KR20210074520A

KR20210074520A - 전기차 파워트레인

Info

Publication number: KR20210074520A
Application number: KR1020190165277A
Authority: KR
Inventors: 김진호; 이재준; 박종술; 황진영; 김종성
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-06-22
Also published as: US11022201B1; DE102020118764A1; CN112984057A; US20210246971A1; US11486471B2

Abstract

본 발명은 3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축에 연결되고 제2회전요소는 제2축에 연결되며 제3회전요소는 제3축에 연결되는 유성기어장치; 상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터; 상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터를 포함하여 구성되고, 상기 제3축은 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되며; 상기 제1축, 제2축 및 제3축 중 임의의 2축은 상호 구속 가능하도록 구성된다.

Description

전기차 파워트레인{POWER TRAIN FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차에 탑재되는 파워트레인에 관한 기술이다.

전기차는 전기 모터의 동력으로 차량의 구동력을 제공하는 차량으로서, 배기가스가 없다는 점에서 대도시의 환경 오염 개선에 큰 기여를 할 수 있다.

상기와 같은 전기차의 대중화를 위해서는 다양한 기술의 개선이 필요하지만, 특히 한 번 충전 후 주행 가능 거리를 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

상기와 같은 주행 가능 거리의 증대를 위해서는, 전기차에 탑재되는 모터의 크기와 용량을 줄여서 전비(단위 전력당 주행거리, km/kWh)를 향상시키면서도, 차량이 요구하는 최대 등판 성능과 최고 속도 성능을 충족시킬 수 있어야 하므로, 이를 위해 변속기를 탑재한다.

상기와 같은 이유로 전기차에 탑재되는 변속기는 가급적 간단한 구성으로 높은 동력전달 효율을 가지면서도, 변속 시 구동륜으로 전달되는 토크가 단절되는 토크 인터럽션(Torque Interruption)이나 변속 충격이 발생하지 않는 것이 바람직하다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020130117184 A

본 발명은 다수의 변속비를 제공하여 모터의 용량을 축소시킬 수 있도록 하면서도 차량에 요구되는 최대 등판 성능과 최고 차속 성능을 충족시킬 수 있으며, 비교적 간단한 구성과 작은 중량으로 높은 동력전달 효율을 구현하여 차량의 전비를 향상시킬 수 있고, 토크 인터럽션과 변속충격을 저감하거나 방지할 수 있도록 한 전기차 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차 파워트레인은,

3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축에 연결되고 제2회전요소는 제2축에 연결되는 유성기어장치;

상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터;

상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유성기어장치의 제3회전요소는 변속기케이스와 선택적으로 연결되고;

상기 유성기어장치의 3개의 회전요소들 중 임의의 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 상기 유성기어장치 전체를 일체로 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 제1모터의 동력을 상기 제1축으로 직접 전달하는 상태와 상기 제1모터의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제1모터와 제1축 사이에 제1변속장치가 구비될 수 있다.

상기 제1모터는 회전축이 상기 제1축과 동심축을 이루어 배치되고;

상기 제1변속장치는 상기 제1모터의 회전축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며;

상기 제1모터의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제1기어가 회전 가능한 상태로 설치되고;

상기 제1축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제2기어가 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.

상기 제1기어에 외접 치합되는 제3기어와 상기 제2기어에 외접 치합되는 제4기어가 서로 동심축으로 연결될 수 있다.

상기 제1모터의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축으로 전달할 수 있도록, 상기 제1모터와 제1축 사이에 제1변속장치가 구비될 수 있다.

상기 허브의 양쪽에는 제1기어와 제2기어가 각각 회전 가능하게 설치되고;

상기 제1기어에 외접 치합되는 제3기어와 상기 제2기어에 외접 치합되는 제4기어는 서로 동심축으로 연결되며;

상기 제3기어 및 제4기어의 축에는 제5기어가 회전이 구속되어 설치되고;

상기 제1축에는 상기 제5기어에 외접 치합된 제6기어가 회전이 구속되어 설치될 수 있다.

