KR102590424B1 - 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템 - Google Patents

주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)에 설치되어 배터리(미도시)에서 공급되는 전원에 의하여 바퀴로 회전 구동력을 공급하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템에 관한 것으로서, 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)와, 상기 샤시(100)에 설치되어 바퀴로 회전 구동력을 공급하는 구동시스템(200)을 포함하는 전기 자동차에 있어서, 구동시스템(200)은, 샤시(100)에 고정되는 하우징(210)과; 하우징(210)의 일측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제1전기모터(220)와; 하우징(210)의 타측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제2전기모터(230)와; 하우징(210)에 설치된 것으로서, 제1전기모터(220)의 회전축과 연결되는 메인입력축(241a) 및 증가된 토크를 출력하는 출력축(244a)을 가지는 제1기어조립체(240)와; 하우징(210)에서 설치된 것으로서, 제2전기모터(230)의 회전축과 연결되는 서브입력축(251a)을 가지며, 제2전기모터(230)의 회전구동력을 제1기어조립체(240)로 선택적으로 전달하는 제2기어조립체(250);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템{High efficiency driving system for vehicle}
본 발명은 전기모터를 구동원으로 하여 주행 구동하는 구동시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전진시 2 개의 전기모터에 의하여 주행하고 후진시 1 개의 전기모터에 의하여 주행함으로써 주행 능력은 물론 에너지 효율을 높일 수 있는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진을 사용하는 내연기관은 낮은 RPM 에서 토크가 낮은 특성이 있으며, 이에 따라 엔진을 구동원으로 사용하는 자동차의 경우 출발시 관성 저항을 극복하기 위한 높은 토크를 구현하기 위하여 엔진을 높은 RPM 으로 구동하여야 하였다. 이에 따라 서다가다를 반복하는 복잡한 도로에서 과도하게 연료를 소모하여 연비가 급격히 나빠지는 것은 공지의 사실이며, 더 나아가 이 과정에서 배기가스가 과도하게 발생되어 환경을 오염시키는 원인이 되고 있다.
한편, 최근에 전기모터를 구동원으로 하는 운송수단으로서 전기자동차가 개발되어 급속히 보급되고 있다. 전기 자동차는 구동원으로서 전기모터에 감속기가 한몸체로 결합됨으로써 구현되는 구동시스템을 사용하고 있다.
전기모터는 특성상 낮은 RPM 에서도 높은 토크를 발생하기 때문에, 서다가다를 반복하는 복잡한 도로에서도 과도한 RPM 으로 구동하지 않아도 되고, 이에 따라 소모되는 에너지를 최소화할 수 있다.
또한 전기모터는 인가되는 전원을 제어함으로써 RPM 을 용이하게 가변할 수 있어 복잡한 구조의 변속기를 사용하지 않아도 되며, 이에 따라 운행 과정에서 고장의 가능성을 낮출 수 있다. 부가하여 운행과정에서 배기가스가 배출되지 않음에 따라 미래에 내연기관 자동차를 대체할 것으로 확실시되고 있다.
이러한 전기자동차가 급경사 도로를 주행하거나 고속으로 주행하고자 할 경우, 높은 토크를 구현하기 위하여 높은 출력의 전기모터를 사용하고 있다.
그런데 높은 출력의 전기모터의 경우, 기본적으로 많은 전기 에너지가 소모되므로, 결국 전기자동차의 전비를 저하시키는 원인이 되었다.
또한 높은 출력의 전기모터의 경우 크기가 크기 때문에 이에 결합되는 감속기의 크기 역시 필요 이상으로 커져야 하였고, 이는 전기자동차의 중량 증가로 이어져 에너지 효율을 떨어뜨리는 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 상대적으로 저출력의 전기모터를 2 개 사용하여 전진, 경사 및 고속 구간에서 2 개의 전기모터 모두를 사용하고, 후진 및 저속 구간에서 1 개의 모터를 사용함으로써 소모되는 에너지를 줄일 수 있음과 동시에 장거리 운행을 가능하게 할 수 있는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템은, 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)에 설치되어 배터리(미도시)에서 공급되는 전원에 의하여 바퀴로 회전 구동력을 공급하는 것으로서, 상기 샤시(100)에 고정되는 하우징(210); 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)와, 상기 샤시(100)에 설치되어 바퀴로 회전 구동력을 공급하는 구동시스템(200)을 포함하는 전기자동차에 있어서, 상기 구동시스템(200)은, 상기 샤시(100)에 고정되는 하우징(210); 상기 하우징(210)의 일측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제1전기모터(220); 상기 하우징(210)의 타측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제2전기모터(230); 상기 하우징(210)에 설치된 것으로서, 상기 제1전기모터(220)의 