KR101744808B1 - 하이브리드 차량용 변속 장치 - Google Patents

하이브리드 차량용 변속 장치 Download PDF

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Abstract

엔진에 연결되는 제1회전요소, 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 제2회전요소, 다른 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 제3 회전요소를 포함하는 유성기어세트, 상기 제2회전요소 또는 제3회전요소 중 어느 하나에 연결된 출력기어를 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치가 개재된다.
상기 하이브 리드 차량용 변속 장치는 상기 제1회전요소에는 레버의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전을 제한(D단)하거나 타측 방향으로 회전을 제한(R단)하는 양방향 클러치;를 포함하며, 엔진 구동 중에 변속단이 R단으로 인가되는 것을 방지함으로써, 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행할 수 있다.

Description

하이브리드 차량용 변속 장치{TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ECLECTIRC VEHICLE}
하이브리드 차량용 변속 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 자동차의 엔진 구동 중 양방향 클러치의 특정 방향으로의 회전을 방지하도록 안전 수단을 구비한 하이브리드 차량용 변속 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동하는 차량이다.
이러한 하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터/제너레이터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스 저감에 우수한 효과가 있다.
상기와 같은 하이브리드 차량은 제1모터/제너레이터와, 제2모터/제너레이터, 그리고 클러치를 포함하여 구성된다.
상기 제1모터/제너레이터는 엔진의 시동 또는 발전 기능을 수행하고, 제2모터/제너레이터는 차량의 주행 또는 제동을 위하여 구비된다.
그리고 상기 클러치는 원웨이 클러치 방식(one-way clutch type)을 적용하여, 모터의 구동 요소와 차륜의 종동 요소를 선택적으로 연결 또는 연결 해제할 수 있다. 예를 들어, 모터의 구동력으로 주행하는 EV모드(Electronic Vehicle Mode)에서는 클러치와 엔진의 연결이 해제되고, 모터와 엔진의 구동력으로 주행하는 HEV모드 (Hybrid Electronic Vehicle Mode)에서는 클러치는 엔진과 연결되는 것이다.
이러한 원웨이 클러치 방식에서, 제2모터/제너레이터는 정방향으로 회전하는 상태, 즉 차량이 전진하는 경우에만 작동되는 한계가 있다. 따라서, 차량이 후진하는 경우에도 제2모터/제너레이터를 역방향으로 회전할 수 있도록 양방향 클러치 방식(Two-way clutch type)이 연구되고 있다.
그런데, 상기 양방향 클러치를 하이브리드 차량에 적용할 경우, 제어상의 오류 또는 조작 미숙에 의하여, 엔진의 구동 중에 양방향 클러치의 레버가 특정 방향(R단)으로 이동하게 되면, 캐리어가 로킹되는 방향으로 엔진의 토크가 걸릴 수 있다. 이로 인해, 상기 양방향 클러치는 파손되거나 엔진이 정지하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하이브리드 차량의 엔진 구동 중 양방향 클러치의 레버가 R단으로 위치하는 것이 방지되는 하이브리드 차량용 변속 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하이브리드 차량용 변속 장치는 엔진에 연결되는 제1회전요소, 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 제2회전요소, 다른 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 제3 회전요소를 포함하는 유성기어세트, 상기 제2회전요소 또는 제3회전요소 중 어느 하나에 연결된 출력기어를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량용 변속 장치는 상기 제1회전요소에는 레버의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전을 제한(D단)하거나 타측 방향으로 회전을 제한(R단)하는 양방향 클러치;상기 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치하는 것을 방지하는 안전 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 제1회전요소는 상기 입력축을 중심으로 방사상으로 돌출된 복수의 치(teeth)가 형성되어 있고, 상기 안전 수단에는 상기 복수의 치 사이에 걸릴 수 있도록 커플링이 형성되어 있으며, 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치할 때, 상기 복수의 치 사이에 상기 커플링이 걸리는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수의 치는 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 양방향 클러치는 차량의 상태에 따라 D단 또는 R단의 입력 신호를 인가하는 제어부; 상기 제어부로부터 전달 받은 입력 신호에 따라 회전 운동하는 기어부; 상기 기어부에 연결되어 일측 또는 타측으로 운동할 수 있는 커넥터; 상기 커넥터와 결합되어 있으며, 상기 커넥터가 일측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 D단으로 위치하게 하고, 상기 커넥터가 타측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 R단으로 위치하게 하도록 일측 또는 타측으로 회전할 수 있는 작동 레버; 그리고 상기 커넥터와 상기 작동 레버를 힌지 결합하도록 구비되는 레버 힌지;를 더 포함할 수 있다.
