KR20130136737A

KR20130136737A - 전기자동차의 구동모터

Info

Publication number: KR20130136737A
Application number: KR1020120060380A
Authority: KR
Inventors: 최재영; 이희라; 김완수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-13
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: KR101865948B1

Abstract

본 발명의 전기자동차의 구동모터는 코어(2)를 관통하여 회전되는 코어샤프트(3)의 좌우양쪽을 각각 지지하는 베어링(4)과, 베어링(4)을 감싸는 모터하우징(5)과, 모터하우징(5)을 관통해 베어링(4)의 외륜을 가압하는 가압력이 모터 내부 온도 변화에 의한 열팽창 또는 수축에 따라 변화도록 스프링에 의해 발생되는 베어링 고정부재(10)를 구비함으로써, 베어링(4)의 크립(Creep)과 축방향유동에 의한 소음발생 및 내구저하를 방지할 수 있고 특히 베어링 수명을 저하시키는 하중(Load) 및 응력(Stress)집중도 방지되는 특징을 갖는다.

Description

전기자동차의 구동모터{Driven Motor for Electric Vehicle}

본 발명은 구동모터에 관한 것으로, 특히 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜이 모터하우징과 함께 체결됨으로써 베어링의 크립(Creep)과 축방향유동에 의한 소음발생 및 내구저하가 방지된 전기자동차의 구동모터에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electric Vehicle)의 구동모터는 고정자와 달리 회전자가 회전됨으로써 회전자를 지지해 주는 베어링이 필요하게 된다.

하지만, 베어링은 회전자의 원심력과 토크 전달시 발생하는 토크 리플을 흡수하면서 베어링 외륜을 통해 진동(동하중(Dynamic Load))을 모터의 케이스와 하우징에 전달할 수밖에 없고, 이로 인해 모터는 베어링 자체나 또는 모터의 케이스를 통해 소음을 발생시키게 된다.

특히, 베어링이 모터에 장착(조립)되면, 베어링의 내륜은 회전축에 압입조립(Tight Fitting)해 주지만, 베어링의 외륜은 케이스에 헐겁게 조립(Loose Fitting)되는데, 이러한 조립(장착)상태는 베어링 외륜의 습동현상인 베어링 크립(Creep)을 발생시킴으로써 베어링에서는 베어링 볼의 하중변동으로 회전방향유동이 발생된다.

또한, 차량의 좌우 선회 시 베어링 외륜에서도 축방향유동이 발생된다.

상기와 같은 베어링의 회전방향유동과 축방향유동은 모터의 소음 및 내구성을 악화시키는 원인이 될 수밖에 없다.

국내특허공개10-2006-0029227(2006년04월05일)

상기 특허문헌은 와셔를 이용한 베어링 지지로 성능과 내구성이 향상되는 기술을 나타낸다.

이를 위해, 상기 특허문헌은 몰드 성형한 회전자에 금속 부재를 일체화하고, 이 금속 부재를 통하여 베어링을 회전자로 지지하며, 금속 부재에 와셔를 고정해 베어링의 회전부를 지지하도록 구성된다.

이를 통해, 상기 특허문헌은 베어링의 지지를 위한 부품 수를 늘리는 일없이 베어링 지지 성능과 내구성을 향상시킬 수 있다.

하지만, 상기 특허문헌의 베어링 지지구조는 금속 부재를 몰드 성형된 회전자에 일체화함으로써 EGR(배기가스환류)밸브용 모터에는 적합할지라도, 전기자동차 모터에는 적용할 수 없는 근본적인 한계를 가질 수밖에 없다.

이는, 하이브리드 및 전기 자동차용 모터는 모터 부품의 조립 방식과 모터 부품의 조립 공간 특성으로 인해 다른 종류의 모터와는 구조적 차이를 가짐에 기인된다.

그러므로, 하이브리드 및 전기 자동차용 모터에서는 베어링의 고정구조가 축방향 고정 구조와 회전방향 고정 구조가 적용될 수밖에 없다.

상기 축방향 고정 구조는 베어링 리테이너를 모터 하우징에 볼팅하여 고정하는 방식이므로 A/S성 및 레이아웃이 불리하고, 특히 베어링 외륜이 모터 하우징 내부에서 스냅링을 장착하여 고정됨으로써 축방향으로 일정한 유동이 발생될 뿐만 아니라 회전방향으로 크립(Creep)도 발생될 수밖에 없다.

상기 회전방향 고정 구조는 베어링 외륜에 오링을 장착함으로써 오링의 고무가 제공하는 긴박력으로 베어링 외륜의 회전을 억제할 수 있고, 베어링 외륜의 회전 억제로 크립(Creep)의 발생이 방지될 수 있다.