상기 제2모터의 동력을 상기 제1축으로 직접 전달하는 상태와 상기 제2모터의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제2모터와 제1축 사이에 제2변속장치가 구비될 수 있다.

상기 제2모터는 회전축이 상기 제1축과 동심축을 이루어 배치되고;

상기 제2변속장치는 상기 제1축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며;

상기 제2모터의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제7기어가 회전 구속된 상태로 설치되고;

상기 제1축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제8기어가 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.

상기 제7기어에 외접 치합되는 제9기어와 상기 제8기어에 외접 치합되는 제10기어가 서로 동심축으로 연결될 수 있다.

상기 제2모터의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축으로 전달할 수 있도록, 상기 제2모터와 제1축 사이에 제2변속장치가 구비될 수 있다.

상기 제2모터의 회전축에는 제11기어가 회전이 구속되어 설치되며;

상기 제1축에는 제12기어 및 제13기어가 각각 회전이 구속되어 설치되고;

상기 제11기어에 외접 치합된 제14기어와, 상기 제12기어에 외접 치합된 제15기어, 및 상기 제13기어에 외접 치합된 제16기어는 동심축을 이루며 설치되고;

상기 제2변속장치는 상기 제15기어와 제16기어의 사이에서 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1축의 축방향을 따르는 직선 변위에 의해, 상기 유성기어장치의 제3회전요소를 상기 변속기케이스에 고정하거나 상기 제2축에 연결시키도록 구성된 제3변속장치를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차 파워트레인은,

3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축에 연결되고 제2회전요소는 제2축에 연결되며 제3회전요소는 제3축에 연결되는 유성기어장치;

를 포함하여 구성되고,

상기 제3축은 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되며;

상기 제1축, 제2축 및 제3축 중 임의의 2축은 상호 구속 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 다수의 변속비를 제공하여 모터의 용량을 축소시킬 수 있도록 하면서도 차량에 요구되는 최대 등판 성능과 최고 차속 성능을 충족시킬 수 있으며, 비교적 간단한 구성과 작은 중량으로 높은 동력전달 효율을 구현하여 차량의 전비를 향상시킬 수 있고, 토크 인터럽션과 변속충격을 방지할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 파워트레인의 제1실시예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전기차 파워트레인의 제2실시예를 도시한 도면,
도 3는 본 발명에 따른 전기차 파워트레인의 제3실시예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전기차 파워트레인들의 작동모드를 정리한 도표이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 전기차 파워트레인의 실시예들은 공통적으로, 3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축(1A)에 연결되고 제2회전요소는 제2축(2A)에 연결되는 유성기어장치(PG); 상기 제1축(1A)에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터(MG1); 상기 제1축(1A)에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터(MG2)를 포함하여 구성된다.

상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소는 제3축(3A)에 연결되어, 변속기케이스와 선택적으로 연결될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 유성기어장치(PG)의 3개의 회전요소들 중 임의의 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 상기 유성기어장치(PG) 전체를 일체로 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 제1축(1A)을 상기 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)로부터 동력을 전달받을 수 있는 입력축으로 보고, 상기 제2축(2A)을 변속된 동력을 인출할 수 있는 출력축으로 보면, 본 발명은 상기 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)에서 상기 입력축으로 조절하여 제공되는 동력을 상기 유성기어장치(PG)를 통해 다시 조절하여 상기 출력축으로 인출할 수 있도록 구성된 것으로 볼 수 있다.

참고로, 상기 제1축(1A)과, 제2축(2A) 및 제3축(3A)은 모두 상기 유성기어장치(PG)의 회전요소들의 회전축으로서 서로 동심축을 이루어 배치되어 있으며, 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소는 선기어(S), 제2회전요소는 캐리어(C), 제3회전요소는 링기어(R)로 표현될 수 있다.

본 발명 실시예들은 상기 제1축(1A)의 축방향을 따르는 직선 변위에 의해, 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 상기 변속기케이스(CS)에 고정하거나 상기 제2축(2A)에 연결시키는 제3변속장치(S3)가 공통적으로 구비된다.

상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 상기 제2축(2A)을 통해 제2회전요소에 연결시켜서, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소가 일체로 회전되는 상태를 형성할 수 있도록 한 것이다.

