WO2019172697A1 - 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치 - Google Patents

전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치 Download PDF

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오승석
김도선
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic brake-integrated in-wheel motor driving device that can simplify the wheelchair structure by inserting the electronic brake therein and prevent the backward movement when the wheelchair is stopped on the slope.
  • In-wheel motor is a technology that can be used in the means of movement using electricity as a power source, the power output from the motor disposed inside the rim (Rim) is made of a form that is directly transmitted to the wheel (Wheel).
  • driving and power transmission devices such as engines, transmissions, gears, and the like can be omitted, thereby reducing the weight of the moving device and reducing energy loss in the power transmission process. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view briefly showing a conventional in-wheel motor driving device 10.
  • the conventional in-wheel motor drive device 10 includes a tire 11, a rim 13, a stator 17, a rotor 15, and a shaft 19.
  • the tire 11 is coupled to surround the outer ring of the rim 13, and a motor assembly including a stator 17 and a rotor 15 is coupled to the inside of the rim 13. And the shaft 19 is fixed toward the hub center of the stator 17.
  • a motor assembly including a stator 17 and a rotor 15 is coupled to the inside of the rim 13.
  • the shaft 19 is fixed toward the hub center of the stator 17.
  • the conventional in-wheel motor driving apparatus 10 shown in FIG. 1 does not include a brake configuration for stopping the rotation of the rim 13.
  • the conventional in-wheel motor drive device 10 may be used as a brake device by attaching a friction disk or the like to the outside of the in-wheel motor drive device 10 in a mechanical type.
  • a friction disk or the like may be used as a brake device by attaching a friction disk or the like to the outside of the in-wheel motor drive device 10 in a mechanical type.
  • additional mechanical parts are required to attach the friction disk to the outside, and the work of periodically maintaining the brake is required due to the wear of the disk.
  • Korean Patent Publication No. 10-2014-0132216 (Nov. 17, 2014 publication date) (hereinafter referred to as 'prior document 1') discloses an in-wheel motor system.
  • the in-wheel motor system of Prior Art 1 discloses a configuration in which a motor is directly mounted on a rim of a wheel of a vehicle to directly drive a wheel.
  • the structure is complicated when the brake is installed externally because the electronic brake is not built in a separate structure.
  • there is a case to stop on the slope, at this time unlike the intention of the user can not prevent the sliding back, so there is a safety risk to apply to the wheelchair.
  • Korean Patent Publication No. 10-2012-0095721 (2012.08.29. Publication Date) (hereinafter referred to as 'prior document 2') discloses an in-wheel motor device for an electric vehicle do.
  • the in-wheel motor device of the prior document 2 disclosed herein includes a motor for generating rotational power, a speed reducer for transmitting the rotational power of the motor, a hub installed at the front of the speed reducer, and a disk and a wheel assembled to the hub. Configured.
  • the prior document 2 had to install the brake as the in-wheel motor device for the vehicle is not built in a separate brake means, which has a disadvantage in forming a complicated structure. And when the in-wheel motor device disclosed in the prior document 2 is applied to a wheelchair, it is difficult to prevent a safety accident.
  • An object of the present invention is to provide an electronic brake-integrated in-wheel motor driving device that can avoid appearance complicated structure due to the installation of the brake and simplify the appearance.
  • An object of the present invention is to prevent the external exposure of the power supply line for supplying power to the in-wheel motor drive device, to reduce the accident caused by electrical contact failure or disconnection, and to provide a simple appearance.
  • the electronic brake is incorporated into the in-wheel motor drive to ensure braking performance without installing a mechanical brake having a complex structure on the outside of the in-wheel motor drive.
  • One electronic brake integrated in-wheel motor drive can be provided.
  • the tire is wrapped around the outer ring is coupled, the hollow portion is provided on the inside of the circular rim, the stator is inserted into the rim coupled to the stator, the stator It is disposed so as to surround the rotor is rotated on the outside of the stator by a power supply, the motor assembly is connected to the shaft, the motor assembly is connected to the shaft through a stator hub provided on the inside of the stator and the rotation of the rotor
  • An electronic brake which is operated to stop the brake, is coupled to the stator hub, and accommodates and engages the electronic brake, and a brake seating jig having a bearing between the rim, and coupled to one side of the rim to seal the motor assembly and support the shaft. Sealing the electronic brake housed in the first cover and the brake seating jig. And a second cover coupled to the other side of the rim.
  • the shaft may be coupled in the direction crossing the rim through the center of the stator hub, the electronic brake is fastened and fixed to the second cover, the rotor and the second cover is stopped by the electromagnetic force when the braking signal is applied Is coupled to face the rotor through the opposite side is coupled, it may be configured to include a stator coupled with the brake seat jig.
  • the rotor has a coupling for fastening with the second cover, wherein the rotor is inserted into a circular receiving groove provided inside the second cover, and the coupling crosses the second cover from the center of the receiving groove. It may be provided with a fastening hole is fastened to the fastening protrusion protruding. Accordingly, by placing the bearing on the outer peripheral surface of the stator of the electronic brake to reduce the contact friction during rotation of the rim, the braking force of the electronic brake is transmitted to the rim through the second cover to quickly and accurately brake the rotation of the wheel have.
