WO2013085233A1 - 차량용 인휠구동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 인휠구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형화가 용이한 차량용 인휠구동 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템은, 차량휠, 변속장치, 브레이크장치, 및 구동모터를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 모터의 직경은 상기 변속장치의 외경보다 작거나 같다.

Description

차량용 인휠구동 시스템

본 발명은 차량용 인휠구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컴팩트한 구조를 가지며, 냉각성능이 우수한 차량용 인휠구동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 배터리의 전원으로 구동되는 모터를 동력원으로 하는 것으로, 종래의 화석연료 자동차 또는 천연가스 자동차보다는 차량의 중량이 적게 나가며, 크기 또한 상대적으로 작다.

이러한 전기자동차의 개발요건으로는 주행속도 및 연비의 개선, 충전방식의 개선, 배터리의 수명 등과 함께 자동차의 중량 및 크기의 감소와 전기자동차에 적합한 변속장치의 개발이 주요한 과제로서 연구되고 있다.

일반적인 화석연료 자동차 또는 천연가스 자동차의 변속장치는 다양한 구조를 가지고 있으나, 통상 클러치와 다수의 기어가 각각 치합되어 자동차의 가속 또는 감속 조작에 따라 적당한 비의 기어를 주동기어에 맞물리도록 구성되어 있다. 또한 기어들 사이에서 클러치를 직선이동시키는 구조는 복잡하게 구성되고 있다. 이와 같은 구조는 중량과 부피가 크며, 기어들의 치합에 의하여 동력이 전달되기 때문에 체결 충격이 발생하게 된다.

이와 같이 중량과 부피가 크며, 변속충격이 큰 종래의 변속장치를 전기자동차에 적용하면, 그 변속기에 의해 1회의 충전으로 운행할 수 있는 거리가 감소되며, 최고속도가 저하되는 등의 문제가 있어, 적용이 용이하지 않은 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 중량과 부피를 최소화할 수 있는 차량용 인휠구동 시스템을 제공함에 있다. 더 나아가서는 컴팩트한 구조를 가지고, 냉각성능이 우수한 인휠구동 시스템을 제공한다.

본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템은, 차량휠, 변속장치, 브레이크장치, 및 구동모터를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 변속장치라 함은 다단의 감속기는 물론, 1단의 감속기도 포함하는 것으로서, 모터의 회전속도를 변환하는 장치라면 모두 해당할 수 있다.

이러한 구동모터 및 변속장치는 상기 차량휠의 회전축과 동축으로 배치되어 설치될 수 있다.

상기 변속장치는 상기 차량휠의 반경방향 내측에 위치할 수 있다. 상기 변속장치는 상기 차량휠과 연결되어 상기 구동모터의 회전속도를 소정의 감속비로 감속하여 상기 차량휠에 전달하도록 만들어질 수 있다.

상기 브레이크장치는, 상기 차량휠의 반경방향 내측에 위치할 수 있으며, 상기 차량휠의 상하 중심선을 기준으로 차폭방향 바깥쪽에 위치할 수 있다. 즉, 상기 브레이크장치는 상기 차량휠의 내측공간 중 차폭방향 바깥쪽 위치에 위치될 수 있다.

한편, 상기 브레이크장치는 디스크브레이크장치 또는 드럼브레이크장치일 수 있다.

디스크브레이크장치인 경우, 브레이크디스크는 상기 변속장치에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 브레이크디스크는 그 외경이 상기 구동모터의 외경보다 더 클 수 있다.

한편, 상기 디스크브레이크장치의 캘리퍼는 상기 브레이크디스크 중 상기 모터의 외경을 넘어서 연장된 부분에 브레이크패드가 밀착되며 제동력을 발생시키도록 만들어질 수 있다.

상기 구동모터의 외경은 상기 변속장치의 외경과 같거나 그보다 작을 수 있다. 상기 변속장치의 직경이 모터보다 같거나 크기 때문에, 상기 변속장치는, 브레이크 시에 발생되는 마찰가루나 차량휠 외부에서 날아올 수 있는 이물질 등에 대해 상기 모터를 보호하는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 모터는 변속장치를 기준으로 상기 브레이크장치의 반대측에 위치될 수 있는데, 이로써, 모터로 전달되는 브레이크열을 감소시킬 수 있다.

상기 모터는 특히, 상기 차량휠의 내측공간이 아닌 그 바깥에 위치될 수 있다. 상기 변속장치의 일부는 상기 차량휠의 내측공간에 위치되고, 나머지는 상기 내측공간 바깥에 위치될 수 있으며, 상기 모터는 상기 내측공간 바깥에 위치되는 변속장치의 부분에 연결될 수 있다. 이때, 상기 변속장치는 2/3 이상이 상기 차량휠의 내측공간에 위치될 수 있다.

