KR20060087412A - 하이브리드 차량 - Google Patents

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KR20060087412A
KR20060087412A KR1020060004706A KR20060004706A KR20060087412A KR 20060087412 A KR20060087412 A KR 20060087412A KR 1020060004706 A KR1020060004706 A KR 1020060004706A KR 20060004706 A KR20060004706 A KR 20060004706A KR 20060087412 A KR20060087412 A KR 20060087412A
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KR
South Korea
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wheel
generator
driving force
motor
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Application number
KR1020060004706A
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English (en)
Inventor
카즈노리 한다
코지 타니하타
Original Assignee
미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 엔진(1)과 제너레이터(5)와 사이에 유성 톱니바퀴 기구(2)를 배치하고, 엔진(1)의 구동력을, 유성 톱니바퀴 기구(2)를 개재해서 전륜(11)과 제너레이터(5)에 분배해서 전달 가능하게 하는 동시에, 전륜(1l)에 인휠모터(in-wheel motor)(13)를 내장시켜서 전륜(11)을 구동 가능하게 한 것을 특징으로 한 것이다.

Description

하이브리드 차량{HYBRID VEHICLE}
본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 한층 더 자명해질 것이며, 해당 첨부도면은 예로서만 주어지는 것이고, 따라서, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드 차량을 표시하는 전체구성도.
본 발명은, 엔진 및 모터를 주행용 구동원으로 하는 병렬식 하이브리드 차량에 관한 것이다.
이런 종류의 병렬식의 하이브리드 차량으로서, 엔진 구동력의 일부를 유성 톱니바퀴 기구를 개재해서 제너레이터쪽으로 분배하여 발전을 하도록 한 것이, 예를 들면, 일본국 특개2004-156763호 공보(이하 특허문헌 1이라고 함)에 의해 제안되어 있다.
해당 특허문헌 1에 개시된 하이브리드 차량에서는, 엔진의 출력축을 유성 톱니바퀴 기구의 캐리어에 연결하고, 엔진과 유성 톱니바퀴 기구와의 사이에 배치된 제너레이터를 선기어(sun gear)에 연결하고, 유성 톱니바퀴 기구의 엔진 반대쪽에 배치된 모터를 링기어에 연결하고 있다. 유성 톱니바퀴 기구의 링기어는 감속기어 및 차동기어를 개재해서 구동륜과 연결되어 있다. 엔진주행 시에는, 엔진의 구동력에 의해 유성 톱니바퀴 기구의 캐리어 및 선기어를 개재해서 제너레이터를 구동한다. 이때의 제너레이터의 발전부하가 선기어의 회전을 억제함으로써, 엔진 구동력이 캐리어, 피니언기어, 링기어를 개재해서 구동륜쪽에 전달된다. 한편, 모터주행 시에는 모터의 구동력이 링기어를 개재해서 구동륜쪽에 전달된다.
상기와 같이, 특허문헌 1에 개시된 하이브리드 차량에서는, 유성 톱니바퀴 기구의 각 요소에 엔진, 제너레이터, 모터를 각각 연결할 필요에서, 엔진과 유성 톱니바퀴 기구와의 사이에 제너레이터를 배설하고, 유성 톱니바퀴 기구의 엔진 반대쪽에 모터를 배설하고 있다. 이 결과, 엔진, 제너레이터, 유성 톱니바퀴 기구, 모터의 각 부재가 직렬로 배치된다.
상기 특허문헌 1의 하이브리드 차량과 같이 엔진, 제너레이터, 유성 톱니바퀴 기구, 모터의 각 부재를 직렬 배치했을 경우, 엔진을 포함시킨 파워트레인(power train)의 전체길이(특허문헌 1에서는 차량 폭방향의 길이)가 길어져서 차량에의 탑재성이 악화되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 특히 고출력 엔진을 탑재했을 경우에는, 선기어의 회전을 억제하기 위해서 요구되는 제너레이터의 발전부하도 증대한다. 이런 연유로, 그 대책으로서 제너레이터의 대형화에 의해 더욱더 파워트레인의 전체길이가 길어져 버려, 상기 문제는 한층 더 현저한 것으로 된다.
