KR101197005B1 - 전기자동차용 인휠모터 구동장치 - Google Patents

전기자동차용 인휠모터 구동장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 커플링을 이용하여 축방향 비틀림과 노면 진동의 전달을 최소화 함으로써 기어의 내구성을 높일 수 있으며, 동력 전달을 위한 특별한 허브를 가지지 않기 때문에 기존 휠을 공용할 수 있는, 전기자동차용 인휠모터 구동장치에 관한 것으로서,
회전동력을 발생시키기 위한 모터와, 상기한 모터의 회전축에 결합되어 있는 기어군과, 상기한 기어군의 전면부에 설치되어 있는 커플링과, 상기한 커플링의 전면에 설치되어 있는 베어링 일체형 허브와, 상기한 커플링과 베어링 일체형 허브를 공체하기 위한 허브볼트와, 기어박스의 역할을 하는 캐리어와, 상기한 베어링 일체형 허브와 캐리어를 공체하기 위한 볼트를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

Description

전기자동차용 인휠모터 구동장치{Device for driving in-wheel motor for electric vehicle}
이 발명은 전기자동차용 인휠모터 구동장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 커플링을 이용하여 축방향 비틀림과 노면 진동의 전달을 최소화 함으로써 기어의 내구성을 높일 수 있으며, 동력 전달을 위한 특별한 허브를 가지지 않기 때문에 기존 휠을 공용할 수 있는, 전기자동차용 인휠모터 구동장치에 관한 것이다.
화석연료가 고갈되어 감에 따라 휘발유, 경유 등과 같은 화석연료를 사용하는 차량 대신에 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 전기 자동차의 개발이 이루어지고 있다.
상기 전기 자동차는, 충전 배터리에 저장된 전기 에너지만을 이용하여 모터를 구동하는 순수 전기 차량, 광전지를 이용하여 모터를 구동하는 태양전지 차량, 수소연료를 사용하는 연료전지를 이용하여 모터를 구동하는 연료전지 차량, 화석연료를 이용하여 엔진을 구동하고 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써 엔진과 모터를 병용하는 하이브리드 차량 등으로 구분된다.
일반적으로, 인휠 모터는 상기 전기 자동차와 같이 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 사용되는 기술로서, 가솔린 또는 디젤 자동차에서의 엔진-미션-구동축을 통한 동력 전달에 의해 바퀴가 회전 구동하는 방식과는 달리, 휠 림 내부에 배치되는 모터에 의해 동력이 휠에 직접 전달도록 하는 기술이다.
따라서, 상기 인휠 모터를 적용하는 경우에, 엔진, 변속기나 차동기어와 같은 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있어 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
참고로, 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치에 대한 기술이 미국 특허 공개번호 US2009/0101425A1(공개일 2009년 4월 23일)에 개시되어 있다. 도 1은 그 구성도를 보여 주고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치의 구성은, 차축 중심보다 윗부분에 모터(15)가 설치되어 있으며, 이는 첫번째 기어(17)와 연결된다. 1단 감속 역할을 하는 두번째 기어(131)와 세번째 기어(132)는 일체형으로 전후에 베어링(14)을 가진다. 2단감속은 네번째 기어(16)로 이루어지며 휠과 직접 연결하기 위한 체결홀(12)을 가진다. 그리고 모든 기어와 모터(15)를 지지하기 위한 캐리어(11)를 가진다.
상기한 구성에 의한 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치의 작용은 다음과 같다.
모터(15)의 동력은 첫번째 기어(17)로 전달되고, 이는 외접 기어로 접하는 두번째 기어(131)로 전달되면서 1단 감속을 한다. 상기한 두번째 기어(131)는 일체형으로 구성되어 있는 세번째 기어(132)로 동력을 전달하고, 외접하는 네번째 기어(16)로 전달되면서 2단 감속을 한다. 상기 네번째 기어(16)의 전면부에 있는 체결홀(12)은 휠과 직접 체결된다.
상기 네번째 기어(16)와 기어를 지지하는 캐리어(11)의 사이에는 회전을 위한 베어링(도시되지 않음)이 설치되는데, 상기 베어링은 휠에서 전해지는 차량 하중과 기어의 회전운동을 구속하는 2중 역할을 하게 된다.
상기한 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치는 2단 구조의 감속기어를 통해 큰 감속비를 얻고 있다.
그러나, 상기한 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치는, 네번째 기어(16)와 캐리어(11)의 사이에 설치되어 있는 베어링(도시되지 않음)이 차량의 하중과 기어에서 오는 회전력을 동시에 지지하는 구조이기 때문에 정밀성을 요구하는 기어축의 흔들림을 가져 올 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기한 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치는, 노면에서 오는 휠진동이 체결홀(12)을 통해서 기어로 직접 전달되기 때문에 기어의 소음과 파손을 유발하는 문제점이 있다.
그리고, 상기한 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치는, 동력 전달을 위한 특별한 허브를 가지기 때문에 기존 휠을 공용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 커플링을 이용하여 축방향 비틀림과 노면 진동의 전달을 최소화 함으로써 기어의 내구성을 높일 수 있는, 전기자동차용 인휠모터 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 동력 전달을 위한 특별한 허브를 가지지 않기 때문에 기존 휠을 공용할 수 있는, 전기자동차용 인휠모터 구동장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 회전동력을 발생시키기 위한 모터와, 상기한 모터의 회전축에 결합되어 있는 기어군과, 상기한 기어군의 전면부에 설치되어 있는 커플링과, 상기한 커플링의 전면에 설치되어 있는 베어링 일체형 허브와, 상기한 커플링과 베어링 일체형 허브를 공체하기 위한 허브볼트와, 기어박스의 역할을 하는 캐리어와, 상기한 베어링 일체형 허브와 캐리어를 공체하기 위한 볼트를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 기어군은, 상기한 모터의 회전축에 스플라인 결합되어 있는 제1 기어와, 상기한 제1 기어에 외접되어 있는 제2 기어와, 상기한 제2 기어와 일체형으로 형성되어 있는 제3 기어와, 상기한 제3 기어에 외접되어 있는 제4 기어를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 모터는 캐리어와 결합되기 위한 볼트부가 형성되며, 회전축의 끝에는 와셔가 조립되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 제3 기어의 회전축의 끝에 와셔가 조립되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 제4 기어에는 커플링을 장착하기 위한 