KR20110052144A - 하이브리드 차량의 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드를 1개 이상 구현할 수 있고, EVT로 작용하여 하이브리드모드인 동력분기모드를 2개 이상 구현함으로써, 보다 효율적인 작동모드를 선택하여 차량이 구동되도록 할 수 있으며, 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
고정기어비, 복합분기, 연비, 유성기어

Description

하이브리드 차량의 변속기{Transmission for Hybrid Vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 개 이상의 EV모드와 두 개의 동력분기모드 및 다단의 고정기어비 변속단을 구비하는 하이브리드 차량의 변속기에 관한 기술이다.
엔진과 모터제너레이터 및 유성기어장치를 조합하여 구성된 하이브리드 변속기를 탑재한 하이브리드 차량은, 주로 출발 및 저속 구간에서 모터에 의해서만 구동하는 전기차 모드 주행을 하고, 이후 차량 속도가 증가하면 변속기를 EVT(Electrically Variable Transmission)로 작용하도록 하여 엔진의 동력과 모터의 동력을 보다 효율적으로 사용하도록 하는 동력분기모드로 주행하도록 할 수 있으며, 차량의 동력 성능을 보다 우수하게 하도록 하기 위하여 기존 변속기처럼 고정단 기어비를 사용하도록 할 수 있다. 이러한 개념을 기반으로 하는 시스템은 아이들 스탑 기능과 회생제동의 극대화 구현 및 차량의 연비, 동력성능을 개선하도록 하고 있다.
또한, 하이브리드 차량은 모터제너레이터만으로 구동되는 동안에는 엔진에 의한 배기가스가 발생할 여지가 없고 엔진을 최적의 연비점에서 구동할 수 있기 때 문에 연비 개선과 배기가스 저감의 장점을 가진 친환경적인 자동차 기술로 인정받고 있다.
상기와 같은 하이브리드 차량의 변속기는 보다 간단한 구성으로 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하여, 차량의 주행 상황에 따라 그 운전모드를 변경하도록 함으로써, 보다 효율적인 운행으로 차량의 연비를 개선하고, 가속성능을 향상시키는 등 차량 주행성능의 향상을 가져오도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드를 1개 이상 구현할 수 있고, EVT로 작용하여 하이브리드모드인 동력분기모드를 2개 이상 구현할 수 있으며, 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 하이브리드 차량의 변속기는
엔진에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고 이들 중 2개의 회전요소가 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 구비된 제1차동기어장치와;
출력요소에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고, 상기 회전요소들 중 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되고, 다른 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 다른 한 회전요소에 선택적으로 연결되는 제2차동기어장치와;
상기 제1차동기어장치의 회전요소들 중 상기 엔진에 연결되는 회전요소와 상기 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 된 회전요소들 이외의 한 회전요소에 상시 연결되는 제1모터제너레이터와;
상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 제1차동기어장치의 회전요소와 상시 연결되는 회전요소에 상시 연결되는 제2모터제너레이터와;
상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 출력요소 및 상기 제2모터제너레이터에 연결되지 않은 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제1고정메커니즘과;
상기 제2모터제너레이터가 상시 연결된 상기 제1차동기어장치의 회전요소 및 상기 제2차동기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제2고정메커니즘;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 변속기는
적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고 엔진이 연결되는 제1유성기어장치와;
상기 제1유성기어장치의 회전요소들에 각각 한 회전요소는 상시 연결되고 다른 한 회전요소는 선택적으로 연결되며, 출력요소가 연결되는 제2유성기어장치와;
상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 출력요소가 연결되는 회전요소와 상기 제1유성기어장치의 회전요소에 상시 연결된 회전요소 이외의 한 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구비된 제1고정메커니즘과;
상기 제1유성기어장치의 회전요소들 중 상기 제2유성기어장치의 회전요소에 상시 연결된 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구비된 제2고정메커니즘과;
상기 제1유성기어장치의 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치의 한 회전요소 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 설치된 제3토크전달기구와;
상기 제1유성기어장치의 두 회전요소 사이를 서로 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 구비된 제4토크전달기구와;
상기 제1유성기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되는 제1모터제너레이터와;
