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KR101724787B1 - 인휠모터시스템 - Google Patents

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KR101724787B1
KR101724787B1 KR1020130051456A KR20130051456A KR101724787B1 KR 101724787 B1 KR101724787 B1 KR 101724787B1 KR 1020130051456 A KR1020130051456 A KR 1020130051456A KR 20130051456 A KR20130051456 A KR 20130051456A KR 101724787 B1 KR101724787 B1 KR 101724787B1
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이충성
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 인휠모터시스템에 관한 것으로서, 회전자 코어(80)는 강자성체인 규소 강판이 적층되며, 외곽부 형상은 사이클로이드 곡선형태를 갖는다. 회전자 코어(80)는 편심베어링(90)에 지지되어 있기 때문에, 편심운동으로 인한 진동 방지를 위해 회전자 코어(80)를 축방향으로 다수개 추가할 수 있다. 3상커넥터(22)로부터 3상 전류가 흐르는 도선이 고정자 코어(24)의 고정자 와인딩(25)에 연결되며, 소정 시간 및 위치에서 자계를 형성하는 고정자 와인딩(25)에 대해 회전자 코어(80)가 회전한다. 회전자 코어(80)의 자극에서의 자기력은 고정자 코어(24)에 수직한 방향으로 형성된다. 회전자 코어(80)는 고정자 와인딩(25)의 자계에 의한 자전과 편심베어링(90)에 의한 공전을 하게 되고, 회전자 코어(80)의 구동구멍(82) 내에 삽입되는 롤러(72)가 회전자 코어(80)의 구동력을 받게되어, 출력샤프트(60)에 압입된 핀(74)에 의해 출력샤프트(60)에 그 구동력이 전달된다. 출력샤프트(60)가 회전되면, 이에 연결된 허브(52)가 회전하게 되고, 그런 다음, 허브(52)에 연결된 휠(10)이 회전하게 된다.

Description

인휠모터시스템{IN WHEEL MOTOR SYSTEM}
본 발명은 인휠모터시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 자동차의 휠의 림에 모터를 장착하여 휠을 직접적으로 구동하기 위한 인휠모터시스템에 관한 것이다.
종래의 인휠 모터(in wheel motor) 구동 장치로서, 예를 들면,일본특개 2006-258289호 공보에 기재된 발명은 차체에 장착되는 케이싱의 내부에 구동력을 발생시킨 모터부과,차륜에 접속되는 차륜 허브 베어링부와,모터부의 회전을 감속하고 차륜 허브 베어링부에 전달하는 감속부를 구비한다. 상기 구성의 인휠 모터 장치에 있어서, 장치의 컴팩트화의 관점으로부터 모터부에는 저토오크로 고회전의 모터가 채용된다. 한편,차륜 허브 베어링부에는, 차륜을 구동하기 위해 큰 토오크가 필요해진다. 감속부에는 높은 감속비가 얻어지는 사이클로이드 감속기가 채용되기도 한다.
인휠 모터의 구동 방식으로는 모터 직접 구동 및 모터와 감속기 간접구동이 있다. 직접 구동의 경우는 요구되는 휠 토크를 만족하기 위해서 모터 사이즈가 커지는 단점이 있다. 간접 구동 방식은 이러한 단점을 보완하기 위해 모터 사이즈 축소 및 토크 증대를 위해서 감속기를 추가하는 방식이다.
그러나, 감속기 장착으로 인하여 모터 하우징이 휠 외부로 돌출되어 차량 주행 중 외부 물질 충격에 의하여 모터가 파손되는 현상이 발생될 수 있다. 더욱이, 감속기 장착으로 인하여 제작 비용이 증가되고, 모터의 로터 내에 영구자석을 사용하여야만 한다.
일본특개 2006-258289호 공보
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 감속기를 삭제하며, 대신에 감속기의 기능인 토크 발생을 위해 모터의 회전자 형상에 사이클로이드 치형을 적용하며, 아울러 영구자석을 삭제한 인휠모터시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 인휠모터시스템의 일예로서, 고정자 와인딩의 자화로 회전하게 되며, 입력샤프트 상에 장착된 편심베어링 상에 장착되어, 상기 고정자 와인딩의 자계에 의한 자전과 상기 편심베어링에 의한 공전을 하게 되는 회전자 코어를 포함한다.
본 발명에 따른 회전자 코어에는 다수개의 구동구멍이 형성된다.
