KR101266694B1 - 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치 - Google Patents

궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터와 엔진을 구비한 하이브리드 전기차량에 있어서, 직렬형과 병렬형 구동이 자유롭게 이루어지고, 조향 반력토크의 불평형을 해소하며, 차량의 외란에 대해 회전관성 및 조향 성능이 향상되도록 한 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치가 개시된다.
본 발명은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 엔진과; 상기 엔진의 출력이 발전기를 경유하여 선택적인 동력전달이 가능하도록 하는 클러치와; 상기 클러치를 통해 엔진의 출력이 전달되도록 구비되는 추진축과; 상기 추진축의 양쪽 추진기어를 통해 동력이 전달받으면서 각각 양쪽에 일체로 형성되는 선기어편으로 이루어진 제 1,2선기어와; 상기 제 1,2선기어에 의해 동력을 전달받아 출력축으로 전달하는 제 1,2유성기어단과; 상기 제 1,2유성기어단의 사이에 위치하면서 상기 제 1,2유성기어단과 연결되어 동력 전달이 이루어지는 복합 유성기어단과; 상기 각 제 1,2유성기어단과 복합 유성기어단의 사이에 위치하면서 각각 제 1,2선기어와 연결되어 구동시키는 제1,2견인모터와; 상기 복합 유성기어단과 한쪽 제 1견인모터와의 사이에 위치하면서 한쪽 제 1유성기어단 및 복합 유성기어단과 조향축으로 연결되는 조향모터와; 상기 발전기와 접속되면서 상기 제 1,2견인모터와 조향모터를 제어하는 콘트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 제 1,2유성기어단은, 제 1,2선기어에 의해 동력을 전달받으면서 제 1,2견인모터와 일체로 결합되면서 각각 제 1,2선기어의 한쪽 선기어편으로부터 동력을 전달받아 회전하는 유성기어와, 이 유성기어로부터 동력을 전달받아 출력축을 구동시키는 캐리어와, 상기 제 1,2선기어와 간격을 두고 설치되면서 조향모터와 복합 유성기어단으로부터 각각 조향축과 전달축을 통해 연결되어 동력을 전달받는 내측 선기어와, 이 내측 선기어와 맞물려서 동력을 전달받음과 동시에 캐리어와 연결되어 회전하는 내측 유성기어를 포함한 것이다.

Description

궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치{Tracked Transmission System of Hybrid Electric Vehicle}
본 발명은 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터와 엔진을 구비한 하이브리드 전기차량에 있어서, 직렬형과 병렬형 구동이 자유롭게 이루어지고, 직진 및 조향시 반력토크의 불평형을 해소하며, 차량의 외란에 대해 회전관성 및 조향 성능이 향상되도록 한 것이다.
일반적으로, 각종 차량중 엔진과 모터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량이 제안되어 왔는데, 하이브리드 차량은, 통상 주행시에는 주로 전기 모터를 동력원으로 하는 것으로, 소음이나 대기오염의 문제를 발생하지 않는다.
그런데, 전기 차량이 가지는 결점은 배터리의 충전후 주행거리가 불충분하다는 점이고, 발생 토크가 작기 때문에 급발진, 고부하 주행, 고속주행 등이 곤란한 결점이 있어 연료 엔진을 병용하는 것에 의해 어느 정도 해소할 수 있기 때문에, 근래에 주목받고 있다.
하이브리드 차량에는 엔진을 일정 상태로 회전시켜서 발전기를 구동시키고, 이 발전기의 발전에 의한 전기 에너지에 의해 모터를 회전시키며, 이러한 회전을 구동 바퀴에 전달하는 직렬형과, 엔진 및 모터의 출력을 각각 구동바퀴에 전달하도록 연결하면서 그 양쪽 또는 어느 한쪽을 선택적으로 이용하여 주행하는 병렬형과, 이러한 직렬형과 병렬형을 조합한 직렬/병렬형이 있다.
통상적으로, 직렬형의 하이브리드 차량은 고속 주행시 구동효율이 저하되는 경향이 있고, 병렬형의 하이브리드 차량은 반대로 저속 주행시 구동효율이 저하되는 경향이 있다. 또한, 이것들을 조합한 직렬/병렬형의 하이브리드 차량은 저속 주행으로부터 고속 주행 사이의 주행조건에 있어서 우수한 구동 효율이 얻어지는 장점이 있다.
