KR101328573B1 - 하이브리드 차량의 동력전달장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기어 트레인에 의한 기계적인 변속단과 무단변속 기능을 동시에 제공하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것으로, 엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축; 동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어; 변속기 케이스; 제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트; 제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트; 제3선기어, 제3유성 캐리어, 제3링기어를 그 작동부재로 포함하는 제3유성기어세트; 그리고 상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;를 포함하되, 상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고, 상기 제1,2,3선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고, 상기 제3링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고, 상기 제3유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고 상기 제1,2링기어 중 적어도 하나는 상기 보조동력장치에 연결되고, 다른 하나는 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치에 따르면, 브레이크들을 사용하지 않고, 보조동력장치의 회전속도를 제어함으로써 무단변속기로 사용할 수 있다.
하이브리드 차량, 파워 트레인, 반력 요소

Description

하이브리드 차량의 동력전달장치{POWER TRANSMITTING APPARATUS OF HYBRID VEHICLES}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기 어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 입력축 200: 출력기어
300: 변속기 케이스 400: 보조동력장치
500: 구동기어 600: 역회전 방지 기구
본 발명은 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 기어 트레인에 의한 기계적인 변속단과 무단변속 기능을 동시에 제공하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량이란 연료의 연소에 의하여 동력을 출력하는 엔진과, 배터리의 동력을 출력하는 모터를 함께 탑재한 차량을 말한다. 하이브리드 차량은 엔진 및 전동기의 구동 및 정지를 제어하는 것에 의해 연비의 향상 및 소음의 감소, 배기가스의 감소를 도모할 수 있는 장점이 있다. 하이브리드 차량에서는 엔진의 동력만으로도 구동될 수도 있고, 배터리의 동력만으로도 구동될 수 있다. 또한, 엔진의 동력과 배터리의 동력을 동시에 사용하여 큰 파워를 낼 수도 있다. 이러한 경우를 파워 어시스트모드라고 부른다. 상기와 같은 장점 때문에 최근에는 하이브리드 차 량에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 통상적으로 하이브리드 차량의 동력전달장치로는 무단변속기가 사용되었다. 이러한 무단변속기를 사용하는 경우에는 후진기어를 장착하기 위하여 별도의 아이들 축을 구비하여야 하고, 이에 따라 하이브리드 차량의 동력전달장치가 커지게 되었다.
또한, 보조동력장치가 엔진에 연결된 주축상에 장착되므로, 기계적인 손실이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기어 트레인에 의한 기계적인 변속단과 무단변속 기능을 동시에 제공하는 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 후진을 위한 별도의 축이 없으며, 엔진에 의한 동력과 보조동력원의 동력을 동시에 사용함으로써 엔진의 크기를 줄일 수 있는 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축; 동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어; 변속기 케이스; 제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트; 제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트; 제3선기어, 제3유성 캐리어, 제3링 기어를 그 작동부재로 포함하는 제3유성기어세트; 그리고 상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;를 포함하되, 상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고, 상기 제1,2,3선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고, 상기 제3링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고, 상기 제3유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고 상기 제1,2링기어 중 적어도 하나는 상기 보조동력장치에 연결되고, 다른 하나는 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결될 수 있다.
상기 보조동력장치는 모터/제너레이터일 수 있다.
상기 모터/제너레이터가 연결된 링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합할 수 있다.
상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2링기어 중 적어도 하나의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수 있다.
상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있을 수 있다.
상기 보조동력장치는 유압모터/펌프일 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축; 동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어; 변속기 케이스; 제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기 어세트; 제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트; 제3선기어, 제3유성 캐리어, 제3링기어를 그 작동부재로 포함하는 제3유성기어세트; 제4선기어, 제4유성 캐리어, 제4링기어를 그 작동부재로 포함하는 제4유성기어세트; 그리고 상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;를 포함하되, 상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고, 상기 제3유성 캐리어는 상기 제4링기어에 고정 연결되고, 상기 제1,2,3,4선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고, 상기 제4링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고, 상기 제4유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고 상기 제1,2,3링기어 중 하나는 보조동력장치에 연결되어 있고 다른 두개는 각각 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결될 수 있다.
