KR101251190B1 - 하이브리드 차량의 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어, 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 링기어를 포함하는 제 1 유성기어세트; 제 2 선기어, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 2 링기어를 포함하는 제 2 유성기어세트; 제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 3 링기어를 포함하는 제 3 유성기어세트;를 포함하여 구성되는 바, 상기와 같은 세 개의 유성기어세트와 한 쌍의 클러치를 사용하여 중/고속 영역, 즉 하이브리드 모드에서 동력을 분기시킴으로써 에너지 순환이 발생되는 것을 방지할 수 있어 동력전달효율이 우수한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공한다.

하이브리드, 동력 전달, 순환, 분기, 복합 분기, 에너지 순환

Description

하이브리드 차량의 동력전달장치{Apparatus of power transmission for hybrid electric vehicle}

도 1은 종래기술에 의한 병렬형 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드를 도시하는 블록도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도.

도 8a 및 도 8b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도.

본 발명은 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것으로, 구체적으로는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 관한 것이다.

하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이란, 서로 다른 두 가지 이상의 동력원, 예를 들어 휘발유엔진과 전기모터, 디젤엔진과 전기모터 등을 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 연비가 높고 배기가스의 저감효과가 우수하며, 출력을 높일 수 있는 차량을 말한다.

이러한 하이브리드 차량은 동력전달방식에 따라 직렬형(Series) 하이브리드 차량과 병렬형(Parallel) 하이브리드 차량으로 분류된다.

직렬형은 엔진과 제너레이터가 직접 연결되어 엔진 작동 시 제너레이터가 함께 회전하고, 이때 발생되는 전기에너지를 이용하여 모터를 회전시키거나 배터리에 전기에너지를 저장하는 순수 전기차 방식의 동력전달방식을 갖는다.

이때, 직렬형은 동력을 전달하는 과정에서 여러 차례 동력변환이 이루어진다. 즉, 엔진에서 발생된 기계에너지는 제너레이터를 거쳐 전기에너지로 변환되고, 제너레이터에서 변환된 전기에너지는 배터리에 저장되면서 화학에너지로 변환된다. 또한, 배터리에 저장된 화학에너지를 이용하여 모터 및 차축을 구동시키는 과정에서 다시 기계에너지로 변환된다.

상술한 바와 같이, 직렬형은 여러 차례 동력 변환이 이루어지고, 그 과정에서 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 차량이 고출력으로 구동될 수 있도록 그에 대응되는 대용량 모터와 배터리를 요구하게 되는 바, 최근에는 많이 사용되지 않고 있는 방식이다.

병렬형은 복수의 동력원(엔진, 모터)을 포함하고, 차량의 주행상태에 따라 엔진 또는 모터 중 어느 하나를 이용하여 차량을 구동시키게 되는데, 이때 엔진 또는 모터에서 발생된 동력은 동력분할장치에 의해 각각 또는 동시에 차축으로 전달된다.

동력분할장치는 엔진 및 모터의 회전수를 단계 없이 연속적으로 변속시킬 수 있도록 CVT(Continuously Variable Transmission) 기능을 포함하고 있는 바, 동력분할장치가 장착된 병렬형 하이브리드 차량은 별도의 변속수단을 필요로 하지 않는다.

이러한 동력분할장치에는 선기어(Sun Gear), 링기어(Ring Gear), 피니언(Pinion) 및 캐리어(Carrier)로 구성되는 유성기어세트(Planetary Gear Set)가 많이 사용된다.

도면을 참조하여 유성기어세트를 포함하는 병렬형 하이브리드 차량용 동력전달장치에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 병렬형 하이브리드 차량은 엔진, 한 쌍의 모터-제너레이터 및 유성기어세트를 포함하여 구성된다. 이때, 엔진은 유성기어세트의 캐리어와 연결되고, 한 쌍의 모터-제너레이터 중 주로 모터의 역할을 하는 제 1 모터-제너레이터는 링기어와 연결되며, 발전기 역할을 하는 제 2 모터-제너레이터는 선기어와 연결된다. 또한, 상기 링기어에는 차축도 함께 연결된다.

상기와 같이 구성된 종래의 병렬형 하이브리드 차량은 차량 주행 시 모터 모 드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드로 동력전달이 이루어진다.

우선, 모터 모드는 차량을 발진시키거나 저속으로 주행할 경우에 적용되는 모드로, 배터리의 전기 에너지를 이용하여 제 1 모터-제너레이터를 작동시켜 차량을 구동시키게 된다. 이 모드에서는 엔진이 작동되지 않으며 오직 제 1 모터-제너레이터의 작동에 의해서만 차량이 구동된다.

