KR101028402B1 - 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 주행 조건에 따라서 엔진과 제1모터&발전기 및 제2모터&발전기의 구동상태를 가변시킴으로써, 동력의 효율적인 운용이 가능하며, 엔진의 구동을 최소화함으로써 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치{power train for a hybrid electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 저속주행구간에서 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 3은 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 차속이 약 40 Km/h 이상인 정속 운전중인 구간에서 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 4는 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 고속 및 증속 주행시에 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 5는 도 1의 동력 전달 장치가 차량이 등판시와 같이 저속으로 주행하지만 높은 토크가 필요한 경우에 작동하는 상태를 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11; 엔진 13; 클러치

15; 제1선기어 17; 제1유성기어세트

19; 제1캐리어 21; 제1모터&발전기유닛

23; 제1링기어 25; 제1출력기어

27; 디퍼렌셜 29; 제2모터&발전기유닛

31; 제2캐리어 33; 제2선기어

35; 제2유성기어세트 37; 제2링기어

39; 제2출력기어 41; 제1차동링기어

43; 제2차동링기어 45; 휠

본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행 조건에 따라 구동 방법을 가변하여 동력의 효율적인 운용이 가능하고, 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

하이브리드 전기 자동차는 엔진에 의한 구동과 전기 모터에 의한 구동을 복합한 차량으로서, 운전자의 필요나 차량의 주행조건 등에 따라 엔진에 의한 구동과 전기 모터에 의한 구동 및 이들이 적절히 조합된 구동 등의 여러 구동 상태를 적절히 가변하면서 주행상태를 유지하도록 되어있다.

하이브리드 전기 자동차의 구동은 HEV(Hybrid Emission Vehicle)모드와, ZEV(Zero Emission Vehicle)모드로도 구분되며, 상기 HEV모드는 엔진의 구동이 이 루어지는 주행모드로서 배기가스의 방출이 필연적인 상태이며, ZEV모드는 엔진은 구동되지 않고 배터리의 전력을 공급받은 전기 모터의 동력에 의해 구동되는 주행모드로서 배기가스의 방출이 없는 상태이다.

따라서, 상기와 같은 하이브리드 전기 자동차는 ZEV모드 주행에 의해 종래의 차량에 비하여 배기가스에 의한 대기오염을 줄일 수 있다.

한편, 상기 하이브리드 전기 자동차에는 발전기가 탑재되어 있어서, 엔진에 의한 구동이 이루어지는 상태 또는 차량의 관성 주행시에 상기 발전기에서 발생되는 전기로 배터리를 충전할 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 차량의 주행 조건에 따라서 구동방법을 가변시킴으로써, 효율적으로 동력을 운용할 수 있고, 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치는

엔진의 출력축에 클러치를 통하여 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

상기 제1유성기어세트의 제1링기어에 치합된 제1출력기어와;

상기 제1출력기어에 치합된 디퍼렌셜의 차동링기어와;

제2모터&발전기유닛과;

상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

상기 제2유성기어세트의 제2링기어와 상기 차동링기어 사이에 치합된 제2출력기어;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치는

엔진과;

상기 엔진의 출력축과 동심축상에 회전축이 위치하도록 설치된 제1모터&발전기유닛과;

상기 제1모터&발전기유닛에 제1캐리어가 연결되고 제1선기어는 상기 엔진에 클러치를 경유하여 연결되는 제1유성기어세트와;

제2모터&발전기유닛과;

상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

상기 제1유성기어세트의 제1링기어 및 상기 제2유성기어세트의 제2링기어로부터 인출되는 동력을 전달받도록 설치된 디퍼렌셜;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면 본 발명 실시예는 엔진(11)의 출력축에 클러치(13)를 통하여 제1선기어(15)가 연결된 제1유성기어세트(17)와; 상기 제1유성기어세트(17)의 제1캐리어(19)에 연결된 제1모터&발전기유닛(21)과; 상기 제1유성기어세트(17)의 제1링기어(23)에 치합된 제1출력기어(25)와; 상기 제1출력기어(25)에 치합된 디퍼렌셜(27)의 차동링기어와; 제2모터&발전기유닛(29)과; 상기 제2모터&발전기유닛(29)에 제2캐리어(31)가 연결되고 제2선기어(33)는 고정된 제2유성기어세트(35)와; 상기 제2유성기어세트(35)의 제2링기어(37)와 상기 차동링기어 사이에 치합된 제2출력기어(39)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서, 상기 상기 엔진(11)의 출력축, 제1유성기어세트(17)의 회전중심축, 제1모터&발전기유닛(21)의 회전축, 제2모터&발전기유닛(29)의 회전축 및 제2유성기어세트(35)의 회전중심축은 모두 동심축을 이루도록 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에서, 상기 차동링기어는 상기 제1출력기어(25)에 치합되는 제1차동링기어(41)와, 상기 제1출력기어(25)에 일체로 연결되고 상기 제2출력기어(39)에 치합되는 제2차동링기어(43)로 분리하여 형성하였다.