상기 모터는 차량휠의 내측공간 바깥에 위치하기 때문에 모터 작동 시 발행하는 열이 외부로 방출되기 용이하여 냉각에 유리한 잇점이 있다.

또한, 상기 브레이크디스크는 상기 변속장치 중 차량휠과 체결되는 링기어에 연결될 수 있다. 즉, 상기 링기어의 외주면으로부터 반경방향으로 연장형성될 수 있다. 이때, 상기 브레이크디스크는 상기 링기어와 일체로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 브레이크디스크는 상기 링기어에 볼트 등으로 체결될 수도 있다.

또한, 상기 브레이크디스크는 상기 차량휠의 내측공간에 위치되되, 상기 차량휠의 림부에 있어서 내경이 가장 작은 부분을 기준으로 차폭방향에 대해 바깥에 위치할 수 있다. 상기 림부 중 내경이 가장 작은 부분은 브레이크 작동시 발생하는 마찰가루 등이 차폭방향 안쪽으로 유입되는 것을 막아주는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 림부 중 내경이 작은 부분은 모터 주위의 공기와 브레이크 주위의 공기가 서로 혼합되는 것을 감소시키기 때문에 냉각에 유리한 잇점이 있다.

이하에서는 상기 변속장치에 대해 설명한다.

상기 변속장치의 일실시예는, 구동모터의 회전토크를 전달받아 회전하는 구동축과, 상기 구동축과 함께 회전되도록 연결되되 상기 구동축의 회전축 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결되는 클러치디스크와, 상기 클러치디스크를 상기와 같이 슬라이딩시키기 위한 푸시로드를 포함하여 구성되는 클러치장치를 포함할 수 있다.

상기 구동축은 상기 클러치디스크의 중앙을 관통삽입하며 연결될 수 있다.

그리고, 상기 클러치디스크의 일면 또는 타면에는 동력전달을 위해 동력전달구조가 형성될 수 있다. 상기 일면 및 타면은 상기 클러치디스크의 원주면을 사이에 두고 양측으로 배치되는 클러치디스크의 디스크면일 수 있다.

또한, 상기 구동축은 중공부분을 포함할 수 있으며, 상기 중공부분으로 상기 푸시로드가 삽입될 수 있다. 상기 푸시로드 중 상기 구동축의 중공부분으로 삽입된 부분은 상기 클러치디스크와 연결될 수 있다.

상기 푸시로드는 상기 클러치디스크와 회전불구속 연결관계로 연결될 수 있다. 즉, 상기 푸시로드는 상기 클러치디스크의 회전에 전혀 영향을 주지도 받지도 않도록 연결될 수 있다. 이러한 연결관계의 예로서, 볼조인트에 의한 연결관계를 생각할 수 있다.

상기 푸시로드와 상기 클러치디스크의 연결을 위해, 상기 구동축의 중공부분에는 축방향으로 길게 다수의 관통홈이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 구동축의 중공부분에서 상기 푸시로드와 연결되고, 상기 다수의 관통홈을 관통하며 상기 중공축의 중공부분 바깥까지 연장되어 상기 클러치디스크와 결합하는 스포크를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 스포크와 상기 푸시로드는 회전불구속 연결관계로 연결될 수 있다.

상기 클러치디스크의 일측방 또는 타방에는 상기 클러치디스크가 축방향으로 슬라이딩됨에 따라 동력전달구조와 선택적으로 연결되어 동력을 전달받는 입력기어가 포함될 수 있다. 상기 입력기어의 중앙에는 상기 구동축이 관통하여 지나가도록 관통홀이 형성될 수 있다. 상기 관통홀은 상기 구동축의 회전에 영향을 주지 않도록 충분히 크게 형성될 수 있다.

그리고, 이러한 입력기어는 일정한 감속비를 가지도록 다수의 기어를 포함하는 기어장치에 포함될 수 있다.

즉, 클러치디스크의 작동에 따라 상기 기어장치의 변속이 달성되고, 그 변속된 회전속도는 일정한 감속비로 출력되도록 만들어질 수 있다.

여기서, 상기 기어장치의 입력기어는, 상기 일측방에서 상기 클러치디스크의 상기 일면의 동력전달구조와 선택적으로 연결되는 제1입력기어와, 상기 타방에서 상기 클러치디스크의 상기 타면의 동력전달구조와 선택적으로 연결되며 상기 제1입력기어의 기어잇수와는 다른 기어잇수를 가지는 제2입력기어를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2입력기어는 상기 푸시로드가 관통하여 지나가도록 중공으로 형상될 수 있다. 그리고, 상기 제1입력기어 및 제2입력기어는 상기 클러치디스크와 동축상으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 기어장치는, 상기 제1입력기어와 치합되는 제3기어와, 상기 제2입력기어와 치합되는 제4기어를 포함할 수 있다. 상기 제3기어와 제4기어는 일체로 함께 회전하도록 연결된 컴파운드기어의 형태일 수 있다. 그리고, 상기 제3기어의 기어잇수와 제4기어의 기어잇수는 서로 다를 수 있다.