  • the electronic brake when no current flows through the coil built into the stator, the armature disposed between the stator and the rotor is pushed out by the elastic force of the torque spring provided on one side of the stator. Rotation can be braked.
  • the electronic brake is integrated with the in-wheel motor driving unit to improve maintenance convenience, and it is possible to add no mechanical parts for mounting the brake, and to increase the service life by blocking external shock and foreign material inflow. have.
  • the shaft of the in-wheel motor drive device may have a shaft hollow formed in the longitudinal direction.
  • the shaft hollow portion may be used as a passage for inserting the power supply line.
  • the power supply line may refer to a wire connected to supply power to at least one or more of the motor assembly, the hall sensor installed in the motor assembly, and the electronic brake.
  • the shaft hollow portion may be utilized as a connection passage of the power supply line, thereby preventing the power supply line from being exposed to the outside.
  • the present invention it is possible to avoid a complicated structure in appearance due to the installation of the brake, and to simplify the appearance of the product, such as a wheelchair, thereby improving the product competitiveness as well as the functional aspect.
  • the present invention by connecting the power supply line for supplying power to the in-wheel motor drive device through the shaft hollow portion, it is possible to reduce the appearance of failure due to poor electrical contact or disconnection by preventing the appearance exposure. And a simpler aesthetic appearance can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional in-wheel motor driving apparatus.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view briefly showing an in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional perspective view briefly showing an in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view briefly showing an in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view briefly showing an electronic brake of the in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of an electronic brake of an in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected to or connected to that other component. It is to be understood that other components may be “interposed” between each component, or that each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through other components.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view briefly showing an in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated in-wheel motor driving apparatus 1000 includes a rim 100, a motor assembly 200, a brake seat jig 300, an electronic brake 400, a first cover 130, and a second Cover 150.
  • Rim 100 is a circular member forming a wheel, the tire is wrapped around the outer ring is coupled. And the inside of the rim 100 is provided with a hollow portion, the shaft 110 in the center direction of the hollow portion can be coupled through.
  • the motor assembly 200 is a rotating device including a stator 210 (see FIG. 3) and a rotor 230 (see FIG. 3), and refers to a device for rotating the rim 100 by receiving external power.
  • stator 210 (see FIG. 3) is inserted inward through the hollow portion of the rim 100, and the rotor 230 (see FIG. 3) is arranged to surround the stator 210 (see FIG. 3). , May be configured to rotate outside the stator 210 by a power supply.
  • a stator hub 215 (see FIG. 3) is provided inside the stator 210 (see FIG. 3), and the shaft 110 may be connected to the shaft 110 through the stator hub 215 (see FIG. 3).
  • the brake seating jig 300 may be coupled to accommodate the electronic brake 400, and may also be coupled to the stator hub 215 (see FIG. 3) through an opposite side to which the electronic brake 400 is coupled.
  • the brake seating jig 300 includes a jig body 310 which can be fixed by inserting the stator 430 through one end thereof.
  • the other end of the brake mounting jig 300 may further include a circular protrusion 311 coupled to the stator hub 215 (see FIG. 3).
  • the bearing 320 may be further provided between the coupling portion between the brake seat jig 300 and the electronic brake 400, a plurality of ball bearings 320 in the circumferential direction along the edge of the brake seat jig 300; This can be arranged.
  • the electronic brake 400 may be disposed to face the motor assembly 200, which includes a rotor 230 (see FIG. 3) that rotates by receiving external power.
  • the electronic brake 400 disposed as described above may serve to operate (ie, brake) to stop the rotation of the rotor 230 (see FIG. 3) of the motor assembly 200.
  • the first cover 130 may seal one side (eg, the front side) of the motor assembly 200.
  • the first cover 130 may provide a function of supporting the shaft 110.
  • the first cover 130 may be coupled to one side of the wheel, specifically, the rim 100 (eg, the front direction side).
  • the second cover 150 may seal the electronic brake 400 accommodated in the brake seat jig 300. To this end, the second cover 150 may be coupled to the wheel, specifically the other side of the rim 100 (for example, the rear direction side).
  • the inner side of the second cover 150 is provided with a circular receiving groove 151, the rotor 410 of the electronic brake 400 through the receiving groove 151 of the second cover 150, see FIG. ) Can be inserted.
  • the coupling 411 (see FIG. 3) provided inside the rotor 410 (see FIG. 3) has a fastening hole 490, which protrudes from the center of the receiving groove 151 of the second cover 150.
  • the fastening protrusion 153 may be fastened through the fastening hole 490.
  • FIG 3 is a cross-sectional perspective view schematically showing the in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view briefly showing the in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rim 110 refers to a circular rigid member forming a wheel, the inside of the rim 110 is provided with a hollow having a predetermined size, the shaft 110, the motor assembly 200 ) Is inserted to form the same center as the rim (110).
  • the motor assembly 200 includes a stator 210 and a rotor 230, wherein the stator 210 is inserted inside the rim 100, and the rotor 230 surrounds the stator 210. Is rotatably coupled to the outside of the (210). At this time, the stator hub 215 is provided inside the stator 210, the shaft 110 is coupled through the center of the stator hub 215.