상기 제2유성기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되는 제2모터제너레이터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 기본적인 운전모드인 전기차모드를 1개 이상 구현할 수 있고, EVT로 작용하여 하이브리드모드인 동력분기모드를 2개 이상 구현함으로써, 보다 효율적인 작동모드를 선택하여 차량이 구동되도록 할 수 있으며, 모터제너레이터가 선택적으로 동력 보조 또는 발전을 수행하며 엔진의 동력으로 일반 변속기의 변속단처럼 고정된 기어비로 운전되는 다수의 고정기어비모드의 구현이 가능하여, 차량의 주행상황에 따른 고효율 운전이 가능하여, 보다 저렴한 비용으로 차량의 파워트레인을 구성하면서도 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예들은 공통적으로, 엔진(ENGINE)에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고 이들 중 2개의 회전요소가 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 구비된 제1차동기어장치와; 출력요소(OUTPUT)에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고, 상기 회전요소들 중 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되고, 다른 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 다른 한 회전요소에 선택적으로 연결되는 제2차동기어장치와; 상기 제1차동기어장치의 회전요소들 중 상기 엔진(ENGINE)에 연결되는 회전요소와 상기 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 된 회전요소들 이외의 한 회전요소에 상시 연결되는 제1모터제너레 이터(MG1)와; 상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 제1차동기어장치의 회전요소와 상시 연결되는 회전요소에 상시 연결되는 제2모터제너레이터(MG2)와; 상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 출력요소(OUTPUT) 및 상기 제2모터제너레이터(MG2)에 연결되지 않은 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제1고정메커니즘과; 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 상시 연결된 상기 제1차동기어장치의 회전요소 및 상기 제2차동기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제2고정메커니즘을 포함하여 구성된다.
상기 제2차동기어장치의 한 회전요소는 제3토크전달기구를 통해 상기 제1차동기어장치의 한 회전요소에 선택적으로 연결되고, 상기 제1차동기어장치의 두 회전요소는 제4토크전달기구를 통해 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 구성된다.
상기 제1고정메커니즘과 제2고정메커니즘은 각각 연결된 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구성된 제1브레이크(BK1) 및 제2브레이크(BK2)로 구성되고, 상기 제3토크전달기구와 제4토크전달기구는 각각 서로 상대회전 가능한 두 회전요소 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 구성된 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)로 이루어진다.
본 실시예들에서, 상기 제1차동기어장치 및 제2차동기어장치는 각각 유성기어장치로 구성하였는데, 상기한 유성기어장치뿐만 아니라 베벨기어 등과 같은 기어 들을 사용하여, 적어도 어느 한 기어의 회전속도가 항상 다른 두 기어의 가중평균 속도를 이루도록 하는 다른 기어장치로도 구현될 수 있을 것이다.
이상의 구성은 도 1 내지 도 4의 모든 실시예에 공통된 구성이고, 이들 중 도 1 내지 도 3의 실시예는 공통적으로, 상기 제1차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어지는 바, 이하에서는 제1유성기어장치(1)로 칭하고, 상기 제2차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지는 바, 제2유성기어장치(3)로 칭하기로 한다.
상기 제1유성기어장치(1)는 제1-1선기어(S1-1)와, 제1-2선기어(S1-2)와, 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)를 포함하여 구성되고, 상기 제2유성기어장치(3)는 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 제1유성기어장치(1)의 제1캐리어(C1)와 제1링기어(R1) 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 설치되고, 상기 제1브레이크(BK1)는 상기 제2링기어(R2)의 회전을 구속할 수 있도록 설치되며, 상기 제2브레이크(BK2)는 상기 제2선기어(S2)의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2선기어(S2)에 상시 연결되며, 상기 출력요소(OUTPUT)가 상기 제2캐리어(C2)에 연결된 구성은 공통이다.
도 1의 실시예는 상기와 같은 공통된 구성이 이외에, 상기 엔진(ENGINE)은 상기 제1캐리어(C1)에 연결되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1-2선기어(S1-2)에 상시 연결되며, 상기 제1-1선기어(S1-1)는 상기 제2선기어(S2)에 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1링기어(R1)와 제2캐리어(C2)를 선택적으로 연결시키도록 설치된 구조이다.
또한, 도 2의 실시예는 상기 엔진(ENGINE)은 상기 제1링기어(R1)에 연결되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1-1선기어(S1-1)에 상시 연결되며, 상기 제1-2선기어(S1-2)는 상기 제2선기어(S2)에 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1캐리어(C1)와 제2캐리어(C2)를 선택적으로 연결시키도록 설치된 구성이다.
