KR102322261B1

KR102322261B1 - 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치

Info

Publication number: KR102322261B1
Application number: KR1020170114242A
Authority: KR
Inventors: 안철민; 김석준; 하준영; 맹수현; 김백유; 변성곤
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2021-11-04
Also published as: KR20190027442A

Abstract

하이브리드 전기자동차용 클러치 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치는 모터와 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 엔진 클러치와 제1, 제2 클러치를 통하여 제1, 제2 입력축에 선택적으로 연결하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치에 있어서, 상기 모터의 로터 허브가 변속기 케이스 측에서, 단부에 반경방향 외측으로 돌출된 결합단을 형성하여 로터의 내측면에 지지되고, 프론트 커버 측에서, 프론트 커버의 반경방향 내측의 지지단에 베어링을 통하여 회전 지지되고, 상기 로터 허브의 내경부의 변속기 케이스 측에서, 상기 로터 허브와 상기 제1, 제2 입력축 사이에 반경방향으로 내,외측에 구성되는 제1, 제2 클러치; 상기 변속기 케이스에 구성되어 상기 제1, 제2 클러치를 각각 작동 제어하는 제1, 제2 슬레이브 실린더; 상기 제1, 제2 입력축의 축선 상에 배치되어 엔진 출력축과 상시 동력 연결되는 엔진 클러치 축; 상기 로터 허브의 내경부의 프론트 커버 측에서, 상기 로터 허브와 상기 엔진 클러치 축 사이에 구성되는 엔진 클러치; 및 상기 프론트 커버의 지지단의 내주 측에 구성되어 상기 엔진 클러치를 작동 제어하는 제3 슬레이브 실린더를 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차용 클러치 장치{DOUBLE CLUTCH SYSTEM FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 클러치를 포함하면서 더블 클러치를 모터와 함께 모듈화하여 변속기의 전장을 축소하고, 변속성능을 향상시키는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치에 관한 것이다.

차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.

미래 자동차 기술은 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 효율과 편의성을 향상시킨 더블 클러치 변속기(DCT : Double Clutch Transmission)를 예로 들 수 있다.

상기 하이브리드 전기자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있는데, 통상적으로 기존 화석 연료를 사용하는 가솔린엔진 또는 디젤엔진과, 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합(Hybrid)되어 구성된다.

또한, 상기 더블 클러치 변속기는 클러치 2개를 적용하여 홀수단과 짝수단의 변속 시, 번갈아 작동시키면서 변속이 이루어지도록 하는 변속기로서, 상기와 같이 홀수단과 짝수단의 변속을 번갈아 작동시키는 매커니즘은 기존 수동 변속기(MT) 및 자동화 수동 변속기(AMT)의 변속 시의 토크 단절감을 개선할 수 있다.

최근에는 화두가 되고 있는 더블 클러치 변속기(DCT)가 상기한 하이브리드 전기자동차(HEV)에 적용되어 효율을 높이고, 연비를 극대화시키는 추세이다.

이에 따라, 더블 클러치 변속기(DCT)와 하이브리드 전기자동차(HEV)를 효율적으로 조합하기 위한 요구가 있어왔으며, 엔진 클러치를 포함하여 더블 클러치를 하이브리드 전기자동차의 모터와 함께 모듈화하기 위한 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명의 실시 예는 변속단용 클러치인 제1, 제2 클러치의 구동원으로 더블 슬레이브 실린더를 적용하고, 엔진 클러치의 구동원으로 싱글 슬레이브 실린더를 적용하여 클로즈 타입(Closed-Type)의 유압시스템을 구현함으로써 오일 리크에 의한 오일 손실을 최소화하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

또한, 홀수 변속단용 클러치인 제1 클러치는 제1 클러치 리테이너를 엔진 클러치와 공유하면서, 제1 클러치 리테이너를 모터의 로터 허브에 일체로 고정하여 로터가 슬래이브 실린더의 작동력을 받아주는 리액션 플레이트의 역할을 하도록 하며, 동시에 구성 부품의 수를 줄이도록 하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

또한, 짝수 변속단용 클러치인 제2 클러치의 내주 측에 축방향 힘을 제공하는 스프링을 장착하여, 조립 시, 제2 클러치 피스톤과 제2 클러치 허브가 각각의 위치에 유지되도록 예압을 제공하여 조립성을 개선하도록 하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

