KR20140050885A - 전기자동차용 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차용 파워트레인에 관한 것으로, 회전 구동력을 발생시키도록 구비된 모터; 상기 모터의 회전 구동에 의해 회전되어 회전속도를 줄이도록 구비된 감속부; 및, 상기 모터와 상기 감속부로 오일이 공급되어 순환될 수 있도록 상기 모터와 상기 감속부에 일체로 구비된 오일 순환 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 전기자동차용 파워트레인의 구조가 간단해지고, 생산비용이 절감될 수 있으며, 개별 부품들의 성능과 내구성이 향상될 수 있다.

Description

전기자동차용 파워트레인 {powertrain for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차용 파워트레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 에너지를 활용한 모터 구동방식의 전기자동차에 적용될 수 있는 전기자동차용 파워트레인에 관한 것이다.

최근 들어, 석유자원의 고갈과 대기오염 등의 환경 문제가 중요한 문제로 부각되면서 전기 에너지를 활용한 모터 구동방식의 전기자동차에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

파워트레인(powertrain)은 이러한 전기자동차의 주행 구동력을 전달하는 중요한 장치이다.

이러한 전기자동차용 파워트레인의 일 예가 대한민국 공개특허번호 제10-2010-0047522호(2010년05월10일자 공개, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 전기자동차용 파워트레인은 모터가 작동됨에 따라 모터와 감속장치에 많은 열이 발생하게 되어 차량의 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 모터에 연결된 감속장치에는 기어류들의 윤활 및 냉각을 위해 별도의 윤활유가 사용되어야 하기 때문에 장치의 구조가 복잡해지고, 생산비용이 상승 될 수 있으며, 개별 부품들의 성능과 내구성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허번호 제10-2010-0047522호(2010년05월10일자 공개)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 모터의 작동시 모터와 감속장치에서 발생 되는 열을 효과적으로 냉각시켜 차량의 성능을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 파워트레인을 제공하는 것이다.

또한, 구조가 간단해지고, 생산비용이 절감될 수 있으며, 개별 부품들의 성능과 내구성이 향상될 수 있는 전기자동차용 파워트레인을 제공하는 것이다.

아울러, 감속장치에서 발생 되는 진동과 소음이 방지될 수 있는 전기자동차용 파워트레인을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기자동차용 파워트레인은: 회전 구동력을 발생시키도록 구비된 모터; 상기 모터의 회전 구동에 의해 회전되어 회전속도를 줄이도록 구비된 감속부; 및, 상기 모터와 상기 감속부로 오일이 공급되어 순환될 수 있도록 상기 모터와 상기 감속부에 일체로 구비된 오일 순환 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 오일 순환 공급부는 상기 감속부와 병렬로 배치되게 상기 모터에 연결되어 상기 모터의 회전 구동에 의해 회전되는 오일펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전기자동차용 파워트레인은 상기 모터, 상기 감속부 및 상기 오일 순환 공급부가 내부에 일체로 수용되도록 구비된 하우징을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 하우징에는 판면으로부터 외측을 향해 돌출된 복수의 방열핀이 구비된 것이 바람직하다.

상기 방열핀은 상기 하우징의 판면 중 상기 모터가 설치된 공간에 해당되는 부분에 구비된 것이 바람직하다.

상기 오일 순환 공급부는 순환되기 전의 오일이 저장될 수 있도록 상기 하우징의 내부 공간에서 상기 오일펌프가 설치된 공간에 구비된 오일팬을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 오일 순환 공급부는 상기 오일팬 및 상기 오일펌프 사이에 구비된 오일필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전기자동차용 파워트레인은 상기 하우징의 외측에 구비되어 상기 모터 및 상기 감속부로 오일이 공급되어 순환되는 경로 중에서 오일을 상기 하우징의 외부 공기와의 열교환을 통해 냉각시키는 열교환부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전기자동차용 파워트레인의 모터 작동시 모터와 감속장치에서 발생 되는 열을 효과적으로 냉각시킴으로써 차량의 성능이 전반적으로 향상될 수 있다.

또한, 전기자동차용 파워트레인의 구조가 간단해지고, 생산비용이 절감될 수 있으며, 개별 부품들의 성능과 내구성이 향상될 수 있다.

아울러, 모터의 회전 구동에 의해 회전되는 오일펌프가 감속부와 병렬로 배치되게 모터에 연결됨으로써 전기자동차용 파워트레인의 감속장치에서 발생 되는 진동과 소음이 효과적으로 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 파워트레인의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 파워트레인(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 구동력을 발생시키도록 구비된 모터(20)와, 모터(20)의 회전 구동에 의해 회전되어 회전속도를 줄이도록 구비된 감속부(30)와, 모터(20) 및 감속부(30)로 오일(oil)이 공급되어 순환될 수 있도록 모터(20) 및 감속부(30)에 일체로 구비된 오일 순환 공급부(40)를 포함한다.

