KR101886109B1 - 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조 - Google Patents

Abstract

케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 두 개의 모터를 내장하고 있는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조가 개시된다. 개시된 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조는 케이스의 상부 측에 오일이 공급되게 구비되는 복수의 오일통로와, 오일통로로부터 각각 분기되어 오일통로로 공급되는 오일을 두 개의 모터로 자유 낙하시키도록 형성되는 복수의 오일 배출구를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조 {MOTOR COOLING STRUCTURE OF HYBRID DRIVING SYSTEM}

본 발명의 실시 예는 친환경 차량용 하이브리드 구동시스템구동모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로, 친환경 차량으로 불리는 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 자동차를 말하는데, 대부분의 경우 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과, 전기로 구동되는 모터/제너레이터로 구성된 하이브리드 구동 시스템을 구비하고 있다.

하이브리드 구동 시스템은 차량이 가속을 할 때, 모터/제너레이터를 이용하여 동력을 보조하고, 자동 변속 제어를 통한 엔진의 최적 운전을 수행함으로써, 기존의 가솔린 엔진과 자동변속기를 탑재한 차량에 비하여 우수한 연비를 얻을 수 있다. 이러한 하이브리드 구동 시스템은 엔진과 함께, 모터/제너레이터를 내장하는 변속기가 적용된다.

상기와 같은 하이브리드 구동 시스템은 프론트 커버, 기어 케이스, 모터 케이스, 리어 커버의 순으로 조립된 변속기 케이스를 구성하며, 프론트 커버와 기어 케이스 사이의 내부에는 변속에 필요한 기어 트레인이 내장되고, 모터 케이스와 리어 커버 사이의 내부에는 동력원인 모터/제너레이터가 내장된다.

한편, 하이브리드 구동 시스템은 두 개의 모터(제네레이터, 구동모터)를 채용하고 있는데, 구현 모드에 따라 두 모터의 위치 레이아웃을 다르게 구성할 수 있다.

하이브리드 구동 시스템에서 두 개의 모터는 구동 중 발열원으로 작용하는데, 열에 의한 모터의 손상 및 효율저하를 막고 지속적으로 안정된 모터의 작동성을 확보하기 위해서는 필수적으로 모터의 냉각이 이루어져야 한다.

통상적으로 하이브리드 구동 시스템에서의 모터 냉각 방식은 두 개의 모터가 변속기 케이스를 공유하기 때문에, 변속기 오일(ATF)을 이용하는 유냉 방식을 적용하고 있다.

하이브리드 구동 시스템에서의 모터 유냉 구조는 오일펌프로부터 공급받은 오일을 쿨러를 통해 냉각하며, 오일을 모터로 흘려 보내고, 그 모터의 코일부로 오일을 비산하며, 모터의 구동 시 코일부에 흐르는 전류에 의한 발열을 억제한다.

하지만, 하이브리드 구동 시스템에서 두 개 모터의 냉각 효율을 높이기 위해서는 오일펌프의 용량 및 오일 통로를 통한 오일의 공급 유량/유압을 증대시킬 필요가 있는데, 이는 오일 공급 유압의 유로 손실 등이 커지게 되어 요구 유압 성능에 따른 손실이 발생하는 등 유압 효율의 저하를 야기할 수 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 예들은 두 개의 모터를 효율적으로 냉각할 수 있고, 모터를 냉각하기 위한 오일의 공급경로를 단축하며, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 줄일 수 있도록 한 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 예시적인 실시 예들은 케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 두 개의 모터를 내장하고 있는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 제공하되, 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조는 상기 케이스의 상부 측에 오일이 공급되게 구비되는 복수의 오일통로와, 상기 오일통로로부터 각각 분기되어 상기 오일통로로 공급되는 오일을 상기 두 개의 모터로 자유 낙하시키도록 형성되는 복수의 오일 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 있어서, 상기 오일 배출구는 상기 오일통로로부터 하향 경사지게 분기되어 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 있어서, 상기 두 개의 모터는 상하 높이 차를 두고 하향 경사지게 배치되며, 상기 오일통로는 상기 케이스의 상부 측에 구비된 오일 공급 파이프에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 있어서, 상기 두 개의 모터는 상하 높이 차를 두고 수직 방향으로 배치되며, 상기 오일통로는 상기 케이스의 상부 측에 구비된 오일 공급 파이프에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 있어서, 상기 복수의 오일 배출구는 상기 오일 공급 파이프에 상기 오일통로부터 하향 경사지게 분기되어 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 있어서, 상기 케이스에는 상기 오일 배출구를 통해 배출되는 오일을 상측 모터 측에서 하측 모터의 상부 및 하부 측으로 각각 유도하는 제1 및 제2 안내 가이더가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 배치된 두 개의 모터에 케이스의 상부 측에서 오일을 자유낙하로 직접 공급하여 모터를 냉각함으로써 모터의 냉각 효율을 높일 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 케이스의 상부 측에서 하부 측으로 흘러내리는 오일의 흐름을 형성하며, 케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 배치된 두 개의 모터를 냉각할 수 있으므로, 모터를 냉각하기 위한 오일의 공급경로를 단축하며, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 전체 하이브리드 구동 시스템의 유압 효율을 향상시킴으로써 차량의 연비 증대에 기여할 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.