상기 보조동력장치는 모터/제너레이터일 수 있다.
상기 모터/제너레이터가 연결된 링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합할 수 있다.
상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2,3링기어 중 적어도 하나의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수 있다.
상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있을 수 있다.
상기 보조동력장치는 유압모터/펌프일 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축; 동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어; 변속기 케이스; 제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트; 제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트; 그리고 상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;를 포함하되, 상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고, 상기 제1,2선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고, 상기 제2링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고, 상기 제2유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고 상기 보조동력장치는 상기 제1링기어에 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1링기어와 상기 변속기 케이스 사이에는 제1브레이크가 개재되어 있을 수 있다.
상기 보조동력장치는 모터/제너레이터일 수 있다.
상기 제1링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합할 수 있다.
상기 모터/제너레이터는 상기 제1링기어의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수 있다.
상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있을 수 있다.
상기 보조동력장치는 유압모터/펌프일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이며, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성도이다.
도 1, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 입력축(100), 출력기어(200), 변속기 케이스(300), 보조동력장치(400), 그리고 구동기어(500)를 포함한다.
입력축(100)은 엔진(도시하지 않음)으로부터 동력을 전달받는다. 또한, 상기 입력축(100)에는 입력축(100)의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구(600)가 장착되어 있다.
출력기어(200)는 동력전달장치로부터 동력을 출력한다.
보조동력장치(400)는 보조동력원(도시하지 않음)에 연결되어 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 상기 보조동력원에 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 상기 보조동력장치(400)에 역회전력을 부여하여 동력전달장치의 복수개의 작동부재 중 적어도 하나를 가변적으로 정지시킬 수도 있다.
구동기어(500)는 상기 보조동력장치(400)에 동축으로 연결되어 있다. 상기 구동기어(500)는 상기 보조동력장치(400)를 동력전달장치의 복수개의 작동부재 중 적어도 하나에 연결시킨다.
또한, 상기 보조동력장치(400)는 상기 동력전달장치의 복수개의 작동부재 중 적어도 하나에 일체형으로 형성될 수도 있다.
보조동력장치(400)는 사정에 따라서 다양한 형태의 보조동력장치(400)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 보조동력장치(400)로 모터/제너레이터나 유압모터/펌프 등을 사용할 수 있다. 보조동력장치(400)로 모터/제너레이터를 사용하는 경우에는 보조동력원으로는 배터리를 사용할 수 있고, 보조동력장치(400)로 유압모터/펌프를 사용하는 경우에는 보조동력원으로 축압장치를 사용할 수 있다.
이하, 도 1을 참조로, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는 제1,2,3유성기어세트들(PG1, PG2, PG3)을 포함한다.
제1유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1선기어(S1), 제1유성 캐리어(PC1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 작동부재로 포함한다. 상기 제1유성 캐리어(PC1)에는 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1)에 기어 결합하는 제1피니언기어(P2)가 연결되어 있다.
제2유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(PC2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 작동부재로 포함한다. 상기 제2유성 캐리어(PC2)에는 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2)에 기어 결합하는 제2피니언기어(P2)가 연결되어 있다.
제3유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제3선기어(S3), 제3 유성 캐리어(PC3), 그리고 제3링기어(R3)를 그 작동부재로 포함한다. 상기 제3유성 캐리어(PC3)에는 제3선기어(S3)와 제3링기어(R3)에 기어 결합하는 제3피니언기어(P3)가 연결되어 있다.
상기 제1유성 캐리어(PC1)는 상기 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어(PC2)는 상기 제3링기어(R3)에 고정 연결된다.
상기 제1,2,3선기어(S1, S2, S3)는 상기 입력축(100)에 각각 고정 연결됨으로써 항시 입력부재로 작동한다.
상기 제3링기어(R3)는 상기 출력기어(200)에 고정 연결됨으로써 항시 출력부재로 작동한다.
상기 보조동력장치(400)는 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 적어도 하나(R1)에 연결되어 있다.