상기 기어부는 상기 제어부의 입력 신호에 따라 진자 운동하는 입력 기어; 그리고 상기 입력 기어와 치합되는 연결 기어;를 포함할 수 있다.
상기 연결 기어에는 전방 또는 후방으로 돌출된 연결 돌기가 형성되어 있고, 상기 커넥터에는 삽입홀이 형성되어 있으며, 상기 연결 돌기는 상기 삽입홀에 삽입되어 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안전 수단은 그 일측이 고정 힌지에 결합되며, 그 내측에는 상기 안전 수단의 길이 방향으로 개구된 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 레버 힌지는 상기 슬롯의 내측에서 일측 또는 타측으로 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안전 수단은 상기 양방향 클러치가 D단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 일측으로 운동함으로써 일측 방향으로 회전하여 상기 제1회전요소로부터 멀어지고, 상기 양방향 클러치가 R단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 타측으로 운동함으로써 타측 방향으로 회전하여 상기 제1회전요소의 상기 복수의 치에 걸리는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부로부터 입력 신호를 전달받아 상기 기어부를 설정된 각도만큼 회전하도록 구비되는 모터를 더 포함할 수 있다.
엔진과 제1, 2모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량의 변속 장치에 있어서, 상기 엔진에 연결되는 유성 캐리어, 상기 제2모터/제너레이터에 연결되는 선기어, 출력요소로 작동하는 링기어를 포함하는 유성기어세트; 그리고 상기 제1모터/제너레이터에 연결되며 상기 링기어에 치합되는 출력기어;를 포함하며, 상기 변속 장치는 레버의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전을 제한(D단)하거나 타측 방향으로 회전을 제한(R단)하고, 상기 유성 캐리어에 장착되는 양방향 클러치; 그리고 상기 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치하는 것을 방지하는 안전 수단;을 더 포함할 수 있다.
상기 유성 캐리어는 상기 입력축을 중심으로 방사상으로 돌출된 복수의 치(teeth)가 형성되어 있고, 상기 안전 수단에는 상기 복수의 치 사이에 걸릴 수 있도록 커플링이 형성되어 있으며, 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치할 때, 상기 복수의 치 사이에 상기 커플링이 걸리는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수의 치는 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 양방향 클러치는 D단 또는 R단에 따라 일측 또는 타측 방향으로 회전 운동하는 기어부; 상기 기어부에 연결되어 일측 또는 타측으로 운동할 수 있는 커넥터; 상기 커넥터와 결합되어 있으며, 상기 커넥터가 일측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 D단으로 위치하게 하고, 상기 커넥터가 타측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 R단으로 위치하게 하도록 일측 또는 타측으로 회전할 수 있는 작동 레버; 그리고 상기 커넥터와 상기 작동 레버를 힌지 결합하도록 구비되는 레버 힌지;를 더 포함할 수 있다.
상기 기어부에는 전방 또는 후방으로 돌출된 연결 돌기가 형성되어 있고, 상기 커넥터에는 삽입홀이 형성되어 있으며, 상기 연결 돌기는 상기 삽입홀에 삽입되어 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안전 수단은 그 일측이 고정 힌지에 결합되며, 그 내측에는 상기 안전 수단의 길이 방향으로 개구된 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 레버 힌지는 상기 슬롯의 내측에서 일측 또는 타측으로 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안전 수단은 상기 양방향 클러치가 D단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 일측으로 운동함으로써 일측 방향으로 회전하여 상기 유성 캐리어로부터 멀어지고, 상기 양방향 클러치가 R단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 타측으로 운동함으로써 타측 방향으로 회전하여 상기 유성 캐리어의 상기 복수의 치에 걸리는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치는 엔진 구동 중에 양방향 클러치가 R단으로 인가되는 것을 방지함으로써, 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 양방향 클러치의 파손을 방지하고 그 내구성을 확보할 수 있으며, 차량의 안정성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 기계식으로 안전 수단에 의하여 양방향 클러치가 R단에 인가되는 것을 방지함으로써, 기계식이 아닌 다른 방식에 의한 것보다 원가를 절감하는 효과가 있다.