또한, 도 3의 실시예는 상기 엔진(ENGINE)은 상기 제1캐리어(C1)에 연결되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1-2선기어(S1-2)에 상시 연결되며, 상기 제1-1선기어(S1-1)는 상기 제2선기어(S2)에 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1-2선기어(S1-2)와 제2링기어(R2)를 선택적으로 연결시키도록 설치된 구조이다.
한편, 도 4의 실시예는 상기 도 1 내지 도 3의 실시예와 다소 다른 구성을 가지고 있는 바, 상기 제1차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지고, 상기 제2차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어져 상기 도 1 내지 도 3의 실 시예와는 유성기어장치의 타입이 서로 뒤바뀐 형태이다.
본 실시예에서도 일관성을 위하여, 상기 제1차동기어장치는 제1유성기어장치(1)로 칭하고, 제2차동기어장치는 제2유성기어장치(3)로 칭하기로 한다.
본 실시예에서, 상기 제1유성기어장치(1)는 제1선기어(S1)와, 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)를 포함하여 구성되고, 상기 제2유성기어장치(3)는 제2-1선기어(S2-1)와, 제2-2선기어(S2-2)와, 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)를 포함하여 구성된다.
상기 엔진(ENGINE)은 상기 제1캐리어(C1)에 상시 연결되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1선기어(S1)에 상시 연결되며, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2-1선기어(S2-1)에 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1캐리어(C1)와 제2캐리어(C2) 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치되며, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 제1링기어(R1)와 제1캐리어(C1) 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치된다.
또한, 상기 제1브레이크(BK1)는 상기 제2-2선기어(S2-2)의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고, 상기 제2브레이크(BK2)는 상기 제1링기어(R1) 및 제2-1선기어(S2-1)의 회전을 동시에 구속할 수 있도록 설치되며, 상기 출력요소(OUTPUT)는 상기 제2링기어(R2)에 상시 연결된 구조이다.
상기 도 1의 실시예의 작용을 도 5 내지 도 13을 참조하여 설명한다.
도 5는 도 1의 실시예가 구현할 수 있는 각 작동모드를 도표화한 것으로서, 전기차모드인 EV1모드와, 2개의 동력분기모드인 입력분기모드와 복합분기모드 및 4개의 고정기어단모드로서 UD1, UD2, 1:1, OD의 모드를 구현할 수 있다.
도 6은 EV1모드를 표현한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)를 체결하여 구현하며, 물론 엔진(ENGINE)은 정지상태이다.
상기 제2링기어(R2)가 상기 제1브레이크(BK1)에 의해 고정되어 있어서, 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 상기 제2선기어(S2)를 구동하면, 상기 제2캐리어(C2)로 감속되어 상기 출력요소(OUTPUT)로 인출됨으로써, 상기 출력요소(OUTPUT)에 연결되는 구동륜을 구동하는 상태가 된다.
이때, 상기 제1-1선기어(S1-1)는 상기 제2선기어(S2)와 함께 상기 제2모터제너레이터(MG2)에 의해 구동되고, 상기 엔진(ENGINE)은 고정된 상태이므로 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1-2선기어(S1-2)에 의해 역방향으로 자유회전하는 상태를 가진다.
도 7은 상기 EV1모드로부터 엔진(ENGINE)을 시동시키는 상태를 설명한 것으로서, 상기 EV1모드에서 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 구동하여 상기 엔진(ENGINE)의 회전수를 상승시킨 후 엔진(ENGINE)의 시동을 개시하도록 하는 것 이다.
도 8은 본 발명의 변속기가 EVT로 작동하는 경우로서, 동력분기모드의 하나인 입력분기모드를 구현하는 상태이다.
상기 제1브레이크(BK1)만 체결된 상태에서, 엔진(ENGINE)의 동력과 제2모터제너레이터(MG2)의 동력으로 구동이 이루어지고, 제1모터제너레이터(MG1)에서는 상황에 따라 발전 또는 동력순환이 이루어진다.
