KR20100083521A - 인휠 모터 장착용 휠 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인휠 모터 장착용 휠 구조체에 관한 것으로서, 휠과 로터의 기능을 통합하여 경량화를 도모하고, 도넛형 브레이크 디스크를 외부로 노출 가능토록 하여 발열에 의한 모터의 저하를 방지할 수 있도록 하며, 로터 기능을 갖는 휠과 상기 휠의 내측에 장착된 모터 스테이터가 종래의 구동축에 구비된 허브 및 휠 스포크 등의 구조물을 대신하므로 휠과 연결되는 현가장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 인휠 모터 장착용 휠 구조체에 관한 것이다.

인휠 모터, 휠 구조체, 로터, 모터 스테이터, 도넛형 브레이크 디스크

Description

인휠 모터 장착용 휠 구조체{Wheel structure for mounting in wheel motor}

본 발명은 인휠 모터 장착용 휠 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠과 로터의 기능을 통합하여 경량화 및 소형화를 도모할 수 있는 인휠 모터 장착용 휠 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 인휠 모터는 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 경우 엔진, 변속기나 차동기어와 같은 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있어 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 인휠 모터가 차량의 휠 내부에 설치된 상태를 도시한 것이다. 인휠 모터는 서로 마주보도록 배치된 모터 스테이터(170)와 로터(180)가 구비 되는 바, 상기 모터 스테이터(170)에는 코일(171)이 권선되며 로터(180)에는 영구자석(181)이 구비된다.

상기 인휠 모터의 모터 스테이터(170)는 스테이터 브래킷(80)을 개재하여 너클(30)에 고정된다.

상기 너클(30)은 직접 또는 다른 요소들을 개재하여 차체에 고정되어 있기 때문에 인휠 모터의 모터 스테이터(170)도 차체에 대해 고정된다.

한편, 인휠 모터의 로터(180)는 로터 브래킷(130)을 개재하여 휠(140)에 고정되어 있어 인휠 모터가 작동하여 로터(180)가 모터 스테이터(170)에 대해 회전하면 휠(140)도 함께 회전하게 된다.

한편, 상기 휠(140)의 회전을 가능하게 지지하도록 휠 베어링의 회전부가 휠에 고정되는데, 휠베어링의 고정부는 너클(30)에 대해 고정된다.

구체적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 휠베어링의 내륜(50)이 휠(140)에 대하여 고정되고, 외륜(70)이 너클(30)에 대해 고정된다. 너클(30)에는 가운데에 구멍이 있어서 이 구멍에 휠 베어링이 삽입된다.

휠베어링의 외륜(70)에는 플랜지(71)가 반경방향 외측으로 연장 형성되어 있는 바, 상기 플랜지(71)에는 볼트(90)가 나사체결되는 체결홀이 형성된다. 차체 측으로부터 너클(30), 스테이터 브래킷(80), 외륜(70)의 플랜지(71)가 순서대로 배열되고 볼트(90)에 의해 상호 고정된다.

로터(180)는 로터 브래킷(130)에 의해 지지되며, 로터 브래킷(130)은 볼트와 너트에 의해 휠베어링 내륜(50), 브레이크 디스크(120), 휠(140)과 서로 고정된다.

그런데, 이러한 종래의 인휠 모터가 장착되는 구조체에서는 인휠 모터의 장점에도 불구하고, 기존의 구동 샤프트를 그대로 사용하게 되므로 하중에 불리한 문제점이 있는 한편, 발열량이 많은 브레이크 디스크(120)를 모터 내부에 구비함으로써, 발생 열에 의하여 모터의 성능이 저하되는 문제점 있으며, 이로 인하여 제동 성능의 저하도 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 종래의 로터 기능을 바로 휠에 적용하여 상기 휠이 직접 회전 구동력을 전달 받을 수 있도록 하고, 도넛 형상의 브레이크 디스크를 타이어의 외측에 노출되도록 하여 발열에 의한 모터의 저하를 방지할 수 있도록 하며, 휠 내부 구조물이 적어 현가장치의 설계 자유도를 높일 수 있는 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내주연에 로터 자석이 배치된 실린더 형상의 휠과; 상기 휠의 내측에 삽입되며, 그 외주연에 스테이터 코일이 권선된 모터 스테이터와; 상기 모터 스테이터 둘레면에 구비되어 휠을 지지하는 볼베어링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 휠은 그 휠림에 도넛 형상의 브레이크 디스크가 고정된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터 스테이터는 그 내주연에 현가장치와 연결하기 위한 고정 브라켓이 고정되는 제1고정부와, 브레이크 캘리퍼가 고정되는 제2고정부가 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 모터 스테이터는 스테이터 코일 상에서 휠의 로터 자석의 위치를 검출하는 위치센서가 구비되고, 그 위치센서의 검출 신호가 인가되어 적정 자기 장의 위치를 결정하는 인버터가 구비된 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

1. 휠과 로터의 기능을 통합함으로써 경량화 및 소형화를 도모할 수 있다.

2. 종래 대비, 모터를 상대적으로 타이어의 외륜 방향측에 설치하므로 높은 토크를 발생시킬 수 있다.

3. 브레이크 디스크를 외부로 노출시킴으로써 방열의 효과를 높일 수 있으며, 종래 대비, 상대적으로 적은 용량의 캘리퍼가 적용 가능하므로 경량화 및 소형화를 더욱 도모할 수 있다.

4. 종래 대비, 휠 스포크, 허브 등의 구조물을 배제 가능하므로 현가장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 정면도 이다.

또한, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 휠 구조체와 현가장치가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 타이어(100)의 형태를 유지하며 실린더 형상을 갖는 휠(10)은 종래의 로터 기능을 하며 그 내주연에 로터 자석(11)이 배치되어 있다.