그러나, 상기 회전방향 고정 구조는 오링의 장착을 위한 홈 가공부를 모터 케이스에 심는 방식으로 할 경우 크립(Creep)의 발생만 방지될 수 있고, 이와 달리 핀(Pin)을 모터 케이스의 가공부에 삽입할 경우 크립(Creep)의 발생을 방지하는 대신 조립성이 어려워지게 된다.

상기와 같은 축방향 고정 구조와 회전방향 고정 구조가 갖는 문제는 베어링 외륜이 모터 하우징과 일체로 된 종류의 베어링이 적용될 경우 해소될 수 있지만, 이러한 베어링 구조는 전기자동차 모터 부품의 조립 방식과 모터 부품의 조립 공간 특성으로 인해 적용하기가 어렵다는 근본적인 한계를 가질 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜이 모터하우징과 함께 체결되어 베어링의 외륜을 눌러 고정하는 베어링 고정부재가 적용됨으로써, 베어링의 크립(Creep)과 축방향유동에 의한 소음발생 및 내구저하를 방지한 전기자동차의 구동모터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜을 눌러 고정하는 베어링 고정부재가 스프링볼트로 구성됨으로써, 베어링 외륜이 큰 열팽창계수를 갖는 알루미늄계열 재질로 구성되더라도 베어링 수명을 저하시키는 하중(Load) 및 스트레스(Stress)집중이 방지되는 전기자동차의 구동모터를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차의 구동모터는 코어를 관통하여 회전되는 코어샤프트의 좌우양쪽을 각각 지지하는 베어링과; 상기 베어링을 감싸는 모터하우징과; 상기 모터하우징을 관통하여 상기 베어링의 외륜을 가압하고, 상기 베어링의 외륜을 가압하는 가압력이 모터 내부 온도 변화에 의한 열팽창 또는 수축에 따라 변화도록 스프링에 의해 발생되는 베어링 고정부재; 가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 베어링 고정부재는 상기 모터하우징에 천공된 관통홀과, 상기 베어링의 외륜 표면에 파여진 포지션 그루브와, 상기 스프링에서 발생된 가압력이 상기 포지션 그루브에 가해지도록 상기 관통홀을 관통하여 상기 포지션 그루브에 접촉된 어저스터로 구성된다.

상기 어저스터는 상기 스프링을 수용하는 중공으로 이루어져 상기 모터하우징의 관통홀에 끼워지는 가이드 튜브와, 상기 스프링에 의한 가압력을 받아 상기 포지션 그루브를 가압하는 가압추와, 상기 관통홀에 체결되어 상기 스프링을 압축변형시키는 스프링볼트로 구성된다.

상기 가이드 튜브는 상기 가압추의 빠짐을 방지하도록 중공의 직경이 축소되는 스토퍼를 구비하고, 상기 스토퍼를 형성한 부위의 반대쪽 중공의 내주면으로 암나사가 형성된 탭을 구비하며; 상기 스프링볼트는 한쪽으로 헤드를 갖추고 반대쪽으로 상기 가이드 튜브의 상기 탭과 체결되는 숫나사를 외주면으로 형성한 연장탭 축을 갖춘 나사 축으로 이루어지고; 상기 가압추는 상기 가이드 튜브의 스토퍼에 걸려지도록 단차진 단면구조로 이루어진다.

상기 스프링볼트의 나사 축의 외주면으로 숫나사를 형성하고, 상기 모터하우징의 관통홀의 내주면으로 형성된 암나사와 체결된다.

이러한 본 발명의 구동모터는 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜이 모터하우징과 함께 체결되어 베어링의 외륜을 눌러 고정한 베어링 고정구조가 적용됨으로써 베어링의 크립(Creep)과 축방향유동에 의한 소음발생 및 내구저하를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구동모터는 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜을 눌러 고정하는 베어링 고정부재가 스프링볼트로 구성됨으로써 베어링 외륜의 열팽창 변화에 따라 베어링 외륜에 가하는 고정력을 달리하고, 이를 통해 베어링 외륜이 수축과 팽창되더라도 하중(Load) 및 스트레스(Stress)집중을 방지함으로써 베어링 수명이 저하되지 않은 효과도 있다.

또한, 본 발명의 구동모터는 코어샤프트를 지지하는 베어링의 외륜을 눌러 고정하는 스프링볼트로 이루어진 베어링 고정부재가 적용됨으로써 베어링의 위치를 잡아주던 리테이너가 삭제될 수 있고, 이를 통한 모터 축방향 길이 축소로 모터 중량저감과 원가 절감은 물론 모터내부의 레이아웃 및 조립성도 크게 개선되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 베어링 고정부재가 적용된 전기자동차 구동모터의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 베어링 고정부재의 세부 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 베어링 고정부재의 작용상태이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 베어링 고정부재가 적용된 전기자동차 구동모터의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 구동모터는 모터케이스(1)와, 모터케이스(1)의 내부로 구비된 코어(2)와, 코어(2)로 감싸인 코어샤프트(3)와, 코어샤프트(3)의 좌우양쪽을 각각 지지하는 베어링(4)과, 모터케이스(1)의 좌우양쪽으로 각각 결합된 모터하우징(5)을 이용해 베어링(4)과 체결되는 베어링 고정부재(10)로 구성된다.