또한, 변속단용 클러치 및 엔진 클러치의 각 클러치 플레이트 사이에 리턴 스프링을 조립하여, 결합 해제 상태로 회전 시, 마찰부재 사이의 간격을 유지하여 마찰부재의 드래그를 최소화하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

또한, 모터의 로터 허브는 엔진 클러치 피스톤의 내측에서, 프론트 커버에 베어링을 통하여 회전 지지되도록 설치되어 공간 활용성을 높이는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

또한, 변속단용 클러치의 작동에 의한 축방향 하중과, 엔진 클러치의 작동에 의한 축방향 하중은 서로 대응하는 방향으로 작동하도록 슬레이브 실린더를 배치하여 구동원의 축방향 하중이 상쇄되도록 함으로써 각 베어링의 내구성을 보존하며, 변속기의 동력전달효율을 향상시키는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 모터와 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 엔진 클러치와 제1, 제2 클러치를 통하여 제1, 제2 입력축에 선택적으로 연결하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치에 있어서, 상기 모터의 로터 허브가 변속기 케이스 측에서, 단부에 반경방향 외측으로 돌출된 결합단을 형성하여 로터의 내측면에 지지되고, 프론트 커버 측에서, 프론트 커버의 반경방향 내측의 지지단에 베어링을 통하여 회전 지지되고, 상기 로터 허브의 내경부의 변속기 케이스 측에서, 상기 로터 허브와 상기 제1, 제2 입력축 사이에 반경방향으로 내,외측에 구성되는 제1, 제2 클러치; 상기 변속기 케이스에 구성되어 상기 제1, 제2 클러치를 각각 작동 제어하는 제1, 제2 슬레이브 실린더; 상기 제1, 제2 입력축의 축선 상에 배치되어 엔진 출력축과 상시 동력 연결되는 엔진 클러치 축; 상기 로터 허브의 내경부의 프론트 커버 측에서, 상기 로터 허브와 상기 엔진 클러치 축 사이에 구성되는 엔진 클러치; 및 상기 프론트 커버의 지지단의 내주 측에 구성되어 상기 엔진 클러치를 작동 제어하는 제3 슬레이브 실린더를 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 클러치는 상기 로터 허브의 내경면에 설치되어 단부가 상기 로터 허브의 결합단에 접합되어 축방향으로 지지되는 제1 클러치 리테이너; 상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되는 복수의 제1 클러치 플레이트; 상기 제1 입력축 상의 외주면에 제1 연결부재를 통하여 스플라인 체결되는 제1 클러치 허브; 상기 제1 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 제1 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 제1 클러치 디스크; 및 상기 제1 슬레이브 실린더와 상기 제1 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 제1 슬레이브 실린더에 의해 상기 제1 클러치 플레이트와 제1 클러치 디스크를 작동 제어하는 제1 클러치 피스톤을 포함할 수 있다.

상기 제1 연결부재는 상기 엔진 클러치 축의 연장부와의 사이에 구성되는 베어링을 통하여 축방향으로 회전 지지될 수 있고, 상기 제1 클러치는 상기 제1 클러치 피스톤의 이탈을 방지하도록 상기 제1 클러치 리테이너의 후방 측 단부가 절곡되어 형성되는 절곡단을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 클러치는 상기 제1 클러치의 내주 측에 배치되어 상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되어 축방향으로 고정되는 제2 클러치 리테이너; 상기 제2 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되는 복수의 제2 클러치 플레이트; 상기 제2 입력축 상의 외주면에 제2 연결부재를 통하여 스플라인 체결되는 제2 클러치 허브; 상기 제2 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 제2 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 제2 클러치 디스크; 및 상기 제2 슬레이브 실린더와 상기 제2 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 제2 슬레이브 실린더에 의해 상기 제2 클러치 플레이트와 제2 클러치 디스크를 작동 제어하는 제2 클러치 피스톤을 포함할 수 있다.

상기 제2 연결부재는 상기 제1 연결부재와의 사이에 구성되는 베어링을 통하여 축방향으로 회전 지지될 수 있고, 상기 제2 클러치는 상기 제2 클러치 허브에 연결된 제2 연결부재와 상기 제2 클러치 피스톤과의 사이에 구성되는 예압수단을 더 포함할 수 있다.