도 9는 동력분기모드의 하나인 복합분기모드를 구현하는 상태로서, 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 구현되며, 이때는 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성기어장치(3)가 상기 제1클러치(CL1)에 의해 서로 두 개의 회전요소가 일체화 되는 상태가 됨으로써 도시된 바와 같이 하나의 레버를 형성하게 되는 바, 제1모터제너레이터(MG1)와 엔진(ENGINE)에 의해 구동이 이루어지고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상황에 따라 발전 또는 동력순환의 상태를 가지게 된다.
도 10은 고정기어비모드로서 언더드라이브 상태인 UD1모드인데, 상기 제1브레이크(BK1)와 제2클러치(CL2)를 체결하여 구현한다.
상기 제2클러치(CL2)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)는 일체화되고 상기 제1브레이크(BK1)의 체결에 의해 상기 제2링기어(R2)는 고정되므로, 상기 엔진(ENGINE)의 동력은 상기 제1캐리어(C1)로 공급되어 상기 제1유성기어장치(1) 전 체를 일체로 회전시키고, 이 동력은 상기 제2유성기어장치(3)의 제2선기어(S2)를 구동시키므로, 이 동력은 다시 상기 제2캐리어(C2)로 감속되어 인출되는 상황이 되며, 이때 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 엔진(ENGINE)과 함께 자유회전하는 상태로서, 상기 엔진(ENGINE)의 동력은 상기 제2유성기어장치(3)의 일정한 감속비에 의해 감속되어 출력되는 상태인 것이다.
도 11은 또 다른 언더드라이브 상태인 UD2모드로서, 상기 제1브레이크(BK1)와 제1클러치(CL1)가 체결되어 구현된다.
상기 제1클러치(CL1)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성기어장치(3)는 하나의 단일 직선형 레버를 형성하게 되며, 상기 제1브레이크(BK1)에 의해 상기 제2링기어(R2)가 고정되므로, 상기 제1캐리어(C1)로 공급되는 엔진(ENGINE)의 동력은 제1링기어(R1)에서 감속되어 제2캐리어(C2)로 인출된다.
도 12는 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)가 모두 체결되어 1 : 1의 변속비를 구현하는 상태로서, 상기 제2클러치(CL2)에 의해 상기 제1유성기어장치(1)가 일체화되고, 상기 제1클러치(CL1)에 의해 상기 제2유성기어장치(3)가 상기 제1유성기어장치(1)에 일체화되므로, 상기 제1캐리어(C1)로 입력된 엔진(ENGINE)의 동력은 그대로 제2캐리어(C2)를 통해 출력요소(OUTPUT)로 인출되는 상태이다.
물론, 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 엔진(ENGINE)과 함께 자유회전 하는 상태를 가진다.
도 13은 고정기어비모드 중 OD모드를 도시한 것으로서, 제2브레이크(BK2)와 제1클러치(CL1)를 체결하여 구현한다.
즉, 상기 제1클러치(CL1)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성기어장치(3)는 하나의 레버를 구성하는 상태가 되며, 상기 제1-1선기어(S1-1)와 제2선기어(S2)가 제2브레이크(BK2)에 의해 고정된 상태이므로, 상기 제1캐리어(C1)로 공급된 엔진(ENGINE)의 동력은 제1링기어(R1)를 통해 증속되어 제2캐리어(C2)로 공급됨으로써, 출력요소(OUTPUT)에서는 엔진(ENGINE)의 속도보다 빠른 출력속도가 인출되는 상태인 것이다.
상기 도 2의 실시예의 작용을 도 14 내지 도 22를 참조하여 설명한다.
도 14는 도 2의 실시예가 구현할 수 있는 각 작동모드를 도표화한 것으로서, 전기차모드인 EV1모드와, 2개의 동력분기모드인 입력분기모드와 복합분기모드 및 4개의 고정기어단모드로서 UD1, UD2, 1:1, OD의 모드를 구현할 수 있다.
도 15는 EV1모드를 표현한 것으로서, 상기 제1브레이크(BK1)를 체결하여 구현하며, 물론 엔진(ENGINE)은 정지상태이다.
상기 제2링기어(R2)가 상기 제1브레이크(BK1)에 의해 고정되어 있어서, 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 상기 제2선기어(S2)를 구동하면, 상기 제2캐리어(C2) 로 감속되어 상기 출력요소(OUTPUT)로 인출됨으로써, 상기 출력요소(OUTPUT)에 연결되는 구동륜을 구동하는 상태가 된다.
