KR101693937B1 - 차량의 하이브리드 변속기 - Google Patents

차량의 하이브리드 변속기 Download PDF

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Abstract

복수의 구동기어가 구비되고, 엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축; 각각 상기 변속기 입력축에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축 및 제2변속기 출력축; 회전축이 상기 변속기 입력축과 동심축을 이루도록 배치된 모터; 상기 모터의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축에 동심축으로 배치된 제1샤프트; 상기 제1샤프트에 구비된 제1모터구동기어 및 제2모터구동기어; 상기 제1모터구동기어에 치합되도록 제1변속기 출력축과 제2변속기 출력축에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어; 상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치; 상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치; 상기 모터의 동력을 전달받도록 형성된 제1샤프트와 평행하게 배치된 제2샤프트; 상기 제2모터구동기어에 치합되도록 제2샤프트에 구비된 EV3피동기어; 상기 EV3피동기어를 상기 제2샤프트에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치; 상기 변속기 입력축을 엔진 출력축에 의해 엔진에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치; 및 상기 엔진 출력축에 구비된 엔진구동기어;를 포함하는 차량의 하이브리드 변속기가 소개된다.

Description

차량의 하이브리드 변속기{HYBRID TRANSMISSION FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 하이브리드 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 다양한 주행모드를 구현할 수 있도록 하며, 변속감을 향상시킬 수 있도록 하는 변속기의 구조에 관한 기술이다.
AMT(AUTOMATED MANUAL TRANSMISSION)는 종래 자동변속기와 같이 운전자의 개입 없이 차량의 주행상태에 따라 자동적으로 변속이 이루어지도록 하는 편리함과, 종래 수동변속기가 가지고 있는 높은 동력전달 효율을 모두 구현할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래 수동변속기 메커니즘을 기본으로 하고 있는 AMT는 변속시 필연적으로 이전 변속단을 해제하고 다음 변속단으로 변속하는 동안 구동륜으로 전달되는 동력이 차단되는 과정이 수반되어, 변속충격이 발생하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020140083689 A
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 변속과정 중 구동륜으로의 동력이 완전히 차단되는 것을 방지하여 변속감을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러, 간단한 구성으로 다양한 주행모드의 구현이 가능하여 차량의 주행 상황에 맞는 효율적인 주행으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 변속기는 복수의 구동기어가 구비되고, 엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축; 각각 상기 변속기 입력축에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축 및 제2변속기 출력축; 회전축이 상기 변속기 입력축과 동심축을 이루도록 배치된 모터; 상기 모터의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축에 동심축으로 배치된 제1샤프트; 상기 제1샤프트에 구비된 제1모터구동기어 및 제2모터구동기어; 상기 제1모터구동기어에 치합되도록 제1변속기 출력축과 제2변속기 출력축에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어; 상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치; 상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치; 상기 모터의 동력을 전달받도록 형성된 제1샤프트와 평행하게 배치된 제2샤프트; 상기 제2모터구동기어에 치합되도록 제2샤프트에 구비된 EV3피동기어; 상기 EV3피동기어를 상기 제2샤프트에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치; 상기 변속기 입력축을 엔진 출력축에 의해 엔진에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치; 및 상기 엔진 출력축에 구비된 엔진구동기어;를 포함한다.
상기 제1샤프트는 중공축으로 형성되고, 상기 제1모터구동기어와 제2모터구동기어는 각각 모터의 양측에 배치될 수 있다.
상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제1변속기 출력축의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수 변속단이 형성되고, 상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제2변속기 출력축의 피동기어 사이에는 짝수 변속단이 형성될 수 있다.
상기 제2샤프트에는 제3출력기어가 마련되고, 제3출력기어는 상기 엔진 출력축에 마련된 엔진구동기어와 치합될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 차량의 하이브리드 변속기는 복수의 구동기어가 구비되고, 엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축; 각각 상기 변속기 입력축에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축 및 제2변속기 출력축; 회전축이 상기 변속기 입력축과 동심축을 이루도록 배치된 모터; 상기 모터의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축에 동심축으로 배치된 모터 샤프트; 상기 모터 샤프트에 구비된 모터구동기어; 상기 구동기어에 치합되도록 제1변속기 출력축과 제2변속기 출력축에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어; 상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치; 상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치; 엔진 출력축에 마련되어 모터구동기어와 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치; 및 상기 변속기 입력축을 엔진 출력축에 의해 엔진에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치;를 포함한다.
