KR101297129B1 - 하이브리드 차량용 하이브리드 트랜스미션 - Google Patents

하이브리드 차량용 하이브리드 트랜스미션 Download PDF

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KR101297129B1
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마뗑 울
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/445—Differential gearing distribution type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2054—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed by controlling transmissions or clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • F16H3/728—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path with means to change ratio in the mechanical gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02—Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/48—Drive Train control parameters related to transmissions
    • B60L2240/486—Operating parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/50—Drive Train control parameters related to clutches
    • B60L2240/507—Operating parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
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Abstract

본 명세서에 기재된 하이브리드 트랜스미션은 하이브리드 차량의 내연기관, 전기 견인모터, 전기 모터/발전기 및 구동 휠을 서로 연결하는데 이용되는 두 전자기 클러치부를 포함하는 클러치 및 유성 기어장치를 포함한다. 이러한 하이브리드 트랜스미션은 다양한 작동 모드를 허용한다.
Figure R1020087023851
하이브리드 트랜스미션, 내연기관, 클러치, 유성 기어장치

Description

하이브리드 차량용 하이브리드 트랜스미션{HYBRID TRANSMISSION FOR HYBRID VEHICLES}
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하이브리드 차량의 하이브리드 구동 트레인용 하이브리드 트랜스미션에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다. 통상적으로, 이러한 하이브리드 차량에는 내연기관(ICE; internal combustion engine), 상기 차량의 적어도 하나의 휠(차륜)에 동력을 전달할 수 있는 전기 견인모터, 및 상기 견인모터에 전기를 공급 및/또는 상기 차량의 배터리를 재충전 및/또는 상기 차량의 적어도 하나의 휠에 동력을 전달하는데 이용되는 전기 모터/발전기가 제공된다.
상기 견인모터가 휠을 구동하는데 이용되며, 상기 내연기관이 차량의 배터리를 재충전 및/또는 상기 견인모터에 직접 전력을 공급하기 위해 상기 전기 발전기를 구동하는데만 전적으로 이용되는 경우의 하이브리드 차량을 직렬 하이브리드 차량이라 한다.
상기 견인모터와 내연기관 모두가 상기 차량의 휠을 동시에 또는 개별적으로 구동시키는데 이용될 수 있는 경우의 하이브리드 차량을 병렬 하이브리드 차량이라 한다. 상기 병렬 하이브리드 차량에 있어서, 상기 내연기관은 전기 발전기를 통해 상기 배터리를 재충전하는데 이용될 수도 있다.
직렬/병렬 하이브리드 차량(SPHV; series/parallel hybrid vehicle)은 본 기술분야에서 또한 알려져 있다. 전형적으로, 이러한 차량은 전술한 바와 같은 직렬 모드 및 병렬 모드 사이에서 전환될 수 있는 구동 트레인을 포함한다. 직렬/병렬 하이브리드 차량(SPHV)은 직렬 하이브리드 시스템과 병렬 하이브리드 시스템의 이점을 극대화하기 위하여 상기 직렬 하이브리드 시스템과 병렬 하이브리드 시스템을 결합시킨다. 이러한 차량은, 일반적으로 전기 모터 및 전기 발전기를 구비하고, 최상의 효율을 달성하기 위하여, 구동 조건에 따라 상기 전기 모터만을 이용하거나 상기 전기 모터와 엔진(내연기관)으로부터의 구동력을 이용한다. 또한, 필요한 경우, 상기 시스템은 휠을 구동시키면서 동시에 발전기를 이용하여 전기를 발생시킨다.