이때, 상기 제1-2선기어(S1-2)는 상기 제2선기어(S2)와 함께 상기 제2모터제너레이터(MG2)에 의해 구동되고, 상기 엔진(ENGINE)은 고정된 상태이므로 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1-1선기어(S1-1)에 의해 역방향으로 자유회전하는 상태를 가진다.
도 16은 상기 EV1모드로부터 엔진(ENGINE)을 시동시키는 상태를 설명한 것으로서, 상기 EV1모드에서 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 구동하여 상기 엔진(ENGINE)의 회전수를 상승시킨 후 엔진(ENGINE)의 시동을 개시하도록 하는 것이다.
도 17은 본 발명의 변속기가 EVT로 작동하는 경우로서, 동력분기모드의 하나인 입력분기모드를 구현하는 상태이다.
상기 제1브레이크(BK1)만 체결된 상태에서, 엔진(ENGINE)의 동력과 제2모터제너레이터(MG2)의 동력으로 구동이 이루어지고, 제1모터제너레이터(MG1)에서는 상황에 따라 발전 또는 동력순환이 이루어진다.
도 18는 동력분기모드의 하나인 복합분기모드를 구현하는 상태로서, 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 구현되며, 이때는 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성 기어장치(3)가 상기 제1클러치(CL1)에 의해 서로 두 개의 회전요소가 일체화 되는 상태가 됨으로써 도시된 바와 같이 하나의 레버를 형성하게 되는 바, 제1모터제너레이터(MG1)와 엔진(ENGINE)에 의해 구동이 이루어지고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상황에 따라 발전 또는 동력순환의 상태를 가지게 된다.
도 19는 고정기어비모드로서 언더드라이브 상태인 UD1모드인데, 상기 제1브레이크(BK1)와 제2클러치(CL2)를 체결하여 구현한다.
상기 제2클러치(CL2)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)는 일체화되고 상기 제1브레이크(BK1)의 체결에 의해 상기 제2링기어(R2)는 고정되므로, 상기 엔진(ENGINE)의 동력은 상기 제1링기어(R1)로 공급되어 상기 제1유성기어장치(1) 전체를 일체로 회전시키고, 이 동력은 상기 제2유성기어장치(3)의 제2선기어(S2)를 구동시키므로, 이 동력은 다시 상기 제2캐리어(C2)로 감속되어 인출되는 상황이 되며, 이때 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 엔진(ENGINE)과 함께 자유회전하는 상태로서, 상기 엔진(ENGINE)의 동력은 상기 제2유성기어장치(3)의 일정한 감속비에 의해 감속되어 출력되는 상태인 것이다.
도 20은 또 다른 언더드라이브 상태인 UD2모드로서, 상기 제1브레이크(BK1)와 제1클러치(CL1)가 체결되어 구현된다.
상기 제1클러치(CL1)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성기어장치(3)는 하나의 단일 직선형 레버를 형성하게 되며, 상기 제1브레이크(BK1)에 의해 상기 제2링기어(R2)가 고정되므로, 상기 제1링기어(R1)로 공급되는 엔진(ENGINE)의 동력은 제1캐리어(C1)에서 감속되어 제2캐리어(C2)를 통해 인출된다.
도 21은 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)가 모두 체결되어 1 : 1의 변속비를 구현하는 상태로서, 상기 제2클러치(CL2)에 의해 상기 제1유성기어장치(1)가 일체화되고, 상기 제1클러치(CL1)에 의해 상기 제2유성기어장치(3)가 상기 제1유성기어장치(1)에 일체화되므로, 상기 제1링기어(R1)로 입력된 엔진(ENGINE)의 동력은 그대로 제2캐리어(C2)를 통해 출력요소(OUTPUT)로 인출되는 상태이다.
물론, 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 엔진(ENGINE)과 함께 자유회전 하는 상태를 가진다.
도 22는 고정기어비모드 중 OD모드를 도시한 것으로서, 제2브레이크(BK2)와 제1클러치(CL1)를 체결하여 구현한다.