상기 모터 샤프트는 중공축으로 형성되어, 엔진 출력축에 관통될 수 있다.
상기 변속기 입력축은 중공축으로 형성되어, 엔진 출력축에 관통될 수 있다.
상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제1변속기 출력축의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수 변속단이 형성되고, 상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제2변속기 출력축의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 짝수 변속단이 형성될 수 있다.
상기 엔진 출력축은 상기 클러치에 관통될 수 있다.
본 발명의 차량의 하이브리드 변속기는 변속과정 중 구동축으로의 동력이 완전히 차단되는 것을 방지하여 변속감을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러, 간단한 구성으로 다양한 주행모드의 구현이 가능하여 차량의 주행 상황에 맞는 효율적인 주행으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 변속기가 매우 간단하고 컴팩트한 구조를 가질 수 있으며, 모터가 변속기 내에 위치하여 모터에 의한 빠른 오일 온도 상승으로 저온시 변속기 유온을 정상화하는 데에 유리하다.
도 1 내지 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 하이브리드 변속기의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 변속기의 구조의 제1실시예를 도시한 도면.
도 4는 도 1의 변속기가 EV모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 5는 도 1의 변속기가 EV모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 6은 도 1의 변속기가 HEV1모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 7은 도 1의 변속기가 HEV1모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 8은 도 1의 변속기가 HEV2모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 9는 도 1의 변속기가 HEV2모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 10은 도 1의 변속기가 HEV3모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 11은 도 1의 변속기가 HEV3모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 12와 도 13은 도 1의 변속기가 아이들 충전 중 빠른 발진을 수행하는 것을 설명한 도면.
도 14와 도 15는 빠른 시동 응답성을 구현하는 것을 설명한 도면.
도 16은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 하이브리드 변속기에 대하여 살펴본다.
도 1 내지 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 하이브리드 변속기의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 변속기의 구조의 제1실시예를 도시한 도면이다. 본 발명에서는 도 1 내지 2와 같이 일반적인 주행에서는 모터(M)와 엔진(E)을 분리하여 주행하고(HEV1), 아이들 차지가 필요한 Low SOC에서는 모터(M)와 엔진(E)을 연결하여(HEV2) 모터(M)로 충전을 실시한다. 또한, 본 제안은 특히 도 2에서처럼 모터(M)를 엔진(E)과 직결할 수 있기 때문에, 변속기를 구동축(DS)에 연결하고, 발진시 클러치(CL)를 슬립하면되므로, 빠른 발진이 가능하도록 구성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 하이브리드 변속기는 복수의 구동기어가 구비되고, 엔진(E)으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축(TIN); 각각 상기 변속기 입력축(TIN)에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축(TOUT1) 및 제2변속기 출력축(TOUT2); 회전축이 상기 변속기 입력축(TIN)과 동심축을 이루도록 배치된 모터(M); 상기 모터(M)의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축(TIN)에 동심축으로 배치된 제1샤프트(MS1); 상기 제1샤프트(MS1)에 구비된 제1모터구동기어(MD1) 및 제2모터구동기어(MD2); 상기 제1모터구동기어(MD1)에 치합되도록 제1변속기 출력축(TOUT1)과 제2변속기 출력축(TOUT2)에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어(EV2P); 상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치; 상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치; 상기 모터(M)의 동력을 전달받도록 형성된 제1샤프트(MS1)와 평행하게 배치된 제2샤프트(MS2); 상기 제2모터구동기어(MD2)에 치합되도록 제2샤프트(MS2)에 구비된 EV3피동기어; 상기 EV3피동기어를 상기 제2샤프트(MS2)에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치; 상기 변속기 입력축(TIN)을 엔진 출력축(EOUT)에 의해 엔진(E)에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치(CL); 및 상기 엔진 출력축(EOUT)에 구비된 엔진구동기어(ED);를 포함한다.