상기 제3기어 및 제4기어는 상기 제1입력기어 및 제2입력기어를 둘러싸며 복수로 설치될 수 있다. 즉, 상기 제1입력기어 및 제2입력기어를 썬기어로 해서 상기 제3기어 및 제4기어가 각각 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제3기어 및 제4기어는 고정된 위치에서 회전하도록 하우징의 베어링구조에 의해 지지될 수 있다. 즉, 제1입력기어 및 제2입력기어를 각각의 썬기어로 하지만 제3기어 및 제4기어는 이들 주위를 공전하지는 않도록 할 수 있다.

한편, 상기 기어장치는, 상기 입력기어와 동축상으로 배치되어 상기 입력기어로부터 회전력을 전달받는 제5기어를 포함할 수 있다. 상기 제5기어는 상기 푸시로드가 내부를 관통하여 지나갈 수 있도록 중공으로 형상될 수 있다.

상기 제5기어는 상기 입력기어 중 제2입력기어와 직결식으로 축결합될 수 있다.

또 한편, 상기 기어장치는 상기 제5기어와 치합되는 제6기어와, 상기 제6기어와는 다른 기어잇수를 가지며 상기 제6기어와 일체로 회전하는 제7기어를 포함할 수 있다. 상기 제6기어 및 제7기어는 컴파운드기어의 형태로 만들어질 수 있다.

상기 제6기어는 상기 제5기어를 둘러싸며 복수로 설치될 수 있다. 즉, 상기 제6기어는 상기 제5기어를 썬기어로 해서 제5기어와 연결될 수 있다. 하지만, 상기 제6기어는 상기 제5기어 주위를 공전하지 않고 고정된 위치에서 자전하도록 하우징의 베어링지지구조에 의해 지지될 수 있다.

또한, 상기 기어장치는, 상기 제7기어가 내주에 치합되어 연결되는 링기어를 포함할 수 있다. 상기 제7기어도 복수개 설치되어 상기 링기어의 내주에 치합되며 연결될 수 있다.

상기와 같은 링기어는 차량의 휠과 연결될 수 있다. 그래서, 상기 링기어의 회전에 의해 차량의 휠이 회전될 수 있다. 또는, 상기 제7기어가 직접 차량의 휠에 연결될 수 있다. 이 경우에는 상기 제7기어 및 제6기어로 이루어진 컴파운드기어는 유성기어가 되어 상기 제5기어 주위를 공전하도록 설치될 수 있다.

한편, 상기 동력전달구조는 상기 클러치디스크의 일면 또는 타면에서 돌출된 돌기의 형태일 수 있다. 상기 입력기어에는 상기 돌기가 삽입될 수 있는 대응홈이 형성될 수 있다.

상기 돌기는 상기 클러치디스크의 일면 또는 타면에 삽입 설치된 볼일 수 있다. 그리고, 상기 볼은 상기 클러치디스크에 설치된 와셔스프링에 의해 완충지지될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 변속장치는 전술한 구조와 같은 클러치장치 이외의 다른 클러치장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1입력기어 및 제2입력기어와 병렬로 설치되는 클러치기어와, 상기 클러치기어를 직선으로 이동시켜 상기 제1입력기어 또는 제2입력기어에 선택적으로 연결시키는 클러치장치가 이용될 수도 있다.

또한, 상기의 클러치장치와는 또 다른 형태로서, 상기 제1입력기어 및 제2입력기어 내주에 기어를 각각 형성하고, 상기 제1입력기어 및 제2입력기어 사이에서 동축으로 배치되며 외주에 기어가 형성된 클러치기어가 이용될 수 있다. 그래서, 상기 클러치기어가 직선운동하여 상기 제1입력기어 또는 제2입력기어의 내주에 선택적으로 치합되면서 클러치작용이 이루어지도록 만들어질 수도 있다.

본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템은, 구조를 단순화하여 부피와 중량을 최소화할 수 있으며, 컴팩트한 구조를 달성할 수 있다. 또한, 냉각성능이 우수다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템에 적용될 수 있는 변속장치의 일부 분리 사시도이다.

도 2는 도 1의 결합상태 단면도이다.

도 3은 도 1에서 중공구동축, 푸시로드 및 클러치디스크의 결합상태를 설명

하기 위한 단면 구성도이다.

도 4는 도 2에서 제1클러치볼의 상세한 결합관계를 보인 단면도이다.