또한, 본래 자체의 발열에 의해 열대책을 필요로 하는 제너레이터를 엔진에 인접해서 배치하고 있기 때문에, 엔진으로부터 전달되는 열에 의해 제너레이터의 열부하가 증대하여, 보다 꼼꼼한 열대책이 필요해진다고 하는 문제도 있었다.
본 발명의 일측면은, 구동력을 발생하는 엔진; 입력축이 회전 구동됨으로써 발전을 하는 제너레이터; 상기 엔진과 상기 제너레이터와의 사이에 배설되고, 상기 엔진의 구동력을 분배해서 상기 제너레이터와 상기 차륜에 전달 가능한 동력분배장치; 그리고 상기 동력분배장치와는 다른 위치에 배치되고, 그 구동력을 상기 차륜에 전달 가능한 모터, 또는 상기 동력분배장치와는 다른 위치에 배치되고, 그 구동력을 상기 차륜 이외의 차륜에 전달 가능한 모터로 구성되어 있는 하이브리드 차량에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 구체화한 하이브리드 차량의 일실시형태를 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 하이브리드 차량을 표시하는 전체구성이며, 본 실시형태의 하이브리드 차량은 엔진을 수평으로 탑재한 전륜구동차를 베이스로 해서 구성되어 있다. 엔진(1)의 출력축(1a)은 유성 톱니바퀴 기구(2)(동력분배장치)의 피니언기어(3)를 지지하는 캐리어(4)에 연결되어 있다. 유성 톱니바퀴 기구(2)의 엔진 (1) 반대쪽에는 제너레이터(5)가 배치되어서, 제너레이터(5)의 입력축(5a)이 유성 톱니바퀴 기구(2)의 선기어(6)에 연결되어 있다. 유성 톱니바퀴 기구(2)의 링기어(7)에는 감속기어(8)가 맞물리고, 감속기어(8)에는 차동기어(9) 및 구동축(10)을 개재해서 좌우의 전륜(11)(차륜)이 연결되어 있다.
따라서, 엔진(1)의 운전 시에는, 그 출력축(1a)과 함께 유성 톱니바퀴 기구 (2)의 캐리어(4)가 회전하고, 피니언기어(3) 및 선기어(6)를 개재해서 제너레이터(5)가 구동되어서 발전이 된다. 이때, 제너레이터(5)의 발전부하에 따라서 선기어(6)의 회전이 억제됨으로써, 엔진(1)의 구동력의 일부가 캐리어(4)로부터 피니언기어(3), 링기어(7), 감속기어(8), 차동기어(9), 구동축(10)을 개재해서 전륜(11)에 전달되고, 전륜(11)을 회전 구동한다.
또한, 유성 톱니바퀴 기구(2), 제너레이터(5), 감속기어(8), 차동기어(9)는 공통의 기어 케이스(12) 내부에 수용되어 있다. 도시는 하지 않지만 제너레이터(5)의 하우징에는 오일을 저장한 오일재킷(oil jacket)이 형성되어 있다. 오일재킷 내의 오일은, 기어 케이스(12) 외부에 설치된 오일쿨러(oil cooler)와의 사이에서 순환해서 제너레이터(5) 전체를 냉각하도록 되어 있다.
한편, 좌우의 전륜(11)에는 인휠모터(in-wheel motor)(13)가 내장되어 있다. 또한, 인휠모터(13)의 구성은 주지하고 있는 바이기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 인휠모터(13)는 좌우의 전륜(11)의 서스펜션에 각각 요동 가능하게 배설되어 있으며, 예를 들면 상기 구동축(10)에 대해서 동일 축심 위에 로터를 연결한다. 로터의 외주에는 고리형상의 스테이터를 배치하고, 스테이터에 형성한 코일의 여자(勵磁)에 수반해서 로터의 마그넷과의 사이에 자계를 발생시켜서 로터에 회전력을 부여한다. 이것에 의해, 인휠모터(13)가 구동축(10)과 함께 전륜(11)을 회전 구동하게 되어 있다.
차량의 좌우의 후륜(14)에는 상기 인휠모터(13)와 동일구성의 인휠모터(15)가 배설되고, 이들의 인휠모터(15)에 의해 후륜(14)이 회전 구동되게 되어 있다.
