KR101744836B1 - 하이브리드 자동차의 변속장치 - Google Patents

하이브리드 자동차의 변속장치 Download PDF

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최금림
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현대자동차 주식회사
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Abstract

하이브리드 자동차의 변속장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 변속장치는 입력축, 출력축, 제1 유성기어세트, 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하면서 4개의 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트, 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 변속기 하우징에 직접 연결되는 제1축; 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제2축; 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 제2축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 입력축에 직접 연결되는 제3축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제4축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 연결되는 회전요소를 제외한 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제3축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제5축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축에 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 출력축에 연결되는 제6축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축 및 제6축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제2축에 선택적으로 연결되는 제7축; 상기 제4축에 연결되는 제1 모터/제너레이터; 상기 제6축에 연결되는 제2 모터/제너레이터; 및 상기 선택적으로 연결되는 부분에 배치되는 제어요소를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 변속장치{TRANSMISSION OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차의 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레펠레티어 유성기어세트에 2개의 모터/제너레이터를 조합하여 전진 6속 및 후진 1속의 변속단을 구현하는 하이브리드 자동차의 변속장치에 관한 것이다.
자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라 각 자동차 메이커들은 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
또한, 하이브리드 자동차에는 자동 변속기가 적용되며, 상기 자동 변속기는 상기 모터/제너레이터의 동력을 활용하기 위하여 엔진 클러치가 적용되고, 기계식 오일펌프 이외에 전동식 오일펌프가 적용되는 등 일부분의 구성을 달리할 뿐 일반 자동 변속기 부품과 공용화되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 기존 레펠레티어 유성기어세트에 엔진 클러치와 2개의 모터/제너레이터를 적용하여 전진 6속과 후진 1속의 변속단을 구현할 수 있는 하이브리드 자동차의 변속장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진의 회전동력을 전달받는 입력축; 변속된 회전동력을 출력하는 출력축; 3개의 회전요소를 보유하는 유성기어세트로 이루어지는 제1 유성기어세트; 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하면서 4개의 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트; 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 변속기 하우징에 직접 연결되는 제1축; 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제2축; 상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 제2축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 입력축에 직접 연결되는 제3축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제4축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 연결되는 회전요소를 제외한 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제3축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제5축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축에 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 출력축에 연결되는 제6축; 상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축 및 제6축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제2축에 선택적으로 연결되는 제7축; 상기 제4축에 연결되는 제1 모터/제너레이터; 상기 제6축에 연결되는 제2 모터/제너레이터; 및 상기 선택적으로 연결되는 부분에 배치되는 제어요소를 포함하는 하이브리드 자동차의 변속장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제4축은 상기 제2축과 변속기 하우징에 각각 제어요소를 통하여 선택적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어, 제1 유성 캐리어, 제1 링기어를 보유하며, 상기 제2 유성기어세트는 래비뉴 타입 유성기어세트로서, 롱 피니언과 외접으로 치합되는 제2 선기어와, 상기 롱 피니언과 함께, 상기 롱 피니언과 외접으로 치합되는 숏 피니언을 회전 지지하는 제2 유성 캐리어와, 상기 숏 피니언과 외접으로 치합되는 제3 선기어, 상기 롱 피니언과 내접으로 치합되는 제2 링기어를 보유할 수 있다.
또한, 상기 제1 선기어는 제1축에 연결되고, 상기 제1 유성 캐리어는 제2축에 연결되고, 상기 제1 링기어는 제3축에 연결되고, 상기 제2 선기어는 제4축에 연결되고, 상기 제2 유성 캐리어는 제5축에 연결되고, 상기 제2 링기어는 제6축에 연결되고, 상기 제3 선기어는 제7축에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어요소는 상기 제2축과 제7축 사이에 배치되는 제1 클러치; 상기 제2축과 제4축 사이에 배치되는 제2 클러치; 상기 제3축과 제5축 사이에 배치되는 제3 클러치; 상기 제4축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크; 및 상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 클러치는 노말 클로즈 타입으로 작동될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 기존 레펠레티어 유성기어세트에 엔진 클러치와 2개의 모터/제너레이터를 추가 구성하여 하이브리드 자동차의 변속장치로 사용할 수 있도록 함으로써, 기존 토크 컨버터를 생략하고, 기존 6속 자동 변속기의 구조를 거의 동일하여 생산원가를 크게 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 낮은 부하에서 파워 스플릿 모드 주행으로 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 제어요소를 작동하면 제1 모터/제너레이터의 개입 없이 큰 토크를 전달할 수 있으므로, 기존 파워 스플릿 변속장치에 비하여 전기 구동력의 의존도를 줄일 수 있어 제1, 제2 모터/제너레이터의 용량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 엔진 클러치로 이용되는 제3 클러치를 노말 클로즈 타입으로 적용함으로써, 일반적인 파워 스플릿 주행 시, 제어요소를 사용하지 않아도 되므로 변속장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 제어요소 일부를 생략하고, 제1 모터/제너레이터로 역할을 담당하게 하여 변속기 전장을 줄임으로써, 탑재성을 높일 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치에 적용되는 제어요소의 각 변속단별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 변속장치는 레펠레티어(Lepelletier) 유성기어세트에 엔진 클러치(C3)와 2개의 모터/제너레이터(MG1)(MG2)를 포함하여 이루어진다.
