KR20060081780A - 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 관한 것으로서, 엔진; 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축; 바퀴를 구동시키는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도 및 토크를 제어하기 위한 제1전기기계 및 제2전기기계를 포함한다. 상기 제1전기기계는 두 개의 회전자로 구성되고, 상기 제2전기기계는 하나의 고정자 및 하나의 회전자로 구성된다.
본 발명에 따른 동력 분배 장치를 사용함으로써, 하이브리드 자동차의 무단 변속기의 기능을 효율적으로 구현할 수 있으며, 전동기, 발전기 및 엔진의 적절한 동력 분배가 가능하다.

Description

하이브리드 자동차의 동력 분배 장치 {A Power Splitter for Hybrid Vehicles}
도 1은 본 발명에 따른 자동차 동력 분배 장치의 제1실시 예를 도시한 것.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 동력 분배 장치를 적용시킨 변속 장치의 구성도.
도 3a 내지 도 3e는 주행 상태에 따라 상기 제1실시 예에 따른 자동차 동력 분배 장치에서의 에너지의 흐름을 도시한 것.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 동력 분배 장치의 제2실시 예를 도시한 것.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 동력 분배 장치의 제3실시 예를 도시한 것.
도 6은 본 발명에 따른 자동차 동력 분배 장치의 제4실시 예를 도시한 것.
본 발명은 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 엔진; 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축; 바퀴를 구동시키는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도 및 토크를 제어하기 위한 제1전기기계 및 제2전기기계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 관한 것이다. 상기 제1전기기계는 두 개의 회전자로 구성되고, 상기 제2전기기계는 하나의 고정자 및 하나의 회전자로 구성된다.
하이브리드 자동차에서 엔진과 구동 전동기 또는 발전기와의 동력 분배는 직렬·병렬 복합형의 경우 기계적인 방법에 의존한다. 최근 미국특허 제6,793,600호에는 2개의 유성 기어를 이용한 동력 분배 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 동력 분배 장치는 기계적인 방법에 의존하며, 기계장치의 구성도 매우 복잡하다.
본 발명은 복잡한 기계 장치를 사용하지 아니하면서, 발전기 또는 전동기와 같은 전기기계의 제어 기술을 이용하여 엔진과 전기기계 사이의 동력을 분배하기 위하여 안출된 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 엔진; 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축; 바퀴를 구동시키는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도 및 토크를 제어하기 위한 제1전기기계 및 제2전기기계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 관한 것이다. 상기 제1전기기계는 두 개의 회전자로 구성되고, 상기 제2전기기계는 하나의 고정자 및 하나의 회전자로 구성된 다.
본 명세서에서 용어 "전기기계"는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키거나 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 전동기 또는 발전기를 의미한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 동력 분배 장치의 제1실시예의 구성도이고, 도 2는 상기 자동차 동력 분배 장치를 적용시킨 변속 장치의 구성을 도시한 것이다.
상기 동력 분배 장치는 엔진(100); 상기 엔진(100)에 의하여 구동되는 입력축(110); 바퀴를 구동시키는 출력축(330); 및 상기 입력축(110)과 출력축(330) 사이에 구비되며, 상기 출력축(330)의 회전속도(ω2) 및 토크(Te3)를 제어하기 위한 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)를 포함한다.
상기 제1전기기계(200)는 제1회전자(210) 및 제2회전자(220)로 구성된다. 상기 제1회전자(210)는 상기 엔진(100)에 의하여 구동되는 입력축(110)과 커플링(150)에 의하여 연결된다. 상기 제2회전자(220)는 제2전기기계(300)의 회전자(310)를 통하여 바퀴를 구동하는 출력축(330)과 연결된다.
상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 바퀴를 구동하는 구동하는 축( 즉, 출력축(330))은 실제로는 차동(differential) 기어(400)를 통하여 바퀴(450)와 연결된다. 또한, 그 사이에 일정 변속 비의 변속 기어가 개재될 수 있다. 상기 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)는 모두 인버터(600)를 통하여 전원장치(즉, 배터리)(500)와 연결된다.