종래의 하이브리드 차량에 대하여 개시된 특허문헌의 일례로서, 대한민국 공개특허 제 10-2008-14993호(이하 "특허문헌 1"이라 함)에 개시된 차량용 차동 조향부를 구비한 전기구동 시스템, 기어유닛 및 차량이 있는데, 이 특허문헌 1을 살펴보면, 2개의 전기모터와 2개의 유성기어를 사용하여 캐리어를 출력축으로 사용하고, 서로 맞은편 유성기어의 링기어와 선기어를 공유하는 구조로서 서로 대칭을 이루도록 된 것이다.
2개의 전기모터(제 1,2전기구동장치)는 각각 링기어에 연결되어 있고, 추진과 조향을 동시에 담당한다. 또한, 동력전달계의 구조상 직렬형의 하이브리드 전기차량 또는 전기차량에 사용가능하다.
특허문헌 1의 구동시스템은 한쪽의 전기모터만 작동하고 차량은 좌,우 출력축에 동일한 부하토크가 작용하는 직진 주행중이라고 가정하는 경우, 좌,우의 단순 유성기어에 작용하는 반력토크는 대칭을 이룬다. 이때, 한쪽인 왼쪽에 배치된 전기모터는 작동중이기 때문에, 왼쪽 유성기어의 링기어에 구동토크로써의 반력토크를 제공할 수 있지만, 반대편인 오른쪽의 전기모터는 반력토크를 제공할 수 없다. 따라서, 오른쪽 전기모터는 무부하 회전에 의해 왼쪽 전기모터에서 발생하는 동력은 오른쪽 전기모터로 빠져나가며, 어느 쪽 출력축에도 동력을 전달할 수 없게된다.
따라서, 추진과 조향을 모두 담당하는 2개의 전기모터중 어느 하나가 작동을 하지 않으면 차량은 작동 불능의 상태가 되는 것이다.
또한, 다른 특허문헌으로서, 미국 공개특허 US2007/0213160 A1(이하 "특허문헌 2"라 함)에 개시된 변속기 구동시스템을 보면, 구동 시스템의 구조가 대칭이며 변속이 가능하고, 여러개의 전기모터를 사용함으로써, 모터의 크기를 줄일 수 있으며, 동시에 모터를 효율이 좋은 작동점에서 작동시킬 수 있으므로 전체적인 효율을 높일 수 있다.
또한, 선회시 추진 모터와 조향 모터에서 동력을 받아들이지 않으므로 기계적인 동력재생이 안정적이다.
또한, 조향 반력을 발생시키는 장치의 볼륨을 최소화하여 반경 방향의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다.
그러나, 구동시스템의 구조가 복잡하며 변속을 위한 클러치가 차지하는 공간과 유압장치가 필요하다.
또한, 전기 차량 또는 직렬형 하이브리드 전기차량에는 적용이 가능하지만, 병렬형 하이브리드 전기차량 시스템으로 변형하기 위해서는 차량의 견인을 담당하는 양쪽의 견인 모터축을 공유하는 장치가 필요하며, 2개의 견인모터 사이에 조향을 담당하는 유성기어열이 있어 병렬형 하이브리드 전기차량 시스템으로 변형하기 어려운 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제 10-2008-14993호(공개일 : 2008.2.15) 미국 공개특허 US2007/0213160 A1(공개일 : 2007.9.13)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 2개 이상의 견인모터를 독립적으로 작동되도록 구비하면서도 어느 하나의 견인모터가 고장 등으로 작동하지 못하게 되는 경우에도 차량이 전체적으로 작동 불능의 상태가 되지 않도록 하고, 선회시 기계적인 동력 재생이 가능하며, 직렬형과 병렬형간의 변환을 자유롭게 할 수 있어 전체적인 효율을 높일 수 있고, 필요공간을 줄이면서 컴팩트한 구성을 이룰 수 있도록 한 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 엔진과; 상기 엔진의 출력이 발전기를 경유하여 선택적인 동력전달이 가능하도록 하는 클러치와; 상기 클러치를 통해 엔진의 출력이 전달되도록 구비되는 추진축과; 상기 추진축의 양쪽 추진기어를 통해 동력을 전달받으면서 각각 양쪽에 일체로 형성되는 선기어편으로 이루어진 제 1,2선기어와; 상기 제 1,2선기어에 의해 동력을 전달받아 출력축으로 전달하는 제 1,2유성기어단과; 상기 제 1,2유성기어단의 사이에 위치하면서 상기 제 1,2유성기어단과 연결되어 동력 전달이 이루어지는 복합 유성기어단과; 상기 제 1,2유성기어단과 복합 유성기어단의 사이에 위치하면서 각각 제 1,2선기어와 연결되어 구동시키는 제 1,2견인모터와; 상기 복합 유성기어단과 한쪽 제 1견인모터와의 사이에 위치하면서 한쪽 제 1유성기어단 및 복합 유성기어단과 조향축으로 연결되는 조향모터와; 상기 발전기와 접속되면서 상기 제 1,2견인모터와 조향모터를 제어하는 콘트롤러를 포함하여 구성되고,
상기 제 1,2유성기어단은, 제 1,2선기어에 의해 동력을 전달받으면서 제 1,2견인모터와 일체로 결합되는 제 1,2선기어의 한쪽 선기어편으로부터 동력을 전달받아 회전하는 유성기어와, 이 유성기어로부터 동력을 전달받아 출력축을 구동시키는 캐리어와, 상기 제 1,2선기어와 간격을 두고 설치되면서 조향모터와 복합 유성기어단으로부터 각각 조향축과 전달축을 통해 연결되어 동력을 전달받는 내측 선기어와, 이 내측 선기어와 맞물려서 동력을 전달받음과 동시에 캐리어와 연결되어 회전하는 내측 유성기어를 포함한 구성이다.
