KR20230167555A - 인휠모터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하우징 내부에 구비되는 기어 조립체; 상기 하우징 내부에서 상기 기어 조립체와 간격을 두고 구비되는 모터 조립체; 및 선기어 기능과 로터 기능을 동시에 수행하는 것으로서, 상기 기어 조립체의 유성기어와 치합되고 상기 모터 조립체의 구동 시 회전하는 선기어로터; 를 포함하는 인휠모터 장치를 제공한다.

Description

인휠모터 장치{IN-WHEEL MOTOR APPARATUS}
본 발명은 선기어와 로터 일체형 구조의 인휠모터 장치에 관한 것이다.
전기를 동력원으로 사용하는 전기자동차에 인휠모터(IN WHEEL MOTOR)가 장착될 수 있다. 인휠모터는 전기자동차의 바퀴인 타이어 휠 안에 장착된다. 인휠모터는 림(Rim)의 내부에 위치하는 모터 조립체로부터 동력이 출력된다. 모터 조립체는 고정자 및 회전자를 포함한다. 모터 조립체로부터 생성된 동력은 별다른 동력전달장치를 거치지 않고서 직접 인휠모터의 휠(Wheel)까지 전달된다. 인휠모터는 전기자동차의 경량화를 가능하게 하며, 동력전달 시에 발생되는 에너지 손실을 줄일 수 있다. 인휠모터는 타이어, 림, 모터 조립체 및 샤프트를 포함한다. 타이어는 림을 감싸도록 결합된다. 모터 조립체는 고정자 및 회전자를 포함하며 림의 내측에 구비된다. 샤프트는 고정자의 중심을 관통하도록 결합된다.
그런데 종래의 인휠모터 등과 같은 모터 장치는 모터 조립체와 기어 조립체가 따로 분리되어 있으며 모터 조립체의 회전자와 기어 조립체의 선기어(Sun gear)를 볼트 조립하는 구조로 인해 조립이 번거롭고, 비용이 증가할 수밖에 없었다. 또한, 모터 성능 향상을 위해 기어비를 높이거나, 모터의 사이즈를 키울 수밖에 없었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2234440호(2021.03.30. 공고)
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 로터 및 선기어를 일체형으로 구성함으로써 조립성 및 성능을 향상시킬 수 있도록 한 인휠모터 장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 하우징 내부에 구비되는 기어 조립체; 상기 하우징 내부에서 상기 기어 조립체와 간격을 두고 구비되는 모터 조립체; 및 선기어 기능과 로터 기능을 동시에 수행하는 것으로서, 상기 기어 조립체의 유성기어와 치합되고 상기 모터 조립체의 구동 시 회전하는 선기어로터; 를 포함하는 인휠모터 장치를 제공한다.
또한, 상기 선기어로터는 상기 유성기어와 치합되는 기어 치가 구비되는 제1 외경부; 및 상기 제1 외경부에서 상기 모터 조립체 방향으로 연장되는 것으로서, 영구자석의 결합이 가능한 영구자석 결합부를 구비하는 제2 외경부; 를 포함한다.
또한, 상기 영구자석의 길이를 조절하여 토크를 제어한다.
또한, 상기 선기어로터에 장착되는 상기 영구자석의 수를 조절하여 상기 영구자석의 극 수를 변경한다.
또한, 상기 기어 조립체에 공급되는 윤활유에 의해 상기 모터 조립체의 냉각이 이루어진다.
또한, 상기 선기어로터에 영구자석을 장착하거나 비장착을 통해 영구자석 모터 또는 릴럭턴스 모터로 사용 가능하다.
또한, 상기 선기어로터는 상기 하우징의 중심을 관통하는 샤프트의 외경부에 결합된다.
또한, 상기 기어 조립체는 내경부에 상기 유성기어와 치합되는 기어 치가 구비되는 링기어; 및 가장자리 부위에 상기 유성기어가 회전 가능도록 결합되는 것으로서 중심 부위에 상기 샤프트가 관통 결합되는 보스가 구비되고 상기 보스의 내경부에 상기 샤프트와 결합을 위한 키홈이 구비되는 캐리어; 를 포함한다.
또한, 상기 샤프트의 외경부에 키홈이 구비되고, 상기 샤프트의 키홈과 상기 보스의 키홈에 상기 샤프트와 상기 보스의 결합을 위한 키가 결합된다.
또한, 상기 모터 조립체는 스테이터를 구비하고, 상기 스테이터는 상기 선기어로터를 감싸도록 상기 하우징 내부에 결합되어 상기 스테이터와 상기 선기어로터의 상호 작용에 의해 상기 선기어로터가 회전하고, 상기 선기어로터의 회전 토크는 상기 기어 조립체를 거쳐 상기 샤프트로 전달된다.
본 발명은 선기어와 로터가 일체로 구성되어 모터의 크기를 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 선기어로터에 영구자석을 장착하여 토크를 증대할 수 있다.