상기 제1전기기계(200)로는 농형유도기 또는 영구자석 교류기 등과 같은 전동기/발전기를 사용할 수 있다. 다만, 상기 제1전기기계(200)는 내부 및 외부에 모두 자유로이 회전할 수 있는 2개의 회전자(210, 220)로 구성된다. 즉, 통상적인 전동기/발전기의 경우 회전자 및 고정자로 구성되지만, 본 발명에서의 상기 제1전기기계(200)는 고정되지 않고, 자유로이 회전할 수 있도록 회전자 2개(210, 220)를 사용한다.
상기 제1회전자(210)로는 농형 유도기의 경우 농형의 회전자 도체를 사용하며, 영구자석기의 경우 영구자석을 사용한다. 상기 제2회전자(220)에는 3상 권선을 설치한다. 상기 제2회전자(220)에서는 (ω2-ω1)×p1의 각주파수로 회전하게 하는 회전자계를 발생시킨다. 여기에서, ω1은 상기 엔진(100)에 의하여 구동되는 입력축(110)의 회전속도(즉, 제1회전자(210)의 회전속도)이고, ω2는 제2회전자의 회전속도이며, p1은 상기 제1전기기계(200)의 극쌍수(pole pair)이다.
반대로, 상기 제1회전자(210)에 3상 권선이 설치되고, 상기 제2회전자(220)에 농형의 회전자 도체 또는 영구자석이 사용될 수 있음은 물론이다. 이러한 경우, 제1회전자(210)에서 (ω2-ω1)×p1의 각주파수로 회전하게 하는 회전자계가 발 생된다.
엔진(100)과 연결된 상기 제1전기기계(200)의 제1회전자(210)는 엔진의 크랭크축(즉, 입력축(110))의 회전속도 ω1과 동일하게 회전한다. 상기 제1전기기계(200)의 제2회전자(220)는 임의의 회전속도 ω2로 제어된다.
상기 제1전기기계(200)의 전기적 또는 기계적 출력 P1=(ω2-ω1)×Te2로 결정된다. 상기식에서, Te2는 제1전기기계(200)의 토크이다.
상기 출력 P1이 양의 값인 경우 상기 제1전기기계(200)는 전동기로 동작하게 되고, 상기 출력 P1이 음의 값인 경우 발전기로 동작하게 된다.
정상상태에서 엔진(100)의 토크(Te1)가 양의 방향이며, 두 속도의 차 ω2-ω1이 양의 값인 경우 상기 제1전기기계(200)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 전동기로 작동한다. 이 때 필요한 전기 에너지는 외부의 전원(배터리, 500)으로부터 슬립 링 또는 가동 접촉자를 통하여 3상의 권선이 설치된 상기 제2회전자(220)에 공급된다.
한편, 상기 제1전기기계(200)에서 상기 제1회전자(210)에 3상 권선이 설치되고, 상기 제2회전자(220)에 농형의 회전자 도체 또는 영구자석이 사용되는 경우에는, 필요한 전기적 에너지가 외부의 전원(배터리, 500)으로부터 슬립 링 또는 가동 접촉자를 통하여 상기 제1회전자(210)에 공급된다.
상기 제1전기기계(200)가 발전기로 동작하는 경우, 발생하는 기계적 출력이 상기 제1전기기계(200)에 의하여 전력으로 변환되고, 슬립링 또는 가동접촉자를 통하여 배터리(500)를 충전하게 된다.
따라서, 상기 제1전기기계(200)는 두 회전자(210, 220)의 속도차 즉, 상대속도(ω2-ω1)를 제어하기 위한 것이며, 상기 상대속도를 제어함으로써 상기 제1전기기계(200)를 발전기 또는 전동기로 동작시킬 수 있다. 통상적으로, 상기 제1전기기계(200)는 발전기로 동작함을 주동작으로 한다. 한편, 고속에서 가속 토크를 발생시키거나 정지시 엔진을 기동하기 위하여 전동기로 동작할 수도 있다. 상기 엔진(100)과 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)의 회전속도가 모두 일정하고, 제1전기기계(200)의 마찰을 무시한다면, 상기 엔진(100)의 토크 Te1과 상기 제1전기기계(200)의 토크 Te2의 값은 동일하다.
