KR20210136638A - 인휠 구동 장치 및 그 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

인휠 구동 장치 및 그 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차가 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 휠 베어링에 결합되는 회전 감지 센서; 를 포함하고, 상기 회전 감지 센서는, 상기 휠 베어링의 외륜에 결합되는 센서 스테이터; 및 상기 휠 베어링의 허브에 결합되는 센서 로터; 를 포함하고, 상기 센서 스테이터는, 표면에 금속 재질의 코일 패턴이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판; 을 포함하는 인휠 구동 장치가 제공된다.

Description

인휠 구동 장치 및 그 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차{In-wheel working device and automobile including the same}
본 발명은 인휠 구동 장치 및 그 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
종래의 내연 기관이 갖는 환경 오염, 내외부적 정치 상황에 따른 연료의 불안정적인 수급 등의 문제를 해결하기 위해, 최근에는 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동함으로써 작동하는 전기 자동차에 대한 연구 및 생산이 활발하게 이루어지고 있다. 그러한 전기 자동차는 전기 에너지가 저장된 배터리에 의해 모터를 구동하는 순수 전기 자동차, 광전지를 이용하여 모터를 구동하는 태양 전지 자동차, 연료 전지를 이용하여 모터를 구동하는 연료 전지 자동차 등으로 구별될 수 있다.
전기 자동차에는 자동차의 바퀴 내부에 모터가 탑재되는 구조를 갖는 인휠 구동 장치가 사용된다.
한편, 종래 기술에 따르면, 인휠 구동 장치에 탑재되는 모터의 정밀 제어를 위해 레졸버 센서가 별도로 장착되었다.
레졸버 센서는 레졸버 스테이터 및 레졸버 로터로 구성되는데, 종래 기술에 따르면 레졸버 스테이터는 강판에 여자 코일 및 출력 코일이 부착된 구조를 갖는다. 그러나, 이 경우 여자 코일과 출력 코일을 구성하는 코일이 차지하는 부피 및 무게 때문에 레졸버 센서의 부피 및 무게가 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자동차의 인휠 구동 장치에서 모터의 제어를 위해 탑재되는 센서가 차지하는 부피 및 무게를 감축시킴으로써 인휠 구동 장치의 패키지 구성을 용이하게 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체를 형성하는 허브를 포함하는 휠 베어링; 및 상기 휠 베어링에 결합되는 회전 감지 센서; 를 포함하고, 상기 휠 베어링은, 상기 허브의 방사 방향(R)의 외주면에 결합되는 내륜; 상기 내륜으로부터 상기 방사 방향(R)의 외측으로 이격되는 외륜; 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이, 또는, 상기 허브와 상기 외륜 사이에 구비되는 전동체; 를 포함하고, 상기 회전 감지 센서는, 상기 외륜에 결합되는 센서 스테이터; 및 상기 허브에 결합되는 센서 로터; 를 포함하고, 상기 센서 스테이터는, 표면에 금속 재질의 코일 패턴이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판; 을 포함하는 인휠 구동 장치가 제공된다.
상기 센서 스테이터와 상기 센서 로터는 상기 허브의 축 방향(A)으로 서로 이격되어 있을 수 있다.
상기 코일 패턴은, 상기 PCB 기판의 방사 방향을 향해 연장되는 복수의 선분 패턴을 포함할 수 있다.
상기 코일 패턴은, 상기 PCB 기판의 둘레 방향을 따라 반복되는 패턴 형상을 포함할 수 있다.
상기 센서 스테이터는, 상기 센서 스테이터의 상기 PCB 기판을 수용하는 스테이터 하우징; 을 더 포함할 수 있다.
상기 센서 로터는, PCB 기판; 및 상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면에 부착되는 금속층; 을 포함할 수 있다.
상기 센서 로터는 금속판을 포함하고, 상기 금속판의 방사 방향의 외측 둘레면에는, 상기 금속판의 방사 방향으로 돌출된 돌출 영역 및 상기 금속판의 방사 방향으로 오목하게 만입된 만입 영역이 교대로 형성될 수 있다.
상기 금속층은, 상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면의 일부 영역에 부착될 수 있다.
상기 센서 로터는, 상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판을 수용하는 로터 하우징; 을 더 포함할 수 있다.
상기 금속판은 전기 강판 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 스테이터 하우징의 양면 중 상기 센서 로터와 마주보는 면의 반대편에 형성된 면에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성되고, 상기 센서 스테이터에 구비되는 상기 PCB 기판이 상기 오목부에 수용될 수 있다.
