KR102653326B1 - 하이브리드 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 차량은 회전력을 발생시키는 엔진과, 엔진으로부터 회전력이 입력되는 입력축과, 회전력이 출력되는 출력축과, 입력축에 설치된 제 1 모터 제너레이터와, 출력축에 설치된 제 2 모터 제너레이터와, 입력축의 회전력이 제 1 모터 제너레이터와 출력축 중 어느 하나에 선택적으로 전달되도록 하는 클러치를 포함한다.

Description

하이브리드 차량{HYBRID VEHICEL}
본 발명은 엔진과 모터 제너레이터을 포함한 하이브리드 차량에 관한 것이다.
근래에는 일반적으로 알려진 엔진과 함께 모터 제너레이터를 통해 하이브리드 차량의 운행에 필요한 회전력을 발생시키는 하이브리드 차량이 개발되어 사용되고 있다.
모터 제너레이터는 모터의 역할과 발전기의 역할을 모두 수행할 수 있는 장치로, 모터 제너레이터를 엔진을 조합하여 사용함으로써 하이브리드 차량이 다양한 운전 모드를 수행할 수 있도록 한다.
엔진과 모터 제너레이터를 갖춘 하이브리드 차량은 저속 및 도심 운행을 위한 SERIES 모드, 고속, 추월 및 등판 운행을 위한 PARALLEL 모드, 고속 운행을 위한 ENG 모드, 저속 및 제동을 위한 EV 모드 및 후진 운행을 위한 REV 모드를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 간단한 구성으로 다양한 운행 모드들을 효율적으로 수행할 수 있는 하이브리드 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 차량은 회전력을 발생시키는 엔진과, 상기 엔진으로부터 회전력이 입력되는 입력축과, 회전력 출력되는 출력축과, 상기 입력축에 설치된 제 1 모터 제너레이터와, 상기 출력축에 설치된 제 2 모터 제너레이터와, 상기 입력축의 회전력이 상기 출력축에 선택적으로 전달되도록 하는 클러치를 포함한다.
또한, 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 배치되어 상기 입력축의 회전력을 상기 출력축에 전달하는 회전력 전달 기어열을 더 포함한다.
또한, 상기 클러치는 상기 입력축과 상기 회전력 전달 기어열 사이에 배치되어 상기 입력축의 회전력이 선택적으로 상기 회전력 전달 기어열과 상기 제 1 모터 제너레이터에 전달되도록 한다.
또한, 상기 제 1 모터 제너레이터는 상기 입력축의 축선과 동일 축선 상에 회전 가능하게 설치된 전달 기어를 포함하며, 상기 회전력 전달 기어열은 상기 입력축의 축선과 동일한 축선 상에 회전 가능하게 설치되는 제 1 기어를 포함하며, 상기 클러치는 상기 입력축의 축선을 따라 이동 가능하게 설치되어 이동하며 선택적으로 상기 전달 기어와 상기 제 1 기어에 연결된다.
또한, 유성 기어로 이루어진 감속유닛을 더 포함하며, 상기 회전력 전달 기어열은 상기 감속유닛에 연결되는 제 2 기어를 포함하며, 상기 유성 기어의 선 기어가 상기 제 2 모터 제너레이터에 연결되고, 상기 유성 기어의 캐리어가 상기 제 2 기어와 연결되는 하이브리드 차량.
본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 차량은 간단한 구성으로 하이브리드 차량의 여러 모드를 모두 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인을 보인 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인이 SERIES 모드를 수행할 경우를 보인 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인이 PARALLEL 모드를 수행할 경우를 보인 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인이 ENG 모드를 수행할 경우를 보인 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인이 EV 모드를 수행할 경우를 보인 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워 트레인이 REV 모드를 수행할 경우를 보인 개략도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 실시예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성 요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 한정하지 않는다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 차량은 도 1에 도시한 바와 같이 회전력을 발생시키는 엔진(1)과, 모터의 역할과 발전기의 역할을 모두 수행하는 모터 제너레이터(2, 3)와, 전력을 저장 및 공급하기 위한 배터리(7)와, 엔진(1)으로부터 회전력을 입력받기 위한 입력축(S1)과, 하이브리드 차량의 휠(미도시)로 회전력을 출력하기 위한 출력축(S2)을 포함한다.