만일 보조동력장치(400)로 모터/제너레이터를 사용하는 경우에는 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 적어도 하나(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상기 모터/제너레이터와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 모터/제너레이터를 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 적어도 하나(R1)와 일체형으로 형성할 수도 있다. 즉, 상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 적어도 하나(R1)의 외면에 설치된 아마추어(armature)와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수도 있다.
만일 보조동력장치(400)로 유압모터/펌프를 사용하는 경우에는 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 적어도 하나(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상 기 유압모터/펌프와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 보조동력장치(400)가 연결되지 않은 다른 하나의 링기어(R2)는 제1브레이크(B1)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결되고, 상기 제3유성 캐리어(PC3)는 후진브레이크(RB)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다.
한편, 상기 제1,2링기어(R1, R2) 중 보조동력장치(400)가 연결된 하나의 링기어(R1)와 상기 변속기 케이스(300) 사이에는 상기 보조동력장치(400)와 병렬로 배치되는 제2브레이크(B2)가 개재되어 있을 수 있다.
본 발명에서는 상기 보조동력장치(400)가 제1링기어(R1)에 연결되어 있는 것을 예시하고 있으나 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인의 작동을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은, 전진 제1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하고, 후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동한다. 또한, 상기 제1링기어(R1)와 변속기 케이스(300) 사이에 제2브레이크(B2)를 개재하고 이를 작동시킴으로써 전진 제2속(D2)을 구현할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인 에서는, 각 변속단에서 하나의 브레이크만 계합되므로 유압 공급을 위한 유압 시스템을 간단하게 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는 3개의 싱글 피니언 유성기어세트를 조합한다. 또한, 제1유성 캐리어(PC1)는 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어(PC2)는 제3링기어(R3)에 고정 연결되며, 상기 제1,2,3선기어(S1, S2, S3)는 입력축(100)에 고정 연결된다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은 5개의 노드(N1, N2, N3, N4, N5)로 표시된다.
이에 따라 제1노드(N1)는 제1선기어(S1)와 제2선기어(S2)와 제3선기어(S3)로 설정되고, 제2노드(N2)는 제3유성 캐리어(PC3)로 설정되고, 제3노드(N3)는 제2유성 캐리어(PC2)와 제3링기어(R3)로 설정되고, 제4노드(N4)는 제2링기어(R2)와 제1유성 캐리어(PC1)로 설정되고, 제5노드(N5)는 제1링기어(R1)로 설정된다.
전진 1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 제4노드(N4)는 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제1속(D1)만큼 출력이 이루어진다.
전진 2속(D2)에서는 제2브레이크(B2)가 작동하여 상기 제5노드(N5)는 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제2속(D2)만큼 출력이 이루어진다.
후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동하여 제2노드(N2)가 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 후진 1속(REV. 1)만큼 출력이 이루어진다.
또한, 상기 각 변속단에서 보조동력장치(400)가 작동하여 파워 어시스트모드로 작동할 수 있다.
예를 들어, 제1브레이크(B1)가 작동하고 있는 상태에서 보조동력장치(400)가 동력을 전달하면, 엔진의 동력과 보조동력장치(400)의 동력에 의한 파워가 출력기어(200)에 출력된다. 이러한 파워 어시스트 작용은 기어 트레인의 각 변속단에서 가능하다.
또한, 상기 보조동력장치(400)는 엔진의 동력에 의하여 생성되는 작동부재의 회전력을 에너지로 변환하여 도시하지 않은 보조동력원에 저장할 수도 있다.
또한, 상기 기어 트레인은 변속단을 형성하기 위한 브레이크들을 사용하지 않고, 보조동력장치(400)의 회전속도를 제어함으로써 무단변속기로서 사용할 수도 있다.
이하, 도 4를 참조로, 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치 중 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치와 동일한 부분에 대하여는 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는 제1,2,3,4유성기어세트들(PG1, PG2, PG3, PG4)를 포함한다.
제1유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1선기어(S1), 제1 유성 캐리어(PC1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 작동부재로 포함한다.
제2유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(PC2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 작동부재로 포함한다.
제3유성기어세트(PG3)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제3선기어(S3), 제3유성 캐리어(PC3), 그리고 제3링기어(R3)를 그 작동부재로 포함한다.