상기 예압수단은 상기 제2 연결부재의 외경부에 스플라인 체결되는 지지부재; 및 상기 지지부재와 상기 제2 클러치 피스톤 사이에 설치되는 복수개의 스프링으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 슬레이브 실린더는 각 실린더 로드가 상기 제1, 제2 클러치 피스톤과의 사이에 각각 베어링을 통하여 회전 지지될 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 클러치는 각 제1, 제2 클러치 플레이트 사이사이에 웨이브 스프링이 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1 클러치는 상기 제1 클러치 피스톤과 상기 제2 클러치 리테이너 사이에 설치되는 리턴 스프링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진 클러치 축은 축방향 후단부 내주면이 상기 제1 입력축의 축방향 선단부 외주면에 베어링에 의해 회전 지지될 수 있다.

상기 엔진 클러치 축은 외주면 양측이 상기 제3 슬레이브 실린더의 내경부에 베어링에 의해 회전 지지될 수 있다.

또한, 상기 엔진 클러치는 상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 전방 측에 스플라인 결합되는 복수의 엔진 클러치 플레이트; 상기 엔진 클러치 축 상의 연장부에 고정되는 엔진 클러치 허브; 상기 엔진 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 엔진 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 엔진 클러치 디스크; 및 상기 제3 슬레이브 실린더와 상기 엔진 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 엔진 슬레이브 실린더에 의해 상기 엔진 클러치 플레이트와 엔진 클러치 디스크를 작동 제어하는 엔진 클러치 피스톤을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 슬레이브 실린더는 실린더 로드가 상기 엔진 클러치 피스톤과의 사이에 베어링을 통하여 회전 지지될 수 있고, 상기 엔진 클러치는 엔진 클러치 플레이트 사이사이에 웨이브 스프링이 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 변속단용 클러치인 제1, 제2 클러치의 구동원으로 더블 슬레이브 실린더를 적용하고, 엔진 클러치의 구동원으로 싱글 슬레이브 실린더를 적용하여 클로즈 타입(Closed-Type)의 유압시스템을 구현함으로써 오일 리크에 의한 오일 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 홀수 변속단용 클러치인 제1 클러치는 제1 클러치 리테이너를 엔진 클러치와 공유하면서, 제1 클러치 리테이너를 모터의 로터 허브에 일체로 고정하여 로터가 슬래이브 실린더의 작동력을 받아주는 리액션 플레이트의 역할을 하도록 하며, 동시에 구성 부품의 수를 줄일 수 있다.

또한, 짝수 변속단용 클러치인 제2 클러치의 내주 측에 축방향 힘을 제공하는 스프링을 장착하여, 조립 시, 제2 클러치 피스톤과 제2 클러치 허브가 각각의 위치에 유지되도록 예압을 제공함으로 조립성을 개선할 수 있다.

또한, 변속단용 클러치 및 엔진 클러치의 각 클러치 플레이트 사이에 웨이브 스프링으로 이루어지는 리턴 스프링을 조립하여, 결합 해제 상태로 회전 시, 마찰부재 사이의 간격을 유지해주어 마찰부재의 드래그를 최소화할 수 있다.

또한, 모터의 로터 허브는 엔진 클러치 피스톤의 내측에서, 프론트 커버에 베어링을 통하여 회전 지지되도록 하여 모터 내주 측의 여유공간에 대한 공간 활용성을 높일 수 있다.

또한, 변속단용 클러치의 작동에 의한 축방향 하중과, 엔진 클러치의 작동에 의한 축방향 하중은 서로 대응하는 방향으로 작동하도록 각 슬레이브 실린더를 반대로 배치하여 구동원의 축방향 하중이 상쇄되도록 함으로써 각 베어링의 내구성을 보존하며, 변속기의 동력전달효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 주요부의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 제1 작동도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 제2 작동도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

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 전기자동차용 클러치 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 주요부의 확대 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치(이하, 클러치 장치라 함)는 기본적으로 모터(M: 즉, 모터/제너레이터)와 엔진(미도시)의 엔진 출력축(미도시, 또는 댐퍼 출력축일 수 있음)로부터 전달되는 회전동력을 2개의 클러치(C1,C2)를 통하여 2개의 입력축(IS1,IS2)에 선택적으로 연결하여 변속기구(미도시)에 회전동력을 전달한다.

여기서, 상기 모터(M)는 일반 전기자동차에 적용되는 것과 같이 로터(R)와 스테이터(S)로 이루어져 모터 및 제너레이터 기능을 동시에 수행할 수 있다.

