KR101252214B1 - 하이브리드 변속기 - Google Patents

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KR101252214B1
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gear set
rotating element
pgs2
clutch
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KR1020110131882A
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박종술
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 1개의 모터만을 사용하고 토크컨버터를 사용하지 않아 변속기에 소요되는 비용을 저감하는 효과를 지속적으로 확보하면서도, 엔진 발진시 모터를 활용하여 발전을 하면서 부드러운 발진을 구현할 수 있고, 토크컨버터 및 마찰클러치에 의한 슬립이 없고 회생제동이 가능하여 차량 연비의 향상을 도모하도록 하며, 가속시 모터에 의한 토크의 보조가 가능하여 차량의 운전성을 향상시키고, 엔진 동력의 입력 경로와 모터 동력의 입력 경로를 달리하여, 엔진 회전수에 제한 받지 않고 모터의 최적 효율 운전점 활용이 가능하도록 하여 연비 향상의 극대화를 꾀할 수 있는 하이브리드 변속기를 제공한다.

Description

하이브리드 변속기{HYBRID TRANSMISSION}
본 발명은 하이브리드 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진으로부터의 동력과 모터로부터의 동력을 제공받아 구동륜으로 제공하도록 하는 변속기의 구조에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 2가지 이상의 에너지원을 사용하는 차량으로서, 에너지원의 조합에 따라 여러 방식이 가능하지만, 주로 기존의 화석연료를 사용하는 엔진과 전기에너지를 사용하는 모터가 혼합되어 사용되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터의 조합에 따라, 모터만으로 구동되는 EV모드, 엔진과 모터를 동시에 사용하는 HEV 모드, 엔진만 사용하는 Engine Only 모드의 구현이 가능하며, 차량 정지시 엔진을 정지시키는 아이들 정지(Idle Stop), 차량 제동시 기존의 마찰에 의한 제동 대신에 차량의 운동에너지를 이용하여 발전기를 구동하고, 이때 발생하는 전기에너지를 배터리에 저장하였다가 차량 구동시 재사용하는 회생제동(Regenerative Braking)에 의한 연료 감소 등으로 기존 차량에 비하여 대폭적인 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.
이러한 하이브리드 차량에 사용되는 하이브리드 변속기로는 다양한 것이 있으며, 이중 모터를 하나만 사용하는 도 1에 도시된 바와 같은 구조가 있다.
즉, 종래의 토크컨버터를 삭제한 자동변속기(500)에 마찰클러치(502)를 통하여 엔진(504)을 연결하고, 상기 자동변속기(500)의 입력축에 모터(506)를 연결한 구성이며, 상기 자동변속기(500)는 기존의 CVT 등으로 대체될 수도 있는 구성인 것이다.
상기와 같은 하이브리드 변속기는, 발진시에는 모터(506)를 이용하여 EV 모드 주행이 가능하고, 일정 차속 이상에서 엔진(504)을 기동하고 마찰클러치(502)를 결합하여 엔진(504)과 모터(506)의 토크 분배를 통해 가속성능 및 연비를 향상시키고, 제동시는 모터(506)를 통해 제동 에너지를 전기로 회수하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 종래 2개의 모터를 사용하는 다른 하이브리드 변속기 구조와 달리 하나의 모터만을 사용하므로 비용면에서 뚜렷한 장점을 가진다.
