WO2022034977A1 - 변속부를 내장한 전기 모터 - Google Patents

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    • F16H2200/2038—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with three engaging means

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor having a built-in transmission unit, and to an electric motor having a transmission unit incorporated therein, which may include one or more gear plates capable of shifting speed.
  • One of the key components of such a power-based vehicle is a driving motor.
  • a powertrain component such as an engine can be eliminated and the driving force of each wheel can be controlled. Since it is placed on each wheel and independently controls the driving force, it helps to improve the environment and improves performance by minimizing power loss.
  • the center of gravity moves to the lower part, safety is increased, and efficiency in automobile manufacturing can be improved and body weight can be reduced.
  • additional interior space can be secured.
  • Planetary gears have been widely used in automobile reducers from the past. In particular, it is employed in the automatic transmission of engine vehicles to secure durability and performance.
  • the number of parts including a clutch, a torque converter, and a synchronizer is large, and a hydraulic system is required to drive them, so the size of the parts increases and the weight increases. In addition, the energy efficiency is inevitably lowered significantly.
  • Electric motors have the advantage of being able to generate large torque even at low RPM. In addition, it can operate at high RPM in a short time. Energy efficiency can be increased by using a gear ratio with a large reduction ratio to increase the output power at a low speed of the vehicle, and to maintain the rotation speed of the motor within an efficient range by using a gear ratio with a small reduction ratio at high speed or constant speed.
  • the transmission for electric vehicles has good motor speed/torque characteristics, it is possible to simply manufacture it without employing the structure of a conventional transmission for an engine vehicle.
  • miniaturization is essential to arrange it in a limited space.
  • An object of the present invention is to provide an electric motor having a built-in speed change unit capable of controlling and embedding a speed change function in an electric motor that is the power of an electric vehicle.
  • an electric motor having a built-in transmission unit includes a stator disposed on an inner circumferential surface of an enclosure and including a first member for generating electromagnetic force, disposed on an outer circumferential surface to face the inner circumferential surface of the stator, the first member and a rotor provided with a second member for generating electromagnetic force together, a gear assembly provided inside the rotor, and a control unit for controlling the gear assembly, wherein the gear assembly rotates as the rotor rotates or more gear plates, a connecting gear formed to be selectively engageable with any one of the one or more gear plates, a moving part for moving the connecting gear to a desired gear plate position, and a force to rotate together as the connecting gear rotates and an output shaft to be transmitted to the outside, wherein the control unit may control the moving unit so that the connection gear is engaged with or released from any one of the one or more gear plates according to a shift signal.
  • the first member may be a coil unit to which a current is applied
  • the second member may be a magnet
  • the one or more gear plates include one or more satellite gears, and a first gear plate including a carrier rotating at a speed slower than the rotation speed of the rotor; It may include a second gear plate rotating at the same speed as the rotor, and a third gear plate including one or more satellite gears and a center gear rotating at a speed higher than the rotation speed of the rotor.
  • the one or more gear plates may include a connection unit having an inner circumferential surface of a concave-convex shape so as to be coupled to the connection gear.
  • the one or more gear plates include one or more satellite gears, and a first gear plate including a carrier rotating at a speed slower than a rotation speed of the carrier of the first gear plate.
  • the fourth gear plate and one or more satellite gears may include a fifth gear plate including a center gear rotating at a speed higher than a rotation speed of the center gear of the third gear plate.
  • the gear plate includes a first satellite gear disposed to mesh with a gear tooth formed inside a rotor, and a first satellite gear meshing with the first satellite gear. It rotates and may include a central gear or a carrier in which a coupling hollow formed so that the coupling gear can be coupled is formed.
  • the gear plate further includes a second satellite gear meshed with the first satellite gear and rotated according to the rotation of the first satellite gear, wherein the central gear includes: The second satellite gear may be engaged and rotated.
  • the gear plate to which the connecting gear is not connected among the one or more gear plates may be configured to release the fixing of the central gear fixed to the enclosure when the gear plate is a reduction gear.
  • the gear plate carrier fixed to the enclosure is released to not perform the speed increase function, thereby extending the life of the gear and reducing the load. can be operated.
  • At least one of the one or more gear plates in the electric motor having a built-in speed change unit includes a neutral region provided between adjacent gear plates and in which a hollow having an inner diameter larger than the outer periphery of the connecting gear is formed.
  • the neutral region may be formed to protrude from any one of the one or more gear plates.
  • the connecting gear is fitted to the output shaft, and the connecting gear is connected to any one of the one or more gear plates to rotate the output shaft. It may include a moving unit for controlling the movement of.
  • the moving unit when the moving unit is moved to be connected to any one of the one or more gear plates in the neutral region, the connected gear plate rotates at a speed close to that of the connecting gear. to be easily coupled to the connecting gear.
  • a screw thread is formed on one side of the connecting gear in the moving unit, and may include a bevel gear, an encoder, and a moving motor.
  • the bevel gear is rotated and may be engaged with a screw thread formed on the moving rod to move the connecting gear along the axial direction.
  • the encoder may determine the position and movement distance of the connecting gear, and the movement motor may rotate the bevel gear.
  • the moving unit may be fixed so as not to move along the axial direction when the moving motor does not rotate.
  • the connecting gear is coupled to the moving unit, the connecting gear is inserted into the output shaft and rotates together, and the moving unit rotates the connecting gear and the output shaft by the flat rotation limiting surface. In this case, it does not rotate and the connecting gear can be moved in a linear direction.
  • the gear plate rotates at a speed close to that of the connecting gear. can be Through this, an impact that may be generated when the connecting gear is connected to the rotating gear plate can be reduced.
  • the electric motor having a gear shift unit in accordance with an embodiment of the present invention includes a gear assembly having a shift function inside the rotor, so that it is not necessary to provide a separate transmission externally, thereby reducing the size of the electric motor.
  • the electric motor having a built-in transmission unit can implement an electric motor having multiple gears of 5 or more gears inside the rotor, thereby realizing a motor capable of high efficiency and high output in a narrower space. .
  • the electric motor with a built-in speed change unit may add a speed change unit without increasing the size of the motor. Accordingly, by reducing the size and weight, it is possible to drive a long distance even with a battery of the same capacity, thereby improving battery efficiency.
  • the electric motor having a built-in speed change unit can be manufactured to be small in size, it has the advantage of being easy to use as an in-wheel motor.
  • the outer diameter of the motor can be made large according to the wheel size, so a motor with a large output can be mounted without burdening the size of the motor.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views illustrating an electric motor having a built-in transmission unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view in which the transmission part of the electric motor in which the transmission part of FIG. 1 is incorporated is disassembled;
  • FIGS. 4 to 9 are perspective views illustrating some components in order to explain an electric motor having a built-in transmission unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining that an electric motor having a built-in transmission unit is shifted according to an embodiment of the present invention.
  • 11A and 11B are exploded perspective views illustrating a transmission part of an electric motor having a built-in transmission unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining that the electric motor having the transmission unit of FIGS. 11A and 11B changes gears.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a shift control method using an electric motor having a built-in shift unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 and 15 are graphs for explaining acceleration and deceleration using an electric motor having a built-in transmission unit according to each embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views illustrating an electric motor having a built-in transmission unit according to an embodiment of the present invention.
  • a planetary gear is described as an embodiment, but it is possible to change and utilize the planetary gear or to use a method other than the planetary gear.
  • deceleration is generally used a lot, increased speed and constant speed are added to better explain the embodiment.
  • only one gear plate may be provided.
  • only one gear plate may be provided in the transmission unit. Since the rotation speed of the rotor of the electric motor can rotate very quickly within a short time, the gear plate can be used for reducing the rotation speed of the rotor.
  • the electric motor M having a built-in transmission unit may be installed in a transportation means such as a vehicle using the electric motor.
  • a transportation means such as a vehicle using the electric motor.
  • the electric motor is small in size and easy to control, it is less restricted by space and can be disposed close to the wheel of the vehicle.
  • the electric motor M with a built-in speed change unit may include a stator 100 , a rotor 200 , a gear assembly GA, and a control unit 400 .
  • the stator 100 may be formed to surround at least a portion of the electric motor M having a transmission unit incorporated therein.
  • An additional cover surrounding the motor and the like may be further provided on the outer surface of the stator 100 .
  • the stator 100 includes a first member disposed on an inner circumferential surface of the stator 100 and generating an electromagnetic force.
  • the stator 100 does not rotate.
  • the rotor 200 to be described later may be rotated by electromagnetic force applied to the first member and to a second member to be described later.
  • a heat sink 101 may be provided in an enclosure surrounding the stator 100 .
  • the rotor 200 is disposed on the outer circumferential surface to face the inner circumferential surface of the stator 100, and a second member for generating electromagnetic force together with the first member is provided. As the rotor 200 rotates, the first member and the second member are repeatedly approached and moved away from each other.
  • the rotor 200 may be rotated by electromagnetic force formed between the first member and the second member.
  • Gear teeth 205 may be formed inside the rotor 200 .
  • One or more gear plates 300 are connected to the gear teeth 205 of the rotor 200 to be rotated. That is, as the rotor 200 is rotated, one or more gear plates 300 disposed inside the rotor 200 may be rotated.
  • the first member of the stator 100 may be a coil to which a current is applied
  • the second member of the rotor 200 may be a magnet.
  • the first member may be a magnet
  • the second member may be a coil to which a current is applied.
  • the positions of the stator 100 and the rotor 200 may be exchanged.
  • the rotor 200 may be formed longer than the stator 100 .
  • one or more gear plates 300 may be connected to the gear teeth formed inside the rotor 200 to be rotated.
  • one or more gear plates may be provided thereto to perform shifting.
  • the gear assembly GA is provided inside the rotor 200 .
  • the gear assembly GA may be provided inside the rotor 200 so that the gear of the motor can be shifted.
  • the gear assembly GA includes one or more gear plates 300 and a connecting gear 410 . It includes a moving part 420 and an output shaft 421 .
  • a plurality of gear plates may be disposed parallel to each other. Each of the gear plates is configured to rotate as the rotor 200 rotates.
  • the one or more gear plates 300 may include a first gear plate 310 , a second gear plate 320 , and a third gear plate 330 .
  • the first gear plate 310 and the third gear plate 330 may include one or more satellite gears and a carrier for fixing the satellite gears.
  • FIG. 7 (a) and (b) are views showing a state in which the connecting gear 410 and the first gear plate 310 are connected in different directions from each other.
  • the first gear plate 310 may include one or more satellite gears and a gear plate carrier 310 rotating at a speed slower than the rotation speed of the rotor 200 .
  • the first gear plate 310 may include a first satellite gear 311 , a center gear 315 , and a first gear plate carrier 310a.
  • the first satellite gear 311 is arranged to be connected to the internal gear tooth 205 of the rotor 200 described above. That is, the first satellite gear 311 may be disposed to mesh with a gear tooth formed inside the rotor 200 . Accordingly, the first satellite gear 311 may directly rotate as the rotor 200 rotates.
  • the center gear 315 is disposed in mesh with the first satellite gear 311 , and is fixed to the enclosure by a pin 301 .