  • the stator 210 may have a structure including a core having a plurality of poles in which coils are wound, and the rotor 230 may have a structure including a magnet (ie, a permanent magnet).
  • a current is supplied to the stator 210 to generate an electromagnetic force
  • the rotor 230 rotates outside the stator 210.
  • the stator 210 is fixed to the shaft 110 through the stator hub 215 is not rotated, the rotor 230 rotates on the outside of the stator 210, the rim 110 also rotates together .
  • the electronic brake 400 brakes the rotational motion of the rotor 230, specifically, is disposed to face the motor assembly 200 at intervals.
  • the electronic brake 400 includes a configuration of the rotor 410 and the stator 430, and the detailed configuration of the electronic brake 400 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the brake seating jig 300 is disposed between the motor assembly 200 and the electronic brake 400.
  • the brake seating jig 300 includes a jig main body 310 having an indentation groove corresponding to the stator 430 to insert and fix the stator 430 of the electronic brake 400.
  • a circular protrusion 311 is provided through the opposite side into which the stator 430 is inserted, and the circular protrusion 311 is coupled to the stator hub 215.
  • a plurality of bearings 320 are disposed in the circumferential direction on the outer circumferential surface of the brake seating jig 300. Specifically, a plurality of bearings 320 are formed in contact with the rim 100, so that the rim 100 Reduce contact friction between each other when rotating.
  • the electronic brake 400 is coupled to the rotor 410 which is fixed to the second cover 150 to be rotatable, and to the jig main body 310 of the brake seating jig 300, which is fixed to the shaft 110. 430. If a braking signal is applied to the rotor 410, the rotation of the rotor 410 is braked, and the rotation of the second cover 150 and the rim 100 is braked.
  • the rotor 410 is accommodated in the receiving groove 151 of the second cover 150, and the coupling 411 is fastened and fixed to the fastening protrusion 153 of the second cover 150.
  • one end of the shaft 110 (that is, the right end of the shaft 110 shown in FIG. 4) is inserted through the center of the first cover 130.
  • the other end of the shaft 110 (that is, the left end of the shaft 110 shown in Figure 4) has a shape that the outer diameter is expanded compared to one end.
  • the other end portion of the shaft 110 has a larger outer diameter than the first outer diameter expanding portion 111 and the first outer diameter expanding portion 111, the outer diameter of which is enlarged to a size corresponding to the hollow of the stator hub 215. It includes a second outer diameter expansion portion 113 having.
  • the second outer diameter expansion portion 113 has a larger outer diameter than the size of the hollow of the stator hub 215, when the shaft 110 is inserted into the stator hub 215 and connected to each other, due to the difference in diameter between them, Position of the shaft 110 is constrained to prevent separation.
  • the illustrated shaft 110 has a hollow (hereinafter, referred to as a 'shaft hollow portion 110a') formed along a length direction.
  • the shaft hollow portion 110a may be used as a passage for inserting the power supply line 500 into the inside of the in-wheel motor driving apparatus 1000, thereby preventing a complicated wire from being complicatedly exposed to the outside of the wheel. Can be configured simply. Furthermore, the power supply line 500 can be connected through the shaft hollow part 110a, thereby preventing problems such as damage, damage, abrasion, and disconnection due to external exposure of the wire, thereby preventing electrical failure and Defects can be reduced.
  • the power supply line 500 may be a wire for supplying power to the stator 210 of the motor assembly 200 described above.
  • the power supply line 500 may be a wire sensor installed in the motor assembly 200 to supply power to the hall sensor and the electronic brake 400 that detect the magnetic force of the magnet.
  • FIG. 5 is a perspective view briefly showing an electronic brake of the in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a cross-sectional perspective view of the electronic brake of the in-wheel motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic brake 400 includes a disc-shaped rotor 410 having a coupling 411 provided therein and rotatably coupled to the rotor 410 and corresponding to the rotor 410. It includes a stator 430 fixedly coupled in a disk shape.
  • the coupling 411 is fastened to the second cover 150 (see FIG. 3) such that the rotor 410 rotates with the second cover 150 (see FIG. 3) connected to the rim 100 (see FIG. 3) or Alternatively, the rotation operation may be stopped by applying the braking signal.
  • a coil is embedded in the stator 430 of the electronic brake 400, and a torque spring 440 is provided in the direction in which the rotor 410 is pushed.
  • the second cover 510 (see FIG. 3) and the rim 100 (see FIG. 3) coupled to the rotor 410 may be continuously rotated by the rotational force of the rotor 230 (see FIG. 3) without braking. have.
  • the configuration and operation of the present invention it is possible to avoid the appearance of complicated structure due to the installation of the brake, and to simplify the appearance of products such as wheelchairs. Accordingly, the functional aspect of the wheelchair product to which the in-wheel motor drive device is applied, as well as the design aesthetics can be improved to enhance product competitiveness.
  • the in-wheel motor driving device when the in-wheel motor driving device is applied to a wheelchair, unlike the intention of the user in a ramp, the wheelchair can be prevented from slipping back due to its own weight, thereby preventing the safety accident of the wheelchair user.