이에 따라, 전기자동차용 파워트레인(10)의 모터(20) 작동시 모터(20)와 감속부(30)에서 발생 되는 열을 모터(20) 및 감속부(30)에 일체로 구비된 오일 순환 공급부(40)를 통해 공급되고 순환되는 오일에 의해 효과적으로 냉각시킴과 동시에 윤활 기능이 수행되도록 함으로써 차량의 성능이 전반적으로 향상될 수 있다.

모터(20)는 일반적인 자동차의 내연기관 엔진을 대체하여 전기 입력에 의해 전기자동차의 주행 구동력을 발생시키는 동력원으로서, 모터(20)는 전기 입력시 발생 되는 고정자(stator)(21)와 회전자(rotor)(23) 간의 반발 기전력에 의해 회전자(23)가 고정자(21)에 대해 회전되도록 구비되고, 회전자(23)의 중심에는 구동축(25)이 구비된다.

본 발명의 일실시예로서, 모터(20)의 고정자(21)와 회전자(23)에는 오일 순환 공급부(40)의 아래에서 설명할 오일 순환 경로(41)가 연결되고 통과될 수 있도록 내부가 마련된 것이 바람직하다.

이에 따라, 모터(20)의 작동시 발생 되는 열을 오일로 냉각시킴과 동시에 윤활기능이 수행되도록 할 수 있다.

감속부(30)는 모터(20)의 구동축(25)에 연결된 감속 회전축(31)이 중심에 구비되고, 도시되지는 않았지만, 감속부(30)의 내부에는 다수의 기어류들이 설치되어 모터(20)가 작동되면 감속 회전축(31)의 회전에 의해 기어류들이 서로 맞물려 회전되며 전기자동차의 주행속도를 줄이도록 구비된다.

한편, 본 발명의 일실시예로서, 모터(20)의 구동축(25)과 감속부(30)의 감속 회전축(31)은 서로 직렬로 연결된 것이 아니라 상호 맞물리는 복수의 기어로 구비된 감속 전동 기어부(35)로 연결되어 서로 병렬로 연결된 것이 바람직하다.

이에 따라, 모터(20)의 진동이 감속부(30)로 바로 전달되는 것을 방지함으로써 모터(20) 및 감속부(30)에서의 소음과 진동을 최소화할 수 있고, 부품의 내구성을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예로서, 감속부(30)는 오일 순환 공급부(40)의 오일 순환 경로(41)가 연결되고 통과될 수 있도록 내부가 마련된 것이 바람직하다.

이에 따라, 감속부(30)의 회전시 발생되는 열을 아래에서 설명할 오일펌프(43)에서 토출되는 오일로 냉각시킴과 동시에 윤활기능이 수행되도록 할 수 있다.

오일 순환 공급부(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(20) 및 감속부(30)로 오일이 공급되어 순환될 수 있도록 파이프나 호스 등이 연결되어 마련된 오일 순환 경로(41)와, 감속부(30)와 병렬로 배치되게 모터(20)에 연결되어 모터(20)의 회전 구동에 의해 회전되는 오일펌프(oil pump)(43)와, 순환되기 전의 오일이 저장될 수 있도록 아래에서 설명할 하우징(housing)(50)의 내부 공간에서 오일펌프(43)가 설치된 공간에 구비된 오일팬(oil pan)(45)과, 오일팬(45) 및 오일펌프(43) 사이에 구비된 오일필터(oil filter)(47)를 포함한다.

이에 따라, 모터(20)의 회전 구동에 의해 회전되는 오일펌프(43)가 감속부(30)와 병렬로 배치되게 모터(20)에 연결됨으로써 전기자동차용 파워트레인(10)의 감속장치에서 발생 되는 진동과 소음이 효과적으로 방지될 수 있다.

오일 순환 경로(41)는 오일펌프(43)가 회전되면 오일팬(45)에 저장되어 있던 오일이 오일필터(47)를 지나 오일펌프(43)를 거쳐 감속부(30)로 공급되어 감속부(30)의 내부를 냉각시킴과 동시에 감속부(30)의 기어류들 간의 접촉상태를 윤활 시키고 아래에서 설명할 열교환부(60)를 지나며 냉각된 상태로 모터(20)로 공급되어 모터(20)의 내부를 냉각시킴과 동시에 윤활 기능을 수행한 후 오일팬(45)으로 다시 순환되어 되돌아올 수 있도록 구비된다.