  • a connecting gear 410 passes through the center of the central gear 315 , and a neutral region in which the connection between the connecting gear 410 and the first gear plate 310 is released may be formed.
  • a coupling hollow may be formed in the interior of the first gear plate carrier 310a.
  • the second gear plate 320 may rotate at the same speed as the rotor 200 .
  • the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the second gear plate 320 and the gear teeth formed on the inner circumferential surface of the rotor 200 mesh with each other, so that the second gear plate 320 is the rotor 200 . It can rotate at the same speed as the rotation speed.
  • the second gear plate 320 may include a neutral region 329 formed to protrude toward the first gear plate 310 and the third gear plate 330 .
  • the first neutral region 329a and the second neutral region 329b protruding from both sides around the connection part 328 of the second gear plate 320 are disposed.
  • only one neutral region of the second gear plate 320 may be provided.
  • the third gear plate 330 may include one or more satellite gears and a center gear 335 rotating at a speed higher than the rotation speed of the rotor 200 .
  • the third gear plate 330 may include a first satellite gear 331 , a second satellite gear 332 , and a center gear 335 .
  • the first satellite gear 331 is engaged with the rotor 200 to rotate. That is, the first satellite gear 331 and the inner gear teeth of the rotor 200 may be engaged with each other to rotate.
  • the second satellite gear 332 may be engaged with the first satellite gear 331 to rotate according to the rotation of the first satellite gear 331 .
  • the central gear 335 may be rotated by meshing with the second satellite gear 332 .
  • the rotational force transmitted from the rotor 200 is transmitted to the connecting gear 410 through the first satellite gear 331 , the second satellite gear 332 , and the center gear 335 of the third gear plate 330 .
  • the center gear 335 may have a relatively small diameter by disposing the first satellite gear 331 and the second satellite gear 332 . Since the diameter of the center gear 335 is formed to be small, when the rotor 200 rotates once, the center gear 335 of the third gear plate 330 can rotate more than that.
  • the connecting gear 410 connected to the third gear plate 330 may also rotate more. Accordingly, the output shaft 421 connected to the connecting gear 410 may be rotated more.
  • the third gear plate 330 may include a third gear pin 331 to be fixed to the cover of the electric motor.
  • the third gear pin 331 may fix the third gear plate carrier 330a to the cover of the electric motor.
  • the gear assembly GA includes a first gear plate 310 , a second gear plate 320 and a second gear plate 310 toward one side starting from the threaded portion of the moving part 420 .
  • 3 gear plates 330 may be arranged side by side.
  • a first neutral region 329a is formed between the first gear plate 310 and the second gear plate 320
  • a second neutral region 329a is formed between the second gear plate 320 and the third gear plate 330 .
  • 329b) may be formed.
  • a neutral region may be formed on the inner circumferential surface of the central gear 315 of the first gear plate 310 .
  • Each of the one or more gear plates 300 described above may include a connection part having an inner circumferential surface of a concave-convex shape to enable coupling with the connection gear 410 .
  • the inner circumferential surface of the central gear 315 may be the connecting portion 318 .
  • a central gear is not provided, and the connection part 328 may be formed in the second gear plate carrier 320 .
  • each gear plate may rotate the connecting gear 410 with the rotational force transmitted from the rotor 200 by coupling each gear plate and the outer peripheral surface of the connecting gear 410 . Through this, the rotational force may be transmitted to the output shaft 421 connected to the connection gear 410 .
  • the carrier 330a or the center gear 315 of the gear plate to which the connecting gear 410 is not connected among the one or more gear plates 300 may be released from the enclosure.
  • the third gear plate carrier 330a of the third gear plate 330 may be disengaged from the enclosure. Specifically, since the pin connecting the third gear plate carrier 330a and the enclosure is released, it can be rotated at the same rotational speed as the rotor without performing the speed increase function. Accordingly, the driving force applied to the third gear plate 330 is reduced, the load applied to the rotor 200 may be reduced, and the lifespan of the gear may be extended.
  • At least one of the one or more gear plates 300 may include a neutral region provided between adjacent gear plates and in which a hollow having an inner diameter larger than the outer periphery of the connecting gear 410 is formed. .
  • the neutral region may be formed to protrude from any one of the one or more gear plates 300 .
  • the second gear plate 320 may include two neutral regions protruding from both sides of the second gear plate 320 .
  • the second gear plate 320 includes a first neutral region 329a protruding toward the first gear plate 310 and a second neutral region 329b protruding toward the third gear plate 330 .
  • the electric motor M having a built-in speed change unit may include a moving unit 420 .
  • the moving unit 420 may be moved so that the connecting gear 410 is connected to any one of the one or more gear plates 300 .
  • the control unit 400 may move the moving unit 420 by a signal.
  • the moving unit 420 will be described in detail later.
  • the connecting gear 410 may be formed to be selectively coupled to any one of the one or more gear plates 300 .
  • the connecting gear 410 has a gear tooth formed on the outer peripheral surface thereof to be engageable with the connecting portion of each gear plate described above.
  • the connecting gear 410 is fitted to the output shaft 421 . That is, the connecting gear 410 may be formed to be movable along the output shaft 421 . Therefore, the output shaft 421 rotates together as the connecting gear 410 is coupled with the gear plate and rotates to transmit the rotational force to the outside.
  • the output shaft 421 may be connected to a wheel of the vehicle.
  • the connecting gear 410 may be connected to the output shaft 421 . Accordingly, the rotation of the wheel of the vehicle may be the rotation of the connecting gear 410 . Also, the rotation of the connecting gear 410 may be the rotation of the output shaft 421 .
  • An encoder 420a for detecting rotational speed may be formed on one side of the output shaft 421 .
  • the encoder 420a for detecting the rotational speed may detect the rotational speed of the output shaft 421 rotating inside the moving rod 425 .
  • the moving rod 425 has an output shaft 421 therein.
  • the output shaft 421 may extend beyond the threaded area.
  • the connecting gear 410 may be fitted into the output shaft groove 422 (refer to FIG. 7 ).
  • the gear plate is instantaneous to approximate the rotational speed of the connecting gear 410 .
  • the rotation speed of the gear plate to which the connecting gear 410 is to be connected is similar to that of the gear plate, so that the connecting gear 410 and the gear plate can be easily coupled.
  • the rotational speed of the rotor 200 may vary according to the gear plate to which the connecting gear 410 is connected. This is because the connecting portion of each gear plate is the rotational speed required to be connected to the connecting gear 410 without shift shock.
  • the rotational speed of the rotor 200 required to be connected to the first gear plate 310 is the second gear plate 320 and the third It is greater than the rotational speed of the rotor 200 required to be connected to the gear plate 330 .
  • connection The rotational speed transmitted to the gear 410 may be 0.5, 1, and 2, respectively.
  • the connecting gear 410 is required to be connected to the first gear plate 310 , the second gear plate 320 and the third gear plate 330 .
  • the rotational speed of the rotor 200 may be 2, 1, and 0.5, respectively.
  • the controller 400 may be disposed between the output shaft 421 and the gear assembly GA.
  • the controller 400 controls the gear assembly GA. Specifically, the controller 400 selects gears connected to the output shaft 421 in the gear assembly GA for shifting and controls the connection.
  • the control unit 400 may control the moving unit 420 such that the coupling gear 410 is coupled to any one of the one or more gear plates 300 or the coupling is released according to the shift signal.
  • the gear plate shown in the example is a planetary gear set including a center gear, a satellite gear, and a carrier.
  • the gear machined on the inner circumferential surface of the rotor serves as a ring gear which is the input of the planetary gear.
  • the center gear is fixed and a connection part is formed on the carrier to be used as the output of the gear plate, and in the case of a reduction gear, on the contrary, the carrier is fixed and a connection part is formed to the center gear and used as the output of the gear plate.
  • the control unit 400 controls the electric motor M having a built-in transmission unit as follows. can be controlled After determining which gear plate the connecting gear 410 is connected to, the control unit 400 controls the rotor 200 so that the rotation speed of the connecting part of the corresponding gear plate and the rotation speed of the connecting gear 410 can be approximated. can be rotated
  • a screw thread may be formed on one side of the connecting gear 410 in the moving part 420 .
  • the screw thread of the moving part 420 is caught by the bevel gear 430 so as to move the moving part 420 in the axial direction according to the rotation of the bevel gear.
  • Rotation limiting surfaces 426 flat on both sides may be provided in the threaded region of the moving part 420 .
  • the rotation limiting surface 426 may be formed in parallel to both sides of the moving unit 420 in the region where the threads of the moving unit 420 are formed.
  • the rotation limiting surface 426 is not caught in the screw groove formed on the inner surface of the above-described bevel gear 430 . It also passes through a groove in the form of a rotation limiting surface 426 of the enclosure. Accordingly, since the rotation limiting surface 426 is formed on the moving part 420 , it may not rotate even when the bevel gear 430 rotates. That is, since the screw thread and the rotation limiting surface 426 are formed around the moving part 420 , when the bevel gear 430 rotates, it can perform a linear movement rather than a rotational movement.
  • the fixing device 440 for fixing the moving part 420 is made to fix the movement of the moving part 420 so that the moving part 420 does not move along the axial direction when there is no rotation of the moving motor 450 .
  • the connecting gear 410 is connected to a specific gear plate to rotate
  • the movement of the moving part 420 connected to the connecting gear 410 needs to be limited.
  • the fixing device 440 of the moving part 420 prevents the connecting gear 410 from moving along the axial direction of the output shaft 421 . Movement can be restricted.
  • the moving unit 420 may include a moving rod 425 , a bevel gear 430 , an encoder (for moving position confirmation), and a moving motor 450 .
  • the bevel gear 430 may be rotated by the moving motor 450 .
  • a groove formed to engage with a screw thread formed in the moving part 420 may be formed on the inner surface of the bevel gear 430 .
  • the bevel gear 433 As the bevel gear 433 is rotated, the bevel gear 430 attached to the moving unit 420 is rotated, and the barbell gear 430 is engaged with the thread formed in the moving unit 420 to move the moving unit 420 . It can be moved along the axial direction. As the moving unit 420 moves in the axial direction, the connecting gear 410 connected to the moving unit 420 may be connected to or separated from any one of the one or more gear plates 300 .
  • the encoder may store the position and movement distance of the connecting gear 410 .
  • the encoder may be included in the moving motor 450 to be described later.
  • the stored position and movement distance of the connected gear 410 may be transmitted to the controller 400 .
  • the control unit 400 may determine which gear plate the connecting gear 410 is connected to or not connected to. That is, the control unit 400 may determine the position of the connecting gear 410 .
  • the moving motor 450 may rotate the bevel gear 430 as power is driven. Accordingly, the moving part 420 may be moved along the axial direction.
  • the electric motor M having a speed change unit built-in includes a gear assembly GA having a speed change function inside the rotor 200, so that it is not necessary to provide a separate transmission, so the size of the electric motor can be reduced. There are advantages to reducing it.