물론, 상기와 같이 제3축(3A)을 제2축(2A)에 연결시키는 것뿐만 아니라, 상기 제3축(3A)을 제1축(1A)에 연결시키거나, 상기 제1축(1A)과 제2축(2A)을 연결시키는 경우에도, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소가 일체로 회전되도록 구성할 수 있다.

상기 제3변속장치(S3)는 상기 제3축(3A)에 회전은 구속된 상태에서 축방향을 따라 직선 슬라이딩 하여, 상기 직선 변위를 형성함으로써, 상기 제3축(3A)에 연결된 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 상기 변속기케이스(CS)에 연결시키는 상태와 상기 제2축(2A)에 연결시키는 상태를 전환할 수 있는 마찰클러치 등으로 구성될 수 있을 것이다.

도 1의 제1실시예는, 상기 제1모터(MG1)의 동력을 상기 제1축(1A)으로 직접 전달하는 상태와 상기 제1모터(MG1)의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축(1A)으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제1모터(MG1)와 제1축(1A) 사이에 제1변속장치(S1)가 구비된다.

상기 제1모터(MG1)는 회전축이 상기 제1축(1A)과 동심축을 이루어 배치되고; 상기 제1변속장치(S1)는 상기 제1모터(MG1)의 회전축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며; 상기 제1모터(MG1)의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제1기어(G1)가 회전 가능한 상태로 설치되고; 상기 제1축(1A)에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제2기어(G2)가 회전이 구속된 상태로 설치된 것이다.

따라서, 상기 제1변속장치(S1)는 실질적으로 상기 제1모터(MG1)의 회전축에 구비된 기어치합기구와 상기 제1기어(G1)의 클러치기어 및 상기 제2기어(G2)의 클러치기어 등으로 구성되는 것이다.

상기 제1기어(G1)에 외접 치합되는 제3기어(G3)와 상기 제2기어(G2)에 외접 치합되는 제4기어(G4)가 서로 동심축으로 연결된다.

따라서, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제1기어(G1)의 클러치기어에 치합시키면, 상기 제1모터(MG1)의 동력이 상기 제1기어(G1), 제3기어(G3), 제4기어(G4), 및 제2기어(G2)를 차례로 통과하면서 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되고, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제2기어(G2)의 클러치기어에 치합시키면, 상기 제1모터(MG1)의 동력은 그대로 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되어, 상기 제1모터(MG1)의 동력을 서로 다른 변속비로 상기 제1축(1A)으로 전달할 수 있는 것이다.

이와 같은 상기 제1변속장치(S1)의 구성은 도 3의 제3실시예에도 공통된다.

한편, 도 2의 제2실시예에서는, 상기 제1모터(MG1)의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축(1A)으로 전달할 수 있도록, 상기 제1모터(MG1)와 제1축(1A) 사이에 제1변속장치(S1)가 구비된 점이 상이하다.

상기 제1변속장치(S1)는 상기 제1모터(MG1)의 회전축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며; 상기 허브의 양쪽에는 제1기어(G1)와 제2기어(G2)가 각각 회전 가능하게 설치되고; 상기 제1기어(G1)에 외접 치합되는 제3기어(G3)와 상기 제2기어(G2)에 외접 치합되는 제4기어(G4)는 서로 동심축으로 연결되며; 상기 제3기어(G3) 및 제4기어(G4)의 축에는 제5기어(G5)가 회전이 구속되어 설치되고; 상기 제1축(1A)에는 상기 제5기어(G5)에 외접 치합된 제6기어(G6)가 회전이 구속되어 설치된 구성이다.