나아가, 종래의 양방향 클러치 레이아웃을 활용함으로써, 추가적인 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 클러치가 적용된 하이브리드 차량용 변속 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 레버가 일측으로 회전될 때 캐리어의 회전 상태를 도시한 개략도이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 레버가 타측으로 회전될 때 캐리어의 회전 상태를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제1측방 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제1전방 사시도이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제2측방 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제2전방 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
설명의 편의를 위하여, 도면의 좌측은 '일측', '일단', '일단부' 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하며, 도면의 우측은 '타측', 타단', '타단부' 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하기로 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 클러치가 적용된 하이브리드 차량용 변속 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속장치는 동력원인 엔진(Eng)과 제1, 제2모터/제너레이터(MG1, MG2)의 동력을 차량의 주행상태에 따라 변속하여 출력기어(OG)를 통해 출력하게 된다.
상기 변속장치는 제1, 제2모터/제너레이터(MG1)(MG2), 유성기어세트(PG), 출력기어(OG), 클러치(CL)와 감속기어수단(CGU)을 포함한다.
상기 제1모터/제너레이터(MG1)와 제2모터/제너레이터(MG2)는 각각 독립적인 동력원으로서, 모터와 제너레이터 기능을 동시에 갖는다.
상기 제1모터/제너레이터(MG1)는 상기 유성기어세트(PG)의 링기어(R)와 직접 연결되어 엔진 구동을 위한 스타트 모터로 작동하거나, 상기 링기어(R)를 통하여 엔진의 회전동력을 전달받아 회전하면서 전기를 생성하는 발전기 역할을 수행할 수 있다.
상기 제2모터/제너레이터(MG2)는 제1출력기어(OG)와 직접 연결되어 회전동력을 공급하는 모터로 작동을 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 상기 제1, 제2모터/제너레이터(MG1)(MG2)와 유성기어세트(PG)는 입력축(IS) 상에 배치될 수 있다.
상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 선기어(S), 상기 선기어(S)와 외접으로 맞물리는 피니언을 회전 지지하는 캐리어(C), 상기 피니언과 내접으로 맞물리는 링기어(R)를 회전요소로 포함한다.
상기 유성기어세트(PG)는 캐리어(C)가 고정요소로 작동되고, 선기어(S)가 상기 입력축(IS)에 연결되며, 링기어(R)가 출력요소로 작동함과 동시에 상기 제1모터/제너레이터(MG1)에 연결된다.
상기 선기어(S)는 브레이크(B)에 의하여 고정요소에 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 출력기어(OG)는 상기 제1모터/제너레이터(MG1)에 연결되며 상기 링기어(R)에 치합될 수 있다. 상기 출력기어(OG)는 감속기어수단(CUG)을 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속기어(FG)에 회전동력을 감속하여 전달한다.
상기 클러치(CL)는 회전체와 회전체를 선택적으로 연결하는 공지의 마찰부재이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 클러치가 적용된 하이브리드 차량용 변속 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 레버가 일측으로 회전될 때 캐리어의 회전 상태를 도시한 개략도이고, 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 레버가 타측으로 회전될 때 캐리어의 회전 상태를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제1측방 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제1전방 사시도이고, 도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제2측방 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 변속 장치에 적용된 양방향 클러치의 제2전방 사시도이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 클러치(CL)는 양방향 클러치(100)로서, 상기 캐리어(C)에 인접하게 배치될 수 있으며, 작동 레버(110)의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전이 제한되거나 타측 방향으로 회전이 제한될 수 있다. 이하에서는 상기 양방향 클러치(100)의 작동 레버(110)가 일측 방향으로 회전이 제한되는 경우를 D단이라 하고, 타측 방향으로 회전이 제한되는 경우를 R단이라 하기로 한다. 또한, 상기 작동 레버(110)가 D단에 위치한 경우 양방향 클러치(100)가 D단에 인가되는 것으로 하고, 상기 작동 레버(110)가 R단에 위치한 경우 양방향 클러치(100)가 R단에 인가되는 것으로 한다.
도1 내지 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 변속 장치는 엔진(Eng)의 동력이 입력되는 입력축(50)과, 캐리어(C)와, 그리고 양방향 클러치(100)를 포함한다.
