KR100837899B1

KR100837899B1 - 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 및 동력전달방법

Info

Publication number: KR100837899B1
Application number: KR1020070049254A
Authority: KR
Inventors: 황경원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-06-13

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 및 동력전달방법에 관한 것으로서, 록업 클러치를 구비하며 엔진의 동력을 전달받는 토크 컨버터와, 토크 컨버터의 출력을 전달받는 선기어와, 선기어에 외접하며 자동변속기로 동력을 전달하는 캐리어와, 캐리어가 내접하는 링기어와, 선기어와 링기어를 연결할 수 있는 유성기어 클러치와, 링기어와 일체로 결합되어 모터 또는 발전기로서 작동가능한 구동모터와, 배터리, 시동모터, 및 전동식 오일펌프를 포함하여 구성되어, 소프트타입 구조이면서 EV모드 구현이 가능한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치를 제공함으로써, 종래의 소프트타입 동력전달장치에서는 사실상 불가능했던 EV모드 출발을 가능하게 하고, 기존의 변속기 구조를 이용하여 마치 하드타입 방식처럼 구동이 가능하게 하는 효과가 있다.

HEV, 하이브리드, 소프트타입, EV모드, 토크컨버터, 유성기어

Description

하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 및 동력전달방법{Apparatus and Method for Transmitting Power in a Hybrid Electric Vehicle}

도 1은 종래의 소프트타입 하이브리드 전기자동차의 동력전달구조를 간략히 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 구성을 간략히 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 작동상태를 도시한 것으로서, 공회전 정지상태를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 작동상태를 도시한 것으로서, 공회전 정지상태에서 EV모드로 출발할 때를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 작동상태를 도시한 것으로서, 급가속이나 오르막 주행을 위하여 엔진과 구동모터의 동력합성이 이뤄진 상태를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 작동상태를 도시한 것으로서, 평지 정속주행일 때를 나타낸다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 엔진 200 : 구동모터

300 : 토크 컨버터 350 : 록업 클러치

510 : 선기어 530 : 캐리어

550 : 링기어 570 : 유성기어 클러치

700 : 자동변속기 800 : 전동식 오일펌프

본 발명은 구동엔진과 구동모터를 겸비한 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, 이하 'HEV'라 칭함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치 및 동력전달방법에 관한 것이다.

구동엔진과 구동모터를 겸비하고, 상황에 따라 구동엔진만으로, 또는 구동모터만으로, 또 다른 경우 구동엔진 및 구동모터 모두를 사용하여 차량을 구동하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달구조는 크게 소위 하드타입과 소프트타입의 두 가지로 나눌 수 있다. 하드타입은 차량을 구동하기 위한 구동모터와 구동모터를 작동시키는데 필요한 전기를 생산하는 제너레이터를 각각 별도로 구비하는 유형이고, 소프트타입은 하나의 모터가 이러한 구동모터와 제너레이터의 역할을 함께 수행하도록 구성된 유형을 말한다.

하드타입 HEV와 구별되는 소프트타입 HEV의 특징으로는, 상기한 바와 같은 구동모터와 제너레이터의 구분 외에도, (i) 구동모터에 의해서 차량을 초기 출발시키는 EV모드(Electric Vehicle모드, 즉 전기자동차 모드)를 갖지 않고, (ii) 구동 모터는 차량의 초기 출발시 엔진을 시동함과 동시에 엔진의 출력을 보조하며, (iii) 또한 구동모터는 급가속시 엔진의 출력을 보조하고, (iv) 한편 과도한 출력을 요구하지 않는 정속주행시에는 구동모터는 모터가 아닌 제너레이터로서 작동하여 메인 배터리에 전기에너지를 축전하며, (v) 차량 감속시 및 제동시에는 회생제동에너지를 얻기 위해서 감속에너지를 전기에너지로 전환하는 제너레이터의 역할을 한다는 것이다.

