KR20210152286A - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

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KR20210152286A
KR20210152286A KR1020200069188A KR20200069188A KR20210152286A KR 20210152286 A KR20210152286 A KR 20210152286A KR 1020200069188 A KR1020200069188 A KR 1020200069188A KR 20200069188 A KR20200069188 A KR 20200069188A KR 20210152286 A KR20210152286 A KR 20210152286A
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KR
South Korea
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gear
section
input shaft
hub
clutch
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Application number
KR1020200069188A
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Inventor
채민호
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 동력을 입력 받는 제1입력축; 상기 제1입력축에 평행하게 배치된 출력축; 상기 출력축에 동심축으로 배치되고 동력을 입력 받는 제2입력축; 서로 다른 기어비로 상기 제1입력축의 동력을 선택적으로 상기 출력축에 전달할 수 있도록 설치된 1단기어쌍 및 2단기어쌍; 상기 출력축의 축방향을 따른 직선적인 움직임에 의하여, 상기 1단기어쌍, 2단기어쌍, 및 제2입력축을 통한 동력을 선택적으로 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 설치된 클러치기구를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량 하이브리드 파워트레인의 레이아웃에 관한 기술이다.
차량의 하이브리드 파워트레인은 엔진의 동력과 모터의 동력을 적절히 조합하여 차량이 구동될 수 있도록 함으로써, 차량의 동력성능을 우수하게 확보 및 향상시킬 수 있도록 하면서도, 차량의 연비를 향상시키는 것을 지향한다.
상기와 같은 하이브리드 파워트레인은 비교적 간단한 구성으로 다양한 모드를 구현할 수 있도록 하면서도 불필요한 드래그를 최소화하는 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 1020150070488 A
본 발명은 비교적 간단한 구성으로 다양한 모드를 구현할 수 있도록 하면서도 불필요한 드래그를 최소화하여 차량의 연비를 크게 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은,
동력을 입력 받는 제1입력축;
상기 제1입력축에 평행하게 배치된 출력축;
상기 출력축에 동심축으로 배치되고 동력을 입력 받는 제2입력축;
서로 다른 기어비로 상기 제1입력축의 동력을 선택적으로 상기 출력축에 전달할 수 있도록 설치된 1단기어쌍 및 2단기어쌍;
상기 출력축의 축방향을 따른 직선적인 움직임에 의하여, 상기 1단기어쌍, 2단기어쌍, 및 제2입력축을 통한 동력을 선택적으로 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 설치된 클러치기구;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 1단기어쌍은 상기 제1입력축에 고정된 1단구동기어와, 상기 1단구동기어에 치합된 상태로 상기 출력축에 대해 회전 가능하게 설치된 1단피동기어로 이루어지고;
상기 2단기어쌍은 상기 제1입력축에 고정된 2단구동기어와, 상기 2단구동기어에 치합된 상태로 상기 출력축에 대해 회전 가능하게 설치된 2단피동기어로 이루어질 수 있다.
상기 클러치기구는
상기 1단피동기어에 직결된 제1클러치기어;
상기 2단피동기어에 직결된 제2클러치기어;
상기 제2입력축에 직결된 제3클러치기어;
상기 출력축에 설치된 허브;
상기 허브 상에서 축방향을 따라 직선 이동 가능하게 설치된 슬리브;
를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 허브는 상기 제1클러치기어와 제2클러치기어 사이에 배치되고;
상기 제3클러치기어는 상기 허브와 제2클러치기어 사이에 배치될 수 있다.
상기 슬리브는 상기 허브의 외측을 감싸면서 치합되고;
상기 슬리브 내주면에 형성된 슬리브기어의 축방향 전체 길이는 상기 허브의 외주면에 형성된 허브기어의 축방향 길이보다 길고;
상기 슬리브기어는 상기 허브기어의 축방향 길이보다 짧게 치형이 생략된 무결합구간을 중심으로 양쪽에 치형이 형성된 제1구간 및 제2구간으로 이루어질 수 있다.
