KR20190006219A - 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템은, 엔진의 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 모터, 상기 제1 모터의 제1 회전자에서 상기 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 전달경로 상에 설치되는 제1 클러치, 변속기의 입력축으로 회전력을 출력하는 제2 모터, 및 상기 출력축에서 상기 제2 모터의 제2 회전자로 회전력을 전달하는 전달경로 상에 설치되는 제2 클러치를 포함할 수 있다.

Description

두 개의 모터를 갖는 동력 시스템{POWER SYSTEM HAVING TWO MOTOR}
본 발명은 HEV 및 PHEV 차량에서 엔진과 모터의 동력을 이용하여 차량에 필요한 구동력을 효율적으로 생성하고 연료소모를 줄일 수 있는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 가지의 동력원을 사용하고, 이들의 배치 형태에 따라서 다양한 구조를 구현할 수 있다.
이러한, 하이브리드 전기 자동차의 한 종류로서 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이 있고, 이 방식은 엔진, 모터, 및 변속기가 구동축 상에 직렬로 연결되는 구조를 갖는다.
여기서, 엔진과 모터 사이에는 엔진 클러치가 구비되어, 엔진 클러치의 결합에 따라 하이브리드 전기 자동차는 EV (electric vehicle) 모드와 HEV(hybrid electric vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
EV모드는 모터의 구동력 만으로 자동차가 주행하는 모드이고, HEV모드는 모터와 엔진의 구동력으로 자동차가 주행하는 모드이며, 이는 엔진 클러치의 결합과 해제에 의해서 구현된다.
최근에는 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 엔진에 대한 수요가 증가되고 있으며, 연료소모를 더욱 줄일 수 있는 지속적인 전기주행모드에 대한 요구가 증가하고 있다.
따라서, 전기 모터의 용량을 증대할 필요가 있으며, 완성차 업계에서는 동일한 TMED 시스템에서 모터 용량을 실질적으로 증대하거나, 두 개 이상의 모터를 적용하기 위한 기술이 연구되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 공개특허 10-2010-0015063
본 발명의 목적은 TMED 시스템에서 엔진과 모터를 이용하여 구동력을 생성하되, 하나의 모터를 사용하는 시스템과 비교하여 모터에 의한 주행거리를 증가시킬 수 있고, 모터에 의한 출력을 향상시킬 수 있는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템은, 엔진의 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 모터, 상기 제1 모터의 제1 회전자에서 상기 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 전달경로 상에 설치되는 제1 클러치, 변속기의 입력축으로 회전력을 출력하는 제2 모터, 및 상기 출력축에서 상기 제2 모터의 제2 회전자로 회전력을 전달하는 전달경로 상에 설치되는 제2 클러치를 포함할 수 있다.
상기 제1 모터와 상기 제2 모터 사이에 배치되는 제1 격벽, 상기 제2 모터와 상기 변속기 사이에 배치되는 제2 격벽, 상기 제1 격벽과 상기 출력축 사이에 개재되는 제1 베어링, 및 상기 제2 격벽과 상기 입력축 사이에 개재되는 제2 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제1 격벽을 기준으로 상기 제1 회전자의 회전속도를 감지하는 제1 레졸버, 및 상기 제2 격벽을 기준으로 상기 제2 회전자의 회전속도를 감지하는 제2 레졸버를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템은 엔진의 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 모터, 변속기의 입력축으로 회전력을 출력하는 제2 모터, 및 상기 출력축에서 상기 제2 모터의 제2 회전자로 회전력을 전달하는 전달경로 상에 설치되는 클러치를 포함할 수 있다.
상기 제1 모터와 상기 제2 모터 사이에 배치되는 제1 격벽에서 수평방향으로 연장되는 연장부, 및 상기 연장부와 상기 출력축 사이에 배치되는 제1 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제1 모터에서 회전하는 회전부분의 무게중심선이 상기 베어링의 영역 안에 포함될 수 있다.
상기 제1 모터의 회전하는 회전부분의 무게중심선이 상기 베어링의 중심부를 지날 수 있다.
