KR20100059160A - 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터의 샤프트에 각각 유압 모터펌프를 접속시키고, 유압 모터펌프간을 유압 파이프로 연결하여, 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터간의 동력 전달이 유압으로 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 모터-제너레이터의 입출력샤프트에 연결되는 제1풀리와, 엔진 크랭크샤프트에 연결된 제2풀리와, 제1 및 제2풀리를 연결하는 브이벨트를 포함하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 있어서, 상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트를 제1클러치에 의하여 제1풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 입출력 샤프트의 끝단부에 장착되는 제2클러치에 의하여 제1유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하고, 상기 크랭크샤프트를 제3클러치에 의하여 제2풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 크랭크샤프트의 끝단에 장착되는 제4클러치에 의하여 제2유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하며, 상기 제1 및 제2유압모터 펌프를 유압파이프로 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치를 제공한다.
모터-제너레이터, 유압모터 펌프, 클러치, 크랭크샤프트, 풀리, 브이벨트

Description

하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치{Motor-generator for hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터의 샤프트에 각각 유압 모터펌프를 접속시키고, 유압 모터펌프간을 유압 파이프로 연결하여, 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터간의 동력 전달이 유압으로 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 용량에 비해 모터의 용량이 적은 형태를 마일드 타입 하이브리드 시스템이라 하는데, 마일드 하이브리드 시스템은 구동모터만으로 차량이 구동하는 주행모드는 없지만 차량의 정지상태에서 가속시 또는 차량 주행중 추월 가속시에 순간적으로 높은 토크를 얻기 위해 엔진보다 응답성이 빠른 모터를 사용하여 주행에 필요한 토크를 공급하는 시스템을 말한다.
종래의 마일드 하이브리드 시스템을 구비한 차량에 있어서, 엔진(Engine)과 모터-제너레이터(Motor-Generator)의 출력축에 장착된 각 풀리(Pulley)가 동력 전달을 위한 브이벨트(V-Belt)로 연결되어 있다.
상기 엔진 및 모터-제너레이터간을 연결하는 브이벨트에 의한 동력 전달력은 브이벨트의 속도에 의존하지만, 모터-제너레이터의 낮은 회전수에서 브이벨트는 토크 전달을 제대로 할 수 없는 문제점이 있다.
보다 상세하게는, 상기 모터-제너레이터의 동력을 엔진쪽으로 전달하기 위한 브이벨트의 동력 전달력은 브이벨트의 속도에 의존하고 있지만, 모터-제너레이터의 낮은 회전수 상태에서 브이벨트는 엔진쪽으로 토크 전달을 제대로 할 수 없으며, 그 이유는 브이벨트의 속도와 전달력의 상관 관계를 나타낸 도 1에서 보는 바와 같이 모터-제너레이터의 회전수에 따른 브이벨트의 속도도 낮으면 브이벨트로부터 엔진쪽으로 전달되는 전달력이 극히 낮아지기 때문이다.
한편, 모터의 효율, 즉 전력변환 효율은 모터-제너레이터가 저속이면서 고 토크 영역일 때 가장 떨어지는 것으로 알려져 있다.
예를 들면, 모터-제너레이터의 회전수가 저속인 250rpm에서 400∼500Nm의 고 토크를 얻으려고 한다면, 도 2에서 보는 바와 같이 모터의 효율은 50% 이하의 영역으로 떨어지지만, 이 영역은 통상의 스타터(Starter) 역할을 할 때 모터-제너레이터에서 어쩔수 없이 사용하는 영역이므로, 결국 모터-제너레이터의 스타터 역할시 전원이 되는 배터리의 부담이 커지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터의 샤프트에 각각 클러치에 의하여 유압 모터펌프를 접속시키고, 유압 모터펌프간을 유압 파이프로 연결하여, 엔진의 크랭크샤프트와 모터-제너레이터간의 동력 전달이 유압으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진의 크랭크샤프트에는 저회전이면서 고토크의 힘을 전달할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터-제너레이터의 입출력샤프트에 연결되는 제1풀리와, 엔진 크랭크샤프트에 연결된 제2풀리와, 제1 및 제2풀리를 연결하는 브이벨트를 포함하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 있어서, 상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트를 제1클러치에 의하여 제1풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 입출력 샤프트의 끝단부에 장착되는 제2클러치에 의하여 제1유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하고, 상기 크랭크샤프트를 제3클러치에 의하여 제2풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 크랭크샤프트의 끝단에 장착되는 제4클러치에 의하여 제2유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하며, 상기 제1 및 제2유압모터 펌프를 유압파이프로 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치를 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 엔진 시동 및 발진시, 상기 제2클러치 및 제4클러 치를 결합하는 동시에 제1클러치 및 제3클러치를 해제함으로써, 상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트의 회전력이 각각 제1유압모터 펌프와 제2유압모터 펌프를 통해 크랭크샤프트로 전달되도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 모터-제너레이터의 효율이 높은 영역에 들어가는 경우, 상기 제1클러치 및 제3클러치를 결합하는 동시에 제2클러치 및 제4클러치를 해제하여, 상기 입출력샤프트의 회전력이 제1풀리와 브이벨트와 제2풀리를 통하여 크랭크샤프트로 전달되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