즉, 본 발명은 엔진(E)의 동력을 전달받는 상기 변속기 입력축(TIN)과 모터(M)의 동력을 전달받는 제1샤프트(MS1)가 각각 독립적이면서도 동심축을 이루어 배치되며, 이들 변속기 입력축(TIN) 및 제1샤프트(MS1)에 평행한 제1변속기 출력축(TOUT1), 제2변속기 출력축(TOUT2) 및 제2샤프트(MS2)를 구비하고, 상기 엔진(E) 또는 모터(M)로부터 동력을 변속하여 전달받을 수 있는 복수의 피동기어와 동기장치들을 구비한 구성이다.
도 3의 제1실시예에서는 상기 제1샤프트(MS1)는 중공축으로 형성되고, 상기 제1모터구동기어(MD1)와 제2모터구동기어(MD2)는 각각 모터(M)의 양측에 배치되어 모터(M)가 제1모터구동기어(MD1)와 제2모터구동기어(MD2) 사이에 개재된다.
따라서, 매우 간단하고 콤팩트한 구조를 가질 수 있으며, 모터(M)가 변속기 내에 위치하여 모터(M)에 의한 빠른 오일 온도 상승으로 저온 시 변속기 유온을 정상화하는데 유리하다.
상기 변속기 입력축(TIN)의 구동기어와 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수 변속단이 형성되고, 상기 변속기 입력축(TIN)의 구동기어와 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)의 피동기어 사이에는 짝수 변속단이 형성된다.
본 실시예에서, 상기 변속기 입력축(TIN)에는 제1구동기어(D1), 제2구동기어(D2) 및 제3구동기어(D3)가 구비되고, 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에는 상기 제1구동기어(D1)에 치합되어 1단 변속단을 형성하는 1단 피동기어(P1) 상기 제2구동기어(D2)에 치합되어 3단 변속단을 형성하는 3단 피동기어(P3) 및 상기 제3구동기어(D3)에 치합되어 5단 변속단을 형성하는 5단 피동기어(P5)가 구비되고, 아울러 상기 1단 피동기어(P1) 또는 3단 피동기어(P3)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단 시키는 1단3단 동기장치(1&3S)와 상기 5단 피동기어(P5)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단시키는 5단 동기장치(5S)가 구비되어 있다. 또한, 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)의 EV1 피동기어(EV1P)는 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)와 치합되어 EV모드 1단 상태를 구현하도록 마련되며, 아울러 EV1 피동기어(EV1P)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단시키는 EV1 동기장치(EV1S)가 마련된다.
상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에는 상기 제1구동기어(D1)에 치합되어 2단 변속단을 형성하는 2단 피동기어(P2), 상기 제2구동기어(D2)에 치합되어 4단 변속단을 형성하는 4단 피동기어(P4) 및 상기 제3구동기어(D3)와 치합되어 6단 변속단을 형성하는 6단 피동기어(P6)가 구비되고, 아울러 상기 2단 피동기어(P2)와 4단 피동기어(P4)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 2단4단 동기장치(2&4S)와 상기 6단 피동기어(P6)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 6단 동기장치(6S)가 구비되어 있다. 또한, 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)의 EV2 피동기어(EV2P)는 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)와 치합되어 EV모드 2단 상태를 구현하도록 마련되며, 아울러 EV2 피동기어(EV2P)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 EV2 동기장치(EV2S)가 마련된다.
더불어, 제2샤프트(MS2)에는 상기 제1샤프트(MS1)의 제2모터구동기어(MD2)와 치합되는 EV3 피동기어(EV3P)가 마련되고, EV3 피동기어(EV3P)를 상기 제2샤프트(MS2)에 연결 및 차단시키는 EV3 동기장치(EV3S)가 마련된다.