  • the electric motor having a built-in transmission unit may use a general gear, not a planetary gear type including a satellite gear. Even in this case, by including the gear assembly inside the rotor, the size of the electric motor can be reduced.
  • all of the one or more gear plates may be gear plates for deceleration. Since the rotation speed (rpm) of the rotor of the electric motor can rotate at a very high speed, one or more gear plates may be disposed with different reduction ratios compared to the rotor.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining that the electric motor M having a built-in transmission unit is shifted according to an embodiment of the present invention.
  • connection gear 410 is disconnected from the first gear plate 310 . It can be said that the basic state in which the shift of the motor is not driven.
  • connection gear 410 is moved toward the first gear plate carrier 310a by the moving part. At this time, the connecting gear 410 is connected to the gear plate carrier 310a of the first gear plate 310 . At this time, the connecting gear 410 may rotate at an angular speed slower than the rotation speed of the rotor 200 . Expressed as a car gear, it can be said that the gear is arranged in the first stage.
  • the connecting gear 410 is moved by the moving unit, and the connecting gear 410 is disposed in the first neutral region 329a.
  • the connecting gear 410 is moved by the moving part, and the connecting gear 410 is connected to the second gear plate 320 .
  • the connecting gear 410 may rotate at the same angular speed as the rotor 200 and the rotation speed. Expressed as a car gear, it can be said that the gear is arranged in the second stage.
  • the connecting gear 410 is moved by the moving unit, and the connecting gear 410 is disposed in the second neutral region 329b.
  • the connecting gear 410 is moved by the moving unit, and the connecting gear 410 is connected to the third gear plate 330 .
  • the connecting gear 410 may rotate at an angular speed faster than the rotation speed of the rotor 200 .
  • the gear is arranged in 3rd gear.
  • the connecting gear 410 may be connected to any one of the one or more gear plates 300 or may be disposed in a neutral region not connected to the gear plate.
  • the connecting gear 410 When the connecting gear 410 is in the neutral region, the connecting gear 410 does not receive rotational force from the gear plate, but the connecting gear 410 is connected to the output shaft 421 and the wheel, so the wheel and the output shaft ( 421) is rotated.
  • the connecting gear 410 when the connecting gear 410 is moved by the moving unit to be connected to any one of the one or more gear plates 300 in the neutral region, the gear plate connected to the connecting gear 410 among the gear plates is The rotation speed of the rotor 200 is controlled by the control unit 400 so as to rotate at a speed close to that of the connecting gear. Through this, an impact that may be generated when the connecting gear 410 is connected to the rotating gear plate can be reduced.
  • FIGS. 11A and 11B are exploded perspective views illustrating a transmission of an electric motor having a built-in transmission unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining that the electric motor having the transmission unit of FIGS. 11A and 11B changes gears.
  • the electric motor with a built-in speed change unit according to the present embodiment differs in that it includes two more gear plates, and other components are the same or similar. Therefore, descriptions of the same or similar components will be omitted.
  • the electric motor M' having a built-in transmission unit may include a first gear plate 310 , a second gear plate 320 , and a third gear plate 330 .
  • a plurality of gear plates having a shape similar to that of the first gear plate 310 may be included.
  • the first gear plate 310 is a gear plate for rotating the connecting gear 410 at a low speed in preparation for the rotation speed of the rotor 200
  • the second gear plate 320 is the connecting gear 410 for rotating the rotor 200 . It is a gear plate for rotating at the same speed as the rotation speed of (200).
  • the third gear plate 330 is a gear plate for rotating the connecting gear 410 at a speed higher than the rotation speed of the rotor 200 .
  • the one or more gear plates 300 may further include a fourth gear plate 340 and a fifth gear plate 350 .
  • the fourth gear plate 340 , the first gear plate 310 , the second gear plate 320 , the third gear plate 330 , and the fifth gear plate 350 are arranged in this order.
  • the fourth gear plate 340 is the lowest gear stage, and the number of gears increases toward the first gear plate 310 , the second gear plate 320 , the third gear plate 330 and the fifth gear plate 350 . becomes higher
  • the fourth gear plate 340 may include one or more satellite gears, and may include a central gear 345 fixed to the enclosure.
  • the fourth gear plate 340 may include a first satellite gear 341 and a center gear 345 disposed on one side of the fourth gear plate carrier 340a. Also, referring to FIG. 11B , the fourth gear plate 340 may include a power transmission gear 347 disposed on the other side of the fourth gear plate carrier 340a.
  • the power transmission gear 347 may transmit the rotational force of the fourth gear plate carrier 340a to the satellite gear of the first gear plate 310 . Specifically, as shown in the drawings, the power transmission gear 347 may be rotated by meshing with the first satellite gear 311 of the first gear plate 310 .
  • the first gear plate 310 may include a first satellite gear 311 and a first gear plate carrier 310a. As described above, the first satellite gear 311 may be connected to the power transmission gear 347 of the fourth gear plate 340 . At this time, the power transmission gear 347 serves as a center gear of the first gear plate. The first satellite gear 311 rotates while rotating the first gear plate carrier 310a, and a connection part 318 may be disposed on the first gear plate carrier 310a.
  • the second gear plate 320 may be formed such that the second gear plate carrier 320 itself engages with the rotor 200 to rotate.
  • a connection part 328 may be disposed inside the second gear plate carrier 320 .
  • the third gear plate 330 may include a first satellite gear 331 , a center gear 335 , and a third gear plate carrier 330a.
  • the first satellite gear 331 of the third gear plate 330 is not connected to the rotor 200 , but the first satellite gear ( 331 ) of the fifth gear plate 350 disposed on the fifth gear plate 350 . 351) can be connected.
  • the center gear 335 of the third gear plate 330 may be connected to the first satellite gear 331 of the third gear plate 330 to rotate.
  • the first satellite gear 331 of the third gear plate 330 is connected to the first satellite gear 351 of the fifth gear plate 350 , and the first satellite gear 351 of the fifth gear plate 350 . can be rotated as it rotates.
  • the connecting portion 338 formed inside the center gear 335 of the third gear plate 330 rotates, and the connecting gear 410 is rotated. may be connected to the connecting portion 338 of the third gear plate 330 to rotate.
  • the fifth gear plate 350 may include one or more satellite gears, and may include a center gear 355 rotating at a speed higher than the rotation speed of the connection part 338 of the third gear plate 330 . That is, the fifth gear plate 350 is a gear plate having a higher number of gears than the third gear plate 330 .
  • the fifth gear plate 350 may include a first satellite gear 351 , a second satellite gear 352 , a center gear 355 , and a fifth gear plate carrier 350a. At this time, in order to increase the speed, the fifth gear plate carrier 350a is fixed to the enclosure.
  • the first satellite gear 351 of the fifth gear plate 350 is connected to the rotor 200 to receive rotational force.
  • the rotational force transmitted from the first satellite gear 351 may be transmitted to the second satellite gear 352 , and the second satellite gear 352 may rotate the center gear 355 of the fifth gear plate 350 .
  • the connecting gear 410 may be connected to the connecting portion 358 formed on the inner circumferential surface of the central gear 355 of the fifth gear plate 350 .
  • the first satellite gear 351 of the fifth gear plate 350 may be formed to be thick. Accordingly, the first satellite gear 351 of the fifth gear plate 350 may rotate the first satellite gear 331 of the third gear plate 330 .
  • the electric motor M' having a built-in transmission unit implements an electric motor having five or more multiple gears inside the rotor 200, thereby providing a motor capable of high efficiency in a narrower space.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a shift control method using an electric motor having a built-in shift unit according to an embodiment of the present invention.
  • a shift control method using an electric motor having a built-in shift unit according to an embodiment of the present invention will be described as follows.
  • the rotor 200 at a speed at which the load on the motor is reduced so that the connected gear is easily separated when the connected gear is connected to each gear plate. may be maintained (S100).
  • the moving unit 420 may move the connecting gear 410 to the neutral region 329 in a direction to shift (S200). Specifically, when a signal is generated that the number of gears increases while the connecting gear 410 is connected to the first gear plate 310 , the moving unit moves the connecting gear 410 to the second gear plate 320 and the first gear plate. It can be moved to the neutral region 329a formed between the 310 .
  • control unit 400 may determine whether the connecting gear 410 is located in the neutral region 329 (S250). At this time, when the connecting gear 410 is not located in the neutral region 329 , the moving unit may move the connecting gear 410 to the position of the neutral region 329 in the desired shifting direction again.
  • the rotation speed of the motor may be adjusted so that the rotation speed of the gear plate to be shifted approximates the rotation speed of the connecting gear 410 ( S300 ).
  • the rotation speed of the gear plate is set to a value approximate to the rotation speed of the connecting gear 410 in order to mitigate the impact that may occur in the connecting gear 410 and the gear plate. can be adjusted
  • control unit 400 may determine whether the rotation speed of the gear plate and the rotation speed of the connecting gear 410 are close to each other (S400).
  • the approximate rotational speed of the gear plate and the connecting gear 410 may be a case in which one rotational speed falls within the range of 95% or more -105% or less of the rotational speed of the other.
  • the rotation speed of the connecting gear 410 may refer to the value of the encoder 420a attached to the end of the output shaft.
  • the connecting gear 410 may be moved so that the connecting gear 410 is connected to the gear plate to be shifted (S500). That is, the connecting gear 410 may be moved to a desired transmission position. At this time, a point in time when the two gears can be coupled due to the difference in the rotational speed of the two gears while the connecting gear 410 is moving arrives.
  • control unit 400 may determine whether the connecting gear 410 is connected to the target gear plate (S600). This can be determined by reading the value of the encoder connected or built-in to the moving motor 450 .
  • the moving motor is operated to move the connecting gear 410 to the desired position again.
  • the motor may be controlled so that the rotational speed of the output shaft 421 becomes a desired speed (S700).
  • the rotation speed of the gear plate may be maintained at a speed at which the load of the motor decreases as described above. This is for easy separation when the connecting gear 410 is connected to the gear plate.
  • the controller 400 may control the motor so that the rotation speed of the gear plate becomes a desired torque value and rotation speed in a state in which the connection gear 410 and the gear plate are connected to each other.
  • FIG. 14 and 15 are graphs for explaining acceleration and deceleration using an electric motor having a built-in transmission unit according to each embodiment of the present invention, respectively.
  • 14 is a diagram illustrating the rotational speed of the motor and the rotational speed transmitted to the output shaft 421 according to the first embodiment having three gear plates.
  • 15 is a diagram illustrating the rotational speed of the motor and the rotational speed transmitted to the output shaft 421 according to the second embodiment having five gear plates.
  • the motor speed is expressed as L.
  • the motor speed is expressed as E.
  • the motor speed is expressed as H.
  • the rotation speed transmitted to the connecting gear 410 may be low, but a torque value may be large. Mainly, it can be used when a large force is required when an automobile or the like is first started and a small rotational speed is required. That is, when the connecting gear 410 is connected to the first gear plate 310 , it may serve as a lower stage in the transmission.
  • the slope of the rotational speed output to the outside by the output shaft 421 (Output Speed) may be lower than the motor speed.