이 도면들은 본 발명의 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 적용되는 오일 공급 파이프를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 의한 오일 공급 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조에 의한 작용 효과를 설명하기 위한 비교 예를 도시한 도면이다.

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.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 냉각구조(100)는 하이브리드 차량(예를 들면, HEV 또는 PHEV)에 채용되는 하이브리드 구동 시스템에 적용될 수 있다. 상기 하이브리드 구동 시스템은 엔진과 함께, 모터/제너레이터를 내장하는 변속기가 적용된다.

여기서, 상기 하이브리드 구동 시스템은 두 개의 모터/제너레이터(이하에서는 편의 상 "모터"라 한다)를 포함하고 있다. 예를 들면 상기 모터(1, 2)는 영구자석형 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM) 또는 계자권선형 동기모터(Wound Rotor Synchronous Motor: WRSM)를 포함할 수 있다.

이러한 모터(1, 2)는 케이스(10)의 내부에 설치되며, 자속을 발생시키는 고정자(3)와, 고정자(3)와 일정 공극을 두고 배치되며 구동축으로서의 회전 샤프트(5)를 중심으로 회전하는 회전자(7)를 포함하고 있다. 더 나아가 상기 모터(1, 2)는 고정자(3)의 내측에 회전자(7)를 배치한 내전형 타입의 동기모터에 적용될 수 있다. 그리고 상기 고정자(3)는 복수 개로 분할된 분할 코어를 가지면서 각각의 분할 코어에 고정자 코일이 권선된 집중권 분할 코어 타입으로 구성될 수 있다.

상기에서 케이스(10)는 프론트 커버, 기어 케이스, 모터 케이스 및 리어 커버의 순으로 조립되어 구성된다. 상기 프론트 커버와 기어 케이스 사이의 내부에는 변속에 필요한 모터 구동기어, 디프렌셜 구동기어 및 베어링 등을 포함하는 기어 트레인(GT)이 내장되고, 모터 케이스와 리어 커버의 내부에는 동력원인 두 개의 모터(1, 2)가 내장된다.

상기한 두 개의 모터(1, 2)는 예를 들어, 케이스(10)의 내부에 상하 높이 차를 두고 설치되는데, 동축으로 배열되지 않고, 각각의 회전 샤프트(5)를 통해 상하 방향으로 배치된다.

이러한 모터(1, 2)는 발열원으로 작용하며, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조(100)는 변속기 오일(ATF)을 이용하는 유냉 방식으로서 두 개의 모터(1, 2)를 직접 냉각하기 위한 것이다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 냉각구조(100)는 두 개의 모터(1, 2)를 냉각하기 위한 오일의 공급경로를 단축하며, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 줄일 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이브리드 구동 시스템의 냉각구조(100)는 기본적으로, 복수의 오일통로(31)와 오일 배출구(51)를 포함하는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 두 개의 모터(1, 2)는 케이스(10)의 내부에서 상하 높이 차를 두고 하향 경사지게 비스듬히 배치된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 오일통로(31)들은 오일펌프와 밸브 바디를 포함하는 유압장치를 통해 오일을 공급받는 것으로, 케이스(10)의 상부 측에 구비된다. 상기 오일통로(31)는 두 개의 모터(1, 2) 중 상측에 위치하는 모터(1)와 대응하도록 케이스(10)의 상부 측에 구비된다.