이와 같은 소프트타입 HEV의 종래의 동력전달구조는, 도 1에 간략히 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 출력축(10a)과 구동모터(20)의 로터(20a)가 직결되어 있고, 구동모터의 로터(20a)는 다시 자동변속기(70)와 연결되어 있다. 엔진(10)의 출력축(20a)과 구동모터(20)의 로터(20a)는 비틀림 댐퍼(torsional damper; 30)에 의해 연결됨으로써, 엔진(10)에서 발생되어 구동모터(20)로 전달되는 충격을 흡수하도록 되어 있다. 엔진(10)과 구동모터(20)가 상호 직결되어 있으므로, 엔진(10) 회전시 구동모터의 로터(20a)는 항상 엔진과 1:1의 회전비로 회전하게 되는데, 따라서 만약 엔진(10)을 정지한 채로 구동모터(20)만으로 차량을 구동하게 되면 엔진(10)은 구동모터(20)에 관성부하로서 작용하게 된다. 이러한 동력전달구조로써 EV모드를 구현하려면 엔진이라는 관성부하를 감안할 때 구동모터의 출력증대가 필연적이며, 한편 엔진구동시에도 구동모터가 부하로서 작용하므로 연비측면에서 불리하다는 등의 단점이 있다.

엔진과 구동모터가 직결되는 종래의 소프트타입 HEV의 동력전달구조의 문제점을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

(1) 우선 공회전 정지(idle stop) 직후에 엔진을 시동할 때 구동모터 역시 시동되어야 하므로 이로 인한 충격이 발생한다. 이는 비틀림 댐퍼의 충격흡수능력의 한계에 기인하는 부분이다.

(2) 정속주행 중에 운전자가 급가속하고자 하는 경우 구동모터의 출력이 출력축에 급격하게 전달되어 충격이 발생한다.

(3) 상기한 바와 같이, 구동모터와 엔진이 동일 축상에서 상시 직결되어 있기 때문에 구동모터가 항상 엔진의 관성력을 지닌 채 동작하게 된다.

(4) 상기한 바와 같이 EV모드를 구현하기 위해서는 구동모터의 출력증대가 필연적이며, 구동모터의 출력은 체적에 비례하기 때문에 구동모터의 출력증대를 위해서는 길이방향으로의 용량증대가 불가피하다. 그러나, 한정된 공간만을 가지는 차량에서의 탑재성의 한계로 인해 구동모터의 용량 증가에 한계가 있어, 현실적으로 EV모드의 구현이 곤란하다.