엔진 모드는 차량의 속도가 일정 속도 이상이 되어 고연비를 구현할 수 있을 때 적용되는 모드로, 제 1 모터-제너레이터는 작동되지 않으며 엔진에 의해서만 차량이 구동된다. 이때, 엔진은 상기 제 1 모터-제너레이터의 작동 또는 회전하는 차축에 의해서 시동된다.

하이브리드 모드는 차량의 전출력 주행 시에 적용되는 모드로, 엔진과 제 1 모터-제너레이터에 의해 차량이 구동된다. 이 모드에서는 상술한 바와 같이 엔진과 제 1 모터-제너레이터가 동시에 차량을 구동시켜 차량이 전출력으로 주행할 수 있도록 한다.

회생제동 모드는 차량의 타력 주행 또는 감속 시 적용되는 모드로, 이때 차축의 회전력으로 제 2 모터-제너레이터가 작동되고, 이에 따라 전기에너지가 발생되어 배터리에 저장된다. 이 모드에서는 엔진이 작동되지 않으므로 연료소모와 배기가스 배출을 막을 수 있다.

상기와 같이 구성 및 작동되는 동력전달장치 중 제 2 모터-제너레이터의 속도를 제어하면, 두 종류의 동력원, 즉 엔진과 모터에서 발생된 동력을 개별적으로 또는 동시에 이용할 수 있다. 다시 말해, 별도의 클러치 수단 없이 모터 모드, 엔 진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드로 차량을 구동시킬 수 있으므로, 엔진의 작동 및 정지 제어가 가능하고, 마찰 브레이크의 사용을 최소화할 수 있어 회생제동 효율을 높일 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 병렬형 하이브리드 차량은, 한 쌍의 모터-제너레이터가 각각 유성기어세트의 각 구성요소와 직접적으로 연결되도록 구성되는 바, 하이브리드 모드 시 엔진의 회전속도가 상승하여 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빨라지면, 엔진에서 발생된 동력이 상기 제 1 모터-제너레이터로 전달되어 에너지 순환이 발생되고, 그 에너지 순환량이 커질수록 시스템의 효율은 급격히 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 세 개의 유성기어세트와 한 쌍의 클러치를 사용하여 중/고속 영역, 즉 하이브리드 모드에서 동력을 분기시킴으로써 에너지 순환이 발생되는 것을 방지할 수 있어 동력전달효율이 우수한 하이브리드 차량의 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 선기어, 링기어, 복수의 피니언 및 상기 복수의 피니언과 함께 회전되는 캐리어로 이루어지는 세 쌍의 유성기어세트를 포함하여 구성된다.

상기 세 쌍의 유성기어세트 중 제 1 유성기어세트는, 제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어, 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 링기어를 포함하고; 상기 제 2 유성기어세트는, 제 2 선기어, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 2 링기어를 포함하며; 상기 제 3 유성기어세트는, 제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 3 링기어를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 세 쌍의 유성기어세트로 이루어지는 하이브리드 차량의 동력전달장치는 상기 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도를 제어할 경우, 차축으로 전달되는 엔진의 회전속도를 제어할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치를 도시하는 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 엔진, 한 쌍의 모터-제너레이터 및 차축에 연결되어 상기 엔진 또는(및) 한 쌍의 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 변속하여 차축으로 전달하는 장치이다.

본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성을 살펴보면, 선기어, 링기어, 복수의 피니언 및 상기 복수의 피니언과 함께 회전되는 캐리어로 이루 어지는 제 1 , 제 2 및 제 3 유성기어세트를 포함하여 구성된다.

상기 제 1 유성기어세트는 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에 직접 연결되어 상기 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 제 2 유성기어세트로 전달하거나 엔진에서 발생된 동력으로 제 1 모터-제너레이터를 구동시키기 위한 것으로, 차량을 시동시키거나 모터 모드 시 차량을 구동시키는 제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어와, 차량의 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어와, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 링기어를 포함하여 구성된다.

상기 제 2 유성기어세트는 상기 제 1 및 제 3 유성기어세트와 기계적으로 연결되어 제 1 유성기어세트에서 전달된 동력을 제 3 유성기어세트와 차축으로 전달하거나 상기 제 1 및 제 3 유성기어세트에서 전달되는 동력을 차축으로 전달하기 위한 것으로, 제 2 선기어와, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어와, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전하는 제 2 링기어를 포함하여 구성된다.