즉, 상기 로터(R)는 프론트 커버(FC)의 반경방향 내측에 형성되는 지지단(5)에 로터 허브(3)를 통하여 회전 지지되고, 상기 스테이터(S)는 프론트 케이스(FC)에 서포트 링(7)을 통하여 고정된다.

또한, 상기 2개의 입력축은 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)으로 구분되며, 제1 입력축(IS1)은 상기 변속기구의 홀수 변속단에 회전동력을 전달하고, 제2 입력축(IS2)은 상기 제1 입력축(IS1)의 외주 측에 회전 간섭 없이 설치되어 상기 변속기구의 짝수 변속단에 회전동력을 전달한다.

이러한 하이브리드 전기자동차의 동력계에서, 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 장치는 제1, 제2 클러치(C1)(C2), 엔진 클러치 축(ECS), 엔진 클러치(EC), 제1, 제2, 제3 슬레이브 실린더(SC1,SC2,SC3)를 포함한다.

상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)는 상기 모터(M) 또는 엔진(미도시)의 회전동력을 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)에 각각 선택적으로 전달하는 기능을 가지며, 상기 엔진 클러치(EC)는 엔진의 회전동력을 상기 엔진 클러치 축(ECS)을 통하여 전달받아 상기 로터 허브(3)에 선택적으로 연결하는 기능을 갖는다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 장치의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1과 도 2에서와 같이, 상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)는 상기 로터 허브(3)의 변속기 케이스(H) 측에서, 상기 로터 허브(3)와 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2) 사이에 각각 구성된다.

먼저, 상기 로터 허브(3)는 축방향 후방 단부에 반경방향 외측으로 돌출된 결합단(3a)을 형성하고, 상기 결합단(3a)을 통하여 상기 변속기 케이스(H)에 대향하는 로터(R)의 내측면에 접촉되어 축방향 전방 측으로 지지되고, 전방 측 선단은 프론트 커버(FC)의 지지단(5)에 평행하게 배치되어 베어링(B)을 통하여 회전 지지된다.

그리고 상기 제1 클러치(C1)는 상기 변속기 케이스(H)에 대향하는 로터(R)의 내측면에 대하여 후방 선단이 축방향으로 전방으로 지지되도록 제1 클러치 리테이너(11)가 상기 로터 허브(3)의 내경면에 고정 설치된다.

이때, 상기 제1 클러치 리테이너(11)는 후방 측 선단이 상기 로터 허브(3)의 결합단(3a)에 용접 접합되어 고정된다.

상기 제1 클러치 리테이너(11)의 내경부에는 복수의 제1 클러치 플레이트(13)와 하나의 제1 리액션 플레이트(13a)가 스플라인 결합된다.

또한, 상기 제1 입력축(IS1) 상의 외주면에 스플라인 체결된 제1 연결부재(15a)에 제1 클러치 허브(15)가 용접되어 고정되고, 상기 제1 클러치 허브(15)의 외경부에는 상기 제1 클러치 플레이트(13) 및 제1 리액션 플레이트(13a) 사이사이에 제1 클러치 디스크(17)가 배치되어 스플라인 결합된다.

또한, 상기 제1 클러치 플레이트(13)와 제1 클러치 디스크(17)를 작동 제어하는 제1 클러치 피스톤(19)이 상기 변속기 케이스(H) 측에서 상기 제1 슬레이브 실린더(SC1)에 의해 축방향으로 이동 가능하게 배치된다.

여기서, 상기 제1 연결부재(15a)는 상기 엔진 클러치 축(ECS)의 내측 연장부와의 사이에 구성되는 베어링(B)을 통하여 축방향으로 회전 지지된다.

또한, 상기 제1 클러치(C1)는 상기 제1 클러치 리테이너(11)의 후방 측 단부에 절곡단(11a)이 형성되어 상기 제1 클러치 피스톤(19)의 이탈을 방지한다.

그리고 상기 제2 클러치(C2)는 상기 제1 클러치(C1)의 내주 측에 배치되는데, 제2 클러치 리테이너(21)가 상기 제1 클러치 리테이너(11)의 내경부에 스플라인 결합되어 축방향으로 고정된다.

