KR101028401B1 - 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 주행 조건에 따라서 엔진과 제1모터&발전기 및 제2모터&발전기의 구동상태를 가변시킴으로써, 동력의 효율적인 운용이 가능하며, 엔진의 구동을 최소화함으로써 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치{power train for a hybrid electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 저속주행구간에서 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 3은 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 차속이 약 40 Km/h 이상인 정속 운전중인 구간에서 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 4는 도 1의 동력 전달 장치가 차량의 고속 및 증속 주행시에 작동하는 상태를 설명한 도면,

도 5는 도 1의 동력 전달 장치가 차량이 등판시와 같이 저속으로 주행하지만 높은 토크가 필요한 경우에 작동하는 상태를 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

51; 엔진 53; 제1선기어

55; 제1유성기어세트 57; 제1캐리어

59; 제1모터&발전기유닛 61; 제1링기어

63; 디퍼렌셜 65; 제2모터&발전기유닛

67; 제2캐리어 69; 제2선기어

71; 제2유성기어세트 73; 제2링기어

75; 제2출력기어 77; 제1출력기어

79; 연결기어 81; 클러치

83; 아이들러기어 85; 제1차동링기어

87; 제2차동링기어 89; 휠

본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행 조건에 따라 구동 방법을 가변하여 동력의 효율적인 운용이 가능하고, 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

하이브리드 전기 자동차는 엔진에 의한 구동과 전기 모터에 의한 구동을 복합한 차량으로서, 운전자의 필요나 차량의 주행조건 등에 따라 엔진에 의한 구동과 전기 모터에 의한 구동 및 이들이 적절히 조합된 구동 등의 여러 구동 상태를 적절히 가변하면서 주행상태를 유지하도록 되어있다.

하이브리드 전기 자동차의 구동은 HEV(Hybrid Emission Vehicle)모드와, ZEV(Zero Emission Vehicle)모드로도 구분되며, 상기 HEV모드는 엔진의 구동이 이루어지는 주행모드로서 배기가스의 방출이 필연적인 상태이며, ZEV모드는 엔진은 구동되지 않고 배터리의 전력을 공급받은 전기 모터의 동력에 의해 구동되는 주행모드로서 배기가스의 방출이 없는 상태이다.

따라서, 상기와 같은 하이브리드 전기 자동차는 ZEV모드 주행에 의해 종래의 차량에 비하여 배기가스에 의한 대기오염을 줄일 수 있다.

한편, 상기 하이브리드 전기 자동차에는 발전기가 탑재되어 있어서, 엔진에 의한 구동이 이루어지는 상태 또는 차량의 관성 주행시에 상기 발전기에서 발생되는 전기로 배터리를 충전할 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 차량의 주행 조건에 따라서 구동방법을 가변시킴으로써, 효율적으로 동력을 운용할 수 있고, 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치는

엔진의 출력축에 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

상기 제1유성기어세트의 제1링기어와 디퍼렌셜 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 동력매개수단과;

제2모터&발전기유닛과;

상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

상기 제2유성기어세트의 제2링기어와 디퍼렌셜 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 제2출력기어;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진(51)의 출력축에 제1선기어(53)가 연결된 제1유성기어세트(55)와; 상기 제1유성기어세트(55)의 제1캐리어(57)에 연결된 제1모터&발전기유닛(59)과; 상기 제1유성기어세트(55)의 제1링기어(61)와 디퍼렌셜(63) 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 동력매개수단과; 제2모터&발전기유닛(65)과; 상기 제2모터&발전기유닛(65)에 제2캐리어(67)가 연결되고 제2선기어(69)는 고정된 제2유성기어세트(71)와; 상기 제2유성기어세트(71)의 제2링기어(73)와 디퍼렌셜(63) 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 제2출력기어(75)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 상기 동력매개수단은 상기 제1링기어(61)에 치합된 제1출력기어(77)와, 상기 제1출력기어(77)의 회전축과 동심축상에 회전축이 구비된 연결기 어(79)와, 상기 제1출력기어(77)와 연결기어(79) 사이에 동력을 단속할 수 있도록 설치된 클러치(81)와, 상기 연결기어(79)와 디퍼렌셜(63) 사이에 설치된 아이들러기어(83)로 구성하였다.

여기서, 상기 연결기어(79)는 상기 제1출력기어(77)보다 직경이 작게 형성되어, 상기 클러치(81)에 의해 서로 연결되면, 상기 제1링기어(61)로부터의 회전력을 감속하여 상기 아이들러기어(83)로 전달할 수 있게 되어 있다.

한편, 상기 디퍼렌셜(63)에는 상기 아이들러기어(83)에 치합되는 제1차동링기어(85)와, 상기 제2출력기어(75)에 치합되는 제2차동링기어(87)가 별도로 구비되어 있는 구조를 취하였다.

물론, 상기 제1차동링기어(85)와 제2차동링기어(87)는 본 실시예와 같이 별도로 구성하지 않고 하나의 기어로 구성할 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 차량의 주행상태에 따라 구분하여 설명하면 다음과 같다.