상기 제 3 유성기어세트는 제 2 모터-제너레이터에 연결되어 상기 제 2 유성기어세트를 거쳐 전달되는 동력으로 제 2 모터-제너레이터를 구동시키거나 제 2 모터-제너레이터에서 발생된 동력을 제 2 유성기어세트로 전달하기 위한 것으로, 제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어와, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어와, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언과 외접하여 회전하는 제 3 링기어를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제 3 링기어는 상기 제 1 선기어와 고정점 사이에 연결되고, 제 1 선기어와 제 3 링기어 사이, 그리고 제 3 링기어와 고정점 사이에는 각각 제 1 및 제 2 클러치가 구비된다. 따라서 상기 제 3 링기어를 거쳐 제 1 선기어로 전달되는 동력은 제 1 클러치에 의해 단속되고, 제 1 선기어를 거쳐 고정점으로 전달되는 동력은 제 2 클러치에 의해 단속된다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 클러치는 소정의 제어모듈에 의해 작동되며, 상기 제어모듈에 의해 동력이 단속될 경우 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도를 제어할 수 있는 바, 에너지 순환량이 증대되어 동력전달효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기와 같이 구성된 세 쌍의 유성기어세트를 포함하는 본 발명 하이브리드 차량의 동력전달장치에 의한 동력전달과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치의 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드를 도시하는 블록도이다.

종래기술에서도 설명한 바와 같이, 하이브리드 차량은 모터 모드, 엔진 모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드와 같은 4가지 모드로 동력을 전달하게 된다.

우선, 모터 모드는 차량을 발진시키거나 저속으로 주행할 경우에 적용되는 모드이다. 도 3을 참조하면, 상기 모터 모드 시 제 1 모터-제너레이터는 도면에 도시되지 않은 배터리의 전기 에너지에 의해 구동되고, 이에 의해 발생되는 동력은 제 1 선기어, 제 1 캐리어 및 제 1 링기어를 거쳐 제 2 링기어로 전달된다. 그 후, 상기 제 2 링기어와 차축을 연결시키는 별도의 기어 또는 체인에 의해 차축으로 전달되어 차량을 발진시키거나 저속으로 주행토록 한다.

이때, 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력은 상기 제 1 캐리어에서 엔진과 제 1 링기어로 분기되어 전달된다. 이 중에서 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 상술한 경로, 즉 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되어 차량을 발진시키거나 저속으로 주행시키게 된다. 반면, 상기 엔진으로 분기된 동력은 필요에 따라 엔진을 회전시켜 시동을 걸게 되는데, 이와 같은 엔진의 시동 여부는 소정의 제어모듈에 의해 제어된다.

한편, 상기 모터 모드 시 상기 제 1 모터-제너레이터는 정지된 상태의 엔진을 구동시키거나 차량을 발진 또는 주행시키는데 사용되는 바, 모터의 역할만을 수행하게 된다.

엔진 모드는 차량의 속도가 일정 속도 이상이 되어 고연비를 구현할 수 있을 때 적용되는 모드로 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 모드에서 시동이 걸린 엔진만 구동하고 제 1 모터-제너레이터는 구동하지 않는다. 즉, 상기 엔진에서 발생된 동력은 상기 제 1 캐리어, 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되어 차량의 속도를 일정 속도 이상 유지시킨다.

이때, 상기 엔진에서 발생되는 동력은 상기 제 1 캐리어에서 제 1 선기어와 제 1 링기어로 분기될 수 있으나, 동력이 분기될 경우 차축으로 전달되는 동력이 감소하여 차량의 주행이 어려워질 수 있으므로 엔진 모드에서는 동력을 분기하지 않고 모두 차축으로 전달한다.

하이브리드 모드는 차량의 전출력 주행 시에 적용되는 모드로 엔진 및 제 1 모터-제너레이터가 모두 구동되며, 상기 엔진 및 제 1 모터-제너레이터를 통해 발생되는 동력은 각각 세 쌍의 유성기어세트를 거쳐 차축 및 제 2 모터-제너레이터로 전달된다.

상기 하이브리드 모드는 중속영역에서와 고속영역에서 각각 제 1 복합 분기 모드와 제 2 복합 분기 모드로 동력이 전달되고, 상기 제 1 복합 분기 모드와 제 2 복합 분기 모드는 다시 순환과정과 분기과정으로 분리된다.

상기와 같은 하이브리드 모드에 대한 상세한 설명은 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.