물론, 상기 차동링기어는 단일기어로서 상기 제1출력기어(25)와 제2출력기어(39)에 모두 치합되도록 구성할 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 차량의 주행상태에 따라 구분하여 설명하면 다음과 같다.

이하에서, 설명의 편의와 명확성을 위해 "정방향"이라 함은 첨부된 도면에서 기어, 캐리어 등과 같은 회전체가 회전하는 방향이 그 회전체를 나타내는 표시의 상측이 지면으로부터 나오도록 회전하는 방향으로 정하고, 상기 정방향의 반대방향은 "부방향"이라고 표현하기로 한다. 또한, 도면에서는 회전체의 "○"으로 표시된 쪽이 회전체가 지면으로부터 나오는 방향으로 회전하는 상태임을 나타낸다.

도 2을 참조하여, 상기한 바와 같은 동력 전달 장치를 구비한 하이브리드 전기 자동차가 약 40 Km/h이하의 속도로 저속 주행하는 경우의 동력 전달 작용을 살펴본다.

차량의 출발시나 저속시에는 엔진보다는 전기모터의 토크를 이용하는 것이 특성상 유리하므로, 저속 주행시에는 상기 제2모터&발전기유닛(29)에서 구동력을 발생하여 휠(45)을 구동하도록 한다.

상기 제2모터&발전기유닛(29)에서 발생된 부방향 구동력은 상기 제2캐리어(31)를 회전시켜서 상기 제2링기어(37)가 부방향으로 구동되도록 하고, 상기 제2링기어(37)에 치합된 제2출력기어(39)는 상기 제2차동링기어(43)에 동력을 전달하여 양쪽 휠(45)이 구동되도록 한다.

이때, 상기 제2차동링기어(43)와 일체로 연결된 제1차동링기어(41)를 통해 상기 제1유성기어세트(17)의 제1링기어(23)로 전달되는 회전력은 상기 제1선기어(15)가 상기 클러치(13)에 의해 구속되지 않은 상태이므로 엔진(11)쪽으로 전달되지 않으며, 유성기어들과 제1선기어(15)의 자유회전에 의해 상기 제1모터&발전기유닛(21)으로도 전달되지 않는다.

즉, 이 운전상태에서는 제2모터&발전기유닛(29)에서 발생된 회전력으로 휠(45)만이 구동되는 상태이다.

차량의 차속이 약 40 Km/h 이상이고 정속 운전중인 구간에서는, 도 3과 같이 엔진(11)에서 발생된 회전력으로 휠(45)을 구동한다.

즉, 엔진(11)에서 발생된 부방향 회전력은 상기 제1선기어(15)를 부방향으로 회전시키고, 상기 제1선기어(15)의 회전력은 상기 제1캐리어(19)와 제1링기어(23)를 모두 부방향으로 회전시키면서 동력을 배분하여 전달한다.

상기 제1캐리어(19)로 분배된 동력은 상기 제1모터&발전기유닛(21)으로 하여금 전기를 발생하도록 하는 데에 사용되고, 상기 제1링기어(23)로 분배된 동력은 상기 제1출력기어(25)를 통하여 상기 제1차동링기어(41)를 회전시키는 데에 사용된다.

상기 제1차동링기어(41)의 회전력은 양측 휠(45)을 구동함은 물론, 상기 제2차동링기어(43)를 통해 상기 제2출력기어(39)를 회전시키게 되고, 상기 제2출력기어(39)의 회전력은 상기 제2링기어(37)를 통해 상기 제2캐리어(31)를 부방향으로 회전시켜서, 상기 제2모터&발전기유닛(29)이 제공된 회전력을 이용하여 전기를 발전하게 한다.

즉, 정속주행시에는 엔진(11)에서 발생된 동력으로 휠(45)을 구동함은 물론 제1모터&발전기유닛(21)과 제2모터&발전기유닛(29)을 통해 배터리를 충전하기 위한 전기를 발생시킨다.

차량이 고속 주행하는 경우 또는 증속 중인 경우에는 도 4와 같이 엔진(11)과 제1모터&발전기유닛(21)에서 구동력을 발생시켜서 휠(45)을 회전시키게 된다.

상기 엔진(11)에서 발생된 부방향 회전력은 상기 클러치(13)를 통하여 상기 제1선기어(15)를 부방향으로 회전시키고, 상기 제1모터&발전기유닛(21)은 상기 제1캐리어(19)를 부방향으로 회전시켜서, 상기 제1유성기어세트(17)의 유성기어는 상기 제1선기어(15)의 주위를 자전 및 공전하면서 상기 제1링기어(23)를 고속으로 회전시키게 되고, 상기 제1링기어(23)의 회전력은 상기 제1출력기어(25)를 통해 디퍼렌셜(27)을 구동함으로써 양측의 휠(45)이 구동되게 된다.