(5) EV모드의 구현이 곤란하므로, 구동모터의 역할은 사실상 엔진의 출력을 보조하는데 그치게 되고, 따라서 연비향상 측면에서도 한계를 가진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 내부 오일펌프를 구비한 자동변속기와 엔진과의 사이에 연결되어 엔진 동력을 자동변속기로 전달하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치로서, 입력측과 출력측을 직결할 수 있는 록업 클러치를 구비하며, 입력측에 상기 엔진의 출력축이 연결되어 엔진의 동력을 전달받는 토크 컨버터; 상기 토크 컨버터의 출력축에 연결되어 토크 컨버터의 출력 을 전달받는 선기어; 상기 선기어에 외접하는 다수의 피니언을 포함하여 구성되며, 회전축이 상기 자동변속기의 입력측에 연결되어 자동변속기로 동력을 전달하는 캐리어; 상기 캐리어가 내접하며, 선기어, 캐리어와 함께 유성기어를 형성하는 링기어; 상기 선기어와 링기어가 일체로 회전하도록 선기어와 링기어를 연결할 수 있는 유성기어 클러치; 상기 링기어와 상호 회전력을 주고받을 수 있도록 링기어와 일체로 결합되어 모터 또는 발전기로서 작동가능한 구동모터; 상기 구동모터에 전기를 공급하거나 구동모터에서 발생된 전기를 저장하는 배터리; 상기 엔진의 시동과 상기 구동모터의 초기구동을 위한 발전기통합형의 시동모터; 및 공회전 정지 중 및 공회전 정지 후 출발하여 상기 자동변속기 내부의 오일펌프에서 자동변속기에 필요한 유압을 생성하기 이전까지, 자동변속기 내부에 필요한 유압을 공급하는 한편 토크 컨버터에 구비된 록업 클러치를 록업 상태로 유지하는 전동식 오일펌프를 포함하여 구성되어, 소프트타입 구조이면서 EV모드 구현이 가능한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 일 형태로서, 본 발명은 상기와 같은 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서, 엔진과 구동모터는 모두 정지되어 있고, 전동식 오일펌프가 작동하여 자동변속기에 필요한 유압을 공급하는 동시에 토크 컨버터의 록업 클러치를 록업 상태로 유지하며, 유성기어 클러치는 해제되어 있는 공회전 정지단계; 발전기통합형 시동모터의 도움을 받아 상기 구동모터를 구동하는 단계; 상기 자동변속기의 내부 오일펌프가 필요한 유압을 생성하게 되면 상기 전동식 오일펌프를 작동중지시킨 후 자동변속기 내부 오일펌프에서 생성된 유 압으로 상기 록업 클러치를 록업 상태로 유지하고, 상기 유성기어 클러치는 해제 상태를 계속 유지함으로써, 상기 엔진의 출력측에 연결된 선기어가 정지해 있는 엔진의 관성에 의해 정지상태를 유지하도록 하는 동시에 상기 구동모터의 출력이 캐리어를 통하여 감속되어 자동변속기로 출력되도록 하여, 구동모터 자체의 구동력보다 더 큰 구동력으로써 차량를 EV모드로 출발시키는 단계를 포함하여 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 형태로서, 본 발명은 상기와 같은 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서, EV모드로 출발하여 구동모터에 의하여 차량을 구동하는 중에, 급가속 또는 오르막길 주행을 위하여, 발전기통합형 시동모터에 의해 엔진을 시동하는 단계; 엔진의 회전속도를 증가시켜 구동모터의 회전속도와 동기화시키는 단계; 유성기어 클러치를 물림상태로 전환함으로써, 선기어로 전달된 엔진의 동력과 링기어로 전달된 구동모터의 동력이 하나로 합성되어 캐리어를 거쳐 자동변속기로 출력되는 단계를 포함하여 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 형태로서, 본 발명은 상기와 같은 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서, 평지에서의 정속주행시에, 유성기어 클러치가 물림상태를 유지하면서 엔진이 동작하여 자동변속기와 함께 구동모터에도 출력을 전달함으로써, 구동모터는 공회전하거나 발전기로 동작하여 배터리를 충전시키게 되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 일실시예의 구체적인 구성을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 동력전달장치는 하이브리드 전기자동차에 사용되는 종래의 소프트타입 동력전달장치(도 1 참조)와 달리 엔진의 출력축이 구동모터의 로터와 직결되지 않고, 토크 컨버터 및 유성기어를 거친 후 구동모터와 자동변속기로 연결되고 있다. 본 명세서에서 자동변속기란 운전자의 특별한 조작, 예컨대 클러치 조작이 없이, 차량의 주행속도와 출력부하 등 여러 조건을 고려하여 자동으로 변속기능을 수행하는 모든 유형의 변속기를 포괄하며, 토크 컨버터와 유성기어를 결합한 방식, 유체 클러치와 유성기어를 결합한 방식, 무단변속 방식(CVT) 등 그 방식을 가리지 않는다.

엔진(100)의 출력축(100a)은 토크 컨버터(300)의 입력측과 연결되어 토크 컨버터(300)로 그 출력을 전달한다. 토크 컨버터(300)에는 출력부하가 일정 수준 이하일 때 입력과 출력을 기계적으로 직결하여 동력전달효율을 높이는 록업 클러치(lock-up clutch; 350)가 구비되어 있다. 록업 클러치(350)는 유압이 공급되는 동안에는 록업 상태, 즉 입력과 출력이 직결되어 상호 구속된 상태를 유지하고, 유압이 차단되면 록업을 해제하여 입력이 토크 컨버터만에 의하여 출력측으로 전달되도록 한다. 토크 컨버터(300)는 엔진(100)의 출력을 후단으로 전달하는 역할 외 에, 엔진(100)으로부터의 불규칙한 충격을 흡수하여 후단의 구동모터(200) 등을 보호하는 한편, 후술하는 바와 같이 엔진(100)의 동력과 구동모터(200)의 동력을 합성할 때 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 또한 수행한다.