또한, 본 발명은 선기어로터에 장착되는 영구자석의 길이를 조절하여 토크를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 선기어로터에 장착되는 영구자석의 수를 조절하여 영구자석의 극 수를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 선기어로터에 영구자석을 비장착하여 릴럭턴스 모터(Reluctance Motor)로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인휠모터 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기어 조립체와 로터선기어의 조립 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A 선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 동력의 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인휠모터 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기어 조립체와 로터선기어의 조립 상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A 선 단면도이다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 하우징(100), 하우징(100) 내부에 장착되는 기어 조립체(110), 하우징(100) 내부에 기어 조립체(110)와 간격을 두고 장착되는 모터 조립체(120) 및 선기어와 로터 일체형 구조로 형성되는 선기어로터(130)를 포함한다.
선기어로터(130)는 유성기어(111)와 치합되어 유성기어(111)에 동력을 전달하는 선기어의 기능과 스테이터(121)와 상호 작용에 의해 회전하는 로터의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
선기어로터(130)는 기어 조립체(110)의 유성기어(111)와 치합되고 모터 조립체(120)의 구동에 의해 회전할 수 있다.
선기어로터(130)는 제1 외경부(131) 및 제2 외경부(132)를 포함한다. 제1 외경부(131)는 기어 조립체(110)의 유성기어(111)와 치합되는 기어 치(131a)를 구비한다. 유성기어(111)는 선기어로터(130)의 둘레를 따라 복수로 구성될 수 있다.
제2 외경부(132)는 제1 외경부(131)에서 모터 조립체(120) 방향으로 연장 형성된다. 제2 외경부(132)는 영구자석(140)의 결합이 가능한 영구자석 결합부(132a)를 구비한다.
영구자석 결합부(132a)는 제2 외경부(132)를 따라 일정 간격을 두고 복수로 형성될 수 있다. 영구자석 결합부(132a)는 영구자석(140)에 부합하는 형태로 형성될 수 있다. 영구자석(140)은 영구자석 결합부(132a)의 개방된 후방 부위에서 전방 방향으로 삽입되도록 결합할 수 있다.
복수로 형성되는 영구자석 결합부(132a)에 극이 서로 다른 S극 영구자석(140)과 N극 영구자석(140)이 번갈아 결합될 수 있다.
일예로서, 영구자석(140)의 길이 또는 크기를 조절함으로써 선기어로터(130)의 회전 토크(torque)를 제어할 수 있다. 선기어로터(130)에 장착되는 영구자석(140)의 수를 조절함으로써 영구자석(140)의 극 수를 변경할 수 있다.
선기어로터(130)는 하우징(100)의 중심을 관통하는 샤프트(150)의 외경부에 결합될 수 있다. 샤프트(150)는 선기어로터(130)의 내경부에 결합되는 베어링(B)과 하우징(100)의 내부에 결합되는 베어링(B)에 의해 회전 가능하도록 지지될 수 있다. 선기어로터(130)의 회전 토크는 기어 조립체(110)를 거쳐 샤프트(150)로 전달될 수 있다.
선기어로터(130)에 영구자석(140)을 장착하여 영구자석 모터로 사용할 수 있다. 선기어로터(130)에 영구자석(140)를 비장착하여 릴럭턴스 모터(reaction motor)로 사용할 수 있다.
기어 조립체(110)는 유성기어(111), 유성기어(111)가 치합(S)되는 링기어(112) 및 유성기어(111)와 연결되는 캐리어(113)를 포함한다.
링기어(112)는 내경부에 유성기어(111)와 치합(S)되는 기어 치가 구비될 수 있다. 링기어(112)는 하우징(100) 내부에 고정 결합된다. 유성기어(111)는 링기어(112)의 내경부에 구비되는 기어 치에 치합 상태로 링기어(112)의 기어 치를 따라 회전할 수 있다.
캐리어(113)는 결합 핀(114)에 의해 유성기어(111)와 결합될 수 있다. 결합 핀(114)은 캐리어(113)의 가장자리 부위의 중심과 유성기어(111)의 중심을 관통하도록 결합될 수 있다. 유성기어(111)는 결합 핀(114)을 축으로 회전할 수 있다.
유성기어(111)의 내경부에 베어링(B)이 결합될 수 있다. 결합 핀(114)은 유성기어(111)의 내경부에 결합되는 베어링(B)에 결합될 수 있다.
캐리어(113)의 중심에 보스(115)가 구비될 수 있다. 보스(115)의 내경부에 샤프트(150)가 결합될 수 있다.
보스(115)의 내경부에 키홈(115a)이 구비될 수 있다. 샤프트(150)의 외경부에 보스(115)의 키홈(115a)에 대응하는 키홈(151)이 구비될 수 있다.
보스(115)의 키홈(115a)과 샤프트(150)의 키홈(151)을 일치시킨 상태에서 보스(115)의 키홈(115a)과 샤프트(150)의 키홈(151)에 키(160)를 결합한다.