상기 복합 유성기어단은 하우징의 내부에 고정된 링기어와, 이 링기어와 맞물리는 복합 유성기어부와, 조향모터와 조향축으로 연결되어 동력을 전달하고 복합 유성기어부와 맞물리는 선기어와. 상기 복합 유성기어부와 연결되는 캐리어로 이루어진 구조이다.
또한, 상기 복합 유성기어단은 캐리어의 외주면에 구비되는 다판 클러치를 더 포함하여 이루어진 구조이다.
또한 상기 복합 유성기어부는 상기 선기어와 맞물리는 제 1유성기어와, 이 제 1유성기어와 맞물리면서 상기 링기어와 맞물리는 제 2유성기어로 이루어지고, 상기 제 1,2유성기어는 모두 캐리어에 연결 캐리어를 통해 연결된 구조이다.
이와 같이, 본 발명은 전기모터중 2개의 견인모터(제 1,2견인모터)를 독립적으로 작동되도록 구비하면서도 어느 하나의 견인모터가 고장 등으로 작동하지 못하게 되는 경우에도 차량이 작동 불능의 상태가 되지 않는 효과가 있다.
또한, 2개의 견인모터를 공유하는 추진축을 구비함으로써, 좌,우 2개의 유성기어단(제 1,2유성기어단)의 선기어에 전달되는 견인 토크와 동력을 고르게 분배시킬 수 있다.
또한, 클러치와 추진축을 통해 직렬형과 병렬형간의 변환을 자유롭게 할 수 있고, 선회시 기계적인 동력분기 및 재생이 가능하여 전체적인 효율 및 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 복합 유성기어단에 다판 클러치를 구비하여 직진 주행과 조향시 조향장치 반력토크의 외란을 줄이고, 조향모터와 연결된 선기어와 회전관성을 맞출 수 있어 불평형을 해소할 수 있다.
또한, 모든 전기모터(제 1,2견인모터 및 조향모터)를 유성기어단의 내부에 배치함으로써, 종래의 장치에 비해 필요공간을 줄이면서 컴팩트한 구성을 이룰 수 있는 것이다.