그러나, 이러한 구조의 변속기는 엔진 기동후 클러치 결합시 충격이 나타날 수 있고, 배터리 충전량이 부족할 경우 또는 모터용량이 작을 경우, 즉 엔진토크를 이용하여 저속 등판을 지속적으로 추구해야 하는 경우 클러치 슬립에 따른 충격, 속도 제어 불안정, 클러치 열 손상 등의 성능 저하가 나타날 수 있으며, 엔진 동력 입력축과 모터 동력 입력축이 동일한 관계로 엔진 회전수보다 높은 모터의 최적 효율 운전점 활용이 제한되어 연비 이득을 제대로 활용 못하는 단점이 있다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1개의 모터만을 사용하고 토크컨버터를 사용하지 않아 변속기에 소요되는 비용을 저감하는 효과를 확보하면서도, 엔진 발진시 모터를 활용하여 발전을 하면서 부드러운 발진을 구현할 수 있고, 토크컨버터 및 마찰클러치에 의한 슬립이 없고 회생제동이 가능하여 차량 연비의 향상을 도모하도록 하며, 가속시 모터에 의한 토크의 보조가 가능하여 차량의 운전성을 향상시키고, 엔진 동력의 입력 경로와 모터 동력의 입력 경로를 달리하여, 엔진 회전수에 제한 받지 않고 모터의 최적 효율 운전점 활용이 가능하도록 하여 연비 향상의 극대화를 꾀할 수 있는 하이브리드 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 변속기는
입력요소와 모터제너레이터 및 제1클러치가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치로 이루어진 제1유성기어세트와;
출력요소가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 갖는 제2유성기어세트;
를 포함하여 구성되고,
상기 제1유성기어세트의 1번째 회전요소는 상기 입력요소와 상시 연결되고;
상기 제1클러치는 상기 제1유성기어세트의 3번째 회전요소의 회전을 선택적으로 정지시킬 수 있도록 설치되며,
상기 제1유성기어세트의 4번째 회전요소는 상기 모터제너레이터와 상시 연결된 것
을 특징으로 한다.
본 발명은 1개의 모터만을 사용하고 토크컨버터를 사용하지 않아 변속기에 소요되는 비용을 저감하는 효과를 확보하면서도, 엔진 발진시 모터를 활용하여 발전을 하면서 부드러운 발진을 구현할 수 있고, 토크컨버터 및 마찰클러치에 의한 슬립이 없고 회생제동이 가능하여 차량 연비의 향상을 도모하도록 하며, 가속시 모터에 의한 토크의 보조가 가능하여 차량의 운전성을 향상시키고, 엔진 동력의 입력 경로와 모터 동력의 입력 경로를 달리하여, 엔진 회전수에 제한 받지 않고 모터의 최적 효율 운전점 활용이 가능하도록 하여 연비 향상의 극대화를 꾀할 수 있도록 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 하이브리드 변속기의 구조를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 변속기의 제1실시예를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 제1실시예를 레버다이어그램으로 표시한 도면,
도 4는 도 2의 제1실시예의 작동모드표,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 변속기의 제2실시예를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 제2실시예를 레버다이어그램으로 표시한 도면,
도 7은 도 5의 제2실시예의 작동모드표,
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 변속기의 제3실시예를 도시한 도면,
도 9는 도 8의 제3실시예를 레버다이어그램으로 표시한 도면,
도 10은 도 8의 제3실시예의 작동모드표,
도 11은 본 발명에 따른 하이브리드 변속기의 제4실시예를 도시한 도면,
도 12는 도 11의 제4실시예를 레버다이어그램으로 표시한 도면,
도 13은 도 11의 제4실시예의 작동모드표,
도 14는 본 발명에 따른 제1실시예와 제2실시예의 레버다이어그램을 더욱 간략히 표시한 도면,
도 15 내지 17은 도 14의 레버다이어그램으로 차속이 0인 상태로부터 점차 차속이 증가하는 발진 상태를 설명한 도면,
도 18은 본 발명에 의한 D1변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 19는 본 발명에 의한 D2변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 20은 본 발명에 의한 D3변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 21은 본 발명에 의한 D4변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 22는 본 발명에 의한 D5변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 23은 본 발명에 의한 D6변속단 구현상태를 설명한 도면,
도 24는 본 발명에 의한 후진단 구현상태를 설명한 도면이다.
도 2 내지 도 13을 참조하면, 본 발명 하이브리드 변속기의 제1실시예 내지 제4실시예는 공통적으로, 입력요소(input)와 모터제너레이터(MG) 및 제1클러치(CL1)가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치로 이루어진 제1유성기어세트(PGS1)와, 출력요소(output)가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 갖는 제2유성기어세트(PGS2)를 포함하여 구성되고, 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소의 회전을 선택적으로 정지시킬 수 있도록 설치되며, 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소는 상기 모터제너레이터(MG)와 상시 연결된 구성이다.