이때, 상기 제2 클러치 리테이너(21)와 상기 제1 클러치(C1)의 제1 클러치 피스톤(19) 사이에는 판 스프링이 이루어지는 리턴 스프링(31)이 설치되어 제1 클러치 피스톤(19)에 복원력을 제공한다.

상기 제2 클러치 리테이너(21)의 내경부에는 복수의 제2 클러치 플레이트(23)와 하나의 제2 리액션 플레이트(23a)가 스플라인 결합된다.

또한, 상기 제2 입력축(IS2) 상의 외주면에 스플라인 체결된 제2 연결부재(25a)에 제2 클러치 허브(25)가 용접되어 고정되고, 제2 클러치 디스크(27)가 상기 제2 클러치 플레이트(23)와 제2 리액션 플레이트(23a) 사이사이에 배치되어 상기 제2 클러치 허브(25)의 외경부에 스플라인 결합된다.

또한, 상기 제2 클러치 플레이트(23)와 제2 클러치 디스크(27)를 작동 제어하는 제2 클러치 피스톤(29)이 상기 로터(R)의 후방 측에서, 상기 제2 슬레이브 실린더(SC2)에 의해 축방향으로 이동 가능하게 배치된다.

여기서, 상기 제2 연결부재(25a)는 상기 제1 연결부재(15a)와의 사이에 구성되는 베어링(B)을 통하여 축방향으로 회전 지지된다.

또한, 상기 제2 클러치(C2)는 상기 제2 클러치 허브(25)에 연결된 제2 연결부재(25a)와 상기 제2 클러치 피스톤(29)과의 사이에 예압수단을 구성하는데, 상기 예압수단은 상기 제2 연결부재(25a)의 외경부에 스플라인 체결되는 지지부재(43)와, 상기 지지부재(43)와 상기 제2 클러치 피스톤(29) 사이에 원주방향을 따라 설치되는 복수개의 스프링(41)으로 구성된다.

즉, 상기 스프링(41)은 제2 클러치(C2)의 내주 측에 축방향 힘을 제공하여 조립 시, 제2 클러치 피스톤(29)과 제2 클러치 허브(25)가 각각의 위치에 유지되도록 예압을 제공하여 조립이 용이하도록 해준다.

그리고 상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)는 각각의 제1, 제2 클러치 플레이트(13)(23) 사이사이에 웨이브 스프링(PS)이 설치되어 결합 해제 상태로 회전 시, 각 클러치 플레이트와 각 클러치 디스크로 이루어지는 마찰부재 사이의 간격을 유지해주어 마찰부재의 드래그 손실을 최소화해준다.

그리고 상기 제1, 제2 슬레이브 실린더(SC1)(SC2)는 상기 변속기 케이스(H)에 구성되어 각 실린더 로드를 통하여 상기 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 제1, 제2 클러치 피스톤(19)(29)을 각각 축방향 전방으로 작동 제어하도록 구성된다.

여기서, 상기 제1, 제2 슬레이브 실린더(SC1)(SC2)는 각 실린더 로드와 상기 제1, 제2 클러치 피스톤(19)(29)과의 사이에 각각 베어링(B)을 통하여 회전 지지되며, 일반적인 더블 CSC(Concentric Slave Cylinder)가 적용될 수 있다.

그리고 상기 엔진 클러치 축(ECS)은 상기 제1, 제2 입력축(IS1)(IS2)과 엔진 출력축(미도시) 사이의 축선 상에 배치되어 상기 엔진 출력축(미도시)과 상시 동력 연결된다.

이러한 엔진 클러치 축(ECS)은 축방향 후단부의 내주면이 상기 제1 입력축(IS1)의 전단부 외주면에 베어링(B)을 통하여 설치되어 회전 지지되며, 외주면 양측이 상기 제3 슬레이브 실린더(SC3)의 내경부에 베어링(B)에 의해 회전 지지된다.

그리고 상기 엔진 클러치(EC)는 상기 로터(R)의 내주 측에서, 상기 로터 허브(3)의 내경부에 설치되는 제1 클러치 리테이너(11)를 공유하여 설치된다.

상기 제1 클러치 리테이너(11)의 내경부에는 복수의 엔진 클러치 플레이트(33)와 하나의 제3 리액션 플레이트(33a)가 스플라인 결합된다.