제2전기기계(300)의 회전자(310)는 상기 제1전기기계(200)의 제2회전자(220)의 축(230)과 직결된다. 또한, 상기 제2전기기계(300)의 회전자(310)의 축은, 고정된 기어비를 거치거나 직접 차동기어(400)로 연결되어 자동차의 바퀴(450)를 구동하는 출력축(330)과 연결된다. 이 때, 상기 제2전기기계(300)의 작용에 의하여, 구동축에 연결되는 출력축(330)의 토크 Te3을 Te2에 비하여 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
상기 제2전기기계(300)로는 상기 제1전기기계(200)와 마찬가지로 농형 유도기 또는 영구자석 교류기를 사용할 수 있다. 이 때, 상기 회전자(310)로는 유도기의 경우 농형의 회전자 도체가 사용되며, 영구자석기의 경우 영구 자석이 사용된 다. 고정자(320)는 외부에 고정되어 회전하지 아니하며, 상기 고정자(320)에는 3상의 권선이 설치되어, ω2×p2의 주파수로 회전하는 회전자계를 발생시킨다. 여기에서, p2는 상기 제2전기기계(300)의 극쌍수이다.
상기 제2전기기계(300)의 출력 P2=ω2×(Te3-Te2)로 정의된다. 상기 출력 P2의 값이 양인 경우 상기 제2전기기계(300)는 전동기로 작동하고, 음인 경우 발전기로 작동한다. 정상상태에서 토크의 차 Te3-Te2가 양의 방향이고, 속도가 양인 경우 상기 제2전기기계(300)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 전동기로 작동한다. 이 때, 배터리(500)로부터 전기에너지가 상기 제2전기기계(300)로 공급된다. 시스템이 감속함에 따라 토크의 차 Te3-Te2가 음의 값이 되어 전기기계 2의 출력이 음인 경우, 상기 배터리(500)에 전기에너지를 충전하는 발전기로 동작한다.
상기 제2전기기계(300)는 주로 전동기로 동작하여 정상 주행시 바퀴(450)에 회전력을 공급한다. 그러나, 감속 시 또는 고속 운전 시 지속적으로 상기 제1전기기계(200)가 전동기로 동작하는 경우에는, 상기 제2전기기계(300)가 발전기로 동작하여 상기 제1전기기계(200)에 에너지를 공급하거나 배터리(500)를 충전한다. 또한, 이를 통하여 차량의 고속-저토크 운전을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 동력 분배 장치에서, 엔진(100)은 연료의 양을 제어함에 따라 입력축의 토크 Te1의 크기를 제어한다. 정상상태에서 상기 제1전기기계(200)는 상대속도 ω2-ω1을 제어하고, 상기 제2전기기계(300)는 토크의 차 Te3-Te 2를 제어한 다.
그러나, 각 요소(엔진(100), 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300))의 제어는 주행 상태에 따라 변동될 수 있다. 따라서, 과도 상태에서도 상기 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)를 적절히 제어함으로써, 자동차의 주행시 엔진(100)의 회전속도(ω1)를 일정한 범위 이내로 유지하면서도, 바퀴를 구동하는 출력축(330)에 광범위한 속도(ω2) 및 토크(Te3) 특성을 전달할 수 있다. 이는 유성기어를 사용하는 종래의 시스템에 비하여 크기 및 속응성에 있어서 큰 장점이 된다.
이하에서는 도 3a 내지 도 3e를 참조하여, 각각의 주행 상황에 따른 전기기계의 대표적인 동작을 설명한다:
1. 정지해 있는 차량에서 엔진을 기동하는 경우
정지해 있는 차량에서 엔진을 기동하기 위해서는, 제2전기기계(300)에 충분한 크기의 직류 전류를 공급하여 정지 토크를 발생시키거나, 기계적 브레이크 시스템을 이용하여 ω2를 0으로 유지한 후 제1전기기계(200)에 엔진이 기동할 수 있는 회전자계가 발생하도록 전류를 배터리(500)로부터 공급하여 엔진(100)을 기동시킨다. 도 3a에서 이러한 주행 상태에서의 에너지의 전달 과정을 화살표로 표시하였다.
