KR20160043304A - 하이브리드의 변속기 구조 - Google Patents

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KR20160043304A
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ring gear
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김석준
하준영
김백유
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    • Y10S903/912—Drive line clutch
    • Y10S903/914—Actuated, e.g. engaged or disengaged by electrical, hydraulic or mechanical means

Abstract

본 발명은 하이브리드의 변속기 구조에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량의 전륜과 연결되는 엔진(10)과; 상기 엔진(10)과 연결되는 유성기어부(20)와; 상기 유성기어부(20)와 연결되는 제1모터제너레이터(30)와; 상기 제1모터제너레이터(30)와 연결되는 오버드라이브 브레이크(40)와; 차량의 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터(50)로 구성되어, 고연비 시스템인 power split 구조와 parallel 구조를 동시에 유지하면서도 시스템 사이즈를 축소시킬 수 있게 하여 연비 향상은 물론 소형차 하이브리드 개발이 가능하게 하는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

하이브리드의 변속기 구조{Transmission structure of HEV}
본 발명은 하이브리드의 변속기 구조에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량에서 power split 주행이 가능하며 parallel 구동이 가능하게 하여 연비를 향상시키기고, 상황에 따른 주행 모드 전환이 가능하게 하기 위한 하이브리드의 변속기 구조에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차는 전기의 동력과 내연기관의 동력원을 조합하여 구동하는 자동차로서 가솔린 엔진과 전기 모터로 시스템의 효율이 높은 지점에서 동작되도록 제어하여 효율이 우수하면서 배기가스를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는 전기 자동차와 같이 별도의 충전 시설 구축이 불필요하며 연비향상과 기존의 가솔린 차량과 동등한 주행거리를 확보할 수 있어 미래형 친환경 자동차의 주류를 이룰 것으로 기대된다.
이때, 하이브리드 자동차의 동력분기방식은 유성기어와 같이 동력 흐름을 분기하는 동력분기장치를 사용하여 엔진의 동력을 직접 출력축으로 전달하는 기계적 흐름과 엔진의 동력을 이용하여 제너레이터를 발전하고, 발전된 동력을 이용하여 배터리를 충전하거나 충전된 배터리의 에너지로 모터를 구동하는 전기적 흐름으로 구성된다.
그러나, 종래의 하이브리드 차량은 주행 시 효율이 떨어지게 되어 연비가 저하되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2014-0080638
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 하이브리드의 변속기 구조에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량에서 power split 주행이 가능하며 parallel 구동이 가능하게 하여 연비를 향상시키기고, 상황에 따른 주행 모드 전환이 가능하게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 하이브리드 차량의 전륜과 연결되는 엔진과; 상기 엔진과 연결되는 유성기어부와; 상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와; 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와; 차량의 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터;를 포함함으로써 달성된다.
또한, 본 발명은 하이브리드 차량의 후륜과 연결되는 엔진과; 상기 엔진과 연결되는 유성기어부와; 상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와; 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와; 차량의 전륜과 연결되는 제2모터제너레이터;를 포함함으로써 달성된다.
상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 싱크로가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 유성기어부는 링기어와, 캐리어와, 선기어를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로는 상기 링기어와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 캐리어는 상기 엔진과 연결되며, 상기 선기어는 상기 제1모터제너레이터와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 엔진과 상기 캐리어를 연결하는 축에는 토크차단부가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 토크차단부는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 하이브리드 차량의 전륜과 연결되는 엔진과; 상기 엔진과 연결되며, 캐리어와, 선기어와, 링기어로 이루어지는 유성기어부와; 상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와; 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와; 차량의 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터와; 상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로와; 상기 링기어를 고정시키며 상기 출력싱크로와 연결되는 링기어싱크로;를 포함함으로써 달성된다.
또한, 본 발명은 하이브리드 차량의 후륜과 연결되는 엔진과; 상기 엔진과 연결되며, 캐리어와, 선기어와, 링기어로 이루어지는 유성기어부와; 상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와; 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와; 차량의 전륜과 연결되는 제2모터제너레이터와; 상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로와; 상기 링기어를 고정시키며 상기 출력싱크로와 연결되는 링기어싱크로;를 포함함으로써 달성된다.