  • the connecting gear 410 When shifting from the L part to the E part, the connecting gear 410 passes through the neutral region 329. At this time, the motor speed is reduced, but the output speed is short, but can be maintained by inertia.
  • the connecting gear 410 may be connected to the second gear plate 320 .
  • the inclination of the motor speed and the inclination of the external speed may be the same.
  • the slope of the motor speed for raising the output speed equally can be lowered.
  • the connecting gear 410 may be connected to the third gear plate 330 . Since the third gear plate 330 has a higher rotation speed of the center gear 335 of the third gear plate 330 than the rotation speed of the rotor 200 using one or more satellite gears, the third gear plate ( The rotation speed of the connecting gear 410 connected to the 330 may be faster than the motor speed.
  • H may be a shift state used when driving at a high speed.
  • the connecting gear 410 is connected to the second gear plate 320 in the E state and the connecting gear 410 ) may be sequentially decelerated to an L state connected to the first gear plate 310 .
  • the deceleration slope of the output speed is larger than the deceleration slope of the motor speed in the H state.
  • the deceleration slope of the motor speed in the E state, is the same as the deceleration slope of the external speed.
  • the deceleration slope of the motor speed in the L state, may be greater than the deceleration slope of the output speed.
  • the connecting gear 410 is connected to the fourth gear plate 340 , and it can be seen that, for example, it is the first gear in the gear.
  • the connecting gear 410 is connected to the first gear plate 310, and for example, it can be viewed as the second stage in the gear.
  • the connecting gear 410 is connected to the second gear plate 320, and for example, it can be viewed as a third gear in the gear.
  • the connecting gear 410 is connected to the third gear plate 330, and it can be seen that, for example, it is the fourth gear in the gear.
  • the connecting gear 410 is connected to the fifth gear plate 350, and for example, it can be viewed as the fifth gear in the gear.
  • the slope of the external speed is constant in the acceleration section, but the slope of the motor speed decreases as it goes to L2, L1, E, H1, and H2. That is, assuming that the rotational speed of the rotor 200 is the same, the rotational speed of the output shaft 421 may be increased.

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Abstract

본 발명은 변속부를 내장한 전기 모터에 관한 것으로, 외함의 내주면에 배치되고 전자기력을 발생시키는 제1 부재를 포함하는 고정자, 상기 고정자의 내주면과 대향하도록 외주면에 배치되고, 상기 제1 부재와 함께 전자기력을 발생시키는 제2 부재가 구비되는 회전자, 상기 회전자의 내주면에 기어 투스가 형성되고, 상기 회전자 내부에 구비되는 기어 어셈블리, 및 상기 기어 어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 기어 어셈블리는, 상기 회전자가 회전함에 따라 회전하는 하나 이상의 기어 플레이트, 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 선택적으로 결합 가능하게 형성되는 연결기어, 및 상기 연결기어가 회전함에 따라 함께 회전하여 회전하는 힘을 외부로 전달하는 출력 샤프트를 포함하고, 상기 제어부는, 변속신호에 따라 상기 연결기어가 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 결합되거나, 결합이 해제되도록 상기 이동부를 제어할 수 있다.

Description

변속부를 내장한 전기 모터
본 발명은 변속부를 내장한 전기 모터에 관한 것으로, 전기 모터 내부에 변속이 가능한 하나 이상의 기어 플레이트를 포함하는 것이 가능한 변속부를 내장한 전기 모터에 관한 것이다.
최근 환경문제에 대한 관심과 인식이 높아지면서 자동차 산업 패러다임은 온실가스 감축을 목표로 하는 다양한 환경규제 강화에 따른 연비향상을 목표로 한다.
이에 따라, 하이브리드 자동차의 출현을 시작으로 최근 플러그인 하이브리드, 전기자동차, 수소연료전지 자동차와 같은 전력기반차량의 개발 및 상용화가 전세계적으로 점점 확대되고 있는 실정이다.
이러한 전력 기반 자동차의 핵심 구성요소 중 하나가 구동용 모터이다.
현재는 기존 엔진 자동차의 구조를 사용하고 있으며, 모터는 엔진의 자리를 대체하여 동력을 제공한다. 하지만 효율면에서 엔진 자동차보다는 좋지만 아직은 낮은 효율로 전기자동차 고유의 기능을 달성하지 못하고 있다. 이유는 전기모터에 적용할 변속시스템이 제대로 개발되지 않았기 때문이다.
특히, 인휠 모터(In-wheel motor)의 경우 자동차의 차체 구조와는 독립적으로 동작할 수 있으므로 엔진과 같은 파워트레인 부품을 없애고 각 바퀴의 구동력을 제어할 수 있다. 각 바퀴에 각각 배치되어 구동력을 독립적으로 제어하기 때문에 동력손실을 최소화하여 환경개선에 도움이 되고, 성능을 개선시킨다. 또한 무게중심이 하부로 이동하므로 안전성이 증가하고, 자동차 제조 시 효율성을 향상시키고 차체 무게를 줄일 수 있다. 또한 내부에 배치되는 부품이 감소하므로 실내 공간을 추가로 확보할 수 있다.
현재 주요 전기차 회사들은 전기차를 위한 변속기를 개발을 하지못하여 감속기만 추가한 모터를 사용하고 있는 상태이다. 이는 감속기 만으로는 언덕길 등판 능력이 현저히 떨어지고, 고속, 정속 주행 시 과도한 속도로 모터를 구동하므로 에너지 효율을 낮게 하고, 주행거리도 짧으며 배터리 소모량도 크다.
이전부터 자동차 감속기에 많이 사용되는 것이 유성기어다. 특히 엔진자동차의 자동변속기에 채용되어서 내구성, 성능 등을 확보하고 있다. 그러나 변속충격을 없애기 위하여 클러치, 토크 컨버터, 싱크로나이저 등 포함되는 부품수가 많으며, 이를 구동하기 위한 유압시스템이 필요하므로 부품의 크기가 커지고, 무게가 늘어난다. 또한 에너지 효율도 많이 낮아질 수밖에 없다.
전기자동차의 경우 가속 및 언덕 주행에 필요한 큰 구동 토크와 고속에서 충분한 속도를 달성하기 위해 모터를 크고 고기능으로 사용하게 되면, 에너지 효율이 낮아지므로 더 큰 배터리를 필요로 하게 된다. 이에 따라 전기자동차의 가격 상승 및 무게 상승으로 인하여 문제가 발생해왔다.
전기모터는 낮은 RPM에서도 큰 토크를 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 짧은 시간에 높은 RPM으로 동작할 수 있다. 자동차의 속도가 저속에서는 감속비가 큰 기어비를 사용하여 출력을 크게 하고, 고속이나 정속에서는 감속비가 적은 기어비를 사용하여 모터의 회전속도를 효율이 좋은 영역내에 유지하여 에너지 효율을 높힐 수 있다.
전기자동차용 변속기는 모터의 속도/토크 특성이 좋으므로 종래의 엔진자동차용 변속기의 구조를 채용하지 않고 간단하게 제작하는 것이 가능하다. 특히, 인휠모터의 경우에는 제한된 공간 내에 배치하기 위하여서는 소형화가 필수적이다.
본 발명은 전기자동차의 동력인 전기 모터에 변속기능을 내장하고 제어하는 것이 가능한 변속부를 내장한 전기 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는, 외함의 내주면에 배치되고 전자기력을 발생시키는 제1 부재를 포함하는 고정자, 상기 고정자의 내주면과 대향하도록 외주면에 배치되고, 상기 제1 부재와 함께 전자기력을 발생시키는 제2 부재가 구비되는 회전자, 상기 회전자 내부에 구비되는 기어 어셈블리, 및 상기 기어 어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 기어 어셈블리는, 상기 회전자가 회전함에 따라 회전하는 하나 이상의 기어 플레이트, 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 선택적으로 결합 가능하게 형성되는 연결기어, 연결기어를 원하는 기어 플레이트 위치로 이동시키는 이동부 및 상기 연결기어가 회전함에 따라 함께 회전하여 회전하는 힘을 외부로 전달하는 출력 샤프트를 포함하고, 상기 제어부는, 변속신호에 따라 상기 연결기어가 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 결합되거나, 결합이 해제되도록 상기 이동부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 제1 부재는 전류가 인가되는 코일부일 수 있고, 상기 제2 부재는 자석일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트는, 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 상기 회전자의 회전속도보다 느린 속도로 회전하는 캐리어를 포함하는 제1 기어 플레이트, 상기 회전자와 동일한 속도로 회전하는 제2 기어 플레이트, 및 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 상기 회전자의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하는 중심기어를 포함하는 제3 기어 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트는, 상기 연결기어와 결합이 가능하도록 요철 형상의 내주면을 갖는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트는, 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 상기 제1 기어 플레이트의 캐리어의 회전속도보다 느린 속도로 회전하는 캐리어를 포함하는 제4 기어 플레이트, 및 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 상기 제3 기어 플레이트의 중심기어의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하는 중심기어를 포함하는 제5 기어 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 기어 플레이트는, 회전자의 내부에 형성되는 기어 투스(Gear Tooth)와 맞물리도록 배치되는 제1 위성기어, 및 상기 제1 위성기어에 맞물려 회전하며, 상기 연결기어가 결합 가능하도록 형성되는 결합중공이 형성되는 중심기어 또는 캐리어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 기어 플레이트는, 상기 제1 위성기어와 맞물려 상기 제1 위성기어의 회전에 따라 회전되는 제2 위성기어를 더 포함하고, 상기 중심기어는 상기 제2 위성기어에 맞물려 회전할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 상기 연결기어가 연결되지 않는 기어 플레이트는 감속기어인 경우 외함에 고정되었던 중심기어의 고정을 해제되도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 증속기어인 경우 외함에 고정되었던 기어 플레이트 캐리어의 고정을 해제하여 증속기능을 수행하지 않게 하여 기어의 수명을 연장하고, 부하를 줄일 수 있게 동작될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 적어도 하나는, 인접한 기어 플레이트 사이에 마련되고, 상기 연결기어의 외주부보다 큰 내경의 중공이 형성되는 중립영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 중립영역은, 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나에서 돌출되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 연결기어는 상기 출력 샤프트에 끼움되며, 상기 연결기어가 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 연결되어, 상기 출력 샤프트가 회전되도록 상기 연결기어의 이동을 제어하는 이동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 중립영역에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 연결되도록 상기 이동부에 의해 이동되는 경우, 연결되는 기어 플레이트는 연결기어와 근사한 속도로 회전되어 상기 연결기어와 쉽게 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 이동부에는 상기 연결기어의 일 측으로 나사산이 형성되고, 베벨기어, 엔코더 및 이동모터를 포함할 수 있다. 베벨기어는 회전되며 상기 이동 로드에 형성된 나사산과 맞물려 상기 연결기어를 축 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 엔코더는 상기 연결기어의 위치 및 이동 거리를 알 수 있게 하며, 이동모터는 상기 베벨기어를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 이동 로드의 나사산이 형성된 영역에는 양 측으로 평편한 회전 제한면이 구비되고, 상기 이동 로드는, 상기 회전 제한면에 의하여 상기 베벨기어가 회전함에 따라 직선이동을 하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 상기 이동부는, 상기 이동모터의 회전이 없는 경우 상기 축 방향을 따라 이동되지 않도록 고정하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 변속부를 내장한 전기 모터에서 연결기어는 이동부와 결합되고, 연결기어는 출력 샤프트에 끼워져 함께 회전하며, 이동부는 평편한 회전 제한면에 의해 연결기어와 출력 샤프트가 회전하는 경우에 회전하지 않으며 직선 방향으로 연결기어를 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는, 연결기어가 중립영역에서 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 연결되도록 이동부에 의해 이동되는 경우, 기어 플레이트는 연결기어와 근사한 속도로 회전될 수 있다. 이를 통해 연결기어가 회전하는 기어 플레이트와 연결될 때 발생될 수 있는 충격이 저감될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 회전자 내부에 변속기능을 갖는 기어 어셈블리를 포함함으로써, 외부에 따로 변속기를 구비하지 않아도 되므로 전기 모터의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 회전자 내부에 5단 이상의 다중 기어를 갖는 전기 모터를 구현할 수 있음으로써, 보다 좁은 공간에 고효율, 고출력을 낼 수 있는 모터를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 모터의 크기를 증가시키지 않고 변속부를 추가할 수 있다. 이에 따라 크기와 무게가 줄어듦으로써 동일한 용량의 배터리로도 장거리를 운행할 수 있어 배터리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 크기를 작게 제작할 수 있으므로, 인휠 모터(In-Wheel Motor)로서 사용하기 용이한 장점이 있다. 인휠 모터의 경우 휠 사이즈에 맞게 모터의 외경을 크게 만들 수 있으므로 모터의 크기에 대한 부담 없이 출력이 큰 모터를 장착할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 나타낸 사시도이다.