또한, 모든 전기모터들을 2개의 좌,우 유성기어단과 복합 유성기어단의 선기어와 연동되도록 연결함으로써 모터의 용량을 줄일 수 있는 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A선에 따른 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 조향장치를 이루는 복합 유성기어단의 구조를 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 직진 주행시의 개략적인 동력 전달 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 피봇시의 개략적인 동력 전달 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 큰 반경 선회시의 개략적인 동력 전달 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 작은 반경 선회시의 개략적인 동력 전달 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치의 편궤도 조향시의 개략적인 동력 전달 흐름도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 구체적인 기술내용 설명중 "단"이라는 용어는 "군" 또는 "그룹(group)"이라는 의미로 사용됨을 이해해야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치가 적용되는 차량은 예를 들어 무한궤도 전투차량 등이 될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다른 여러가지 종류의 차량에 적용이 가능하다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치는, 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 엔진(10)과, 이 엔진(10)의 출력이 발전기(20)를 경유하여 선택적인 동력전달이 가능하도록 하는 클러치(30)와, 이 클러치(30)를 통해 엔진(10)의 출력이 전달되도록 구비되는 추진축(40)을 포함한 구조를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치는 상기 추진축(40)의 양쪽을 통해 동력이 전달되어 회전하는 제 1,2선기어(50)(60)와, 이 제 1,2선기어(50)(60)에 의해 동력을 전달받아 출력축(51)(61)으로 전달하는 제 1,2유성기어단(70)(80)과, 이 제 1,2유성기어단(70)(80)의 사이에 위치하면서 상기 제 1,2유성기어단(70)(80)과 연결되어 동력 전달이 이루어지는 복합 유성기어단(90)과, 상기 제 1,2유성기어단(70)(80)과 복합 유성기어단(90)의 사이에 위치하면서 각각 제 1,2선기어(50)(60)와 연결되어 구동력을 발생시키는 제1,2견인모터(100)(110)와, 상기 복합 유성기어단(90)과 한쪽 제 1견인모터(100)와의 사이에 위치하면서 한쪽 제 1유성기어단(70) 및 복합 유성기어단(90)과 조향축(121)으로 연결되는 조향모터(120)로 이루어진 구조이다.
상기 제 1,2견인모터(100)(110)와 조향모터(120)는 발전기(20)와 접속된 콘트롤러(200)에 의해 제어되도록 되어 있다.
또한, 도면에는 구체적으로 도시하지 않았지만, 별도의 배터리가 구비되고, 이 배터리는 상기 제 1,2견인모터(100)(110) 및 조향모터(120)와 접속되어 전원공급을 한다. 또한, 배터리는 발전기(20)와 접속되어서 충전되도록 되어 있는 구조이다.
또한, 상기 클러치(30)는 전달기어(31)를 통해 추진축(40)의 양쪽에 구비된 기어중 다음에 설명하는 한쪽 추진기어(42)와 맞물려 추진축(40)으로 동력을 전달하도록 되어 있다.
상기 추진축(40)은 양쪽 단부에 추진기어(41)(42)가 구비되어서 각각 제 1,2선기어(50)(60)로 동력을 전달한다.
상기 제 1,2선기어(50)(60)는 각각 양쪽에 일체로 형성되는 선기어편(50a)(50b)(60a)(60b)으로 이루어지면서 제 1,2견인모터(100)(110)와 연동되도록 결합된 구조이다.
또한, 상기 제 1,2유성기어단(70)(80)은 제 1,2견인모터(100)(110)와 일체로 결합되는 제 1,2선기어(50)(60)의 한쪽 선기어편(50b)(60b)으로부터 동력을 전달받아 자전 및 공전하면서 선기어편(50b)(60b)의 외주면을 따라 복수,구비되는 유성기어(71)(81)와, 이 유성기어(71)(81)로부터 동력을 전달받아 출력축(51)(61)을 구동시키는 캐리어(72)(82)와, 상기 제 1,2선기어(50)(60)와 간격을 두고 설치되면서 조향모터(120)와 복합 유성기어단(90)으로부터 조향축(121)과 전달축(90a)을 통해 연결되어 동력을 전달받는 내측 선기어(73)(83)와, 이 내측 선기어(73)(83)의 외주면에 복수,구비되어 맞물려서 동력을 전달받음과 동시에 캐리어(72)(82)와 연결되어 자전 및 공전하는 내측 유성기어(74)(84)를 포함한 구조이다.
다시 말해서, 상기 캐리어(72)(82)는 유성기어(71)(81)와 내측 유성기어(74)(84)와 모두 연결된 구조를 가진다.
또한, 상기 복합 유성기어단(90)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(91)의 내부에 고정된 링기어(92)와, 이 링기어(92)와 맞물리는 복합 유성기어부(93)와, 조향모터(120)와 조향축(121)으로 연결되어 동력을 전달받으면서 복합 유성기어부(93)와 맞물리는 선기어(94)와. 상기 복합 유성기어부(93)와 연결되는 캐리어(95)를 포함한 구조를 가진다.
또한, 상기 캐리어(95)의 외주면에는 다판 클러치(96)가 더 구비된 구조를 가진다.
또한, 상기 복합 유성기어부(93)는 상기 선기어(94)와 맞물리는 제 1유성기어(93a)와, 이 제 1유성기어(93a)와 맞물리면서 상기 링기어(92)와 맞물리는 제 2유성기어(93b)로 이루어지고, 상기 제 1,2유성기어(93a)(93b)는 모두 캐리어(95)에 연결 캐리어(93c)를 통해 캐리어(95)와 연결된 구조를 가진다.