상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에는 제1출력기어(OG1)가 구비되고, 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에는 제2출력기어(OG2)가 구비되어 구동축(DS)에 동력을 전달하게 된다. 또한, 상기 제2샤프트(MS2)에는 제3출력기어(OG3)가 구비되어 제3출력기어(OG3)는 상기 엔진 출력축(EOUT)에 마련된 엔진구동기어(ED)와 치합되어 모터(M)의 구동력을 엔진 출력축(EOUT)에 전달하도록 구성된다.
이하, 도 4 내지 13을 참고하여 본 발명의 제1실시예의 작용을 살펴본다.
도 4는 도 1의 변속기가 EV모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, EV1 피동기어(EV1P)가 EV1 동기장치(EV1S)와 결합되어 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결된다. 따라서, 모터(M)가 구동되면 제1샤프트(MS1)가 회전하고, 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)가 회전함으로써 제1변속기 출력축(TOUT1)이 EV1 피동기어(EV1P)에 의해 회전되어 제1출력기어(OG1)가 회전함으로써 모터(M)의 동력이 구동축(DS)으로 전달되는 것이다.
도 5는 도 1의 변속기가 EV모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, EV2 피동기어(EV2P)가 EV2 동기장치(EV2S)와 결합되어 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결된다. 따라서, 모터(M)가 구동되면 제1샤프트(MS1)가 회전하고, 제1샤프트(MS1)의 제2모터구동기어(MD2)가 회전함으로써 제2변속기 출력축(TOUT2)이 EV2 피동기어(EV2P)에 의해 회전되어 제2출력기어(OG2)가 회전함으로써 모터(M)의 동력이 구동축(DS)으로 전달되는 것이다.
도 6은 도 1의 변속기가 HEV1모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 모터(M)와 엔진(E)의 구동력을 모두 사용하는 것을 도시하였다. 먼저, 모터(M)에서 발생한 동력이 전달되는 경로를 살펴보면, 제1변속기 출력축(TOUT1)의 EV1 피동기어(EV1P)는 EV1 동기장치(EV1S)에 의해 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결된다. 따라서, 모터(M)가 구동되면, 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)에 의해 EV1 피동기어(EV1P)가 회전되어 제1변속기 출력축(TOUT1)의 제1출력기어(OG1)를 통해 구동축(DS)으로 모터(M)의 동력이 전달되게 된다. 또한, 엔진(E)의 구동력은 클러치(CL)가 결합된 상태이므로, 엔진 출력축(EOUT)에 의해 변속기 입력축(TIN)으로 유입된다. 제1변속기 출력축(TOUT1)의 1단 피동기어(P1)가 1단3단 동기장치(1&3S)에 의해 제1변속기 출력축(TOUT1)과 연결된 상태이므로 엔진(E)의 구동력도 제1변속기 출력축(TOUT1)의 제2출력기어(OG2)에 의해 구동축(DS)으로 전달되게 된다. 따라서, 모터(M)의 구동력과 엔진(E)의 구동력이 구동축(DS)으로 동시에 전달되게 되는 것이다.
도 7은 도 1의 변속기가 HEV1모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 도 6의 상태와 비교할 때, 제1변속기 출력축(TOUT1)의 1단3단 동기장치(1&3S)가 해제되고, 제2변속기 출력축(TOUT2)의 2단4단 동기장치(2&4S)가 연결되어 2단 피동기어(P2)가 제2변속기 출력축(TOUT2)과 연결된 상태이다. 따라서, 엔진(E)의 구동력은 변속기 입력축(TIN)을 통해 제1구동기어(D1)를 통해 제2변속기 출력축(TOUT2)을 따라 구동축(DS)으로 인출되게 된다. 모터(M)의 구동력의 흐름은 도 6과 동일하다.