토크 컨버터(300)의 출력축(300a)은 유성기어(500)의 선기어(sun gear; 510)와 연결되어 동력을 전달하며, 선기어(510)에 외접하는 다수의 피니언(도시되지 않음)을 포함하여 구성되는 캐리어(carrier; 530)의 회전축(530a)은 자동변속기(700)의 입력측에 연결된다. 유성기어(500)의 최외측에는 링기어(ring gear; 550)가 위치하며, 캐리어(530)의 피니언들은 이 링기어(550)에 내접한다. 링기어(550)는 구동모터(200)와 상호 상대적인 회전이 없도록 결합되므로, 구동모터(200)와 일체로 회전한다. 유성기어(500)에는 유성기어 클러치(570)가 또한 구비되며, 유성기어 클러치(570)가 물림 상태일 때에는 선기어(510)와 링기어(550)가 상대적인 회전이 없도록 상호 구속되어 일체로 회전한다. 이때는 캐리어(530) 역시 선기어(510) 및 링기어(550)와 동일한 회전속도로 회전하므로, 선기어(510), 캐리어(530) 및 링기어(550)의 각 회전축은 상호 직결된 것과 마찬가지로 된다.

구동모터(200)는 주행조건에 따라 모터로도 작동하고 발전기로도 작동하도록 구성되며, 모터로 작동할 때에는 구동모터(200)에 전기를 공급하고 발전기로 작동할 때에는 구동모터(200)에서 발생되는 전기를 저장하는 배터리(900)와 전기적으로 연결되어 있다. 배터리(900)는 구동모터(200)뿐 아니라 후술하는 전동식 오일펌프(800)와 시동모터(600) 등 기타 전기가 필요한 곳에도 전기를 공급한다.

한편, 전동식 오일펌프(800)가 구비되어, 록업 클러치(350)와 자동변속 기(700)에 필요한 유압을 공급한다. 자동변속기(700)는 일반적으로 그 내부에 오일펌프(도시되지 않음)를 내장하므로 별도의 외부 오일펌프를 필요로 하지 않으나, 본 발명에서는, 엔진(100)과 구동모터(200)가 모두 정지상태이고 따라서 자동변속기(700) 역시 정지상태일 때에도, 필요에 따라, 예를 들어 공회전 정지(idle stop)중인 경우, 자동변속기(700) 내부에 유압을 공급할 수 있도록 전동식의 외부 오일펌프(800)를 구비하고 있다. 자동변속기(700)가 엔진(100) 및/또는 구동모터(200)로부터 동력을 전달받아 작동함으로써 내부 오일펌프에서 충분한 유압을 생산하게 되면 전동식 오일펌프(800)는 작동을 멈추도록 제어된다. 이와 같이 전동식 오일펌프(800)가 작동을 중지한 때에는, 록업 클러치(350) 역시 록업에 필요한 유압을 자동변속기(700)의 내부 오일펌프로부터 공급받는다.

록업 클러치(350)는, 엔진(100)이 작동중일 때에는, 자동변속기에 통상적으로 내장되는 록업 클러치와 마찬가지로 출력부하에 따라 록업과 록업 해제를 반복하며 동력전달효율이 최적화되도록 작동한다. 한편, 엔진(100)이 정지중일 때에는, 록업 클러치(350)는 록업 상태를 유지함으로써, 토크 컨버터(300)의 출력측에 연결된 선기어(510)가 선기어(510)에 대하여 관성부하로 작용하는 엔진(100)에 의해 역시 정지상태로 유지되도록 하는 역할을 한다.

종래의 소프트타입 HEV의 동력전달구조와 달리, 엔진(100)의 시동을 위한 발전기통합형의 시동모터(Integrated Starter Generator: ISG; 600)가 별도로 구비되며, 이 시동모터(600)는 구동모터(200)의 초기 구동을 보조하는 역할을 또한 수행한다.