이하에서, 설명의 편의와 명확성을 위해 "정방향"이라 함은 첨부된 도면에서 기어, 캐리어 등과 같은 회전체가 회전하는 방향이 그 회전체를 나타내는 표시의 상측이 지면으로부터 나오도록 회전하는 방향으로 정하고, 상기 정방향의 반대방향은 "부방향"이라고 표현하기로 한다. 또한, 도면에서는 회전체의 "○"으로 표시된 쪽이 회전체가 지면으로부터 나오는 방향으로 회전하는 상태임을 나타낸다.

도 2을 참조하여, 상기한 바와 같은 동력 전달 장치를 구비한 하이브리드 전기 자동차가 약 40 Km/h이하의 속도로 저속 주행하는 경우의 동력 전달 작용을 살펴본다.

차량의 출발시나 저속시에는 엔진보다는 전기모터의 토크를 이용하는 것이 엔진과 전기모터 자체의 특성상 유리하므로, 저속 주행시에는 상기 제2모터&발전기유닛(65)에서 구동력을 발생하여 휠(89)을 구동하도록 한다.

상기 제2모터&발전기유닛(65)에서 발생된 부방향 구동력은 상기 제2캐리어(67)를 회전시켜서 상기 제2링기어(73)를 부방향으로 구동되도록 하고, 상기 제2링기어(73)에 치합된 제2출력기어(75)는 상기 제2차동링기어(87)에 동력을 전달하여 디퍼렌셜(63)의 양쪽에 연결된 휠(89)이 구동되도록 한다.

이때, 상기 제2차동링기어(87)와 일체로 연결된 제1차동링기어(85)로 전달된 회전력은 상기 아이들러기어(83)를 통해 상기 연결기어(79)로 전달되지만, 상기 클러치(81)는 동력을 차단하고 있는 상태이므로, 상기 제1유성기어세트(55)와 제1모터&발전기유닛(59) 및 엔진(51)에는 회전력이 전달되지 않는다.

즉, 이 운전상태에서는 상기 제2모터&발전기유닛(65)에서 발생된 회전력으로 양쪽의 휠(89)만이 구동되는 상태이고, 상기 엔진(51)은 정지상태이다.

차량의 차속이 약 40 Km/h 이상이고 정속 운전중인 구간에서는, 도 3과 같 이 엔진(51)에서 발생된 회전력으로 휠(89)을 구동한다.

즉, 엔진(51)에서 발생된 정방향 회전력은 상기 제1선기어(53)를 정방향으로 회전시키고, 상기 제1선기어(53)의 회전력은 상기 제1캐리어(57)와 제1링기어(61)를 모두 정방향으로 회전시키면서 상기 제1캐리어(57)와 제1링기어(61)에 동력을 배분하여 전달한다.

상기 제1캐리어(57)로 분배된 동력은 상기 제1모터&발전기유닛(59)으로 하여금 전기를 발생하도록 하는 데에 사용되고, 상기 제1링기어(61)로 분배된 동력은 상기 동력매개수단을 통하여 상기 제1차동링기어(85)를 회전시키는 데에 사용된다.

상기 동력매개수단인 제1출력기어(77)는 상기 제1링기어(61)로부터의 회전력으로 부방향으로 회전되고, 상기 클러치(81)는 상기 제1출력기어(77)와 상기 연결기어(79)의 동력을 연결시키며, 상기 연결기어(79)는 부방향으로 회전됨으로써, 상기 아이들러기어(83)를 정방향으로 회전시킨다.

상기 아이들러기어(83)와 치합된 상기 제1차동링기어(85)의 회전력은 디퍼렌셜(63)의 사이드기어들을 통해 양측 휠(89)을 구동함은 물론, 상기 제2차동링기어(87)를 통해 상기 제2출력기어(75)를 회전시키게 되고, 상기 제2출력기어(75)의 회전력은 상기 제2링기어(73)를 통해 상기 제2캐리어(67)를 부방향으로 회전시켜서, 상기 제2모터&발전기유닛(65)이 제공받은 회전력을 이용하여 전기를 발전하게 한다.

즉, 정속주행시에는 엔진(51)에서 발생된 동력으로 휠(89)을 구동함은 물론 제1모터&발전기유닛(59)과 제2모터&발전기유닛(65)을 통해 배터리를 충전하기 위한 전기를 발생시킨다.

차량이 고속 주행하는 경우 또는 증속 중인 경우에는 도 4와 같이 엔진(51)과 제1모터&발전기유닛(59)에서 구동력을 발생시켜서 휠(89)을 회전시키게 된다.

상기 엔진(51)에서 발생된 정방향 회전력은 상기 제1선기어(53)를 정방향으로 회전시키고, 상기 제1모터&발전기유닛(59)은 상기 제1캐리어(57)를 정방향으로 회전시켜서, 상기 제1유성기어세트(55)의 유성기어는 회전하고 있는 상기 제1선기어(53)의 주위를 자전 및 공전함으로써 상기 제1링기어(61)를 고속으로 회전시키게 되고, 상기 제1링기어(61)의 회전력은 상기 제1출력기어(77)와 클러치(81), 연결기어(79), 아이들러기어(83) 및 제1차동링기어(85)를 통해 디퍼렌셜(63)을 구동함으로써 양측의 휠(89)이 구동되게 된다.