상기 캐리어(C)는 상기 입력축(50)의 회전 동력을 전달받으며, 상기 입력축(50)과 동심으로 배치될 수 있다. 상기 캐리어(C)의 외주면에는 복수의 치(73)가 형성된다. 상기 복수의 치(73)는 상기 입력축(50)을 중심으로 방사상으로 돌출되며, 대체적으로 사다리꼴의 톱니 형상으로 형성될 수 있다. 이처럼, 상기 복수의 치(73)의 측면이 경사를 갖도록 사다리꼴의 형상으로 형성됨으로써, 상기 복수의 치(73)가 커플링(123)에 부딪칠 때 자연스럽게 커플링(123)을 튕겨낼 수 있게 된다.
상기 양방향 클러치(100)는 상기 캐리어(C)에 장착될 수 있으며, 그 일측 방향으로 회전이 제한되는 D단 또는 그 타측 방향으로 회전이 제한되는 R단으로 인가될 수 있다.
상기 양방향 클러치(100)는 작동 레버(110), 안전 수단(120), 커넥터(130), 그리고 기어부(140)를 포함한다.
상기 작동 레버(110)는 상기 양방향 클러치(100)를 일측 방향 또는 타측 방향으로 설정된 각도만큼 회전하게 할 수 있다.
예를 들어, 상기 양방향 클러치(100)가 시계 방향으로 설정된 각도만큼 회전하게 되면 R단으로 인가될 수 있고, 반시계 방향으로 설정된 각도만큼 회전하게 되면 D단으로 인가될 수 있다. 즉, 도4 내지 도5에 도시된 바와 같이, 상기 작동 레버(110)가 반시계 방향으로 회전한 상태에서는 양방향 클러치(100)가 D단으로 인가될 수 있고, 도6 내지 도7와 같이, 상기 작동 레버(110)가 시계 방향으로 설정된 각도만큼 회전하는 경우에는 R단으로 인가될 수 있다.
상기 안전 수단(120)은 그 일측부는 고정힌지(51)에 결합되어 있고, 상기 고정 힌지(51)를 중심으로 회전할 수 있다. 특히, 상기 작동 레버(110)가 R단으로 인가되기 위하여 시계 방향으로 회전하게 되면, 상기 안전 수단(120)도 시계 방향으로 회전하게 된다.
상기 안전 수단(120)의 타측부에는 적어도 상기 복수의 치(73) 중의 일부와 맞물릴 수 있도록 커플링(123)이 형성되어 있다. 상기 안전 수단(120)이 시계 방향으로 회전할 때, 상기 커플링(123)은 상기 복수의 치(73) 중의 일부에 걸리거나 치합될 수 있다.
다시 말해, 상기 안전 수단(120)이 시계 방향으로 회전하면, 상기 커플링(123)도 시계 방향으로 회전함과 동시에 하강하면서 상기 복수의 치(73)에 걸릴 수 있다. 만일 엔진(Eng)의 구동으로 인하여 상기 캐리어(C)가 회전하고 있다면, 상기 복수의 치(73)는 상기 캐리어(C)와 걸리면서 충격할 수 있으며, 이 때 발생하는 반력으로 인하여 상기 안전 수단(120)은 튕겨져 다시 반시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상기 안전 수단(120)은 양방향 클러치(100)가 R단에 인가되지 못하게 된다.
한편, 상기 안전 수단(120)에는 안전 수단(120)의 길이 방향으로 개구된 슬롯(121)이 형성된다. 상기 슬롯(121)에는 상기 작동 레버(110)의 선단이 레버 힌지(53)와 결합되어 그 내측으로 배치된다. 따라서, 상기 레버 힌지(53)에 결합된 상기 작동 레버(110)는 상기 슬롯(121)을 따라 상기 안전 수단(120)의 양 측으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
상기 커넥터(130)는 그 일측이 상기 레버 힌지(53)를 통하여 상기 작동 레버(110)에 결합된다. 따라서, 상기 커넥터(130)와 상기 작동 레버(110)는 연동되어 움직일 수 있다.
상기 기어부(140)는 상기 커넥터(130)와 연결되어 있으며, 양방향 클러치(100)의 D단 또는 R단의 입력 신호에 따라 작동될 수 있다. 즉, 상기 기어부(140)는 차량의 상태에 따라, D단 또는 R단의 입력 신호를 전달받아 상기 커넥터(130)를 이동하게 할 수 있다.