상기 슬리브기어의 제1구간 및 제2구간은,
상기 제1구간이 상기 제1클러치기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어에 치합되는 제1모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제2클러치기어에 치합되는 제2모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제3클러치기어에 치합되는 제3모드,
상기 제1구간이 상기 제1클러치기어 및 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제4모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 상기 제2구간이 상기 제2클러치기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 제3클러치기어는 상기 출력축의 일단을 감싸는 중공부로 이루어진 상기 제2입력축의 단부에 결합될 수 있다.
상기 2단피동기어 및 제2클러치기어는 상기 제2입력축의 중공부 외측에 회전 가능하게 설치될 수 있다.
상기 제1입력축에는 엔진이 연결되고;
상기 제2입력축에는 제1모터제너레이터가 연결될 수 있다.
상기 제1입력축에는 제2모터제너레이터가 더 연결될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은,
동력을 입력 받도록 서로 평행하게 배치된 제1입력축 및 제2입력축;
상기 제2입력축에 동심축을 이루어 배치된 출력축;
서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축과 출력축에 설치된 1단기어쌍;
서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축과 제2입력축에 설치된 2단기어쌍;
상기 제1입력축으로부터의 동력을 상기 1단기어쌍 또는 2단기어쌍을 통하여 상기 출력축으로 전달할 수 있는 상태 및 상기 제2입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달할 수 있는 상태를 선택적으로 구현할 수 있도록 구비된 클러치기구;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 1단기어쌍은 상기 제1입력축에 회전이 구속된 1단구동기어와, 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어로 이루어지고;
상기 2단기어쌍은 상기 제1입력축에 회전이 구속된 2단구동기어와, 상기 제2입력축에 회전 가능하게 설치된 2단피동기어로 이루어질 수 있다.
상기 클러치기구는
상기 1단피동기어에 연결된 제1클러치기어;
상기 2단피동기어에 연결된 제2클러치기어;
상기 제2입력축에 연결된 제3클러치기어;
상기 출력축에 회전이 구속되어 설치된 허브;
상기 허브 상에서 축방향을 따라 이동됨에 의해 상기 제1클러치기어, 제2클러치기어 및 제3클러치기어 중 적어도 하나에 치합 가능하게 설치된 슬리브;
를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 출력축의 축방향을 따라, 상기 제1클러치기어, 허브, 제3클러치기어, 및 제2클러치기어가 차례로 배치될 수 있다.
상기 슬리브는 상기 허브의 외측에 회전은 구속되고 상기 출력축을 따르는 직선 슬라이딩은 허용되도록 치합되고;
상기 슬리브 내주면에는 상기 허브와 치합되는 슬리브기어가 구비되며;
상기 슬리브기어는 양쪽에 치형이 형성된 제1구간과 제2구간과, 상기 제1구간과 제2구간 사이에 치형이 없는 무결합구간으로 이루어지고;
상기 슬리브기어의 제1구간과 무결합구간 및 제2구간의 축방향을 따르는 전체 길이는 상기 허브의 외주면에 형성된 허브기어의 축방향 길이보다 길고;
상기 슬리브기어의 무결합구간은 상기 허브기어의 축방향 길이보다 짧게 형성되어,
상기 슬리브기어가 축방향으로 이동하는 전체 구간에서 상기 제1구간과 제2구간 중 적어도 하나는 상기 허브기어에 치합된 상태를 유지할 수 있다.
상기 슬리브기어의 제1구간 및 제2구간은,
상기 제1구간이 상기 제1클러치기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어에 치합되는 제1모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제2클러치기어에 치합되는 제2모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제3클러치기어에 치합되는 제3모드,
상기 제1구간이 상기 제1클러치기어 및 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제4모드,
상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 상기 제2구간이 상기 제2클러치기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 제3클러치기어는 상기 제2입력축의 단부에 결합되고;
상기 출력축의 단부는 상기 제2입력축의 단부에 레이디얼 하중과 축방향 하중을 지지하는 테이퍼 롤러 베어링으로 지지될 수 있다.
