KR100726733B1 - 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 운행과정에서 엔진 또는 전기모터에서 제공되는 동력의 감속비를 유성기어 세트의 전방에서 무단변속기구 또는 듀얼 클러치를 이용하여 적절히 조절하므로서, 차량의 모든 차속영역에서 차륜으로 전달되는 동력의 입력속도가 최적의 상태가 될 뿐만 아니라 차량의 연비가 향상되도록 하는 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 관한 것으로,

엔진의 구동력이 구동축을 통해서 유성기어 세트의 캐리어를 매개로 선 기어 및 링 기어로 전달되도록 형성되고, 상기 선 기어로 전달된 동력은 발전기를 구동하도록 형성되며, 상기한 발전기에서 발전된 전력은 파이널 드라이브를 구동시키는 링 기어에 보조동력을 제공하기 위해 구동모터를 동작시키도록 형성된 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 있어서, 상기한 엔진의 구동축과 유성기어 세트의 입력축 사이에는 무단변속기구 또는 듀얼 클러치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

하이브리드 자동차, 파워 스프릿, 무단변속기, 듀얼 클러치

Description

하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조{Power split system of the hybrid vehicle}

도 1은 본 발명에 의한 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템을 도시한 도면.

도 3은 종래의 싱글 모드 파워 스프릿 시스템을 설명하기 위한 도면.

도 4는 종래의 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템을 설명하기 위한 도면.

도 5는 종래의 하이브리드용 무단 변속기의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 싱글 모드 파워 스프릿 시스템과 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템의 효율을 비교하기 위한 그래프.

※ 도면의 주용부분에 대한 부호의 설명

100 : 엔진 101 : 구동축

110 : 유성기어 세트 R : 링 기어

S : 선 기어 C : 캐리어

111 : 입력축 120 : 발전기

130 : 구동모터 140 : 배터리

150 : 파이널 드라이브 160 : 차륜

200 : 무단변속기구 300 : 듀얼 클러치

본 발명은 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 운행과정에서 엔진 또는 전기모터에서 제공되는 동력의 감속비를 유성기어 세트의 전방에서 무단변속기구 또는 듀얼 클러치를 이용하여 적절히 조절하므로서, 차량의 모든 차속영역에서 차륜으로 전달되는 동력의 입력속도가 최적의 상태가 될 뿐만 아니라 차량의 연비가 향상되도록 하는 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 관한 것이다.

일반적인 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터, 배터리의 구성으로 이루어지며, 차량의 가속시에 전기모터에 의한 동력보조로 엔진의 운전점을 연료 소모율이 최소인 최적의 동작 라인(OOL : Optimal Operating Line) 가까운 곳으로 보내 연비가 향상되도록 구성된다.

이러한 하이브리드 자동차는 엔진으로 발전기를 구동함으로서 생성된 전력을 이용하여 전기모터를 돌리는 직렬형 하이브리드 자동차와, 엔진을 전기모터로 보조하여 엔진의 부담을 경감시키는 병렬형 하이브리드 자동차로 구분되고 있다.

도 3은 종래의 싱글 모드 파워 스프릿(Single mode power split)을 행하는 하이브리드 자동차의 동력전달 구성도로서, 엔진(50)의 구동축 동력은 유성기어 세트(51)의 캐리어(C)를 매개로 하여 선 기어(S) 및 링 기어(R)에 전달된다. 선 기어(S)로 전달된 동력은 발전기(52)를 구동하게 되고, 상기한 발전기(52)에서 발전된 전력은 구동모터(53)를 동작시키거나 배터리(54)에 축전된다. 한편, 링 기어(R)의 회전력 및 상기한 구동모터(53)의 구동력은 파이널 드라이브(55)로 연결되므로서, 파이널 드라이브의 양측에 마련된 차륜(56)을 회전시키도록 구성된다.

한편, 도 4는 종래의 듀얼 모드 파워 스프릿(Dual mode power split)을 행하는 하이드리드 자동차의 동력전달 구성도로서, 엔진(60)의 구동축 동력은 제1 클러치(CL1)를 거쳐 제1 유성기어 세트(61)의 제1 링 기어(R1)에 전달되고, 제1 캐리어(C1)를 매개로 제1 선 기어(S1) 및 파이널 드라이브(65)로 동력이 전달된다. 제1 선 기어(C1)로 전달된 동력은 발전기(62)를 구동할 뿐만 아니라, 제1 브레이크(BK1) 및 제2 클러치(CL2)를 거쳐 제2 유성기어 세트(67)의 제2 링 기어(R2)로 전달되어 제2 링 기어(R2)를 회전시키게 된다. 상기 발전기(62)에서 발전된 전력은 구동모터(63)를 동작시키거나 배터리(64)에 축전된다.

