KR101755500B1

KR101755500B1 - 하이브리드 자동차의 동력전달장치

Info

Publication number: KR101755500B1
Application number: KR1020150177488A
Authority: KR
Inventors: 정의철
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-07-07
Also published as: KR20170069815A

Abstract

하이브리드 자동차의 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 동력전달장치는 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진과 동일 축선상으로 배치되어 상기 엔진과 제2 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되어 회전동력을 전달받는 입력축; 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 모터/제너레이터로부터 회전동력을 전달받는 중간축; 상기 중간축의 일측에 대응하여 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제1 입력기어 축; 상기 중간축을 기준으로 상기 제1 입력기어 축의 반대 측에서 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제2 입력기어 축; 상기 입력축과 평행하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어 축과 각각 외접 기어 연결되며, 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구의 종감속 기어와 외접 기어 연결되는 출력기어가 일단부에 구성되는 출력축; 상기 축들의 선택적으로 연결하는 부분에 배치되는 6개의 클러치를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적의 조건에서 운전이 가능하여 연비를 크게 향상시키고, 모터의 용량을 최소화하여 경량화 함께 생산원가를 절감할 수 있는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 관한 것이다.

자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

이에 따라 각 자동차 메이커들은 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.

상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

하이브리드 자동차는 2개 이상의 에너지원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 에너지원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.

이러한 하이브리드 자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주동력원으로 사용한다.

이에 따라 하이브리드 자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 최적의 조건에서 운전이 가능하여 연비를 크게 향상시키고, 모터의 용량을 최소화하여 경량화 함께 생산원가를 절감할 수 있는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 관한 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진과 동일 축선상으로 배치되어 상기 엔진과 제2 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되어 회전동력을 전달받는 입력축; 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 모터/제너레이터로부터 회전동력을 전달받는 중간축; 상기 중간축의 일측에 대응하여 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제1 입력기어 축; 상기 중간축을 기준으로 상기 제1 입력기어 축의 반대 측에서 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제2 입력기어 축; 상기 입력축과 평행하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어 축과 각각 외접 기어 연결되며, 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구의 종감속 기어와 외접 기어 연결되는 출력기어가 일단부에 구성되는 출력축; 상기 축들의 선택적으로 연결하는 부분에 배치되는 6개의 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제2 모터/제너레이터는 상기 엔진과 병렬로 배치되어 선택적으로 연결되는 제2 모터축의 단부에 일체로 형성된 제2 모터축 기어를 통하여 상기 입력축에 일체로 형성된 입력기어와 외접 기어 연결되어 동력 전달할 수 있다.

또한, 상기 제1 모터/제너레이터는 상기 제1 모터/제너레이터의 제1 모터축에 일체로 형성되는 제1 모터축 기어가 상기 중간축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 중간 입력기어에 외접 기어 연결되어 동력 전달할 수 있다.

또한, 상기 제1 입력기어 축과 출력축은 상기 제1 입력기어 축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 제1 입력기어와 상기 출력축에 일체로 형성되는 제1 변속기어가 상호 외접 기어 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 입력기어 축과 출력축은 상기 제2 입력기어 축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 제2 입력기어와 상기 출력축에 일체로 형성되는 제2 변속기어가 상호 외접 기어 연결될 수 있다.

