KR102656670B1 - 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼 - Google Patents

인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼은, 내부에 수용공간이 형성된 차체 프레임, 상기 수용공간의 중앙 하부에 배치되는 고전압 배터리, 상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리보다 후방에 배치되며, 상기 차체 프레임에 장착되는 한 쌍의 후륜에 각각 개별적으로 연결되어 구동력을 제공하는 한 쌍의 인휠 모터, 상기 수용공간에서 상기 한 쌍의 인휠 모터 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 인휠 모터를 제어하는 인버터, 상기 수용공간에서 상기 인버터에 인접하게 배치되어 상기 고전압 배터리를 충전하는 고전압충전기를 포함하는 통합 충전모듈 및 상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리의 상부에 배치되며, 전기 계통 및 기계 계통 중 적어도 어느 하나 이상이 구비되는 특장공간부를 포함한다.

Description

인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼{Electric Vehicle Platform with In-Wheel Motor}
본 발명은 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인휠 모터가 채택된 전기 차량에 특화되어 효율적인 장비 배치 구조를 가지는 전기 차량 플랫폼에 관한 것이다.
환경문제에 대한 관심과 인식이 높아지면서 자동차의 환경 성능에 대한 요구가 증가하고 있다. 이로 인해 전기화(Diversification)가 자동차 산업의 주요 트렌드가 되면서 하이브리드 전기차(HEV), 배터리 전기차(BEV), 연료전지차(FCV)와 같은 자동차 구동 시스템의 다양화가 이뤄지고 있다.
그 중 하나로서, 자동차의 차체 구조와는 독립적으로 다양한 구동 시스템에서 동작할 수 있는 인휠 모터(In-Wheel Motor)에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
차량의 각 바퀴에 장착되는 인휠 모터는 엔진과 같은 파워트레인 부품을 없애고 각 바퀴의 구동력을 제어할 수 있으며, 토크 벡터링(Torque Vectoring)과 유사한 방식으로 각 바퀴의 구동력을 독립적으로 제어한다.
때문에 인휠 모터 방식은 환경 성능, 안전성, 편의성을 향상시키고 차체 무게를 줄일 수 있으며, 전기차의 단점인 동력 손실 문제를 해결하고 실내 공간을 추가 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
다만, 종래에는 대부분 승용차 및 대형 화물차 기준의 일반적인 전기자동차에 대한 구조적인 연구만이 이루어지고 있었으며, 초소형 전기차, 특히 인휠 모터를 채용한 차량 플랫폼에 대한 연구는 이루어지고 있지 않은 실정이다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-0875004호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 후륜 측에 인휠 모터가 채택된 전기 차량에 특화되어 효율적인 장비 배치 구조를 가지는 전기 차량 플랫폼을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼은, 내부에 수용공간이 형성된 차체 프레임, 상기 수용공간의 중앙 하부에 배치되는 고전압 배터리, 상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리보다 후방에 배치되며, 상기 차체 프레임에 장착되는 한 쌍의 후륜에 각각 개별적으로 연결되어 구동력을 제공하는 한 쌍의 인휠 모터, 상기 수용공간에서 상기 한 쌍의 인휠 모터 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 인휠 모터를 제어하는 인버터, 상기 수용공간에서 상기 인버터에 인접하게 배치되어 상기 고전압 배터리를 충전하는 고전압충전기를 포함하는 통합 충전모듈 및 상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리의 상부에 배치되며, 전기 계통 및 기계 계통 중 적어도 어느 하나 이상이 구비되는 특장공간부를 포함한다.
이때 상기 인버터는 한 쌍이 구비되어 상기 한 쌍의 인휠 모터에 1:1 대응되도록 구비될 수 있다.
