KR101028403B1

KR101028403B1 - 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치

Info

Publication number: KR101028403B1
Application number: KR1020050029968A
Authority: KR
Inventors: 차수덕; 김진완; 신봉주
Original assignee: 현대다이모스(주)
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2011-04-13
Also published as: KR20060108004A

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>

1; 엔진 3; 제1선기어

5; 제1유성기어세트 7; 원웨이클러치

9; 제1캐리어 11; 제1모터&발전기유닛

13; 제1링기어 15; 제2캐리어

17; 제2유성기어세트 19; 제2선기어

21; 제2모터&발전기유닛 23; 디퍼렌셜

25; 제2링기어 27; 출력기어

29; 아이들러기어 31; 대경기어

33; 디퍼렌셜의 링기어 35; 소경기어

37; 종감속기어세트 39; 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 이루어지는 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 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

상기 엔진의 출력축 및 제1선기어의 일방향회전을 구속하도록 설치된 원웨이클러치와;

상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

상기 제1유성기어세트의 제1링기어에 제2캐리어가 연결된 제2유성기어세트와;

상기 제2유성기어세트의 제2선기어에 연결된 제2모터&발전기유닛과;

디퍼렌셜과;

상기 제1링기어의 동력을 상기 디퍼렌셜에 감속하여 전달하도록 다수의 기어로 이루어진 출력기어열;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진(1)의 출력축에 제1선기어(3)가 연결된 제1유성기어세트(5)와; 상기 엔진의 출력축 및 제1선기어(3)의 일방향회전을 구속하도록 설치된 원웨이클러치(7)와; 상기 제1유성기어세트(5)의 제1캐리어(9)에 연결된 제1모터&발전기유닛(11)과; 상기 제1유성기어세트(5)의 제1링기어(13)에 제2캐리어(15)가 연결된 제2유성기어세트(17)와; 상기 제2유성기어세트(17)의 제2선기어(19)에 연결된 제2모터&발전기유닛(21)과; 디퍼렌셜(23)과; 상기 제1링기어(13)의 동력을 상기 디퍼렌셜(23)에 감속하여 전달하도록 다수의 기어로 이루어진 출력기어열을 포함하여 구성된다.

즉, 제1유성기어세트(5)와 제2유성기어세트(17)의 제1링기어(13)와 제2캐리 어(15)를 직결하여 출력을 인출할 수 있도록 하고, 제1선기어(3)를 통해 엔진으로부터의 구동력 전달이 가능하도록 하며, 제1캐리어(9)를 통해 제1모터&발전기유닛(11)과 동력전달이 가능하도록 하고, 제2선기어(19)를 통해 제2모터&발전기유닛(21)과 동력전달이 가능하도록 한 구성이다.

상기 제1모터&발전기유닛과 제2모터&발전기유닛은 제어에 의해 모터 또는 발전기로 작동될 수 있으며, 그 회전축은 제어에 의해 정지되거나 회전될 수 있는 메커니즘을 가지고 있다.

상기 제1선기어(3)는 상기한 바와 같이 원웨이클러치(7)에 연결되어 있어서 엔진으로부터의 일방향 회전력만이 전달되고, 역회전이 방지되는 구조이며, 상기 제2유성기어세트(17)의 제2링기어(25)는 차체에 대하여 회전하지 않도록 고정되어 있다.

본 실시예에서, 상기 출력기어열은 상기 제1링기어(13)와 상기 제2캐리어(15) 사이에 설치된 출력기어(27)와, 상기 출력기어(27)에 연결된 아이들러기어(29)와, 상기 아이들러기어(29)와 연결된 대경기어(31) 및 디퍼렌셜(23)의 링기어(33)에 연결된 소경기어(35)를 구비한 종감속기어세트(37)로 구성하였다.

또한, 상기 출력기어(27)의 직경은 상기 아이들러기어(29) 보다 작게 형성함으로써, 상기 출력기어(27)와 아이들러기어(29) 사이에 1차감속이 이루어지고 상기 종감속기어세트(37)와 디퍼렌셜(23)의 링기어(33) 사이에 2차감속이 이루어지도록 하였다.

상기 디퍼렌셜(23)의 사이드기어에는 각각 양측의 휠(39)이 연결되어 있다.