회전축과 연결되는 메인입력축(241a) 및 증가된 토크를 출력하는 출력축(244a)을 가지는 제1기어조립체(240); 및 상기 하우징(210)에서 설치된 것으로서, 상기 제2전기모터(230)의 회전축과 연결되는 서브입력축(251a)을 가지며, 상기 제2전기모터(230)의 회전구동력을 상기 제1기어조립체(240)로 선택적으로 전달하는 제2기어조립체(250);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1기어조립체(240)는, 상기 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 메인입력축(241a)을 가지는 선기어(241)와, 상기 선기어(241)에 원주 방향으로 둘러싸게 배치되는 내측링기어(242)와, 상기 선기어(241)와 내측링기어(242) 사이에 배치되는 다수의 유성기어(243)와. 상기 메인입력축(241a) 반대측의 하우징(210) 외측으로 돌출되는 출력축(244a)을 가지는 것으로서 다수의 유성기어(243)의 회전축과 연결되는 캐리어(244)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1기어조립체(240)는, 상기 메인입력축(241a)에 결합되는 것으로서 상기 제1하우징(211)의 배면 하부측에 형성된 제1내측끼움홈(211a)에 끼어져 상기 선기어(241)를 회전 가능하게 지지하는 제1인너베어링(245)과, 상기 출력축(244a)이 연결된 캐리어에 결합되는 것으로서 상가 제2하우징(212)의 배면 하부측에 형성된 제2내측끼움홈(212a)에 끼어져 캐리어(244)를 회전 가능하게 지지하는 제2인너베어링(246)과, 상기 내측링기어(242)에 양측에 결합된 것으로서, 상기 제1,2내측끼움홈(211a)(212a)의 외측에 단차지게 형성된 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)에 끼어져 상기 내측링기어(242)를 회전 가능하게 지지하는 아우터베어링(247)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2기어조립체(250)는, 상기 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 서브입력축(251a)을 가지는 서브구동기어(251)와, 상기 내측링기어(242)의 외측에 한몸체를 이루는 외측링기어(252)와, 상기 서브구동기어(251)와 외측링기어(252) 사이를 연결하는 것으로서 전체적으로 링형태를 가지는 아이들러기어(253)와, 상기 아이들러기어(253)와 한몸체를 이루는 것으로서 일방향으로 회전되는 원웨이베어링(254)과, 상기 원웨이베어링(254)과 축결합되어 제1,2하우징(211)(212)에 고정되는 하우징고정축(255)을 포함한다.
본 발명에 있어서,상기 원웨이베어링(254)은, 상호 일방향으로 상대회전되는 내측링(254a) 및 외측링(254b)을 포함하되, 상기 외측링(254b)은 상기 아이들러기어(253)의 내주면에 비회전되게 끼어지고. 상기 내측링(254a)은 하우징고정축(255)에 비회전되게 끼어진다.
본 발명에 있어서, 상기 하우징(210)은, 상기 제1,2기어조립체(240)(250)가 설치되는 공간을 형성하는 제1하우징(211) 및 제2하우징(212)과, 상기 제1하우징(211)의 외측에 형성된 것으로서 상기 제1전기모터(220)의 선단에 결합된 제1모터브라켓(221)이 고정되는 제1하우징스테이지(213)와, 상기 제2하우징(212)의 외측에 형성된 것으로서 상기 제2전기모터(230)의 선단에 결합된 제2모터브라켓(231)이 고정되는 제2하우징스테이지(214)와, 상기 제1,2하우징(211)(212)을 자동차 샤시(100)에 고정하기 위한 하우징고정단(215)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2하우징(211)(212)은, 상호 마주보는 내주면 하부측에 형성된 것으로서 상기 제1기어조립체(240)의 제1,2인너베어링(245)(246)이 끼어지는 제1,2내측끼움홈(211a)(212a)과, 상기 제1,2내측끼움홈(211a)(212a) 외측에 형성된 것으로서 상기 제1기어조립체(240)의 아우터베어링(247)이 끼어지는 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)과, 상부측에 형성된 것으로서 상기 제2기어조립체(250)의 상부베어링(256)이 끼어지는 상부끼움홈(211c)(212c)과, 상기 상부끼움홈(211c)(212c)과 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b) 사이에 형성된 것으로서 상기 제2기어조립체(250)를 구성하는 원웨이베어링(254)의 외측링(254b)이 회전 가능하게 끼어지는 중간끼움홈(211d)(212d)과, 상기 중간끼움홈(211d)(212d)의 내측에 형성된 것으로서 상기 원웨이베어링(254)의 내측링(254a)에 끼어져 고정된 하우징고정축(255)이 비회전되게 끼어지는 고정축고정홈(211e)(212e)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1,2기어조립체(240)(250)에 의하여, 일반도로에서 전기자동차를 저속 또는 고속주행할 수 있고, 높은 경사도로에서 큰 토크로 전기자동차를 주행할 수 있으며, 제2전기모터(230)의 작동을 제어함으로써 무단변속이 가능하고. 후진시 제2전기모터(230)를 정지시킬수 있어 불필요한 전기에너지 소모를 줄일 수 있다.