도 3는 도 1의 변속부를 내장한 전기 모터의 변속기 부분을 분해한 분해사시도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 설명하기 위하여 일부 구성들을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터가 변속되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터의 변속기 부분을 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 도 11a 및 도 11b의 변속부를 내장한 전기 모터가 기어를 변속하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 이용한 변속 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 각 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 이용한 가속 및 감속을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 나타낸 사시도이다. 도 3는 도 1의 변속부를 내장한 전기 모터를 분해한 것 중 변속기에 대한 분해사시도이다. 도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 설명하기 위하여 일부 구성들을 나타낸 사시도이다.
본 발명에서 예로서, 유성기어를 실시 예로 설명하지만 유성기어를 변경하여 활용하거나 유성기어 이외의 방식도 가능하다. 또한, 일반적으로는 감속을 많이 쓰지만 실시예를 잘 설명하기 위하여 증속, 등속도 추가하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 달리, 기어 플레이트가 하나만 구비될 수도 있다. 예를 들어, 변속부에 기어 플레이트가 하나만 구비될 수도 있다. 이는 전기 모터의 회전자의 회전 속도는 단시간 내에 매우 빠르게 회전할 수 있으므로, 기어 플레이트를 회전자의 회전속도를 감속하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M)는 전기 모터를 사용하는 자동차 등의 운송 수단에 설치될 수 있다. 특히, 전기 모터는 그 크기가 작고 제어가 용이하므로, 공간의 제약을 덜 받으므로 자동차의 휠과 가까운 곳에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M)는 고정자(100), 회전자(200), 기어 어셈블리(GA) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 고정자(100)는 변속부를 내장한 전기 모터(M)의 적어도 일부를 감싸게 형성될 수 있다. 고정자(100)의 외면으로는 모터 등을 감싸는 추가커버가 더 구비될 수 있다.
고정자(100)는 고정자(100)의 내주면에 배치되고 전자기력을 발생시키는 제1 부재를 포함한다. 고정자(100)는 회전하지 않는다. 제1 부재에 및 후술할 제2 부재에 인가되는 전자기력에 의하여 후술할 회전자(200)가 회전될 수 있다. 한편, 고정자(100)를 감싸는 외함에는 방열판(101)이 구비될 수 있다. 회전자(200)는 고정자(100)의 내주면과 대향하도록 외주면에 배치되고, 제1 부재와 함께 전자기력을 발생시키는 제2 부재가 구비된다. 회전자(200)가 회전하며 제1 부재와 제2 부재는 서로 가까워짐과 멀어짐이 반복적으로 일어난다. 제1 부재 및 제2 부재 사이에서 형성되는 전자기력에 의하여 회전자(200)가 회전될 수 있다.
회전자(200)의 내부에는 기어 투스(205)가 형성될 수 있다. 회전자(200)의 기어 투스(205)에 하나 이상의 기어 플레이트(300)들이 연결되어 회전될 수 있다. 즉, 회전자(200)가 회전됨으로써, 회전자(200)의 내부에 배치되는 하나 이상의 기어 플레이트(300)들이 회전될 수 있다.
한편, 상기 고정자(100)의 제1 부재는 전류가 인가되는 코일이고, 회전자(200)의 제2 부재는 자석일 수 있다. 또한, 상술한 설명과 달리 제1 부재가 자석이고, 제2 부재는 전류가 인가되는 코일일 수도 있다.
또한, 상술한 실시예와 달리 고정자(100) 및 회전자(200)의 위치가 서로 바뀌어 형성될 수 있다. 이러한 경우에는 회전자(200)가 고정자(100)에 비하여 길게 형성될 수 있다. 그리고, 회전자(200)의 내부에 형성되는 기어 투스에 하나 이상의 기어 플레이트(300)가 연결되어 회전될 수도 있다. 또한, 회전자의 중심에 회전축을 형성하고 고정자의 내면에 기어 투스를 형성한 후 이곳에 하나 이상의 기어 플레이트를 구비하여 변속을 할 수도 있다.
기어 어셈블리(GA)는 회전자(200) 내부에 구비된다. 구체적으로, 기어 어셈블리(GA)는 회전자(200)의 내부에 구비되어, 모터의 기어가 변속될 수 있도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 기어 어셈블리(GA)는 하나 이상의 기어 플레이트(300), 연결기어(410). 이동부(420) 및 출력 샤프트(421)를 포함한다.
기어 플레이트는 서로 평행하게 복수로 배치될 수 있다. 기어 플레이트 각각은 회전자(200)가 회전함에 따라 회전되도록 구성된다.
구체적으로, 하나 이상의 기어 플레이트(300)는 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 기어 플레이트(310) 및 제3 기어 플레이트(330)는 1 이상의 위성기어 및 위성기어를 고정하기 위한 캐리어를 포함할 수 있다.
도 7의 (a) 및 (b)는 연결기어(410)와 제1 기어 플레이트(310)가 연결된 모습을 서로 다른 방향에서 나타낸 도면이다.
제1 기어 플레이트(310)는 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 회전자(200)의 회전속도보다 느린 속도로 회전하는 기어 플레이트 캐리어(310)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 제1 기어 플레이트(310)는 제1 위성기어(311), 중심기어(315) 및 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)를 포함할 수 있다.
제1 위성기어(311)는 상술한 회전자(200)의 내부 기어 투스(205)에 연결되도록 배치된다. 즉, 제1 위성기어(311)는 회전자(200)의 내부에 형성되는 기어 투스(Gear Tooth)와 맞물리도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 위성기어(311)는 회전자(200)가 회전함에 따라 직접적으로 회전할 수 있다.
중심기어(315)는 제1 위성기어(311)에 맞물려 배치되고, 핀(301)에 의해 외함에 고정되어 있다.
중심기어(315)의 중심에는 연결기어(410)가 지나가며, 연결기어(410)와 제1 기어 플레이트(310)와의 연결이 해재되는 중립영역이 형성될 수 있다.
또한, 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)의 내부에 결합중공이 형성될 수 있다.
도 8은 제2 기어 플레이트(320)와 연결기어(410)가 연결된 모습을 나타낸 것이다.
제2 기어 플레이트(320)는 회전자(200)와 동일한 속도로 회전할 수 있다. 구체적으로, 제2 기어 플레이트(320)의 외주면에 형성된 기어 투스와 회전자(200)의 내주면에 형성되는 기어 투스가 서로 맞물려 돌아감으로써, 제2 기어 플레이트(320)는 회전자(200)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 제2 기어 플레이트(320)는 제1 기어 플레이트(310) 및 제3 기어 플레이트(330)를 향해 돌출되어 형성되는 중립영역(329)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 제2 기어 플레이트(320)의 연결부(328)를 중심으로 양측으로 돌출된 제1 중립영역(329a) 및 제2 중립영역(329b)이 배치된다. 다만, 설계상의 이유로 제2 기어 플레이트(320)가 가지고 있는 중립영역은 하나만 구비될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제3 기어 플레이트(330)는 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 회전자(200)의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하는 중심기어(335)를 포함할 수 있다.
도 9의 (a) 및 (b)는 제3 기어 플레이트(330)와 연결기어(410)가 연결된 모습을 서로 다른 방향에서 나타낸 도면이다. 제3 기어 플레이트(330)는 제1 위성기어(331), 제2 위성기어(332) 및 중심기어(335)를 포함할 수 있다.
제1 위성기어(331)는 회전자(200)와 맞물려 회전하게 된다. 즉, 제1 위성기어(331)과 회전자(200)의 내측 기어 투스가 서로 맞물려 회전할 수 있다. 그리고, 제2 위성기어(332)는 제1 위성기어(331)와 맞물려 제1 위성기어(331)의 회전에 따라 회전될 수 있다. 그리고, 중심기어(335)는 제2 위성기어(332)에 맞물려 회전될 수 있다.
즉, 회전자(200)로부터 전달되는 회전력이 제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331), 제2 위성기어(332) 및 중심기어(335)를 통해 연결기어(410)로 전달될 수 있다. 이때, 중심기어(335)는 제1 위성기어(331) 및 제2 위성기어(332)가 배치됨으로써, 상대적으로 직경이 작아질 수 있다. 중심기어(335)의 직경이 작게 형성됨으로써, 회전자(200)가 1회전할 때, 제3 기어 플레이트(330)의 중심기어(335)는 그 보다 더 많은 회전을 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제3 기어 플레이트(330)에 연결된 연결기어(410) 또한 더 많이 회전할 수 있다. 이에 따라, 연결기어(410)에 연결된 출력 샤프트(421)가 더 많이 회전될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제3 기어 플레이트(330)는 전기 모터의 커버 등에 고정될 수 있도록 제3 기어핀(331)을 구비할 수 있다. 제3 기어핀(331)은 제3 기어 플레이트 캐리어(330a)를 전기 모터의 커버에 고정시킬 수 있다.
도 4의 (a)를 참조하면, 기어 어셈블리(GA)는 이동부(420)의 나사산이 형성된 부분을 시작으로 일 측을 향해 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)가 나란하게 배치될 수 있다. 제1 기어 플레이트(310) 및 제2 기어 플레이트(320) 사이에는 제1 중립영역(329a)이 형성되고, 제2 기어 플레이트(320)와 제3 기어 플레이트(330) 사이에는 제2 중립영역(329b)이 형성될 수 있다. 또한, 제1 기어 플레이트(310)의 중심기어(315)의 내주면에도 중립영역이 형성될 수 있다.