4개의 핀이 형성되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 제4 기어는 베어링을 통하여 상기한 베어링 일체형 허브와 일체형으로 조립되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 커플링은 철판 재질로 이루어지지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 커플링은, 원형 디스크의 내부에 원형 공간부가 형성된 모양으로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 커플링은, 몸체에 다수개의 접힘부가 형성되어 있고, 제4 기어의 핀과 허브볼트가 장착되기 위한 홀이 상기한 접힘부의 사이에 통공 형성되어 있는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 베어링 일체형 허브의 외주면에는 3세대형 복열 베어링이 일체로 형성되고, 상기한 3세대형 복열 베어링의 외부에는 외륜이 일체로 형성되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명은, 커플링을 이용하여 축방향 비틀림과 노면 진동의 전달을 최소화 함으로써 기어의 내구성을 높일 수 있으며, 동력 전달을 위한 특별한 허브를 가지지 않기 때문에 기존 휠을 공용할 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 전기 자동차용 인휠 모터 구동장치의 사시 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치에 감속기 커버와 디스크와 캘리퍼가 조립되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치에 감속기 커버가 조립되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 사시 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 분해 조립 구성도이다.
도 6은 도 3의 정면도이다.
도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다.
도 8은 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 요부 구성도이다.
도 9는 도 8의 정면도이다.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다.
도 11은 도 9의 C-C선 단면도이다.
도 12는 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 커플링의 변형전 측단면 및 정면도이다.
도 13은 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 커플링의 변형후 측단면 및 정면도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 2 내지 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 구성은, 회전동력을 발생시키기 위한 모터(21)와, 상기한 모터(21)의 회전축(211)에 스플라인 결합되어 있는 제1 기어(22)와, 상기한 제1 기어(21)에 외접되어 있는 제2 기어(23)와, 상기한 제2 기어(23)와 일체형으로 형성되어 있는 제3 기어(24)와, 상기한 제3 기어(24)에 외접되어 있는 제4 기어(25)와, 상기한 제4 기어(25)의 전면부에 설치되어 있는 커플링(26)과, 상기한 제4 기어(25)의 내부와 상기한 커플링(26)의 전면에 걸쳐서 설치되어 있는 베어링 일체형 허브(27)와, 상기한 제4 기어(25)와 상기한 베어링 일체형 허브(27)의 사이에 설치되는 베어링(30)과, 상기한 커플링(26)과 베어링 일체형 허브(27)를 공체하기 위한 허브볼트(28)와, 기어박스의 역할을 하는 캐리어(29)와, 상기한 베어링 일체형 허브(27)와 캐리어(29)를 공체하기 위한 볼트(31)를 포함하여 이루어진다.
상기한 모터(21)는 캐리어(29)와 결합되기 위한 볼트부(212)가 형성되며, 회전축(211)의 끝에는 와셔(213)가 조립되는 구조로 이루어진다.
상기한 제3 기어(24)의 회전축의 끝에도 와셔(241)가 조립되는 구조로 이루어진다.
상기한 제4 기어(25)에는 커플링(26)을 장착하기 위한 4개의 핀(251)이 형성되며, 베어링(30)을 통하여 상기한 베어링 일체형 허브(27)와 일체형으로 조립되는 구조로 이루어진다.
상기한 커플링(26)은 회전토크에 대하여 최대한 손실이 없는 형태를 가지며, 탄성영역내에서 가장 적합한 형상과 두께를 가지기 위하여, 철판 재질로 이루어지며, 원형 디스크의 내부에 원형 공간부가 형성된 모양으로 이루어짐과 동시에, 몸체에 다수개의 접힘부(261)가 형성되어 있고, 제4 기어(25)의 핀(251)과 허브볼트(28)가 장착되기 위한 홀(262)이 상기한 접힘부(261)의 사이에 통공 형성되어 있는 구조로 이루어진다.
상기한 베어링 일체형 허브(27)의 외주면에는 3세대형 복열 베어링(272)이 일체로 형성되고, 상기한 3세대형 복열 베어링(272)의 외부에는 외륜(271)이 일체로 형성되는 구조로 이루어진다.
상기한 기어군은 감속기 커버(32)로 보호되며, 상기한 베어링 일체형 허브(27)에는 디스크(33)와 캘리퍼(34)가 조립되는 구조로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 작용은 다음과 같다.
모터(21)로부터 발생된 회전동력은 상기한 모터(21)의 회전축(211)에 스플라인 결합되어 있는 제1 기어(22)로 전달되고, 상기한 제1 기어(21)에 외접되어 있는 제2 기어(23)를 통해 감속되어 상기한 제2 기어(23)와 일체형으로 형성되어 있는 제3 기어(24)로 전달된다.
상기한 제3 기어(24)로 전달된 회전동력은 상기한 제3 기어(24)에 외접되어 있는 제4 기어(25)로 전달되며 감속되고, 상기한 제4 기어(25)로 전달된 회전동력은 상기한 제4 기어(25)의 핀(251)에 장착되어 있는 커플링(26)으로 전달된다.
상기한 커플링(26)으로 전달된 회전동력은 허브볼트(28)에 의해 상기한 커플링(26)에 공체되어 있는 베어링 일체형 허브(27)로 전달됨으로써 베어링 일체형 허브(27)에 장착되어 있는 휠(도시되지 않음)이 회전되도록 한다.
한편, 차량이 주행중에 선회하거나 노면 진동을 받게 되면, 베어링 일체형 허브(27)의 허브면은 변형힘이 작용하게 됨으로써 기울어지게 되는데, 이 경우에 베어링 일체형 허브(27)와 제4 기어(25)의 사이에 설치되어 있는 커플링(26)은 철판 재질로 되어 있어서 제4 기어(25)의 위치에 최대한 영향을 적게 미치는 형태로 자체 변형을 일으키게 된다. 도 12는 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 커플링(26)의 변형전 측단면 및 정면도를 보여 주고 있고, 도 13은 이 발명의 일실시예에 따른 전기자동차용 인휠모터 구동장치의 커플링(26)의 변형후 측단면 및 정면도를 보여 주고 있다.
상기한 커플링(26)은 몸체에 다수개의 접힘부(261)가 형성되어 있어서, 축방향 비틀림과 노면 진동의 전달을 최소화할 수 있는, 탄성영역내에서 가장 적합한 형상과 두께를 가진다.
21 : 모터 22 : 제1 기어
23 : 제2 기어 24 : 제3 기어
25 : 제4 기어 26 : 커플링
27 : 베어링 일체형 허브 28 : 허브볼트
29 : 캐리어 30 : 베어링
31 : 볼트 32 : 감속기 커버
33 : 디스크 34 : 캘리퍼