또한, 서브구동기어(251)가 큰 직경이 외측링기어(252)를 회전시킴에 따라 외측링기어(252) 및 내측링기어(242)에 큰 토크가 추가로 발생하고, 추가로 발생된 토크는 유성기어(243) 및 캐리어(244)를 통하여 전달되므로, 결국 출력축(244a)을 통하여 증가된 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 출력축(244a)의 토크는 제1전기모터(220) 토크와 제2전기모터(230) 토크의 합이 되고, 출력축(244a)의 회전속도(RPM)는 제1전기모터(220)의 회전속도(RPM)와 제2전기모터(230)의 회전속도(RPM)의 합이 되고, 출력축(244a)의 변속비는 제1전기모터(220) 토크와 제2전기모터(230)의 토크에 의해 결정된다.
그리고 기존의 전기자동차에 사용되었던 1 개의 전기모터에 비하여 출력이 작은 2 개의 제1,2전기모터(220)(230)를 사용함으로써, 구동시스템(200)의 크기는 물론 무게를 줄일 수 있고, 이에 따라 전기자동차의 경량화를 가능하게 하여 소모되는 전기 에너지를 줄일 수 있음과 동시에 장거리 운행을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템이 전기 자동차에 적용된 것을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1의 샤시에 설치되는 구동시스템을 발췌하여 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 하우징의 양측으로부터 제1,2전기모터가 분해된 것을 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 하우징에 설치되는 제1,2기어조립체의 사시도,
도 5는 도 4의 하우징의 상세 구성을 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 4의 제1,2기어조립체의 요부를 설명하기 위한 사시도,
도 7은 도 6의 아이들러기어, 원웨이베어링 및 하우징고정축의 분해사시도,
도 8은 도 6의 제1,2기어조립체에 채용되는 베어링을 설명하기 위한 도면,
도 9는 도 8의 제1,2기어조립체를 반대 방향에서 본 사시도.
도 10은 도 6의 VIII-VIII 선을 따른 단면도로서, 선기어의 회전에 의하여 유성기어의 회전축과 연결되는 캐리어가 동일 방향으로 회전되는 것을 설명하기 위한 도면,
도 11은 도 10의 제2전기모터의 회전구동력이 아이들러기어에 의하여 외측링기어로 전달될 때 캐리어의 회전속도가 증가되는 것을 설명하기 위한 도면,
도 12는 도 10의 선기어가 반대 방향으로 회전될 때 원웨이베어링에 의하여 외측링기어가 정지된 것을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 따른 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정 되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템이 전기 자동차에 적용된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템은, 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)에 설치되어 배터리(미도시)에서 공급되는 전원에 의하여 바퀴로 회전 구동력을 공급한다. 구동시스템(200)은 후방 바퀴(120)와 직간접적으로 연결되어 회전 구동력을 공급하는 것으로 예시한다.
본 실시예에서 용이한 설명을 위하여, 구동시스템(200)은 전기자동차의 후방 바퀴(120)와 직간접적으로 연결되어 회전 구동력을 공급하는 것으로 예시한다.
도 2는 도 1의 샤시에 설치되는 구동시스템을 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 하우징의 양측으로부터 제1,2전기모터가 분해된 것을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 하우징에 설치되는 제1,2기어조립체의 사시도이다.
구동시스템(200)은, 샤시(100)에 고정되는 하우징(210)과; 하우징(210)의 일측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제1전기모터(220)와; 하우징(210)의 타측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제2전기모터(230)와; 하우징(210)에 설치된 것으로서, 제1전기모터(220)의 회전축과 연결되는 메인입력축(241a) 및 증가된 토크를 출력하는 출력축(244a)을 가지는 제1기어조립체(240)와; 하우징(210)에서 설치된 것으로서, 제2전기모터(230)의 회전축과 연결되는 서브입력축(251a)을 가지며, 상기 제2전기모터(230)의 회전구동력을 상기 제1기어조립체(240)로 선택적으로 전달하는 제2기어조립체(250);를 포함한다.
제1전기모터(220)의 선단에는 제1전기모터(220)를 하우징(210)의 일측면에 고정하기 위한 제1모터브라켓(221)이 결합되고, 제2전기모터(230)의 선단에는 제2전기모터(230)를 하우징(210)의 타측면에 고정하기 위한 제2모터브라켓(231)이 결합되어 있다.
제1기어조립체(240)는 메인입력축(241)을 통하여 인가되는 제1전기모터(220)의 회전속도를 감속함으로서 증가된 토크를 출력축(244a)을 통하여 출력한다.
제2기어조립체(250)는 제2전기모터(230)의 회전방향에 따라, 서브입력축(251a)을 통하여 인가되는 제2전기모터(230)의 회전구동력을 제1기어조립체(240)로 선택적으로 전달한다.