한편, 상기 제너레이터(5) 및 인휠모터(13, 15)는 인버터(16)를 개재해서 주행용 배터리(17)에 접속되고, 인버터(16)는 컨트롤러(18)에 접속되어 있다. 컨트롤러(18)는 액셀 조작량이나 차량속도 등에 의거하여, 인버터(16)를 개재해서 제너레이터(5)나 인휠모터(13, 15)에 대한 역행제어(powering control) 및 회생제어(regeneration control)를 실시하는 동시에, 엔진(1)의 연료분사제어나 점화시기제어도 실시하고 있다. 이들의 컨트롤러(18)의 제어에 의한 엔진(1), 제너레이터(5), 인휠모터(13, 15)의 작동상황에 대해서 이하에 설명한다.
본 실시형태의 차량은, 모터주행을 기본으로 하고 필요에 따라 엔진(1)에 의해 어시스트한다. 즉, 주행부하가 낮은 저속주행 시 등에는, 엔진(1)을 정지시킨 상태에서 전ㆍ후륜(11, 14)의 인휠모터(13, 15)를 각각 작동시키고, 인휠모터(13, 15)의 구동력에 의해 전ㆍ후륜(11, 14)을 구동해서 차량을 주행시킨다. 여기서, 전륜(11)의 회전에 따라서 구동축(10)쪽으로부터 유성 톱니바퀴 기구(2)의 링기어(7)가 역구동된다. 한편, 엔진(1)의 정지에 의해 캐리어(4)는 정지 유지되고 있지만, 이때에는 제너레이터(5)의 작동정지(즉, 발전부하를 일으키지 않음)에 의해 선기어(6) 및 피니언기어(3)가 공전(空轉)하면서 링기어(7)의 회전을 허용한다. 따라서, 인휠모터(13)의 구동에 의한 전륜(11)의 회전이 허용된다.
그리고, 운전자의 액셀 밟음에 의해 차량의 요구 구동력이 증가하면, 제너레이터(5)가 작동을 개시해서 그 발전부하에 의해 선기어(6)의 공전을 억제한다. 그 결과, 전륜(11)쪽으로부터 역구동되어 있는 링기어(7)의 회전이 피니언기어(3) 및 캐리어(4)를 개재해서 엔진(1)쪽에 전달되어서 엔진(1)이 시동된다. 엔진시동 후에 는, 제너레이터(5)의 발전부하에 의해 선기어(6)의 회전이 억제됨으로서, 엔진(1)의 구동력이 캐리어(4), 피니언기어(3), 링기어(7)를 개재해서 전륜(11)쪽에 전달된다. 따라서, 인휠모터(13)에 더해서 엔진(1)에 의해서도 전륜(11)이 구동되게 된다. 이것에 의해, 액셀 조작량에 따른 차량의 구동력이 달성되는 동시에, 선기어(6)의 회전에 따라서 제너레이터(5)가 발전을 개시하고, 그 발전전력이 배터리(17)에 충전된다.
전륜(11)쪽 및 제너레이터(5)쪽에의 엔진(1)의 구동력의 분배비는 유성 톱니바퀴 기구(2)의 작동상태, 상세하게는 제너레이터(5)의 발전부하에 의한 선기어(6)의 회전억제에 따라서 변화한다. 엔진운전 중에는 항상 최소연비율의 회전영역에서 엔진(1)이 운전되도록 제너레이터(5)의 발전부하가 제어된다.
한편, 차량의 감속 시에는, 엔진(1)쪽에는 연료공급차단을 실시하는 동시에, 전ㆍ후륜(11, 14)의 인휠모터(13, 15)는 회생제어에 의해 발전기로서 기능한다. 또, 배터리(17)의 SOC(State 0f Charge)가 소정치를 하회하면, 엔진출력을 증가시킴으로써 잉여 토크분이 제너레이터(5)쪽으로 분배되고, 이것에 의해 증가한 제너레이터(5)의 발전전력이 배터리(17)에 충전된다.
다음에, 본 실시형태의 하이브리드 차량의 파워트레인을 구성하는 각 부재의 배치상태를 특허문헌 1의 것과 비교해서 설명한다.