상기 제1 모터의 회전부분은 상기 제1 회전자와 상기 출력축을 연결하는 회전부재를 포함하고, 상기 회전부재는, 상기 출력축 상에 스플라인 결합되는 제1 부재, 상기 제1 부재의 일단부에 일체로 연결되고 외측으로 연장되는 제2 부재, 및 상기 제2 부재의 외측 단부에서 상기 연장부와 마주하도록 연장되는 제3 부재를 포함하고, 상기 제1 베어링은 상기 제1 부재와 상기 연장부 사이에 개재될 수 있다.
상기 제1 모터의 회전자의 일측에 장착되는 중량부재를 더 포함할 수 있다.
상기 중량부재는 상기 회전자의 회전방향을 따라서 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 엔진, 제1 모터, 제2 모터, 및 변속기를 하나의 구동축 상에 순서대로 배열하고, 제1,2 모터를 이용하여 구동력을 생성함으로써, 보다 큰 출력을 얻을 수 있다.
또한, 두 개의 모터 중, 하나의 모터로 주행하는 경우에, 다른 하나의 모터는 엔진에 의해서 충전이 가능하기 때문에, 실질적으로 모터에 의한 주행거리를 용이하게 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에서 일부 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 동력 시스템은 주요 구성요소들로써 엔진(100), 출력축(105), 제1 전달경로(122), 제1 모터(125), 제1 레졸버(160), 제1 베어링(150), 제2 전달경로(172), 제1 클러치(120), 제2 클러치(170), 제2 모터(135), 제2 레졸버(165), 제2 베어링(155), 입력축(110), 변속기(115), 하우징(140), 제1 격벽(130), 및 제2 격벽(145)을 포함한다.
상기 엔진(100)의 출력축(105)과 상기 변속기(115)의 입력축(110)은 동축상에 배치되고, 상기 제1 모터(125)는 상기 제1 전달경로(122)를 통해서 상기 출력축(105)으로 회전력을 전달하도록 구성된다.
여기서, 상기 제1 모터(125)는 제1 회전자(R1)와 제1 고정자(S1)를 포함하며, 회전자와 고정자의 구조 및 기능에 대해서는 모터에 대한 공지기술을 참조한다.
상기 제1 전달경로(122) 상에는 상기 제1 클러치(120)가 배치되고, 상기 제1 클러치(120)는 상기 제1 모터(125)의 제1 회전자(R1)와 상기 출력축(105) 사이에서 상기 제1 전달경로(122)를 연결하거나, 상기 제1 전달경로(122)를 분리한다.
상기 제2 모터(135)는 상기 변속기(115)의 입력축으로 회전력을 전달하도록 구성되고, 상기 제2 모터(135)는 제2 회전자(R2)와 제2 고정자(S2)를 포함하며, 상기 제2 회전자(R2)는 상기 입력축(110)과 연결되어 함께 회전한다.
제2 전달경로(172)는 상기 출력축(105)의 회전력을 상기 제2 모터(135)의 제2 회전자(R2)로 전달하고, 상기 제2 클러치(170)는 상기 출력축(105)과 상기 제2 회전자(R2) 사이의 제2 전달경로(172) 상에 배치되고, 상기 제2 전달경로(172)를 연결하거나, 상기 제2 전달경로(172)를 분리한다.
상기 제1 모터(125)와 상기 제2 모터(135)의 외측에는 하우징(140)이 고정되어 배치되고, 상기 제1 격벽(130)은 상기 하우징(140)에서 안쪽으로 연장되어 상기 제1 모터(125)와 상기 제2 모터(135) 사이 공간을 구분한다.
아울러, 상기 제2 격벽(145)은 상기 하우징(140)에서 안쪽으로 연장되어 상기 제2 모터(135)와 상기 변속기(115) 사이의 공간을 구분한다.
상기 제1 베어링(150)은 상기 제1 격벽(130)의 단부에 배치되어, 상기 출력축(105)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 제2 베어링(155)은 상기 제2 격벽(145)의 단부에 배치되어, 상기 입력축(110)을 회전 가능하게 지지한다.
상기 제1 레졸버(160)는 상기 제1 격벽(130)을 기준으로 상기 제1 모터(125)의 제1 회전자의 회전을 감지하여, 상기 제1 모터(125)의 회전속도를 감지하고, 상기 제2 레졸버(165)는 상기 제2 격벽(145)을 기준으로 상기 제2 모터(135)의 제2 회전자(R2)의 회전을 감지하여, 상기 제2 모터(135)의 회전속도를 감지한다. 본 발명의 실시예에서, 레졸버의 구조와 기능에 대해서는 공지기술을 참조한다.