또는 상기 인버터는 단일 개가 상기 통합 충전모듈의 상부에 구비되어 상기 한 쌍의 인휠 모터를 제어하도록 형성될 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 수용공간에 구비되는 저전압배터리를 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 경우 상기 통합 충전모듈은 상기 저전압배터리를 충전하는 저전압충전기를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 통합 충전모듈은 고전압릴레이를 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명은 상기 인버터 및 상기 인휠 모터를 상호 체결하는 볼 조인트 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
더불어 상기 인버터는 상기 통합 충전모듈에 도브테일 방식으로 체결될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼은, 차체 프레임의 내부에 구비되는 전장품을 효율적으로 배치함으로써 전기적 효율을 극대화할 수 있으며, 이에 따라 유지/보수가 용이하다는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 특장차량을 위한 부수적인 특장 장비의 배치공간을 별도로 할당함에 따라, 차체 프레임의 내부 공간을 효과적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼의 구조를 나타낸 도면;
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼의 구조를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터와 인휠 모터의 체결 구조를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터와 통합 충전모듈의 체결 구조를 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터와 통합 충전모듈의 체결 구조를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼의 구조를 나타낸 도면이다. 이때 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼을 상부에서 바라본 단면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼을 측부에서 바라본 단면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼은 내부에 수용공간(11)이 형성된 차체 프레임(10)이 구비되며, 이와 같은 차체 프레임(10)의 수용공간(11) 내에 고전압 배터리(100), 인휠 모터(110), 인버터(120), 통합 충전모듈(130) 및 특장공간부(30)가 배치된 구조를 가진다.
본 실시예에서 고전압 배터리(100)는 수용공간(11)의 중앙 하부에 넓은 면적에 걸쳐 배치되어 차량의 무게중심을 낮추도록 구비된다. 그리고 고전압 배터리(100)의 프레임은 차체 프레임(10)과 일체화된 형태를 가질 수 있다.
인휠 모터(110)는 수용공간(11) 내에서 고전압 배터리(100)보다 후방에 한 쌍이 배치되며, 차체 프레임(10)에 장착되는 한 쌍의 후륜(20c, 20d)에 각각 개별적으로 연결되어 구동력을 제공한다.
즉 본 실시예에서 제시된 전기 차량은 한 쌍의 전륜(20a, 20b) 및 한 쌍의 후륜(20c, 20d)을 구비하고 있으며, 한 쌍의 인휠 모터(110)는 각각 한 쌍의 후륜(20c, 20d)에 연결되어 구동력을 제공하게 된다.
인버터(120)는 수용공간(11) 내에서 한 쌍의 인휠 모터(110) 사이에 배치되며, 한 쌍의 인휠 모터(110)의 회전 속도, 회전 방향 등을 제어하는 역할을 수행한다.
특히 본 실시예에서 인버터(120)는 한 쌍이 구비되어, 한 쌍의 인휠 모터(110)에 1:1 대응되도록 구비되는 특징을 가진다.
그리고 통합 충전모듈(130)은 수용공간(11) 내에서 인버터(120)에 인접하게 배치되며, 고전압 배터리(100)를 충전하는 고전압충전기와, 고전압릴레이를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시예의 경우 인버터(120)는 한 쌍이 구비되어 양측에 배치되는 형태를 가지며, 이에 따라 통합 충전모듈(130)은 한 쌍의 인버터(120) 사이에 배치된다.
한편 도시되지는 않았으나, 수용공간(11)에는 고전압 배터리(100) 외에도 저전압배터리가 더 구비될 수 있으며, 이와 같은 경우 통합 충전모듈(130)은 저전압배터리를 충전하기 위한 저전압충전기를 더 포함할 수 있다.
특장공간부(30)는 전기 차량의 전기 계통 및 기계 계통 중 적어도 어느 하나 이상이 구비되는 공간을 형성하며, 본 실시예의 경우 수용공간(11) 내에서 고전압 배터리(100)의 상부에 배치된 형태를 가진다.
이와 같이 본 발명은 차체 프레임(10)의 내부에 구비되는 각 구성요소들을 효율적으로 배치함으로써 전기적 효율을 극대화할 수 있으며, 용이하게 유지/보수를 수행할 수 있다.
특히 본 발명은 특장차량을 위한 부수적인 특장 장비의 배치공간인 특장공간부(30)를 별도로 할당함에 따라, 차체 프레임(10)의 내부 공간을 효과적으로 활용하도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼의 구조를 나타낸 도면이다. 이때 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼을 상부에서 바라본 단면이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼을 측부에서 바라본 단면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전체적으로 전술한 제1실시예와 동일한 배치 구조를 가지나, 인버터(120)는 단일 개가 구비되어, 하나의 인버터(120)로 한 쌍의 인휠 모터(110)를 제어하도록 형성되는 특징을 가진다.