이러한 오일통로(31)들은 케이스(10)의 내부(케이스의 내부 공간이 아닌 그 케이스 자체의 내부)에 통로로서 형성되고 그 통로를 통하여 폭 방향으로 연결되며, 유압장치로부터 오일을 공급받을 수도 있는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 오일통로(31)는 도 2에서와 같이 케이스(10)의 상부 측에 고정된 별도의 오일 공급 파이프(41)에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 오일 배출구(51)들은 오일 공급 파이프(41)에 오일통로(31)부터 하향 경사지게 비스듬히 분기되며, 그 오일통로(31)로 공급되는 오일을 두 개의 모터(1, 2)로 자유 낙하시키도록 형성된다. 즉, 상기 각각의 오일 배출구(51)는 이를 통하여 자유 낙하하는 오일이 두 개의 모터(1, 2)로 공급되도록 위치가 선정된다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서 상기 케이스(10)에는 제1 및 제2 안내 가이더(71, 81)가 설치된다. 상기 제1 안내 가이더(71)는 상측 모터(1)와 하측 모터(2) 사이의 일측 외곽에서 케이스(10)의 상부 측 내벽에 일체로 형성된다. 이러한 제1 안내 가이더(71)는 오일 배출구(51)를 통해 배출되는 오일을 상측 모터(1) 측에서 하측 모터(2)의 상부 측으로 유도하는 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 제2 안내 가이더(71)는 상측 모터(1)와 하측 모터(2) 사이의 다른 일측 외곽에서 케이스(10)의 하부 측 내벽에 일체로 형성된다. 이러한 제2 안내 가이더(81)는 오일 배출구(51)를 통해 배출되는 오일을 상측 모터(1) 측에서 하측 모터(2)의 하부 측으로 유도하는 기능을 하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조(100)에 의한 오일 공급 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 유압장치에 의해 오일을 오일 공급 파이프(41)의 오일통로(31)로 공급한다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 오일 공급 파이프(41)에 형성된 복수의 오일 배출구(51)들을 통하여 오일을 상측 모터(1)의 상부 측으로 비산시킨다.

이에 상기 오일은 상측 모터(1)의 상부 측에서 그대로 자유 낙하하면서 하측 모터(2) 측으로 흘러내리는데, 제1 안내 가이더(71)를 통하여 상측 모터(1) 측에서 하측 모터(2)의 상부 측으로 유도되며, 제2 안내 가이더(81)를 통하여 상측 모터(1) 측에서 하측 모터(2)의 하부 측으로 유도된다.

상기와 같이 상측 모터(1) 측에서 하측 모터(2) 측으로 자유 낙하하며 흘러내린 오일은 케이스(10)의 하부에 설정된 레벨로 저장되면서 하측 모터(2)에 의해 오일의 흐름을 형성하게 된다. 그리고 상기 케이스(10)의 하부에 저장된 오일은 유압장치에 의해 다시 오일 공급 파이프(41)의 오일통로(31)로 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 오일 공급 파이프(41)의 오일통로(31)로 공급되는 오일을 그 오일 공급 파이프(41)의 오일 배출구(51)들을 통해 케이스(10)의 상부 측에서 두 개의 모터(1, 2)로 자유 낙하시키며 그 모터(1, 2)를 직접적으로 냉각하게 된다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 케이스(10)의 내부에 상하 높이 차를 두고 배치된 두 개의 모터(1, 2)에 그 케이스(10)의 상부 측에서 오일을 자유낙하로 직접 공급하여 모터(1, 2)를 냉각함으로써 모터(1, 2)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 케이스(10)의 상부 측에서 하부 측으로 흘러내리는 오일의 흐름을 형성하며, 그 케이스(10)의 내부에 상하 높이 차를 두고 배치된 두 개의 모터(1, 2)를 냉각할 수 있으므로, 모터(1, 2)를 냉각하기 위한 오일의 공급경로를 단축하며, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 전체 하이브리드 구동 시스템의 유압 효율을 향상시킴으로써 차량의 연비 증대에 기여할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조(200)는 두 개의 모터(1, 2)가 케이스(10)의 내부에 수직 방향으로 배치되고, 오일을 케이스(10)의 상부 측에서 두 개의 모터(1, 2)에 자유 낙하로 공급할 수 있는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 두 개의 모터(1, 2)는 동축으로 배열되지 않고, 각각의 회전 샤프트(5)를 통해 상하 높이 차를 두고 상하 방향으로 배치되는 바, 상측 모터(1)의 직 하방에 하측 모터(2)가 배치된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 오일 공급 파이프(41)의 오일통로(31)로 공급되는 오일을 그 오일 공급 파이프(41)의 오일 배출구(51)들을 통해 케이스(10)의 상부 측에서 두 개의 모터(1, 2)로 자유 낙하시키며 모터(1, 2)를 직접적으로 냉각할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예들에서는 상술한 바와 같이 케이스(10)의 상부 측에서 하부 측으로 흘러내리는 오일의 흐름을 형성하며, 그 케이스(10)의 내부에 상하 높이 차를 두고 배치된 두 개의 모터(1, 2)를 냉각함에 따라, 오일의 공급경로를 단축하며, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 줄일 수 있다.