또한, 상기 6개의 클러치는 상기 엔진의 출력 측과 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치; 상기 제2 모터/제너레이터의 출력 측과 제2 모터축 사이에 배치되는 제2 클러치; 상기 입력축과 제1 입력기어 축 사이에 배치되는 제3 클러치; 상기 중간축과 제1 입력기어 축 사이에 배치되는 제4 클러치; 상기 입력축과 제2 입력기어 축 사이에 배치되는 제5 클러치; 상기 중간축과 제2 입력기어 축 사이에 배치되는 제6 클러치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 6개의 클러치들의 선택적 작동에 의하여 구현되는 구동모드는 상기 제4 클러치의 작동에 의한 전기 자동차 모드 1; 상기 제5 클러치의 작동에 의한 전기 자동차 모드 2; 상기 제2, 제3, 제4 클러치의 동시 작동에 의한 투 모터 모드 1; 상기 제2, 제5, 제6 클러치의 동시 작동에 의한 투 모터 모드 2; 상기 제1, 제2, 제4 클러치의 동시 작동에 의한 시리즈 하이브리드 모드; 상기 제1, 제3 클러치의 동시 작동에 의한 엔진 직결 모드 1; 상기 제1, 제6 클러치의 동시 작동에 의한 엔진 직결 모드 2; 상기 제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의한 부스트 모드를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 엔진과 2개의 모터/제너레이터에 의한 동력원으로 전기 자동차 모드(EV MODE), 투 모터 모드(TWO MOTOR MODE), 엔진 모드(ENG MODE), 시리즈 하이브리드 모드(SERIES HEV MODE) 등을 구현하여 운전자의 요구조건에 따라 최적의 운전 효율점에서 구동이 가능할 수 있다.

또한, 싱크로나이저 기구, 도그 클러치 등의 동력전달기구를 적절한 위치에 배치하여 엔진 및 모터 구동 시, 무부하 손실을 최소화할 수 있는 구조로 차량의 연비에 직접 적인 영향이 있는 동력 전달 효율을 최적화할 수 있다.

또한, 모터 구동 시, 2가지 변속단으로 변속이 가능하도록 하여 모터/제너레이터의 용량을 작게 하여 경량화할 수 있고, 생산원가를 줄일 수 있다.

또한, 기존 양산 기술인 수동 변속기 개발 기술을 그대로 적용할 수 있으므로, 개발 투자비를 최소화 할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 적용되는 제어요소의 각 모드별 작동표이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 EV 1속모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 EV 2속모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 투 모터 1속 모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 투 모터 2속 모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시리즈 하이브리드 모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 엔진 구동 1속 모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 엔진 구동 2속 모드에서의 동력전달 계통도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 부스트 모드(엔진 + 모터)에서의 동력전달 계통도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 대한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 동력전달장치는 엔진(ENG)과 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)를 동력원으로 하며, 입력축(IS)과, 중간축(CS), 제1,제2 입력기어 축(GS1)(GS2), 6개의 클러치(C1 ~ C6), 출력축(OS)등을 포함하여 이루어진다.

상기 엔진(ENG)은 주 동력원으로서, 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.

상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(M2)는 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 변속기 하우징에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 반경방향 내측에서 회전 가능하게 지지되는 로터를 포함하여 이루어지며, 상기 로터에 각각 제1, 제2 모터축(MS1)(MS2)이 연결된다.

상기 엔진(ENG)과 제2 모터/제너레이터(MG2)는 상호 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)는 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)와 일정 간격을 두고 동일선상에 배치된다.

상기 입력축(IS)은 엔진(ENG)과 동일 축선상에 배치되며, 엔진(ENG)의 출력 측과 선택적으로 연결되고, 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)와 선택적으로 연결되면서 선택적인 입력요소로 작동된다.

이를 위하여 입력축(IS)은 엔진(ENG)의 출력 측과의 사이에 동력을 단속하는 제1 클러치(C1)를 개재하여 연결된다.

그리고 상기 입력축(IS)은 전단부에 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)의 제2 모터축(MS2)에 형성된 제2 모터축 기어(MSG2)와 외접 기어 연결되는 입력기어(IG)가 일체로 형성되며, 상기 제2 모터축(MS2)은 제2 모터/제너레이터(MG2)의 출력 측과의 사이에 동력을 단속하는 제2 클러치(C2)가 배치된다.

이에 따라 상기 입력축(IS)은 상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 작동 여부에 따라 엔진(ENG) 및 제2 모터/제너레이터(MG2)로부터 선택적으로 동력을 전달받거나, 엔진(ENG) 및 제2 모터/제너레이터(MG2)로부터 동시에 동력을 전달받을 수 있다.