이때, 상기 디퍼렌셜(63)의 구동력은 상기 제2차동링기어(87) 및 제2출력기어(75)를 통해 상기 제2유성기어세트(71)의 제2링기어(73)를 회전시켜서, 상기 제2링기어(73)의 내측에 있는 제2캐리어(67)를 회전시키고, 상기 제2캐리어(67)의 회전력은 상기 제2모터&발전기유닛(65)을 구동하여 전기를 발생시킨다.

즉, 상기 엔진(51)과 제1모터&발전기유닛(59)에서 발생된 회전력으로 휠(89)을 구동함과 아울러 상기 제2모터&발전기유닛(65)을 작동시켜서 전기를 발전시키는 것이다.

도 5는 차량이 등판시와 같이 저속으로 주행하지만 높은 토크가 필요한 경우의 동력 전달 상태를 도시하고 있다.

이 상태에서는 엔진(51)과 제2모터&발전기유닛(65)에서 휠(89)의 구동에 필요한 동력을 함께 발생시킨다.

상기 엔진(51)에서 발생된 동력은 상기 제1선기어(53)를 정방향으로 회전시키고, 상기 제1선기어(53)의 회전력은 상기 제1캐리어(57)와 제1링기어(61)로 분배되어, 상기 제1캐리어(57)로 전달된 동력은 상기 제1모터&발전기유닛(59)을 작동시켜 전기를 발생시키고, 상기 제1링기어(61)로 분배된 동력은 상기 제1출력기어(77)를 포함한 동력매개수단을 통해 디퍼렌셜(63)의 제1차동링기어(85)로 전달된다.

한편, 상기 제2모터&발전기유닛(65)에서 발생된 동력은 상기 제2유성기어세트(71)의 제2캐리어(67)를 부방향으로 회전시키고, 상기 제2캐리어(67)의 회전력은 상기 제2링기어(73)를 통해 상기 제2출력기어(75)로 전달되고, 상기 제2출력기어(75)는 상기 디퍼렌셜(63)의 제2차동링기어(87)로 동력을 전달하게 된다.

따라서, 상기 디퍼렌셜(63)에서는 상기 제1출력기어(77)로부터의 회전력을 상기 제1차동링기어(85)를 통하여 전달받음과 동시에 상기 제2출력기어(75)로부터의 회전력을 상기 제2차동링기어(87)를 통하여 전달받아서, 양측의 휠(89)을 강한 구동토크로 구동하게 된다.

즉, 이 주행 상태에서는 상기 엔진(51)과 제2모터&발전기유닛(65)에서 발생 된 동력으로 휠(89)을 구동함과 아울러 상기 제1모터&발전기유닛(59)에서 전기를 발생시키는 것이다.

이상과 같은 각 주행상태에 따른 엔진(51)과 제1모터&발전기유닛(59) 및 제2모터&발전기유닛(65)의 작동모드를 비교하여 도표화하면 다음과 같다.

	엔진	제1모터&발전기유닛	제2모터&발전기유닛
저속구간	정지	-	모터
정속구간	가동	발전기	발전기
고속/증속구간	가동	모터	발전기
저속고토크구간	가동	발전기	모터

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량의 주행 조건에 따라서 엔진과 제1모터&발전기 및 제2모터&발전기의 구동상태를 가변시킴으로써, 동력의 효율적인 운용이 가능하며, 엔진의 구동을 최소화함으로써 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.

Claims (4)

1. 엔진의 출력축에 제1선기어가 연결된 제1유성기어세트와;

   상기 제1유성기어세트의 제1캐리어에 연결된 제1모터&발전기유닛과;

   상기 제1유성기어세트의 제1링기어와 디퍼렌셜 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 동력매개수단과;

   제2모터&발전기유닛과;

   상기 제2모터&발전기유닛에 제2캐리어가 연결되고 제2선기어는 고정된 제2유성기어세트와;

   상기 제2유성기어세트의 제2링기어와 디퍼렌셜 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 제2출력기어;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 동력매개수단은

   상기 제1링기어에 치합된 제1출력기어와;

   상기 제1출력기어의 회전축과 동심축상에 회전축이 구비된 연결기어와;

   상기 제1출력기어와 연결기어 사이에 동력을 단속할 수 있도록 설치된 클러치와;

   상기 연결기어와 디퍼렌셜 사이에 설치된 아이들러기어;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 연결기어는 상기 제1출력기어보다 직경이 작게 형성된 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 디퍼렌셜에는 상기 아이들러기어에 치합되는 제1차동링기어와;

   상기 제2출력기어에 치합되는 제2차동링기어;

   가 별도로 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 전달 장치.

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