이 때, 제1전기기계(200)의 제2회전자(220)에 3상권선이 구비되어 있는 경우에는, 엔진의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전자계를 만들어야 한다. 반대로, 엔진(100)의 축(110)과 연결되어 있는 제1회전자(210)에 3상권선이 구비되어 있는 경우에는, 엔진의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 회전자계를 만들어야 한다.
엔진 기동 후, 상기 제1전기기계(200)의 두 회전자의 상대 속도 ω2-ω1이 음의 값인 경우, 상기 제1전기기계(200)는 발전기로 동작하여 외부의 배터리(500)에 전기에너지를 공급한다.
2. 저속에서 큰 토크를 내는 경우
차량이 저속에서 큰 토크를 필요로 하는 경우, ω2-ω1을 음의 값으로 하여 제1전기기계(200)를 발전기로 동작시킨다. 발전된 전기에너지를 사용하여 제2전기기계(300)를 전동기로 동작시켜 Te3을 증가시킨다. 따라서, 외부 전원의 에너지를 사용하지 아니하면서, 저속-고토크를 발생시킬 수 있다. 이는 통상의 자동차에서 저단 기어로 변속하는 것과 동일한 효과이다. 도 3b에서 이러한 주행 상태에서의 에너지의 전달 과정을 화살표로 표시하였다.
3. 저속에서의 빠른 가속
저속에서 차량을 빨리 가속하기 위해서는, 제1전기기계(200)에서 상대속도 ω2-ω1이 양의 값이 되도록 하고, 제2전기기계(300)에서 토크 차이 Te3-Te 2가 양의 값이 되도록 하여, 차량을 가속한다. 따라서, 배터리(500)로부터 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)에 모두 전기 에너지가 공급된다. 도 3c에서 이러한 주행 상태에서의 에너지의 전달 과정을 화살표로 표시하였다.
4. 고속 주행시
고속 주행의 경우, 제1전기기계(200)를 이용하여 상대속도 ω2-ω1이 양의 값이 되도록 한다. 이때, 상기 제1전기기계(200)는 전동기로 동작하며, 상기 제1전기기계(200)는 엔진의 속도보다 높은 속도를 출력축(330)에 전달한다. 상기 제1전기기계(200)에 필요한 전기에너지는 제2전기기계(300)의 토크 차이 Te3-Te2가 음의 값이 되도록 제어하여, 상기 제2전기기계(300)를 발전기로 동작시킴으로써 얻을 수 있다. 따라서, 외부 배터리의 에너지를 사용하지 아니하면서도, 고속-저토크를 발생시킬 수 있다. 이는 통상의 자동차에서 고단 기어로 변속한 것과 동일한 효과이다. 도 3d에서 이러한 주행 상태에서의 에너지의 전달 과정을 화살표로 표시하였다.
5. 감속시
차량의 감속시 발생하는 감속 에너지는 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)를 모두 또는 필요에 따라서 선택적으로 발전기로 동작시킨다. 따라서, 엔진 또는 기계적 브레이크 시스템의 부담 없이, 기계적 제동 에너지를 전기적 에너지로 회수하여 배터리(500)에 충전한다(도 3e 참조). 따라서, 차량의 주행 연비를 크게 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)의 동작을 제어함으로써, 무단 변속기의 기능을 효율적으로 구현할 수 있으며, 전동기, 발전기 및 엔진의 적절한 동력 분배가 가능하다.
상기 도 1에 도시되어 있는 제1실시예의 동력 분배 장치의 구성에서 제1전기기계(200) 및 제2전기기계(300)의 연결 순서를 도 4와 같이 변경할 수 있다. 상기 도 4에 도시되어 있는 제2실시예의 동작 원리는 전술한 제1실시예의 동작원리와 유사하다.
상기 제2실시예에 따르면, 엔진(100)에 의하여 구동되는 입력축(110)은 제2전기기계(300)의 회전자(310)를 통하여 제1전기기계(200)의 두 개의 회전자 중 제1회전자(210)와 연결되고, 상기 제1전기기계(200)의 두 개의 회전자 중 제2회전자(220)는 출력축(330)과 연결된다.