1) 엔진의 동력을 모터-제너레이터쪽으로 전달하는 브이벨트의 속도를 가변되는 엔진의 회전수에 관계없이 전달력이 높은 일정범위로 유지시킬 수 있다.
2) 모터-제너레이터가 스타터 역할을 하여 엔진을 시동시킬 때, 모터-제너레이터를 고속으로 회전시켜 모터효율이 좋은 영역을 이용하도록 하여 시동 동작시 에너지 효율을 높일 수 있고, 동시에 엔진의 크랭크샤프트에는 저회전이면서 고토크의 힘을 전달할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
마일드 하이브리드 시스템을 구비한 차량에 있어서, 엔진 크랭크샤프트에는 크랭크샤프트용 풀리가 연결되고 있고, 모터-제너레이터의 축에는 모터-제너레이터용 풀리가 연결되어 있으며, 상기 크랭크샤프트용 풀리와 모터-제너레이터용 풀리는 브이벨트로 연결되어 있다.
본 발명은 유압 모터펌프를 이용하여, 모터-제너레이터와 브이벨트 및 풀리에 의하여 연결되는 엔진 크랭크 샤프트에 동력 전달을 하되, 모터-제너레이터의 낮은 회전수 및 그에 따른 브이벨트의 낮은 속도에서도 엔진에 대한 큰 동력 전달력을 실현할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
즉, 첨부한 1에서 보듯이 브이-벨트는 그 저속 영역에서 전달력이 작지만, 본 발명에서는 유압 모터펌프를 이용하여 저속에서도 브이-벨트의 전달력을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 유압 모터 구동형 모터-제너레이터(30: Motor-Generator)의 입출력 샤프트(20)는 제1풀리(21)와 제1클러치(11)에 의하여 접속 가능하게 연결되고, 또한 입출력 샤프트(20)의 끝단부에 장착되는 제2클러치(12)에 의하여 제1유압모터 펌프(15)와 접속 가능하게 연결된다.
즉, 상기 모터-제너레이터(30)의 입출력 샤프트(20)는 제1풀리(21:Pulley)에 접속되는 제1클러치(11)와, 제1유압모터 펌프(15)에 접속되는 제2클러치(12)와 접속된다.
따라서, 상기 제1클러치(11)를 결합함으로써, 상기 모터-제너레이터(30)의 입출력 샤프트(20)의 회전력은 제1풀리(21)와, 브이벨트(19)와, 제2풀리(22)를 통해 전달되지만, 상기 제1클러치(11)를 해제하고 상기 제2클러치(12)를 결합하면 모터-제너레이터(30)의 입출력 샤프트(20)의 회전력은 제1유압모터 펌프(15)를 경유하여 전해지게 된다.
상기 엔진측도 마찬가지로, 엔진(40)으로부터 연장된 크랭크샤프트(23)는 상기 제1풀리(21)와 브이벨트(19)로 연결되는 제2풀리(22)와 제3클러치(13)에 의하여 접속되고, 또한 크랭크샤프트(23)의 끝단에 장착되는 제4클러치(14)에 의하여 제2유압모터 펌프(16)와 접속 가능하게 연결된다.
미설명부호 17 및 18은 제1 및 제2유압모터 펌프간을 연결하는 유압파이프이다.
상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 대한 동작을 살펴보면 다음과 같다.
엔진 시동시, 상기 제2클러치(12) 및 제4클러치(14)를 결합하는 동시에 제1클러치(11) 및 제3클러치(13)를 해제함으로써, 상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트(20)의 회전력이 각각 제1유압모터 펌프(15)와 제2유압모터 펌프(16)를 통해 크랭크샤프트(23)로 전달된다.
이에, 상기 모터-제너레이터의 작동 효율을 좋은 영역에서 활용하면서 상기 제1 및 제2유압모터 펌프(15,16)에서 유압을 발생시키고, 이때의 유압 회전력에 의하여 입출력샤프트(20)의 회전력이 크랭프샤프트(23)로 전달하는 바, 결국 유압 회전력에 의하여 크랭크샤프트(23)는 엔진 시동시에 필요한 저회전으로 큰 토크를 발생시키며 회전하게 된다.
이와 같이, 엔진 시동을 위하여 엔진의 크랭크샤프트(23)에 저회전이면서 고토크의 힘을 전달할 수 있다.
또한, 차량 발진시의 경우도 마찬가지로, 상기와 같은 유압 회전력에 의하여 크랭크샤프트(23)는 차량 발진에 필요한 저회전으로 큰 토크를 발생시키며 회전을 하게 된다.
이후, 상기 엔진의 회전수가 높아지면서, 엔진의 회전수가 모터-제너레이터의 효율이 높은 영역에 들어가는 경우, 상기 제1클러치(11) 및 제3클러치(13)를 결합하고, 제2클러치(12) 및 제4클러치(14)를 분리하여, 상기 입출력샤프트(20)의 회전력이 제1풀리(11)와 브이벨트(19)와 제2풀리(22)를 통하여 크랭크샤프트(23)로 전달된다.
한편, 상기 유압모터 펌프의 특성은 첨부한 도 3에 도시된 회색 부분은 통상 사용 되지 않은 영역이지만, 저속 및 고 토크 전달이 가능하다.
도 1은 도 1은 모터-제너레이터와 엔진 크랭크샤프트를 연결하는 브이벨트의 속도 및 그 전달력과의 상관관계를 나타내는 그래프,
도 2는 모터-제너레이터의 회전수와 토크를 기반으로 하는 모터효율을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 적용되는 유압모터 펌프의 특성을 설명하는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치를 나타내는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 제1클러치 12 : 제2클러치
13 : 제3클러치 14 ; 제4클러치
15 : 제1유압모터 펌프 16 : 제2유압모터 펌프
17, 18 : 유압파이프 19 : 브이벨트
20 : 입출력 샤프트 21 : 제1풀리
22 : 제2풀리 23 : 크랭크샤프트
30 : 모터-제너레이터 40 : 엔진