본 발명에 따른 회전자 코어의 원주 방향 형상은 사이클로이드 곡선 형태를 가지며, 사이클로이드 형상을 갖는 n개의 회전자 코어는 서로 위상차를 가지면서 편심 베어링에 지지되어 축 방향으로 조립되며, 다수개 조립될 수 있다.
본 발명에 따른 회전자 코어의 구동구멍에는 구동구멍의 직경보다 작은 직경을 가진 롤러가 각각 삽입되고, 상기 롤러의 내부는 핀이며, 상기 핀은 출력샤프트의 수용홈에 압입된다.
본 발명에 따른 회전자 코어의 구동구멍은 8개 형성되고, 롤러는 8개가 될 수 있다.
본 발명에 따른 입력샤프트는 제1부분, 제2부분 및 제3부분으로 구분되며, 제1부분상에는 입력케이스의 내경부에 삽입되는 제1베어링이 장착되며, 제2부분 상에는 편심베어링이 장착되며, 제3부분에는 제2베어링이 장착된다.
본 발명에 따른 입력샤프트의 축방향 유격을 방지하기 위해 칼라가 조립되며, 제1 베어링의 축방향 유격을 방지하기 위해 멈춤링이 조립된다.
본 발명에 따른 출력케이스의 외측으로는 허브가 장착되고, 상기 허브에는 휠의 림에 장착되기 위한 허브 볼트가 체결되고, 출력케이스의 내측으로는 출력샤프트가 구비된다.
본 발명에 따른 출력샤프트에는 원주 방향으로 다수개의 수용홈이 형성되며, 상기 다수개의 수용홈에는 롤러가 외경에 구비된 핀이 압입되며, 회전자 코어의 구동구멍 내로 각각 삽입되는 롤러에 의해서 출력샤프트가 회전하게 된다.
본 발명에 따른 출력샤프트는 볼 베어링 및 허브 베어링에 의해서 지지되며, 출력케이스에 조립된다.
본 발명에 따른 인휠모터시스템은 다음과 같은 효과가 있다;
1. 본 발명에서는 감속기 및 모터 로터 내의 영구자석을 삭제함으로써 비용이 절감되고, 제조 공정이 심플하게 된다.
2. 본 발명은 감속기 대신에 사이클로이드 치형을 갖는 전기강판을 적층하며 사이클로이드 최외곽곡선부인 그루브는 고정자의 3상 회전자계와 자기력으로 작용하는 리럭턴스 토오크(자기저항 토오크)을 이용하여 회전 및 토크가 발생하도록 하고, 또한 회전자 코어는 편심베어링에 지지되어 공전 및 자전운동하여 진동이 발생되나, 진동 저감을 위해 동일한 회전자 코어를 축 방향으로 복수개 배치한다.
도 1은 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 일측 방향에서 본 사시도
도 2는 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 반대측 방향에서 본 사시도
도 3은 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 전체 단면도
도 4는 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 분해 사시도
도 5는 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 입력케이스 측의 분해 사시도
도 6은 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 출력케이스 측의 분해 사시도
도 7은 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 입력케이스 측의 단면도
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인휠모터시스템의 사시도로서, 차량 휠(10)의 내측에 입력케이스(20)가 내장되고, 입력케이스(20)에는 3상커넥터(22)가 구비되며, 원주면에는 차량 체결용 구멍(23)이 일정한 간격으로 다수개 형성된다.
도 2를 참조하면, 도 1의 도면과 반대 방향에서 본 사시도로서, 입력케이스(20)에 출력케이스(50)가 본 발명에 따른 인휠모터시스템에 의거 휠의 림(12)이 구동된다.
도 4를 참조하면, 입력케이스(20)에 출력케이스(50)가 일체적으로 결합되며, 입력케이스(20)의 중앙에는 입력샤프트(30)가 고정되며, 내측 둘레면에는 고정자 코어(24)가 고정되며, 고정자 코어(24)에는 다수개의 고정자 와인딩(25)이 고정된다. 입력샤프트(30)에는 편심베어링(90)이 하나 이상 고정되며, 편심베어링(90)의둘레면에는 회전자 코어(80)가 고정된다. 본 발명은 다수개의 편심베어링(90)이 하나의 입력샤프트(30)에 장착되므로 동축이 된다.
회전자 코어(80)는 편심베어링(90)에 장착되기 위한 중앙구멍(84)과, 둘레면에 형성된 사이클로이드 곡선 형태의 치형(86), 및 치형(86)과 중앙구멍(84) 사이에 형성된 다수개의 구동구멍(82)으로 구성된다.