제4유성기어세트(PG4)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제4선기어(S4), 제4유성 캐리어(PC4), 그리고 제4링기어(R4)를 그 작동부재로 포함한다.
상기 제1유성 캐리어(PC1)는 상기 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 상기 제2유성 캐리어(PC2)는 상기 제3링기어(R3)에 고정 연결되며, 상기 제3유성 캐리어(PC3)는 상기 제4링기어(R4)에 고정 연결된다.
상기 제1,2,3,4선기어(S1, S2, S3, S4)는 상기 입력축(100)에 고정 연결됨으로써 항시 입력부재로 작용하고, 상기 제4링기어(R4)는 상기 출력기어(200)에 고정 연결됨으로써 항시 출력부재로 작용한다.
상기 보조동력장치(400)는 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 적어도 하나(R1)에 연결되어 있다.
만일 보조동력장치(400)로 모터/제너레이터를 사용하는 경우에는 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 적어도 하나(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상기 모터/제너레이터와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 모터/제너레이터를 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 적어도 하나(R1)와 일체형으로 형성할 수도 있다. 즉, 상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 적어도 하나(R1)의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수도 있다.
만일 보조동력장치(400)로 유압모터/펌프를 사용하는 경우에는 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 적어도 하나(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상기 유압모터/펌프와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 보조동력장치(400)가 연결되지 않은 다른 두 개의 링기어(R2, R3)는 각각 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다. 즉, 제3링기어(R3)는 제1브레이크(B1)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결되고, 상기 제2링기어(R2)는 제2브레이크(B2)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다. 또한, 상기 제4유성 캐리어(PC4)는 후진브레이크(RB)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다.
한편, 상기 제1,2,3링기어(R1, R2, R3) 중 보조동력장치(400)가 연결된 하나의 링기어(R1)와 상기 변속기 케이스(300) 사이에는 상기 보조동력장치(400)와 병렬로 배치되는 제3브레이크(B3)가 개재되어 있을 수 있다.
본 발명에서는 상기 보조동력장치(400)가 제1링기어(R1)에 연결되어 있는 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기 어 트레인의 작동을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은, 전진 제1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하고, 전진 제2속(D2)에서는 제2브레이크(B2)가 작동하며, 후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동한다. 또한, 상기 제1링기어(R1)와 변속기 케이스(300) 사이에 제3브레이크(B3)를 개재하고 이를 작동시킴으로써 전진 제3속(D3)을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는 4개의 싱글 피니언 유성기어세트를 조합한다. 또한, 제1유성 캐리어(PC1)는 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 제2유성 캐리어(PC2)는 제3링기어(R3)에 고정 연결되며, 제3유성 캐리어(PC3)는 제4링기어(R4)에 고정 연결된다. 또한, 상기 제1,2,3,4선기어(S1, S2, S3, S4)는 입력축(100)에 고정 연결된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은 6개의 노드(N1, N2, N3, N4, N5, N6)로 표시된다.
이에 따라 제1노드(N1)는 제1,2,3,4선기어(S1, S2, S3, S4)로 설정되고, 제2노드(N2)는 제4유성 캐리어(PC4)로 설정되고, 제3노드(N3)는 제4링기어(R4)와 제3 유성 캐리어(PC3)로 설정되고, 제4노드(N4)는 제3링기어(R3)와 제2유성 캐리어(PC2)로 설정되고, 제5노드(N5)는 제2링기어(R2)와 제1유성 캐리어(PC1)로 설정되고, 제6노드(N6)는 제1링기어(R1)로 설정된다.
전진 1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 제4노드(N4)는 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제1속(D1)만큼 출력이 이루어진다.
전진 2속(D2)에서는 제2브레이크(B2)가 작동하여 제5노드(N5)는 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제2속(D2)만큼 출력이 이루어진다.
전진 3속(D3)에서는 제3브레이크(B3)가 작동하여 제6노드(N6)가 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제3속(D3)만큼 출력이 이루어진다.
후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동하여 제2노드(N2)가 정지한다. 또한, 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 후진 1속(REV. 1)만큼 출력이 이루어진다.