통상, 모터케이스(1)와 모터하우징(5)은 별도로 제작되어 스크류나 볼트등을 이용해 서로 체결되며, 필요시 모터케이스(1)와 모터하우징(5)은 일체로 제조될 경우 모터하우징(5)에 베어링 고정부재(10)를 위한 체결구조가 형성된다.

상기 베어링(4)은 볼을 매개로 서로 결합된 내륜과 외륜으로 이루어지며, 상기 내륜은 코어샤프트(3)에 고정된다.

상기 베어링 고정부재(10)는 모터하우징(5)에 천공된 관통홀(20)과, 베어링(4)의 외륜 표면에 파여진 포지션 그루브(30)와, 관통홀(20)을 관통하여 포지션 그루브(30)를 가압하는 어저스터(40)로 구성된다.

상기 관통홀(20)은 내주면으로 암나사(Internal Thread)를 형성한다.

상기 포지션 그루브(30)는 베어링(4)의 외륜을 고려하여 약 1.5mm 이내의 깊이로 파여진다.

도 2는 본 실시예에 따른 베어링 고정부재의 세부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 베어링 고정부재(10)는 스프링볼트(50)와, 스프링볼트(50)에 체결되어 모터하우징(5)의 관통홀(20)로 끼워지는 중공의 가이드 튜브(60)와, 가이드 튜브(60)의 내부로 수용되어 스프링볼트(50)에 의해 압축되는 스프링(70)과, 스프링(70)의 스프링 하중을 받는 상태에서 베어링(4)의 외륜의 포지션 그루브(30)에 결합되도록 가이드 튜브(60)의 외부로 돌출된 가압추(80)로 구성된다.

상기 스프링볼트(50)는 한쪽으로 헤드(51)를 형성하고 그 반대쪽으로 연장탭 축(53)을 형성한 나사 축(52)으로 이루어지고, 상기 헤드(51)는 나사 축(52)에 비해 큰 직경으로 동심원을 이루는 반면, 상기 연장탭 축(53)은 나사 축(52)에 비해 작은 직경으로 동심원을 이룬다.

상기 나사 축(52)의 외주면과 상기 연장탭 축(53)의 외주면에는 숫나사(External Thread)가 각각 형성된다.

상기 나사 축(52)은 모터하우징(5)의 관통홀(20)과 결합되고, 상기 연장탭 축(53)은 가이드 튜브(60)의 내주면과 결합된다.

상기 가이드 튜브(60)의 한쪽부위에는 중공의 내주면으로 암나사(Internal Thread)를 형성한 탭(61)이 구비되고, 반대쪽부위에는 중공의 직경을 축소하는 스토퍼(62)가 동심원으로 형성된다.

상기 탭(61)의 길이는 스프링볼트(50)의 연장탭 축(53)의 길이와 동일하게 형성된다.

상기 스프링(70)은 코일 스프링 타입이다.

상기 가압추(80)는 가이드 튜브(60)의 내경과 일치하는 큰 직경부를 갖고 더불어 가이드 튜브(60)의 스토퍼(62)를 빠져나오도록 상대적으로 작은 직경부를 가짐으로써 단차진 단면구조로 이루어진다.

이로 인해, 상기 가압추(80)는 가이드 튜브(60)에 끼워진 상태에서 큰 직경부가 스토퍼(62)에 결려져 구속되는 반면, 작은 직경부는 스토퍼(62)를 빠져나와 가이드 튜브(60)의 외부로 노출될 수 있다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 베어링 고정부재의 작용상태를 나타낸다.

베어링 고정부재(10)의 체결작업은 스프링(70)과 가압추(80)를 가이드 튜브(60)의 내부로 삽입한 후, 상기 가이드 튜브(60)를 모터하우징(5)에 천공된 관통홀(20)에 삽입하여 준다.

이러한 간단한 작업만으로 가이드 튜브(60)는 베어링(4)의 외륜 표면에 파여진 포지션 그루브(30)로 위치되고, 가이드 튜브(60)의 외부로 나온 가압추(80)는 상기 포지션 그루브(30)에 끼워진다.

이어, 스프링볼트(50)의 헤드(51)를 이용해 스프링볼트(50)를 모터하우징(5)의 관통홀(20)에 체결하면, 상기 스프링볼트(50)의 회전으로 나사 축(52)이 관통홀(20)과 체결되면서 앞으로 나가게 되고, 이로 인해 상기 나사 축(52)의 끝부위에서 연장된 연장탭 축(53)은 가이드 튜브(60)의 내주면에 형성된 탭(61)과 체결되어진다.