상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로는 상기 링기어와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 캐리어는 상기 엔진과 연결되며, 상기 선기어는 상기 제1모터제너레이터와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 엔진과 상기 캐리어를 연결하는 축에는 토크차단부가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 토크차단부는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 고연비 시스템인 power split 구조와 parallel 구조를 동시에 유지하면서도 시스템 사이즈를 축소시킬 수 있게 하여 연비 향상은 물론 소형차 하이브리드 개발이 가능하게 하는 동시에 PHEV의 경우 EV 후륜 및 엔진 전륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 전륜 및 엔진 후륜 주행이 가능하게 하여 후륜 위주의 시스템을 형성하여 운전성을 증대시키고, 또한 눈이나 비로 인한 악천후 조건에서는 PHEV의 경우 EV 전륜 및 엔진 후륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 후륜 및 엔진 전륜 주행이 가능하게 하여 안전성을 향상시키는 운전이 가능하게 하는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제1실시예를 도시하는 구조도,
도 4는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제1실시예에서 power split 모드를 도시하는 구조도,
도 5는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제1실시예에서 EV 모드를 도시하는 구조도,
도 6은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제1실시예에서 엔진 직결 모드를 도시하는 구조도,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제2실시예를 도시하는 구조도,
도 10은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제2실시예에서 power split 모드를 도시하는 구조도,
도 11은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제2실시예에서 EV 모드를 도시하는 구조도,
도 12는 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제2실시예에서 엔진 직결 모드를 도시하는 구조도,
도 13은 본 발명의 하이브리드의 변속기 구조의 제2실시예에서 series 모드를 도시하는 구조도.
본 발명의 제1실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드의 변속기 구조는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 전륜 또는 후륜과 연결되는 엔진(10)과, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)와, 엔진(10)과 연결되지 않은 전륜 또는 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터(50)를 포함한다.
우선 본 발명은 하이브리드 변속기의 power split모드와 parallel모드가 동시에 구동될 수 있게 하기 위한 것으로, 차량의 전륜 또는 후륜 중 어느 한쪽에 엔진(10)과, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)가 연결 배치된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(10)이 하이브리드 차량의 전륜에 연결되는 경우, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)도 전륜에 배치되며, 엔진(10)이 후륜에 연결되는 경우에는 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)도 후륜에 배치된다.
이때, 유성기어부(20)는 엔진(10)과 연결되며, 제1모터제너레이터(30)는 유성기어부(20)와 연결되도록 한다.
또한, 오버드라이브 브레이크(40)는 제1모터제너레이터(30)와 연결되도록 하여 오버드라이브 모드가 가능하게 한다.
한편, 유성기어부(20)는 링기어(21)와, 캐리어(22)와, 선기어(23)를 포함하도록 한다.
또한, 엔진(10)과 제1모터제너레이터(30)의 동력이 나가는 경로에는 싱크로(60)가 구비되도록 하여 경우에 따라 동력 차단이 가능하게 한다.
즉, 싱크로(60)가 결합된 power split 모드는 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 되며, 싱크로(60)가 해제된 EV 모드는 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 되고, 싱크로(60)가 결합되어 오버드라이브 브레이크(40)가 작동하게 되는 엔진 직결 모드는 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 된다.
이때, 엔진(10)과 제1모터제너레이터(30)의 동력이 나가는 경로는 링기어(21)와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 캐리어(22)는 엔진(10)과 연결되며, 선기어(23)는 제1모터제너레이터(30)와 연결되도록 하여 e-CVT모드가 구현될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이때, 엔진(10)과 캐리어(22)를 연결하는 축에는 토크차단부(70)가 구비되도록 하여 엔진(10)이 작동하지 않을 때 엔진(10)에 걸리는 토크를 차단할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
한편, 토크차단부(70)는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되도록 한다.
제2모터제너레이터(50)는 엔진(10)이 차량의 전륜에 연결되는 경우 후륜에 연결되며, 엔진(10)이 차량의 후륜에 연결되는 경우에는 전륜에 연결된다.
이때, 제2모터제너레이터(50)는 감속구조로 인하여 아웃풋 샤프트와 연결되며, 감속 구조는 외접기어를 통해 감속비를 형성하게 된다.