이에 따라 본 실시예에서 인버터(120)는 한 쌍의 인휠 모터(110) 사이에 구비되되, 통합 충전모듈(130)의 상부에 구비되어 통합 충전모듈(130)과 레이어 구조를 형성하게 된다.
즉 본 실시예는 인버터(120)를 단일화함에 따라 인버터(120) 및 통합 충전모듈(130) 간의 체결구조를 비롯하여 차체 프레임(10)의 내부 구조를 간소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터(120)와 인휠 모터(110)의 체결 구조를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 인버터(120)와 인휠 모터(110) 간의 안정적인 체결 구조를 제공한다.
구체적으로 본 실시예는 인버터(120) 및 인휠 모터(110)를 상호 체결하는 볼 조인트 어셈블리(140)를 포함한다.
즉 인버터(120)와 인휠 모터(110) 사이에 상하 방향으로의 구동이 가능한 볼 조인트 어셈블리(140)를 통해 하드웨어적인 체결을 수행하여 후륜(20c, 20d)의 횡축에 의해 받는 힘을 상쇄시키도록 함으로써, 트레일링 암의 휨 등의 현상을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 볼 조인트 어셈블리(140)는 인휠 모터(110) 측에 연결되는 샤프트(141)와, 샤프트(141)의 끝단부에 구비되는 볼 부재(142)와, 이와 같은 볼 부재(142)가 삽입된 상태로 내부에서 볼 부재(142)가 자유 회전 가능하도록 하는 볼 구속홈(144)이 형성되고, 인버터(120)에 연결되는 구속부재(143)를 포함한다.
도 5에서는 좌측 후륜(20c)에 연결되는 인버터(120) 및 인휠 모터(110)만을 대표적으로 도시하였으나, 이는 우측 후륜(20d)에 연결되는 인버터(120) 및 인휠 모터(110)에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터(120)와 통합 충전모듈(130)의 체결 구조를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예는 전술한 제1실시예와 같이 인버터(120)가 한 쌍이 구비되고, 통합 충전모듈(130)은 한 쌍의 인버터(120) 사이에 구비되는 형태를 가진다.
그리고 본 실시예의 경우 통합 충전모듈(130)의 양단부에 한 쌍의 인버터(120)가 각각 안정적으로 체결될 수 있도록 도브테일 방식의 체결 구조를 제공한다.
구체적으로 본 실시예에서 통합 충전모듈(130)의 양단부에는 내측에서 외측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하도록 형성되는 체결돌기부(131)가 형성되며, 인버터(120)의 일측에는 이와 같은 체결돌기부(131)가 삽입되도록 체결돌기부(131)와 대응되는 형상을 가지는 체결홈(121)이 형성된다.
따라서 통합 충전모듈(130) 및 인버터(120)는 서로 슬라이딩 방식으로 서로 안정적으로 결합될 수 있다.
이때 체결홈(121)에는 체결돌기부(131)와의 접촉면에 노출되는 제1단자부(122)가 형성되며, 체결돌기부(131)에는 체결홈(121)과의 접촉면에 노출되어 제1단자부(122)와 전기적으로 연결되는 제2단자부(132)가 형성된다.
즉 인버터(120) 및 통합 충전모듈(130)은 전선을 통한 전기적 연결 방식을 배제하고, 상호 체결 시 제1단자부(122)와 제2단자부(132)가 직접적으로 닿도록 하여 전기적 효율을 극대화할 수 있다.
더불어 본 실시예는 인버터(120) 측에서 발생하는 열을 통합 충전모듈(130) 측으로 전달하여, 통합 충전모듈(130)에서 발생하는 열과 함께 외부로 방출하는 방식을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼에 있어서, 인버터(120)와 통합 충전모듈(130)의 체결 구조를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제4실시예는, 인버터(120)와 통합 충전모듈(130) 간의 체결 구조가 전술한 제3실시예와 동일하게 형성된다.
다만, 본 실시예의 경우 인버터(120)에는 체결홈(121)을 제외한 나머지 영역에 복수 개의 제1방열돌기(123)가 형성되어 요철 구조를 형성하며, 또한 통합 충전모듈(130)에는 체결돌기부(131)를 제외한 나머지 영역에 복수 개의 제2방열돌기(133)가 형성되어 요철 구조를 형성한다.