그리고, 제1 선 기어(S1)의 회전력을 받은 제2 링 기어(R2)는 제2 캐리어(C2)를 통해 파이널 드라이브(65)로 동력을 전달하게 되는데, 이 과정에서 구동모터(63)의 구동력이 제2 선 기어(S2)을 매개로 제2 캐리어(C2)에 전달되므로서, 제2 캐리어(C2)를 통한 파이널 드라이브(65)의 구동을 보조하게 된다.

이렇게 제1 캐리어(C1) 및 제2 캐리어(C2)를 통해 파이널 드라이브(65)로 전달된 동력은 파이널 드라이브(65)의 양측에 위치된 차륜(66)을 회전시키게 된다.

그리고, 도 5는 본 출원인에 의해서 1997년 10월 7일 대한민국 특허청에 출원된 후 등록된 '하이브리드용 무단 변속기'(등록특허 10-0270553호)에 첨부된 도면으로서, 엔진(1)과 모터(3)의 어느 일측 이상에서 발생된 구동력을 종감속 장치로 전달하는 하이브리드용 무단 변속기에 있어서, 상기 엔진(1)의 구동력을 변속시켜 종감속장치(5)로 전달할 수 있도록 엔진(1)과 종감속장치(5) 사이에 전후진기구(7)를 개재한 무단변속기구(9)가 제공되고; 상기 모터(3)의 구동력을 종감속장치(5)로 전달 및 차단할 수 있도록 모터(4)와 종감속장치(5) 사이에 클러치(21)가 제공되며, 상기와 같이 모터(3)가 구동력을 발생시킬 수 있는 전원을 공급하는 인버터(23)에 교류와 직류를 공급하는 발전기(25) 및 배터리(27)가 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 하이브리드용 무단 변속기의 구조를 보이고 있다.

이상과 같이 종래의 하이브리드 자동차는 그 동력전달 및 분배의 측면에서 다양한 방식으로 제공되고 있는 실정이다.

특히, 듀얼 모드 파워 스프릿 방식의 하이브리드 자동차의 효율은 도 6에 도시된 그래프에서와 같이 싱글 모드 파워 스프릿 방식의 하이브리드 자동차의 효율보다도 엔진의 전 차속 영역에서 우수하게 나타나고 있음을 알 수 있다.

그런데, 도 4에 도시된 기존의 듀얼 모드 파워 스프릿 방식의 하이브리드 자동차의 경우와 도 5에 도시된 '하이브리드용 무단 변속기'의 경우에는 상기한 도면들에서 나타난 바와 같이 그 구조가 복잡하게 이루어지므로서, 설계 및 제작에 따른 비용이 과다하게 소요되는 등의 문제점이 있엇다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 차량의 운행과정에서 엔진 또는 전기모터에서 제공되는 동력의 감속비를 유성기어 세트의 전방에서 무단변속기구 또는 듀얼 클러치를 이용하여 적절히 조절하므로서, 차량의 모든 차속영역에서 차륜으로 전달되는 동력의 입력속도가 최적의 상태가 될 뿐만 아니라 차량의 연비가 향상되도록 하는 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조를 제공하는 데 목적이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 발명의 목적달성을 위한 수단으로서,

엔진의 구동력이 구동축을 통해서 유성기어 세트의 캐리어를 매개로 선 기어 및 링 기어로 전달되도록 형성되고, 상기 선 기어로 전달된 동력은 발전기를 구동하도록 형성되며, 상기한 발전기에서 발전된 전력은 파이널 드라이브를 구동시키는 링 기어에 보조동력을 제공하기 위해 구동모터를 동작시키도록 형성된 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 있어서,

상기한 엔진의 구동축과 유성기어 세트의 입력축 사이에는 무단변속기구 또는 듀얼 클러치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템을 도시한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 200과 300은 각각 본 발명에 의한 벨트 타입의 무단변속기구(Continuously Variable Transmission, CVT) 및 듀얼 클러치를 지시하는 것이다.

상기한 무단변속기구(200) 또는 듀얼 클러치(300)은 본 명세서의 [종래기술의 설명]에서 이미 상술된 바와 같은 싱글 모드 파워 스프릿 시스템에 추가로 적용되어 전체적인 파워 스프릿이 듀얼 모드화되도록 하기 위한 것이다.

이를 위해, 종래기술의 설명에서 설명된 바와 같은 파워 스프릿 시스템이 종래기술에서와 같이 마련된다.