상기한 도 6의 HEV1모드 1속에서 2속으로의 변속하는 과정에서 상기 클러치(CL)를 해제한 후, 상기 1단3단 동기장치(1&3S)를 해제하고 2단4단 동기장치(2&4S)를 체결한 후 다시 상기 클러치(CL)를 체결하여 엔진(E)의 동력이 구동축(DS)으로 전달될 수 있게 될 때까지, 상기 모터(M)로부터의 동력이 계속해서 EV1 피동기어(EV1P)와 EV1 동기장치(EV1S)를 통해 제공되므로, 변속 시 동력이 완전히 차단되는 종래의 AMT의 문제가 해결되고, 변속감을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
물론, 나머지 HEV1모드 3속 내지 6속도, 상기와 같이 EV1 동기장치(EV1S)가 EV1 피동기어(EV1P)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결한 상태에서, 상기 1단3단 동기장치(1&3S), 2단4단 동기장치(2&4S), 5단 동기장치(5S) 및 6단 동기장치(6S)로 3단 피동기어(P3), 4단 피동기어(P4), 5단 피동기어(P5) 및 6단 피동기어(P6)를 각각 제1변속기 출력축(TOUT1) 혹은 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결시켜 구현하게 된다.
도 8은 도 1의 변속기가 HEV2모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 도 6과 비교하였을 때, 엔진(E)에서 공급되는 구동력은 동일한 흐름으로 구동축(DS)으로 전달된다. 반면, 모터(M)에서 공급되는 구동력의 흐름을 살펴보면, 먼저, 제2변속기 출력축(TOUT2)의 EV2 피동기어(EV2P)는 EV2 동기장치(EV2S)에 의해 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결된다. 따라서, 모터(M)가 구동되면, 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)에 의해 EV2 피동기어(EV2P)가 회전되어 제2변속기 출력축(TOUT2)의 제2출력기어(OG2)를 통해 구동축(DS)으로 모터(M)의 동력이 전달되게 된다.
또한, 도 9는 도 1의 변속기가 HEV2모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 도 8의 모터(M)에서 공급되는 구동력의 흐름이 동일하게 구동축(DS)으로 전달되고, 도 7의 엔진(E)에서 공급되는 구동력의 흐름과 동일하게 구동축(DS)으로 전달되게 된다. HEV2모드의 나머지 3속 내지 6속 역시 모터(M)의 EV2 동기장치(EV2S)가 EV2 피동기어(EV2P)에 연결된 상태에서 엔진(E)에서 공급되는 구동력이 각각 3속 내지 6속을 구현할 수 있는 동기장치와 피동기어들에 의해 구현되어 모터(M)의 구동력과 엔진(E)의 구동력이 합쳐져서 구동축(DS)으로 전달되는 것이다.
이외에, 본 발명은 HEV3모드를 구현할 수 있는 바, 도 10은 도 1의 변속기가 HEV3모드 1속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 엔진(E)으로부터 공급되는 구동력의 흐름은 상기한 도 6에 도시한 것과 동일한 경로를 거쳐 구동축(DS)으로 전달된다. 또한, 모터(M)에서 공급되는 동력의 흐름을 살펴보면, 제2샤프트(MS2)의 EV3 피동기어(EV3P)는 EV3 동기장치(EV3S)에 의해 제2샤프트(MS2)에 연결된다. 따라서, 모터(M)에서 공급되는 동력은 제1샤프트(MS1)의 제2모터구동기어(MD2)를 통해 EV3 피동기어(EV3P)를 구동하여 제2샤프트(MS2)의 제3출력기어(OG3)를 통해 엔진 출력축(EOUT)의 엔진구동기어(ED)를 통해 엔진 출력축(EOUT)의 동력과 합쳐지게 되어 엔진 출력축(EOUT)의 동력이 변속기 입력축(TIN)으로 전달되어 구동축(DS)으로 전달되게 되는 것이다 .
도 11은 도 1의 변속기가 HEV3모드 2속을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 엔진(E)에서 공급되는 구동력은 도 7에 도시한 것과 동일하고, 모터(M)에서 공급되는 구동력은 도 10에 도시한 것과 동일하게 전달되어 엔진 출력축(EOUT)에 모터(M)의 구동력이 합쳐져서 구동축(DS)으로 전달되는 것이다.
HEV3모드의 3속 내지 6속 역시 모터(M)의 동력은 상기한 바와 동일하게 엔진 출력축(EOUT)으로 전달되고, 모터(M)의 EV3 동기장치(EV3S)가 EV3 피동기어(EV3P)에 연결된 상태에서 엔진(E)에서 공급되는 구동력이 각각 3속 내지 6속을 구현할 수 있는 동기장치와 피동기어들에 의해 구현되어 모터(M)의 구동력과 엔진(E)의 구동력이 합쳐져서 구동축(DS)으로 전달되는 것이다.