상기 기어부(140)와 상기 커넥터(130)는 다양한 방법으로 서로 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 커넥터(130)의 타측에는 삽입홀(131)을 형성하고, 상기 기어부(140)에는 연결 돌기(141)를 형성하여, 상기 삽입홀(131)에 상기 연결 돌기(141)가 삽입되도록 연결할 수 있다.
상기 기어부(140)는 입력 기어(150), 그리고 연결 기어(145)를 포함한다.
상기 입력 기어(150)는 원호 형상으로 형성될 수 있으며, 변속 입력 신호에 따라 진자 운동할 수 있다. 상기 입력 기어(150)에는 양방향 클러치(100)의 D단 또는 R단의 입력 신호에 따라 회전할 수 있도록 모터(160)가 구비될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 방법에 의하여 상기 입력 기어(150)를 회전할 수 있다.
상기 연결 기어(145)는 상기 입력 기어(150)와 치합되며, 상기 입력 기어(150)로부터 회전력을 전달받아 상기 커넥터(130)를 이동하게 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 연결 기어(145)에는 연결 돌기(141)가 전방 또는 후방으로 돌출되도록 형성될 수 있으며, 상기 커넥터(130)의 삽입홀(131)에 삽입하여 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 상태에 따라 양방향 클러치(100)의 입력 신호를 제어하는 제어부(200)를 더 구비할 수 있다.
이하에서는 상기 양방향 클러치(100)의 작동에 대하여, 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2, 도4, 및 도5는 양방향 클러치(100)의 작동 레버(110)가 D단으로 인가될 때의 그 작동을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 입력축(50)으로부터 회전력을 전달받은 내륜(250)의 외주면과 캐리어(C)의 내주면 사이에는 롤러(210)가 개재되어 있다. 상기 롤러(210)의 양측은 적어도 한 쌍의 탄성 부재(220)가 배치되어 있다.
이 때, 상기 양방향 클러치(100)가 D단으로 인가될 경우, 상기 롤러(210)는 상기 탄성 부재(220)에 의하여 일측 방향으로 힘을 받으며, 반시계 방향으로 회전하면서 상기 캐리어(C)의 내주면에 형성된 돌출부(260)에 걸리게 된다. 따라서, 상기 캐리어(C)는 반시계 방향으로는 로킹(locking)되고, 그 반대 방향인 시계 방향으로는 프리 휠링(freewheeling)하게 된다.
도 4내지 5를 참조하면, 상기 기어부(140)는 제어부(200)로부터 D단의 입력 신호를 받아 상기 커넥터(130)를 일측으로 이동하게 한다. 그러면, 상기 커넥터(130)와 레버 힌지(53)로 연결된 상기 작동 레버(110)도 상기 커넥터(130)와 함께 일측으로 이동하게 된다.
이 때, 상기 작동 레버(110)의 선단은 상기 안전 수단(120)이 연결된 고정 힌지(51) 보다 더 높게 위치하게 된다. 이로 인해, 상기 작동 레버(110)가 상기 안전 수단(120)의 슬롯(121)을 타고 그 일측으로 이동하게 되면, 상기 안전 수단(120)은 상기 고정 힌지(51)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하면서, 그 타측부가 상측으로 이동하게 되는 것이다.
이렇게 상기 안전 수단(120)의 타측부가 상측으로 이동하게 됨에 따라, 상기 안전 수단(120)의 타측에 형성된 상기 커플링(123)도 상측으로 함께 이동하게 되고, 상기 커플링(123)은 상기 캐리어(C)로부터 이격 거리를 두게 된다. 따라서, 양방향 클러치(100)가 D단으로 인가될 경우, 상기 안전 수단(120)은 상기 캐리어(C)의 움직임을 방해하지 않게 된다.
도3, 도6 및 도7은 양방향 클러치(100)가 R단으로 인가될 때의 작동을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 상기 롤러(210)는 시계 방향으로 회전하면서 돌출부(260)에 걸리게 된다. 따라서, 상기 캐리어(C)는 시계 방향으로는 로킹되고, 반시계 방향으로는 프리 휠링하게 된다.
상기 양방향 클러치(100)가 R단으로 인가될 때에는 상기 기어부(140)는 제어부(200)로부터 입력 신호를 받아 상기 커넥터(130)를 타측으로 이동하게 한다. 그러면, 상기 커넥터(130)에 레버 힌지(53)로 연결된 작동 레버(110)도 상기 커넥터(130)와 함께 타측으로 이동하게 된다.