Claims (10)

  1. 회전동력을 발생시키기 위한 모터와,
    상기한 모터의 회전축에 결합되어 있는 기어군과,
    상기한 기어군의 전면부에 설치되어 있는 커플링과,
    상기한 커플링의 전면에 설치되어 있는 베어링 일체형 허브와,
    상기한 커플링과 베어링 일체형 허브를 공체하기 위한 허브볼트와,
    기어박스의 역할을 하는 캐리어와,
    상기한 베어링 일체형 허브와 캐리어를 공체하기 위한 볼트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 모터는 캐리어와 결합되기 위한 볼트부가 형성되며, 회전축의 끝에는 와셔가 조립되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 기어군은,
    상기한 모터의 회전축에 스플라인 결합되어 있는 제1 기어와,
    상기한 제1 기어에 외접되어 있는 제2 기어와,
    상기한 제2 기어와 일체형으로 형성되어 있는 제3 기어와,
    상기한 제3 기어에 외접되어 있는 제4 기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 제3 기어의 회전축의 끝에 와셔가 조립되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기한 제4 기어에는 커플링을 장착하기 위한 4개의 핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기한 제4 기어는 베어링을 통하여 상기한 베어링 일체형 허브와 일체형으로 조립되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기한 커플링은 철판 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기한 커플링은, 원형 디스크의 내부에 원형 공간부가 형성된 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기한 커플링은, 몸체에 다수개의 접힘부가 형성되어 있고, 제4 기어의 핀과 허브볼트가 장착되기 위한 홀이 상기한 접힘부의 사이에 통공 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기한 베어링 일체형 허브의 외주면에는 3세대형 복열 베어링이 일체로 형성되고, 상기한 3세대형 복열 베어링의 외부에는 외륜이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인휠모터 구동장치.
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