한편, 본 발명에서 엔진(10)의 전륜 배치 및 모터의 전륜 배치 시 발생하는 간섭을 방지하기 위해 엔진(10)을 경우에 따라 캐리어(22)와 외접기어로 연결 배치될 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 전륜 또는 후륜과 연결되는 엔진(10)과, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)와, 엔진(10)과 연결되지 않은 전륜 또는 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터(50)로 이루어져, 고연비 시스템인 power split 구조와 parallel 구조를 동시에 유지하면서도 시스템 사이즈를 축소시킬 수 있게 하여 연비 향상은 물론 소형차 하이브리드 개발이 가능하게 한다.
또한, 차량 주행 시 PHEV의 경우 EV 후륜 및 엔진(10) 전륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 전륜 및 엔진(10) 후륜 주행이 가능하게 하여 후륜 위주의 시스템을 형성하여 운전성을 증대시키고, 눈이나 비로 인한 악천후 조건에서는 PHEV의 경우 EV 전륜 및 엔진(10) 후륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 후륜 및 엔진(10) 전륜 주행이 가능하게 하여 안전성을 향상시키는 운전이 가능하게 한다.
본 발명의 제2실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드의 변속기 구조는 도 7 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 전륜 또는 후륜과 연결되는 엔진(10)과, 캐리어(22), 선기어(23), 링기어(21)로 이루어진 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)와, 엔진(10)과 연결되지 않은 전륜 또는 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터(50)와, 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로(80)와, 링기어(21)를 고정시키는 링기어싱크로(90)를 포함한다.
우선 본 발명은 하이브리드 변속기의 power split모드와 parallel모드와 series 모드가 동시에 구동될 수 있게 하기 위한 것으로, 차량의 전륜 또는 후륜 중 어느 한쪽에 엔진(10)과, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)가 연결 배치된다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 엔진(10)이 하이브리드 차량의 전륜에 연결되는 경우, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)도 전륜에 배치되며, 엔진(10)이 후륜에 연결되는 경우에는 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)도 후륜에 배치된다.
이때, 유성기어부(20)는 엔진(10)과 연결되며, 제1모터제너레이터(30)는 유성기어부(20)와 연결되도록 한다.
또한, 오버드라이브 브레이크(40)는 제1모터제너레이터(30)와 연결되도록 하여 오버드라이브 모드가 가능하게 한다.
한편, 유성기어부(20)는 링기어(21)와, 캐리어(22)와, 선기어(23)를 포함하도록 한다.
또한, 엔진(10)과 제1모터제너레이터(30)의 동력이 나가는 경로에는 출력싱크로(80)가 구비되도록 하여 경우에 따라 동력 차단이 가능하게 한다.
또한, 링기어싱크로(90)는 유성기어부(20)의 링기어(21)를 고정시키며 출력싱크로(80)와 연결되도록 하여 series 모드 구현이 가능하게 한다.
이때, 링기어싱크로(90)와 출력싱크로(80) 결합이 동시에 이루어져야 하므로 싱크로 포크 슬리브를 공용화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 출력싱크로(80)가 결합되고 링기어싱크로(90)가 해제된 power split 모드는 도 10에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 되며, 출력싱크로(80)가 해제되고 링기어싱크로(90)가 작동되는 EV 모드는 도 11에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 되고, 출력싱크로(80)가 결합되고 링기어싱크로(90)가 해제되고 오버드라이브 브레이크(40)가 작동하게 되는 엔진 직결 모드는 도 12에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 되고, 출력싱크로(80)가 해제되고 링기어싱크로(90)가 작동되고 오버드라이브 브레이크(40)가 해제되는 series 모드는 도 13에 도시된 바와 같은 구조를 형성하게 된다.
한편, 엔진(10)과 제1모터제너레이터(30)의 동력이 나가는 경로는 링기어(21)와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 캐리어(22)는 엔진(10)과 연결되며, 선기어(23)는 제1모터제너레이터(30)와 연결되도록 하여 e-CVT모드가 구현될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 엔진(10)과 캐리어(22)를 연결하는 축에는 토크차단부(70)가 구비되도록 하여 엔진(10)이 작동하지 않을 때 엔진(10)에 걸리는 토크를 차단할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
한편, 토크차단부(70)는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되도록 한다.