상기 제1입력축에는 엔진이 연결되고;
상기 제2입력축에는 제1모터제너레이터가 연결될 수 있다.
상기 제1입력축에는 제2모터제너레이터가 더 연결될 수 있다.
본 발명은 비교적 간단한 구성으로 다양한 모드를 구현할 수 있도록 하면서도 불필요한 드래그를 최소화하여 차량의 연비를 크게 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 슬리브 구조를 상세히 설명한 도면,
도 3은 본 발명 파워트레인의 구현 가능한 모드들을 정리한 도표로서, 각 모드의 구현을 위한 허브 및 클러치기어들에 대한 슬리브의 위치를 표시한 도표,
도 4 내지 도 8은 제1모드 내지 제5모드를 각각 설명한 도면,
도 9는 도 1의 하이브리드 파워트레인의 변형예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 동력을 입력 받는 제1입력축(IN1); 상기 제1입력축(IN1)에 평행하게 배치된 출력축(OUT); 상기 출력축(OUT)에 동심축으로 배치되고 동력을 입력 받는 제2입력축(IN2); 서로 다른 기어비로 상기 제1입력축(IN1)의 동력을 선택적으로 상기 출력축(OUT)에 전달할 수 있도록 설치된 1단기어쌍(GP1) 및 2단기어쌍(GP2); 상기 출력축(OUT)의 축방향을 따른 직선적인 움직임에 의하여, 상기 1단기어쌍(GP1), 2단기어쌍(GP2), 및 제2입력축(IN2)을 통한 동력을 선택적으로 상기 출력축(OUT)으로 전달할 수 있도록 설치된 클러치기구(CL)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명 파워트레인은 상기 제1입력축(IN1)과 제2입력축(IN2)을 통해 동력이 입력될 수 있으며, 상기 1단기어쌍(GP1)과 2단기어쌍(GP2) 및 클러치기구(CL)를 통해 입력되는 동력을 상기 클러치기구(CL)에 의해, 선택적으로 출력축(OUT)으로 전달할 수 있는 다양한 모드를 형성할 수 있도록 구성된 것이다.
상기 1단기어쌍(GP1)은 상기 제1입력축(IN1)에 고정된 1단구동기어(D1)와, 상기 1단구동기어(D1)에 치합된 상태로 상기 출력축(OUT)에 대해 회전 가능하게 설치된 1단피동기어(P1)로 이루어진다.
상기 2단기어쌍(GP2)은 상기 제1입력축(IN1)에 고정된 2단구동기어(D2)와, 상기 2단구동기어(D2)에 치합된 상태로 상기 출력축(OUT)에 대해 회전 가능하게 설치된 2단피동기어(P2)로 이루어진다.
물론, 상기 1단기어쌍(GP1)의 기어비는 상기 2단기어쌍(GP2)의 기어비보다 크게 형성되어 일반적인 변속기에서 상대적으로 하위 변속단과 같은 기능을 수행하고, 그에 따라 상기 2단기어쌍(GP2)은 상대적으로 작은 기어비로 상위 변속단과 같은 기능을 수행하는 것이다.
상기 클러치기구(CL)는 상기 1단피동기어(P1)에 직결된 제1클러치기어(CG1); 상기 2단피동기어(P2)에 직결된 제2클러치기어(CG2); 상기 제2입력축(IN2)에 직결된 제3클러치기어(CG3); 상기 출력축(OUT)에 설치된 허브(HB); 상기 허브(HB) 상에서 축방향을 따라 직선 이동 가능하게 설치된 슬리브(SB)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 상기 허브는 상기 제1클러치기어(CG1)와 제2클러치기어(CG2) 사이에 배치되고, 상기 제3클러치기어(CG3)는 상기 허브(HB)와 제2클러치기어(CG2) 사이에 배치된 구조이다.