보스(115)의 키홈(115a)과 샤프트(150)의 키홈(151)에 결합되는 키(160)에 의해 캐리어(113)와 샤프트(150)의 견고한 결합이 이루어질 수 있다.
모터 조립체(120)는 스테이터(121)를 구비한다. 스테이터(121)는 선기어로터(130)를 감싸도록 결합된다.
스테이터(121)와 선기어로터(130)의 상호 작용에 의해 전자기력이 발생할 수 있다. 이로 인해 회전 토크가 발생하여 선기어로터(130)가 회전할 수 있다. 선기어로터(130)의 회전 토크는 기어 조립체(110)를 거쳐 샤프트(150)로 전달될 수 있다.
한편, 모터 조립체(120)의 냉각은 기어 조립체(110)에 공급되는 윤활유에 의해 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 동력의 흐름을 나타내는 도면이다.
기어 조립체(110)의 동력 흐름과 모터 조립체(120)의 동력 흐름은 도 4의 화살표와 같이 이루어질 수 있다.
전원이 인가 됨에 따라 모터 조립체(120)가 작동한다. 스테이터(121)와 선기어로터(130)의 상호 작용에 의해 토크가 발생할 수 있다. 이로 인해 선기어로터(130)가 회전할 수 있다. 스테이터(121)는 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
선기어로터(130)의 회전 토크는 기어 조립체(110)를 거쳐 샤프트(150)로 전달될 수 있다. 기어 조립체(110)는 선기어로터(130)의 회전속도를 설정 기어 비로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.
선기어로터(130)가 회전함에 따라 선기어로터(130)에 치합된 유성기어(111)는 선기어로터(130)와 치합된 상태로 링기어(112)의 기어 치를 따라 회전할 수 있다.
유성기어(111)는 선기어로터(130)와 링기어(112) 사이에서 캐리어(113)에 지지된 상태로 선기어로터(130)의 둘레를 공전할 수 있다. 이로 인해 캐리어(113)가 회전할 수 있다.
샤프트(150)와 키(160) 결합 상태의 캐리어(113)가 회전함에 따라 샤프트(150)가 회전할 수 있다. 샤프트(150)의 회전 토크는 구동륜(미도시)에 전달되어 샤프트(150)를 중심으로 구동륜이 회전할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 하우징 110 : 기어 조립체
111 : 유성기어 112 : 링기어
113 : 캐리어 114 : 결합 핀
115 : 보스 115a : 키홈
120 : 모터 조립체 121 : 스테이터
130 : 선기어로터 131 : 제1 외경부
131a : 기어 치 132 : 제2 외경부
132a : 영구자석 결합부 140 : 영구자석
150 : 샤프트 151 : 키홈
160 : 키 B : 베어링
S : 치합

Claims (10)

  1. 하우징 내부에 구비되는 기어 조립체;
    상기 하우징 내부에서 상기 기어 조립체와 간격을 두고 구비되는 모터 조립체; 및
    선기어 기능과 로터 기능을 동시에 수행하는 것으로서, 상기 기어 조립체의 유성기어와 치합되고 상기 모터 조립체의 구동 시 회전하는 선기어로터;
    를 포함하는 인휠모터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선기어로터는,
    상기 유성기어와 치합되는 기어 치가 구비되는 제1 외경부; 및
    상기 제1 외경부에서 상기 모터 조립체 방향으로 연장되는 것으로서, 영구자석의 결합이 가능한 영구자석 결합부를 구비하는 제2 외경부;
    를 포함하는 인휠모터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구자석의 길이를 조절하여 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 선기어로터에 장착되는 상기 영구자석의 수를 조절하여 상기 영구자석의 극 수를 변경하는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어 조립체에 공급되는 윤활유에 의해 상기 모터 조립체의 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선기어로터에 영구자석을 장착하거나 비장착을 통해 영구자석 모터 또는 릴럭턴스 모터로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선기어로터는,
    상기 하우징의 중심을 관통하는 샤프트의 외경부에 결합되는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기어 조립체는,
    내경부에 상기 유성기어와 치합되는 기어 치가 구비되는 링기어; 및
    가장자리 부위에 상기 유성기어가 회전 가능도록 결합되는 것으로서 중심 부위에 상기 샤프트가 관통 결합되는 보스가 구비되고 상기 보스의 내경부에 상기 샤프트와 결합을 위한 키홈이 구비되는 캐리어;
    를 포함하는 인휠모터 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 샤프트의 외경부에 키홈이 구비되고, 상기 샤프트의 키홈과 상기 보스의 키홈에 상기 샤프트와 상기 보스의 결합을 위한 키가 결합되는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 모터 조립체는 스테이터를 구비하고, 상기 스테이터는 상기 선기어로터를 감싸도록 상기 하우징 내부에 결합되어 상기 스테이터와 상기 선기어로터의 상호 작용에 의해 상기 선기어로터가 회전하고, 상기 선기어로터의 회전 토크는 상기 기어 조립체를 거쳐 상기 샤프트로 전달되는 것을 특징으로 하는 인휠모터 장치.
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