도 12와 도 13은 도 1의 변속기가 아이들 충전 중 빠른 발진을 수행하는 것을 설명한 도면으로서, 도 12와 같이 정차된 상태에서 제1변속기 출력축(TOUT1)의 1단3단 동기장치(1&3S)가 1단 피동기어(P1)에 결합되어 1단 피동기어(P1)를 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결한 상태로 유지한다. 또한, 제2샤프트(MS2)의 EV3 동기장치(EV3S)가 EV3 피동기어(EV3P)를 제2샤프트(MS2)에 연결한다. 그 상태로 엔진(E)에서 공급되는 구동력은 엔진 출력축(EOUT)의 엔진구동기어(ED)를 통해 제3샤프트의 제3출력기어(OG3)를 구동하여 제1샤프트(MS1)의 제2구동기어(D2)를 통해 모터(M)로 전달되어, 모터(M)가 주행 시와는 반대로 회전하여 배터리를 충전하게 되는 것이다.
따라서, 발진 시에는 클러치(CL)가 접합되어 엔진(E)의 동력이 변속기 입력축(TIN)과 제1변속기 출력축(TOUT1)을 통해 구동축(DS)으로 전달되게 되고, 모터(M)의 동력 역시 제2샤프트(MS2)의 제3출력기어(OG3)를 통해 엔진 출력축(EOUT)의 엔진출력기어에 전달된다. 즉, 아이들 차지 중 발진을 하게 되면, 도 10의 HEV3 1속과 같은 상태로 구동력이 전달되어 하이브리드 모드로 신속한 발진을 수행할 수 있게 되는 것이다.
도 14와 도 15는 빠른 시동 응답성을 구현하는 것을 설명한 도면으로서, 시동을 위해 먼저, 1단 피동기어(P1)를 1단3단 동기장치(1&3S)에 의해 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결한다 .또한, 클러치(CL) 역시 접합한다. EV1 동기장치(EV1S)가 EV1 피동기어(EV1P)와 결합되어 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결된다. 따라서, 모터(M)가 구동되면, 모터(M)에서 공급되는 동력은 제1샤프트(MS1)의 제1모터구동기어(MD1)에 의해 EV1 피동기어(EV1P)를 구동하여 제1변속기 출력축(TOUT1)을 회전시켜 구동축(DS)으로 구동력을 계속해서 전달하게 된다. 또한, 이 때 시동을 위해서 클러치(CL)를 슬립시키면 클러치(CL)가 접합되어 모터(M)의 구동력이 엔진출력축을 따라 엔진(E)으로 공급된다. 그 후, 엔진(E)이 구동되면, 1단 피동기어(P1)가 접합되어 있으므로, 제1변속기 출력축(TOUT1)을 통해 구동축(DS)으로 구동력이 전달되고, 모터(M)의 구동력은 계속해서 제1변속기 출력축(TOUT1)을 통해 구동축(DS)으로 전달되게 된다.
도 16은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면으로서, 제1실시예와 제2실시예는 상세한 구성의 배치는 다르게 되어 있으나, 동력의 흐름이 같기 때문에 동일한 발명이라 할 수 있어 실시예로 포함하였다. 따라서, 제1실시예와 제2실시예는 구성의 차이는 있으나 동일한 발명임을 밝힌다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르면, 차량의 하이브리드 변속기는 복수의 구동기어가 구비되고, 엔진(E)으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축(TIN); 각각 상기 변속기 입력축(TIN)에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축(TOUT1) 및 제2변속기 출력축(TOUT2); 회전축이 상기 변속기 입력축(TIN)과 동심축을 이루도록 배치된 모터(M); 상기 모터(M)의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축(TIN)에 동심축으로 배치된 모터 샤프트(MS); 상기 모터 샤프트(MS)에 구비된 모터구동기어(MD); 상기 구동기어에 치합되도록 제1변속기 출력축(TOUT1)과 제2변속기 출력축(TOUT2)에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어(EV2P); 상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치; 상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치; 엔진 출력축(EOUT)에 마련되어 모터구동기어(MD)와 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치; 및 상기 변속기 입력축(TIN)을 엔진 출력축(EOUT)에 의해 엔진(E)에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치(CL);를 포함한다.