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Abstract

본 발명은 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치에 관한 것으로서, 본 발명에 일 실시예에 의하면, 브레이크의 설치로 인한 외관상 복잡한 구조를 피하고, 인휠모터 구동장치가 적용된 휠체어의 제품 외관을 단순화시킬 수 있어, 제동 기능은 물론 외관 미감까지 향상시켜 제품 경쟁력을 높일 수 있다.

Description

전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치
본 발명은 전자식 브레이크를 내부에 삽입하여 휠체어 구조를 단순화시키고, 경사로에서 휠체어가 정지될 때 아래로 후진하는 현상을 방지할 수 있는 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치에 관한 것이다.
인휠모터는 전기를 동력원으로 사용하는 이동수단에 사용될 수 있는 기술로서, 림(Rim) 내부에 배치되는 모터로부터 출력된 동력이 휠(Wheel)에 직접 전달되는 형태로 이루어진다.
따라서, 인휠모터를 적용하는 경우에 엔진, 변속기, 기어 등의 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있어 이동장치의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달 과정에서의 에너지 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 인휠모터 구동장치(10)를 간략히 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 인휠모터 구동장치(10)는 타이어(11), 림(13), 고정자(17), 회전자(15), 샤프트(19)를 포함한다.
타이어(11)는 림(13)의 외륜을 둘러 감싸 결합되고, 림(13)의 내측에는 고정자(17)와 회전자(15)로 구성된 모터 어셈블리가 결합된다. 그리고 샤프트(19)는 고정자(17)의 허브 중심을 향해 고정된다. 고정자(17)에 전원이 공급되면 전자기력이 발생되고, 영구자석을 갖는 회전자(15)는 샤프트(19)와 결합된 고정자(17)의 외측에서 회전하게 된다. 회전자(15)의 회전에 의해 림(13)이 회전하고, 림(13)을 감싸 결합되는 타이어(11)가 회전을 하게 된다.
다만, 도 1에 도시된 종래의 인휠모터 구동장치(10)의 경우 림(13)의 회전을 정지시키는 브레이크 구성이 포함되어 있지 않다.
종래의 인휠모터 구동장치(10)에는 기계식 타입으로 인휠모터 구동장치(10)의 외부에 마찰 디스크 등을 부착하여 브레이크 장치로 사용할 수 있다. 하지만 외부에 마찰 디스크 등을 부착하기 위해서는 추가적인 기계적 부품들이 필요한 단점이 있으며, 디스크 마모 등으로 인해 브레이크를 주기적으로 유지 보수하는 작업이 요청된다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0132216호(2014.11.17. 공개일)(이하, '선행문헌 1'라 함)에는 인휠모터시스템에 관하여 개시된다. 선행문헌 1의 인휠모터시스템은 자동차의 휠의 림에 모터를 장착하여 휠을 직접적으로 구동하는 구성이 개시된다. 다만, 이와 같이 자동차에 적용된 인휠모터시스템의 경우 별도의 전자식 브레이크가 내장된 구조가 아니어서 브레이크를 외장으로 설치하는 경우 구조가 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 휠체어 등의 경우 경사로에서 정지하는 경우가 있는데, 이때 사용자의 의도와 달리 후방으로 미끄러지는 것을 방지할 수 없기에 휠체어 등에 적용하기에는 안전상 위험이 따른다.
또한, 본 발명과 관련된 다른 선행문헌으로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0095721호(2012.08.29. 공개일)(이하, '선행문헌 2'이라 함)에는 전기 자동차용 인휠모터 장치가 개시된다. 이에 개시된 선행문헌 2의 인휠모터 장치에는 회전동력을 발생시키기 위한 모터와, 모터의 회전동력을 전달하기 위한 감속기와, 감속기의 전면에 설치되어 있는 허브와, 허브에 조립되는 디스크 및 휠을 포함하여 구성되었다. 다만, 선행문헌 2는 자동차용 인휠모터 장치로서 별도의 브레이크 수단이 내장되어 있지 않아 브레이크를 외장 설치해야 했으며, 이로 인해 복잡한 구조를 형성하는 단점이 있었다. 그리고 선행문헌 2에 개시된 인휠모터 장치를 휠체어 등에 적용하는 경우 안전사고를 방지하기에는 어려움이 따른다.
따라서, 휠체어 등에 인휠모터 구동장치를 적용하는 경우, 복잡한 구조를 피하고 외관을 단순화시켜 디자인적인 미감을 향상시킬 수 있으며, 경사로 등에서 후진하는 등의 안전 사고를 방지할 수 있는 기술적 해결 방안이 필요하다.