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.

차량의 저속주행구간, 예컨대 0~40 Km/h 정도의 속도구간에서, 구동력이 휠(39)로 전달되는 경로를 도 2를 참조하여 살펴보면, 제2모터&발전기유닛(21)이 모터로서 정방향으로 구동되어 동력을 상기 제2선기어(19)로 전달하고, 상기 제2유성기어세트(17)의 유성기어는 고정된 상태의 상기 제2링기어(25)를 공전하면서 상기 제2캐리어(15)를 정방향으로 회전시키고, 상기 제2캐리어(15)는 상기 출력기어열을 통하여 디퍼렌셜(23)의 링기어(33)를 구동함으로써, 양측의 휠(39)에 구동력이 전달된다.

이때, 제2캐리어(15)는 정방향으로 구동되고 상기 제2캐리어(15)와 직결되어 있는 제1링기어(13)의 회전력은 상기 제1유성기어세트(5)의 유성기어로 전달되는데, 상기 제1선기어(3)는 상기 원웨이클러치(7)에 의해 부방향의 회전이 억제되므로, 상기 유성기어는 상기 제1선기어(3)의 주위를 공전하면서 상기 제1캐리어(9) 를 정방향으로 회전시키고, 그 회전력은 상기 제1캐리어(9)를 통해 상기 제1모터&발전기유닛(11)에 전달되어 상기 제1모터&발전기유닛(11)이 전기를 발전하도록 한다.

즉, 이 구간에서는 상기 제2모터&발전기유닛(21)만이 동력원으로서 작동되며, 그 동력의 일부는 휠(39)을 구동하는 데에 사용되고, 나머지는 상기 제1모터&발전기유닛(11)을 통하여 전기를 발생시키는 데에 사용된다.

차량의 차속이 약 40 Km/h 이상이고 정속 운전중인 구간에서는 도 3과 같이 엔진만이 단독으로 구동되어 휠(39)에 동력을 전달하게 된다.

엔진(1)은 정방향으로 동력을 발생하며, 상기 원웨이클러치(7)는 엔진(1)의 출력축 및 제1선기어(3)의 정방향 회전을 구속하지 않으므로, 엔진(1)으로부터의 동력은 상기 제1선기어(3)를 정방향으로 구동하고, 상기 제1선기어(3)의 회전력은 제1유성기어세트(5)의 유성기어에 의해 제1캐리어(9)와 제1링기어(13)에 분배되어 전달된다.

상기 제1캐리어(9)로 전달되는 회전력은 상기 제1모터&발전기유닛(11)를 구동하여, 상기 제1모터&발전기유닛(11)이 발전을 할 수 있도록 하며, 상기 제1링기어(13)로 전달되는 정방향 회전력은 상기 출력기어(27)와 아이들러기어(29) 및 종감속기어세트(37)를 통해 디퍼렌셜(23)을 구동함으로써 휠(39)에 구동력으로 작용하게 된다.

또한, 상기 제1링기어(13)에 직결되어 있는 상기 제2캐리어(15)의 회전력은 상기 제2선기어(19)를 정방향으로 구동하고, 상기 제2선기어(19)에 연결된 상기 제2모터&발전기유닛(21)은 발전기로서 작동하여 전기를 발생시킨다.

즉, 이 상태에서는 엔진(1)만이 구동력을 발생시키고, 그 동력은 휠(39)의 구동과 제1모터&발전기유닛(11) 및 제2모터&발전기유닛(21)의 전력발전에 사용된다.

차량의 고속 및 증속 주행시에는 도 4와 같이 상기 엔진(1)과 제1모터&발전기유닛(11)에서 휠(39)에 제공되는 구동력을 발생시키게 된다.

상기 엔진(1)에서 발생되는 동력은 제1선기어(3)를 정방향으로 구동하고, 상기 제1모터&발전기유닛(11)은 상기 제1캐리어(9)를 정방향으로 구동하여, 상기 제1유성기어세트(5)의 유성기어들은 상기 제1선기어(3)의 주위에서 자전 및 공전을 동시에 하면서 상기 제1선기어(3)에 의해 전달된 동력과 상기 제1캐리어(9)에 의해 전달된 동력을 합하여 상기 제1링기어(13)에 전달한다.