출력축(244a)은 후방 바퀴(120)와 직간접적으로 연결되어, 제1,2전기모터(220)(230)의 회전구동력을 후방 바퀴(120)로 전달하여 후방 바퀴(120)를 회전시키고, 이에 따라 전기자동차가 주행할 수 있게 된다.
도 5는 도 4의 하우징의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
하우징(210)은, 내부에 제1,2기어조립체(240)(250)가 설치되는 공간을 형성하는 제1하우징(211) 및 제2하우징(212)과, 제1하우징(211)의 외측에 형성된 것으로서 제1전기모터(220)의 선단에 결합된 제1모터브라켓(221)이 고정되는 제1하우징스테이지(213)와, 제2하우징(212)의 외측에 형성된 것으로서 제2전기모터(230)의 선단에 결합된 제2모터브라켓(231)이 고정되는 제2하우징스테이지(214)와, 제1,2하우징(211)(212)을 자동차 샤시(100)에 고정하기 위한 하우징고정단(215)을 포함한다.
제1하우징(211)과 제2하우징(212)은 결합할 때 제1,2기어조립체(240)(250)가 내장되는 공간을 형성한다. 이러한 제1,2하우징(211)(212)은, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 상호 마주보는 내주면 하부측에 형성된 것으로서 제1기어조립체(240)의 제1,2인너베어링(245)(246)이 끼어지는 제1,2내측끼움홈(211a)(212a)과, 제1,2내측끼움홈(211a)(212a) 외측에 형성된 것으로서 제1기어조립체(240)의 아우터베어링(247)이 끼어지는 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)과, 상부측에 형성된 것으로서 제2기어조립체(250)의 상부베어링(256)이 끼어지는 상부끼움홈(211c)(212c)과, 상부끼움홈(211c)(212c)과 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b) 사이에 형성된 것으로서 제2기어조립체(250)를 구성하는 원웨이베어링(254)의 외측링(254b)이 회전 가능하게 끼어지는 중간끼움홈(211d)(212d)과, 중간끼움홈(211d)(212d)의 내측에 형성된 것으로서 원웨이베어링(254)의 내측링(254a)에 끼어져 고정된 하우징고정축(255)이 비회전되게 끼어지는 고정축고정홈(211e)(212e)을 포함한다.
제1,2하우징스테이지(213)(214)는 제1,2하우징(211)(212)의 외측에 단차지게 형성되며 제1,2전기모터(220)(230)를 고정하는 공간을 제공한다. 제1,2하우징스테이지(213)(214)에는 다수의 나사홀이 형성되어 제1,2모터브라켓(221)(231)을 관통하는 볼트가 다수의 나사홀에 체결됨으로써 제1,2전기모터(220)(230)를 제1,2하우징스테이지(213)(214)에 고정한다.
이러한 하우징(210)에 의하여, 제1,2기어조립체(240)(250)와 제1,2전기모터(220)(230)를 한몸체로 결합시킴과 동시에, 제1,2전기모터(220)(230)와 제1,2기어조립체(240)(250)를 직간접적으로 연결할 수 있는 구조 메커니즘을 구현할 수 있다.
도 6은 도 4의 제1,2기어조립체의 요부를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6의 아이들러기어, 원웨이베어링 및 하우징고정축의 분해사시도이다.
제1기어조립체(240)는, 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 메인입력축(241a)을 가지는 선기어(241)와, 선기어(241)에 원주 방향으로 둘러싸게 배치되는 내측링기어(242)와, 선기어(241)와 내측링기어(242) 사이에 배치되는 다수, 예를 들면 3 개의 유성기어(243)와. 메인입력축(241a) 반대측의 하우징(210) 외측으로 돌출되는 출력축(244a)을 가지는 것으로서 다수의 유성기어(243)의 회전축과 연결되는 캐리어(244)를 포함한다.
선기어(241), 내측링기어(242), 유성기어(243)는 비스듬하게 경사진 톱니가 형성된 헬리컬 기어로 구현되며, 이에 따라 평기어에 비하여 물림율이 좋고 회전이 원활하며 조용하다.
메인입력축(241a)은 제1전기모터(220)의 회전축(220a)과 직결되어 제1전기모터(220)의 회전구동력을 선기어(241)로 전달한다. 이때 제1전기모터 회전축(220a)의 외주면에는 다수의 요철이 형성되고, 메인입력축(241a)에 결합홈(241b) 내주면에는 도 8에 도시된 바와 같이 제1전기모터 회전축(220a)에 치합되는 스플라인홈이 형성됨으로써 상호 비회전되게 결합될 수 있다.
유성기어(243)는 내측링기어(242)의 내측에서 선기어(241)와 치합되어 선기어(241)가 회전할 때 선기어(241) 주위를 공전한다.