상기 슬리브(SB)는 상기 허브(HB)의 외측을 감싸면서 치합되고, 상기 슬리브(SB) 내주면에 형성된 슬리브기어(SG)의 축방향 전체 길이는 상기 허브(HB)의 외주면에 형성된 허브기어(HG)의 축방향 길이보다 길게 형성되고, 상기 슬리브기어(SG)는 상기 허브기어(HG)의 축방향 길이보다 짧게 치형이 생략된 무결합구간(NL)을 중심으로 양쪽에 치형이 형성된 제1구간(S1) 및 제2구간(S2)으로 이루어진다.
도 2는 상기 슬리브(SB)의 제1구간(S1)과 제2구간(S2) 및 무결합구간(NL)을 구체적으로 설명하고 있다.
본 발명은 상기 슬리브(SB)의 축방향 이동에 따라 도 3에 정리된 바와 같은 5가지의 운전 모드를 구현할 수 있도록 구성되는 바, 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1) 및 제2구간(S2) 중, 상기 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG)에 치합되는 제1모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2)에 치합되는 제2모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제3모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1) 및 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제4모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 상기 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성된다.
또한, 본 실시예에서, 상기 제3클러치기어(CG3)는 상기 출력축(OUT)의 일단을 감싸는 중공부(IN2_H)로 이루어진 상기 제2입력축(IN2)의 단부에 결합된다.
또한, 상기 2단피동기어(P2) 및 제2클러치기어(CG2)는 상기 제2입력축(IN2)의 중공부(IN2_H) 외측에 회전 가능하게 설치됨으로써, 상기 출력축(OUT)에 대해 회전 가능한 상태를 확보하도록 구성되어 있다.
본 실시예에서, 상기 제1입력축(IN1)에는 엔진(E)이 연결되어 엔진(E)의 동력을 입력 받으며, 상기 제2입력축(IN2)에는 제1모터제너레이터(MG1)가 연결된다.
또한, 상기 제1입력축(IN1)에는 제2모터제너레이터(MG2)가 더 연결되도록 하고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)에서 발전된 전력으로 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 구동할 수 있도록 하는 전기장치에 의해 시리즈 타입 하이브리드 파워트레인(Series Type Hybrid Powertrain)을 구성할 수 있다.
물론, 상기 전기장치에는 인버터와 배터리 등이 포함되며, 도면에는 대표적으로 배터리(BT)를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명 파워트레인이 구현하는 제1모드를 설명한 것으로서, 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG)에 치합되어, 상기 제1입력축(IN1)의 동력이 상기 1단기어쌍(GP1)을 통해 상기 슬리브(SB) 및 허브(HB)로 전달되어 출력축(OUT)으로 제공되는 상태로서, 1단 상태를 구현한다.
상기 제1입력축(IN1)으로는 엔진(E)의 동력이 기본적으로 제공되고, 제2모터제너레이터(MG2)는 선택적으로 동력을 제공할 수 있다.
참고로, 도 4 내지 도 8에서 점선 화살표는 선택적인 동력 흐름을 나타내고, 실선 화살표는 필수적인 동력 흐름을 나타낸다.
참고로, 상기 출력축(OUT)에는 출력기어(OG)가 구비되어 동력을 구동륜(W)으로 인출할 수 있도록 구성되어 있다.
도 5는 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2)에 치합되는 제2모드를 도시한 것으로서, 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 상기 2단기어쌍(GP2)을 통해 상기 출력축(OUT)으로 전달되어 2단 상태를 구현하는 상태이다.
마찬가지로 상기 제1입력축(IN1)에는 엔진(E)의 동력이 필수적으로 제공되며, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 동력은 선택적으로 제공되어 상기 엔진(E)의 동력을 보조할 수 있다.