본 발명은 브레이크의 설치로 인한 외관상 복잡한 구조를 피하고, 외관을 단순화시킬 수 있는 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인휠모터 구동장치에 전원을 공급하는 전원공급라인의 외부 노출을 방지하여, 전기적인 접촉 불량이나 단선 등에 의한 고장 사고를 줄이며 심플한 외관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 인휠모터 구동장치의 외부에 복잡한 구조를 갖는 기계식 브레이크를 설치하지 않으면서 제동 성능을 확보할 수 있도록 전자식 브레이크를 인휠모터 구동장치에 내장한 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치를 제공할 수 있다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치는, 타이어가 외륜을 감싸 결합되며, 내측에 중공부가 마련되어 샤프트가 관통하여 결합되는 원형의 림, 림에 삽입되는 고정자와, 고정자를 둘러 감싸도록 배치되며 전원 공급에 의해 고정자의 외측에서 회전하는 회전자를 포함하며, 고정자의 내측에 구비된 고정자 허브를 통해 샤프트와 연결되는 모터 어셈블리, 모터 어셈블리에 마주하여 배치되며 회전자의 회전을 멈추도록 동작하는 전자식 브레이크, 고정자 허브와 체결되고, 전자식 브레이크를 수용하여 결합하며, 림과의 사이에 베어링을 구비하는 브레이크 안착지그, 모터 어셈블리를 밀폐시키고 샤프트를 지지하도록 림의 일측에 결합되는 제1 커버, 및 브레이크 안착지그에 수용된 전자식 브레이크를 밀폐시키도록 림의 타측에 결합되는 제2 커버를 포함한다.
이때, 샤프트는 고정자 허브의 중심을 관통하여 림에 교차하는 방향으로 결합될 수 있으며, 전자식 브레이크는 제2 커버와 체결 고정되며, 제동 신호가 인가되면 전자기력에 의해 회전이 정지되는 로터와 제2 커버가 결합되는 반대편을 통해 로터와 대면하여 결합되며, 상기 브레이크 안착지그와 결합되는 스테이터를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 로터는 제2 커버와의 체결을 위한 커플링을 구비하는데, 로터는 제2 커버의 내측에 마련된 원형의 수용 홈에 삽입되고, 커플링은 수용 홈의 중앙으로부터 제2 커버에 교차하는 방향으로 돌출된 체결돌기가 체결되는 체결 홀을 구비할 수 있다. 이에 따라, 전자식 브레이크의 스테이터 외주 면에 베어링을 배치하여 림의 회전 시 접촉 마찰을 저감시킬 수 있으며, 전자식 브레이크의 제동력은 제2 커버를 통해 림에 전달되어 바퀴의 회전이 신속하고 정확하게 제동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전자식 브레이크에서, 스테이터에 내장된 코일을 통해 전류가 흐르지 않을 경우, 스테이터의 일측에 구비된 토크 스프링의 탄성력에 의해 스테이터와 로터 사이에 배치된 아마추어가 밀려나가 로터의 회전이 제동될 수 있다. 이와 반대로, 스테이터에 내장된 코일을 통해 전류가 흐를 경우, 아마추어에서 토크 스프링의 반대 방향으로 발생된 힘이 토크 스프링의 탄성력보다 커져 로터는 회전될 수 있다. 결과적으로 전자식 브레이크를 인휠모터 구동장치와 일체형으로 내장시켜 유지 보수의 편의성이 향상되며 브레이크 장착을 위한 기구적 부품을 추가하지 않을 수 있으며, 외부 충격 및 이물질의 유입을 차단시켜 내구수명을 증가시킬 수 있다.
상기 다른 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 인휠모터 구동장치의 샤프트는 길이 방향을 따라 형성된 샤프트 중공부를 구비할 수 있다. 그리고 이러한 샤프트 중공부는 전원공급라인을 삽입하는 통로로 이용될 수 있다. 예컨대, 전원공급라인은 모터 어셈블리, 모터 어셈블리에 설치되는 홀 센서, 및 전자식 브레이크 중 적어도 하나 이상, 바람직하게는 이들 모두에 전원을 공급하도록 연결되는 전선을 의미할 수 있다. 이와 같이, 샤프트 중공부를 전원공급라인의 연결 통로로 활용할 수 있어 전원공급라인이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 브레이크의 설치로 인한 외관상 복잡한 구조를 피하고, 휠체어 등의 제품 외관을 단순화시킬 수 있어, 기능적 측면은 물론 디자인적 미감을 향상시켜 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 인휠모터 구동장치에 전원을 공급하는 전원공급라인을 샤프트 중공부를 통해 연결시킴에 따라 외관 노출을 방지함으로써 전기적인 접촉 불량이나 단선 등에 의한 고장 사고를 줄일 수 있다. 그리고 보다 심플한 외관 미감을 제공할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치의 전자식 브레이크를 간략히 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치의 전자식 브레이크의 단면 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 인휠모터 구동장치(1000)는 림(100), 모터 어셈블리(200), 브레이크 안착지그(300), 전자식 브레이크(400), 제1 커버(130), 그리고 제2 커버(150)를 포함한다.
림(100)은 바퀴를 이루는 원형의 부재로서, 타이어가 외륜을 감싸 결합된다. 그리고 림(100)의 내측에는 중공부가 마련되는데, 중공부의 중심 방향으로 샤프트(110)가 관통하여 결합될 수 있다.
모터 어셈블리(200)는 고정자(210, 도 3 참조)와 회전자(230, 도 3 참조)를 포함되는 회전장치로서, 외부의 전원을 공급받아 림(100)을 회전시키는 장치를 말한다.