상기 캐리어(95)는 제 2유성기어단(80)의 내측 선기어(83)와 전달축(90a)을 통해 연결되어 함께 구동되는 구조를 가진다.
또한, 상기 다판 클러치(96)는 콘트롤러(200)에 의해 제어되거나, 또는 유압에 의해 작동될 수 있는데, 직진 주행시에는 캐리어(95)를 잡아주는 역할을 하고, 조향시에는 캐리어(95)를 풀어주는 역할을 한다.
도 1b는 추진축(40)과 복합 유성기어단(90)을 이루는 하우징(91), 링기어(92), 복합유성기어부(93), 선기어(94)간의 배치관계를 잘 나타낸 도면으로서, 추진축(40)은 도 1a에서는 마치 복합 유성기어단(90)의 링기어(92)를 관통 또는 겹치는 것처럼 보이지만, 간격을 두고 도면상 측면(좌측)에 위치한 구조를 가진다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 구체적으로 설명하지는 않았지만, 제 1,2유성기어단(70)(80)도 하우징안에 구비된 구조를 가진다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치에 있어서, 평지에서의 기동시 및 가속시에는 제 1,2견인모터(100)(110)의 구동력에 의해 이루어지고, 경사로와 같이 부하가 많이 걸리는 조건하에서는 제 1,2견인모터(100)(110) 및 엔진(10)의 구동력에 의해 이루어지도록 되어 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 클러치(30)는 추진축(40)과 엔진(10)의 출력축 사이에 연결, 구비되어서 직렬형과 병렬형으로 동력전달 방식을 모두 구현할 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 직렬형인 경우, 클러치(30)는 단절된 상태에서, 엔진(10)의 동력을 엔진 출력축에 장착된 발전기(20)를 통해 전기 에너지로 변환하여 배터리(도시되지 않음)에 저장하고, 저장된 전기 에너지를 제 1,2견인모터(100)(110)와 조향모터(120)에 공급한다.
또한, 본 발명은 병렬형인 경우, 상기 클러치(30)가 접속되어 엔진(10)의 동력이 직접 상기 추진축(40)에 전달됨과 동시에, 발전기(20)를 이용하여 저장뒨 전기 에너지를 통해 제 1,2견인모터(100)(110)와 조향모터(120)를 구동시킨다.
또한, 조향 동력전달은 복합 유성기어단(90)을 통해 이루어질 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 링기어(92)와 선기어(94)의 기어비(기어잇수비)가 1 : 0.5로 이루어진 복합 유성기어단(90)은 차동장치 역할을 한다.
상기 복합 유성기어단(90)의 링기어(92)는 하우징(91)에 고정되도록 일체형으로 구비함과 동시에, 복합유성기어부(93)에 의해 -1 기어비와 조향 반력이 구현된다.
상기 -1 기어비라는 것은 복합 유성기어단(90)을 이루는 선기어(94)와 캐리어(95)의 회전방향이 서로 반대라는 의미이다.
다판 클러치(96)는 차량 직진시, 좌,우 노면 변화 등으로 발생할 수 있는 조향장치의 반력토크에 따른 외란을 줄이고, 조향모터(120)와 조향축(121)으로 연결된 제 1유성기어단(70)의 내측 선기어(73)와 복합 유성기어단(90)의 캐리어(95)와 전달축(90a)을 통해 연결된 제 2유성기어단(80)의 내측 선기어(83)는 회전 관성을 맞출 수 있다.
또한, 조향시 조향모터(120)가 가속되면서 발생할 수 있는 회전관성의 불평형을 최소화할 수 있고, 그에 따라 차량의 조향 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2개의 제 1,2견인모터(100)(110)가 동시에 구동하더라도 추진축(40)의 회전방향은 동일하여 동력전달에 아무런 지장이 없이 이루어질 수 있다.
도 2는 복합 유성기어단(90)을 확대하여 도시한 도면으로서, 직진 주행시 양쪽 제 1,2견인모터(100)(110)가 구동하면, 제 1,2유성기어단(70)(80)의 내측 선기어(73)(83)를 통해 중앙에 위치한 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 캐리어(95)에 같은 방향의 토크가 요구된다.
도 2에 있어서, 화살표는 직진 주행시의 회전토크 방향을 나타낸 것으로서, 직진 주행시, 제 1,2견인모터(100)(110)의 회전방향은 동일한 방향이다.