도 5 및 도 6은 푸시로드와 스포크(또는 클러치디스크)의 연결구조에 대한 실시예들을 나타낸다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 인휠 구동 시스템을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템에 이용될 수 있는 변속장치의 실시예의 일부 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합상태 단면도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면, 변속장치는, 구동모터(1)에 의해 회전하되, 그 외면에 길이방향으로 스플라인(11)이 형성된 중공구동축(10)과, 상기 중공구동축(10)의 내부에 삽입되며, 스테핑모터(100)에 의해 상기 중공구동축(10)의 길이 방향으로 이동하는 푸시로드(push rod, 20)와, 상기 중공구동축(10)의 외면 스플라인(11)에 치합되어 상기 중공구동축(10)의 회전과 함께 회전함과 아울러 상기 중공구동축(10)의 외면 일부에 마련된 개방구(12)를 통해 상기 푸시로드(20)에 결합되어 상기 중공구동축(10)의 길이방향으로의 이동이 가능한 클러치디스크(30)를 포함한다. 여기서, 상기 개방구(12)는 축방향을 따라 길게 형성된 관통홈으로서 원주방향으로 복수개 형성된다.

그리고, 상기 클러치디스크(30)의 일면에는 상기 중공구동축(10)의 회전중심으로부터의 거리가 동일하게 배치된 다수의 제1클러치볼(31)이 설치되고, 상기 클러치디스크(30)의 타면에는 상기 제1클러치볼(31)보다 상기 중공구동축(10)의 회전중심으로부터 더 멀리 배치되는 다수의 제2클러치볼(32)이 설치되어 있다.

상기 클러치디스크(30)의 일측방에는, 상기 중공구동축(10)이 중앙으로 관통하며, 상기 제1클러치볼(31)이 삽입되어 상기 중공구동축(10)의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 제1입력기어(40)가 위치한다. 그리고, 상기 클러치디스크(30)의 타방에는, 상기 중공구동축(10)이 중앙에 삽입되며, 상기 제2클러치볼(32)이 삽입되어 상기 중공구동축(10)의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 제2입력기어(50)가 위치한다. 상기 제2입력기어(50)는 상기 제1입력기어(40)에 비하여 직경이 더 크고 기어잇수가 더 크다.

상기 제1입력기어(40)와 제2입력기어(50) 각각에 치합되는 제3기어(61)와 제4기어(62)는 제1컴파운드기어(60)를 구성한다. 제1컴파운드기어(60)는 상기 제1입력기어(40) 또는 제2입력기어(50)와의 기어비에 따라 회전속도가 가변된다. 도1에는 하나의 제1컴파운드기어(60)만을 도시하였지만 상기 제1컴파운드기어(60)는 120도 간격으로 3개가 배치될 수 있다. 그래서, 상기 제1입력기어(40) 및 제2입력기어(50)를 썬기어로 해서 치합될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 제1컴파운드기어(60)는 제1입력기어(40) 및 제2입력기어(50) 주위를 공전하지는 않는다. 하우징의 베어링구조에 의해 고정된 위치에서 지지되어 제자리에서 자전하게 된다.

상기 제3기어(61)는 상기 제4기어(62)보다 직경이 더 크고 기어잇수가 더 많다. 또한, 상기 제3기어(61)는 상기 제2입력기어(50)보다 기어잇수가 작다. 그리고, 제3기어(61)는 상기 제1입력기어(40)와 기어잇수가 동일하도록 만들어 질 수 있다.

상기 제2입력기어(50)는 제5기어(70)가 축결합된다. 상기 제5기어(70)에는 상기와 같은 축결합을 위해 축결합부(71)가 형성되어 있다. 상기 축결합부(71)로 상기 제2입력기어(50)의 대응부분이 삽입되며 축결합된다. 그리고, 상기 제5기어(70)는 내부가 중공(73)이다. 그래서, 상기 푸시로드(20)가 제5기어(70)를 관통하여 스테핑모터(100)와 연결되게 된다. 상기 제5기어(70)는 상기 축결합부(71) 및 그 반대측의 단부(74)에서 하우징의 베어링지지구조에 의해 지지된다.

여기서, 상기 제5기어(70)는 상기 제2입력기어(50)보다 직경 및 기어잇수가 더 작다.

상기 제5기어(70)의 외주에 형성된 기어(72)에는 제6기어(82)가 치합된다. 상기 제6기어(82)는 제7기어(83)와 함께 제2컴파운드기어(80)를 형성한다. 상기 제2컴파운드기어(80)는 그 양단부(81, 84)에서 각각 하우징의 베어링지지구조에 의해 지지된다. 상기 제2컴파운드기어(80)는 상기 제5기어(70)의 기어(72)를 둘러싸며 120도 간격을 가지고 3개 설치된다.

상기 제6기어(82)는 상기 제7기어(83)보다 직경 및 기어잇수가 더 크며, 상기 제5기어(70)보다도 기어잇수가 더 크다.

상기 제5기어(70) 및 상기 제2컴파운드기어(80)는 썬기어 및 유성기어와 같은 관계를 가지지만, 상기 제2컴파운드기어(80)는 자전할 뿐 상기 제5기어(70) 주위를 공전하지는 않는다.