정상상태에서 상기 제1전기기계(200)는 상기 제2회전자(220)의 회전속도 ω2와 상기 제1회전자(210)의 회전속도 ω1의 차이 ω2-ω1을 제어하고, 상기 제2전기기계(300)는 출력 토크인 상기 제1전기기계(200)의 상기 제1회전자(210)의 토크 Te2와 입력 토크인 상기 입력축(110)의 토크 Te1의 차이 Te2-Te1을 제어한다.
상기 제1전기기계(200) 및 상기 제2전기기계(300)는 모두 인버터를 통하여 전원 장치와 연결된다.
이 때, 상기 제1전기기계(200)의 출력은 P1=(ω2-ω1)×Te2로 정의되고(여기에서, Te2는 상기 제1회전자(210)의 토크이다), 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값 및 토크 Te2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하게 된다.
예를 들어, 토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω 2-ω1의 값이 양인 경우, 상기 제1전기기계(200)는 상기 전원 장치 또는 상기 제2전기기계(300)로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하게 된다.
토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값이 음인 경우에는, 상기 제1전기기계(200)가 발전기로 동작하여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제2전기기계(300)에 전기를 공급할 수 있다.
한편, 상기 제2전기기계(300)의 출력은 P2=ω1×(Te2-Te1)로 정의되고(여기에서, ω1은 상기 제2전기기계의 회전자(310)의 회전속도이다), 상기 제2전기기계(300)는 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값 및 상기 회전자(310)의 회전속도 ω2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하게 된다.
예를 들어, 상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값이 양인 경우, 상기 제2전기기계(300)는 상기 전원 장치 또는 상기 제1전기기계(200)로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하게 된다.
상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값이 음인 경우에는, 상기 제2전기기계(300)가 발전기로 동작하여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제1전기기계(200)에 전기를 공급할 수 있다.
상기 제2실시 예에 따른 동력 분배 장치를 사용하는 경우, 각각의 주행 상황에 따른 전기기계의 동작은 상기 제1실시 예에서의 동작과 유사하므로, 상세한 설 명은 생략한다.
도 1에 도시되어 있는 제1실시예의 동력 분배 장치에서 2개의 회전자(210, 220)로 구성되는 제1전기기계(200)를, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 공극이 축방향으로 설치된 기계(Axial Air Gap Machine)(200)로 구현할 수 있다. 이 경우, 축 방향의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 통상의 반경 방향으로 공극이 설치된 전기기계(Radial Flux Machine)도 박형(disk type)으로 설계하여 축 방향 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시되어 있는, 두 개의 회전자(310, 320)를 갖는 제2전기기계(300)도 축방향 공극 기계 또는 박형 기계로 대체함으로써, 축방향 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 1에 도시되어 있는 제2전기기계(300)를 도 6과 같이 고정된 기어비를 이용하여 바퀴 구동축(330)보다도 고속의 회전 속도를 가질 수 있도록 설계할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제2전기기계(300)는 고속 저토크의 기계가 되므로, 그 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 구동하는 축(230)은 ω2로 회전하는 축과, 고정된 기어비를 가지는 기어를 통하여 또는 직접 차동기어와 연결된다. 이러한 경우의 동작 원리도 전술한 제1실시예의 동작원리와 유사하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동력 분배 장치는 속도와 토크를 적절히 조절함으로써, 동력을 적절히 분배할 수 있다. 특히, 제1전기기계(200) 및 제2전 기기계(300)의 동작을 제어함으로써, 무단 변속기의 기능을 효율적으로 구현할 수 있으며, 전동기, 발전기 및 엔진의 적절한 동력 분배가 가능하다.