상기 로터 하우징의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성되고, 상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판이 상기 오목부에 수용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차가 제공된다.
본 발명에 따르면, 자동차의 인휠 구동 장치에서 모터의 제어를 위해 탑재되는 센서가 차지하는 부피 및 무게를 감축시킴으로써 인휠 구동 장치의 패키지 구성을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인휠 구동 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 회전 감지 센서의 단면 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 스테이터 구조의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 스테이터 구조의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 로터의 구조의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 로터의 구조의 다른 예를 도시한 평면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 인휠 구동 장치 및 그 인휠 구동 장치가 구비된 자동차를 설명한다.
인휠 구동 장치
도 1은 본 발명에 따른 인휠 구동 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인휠 구동 장치(10)는 휠 베어링(100)을 포함할 수 있다. 휠 베어링(100)은 인휠 구동 장치(10)가 탑재되는 자동차가 구동될 때 자동차 휠의 회전을 원활하게 하면서, 자동차의 무게를 지탱하고 자동차의 휠에 발생하는 마찰을 감축하기 위한 구성일 수 있다.
휠 베어링(100)은, 휠 베어링(100)의 몸체를 형성하는 허브(110)를 포함할 수 있다. 이때, 허브(110)가 휠 베어링(100)의 몸체를 형성한다는 것은, 본 발명에 따른 인휠 구동 장치(10)의 휠 베어링(100)에서 허브(110)가 가장 큰 부피를 차지하는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 인휠 구동 장치(10)는 회전 감지 센서(200)를 포함할 수 있다. 회전 감지 센서(200)는 인휠 구동 장치(10)에 탑재되는 모터의 구동을 제어하기 위한 구성일 수 있다. 즉, 회전 감지 센서(200)는 모터의 움직임을 감지하여 그 신호를 외부에 보내기 위한 구성일 수 있다. 특히, 회전 감지 센서(200)는 종래 기술에 따른 레졸버 센서의 기능을 대체하는 구성일 수 있다.
휠 베어링(100)은, 허브(110) 및 인휠 구동 장치(10)의 방사 방향(R)의 외주면에 결합되는 내륜(130), 내륜(130)으로부터 상기 방사 방향(R)의 외측으로 이격되어 있는 외륜(140), 및 내륜(130)과 외륜(140) 사이, 또는, 허브(110)와 외륜(140) 사이에 구비되는 전동체(120)를 포함할 수 있다. 도 1에는 본 발명의 일 예로서, 허브(110)와 외륜(140) 사이에 구비되는 제1 전동체(122) 및 제1 전동체(122)로부터 허브의 축 방향(A)으로 이격되게 구비되고 내륜(130)과 외륜(140) 사이에 구비되는 제2 전동체(124)가 도시되어 있다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 외륜(140)은 일체로 형성될 수 있으나, 그와 달리, 외륜(140)의 서로 구분되는 복수의 구성의 결합체로 이루어질 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 구조의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 회전 감지 센서의 단면 구조를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 회전 감지 센서(200)는, 센서 스테이터(210) 및 센서 로터(220)를 포함할 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 센서 스테이터(210)는 외륜(140)에 결합될 수 있고, 센서 로터(220)는 허브(110)에 결합될 수 있다. 또한, 센서 로터(220)가 허브(110)에 결합됨으로써, 센서 로터(220)의 적어도 일부는 허브(110)와 외륜(140) 사이에 형성된 공간에 구비될 수 있다. 그리고, 센서 스테이터(210) 및 센서 로터(220)는 제1 전동체(122)가 제2 전동체(124)를 바라보는 영역의 축 방향(A) 반대 영역에 구비될 수 있다.
또한, 센서 스테이터(210)와 센서 로터(220)는 허브(110)의 축 방향(A)으로 서로 이격되어 있을 수 있다. 따라서, 센서 스테이터(210)와 센서 로터(220)는 서로의 주면(main plane)을 바라보도록 구비될 수 있다. 이때, 주면이란, 센서 스테이터 및 센서 로터의 둘레면 중 가장 큰 면적을 차지하는 면을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 센서 스테이터(210)는 PCB 기판(Printed Circuit Board, 212)을 포함할 수 있다. 이때, PCB 기판에는 금속 재질의 코일 패턴이 형성될 수 있다.
종래 기술에 따른 레졸버 센서와 비교하였을 때, 본 발명에 따른 회전 감지 센서는 부피 및 무게의 감축이라는 측면에서 현저한 차이가 있다.
