KR101925223B1 - 하이브리드 변속기 - Google Patents

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KR101925223B1
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KR
South Korea
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differential
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planetary gear
gear set
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KR1020170179215A
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김태준
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현대 파워텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 변속기가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 하이브리드 변속기는, 엔진; 상기 엔진과 제 1 디퍼렌셜에 연결되어 있는 제 1 모터; 상기 유성기어세트의 선기어에 연결되어 있는 제 2 모터 및 상기 제 1 모터와 유성기어세트의 링기어에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜로 이루어져 있어 구동 모터 및 엔진의 동력을 반대편 모터의 제어로 발전 또는 증속이 가능한 구조이며, 단순한 구조로 동력 손실을 저감시키고, 생산 비용 및 부품 비용을 절감시키는 효과를 제공할 수 있다.

Description

하이브리드 변속기 {HYBRID TRANSMISSION}
본 발명은 하이브리드 변속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두개의 입력단을 연결하는 디퍼렌셜 기어를 사용하여 동력 손실을 방지할 수 있는 하이브리드 변속기에 관한 것이다.
자동차에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 친환경 자동차가 제공되고 있다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 조화롭게 동작시켜 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.
일반적으로, 하이브리드 자동차는 배터리의 전력을 인버터에서 변환하여 모터에 인가함으로 모터를 작동시킨다. 이때, 모터는 높은 회전수를 가지고 회전하여 동력을 프로펠러 샤프트 또는 구동축 등에 전달한다.
한편, 자동 변속기는 엔진의 동력을 주행부하에 적합하도록 변화시키기 위하여 다양한 형태의 구조가 시도되어 왔으나, 대체로 유성기어를 포함한 기어열과, 이 기어열을 조작하는 유압제어장치를 포함하는 구성으로 일반화되어 있다.
상기 기어열은 유압제어장치에 의해 조작되는 클러치나 브레이크 등의 마찰요소의 작동 조합에 의해 특정의 변속단을 형성하도록 되어 있어서, 차량의 주행상태 및 운전자의 조작에 의해 상기 유압제어장치를 자동적으로 조작하면, 원하는 변속단으로의 변속이 이루어지도록 되어 있다.
일반적으로, 전기자동차(Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 이러한 전기자동차는 배터리의 전력을 인버터에서 변환하여 모터에 인가함으로 모터를 작동시킨다. 이때, 모터는 높은 회전수를 가지고 회전하고, 감속기는 모터에 연결되어 모터의 높은 회전수를 차량 주행에 적당한 속도로 감속하여 프로펠러 샤프트 또는 구동축 등에 전달한다.
도 1은 종래의 전형적인 외접기어 타입의 감속기로서, 입력축(500)과 디퍼렌셜(502) 사이에 외접기어(504)를 구비하여, 상기 외접기어(504)의 잇수에 따라 결정되는 변화할 수 없는 1개의 감속비를 구현하도록 되어 있다.
도 2는 종래의 전형적인 유성기어타입 감속기로서, 우측의 제1유성기어세트(506)와 제2유성기어세트(508)는 입력축(500)으로부터의 동력을 제3유성기어세트(510)로 감속하여 공급하는 감속기의 역할을 수행하며, 좌측의 상기 제3유성기어세트(510)는 양쪽 차륜으로 동력을 배분하는 디퍼렌셜의 기능을 수행하는데, 상기 감속기의 역할을 수행하는 상기 제1유성기어세트(506)와 제2유성기어세트(508)는 고정된 연결구조에 의해 변화할 수 없는 1개의 감속비로 동력을 감속하여 상기 제3유성기어세트(510)로 공급하도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 종래의 감속기들은 감속비가 고정된 1개로 정해져 있어서, 전기차량의 구동력과 연비를 동시에 만족시키기에 어려움이 있다. 구체적으로, 구동력 증대를 위해 감속기가 큰 감속비를 구현하도록 구성한다면, 전기차량의 연비가 악화되며, 반대로 작은 감속비를 구현하도록 구성한다면, 상대적으로 연비에는 유리하지만 구동력이 저하되고, 전기차량의 적절한 수준의 구동력 확보를 위해서는 상기 감속기로 동력을 공급하는 모터의 용량이 커져야 하는 어려움이 있다.
즉, 이러한 종래의 감속기는 전달효율 손실이 많이 발생하여 연비 향상에 한계가 있으며, 엔진 운전점의 최적화가 어렵다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2012-0119344 호
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 두개의 입력단을 연결하는 디퍼렌셜 기어를 사용하여 입력측 모터와 엔진으로 구동력을 만들고 추가된 모터로 기어비 조정 및 충전이 가능하여 동력 전달효율 및 제조 원가를 절감할 수 있는 하이브리드 변속기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진; 상기 엔진과 제 1 디퍼렌셜에 연결되어 있는 제 1 모터; 상기 유성기어세트의 선기어에 연결되어 있는 제 2 모터 및 상기 제 1 모터와 유성기어세트의 링기어에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜로 이루어질 수 있다.
상기 하이브리드 변속기의 엔진 클러치는 엔진과 제 1 모터를 연결할 수 있다.
상기 유성기어세트의 캐리어는 브레이크에 연결될 수 있다.
상기 제 1 디퍼렌셜은 감소 기어(RED.GEAR)에 연결될 수 있다.