상기 중간축(CS)은 중공축부재로 이루어지며, 상기 입력축(IS)의 중앙부 외주 측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 중간축(CS)의 중앙부에는 중간축 기어(CG)가 일체로 형성되어 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 제1 모터축(MS1)에 구성된 제1 모터축 기어(MSG1)와 외접 기어 연결된다.

상기 제1 입력기어 축(GS1)은 중공축부재로 이루어지며, 상기 중간축(CS)의 전측에서 상기 입력축(IS) 상에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제1 입력기어 축(GS1)의 중앙부 외주 측에는 제1 입력기어(G1)가 일체로 형성된다.

그리고 상기 제1 입력기어 축(GS1)은 제3 클러치(C3)를 개재시켜 상기 입력축(IS)과 선택적으로 연결되고, 제4 클러치(C4)를 개재시켜 상기 중간축(CS)과 선택적으로 연결된다.

이에 따라 상기 제1 입력기어 축(GS1)은 제3 클러치(C3)가 작동 제어되면 입력축(IS)과 선택적으로 연결되고, 상기 제4 클러치(C4)가 작동 제어되면 중간축(CS)과 선택적으로 연결된다.

상기 제2 입력기어 축(GS2)은 중공축부재로 이루어지며, 상기 중간축(CS)의 후측에서 상기 입력축(IS) 상에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 제2 입력기어 축(GS2)의 중앙부 외주 측에는 제2 입력기어(G2)가 일체로 형성된다.

그리고 상기 제2 입력기어 축(GS2)은 제5 클러치(C5)를 개재시켜 상기 중간축(CS)과 선택적으로 연결되고, 제6 클러치(C6)를 개재시켜 상기 입력축(IS)과 선택적으로 연결된다.

이에 따라 상기 제2 입력기어 축(GS2)은 제5 클러치(C5)가 작동 제어되면 중간축(CS)과 선택적으로 연결되고, 상기 제6 클러치(C6)가 작동 제어되면 입력축(IS)과 선택적으로 연결된다.

상기 출력축(OS)은 상기 입력축(IS)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1 입력기어(G1)와 외접 기어 연결되는 제1 변속기어(D1)와, 상기 제2 입력기어(G2)와 외접 기어 연결되는 제2 변속기어(D2)가 일체로 형성되며, 일단에는 상기 출력축(OS)으로 전달되는 회전동력을 디프렌셜(DIFF)를 포함하는 종감속 기구(FD)의 종감속 기어(FG)로 전달하는 출력기어(OG)가 형성된다.

상기에서 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 클러치(C1)(C2)(C3)(C4)(C5)(C6)는 건식 클러치, 다판식 유압클러치, 도그 클러치, 싱크로나이저 기구와 같은 여러 종류의 동력단속수단 중에서 적당한 클러치를 선택하여 사용할 수 있다.

특히, 제3, 제4, 제5, 제6 클러치(C3)(C4)(C5)(C6)는 싱크로나이저 기구 또는 도그 클러치 등을 적용하고 전자제어유닛에 의하여 제어될 수 있도록 하면 바람직할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 적용되는 제어요소의 각 모드별 작동표이다.

도 2를 참조하면, 각 모드별 제어요소의 작동관계를 설명한다.

전기 자동차 모드 1(EV MODE 1속)에서는 제4 클러치(C4)의 작동에 의하여 이루어진다.

전기 자동차 모드 2(EV MODE 2속)에서는 제5 클러치(C5)의 작동에 의하여 이루어진다.

투 모터 모드 1(TWO MOTOR MODE 1속)에서는 제2, 제3, 제4 클러치(C2)(C3)(C4)의 동시 작동에 의하여 이루어진다.

투 모터 모드 2(TWO MOTOR MODE 2속)에서는 제2, 제5, 제6 클러치(C2)(C5)(C6)의 동시 작동에 의하여 이루어진다.

시리즈 하이브리드 모드(SERIES HEV MODE)에서는 제1, 제2, 제4 클러치(C1)(C2)(C4)의 동시 작동에 의하여 이루어진다.