도 6은 제3모드를 도시한 것으로서, 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 상태이다.
따라서, 상기 출력축(OUT)에는 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 동력이 상기 제2입력축(IN2), 제3클러치기어(CG3), 슬리브(SB) 및 허브(HB)를 통해 전달되어, 상기 제1모터제너레이터(MG1)에 의해서만 차량이 구동되는 EV모드를 구현하는 것이다.
한편, 도 6에서는 상기 제1모터제너레이터(MG1) 이외에 엔진(E)을 함께 구동하여, 엔진(E)의 동력으로 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하여 발전된 전기로 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 구동할 수 있음을 나타내고 있는 바, 소위 시리즈 타입 하이브리드 모드(Series Type Hybrid Mode)의 구현으로 볼 수 있다.
도 7의 제4모드는 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1) 및 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 모드로서, 상기 슬리브(SB)에 의해 상기 제1클러치기어(CG1), 허브(HB) 및 제3클러치기어(CG3)가 서로 연결된 상태이다.
따라서, 상기 엔진(E)의 동력은 1단기어쌍(GP1) 및 제1클러치기어(CG1)를 통해 상기 허브(HB)로 전달되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 동력은 제3클러치기어(CG3)를 통해 상기 허브(HB)로 전달되어, 상기 출력축(OUT)은 엔진(E)의 동력과 제1모터제너레이터(MG1)의 동력에 의해 함께 구동되는 상태로서, 소위 패러렐 타입 하이브리드 모드(Parallel Type Hybrid Mode)를 구현하는 상태이다.
도 8의 제5모드는 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 상기 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 모드로서, 상기 슬리브(SB)에 의해 상기 제2클러치기어(CG2)와 제3클러치기어(CG3)가 모두 상기 허브(HB)에 연결되는 상태이다.
따라서, 상기 엔진(E)의 동력은 2단기어쌍(GP2) 및 제2클러치기어(CG2)를 통해 상기 허브(HB)로 전달되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 동력은 제3클러치기어(CG3)를 통해 상기 허브(HB)로 전달되어, 상기 출력축(OUT)은 엔진(E)의 동력과 제1모터제너레이터(MG1)의 동력에 의해 함께 구동되는 상태로서, 또 다른 패러렐 타입 하이브리드 모드를 구현하는 상태이다.
즉, 본 발명은 패러렐 타입 하이브리드 모드를, 상기 제4모드와 같이 엔진(E) 동력을 1단으로 변속하면서 구현하는 상태와, 제5모드와 같이 엔진(E) 동력을 2단으로 변속하면서 구현하는 상태로 선택적으로 구현할 수 있어서, 차량을 패러렐 타입 하이브리드 모드로 구동하면서 1단과 2단 사이의 변속이 가능하고, 이를 통해 엔진(E)이 연비에 보다 유리한 운전점에서 운전되도록 적절한 변속단을 선택할 수 있어서, 궁극적으로 차량의 연비가 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 9는 도 1의 실시예의 변형례로서, 동력을 입력 받도록 서로 평행하게 배치된 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2); 상기 제2입력축(IN2)에 동심축을 이루어 배치된 출력축(OUT); 서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축(IN1)과 출력축(OUT)에 설치된 1단기어쌍(GP1); 서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축(IN1)과 제2입력축(IN2)에 설치된 2단기어쌍(GP2); 상기 제1입력축(IN1)으로부터의 동력을 상기 1단기어쌍(GP1) 또는 2단기어쌍(GP2)을 통하여 상기 출력축(OUT)으로 전달할 수 있는 상태 및 상기 제2입력축(IN2)의 동력을 상기 출력축(OUT)으로 전달할 수 있는 상태를 선택적으로 구현할 수 있도록 구비된 클러치기구(CL)를 포함하여 구성된다.