따라서, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제1기어(G1)의 클러치기어에 치합시키면, 상기 제1모터(MG1)의 동력이 상기 제1기어(G1), 제3기어(G3), 제5기어(G5), 및 제6기어(G6)를 차례로 통과하면서 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되고, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제2기어(G2)의 클러치기어에 치합시키면, 상기 제1모터(MG1)의 동력은 상기 제2기어(G2), 제4기어(G4), 제5기어(G5) 및 제6기어(G6)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되어, 상기 제1모터(MG1)의 동력을 서로 다른 기어비로 상기 제1축(1A)으로 전달할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 제2변속장치의 구성은 도 1의 제1실시예와 도 2의 제2실시예가 동일하고, 도 3의 제3실시예는 상이한 바, 제1실시예와 제2실시예에서는, 상기 제2모터(MG2)의 동력을 상기 제1축(1A)으로 직접 전달하는 상태와 상기 제2모터(MG2)의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축(1A)으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제2모터(MG2)와 제1축(1A) 사이에 제2변속장치(S2)가 구비되어 있다.

상기 제2모터(MG2)는 회전축이 상기 제1축(1A)과 동심축을 이루어 배치되고; 상기 제2변속장치(S2)는 상기 제1축(1A)에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며; 상기 제2모터(MG2)의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제7기어(G7)가 회전 구속된 상태로 설치되고; 상기 제1축(1A)에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제8기어(G8)가 회전이 구속된 상태로 설치된 구성이다.

또한, 상기 제7기어(G7)에 외접 치합되는 제9기어(G9)와 상기 제8기어(G8)에 외접 치합되는 제10기어(G10)가 서로 동심축으로 연결된 구조이다.

따라서, 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제7기어(G7)의 클러치기어에 치합되면, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 바로 상기 슬리브와 허브를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되고, 상기 슬리브가 상기 제8기어(G8)의 클러치기어에 치합되면, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 상기 제7기어(G7), 제9기어(G9), 제10기어(G10) 및 제8기어(G8)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달되는 상태가 되는 것이다.

이에 비해, 도 3의 제3실시예에서는, 상기 제2변속장치(S2)가 상기 제2모터(MG2)의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축(1A)으로 전달할 수 있도록 설치된다.

즉, 상기 제2모터(MG2)의 회전축에는 제11기어(G11)가 회전이 구속되어 설치되며; 상기 제1축(1A)에는 제12기어(G12) 및 제13기어(G13)가 각각 회전이 구속되어 설치되고; 상기 제11기어(G11)에 외접 치합된 제14기어(G14)와, 상기 제12기어(G12)에 외접 치합된 제15기어(G15), 및 상기 제13기어(G13)에 외접 치합된 제16기어(G16)는 동심축을 이루며 설치되고; 상기 제2변속장치(S2)는 상기 제15기어(G15)와 제16기어(G16)의 사이에서 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어진 구성이다.

물론, 상기 제15기어(G15)와 제16기어(G16)는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합되는 클러치기어를 각각 구비하고 있다.

따라서, 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제15기어(G15)의 클러치기어에 치합되면, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 상기 제11기어(G11), 제14기어(G14), 제15기어(G15) 및 제12기어(G12)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달되고, 상기 슬리브가 상기 제16기어(G16)의 클러치기어에 치합되면, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 상기 제11기어(G11), 제14기어(G14), 제16기어(G16) 및 제13기어(G13)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달된다.

도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 전기차 파워트레인 실시예들의 작동모드를 도표로 정리한 것으로서, 총 6단의 변속단을 구현하는 것을 표현하고 있다.

참고로, 도 4의 a는 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브가 상기 제1기어(G1)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하고, b는 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브가 상기 제2기어(G2)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하며, c는 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제8기어(G8)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하고, d는 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제7기어(G7)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하며, e는 상기 제3변속장치(S3)가 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 변속기케이스(CS)에 연결시키거나 차단하도록 구성된 것을 표현하며, f는 상기 제3변속장치(S3)가 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 상기 제2축(2A)에 연결시키거나 차단하도록 구성된 것을 표현한다.

다만, 상기 c와 d는 도 3의 제3실시예의 경우에, c는 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제16기어(G16)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하고, d는 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제15기어(G15)의 클러치기어와 동력을 연결하거나 차단하도록 구성된 것을 표현하는 점이 상기 제1실시예 및 제2실시예의 경우와는 상이하다.