즉, 본 발명은 엔진(E)의 동력을 전달받는 상기 변속기 입력축(TIN)과 모터(M)의 동력을 전달받는 모터 샤프트(MS)이 엔진 출력축(EOUT)과 각각 동심축을 이루어 배치되고, 이들 변속기 입력축(TIN)과 모터 샤프트(MS)에 평행한 제1변속기 출력축(TOUT1)과 제2변속기 출력축(TOUT2)을 구비하고, 상기 엔진(E) 또는 모터(M)로부터 동력을 변속하여 전달받을 수 있는 다수의 피동기어와 동기장치들을 구비한 구성이다.
도 16의 제2실시예는 상기 모터 샤프트(MS)는 중공축으로 형성되어, 엔진 출력축(EOUT)에 관통되고, 상기 변속기 입력축(TIN) 또한 중공축으로 형성되어, 엔진 출력축(EOUT)에 관통되며 상기 클러치(CL)는 엔진(E)의 출력축과 변속기 입력축(TIN)의 사이에 마련되되, 변속기 입력축(TIN)에 엔진 출력축(EOUT)이 관통된다.
상기 변속기 입력축(TIN)의 구동기어와 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수 변속단이 형성되고, 상기 변속기 입력축(TIN)의 구동기어와 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 짝수 변속단이 형성된다.
본 실시예에서, 상기 변속기 입력축(TIN)에는 제1구동기어(D1), 제2구동기어(D2) 및 제3구동기어(D3)가 구비되고, 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에는 상기 제1구동기어(D1)에 치합되어 1단 변속단을 형성하는 1단 피동기어(P1), 상기 제2구동기어(D2)에 치합되어 3단 변속단을 형성하는 3단 피동기어(P3) 및 상기 제3구동기어(D3)에 치합되어 5단 변속단을 형성하는 5단 피동기어(P5)가 구비된다. 아울러, 상기 1단 피동기어(P1) 또는 3단 피동기어(P3)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단시키는 1단3단 동기장치(1&3S)와 상기 5단 피동기어(P5)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단시키는 5단 동기장치(5S)가 구비된다. 또한, 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)의 EV1 피동기어(EV1P)는 모터 샤프트(MS)의 모터구동기어(MD)와 치합되어 EV모드 1단 상태를 구현하도록 마련되며, 아울러 EV1 피동기어(EV1P)를 상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에 연결 및 차단시키는 EV1 동기장치(EV1S)가 마련된다.
상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에는 상기 제1구동기어(D1)에 치합되어 2단 변속단을 형성하는 2단 피동기어(P2), 상기 제2구동기어(D2)에 치합되어 4단 변속단을 형성하는 4단 피동기어(P4) 및 상기 제3구동기어(D3)에 치합되어 6단 변속단을 형성하는 6단 피동기어(P6)가 구비된다. 아울러, 상기 2단 피동기어(P2) 또는 4단 피동기어(P4)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 2단4단 동기장치(2&4S)와 상기 6단 피동기어(P6)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 6단 동기장치(6S)가 구비된다. 또한, 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)의 EV2 피동기어(EV2P)는 모터 샤프트(MS)의 모터구동기어(MD)와 치합되어 EV모드 2단 상태를 구현하도록 마련되며, 아울러 EV2 피동기어(EV2P)를 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에 연결 및 차단시키는 EV2 동기장치(EV2S)가 마련된다. 더불어, 상기 엔진 출력축(EOUT)에는 모터구동기어(MD)를 엔진출력축에 연결 및 차단시키는 EV3 동기장치(EV3S)가 구비된다.