엔진 직결 모드 1(ENG MODE 1속)에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)의 동시 작동에 의하여 이루어진다.

엔진 직결 모드 2(ENG MODE 2속)에서는 제1, 제6 클러치(C1)(C6)의 동시 작동에 의하여 이루어진다.

부스트 모드(BOOST MODE; 엔진+모터)에서는 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)의 동시 작동에 의하여 달성된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 EV 모드 1 에서의 동력전달 계통도이다.

도 3을 참조하면, EV 모드 1에서는 엔진(ENG)이 정지되고, 제1 클러치(C1)의 작동이 해제된 상태에서 제4 클러치(C4)가 작동 제어되면서 제1 모터/제너레이터(MG1)가 구동된다.

그러면 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 제1 모터축(MS1), 제1 모터축 기어(MSG1), 중간 입력기어(CG), 제4 클러치(C4), 제1 입력기어 축(GS1), 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 EV 모드 2 에서의 동력전달 계통도이다.

도 4를 참조하면, EV 모드 2에서는 엔진(ENG)이 정지되고, 제1 클러치(C1)의 작동이 해제된 상태에서 제5 클러치(C5)가 작동 제어되면서 제1 모터/제너레이터(MG1)가 구동된다.

그러면 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 제1 모터축(MS1), 제1 모터축 기어(MSG1), 중간 입력기어(CG), 제5 클러치(C5), 제2 입력기어 축(GS2), 제2 입력기어(G2), 제2 변속기어(D2), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 투 모터 1속 모드에서의 동력전달 계통도이다.

도 5를 참조하면, 투 모터 모드 1속 모드에서는 엔진(ENG)이 정지되고, 제1 클러치(C1)의 작동이 해제된 상태에서 제2, 제3, 제4 클러치(C2)(C3)(C4)가 작동 제어되면서 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(M2)가 구동된다.

그러면 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 제1 모터축(MS1), 제1 모터축 기어(MSG1), 중간 입력기어(CG), 제4 클러치(C4), 제1 입력기어 축(GS1), 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달된다.

그리고 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 제2 클러치(C2), 제2 모터축(MS2), 제2 모터축 기어(MSG2), 입력기어(IG), 입력축(IS), 제3 클러치(C3)를 통해 제1 입력기어 축(GS1)으로 전달되면서 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력과 합력되어 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 투 모터 2속 모드에서의 동력전달 계통도이다.

도 6을 참조하면, 투 모터 모드 2속 모드에서는 엔진(ENG)이 정지되고, 제1 클러치(C1)의 작동이 해제된 상태에서 제2, 제5, 제6 클러치(C2)(C5)(C6)가 작동 제어되면서 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(M2)가 구동된다.

그러면 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 제1 모터축(MS1), 제1 모터축 기어(MSG1), 중간 입력기어(CG), 제5 클러치(C5), 제2 입력기어 축(GS2), 제2 입력기어(G2), 제2 변속기어(D2), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달된다.

그리고 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 제2 클러치(C2), 제2 모터축(MS2), 제2 모터축 기어(MSG2), 입력기어(IG), 입력축(IS), 제6 클러치(C6)를 통해 제2 입력기어 축(GS2)으로 전달되면서 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력과 합력되어 제2 입력기어(G2), 제2 변속기어(D2), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시리즈 하이브리드 모드에서의 동력전달 계통도이다.

도 7을 참조하면, 시리즈 하이브리드 모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력을 제2 모터/제너레이터(MG2)로 전달하여 충전이 이루어지고, 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력으로 구동륜을 구동시킨다.

이를 위하여 제1, 제2, 제4 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(ENG)의 회전동력은 제1 클러치(C1), 입력축(IS), 입력기어(IG), 제2 모터축 기어(MSG2), 제2 클러치(C2)를 통해 제2 모터/제너레이터(MG1)로 전달되어 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)가 제너레이터 기능으로 배터리(B)의 충전이 이루어지도록 한다.