Claims (3)

  1. 모터-제너레이터의 입출력샤프트에 연결되는 제1풀리와, 엔진 크랭크샤프트에 연결된 제2풀리와, 제1 및 제2풀리를 연결하는 브이벨트를 포함하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치에 있어서,
    상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트를 제1클러치에 의하여 제1풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 입출력 샤프트의 끝단부에 장착되는 제2클러치에 의하여 제1유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하고,
    상기 크랭크샤프트를 제3클러치에 의하여 제2풀리와 접속 가능하게 연결하는 동시에 상기 크랭크샤프트의 끝단에 장착되는 제4클러치에 의하여 제2유압모터 펌프와 접속 가능하게 연결하며,
    상기 제1 및 제2유압모터 펌프를 유압파이프로 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    엔진 시동 및 발진시, 상기 제2클러치 및 제4클러치를 결합하는 동시에 제1클러치 및 제3클러치를 해제함으로써, 상기 모터-제너레이터의 입출력 샤프트의 회전력이 각각 제1유압모터 펌프와 제2유압모터 펌프를 통해 크랭크샤프트로 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터-제너레이터의 효율이 높은 영역에 들어가는 경우, 상기 제1클러치 및 제3클러치를 결합하는 동시에 제2클러치 및 제4클러치를 해제하여, 상기 입출력샤프트의 회전력이 제1풀리와 브이벨트와 제2풀리를 통하여 크랭크샤프트로 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 유압 모터 구동형 모터-제너레이터 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101499256B1 (ko) * 2008-12-19 2015-03-06 두산인프라코어 주식회사 이단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템
KR101509933B1 (ko) * 2013-10-08 2015-04-07 현대자동차주식회사 차량의 isg 제어 시스템 및 방법

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