상기 회전자 코어(80)의 원주 방향 형상은 사이클로이드 곡선 형태를 갖는다. 사이클로이드 형상을 갖는 n개의 회전자 코어(80)는 서로 360/n도 위상차를 가지면서 편심 베어링(90)에 지지되어 축 방향으로 조립되며, 다수개 조립될 수 있다.
이로써, 입력케이스(20)의 내측(차량 내측)에 장착된 3상커넥터(22)에 전기가 인가되면, 고정자 와인딩(25)이 자계를 형성하게 되어, 회전자 코어(80)가 회전하게 된다. 회전자 코어(80)가 편심베어링(90)에 고정되므로, 회전자 코어(80)는 고정자 와인딩(25)의 자계에 의한 자전과 편심베어링(90)에 의한 공전을 하게 된다.
출력케이스(50)의 외측으로는 허브(52)가 결합되고, 허브(52)에는 다수개의 허브볼트(54)가 장착된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 입력케이스(20)의 상세 분해사시도로서, 입력케이스(20)의 중앙에는 입력샤프트(30)가 고정되며, 입력샤프트(30)는 제1부분(32), 제2부분(34) 및 제3부분(36)으로 구분되며, 제1부분(32)상에는 제1베어링(41)이 장착되며, 제2부분(34) 상에는 편심베어링(90)이 장착되며, 제3부분(36)에는 제2베어링(43)이 장착된다. 제1베어링(41)은 입력케이스(20)의 내경부(21)에 삽입되며, 제1부분(32)상에 키이(42)를 사용하여 고정력을 향상시킨다. 또한, 입력샤프트(30)의 축방향 유격을 방지하기 위해 칼라(38, 39; 도 4참조)가 조립된다. 또한 제1 베어링(41)의 축방향 유격을 방지하기 위해 멈춤링(40)이 조립된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 출력케이스(50)의 상세 분해사시도로서, 출력케이스(50)의 외측으로는 허브(52)가 장착되고, 허브(52)에는 휠(10)의 림(12)에 장착되기 위한 허브 볼트(54)가 체결되고, 출력케이스(50)의 내측으로는 출력샤프트(60)가 구비되며, 출력샤프트(60)에는 원주 방향으로 다수개의 수용홈(62)이 형성된다. 샤프트(64)의 단부는 허브너트(56)에 의해서 체결되어, 출력샤프트(60)의 회전력은 허브(52)에 전달되고, 그리고 휠의 림(12)에 전달된다. 볼 베어링(63) 및 허브 베어링(65)은 출력샤프트(60)를 지지하며, 출력케이스(50)에 조립된다. 모터 내부로의 이물질 투입 방지를 위해 오일씰(58)을 출력케이스(50)에 조립한다. 허브(52)는 출력샤프트(60)의 회전 운동을 휠(10)에 전달하기 위한 부품이며, 허브베어링(65)에 고정 장착된다.
출력샤프트(60) 내에는 볼베어링(69)이 장착되며, 출력샤프트(60)의 다수개의 수용홈(62)에는 롤러(72)가 외경에 구비된 핀(74)이 압입된다.
따라서, 회전자 코어(80)의 구동구멍(82) 내로 각각 삽입되는 롤러(72)에 의해서, 출력샤프트(60)가 회전하게 된다. 구멍구멍(82)의 직경은 롤러(72)의 직경 보다 크게 되어 롤러(72)의 편심 회전을 방해하지 않는다.
도 7을 참조하면, 회전자 코어(80)의 구동구멍(82)은 8개를 예시하고 있으며, 입력샤프트(30)로부터 전달되는 회전수를 감소시키는 역할을 수행한다.
롤러(72)는 회전자 코어(80)의 회전 시 회전자 코어(80)의 구동구멍(82)에 접촉되도록 장착된다. 따라서, 롤러(72)는 회전자 코어(80)를 지지하여 회전될 수 있도록 한다.
도 7에서 감속을 위하여 롤러(72)가 8개이고 회전자 코어(80)의 구동구멍(82)이 8개를 예시하고 있다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 인휠모터시스템은 다음과 같이 작동한다.
회전자 코어(80)는 강자성체인 규소 강판이 적층되며, 외곽부 형상은 사이클로이드 곡선형태를 갖는다. 회전자 코어(80)는 편심베어링(90)에 지지되어 있기 때문에, 편심운동으로 인한 진동 방지를 위해 회전자 코어(80)를 축방향으로 다수개 추가할 수 있다. 본 실시예에서는 회전자 코어(80)를 2개 180도 위상차로 배치한다.