캐리어(244)는 다수의 유성기어(243) 회전축과 동시에 연결되며, 이에 따라 공전되는 유성기어(243)의 공전속도로 출력축(244a)을 회전시킨다. 이러한 출력축(244a)은 후방 바퀴(120)와 직간접적으로 연결되어 후방 바퀴(120)를 회전시키는 회전 구동력을 전달한다.
이러한 제1기어조립체(240)에 의하여, 제1전기모터(220)의 회전 구동력은 메인입력축(241a)을 통하여 선기어(241)를 회전시키고, 회전되는 선기어(241)는 다수의 유성기어(243)를 공전시키면서 캐리어(244)를 감속 회전시키고, 감속 회전되는 과정에서 증가된 토크는 출력축(244a)을 통하여 출력되어, 예를 들면 전기 자동차의 후방 바퀴(120)로 전달되어 주행하게 된다.
제2기어조립체(250)는, 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 서브입력축(251a)을 가지는 서브구동기어(251)와, 내측링기어(242)의 외측에 한몸체를 이루는 외측링기어(252)와, 서브구동기어(251)와 외측링기어(252) 사이를 연결하는 것으로서 전체적으로 링형태를 가지는 아이들러기어(253)와, 아이들러기어(253)와 한몸체를 이루는 것으로서 일방향으로 회전되는 원웨이베어링(254)과, 원웨이베어링(254)과 축결합되어 제1,2하우징(211)(212)에 고정되는 하우징고정축(255)을 포함한다.
서브구동기어(251), 아이들러기어(253) 및 외측링기어(252)는 비스듬하게 경사진 톱니가 형성된 헬리컬 기어로 구현되며, 이에 따라 평기어에 비하여 물림율이 좋고 회전이 원활하며 조용하다.
서브입력축(251a)은 제2전기모터(230)의 회전축과 직결되어 제2전기모터(230)의 회전구동력을 서브구동기어(251)로 전달하여 회전시킨다.
외측링기어(252)는 내측기어링(242)의 외측에서 내측링기어(242)와 한몸체를 이루며, 이에 따라 내측링기어(242)가 선기어(241)에 맞물려 공전하는 유성기어(243)에 의하여 회전될 때 함께 함께 회전된다.
아이들러기어(253)는 전체적으로 링형태를 이루며, 내측에는 웬웨이베어링(254)이 끼어진다.
원웨이베어링(254)은 상호 일방향으로 상대회전되는 내측링(254a)과 외측링(254b)을 포함한다. 외측링(254b)은 아이들러기어(253)의 내주면에 비회전되게 끼어지고. 내측링(254a)은 하우징고정축(255)에 비회전되게 끼어진다.
하우징고정축(255)은 웬웨이베어링(254)에 비회전되게 끼어진 상태에서 제1,2하우징(211)(212)에 고정된다, 하우징고정축(255)은 원웨이베어링(254)에 비회전되게 끼어지는 축몸체(255a)와, 고정축몸체(255a)의 양측으로 연장되어 제1,2하우징(211)(212)에 고정되는 축연장단(255b)을 포함한다.
여기서, 축몸체(255a)의 외직경(d1)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 축연장단(255b)의 외직경(d2) 보다 크다. 이에 따라, 축몸체(255a)의 양측으로 축연장단(255b)이 형성되어 있더라도, 축연장단(255b)이 원웨이베어링(254)의 내측링(254a)을 관통할 수 있다.
상기 아이들러기어(253)와 원웨이베어링(254)이 상호 비회전되게 끼어지는 방식은 다양한데, 본 실시예에서는 아이들러기어 내주면(253a)에 제1키돌기(253b)가 형성되고, 원웨이베어링 외측링(254b)에 제1키돌기(253b)가 끼어지는 제1키홈(254c)이 형성된 것으로 예시하고 있다.
상기 하우징고정축(255)과 원웨이베어링(254)이 상호 비회전되게 끼어지는 방식은 다양한데, 본 실시예에서는 원웨이베어링의 내측링(254a)에 제2키돌기(254d)가 형성되고, 하우징고정축(255)의 축몸체(255a)에 제2키돌기(254d)가 끼어지는 제2키홈(255c)이 형성된 것으로 예시하고 있다.
상기 하우징고정축(255)과 제1,2하우징(211)(212)의 고정축고정홈(211e)(212e)에 비회전되게 끼어지는 방식은 다양한데, 본 실시예에서는 하우징고정축의 축연장단(255b)의 외주면에는 스플라인돌기가 형성되고, 고정축고정홈(211e)(212e)에는 스플라인홈이 형성된 것으로 예시하고 있다.
상기 원웨이베어링(254)에 의하여, 아이들러기어(253)가 맞물린 외측링기어(252)는 일방향으로만 회전될 수 있다.
도 8은 도 6의 제1,2기어조립체에 채용되는 베어링을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8의 제1,2기어조립체를 반대 방향에서 본 사시도이다.