본 발명은 하이브리드 차량의 내연기관, 전기 견인모터, 전기 모터/발전기 및 적어도 하나의 휠을 서로 연결하기 위한 향상된 하이브리드 트랜스미션을 제공하기 위한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 관점에 따르면, 적어도 하나의 구동 휠이 제공된 차량용 하이브리드 구동 트레인이 제공되고, 상기 하이브리드 구동 트레인은:
상기 차량의 적어도 하나의 구동 휠에 연결되는 회전 샤프트를 갖는 전기 견인모터;
회전 샤프트를 갖는 전기 모터/발전기;
회전 샤프트를 갖는 내연기관;
상기 전기 모터/발전기의 회전 샤프트와 관련된 선 기어, 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 유성 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어장치; 및
상기 유성 기어장치의 선 기어와 관련된 제1가동 요소, 상기 유성 기어장치의 링 기어와 관련된 제2가동 요소 및 상기 적어도 하나의 구동 휠과 관련된 고정 요소를 구비한 클러치 조립체를 포함하고,
상기 제1가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제1가동 요소가 고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소는 이동가능하게 되고; 상기 제2가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제2가동 요소가 고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소는 이동가능하게 된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 적어도 하나의 구동 휠이 제공된 차량용 하이브리드 구동 트레인이 제공되고, 상기 하이브리드 구동 트레인은:
상기 차량의 적어도 하나의 구동 휠에 연결되는 회전 샤프트를 갖는 전기 견인모터;
회전 샤프트를 갖는 전기 모터/발전기;
회전 샤프트를 갖는 내연기관;
상기 전기 모터/발전기의 회전 샤프트와 관련된 선 기어, 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 유성 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어장치; 및
상기 유성 기어장치의 링 기어와 관련된 제1 및 제2가동 요소, 상기 적어도 하나의 구동 휠과 관련된 제1고정 요소 및 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 제2고정 요소를 구비한 클러치 조립체를 포함하고,
상기 제1가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제1가동 요소가 제1고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소는 이동가능하게 되고; 상기 제2가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제2가동 요소가 제2고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소는 이동가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 중립 모드로 나타낸 하이브리드 트랜스미션을 포함하는 하이브리드 차량의 구동 트레인의 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도 2는 병렬 하이브리드 모드에서의 하이브리드 트랜스미션을 나타낸 것으로, 도 1과 유사한 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도 3은 직렬 하이브리드 모드에서의 하이브리드 트랜스미션을 나타낸 것으로, 도 1과 유사한 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도 4는 전기 견인모터 및 전기 모터/발전기 모두가 휠에 기계적 동력을 공급하는 순수 전기 모드에서의 하이브리드 트랜스미션을 나타낸 것으로, 도 1과 유사한 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도 5는 직렬/병렬 모드에서의 하이브리드 트랜스미션을 나타낸 것으로, 도 1 과 유사한 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 중립 모드로 나타낸 하이브리드 트랜스미션을 포함하는 하이브리드 차량의 구동 트레인을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 중립 모드로 나타낸 하이브리드 트랜스미션을 포함하는 하이브리드 차량의 구동 트레인을 나타낸 구성도이다.
전술한 목적, 장점 및 특징들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 예시적인 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 트랜스미션(10)을 설명한다. 상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 1에 나타낸 하이브리드 차량의 구동 트레인의 일부이다. 도 1은 구성요소를 비율에 따라 나타낸 것이 아니라 개략적으로 도시한 것이고, 베어링, 회전 센서 및 장착 브라켓과 같이 본 발명과 특별히 관련되지 않은 구동 트레인의 여러 구성요소는 논점을 명확하게 나타내기 위해 생략되어 있다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 하이브리드 차량의 구동 트레인의 구동 휠(구동 차륜)(24), 내연기관(ICE; internal combustion engine)(18), 전기 견인모터(20), 및 전기 모터/발전기(22)를 서로 연결하는데 이용되는 두 전자기 클러치부(14, 16)를 포함하는 클러치(13) 및 유성 기어장치(12)(주전원 기어장 치(epicyclical gearing))를 포함한다. 이러한 하이브리드 트랜스미션은 후술할 바와 같은 다양한 작동 모드를 허용한다.