상기 하이브리드 변속기의 제 2 디퍼렌셜은 감소 기어에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 1 모터; 상기 제 1 모터와 하기 유성기어세트의 링기어 사이에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜 및 상기 유성기어세트의 선기어에 연결되어 있는 제 2 모터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 하이브리드 변속기는 디퍼렌셜 기어와 두개의 모터를 통해서 하이브리드용 무단 변속기 기능을 하고, 구동 모터 및 엔진의 동력을 반대편 모터의 제어로 발전 또는 증속이 가능한 구조이며, 단순한 구조로 동력 손실을 저감시키고, 생산 비용 및 부품 비용을 절감시키는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 전형적인 외접기어 타입 감속기의 모식도이다.
도 2는 종래의 전형적인 유성기어타입 감속기의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 하이브리드 변속기의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 변속기의 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 하이브리드 변속기의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 변속기는 엔진, 상기 엔진과 디퍼렌셜(21)에 연결되어 있는 제 1 모터(M1), 상기 유성기어세트(10)의 선기어(S)에 연결되어 있는 제 2 모터(M2), 상기 제 1 모터(M1)와 유성기어세트(10)의 링기어(R)에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜(21)로 이루어져 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 하이브리드 변속기의 엔진 클러치는 엔진과 제 1 모터(M1)를 연결하고, 상기 유성기어세트(10)의 캐리어(C)는 브레이크에 연결되어 있다.
또한, 상기 제 1 디퍼렌셜(21)은 감소 기어(RED.GEAR)에 연결되어 있되, 상기 감소 기어는 하이브리드 변속기의 제 2 디퍼렌셜(22)이 연결되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 하이브리드 변속기는 상기 제 1 모터(M1)와 하기 유성기어세트(10)의 링기어(R) 사이에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜(21) 및 상기 유성기어세트(10)의 선기어(S)에 연결되어 있는 제 2 모터(M2)로 이루어져 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따른 하이브리드 변속기의 작동 관계를 기술하면, 먼저 제 1 모터(M1)가 작동하여 동력을 전달하는 경우에, 상기 제 1 모터(M1)는 디퍼렌셜(21)에 연결되어 있어, 동력이 디퍼렌셜(21)로 전달된다.
이때, 상기 하이브리드 변속기의 엔진 클러치는 엔진과 제 1 모터(M1)를 연결하고 있어 엔진 클러치에 의해 엔진 동력이 디퍼렌셜(21)로 전달될 수 있다.
또한, 제 2 모터(M2)가 작동하여 동력을 전달하는 경우에, 제 2 모터(M2)는 유성기어세트(10)의 선기어(S)에 연결되어 있고, 상기 유성기어세트(10)의 캐리어(C)는 브레이크에 연결되어 있으며, 유성기어세트(10)의 링기어(R)는 제 1 디퍼렌셜(21)에 연결되어 있어 동력이 제 1 디퍼렌셜(21)로 전달된다.
이와 같이, 제 1 디퍼렌셜(21)로 전달된 동력은 감소 기어로 전달되며, 전달된 동력은 제 2 디퍼렌셜(22)로 전달되어 출력된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 변속기의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 제1 모터(M1), 상기 유성기어세트(10)의 선기어(S)에 연결되어 있는 제 2 모터(M2), 상기 제 1 모터(M1)와 유성기어세트(10)의 링기어(R)에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜(21)로 이루어져 있다.
도 4는 전기차용 변속기로서 엔진과 엔진 클러치를 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 변속기는 디퍼렌셜 기어와 두개의 모터를 통해서 하이브리드용 무단 변속기 기능을 하고, 구동 모터 및 엔진의 동력을 반대편 모터의 제어로 발전 또는 증속이 가능한 구조이며, 단순한 구조로 동력 손실을 저감시키고, 생산 비용 및 부품 비용을 절감시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
10: 유성기어세트 21: 제 1 디퍼렌셜
22: 제 2 디퍼렌셜 M1: 제 1 모터
M2: 제 2 모터 S: 선기어
C: 캐리어 R: 링기어

Claims (6)

  1. 엔진;
    상기 엔진과 제 1 디퍼렌셜에 연결되어 있는 제 1 모터;
    유성기어세트의 선기어에 연결되어 있는 제 2 모터; 및
    상기 제 1 모터와 유성기어세트의 링기어에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜;
    로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 변속기의 엔진 클러치는 엔진과 제 1 모터를 연결하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유성기어세트의 캐리어는 브레이크에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 디퍼렌셜은 감속 기어에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 변속기의 제 2 디퍼렌셜은 감속 기어에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  6. 제 1 모터
    상기 제 1 모터와 하기 유성기어세트의 링기어 사이에 연결되어 있는 제 1 디퍼렌셜; 및
    상기 유성기어세트의 선기어에 연결되어 있는 제 2 모터;
    로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
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