제1기어조립체(240)는, 메인입력축(241a)에 결합되는 것으로서 제1하우징(211)의 제1내측끼움홈(211a)에 끼어져 선기어(241)를 회전 가능하게 지지하는 제1인너베어링(245)과, 출력축(244a)을 가지는 캐리어에 결합되는 것으로서 제2하우징(212)의 제2내측끼움홈(212a)에 끼어져 캐리어(244)를 회전 가능하게 지지하는 제2인너베어링(246)과, 내측링기어기어(242)에 양측에 결합된 것으로서 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)에 끼어져 내측링기어기어(242)를 회전 가능하게 지지하는 아우터베어링(247)을 더 포함한다.
제1인너베어링(245)은 제1내측끼움홈(211a)에 끼어져 선기어(241)를 회전 가능하게 지지하고, 제2인너베어링(246)은 제2내측끼움홈(212a)에 끼어져 캐리어(244)를 회전 가능하게 지지하는 구조적 메커니즘을 구현할 수 있다.
아우터베어링(247)은 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)에 끼어져 내측링기어기어(242) 및 외측링기어(252)를 회전 가능하게 지지하므로, 제1,2하우징(211)(212)에 관통되는 홀을 형성하지 않고도 내측링기어기어(242) 및 외측링기어(252)를 제1,2하우징(211)(212) 내측에서 회전가능하게 지지할 수 있는 구조적 메커니즘을 구현할 수 있다.
한편, 제2기어조립체(250)는, 서브입력축(251a)에 결합되는 것으로서 제1,2하우징(211)(212)의 상부끼움홈(211c)(212c)에 끼어져 서브구동기어(251)를 회전가능하게 지지하는 상부베어링(256)을 더 포함한다. 이러한 상부베어링(256)은 상부끼움홈(211c)(212c)에 끼어져 서브구동기어(251)를 회전 가능하게 지지하므로, 제1,2하우징(211)(212)에 관통되는 홀을 형성하지 않고도 서브구동기어(251)를 제1,2하우징(211)(212) 내측에서 회전가능하게 지지할 수 있는 구조적 메커니즘을 구현할 수 있다.
도 10은 도 6의 VIII-VIII 선을 따른 단면도로서, 선기어의 회전에 의하여 유성기어의 회전축과 연결되는 캐리어가 동일 방향으로 회전되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 10의 제2전기모터의 회전구동력이 아이들러기어에 의하여 외측링기어로 전달될 때 캐리어의 회전속도가 증가되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 10의 선기어가 반대 방향으로 회전될 때 원웨이베어링에 의하여 외측링기어가 정지된 것을 설명하기 위한 도면이다.
(a) 일반 도로에서 전기자동차를 저속으로 주행할 경우,
제1전기모터(220)를 작동시키고 제2전기모터(230)를 작동시킨다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1전기모터(220)의 회전구동력은 제1메인입력축(241a)을 통하여 선기어(241)를 시계방향으로 회전시키고, 유성기어(243)의 회전축과 축결합된 캐리어(도 6의 244)는 선기어(241)와 동일한 시계 방향으로 회전시킨다. 또한 제2전기모터(230)의 회전구동력은 서브구동기어(251) 및 아이들러기어(253)를 통하여 외측링기어(252)로 전달되고, 외측링기어(252)와 한몸체를 이루는 내측링기어(242)는 유성기어(243)와 축결합된 캐리어(244)에 제2전기모터(230)를 통하여 전달된 회전구동력을 전달함으로써 출력축(244a)을 통하여 출력되는 토크를 더하게 된다. 이러한 작동메커니즘에 의하여, 캐리어(244)의 출력축(244a)을 통하여 출력되는 토크는 전기자동차가 전방측으로 주행할 수 있도록 후방바퀴(120)를 저속으로 회전시키게 된다.
(b) 도로를 고속으로 주행하거나 상부측으로 경사진 도로를 주행할 경우,
제1,2전기모터(220)(230)로 인가되는 전원을 증가시켜 토크를 증가시킨다. 그러면. 도 11에 도시된 바와 같이, 이에 따라, 전기자동차는 도로를 고속으로 주행하거나 상부측으로 경사진 도로를 주행할 수 있을 정도로 충분히 큰 힘을 낼 수 있게 된다.
(c) 주행중인 도로에서 전기자동차의 속도를 변속할 경우,
제2전기모터(230)로 인가되는 전원을 제어함으로써 회전구동력의 크기를 변화시킨다. 그러면 제2전기모터(230)의 회전구동력은 서브구동기어(251) 및 아이들러기어(253)를 통하여 외측링기어(252)로 전달되는데, 이때 외측링기어(252)의 회전속도는 제2전기모터(230)에 의하여 종속되므로, 외측링기어(252)와 한몸체를 이루는 내측링기어(242)는 유성기어(243)와 축결합된 캐리어(244)의 회전속도를 가변시킬 수 있다. 이에 따라, 도로에서 주행하는 전기자동차의 속도를 변속이 된다.