상기 디퍼렌셜(27)의 구동력은 상기 제2차동링기어(43) 및 제2출력기어(39)를 통해 상기 제2유성기어세트(35)의 제2링기어(37)를 회전시켜서, 상기 제2링기어(37)의 내측에 있는 제2캐리어(31)를 회전시키고, 상기 제2캐리어(31)의 회전력은 상기 제2모터&발전기유닛(29)을 구동하여 전기를 발생시킨다.

즉, 상기 엔진(11)과 제1모터&발전기유닛(21)에서 발생된 회전력으로 휠(45)을 구동함과 아울러 제2모터&발전기유닛(29)을 작동시켜서 전기를 발전시키는 것이다.

도 5는 차량이 등판시와 같이 저속으로 주행하지만 높은 토크가 필요한 경우의 동력 전달 상태를 도시하고 있다.

이 상태에서는 엔진(11)과 제2모터&발전기유닛(29)에서 휠(45)의 구동에 필요한 동력을 함께 발생시킨다.

상기 엔진(11)에서 발생된 동력은 상기 클러치(13)를 경유하여 상기 제1선기어(15)를 부방향으로 회전시키고, 상기 제1선기어(15)의 회전력은 상기 제1캐리어(19)와 제1링기어(23)로 분배되어, 상기 제1캐리어(19)로 전달된 동력은 상기 제1모터&발전기유닛(21)을 작동시켜 전기를 발생시키고, 상기 제1링기어(23)로 분배된 동력은 상기 제1출력기어(25)를 통해 디퍼렌셜(27)로 전달된다.

한편, 상기 제2모터&발전기유닛(29)에서 발생된 동력은 상기 제2유성기어세트(35)의 제2캐리어(31)를 부방향으로 회전시키고, 상기 제2캐리어(31)의 회전력은 상기 제2링기어(37)를 통해 상기 제2출력기어(39)로 전달되고, 상기 제2출력기어(39)는 상기 디퍼렌셜(27)로 동력을 전달하게 된다.

따라서, 상기 디퍼렌셜(27)에서는 상기 제1출력기어(25)로부터의 회전력을 상기 제1차동링기어(41)를 통하여 전달받음과 동시에 상기 제2출력기어(39)로부터의 회전력을 상기 제2차동링기어(43)를 통하여 전달받아서, 양측의 휠(45)을 강한 구동토크로 구동하게 된다.

즉, 이 주행 상태에서는 상기 엔진(11)과 제2모터&발전기유닛(29)에서 발생된 동력으로 휠(45)을 구동함과 아울러 상기 제1모터&발전기유닛(21)에서 전기를 발생시키는 것이다.

이상과 같은 각 주행상태에 따른 엔진(11)과 제1모터&발전기유닛(21) 및 제2모터&발전기유닛(29)의 작동모드를 비교하여 도표화하면 다음과 같다.

	엔진	제1모터&발전기유닛	제2모터&발전기유닛
저속구간	정지	-	모터
정속구간	가동	발전기	발전기
고속/증속구간	가동	모터	발전기
저속고토크구간	가동	발전기	모터

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량의 주행 조건에 따라서 엔진과 제1모터&발전기 및 제2모터&발전기의 구동상태를 가변시킴으로써, 동력의 효율적인 운용이 가능하며, 엔진의 구동을 최소화함으로써 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.

Claims (4)

1. 엔진의 출력축에 클러치를 통하여 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

   상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

   상기 제1유성기어세트의 제1링기어에 치합된 제1출력기어와;

   상기 제1출력기어에 치합된 디퍼렌셜의 차동링기어와;

   제2모터&발전기유닛과;

   상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

   상기 제2유성기어세트의 제2링기어와 상기 차동링기어 사이에 치합된 제2출력기어;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차동링기어는

   상기 제1출력기어에 치합되는 제1차동링기어와;

   상기 제1출력기어에 일체로 연결되고 상기 제2출력기어에 치합되는 제2차동기어로 분리되어 형성된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
3. 엔진과;

   상기 엔진의 출력축과 동심축상에 회전축이 위치하도록 설치된 제1모터&발전기유닛과;

   상기 제1모터&발전기유닛에 제1캐리어가 연결되고 제1선기어는 상기 엔진에 클러치를 경유하여 연결되는 제1유성기어세트와;

   제2모터&발전기유닛과;

   상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

   상기 제1유성기어세트의 제1링기어 및 상기 제2유성기어세트의 제2링기어로부터 인출되는 동력을 전달받도록 설치된 디퍼렌셜;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2모터&발전기유닛의 회전축은 상기 제1모터&발전기유닛의 회전축과 동심축을 이루도록 설치된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.

Images