상기 유성 기어장치(12)는 전기 모터/발전기(22)의 샤프트(28)에 장착되는 선 기어(26); 상기 내연기관(18)의 회전 샤프트(34)에 연결되는 유성 캐리어(planet carrier)(32)에 장착되는 유성 기어(30); 및 링 기어(36)를 포함한다. 상기 유성 기어장치(12)의 작동에 대해서는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하, "당업자"라 함)에게 잘 알려져 있다고 생각되므로, 논점을 간결하고 명확하게 설명하기 위하여 본 명세서에서는 반복하지 않을 것이다.
전술한 바와 같이, 상기 클러치(13)는 두 전자기 클러치부(14, 16)를 포함한다. 제1전자기 클러치부(14)는 두개의 위치 클러치로 나타낼 수 있고, 상기 샤프트와 함께 회전하도록 상기 샤프트(28)에 고정되게 장착되는 가동 디스크(38)의 형태인 가동 요소 및 고정된 전자기 코일(40)의 형태인 액츄에이터를 포함한다. 상기 가동 디스크(38)는 도 1에서 중립 위치에 도시되어 있다.
제2전자기 클러치부(16)는 3개의 위치 클러치로 나타낼 수 있고, 상기 링 기어(36)에 장착되는 가동 디스크(42)의 형태인 가동 요소와 고정된 전자기 코일(44, 46)의 형태인 제2 및 제3액츄에이터를 포함한다. 상기 가동 디스크(42)는 도 1에서 중립 위치에 도시되어 있다.
상기 전기 견인모터(20)는 상기 전기 모터/발전기(22)의 회전 샤프트(28)를 둘러싸는 회전 샤프트(48)를 포함한다. 다시 말해서, 상기 회전 샤프트(28, 48)는 같은 중심축을 갖는다. 상기 샤프트(48)는 중간 기어(52)와 맞물린(치합된) 기 어(50)에 연결되고, 상기 중간 기어(52) 자체는 차동장치(54)와 맞물리며 상기 차동장치(54)에 휠(24)이 연결된다. 또한, 상기 가동 디스크(38, 42)는 후술할 바와 같이 전자기 클러치부에 마찰 결합될 수 있기 때문에, 상기 샤프트(48)에는 전자기 클러치부(14, 16)의 일부로 나타낼 수 있는 플레이트(56)가 제공된다.
상기 가동 디스크(42)는 후술할 바와 같이 제2전자기 클러치부(16)에 마찰 결합될 수 있기 때문에, 상기 유성 캐리어(32)는 제2전자기 클러치부(16)의 일부로 나타낼 수 있는 결합 표면(58)을 포함한다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 1에서 중립 모드로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 전자기 클러치부(14, 16)는 결합되지 않는다. 이러한 모드에서, 상기 모터(20)의 샤프트(48)는 휠에 영구적으로 연결되기 때문에, 상기 전기 견인모터(20)는 차량의 휠(24)을 구동시키는데 이용될 수 있다. 상기 트랜스미션(10)이 중립 모드에 있는 경우에 상기 차량은 배터리(미도시)로만 주행한다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 2에서 병렬 하이브리드 모드로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1전자기 클러치부(14)의 가동 디스크(38)는 플레이트(56)에 결합되지 않고 상기 제2전자기 클러치부(16)의 가동 디스크(42)는 플레이트(56)에 결합되어, 상기 휠(24)에 링 기어(36)를 연결한다. 이러한 결합은 상기 전자기 코일(44)을 통전시킴으로써 이루어진다. 상기 하이브리드 트랜스미션(10)이 이러한 모드에 있는 경우, 상기 내연기관(18)에 의해 발생되는 동력의 부분은 차량의 휠(24)에 전달된다. 상기 유성 기어장치를 통해 이들의 상호 연결에 의해서, 상기 내연기관(18)으로부터 휠(24)에 전달되는 동력의 부분은 상기 전기 모터/발전기(22)에 의해 제어된다. 실제, 상기 전기 모터/발전기(22)에 의해 상기 선 기어(26)에 공급되는 저항이 적을수록, 상기 휠(24)에 전달되는 동력도 적어질 것이다.