특허문헌 1의 하이브리드 차량에서 유성 톱니바퀴 기구의 엔진 반대쪽에 배치하고 있던 모터를, 본 실시형태에서는 인휠모터(13, 15)로서 전ㆍ후륜(11, 14)에 각각 내장시키고 있다. 특허문헌 1에서는 엔진과 유성 톱니바퀴 기구와의 사이에 배치하고 있던 제너레이터를, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같은 모터의 이동에 의해서 확보된 유성 톱니바퀴 기구(2)의 엔진(1) 반대쪽의 공간에 배치하고 있다.
이 결과, 본 실시형태에서는 엔진(1), 유성 톱니바퀴 기구(2), 제너레이터(5)의 각 부재가 차량 폭방향으로 직렬로 배치되게 되며, 엔진(1)을 포함시킨 파워트레인의 전체길이는 특허문헌 1의 것에 비교해서 모터 상당분만큼 단축화된다. 따라서 본 실시형태에서는, 차량에의 파워트레인의 탑재성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또, 고출력 엔진(1)의 탑재를 위해서 선기어(6)의 회전억제에 필요로 하는 제너레이터(5)의 발전부하가 증대하고, 그 대책으로서 제너레이터(5)를 대형화할 필요가 생겼을 때에도, 본래의 파워트레인의 전체길이가 짧기 때문에, 아무런 지장없이 차량에 제너레이터(5)를 탑재할 수 있다.
또, 제너레이터(5)가 유성 톱니바퀴 기구(2)의 엔진(1) 반대쪽에 배치되기 때문에, 제너레이터(5)에의 엔진(1)의 열전달을 큰 폭으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 제너레이터(5)의 열대책의 간이화, 구체적으로는 제너레이터 냉각용의 오일쿨러의 소형화, 혹은 오일냉각으로부터 구조가 간단한 공냉으로의 변경 등에 의해 제조비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 과열에 의한 제너레이터(5)의 고장을 보다 확실히 방지해서 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
한편, 전ㆍ후륜(11, 14)을 구동하기 위한 모터로서 인휠모터(13, 15)를 이용하고 있기 때문에, 이들의 모터를 배치하기 위한 공간을 차체쪽에 확보할 필요가 없어져서, 공간절약화를 달성할 수 있다.
부가해서, 전륜(11)쪽 및 제너레이터(5)쪽에 엔진(1)의 구동력을 분배하는 동력분배장치로서 콤팩트한 유성 톱니바퀴 기구(2)를 이용하고 있으며, 이 요인도 파워트레인의 전체길이를 단축화하는 데에 공헌한다.
이상에서 실시형태의 설명을 마치지만, 본 발명의 양태는 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태의 하이브리드 차량에서는 엔진(1)의 구동력을 전륜(11)에 전달했지만, 이것을 대신해서 엔진(1)의 구동력을 후륜(14)에 전달하도록 구성해도 되고, 전륜(11)과 후륜(14) 양방에 전달하도록 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 전ㆍ후륜(11, 14)을 함께 인휠모터(13, 15)에 의해 구동했지만, 예를 들면 차체쪽에 배치한 통상의 모터에 의해 후륜(14)을 구동하도록 구성하거나, 혹은 후륜(14)의 인휠모터(15)를 생략해서 전륜(11)만을 인휠모터(13)로 구동하도록 구성하거나 해도 된다.
또한, 동력분배장치에 대해서도 유성 톱니바퀴 기구(2)에 한정하는 것은 아니고, 다른 기구를 이용해서 전륜(11)쪽과 제너레이터(5)쪽과의 구동력 분배를 실시하도록 해도 된다.
이와 같이 본 발명을 설명했지만, 이것이 여러 가지로 변경될 수 있음은 명백하다. 이와 같은 변형예는 본 발명의 정신 및 범위로부터의 일탈로서 간주되는 것은 아니며, 당업자에게 명백하게 될, 이들 모든 변형예는 다음 특허청구범위 내에 포함되도록 의도된 것이다.