이와 대응하는 구성으로, 상기 휠(10)의 내측에는 그 외주연에 스테이터 코일(13)이 권선된 모터 스테이터(12)가 삽입되며, 상기 로터 자석(11) 및 스테이터 코일(13)이 서로 마주보게 배치된다. 전원이 스테이터 코일(13)에 인가되면 로터 자석(11)과 스테이터 코일(13) 사이에 척력 및 인력이 작용하여 로터인 휠(10)이 회전하게 된다.

이때, 상기 모터 스테이터(12)의 상,하측에는 링 형상의 볼베어링(14)이 각각 구비되어 있는 바, 상기 볼베어링(14)은 상기 휠(10)을 지지하여 모터 스테이터(12) 상에서 휠(10)의 회전이 원활하게 이루어지도록 하는 기능을 하게 된다.

이로 인하여 기존에 타이어(100) 중심축에 장착된 허브(40), 휠 스포크(141) 등의 구조물을 배제 가능하므로 경량화를 도모할 수 있으며, 로터 기능을 갖는 휠(10)과, 상기 휠(10)의 내측에 장착된 모터 스테이터(12)가 상기 허브(40) 및 휠 스포크(141) 등의 구조물을 대신하게 되는 것이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 자동차의 타이어(100)와 현가장치를 연결하기 위하여 십자 형상의 고정 브라켓(15)이 상기 모터 스테이터(12)의 내측에 구비된 제1고정부(12a)에 볼트 체결되며, 상기 고정 브라켓(15)과 현가장치를 연결하는 연결 브라켓(16)이 상기 고정 브라켓(15)과 일체 결합되어 있다.

이때, 상기 연결 브라켓(16)과 결합되는 차체의 구조물은 CTBA(COUPLED TORSION BEAM AXLE) 서스펜션의 토션빔 또는 멀티링크 서스펜션 등 다양한 서스펜션의 적용이 가능하며, 상기 고정 브라켓(15)의 형상은 십자 형상 뿐만 아니라, 다양한 형상으로의 변경이 가능하다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 휠(10)의 외측 휠 림(10a)에는 도넛 형상의 브레이크 디스크(17)가 볼트를 통해 고정되어 있어 기존의 타이어(100) 내부에 장착된 브레이크 디스크(17)에 비하여 방열 효과를 높일 수 있게 된다.

그리고, 상기 휠(10)과 함께 회전 운동을 하게 되는 브레이크 디스크(17)에 마찰력을 제공하여 제동을 실시하는 브레이크 캘리퍼(18)는 모터 스테이터(12)의 내측에 구비된 제2고정부(12b)에 볼트 체결된다.

이때, 상기 브레이크 캘리퍼(18)는 종래 대비, 적은 용량의 소형 캘리퍼가 적용되므로 휠 구조체의 경량화가 가능하게 된다.

한편, 상기 모터 스테이터(12)의 스테이터 코일(13) 상에는 위치센서(20)가 구비되어 그 모터 스테이터(12) 외측에 구비된 로터 자석(11)의 위치를 검출하며, 그 검출 신호가 인가되어 적정 자기장의 위치를 결정할 수 있도록 모터 스테이터(12)의 내측에 인버터(21)가 구비되어 있다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 위치센서(20)에서 모터 스테이터(12)의 외측에 장착된 로터 자석(11) 의 위치를 검출하고, 이 검출 신호에 따라 인버터(21)는 적정의 자기장의 위치를 결정하게 된다.

상기 인버터(21)는 모터 스테이터(12)에 권취된 스테이터 코일(13)에 전력을 순차적으로 인가시켜 휠(10)에 장착된 로터 자석(11)이 회전 가능하도록 회전 자기장을 발생시키게 된다.

따라서, 상기 로터 기능을 갖는 휠(10)은 타이어(100)와 더불어 회전하게 된다.

반면에, 휠(10)의 제동을 위해서는 상기 휠(10)의 외측에 장착된 브레이크 디스크(17)에 대하여 브레이크 캘리퍼(18)가 마찰력을 제공하여 제동하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래의 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 분해사시도,

도 2는 종래의 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 분해사시도,

도 4는 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 인휠 모터 장착용 휠 구조체를 나타내는 정면도,

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 휠 구조체와 현가장치가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 휠 11 : 로터 자석

12 : 모터 스테이터 13 : 스테이터 코일

14 : 볼베어링 15 : 고정 브라켓

16 : 연결 브라켓 17 : 브레이크 디스크

18 : 브레이크 캘리퍼 20 : 위치센서

21 : 인버터

Claims (4)

1. 내주연에 로터 자석이 배치된 실린더 형상의 휠과;

   상기 휠의 내측에 삽입되며, 그 외주연에 스테이터 코일이 권선된 모터 스테이터와;

   상기 모터 스테이터 둘레면에 구비되어 휠을 지지하는 볼베어링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 장착용 휠 구조체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 휠은 그 휠림에 도넛 형상의 브레이크 디스크가 고정된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 장착용 휠 구조체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 모터 스테이터는 그 내주연에 현가장치와 연결하기 위한 고정 브라켓이 고정되는 제1고정부와, 브레이크 캘리퍼가 고정되는 제2고정부가 설치된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 장착용 휠 구조체.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 모터 스테이터는 스테이터 코일 상에서 휠의 로터 자석의 위치를 검출하는 위치센서가 구비되고, 그 위치센서의 검출 신호가 인가되어 적정 자기장의 위치를 결정하는 인버터가 구비된 것을 특징으로 하는 인휠 모터 장착용 휠 구조체.

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