이러한 모드에서는 상기 전기 모터/발전기(22)에 의해 공급되는 저항을 점차 변화시킴으로써 상기 차량을 점진적으로 움직이게 하기 위하여 상기 내연기관(18)이 이용될 수 있게 한다. 물론, 다른 매개변수가 상기 차량을 점진적으로 움직이게 하기 위하여 제어될 수 있음을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 이러한 매개변수로는 상기 내연기관(18)의 회전 속도와 발생 동력(developed power), 상기 모터 발전기(22)의 회전 속도와 회전 방향을 포함한다.
또한, 상기 하이브리드 트랜스미션이 이러한 모드에 있는 경우, 상기 전기 견인모터(20)는 차량에 동력을 공급하는데 관여할 수 있거나(병렬 하이브리드) 또는 그렇지 않을 수 있다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 3에서 직렬 하이브리드 모드로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1전자기 클러치부(14)의 가동 디스크(38)는 플레이트(58)에 결합되지 않고 상기 제2전자기 클러치부(16)의 가동 디스크(42)는 플레이트(58)에 결합되어, 상기 링 기어(36)를 유성 기어(30)에 연결해서 상기 샤프트(34)를 통해 내연기관(18)에 연결한다. 이러한 결합은 상기 코일(46)을 통전시킴으로써 이루어진다. 따라서, 상기 링 기어(36)는 유성 기어(30) 및 선 기어(26)와 같은 속도로 회전한다. 그러므로, 상기 내연기관(18)에 의해 발생된 전체 동력은 선 기어(26)에 전달되어 상기 샤프트(28)를 통해 전기 모터/발전기(22)에 전달된 다. 따라서, 상기 전기 모터/발전기(22)는 차량의 배터리(미도시)를 재충전하기 위하여 충전 모드로 작동될 수 있고, 상기 전기 견인모터(20)는 차량을 추진시키는데 이용될 수 있다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 4에서 순수 전기 모드(purely electric mode)로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1전자기 클러치부(14)의 가동 디스크(38)는 플레이트(56)에 결합되어, 상기 전기 모터/발전기(22)의 샤프트(28)를 전기 견인모터(20)의 샤프트(48)에 서로 연결시킨다. 이러한 상호 연결은 제2전자기 클러치부(14)의 코일(40)을 통전시킴으로써 이루어진다. 따라서, 상기 전기 견인모터(20)와 전기 모터/발전기(22) 모두는 상기 휠(24)을 회전시키는데 관여할 수 있다. 예를 들어, 이러한 모드는 상기 전기 견인모터(20)와 전기 모터/발전기를 충전 상태에 위치시킴으로써 상기 배터리(미도시)를 재충전시키고 차량을 감속시키는데 이용될 수도 있다. 이러한 모드에서 가능한 다른 이용으로는 상기 내연기관(18)의 결합 없이 비교적 가파른 경사를 오를 수 있다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)은 도 5에서 직렬/병렬 하이브리드 모드로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1전자기 클러치부(14)의 가동 디스크(38)는 플레이트(56)에 결합되어, 상기 전기 모터/발전기(22)의 샤프트(28)를 전기 견인모터(20)의 샤프트(48)에 서로 연결시킨다. 이러한 상호 연결은 코일(40)을 통전시킴으로써 이루어진다. 상기 제2전자기 클러치부(16)의 가동 디스크(42)는 플레이트(58)에 결합되고, 상기 링 기어(36)를 유성 기어(30)에 연결해서 상기 샤프트(34)를 통해 상기 내연기관(18)에 연결한다. 이러한 결합은 코일(46)을 통전시킴 으로써 이루어진다.