이하 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치의 상기 일실시예의 작동에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치의 작동상태를 도시한 것으로서, 각각 공회전 정지상태, 공회전 정지상태에서 EV모드로 출발할 때, 급가속이나 오르막 주행을 위하여 엔진과 구동모터의 동력합성이 이뤄진 상태, 그리고 평지 정속주행일 때를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 동력전달장치는 공회전 정지중인 상태이며, 엔진(100)과 구동모터(200)가 모두 정지하여 회전하지 않고 있다. 일반적으로 자동변속기의 변속레버가 D 위치에 있으면서 차량이 신호대기 등의 이유로 일시적으로 정지해 있는 상태 또는 출발 직전의 상태가 이에 해당한다. 배터리(900)에서 공급되는 전기에 의해 전동식 오일펌프(800)가 작동하여 록업 클러치(350)에 유압을 공급함으로써 록업 클러치(350)는 록업 상태로 유지되고 있다. 록업 클러치(350)가 록업 상태이므로, 토크 컨버터(300) 및 록업 클러치(350)를 거쳐 엔진(100)의 출력축에 연결된 선기어(510)는 사실상 엔진(100)의 출력축과 직결된 상태로 볼 수 있다. 유성기어 클러치(570)는 물림이 해제되어 있으므로, 유성기어(500)의 선기어(510)와 링기어(550)는 상호 일체로 회전해야 한다는 구속을 받지 않는다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 동력전달장치는 상술한 공회전 정지상태로부터 EV모드로 차량을 출발시키는 상태가 도시되어 있다. EV모드로 차량을 출발시키는 것이므로 엔진(100)은 정지된 상태이며, 시동모터(600)의 도움을 받아 구동모 터(200)를 구동하여 유성기어(500)를 거쳐 자동변속기(700)로 동력을 전달하여 차량을 구동한다. 공회전 정지 중에도 계속 작동하고 있던 전동식 오일펌프(800)는 구동모터(200)가 작동을 시작한 이후에도 일정 시간동안 계속 작동하여 자동변속기(700)와 록업 클러치(350)에 유압을 공급한다. 일정 시간이 경과하여 자동변속기(700) 내부의 오일펌프(도시되지 않음)에서 자동변속기(700) 및 록업 클러치(350)에 필요한 충분한 유압을 공급하게 되면 전동식 오일펌프(800)는 그 작동을 정지하도록 제어된다. 상술한 바와 같이, 전동식 오일펌프(800)가 작동을 정지하더라도 자동변속기(700) 내부의 오일펌프로부터 록업 클러치(350)로 유압이 공급되므로, 록업 클러치(350)는 록업 상태를 계속 유지한다.

한편, 이때 유성기어 클러치(570)의 물림은 해제되어 있으며, 따라서 선기어(510)는 링기어(550)와 일체로 회전해야 한다는 구속을 받지 않는다. 더욱이, 선기어(510)는 상술한 바와 같이 사실상 엔진(100)의 출력축과 직결된 상태로 볼 수 있으므로, 선기어(510)는 정지해 있는 엔진(100)의 관성부하에 의해 정지상태를 유지하게 된다. 따라서, 구동모터(200)의 회전에 의해 링기어(550)나 캐리어(530)가 작동하게 되더라도 선기어(510)는 회전하지 않게 되므로, 구동모터(200)의 출력은 구동모터(200)와 일체로 회전하는 링기어(550)를 거쳐 캐리어(530)를 통해 자동변속기(700)로 전달된다.

이와 같이, 구동모터(200)의 출력은 캐리어(530)를 거쳐 감속되어 자동변속기(700)로 전달되므로, 구동모터(200) 자체의 구동력보다 더 큰 구동력으로 차량을 구동할 수 있게 된다. 더욱이, 엔진(100)이 구동모터(200)의 동력을 흡수하여 회 전하는 것이 아니라 구동모터(200)의 동력전달계통을 벗어나서 정지해 있는 상태이므로, 종래의 소프트타입 동력전달장치에서처럼 엔진이 구동모터에 관성부하로 작용하지 않는다. 이러한 이유로, 종래의 소프트타입 HEV에서는 구현이 곤란한 EV모드 출발이 가능하게 된다.

도 5를 참조하여, 급가속이나 오르막 주행을 위하여 본 발명에 따른 동력전달장치에서 엔진(100)과 구동모터(200)의 동력을 합성하는 구성에 대하여 설명한다.