(d) 전기자동차가 후진할 경우,
도 12에 도시된 바와 같이, 제1전기모터(220)를 반대방향으로 작동시켜 선기어(241)를 반시계 방향으로 회전시키며, 이 경우 선기어(241)와 맞물린 유성기어(243)는 반대 방향으로 회전되면서 유성기어(243)의 회전축과 축결합된 캐리어(244)를 반시계 방향으로 회전시키킨다. 이에 따라, 캐리어(244)의 출력축(244a)을 통하여 출력되는 토크는 전기자동차가 후진할 수 있도록 후방바퀴(120)를 반대 방향으로 회전시킨다.
이때, 외측링기어(252)는 전기자동차가 전방으로 주행할 때와는 달리 반대 방향으로 회전되려 하는데, 아이들러기어(253)에 일방향으로만 회전되는 원웨이베어링(254)이 내장되어 있어 외측링기어(252)는 원웨이베어링(254)과 한몸체인 아이들러기어(253)에 의하여 정지된 상태를 유지하게 되고, 이에 따라 결과적으로 제2전기모터(230)의 작동을 완전히 정지시킬 수 있게 된다. 즉, 후진시에는 제2전기모터(230)의 작동을 완전히 오프(off)시킬 수 있는 것이다.
이와 같이, 상기 제1,2기어조립체(240)(250)에 의하여, 일반도로에서 전기자동차를 저속 또는 고속주행할 수 있고, 높은 경사도로에서 큰 토크로 전기자동차를 주행할 수 있으며, 제2전기모터(230)의 작동을 제어함으로써 무단변속이 가능하고. 후진시 제2전기모터(230)를 정지시킬수 있어 불필요한 전기에너지 소모를 줄일 수 있다.
또한, 서브구동기어(251)가 큰 직경이 외측링기어(252)를 회전시킴에 따라 외측링기어(252) 및 내측링기어(242)에 큰 토크가 추가로 발생하고, 추가로 발생된 토크는 유성기어(243) 및 캐리어(244)를 통하여 전달되므로, 결국 출력축(244a)을 통하여 증가된 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 출력축(244a)의 토크는 제1전기모터(220) 토크와 제2전기모터(230) 토크의 합이 되고, 출력축(244a)의 회전속도(RPM)는 제1전기모터(220)의 회전속도(RPM)와 제2전기모터(230)의 회전속도(RPM)의 합이 되고, 출력축(244a)의 변속비는 제1전기모터(220) 토크와 제2전기모터(230)의 토크에 의해 결정된다.
그리고 기존의 전기자동차에 사용되었던 1 개의 전기모터에 비하여 출력이 작은 2 개의 제1,2전기모터(220)(230)를 사용함으로써, 구동시스템(200)의 크기는 물론 무게를 줄일 수 있고, 이에 따라 전기자동차의 경량화를 가능하게 하여 소모되는 전기 에너지를 줄일 수 있음과 동시에 장거리 운행을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 ... 샤시 110, 120 ... 바퀴
200 ... 구동시스템 210 ... 하우징
211 ... 제1하우징 211a, 212a ... 제1,2내측끼움홈
211b, 212b ... 아우터끼움홈 211c, 212c ... 상부끼움홈
211d, 212d ... 중간끼움홈 211e, 212e ... 고정축고정홈
213 ... 제1하우징스테이지 214 ... 제2하우징스테이지
215 ... 하우징고정단 220 ... 제1전기모터
230 ... 제2전기모터 240 ... 제1기어조립체
241 ... 선기어 241a ... 메인입력축
242 ... 내측링기어 243 ... 유성기어
244 ... 캐리어 244a ... 출력축
245 ... 제1인너베어링 246 ... 제2인너베어링
247 ... 아우터베어링 250 ... 제2기어조립체
251 ... 서브구동기어 251a ... 서브입력축
252 ... 외측링기어 253 ... 아이들러기어
253a ... 제1키돌기 254 ... 원웨이베어링
254a ... 내측링 254b ... 외측링
254c ... 제1키홈 254d ... 제2키돌기
255 ... 하우징고정축 255a ... 축몸체
255b ... 축연장단 255c ... 제2키홈

Claims (7)

  1. 전방 및 후방에 바퀴(110)(120)가 설치되는 샤시(100)에 설치되어 배터리(미도시)에서 공급되는 전원에 의하여 바퀴로 회전 구동력을 공급하는 것으로서,
    상기 샤시(100)에 고정되는 하우징(210);
    상기 하우징(210)의 일측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제1전기모터(220);
    상기 하우징(210)의 타측에 설치되어 회전 구동력을 공급하는 제2전기모터(230);
    상기 하우징(210)에 설치된 것으로서, 상기 제1전기모터(220)의 회전축과 연결되는 메인입력축(241a) 및 증가된 토크를 출력하는 출력축(244a)을 가지는 제1기어조립체(240); 및
    상기 하우징(210)에서 설치된 것으로서, 상기 제2전기모터(230)의 회전축과 연결되는 서브입력축(251a)을 가지며, 상기 제2전기모터(230)의 회전구동력을 상기 제1기어조립체(240)로 선택적으로 전달하는 제2기어조립체(250);를 포함하고;