상술한 하나 이상의 기어 플레이트(300) 각각은, 연결기어(410)와 결합이 가능하도록 요철 형상의 내주면을 갖는 연결부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 중심기어(315)의 내주면이 연결부(318)일 수 있다. 다만, 제2 기어 플레이트(320)의 경우에는 중심기어가 구비되지 않아, 제2 기어 플레이트 캐리어(320)에 연결부(328)가 형성될 수 있다.
각 기어 플레이트의 연결부는 각 기어 플레이트와 연결기어(410)의 외주면을 결합함으로써, 회전자(200)로부터 전달되는 회전력으로 연결기어(410)를 회전시킬 수 있다. 이를 통해 연결기어(410)와 연결된 출력 샤프트(421)에 회전력이 전달될 수 있다.
한편, 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 연결기어(410)가 연결되지 않는 기어 플레이트의 캐리어(330a) 또는 중심기어(315)는 외함과 고정해제 될 수 있다.
예를 들어, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결되는 경우, 제3 기어 플레이트(330)의 제3 기어 플레이트 캐리어(330a)는 외함으로부터 고정이 해제되도록 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제3 기어 플레이트 캐리어(330a)와 외함을 연결하는 핀이 해제됨으로써, 증속기능을 수행하지 않고 회전자와 동일한 회전속도로 회전될 수 있다. 이에 따라, 제3 기어 플레이트(330)에 가해졌던 구동력이 줄어들어, 회전자(200)에 인가되는 부하가 줄어들고 기어의 수명이 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 적어도 하나는, 인접한 기어 플레이트 사이에 마련되고, 연결기어(410)의 외주부보다 큰 내경의 중공이 형성되는 중립영역을 포함할 수 있다.
중립영역은 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나에서 돌출되어 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 기어 플레이트(320)는 제2 기어 플레이트 (320)에서 양측으로 돌출된 두 개의 중립영역을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 기어 플레이트(320)는 제1 기어 플레이트(310)를 향해 돌출된 제1 중립영역(329a)과, 제3 기어 플레이트(330)를 향해 돌출된 제2 중립영역(329b)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 기어 플레이트(310)의 경우에는 중심기어(315)의 내면에 중립영역이 포함되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M)는 이동부(420)를 포함할 수 있다. 이동부(420)는 연결기어(410)가 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 연결되도록, 이동될 수 있다. 이때, 제어부(400)는 신호에 의해 상기 이동부(420)를 이동시킬 수 있다. 이동부(420)에 대해서는 자세하게 후술한다.
연결기어(410)는 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 선택적으로 결합 가능하게 형성될 수 있다. 연결기어(410)는 외주면에 상술한 각 기어 플레이트의 연결부와 결합 가능하도록, 기어 투스가 형성된다.
연결기어(410)는 출력 샤프트(421)에 끼움된다. 즉, 연결기어(410)는 출력 샤프트(421)을 따라 이동 가능하게 형성될 수 있다. 그러므로, 출력 샤프트(421)는 연결기어(410)가 기어 플레이트와 결합하여 회전함에 따라 함께 회전하여 회전하는 힘을 외부로 전달할 수 있다.
또한, 출력 샤프트(421)는 차량의 휠과 연결될 수 있다. 그리고, 연결기어(410)는 출력 샤프트(421)와 연결될 수 있다. 따라서, 차량의 휠의 회전은 곧 연결기어(410)의 회전이 될 수 있다. 그리고, 연결기어(410)의 회전은 곧 출력 샤프트(421)의 회전이 될 수 있다.
출력 샤프트(421)의 일측에 회전속도감지용 엔코더(420a)가 형성될 수 있다. 회전속도감지용 엔코더(420a)는 이동 로드(425) 내부에서 회전하는 출력 샤프트(421)의 회전속도를 감지할 수 있다.
그리고 이동 로드(425)는 내부에 출력 샤프트 (421)가 존재한다. 출력 샤프트 (421)는 나사산이 형성된 영역 이후까지 연장될 수 있다. 그리고, 연결기어(410)는 출력 샤프트 홈(422)에 끼움될 수 있다(도 7 참조).
한편, 연결기어(410)는 중립영역에서 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 연결되도록 이동부(420)에 의해 이동되는 경우, 기어 플레이트는 연결기어(410)의 회전 속도에 근사하도록 순간적으로 가속되거나 감속될 수 있다. 이는, 기어 플레이트의 회전속도가 연결되는 연결기어(410)와 근사한 속도로 맞춰지는 것이다. 이를 통해 연결기어(410)가 연결될 기어 플레이트와 회전속도가 비슷하게 되어, 연결기어(410) 및 기어 플레이트가 용이하게 결합될 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 연결기어(410)가 연결될 기어 플레이트에 따라, 회전자(200)의 회전속도가 달라질 수 있다. 이는, 각 기어 플레이트의 연결부가 연결기어(410)와 변속충격없이 연결되기 위해 필요한 회전속도이기 때문이다.
예를 들어, 연결기어(410)가 일정한 속도로 회전한다고 가정하는 경우, 제1 기어 플레이트(310)에 연결되기 위해서 필요한 회전자(200)의 회전속도가 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)에 연결되기 위해서 필요한 회전자(200)의 회전속도보다 크다.
이는, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)에 연결된 상태에서 회전자(200)가 동일한 속도인 1로 회전한다면, 연결기어(410)에 전달되는 회전속도는 각각 0.5, 1 및 2 일 수 있다.
반대로, 연결기어(410)의 속도가 동일하게 1이라고 한다면, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)에 연결되기 위해 필요한 회전자(200)의 회전속도는 각각 2, 1 및 0.5가 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제어부(400)는 출력 샤프트(421)와 기어 어셈블리(GA) 사이에 배치될 수 있다. 제어부(400)는 기어 어셈블리(GA)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(400)는 변속을 위하여 기어 어셈블리(GA)에서 출력 샤프트(421)에 연결되는 기어들을 선택하고 연결을 제어한다.
제어부(400)는 변속신호에 따라 연결기어(410)가 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 결합되거나, 결합이 해제되도록 이동부(420)를 제어할 수 있다.
예시에서 나타낸 기어 플레이트는 중심기어, 위성기어, 캐리어를 포함하는 유성기어 세트이다. 이때, 회전자의 내주면에 가공된 기어가 유성기어의 입력인 링기어의 역할을 한다. 또한, 감속기어인 경우 중심기어를 고정하고 캐리어에 연결부를 형성하여 기어 플레이트의 출력으로 사용하고, 반대로 증속기어인 경우 캐리어를 고정하고 중심기어에 연결부를 형성하여 기어 플레이트의 출력으로 사용한다.
제어부(400)는 연결기어(410)가 중립영역(329)에 위치하고, 연결기어(410)가 특정 기어 플레이트와 결합하기 위한 신호를 수신하는 경우 다음과 같이 변속부를 내장한 전기 모터(M)를 제어할 수 있다. 제어부(400)는 연결기어(410)가 어떤 기어 플레이트와 연결되는지를 파악한 후, 해당 기어 플레이트의 연결부의 회전 속도와 연결기어(410)의 회전 속도가 근사해질 수 있도록, 회전자(200)를 회전시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 이동부(420)에는 연결기어(410)의 일 측으로 나사산이 형성될 수 있다. 이동부(420)의 나사산은 베벨기어(430)에 걸림되어 베벨기어의 회전에 따라 이동부(420)를 축 방향으로 이동할 수 있도록 한다.
이동부(420)의 나사산이 형성된 영역에는 양 측으로 평편한 회전 제한면(426)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 회전 제한면(426)은 이동부(420)의 나사산이 형성된 영역에서 이동부(420)의 양측으로 나란하게 형성될 수 있다.
회전 제한면(426)은 상술한 베벨기어(430)의 내면에 형성된 나사홈에 걸림되지 않는다. 또한, 외함의 회전 제한면(426)형태의 홈을 통과한다. 따라서, 이동부(420)에 회전 제한면(426)이 형성됨으로써, 베벨기어(430)가 회전하여도 회전하지 않을 수 있다. 즉, 이동부(420)의 둘레에 나사산과 회전 제한면(426)이 형성됨으로써, 베벨기어(430)가 회전할 때 회전운동이 아닌 직선이동을 할 수 있다.
한편, 이동부(420)를 고정하는 고정장치(440)는 이동모터(450)의 회전이 없는 경우 이동부(420)가 축 방향을 따라 이동되지 않도록 이동부(420)의 이동을 고정하도록 이루어질 수 있다. 구체적으로, 연결기어(410)가 특정 기어 플레이트와 연결되어 회전을 하는 경우, 연결기어(410)와 연결된 이동부(420)의 이동이 제한될 필요성이 있다. 이에 따라, 연결기어(410)가 특정 기어 플레이트와 연결되어 회전하는 동안, 고정장치(440)는 연결기어(410)가 출력 샤프트(421)의 축방향을 따라 이동하지 않도록 이동부(420)의 이동을 제한할 수 있다.
이동부(420)는 이동 로드(425), 베벨기어(430), 엔코더(이동위치 확인용) 및 이동모터(450)를 포함할 수 있다.
베벨기어(430)는 이동모터(450)에 의하여 회전될 수 있다. 베벨기어(430)의 내면에는 이동부(420)에 형성된 나사산과 맞물리도록 형성된 홈이 형성될 수 있다.
베벨기어(433)가 회전됨에 따라 이동부(420)에 부착된 베벨기어(430)가 회전되고, 이 바벨기어(430)는 이동부(420)에 형성된 나사산과 맞물려, 이동부(420)를 축 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 이동부(420)가 축 방향을 따라 이동됨으로써, 이동부(420)에 연결된 연결기어(410)가 하나 이상의 기어 플레이트(300)들 중 어느 하나와 연결되거나, 분리될 수 있다.
상기 엔코더는 연결기어(410)의 위치 및 이동 거리를 저장할 수 있다. 엔코더는 후술할 이동모터(450)의 내부에 포함될 수 있다. 그리고, 저장된 연결기어(410)의 위치 및 이동 거리는 제어부(400)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 제어부(400)는 연결기어(410)가 어느 기어 플레이트와 연결되거나, 연결되지 않는지를 파악할 수 있다. 즉, 제어부(400)는 연결기어(410)의 위치를 파악할 수 있다.
이동모터(450)는 동력이 구동됨에 따라 베벨기어(430)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 이동부(420)가 축 방향을 따라 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M)는 회전자(200) 내부에 변속기능을 갖는 기어 어셈블리(GA)를 포함함으로써, 따로 변속기를 구비하지 않아도 되므로 전기 모터의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 위성기어를 포함하는 유성기어의 형식이 아닌, 일반적인 기어를 이용할 수도 있다. 이 경우에도 회전자 내부에 기어 어셈블리를 포함함으로써, 전기모터의 크기를 줄일 수 있다.