따라서, 제 1,2견인모터(100)(110)의 회전에 따라 출력축(51)(61)을 통해 동력이 전달되는 한편, 제 1견인모터(100)의 구동력은 조향축(121)을 통해 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)에 전달되고, 제 2견인모터(110)의 구동력은 전달축(90a)을 통해 복합 유성기어단(90)의 캐리어(95)에 전달되는데, 직진 주행시에는 제 1,2견인모터(100)(110)의 회전방향이 동일하기 때문에, 동일한 방향의 회전력이 각각 선기어(94)와 캐리어(95)에 전달되지만, 선기어(94)와 캐리어(95)는 -1 기어비로서 복합 유성기어부(93)와 하우징(91)에 고정된 링기어(92)에 의해 서로 반대방향으로 회전방향이 전환되어 정지된 상태를 가지는 잠금상태가 된다.
또한, 조향시에는 제 1,2견인모터(100)(110)는 물론, 조향모터(120)가 함께 구동하는데, 조향모터(120)의 동력은 조향축(121)을 통해 한쪽 제 1유성기어단(70)에 동력을 전달함과 동시에 복합 유성기어단(90)으로 동력을 전달하게 된다.
이때, 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)에 조향모터(120)의 동력이 전달되면서 캐리어(95)는 선기어(94)와 -1 기어비에 의해 반대방향으로 회전하기 시작한다. 그에 따라, 제 2유성기어단(80)의 캐리어(82)를 회전시키게 되면서 제 1유성기어단(70)의 캐리어(72)와 제 2유성기어단(80)의 캐리어(82)간의 회전속도 차이가 발생하여 좌회전 또는 우회전 조향시에 따라 조향모터(120)가 정,역 구동하면서 출력축(51)(61)의 회전속도를 달리해주는 것이다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력전달장치에 있어서, 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 캐리어(95)의 양쪽으로 동일한 토크가 이루어져야 올바른 직진 주행이 가능한데, 본 발명에 따른 복합 유성기어단(90)의 링기어(92)는 하우징(91)에 고정되고, -1 기어비와 반력토크를 제공함으로써, 복합 유성기어단(90)의 토크 평형을 이룰 수 있다. 그에 따라 차량의 직진 주행시 아무런 지장이 없이 이루어질 수 있는 것이다.
또한, 도 2에 도시된 조향동력 전달 구조에서는 등속 가능하기 때문에, 효과적인 동력전달장치로 사용될 수 있다.
한편, 도로위에서 실제 주행시, 좌,우 궤도의 노면 상태가 다를 수 있기 때문에, 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 캐리어(95)에 요구되는 반력 토크가 다를 수 있다.
따라서, 이런 경우에는, 토크 평형이 이루어지지 않아 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 캐리어(95)가 동일한 토크가 형성되지 못하고 불균형하게 됨으로써, 반대로 복합 유성기어단(90)으로부터 조향모터(120)를 회전시키려는 동력이 전달되어 차량이 정확히 직진하기 어려워진다.
이러한 외란을 대비하여 복합 유성기어단(90)의 캐리어(95)에 다판 클러치(96)가 구비되어 있는데, 직진 주행시 다판 클러치(96)에 의해 지지되므로 정확한 직진유지가 가능하다.
그리고, 반경이 큰 캐리어(95)에 다판 클러치(96)를 장착함으로써, 클러치 토크 용량을 키울 수 있는 장점이 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2개의 제 1,2견인모터(100)(110)중 어느 하나가 고장난 경우에도, 작동이 가능하다.
다시 말해서, 만일 도 1a에서 좌측 제 1견인모터(100)가 고장난 경우, 엔진(10)으로부터 발생되는 동력의 전달순서를 보면 다음과 같다.
한쪽 제 2견인모터(110)는 콘트롤러(200)에 의해 지시를 받아 구동하고, 그에 따라 제 2견인모터(110)와 일체로 결합된 선기어편(60a)(60b)으로 이루어진 선기어(60)가 회전하게 된다.
이 선기어(60)가 회전하면, 선기어(60)의 한쪽 선기어편(60b)은 제 2유성기어단(80)의 유성기어(81)를 회전시키고, 이와 동시에 유성기어(81)와 연결된 캐리어(82)가 회전하며, 그에 따라 이 캐리어(82)와 연결된 출력축(61)에 구동력이 전달되는 것이다. 이때에는 내측 선기어(83)는 복합 유성기어단(90)의 -1 기어비에 의해 고정된 상태를 유지하고, 내측 선기어(83)의 외주면에 구비된 내측 유성기어(84)는 공전을 하는 상태가 된다.