즉, 상기 제1클러치(CL1)는 변속기케이스에 연결되어 실질적으로 브레이크의 기능을 수행하도록 설치된다.
상기 제1실시예와 제2실시예에서는 공통적으로 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 출력요소(output)와 상시 연결되지 않은 적어도 2개 이상의 회전요소와 클러치를 통해 선택적으로 연결된다.
상기 제1실시예는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되며, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 상기 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소 및 변속기케이스에 제5클러치(CL5) 및 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결되는 구조이다.
상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)가 결합되어 구성되며, 상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고, 상기 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며, 상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고, 상기 제1링기어(R1)는 상기 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성한다.
또한, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고, 상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며, 상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고, 상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소로서, 실질적으로 상기 제2유성기어세트(PGS2)는 라비뇨타입 유성기어세트를 구성하는 것이다.
즉, 상기 입력요소(input)는 상기 제2링기어(R2)에 상시 연결되고 상기 제4클러치(CL4)를 통해 상기 제3-4캐리어(C3-4)에 선택적으로 연결되며, 상기 모터제너레이터(MG)는 상기 제1선기어(S1)에 상시 연결되고, 상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1캐리어(C1) 및 제2선기어(S2)를 고정시킬 수 있도록 연결되며, 상기 제1링기어(R1)와 제2캐리어(C2)는 상기 제5클러치(CL5)를 통해 상기 제3선기에 연결됨과 아울러 제6클러치(CL6)를 통해 상기 제4선기어(S4)에 연결되고, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 제3-4캐리어(C3-4)를 고정시킬 수 있도록 설치되고, 상기 제3클러치(CL3)는 상기 제3선기어(S3)를 고정시킬 수 있도록 설치되며, 상기 출력요소(output)는 상기 제3-4링기어(R3-4)에 연결된 것이다.
도 4는 상기한 바와 같이 구성된 제1실시예의 작동모드를 표로 표시한 것이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명 제2실시예에서는, 상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)가 결합되어 구성되며, 상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고, 상기 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며, 상기 제1링기어(R1)는 제2링기어(R2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고, 상기 제2캐리어(C2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성한다.
또한, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고, 상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며, 상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고, 상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소를 구성하는 것이며, 상기 제2유성기어세트(PGS2)는 실질적으로 라비뇨식 유성기어장치를 구성하고 있다.
즉, 제2실시예는 상기 제1실시예와 거의 유사하지만, 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 구성 및 그 차이에 따른 연결관계가 다른 것이다.
도 7은 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예의 작동모드표이다.
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 제3실시예의 구조를 도시한 것으로서, 상기 공통된 구성 이외에, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되며, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소 및 변속기케이스에 제7클러치(CL7)와 제5클러치(CL5) 및 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결된다.
여기서, 상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2더블피니언유성기어장치(PD2)가 결합되어 구성되며, 상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고, 상기 제2더블피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며, 상기 제1링기어(R1)는 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고, 상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성한다.
상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고, 상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며, 상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고, 상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소로서, 실질적으로 라비뇨식 유성기어장치의 구조를 가지고 있다.
도 10은 상기한 바와 같이 구성된 제3실시예의 작동모드표이다.
도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 제4실시예에서는, 상기 공통적인 사항 이외에, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 상시 연결되면서 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소와 제5클러치(CL5)를 통해 선택적으로 연결되며, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 상기 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되며, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상시 연결된 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소 및 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 상시 연결된 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소 및 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소 및 변속기케이스에 제7클러치(CL7), 제5클러치(CL5), 제6클러치(CL6), 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결되는 구조이다.
상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2더블피니언유성기어장치(PD2)가 결합되어 구성되며, 상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고, 상기 제2더블피니언유성기어장치(PD2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며, 상기 제1링기어(R1)는 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고, 상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며, 상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고, 상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성한다.