또한, 하이브리지 하이브리드 차량은 입력축(S1)의 회전력이 출력축(S2)으로 전달되도록 하는 회전력 전달 기어열(5)과, 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5) 사이에 배치되는 클러치(4)와, 출력축(S2)의 회전속도를 조절하기 위한 감속유닛(6)을 포함한다.
엔진(1)은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로, 하이브리드 차량에는 휘발유나 디젤과 같은 석유계 연료를 연소시키면서 회전력을 발생시키는 엔진이 주로 사용된다.
모터 제너레이터(2, 3)는 배터리(7)와 전선을 통해 연결되어 배터리(7)로부터 전력을 전달받아 회전력을 발생시키는 모터의 역할과, 전력을 발생시켜 배터리에 전달하는 발전기의 역할을 모두 수행한다.
모터 제너레이터(2, 3)는 입력축(S1)에 설치되는 제 1 모터 제너레이터(2)와, 출력축(S2)에 설치되는 제 2 모터 제너레이터(3)를 포함한다. 제 2 모터 제너레이터(3)는 상술한 감속유닛(6)을 통해 출력축(S2)과 연결된다. 제 1 모터 제너레이터(2)는 입력축(S1)의 축선과 동일한 축선 상에 회전 가능하게 설치된 전달기어를 포함한다.
본 실시예에서 입력축(S1)과 출력축(S2) 사이에는 회전력 전달을 위한 회전력 전달 기어열(5)이 배치된다. 회전력 전달 기어열(5) 은 입력축(S1)의 축선과 동일한 축선 상에 회전 가능하게 설치되는 제 1 기어와, 감속유닛(6)과 연결되는 제 2 기어를 포함한다. 즉, 전달기어와 제 1 기어는 입력축(S1)의 축선을 따라 차례로 배치된다.
클러치(4)는 회전력 전달 기어열(5) 및 제 1 모터 제너레이터(2)의 전달기어와 회전력 전달 기어열(5)의 제 1 기어 사이에 배치되며, 상술한 입력축(S1)의 축선을 따라 이동 가능하게 설치된다.
따라서, 클러치(4)가 이동하면서 제 1 모터 제너레이터(2)의 전달기어와 회전력 전달 기어열(5)의 제 1 기어 중 어느 하나가 입력축(S1)에 연결되도록 함으로써, 입력축(S1)의 회전력이 선택적으로 제 1 모터 제너레이터(2)와 회전력 전달 기어열(5)에 전달되도록 하는 역할을 수행한다.
즉, 클러치(4)가 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5)의 제 1 기어를 연결하여 입력축(S1)의 회전력이 회전력 전달 기어열(5)을 통해 출력축(S2)에 전달되도록 하거나, 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5)을 분리하여 입력축(S1)의 회전력이 회전력 전달 기어열(5)로 전달되지 않도록 함으로써 회전력이 출력축(S2)에 전달되지 않도록 한다. 또한, 클러치(4)는 입력축(S1)이 제 1 모터 제너레이터(2)의 전달기어에 연결되도록 하여, 입력축(S2)의 회전력이 제 1 모터 제너레이터(2)에 전달되도록 함으로써 제 1 모터 제너레이터(2)가 발전기로 동작하도록 할 수 있다.
감속유닛(6)은 유성 기어로 이루어져 유성기어를 통해 제 2 모터 제너레이터(3)의 회전력이 감속되어 출력축(S2)을 통해 출력된다. 감속유닛(6)인 유성 기어는 출력축(S2)과 동심을 이루도록 구성되며, 유성 기어의 선 기어가 제 2 모터 제너레이터(3)에 연결되고, 유성 기어의 캐리어가 회전력 전달 기어열(5)의 제 2 기어와 연결된다. 또한, 유성 기어의 링 기어가 감속유닛(6)의 하우징에 의해 구속된다.
상기와 같은 구성을 갖춘 하이브리드 차량은 SERIES 모드, PARALLEL 모드, ENG 모드, EV 모드 및 REV 모드를 수행한다.
SERIES 모드는 하이브리드 차량의 저속 및 도심 운행을 위한 모드이며, PARALLEL 모드는 하이브리드 차량의 고속, 추월 및 등판 운행을 위한 모드이며, ENG 모드는 하이브리드 차량의 고속 운행을 위한 모드이며, EV 모드는 하이브리드 차량의 저속 및 제동을 위한 모드이며, REV 모드는 하이브리드 차량의 후진 운행을 위한 모드이다.