그리고 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력이 제1 모터축(MS1), 제1 모터축 기어(MSG1), 중간 입력기어(CG), 제4 클러치(C4), 제1 입력기어 축(GS1), 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

이때, 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)에 발전된 전기에너지는 배터리(B)에 충전되었다가 제1 모터/제너레이터(MG1)의 구동 전원으로 공급된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 엔진 구동 1속 모드에서의 동력전달 계통도이다.

도 8을 참조하면, 엔진 구동 1속에서는 제1, 제3 클러치(C1)(C3)가 작동된다.

그러면 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 클러치(C1), 입력축(IS), 제3 클러치(C3), 제1 입력기어 축(GS1), 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 엔진 구동 2속 모드에서의 동력전달 계통도이다.

도 9를 참조하면, 엔진 구동 2속에서는 제1, 제6 클러치(C1)(C6)가 작동된다.

그러면 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 클러치(C1), 입력축(IS), 제6 클러치(C6), 제2 입력기어 축(GS2), 제2 입력기어(G2), 제2 변속기어(D2), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 부스트 모드(엔진 + 모터)에서의 동력전달 계통도이다.

도 10을 참조하면, 부스트 모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력으로 주행이 이루어지는 상태에서 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 보조동력으로 공급된다.

이를 위하여 제1, 제2, 제3 클러치(C1)(C2)(C3)가 작동 제어된다.

그러면 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 클러치(C1)를 통해 입력축(IS)으로 전달되고, 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력은 제2 클러치(C2), 제2 모터축(MS2), 제2 모터축 기어(MSG2), 입력기어(ISG)를 통해 입력축(IS)으로 전달되어 상기 엔진(ENG)의 회전동력과 합력된다.

그리고 상기 입력축(IS)에서 합력된 엔진(ENG)과 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력은 제3 클러치(C3), 제1 입력기어 축(GS1), 제1 입력기어(G1), 제1 변속기어(D1), 출력축(OS), 출력기어(OG)를 통하여 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달되면서 차량의 주행이 이루어진다.

상기와 같은 주행 모드에서 전기자동차 모드 1과 2, 투 모터 모드 1과 2는 발진, 저속 주행 및 후진에서 운전자의 요구조건에 따라 모터의 최적 효율점에서 모터가 구동되면서 주행이 이루어진다.

그리고 상기 시리즈 하이브리드 모드에서는 도심 주행에서 엔진(ENG)의 최적 운전점에서 구동되며, 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력을 보조동력으로 이용하면서 주행이 이루어진다.

또한, 엔진 구동 모드와 부스터 모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력에 의하여 주행이 이루어지며, 필요시 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력을 보조동력으로 이용하면서 주행이 이루어진다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 동력전달장치는 엔진과 2개의 모터/제너레이터에 의한 동력원으로 전기 자동차 모드(EV MODE), 투 모터 모드(TWO MOTOR MODE), 엔진 구동 모드(ENG MODE), 시리즈 하이브리드 모드(SERIES HEV MODE)를 구현하여 운전자의 요구조건에 따라 최적의 운전 효율점에서 구동이 가능하다.

또한, 모터 구동 시, 2가지 변속단으로 변속이 가능하도록 하여 모터/제너레이터의 용량을 작게 하여 경량화 할 수 있고, 생산원가를 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

C1,C2,C3,C4,C5,C6... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 클러치
CS... 중간축
CG... 중간 입력기어
D1,D2... 제1, 제2 변속기어
G1,G2... 제1, 제2 입력기어
GS1,GS2... 제1, 제2 입력기어 축
IS... 입력축
IG... 입력기어
MG1,MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
OG... 출력기어
OS... 출력축