3상커넥터(22)로부터 3상 전류가 흐르는 도선이 고정자 코어(24)의 고정자 와인딩(25)에 연결되며, 소정 시간 및 위치에서 자계를 형성하는 고정자 와인딩(25)에 대해 회전자 코어(80)가 회전한다. 회전자 코어(80)의 자극에서의 자기력은 고정자 코어(24)에 수직한 방향으로 형성된다.
회전자 코어(80)는 고정자 와인딩(25)의 자계에 의한 자전과 편심베어링(90)에 의한 공전을 하게 되고, 회전자 코어(80)의 구동구멍(82) 내에 삽입되는 롤러(72)가 회전자 코어(80)의 구동력을 받게되어, 출력샤프트(60)에 압입된 핀(74)에 의해 출력샤프트(60)에 그 구동력이 전달된다.
출력샤프트(60)가 회전되면, 이에 연결된 허브(52)가 회전하게 되고, 그런 다음, 허브(52)에 연결된 휠(10)이 회전하게 된다.
여기에서 설명한 것은 본 발명에 따른 인휠모터시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 본 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 휠 12 : 림 20 : 입력케이스
21 : 내경부 22 : 3상커넥터 23 : 차량 체결용 구멍
24 : 고정자 코어 25 : 고정자 와인딩 30 : 입력샤프트
32 : 제1부분 34 : 제2부분 36 : 제3부분
41 : 제1베어링 42 : 키이 43 : 제2베어링
50 : 출력케이스 52 : 허브 54 : 허브볼트
56 : 허브너트 58 : 오일 시일 60 : 출력샤프트
62 : 수용홈 63 : 볼베어링 64 : 샤프트
65 : 허브베어링 69 : 볼베어링 72 : 롤러
74 : 핀 80 : 회전자 코어 82 : 구동구멍
84 : 중앙구멍 86 : 치형 90 : 편심베어링

Claims (10)

  1. 고정자 와인딩(25)의 자화로 회전하게 되며, 입력샤프트(30) 상에 장착된 편심베어링(90) 상에 장착되어, 상기 고정자 와인딩(25)의 자계에 의한 자전과 상기 편심베어링(90)에 의한 공전을 하게 되는 회전자 코어(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 코어(80)에는 다수개의 구동구멍(82)이 형성되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전자 코어(80)의 원주 방향 형상은 사이클로이드 곡선 형태를 가지며, 사이클로이드 형상을 갖는 n개의 회전자 코어(80)는 서로 위상차를 가지면서 편심 베어링(90)에 지지되어 축 방향으로 조립되며, 다수개 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동구멍(82)에는 구동구멍(82)의 직경보다 작은 직경을 가진 롤러(72)가 각각 삽입되고, 상기 롤러(72)의 내부는 핀(74)이 구비되며, 상기 핀(74)은 출력샤프트(60)의 수용홈(62)에 압입되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동구멍(82)은 8개 형성되고, 롤러(72)는 8개인 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 입력샤프트(30)는 제1부분(32), 제2부분(34) 및 제3부분(36)으로 구분되며, 제1부분(32)상에는 입력케이스(20)의 내경부(21)에 삽입되는 제1베어링(41)이 장착되며, 제2부분(34) 상에는 편심베어링(90)이 장착되며, 제3부분(36)에는 제2베어링(43)이 장착되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 입력샤프트(30)의 축방향 유격을 방지하기 위해 칼라(38, 39)가 조립되며, 제1 베어링(41)의 축방향 유격을 방지하기 위해 멈춤링(40)이 조립되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    출력케이스(50)의 외측으로는 허브(52)가 장착되고, 상기 허브(52)에는 휠(10)의 림(12)에 장착되기 위한 허브 볼트(54)가 체결되고, 출력케이스(50)의 내측으로는 출력샤프트(60)가 구비되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력샤프트(60)에는 원주 방향으로 다수개의 수용홈(62)이 형성되며, 상기 다수개의 수용홈(62)에는 롤러(72)가 외경에 구비된 핀(74)이 압입되며, 회전자 코어(80)의 구동구멍(82) 내로 각각 삽입되는 롤러(72)에 의해서 출력샤프트(60)가 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 출력샤프트(60)는 볼 베어링(63) 및 허브 베어링(65)에 의해서 지지되며, 출력케이스(50)에 조립되는 것을 특징으로 하는 인휠모터시스템.
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