한편, 상기 제7기어(83)는 링기어(90)와 치합된다. 상기 링기어(90)의 내주에 형성된 기어(91)에 상기 제7기어(83)가 치합되게 된다. 상기 링기어(90)의 외주면(92)은 하우징의 베어링지지구조에 의해 지지될 수 있다.

상기와 같은 변속장치가 차량용 인휠구동 시스템에 적용될 경우, 상기 링기어(90)는 차량휠과 연결될 수 있다. 그래서, 상기 링기어(90)는 차량휠과 함께 회전할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 변속장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 구동모터(1)의 구동력이 중공구동축(10)에 전달되어, 그 중공구동축(10)을 회전시킨다.

상기 중공구동축(10)의 형상은 파이프 구조이며, 외면에 길이방향으로 돌출된 라인인 스플라인(11)이 다수로 마련된 구조이다. 또한 중공구동축(10)의 중앙부분의 상기 스플라인(11)이 형성되지 않은 면에는 소정의 길이로 개방된 개방구(12)이 다수로 마련되어 있다.

도 3은 상기 중공구동축(10), 푸시로드(20) 및 클러치디스크(30)의 결합상태를 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 각각 참조하면 상기 중공구동축(10)의 내에는 푸시로드(20)가 삽입되어 있다. 이 푸시로드(20)는 별도의 구동력을 발생시키는 스테핑모터(100)의 작용에 의해 상기 중공구동축(10)의 내에서 중공구동축(10)의 길이방향으로 일정한 간격씩 직선 왕복운동을 한다. 상기 스테핑모터(100)은 하우징에 고정 설치될 수 있다.

여기서, 상기 스테핑모터(100)는 유압실린더로 대체할 수 있다. 상기 푸시로드(20)의 끝단에는 상기 중공구동축(10)의 개방구(12)을 통해 외부로 돌출되는 스포크(21)가 결합되어 있으며, 그 스포크(21)는 클러치디스크(30)의 일면에 마련된 홈에 삽입 고정된다. 상기 스포크(21)와 푸시로드(20)는 회전불구속 연결관계로 연결된다. 예컨대, 도5와 같이 푸시로드(20)와 스포크(21)는 구름베어링(22)에 의해 연결되거나, 또는 도6과 같이 볼조인트(22)로 연결될 수 있다.

상기 클러치디스크(30)는 상기 스플라인(11)이 형성된 중공구동축(10)의 외측에 치합되도록 내경이 요철면으로 형성된다.

따라서 상기 중공구동축(10)의 회전에 따라 그 스플라인(11)이 치합된 클러치디스크(30)도 동일한 속도로 회전하게 되며, 그 회전중에 상기 푸시로드(20)의 축방향 이동작용에 의하여 클러치디스크(30)가 상기 중공구동축(10)의 길이방향으로 왕복운동을 할 수 있게 된다.

이때 스플라인(11)은 회전력을 전달하는 역할과 함께 클러치디스크(30)의 직선운동의 가이드 역할을 한다.

상기 클러치디스크(30)의 좌측면에 인접한 위치에는 제1입력기어(40)가 위치하며, 상기 클러치디스크(30)의 우측면에 인접한 위치에는 제2입력기어(50)가 위치한다. 상기 중공구동축(10)은 상기 제1입력기어(40)의 중앙을 관통하고, 상기 제2입력기어(50)의 중앙에 삽입되지만, 그 중공구동축(10)의 회전력은 제1입력기어(40)와 제2입력기어(50)에 직접 전달되지 않도록 이격되어 있다.

이와 같은 상태에서, 상기 클러치디스크(30)가 제1입력기어(40)와 제2입력기어(50)의 사이에 위치하는 경우는 중립상태로, 중공구동축(10)의 회전력은 제1입력기어(40)와 제2입력기어(50) 모두에 전달되지 않는 상태가 된다.

상기 푸시로드(20)가 좌측으로 이동하면, 상기 클러치디스크(30)가 제1입력기어(40) 측으로 이동하며, 그 클러치디스크(30)의 제1클러치볼(31)들이 상기 제1입력기어(40)에 마련된 홈(41)에 삽입되어 클러치디스크(30)의 회전력이 제1입력기어(40)에 전달되게 된다.

상기 중립상태에서는 차량의 경우 정지상태일 수 있으며, 따라서, 제1입력기어(40)와 클러치디스크(30)의 면과 홈은 정지상태에서 체결되는 경우일 수 있으므로 상대회전속도에 차이가 없어 변속충격이 발생하지 않을 수 있다.