상기 제2유성기어세트(PGS2)는 제3더블피니언유성기어장치(PD3)와 제4싱글피니언유성기어장치(PS4)가 결합되어 구성되며, 상기 제3더블피니언유성기어장치(PD3)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제3캐리어(C3) 및 제3링기어(R3)로 이루어지고, 상기 제4싱글피니언유성기어장치(PS4)의 회전요소들은 제4선기어(S4)와 제4캐리어(C4) 및 제4링기어(R4)로 이루어지며, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소를 구성하고, 상기 제4링기어(R4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소를 구성하며, 상기 제3링기어(R3)는 상기 제4캐리어(C4)와 상시 연결되어 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소를 구성하고, 상기 제3캐리어(C3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소를 구성하고, 상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소를 구성한다.
도 13은 상기한 바와 같이 구성된 제4실시예의 작동모드표이다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명 실시예들의 작동을 도 14에 도시된 레버다이어그램을 기준으로 하여 살펴본다. 도 14의 레버다이어그램은 실질적으로 상기 제1실시예와 제2실시예에 동일한 것이며, 제3실시예와 제4실시예도 이와 유사하므로, 이하에서는 상기 도 14에 도시된 레버다이어그램을 기준으로 하여, 도 15 내지 도 24를 참조하여 그 작동을 설명한다.
참고로, 도 14에 표시된 1 내지 4의 번호는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소로부터 4번째 회전요소를 나타내며, 5 내지 8의 번호는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소로부터 4번째 회전요소를 나타내는 것으로 이하의 작동설명에서는 도 14에 표시된 번호를 이용하여 설명하기로 한다.
도 15 내지 도 17은 차량 발진시를 도시한 것으로서, 처음 도 15와 같은 상태, 즉 차속이 0 km/h 인 상태로부터 차속이 0 km/h 보다 점차 커지는 상태를 도 16 및 도 17에 도시하고 있다.
먼저, 도 15를 보면, 상기 입력요소(input)에는 엔진이 연결되는 바, 상기 엔진으로부터의 동력으로 상기 입력요소(input)가 회전하게 되며, 이때 제2클러치(CL2)가 작동하고 차속은 0 km/h 이므로 회전요소 5, 6, 7, 8은 정지하고, 제6클러치(CL6)가 작동하므로 회전요소 2는 회전요소 5와 함께 정지한다. 그 결과로 회전요소 3과 회전요소 4는 (-)rpm으로 회전하며, 모터제너레이터(MG)의 토크 제어에 의해 상기 출력요소(output)로 기동토크가 전달되게 된다.
회전요소 6이 회전하게 되면 도 16과 같이 제2클러치(CL2)의 작동에 의해 회전요소 7은 정지하고, 이를 기준으로 회전요소 5, 8의 회전속도가 정해지고, 제6클러치(CL6)의 작동에 의해 회전요소 2는 회전요소 5와 같은 속도로 회전하게 된다. 이 과정에 있어서도 엔진 토크와 모터제너레이터(MG)의 토크는 합성되어 상기 출력요소(output)로 구동토크를 지속적으로 전달하게 되어 부드러운 발진을 계속하게 된다.
차속이 어느 수준에 이르게 되면 D1단의 고정단을 구현하기 위한 제어를 수행하는데, 이를 위해 회전요소 3의 속도가 0 가 되도록 상기 모터제너레이터(MG)의 토크제어를 수행한다. 도 17 참조.
도 18과 같이 상기 회전요소 3의 회전속도가 ‘0’에 근접하면 제1클러치(CL1)가 작동하고, 이후 상기 모터제너레이터(MG)의 토크를 해제하여 D1단 고정단을 구현한다.
상기 D1단 고정단 구현 후 추가적인 가속이 요구되어 질 때는 상기 모터제너레이터(MG)가 (-) 토크를 가함으로써 D1단 대비 커다란 구동력을 상기 출력요소(output)로 전달하는 토크보조 모드로 운전될 수 있다.