도 1의 제1실시예를 기준으로 본 발명 전기차 파워트레인의 변속단 구현 및 변속과정을 살펴본다. 물론, 도 2와 도 3의 제2실시예 및 제3실시예도 거의 동일하게 변속이 이루어진다.

1단 변속단은 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소를 상기 변속기케이스(CS)에 고정시키고, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제1기어(G1)의 클러치기어에 치합시키며, 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브를 상기 제8기어(G8)의 클러치기어에 치합시켜 구현한다.

이때 상기 제1모터(MG1)의 동력은 상기 제1기어(G1), 제3기어(G3), 제4기어(G4) 및 제2기어(G2)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달되고, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 상기 제7기어(G7), 제9기어(G9), 제10기어(G10) 및 제8기어(G8)를 통해 상기 제1축(1A)으로 전달된다.

따라서, 상기 제1축(1A)에는 상기 제1모터(MG1)의 동력 및 제2모터(MG2)의 동력이 모두 전달될 수 있는 상태로서, 차량의 주행 상황에 따라 어느 한 모터만으로 1단 주행상태를 구현할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 제1축(1A)으로 전달된 동력은 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소인 링기어(R)가 상기 제3변속장치(S3)에 의해 변속기케이스(CS)에 고정된 상태이므로, 상기 제1축(1A)으로부터 상기 제1회전요소인 선기어(S)로 입력된 동력이 상기 제2회전요소인 캐리어(C)로 감속되어 제2축(2A)으로 인출되게 된다.

물론, 상기 제2축(2A)은 별도의 차동장치 등을 통해 구동륜으로 연결되어 상기와 같이 변속된 동력으로 차량이 구동될 수 있도록 한다.

상기와 같은 1단 변속단 상태에서 2단 변속단으로 변속하는 것은, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제1기어(G1)의 클러치기어로부터 해제하여 상기 제2기어(G2)의 클러치기어에 체결함에 의해 이루어진다.

다만, 이와 같은 변속이 토크 인터럽션 및 변속충격 없이 부드럽게 이루어지도록 하기 위해, 상기 제2모터(MG2)는 지속적으로 동력을 공급하도록 하면서, 상기 제1모터(MG1)의 토크를 낮춘 상태에서, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 중립으로 해제한 후, 다시 상기 슬리브를 제2기어(G2)의 클러치기어에 치합시키도록 한다.

즉, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 중립으로 해제한 상태에서도 상기 제1축(1A)으로는 상기 제2모터(MG2)의 동력이 지속적으로 제공되어, 구동륜으로는 지속적으로 토크가 전달되므로 토크 인터럽션이 방지되고, 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브 해제 및 치합의 과정 동안에 상기 제1모터(MG1)의 토크를 낮추거나 완전히 해제할 수 있도록 함으로써 용이하고 부드러운 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브의 해제 및 치합이 이루어져서, 변속감이 우수하게 확보될 수 있는 것이다.

상기와 같이 형성된 2단 변속단에서는 상기 제1모터(MG1)의 동력은 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브와 상기 제2기어(G2)에 의해 직접 상기 제1축(1A)으로 전달된 후 상기 유성기어장치(PG)에서 감속되어 상기 제2축(2A)으로 인출된다.

상기 2단 변속단으로부터 3단 변속단으로의 변속은 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제8기어(G8)의 클러치기어로부터 해제되어 상기 제7기어(G7)의 클러치기어에 체결됨에 의해 이루어진다.

마찬가지로, 변속이 토크 인터럽션 및 변속충격 없이 부드럽게 이루어지도록 하기 위해, 상기 제1모터(MG1)는 지속적으로 상기 제1축(1A)에 동력을 공급하도록 하면서, 상기 제2모터(MG2)의 토크를 낮추거나 해제한 상태에서, 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브를 상기 제8기어(G8)의 클러치기어로부터 해제하여 중립으로 한 후, 다시 상기 슬리브를 제7기어(G7)의 클러치기어에 치합시키도록 한다.

따라서, 구동륜에는 지속적으로 상기 제1모터(MG1)로부터의 동력이 공급되면서 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 상기 제8기어(G8)의 클러치기어에 체결된 상태로부터 제7기어(G7)의 클러치기어에 체결된 상태로 부드럽게 전환되어 3단 변속단으로의 변속이 완료된다.