중공구동축(10)이 일정한 속도에 도달하여 작은 기어비로의 구동이 필요하게 되면 상기 푸시로드(20)가 후퇴하여 클러치디스크(30)를 상기 제2입력기어(50)의 인접위치인 중립상태로 이동시킨다. 이후 제2입력기어(50)의 각속도센서의 정보에 따라 중공구동축(10)의 속도를 유사하게 맞춘 다음 천천히 밀어 넣으면 제2클러치 볼(32)은 변속충격이 작은 상태에서 제2입력기어의 홈(51)에 안착될 수 있다. 클러치 디스크(30)는 중공구동축(10)의 구동력을 제1입력기어(40)와 제3기어(61)간의 감속비와 제2입력기어(50)와 제4기어(62)간의 감속비를 거치지않아 감속되지 않은 상태로 제2입력기어(50)를 회전시킬 수 있다.

한편, 높은 감속비를 요구하는 경우가 발생하면, 상기 푸시로드(20)가 전진하여 클러치디스크(30)를 상기 제1입력기어(40)의 인접위치인 중립상태로 이동시킨다. 이후, 제1입력기어(40)의 각속도센서의 정보에 따라 중공구동축(10)의 속도를 유사하게 맞춘 다음 천천히 밀어 넣으면 제1클러치볼(31)은 변속충격이 작은 상태에서 제1입력기어의 홈(41)에 안착하게 되고 클러치 디스크(30)는 중공구동축(10)의 구동력을 제1입력기어(40)와 제3기어(61)간의 감속비와 제2입력기어(50)와 제4기어(62)간의 감속비의 곱으로 감속된 상태로 제2입력기어(50)를 회전시킬 수 있다.

상기와 같은 제2입력기어(50)의 회전은 제5기어(70) 및 제2컴파운드기어(80)를 통해 링기어(92)로 전달된다. 여기서, 제5기어(70) 및 제2컴파운드기어(80)를 거치면서 추가로 감속이 이루어지게 된다.

도 4는 상기 제1클러치볼(31)이 삽입된 부분의 클러치디스크(30)의 일부 단면도이다.

도 4를 참조하면 제1클러치볼(31)은 클러치디스크(30)에 마련된 홈(33)에 삽입되되, 그 홈(33)의 바닥면에는 와셔 스프링(34)이 마련되어 제1클러치볼(31)이 제1입력기어(40)의 홈(41)에 삽입된 상태가 아닌 제1입력기어(40)의 측면에 접촉되는 경우 완충작용을 하여 충격과 소음의 발생을 줄이며, 그 제1입력기어(40) 또는 제1클러치볼(31)의 마모를 줄일 수 있게 된다.

상기 제1클러치볼(31)은 상기 홈(33)의 측면에 결합되는 링케이지(rign cage, 35)에 의해 이탈되지 않도록 고정된다.

제2클러치볼(32) 역시 상기 도 4를 참조하여 설명한 제1클러치볼(31)의 결합상태와 동일하게 와셔 스프링에 의해 완충작용을 하도록 결합된다.

여기서, 전술한 모든 기어들은 평기어일 수도 있고, 헬리컬기어일 수도 있다. 헬리컬기어는 평기어보다 물림률이 좋기 때문에 회전이 원활하고 조용한 특징이 있으며, 변속장치에 많이 이용된다.

상기와 같은 변속장치는 구성이 컴팩트하여 중량과 부피를 최소화하여 전기자동차에 적합한 변속장치를 제공할 수 있다. 그리고, 변속충격과 소음의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

한편, 도 7에는 상기와 같은 변속장치가 적용된 인휠구동 시스템을 나타낸다.

도 7의 인휠구동 시스템에 이용되는 변속장치는 형태에 있어서는 전술한 변속장치와 약간 다를 수 있다. 특히, 도 7의 인휠구동 시스템에 이용된 변속장치에서 기어는 모두 헬리컬기어로 구성되어 있다.

먼저, 구동모터(1)는 변속장치의 구동축(10)과 직결된다. 즉, 구동모터(1)의 모터샤프트(2)는 상기 구동축(10)과 직결된다. 그리고, 상기 변속장치의 링기어(90)는 차량휠(4)과 연결된다. 그래서, 상기 링기어(90)는 차량휠(4)과 함께 회전하게 된다. 상기 차량휠(4)의 외주에는 타이어(3)가 결합된다.

상기 링기어(90)는 상기 차량휠(4)의 휠디스크에 볼트로 체결되어 연결될 수 있다.

상기 구동모터(1)의 회전토크는 상기 구동축(10)을 통해 변속장치에 전달된 후 상기 링기어(90)를 통해 차량휠(4)로 전달되게 된다.

여기서, 차량휠은 림부(4a)를 가지는데, 도 7에 보이는 바와 같이, 상기 림부(4a)와 가상선 A 및 B에 의해 정의되는 공간을 차량휠(4)의 내측공간으로 정의한다. 그리고, 차폭방향은 d1의 방향과 같고, 상하방향은 d2의 방향과 같다.