즉, 기본적인 구성은 상기 도 1의 실시예와 거의 동일하다. 다만, 후술하는 바와 같이 상기 제2입력축(IN2)에 중공부를 구비하지 않고, 상기 2단기어쌍(GP2)을 구성하는 2단피동기어(P2)가 제2입력축(IN2)에 회전 가능하게 설치되며, 상기 출력축(OUT)과 제2입력축(IN2)의 단부가 레이디얼 하중과 축방향 하중을 함께 지지하는 테이퍼 롤러 베어링(TRB)으로 지지되는 점만 상이하다.
상기 1단기어쌍(GP1)은 상기 제1입력축(IN1)에 회전이 구속된 1단구동기어(D1)와, 상기 출력축(OUT)에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어(P1)로 이루어지고; 상기 2단기어쌍(GP2)은 상기 제1입력축(IN1)에 회전이 구속된 2단구동기어(D2)와, 상기 제2입력축(IN2)에 회전 가능하게 설치된 2단피동기어(P2)로 이루어진다.
상기 클러치기구(CL)는 상기 1단피동기어(P1)에 연결된 제1클러치기어(CG1); 상기 2단피동기어(P2)에 연결된 제2클러치기어(CG2); 상기 제2입력축(IN2)에 연결된 제3클러치기어(CG3); 상기 출력축(OUT)에 회전이 구속되어 설치된 허브(HB); 상기 허브(HB) 상에서 축방향을 따라 이동됨에 의해 상기 제1클러치기어(CG1), 제2클러치기어(CG2) 및 제3클러치기어(CG3) 중 적어도 하나에 치합 가능하게 설치된 슬리브(SB)를 포함하여 구성된다.
상기 출력축(OUT)의 축방향을 따라, 상기 제1클러치기어(CG1), 허브(HB), 제3클러치기어(CG3), 및 제2클러치기어(CG2)가 차례로 배치된다.
상기 슬리브(SB)는 상기 허브(HB)의 외측에 회전은 구속되고 상기 출력축(OUT)을 따르는 직선 슬라이딩은 허용되도록 치합되고; 상기 슬리브(SB) 내주면에는 상기 허브(HB)와 치합되는 슬리브기어(SG)가 구비되며; 상기 슬리브기어(SG)는 양쪽에 치형이 형성된 제1구간(S1)과 제2구간(S2)과, 상기 제1구간(S1)과 제2구간(S2) 사이에 치형이 없는 무결합구간(NL)으로 이루어지고; 상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1)과 무결합구간(NL) 및 제2구간(S2)의 축방향을 따르는 전체 길이는 상기 허브(HB)의 외주면에 형성된 허브기어(HG)의 축방향 길이보다 길고; 상기 슬리브기어(SG)의 무결합구간(NL)은 상기 허브기어(HG)의 축방향 길이보다 짧게 형성되어, 상기 슬리브기어(SG)가 축방향으로 이동하는 전체 구간에서 상기 제1구간(S1)과 제2구간(S2) 중 적어도 하나는 상기 허브기어(HG)에 치합된 상태를 유지하도록 되어 있다.
상기 슬리브기어(SG)의 제1구간(S1) 및 제2구간(S2)은, 상기 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG)에 치합되는 제1모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2)에 치합되는 제2모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제3모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 제1클러치기어(CG1) 및 허브기어(HG)에 치합되고, 제2구간(S2)이 상기 허브기어(HG) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제4모드, 상기 제1구간(S1)이 상기 허브기어(HG)에 치합되고, 상기 제2구간(S2)이 상기 제2클러치기어(CG2) 및 제3클러치기어(CG3)에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성된다.
상기 제3클러치기어(CG3)는 상기 제2입력축(IN2)의 단부에 결합되고, 상기 출력축(OUT)의 단부는 상기 제2입력축(IN2)의 단부에 레이디얼 하중과 축방향 하중을 지지하는 테이퍼 롤러 베어링(TRB)으로 지지된다.