상기 하이브리드 트랜스미션(10)이 도 5의 직렬/병렬 하이브리드 모드에 있는 경우, 상기 내연기관(18), 전기 견인모터(20) 및 전기 모터/발전기(22)는 차량의 휠(24)에 동력을 공급하는데 관여할 수 있다. 또한, 상기 전기 모터/발전기(22)를 충전 상태에 위치시키면 상기 전기 모터/발전기(22)는 배터리(미도시)를 재충전할 수 있다. 더 나아가, 상기 모터/발전기(22)는 프리휠(freewheeling) 상태로 될 수 있다. 상기 제2전자기 클러치부(16)의 가동 디스크(42)가 플레이트(56)에 결합되어, 상기 링 기어(36)를 플레이트(56)를 통해 상기 선 기어(26)에 연결시키면, 같은 결과가 달성될 수 있다. 이는 상기 트랜스미션이 도 2의 병렬 하이브리드 모드에서 도 5의 직렬/병렬 하이브리드 모드로 전환되는 경우에 상기 플레이트(56)에 가동 디스크(42)를 결합시키는데 관계될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 트랜스미션이 직렬/병렬 하이브리드 모드에 있는 경우, 상기 모터/발전기(22)는 프리휠 상태, 즉 어떠한 동력도 발생되지 않고 상기 모터/발전기(22)에 의해 이용되지 않는 상태로 될 수 있다. 이 경우, 상기 내연기관(18)에 의해 발생된 동력은 휠(24)에 전달된다.
도 1 내지 도 5에 나타낸 하이브리드 트랜스미션 모드 사이에서의 전환은 차량이 이동하고 있는 동안에 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 차량이 충분하게(적합하게) 작동되도록, 상기 하이브리드 구동 트레인의 모든 구성요소는, 예를 들어 통상의 제어기(미도시)에 의해 적절하게 제어될 수 있다. 일 예로서, 상기 샤프트(28, 48)의 회전 속도는 상기 하이브리드 트랜스미션이 도 1의 중립 모드에서 도 4의 순수 전기 모드로 전환되기 전에 매칭(matching)될 수 있다.
모드 전환의 예를 들면, 상기 차량이 이동 중에 있지 않은 경우, 상기 내연기관(18), 견인모터(20) 및/또는 모터/발전기(22)를 통해 차량에 점진적으로 움직임을 주어서 상기 차량이 요구되는 크루징 속도(cruising speed)로 되도록 상기 트랜스미션(10)은 도 2의 병렬 모드에 위치될 수 있다. 이러한 속도에 도달하면, 상기 내연기관(18)이 모터/발전기(22)로부터의 도움(기여) 없이 상기 차량을 구동시키도록 상기 트랜스미션(10)은 도 5의 직렬/병렬 모드로 전환될 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 상기 모터/발전기(22)는 이러한 모드에 있는 동안에 상기 배터리를 재충전할 수 있거나 또는 견인하는데 기여할 수도 있다.
첨부된 도 6을 참조하여, 본 발명의 예시적인 제2실시예에 따른 하이브리드 트랜스미션(100)을 설명한다. 상기 하이브리드 트랜스미션(100)은 도 1 내지 도 5에 나타낸 하이브리드 트랜스미션(10)과 매우 유사하기 때문에, 논점을 간결하고 명확하게 나타내기 위하여 이러한 트랜스미션 사이의 차이점만을 설명할 것이다. 또한, 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타내는데 이용된다.
도 6의 트랜스미션(100)과 도 1 내지 도 5의 트랜스미션(10)의 주요 차이점은 트랜스미션(10)의 제1전자기 클러치부(14)가 트랜스미션(100)에 존재하지 않는 것이다. 다른 차이점은 4개의 위치 클러치를 발생시키기 위하여 상기 링 기어(36)와 관련된 이중 가동 디스크(102-104)가 상기 트랜스미션(10)의 3개의 위치 클러치부(16)에 제공된다는 것이다. 도 6의 중립 위치에 도시된 제1가동 디스크(102)는 상기 코일(44)의 통전에 따라 표면(56)에 결합될 수 있다. 유사하게, 도 6의 중립 위치에 도시된 제2가동 디스크(104)는 상기 코일(46)의 통전에 따라 표면(58)에 결합될 수 있다.