또한, 엔진 클러치 허브(35)가 상기 엔진 클러치 축(ECS) 상의 연장부에 용접되어 고정되고, 엔진 클러치 디스크(37)가 상기 엔진 클러치 플레이트(33)와 제3 리액션 플레이트(33a) 사이사이에 배치되어 상기 엔진 클러치 허브(35)의 외경부에 스플라인 결합된다.

또한, 상기 엔진 클러치 플레이트(33)와 엔진 클러치 디스크(37)를 작동 제어하는 엔진 클러치 피스톤(39)이 상기 로터(R)의 내주 측에서 상기 제3 슬레이브 실린더(SC3)에 의해 축방향 후방으로 이동 가능하게 배치된다.

그리고 상기 제3 슬레이브 실린더(SC3)는 프론트 케이스(FC)에 구성되어 실린더 로드를 통하여 상기 엔진 클러치(EC)의 엔진 클러치 피스톤(39)을 축방향으로 작동 제어한다.

여기서, 상기 제3 슬레이브 실린더(SC3)는 실린더 로드가 상기 엔진 클러치 피스톤(39)과의 사이에 베어링(B)을 통하여 회전 지지되며, 일반적인 싱글 CSC(Concentric Slave Cylinder)가 적용될 수 있다.

또한, 상기 엔진 클러치(EC)는 각 엔진 클러치 플레이트(23) 사이사이에 웨이브 스프링(PS)이 설치되어 결합 해제 상태로 회전 시, 각 클러치 플레이트와 각 클러치 디스크로 이루어지는 마찰부재 사이의 간격을 유지해주어 마찰부재의 드래그 손실을 최소화해준다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 제1 작동도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치의 제2 작동도이다.

도 3과 도 4를 참조하여 상기한 바와 같은 구성을 갖는 클러치 장치의 작동을 설명한다.

도 3을 참조하면, 먼저, 홀수 변속단 구현을 위해 엔진의 회전동력을 제1 입력축(IS1)에 전달하기 위해서는 제1, 제3 슬레이브 실린더(SC1,SC3)를 구동시킨다.

그러면, 상기 제1 클러치(C1)와 엔진 클러치(EC)가 작동하여 엔진의 회전동력이 엔진 클러치 축(ECS)으로부터 엔진 클러치(EC), 로터 허브(3), 제1 클러치(C1), 제1 입력축(IS1)의 순으로 전달된다.

이때, HEV 모드에서는 모터(M)가 구동하여 모터(M)의 회전동력이 보조동력으로 전달될 수 있다.

또한, 엔진은 정지하고, 모터(M)의 구동력만으로 동력이 전달되는 EV 모드에서는 상기 제1 클러치(C1)는 작동 상태를 유지하고, 제3 슬레이브 실린더(SC3)를 구동 정지시켜 엔진 클러치(EC)를 작동 해제시키면, 모터(M)의 구동력만으로 회전동력을 전달할 수 있다.

도 4를 참조하면, 짝수 변속단 구현을 위해 엔진의 회전동력을 제2 입력축(IS2)에 전달하기 위해서는 제2, 제3 슬레이브 실린더(SC2,SC3)를 구동시킨다.

그러면, 상기 제2 클러치(C2)와 엔진 클러치(EC)가 작동하여 엔진의 회전동력이 엔진 클러치 축(ECS)으로부터 엔진 클러치(EC), 로터 허브(3), 제2 클러치(C2), 제2 입력축(IS2)의 순으로 전달된다.

또한, 엔진은 정지하고, 모터(M)의 구동력만으로 동력이 전달되는 EV 모드에서는 상기 제2 클러치(C2)는 작동 상태를 유지하고, 제3 슬레이브 실린더(SC3)를 구동 정지시켜 엔진 클러치(EC)를 작동 해제시키면, 모터(M)의 구동력만으로 회전동력을 전달할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치는 모터(M)의 설치 공간부를 이용하여 로터(R)의 내주 측에 더블 클러치인 제1, 제2 클러치(C1)(C2)와 엔진 클러치(EC)를 구성하여 모터(M)와 함께 모듈화 할 수 있어 변속기의 전장을 축소할 수 있다.

또한, 변속단용 클러치인 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 구동원으로 더블 슬레이브 실린더(SC1)(SC2)를 적용하고, 엔진 클러치(EC)의 구동원으로 싱글 슬레이브 실린더(SC3)를 적용하여 클로즈 타입(Closed-Type)의 유압시스템을 구현함으로써 오일 리크에 의한 오일 손실을 방지한다.