따라서, 상기 도 1의 실시예에 비하여 제2입력축(IN2)의 구조가 단순해지고 중량이 저감되며, 상기 2단피동기어(P2)의 내경 및 외경 축소가 가능하여 2단기어비에 대한 설계 자유도를 증가시킬 수 있다.
상기 제1입력축(IN1)에는 엔진(E)이 연결되고, 상기 제2입력축(IN2)에는 제1모터제너레이터(MG1)가 연결된다.
위와 같은 구성만으로도 차량의 파워트레인이 구성되지만, 상기 제1입력축(IN1)에 제2모터제너레이터(MG2)를 더 연결하여, 상술한 바와 같이 시리즈 타입 하이브리드 모드의 구현이 가능하도록 할 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.
IN1; 제1입력축
IN2; 제2입력축
OUT; 출력축
CL; 클러치기구
GP1; 1단기어쌍
GP2; 2단기어쌍
D1; 1단구동기어
P1; 1단피동기어
D2; 2단구동기어
P2; 2단피동기어
CG1; 제1클러치기어
CG2; 제2클러치기어
CG3; 제3클러치기어
HB; 허브
SB; 슬리브
SG; 슬리브기어
HG; 허브기어
NL; 무결합구간
S1; 제1구간
S2; 제2구간
TRB; 테이퍼 롤러 베어링

Claims (19)

  1. 동력을 입력 받는 제1입력축;
    상기 제1입력축에 평행하게 배치된 출력축;
    상기 출력축에 동심축으로 배치되고 동력을 입력 받는 제2입력축;
    서로 다른 기어비로 상기 제1입력축의 동력을 선택적으로 상기 출력축에 전달할 수 있도록 설치된 1단기어쌍 및 2단기어쌍;
    상기 출력축의 축방향을 따른 직선적인 움직임에 의하여, 상기 1단기어쌍, 2단기어쌍, 및 제2입력축을 통한 동력을 선택적으로 상기 출력축으로 전달할 수 있도록 설치된 클러치기구;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단기어쌍은 상기 제1입력축에 고정된 1단구동기어와, 상기 1단구동기어에 치합된 상태로 상기 출력축에 대해 회전 가능하게 설치된 1단피동기어로 이루어지고;
    상기 2단기어쌍은 상기 제1입력축에 고정된 2단구동기어와, 상기 2단구동기어에 치합된 상태로 상기 출력축에 대해 회전 가능하게 설치된 2단피동기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클러치기구는
    상기 1단피동기어에 직결된 제1클러치기어;
    상기 2단피동기어에 직결된 제2클러치기어;
    상기 제2입력축에 직결된 제3클러치기어;
    상기 출력축에 설치된 허브;
    상기 허브 상에서 축방향을 따라 직선 이동 가능하게 설치된 슬리브;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 허브는 상기 제1클러치기어와 제2클러치기어 사이에 배치되고;
    상기 제3클러치기어는 상기 허브와 제2클러치기어 사이에 배치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 허브의 외측을 감싸면서 치합되고;
    상기 슬리브 내주면에 형성된 슬리브기어의 축방향 전체 길이는 상기 허브의 외주면에 형성된 허브기어의 축방향 길이보다 길고;
    상기 슬리브기어는 상기 허브기어의 축방향 길이보다 짧게 치형이 생략된 무결합구간을 중심으로 양쪽에 치형이 형성된 제1구간 및 제2구간으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬리브기어의 제1구간 및 제2구간은,
    상기 제1구간이 상기 제1클러치기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어에 치합되는 제1모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제2클러치기어에 치합되는 제2모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제3클러치기어에 치합되는 제3모드,
    상기 제1구간이 상기 제1클러치기어 및 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제4모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 상기 제2구간이 상기 제2클러치기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3클러치기어는 상기 출력축의 일단을 감싸는 중공부로 이루어진 상기 제2입력축의 단부에 결합된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 2단피동기어 및 제2클러치기어는 상기 제2입력축의 중공부 외측에 회전 가능하게 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1입력축에는 엔진이 연결되고;