당업자라면 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 상기 트랜스미션(100)은 코일(44)을 통전함에 따라 병렬 하이브리드 모드에 위치될 수 있고, 상기 코일(46)을 통전함에 따라 직렬 하이브리드 모드에 위치될 수 있다. 또한, 상기 코일(44, 46) 모두를 통전하면, 상기 내연기관(18)은 본 발명의 전기 모터/발전기(22) 없이 상기 휠(24)에 직접 결합된다. 이러한 직접적인 결합은, 예를 들어 고속도로의 크루징(모드)에 대해 관계될 수 있다.
첨부된 도 7을 참조하여, 본 발명의 예시적인 제3실시예에 따른 하이브리드 트랜스미션(200)을 설명한다. 상기 하이브리드 트랜스미션(200)은 도 1 내지 도 5에 나타낸 하이브리드 트랜스미션(10)과 매우 유사하기 때문에, 논점을 간결하고 명확하게 나타내기 위하여 이러한 트랜스미션 사이의 차이점만을 설명할 것이다. 또한, 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타내는데 이용된다.
도 7의 트랜스미션(200)과 도 1 내지 도 5의 트랜스미션(10)의 주요 차이점은 두 위치의 클러치부(16')를 발생시키기 위하여 상기 트랜스미션(10)의 3 위치의 제2전자기 클러치부(16)의 코일(46)이 상기 트랜스미션(100)에 존재하지 않는 것이다.
당업자라면 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 상기 트랜스미션(200)은 코일(44)을 통전함에 따라 병렬 하이브리드 모드에 위치될 수 있고, 상기 코일(40)을 통전함에 따라 순수 전기 모드에 위치될 수 있다. 이러한 모드에서, 상기 전기 모터/발전 기(22)는 상기 차량의 상태 및 요구 조건에 따라 발생 모드 또는 모터 모드에 위치될 수 있다.
또한, 상기 코일(44, 40) 모두가 통전되면, 상기 하이브리드 트랜스미션(200)은 직렬/병렬 하이브리드 모드에 위치된다.
첨부된 도면은 매우 개략적으로 나타낸 것이며, 상기 하이브리드 트랜스미션(10)과 이에 관련된 하이브리드 차량을 적합하게 작동시키기 위해서는 다른 구성요소가 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 사용자 제어장치(미도시)를 갖는 제어기(미도시)를 구비해서 상기 하이브리드 트랜스미션(10)의 다양한 구성요소에 연결하며 상기 내연기관(18), 전기 견인모터(20) 및 전기 모터/발전기(22)에 연결하는 것은 이점이 있다.
또한, 상기 설명에서는 액츄에이터로서의 전자기 코일을 포함하는 자기 클러치를 나타냈지만, 예를 들어 조 클러치(jaw clutch) 같은 다른 타입의 클러치가 이용될 수 있다. 물론, 자기 클러치 부분이 이용되는 경우, 상기 가동 요소(38, 42)는 액츄에이터와 적절하게 협력되도록 자기 감응 재료(magnetically susceptible material)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 예시적인 3가지의 개별적인 실시예를 나타내고 설명하였지만, 이러한 실시예의 특징은 조합될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예도 가능하며 다양한 방법으로 실행될 수 있다. 본 명세서에 이용된 표현이나 용어는 본 발명을 설명하기 위하여 것으로 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 적어도 하나의 구동 휠이 제공된 차량용 하이브리드 구동 트레인으로서,
    상기 차량의 적어도 하나의 구동 휠에 연결되는 회전 샤프트를 갖는 전기 견인모터;
    회전 샤프트를 갖는 전기 모터/발전기;
    회전 샤프트를 갖는 내연기관;
    상기 전기 모터/발전기의 회전 샤프트와 관련된 선 기어, 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 유성 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어장치; 및
    상기 유성 기어장치의 선 기어와 관련된 제1가동 요소, 상기 유성 기어장치의 링 기어와 관련된 제2가동 요소 및 상기 적어도 하나의 구동 휠과 관련된 고정 요소를 구비한 클러치 조립체
    를 포함하고,
    상기 제1가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제1가동 요소가 고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소는 이동가능하게 되고;
    상기 제2가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제2가동 요소가 고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소가 이동가능하게 되는
    하이브리드 구동 트레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 견인모터의 회전 샤프트는 차동장치에 의해 상기 차량의 적어도 하나의 구동 휠에 연결되는
    하이브리드 구동 트레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 모터/발전기의 회전 샤프트 및 상기 견인모터의 회전 샤프트는 같은 중심축을 갖는
