KR100757597B1 - 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치에 관한 것으로서, 더욱 상게하게는 디스크 및 한 쌍의 롤러로 조합된 토로이달(Toroidal)변속장치와, 전진기어 및 유성기어셋트가 클러치와 함께 조합된 전후진수단과, 동력을 구동륜에 분할하는 디퍼런셜 장치로 구성된 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치에 관한 것이다.
본 발명은 엔진의 크랭크축에 직결된 모터와; 상기 모터로부터의 입력축에 연결된 전후진 제어장치와; 상기 전후진 제어장치의 출력측에 연결되며, 그 안쪽면은 곡면의 제1접촉면으로 형성된 입력롤러와; 상기 입력롤러의 맞은편에 대향 배치되며, 그 안쪽면은 제1접촉면과 마주보며 동일한 곡면의 제2접촉면으로 형성된 출력롤러와; 상기 입력롤러의 제1접촉면과 상기 출력롤러의 제2접촉면에 동시에 접촉하며 변속을 구현하는 디스크와; 상기 출력롤러와 연결된 출력기어를 포함하는 출력부와; 상기 출력부로부터 동력을 전달받을 수 있게 연결되는 디퍼런셜 기어와; 상기 디퍼런셜 기어와 연결되는 휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치를 제공한다.
하이브리드, 무단변속, 디스크, 롤러, 전후진 제어장치, 모터, 엔진

Description

하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치{Continuously variable transmission for HEV}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치를 나타내는 동력전달계통도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치의 변속비를 설명하는 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 12 : 모터
14 : 입력축 16 : 전진기어
18 : 유성기어셋트 20 : 제1접촉면
22 : 입력롤러 24 : 제2접촉면
26 : 출력롤러 28 : 디스크
30 : 출력기어 32 : 매개기어
34 : 최종입력기어 36 : 출력축
38 : 최종출력기어 40 : 디퍼런셜 기어
42 : 휠 44 : 박판 전기모터
CA : 캐리어 C : 후진 클러치
S : 선기어 R : 링기어
DP : 더블 피니언
본 발명은 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치에 관한 것으로서, 더욱 상게하게는 디스크 및 한 쌍의 롤러로 조합된 토로이달(Toroidal)변속장치와, 전진기어 및 유성기어셋트가 클러치와 함께 조합된 전후진수단과, 동력을 구동륜에 분할하는 디퍼런셜 장치로 구성된 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을 갖고 있는데, 이러한 변속장치에는 운전자의 의지대로 운전자가 직접 변속단을 선택하는 수동 변속장치와, 차량의 주행조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동 변속장치와, 각 변속단 사이에 특정한 변속 영역이 없이 무단으로 연속적인 변속이 이루어지는 무단 변속장치로 대별된다.
상기와 같은 변속장치에 있어서, 유압을 이용하는 자동변속장치의 단점을 보완하여 연비 및 동력 전달성능, 그리고 중량면에서 큰 장점을 갖는 무단 변속장치는 입력축과 출력축에 장착되는 풀리의 직경 변위를 이용하는 방식이 주로 사용되 고 있다.
이러한 무단 변속장치는 토오크 컨버터와 무단 변속수단 또는 무단 변속수단과 차동장치 사이등에 전,후진 제어 수단이 배치되어 전진 및 후진을 제어할 수 있도록 이루어진다.
대개, 상기한 전,후진 제어수단은 유성기어셋트가 이용되고 있다.
상기 유성기어셋트로 이용되는 전,후진 제어수단은, 전진 구동시에 구동축이 구동풀리와 직결로 이루어져 1:1로 동력을 전달하는 구조로 이루어진다.
그러나 상기한 무단 변속장치는, 저연비 및 동력성능향상을 위하여 계속 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 저연비를 실현하기 위하여 하이브리드 개념의 변속장치가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 토로이달(Toroidal) 변속장치, 유성기어셋트와 클러치를 조합한 전후진클러치 시스템, 동력을 구동륜에 분할하는 디퍼런셜장치, 양쪽 바퀴에 내장된 박판 전기모터로 브레이킹시의 에너지를 충전할 수 있도록 한 충전장치 및 엔진과 변속기 사이에 전기모터를 설치하여 급가속시 등 동력이 필요할 경우에는 엔진 동력에 전기모터로부터의 동력이 합쳐저 공급될 수 있는 구조, 엔진의 폭발시의 진동에 대한 댐핑 역할을 하도록 진동의 펄스를 감쇄할 수 있는 모터제어 및 댐퍼를 채택한 모터를 크랭크축에 직결한 구조를 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진의 크랭크축에 직결된 모터와; 상기 모터로부터의 입력축에 연결된 전후진 제어장치와; 상기 전후진 제어장치의 출력측에 연결되며, 그 안쪽면은 곡면의 제1접촉면으로 형성된 입력롤러와; 상기 입력롤러의 맞은편에 대향 배치되며, 그 안쪽면은 제1접촉면과 마주보며 동일한 곡면의 제2접촉면으로 형성된 출력롤러와; 상기 입력롤러의 제1접촉면과 상기 출력롤러의 제2접촉면에 동시에 접촉하며 변속을 구현하는 디스크와; 상기 출력롤러와 연결된 출력기어를 포함하는 출력부와; 상기 출력부로부터 동력을 전달받을 수 있게 연결되는 디퍼런셜 기어와; 상기 디퍼런셜 기어와 연결되는 휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치를 제공한다.