상기 레펠레티어 유성기어세트는 단순 유성기어세트로 이루어지는 제1 유성기어세트(PG1)과, 래비뉴(Ravigneaux) 타입 유성기어세트로 이루어지는 제2 유성기어세트(PG2)를 조합하여 전진 6속 및 후진 1속을 구현할 수 있는 공지의 변속장치이다.
상기와 같이 레펠레티어 유성기어세트를 이용한 본 발명의 제1 실시예에 따른 변속장치는 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)는 동일 축선상에 배치되며, 입력축(IS), 출력축(OS), 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 각 회전요소를 연결하는 7개의 축(TM1 ~ TM7), 제어요소인 3개의 클러치(C1)(C2)(C3), 2개의 브레이크(B1)(B2), 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2), 및 변속기 하우징(H)을 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 입력축(IS)으로부터 입력되는 엔진으로부터의 회전동력이 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 상호 보완작동에 의해 전진 6속 및 후진 1속으로 변속되어 출력축(OS)을 통해 출력된다.
상기 입력축(IS)은 입력부재로서, 엔진의 크랭크 샤프트로부터의 회전동력이 직접 입력될 수 있다.
상기 출력축(OS)은 출력부재로서, 상기 입력축(IS)과 동일 축선상으로 배치되어 변속된 구동력을 도시하지 않은 차동장치를 통해 구동축으로 전달할 수 있다.
상기 제1 유성기어세트(PG1)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)와 외접으로 치합되는 제1 피니언 기어(P1)를 회전 지지하는 제1 유성 캐리어(PC1)와, 상기 제1 피니언 기어(P1)와 내접으로 치합되는 제1 링기어(R1)를 포함한다.
상기 제2 유성기어세트(PG2)는 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유함으로써, 롱 피니언(P2)과 외접으로 치합되는 제2 선기어(S2)와, 상기 롱 피니언(P2)과 외접으로 치합되는 숏 피니언(P3)을 회전 지지하는 제2 유성 캐리어(PC2)와, 상기 롱 피니언(P2)과 내접으로 치합되는 제2 링기어(R2), 상기 숏 피니언(P3)과 외접으로 치합되는 제3 선기어(S3)를 포함한다.
상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)를 구성하는 각 회전요소에 직접 연결되어 7개의 축(TM1 ~ TM7)을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
단, 상기 7개의 축(TM1 ~ TM7)은 상기 제1, 제2 유성기어세트(PG1)(PG2)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 직접 연결하거나, 선택적으로 연결하기 위해 연결된 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 변속기 하우징(H)에 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.
상기 제1축(TM1)은 제1 선기어(S1)에 연결되며, 상기 변속기 하우징(H)에 직접 연결된다.
상기 제2축(TM2)은 제1 유성 캐리어(PC1)에 연결된다.
상기 제3축(TM3)은 제1 링기어(R1)에 연결되며, 상기 입력축(IS)에 직접 연결된다.
상기 제4축(TM4)은 제2 선기어(S2)에 연결되며, 상기 제2축(TM2)에 선택적으로 연결되고, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.
상기 제5축(TM5)은 제2 유성 캐리어(PC2)에 연결되며, 상기 제3축(TM3) 선택적으로 연결되고, 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결된다.
상기 제6축(TM6)은 제2 링기어(R2)에 연결되며, 상기 출력축(OS)에 직접 연결된다.