그러나, 도 5에서와 같은 비교 예에서는 케이스(110)의 내부에 두 개의 모터(1, 2)를 동축 상에 배치하고, 케이스(110)의 상부 측에서 두 개의 모터(1, 2)를 가로지르는 오일통로(131)를 형성할 수도 있다.

이와 같은 비교 예에서는 본 발명의 실시 예들과 달리, 동축으로 배열된 두 개의 모터(1, 2)를 냉각하기 위해 그 모터(1, 2)를 가로지르는 오일통로(131)를 통해 오일을 모터(1, 2)로 공급해야 하므로, 오일펌프의 용량 및 오일의 공급 유량/유압을 증대시킬 필요가 있다. 따라서, 비교 예에서는 본 발명의 실시 예와 달리, 오일 공급 유압의 유로 손실 등이 커지게 되어 요구 유압 성능에 따른 손실이 발생하는 등 유압 효율의 저하를 야기할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1, 2... 모터 3... 고정자
5... 회전 샤프트 7... 회전자
10... 케이스 31... 오일통로
41... 오일 공급 파이프 51... 오일 배출구
71... 제1 안내 가이더 81... 제2 안내 가이더
GT... 기어 트레인

Claims (6)

1. 케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 두 개의 모터를 내장하고 있는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조로서,
   상기 케이스의 상부 측에 오일이 공급되게 구비되는 복수의 오일통로; 및
   상기 오일통로로부터 각각 분기되어 상기 오일통로로 공급되는 오일을 상기 두 개의 모터로 자유 낙하시키도록 형성되는 복수의 오일 배출구;를 포함하고,
   상기 두 개의 모터는 상하 높이 차를 두고 하향 경사지게 배치되며, 상기 오일통로는 상기 케이스의 상부 측에 구비된 오일 공급 파이프에 형성되고,
   상기 케이스에는 상기 오일 배출구를 통해 배출되는 오일을 상측 모터 측에서 하측 모터의 상부 및 하부 측으로 각각 유도하는 제1 및 제2 안내 가이더가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 오일 배출구는 상기 오일통로로부터 하향 경사지게 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조.
3. 삭제
4. 케이스의 내부에 상하 높이 차를 두고 두 개의 모터를 내장하고 있는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조로서,
   상기 케이스의 상부 측에 오일이 공급되게 구비되는 복수의 오일통로; 및
   상기 오일통로로부터 각각 분기되어 상기 오일통로로 공급되는 오일을 상기 두 개의 모터로 자유 낙하시키도록 형성되는 복수의 오일 배출구;를 포함하고,
   상기 두 개의 모터는 상하 높이 차를 두고 수직 방향으로 배치되며, 상기 오일통로는 상기 케이스의 상부 측에 구비된 오일 공급 파이프에 형성되고,
   상기 케이스에는 상기 오일 배출구를 통해 배출되는 오일을 상측 모터 측에서 하측 모터의 상부 및 하부 측으로 각각 유도하는 제1 및 제2 안내 가이더가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조.
5. 제1 항 또는 제4 항에 있어서,
   상기 복수의 오일 배출구는,
   상기 오일 공급 파이프에 상기 오일통로부터 하향 경사지게 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 시스템의 모터 냉각구조.
6. 삭제

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