바람직한 일구현예로서, 상기 전후진 제어장치는 모터로부터의 입력축과 연결되는 전진기어와, 상기 전진기어와 연결되는 더블 피니언 타입의 유성기어셋트와, 후진 동작을 위하여 상기 유성기어셋트의 링기어와 결합되는 후진클러치로 구성되며, 상기 전진기어는 유성기어셋트의 더블피니언에 동시에 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 출력부는 출력롤러와 연결된 출력기어와, 이 출력기어에 연결되는 매개기어와, 이 매개기어와 연결되는 최종입력기어가 일측단에 장착되고 타단에는 디퍼런셜 기어와 연결되는 최종출력기어가 장착된 출력축 으로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 휠에는 충전장치와 연결되는 박판 전기모터가 내장된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치를 나타내는 동력전달계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치의 변속비를 설명하는 개념도이다.
엔진(10)과 변속기 사이에 모터(12)가 배치됨과 함께, 엔진(10)의 크랭크축에 모터(10)가 직결되는 바, 모터제어 및 댐퍼를 채택한 모터를 크랭크축에 직결함에 따라 급가속시 등 동력이 필요할 경우에는 엔진(10) 동력에 모터(12)로부터의 동력이 합쳐져서 공급될 수 있게 된다.
상기 엔진(10) 및 모터(12)로부터의 입력축(14)에는 전후진 제어장치가 연결되는데, 이 전후진 제어장치는 모터(12)로부터의 입력축(14)과 연결되는 전진기어(16)가 앞쪽에 그리고 이 전진기어(16)의 뒤쪽에는 더블 피니언 타입의 유성기어셋트(18)가 배치된다.
보다 상세하게는, 상기 더블 피니언 유성기어셋트(18)는 선기어(S)에 더블 피니언(DP)이 맞물려 있고, 이 더블 피니언(DP)중 외측쪽의 피니언은 링기어(R)와 맞물려 있으며, 더블 피니언(DP)의 회전축에는 캐리어(CA)가 연결되어 있는 구조로 되어 있는 바, 상기 전진기어(16)는 더블 피니언(DP)에 동시에 연결된 구조를 갖게 된다.
또한, 후진 동작을 위하여 상기 유성기어셋트(18)의 링기어(R)에는 후진클러치(C)가 결합된다.
상기 전후진 제어장치의 출력측, 즉 상기 유성기어셋트(18)의 캐리어(CA)는 내표면이 원추형 곡면 형상의 제1접촉면(20)으로 된 입력롤러(22)와 연결되고, 이 입력롤러(22)의 맞은편에는 원추형 곡면 형상의 제2접촉면(24)을 갖는 출력롤러(26)가 배치된다.
즉, 상기 입력롤러(22)의 제1접촉면(20)과 상기 출력롤러(26)의 제2접촉면(24)은 서로 마주보며 배열된다.
이때, 상기 입력롤러(22)의 제1접촉면(20)과 상기 출력롤러(26)의 제2접촉면(24)에는 내표면이 만곡된 형상을 갖는 디스크(28)가 동시에 접촉되는 상태가 된다.
한편, 상기 출력롤러(26)의 출력측에는 출력기어(30)를 포함하는 출력부가 연결된다.
즉, 상기 출력기어(30)에는 매개기어(32)가 맞물리고, 이 매개기어(32)에는 출력축(36)의 일끝단에 부착된 최종입력기어(34)가 맞물리며, 출력축(36)의 타단에는 디퍼런셜 기어(40)와 연결되는 최종출력기어(38)가 장착된다.
물론, 상기 디퍼런셜 기어(40)는 휠(42)에 동력을 분배할 수 있게 연결되며, 특히 상기 휠(42)에는 충전장치와 연결되는 박판 전기모터(44)가 내장되어, 브레이킹시의 에너지를 충전장치에 충전하는 역할을 하게 된다.
여기서 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 하이브리드 무단변속장치에 대한 작동관계를 설명하기로 한다.