상기 제7축(TM7)은 제3 선기어(S3)에 연결되며, 상기 제2축(TM2)에 선택적으로 연결된다.
그리고 상기 7개의 축(TM1 ~ TM7) 중에서, 상기 입력축(IS)과 출력축(OS)을 포함하여 축끼리 상호 선택적으로 연결되는 부분에는 3개의 클러치(C1)(C2)(C3)가 배치된다.
또한, 상기 7개의 축(TM1 ~ TM7) 중에서, 축과 변속기 하우징(H)이 선택적으로 연결되는 부분에는 2개의 브레이크(B1)(B2)가 배치된다.
즉, 상기 3개의 클러치(C1 ~ C3)와 2개의 브레이크(B1,B2)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.
상기 제1 클러치(C1)는 제2축(TM2)과 제7축(TM7) 사이에 배치되어 제2축(TM2)과 제7축(TM7)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제2 클러치(C2)는 제2축(TM2)과 제4축(TM4) 사이에 배치되어 제2축(TM2)과 제4축(TM4)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.
상기 제3 클러치(C3)는 제3축(TM3)과 제5축(TM5) 사이에 배치되어 제3축(TM3)과 제5축(TM5)을 선택적으로 연결하여 동력 전달되도록 한다.
상기 제1 브레이크(B1)는 제4축(TM4)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제4축(TM4)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.
상기 제2 브레이크(B2)는 제5축(TM5)과 변속기 하우징(H) 사이에 배치되어 제5축(TM5)을 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하여 고정한다.
상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)로 이루어지는 각 제어요소는 유압에 의하여 마찰 결합되는 유압식 마찰결합유닛으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2)는 노말 오픈(Normal Open)형으로 이루어질 있으며, 제3 클러치(C3)는 엔진 클러치로 작동됨으로써, 노말 클로즈(Normal Close)형으로 이루어질 수 있다.
상기에서 제3 클러치(C3)를 노말 클로즈(Normal Close)형으로 형성한 것은 클러치가 체결에 따른 유압 손실을 최소화하기 위함이다.
상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(M2)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터를 포함하여 이루어지며, 상기 로터는 상기 7개의 축(TM ~ TM7) 중, 어느 하나의 축에 각각 직접 연결되어 모터의 구동력을 축으로 전달하거나, 축으로부터 전달되는 회전동력에 의하여 발전기로 작동된다.
이러한 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2) 중에 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)가 제4축(TM4)에 직접 연결되며, 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)가 제6축(TM6)에 직접 연결된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치에 적용되는 제어요소의 각 변속단별 작동표로서, 패러럴(Parallel) 주행 시의 작동표이다.
즉, 일반적인 자동 변속기의 전진 6속 후진 1속 변속단을 가지고 주행하는 것과 동일하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변속장치는 각 변속단에서, 제어요소인 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)와 제1, 제2 브레이크(B1)(B2) 중, 2개의 제어요소가 작동하면서 변속이 이루어지는데, 보다 구체적으로 변속과정을 살펴보면 다음과 같다.
전진 1속 변속단(D1)에서는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)으로 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제7축(TM7)으로 입력되고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제5축(TM5)이 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 1속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
전진 2속 변속단(D2)에서는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)으로 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제7축(TM7)으로 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동으로 제4축(TM4)이 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 2속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
전진 3속 변속단(D3)에서는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)으로 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제7축(TM7)과 제4축(TM4)으로 입력되면 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 3속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
전진 4속 변속단(D4)에서는 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)으로 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제1 클러치(C1)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제7축(TM7)으로 입력되고, 제3축{TM3, 입력축(IS)}의 회전동력이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제5축(TM5)으로 입력되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 4속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
전진 5속 변속단(D5)에서는 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)으로 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제4축(TM4)으로 입력되고, 제3축{TM3, 입력축(IS)}의 회전동력이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제5축(TM5)으로 입력되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 5속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
전진 6속 변속단(D6)에서는 제3 클러치(C3)와 제1 브레이크(B1)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)의 작동에 관계없이 제3축{TM3, 입력축(IS)}의 회전동력이 제3 클러치(C3)의 작동에 의하여 제5축(TM5)으로 입력되고, 제1 브레이크(B1)의 작동에 의하여 제4축(TM4)이 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 전진 6속으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
후진 변속단(REV)에서는 제2 클러치(C2)와 제2 브레이크(B2)가 동시에 작동된다.