즉, 엔진(100)의 구동축(101) 동력은 유성기어 세트(110)의 캐리어(C)를 매개로 하여 선 기어(S) 및 링 기어(R)에 전달된다. 선 기어(S)로 전달된 동력은 발전기(120)를 구동하게 되고, 상기한 발전기(120)에서 발전된 전력은 구동모터(130) 를 동작시키거나 배터리(140)에 축전된다. 한편, 링 기어(R)의 회전력 및 상기한 구동모터(130)의 구동력은 파이널 드라이브(150)로 연결되므로서, 파이널 드라이브(15)의 양측에 마련된 차륜(160)을 회전시키도록 구성된다.

그런데 본 발명의 적용을 위하여 상기한 엔진(100)의 구동축(101)과, 유성기어 세트(110)의 입력축(111) 사이에는 무단변속기구(200)가 더 추가형성된다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도 2에서와 같이 상기한 무단변속기구(200)를 형성하는 대신에 듀얼 클러치(300)가 더 추가형성될 수도 있는 것이다.

본 발명에 의한 듀얼 모드 파어 스프릿 시스템의 구성을 위해서 추가형성되는 무단변속기구(200) 및 듀얼 클러치(300)는 자동차에 적용되고 있는 통상적인 것을 사용하여도 본 발명의 작용 효과를 실현하는 데 별 문제가 없으므로, 그 구체적인 구성 및 작동에 대한 설명은 본 출원인에 의해서 대한민국 특허청에 출원된 후 이미 등록된 특허등록번호 10-0270553호에서와 같이 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명에 의한 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 따른 작용 및 효과에 대한 설명을 하기로 한다.

엔진(100)에서 생성된 동력은 구동축(101)과, 유성기어 세트(110)의 입력축(111) 사이에 마련된 상기한 무단변속기구(200) 및 듀얼 클러치(300)를 통해서 속 도비가 1차 조절된 후에 유성기어 세트(110)의 캐리어(C)로 전달된다.

캐리어(C)로 전달된 회전력은 선 기어(S) 및 링 기어(R)를 회전시키게 되고, 링 기어(R)의 동력은 파이널 드라이브(150)를 통해서 차륜(160)을 회전시키게 된다. 이 과정에서 선 기어(S)로 전달된 동력은 발전기(120)로 전달되어 전력을 생성시키는데, 이 전력은 링 기어(R)의 구동력을 보조하는 구동모터(130)를 회전시키거나 배터리(140)에 축전된다.

즉, 본 발명에 의한 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 의하면, [종래기술의 설명]에서 이미 상술한 바와 같은 도 3에 따른 싱글 모드 파워 스프릿 시스템의 경우보다 차량의 모든 속도영역에 걸쳐서 우수한 효율을 얻을 수 있게 되고, 도 4 내지 도 5에 따른 듀얼 모드 파워 스프릿 시스템 및 '하이브리드용 무단변속기의 경우보다 그 구조는 간단하면서도 도 6에 나타난 바와 같이 보다 효율이 좋은 듀얼 모드 파워 스프릿의 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면, 엔진의 구동축과 유성기어 세트의 입력축 사이에 무단변속기구 또는 듀얼 클러치가 장착되므로서, 종래의 싱글 모드 파워 스프릿 시스템의 경우보다 우수한 출력효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 듀얼 모드 파워 스프릿 및 하이브리드용 무단변속기의 구조보다는 간단한 구조를 이루면서 좋은 출력효율을 얻을 수 있게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 엔진의 구동력이 구동축을 통해서 유성기어 세트의 캐리어를 매개로 선 기어 및 링 기어로 전달되도록 형성되고, 상기 선 기어로 전달된 동력은 발전기를 구동하도록 형성되며, 상기한 발전기에서 발전된 전력은 파이널 드라이브를 구동시키는 링 기어에 보조동력을 제공하기 위해 구동모터를 동작시키도록 형성된 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 있어서,

   상기한 엔진(100)의 구동축(101)과, 유성기어 세트(110)의 입력축(111) 사이에는 무단변속기구(200)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조.
2. 엔진의 구동력이 구동축을 통해서 유성기어 세트의 캐리어를 매개로 선 기어 및 링 기어로 전달되도록 형성되고, 상기 선 기어로 전달된 동력은 발전기를 구동하도록 형성되며, 상기한 발전기에서 발전된 전력은 파이널 드라이브를 구동시키는 링 기어에 보조동력을 제공하기 위해 구동모터를 동작시키도록 형성된 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조에 있어서,

   상기한 엔진(100)의 구동축(101)과, 유성기어 세트(110)의 입력축(111) 사이에는 듀얼 클러치(300)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 파워 스프릿 구조.

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