그리고 제1방열돌기(123) 및 제2방열돌기(133)는 서로 엇갈리게 배치되어, 인버터(120) 및 통합 충전모듈(130)이 상호 체결될 경우 서로의 요철 구조가 치합되도록 형성된다.
본 실시예는 이와 같이 함으로써 인버터(120) 및 통합 충전모듈(130) 간의 접촉 면적을 극대화할 수 있으며, 인버터(120)에서 발생하는 열이 통합 충전모듈(130) 측으로 보다 원활하게 전달되도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 차체 프레임
11: 수용공간
20a, 20b: 전륜
20c, 20d: 후륜
30: 특장공간부
100: 고전압 배터리
110: 인휠 모터
120: 인버터
121: 체결홈
122: 제1단자부
123: 제1방열돌기
130: 통합 충전모듈
131: 체결돌기부
132: 제2단자부
133: 제2방열돌기
140: 볼 조인트 어셈블리
141: 샤프트
142: 볼 부재
143: 구속부재
144: 볼 구속홈

Claims (7)

  1. 내부에 수용공간이 형성된 차체 프레임;
    상기 수용공간의 중앙 하부에 배치되는 고전압 배터리;
    상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리보다 후방에 배치되며, 상기 차체 프레임에 장착되는 한 쌍의 후륜에 각각 개별적으로 연결되어 구동력을 제공하는 한 쌍의 인휠 모터;
    상기 수용공간에서 상기 한 쌍의 인휠 모터 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 인휠 모터를 제어하는 인버터;
    상기 수용공간에서 상기 인버터에 인접하게 배치되어 상기 고전압 배터리를 충전하는 고전압충전기를 포함하는 통합 충전모듈; 및
    상기 수용공간에서 상기 고전압 배터리의 상부에 배치되며, 전기 계통 및 기계 계통 중 적어도 어느 하나 이상이 구비되는 특장공간부;
    를 포함하며,
    상기 인버터는 한 쌍이 구비되어 상기 한 쌍의 인휠 모터에 1:1 대응되도록 구비되고, 상기 통합 충전모듈은 상기 한 쌍의 인버터 사이에 구비되되,
    상기 통합 충전모듈의 양단부에는 내측에서 외측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하도록 형성되는 체결돌기부가 형성되며,
    상기 인버터의 일측에는 상기 체결돌기부가 삽입되도록 상기 체결돌기부와 대응되는 형상을 가지는 체결홈이 형성되어,
    상기 통합 충전모듈 및 상기 인버터는 도브테일 방식으로 서로 슬라이딩 결합 가능하게 형성되고,
    상기 체결홈에는 상기 체결돌기부와의 접촉면에 노출되는 제1단자부가 형성되며,
    상기 체결돌기부에는 상기 체결홈과의 접촉면에 노출되어 상기 제1단자부와 전기적으로 연결되는 제2단자부가 형성되되,
    상기 인버터에는 상기 체결홈을 제외한 나머지 영역에 복수 개의 제1방열돌기가 형성되어 요철 구조를 형성하며,
    상기 통합 충전모듈에는 상기 체결돌기부를 제외한 나머지 영역에 복수 개의 제2방열돌기가 형성되어 요철 구조를 형성하고,
    상기 제1방열돌기 및 상기 제2방열돌기는 서로 엇갈리게 배치되어, 상기 인버터 및 상기 통합 충전모듈이 상호 체결될 경우 서로의 요철 구조가 치합되도록 형성됨에 따라, 상기 인버터에서 발생하는 열이 상기 통합 충전모듈 측으로 전달되어 상기 통합 충전모듈에서 발생하는 열과 함께 외부로 방출되는,
    인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수용공간에 구비되는 저전압배터리를 더 포함하며,
    상기 통합 충전모듈은 상기 저전압배터리를 충전하는 저전압충전기를 더 포함하는,
    인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통합 충전모듈은 고전압릴레이를 더 포함하는,
    인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 및 상기 인휠 모터를 상호 체결하는 볼 조인트 어셈블리를 더 포함하는,
    인휠 모터가 적용된 전기 차량 플랫폼.
  7. 삭제
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