또한, 홀수 변속단용 클러치인 제1 클러치(C1)는 제1 클러치 리테이너(11)를 엔진 클러치(EC)와 공유하면서, 제1 클러치 리테이너(11)를 모터(M)의 로터 허브(3)에 일체로 고정하여 로터(R)가 제1, 제2 슬래이브 실린더(SC1)(SC2)의 작동력을 받아주는 리액션 플레이트의 기능을 갖도록 하며, 동시에 구성 부품의 수를 줄일 수 있다.

또한, 짝수 변속단용 클러치인 제2 클러치(C2)의 내주 측에 축방향 힘을 제공하는 스프링(41)을 장착하여, 조립 시, 제2 클러치 피스톤(29)과 제2 클러치 허브(25)가 각각의 위치에 유지되도록 예압을 제공하여 조립이 용이하도록 한다.

또한, 제1, 제2 클러치(C1)(C2) 및 엔진 클러치(EC)의 각 클러치 플레이트(13,23,33) 사이에 웨이브 스프링(PS)을 조립하여, 결합 해제 상태로 회전 시, 각 마찰부재 사이의 간격을 유지해주어 마찰부재의 드래그 손실을 최소화한다.

또한, 모터(M)의 로터 허브(3)는 엔진 클러치 피스톤(39)의 내측에서, 프론트 커버(FC)의 지지단(5)에 베어링(B)을 통하여 회전 지지되도록 하여 모터(M) 내주 측의 여유공간에 대한 공간 활용성을 높인다.

또한, 제1, 제2 클러치(C1)(C2)의 작동에 의한 축방향 하중과, 엔진 클러치(EC)의 작동에 의한 축방향 하중은 서로 대응하는 방향으로 작동하도록 제1, 제2 슬레이브 실린더(SC1)(SC2)와 제3 슬레이브 실린더(SC3)를 반대방향으로 배치하여 구동원의 축방향 하중이 상쇄되도록 하였으며, 이로써 각 베어링(B)의 내구성을 보존하고, 변속기의 동력전달효율을 향상시킨다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

H: 변속기 케이스
FC: 프론트 커버
M: 모터(모터/제너레이터)
3: 로터 허브
3a: 결합단
5: 지지단
7: 서포트 링
IS1,IS2: 제1, 제2 입력축
C1,C2: 제1, 제2 클러치
EC: 엔진 클러치
SC1,SC2,SC3: 제1, 제2, 제3 슬레이브 실린더
ECS: 엔진 클러치 축
S: 스테이
R: 로터
B: 베어링
11,21: 제1, 제2 클러치 리테이너
11a: 절곡단
13,23: 제1, 제2 클러치 플레이트
13a,23a,33a: 제1, 제2, 제3 리액션 플레이트
15,25: 제1, 제2 클러치 허브
15a,25a: 제1, 제2 연결부재
17,27: 제1, 제2 클러치 디스크
19,29: 제1, 제2 클러치 피스톤
31: 리턴 스프링
33: 엔진 클러치 플레이트
35: 엔진 클러치 허브
37: 엔진 클러치 디스크
39: 엔진 클러치 피스톤
41: 스프링
43: 지지부재
PS: 웨이브 스프링