3단 변속단 상태에서는 상기 제1모터(MG1)의 동력이 상기 제1축(1A)을 통해 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S)로 입력됨과 아울러, 상기 제2모터(MG2)의 동력도 상기 제7기어(G7)와 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브 및 허브를 통해 직접 상시 제1축(1A)으로 전달되어 상기 유성기어장치(PG)의 선기어로 입력된다.

따라서, 3단 변속단에서는 상기 제1모터(MG1)의 동력과 제2모터(MG2)의 동력이 변속 없이 상기 제1축(1A)을 통해 상기 선기어로 입력된 후, 상기 유성기어장치(PG)에서만 감속되어 상기 제2축(2A)을 통해 인출되게 된다.

4단 변속단은 상기 제1변속장치(S1)와 제2변속장치(S2)는 상기 1단 변속단 구현시와 동일하고, 상기 제3변속장치가 상기 유성기어장치(PG)의 제3회전요소인 링기어를 상기 제2축(2A)의 캐리어에 연결한 상태이다.

따라서, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소는 일체로 회전되므로, 상기 제1모터(MG1)의 동력은 상기 제1기어(G1), 제3기어(G3), 제4기어(G4) 및 제2기어(G2)를 통해 감속되어 상기 제1축(1A)으로 전달되고, 상기 제2모터(MG2)의 동력은 상기 제7기어(G7), 제9기어(G9), 제10기어(G10) 및 제8기어(G8)를 통해 감속되어 상기 제1축(1A)으로 전달된 후, 상기 유성기어장치(PG)에서는 감속 없이 그대로 상기 제2축(2A)을 통해 인출된다.

이후, 4단 변속단에서 5단 변속단으로의 변속은 상기 제2모터(MG2)가 지속적으로 동력을 구동륜으로 전달하는 상태에서 상기 제1변속장치(S1)의 슬리브를 상기 제1기어(G1)의 클러치기어로부터 해제하고 상기 제2기어(G2)의 클러치기어에 결합함에 의해 이루어지고, 5단 변속단에서 6단 변속단으로의 변속은 상기 제1모터(MG1)가 지속적으로 동력을 구동륜으로 전달하는 상태에서 상기 제2모터(MG2)의 토크를 저감하고 상기 제2변속장치(S2)의 슬리브가 제8기어(G8)의 클러치기어로부터 해제된 후 상기 제7기어(G7)의 클러치기어에 치합되면서 이루어진다.

상기 4단에서 5단으로의 변속 및 5단에서 6단으로의 변속에서도 상술한 바와 같이 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2) 중 어느 하나가 동력을 지속적으로 구동륜으로 전달할 수 있는 상태에서 변속이 수행됨에 의해, 토크 인터럽션이 방지되면서 부드러운 변속감을 확보할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명 전기차 파워트레인은 기본적으로 종래의 AMT(Automated Manual Transmission) 메커니즘을 사용하여 모터의 동력을 구동륜으로 전달하도록 구성되어 있어서, 동력 전달 효율이 우수하며, 특히 최고단인 6단에서는 상기 제1모터(MG1)의 동력 및 제2모터(MG2)의 동력이 상기 제1축(1A)으로 직접 전달되고, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소가 서로 구속되어 상기 제1축(1A)은 제2축(2A)과 일체로 회전하게 되므로, 결과적으로 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)의 동력은 본 파워트레인에서 변속 없이 그대로 출력됨에 의해 매우 높은 동력 전달 효율로 전기차의 전비를 극대화할 수 있다.