한편, 상기 작동 레버(110)의 선단은 상기 안전 수단(120)이 연결된 고정 힌지(51) 보다 더 낮게 위치하게 된다. 이로 인해, 상기 작동 레버(110)의 선단이 상기 안전 수단(120)의 슬롯(121)을 타고 그 타측으로 이동하게 되면, 상기 안전 수단(120)은 상기 고정 힌지(51)를 중심으로 시계 방향으로 회전하면서, 그 타측부가 하측으로 이동하게 되는 것이다.
이렇게 상기 안전 수단(120)의 타측부가 하측으로 이동하게 됨에 따라, 상기 안전 수단(120)의 타측에 형성된 상기 커플링(123)도 하측으로 함께 이동하게 되고, 상기 커플링(123)은 상기 캐리어(C)에 형성된 복수의 치(73)에 걸리게 된다.
따라서, 엔진의 구동 중에 양방향 클러치(100)가 R단에 위치하려 하면, 상기 복수의 치(73)에 걸린 상기 커플링(123)은 그 충격으로 인하여 튕겨져 나가며 상승하게 된다. 이로 인해, 상기 안전 수단(120)은 다시 반시계 방향으로 회전하게 되어 결국 상기 양방향 클러치(100)는 R단으로 인가되지 않게 된다.
만일, 엔진(Eng) 구동 중에 양방향 클러치(100)가 R단에 위치하게 되면 양방향 클러치(100)의 파손이 발생되거나 엔진(Eng)이 정지되는 현상이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따르면, 엔진(Eng)의 구동 중에 양방향 클러치(100)가 R단으로 인가되려 할 때, 상기 안전 수단(120)에 의하여 R단으로 인가되지 않게 되어 상기한 파손이나 엔진 정지 현상을 막을 수 있다.
한편, 상기 양방향 클러치(100)는 유압식 클러치, 전자식 클러치와는 달리 기계식으로 R단에 인가되는 것을 방지할 수 있다.
상기 유압식 클러치의 경우, 토크 컨버터 컨트롤 밸브 또는 솔레노이드 밸브에 의하여 제어하게 된다. 그런데, 이러한 유압식 클러치는 양방향 클러치의 D단 또는 R단으로 인가되는 것을 제어하기 위하여 전동식 오일 펌프를 구비해야 하므로 재료비가 상당한 문제가 있다.
또한, 상기 전자식 클러치는 HCU(Hybrid Control Unit)에 의하여 변속단을 제어하게 되는데, 이러한 전자식 클러치는 기계식 클러치와는 달리 페일 세이프(fail safe)기능을 수행할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예와 같이, 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치(100)가 R단에 인가되는 것을 방지하기 위한 구조를 기계식으로 구비함으로써, 재료비를 절감하는 한편, 페일 세이프 기능을 수행할 수 있다.
한편, 앞서 하이브리드 차량용 변속 장치의 설명에서 시계 또는 반시계 방향으로 작동되는 예를 설명하였으나, 이와 반대되는 방향으로 그 구성을 이룰 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (18)

  1. 엔진에 연결되는 캐리어, 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 링기어, 다른 하나의 모터/제너레이터에 연결되는 선기어를 포함하는 유성기어세트, 상기 링기어 또는 선기어 중 어느 하나에 연결된 출력기어를 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치에 있어서,
    상기 캐리어에는 레버의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전을 제한(D단)하거나 타측 방향으로 회전을 제한(R단)하는 양방향 클러치; 및
    상기 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치하는 것을 방지하는 안전 수단을 포함하고,
    상기 캐리어는 입력축을 중심으로 방사상으로 돌출된 복수의 치(teeth)가 형성되어 있고, 상기 안전 수단에는 상기 복수의 치 사이에 걸릴 수 있도록 커플링이 형성되어 있으며, 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치할 때, 상기 복수의 치 사이에 상기 커플링이 걸리고,
    상기 복수의 치는 사다리꼴 형상으로 형성되며,
    상기 양방향 클러치는,
    차량의 상태에 따라 D단 또는 R단의 입력 신호를 인가하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전달 받은 입력 신호에 따라 회전 운동하는 기어부;
    상기 기어부에 연결되어 일측 또는 타측으로 운동할 수 있는 커넥터;
    상기 커넥터와 결합되어 있으며, 상기 커넥터가 일측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 D단으로 위치하게 하고, 상기 커넥터가 타측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 R단으로 위치하게 하도록 일측 또는 타측으로 회전할 수 있는 작동 레버; 그리고
    상기 커넥터와 상기 작동 레버를 힌지 결합하도록 구비되는 레버 힌지;