Claims

엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 있어서,
상기 엔진과 제2 모터/제너레이터의 회전동력이 입력축에 선택적으로 전달되고, 상기 입력축에 전달된 회전동력이 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되는 제1 입력기어 축과 제2 입력기어 축에 선택적으로 전달되면서 상기 입력축에 평행하게 배치되는 출력축과 상기 제1,제2 입력기어 축과의 사이에 외접 기어 연결되는 기어비에 따라 선택적으로 2가지 변속단으로 변속되어 출력되고,
상기 제1 모터/제너레이터의 회전동력이 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되는 중간축에 전달되고, 상기 중간축에 전달된 회전동력이 상기 제1 입력기어 축과 제2 입력기어 축에 선택적으로 전달되면서 상기 출력축과 상기 제1,제2 입력기어 축과의 사이에 외접 기어 연결되는 기어비에 따라 선택적으로 2가지 변속단으로 변속되어 출력되도록 구성되는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치에 있어서,
상기 엔진과 동일 축선상으로 배치되어 상기 엔진과 제2 모터/제너레이터에 선택적으로 연결되어 회전동력을 전달받는 입력축;
상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 모터/제너레이터로부터 회전동력을 전달받는 중간축;
상기 중간축의 일측에 대응하여 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제1 입력기어 축;
상기 중간축을 기준으로 상기 제1 입력기어 축의 반대 측에서 상기 입력축 상에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 입력축과 중간축에 선택적으로 연결되는 제2 입력기어 축;
상기 입력축과 평행하게 배치되어 상기 제1, 제2 입력기어 축과 각각 외접 기어 연결되며, 디프렌셜을 포함하는 종감속 기구의 종감속 기어와 외접 기어 연결되는 출력기어가 일단부에 구성되는 출력축;
상기 축들의 선택적으로 연결하는 부분에 배치되는 6개의 클러치;
를 포함하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 모터/제너레이터는
상기 엔진과 병렬로 배치되어 선택적으로 연결되는 제2 모터축의 단부에 일체로 형성된 제2 모터축 기어를 통하여 상기 입력축에 일체로 형성된 입력기어와 외접 기어 연결되어 동력 전달하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 모터/제너레이터는
상기 제1 모터/제너레이터의 제1 모터축에 일체로 형성되는 제1 모터축 기어가 상기 중간축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 중간 입력기어에 외접 기어 연결되어 동력 전달하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 입력기어 축과 출력축은
상기 제1 입력기어 축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 제1 입력기어와 상기 출력축에 일체로 형성되는 제1 변속기어가 상호 외접 기어 연결되는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 입력기어 축과 출력축은
상기 제2 입력기어 축의 중앙부 외주 측에 일체로 형성되는 제2 입력기어와 상기 출력축에 일체로 형성되는 제2 변속기어가 상호 외접 기어 연결되는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제2항에 있어서,
상기 6개의 클러치는
상기 엔진의 출력 측과 입력축 사이에 배치되는 제1 클러치;
상기 제2 모터/제너레이터의 출력 측과 제2 모터축 사이에 배치되는 제2 클러치;
상기 입력축과 제1 입력기어 축 사이에 배치되는 제3 클러치;
상기 중간축과 제1 입력기어 축 사이에 배치되는 제4 클러치;
상기 입력축과 제2 입력기어 축 사이에 배치되는 제5 클러치;
상기 중간축과 제2 입력기어 축 사이에 배치되는 제6 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.
제7항에 있어서,
상기 6개의 클러치들의 선택적 작동에 의하여 구현되는 구동모드는
상기 제4 클러치의 작동에 의한 전기 자동차 모드 1;
상기 제5 클러치의 작동에 의한 전기 자동차 모드 2;
상기 제2, 제3, 제4 클러치의 동시 작동에 의한 투 모터 모드 1;
상기 제2, 제5, 제6 클러치의 동시 작동에 의한 투 모터 모드 2;
상기 제1, 제2, 제4 클러치의 동시 작동에 의한 시리즈 하이브리드 모드;
상기 제1, 제3 클러치의 동시 작동에 의한 엔진 직결 모드 1;
상기 제1, 제6 클러치의 동시 작동에 의한 엔진 직결 모드 2;
상기 제1, 제2, 제3 클러치의 동시 작동에 의한 부스트 모드를 포함하는 하이브리드 자동차의 동력전달장치.