상기 연장탭 축(53)이 가이드 튜브(60)의 탭(61)과 체결되면서 앞으로 나가게 되면, 상기 연장탭 축(53)의 끝부위는 가이드 튜브(60)의 내부로 삽입된 스프링(70)을 가압함으로써 스프링(70)은 압축변형된다.

상기 스프링(70)은 압축변형의 한계를 넘어선 후 가압추(80)를 가압하게 되고, 상기 가압추(80)는 포지션 그루브(30)를 가압함으로써 스프링볼트(50)의 체결과정에서 스프링(70)이 가하는 스프링 가압력(Fd)으로 베어링(4)의 외륜은 자동적으로 고정된다.

상기와 같이 베어링(4)의 외륜에 형성되는 고정력이 가압추(80)를 가압하는 스프링(70)이 가하는 스프링 가압력(Fd)으로 형성되면, 상기 스프링 가압력(Fd)은 모터 내부 온도 변화에 의한 열팽창 혹은 수축 시 그 크기가 변화됨으로써 가압추(80)가 포지션 그루브(30)에서 이탈되는 현상을 방지할 수 있고 특히 베어링(4)의 외륜에 걸리는 응력(Stress)이 집중되는 현상이 방지될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기자동차의 구동모터는 코어(2)를 관통하여 회전되는 코어샤프트(3)의 좌우양쪽을 각각 지지하는 베어링(4)과, 베어링(4)을 감싸는 모터하우징(5)과, 모터하우징(5)을 관통해 베어링(4)의 외륜을 가압하는 가압력이 모터 내부 온도 변화에 의한 열팽창 또는 수축에 따라 변화도록 스프링에 의해 발생되는 베어링 고정부재(10)를 구비함으로써, 베어링(4)의 크립(Creep)과 축방향유동에 의한 소음발생 및 내구저하를 방지할 수 있고 특히 베어링 수명을 저하시키는 하중(Load) 및 응력(Stress)집중도 방지될 수 있다.

1 : 모터케이스 2 : 코어
3 : 코어샤프트 4 : 베어링
5 : 모터하우징 10 : 베어링 고정부재
20 : 관통홀 30 : 포지션 그루브
40 : 어저스터 50 : 스프링볼트
51 : 헤드 52 : 나사 축
53 : 연장탭 축 60 : 가이드 튜브
61 : 탭 62 : 스토퍼
70 : 스프링 80 : 가압추

Claims

코어를 관통하여 회전되는 코어샤프트의 좌우양쪽을 각각 지지하는 베어링과;
상기 베어링을 감싸는 모터하우징과;
상기 모터하우징을 관통하여 상기 베어링의 외륜을 가압하고, 상기 베어링의 외륜을 가압하는 가압력이 모터 내부 온도 변화에 의한 열팽창 또는 수축에 따라 변화도록 스프링에 의해 발생되는 베어링 고정부재;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동모터.
청구항 1에 있어서, 상기 베어링 고정부재는 상기 모터하우징에 천공된 관통홀과, 상기 베어링의 외륜 표면에 파여진 포지션 그루브와, 상기 스프링에서 발생된 가압력이 상기 포지션 그루브에 가해지도록 상기 관통홀을 관통하여 상기 포지션 그루브에 접촉된 어저스터로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동모터.
청구항 2에 있어서, 상기 어저스터는 상기 스프링을 수용하는 중공으로 이루어져 상기 모터하우징의 관통홀에 끼워지는 가이드 튜브와, 상기 스프링에 의한 가압력을 받아 상기 포지션 그루브를 가압하는 가압추와, 상기 관통홀에 체결되어 상기 스프링을 압축변형시키는 스프링볼트로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동모터.
청구항 3에 있어서, 상기 가이드 튜브는 상기 가압추의 빠짐을 방지하도록 중공의 직경이 축소되는 스토퍼를 구비하고, 상기 스토퍼를 형성한 부위의 반대쪽 중공의 내주면으로 암나사가 형성된 탭을 구비하며;
상기 스프링볼트는 한쪽으로 헤드를 갖추고 반대쪽으로 상기 가이드 튜브의 상기 탭과 체결되는 숫나사를 외주면으로 형성한 연장탭 축을 갖춘 나사 축으로 이루어지고;
상기 가압추는 상기 가이드 튜브의 스토퍼에 걸려지도록 단차진 단면구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동모터.
청구항 4에 있어서, 상기 스프링볼트의 나사 축의 외주면으로 숫나사를 형성하고, 상기 모터하우징의 관통홀의 내주면으로 형성된 암나사와 체결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동모터.