본 실시형태에서는 엔진(1), 유성 톱니바퀴 기구(2), 제너레이터(5)의 각 부 재가 차량 폭방향으로 직렬로 배치되게 되며, 엔진(1)을 포함시킨 파워트레인의 전체길이는 특허문헌 1의 것에 비교해서 모터 상당분만큼 단축화된다. 따라서 본 실시형태에서는, 차량에의 파워트레인의 탑재성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또, 고출력 엔진(1)의 탑재를 위해서 선기어(6)의 회전억제에 필요로 하는 제너레이터(5)의 발전부하가 증대하고, 그 대책으로서 제너레이터(5)를 대형화할 필요가 생겼을 때에도, 본래의 파워트레인의 전체길이가 짧기 때문에, 아무런 지장없이 차량에 제너레이터(5)를 탑재할 수 있다.
또, 제너레이터(5)가 유성 톱니바퀴 기구(2)의 엔진(1) 반대쪽에 배치되기 때문에, 제너레이터(5)에의 엔진(1)의 열전달을 큰 폭으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 제너레이터(5)의 열대책의 간이화, 구체적으로는 제너레이터 냉각용의 오일쿨러의 소형화, 혹은 오일냉각으로부터 구조가 간단한 공냉으로의 변경 등에 의해 제조비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 과열에 의한 제너레이터(5)의 고장을 보다 확실히 방지해서 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
한편, 전ㆍ후륜(11, 14)을 구동하기 위한 모터로서 인휠모터(13, 15)를 이용하고 있기 때문에, 이들의 모터를 배치하기 위한 공간을 차체쪽에 확보할 필요가 없어져서, 공간절약화를 달성할 수 있다.
부가해서, 전륜(11)쪽 및 제너레이터(5)쪽에 엔진(1)의 구동력을 분배하는 동력분배장치로서 콤팩트한 유성 톱니바퀴 기구(2)를 이용하고 있으며, 이 요인도 파워트레인의 전체길이를 단축화하는 데에 공헌한다.

Claims (10)

  1. 구동력을 발생하는 엔진,
    입력축이 회전 구동됨으로써 발전을 하는 제너레이터,
    상기 엔진과 상기 제너레이터와의 사이에 배설되고, 상기 엔진의 구동력을 분배해서 상기 제너레이터와 차륜에 전달 가능한 동력분배장치, 및
    상기 동력분배장치와는 다른 위치에 배치되고, 그 구동력을 상기 차륜에 전달 가능한 모터를 포함하는 하이브리드 차량.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 차륜에 배설된 인휠모터(in-wheel motor)인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 인휠모터와는 별개로, 상기 차륜과는 다른 차륜을 구동하기 위한 별도의 모터를 부가해서 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 별도의 모터는, 상기 다른 차륜에 배설된 인휠모터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 동력분배장치는, 작동상태에 따라서 상기 차륜쪽 및 상기 제너레이터쪽에의 엔진 구동력의 분배비를 변화시키는 유성 톱니바퀴 기구인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유성 톱니바퀴 기구는, 선기어(sun gear)에 상기 제너레이터의 입력축이 연결되고, 상기 선기어와 맞물리는 피니언기어를 지지하는 캐리어에 상기 엔진의 출력축이 연결되고, 상기 피니언기어와 맞물리는 링기어로부터 상기 차륜에 상기 엔진의 구동력이 전달되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  7. 구동력을 발생하는 엔진,
    입력축이 회전 구동됨으로써 발전을 하는 제너레이터,
    상기 엔진과 상기 제너레이터와의 사이에 배설되고, 상기 엔진의 구동력을 분배해서 상기 제너레이터와 차륜에 전달 가능한 동력분배장치, 및
    상기 동력분배장치와는 다른 위치에 배치되고, 그 구동력을 상기 차륜과는 별도의 차륜에 전달 가능한 모터를 포함하는 하이브리드 차량.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 별도의 차륜에 배설된 인휠모터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 동력분배장치는, 작동상태에 따라서 상기 차륜쪽 및 상기 제너레이터쪽에의 엔진 구동력의 분배비를 변화시키는 유성 톱니바퀴 기구인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유성 톱니바퀴 기구는, 선기어에 상기 제너레이터의 입력축이 연결되고, 상기 선기어와 맞물리는 피니언기어를 지지하는 캐리어에 상기 엔진의 출력축이 연결되고, 상기 피니언기어와 맞물리는 링기어로부터 상기 차륜에 상기 엔진의 구동력이 전달되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
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