    상기 제2입력축에는 제1모터제너레이터가 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1입력축에는 제2모터제너레이터가 더 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  11. 동력을 입력 받도록 서로 평행하게 배치된 제1입력축 및 제2입력축;
    상기 제2입력축에 동심축을 이루어 배치된 출력축;
    서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축과 출력축에 설치된 1단기어쌍;
    서로 외접치합된 상태로 상기 제1입력축과 제2입력축에 설치된 2단기어쌍;
    상기 제1입력축으로부터의 동력을 상기 1단기어쌍 또는 2단기어쌍을 통하여 상기 출력축으로 전달할 수 있는 상태 및 상기 제2입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달할 수 있는 상태를 선택적으로 구현할 수 있도록 구비된 클러치기구;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 1단기어쌍은 상기 제1입력축에 회전이 구속된 1단구동기어와, 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 1단피동기어로 이루어지고;
    상기 2단기어쌍은 상기 제1입력축에 회전이 구속된 2단구동기어와, 상기 제2입력축에 회전 가능하게 설치된 2단피동기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 클러치기구는
    상기 1단피동기어에 연결된 제1클러치기어;
    상기 2단피동기어에 연결된 제2클러치기어;
    상기 제2입력축에 연결된 제3클러치기어;
    상기 출력축에 회전이 구속되어 설치된 허브;
    상기 허브 상에서 축방향을 따라 이동됨에 의해 상기 제1클러치기어, 제2클러치기어 및 제3클러치기어 중 적어도 하나에 치합 가능하게 설치된 슬리브;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 출력축의 축방향을 따라, 상기 제1클러치기어, 허브, 제3클러치기어, 및 제2클러치기어가 차례로 배치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 허브의 외측에 회전은 구속되고 상기 출력축을 따르는 직선 슬라이딩은 허용되도록 치합되고;
    상기 슬리브 내주면에는 상기 허브와 치합되는 슬리브기어가 구비되며;
    상기 슬리브기어는 양쪽에 치형이 형성된 제1구간과 제2구간과, 상기 제1구간과 제2구간 사이에 치형이 없는 무결합구간으로 이루어지고;
    상기 슬리브기어의 제1구간과 무결합구간 및 제2구간의 축방향을 따르는 전체 길이는 상기 허브의 외주면에 형성된 허브기어의 축방향 길이보다 길고;
    상기 슬리브기어의 무결합구간은 상기 허브기어의 축방향 길이보다 짧게 형성되어,
    상기 슬리브기어가 축방향으로 이동하는 전체 구간에서 상기 제1구간과 제2구간 중 적어도 하나는 상기 허브기어에 치합된 상태를 유지하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 슬리브기어의 제1구간 및 제2구간은,
    상기 제1구간이 상기 제1클러치기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어에 치합되는 제1모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제2클러치기어에 치합되는 제2모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 제3클러치기어에 치합되는 제3모드,
    상기 제1구간이 상기 제1클러치기어 및 허브기어에 치합되고, 제2구간이 상기 허브기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제4모드,
    상기 제1구간이 상기 허브기어에 치합되고, 상기 제2구간이 상기 제2클러치기어 및 제3클러치기어에 치합되는 제5모드를 구현할 수 있도록 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제3클러치기어는 상기 제2입력축의 단부에 결합되고;
    상기 출력축의 단부는 상기 제2입력축의 단부에 레이디얼 하중과 축방향 하중을 지지하는 테이퍼 롤러 베어링으로 지지된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1입력축에는 엔진이 연결되고;
    상기 제2입력축에는 제1모터제너레이터가 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1입력축에는 제2모터제너레이터가 더 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150070488A (ko) 2013-12-16 2015-06-25 현대자동차주식회사 하이브리드 파워트레인 및 그 hev-hv 구동력모드 전환 방법

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