격시킨다. 본 실시예에서 연장볼트(37)는 부싱(35)을 상하측으로 관통하고, 쇽업소버로드(33)의 상측에 고정된 로드브라켓(38)에 너트 등으로 나사 결합된다.

제2회전부(39)는 부싱(35)에 고정되고 내측에 케이블(40)을 회전 가능하게 한다. 제2회전부(39)는 부싱(35)의 내주면에 끼움 결합 등의 방법으로 고정되고, 베어링 등으로 구성되어 내측에 끼워진 케이블(40)이 회전 가능하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 차체진입부를 통하여 안내되는 단면을 나타내는 개략도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블이 차체진입부를 통하여 안내되는 것을 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체진입부를 나타내는 도면이다.

[0063] 도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 실시예에서 인휠 구동장치(1)는 차체진입부(70)를 더 포함한다. 차체진입부(70)는 케이블(40)이 인슐레이터(34)를 통과하여 차체(5)에 진입하는 경우가 아닌, 차체(5)에 바로 진입하는 경우에 케이블(40)을 회전 및 이동 가능하게 지지하는 역할을 한다.

본 실시예에서 차체진입부(70)는 제3회전부(71), 제2안내부(73)를 포함한다.

제3회전부(71)는 케이블(40)의 외측을 회전 가능하게 감싸며 지지하며, 베어링 등을 포함한다.

제2안내부(73)는 케이블(40)이 차체(5)에 진입하도록 개구부(75)가 형성되어 케이블(40)이 진입 가능하게 하고, 제3회전부(71)의 양측을 개구부(75)를 따라 이동 가능하게 지지한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염방지부의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 9를 참고하면, 본 실시예에서 차체진입부(70)는 오염방지부(80)를 더 포함한다.

오염방지부(80)는 개구부(75)를 통하여 이물질이 차체(5)에 진입되는 것을 방지한다. 본 실시예에서 오염방지부(80)는 케이블(40)의 외측을 감싸고 개구부(75)를 덮는 형상이며, 탄성 재질을 포함하여 이루어진다.

오염방지부(80)는 케이블(40)의 이동을 가능하게 함과 동시에 케이블(40)이 진입하는 개구부(75)를 통하여 이물질이 이동하는 것을 방지하기 위한 구성으로써, 자바라, 고무 등을 차체의 개구부(75)에 본딩 또는 끼움 결합등의 방법으로 고정 시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 구동장치(1)의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

케이블(40)은 인휠모터부(20)에서 연장되어 현가부(30)의 코일스프링(31)을 따라 형성되는 케이블홀더부(50) 또는 코일스프링(31) 내부의 중공(32)에 안착되어 나선 형상으로 안내된다.

케이블(40)은 부싱(35)의 내측에 장착된 제2회전부(39) 또는 차체진입부(70)를 통하여 차체(5)에 안내된다.

차체(5)에 안내된 케이블(40)은 이동안내부(60)를 거쳐 전원부(10)에 연결된다.

차량의 주행에 따라 바퀴는 상하 방향 이동 또는 회전하게 된다.

바퀴에 결합된 인휠모터부(20)가 상하 방향으로 이동하게 되면 코일스프링(31)이 압축 또는 인장되고, 이에 따라 케이블(40)이 같이 변형된다.

케이블(40)은 코일스프링(31)과 같이 상하 방향으로 변형되는데, 이에 따라 케이블(40)에 회전력 및 인장력이 작용하게 된다. 케이블(40)은 회전력 및 인장력의 작용에 의하여 회전하거나 위치가 변경된다.

케이블(40)은 현가부(30) 상측에 있는 제2회전부(39) 또는 차체진입부(70)에 의하여 차체(5)와 마찰이 없이 회전 가능하다.

케이블은 이동안내부에 의하여 이동이 가능하여 위치변경에 의하여 차체(5)에 쓸리는 정도가 저감되고, 차체(5)에 쓸리는 것을 방지하게 된다.

본 발명에 따른 인휠 구동장치(1)는, 인휠모터부(20)에 전력을 공급하는 케이블(40)이 나선 형상으로 안내되므로, 상하 방향으로 하중이 작용할 때 케이블(40)에 작용하는 하중이 고르게 분포된다.

또한, 본 발명은 이동안내부(60) 및 차체진입부(70)를 두어, 차량의 조향을 위하여 바퀴와 함께 인휠모터부(20)가 회전할 때, 이에 연동하여 변형되는 케이블(40)의 길이방향 변형 및 회전변형에 따른 차체(5) 및 주변 부품과의 마찰 및 소음을 줄여주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 인휠 구동장치(1)는, 오염방지부(80)를 두어 이물질이 차체(5)에 진입하지 않게 함으로써 차체(5)의 오염 등을 줄이는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

또한, 차량용 인휠 구동장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 차량용 인휠 구동장치가 아닌 다른 제품에도 본 발명의 인휠 구동장치가 사용될 수 있다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (1)

1. 차체에 고정되는 메인프레임, 인휠모터, 조향모터, 현가장치를 포함하는 조향 프레임으로 구성됨으로써,
   하나의 모듈에 구동, 조향, 현가 시스템이 통합되어 있고, 시스템 구성 시 각 모듈이 기계적으로 연결되지 않아 차체 설계 자유도 높으며, 각 모듈을 독립적으로 조향하여, 별도의 제동장치 없이도 차량의 제동력 발생 가능한 한편,
   각 모듈의 가능 조합에 따라, 구동륜, 종동륜, 조향륜 등 다양한 조합 생성 가능 및 모듈을 여러 개 장착하여 4륜이상의 다륜 구동 시스템 구축 가능한 전기구동 플랫폼에 적용되는 인휠모터 구동시스템