회생제동 모드는 차량의 타력 주행 또는 감속 시 적용되는 모드이다. 도 5를 참조하면, 회생제동 모드에서는 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 동력을 발생시키지 아니하고, 차축에서 발생된 동력으로 제 1 모터-제너레이터가 구동하게 된다. 즉, 주행하는 차량의 차축에 의해 발생되는 동력은 제 2 링기어, 제 1 링기어, 제 1 캐리어 및 제 1 선기어를 거쳐 제 1 모터-제너레이터로 전달된다. 이와 같이 전달된 동력은 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시켜 전기를 발생시키는 바, 제 1 모터-제너레이터는 발전기 역할을 수행하게 된다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 하이브리드 모드 중 제 1 및 제 2 복합 분기 모드에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 1 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도이다.

차량이 중속으로 주행할 때 적용되는 제 1 복합 분기 모드는 다시 순환과정과 분기과정으로 나뉘며, 이 중에서 순환과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 느릴 경우 적용되고, 분기과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠를 경우 적용된다.

도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 복합 분기 모드는 제 1 클러치를 연결함으로써 구현되고, 상기 제 1 복합 분기 모드 중 순환과정 시 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력의 전달 과정을 살펴보면 다음과 같다.

엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다.

또한, 제 1 모터-제너레이터에서 발생되는 동력은 상기 제 1 선기어에서 분기되어 일부는 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달되고, 나머지는 상기 제 2 캐리어를 통해 상술한 경로를 거쳐 차축으로 전달된다.

이때, 엔진에서 발생된 동력 중 상기 제 1 선기어로 분기된 동력는 상기 제 1 선기어에서 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력과 합쳐 상술한 경로(제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어)를 따라 차축으로 전달된다. 또한, 상기와 같은 경로를 따라 전달되는 동력 중 일부는 상기 제 3 캐리어에서 분기되어 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 되는 바, 상기 제 2 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시키게 된다.

이러한 제 1 복합 분기 모드의 순환과정은 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 엔진의 회전속도보다 빠를 경우에만 가능하다. 즉, 상기 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력이 엔진에서 발생된 동력보다 커야만 엔진에서 발생된 동력이 제 1 모터-제너레이터 측으로 분기되지 아니한다.

상기와 같은 상태에서 엔진의 회전속도가 상승하여 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 종래기술에서 설명한 바와 같이 에너지 순환이 발생되고 동력 전달 효율이 저하된다.

따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 제어모듈은 제 1 복합 분기 모드의 순환과정이 아닌 분기과정으로 동력을 전달하게 된다.

도 7a와 도 7b를 참조하여 제 1 복합 분기 모드의 분기과정 시 동력의 전달 경로를 살펴보면 다음과 같다.

엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어 와 제 1 링기어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 3 링기어, 제 3 캐리어, 제 2 선기어, 제 2 캐리어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다.

이때, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 선기어에서 다시 분기되어 제 1 모터-제너레이터를 구동시키고, 상기 제 1 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 된다. 전기 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터-제너레이터에서는 동력이 발생되고, 발생된 동력은 제 3 선기어를 거쳐 제 3 캐리어로 전달되어 제 1 선기어에서 분기된 동력과 합쳐 차축으로 전달된다.

따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠르더라도 에너지 순환이 발생되지 아니하며, 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

하지만, 상기와 같은 제 1 복합 분기 모드(순환과정과 분기과정을 포함하는 )는 하이브리드 모드 시 차량이 중속으로 운행할 경우에 적용되고, 차량이 고속으로 운행할 경우에는 적용이 불가능하다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정을 도시하는 블록도 및 개략도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의한 제 2 복합 분기 모드의 분기과정을 도시하는 블록도 및 개략도이다.

차량이 고속으로 주행할 때 적용되는 제 2 복합 분기 모드는 상기 제 1 복합 분기 모드와 마찬가지로 순환과정과 분기과정으로 나뉘며, 이 중에서 순환과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도가 느릴 경우 적용되고, 분기과정은 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠를 경우 적용된다.

도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 2 복합 분기 모드는 제 2 클러치를 연결함으로써 구현되고, 상기 제 2 복합 분기 모드 중 순환과정 시 엔진 및 제 1 모터-제너레이터에서 발생된 동력의 전달 과정을 살펴보면 다음과 같다.

엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 반면, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 클러치가 차단된 상태이므로 제 3 링기어로 전달되지 아니한다. 즉, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 0에 가깝다. 따라서 엔진에서 발생된 대부분의 동력은 상기 제 1 링기어와 제 2 캐리어를 거쳐 차축으로 전달된다.

또한, 제 1 모터-제너레이터에서 발생되는 동력은 상기 제 1 선기어, 제 1 캐리어로 전달되고, 상술한 경로를 거쳐 차축으로 전달된다.