오일펌프(43)는 감속부(30)의 감속 회전축(31)에 연결된 펌프 회전축(44a)이 중심에 구비되고, 감속부(30)의 감속 회전축(31)과 오일펌프(43)의 펌프 회전축(44a)은 서로 직렬로 연결된 것이 아니라 상호 맞물리는 복수의 기어로 구비된 펌프 전동 기어부(44)로 연결되어 서로 병렬로 연결된 것이 바람직하다.

이에 따라, 모터(20) 구동에 의한 감속부(30)의 회전으로 오일펌프(43)가 회전되며 오일을 흡입, 토출하는 과정에서 발생 되는 펌프 회전축(44a)의 축 진동이 감속부(30)의 감속 회전축(31) 상으로 전달되는 것을 방지함으로써 감속부(30) 내부의 기어류들 간에 발생 되는 진동과 소음이 효과적으로 방지될 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 오일펌프(43)는 고속, 저 토크 운전조건에 적합해질 수 있도록 감속부(30)의 입력 측에 병렬로 연결된 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예로서, 오일펌프(43)가 감속부(30)의 입력 측에 구비된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 모터(20)의 회전수가 12,000 rpm 정도로 고속이어서 오일펌프(43)의 베어링 등의 부품이 이를 감당하지 못할 경우에는 저속, 고 토크 운전조전에 적합해질 수 있도록 오일펌프(43)는 감속부(30)의 출력 측에 병렬로 연결될 수도 있다.

오일팬(45)은 하우징(50)의 내부 공간에서 감속부(30)의 하부 일측에 구비되고, 감속부(30)의 하부 일측은 오일팬(45)에 잠기도록 구비된 것이 바람직하다. 그리고, 전기자동차의 모터로는 최소 15 kW 급 이상의 모터가 사용되기 때문에 필요한 오일의 양도 많아지게 되므로 이에 대응되게 오일팬(45)의 크기도 적절하게 구비될 필요가 있다.

이에 따라, 감속부(30)의 회전시 감속부(30)의 내부로 오일팬(45)에 저장되어 있던 오일이 압력차에 의해 빨려들어가게 됨으로써 감속부(30)의 내부를 윤활 및 냉각시킬 수 있고, 윤활을 마친 오일은 자중에 의해 오일팬(45)으로 낙하 되어 다시 회수될 수 있다.

오일필터(47)는 오일펌프(43)의 회전으로 인해 오일팬(45)으로부터 오일펌프(43)로 유입되는 오일의 불순물이 걸러지도록 구비되며, 일정 기간 동안 사용된 후에는 교체가 가능해질 수 있도록 구비된다.

이에 따라, 오일의 불순물이 오일펌프(43)로 유입되는 것을 오일필터(47)에 의해 방지함으로써 모터(20)를 비롯한 부품들로 오일의 불순물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 전기자동차용 파워트레인(10)은 모터(20), 감속부(30) 및 오일 순환 공급부(40)가 내부에 일체로 수용되도록 구비된 하우징(50)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 하우징(50)의 내부에 모터(20), 감속부(30) 및 오일 순환 공급부(40)가 일체로 수용됨으로써 콤팩트(compact)하게 구성되어 장치의 크기가 소형화될 수 있다.

하우징(50)에는 판면으로부터 외측을 향해 돌출된 복수의 방열핀(51)이 구비된다.

이에 따라, 하우징(50)의 내측면을 따라 오일이 지나는 동안에 방열핀(51)에 의해 하우징(50) 외부의 공기와 오일의 열이 열교환 되게 함으로써 감속부(30)와 모터(20)를 거쳐 순환되는 과정에서 얻게 되는 오일의 상승 된 온도를 공랭식으로 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 방열핀(51)은 하우징(50)의 판면 중 모터(20)가 설치된 공간에 해당되는 부분에 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 작동시 발열량이 커지게 되는 모터(20)를 고속과 고 토크의 운전조건에서도 방열핀(51)에 의해 냉각된 오일로 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 파워트레인(10)은 하우징(50)의 외측에 구비되어 모터(20) 및 감속부(30)로 오일이 공급되어 순환되는 경로 중에서 오일을 하우징(50)의 외부 공기와의 열교환을 통해 냉각시키는 열교환부(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 하우징(50)의 외부에서 열교환부(60)가 오일 순환 경로(41)에 연결되게 구비됨으로써 감속부(30)를 지나는 동안 감속부(30)를 냉각시키며 열을 얻게 된 오일을 공랭식으로 냉각시켜 온도가 떨어진 상태의 오일이 모터(20)로 공급되어 모터(20)를 효과적으로 냉각시키도록 할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 전기자동차용 파워트레인(10)이 작동되는 과정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 모터(20)에 전기가 입력되면 회전자(23)가 회전되며, 회전자(23)에 구비된 구동축(25)이 회전하게 되고, 구동축(25)이 회전함에 따라 감속 전동 기어부(35)에 의해 병렬로 연결된 감속 회전축(31)이 회전하게 됨과 동시에 감속부(30) 내부의 기어류들이 회전하게 된다.