한편, 상술한 실시예와 달리, 하나 이상의 기어 플레이트는 모두 감속을 위한 기어 플레이트일 수 있다. 이는, 전기 모터의 회전자의 회전속도(rpm)은 매우 빠른 속도로 회전할 수 있으므로, 하나 이상의 기어 플레이트가 회전자 대비 감속비를 서로 달리하여 배치될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M)가 변속되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)와 연결이 해제된 상태이다. 모터의 변속이 구동되지 않은 기본 상태라고 할 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 이동부에 의해 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)쪽으로 이동한 모습이다. 이때 연결기어(410)는 제1 기어 플레이트(310)의 기어 플레이트 캐리어(310a)와 연결된 상태이다. 이때, 연결기어(410)는 회전자(200)의 회전속도보다 느린 각속도로 회전할 수 있다. 자동차 기어로 표현하면, 1단에 기어가 배치된 상태라고 할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 이동부에 의해 연결기어(410)가 이동되어, 연결기어(410)가 제1 중립영역(329a)에 배치된 모습이다.
도 10의 (d)를 참조하면, 이동부 의해 연결기어(410)가 이동되어, 연결기어(410)가 제2 기어 플레이트(320)와 연결된 모습이다. 이때, 연결기어(410)는 회전자(200)와 회전속도와 동일한 각속도로 회전할 수 있다. 자동차 기어로 표현하면, 2단에 기어가 배치된 상태라고 할 수 있다.
도 10의 (e)를 참조하면, 이동부에 의해 연결기어(410)가 이동되어, 연결기어(410)가 제2 중립영역(329b)에 배치된 모습이다.
도 10의 (f)를 참조하면, 이동부에 의해 연결기어(410)가 이동되어, 연결기어(410)가 제3 기어 플레이트(330)에 연결된 모습이다. 이때, 연결기어(410)는 회전자(200)의 회전속도보다 더 빠른 각속도로 회전할 수 있다. 자동차 기어로 표현하면, 3단에 기어가 배치된 상태라고 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 연결기어(410)는 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 연결되거나, 기어 플레이트와 연결되지 않는 중립영역에 배치될 수 있다.
연결기어(410)가 중립영역에 있을 때, 연결기어(410)는 기어 플레이트로부터 회전력을 전달받지 못하지만, 연결기어(410)는 출력 샤프트(421) 및 휠에 연결되어 있으므로, 휠 및 출력 샤프트(421)의 속도로 회전한다.
이때, 연결기어(410)가 중립영역에서 하나 이상의 기어 플레이트(300) 중 어느 하나와 연결되도록 이동부에 의해 이동되는 때에, 상기 기어 플레이트 들 중 상기 연결기어(410)와 연결되는 기어 플레이트는 상기 연결기어와 근사한 속도로 회전될 수 있도록 제어부(400)에 의해 회전자(200)의 회전속도가 제어된다. 이를 통해 연결기어(410)가 회전하는 기어 플레이트와 연결될 때 발생될 수 있는 충격이 저감될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터의 변속기를 나타낸 분해 사시도이다. 도 12는 도 11a 및 도 11b의 변속부를 내장한 전기 모터가 기어를 변속하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터는 도 1 내지 도 10에서 설명한 변속부를 내장한 전기 모터와 비교하였을 때, 기어 플레이트를 2개 더 구비하는 것에 차이가 있을 뿐 다른 구성 요소들은 동일하거나 유사하므로, 동일하거나 유사한 구성 요소들에 대한 설명은 생략한다.
상술한 실시예에서, 변속부를 내장한 전기 모터(M')는 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320) 및 제3 기어 플레이트(330)를 포함할 수 있다. 또는 제1 기어 플레이트(310)와 유사한 형태의 기어 플레이트를 여러 개 포함할 수도 있다.
제1 기어 플레이트(310)는 연결기어(410)를 회전자(200)의 회전속도에 대비하여 저속으로 회전하기 위한 기어 플레이트이며, 제2 기어 플레이트(320)는 연결기어(410)를 회전자(200)의 회전속도와 동일한 속도로 회전시키기 위한 기어 플레이트이다. 제3 기어 플레이트(330)는 연결기어(410)를 회전자(200)의 회전속도보다 빠른 속도로 회전시키기 위한 기어 플레이트이다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 기어 플레이트(300)는 제4 기어 플레이트(340) 및 제5 기어 플레이트(350)를 더 포함할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제4 기어 플레이트(340), 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320), 제3 기어 플레이트(330) 및 제5 기어 플레이트(350)의 순서로 배치된다. 제4 기어 플레이트(340)가 가장 낮은 기어 단수이고, 제1 기어 플레이트(310), 제2 기어 플레이트(320), 제3 기어 플레이트(330) 및 제5 기어 플레이트(350)로 갈수록 기어의 단수가 높아진다.
제4 기어 플레이트(340)는 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 외함에 고정된 중심기어(345)를 포함할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제4 기어 플레이트(340)는 제4 기어 플레이트 캐리어(340a)의 일측에 배치되는 제1 위성기어(341) 및 중심기어(345)를 포함할 수 있다. 또한, 도 11b를 참조하면, 제4 기어 플레이트(340)는 제4 기어 플레이트 캐리어(340a)의 타측에 배치되는 동력전달기어(347)를 포함할 수 있다.
동력전달기어(347)는 제4 기어 플레이트 캐리어(340a)의 회전력을 제1 기어 플레이트(310)의 위성기어로 전달할 수 있다. 구체적으로, 도면에 도시된 바와 같이 동력전달기어(347)는 제1 기어 플레이트(310)의 제1 위성기어(311)와 맞물려 회전할 수 있다.
제1 기어 플레이트(310)는 제1 위성기어(311)와 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 위성기어(311)는 제4 기어 플레이트(340)의 동력전달기어(347)와 연결될 수 있다. 이때, 동력전달기어(347)는 제1 기어 플레이트의 중심기어 역할을 한다. 제1 위성기어(311)가 회전하면서 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)를 회전시키며, 제1 기어 플레이트 캐리어(310a)에 연결부(318)가 배치될 수 있다.
제2 기어 플레이트(320)는 제2 기어 플레이트 캐리어(320) 자체가 회전자(200)와 맞물려 회전할 수 있도록 형성될 수 있다. 제2 기어 플레이트 캐리어(320) 내부에 연결부(328)가 배치될 수 있다.
제3 기어 플레이트(330)는 제1 위성기어(331), 중심기어(335) 및 제3 기어 플레이트 캐리어(330a)를 포함할 수 있다.
제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331)는 회전자(200)와 연결되는 것이 아니라, 제5 기어 플레이트(350)에 배치된 제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)과 연결될 수 있다. 제3 기어 플레이트(330)의 중심기어(335)는 제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331)와 연결되어 회전될 수 있다.
제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331)는 제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)과 연결되어, 제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)가 회전함에 따라 회전될 수 있다. 제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331)가 회전됨에 따라 제3 기어 플레이트(330)의 중심기어(335)의 내측에 형성된 연결부(338)가 회전하게 되고, 연결기어(410)는 제3 기어 플레이트(330)의 연결부(338)에 연결되어 회전할 수 있다.
제5 기어 플레이트(350)는 하나 이상의 위성기어를 포함하고, 제3 기어 플레이트(330)의 연결부(338)의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하는 중심기어(355)를 포함할 수 있다. 즉, 제5 기어 플레이트(350)는 제3 기어 플레이트(330)보다 기어의 단수가 높은 기어 플레이트이다.
제5 기어 플레이트(350)는 제1 위성기어(351), 제2 위성기어(352), 중심기어(355) 및 제5 기어 플레이트 캐리어(350a)를 포함할 수 있다. 이때, 증속동작을 하기 위하여 제5 기어 플레이트 캐리어(350a)는 외함에 고정된다.
제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)는 회전자(200)와 연결되어 회전력을 전달받는다. 제1 위성기어(351)가 전달받은 회전력은 제2 위성기어(352)로 전달되고, 제2 위성기어(352)는 제5 기어 플레이트(350)의 중심기어(355)를 회전시킬 수 있다. 연결기어(410)는 제5 기어 플레이트(350)의 중심기어(355)의 내주면에 형성된 연결부(358)에 연결될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)는 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제5 기어 플레이트(350)의 제1 위성기어(351)는 제3 기어 플레이트(330)의 제1 위성기어(331)를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터(M')는 회전자(200) 내부에 5단 이상의 다중 기어를 갖는 전기 모터를 구현함으로써, 보다 좁은 공간에 고효율을 낼 수 있는 모터를 구현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 이용한 변속 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 이용한 변속 제어 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
자동차 주행상황이라 가정하고, 사용자가 연결기어(410)를 변속하고자 신호를 발생시키는 경우, 연결기어가 각 기어 플레이트에 연결된 상태일 경우 쉽게 분리되도록 모터의 부하가 적어지는 속도로 회전자(200)의 구동이 유지될 수 있다(S100).
다음으로 이동부(420)는 연결기어(410)를 변속하고자 하는 방향의 중립영역(329)으로 이동시킬 수 있다(S200). 구체적으로, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결된 상태에서 기어의 단수가 높아지는 신호가 발생되면, 이동부는 연결기어(410)를 제2 기어 플레이트(320)와 제1 기어 플레이트(310) 사이에 형성되는 중립영역(329a)으로 이동시킬 수 있다.
그 다음으로 제어부(400)는 연결기어(410)가 중립영역(329)에 위치하는지를 파악할 수 있다(S250). 이때, 연결기어(410)가 중립영역(329)에 위치하지 않는 경우, 이동부는 연결기어(410)를 변속하고자 하는 방향의 중립영역(329) 위치로 재차 이동시킬 수 있다.
다음으로 변속하고자 하는 기어 플레이트의 회전속도를 연결기어(410)의 회전속도와 근사하도록 모터의 회전속도를 조절할 수 있다(S300).
구체적으로, 연결기어(410)와 기어 플레이트가 연결될 때, 연결기어(410) 및 기어 플레이트에서 발생할 수 있는 충격을 완화하고자, 기어 플레이트의 회전속도를 연결기어(410)의 회전속도와 근사한 값으로 조절할 수 있다.
다음으로 제어부(400)는 기어 플레이트의 회전속도와 연결기어(410)의 회전속도가 근사한지 판단할 수 있다(S400). 이때, 기어 플레이트 및 연결기어(410)의 회전속도가 근사하다는 것은 하나의 회전 속도가 다른 것의 회전 속도의 95%이상-105%이하의 범주내로 들어오는 경우일 수 있다. 연결기어(410)의 회전속도는 출력 샤프트 끝에 부착된 엔코더(420a)의 값을 참조하면 된다.
다음으로 연결기어(410)가 변속하고자 하는 기어 플레이트와 연결되도록 연결기어(410)를 이동시킬 수 있다(S500). 즉, 연결기어(410)를 목적하는 변속기 위치로 이동시킬 수 있다. 이때, 연결기어(410)가 이동중에 두 기어의 회전속도의 차이에 의해 두 기어가 결합이 될 수 있는 시점이 도래한다.