즉, 종래 기술에 따른 레졸버 센서에서 레졸버 스테이터는 강판에 여자 코일 및 출력 코일이 부착된 구조를 갖는다. 이로 인해, 레졸버 센서의 부피 및 무게는 현저하게 크다는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 스테이터는 강판보다 현저하게 가벼운 PCB 기판 상에 종래에 비해 현저하게 가볍고 부피도 작은 코일 패턴이 형성된 구조를 가지므로, 모터의 움직임을 감지하기 위한 센서를 포함하는 인휠 구동 장치의 패키지 구성이 현저하게 용이해질 수 있고, 인휠 구동 장치의 무게 역시 현저하게 감축할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 센서 스테이터(210)는 센서 스테이터(210)의 PCB 기판(212)을 수용하는 스테이터 하우징(216)을 더 포함할 수 있다. 스테이터 하우징(216)은 PCB 기판(212)를 보호하기 위한 구성으로서, 스테이터 하우징(216)에 의해 PCB 기판(212)이 외부의 충격으로부터 보호될 수 있다. 예를 들어, 스테이터 하우징(216)은 외부의 충격을 흡수할 수 있는 탄성력을 갖는 가요성 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 센서 스테이터(210)는 스테이터 하우징(216)을 포함하지 않을 수도 있다.
보다 상세하게 도 3을 살펴보면, 스테이터 하우징(216)에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이터 하우징(216)의 양면 중 센서 로터(220)와 마주보는 면의 반대편에 형성된 면(도 3을 기준으로 스테이터 하우징의 상면)에는 오목하게 만입된 형상의 오목부(D1)가 형성될 수 있다. 그리고, 센서 스테이터(210)에 구비되는 PCB 기판(212)은 오목부(D1)에 수용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 스테이터 구조의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 스테이터 구조의 다른 예를 도시한 평면도이다.
전술한 바와 같이 센서 스테이터(210)의 PCB 기판(212)의 표면에는 금속 재질의 코일 패턴이 형성될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 코일 패턴(214)은 PCB 기판(212)의 둘레 방향을 따라 반복되는 패턴 형상을 가질 수 있다. 도 4에는 코일 패턴(214)이 PCB 기판(212)의 중앙 영역을 제외한 영역에서 일정한 규칙을 가지고 반복적으로 형성된 모습의 일 예가 도시되어 있다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 코일 패턴(214)은 PCB 기판(212)의 방사 방향을 향해 연장되는 복수의 선분 패턴을 포함할 수도 있다. 이때, 복수의 선분 패턴은 등 간격으로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 로터의 구조의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 회전 감지 센서의 센서 로터의 구조의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 로터(220)는 PCB 기판(222) 및 센서 로터(220)에 구비되는 PCB 기판(222)의 양면 중 센서 스테이터(210)와 마주보는 면에 부착되는 금속층(224)을 포함할 수 있다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속층(224)은 센서 로터(220)에 구비되는 PCB 기판(222)의 양면 중 센서 스테이터(210)와 마주보는 면의 일부 영역에 부착될 수 있다. 도 6에는 금속층(224)이 PCB 기판(222)의 일 면 중 절반 영역에 걸쳐 부착된 경우가 도시되어 있다.
그러나, 그와 달리 센서 로터(220)는 도 7에 도시된 바와 같이 금속판(225)을 포함할 수도 있다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속판(225)의 방사 방향의 외측 둘레면에는, 금속판(225)의 방사 방향으로 돌출된 돌출 영역(227) 및 금속판의 방사 방향으로 오목하게 만입된 만입 영역(228)이 교대로 형성될 수 있다. 도 7에는 센서 로터(220)의 금속판(225)에 돌출 영역(227) 및 만입 영역(228)이 각각 두 개가 형성된 모습이 도시되어 있다. 한편, 센서 로터(220)의 금속판(225)은 전기 강판 또는 알루미늄일 수 있다.
한편, 다시 도 3을 참고하면, 센서 로터(220)는 센서 로터(220)에 구비되는 PCB 기판(222) 및 금속층(224, 도 6 참조)을 수용하는 로터 하우징(226)을 더 포함할 수 있다. 스테이터 하우징(216)의 경우와 유사하게, 로터 하우징(226) 역시 센서 로터(220)에 구비되는 PCB 기판(222)을 보호하기 위한 구성일 수 있다. 예를 들어, 로터 하우징(226)은 외부의 충격을 흡수할 수 있는 탄성력을 갖는 가요성 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 센서 로터(220)는 로터 하우징(226)을 포함하지 않을 수도 있다.