다음에, 감속 회전축(31)이 회전함에 따라 펌프 전동 기어부(44)에 의해 병렬로 연결된 펌프 회전축(44a)이 회전하게 됨과 동시에 오일펌프(43)가 회전하게 되어 오일팬(45)에 저장된 오일이 오일필터(47)를 거쳐 오일펌프(43)로 유입되고, 오일펌프(43)로 유입된 오일은 감속부(30)의 내부로 공급되도록 오일펌프(43)로부터 토출된다.

그리고, 감속부(30)를 윤활 및 냉각시킨 오일은 감속부(30)에서 유출되어 하우징(50) 외부의 열교환부(60)를 지나면서 1차 열교환에 의해 냉각되고, 냉각된 오일은 하우징(50)의 내측면을 따라 지나는 동안에 방열핀(51)에 의해 2차 열교환에 의해 냉각된 상태로 모터(20)의 고정자(21)에 형성된 복수의 오일 순환 경로(41)를 통해 고정자(21)의 내부를 유동하며 고정자(21)의 열을 식혀주며, 고정자(21)와 회전자(23) 간의 이격된 틈을 통해 유동하며 회전자(23)의 열을 식혀준다.

이때, 열교환부(60)로부터 고정자(21)로의 오일의 유동은 오일펌프(43)의 회전에 따른 압력에 의해 강제적으로 이뤄지게 된다.

한편, 회전자(23)까지 도달된 오일은 회전자(23)의 회전에 따른 원심력과 자중에 의해 모터(20)의 외부로 밀려나가게 되어 오일팬(45)으로 다시 회수된다.

이에, 본 발명에 따르면, 모터(20) 및 감속부(30)와 모터(20) 및 감속부(30)를 윤활 및 냉각시키는 오일 순환 공급부(40)가 일체로 구비됨으로써 전기자동차용 파워트레인(10)의 구조가 간단해지고, 생산비용이 절감될 수 있으며, 개별 부품들의 성능과 내구성이 향상될 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

20 : 모터 30 : 감속부
40 : 오일 순환 공급부 43 : 오일펌프
45 : 오일팬 47 : 오일필터
50 : 하우징 51 : 방열핀
60 : 열교환부

Claims (8)

1. 회전 구동력을 발생시키도록 구비된 모터(20);
   상기 모터(20)의 회전 구동에 의해 회전되어 회전속도를 줄이도록 구비된 감속부(30); 및
   상기 모터(20)와 상기 감속부(30)로 오일이 공급되어 순환될 수 있도록 상기 모터(20)와 상기 감속부(30)에 일체로 구비된 오일 순환 공급부(40);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일 순환 공급부(40)는 상기 감속부(30)와 병렬로 배치되게 상기 모터(20)에 연결되어 상기 모터(20)의 회전 구동에 의해 회전되는 오일펌프(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
3. 제2항에 있어서,
   상기 모터(20), 상기 감속부(30) 및 상기 오일 순환 공급부(40)가 내부에 일체로 수용되도록 구비된 하우징(50)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하우징(50)에는 판면으로부터 외측을 향해 돌출된 복수의 방열핀(51)이 구비된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
5. 제4항에 있어서,
   상기 방열핀(51)은 상기 하우징(50)의 판면 중 상기 모터(20)가 설치된 공간에 해당되는 부분에 구비된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
6. 제3항에 있어서,
   상기 오일 순환 공급부(40)는 순환되기 전의 오일이 저장될 수 있도록 상기 하우징(50)의 내부 공간에서 상기 오일펌프(43)가 설치된 공간에 구비된 오일팬(45)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
7. 제6항에 있어서,
   상기 오일 순환 공급부(40)는 상기 오일팬(45) 및 상기 오일펌프(43) 사이에 구비된 오일필터(47)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.
8. 제3항에 있어서,
   상기 하우징(50)의 외측에 구비되어 상기 모터(20) 및 상기 감속부(30)로 오일이 공급되어 순환되는 경로 중에서 오일을 상기 하우징(50)의 외부 공기와의 열교환을 통해 냉각시키는 열교환부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 파워트레인.

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