다음은 이와 같이 구성된 하이브리드 차량의 운행 모드들에 대해 설명한다.
도 2에는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 SERIES 모드를 수행할 경우가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이 하이브리드 차량이 저속 및 도심 운행할 경우 SERIES 모드가 수행된다.
도 2에 도시한 바와 같이 SERIES 모드에서는 엔진이 동작하여 입력축(S1)을 회전시키고, 제 1 모터 제너레이터(2)가 발전기로 동작하고, 제 2 모터 제너레이터(3)가 모터로 동작한다.
SERIES 모드에서 클러치(4)는 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5)을 분리하여 입력축(S1)의 회전력이 회전력 전달 기어열(5)에 전달되지 않도록 하고, 입력축(S1)과 제 1 모터 제너레이터(2)를 연결하여 입력축(S1)의 회전력이 제 1 모터 제너레이터(2)에 전달되도록 하여 제 1 모터 제너레이터(2)가 발전기로 동작하도록 한다.
따라서 엔진(1)에 의해 출력축(S2)이 회전하면, 발전기로 동작하는 제 1 모터 제너레이터(2)는 발전기로 동작하여 전력을 발생시키고, 발생한 전력은 배터리(7)에 전달되어 배터리(7)가 충전된다.
또한, 배터리(7)에 충전된 전력 중 일부가 모터로 동작하는 제 2 모터 제너레이터(3)로 전달되어, 제 2 모터 제너레이터(3)에서 회전력이 발생한다.
제 2 모터 제너레이터(3)에서 발생한 회전력은 감속유닛(6)을 통해 출력축(S2)에 전달되어 하이브리드 차량의 휠을 회전시키는데 사용된다.
따라서, 하이브리드 차량이 저속 및 도심 운행할 수 있다.
도 3에는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 PARALLEL 모드를 수행할 경우가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이 하이브리드 차량이 고속, 추월 및 등판 운행할 경우에는 PARALLEL 모드가 수행된다.
PARALLEL 모드에서는 엔진(1)이 동작하여 입력축(S1)을 회전시키고, 제 1 모터 제너레이터(2)는 동작하지 않고, 제 2 모터 제너레이터(3)는 모터로 동작한다.
PARALLEL 모드에서 클러치(4)는 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5)을 연결하여 입력축(S1)의 회전력이 회전력 전달 기어열(5)에 전달되도록 한다.
따라서 엔진(1)에 의해 출력축(S2)이 회전하면, 클러치(4)를 통해 회전력이 회전력 전달 기어열(5)에 전달되어, 회전력 전달 기어열(5)을 통해 출력축(S2)에 전달된다.
또한, 이와 동시에 배터리(7)에 충전된 전력 중 일부가 모터로 동작하는 제 2 모터 제너레이터(3)로 전달되어, 제 2 모터 제너레이터(3)에서 회전력이 발생한다.
제 2 모터 제너레이터(3)에서 발생한 회전력은 감속유닛(6)을 통해 출력축(S2)에 전달된다.
따라서, 출력축(S2)에는 엔진(1)에서 발생한 회전력과 제 1 모터 제너레이터(2)에서 발생한 회전력이 동시에 전달되므로 하이브리드 차량이 고속, 추월 및 등판 운행할 수 있다.
도 4에는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 ENG 모드를 수행할 경우가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이 하이브리드 차량이 고속 운행할 경우에는 ENG 모드가 수행된다.
ENG 모드에서는 엔진(1)이 동작하여 입력축(S1)을 회전시키고, 제 1 모터 제너레이터(2) 및 제 2 모터 제너레이터(3)는 동작하지 않는다.
ENG 모드에서 클러치(4)는 입력축(S1)과 회전력 전달 기어열(5)을 연결하여 입력축(S1)의 회전력이 회전력 전달 기어열(5)에 전달되도록 한다.
따라서 엔진(1)에 의해 출력축(S2)이 회전하면, 클러치(4)를 통해 회전력이 회전력 전달 기어열(5)에 전달되고, 회전력 전달 기어열(5)를 통해 출력축(S2)에 전달된다. 즉, ENG 모드에서는 엔진(1)에서 발생한 회전력이 그대로 출력축(S2)에 전달된다.