    상기 제1기어조립체(240)는, 상기 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 상기 메인입력축(241a)을 가지는 선기어(241)와, 상기 선기어(241)에 원주 방향으로 둘러싸게 배치되는 내측링기어(242)와, 상기 선기어(241)와 내측링기어(242) 사이에 배치되는 다수의 유성기어(243)와. 상기 메인입력축(241a) 반대측의 상기 하우징(210) 외측으로 돌출되는 출력축(244a)을 가지는 것으로서 상기 다수의 유성기어(243)의 회전축과 연결되는 캐리어(244)와, 상기 메인입력축(241a)에 결합되는 것으로서 상기 하우징(210)의 제1하우징(211)의 배면 하부측에 형성된 제1내측끼움홈(211a)에 끼어져 상기 선기어(241)를 회전 가능하게 지지하는 제1인너베어링(245)과, 상기 출력축(244a)이 연결된 캐리어에 결합되는 것으로서 상기 하우징(210)의 제2하우징(212)의 배면 하부측에 형성된 제2내측끼움홈(212a)에 끼어져 상기 캐리어(244)를 회전 가능하게 지지하는 제2인너베어링(246)과, 상기 내측링기어(242)에 양측에 결합된 것으로서 상기 제1,2내측끼움홈(211a)(212a)의 외측에 단차지게 형성된 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)에 끼어져 상기 내측링기어(242)를 회전 가능하게 지지하는 아우터베어링(247)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2기어조립체(250)는,
    상기 하우징(210)의 외측으로 돌출되는 서브입력축(251a)을 가지는 서브구동기어(251)와,
    상기 내측링기어(242)의 외측에 한몸체를 이루는 외측링기어(252)와,
    상기 서브구동기어(251)와 외측링기어(252) 사이를 연결하는 것으로서 전체적으로 링형태를 가지는 아이들러기어(253)와,
    상기 아이들러기어(253)와 한몸체를 이루는 것으로서 일방향으로 회전되는 원웨이베어링(254)과,
    상기 원웨이베어링(254)과 축결합되어 제1,2하우징(211)(212)에 고정되는 하우징고정축(255)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원웨이베어링(254)은,
    상호 일방향으로 상대회전되는 내측링(254a) 및 외측링(254b)을 포함하되, 상기 외측링(254b)은 상기 아이들러기어(253)의 내주면에 비회전되게 끼어지고. 상기 내측링(254a)은 하우징고정축(255)에 비회전되게 끼어지는 것을 특징으로 하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하우징(210)은,
    상기 제1,2기어조립체(240)(250)가 설치되는 공간을 형성하는 제1하우징(211) 및 제2하우징(212)과,
    상기 제1하우징(211)의 외측에 형성된 것으로서 상기 제1전기모터(220)의 선단에 결합된 제1모터브라켓(221)이 고정되는 제1하우징스테이지(213)와,
    상기 제2하우징(212)의 외측에 형성된 것으로서 상기 제2전기모터(230)의 선단에 결합된 제2모터브라켓(231)이 고정되는 제2하우징스테이지(214)와,
    상기 제1,2하우징(211)(212)을 자동차 샤시(100)에 고정하기 위한 하우징고정단(215)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1,2하우징(211)(212)은,
    상호 마주보는 내주면 하부측에 형성된 것으로서 상기 제1기어조립체(240)의 제1,2인너베어링(245)(246)이 끼어지는 제1,2내측끼움홈(211a)(212a)과,
    상기 제1,2내측끼움홈(211a)(212a) 외측에 형성된 것으로서 상기 제1기어조립체(240)의 아우터베어링(247)이 끼어지는 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b)과,
    상부측에 형성된 것으로서 상기 제2기어조립체(250)의 상부베어링(256)이 끼어지는 상부끼움홈(211c)(212c)과,
    상기 상부끼움홈(211c)(212c)과 제1,2아우터끼움홈(211b)(212b) 사이에 형성된 것으로서 상기 제2기어조립체(250)를 구성하는 원웨이베어링(254)의 외측링(254b)이 회전 가능하게 끼어지는 중간끼움홈(211d)(212d)과,
    상기 중간끼움홈(211d)(212d)의 내측에 형성된 것으로서 상기 원웨이베어링(254)의 내측링(254a)에 끼어져 고정된 하우징고정축(255)이 비회전되게 끼어지는 고정축고정홈(211e)(212e)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 주행 성능 및 에너지 효율이 향상된 운송수단용 구동시스템.
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