상기 제1변속기 출력축(TOUT1)에는 제1출력기어(OG1)가 구비되어 구동축(DS)으로 동력이 전달되며, 상기 제2변속기 출력축(TOUT2)에는 제2출력기어(OG2)가 구비되어 구동축(DS)으로 동력이 전달되는 구조인 것이다.
따라서, 본 발명의 차량의 하이브리드 변속기는 변속과정 중 구동축으로의 동력이 완전히 차단되는 것을 방지하여 변속감을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러, 간단한 구성으로 다양한 주행모드의 구현이 가능하여 차량의 주행 상황에 맞는 효율적인 주행으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 변속기가 매우 간단하고 컴팩트한 구조를 가질 수 있으며, 모터가 변속기 내에 위치하여 모터에 의한 빠른 오일 온도 상승으로 저온시 변속기 유온을 정상화하는 데에 유리하다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1&3S : 1단3단 동기장치 2&4S : 2단4단 동기장치
5S : 5단 동기장치 6S : 6단 동기장치
CL : 클러치
D1 : 제1구동기어 D2 : 제2구동기어
D3 : 제3구동기어
DS : 구동축 E : 엔진
ED : 엔진구동기어 EOUT : 엔진 출력축
EV1P : EV1 피동기어 EV1S : EV1 동기장치
EV2P : EV2 피동기어 EV2S : EV2 동기장치
EV3P : EV3 피동기어 EV3S : EV3 동기장치
M : 모터 MD : 모터 구동기어
MD1 : 제1모터구동기어 MD2 : 제2모터구동기어
MS : 모터 샤프트
MS1 : 제1샤프트 MS2 : 제2샤프트
OG1 : 제1출력기어 OG2 : 제2출력기어
OG3 : 제3출력기어
P1 : 1단 피동기어 P2 : 2단 피동기어
P3 : 3단 피동기어 P4 : 4단 피동기어
P5 : 5단 피동기어 P6 : 6단 피동기어
TIN : 변속기 입력축
TOUT1 : 제1변속기 출력축 TOUT2 : 제2변속기 출력축

Claims (9)

  1. 복수의 구동기어가 구비되고, 엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 마련된 변속기 입력축;
    각각 상기 변속기 입력축에 평행하게 배치되고, 상기 복수의 구동기어에 각각 치합되어 복수의 변속단을 형성할 수 있도록 구성된 복수의 피동기어들과 동기장치들을 구비한 제1변속기 출력축 및 제2변속기 출력축;
    회전축이 상기 변속기 입력축과 동심축을 이루도록 배치된 모터;
    상기 모터의 동력을 직접 전달받도록 상기 변속기 입력축에 동심축으로 배치된 제1샤프트;
    상기 제1샤프트에 구비된 제1모터구동기어 및 제2모터구동기어;
    상기 제1모터구동기어에 치합되도록 제1변속기 출력축과 제2변속기 출력축에 각각 구비된 EV1피동기어 및 EV2 피동기어;
    상기 EV1피동기어를 상기 제1변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV1동기장치;
    상기 EV2피동기어를 상기 제2변속기 출력축에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV2동기장치;
    상기 모터의 동력을 전달받도록 형성된 제1샤프트와 평행하게 배치된 제2샤프트;
    상기 제2모터구동기어에 치합되도록 제2샤프트에 구비된 EV3피동기어;
    상기 EV3피동기어를 상기 제2샤프트에 회전구속 또는 해제시킬 수 있도록 설치된 EV3동기장치;
    상기 변속기 입력축을 엔진 출력축에 의해 엔진에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 클러치; 및
    상기 엔진 출력축에 구비된 엔진구동기어;를 포함하는 차량의 하이브리드 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1샤프트는 중공축으로 형성되고,
    상기 제1모터구동기어와 제2모터구동기어는 각각 모터의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제1변속기 출력축의 피동기어 사이에는 일련의 변속단들 중 홀수 변속단이 형성되고, 상기 변속기 입력축의 구동기어와 상기 제2변속기 출력축의 피동기어 사이에는 짝수 변속단이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2샤프트에는 제3출력기어가 마련되고, 제3출력기어는 상기 엔진 출력축에 마련된 엔진구동기어와 치합되는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 변속기.
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