만일 D1단 에서 제동력이 요구될 경우는 엔진 구동력을 줄이거나 없애고, 모터제너레이터(MG)에 (+) 토크를 가하여 차량 속도를 줄이는 제어를 할 수 있으며, 이러한 (+) 토크제어는 모터제너레이터(MG)의 동력흐름으로 전기를 생산하는 발전제어가 가능하게 만든다.
이를 통해 제동에너지를 전기로 회수하여, 차량 연비를 향상시킬 수 있다. 또한 도 18에서 확인할 수 있듯이 모터제너레이터(MG)의 회전속도는 (-) 방향이고, 그 크기는 엔진 속도와 다르게 구현할 수 있으며, 도시된 바와 같이 통상의 엔진속도보다 빠르게 하여 모터제너레이터(MG)의 최적 효율 운전점 부근에서 좀 더 많이 운전되도록 하여 발전효율을 향상시킬 수 있다
도 19는 D2단을 구현한 상태를 도시한 것으로서, 제1클러치(CL1)와 제3클러치(CL3) 및 제6클러치(CL6)가 작동된 상태이고, 도 20은 D3단을 구현한 상태로서 제1클러치(CL1)와 제5클러치(CL5) 및 제6클러치(CL6)를 작동하여 상기 제2유성기어세트(PGS2)가 일체로 상기 회전요소 2와 동일한 속도를 가지게 되어 상기 출력요소(output)로 출력되게 된다.
도 21은 D4단을 구현한 상태로서, 제1클러치(CL1)와 제4클러치(CL4) 및 제6클러치(CL6)가 작동되어, 상기 입력요소(input)의 동력은 상기 제4클러치(CL4)를 통해 상기 회전요소 7에 그대로 전달되어 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 기어비에 따라 감속되어 상기 회전요소 6을 통해 출력요소(output)로 인출되게 된다.
도 22는 D5단을 형성한 상태로서, 제1클러치(CL1)와 제4클러치(CL4) 및 제5클러치(CL5)가 작동되고, 제2클러치(CL2)가 해제되어, 상기 입력요소(input)는 상기 회전요소 1 및 회전요소 7과 함께 연동하고 상기 제5클러치(CL5)에 의해 회전요소 8이 회전요소 2에 구속된 상태에서 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 기어비에 따라 회전요소 6을 통해 증속되어 동력이 인출되게 된다.
도 23은 D6단을 구현한 상태로서, 제1클러치(CL1)와 제3클러치(CL3) 및 제4클러치(CL4)가 작동되어, 상기 제3클러치(CL3)에 회전요소 8이 고정된 상태에서 상기 제4클러치(CL4)를 통해 상기 입력요소(input)의 동력이 상기 제2유성기어세트(PGS2)로 제공되면, 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 기어비에 따라 상기 회전요소 6을 통해 증속된 동력이 인출되는 것이다.
도 24는 후진단인 R단을 구현한 것으로서, 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2) 및 제5클러치(CL5)가 작동되어, 상기 제2클러치(CL2)에 의해 회전요소 7이 고정된 상태에서 상기 제5클러치(CL5)를 통해 상기 제1유성기어세트(PGS1)에서 감속된 회전요소 2의 회전력이 상기 회전요소 8로 전달되므로 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소 6은 역방향의 회전력을 상기 출력요소(output)로 인출하게 되는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
input; 입력요소
output; 출력요소
MG; 모터제너레이터
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
CL4; 제4클러치
CL5; 제5클러치
CL6; 제6클러치
CL7; 제7클러치
PGS1; 제1유성기어세트
PGS2; 제2유성기어세트
PS1; 제1싱글피니언유성기어장치
PS2; 제2싱글피니언유성기어장치
PD2; 제2더블피니언유성기어장치
PD3; 제3더블피니언유성기어장치
PS4; 제4싱글피니언유성기어장치

Claims (14)

  1. 입력요소(input)와 모터제너레이터(MG) 및 제1클러치(CL1)가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치로 이루어진 제1유성기어세트(PGS1)와;
    출력요소(output)가 연결되고 4개 이상의 회전요소를 갖는 제2유성기어세트(PGS2);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상시 연결되고;
    상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소의 회전을 선택적으로 정지시킬 수 있도록 설치되며,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소는 상기 모터제너레이터(MG)와 상시 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 출력요소(output)와 상시 연결되지 않은 적어도 2개 이상의 회전요소와 상시 연결되거나 클러치를 통해 선택적으로 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 출력요소(output)와 상시 연결되지 않은 적어도 2개 이상의 회전요소와 클러치를 통해 선택적으로 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되며;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 상기 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소 및 변속기케이스에 제5클러치(CL5) 및 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결되는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)가 결합되어 구성되며;
    상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고;
    상기 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며;
    상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제1링기어(R1)는 상기 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며;
    상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고;
    상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며;
    상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고;
    상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며;
    상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소인 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)가 결합되어 구성되며;
    상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고;
    상기 제2싱글피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며;