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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

PG; 유성기어장치
MG1; 제1모터
MG2; 제2모터
1A; 제1축
2A; 제2축
3A; 제3축
CS; 변속기케이스
S1; 제1변속장치
S3; 제3변속장치
S2; 제2변속장치

Claims

3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축에 연결되고 제2회전요소는 제2축에 연결되는 유성기어장치;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 유성기어장치의 제3회전요소는 변속기케이스와 선택적으로 연결되고;
상기 유성기어장치의 3개의 회전요소들 중 임의의 2개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 상기 유성기어장치 전체를 일체로 회전시킬 수 있도록 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1모터의 동력을 상기 제1축으로 직접 전달하는 상태와 상기 제1모터의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제1모터와 제1축 사이에 제1변속장치가 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 3에 있어서,
상기 제1모터는 회전축이 상기 제1축과 동심축을 이루어 배치되고;
상기 제1변속장치는 상기 제1모터의 회전축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며;
상기 제1모터의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제1기어가 회전 가능한 상태로 설치되고;
상기 제1축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제2기어가 회전이 구속된 상태로 설치된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 4에 있어서,
상기 제1기어에 외접 치합되는 제3기어와 상기 제2기어에 외접 치합되는 제4기어가 서로 동심축으로 연결된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1모터의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축으로 전달할 수 있도록, 상기 제1모터와 제1축 사이에 제1변속장치가 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 6에 있어서,
상기 제1변속장치는 상기 제1모터의 회전축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며;
상기 허브의 양쪽에는 제1기어와 제2기어가 각각 회전 가능하게 설치되고;
상기 제1기어에 외접 치합되는 제3기어와 상기 제2기어에 외접 치합되는 제4기어는 서로 동심축으로 연결되며;
상기 제3기어 및 제4기어의 축에는 제5기어가 회전이 구속되어 설치되고;
상기 제1축에는 상기 제5기어에 외접 치합된 제6기어가 회전이 구속되어 설치된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제2모터의 동력을 상기 제1축으로 직접 전달하는 상태와 상기 제2모터의 동력을 기어열을 통해 변속하여 상기 제1축으로 전달하는 상태를 전환하도록, 상기 제2모터와 제1축 사이에 제2변속장치가 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 8에 있어서,
상기 제2모터는 회전축이 상기 제1축과 동심축을 이루어 배치되고;
상기 제2변속장치는 상기 제1축에 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어지며;
상기 제2모터의 회전축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제7기어가 회전 구속된 상태로 설치되고;
상기 제1축에는 상기 기어치합기구의 슬리브에 치합될 수 있는 클러치기어를 구비한 제8기어가 회전이 구속된 상태로 설치된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 9에 있어서,
상기 제7기어에 외접 치합되는 제9기어와 상기 제8기어에 외접 치합되는 제10기어가 서로 동심축으로 연결된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제2모터의 동력을 서로 다른 기어비로 외접치합된 두 외접기어열 중 어느 하나를 통하여 상기 제1축으로 전달할 수 있도록, 상기 제2모터와 제1축 사이에 제2변속장치가 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 11에 있어서,
상기 제2모터의 회전축에는 제11기어가 회전이 구속되어 설치되며;
상기 제1축에는 제12기어 및 제13기어가 각각 회전이 구속되어 설치되고;
상기 제11기어에 외접 치합된 제14기어와, 상기 제12기어에 외접 치합된 제15기어, 및 상기 제13기어에 외접 치합된 제16기어는 동심축을 이루며 설치되고;
상기 제2변속장치는 상기 제15기어와 제16기어의 사이에서 허브와 슬리브가 구비된 기어치합기구를 포함하여 이루어진 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제1축의 축방향을 따르는 직선 변위에 의해, 상기 유성기어장치의 제3회전요소를 상기 변속기케이스에 고정하거나 상기 제2축에 연결시키도록 구성된 제3변속장치를 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
3개의 회전요소 중 제1회전요소가 제1축에 연결되고 제2회전요소는 제2축에 연결되며 제3회전요소는 제3축에 연결되는 유성기어장치;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터;
를 포함하여 구성되고,
상기 제3축은 변속기케이스에 고정 가능하게 설치되며;
상기 제1축, 제2축 및 제3축 중 임의의 2축은 상호 구속 가능하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.
3개의 회전요소 중 선기어가 제1축에 연결되고 캐리어는 제2축에 연결되는 유성기어장치;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제1모터;
상기 제1축에 2개 이상의 기어비로 선택적으로 동력을 공급할 수 있도록 설치된 제2모터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 파워트레인.