급가속이나 오르막 주행과 같이 비교적 큰 동력을 필요로 하는 상황에서는 구동모터(200)만으로는 충분한 구동력을 얻을 수 없으므로, 추가적으로 엔진(100)의 동력을 필요로 하게 된다. 이를 위하여, 구동모터(200)는 계속 작동중인 상태에서 시동모터(600)를 작동하여 엔진(100)을 시동한다. 다음으로 엔진(100)의 회전속도를 증가시켜 구동모터(200)의 회전속도와 동기화시킨다. 그 후 유성기어 클러치(570)를 해제 상태로부터 물림 상태로 전환하면, 엔진(100)의 출력축에 연결된 선기어(510)와 구동모터(200)에 결합된 링기어(550)가 일체로 회전하게 되면서 동력합성이 이루어지고, 그 합성 동력이 자동변속기(700)로 전달된다. 유성기어 클러치(570)가 물림 상태일 때에는, 선기어(510), 링기어(550) 뿐만 아니라 자동변속기(700) 입력측과 연결된 캐리어(530) 역시 선기어(510), 링기어(550)와 동일한 회전속도로 회전하게 되어 상호 직결된 것과 마찬가지임은 앞서 언급한 바와 같다. 한편, 이때 엔진(100)의 회전속도와 구동모터(200)의 회전속도가 동기화되지 않으면, 유성기어 클러치(570)를 물림 상태로 전환할 때 큰 충격이 발생할 수 있으므 로, 반드시 회전속도 동기화가 선행되어야 한다. 간혹 회전속도의 동기화가 정확하지 않아서 유성기어 클러치(570)를 물릴 때 약간의 충격이 발생할 수도 있는데, 이때 발생하는 정도의 충격은 토크 컨버터(300)에 의해 어느 정도 완화될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 동력전달장치에 의해 평지 정속주행중인 상태를 나타낸다.

도 6에 도시된 본 발명에 따른 동력전달장치의 기계적인 구성은 도 5에 도시된 것과 동일하다. 즉, 동력 합성시와 동일하게 유성기어 클러치(570)는 물림 상태이고, 엔진(100)은 동작하고 있으며, 구동모터(200) 역시 회전하고 있다. 그러나, 이때 구동모터(200)는 전기를 소모하며 동력을 발생하고 있는 것이 아니라 엔진(100)의 동력을 일부 소모하며 회전하고 있는 것이므로, 운전자의 선택 내지 사전에 프로그램된 제어루틴에 따라 단순히 공회전시키거나 또는 발전기로서 작동시켜 배터리(900)를 충전할 수 있다. 물론, 평지에서 정속주행중인 경우 외에도, 차량이 엔진(100)의 동력만으로 주행중이고 구동모터(200)가 모터로서 작동하고 있지 않은 때에는, 언제라도 운전자의 선택 내지 사전에 프로그램된 제어루틴에 따라 구동모터(200)를 발전기로 작동시켜 배터리(900)를 충전할 수 있다. 한편, 감속이나 제동시에는, 예컨대 엔진브레이크 작동을 위해 엔진(100)에 공급되는 연료를 차단함으로써 엔진(100)이 동력을 발생하지 않는다 하더라도, 회생제동에 의한 배터리(900)의 충전이 이루어진다.

이상 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치에 대하여 설명 하였으나, 이는 단지 예시적인 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 오직 하기의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여지는 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이루어지는 다양한 변경, 개조, 수정 등도 모두 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 동력전달장치에 의하면, 종래의 소프트타입 동력전달장치에서는 사실상 불가능했던 EV모드 출발이 가능해지는 뛰어난 효과가 있다.