이때, 제 2 캐리어로 전달되는 동력의 일부는 제 2 선기어로 분기되어 제 3 캐리어 및 제 3 선기어를 거쳐 제 2 모터-제너레이터로 전달된다. 이에 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동하게 되고, 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 1 모터-제너레이터를 구동시키게 된다.

이러한 제 2 복합 분기 모드의 순환과정은 상기 제 1 복합 분기 모드의 순환과정과 동일한 문제점을 갖고 있다. 따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도를 추월하게 되면, 제어모듈은 제 2 복합 분기 모드의 순환과정이 아닌 분기과정으로 동력을 전달하게 된다.

도 9a와 도 9b를 참조하여 제 2 복합 분기 모드의 분기과정 시 동력의 전달 경로를 살펴보면 다음과 같다.

엔진에서 발생된 동력은 제 1 캐리어에서 제 1 선기어, 제 1 링기어 및 제 2 캐리어로 분기되어 차축으로 전달된다. 상기 제 1 링기어로 분기된 동력은 제 1 링기어 및 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 상기 제 2 캐리어로 분기된 동력은 상기 제 1 선기어로 분기되어 전달되는 동력과 합쳐져 제 2 링기어를 거쳐 차축으로 전달된다. 반면, 상기 제 1 선기어로 분기된 동력은 제 1 클러치가 차단된 상태이므로 제 1 모터-제너레이터로 전달되고, 상기 제 1 모터-제너레이터는 전기 에너지를 발생시켜 상기 제 2 모터-제너레이터를 구동시키게 된다. 전기 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터-제너레이터에서는 동력이 발생되고, 발생된 동력은 제 3 선기어를 거쳐 제 3 캐리어로 전달되어 제 1 선기어에서 분기된 동력과 합쳐 차축으로 전달된다.

따라서 엔진의 회전속도가 제 1 모터-제너레이터의 회전속도보다 빠르더라도 에너지 순환이 발생되지 아니하며, 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 복합 분기 모드와, 각 복합 분기 모드의 순환과정과 분기과정은 소정의 제어모듈에 의해 변환이 이루어진다. 이때, 상기 제어모듈은 엔진과 상기 동력전달장치의 출력축 사이의 회전속도 비에 따라 제 1 및 제 2 클러치를 이용하여 제 1 및 제 2 복합 분기 모드를 변환시키고, 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도에 따라 각 복합 분기 모드를 순환과정과 분기과정으로 변환시킨다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 동력전달장치의 구성 및 동력 전달 과정을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명 하이브리드 차량의 동력전달장치는, 세 개의 유성기어세트와 한 쌍의 클러치를 사용하여 중/고속 영역, 즉 하이브리드 모드에서 동력을 순환 또는 분기시킴으로써 에너지 순환이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 동력 전달 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 중/고속 영역에서 각각 효율이 높은 과정(순환 또는 분기)을 선택하여 주행할 수 있으면, 특히 고속 영역에서는 모터의 역할을 하는 모터-제너레이터의 속도를 낮출 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 복수의 모드로 작동하는 하이브리드 차량의 동력전달장치에 있어서,

   제 1 모터-제너레이터에 연결되는 제 1 선기어, 엔진에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 1 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 1 캐리어, 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 1 링기어를 포함하는 제 1 유성기어세트;

   제 2 선기어, 상기 제 1 캐리어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 2 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 2 캐리어, 상기 제 1 링기어와 차축에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 2 링기어를 포함하는 제 2 유성기어세트;

   제 2 모터-제너레이터에 연결되는 제 3 선기어, 상기 제 2 선기어에 연결되고 하나 이상의 피니언을 통해 상기 제 3 선기어와 회전 가능하게 결합되는 제 3 캐리어, 상기 제 1 선기어에 연결되고 내주면이 상기 피니언에 외접하여 회전되는 제 3 링기어를 포함하는 제 3 유성기어세트;

   를 포함하여 구성되어지되, 제 1 클러치의 입력축은 상기 제 1 선기어에 연결되며, 상기 제 1 클러치의 출력축은 상기 제 3 링기어에 연결되고,

   제 2 클러치의 입력축은 상기 제 3 링기어에 연결되며, 상기 제 2 클러치의 출력축은 고정점에 고정되어 상기 제 1 클러치와 제 2 클러치의 단속하면 상기 제 1 및 제 2 모터-제너레이터의 회전속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 클러치와 제 2 클러치는 소정의 제어모듈에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제어 모듈은 엔진과 상기 동력전달장치의 출력축 사이의 회전속도 비에 따라 상기 제 1 클러치와 제 2 클러치를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 동력전달장치.

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