또한, 상기 각 변속단에서 보조동력장치(400)가 작동하여 동력을 기어 트레인에 전달함으로써 파워 어시스트 모드로 작동할 수 있다.
또한, 상기 보조동력장치(400)는 엔진의 동력에 의하여 생성되는 작동부재의 회전력을 에너지로 변환하여 도시하지 않은 보조동력원에 저장할 수도 있다.
또한, 상기 기어 트레인은 변속단을 형성하기 위한 브레이크들을 사용하지 않고, 보조동력잔치(400)의 회전속도를 제어함으로써 무단변속기로서 사용할 수도 있다.
이하, 도 7을 참조로, 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치 중 본 발명의 제1실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치와 동일한 부분에 대하여는 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는 제1,2유성기어세트들(PG1, PG2)을 포함한다.
제1유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1선기어(S1), 제1유성 캐리어(PC1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 작동부재로 포함한다.
제2유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(PC2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 작동부재로 포함한다.
상기 제1유성 캐리어(PC1)는 상기 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 상기 제1,2선기어(S1, S2)는 상기 입력축(100)에 각각 고정 연결됨으로써 항시 입력부재로 작용하며, 상기 제2링기어(R2)는 상기 출력기어(200)에 고정 연결됨으로써 항시 출력부재로 작용한다.
상기 제1링기어(R1)는 제1브레이크(B1)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결되고, 상기 제2유성 캐리어(PC2)는 후진브레이크(RB)를 개재하여 상기 변속기 케이스(300)에 가변 연결된다.
상기 보조동력장치(400)는 상기 제1링기어(R1)에 연결되어 있다.
만일 보조동력장치(400)로 모터/제너레이터를 사용하는 경우에는 상기 제1링 기어(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상기 모터/제너레이터와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 모터/제너레이터는 상기 제1링기어(R1)와 일체형으로 형성할 수도 있다. 즉, 상기 모터/제너레이터는 상기 제1링기어(R1)의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함할 수도 있다.
만일 보조동력장치(400)로 유압모터/펌프를 사용하는 경우에는 상기 제1링기어(R1)의 외주면에 기어치를 형성하고 상기 기어치가 상기 유압모터/펌프와 동축으로 연결된 구동기어(500)와 결합되어 있을 수 있다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인의 작동을 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 기어 트레인을 작동시키기 위한 작동표이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은, 전진 제1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하고, 후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동한다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치에서 변속 과정을 도시한 레버선도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치는 2개의 싱글 피니언 유성기어세트를 조합한다. 또한, 제1유성 캐리어(PC1)는 제2링기어(R2)에 고정 연결되고, 제1,2선기어(S1, S2)는 입력축(100)에 고정 연결된다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 기어 트레인은 4개의 노드(N1, N2, N3, N4)로 표시된다.
이에 따라 제1노드(N1)는 제1,2선기어(S1, S2)로 설정되고, 제2노드(N2)는 제2유성 캐리어(PC2)로 설정되고, 제3노드(N3)는 제2링기어(R2)와 제1유성 캐리어(PC1)로 설정되고, 제4노드(N4)는 제1링기어(R1)로 설정된다.
전진 1속(D1)에서는 제1브레이크(B1)가 작동하여 제4노드(N4)는 정지하고 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 제1속(D1)만큼 출력이 이루어진다.
후진 1속(REV. 1)에서는 후진브레이크(RB)가 작동하여 제2노드(N2)는 정지하고 제1노드(N1)는 입력축(100)과 동일한 회전 속도로 회전한다. 따라서, 출력부재인 제3노드(N3)를 통해 후진 1속(REV. 1)만큼 출력이 이루어진다.
또한, 상기 각 변속단에서 보조동력장치(400)가 작동하여 동력을 기어 트레인에 전달함으로써 파워 어시스트 모드로 작동할 수 있다.
또한, 상기 보조동력장치(400)는 엔진의 동력에 의하여 생성되는 작동부재의 회전력을 에너지로 변환하여 도시하지 않은 보조동력원에 저장할 수도 있다.