제2모터제너레이터(50)는 엔진(10)이 차량의 전륜에 연결되는 경우 후륜에 연결되며, 엔진(10)이 차량의 후륜에 연결되는 경우에는 전륜에 연결된다.
이때, 제2모터제너레이터(50)는 감속구조로 인하여 아웃풋 샤프트와 연결되며, 감속 구조는 외접기어를 통해 감속비를 형성하게 된다.
한편, 본 발명에서 엔진(10)의 전륜 배치 및 모터의 전륜 배치 시 발생하는 간섭을 방지하기 위해 엔진(10)을 경우에 따라 캐리어(22)와 외접기어로 연결 배치될 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 전륜 또는 후륜과 연결되는 엔진(10)과, 유성기어부(20)와, 제1모터제너레이터(30)와, 오버드라이브 브레이크(40)와, 엔진(10)과 연결되지 않은 전륜 또는 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터(50)와, 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로(80)와, 링기어(21)를 고정시키는 링기어싱크로(90)로 이루어져, 고연비 시스템인 power split 구조와 parallel 구조와 series 구조를 동시에 유지하면서도 시스템 사이즈를 축소시킬 수 있게 하여 연비 향상은 물론 소형차 하이브리드 개발이 가능하게 한다.
또한, 차량 주행 시 PHEV의 경우 EV 후륜 및 엔진(10) 전륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 전륜 및 엔진(10) 후륜 주행이 가능하게 하여 후륜 위주의 시스템을 형성하여 운전성을 증대시키고, 눈이나 비로 인한 악천후 조건에서는 PHEV의 경우 EV 전륜 및 엔진(10) 후륜 주행이 가능하며, HEV의 경우 EV 후륜 및 엔진(10) 전륜 주행이 가능하게 하여 안전성을 향상시키는 운전이 가능하게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 엔진 20 : 유성기어부
21 : 링기어 22 : 캐리어
23 : 선기어 30 : 제1모터제너레이터
40 : 오버드라이브 브레이크 50 : 제2모터제너레이터
60 : 싱크로 70 : 토크차단부
80 : 출력싱크로 90 : 링기어싱크로

Claims (14)

  1. 하이브리드 차량의 전륜과 연결되는 엔진과;
    상기 엔진과 연결되는 유성기어부와;
    상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와;
    차량의 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  2. 하이브리드 차량의 후륜과 연결되는 엔진과;
    상기 엔진과 연결되는 유성기어부와;
    상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와;
    차량의 전륜과 연결되는 제2모터제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 싱크로가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유성기어부는 링기어와, 캐리어와, 선기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로는 상기 링기어와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 엔진과 연결되며, 상기 선기어는 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진과 상기 캐리어를 연결하는 축에는 토크차단부가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 토크차단부는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  9. 하이브리드 차량의 전륜과 연결되는 엔진과;
    상기 엔진과 연결되며, 캐리어와, 선기어와, 링기어로 이루어지는 유성기어부와;
    상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와;
    차량의 후륜과 연결되는 제2모터제너레이터와;
    상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로와;
    상기 링기어를 고정시키며 상기 출력싱크로와 연결되는 링기어싱크로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  10. 하이브리드 차량의 후륜과 연결되는 엔진과;
    상기 엔진과 연결되며, 캐리어와, 선기어와, 링기어로 이루어지는 유성기어부와;
    상기 유성기어부와 연결되는 제1모터제너레이터와;
    상기 제1모터제너레이터와 연결되는 오버드라이브 브레이크와;
    차량의 전륜과 연결되는 제2모터제너레이터와;
    상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로에 구비되는 출력싱크로와;
    상기 링기어를 고정시키며 상기 출력싱크로와 연결되는 링기어싱크로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 엔진과 상기 제1모터제너레이터의 동력이 나가는 경로는 상기 링기어와, 아웃풋 샤프트와, 디퍼렌셜 기어를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 엔진과 연결되며, 상기 선기어는 상기 제1모터제너레이터와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 엔진과 상기 캐리어를 연결하는 축에는 토크차단부가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 토크차단부는 원웨이클러, 투웨이클러치, 브레이크 중 하나가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드의 변속기 구조.
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