    를 더 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기어부는
    상기 제어부의 입력 신호에 따라 진자 운동하는 입력 기어; 그리고
    상기 입력 기어와 치합되는 연결 기어;
    를 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결 기어에는
    전방 또는 후방으로 돌출된 연결 돌기가 형성되어 있고,
    상기 커넥터에는 삽입홀이 형성되어 있으며,
    상기 연결 돌기는 상기 삽입홀에 삽입되어 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안전 수단은
    그 일측이 고정 힌지에 결합되며,
    그 내측에는 상기 안전 수단의 길이 방향으로 개구된 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레버 힌지는 상기 슬롯의 내측에서 일측 또는 타측으로 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안전 수단은
    상기 양방향 클러치가 D단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 일측으로 운동함으로써 일측 방향으로 회전하여 상기 캐리어로부터 멀어지고,
    상기 양방향 클러치가 R단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 타측으로 운동함으로써 타측 방향으로 회전하여 상기 캐리어의 상기 복수의 치에 걸리는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부로부터 입력 신호를 전달받아 상기 기어부를 설정된 각도만큼 회전하도록 구비되는 모터를 더 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치
  12. 엔진과 제1, 2모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량의 변속 장치에 있어서,
    상기 엔진에 연결되는 유성 캐리어, 상기 제2모터/제너레이터에 연결되는 선기어, 출력요소로 작동하는 링기어를 포함하는 유성기어세트;
    상기 제1모터/제너레이터에 연결되며 상기 링기어에 치합되는 출력기어;
    레버의 위치에 따라 선택적으로 일측 방향으로 회전을 제한(D단)하거나 타측 방향으로 회전을 제한(R단)하고, 상기 유성 캐리어에 장착되는 양방향 클러치; 그리고
    상기 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치하는 것을 방지하는 안전 수단;
    을 포함하고,
    상기 유성 캐리어는 입력축을 중심으로 방사상으로 돌출된 복수의 치(teeth)가 형성되어 있고, 상기 안전 수단에는 상기 복수의 치 사이에 걸릴 수 있도록 커플링이 형성되어 있으며, 엔진의 구동 중에 상기 양방향 클러치가 R단에 위치할 때, 상기 복수의 치 사이에 상기 커플링이 걸리고,
    상기 복수의 치는 사다리꼴 형상으로 형성되며,
    상기 양방향 클러치는,
    D단 또는 R단에 따라 일측 또는 타측 방향으로 회전 운동하는 기어부;
    상기 기어부에 연결되어 일측 또는 타측으로 운동할 수 있는 커넥터;
    상기 커넥터와 결합되어 있으며, 상기 커넥터가 일측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 D단으로 위치하게 하고, 상기 커넥터가 타측으로 이동할 경우 상기 양방향 클러치를 R단으로 위치하게 하도록 일측 또는 타측으로 회전할 수 있는 작동 레버; 그리고
    상기 커넥터와 상기 작동 레버를 힌지 결합하도록 구비되는 레버 힌지;
    를 더 포함하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기어부에는 전방 또는 후방으로 돌출된 연결 돌기가 형성되어 있고,
    상기 커넥터에는 삽입홀이 형성되어 있으며,
    상기 연결 돌기는 상기 삽입홀에 삽입되어 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 안전 수단은
    그 일측이 고정 힌지에 결합되며,
    그 내측에는 상기 안전 수단의 길이 방향으로 개구된 슬롯이 형성되어 있으며,
    상기 레버 힌지는 상기 슬롯의 내측에서 일측 또는 타측으로 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 안전 수단은
    상기 양방향 클러치가 D단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 일측으로 운동함으로써 일측 방향으로 회전하여 상기 유성 캐리어로부터 멀어지고,
    상기 양방향 클러치가 R단으로 인가될 경우 상기 레버 힌지가 타측으로 운동함으로써 타측 방향으로 회전하여 상기 유성 캐리어의 상기 복수의 치에 걸리는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속 장치.

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