또한, 제 2견인모터(110)는 선기어편(60a)에 동시에 동력을 전달시키고, 그러면 선기어편(60a)과 맞물린 추진기어(42)가 동력을 전달받아 회전한다.
상기 추진기어(42)는 회전에 의해 출력축(40)을 통해 반대편 추진기어(41)에 동력을 전달하고, 그러면 추진기어(41)와 맞물린 선기어(50)의 선기어편(50a)이 회전하게 된다. 이 선기어편(50a)은 제 1견인모터(100)와 일체로 형성된 선기어편(50b)과 유성기어(71), 캐리어(72)에 동력을 전달하여 최종적으로 출력축(51)에 구동력을 전달하게 되는 것이다. 이때에도 상기 제 2유성기어단(80)과 마찬가지로 제 1유성기어단(70)의 내측 선기어(73)는 복합 유성기어단(90)의 -1 기어비에 의해 정지된 상태를 유지하여 내측 유성기어(74)는 공전을 하는 상태가 된다.
한편, 도 3 내지 도 7은 각 주행조건별 동력 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 3은 차량의 직진 주행시의 동력 흐름을 개략적으로 도시한 도면으로서, 제 1,2견인모터(100)(110)가 구동하면, 상기 각각의 제 1,2견인모터(100)(110)는 양쪽 제 1,2유성기어단(70)(80)쪽의 제 1,2선기어(50)(60)쪽으로 분기되어 동력이 전달되고, 이어서 제 1,2유성기어(71)(81)와 캐리어(72)(82)를 거쳐서 출력축(51)(61)으로 동력이 전달된다.
여기서, 중앙에 위치한 복합 유성기어단(90)의 다판 클러치(96)는 직진시, 차량의 노면 상태에 따른 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 캐리어(95)에 요구하는 반력토크가 달라서 외란이 발생하는데, 상기 다판 클러치(96)가 캐리어(95)를 고정하여 이러한 외란에 대해 토크평형을 유지한다.
또한, 좌,우 양쪽이 캐리어(72)(82)에 조향 반력을 제공하므로 조향모터(120)의 작동을 최소화할 수 있다.
도 4는 피봇시 동력 흐름을 개략적으로 도시한 도면으로서, 피봇인 경우에는 조향모터(120)만 구동되고, 제 1,2견인모터(100)(110)는 구동하지 않는 상태이다.
조향모터(120)에서 나온 동력이 복합 유성기어단(90)의 선기어(94)와 조향축(121)을 통해 최종적으로 좌,우 출력축(51)(61)으로 절반씩 분기된다.
도 5와 도 6은 선회시 동력 흐름을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 5는 큰 반경 선회시를 나타낸 도면으로서, 선회 안쪽 출력축(61)보다 바깥쪽 출력축(51)에 더 많은 동력이 전달되고, 바깥쪽 출력축의 회전수가 안쪽 출력축의 회전수보다 많게 된다.
도 6은 작은 반경 선회의 경우를 나타낸 도면으로서, 선회 안쪽 출력축(61)에서 지면으로부터 동력이 들어와 바깥쪽 출력축(51)에 큰 동력을 전달하게 되고, 바깥쪽 출력축(51)의 회전수가 안쪽 출력축의 회전수보다 많게 된다.
또한, 좌,우 제 1,2유성기어단(70)(80)의 캐리어(72)(82)와 중앙에 위치한 복합 유성기어단(90)이 기계적으로 폐쇄된 형태이기 때문에, 동력의 순환 및 재생이 매우 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 7은 편궤도 조향(one-track steering)시의 동력 흐름을 개략적으로 도시한 도면으로서, 편궤도 조향시에는 제 1,2견인모터(100)(110)와 조향모터(120)가 함께 구동되며, 별도의 브레이크 장치에 의해서 한쪽 유성기어단의 캐리어를 고정시킴으로써 이 캐리어와 연결된 안쪽 출력축(61)은 회전속도가 없게되고, 장치와 지면 사이에 동력의 출입이 없으므로 캐리어(95)를 통해 동력이 순환되어 선회 바깥쪽 출력축(51)으로 나간다.