이에 따라 제1 유성기어세트(PG1)에서는 엔진의 회전동력이 제3축(TM3)으로 입력되는 상태에서 제1축(TM1)이 고정요소로 작동하기 때문에 감속되어 제2축(TM2)를 출력된다.
그러면 제2 유성기어세트(PG2)에서는 제2 클러치(C2)의 작동으로 제2축(TM2)의 회전동력이 제4축(TM4)으로 입력되고, 제2 브레이크(B2)의 작동으로 제5축(TM5)이 고정요소로 작동되면서 각 축의 상호 보완작동에 의하여 후진으로 변속되어 출력축(OS)과 연결된 제6축(TM6)을 통해 출력된다.
그리고 상기 패러럴 주행이 아닌 파워 스플릿(Power Split) 주행 시에는 제3 클러치(C3)를 작동 제어하면, 엔진은 제2 유성기어세트(PG2)의 제5축{TM5, 제2 유성 캐리어(PC2)}와 연결된다.
이에 따라 제4축{TM4, 제2 선기어(S2)}에 제1 모터/제너레이터(MG1), 제5축{TM5, 제2 유성 캐리어(PC2)}에 엔진, 제6축{TM6, 제2 링기어(R2)}에 제2 모터/제너레이터(MG2)를 연결하는 일반적인 파워 스플릿과 동일해지므로 최적 운전점 제어 등의 이점을 가져 연비를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 실시 예에서는 제4축{TM4, 제2 선기어(S2)}을 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)을 이용하여 제1 유성기어세트(PG1)의 제2축{TM2, 제1 유성 캐리어(S1)}과 변속기 하우징(H)에 선택적으로 연결하고 있으나, 제2 실시 예에서는 상기 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)을 생략하고 제4축{TM4, 제2 선기어(S2)}을 제1 모터/제너레이터(MG1)에만 연결하고 있다.
이에 따라 본 발명의 제2 실시 예에 따른 변속장치는 상기 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)의 생략으로 변속기 전장을 줄일 수 있으며, 상기 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)의 역할은 제1 모터/제너레이터(NG1)가 대신할 수 있도록 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 기존 레펠레티어 유성기어세트에 엔진 클러치와 2개의 모터/제너레이터를 추가 구성하여 하이브리드 자동차의 변속장치로 사용할 수 있도록 한 것이다.
이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 기존 토크 컨버터를 생략하고, 기존 6속 자동 변속기의 구조를 거의 동일하게 사용함으로써, 생산원가를 크게 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 낮은 부하에서 파워 스플릿 모드 주행으로 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 제어요소를 작동하면 제1 모터/제너레이터의 개입 없이 큰 토크를 전달할 수 있으므로, 기존 파워 스플릿 변속장치에 비하여 전기 구동력의 의존도를 줄일 수 있어 제1, 제2 모터/제너레이터의 용량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 엔진 클러치로 이용되는 제3 클러치를 노말 클로즈 타입으로 적용함으로써, 일반적인 파워 스플릿 주행 시, 제어요소를 사용하지 않아도 되므로 변속장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 변속장치는 제어요소 일부를 생략하고, 제1 모터/제너레이터로 역할을 담당하게 하여 변속기 전장을 줄임으로써, 탑재성을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
B1, B2... 제1, 제2 브레이크
C1, C2, C3... 제1, 제2, 제3 클러치
IS... 입력축
MG1, MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
OS... 출력축
PG1, PG2... 제1, 제2 유성기어세트
TM1 ~ TM7... 제1 ~ 제7축

Claims (12)

  1. 엔진의 회전동력을 전달받는 입력축;
    변속된 회전동력을 출력하는 출력축;
    3개의 회전요소를 보유하는 유성기어세트로 이루어지는 제1 유성기어세트;
    싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하면서 4개의 회전요소를 보유하는 제2 유성기어세트;
    상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 변속기 하우징에 직접 연결되는 제1축;
    상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제2축;
    상기 제1 유성기어세트의 3개의 회전요소 중, 상기 제1축과 제2축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 입력축에 직접 연결되는 제3축;
    상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되는 제4축;
    상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 연결되는 회전요소를 제외한 3개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제3축과 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 제5축;