따라서, 상기 제1링기어(13)는 상기 엔진(1)과 제1모터&발전기유닛(11)에서 제공된 회전력의 합력에 의해 회전되면서 상기 출력기어(27)열을 통하여 디퍼렌셜(23)로 동력을 제공함으로써, 차량의 고속주행 또는 증속주행에 필요한 충분한 구동토크를 휠(39)에 전달할 수 있게 된다.

이때, 상기 제1링기어(13)에 직결된 제2캐리어(15)의 회전력은 물론 상기 제2선기어(19)를 통해 상기 제2모터&발전기로 제공되어 발전이 이루어진다.

즉, 이 상태에서는 엔진(1)과 제1모터&발전기유닛(11)에서 구동력을 발생시키고, 이 구동력은 휠(39)과 제2모터&발전기에서 사용된다.

차량이 등판시와 같이 저속으로 주행하지만 높은 토크가 필요한 경우에는 도 5와 같이 엔진(1)에서 발생된 구동력과 상기 제2모터&발전기유닛(21)에서 발생된 구동력이 휠(39)에 전달되는 동력전달 상태를 가진다.

상기 엔진(1)에서 발생된 구동력은 상기 제1선기어(3)를 정방향으로 회전시키고, 상기 제1선기어(3)의 회전력은 상기 제1캐리어(9)와 제1링기어(13)에 분배되어, 상기 제1모터&발전기유닛(11)은 상기 제1캐리어(9)로부터의 회전력으로 발전을 하고, 동시에 상기 제1링기어(13)는 정방향으로 구동되게 된다.

한편, 상기 제2모터&발전기유닛(21)에서 발생된 구동력은 상기 제2선기어(19)를 정방향으로 구동하여, 상기 제2유성기어세트(17)의 유성기어가 고정되어 있는 제2링기어(25)를 타고 공전하도록 함으로써, 상기 제2캐리어(15)를 제2선기어(19)의 회전속도보다 감속시켜서 정방향으로 구동되게 함으로써, 상기 엔진(1)으로부터 상기 제1링기어(13)에 전달된 회전력과 합해지게 된다.

상기와 같이 제1링기어(13)와 제2캐리어(15)에 전달된 회전력은 상기 출력기어(27)를 통해 아이들러기어(29)로 전달되면서 1차 감속되고, 상기 아이들러기어(29)의 회전력을 받은 상기 종감속기어세트(37)가 디퍼렌션의 링기어 에 회전력을 전달하면서 2차 감속되어 상기 양측의 휠(39)에 저속이지만 강한 토크를 제공하게 된다.

즉, 이 상태에서는 엔진(1)과 제2모터&발전기유닛(21)에서 발생된 구동력으로 휠(39)과 제1모터&발전기유닛(11)을 구동한다.

이상과 같은 각 주행상태에 따른 엔진과 제1모터&발전기유닛 및 제2모터&발전기유닛의 작동모드를 비교하여 도표화하면 다음과 같다.

	엔진	제1모터&발전기유닛	제2모터&발전기유닛
저속구간	정지	발전기	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

엔진의 출력축에 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

상기 엔진의 출력축 및 제1선기어의 일방향회전을 구속하도록 설치된 원웨이클러치와;

상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

상기 제1유성기어세트의 제1링기어에 제2캐리어가 연결된 제2유성기어세트와;

상기 제2유성기어세트의 제2선기어에 연결된 제2모터&발전기유닛과;

디퍼렌셜과;

상기 제1링기어의 동력을 상기 디퍼렌셜에 감속하여 전달하도록 다수의 기어로 이루어진 출력기어열;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에 있어서, 상기 출력기어열은

상기 제1링기어와 상기 제2캐리어 사이에 설치된 출력기어와;

상기 출력기어에 연결된 아이들러기어와;

상기 아이들러기어와 연결된 대경기어 및 디퍼렌션의 링기어에 연결된 소경 기어를 구비한 종감속기어세트;

로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제2항에 있어서,

상기 출력기어의 직경은 상기 아이들러기어 보다 작게 형성된 것

을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2유성기어세트의 링기어는 고정된 것

을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.