    하이브리드 구동 트레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정 요소는 상기 전기 견인모터의 회전 샤프트에 장착되는 플레이트에 의해 형성되는
    하이브리드 구동 트레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소를 선택적으로 이동시키 도록 구성되고 치수화된 제1액츄에이터가 상기 클러치 조립체에 제공되는
    하이브리드 구동 트레인.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1액츄에이터는 전자기 코일을 포함하고, 상기 제1가동 요소는 자기 감응 재료를 포함하는
    하이브리드 구동 트레인.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소를 선택적으로 이동시키도록 구성되고 치수화된 제2액츄에이터가 상기 클러치 조립체에 제공되는
    하이브리드 구동 트레인.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2액츄에이터는 전자기 코일을 포함하고, 상기 제2가동 요소는 자기 감응 재료를 포함하는
    하이브리드 구동 트레인.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 조립체는 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 제2고정 요소를 더 포함하고;
    상기 제1위치, 제2위치 및 상기 제2가동 요소가 제2고정 요소와 링크되는 제3위치 사이에서 상기 클러치 조립체의 제2가동 요소는 이동가능하게 되는
    하이브리드 구동 트레인.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1위치, 제2위치 및 제3위치 사이에서 상기 제2가동 요소를 선택적으로 이동시키도록 구성되고 치수화된 제3액츄에이터가 상기 클러치 조립체에 제공되는
    하이브리드 구동 트레인.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3액츄에이터는 제1 및 제2전자기 코일을 포함하고, 상기 제2가동 요소는 자기 감응 재료를 포함하는
    하이브리드 구동 트레인.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전자기 코일은 고정 요소와 관련되고, 상기 제2전자기 코일은 제2고정 요소와 관련되는
    하이브리드 구동 트레인.
  13. 적어도 하나의 구동 휠이 제공된 차량용 하이브리드 구동 트레인으로서,
    상기 차량의 적어도 하나의 구동 휠에 연결되는 회전 샤프트를 갖는 전기 견인모터;
    회전 샤프트를 갖는 전기 모터/발전기;
    회전 샤프트를 갖는 내연기관;
    상기 전기 모터/발전기의 회전 샤프트와 관련된 선 기어, 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 유성 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어장치; 및
    상기 유성 기어장치의 링 기어와 관련된 제1 및 제2가동 요소, 상기 적어도 하나의 구동 휠과 관련된 제1고정 요소 및 상기 내연기관의 회전 샤프트와 관련된 제2고정 요소를 구비한 클러치 조립체
    를 포함하고,
    상기 제1가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제1가동 요소가 제1고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소는 이동가능하게 되고;
    상기 제2가동 요소가 프리휠인 제1위치와 상기 제2가동 요소가 제2고정 요소와 링크되는 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소가 이동가능하게 되는
    하이브리드 구동 트레인.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 제1가동 요소를 선택적으로 이동시키도록 구성되고 치수화된 제1액츄에이터가 상기 클러치 조립체에 제공되는
    하이브리드 구동 트레인.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1액츄에이터는 제1전자기 코일을 포함하고, 상기 제2가동 요소는 자기 감응 재료를 포함하는
    하이브리드 구동 트레인.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1전자기 코일은 제1고정 요소와 관련되는
    하이브리드 구동 트레인.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 제2가동 요소를 선택적으로 이동시키도록 구성되고 치수화된 제2액츄에이터가 상기 클러치 조립체에 제공되는
    하이브리드 구동 트레인.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2액츄에이터는 제2전자기 코일을 포함하고, 상기 제2가동 요소는 자기 감응 재료를 포함하는
    하이브리드 구동 트레인.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2전자기 코일은 제2고정 요소와 관련되는
    하이브리드 구동 트레인.
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