    상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축에 연결되는 회전요소를 제외한 2개의 회전요소 중, 하나의 회전요소에 연결되어 상기 출력축에 연결되는 제6축;
    상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 상기 제4축과 제5축 및 제6축에 연결되는 회전요소를 제외한 나머지 하나의 회전요소에 연결되어 상기 제2축에 선택적으로 연결되는 제7축;
    상기 제4축에 연결되는 제1 모터/제너레이터;
    상기 제6축에 연결되는 제2 모터/제너레이터; 및
    상기 선택적으로 연결되는 부분에 배치되는 제어요소를 포함하는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4축은
    상기 제2축과 변속기 하우징에 각각 제어요소를 통하여 선택적으로 연결되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 선기어, 제1 유성 캐리어, 제1 링기어를 보유하며,
    상기 제2 유성기어세트는 래비뉴 타입 유성기어세트로서, 롱 피니언과 외접으로 치합되는 제2 선기어와, 상기 롱 피니언과 함께, 상기 롱 피니언과 외접으로 치합되는 숏 피니언을 회전 지지하는 제2 유성 캐리어와, 상기 숏 피니언과 외접으로 치합되는 제3 선기어, 상기 롱 피니언과 내접으로 치합되는 제2 링기어를 보유하는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 선기어는 제1축에 연결되고,
    상기 제1 유성 캐리어는 제2축에 연결되고,
    상기 제1 링기어는 제3축에 연결되고,
    상기 제2 선기어는 제4축에 연결되고,
    상기 제2 유성 캐리어는 제5축에 연결되고,
    상기 제2 링기어는 제6축에 연결되고,
    상기 제3 선기어는 제7축에 연결되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어요소는
    상기 제2축과 제7축 사이에 배치되는 제1 클러치;
    상기 제2축과 제4축 사이에 배치되는 제2 클러치;
    상기 제3축과 제5축 사이에 배치되는 제3 클러치;
    상기 제4축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제1 브레이크; 및
    상기 제5축과 변속기 하우징 사이에 배치되는 제2 브레이크를 포함하는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 클러치는
    노말 클로즈 타입으로 작동되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  7. 엔진의 회전동력을 전달받는 입력축;
    변속된 회전동력을 출력하는 출력축;
    제1 선기어, 제1 유성 캐리어, 제1 링기어를 보유하는 제1 유성기어세트;
    싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트를 조합하되, 링기어와 유성 캐리어를 공유하면서 제2 선기어, 제2 유성 캐리어, 제2 링기어, 제3 선기어를 보유하는 제2 유성기어세트; 및
    상기 제2 유성기어세트의 4개의 회전요소 중, 선택된 하나씩의 회전요소에 각각 연결되는 제1, 제2 모터/제너레이터를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1 선기어는 변속기 하우징에 연결되고,
    상기 제1 링기어는 상기 입력축에 연결되고,
    상기 제2 선기어는 제1 모터/제너레이터와 연결되고,
    상기 제2 유성 캐리어는 상기 제1 링기어와 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되고,
    상기 제2 링기어는 상기 제2 모터/제너레이터와 연결됨과 동시에, 상기 출력축에 연결되고,
    상기 제3 선기어는 상기 제1 유성 캐리어에 선택적으로 연결되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 선기어는 상기 제1 유성 캐리어와 변속기 하우징에 각각 선택적으로 연결되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제2 유성기어세트는
    래비뉴 타입 유성기어세트로서, 제2 선기어가 롱 피니언과 외접으로 치합되고, 상기 제3 선기어가 상기 롱 피니언과 외접으로 치합되는 숏 피니언과 외접으로 치합되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1, 제2 유성기어세트는
    상기 제1 유성 캐리어와 제3 선기어가 제1 클러치에 의하여 선택적으로 연결되고,
    상기 제1 유성 캐리어와 제2 선기어가 제2 클러치에 의하여 선택적으로 연결되고,
    상기 제1 링기어와 제2 유성 캐리어가 제3 클러치에 의하여 선택적으로 연결되고,
    상기 제2 선기어와 변속기 하우징과 제1 브레이크에 의하여 선택적으로 연결되고,
    상기 제2 유성 캐리어와 변속기 하우징과 제2 브레이크에 의하여 선택적으로 연결되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 클러치는
    노말 클로즈 타입으로 작동되는 하이브리드 자동차의 변속장치.
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