이와 같이, 본 발명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의거 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 엔진
20 : 발전기
30 : 클러치
31 : 전달기어
40 : 추진축
41,42 : 추진기어
50,60 : 제 1,2선기어
50a,50b,60a,60b : 선기어편
51,61 : 출력축
70,80 : 제 1,2유성기어단
71,81 : 유성기어
72,82 : 캐리어
73,83 : 내측 선기어
74,84 : 내측 유성기어
90 : 복합 유성기어단
90a : 전달축
91 : 하우징
92 : 링기어
93 : 복합 유성기어부
93a : 제 1유성기어
93b : 제 2유성기어
93c ; 연결 캐리어
94 : 선기어
95 : 캐리어
96 : 다판 클러치
100,110 : 제 1,2견인모터
120 : 조향모터
121 : 조향축
200 : 콘트롤러

Claims (4)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 엔진(10)과;
    상기 엔진(10)의 출력이 발전기(20)를 경유하여 선택적인 동력전달이 가능하도록 하는 클러치(30)와;
    상기 클러치(30)를 통해 엔진(10)의 출력이 전달되도록 구비되는 추진축(40)과;
    상기 추진축(40)의 양쪽 추진기어(41)(42)를 통해 동력이 전달받으면서 각각 양쪽에 일체로 형성되는 선기어편(50a)(50b)(60a)(60b)으로 이루어진 제 1,2선기어(50)(60)와;
    상기 제 1,2선기어(50)(60)에 의해 동력을 전달받아 출력축(51)(61)으로 전달하는 제 1,2유성기어단(70)(80)과;
    상기 제 1,2유성기어단(70)(80)의 사이에 위치하면서 상기 제 1,2유성기어단(70)(80)과 연결되어 동력 전달이 이루어지는 복합 유성기어단(90)과;
    상기 각 제 1,2유성기어단(70)(80)과 복합 유성기어단(90)의 사이에 위치하면서 각각 제 1,2선기어(50)(60)와 연결되어 구동시키는 제1,2견인모터(100)(110)와;
    상기 복합 유성기어단(90)과 한쪽 제 1견인모터(100)와의 사이에 위치하면서 한쪽 제 1유성기어단(70) 및 복합 유성기어단(90)과 조향축(121)으로 연결되는 조향모터(120)와;
    상기 발전기(20)와 접속되면서 상기 제 1,2견인모터(100)(110)와 조향모터(120)를 제어하는 콘트롤러(200)를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1,2유성기어단(70)(80)은, 제 1,2선기어(50)(60)에 의해 동력을 전달받으면서 제 1,2견인모터(100)(110)와 일체로 결합되는 제 1,2선기어(50)(60)의 한쪽 선기어편(50b)(60b)으로부터 동력을 전달받아 회전하도록 구비되는 유성기어(71)(81)와, 이 유성기어(71)(81)로부터 동력을 전달받아 출력축(51)(61)을 구동시키는 캐리어(72)(82)와, 상기 제 1,2선기어(50)(60)와 간격을 두고 설치되면서 조향모터(120)와 복합 유성기어단(90)으로부터 각각 조향축(121)과 전달축(90a)을 통해 연결되어 동력을 전달받는 내측 선기어(73)(83)와, 이 내측 선기어(73)(83)와 맞물려서 동력을 전달받음과 동시에 캐리어(72)(82)와 연결되어 회전하는 내측 유성기어(74)(84)를 포함한 것을 특징으로 하는 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 유성기어단(90)은 하우징(91)의 내부에 고정된 링기어(92)와, 이 링기어(92)와 맞물리는 복합 유성기어부(93)와, 조향모터(120)와 조향축(121)으로 연결되어 동력을 전달받으면서 복합 유성기어부(93)와 맞물리는 선기어(94)와. 상기 복합 유성기어부(93)와 연결되면서 상기 전달축(90a)을 통해 제 2유성기어단(80)의 내측 선기어(83)와 연결되는 캐리어(95)로 이루어진 것을 특징으로 하는 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합 유성기어단(90)은 캐리어(95)의 외주면에 구비되는 다판 클러치(96)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합 유성기어부(93)는 상기 선기어(94)와 맞물리는 제 1유성기어(93a)와, 이 제 1유성기어(93a)와 맞물리면서 상기 링기어(92)와 맞물리는 제 2유성기어(93b)로 이루어지고, 상기 제 1,2유성기어(93a)(93b)는 모두 캐리어(95)에 연결 캐리어(93c)를 통해 캐리어(95)와 연결된 것을 특징으로 하는 궤도형 하이브리드 전기차량의 동력전달장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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