상기 구동모터(1)는 상기 차량휠(4)의 내측공간 바깥에 위치될 수 있다. 이와 같은 구동모터(1)는 상기 변속장치를 기준으로 브레이크장치(200, 210)가 있는 위치의 반대측에 위치한다. 그리고, 상기 구동모터(1)의 외경은 상기 변속장치의 외경과 같거나 그보다 작을 수 있다. 상기 구동모터(1)는 상기 브레이크장치(200, 210)와 충분히 이격되어 있기 때문에 제동 시에 발생하는 열의 영향을 적게 받을 수 있다. 그리고, 상기 구동모터(1)는 차량휠(4)의 내측공간 바깥에 위치하기 때문에 외기에 충분히 노출될 수 있으므로 우수한 냉각성을 확보할 수 있다.

상기 브레이크장치(200, 210)는 상기 차량휠(4)의 반경방향 내측, 즉, 상기 림부(4a')에 대해 반경방향 안쪽에 위치한다. 또한, 상기 브레이크장치(200, 210)는 상기 차량휠(4)의 상하 중심선(C)을 기준으로 차폭방향(d1) 바깥쪽으로 치우쳐 설치된다.

상기 차량휠(4)의 림부(4a')의 단면은 도 7에 보이는 바와 같이 차폭방향(d1)에 대해 다수 절곡된 형태를 하고 있다. 상기 브레이크장치(200, 210)는 상기 림부(4a') 중 그 내경이 가장 작은 부분(4a')을 기준으로 차폭방향(d1) 바깥측에 위치하게 된다.

한편, 상기 변속장치는 클러치디스크(30), 제1입력기어(40), 제2입력기어(50), 제3기어(61) 및 제4기어(62) 등을 수용하는 제1하우징(98)과, 제5기어(70), 제6기어(82), 제7기어(83), 및 링기어(90)를 수용하기 위한 제2하우징(99)을 포함한다. 여기서, 상기 제2하우징(99)의 외면에는 반경방향으로 연장된 플랜지(99a)가 형성된다. 상기 플랜지(99a)는 상기 림부(4a') 중 내경이 가장작은 부분(4a')에 대응하여 위치된다. 그래서, 상기 부분(4a')과 상기 플랜지(99a)는 상기 브레이크장치(200, 210)에 대해 일종의 차단벽의 역할을 한다.

상기 브레이크장치(200, 210)는 상기 링기어(90)에 연결된 브레이크디스크(200)를 가진다. 상기 링기어(90)의 외면(92)에는 반경방향으로 연장 형성된 플랜지(92a)를 가진다. 상기 브레이크디스크(200)는 상기 링기어(90)의 외주면(92) 상으로 삽입되어 상기 플랜지(92a)에 의해 지지된다.

상기 브레이크디스크(200)는 전술한 바와 같이 상기 링기어(90)에 일체로 형성할 수도 있으며, 별도로 형성한 후 상기 링기어(90)에 볼트 등을 통해 체결할 수도 있다.

상기 브레이크디스크(200)는 그 외경이 상기 모터(1)의 외경보다 크며, 더 나아가서는 상기 변속장치의 외경보다도 더 클 수 있다. 그리고, 상기 브레이크디스크(200)를 제동하기 위한 캘리퍼(210)가 차량휠(4)의 내측공간 중 상부에서 차폭방향(d1) 바깥측으로 치우쳐 위치된다. 상기 캘리퍼(210)에는 제동 시에 상기 브레이크디스크(200)에 밀착되는 브레이크패드(211)가 설치된다.

상기 브레이크디스크(200) 중 상기 브레이크패드(211)가 밀착되는 부분은 대략 상기 플랜지(99a) 및 상기 림부(4a') 중 내경이 가장 작은 부분(4a') 사이에 위치된다. 그래서, 제동 시 상기 브레이크디스크(200)에서 마모되어 발생하는 마찰가루 중 상기 모터(1)가 있는 쪽으로 유입되는 량은 상기 캘리퍼(210)의 몸체와 상기 플랜지(99a) 및 상기 부분(4a')에 막혀 최소화된다.

한편, 상기 플랜지(99a) 및 상기 부분(4a')은 서로 이격되어 그 사이로 공간이 형성되어 있기 때문에 적절한 양의 공기의 순환을 허용한다. 이는, 브레이크장치(200, 210)의 냉각에 유리하다. 여기서, 상기 구동모터(1)는 상기 변속장치와 외경이 같거나 작기 때문에 브레이크장치(200, 210)로부터 상기 플랜지(99a) 및 상기 부분(4a') 사이를 통해 유입되는 공기의 영향을 크게 받지 않는다. 따라서, 상기 구동모터(1)는 브레이크열의 영향을 적게 받을 수 있으며, 또한, 일부 유입될 수 있는 상기 마찰가루의 영향을 적게 받을 수 있다.