다음으로 제어부(400)는 연결기어(410)가 목적하는 기어 플레이트와 연결되었는지 파악할 수 있다(S600). 이는 이동모터(450)와 연결된 또는 내장된 엔코더 값을 읽어서 판단할 수 있다.
이때, 연결기어(410)가 목적하는 변속기(기어 플레이트)에 위치하지 않는 경우, 이동모터를 동작 시켜서 연결기어(410)를 목적하는 위치로 재차 이동시킨다.
다음으로, 출력 샤프트(421)의 회전속도가 원하는 속도가 되도록 모터를 제어할 수 있다(S700). 구체적으로, 출력 샤프트(421) 및 연결기어(410)를 목적하는 기어 플레이트와 연결하는 과정에서 기어 플레이트의 회전속도는 상술한 바와 같이 모터의 부하가 적어지는 속도로 유지할 수 있다. 이는 연결기어(410)가 기어 플레이트에 연결되어 있는 경우 쉽게 분리하기 위함이다.
또한, 연결기어(410) 및 기어 플레이트를 결합시키는 과정에서는 기어 플레이트의 회전속도를 연결기어(410)와 비슷하게 근사시키는 것이 바람직하다. 이는 연결기어(410)와 기어 플레이트의 연결부를 연결하는 과정에서 변속충격을 적게 하기 위함이다.
그리고, 연결이 완료된 후 제어부(400)는 연결기어(410) 및 기어 플레이트가 서로 연결된 상태에서 기어 플레이트의 회전속도를 목적하는 토크값 및 회전속도가 되도록 모터를 제어할 수 있다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 각 실시예에 따른 변속부를 내장한 전기 모터를 이용한 가속 및 감속을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 기어 플레이트가 3개인 제1 실시예에 따른 모터의 회전속도 및 출력 샤프트(421)에 전달되는 회전속도를 도식화한 것이다. 도 15는 기어 플레이트가 5개인 제2 실시예에 따른 모터의 회전속도 및 출력 샤프트(421)에 전달되는 회전속도를 도식화한 것이다.
먼저 도 14를 참조하면, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결되었을 때 모터 스피드(Motor Speed)는 L로 표현된다. 그리고, 연결기어(410)가 제2 기어 플레이트(320)에 연결되었을 때 모터 스피드는 E로 표현된다. 그리고, 연결기어(410)가 제3 기어 플레이트(330)에 연결되었을 때 모터 스피드는 H로 표현된다.
연결기어(410) 제1 기어 플레이트(310)에 연결되었을 때, 연결기어(410)에 전달되는 회전속도는 낮으나, 토크값이 클 수 있다. 주로, 자동차 등이 처음 출발할 때 큰 힘이 필요하며 적은 회전속도를 요구할 때 사용될 수 있다. 즉, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결되면, 변속기에서 저단의 역할을 할 수 있다.
따라서 그래프를 살펴보았을 때, L부분에서는 모터 스피드보다 출력 샤프트(421)에 의해 외부로 출력되는 회전속도(Output Speed)의 기울기가 더 낮을 수 있다.
L 부분에서 E 부분으로 변속이 될 때, 연결기어(410) 중립영역(329)을 통과하므로 이때, 모터 스피드는 줄어들지만, 출력 스피드는 짧지만 관성에 의해 유지될 수 있다.
E 부분에서는 연결기어(410)가 제2 기어 플레이트(320)에 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 기어 플레이트(320)는 회전자(200)와 연결되므로, 모터 스피드의 기울기와 외부 스피드의 기울기가 동일할 수 있다. 또한, L 부분과 비교하였을 때, 출력 스피드를 동일하게 상승시키기 위한 모터 스피드의 기울기가 더 낮아질 수 있다.
H 부분에서는 연결기어(410)가 제3 기어 플레이트(330)에 연결될 수 있다. 제3 기어 플레이트(330)는 하나 이상의 위성기어를 사용하여 회전자(200)의 회전속도보다 제3 기어 플레이트(330)의 중심기어(335)의 회전속도가 더 빠르므로, 제3 기어 플레이트(330)와 연결된 연결기어(410)의 회전속도는 모터 스피드보다 더 빠를 수 있다.
따라서, 모터 스피드보다 외부 스피드가 더 빠르게 나타난다. 즉, H는 고속으로 주행할 때 사용되는 변속상태일 수 있다.
감속을 하는 경우에서도, 연결기어(410)가 제3 기어 플레이트(330)에 연결되는 H 상태에서, 연결기어(410)가 제2 기어 플레이트(320)에 연결되는 E 상태 및 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결되는 L 상태로 차례로 감속될 수 있다.
감속의 경우에도, H 상태에서 모터 스피드의 감속되는 기울기 보다, 출력 스피드의 감속되는 기울기가 더 크다. 그리고, E 상태에서는 모터 스피드의 감속되는 기울기가 외부 스피드의 감속되는 기울기와 동일하다. L 상태에서는 모터 스피드의 감속되는 기울기가 출력 스피드의 감속되는 기울보다 클 수 있다.
도 15는, 도 14에서 설명한 것과 제4 기어 플레이트(340) 및 제5 기어 플레이트(350)가 존재하여, L2, L1, E, H1 및 H2의 구간이 존재하고, 각각의 구간 사이에 중립영역(329)이 존재하는 것에만 차이가 있을 뿐 다른 것들은 동일, 유사하므로 이에 대한 설명을 생략한다.
도 15를 참조하면, L2 구간에서는 연결기어(410)가 제4 기어 플레이트(340)에 연결되고, 예를 들어 기어에서 1단이라고 볼 수 있다. L1 구간에서는, 연결기어(410)가 제1 기어 플레이트(310)에 연결되고, 예를 들어 기어에서 2단이라고 볼 수 있다. E 구간에서는, 연결기어(410)가 제2 기어 플레이트(320)에 연결되고, 예를 들어 기어에서 3단이라고 볼 수 있다. H1 구간에서는 연결기어(410)가 제3 기어 플레이트(330)에 연결되고, 예를 들어 기어에서 4단이라고 볼 수 있다. H2 구간에서는 연결기어(410)가 제5 기어 플레이트(350)에 연결되고, 예를 들어 기어에서 5단이라고 볼 수 있다.
그래프를 참조하면, 가속 구간에서 외부 스피드의 기울기는 일정하나, L2, L1, E, H1 및 H2로 갈수록 모터 스피드의 기울기는 작아지는 것을 알 수 있다. 즉, 회전자(200)의 회전속도가 동일하다고 가정하였을 때, 출력 샤프트(421)의 회전되는 속도가 더 빨라질 수 있다.
감속 구간에서는 출력 스피드의 기울기는 일정하게 하락하나, L2, L1, E, H1 및 H2의 순으로 모터 스피드의 기울기는 커지는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 외함의 내주면에 배치되고 전자기력을 발생시키는 제1 부재를 포함하는 고정자;
    상기 고정자의 내주면과 대향하도록 외주면에 배치되고, 상기 제1 부재와 함께 전자기력을 발생시키는 제2 부재가 구비되는 회전자;
    상기 회전자 내부에 구비되고, 변속 가능하게 형성되는 기어 어셈블리; 및
    상기 기어 어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 회전자의 내부에는 상기 기어 어셈블리에 구비되는 기어 플레이트와 결합되는 기어 투스가 형성되고,
    상기 기어 어셈블리는 상기 회전자가 회전함에 따라, 출력 샤프트로 동력이 전달되도록 이루어지는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 전류가 인가되는 코일부이고,
    상기 제2 부재는 자석인, 변속부를 내장한 전기 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기어 어셈블리는,
    상기 회전자가 회전함에 따라 회전하는 하나 이상의 기어 플레이트;
    상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 선택적으로 결합 가능하게 형성되는 연결기어;
    상기 연결기어를 축 방향으로 이동시키는 이동부; 및
    상기 연결기어가 회전함에 따라 함께 회전하여 회전하는 힘을 외부로 전달하는 출력 샤프트를 포함하고,
    상기 제어부는,
    변속신호에 따라 상기 이동부를 이동시켜 상기 연결기어가 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 결합되거나, 결합이 해제되도록 하여 상기 출력 샤프트를 제어하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기어 플레이트는,
    하나 이상의 위성기어를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기어 플레이트는,
    상기 회전자의 회전속도보다 느린 속도로 회전하는 제1 기어 플레이트;
    상기 제1 기어 플레이트보다 빠른 속도로 회전하는 제2 기어 플레이트; 및
    상기 제2 기어 플레이트보다 빠른 속도로 회전하는 제3 기어 플레이트를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기어 플레이트 각각은,
    상기 연결기어와 결합이 가능하도록 요철 형상의 내주면을 갖는 연결부를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 위성기어는,
    회전자의 내부에 형성되는 기어 투스(Gear Tooth)와 맞물리도록 배치되는 제1 위성기어; 및
    상기 제1 위성기어가 회전함에 따라 회전하며, 상기 연결기어가 결합 가능하도록 형성되는 결합중공이 형성되는 중심기어 또는 캐리어를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위성기어는,
    상기 제1 위성기어와 맞물려 상기 제1 위성기어의 회전에 따라 회전되는 제2 위성기어를 더 포함하고,
    상기 중심기어는 상기 제2 위성기어에 맞물려 회전하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 상기 연결기어가 연결되지 않은 기어 플레이트의 기어 플레이트 캐리어 또는 중심기어는 외함과 고정이 해제되도록 형성되는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 적어도 하나는,
    인접한 기어 플레이트 사이에 마련되고, 상기 연결기어의 외주부보다 큰 내경의 중공이 형성되는 중립영역을 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결기어는 상기 출력 샤프트에 끼움되며,
    상기 연결기어가 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 연결되어, 상기 출력 샤프트가 회전되도록 상기 연결기어의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연결기어가 상기 중립영역에서 상기 하나 이상의 기어 플레이트 중 어느 하나와 연결되도록 상기 이동부에 의해 이동되는 경우, 상기 연결기어와 연결되는 기어 플레이트를 상기 연결기어와 근사한 속도로 회전시키도록 이루어지는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이동부는,
    일 측에 나사산이 형성되고, 상기 출력 샤프트를 감싸는 이동 로드;
    회전되며 상기 이동 로드에 형성된 나사산과 맞물려 상기 연결기어를 이동시키는 베벨기어;
    상기 이동 로드의 위치 및 이동 거리를 저장하는 엔코더; 및
    상기 베벨기어를 회전시키는 이동모터를 포함하는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이동 로드의 나사산이 형성된 영역에는 양 측으로 평편한 회전 제한면이 구비되고,
    상기 이동 로드는, 상기 회전 제한면에 의하여 상기 베벨기어가 회전함에 따라 직선이동을 하도록 이루어지는, 변속부를 내장한 전기 모터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 이동부는 이동 로드 고정장치를 더 포함하고,
    상기 이동 로드 고정장치는,
    상기 이동모터의 회전이 없는 경우 상기 연결기어가 축 방향을 따라 이동되지 않도록 상기 이동 로드를 고정하도록 이루어지는, 변속부를 내장한 전기 모터.
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