또한, 상기 기어 트레인은 변속단을 형성하기 위한 브레이크들을 사용하지 않고, 보조동력장치(400)의 회전속도를 제어함으로써 무단변속기로서 사용할 수도 있다.
상기에서 각 유성기어세트에 대한 속도선에 대해서는 당업자라면 충분히 구할 수 있는 공지 부분이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치에 의하면, 유성기어세트와 브레이크를 사용하여 기계적인 변속단을 제공함과 동시에 브레이크로 변속단을 고정하지 않고 보조동력장치의 회전속도를 제어함으로써 무단변속 기능을 사용할 수 있다.
또한, 후진을 위한 별도의 축을 마련하지 않고 후진브레이크만을 작동시켜 후진 변속단을 생성할 수 있다.
또한, 보조동력장치를 주축과는 별도로 설치하여 기계적인 손실을 줄일 수 있다.
마지막으로, 보조동력장치로 사용 환경에 따라 모터/제너레이터 또는 유압모터/펌프를 사용할 수 있다.

Claims (19)

  1. 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서,
    엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축;
    동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어;
    변속기 케이스;
    제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트;
    제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트;
    제3선기어, 제3유성 캐리어, 제3링기어를 그 작동부재로 포함하는 제3유성기어세트; 그리고
    상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;
    를 포함하되,
    상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고,
    상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고,
    상기 제1,2,3선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고,
    상기 제3링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고,
    상기 제3유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고
    상기 제1,2링기어 중 적어도 하나는 상기 보조동력장치에 연결되고, 다른 하나는 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 모터/제너레이터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터가 연결된 링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2링기어 중 적어도 하나의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함하는 것을 특징으로 하 는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 유압모터/펌프인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  7. 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서,
    엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축;
    동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어;
    변속기 케이스;
    제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트;
    제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기 어세트;
    제3선기어, 제3유성 캐리어, 제3링기어를 그 작동부재로 포함하는 제3유성기어세트;
    제4선기어, 제4유성 캐리어, 제4링기어를 그 작동부재로 포함하는 제4유성기어세트; 그리고
    상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;
    를 포함하되,
    상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고,
    상기 제2유성 캐리어는 상기 제3링기어에 고정 연결되고,
    상기 제3유성 캐리어는 상기 제4링기어에 고정 연결되고,
    상기 제1,2,3,4선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고,
    상기 제4링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고,
    상기 제4유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고
    상기 제1,2,3링기어 중 하나는 보조동력장치에 연결되어 있고 다른 두개는 각각 브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 모터/제너레이터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터가 연결된 링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는 상기 제1,2,3링기어 중 적어도 하나의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 유압모터/펌프인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  13. 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서,
    엔진으로부터 토크를 전달받는 입력축;
    동력전달장치의 토크를 출력하는 출력기어;
    변속기 케이스;
    제1선기어, 제1유성 캐리어, 제1링기어를 그 작동부재로 포함하는 제1유성기어세트;
    제2선기어, 제2유성 캐리어, 제2링기어를 그 작동부재로 포함하는 제2유성기어세트; 그리고
    상기 동력전달장치에 동력을 전달하거나, 상기 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 에너지를 저장하는 보조동력장치;
    를 포함하되,
    상기 제1유성 캐리어는 상기 제2링기어에 고정 연결되고,
    상기 제1,2선기어는 상기 입력축에 각각 고정 연결되어 있고,
    상기 제2링기어는 상기 출력기어에 고정 연결되어 있고,
    상기 제2유성 캐리어는 후진브레이크를 개재하여 상기 변속기 케이스에 가변 연결되고, 그리고
    상기 보조동력장치는 상기 제1링기어에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1링기어와 상기 변속기 케이스 사이에는 제1브레이크가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 모터/제너레이터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1링기어의 외주면에는 기어치가 형성되어 있으며, 상기 기어치는 구동기어와 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 모터/제너레이터는 상기 제1링기어의 외면에 설치된 아마추어와 상기 아마추어 주위에 설치된 계자 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 입력축의 역회전을 방지하는 역회전 방지 기구가 상기 입력축에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 보조동력장치는 유압모터/펌프인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
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