즉, 상기 제1클러치(CL1)의 체결에 의해 상기 제1유성기어장치(1)와 제2유성기어장치(3)는 하나의 레버를 구성하는 상태가 되며, 상기 제1-2선기어(S1-2)와 제2선기어(S2)가 제2브레이크(BK2)에 의해 고정된 상태이므로, 상기 제1링기어(R1)로 공급된 엔진(ENGINE)의 동력은 제1캐리어(C1)를 통해 증속되어 제2캐리어(C2)로 공급됨으로써, 출력요소(OUTPUT)에서는 엔진(ENGINE)의 속도보다 빠른 출력속도가 인출된다.
상기 도 3 및 도 4의 실시예들은 상기 도 1의 실시예 또는 도 2의 실시예와 유사한 동력흐름과 작동을 가지고 있으므로, 상세한 동작설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 변속기의 구성을 설명한 도면,
도 2 내지 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 실시예가 구현하는 작동모드를 도시한 도표,
도 4 내지 도 13은 도 1의 파워트레인이 도 5의 작동모드에 따라 구동되는 상태를 설명한 것으로서, 구성도 및 그에 따른 레버다이어그램,
도 14는 도 2의 실시예가 구현하는 작동모드를 도시한 도표,
도 15 내지 도 22는 도 2의 파워트레인이 도 14의 작동모드에 따라 구동되는 상태를 설명한 것으로서, 구성도 및 그에 따른 레버다이어그램이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1; 제1유성기어장치 3; 제2유성기어장치
ENGINE; 엔진 OUTPUT; 출력요소
MG1; 제1모터제너레이터 MG2; 제2모터제너레이터
BK1; 제1브레이크 BK2; 제2브레이크
CL1; 제1클러치 CL2; 제2클러치
S1-1; 제1-1선기어 S1-2; 제1-2선기어
C1; 제1캐리어 R1; 제1링기어
S2; 제2선기어 C2; 제2캐리어
R2; 제2링기어 S1; 제1선기어
S2-1; 제2-1선기어 S2-2; 제2-2선기어

Claims (20)

  1. 엔진에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고 이들 중 2개의 회전요소가 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 구비된 제1차동기어장치와;
    출력요소에 상시 연결되는 회전요소를 포함하여 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고, 상기 회전요소들 중 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되고, 다른 한 회전요소가 상기 제1차동기어장치의 다른 한 회전요소에 선택적으로 연결되는 제2차동기어장치와;
    상기 제1차동기어장치의 회전요소들 중 상기 엔진에 연결되는 회전요소와 상기 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 된 회전요소들 이외의 한 회전요소에 상시 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 제1차동기어장치의 회전요소와 상시 연결되는 회전요소에 상시 연결되는 제2모터제너레이터와;
    상기 제2차동기어장치의 회전요소들 중 상기 출력요소 및 상기 제2모터제너레이터에 연결되지 않은 한 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제1고정메커니즘과;
    상기 제2모터제너레이터가 상시 연결된 상기 제1차동기어장치의 회전요소 및 상기 제2차동기어장치의 회전요소의 회전을 구속할 수 있도록 구비된 제2고정메커니즘;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2차동기어장치의 한 회전요소는 제3토크전달기구를 통해 상기 제1차동기어장치의 한 회전요소에 선택적으로 연결되고;
    상기 제1차동기어장치의 두 회전요소는 제4토크전달기구를 통해 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1고정메커니즘과 제2고정메커니즘은 각각 연결된 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구성된 제1브레이크 및 제2브레이크로 구성되고;
    상기 제3토크전달기구와 제4토크전달기구는 각각 서로 상대회전 가능한 두 회전요소 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 구성된 제1클러치 및 제2클러치로 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어지고;
    상기 제2차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1차동기어장치는 제1-1선기어와, 제1-2선기어와, 제1캐리어 및 제1링기어를 포함하여 구성되고;
    상기 제2차동기어장치는 제2선기어와 제2캐리어 및 제2링기어를 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2클러치는 상기 제1차동기어장치의 제1캐리어와 제1링기어 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 설치되고;
    상기 제1브레이크는 상기 제2링기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되며;
    상기 제2브레이크는 상기 제2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제2선기어에 상시 연결되며;
    상기 출력요소는 상기 제2캐리어에 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-2선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-1선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1링기어와 제2캐리어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1링기어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-1선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-2선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1캐리어와 제2캐리어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-2선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-1선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1-2선기어와 제2링기어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지고;
    상기 제2차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1차동기어장치는 제1선기어와, 제1캐리어 및 제1링기어를 포함하여 구성되고;