구체적으로는, 고정자(210, 도 3 참조)는 림(100)의 중공부를 통해 내측에 삽입되고, 회전자(230, 도 3 참조)는 고정자(210, 도 3 참조)를 둘러 감싸도록 배치되어, 전원 공급에 의해 고정자(210)의 외측에서 회전하도록 구성될 수 있다.
그리고 고정자(210, 도 3 참조)의 내부에는 고정자 허브(215, 도 3 참조)가 구비되는데, 샤프트(110)는 고정자 허브(215, 도 3 참조)를 통해 샤프트(110)와 연결될 수 있다.
브레이크 안착지그(300)는 전자식 브레이크(400)를 수용하여 결합되며, 이와 함께 전자식 브레이크(400)가 결합되는 반대편을 통해 고정자 허브(215, 도 3 참조)와도 체결될 수 있다.
이를 위해, 브레이크 안착지그(300)는 일단부를 통해 스테이터(430)를 삽입시켜 고정할 수 있는 지그 본체부(310)를 포함한다.
또한, 브레이크 안착지그(300) 타단부, 더 구체적으로는 지그 본체부(310)의 타단부에는 고정자 허브(215, 도 3 참조)와 결합되는 원형의 돌출부(311)를 더 구비할 수 있다.
한편, 브레이크 안착지그(300)와 전자식 브레이크(400) 간의 결합 부위 사이로는 베어링(320)이 더 구비될 수 있는데, 브레이크 안착지그(300)의 테두리를 따라 원주 방향으로 다수의 볼 베어링(320)이 배치될 수 있다.
전자식 브레이크(400)는 외부 전원을 공급받아 회전하는 회전자(230, 도 3 참조)를 포함하여 구성되는 모터 어셈블리(200)와 간격을 두고 마주하여 배치될 수 있다.
이와 같이 배치된 전자식 브레이크(400)는 모터 어셈블리(200)의 회전자(230, 도 3 참조)의 회전을 멈추도록 동작(즉, 제동)하는 역할을 담당할 수 있다.
제1 커버(130)는 모터 어셈블리(200)의 일측(예: 프론트 측 등)을 밀폐시킬 수 있다. 또한, 제1 커버(130)는 샤프트(110)를 지지하는 기능을 제공할 수 있다.
이를 위해, 제1 커버(130)는 바퀴, 구체적으로는 림(100)의 일측(예: 프론트 방향 측 등)에 결합될 수 있다.
제2 커버(150)는 브레이크 안착지그(300)에 수용된 전자식 브레이크(400)를 밀폐시킬 수 있다. 이를 위해, 제2 커버(150)는 바퀴, 구체적으로는 림(100)의 타측(예: 리어 방향 측 등)에 결합될 수 있다.
구체적으로는 제2 커버(150)의 내측에는 원형의 수용 홈(151)이 마련되는데, 제2 커버(150)의 수용 홈(151)을 통해 전자식 브레이크(400)의 로터(410, 도 3 참조)는 삽입될 수 있다.
이때, 로터(410, 도 3 참조)의 내측에 구비된 커플링(411, 도 3 참조)은 체결 홀(490)을 가지는데, 제2 커버(150)의 수용 홈(151) 중앙으로부터 돌출된 체결돌기(153)가 체결 홀(490)을 관통하여 체결될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치(1000)에 포함되는 구성간 결합관계에 관하여 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 림(110)은 바퀴를 이루는 원형의 강성부재를 말하는데, 림(110)의 내측에는 소정의 크기를 갖는 중공부가 마련되며, 샤프트(110), 모터 어셈블리(200)는 림(110)과 동일 중심을 이루도록 삽입된다.
모터 어셈블리(200)는 고정자(210)와 회전자(230)를 포함하는데, 고정자(210)는 림(100)의 내측에 삽입되며, 회전자(230)는 고정자(210)를 둘러 감싸도록 고정자(210)의 외측에 회전 가능하게 결합된다. 이때, 고정자(210)의 내측에는 고정자 허브(215)가 구비되는데, 샤프트(110)는 고정자 허브(215)의 중심을 관통 결합된다.
예컨대, 고정자(210)는 코일이 감겨진 다수의 폴이 형성된 코어를 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 회전자(230)는 자석(즉, 영구자석)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 그래서, 고정자(210)에 전류가 공급되어 전자기력이 발생되면, 회전자(230)는 고정자(210)의 바깥쪽에서 회전하게 된다. 이때, 고정자(210)는 고정자 허브(215)를 통해 샤프트(110)에 고정되어 회전하지 않게 되며, 회전자(230)는 고정자(210)의 바깥쪽에서 회전하는데, 림(110)도 함께 회전한다.
한편, 전자식 브레이크(400)는 회전자(230)의 회전 동작을 제동시키는데, 구체적으로는 모터 어셈블리(200)에 대해 간격을 두고 대면하여 배치된다.
전자식 브레이크(400)는 로터(410)와 스테이터(430) 등의 구성을 포함하는데, 전자식 브레이크(400)의 세부 구성에 관하여는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
모터 어셈블리(200)와 전자식 브레이크(400)의 사이에는 브레이크 안착지그(300)가 배치된다. 브레이크 안착지그(300)는 전자식 브레이크(400)의 스테이터(430)를 삽입시켜 고정하도록 스테이터(430)에 대응하는 내입 홈을 갖는 지그 본체부(310)를 구비한다. 그리고 스테이터(430)가 삽입되는 반대편을 통해 원형의 돌출부(311)가 구비되는데, 원형의 돌출부(311)는 고정자 허브(215)와 체결된다.