한편, 상기 변속장치는 상기 차량휠(4)의 내측공간에 2/3 이상이 위치되고 일부가 차폭방향 안쪽으로 돌출되어 상기 차량휠(4) 내측공간 바깥에 위치될 수 있다.

상기 변속장치는 도 7의 경우와는 달리 상기 차량휠(4) 내측공간에 전부 수용되도록 만들어질 수도 있다.

상기 구동모터(1) 및 변속장치는 차량 바퀴에 컴팩트하게 설치될 수 있으며, 따라서, 컴팩트한 인휠구동 시스템을 달성할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

본 발명에 의한 차량용 인휠구동 시스템은, 구조를 단순화하여 부피와 중량을 최소화할 수 있으며, 컴팩트한 구조를 달성할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION

본 특허출원은 2011년 12월 07일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2011-0130355 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (11)

1. 타이어가 외주에 결합된 차량휠;

   상기 차량휠의 반경방향 내측에 위치되어 상기 차량휠로 회전토크를 전달하도록 연결된 변속장치;

   상기 차량휠의 반경방향 내측에 위치하되, 상기 차량휠의 상하 중심선을 기준으로 차폭방향 바깥쪽에 위치하며, 상기 차량휠의 회전을 제동시키기 위해 상기 변속장치에 연결된 브레이크장치;

   상기 변속장치를 기준으로 상기 브레이크장치가 있는 위치의 반대측에서 상기 변속장치에 연결되되, 외경이 상기 변속장치의 외경과 같거나 작은 구동모터;

   를 포함하여 구성되는 차량용 인휠구동 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모터 및 변속장치는 상기 차량휠의 회전축과 동축으로 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 브레이크장치는,

   상기 변속장치에 연결되어 상기 차량휠과 함께 회전하되, 외경이 상기 모터의 외경보다 큰 브레이크디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 브레이크장치는,

   상기 브레이크디스크 중 상기 모터의 외경을 넘어서 연장된 부분에 밀착하여 제동력을 발생시키는 브레이크패드를 가지는 캘리퍼를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 변속장치는 상기 차량휠과 연결되는 링기어를 포함하며,

   상기 브레이크장치는 상기 링거어와 함께 회전하도록 연결된 브레이크디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠구동 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 구동모터는 상기 차량휠의 내측공간 바깥에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 브레이크장치는 상기 차량휠의 내측공간에 위치하되, 상기 차량휠의 림부 중 내주가 가장 작은 부분을 기준으로 차폭방향 바깥측에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   상기 차량휠은 그 림부 중 반경방향 안쪽으로 돌출되며 형성된 부분을 가지며,

   상기 변속장치는 상기 림부의 상기 돌출부분에 대응하는 위치에서 외주면으로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되어 형성된 플랜지를 포함하며,

   상기 브레이크장치는 상기 림부의 돌출부분 및 상기 플랜지를 기준으로 차폭방향 바깥측에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 변속장치는:

   상기 구동모터와 직결되어 상기 회전토크를 전달받아 회전하는 구동축;

   상기 구동축과 함께 회전하며, 축방향으로는 슬라이딩 가능하도록 상기 구동축과 연결되되, 일면 또는 타면에는 동력전달을 위한 동력전달구조가 형성되어 있는 클러치디스크; 및

   상기 클러치디스크와 연결되어 상기 클러치디스크를 축방향으로 이동시키는 푸시로드;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 변속장치는:

    상기 구동모터와 직결되어 상기 회전토크를 전달받아 회전하는 구동축;

    상기 구동축으로부터 회전력을 전달받도록 연결된 클러치디스크;

    상기 클러치디스크의 회전축 방향 일측에 배치되는 제1입력기어;

    상기 클러치디스크의 회전축 방향 타측에 배치되는 제2입력기어; 및

    상기 제2입력기어를 관통하여 상기 클러치디스크와 연결되며, 상기 클러치디스크를 축방향으로 이동시켜 선택적으로 상기 제1입력기어 또는 제2입력기어와 연결시키는 푸시로드;

    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 변속장치는:

    상기 구동모터로부터 선택적으로 회전토크를 전달받는 제1입력기어;

    상기 제1입력기어와 동축상에서 이격되어 설치되며, 상기 구동모터로부터 선택적으로 회전토크를 전달받는 제2입력기어;

    상기 제1입력기어를 둘러싸며 치합되는 다수의 제3기어;

    상기 각각의 제3기어와 일체로 회전하도록 각각 연결되며, 상기 제2입력기어를 둘러싸며 치합되는 다수의 제4기어;

    상기 제2입력기어와 축결합되고, 외주에 기어가 형성된 제5기어; 및

    상기 제5기어를 둘러싸며 치합되는 다수의 제6기어;

    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 인휠구동 시스템.

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