    상기 제1링기어(R1)는 제2링기어(R2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제2캐리어(C2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며;
    상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고;
    상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며;
    상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고;
    상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며;
    상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소인 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되며;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소 및 변속기케이스에 제7클러치(CL7)와 제5클러치(CL5) 및 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결되는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2더블피니언유성기어장치(PS2)가 결합되어 구성되며;
    상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고;
    상기 제2더블피니언유성기어장치(PS2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며;
    상기 제1링기어(R1)는 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며;
    상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제4선기어(S4)와 제3-4캐리어(C3-4)와 제3-4링기어(R3-4)로 이루어지고;
    상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소이며;
    상기 제3-4링기어(R3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소이고;
    상기 제3-4캐리어(C3-4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소이며;
    상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소인 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 상시 연결되면서 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소와 제5클러치(CL5)를 통해 선택적으로 연결되며;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소는 상기 출력요소(output)와 상시 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소는 상기 입력요소(input) 및 변속기케이스에 제4클러치(CL4) 및 제2클러치(CL2)를 통하여 선택적으로 연결되며;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소와 제6클러치(CL6)를 통해 선택적으로 연결되고;
    상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소는 상기 입력요소(input)와 상시 연결된 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소 및 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소와 상시 연결된 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소 및 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소 및 변속기케이스에 제7클러치(CL7), 제5클러치(CL5), 제6클러치(CL6), 제3클러치(CL3)를 통해 선택적으로 연결되는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1유성기어세트(PGS1)는 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)와 제2더블피니언유성기어장치(PD2)가 결합되어 구성되며;
    상기 제1싱글피니언유성기어장치(PS1)의 회전요소들은 제1선기어(S1)와 제1캐리어(C1) 및 제1링기어(R1)로 이루어지고;
    상기 제2더블피니언유성기어장치(PD2)의 회전요소들은 제2선기어(S2)와 제2캐리어(C2) 및 제2링기어(R2)로 이루어지며;
    상기 제1링기어(R1)는 제2캐리어(C2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 1번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제2링기어(R2)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 2번째 회전요소를 구성하며;
    상기 제1캐리어(C1)는 상기 제2선기어(S2)와 상시 연결되어 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 3번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제1선기어(S1)는 상기 제1유성기어세트(PGS1)의 4번째 회전요소를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2유성기어세트(PGS2)는 제3더블피니언유성기어장치(PD3)와 제4싱글피니언유성기어장치(PS4)가 결합되어 구성되며;
    상기 제3더블피니언유성기어장치(PD3)의 회전요소들은 제3선기어(S3)와 제3캐리어(C3) 및 제3링기어(R3)로 이루어지고;
    상기 제4싱글피니언유성기어장치(PS4)의 회전요소들은 제4선기어(S4)와 제4캐리어(C4) 및 제4링기어(R4)로 이루어지며;
    상기 제3선기어(S3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 1번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제4링기어(R4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 2번째 회전요소를 구성하며;
    상기 제3링기어(R3)는 상기 제4캐리어(C4)와 상시 연결되어 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 3번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제3캐리어(C3)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 4번째 회전요소를 구성하고;
    상기 제4선기어(S4)는 상기 제2유성기어세트(PGS2)의 5번째 회전요소를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
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