그리고 브레이크 안착지그(300)의 외주 면에는 다수의 베어링(320)이 원주 방향으로 배치되는데, 구체적으로는 다수의 베어링(320)이 림(100)과의 사이에 접촉 형성되어, 림(100)의 회전 시 서로 간의 접촉 마찰을 줄인다.
전자식 브레이크(400)는 제2 커버(150)와 고정되어 회전 가능하게 형성된 로터(410)와, 브레이크 안착지그(300)의 지그 본체부(310)와 결합되어 샤프트(110)와 함께 고정된 스테이터(430)를 포함한다. 만일 로터(410)에 제동 신호가 인가되면 로터(410)의 회전이 제동되며, 제2 커버(150) 및 림(100)의 회전이 제동된다.
로터(410) 제2 커버(150)의 수용 홈(151)에 수용 결합되고, 커플링(411)은 제2 커버(150)의 체결돌기(153)와 체결 고정된다.
한편, 도 4를 참조하면, 샤프트(110)의 일단부(즉, 도 4에 도시된 샤프트(110)의 우측 단부)는 제1 커버(130)의 중심을 관통하여 삽입된다. 그리고 샤프트(110)의 타단부(즉, 도 4에 도시된 샤프트(110)의 좌측 단부)는 일단부에 비해 외경이 확장된 형상을 가진다.
구체적으로는, 샤프트(110)의 타단부에는 고정자 허브(215)의 중공에 대응하는 크기로 외경이 확장 형성된 제1 외경 확장부(111)와, 제1 외경 확장부(111)에 비해 큰 외경을 갖는 제2 외경 확장부(113)를 포함한다.
이때, 제2 외경 확장부(113)는 고정자 허브(215)의 중공의 크기에 비해 더 큰 외경을 가지므로, 샤프트(110)를 고정자 허브(215)에 삽입하여 연결하면 서로 간의 직경 차이로 인해 샤프트(110)의 위치가 구속되어 이탈이 방지된다.
또한, 도 4를 참조하면, 도시된 샤프트(110)는 길이 방향을 따라 형성된 중공(이하, 이를 '샤프트 중공부(110a)'라 함)을 갖는다.
샤프트 중공부(110a)는 전원공급라인(500)을 인휠모터 구동장치(1000)의 내부로 삽입시키는 통로로 이용될 수 있는데, 이를 통해 복잡한 전선이 바퀴의 외부로 복잡하게 노출되는 것을 방지하여 외관을 심플하게 구성할 수 있다. 더 나아가, 샤프트 중공부(110a)를 통해 전원공급라인(500)을 연결할 수 있어, 전선의 외부 노출에 따른 훼손, 손상, 마모, 단선 등의 문제를 미연에 방지할 수 있어, 전기적인 고장 및 불량을 줄일 수 있다.
여기서, 전원공급라인(500)은 전술한 모터 어셈블리(200)의 고정자(210)에 전원을 공급하는 전선일 수 있다.
그 밖에도 전원공급라인(500)은 모터 어셈블리(200)에 설치되어 자석의 자기력을 검출하는 홀 센서, 전자식 브레이크(400)에 전원을 공급하는 전선일 수 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치의 전자식 브레이크의 구성 및 작용에 관하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치의 전자식 브레이크를 간략히 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠모터 구동장치의 전자식 브레이크의 단면 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전자식 브레이크(400)는 커플링(411)이 내측에 구비되며 회전 가능하게 결합된 원판 형상의 로터(410)와, 로터(410)와 마주하여 로터(410)에 대응하는 원판 형상으로 고정 결합되는 스테이터(430)를 포함한다.
커플링(411)은 제2 커버(150, 도 3 참조)에 체결되며, 이로써 로터(410)는 림(100, 도 3 참조)과 연결된 제2 커버(150, 도 3 참조)와 함께 회전하거나 또는 제동 신호의 인가에 의해 회전 동작이 정지될 수 있다.
도 6을 참조하면, 전자식 브레이크(400)의 스테이터(430)에는 코일이 내장되며, 이와 함께 로터(410)를 밀어주는 방향으로 토크 스프링(440)이 구비된다.
만일, 전자식 브레이크(400)에서, 스테이터(430)에 내장된 코일을 통해 전류가 흐르지 않으면, 스테이터(430)에 구비된 토크 스프링(440)의 탄성력에 의해 스테이터(430)와 로터(410) 사이에 위치하는 아마추어(450)가 밀려난다. 그 결과 로터(410)의 회전이 제동된다. 이에 따라, 로터(410)와 체결된 제2 커버(150, 도 3 참조)의 회전이 제동되고, 제2 커버(150, 도 3 참조)와 연결된 림(100, 도 3 참조)의 회전이 제동된다. 결과적으로 인휠모터 구동장치의 제동이 구현될 수 있다.