Claims

모터와 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 엔진 클러치와 제1, 제2 클러치를 통하여 제1, 제2 입력축에 선택적으로 연결하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치에 있어서,
상기 모터의 로터 허브가 변속기 케이스 측에서, 단부에 반경방향 외측으로 돌출된 결합단을 형성하여 로터의 내측면에 지지되고, 프론트 커버 측에서, 프론트 커버의 반경방향 내측의 지지단에 베어링을 통하여 회전 지지되고,
상기 로터 허브의 내경부의 변속기 케이스 측에서, 상기 로터 허브와 상기 제1, 제2 입력축 사이에 반경방향으로 내,외측에 구성되는 제1, 제2 클러치;
상기 변속기 케이스에 구성되어 상기 제1, 제2 클러치를 각각 작동 제어하는 제1, 제2 슬레이브 실린더;
상기 제1, 제2 입력축의 축선 상에 배치되어 엔진 출력축과 상시 동력 연결되는 엔진 클러치 축;
상기 로터 허브의 내경부의 프론트 커버 측에서, 상기 로터 허브와 상기 엔진 클러치 축 사이에 구성되는 엔진 클러치; 및
상기 프론트 커버의 지지단의 내주 측에 구성되어 상기 엔진 클러치를 작동 제어하는 제3 슬레이브 실린더;
를 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 클러치는
상기 로터 허브의 내경면에 설치되어 단부가 상기 로터 허브의 결합단에 접합되어 축방향으로 지지되는 제1 클러치 리테이너;
상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되는 복수의 제1 클러치 플레이트;
상기 제1 입력축 상의 외주면에 제1 연결부재를 통하여 스플라인 체결되는 제1 클러치 허브;
상기 제1 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 제1 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 제1 클러치 디스크; 및
상기 제1 슬레이브 실린더와 상기 제1 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 제1 슬레이브 실린더에 의해 상기 제1 클러치 플레이트와 제1 클러치 디스크를 작동 제어하는 제1 클러치 피스톤;
을 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 연결부재는
상기 엔진 클러치 축의 연장부와의 사이에 구성되는 베어링을 통하여 축방향으로 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 클러치는
상기 제1 클러치 피스톤의 이탈을 방지하도록 상기 제1 클러치 리테이너의 후방 측 단부가 절곡되어 형성되는 절곡단을 더 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 클러치는
상기 제1 클러치의 내주 측에 배치되어 상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되어 축방향으로 고정되는 제2 클러치 리테이너;
상기 제2 클러치 리테이너의 내경부에 스플라인 결합되는 복수의 제2 클러치 플레이트;
상기 제2 입력축 상의 외주면에 제2 연결부재를 통하여 스플라인 체결되는 제2 클러치 허브;
상기 제2 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 제2 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 제2 클러치 디스크; 및
상기 제2 슬레이브 실린더와 상기 제2 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 제2 슬레이브 실린더에 의해 상기 제2 클러치 플레이트와 제2 클러치 디스크를 작동 제어하는 제2 클러치 피스톤;
을 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 연결부재는
상기 제1 연결부재와의 사이에 구성되는 베어링을 통하여 축방향으로 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 클러치는
상기 제2 클러치 허브에 연결된 제2 연결부재와 상기 제2 클러치 피스톤과의 사이에 구성되는 예압수단을 더 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제7항에 있어서,
상기 예압수단은
상기 제2 연결부재의 외경부에 스플라인 체결되는 지지부재; 및
상기 지지부재와 상기 제2 클러치 피스톤 사이에 설치되는 복수개의 스프링으로 구성되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1, 제2 슬레이브 실린더는
각 실린더 로드가 상기 제1, 제2 클러치 피스톤과의 사이에 각각 베어링을 통하여 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1, 제2 클러치는
각 제1, 제2 클러치 플레이트 사이사이에 웨이브 스프링이 설치되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 클러치는
상기 제1 클러치 피스톤과 상기 제2 클러치 리테이너 사이에 설치되는 리턴 스프링을 더 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔진 클러치 축은
축방향 후단부 내주면이 상기 제1 입력축의 축방향 선단부 외주면에 베어링에 의해 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔진 클러치 축은
외주면 양측이 상기 제3 슬레이브 실린더의 내경부에 베어링에 의해 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제2항에 있어서,
상기 엔진 클러치는
상기 제1 클러치 리테이너의 내경부에 전방 측에 스플라인 결합되는 복수의 엔진 클러치 플레이트;
상기 엔진 클러치 축 상의 연장부에 고정되는 엔진 클러치 허브;
상기 엔진 클러치 플레이트 사이사이에 배치되어 상기 엔진 클러치 허브의 외경부에 스플라인 결합되는 엔진 클러치 디스크; 및
상기 제3 슬레이브 실린더와 상기 엔진 클러치 플레이트 사이에 설치되어 상기 제3 슬레이브 실린더에 의해 상기 엔진 클러치 플레이트와 엔진 클러치 디스크를 작동 제어하는 엔진 클러치 피스톤;
을 포함하는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제14항에 있어서,
상기 제3 슬레이브 실린더는
실린더 로드가 상기 엔진 클러치 피스톤과의 사이에 베어링을 통하여 회전 지지되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.
제14항에 있어서,
상기 엔진 클러치는
엔진 클러치 플레이트 사이사이에 웨이브 스프링이 설치되는 하이브리드 전기자동차용 클러치 장치.