엔진(10)의 동력 또는 모터(12)의 동력, 엔진(10) 및 모터(12)의 합쳐진 동력이 입력축(14)을 통하여 전진기어(16)로 전달된다.
상기 전진기어(16)는 상기 유성기어셋트(18)의 더블 피니언(DP)으로 동력을 전달하고, 연속해서 상기 더블 피니언(DP)에 연결된 캐리어(CA)를 통하여 상기 입력롤러(22)로 동력이 전달된다.
이어서, 상기 입력롤러(22)가 회전을 하게 되면, 디스크(28)를 통하여 출력롤러(26)쪽으로 동력이 전달되어지고, 출력롤러(26)로 전달된 동력은 출력기어(30)를 통하여 출력부로 전해진다.
이때, 상기 입력롤러(22)의 제1접촉면(20)과 출력롤러(26)의 제2접촉면(24)에 동시에 접촉하는 디스크(28)에 의하여 변속이 이루어지는 바, 그 변속비는 아래와 같다.
* 변속비= 입력접촉반경/출력접촉반경
여기서, 상기 입력접촉반경은 입력롤러(22)의 중심축으로부터 디스크(28)가 입력롤러(22)의 제1접촉면(20)에 접촉된 지점간의 거리이고, 상기 출력접촉반경은 출력롤러(26)의 중심축으로부터 디스크(28)가 출력롤러(26)의 제2접촉면(24)에 접촉된 지점간의 거리이다.
다음으로, 상기 출력기어(30)로부터의 동력은 매개기어(32)를 통하여 최종입력기어(34)를 통해 출력축(36)으로 전달되고, 이 출력축(36)의 끝단에 부착된 최종 출력기어(38)를 통하여 디퍼런셜 기어(40)로 전달된다.
이어서, 상기 디퍼런셜 기어(40)의 분배력에 의하여 상기 휠(42)이 회전을 하게 되는 것이다.
이때, 차량의 브레이킹시 상기 휠(42)에 장착된 박판 전기모터(44)의 발전이 이루어져 충전장치에 대한 충전이 이루어질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차용 무단변속 동력전달장치에 의하면, 토로이달(Toroidal) 변속장치, 유성기어셋트와 클러치를 조합한 전후진클러치 시스템, 동력을 구동륜에 분할하는 디퍼런셜장치로 하이브리드용 무단변속장치를 간단하게 구현할 수 있다.
특히, 양쪽 바퀴에 내장된 박판 전기모터에 의하여 브레이킹시의 에너지를 충전장치에 충전할 수 있다.
또한, 엔진과 변속기 사이에 전기모터를 설치하고, 모터제어 및 댐퍼를 채택한 전기모터를 크랭크축에 직결한 구조를 제공하여, 급가속시 등 동력이 필요할 경우에는 엔진 동력에 전기모터로부터의 동력이 합쳐져서 공급될 수 있고, 엔진의 폭발시의 진동에 대한 댐핑 역할을 하도록 진동의 펄스를 감쇄할 수 있다.

Claims (4)

  1. 엔진의 크랭크축에 직결된 모터와;
    상기 모터로부터의 입력축에 연결된 전후진 제어장치와;
    상기 전후진 제어장치의 출력측에 연결되며, 그 안쪽면은 곡면의 제1접촉면으로 형성된 입력롤러와;
    상기 입력롤러의 맞은편에 대향 배치되며, 그 안쪽면은 제1접촉면과 마주보며 동일한 곡면의 제2접촉면으로 형성된 출력롤러와;
    상기 입력롤러의 제1접촉면과 상기 출력롤러의 제2접촉면에 동시에 접촉하며 변속을 구현하는 디스크와;
    상기 출력롤러와 연결된 출력기어를 포함하는 출력부와;
    상기 출력부로부터 동력을 전달받을 수 있게 연결되는 디퍼런셜 기어와;
    상기 디퍼런셜 기어와 연결되는 휠;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전후진 제어장치는 모터로부터의 입력축과 연결되는 전진기어와, 상기 전진기어와 연결되는 더블 피니언 타입의 유성기어셋트와, 후진 동작을 위하여 상기 유성기어셋트의 링기어와 결합되는 후진클러치로 구성되며, 상기 전진기어는 유성기어셋트의 더블피니언에 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 출력부는 출력롤러와 연결된 출력기어와, 이 출력기어에 연결되는 매개기어와, 이 매개기어와 연결되는 최종입력기어가 일측단에 장착되고 타단에는 디퍼런셜 기어와 연결되는 최종출력기어가 장착된 출력축으로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 휠에는 충전장치와 연결되는 박판 전기모터가 내장된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 무단변속장치.
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