Claims (17)

  1. 하이브리드 자동차의 동력 분배 장치로서,
    엔진;
    상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축;
    바퀴를 구동시키는 출력축; 및
    상기 입력축과 출력축 사이에 구비되며, 상기 출력축의 회전속도 및 토크를 제어하기 위한 제1전기기계 및 제2전기기계를 포함하되,
    상기 제1전기기계는 두 개의 회전자로 구성되고,
    상기 제2전기기계는 하나의 고정자 및 하나의 회전자로 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전기기계의 두 개의 회전자 중 제1회전자는 상기 입력축과 연결되고,
    상기 제1전기기계의 두 개의 회전자 중 제2회전자는 상기 제2전기기계의 회전자를 통하여 상기 출력축과 연결되며,
    정상상태에서 상기 제1전기기계는 상기 제2회전자의 회전속도 ω2와 상기 제1회전자의 회전속도 ω1의 차이 ω2-ω1을 제어하고, 상기 제2전기기계는 출력 토크 인 상기 출력축의 토크 Te3과 입력 토크인 상기 제1전기기계의 제2회전자의 토크 Te2의 차이 Te3-Te2를 제어하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1전기기계 및 상기 제2전기기계는 모두 인버터를 통하여 전원 장치와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전기기계의 출력은 P1=(ω2-ω1)×Te2로 정의되고(여기에서, Te 2는 상기 제2회전자의 토크이다),
    상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값 및 토크 Te2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값이 양인 경우, 상기 제1전기기계는 상기 전원 장치 또는 상기 제2전기기계로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도 의 차 ω2-ω1의 값이 음인 경우, 상기 제1전기기계가 발전기로 동작하여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제2전기기계에 전기를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2전기기계의 출력은 P2=ω2×(Te3-Te2)로 정의되고(여기에서, ω 2는 상기 출력축의 회전속도이다),
    상기 제2전기기계는 출력 토크와 입력 토크의 차 Te3-Te2의 값 및 출력축의 회전속도 ω2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te3-Te2의 값이 양인 경우, 상기 제2전기기계는 상기 전원 장치 또는 상기 제1전기기계로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te3-Te2의 값이 음인 경우에는 상기 제2전기기계가 발전기로 동작하 여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제1전기기계에 전기를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력축은 상기 제2전기기계의 회전자를 통하여 상기 제1전기기계의 두 개의 회전자 중 제1회전자와 연결되고,
    상기 제1전기기계의 두 개의 회전자 중 제2회전자는 출력축과 연결되며,
    정상상태에서 상기 제1전기기계는 상기 제2회전자의 회전속도 ω2와 상기 제1회전자의 회전속도 ω1의 차이 ω2-ω1을 제어하고, 상기 제2전기기계는 출력 토크인 상기 제1회전자의 토크 Te2와 입력 토크인 상기 입력축의 토크 Te1의 차이 Te2 -Te1을 제어하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1전기기계 및 상기 제2전기기계는 모두 인버터를 통하여 전원 장치와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1전기기계의 출력은 P1=(ω2-ω1)×Te2로 정의되고(여기에서, Te 2는 상기 제1회전자의 토크이다),
    상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값 및 토크 Te2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값이 양인 경우, 상기 제1전기기계는 상기 전원 장치 또는 상기 제2전기기계로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 토크 Te2의 방향이 양이고, 상기 두 회전자의 회전 속도의 차 ω2-ω1의 값이 음인 경우, 상기 제1전기기계가 발전기로 동작하여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제2전기기계에 전기를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2전기기계의 출력은 P2=ω1×(Te2-Te1)로 정의되고(여기에서, ω 1은 상기 제2전기기계의 회전자의 회전속도이다),
    상기 제2전기기계는 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값 및 상기 회전자의 회전속도 ω2에 따라 전동기 또는 발전기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값이 양인 경우, 상기 제2전기기계는 상기 전원 장치 또는 상기 제1전기기계로부터 전기 에너지를 공급받아 전동기로 동작하는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 회전속도 ω2의 방향이 양이고, 상기 출력 토크와 입력 토크의 차 Te2-Te1의 값이 음인 경우에는 상기 제2전기기계가 발전기로 동작하여 상기 전원 장치를 충전하거나 상기 제1전기기계에 전기를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 동력 분배 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009064092A2 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Chan-Sik Kim System and method for driving hybrid electric vehicle
WO2009064092A3 (en) * 2007-11-13 2009-08-06 Chan-Sik Kim System and method for driving hybrid electric vehicle
KR100948125B1 (ko) * 2007-11-13 2010-03-18 김찬식 하이브리드 자동차 주행 시스템
US8397850B2 (en) 2007-11-13 2013-03-19 Chan-sik Kim System and method for driving hybrid electric vehicle

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