    상기 제2차동기어장치는 제2-1선기어와, 제2-2선기어와, 제2캐리어 및 제2링기어를 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 상시 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1선기어에 상시 연결되며;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제2-1선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1캐리어와 제2캐리어 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치되며;
    상기 제2클러치는 상기 제1링기어와 제1캐리어 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치되고;
    상기 제1브레이크는 상기 제2-2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고;
    상기 제2브레이크는 상기 제1링기어 및 제2-1선기어의 회전을 동시에 구속할 수 있도록 설치되며;
    상기 출력요소는 상기 제2링기어에 상시 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  11. 적어도 3개 이상의 회전요소를 구비하고 엔진이 연결되는 제1유성기어장치와;
    상기 제1유성기어장치의 회전요소들에 각각 한 회전요소는 상시 연결되고 다른 한 회전요소는 선택적으로 연결되며, 출력요소가 연결되는 제2유성기어장치와;
    상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 출력요소가 연결되는 회전요소와 상기 제1유성기어장치의 회전요소에 상시 연결된 회전요소 이외의 한 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구비된 제1고정메커니즘과;
    상기 제1유성기어장치의 회전요소들 중 상기 제2유성기어장치의 회전요소에 상시 연결된 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구비된 제2고정메커니즘과;
    상기 제1유성기어장치의 한 회전요소와 상기 제2유성기어장치의 한 회전요소 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 설치된 제3토크전달기구와;
    상기 제1유성기어장치의 두 회전요소 사이를 서로 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 구비된 제4토크전달기구와;
    상기 제1유성기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제2유성기어장치의 한 회전요소에 상시 연결되는 제2모터제너레이터;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1유성기어장치의 회전요소들 중 상기 서로 선택적으로 연결될 수 있도록 된 회전요소들과 상기 제2유성기어장치의 회전요소에 상시 연결된 회전요소 이외의 한 회전요소에 상시 연결되고;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제2유성기어장치의 회전요소들 중 상기 제1유성기어장치의 회전요소와 상시 연결된 회전요소에 상시 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1고정메커니즘과 제2고정메커니즘은 각각 연결된 회전요소의 회전을 제한할 수 있도록 구성된 제1브레이크 및 제2브레이크로 구성되고;
    상기 제3토크전달기구와 제4토크전달기구는 각각 서로 상대회전 가능한 두 회전요소 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 구성된 제1클러치 및 제2클러치로 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어지고;
    상기 제2차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1차동기어장치는 제1-1선기어와, 제1-2선기어와, 제1캐리어 및 제1링기어를 포함하여 구성되고;
    상기 제2차동기어장치는 제2선기어와 제2캐리어 및 제2링기어를 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2클러치는 상기 제1차동기어장치의 제1캐리어와 제1링기어 사이를 선택적으로 연결 및 차단할 수 있도록 설치되고;
    상기 제1브레이크는 상기 제2링기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되며;
    상기 제2브레이크는 상기 제2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제2선기어에 상시 연결되며;
    상기 출력요소는 상기 제2캐리어에 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-2선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-1선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1링기어와 제2캐리어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1링기어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-1선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-2선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1캐리어와 제2캐리어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1-2선기어에 상시 연결되며;
    상기 제1-1선기어는 상기 제2선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1-2선기어와 제2링기어를 선택적으로 연결시키도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1차동기어장치는 단순 유성기어장치로 이루어지고;
    상기 제2차동기어장치는 래비뉴타입 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1차동기어장치는 제1선기어와, 제1캐리어 및 제1링기어를 포함하여 구성되고;
    상기 제2차동기어장치는 제2-1선기어와, 제2-2선기어와, 제2캐리어 및 제2링기어를 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 상시 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1선기어에 상시 연결되며;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제2-1선기어에 상시 연결되고;
    상기 제1클러치는 상기 제1캐리어와 제2캐리어 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치되며;
    상기 제2클러치는 상기 제1링기어와 제1캐리어 사이를 선택적으로 연결할 수 있도록 설치되고;
    상기 제1브레이크는 상기 제2-2선기어의 회전을 구속할 수 있도록 설치되고;
    상기 제2브레이크는 상기 제1링기어 및 제2-1선기어의 회전을 동시에 구속할 수 있도록 설치되며;
    상기 출력요소는 상기 제2링기어에 상시 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속기.
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