따라서 하이브리드 차량이 고속 운행할 수 있다.
도 5에는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 EV 모드를 수행할 경우가 도시되어 있다.
하이브리드 차량이 저속 및 회생 운행할 경우에는 EV 모드가 수행된다.
EV 모드에서는 엔진(1) 및 제 1 모터 제너레이터(2)는 동작하지 않고, 제 2 모터 제너레이터(3)가 모터 또는 발전기로 동작한다.
따라서, 하이브리드 차량이 저속 운행할 경우에는 배터리(7)에 충전된 전력의 일부가 제 2 모터 제너레이터(3)에 전달되어 제 2 모터 제너레이터(3)가 회전력을 발생시킨다.
제 2 모터 제너레이터(3)에서 발생한 회전력은 감속유닛(6)을 통해 출력축(S2)에 전달된다.
따라서, 하이브리드 차량이 저속 운행할 수 있다.
또한 EV 모드에서 하이브리드 차량이 제동 운행할 경우에는 제 2 모터 제너레이터(3)가 발전기로 동작하여 전력을 발생시키고, 제 2 모터 제너레이터(3)에서 발생한 전력은 배터리(7)에 전달되어 배터리(7)가 충전된다.
도 6에는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 REV 모드를 수행할 경우가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이 하이브리드 차량이 후진 운행할 경우에는 REV 모드가 수행된다.
REV 모드에서는 엔진 및 제 1 모터 제너레이터(2)는 동작하지 않고, 제 2 모터 제너레이터(3)가 모터로 동작한다.
따라서, 하이브리드 차량이 저속 운행할 경우에는 배터리(7)에 충전된 전력의 일부가 제 2 모터 제너레이터(3)에 전달되어 제 2 모터 제너레이터(3)가 회전력을 발생시킨다. REV 모드에서 제 2 모터 제너레이터(3)는 EV 모드와는 반대 방향으로 회전력을 발생시킨다.
제 2 모터 제너레이터(3)에서 발생한 회전력은 감속유닛(6)을 통해 출력축(S2)에 전달된다.
따라서, 하이브리드 차량이 후진 운행할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1: 엔진 2: 제 1 모터 제너레이터
3: 제 2 모터 제너레이터 4: 클러치
5: 회전력 전달 기어열 6: 감속기어
7: 배터리 S1: 입력축
S2: 출력축

Claims (5)

  1. 회전력을 발생시키는 엔진과,
    상기 엔진으로부터 회전력이 입력되는 입력축과,
    회전력이 출력되는 출력축과,
    상기 입력축에 설치된 제 1 모터 제너레이터와,
    상기 출력축에 설치된 제 2 모터 제너레이터와,
    상기 입력축의 회전력이 상기 출력축에 선택적으로 전달되도록 하는 클러치와,
    상기 입력축과 상기 출력축 사이에 배치되어 상기 입력축의 회전력을 상기 출력축에 전달하는 회전력 전달 기어열을 포함하고,
    상기 클러치는 상기 입력축과 상기 회전력 전달 기어열 사이에 배치되어 상기 입력축의 회전력이 선택적으로 상기 회전력 전달 기어열과 상기 제 1 모터 제너레이터에 전달되도록 하는 하이브리드 차량.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 제너레이터는 상기 입력축의 축선과 동일 축선 상에 회전 가능하게 설치된 전달 기어를 포함하며,
    상기 회전력 전달 기어열은 상기 입력축의 축선과 동일한 축선 상에 회전 가능하게 설치되는 제 1 기어를 포함하며,
    상기 클러치는 상기 입력축의 축선을 따라 이동 가능하게 설치되어 이동하며 선택적으로 상기 전달 기어와 상기 제 1 기어에 연결되는 하이브리드 차량.
  5. 제 4 항에 있어서,
    유성 기어로 이루어진 감속유닛을 더 포함하며,
    상기 회전력 전달 기어열은 상기 감속유닛에 연결되는 제 2 기어를 포함하며,
    상기 유성 기어의 선 기어가 상기 제 2 모터 제너레이터에 연결되고, 상기 유성 기어의 캐리어가 상기 제 2 기어와 연결되는 하이브리드 차량.
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