보다 상세하게 도 3을 살펴보면, 로터 하우징(226)에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 하우징(226)의 양면 중 센서 스테이터(210)와 마주보는 면(도 3을 기준으로 로터 하우징의 상면)에는 오목하게 만입된 형상의 오목부(D2)가 형성될 수 있다. 그리고, 센서 로터(220)에 구비되는 PCB 기판(222)은 오목부(D2)에 수용될 수 있다.
자동차
본 발명에 따른 자동차는 인휠 구동 장치(10)를 포함할 수 있다. 인휠 구동 장치에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 인휠 구동 장치
100 : 휠 베어링
110 : 허브
120 : 전동체
122 : 제1 전동체
124 : 제2 전동체
130 : 내륜
140 : 외륜
200 : 회전 감지 센서
210 : 센서 스테이터
212 : PCB 기판
214 : 코일 패턴
216 : 스테이터 하우징
D1, D2 : 오목부
220 : 센서 로터
222 : PCB 기판
224 : 금속층
225 : 금속판
226 : 로터 하우징
227 : 돌출 영역
228 : 만입 영역
A : 허브 또는 인휠 구동 장치의 축 방향
R : 허브 또는 인휠 구동 장치의 방사 방향

Claims (13)

  1. 몸체를 형성하는 허브를 포함하는 휠 베어링; 및
    상기 휠 베어링에 결합되는 회전 감지 센서; 를 포함하고,
    상기 휠 베어링은,
    상기 허브의 방사 방향(R)의 외주면에 결합되는 내륜;
    상기 내륜으로부터 상기 방사 방향(R)의 외측으로 이격되는 외륜; 및
    상기 내륜과 상기 외륜 사이, 또는, 상기 허브와 상기 외륜 사이에 구비되는 전동체; 를 포함하고,
    상기 회전 감지 센서는,
    상기 외륜에 결합되는 센서 스테이터; 및
    상기 허브에 결합되는 센서 로터; 를 포함하고,
    상기 센서 스테이터는,
    표면에 금속 재질의 코일 패턴이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판; 을 포함하는 인휠 구동 장치.
  2. 청구항 1에서,
    상기 센서 스테이터와 상기 센서 로터는 상기 허브의 축 방향(A)으로 서로 이격되어 있는 인휠 구동 장치.
  3. 청구항 1에서,
    상기 코일 패턴은,
    상기 PCB 기판의 방사 방향을 향해 연장되는 복수의 선분 패턴을 포함하는 인휠 구동 장치.
  4. 청구항 1에서,
    상기 코일 패턴은,
    상기 PCB 기판의 둘레 방향을 따라 반복되는 패턴 형상을 포함하는 인휠 구동 장치.
  5. 청구항 1에서,
    상기 센서 스테이터는,
    상기 센서 스테이터의 상기 PCB 기판을 수용하는 스테이터 하우징; 을 더 포함하는 인휠 구동 장치.
  6. 청구항 1에서,
    상기 센서 로터는,
    PCB 기판; 및
    상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면에 부착되는 금속층; 을 포함하는 인휠 구동 장치.
  7. 청구항 1에서,
    상기 센서 로터는 금속판을 포함하고,
    상기 금속판의 방사 방향의 외측 둘레면에는,
    상기 금속판의 방사 방향으로 돌출된 돌출 영역 및 상기 금속판의 방사 방향으로 오목하게 만입된 만입 영역이 교대로 형성되는 인휠 구동 장치.
  8. 청구항 6에서,
    상기 금속층은,
    상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면의 일부 영역에 부착되는 인휠 구동 장치.
  9. 청구항 6에서,
    상기 센서 로터는,
    상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판을 수용하는 로터 하우징; 을 더 포함하는 인휠 구동 장치.
  10. 청구항 7에서,
    상기 금속판은 전기 강판 또는 알루미늄인 인휠 구동 장치.
  11. 청구항 5에서,
    상기 스테이터 하우징의 양면 중 상기 센서 로터와 마주보는 면의 반대편에 형성된 면에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성되고,
    상기 센서 스테이터에 구비되는 상기 PCB 기판이 상기 오목부에 수용되는 인휠 구동 장치.
  12. 청구항 9에서,
    상기 로터 하우징의 양면 중 상기 센서 스테이터와 마주보는 면에는 오목하게 만입된 형상의 오목부가 형성되고,
    상기 센서 로터에 구비되는 상기 PCB 기판이 상기 오목부에 수용되는 인휠 구동 장치.
  13. 청구항 1에 따른 인휠 구동 장치를 포함하는 자동차.
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