만일, 전자식 브레이크(400)에서, 스테이터(430)에 내장된 코일을 통해 전류가 흐르게 되면, 아마추어(450)에서 토크 스프링(440)의 탄성력의 반대 방향으로 힘이 발생된다. 이때, 아마추어(450)에서 발생된 힘은 토크 스프링(440)의 탄성력보다 크게 작용하는데 그 결과 로터(410)의 회전은 계속적으로 유지될 수 있다. 이에 따라, 로터(410)와 체결된 제2 커버(510, 도 3 참조)와 림(100, 도 3 참조)은 제동 없이 회전자(230, 도 3 참조)의 회전력에 의해 계속적으로 회전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 브레이크의 설치로 인한 외관상 복잡한 구조를 피하고, 휠체어 등의 제품 외관을 단순화시킬 수 있다. 이에 따라, 인휠모터 구동장치가 적용된 휠체어 제품의 기능적 측면은 물론 디자인적 미감을 향상시켜 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
나아가, 인휠모터 구동장치를 휠체어에 적용할 경우, 경사로 등에서 사용자의 의도와 달리 휠체어가 자중에 의해 미끄러져 후진하는 것을 방지하여 휠체어 사용자의 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (15)

  1. 타이어가 외륜을 감싸 결합되며, 내측에 중공부가 마련되어 샤프트가 관통하여 결합되는 원형의 림;
    상기 림에 삽입되는 고정자와, 상기 고정자를 둘러 감싸도록 배치되며 전원 공급에 의해 상기 고정자의 외측에서 회전하는 회전자를 포함하며, 상기 고정자의 내측에 구비된 고정자 허브를 통해 상기 샤프트와 연결되는 모터 어셈블리;
    상기 모터 어셈블리에 마주하여 배치되며 상기 회전자의 회전을 멈추도록 동작하는 전자식 브레이크;
    상기 고정자 허브와 체결되고, 상기 전자식 브레이크를 수용하여 결합하며, 상기 림과의 사이에 베어링을 구비하는 브레이크 안착지그;
    상기 모터 어셈블리를 밀폐시키고 상기 샤프트를 지지하도록 상기 림의 일측에 결합되는 제1 커버; 및
    상기 브레이크 안착지그에 수용된 상기 전자식 브레이크를 밀폐시키도록 상기 림의 타측에 결합되는 제2 커버;
    를 포함하는 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는, 상기 고정자 허브의 중심을 관통하여 상기 림에 교차하는 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자식 브레이크는,
    상기 제2 커버와 체결 고정되며, 제동 신호가 인가되면 전자기력에 의해 회전이 정지되는 로터; 및
    상기 제2 커버가 결합되는 반대편을 통해 상기 로터와 대면하여 결합되며 상기 브레이크 안착지그와 결합되는 스테이터;
    를 포함하는 전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 로터는, 상기 제2 커버와의 체결을 위한 커플링을 구비하고,
    상기 로터는, 상기 제2 커버의 내측에 마련된 원형의 수용 홈에 삽입되는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커플링은,
    상기 수용 홈의 중앙으로부터 상기 제2 커버에 교차하는 방향으로 돌출된 체결돌기가 관통 체결되는 체결 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전자식 브레이크에서,
    상기 스테이터에 내장된 코일을 통해 전류가 흐르지 않을 경우, 상기 스테이터의 일측에 구비된 토크 스프링의 탄성력에 의해 상기 스테이터와 상기 로터 사이에 배치된 아마추어가 밀려나가 상기 로터의 회전이 제동되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전자식 브레이크에서,
    상기 스테이터에 내장된 코일을 통해 전류가 흐를 경우, 상기 아마추어에서 상기 토크 스프링의 반대 방향으로 발생된 힘이 상기 토크 스프링의 탄성력보다 커져 상기 로터는 회전되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 브레이크 안착지그의 일단부에는, 상기 스테이터를 삽입시켜 고정하도록 내입 홈을 갖는 지그 본체부가 구비되는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 브레이크 안착지그의 타단부에는, 상기 고정자 허브를 향해 돌출되어 상기 고정자 허브와 체결되는 원형의 돌출부가 구비되는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 일단부는, 상기 제1 커버의 중심을 관통하여 삽입되며,
    상기 샤프트의 타단부는, 상기 샤프트의 일단부에 비해 외경이 확장된 형상을 갖는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트의 타단부는,
    상기 고정자 허브의 중공에 대응하는 크기로 외경이 확장 형성된 제1 외경 확장부와,
    상기 제1 외경 확장부에 비해 큰 외경을 갖는 제2 외경 확장부를 포함하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 외경 확장부는 상기 고정자 허브에 구속되어 이탈이 방지되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는, 길이 방향을 따라 형성된 샤프트 중공부를 구비하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 샤프트 중공부는, 전원공급라인을 삽입하는 통로로 이용되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전원공급라인은,
    상기 모터 어셈블리, 상기 모터 어셈블리에 설치되는 홀 센서, 및 상기 전자식 브레이크 중 적어도 하나 이상으로 전원을 공급하도록 연결되는 것을 특징으로 하는
    전자식 브레이크 일체형 인휠모터 구동장치.
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