또한, 기존의 변속기 구조를 이용하여 마치 하드타입 방식처럼 구동이 가능하기 때문에, 가격적인 면에서 경쟁력을 확보할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims

내부 오일펌프를 구비한 자동변속기(700)와 엔진(100)과의 사이에 연결되어 엔진 동력을 자동변속기(700)로 전달하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치로서,

입력측과 출력측을 직결할 수 있는 록업 클러치(lock-up clutch; 350)를 구비하며, 입력측에 상기 엔진(100)의 출력축(100a)이 연결되어 엔진(100)의 동력을 전달받는 토크 컨버터(300);

상기 토크 컨버터(300)의 출력축(300a)에 연결되어 토크 컨버터(300)의 출력을 전달받는 선기어(510);

상기 선기어(510)에 외접하는 다수의 피니언을 포함하여 구성되며, 회전축(530a)이 상기 자동변속기(700)의 입력측에 연결되어 자동변속기(700)로 동력을 전달하는 캐리어(530);

상기 캐리어(530)가 내접하며, 선기어(510), 캐리어(530)와 함께 유성기어(500)를 형성하는 링기어(550);

상기 선기어(510)와 링기어(550)가 일체로 회전하도록 선기어(510)와 링기어(550)를 연결할 수 있는 유성기어 클러치(570);

상기 링기어(550)와 상호 회전력을 주고받을 수 있도록 링기어(550)와 일체로 결합되어 모터 또는 발전기로서 작동가능한 구동모터(200);

상기 구동모터(200)에 전기를 공급하거나 구동모터(200)에서 발생된 전기를 저장하는 배터리(900);

상기 엔진(100)의 시동과 상기 구동모터(200)의 초기구동을 위한 발전기통합형의 시동모터(600); 및

공회전 정지 중 및 공회전 정지 후 출발하여 상기 자동변속기(700) 내부의 오일펌프에서 자동변속기(700)에 필요한 유압을 생성하기 이전까지, 자동변속기(700) 내부에 필요한 유압을 공급하는 한편 토크 컨버터(300)에 구비된 록업 클러치(350)를 록업 상태로 유지하는 전동식 오일펌프(800)를 포함하여 구성되어,

소프트타입 구조이면서 EV모드 구현이 가능한 하이브리드 전기자동차의 동력전달장치.
제1항의 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서,

엔진(100)과 구동모터(200)는 모두 정지되어 있고, 전동식 오일펌프(800)가 작동하여 자동변속기(700)에 필요한 유압을 공급하는 동시에 토크 컨버터(300)의 록업 클러치(350)를 록업 상태로 유지하며, 유성기어 클러치(570)는 해제되어 있는 공회전 정지단계;

시동모터(600)의 도움을 받아 상기 구동모터(200)를 구동하는 단계;

상기 자동변속기(700)의 내부 오일펌프가 필요한 유압을 생성하게 되면 상기 전동식 오일펌프(800)를 작동중지시킨 후 자동변속기(700) 내부 오일펌프에서 생성된 유압으로 상기 록업 클러치(350)를 록업 상태로 유지하고, 상기 유성기어 클러 치(570)는 해제 상태를 계속 유지함으로써, 상기 엔진(100)의 출력측에 연결된 선기어(510)가 정지해 있는 엔진(100)의 관성에 의해 정지상태를 유지하도록 하는 동시에 상기 구동모터(200)의 출력이 캐리어(530)를 통하여 감속되어 자동변속기(700)로 출력되도록 하여, 구동모터(200) 자체의 구동력보다 더 큰 구동력으로써 차량를 EV모드로 출발시키는 단계를 포함하여 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법.
제1항의 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서,

EV모드로 출발하여 구동모터(200)에 의하여 차량을 구동하는 중에, 급가속 또는 오르막길 주행을 위하여, 시동모터(600)에 의해 엔진(100)을 시동하는 단계;

엔진(100)의 회전속도를 증가시켜 구동모터(200)의 회전속도와 동기화시키는 단계;

유성기어 클러치(570)를 물림상태로 전환함으로써, 선기어(510)로 전달된 엔진(100)의 동력과 링기어(550)로 전달된 구동모터(200)의 동력이 하나로 합성되어 캐리어(530)를 거쳐 자동변속기(700)로 출력되는 단계를 포함하여 구성되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법.
제1항의 동력전달장치를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법으로서,

평지에서의 정속주행시에, 유성기어 클러치(570)가 물림상태를 유지하면서 엔진(100)이 동작하여 자동변속기(700)와 함께 구동모터(200)에도 출력을 전달함으로써, 구동모터(200)는 공회전하거나 발전기로 동작하여 배터리(900)를 충전시키게 되는 하이브리드 전기자동차의 동력전달방법.