본 발명의 실시예에서, 도 1 및 위에서 언급된 내용을 기초로, 상기 제1 모터(125)는 상기 제1 클러치(120)의 작동에 따라서 상기 출력축(105)으로 회전력을 전달할 수 있다. 그리고, 상기 엔진(100)의 회전력에 의해서 상기 제1 모터(125)는 전기를 생성할 수 있고, 생성된 전기는 별도의 배터리로 충전될 수 있다.
상기 제2 클러치(170)의 작동에 따라서 상기 엔진(100) 또는 상기 제 1모터(125)의 회전력은 상기 제2 모터(135)의 제2 회전자(R2) 측으로 전달될 수 있다. 그리고, 상기 제2 모터(135)는 상기 변속기(115)의 입력축으로 회전력을 전달할 수 있으며, 상기 제2 클러치(170)가 해제된 경우에, 상기 제2 모터(135) 단독으로 상기 변속기(115)의 입력축(110)으로 회전력을 전달할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제1 모터(125)가 엔진에 의해서 전기를 생성하는 동안에, 상기 제2 모터(135) 단독으로 상기 변속기(115)의 입력축으로 회전력을 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 1과 비교하여 특징적인 차이점에 대해서 설명한다.
제2 전달경로(172)는 상기 출력축(105)의 회전력을 상기 제2 모터(135)의 제2 회전자(R2)로 전달하고, 상기 클러치(174)는 상기 출력축(105)과 상기 제2 회전자(R2) 사이의 제2 전달경로(172) 상에 배치되고, 상기 제2 전달경로(172)를 연결하거나, 상기 제2 전달경로(172)를 분리한다.
본 발명의 실시예에서, 도 1, 도 2, 및 위에서 언급된 내용을 기초로, 상기 제1 모터(125)는 상기 출력축(105)으로 회전력을 전달하고, 상기 엔진(100)의 회전력에 의해서 상기 제1 모터(125)는 전기를 생성할 수 있다.
상기 클러치(174)의 작동에 따라서 상기 엔진(100) 또는 상기 제1 모터(125)의 회전력은 상기 제2 모터(135)의 제2 회전자(R2) 측으로 전달될 수 있다. 그리고, 상기 제2 모터(135)는 상기 변속기(115)의 입력축(110)으로 회전력을 전달할 수 있으며, 상기 제2 클러치(170)가 해제된 경우에, 상기 제2 모터(135) 단독으로 상기 변속기(115)의 입력축으로 회전력을 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 2와 비교하여 동일 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점에 대해서 주로 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 격벽(130)의 내측 단부에는 연장부(132)가 일체로 형성되고, 상기 연장부(132)는 상기 출력축(105)과 나란하게 수평방향으로 연장된다.
그리고, 상기 연장부(132)와 상기 출력축(105) 사이에 상기 제1 베어링(150)이 개재되며, 상기 출력축(105)은 상기 제1 베어링(150)을 통해서 상기 연장부(132) 상에서 회전 가능하게 배치된다.
또한, 상기 제1 모터(125)의 회전부분에 대한 무게중심선(도 4의 310)이 상기 제1 베어링(150)의 중심부를 지난다. 따라서, 상기 제1 베어링(150)이 상기 제1 회전자(R1)의 고속으로 회전하더라도, 상기 제1 베어링(150)이 상기 제1 모터(125)의 회전부분을 견고하게 지지할 수 있다.
여기서, 상기 제1 모터(125)의 회전부분은, 제1 회전자(R1) 및 상기 제1 회전자(R1)와 상기 출력축(105)을 연결하는 제1 전달경로(122) 상에 배치되는 회전부재(도 4의 320)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에서 일부 상세 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 회전부재(320)는 제1 부재(322), 제2 부재(324), 및 제3 부재(326)를 포함한다.
상기 제1 부재(322)는 수평방향으로 형성되고, 상기 출력축(105)과 스플라인 결합되고, 상기 제2 부재(324)는 상기 제1 부재(322)의 일단부에 일체로 연결되고, 외측으로 연장되며, 상기 제3 부재(326)는 상기 제2 부재(324)의 외측 단부에 일체로 형성되고, 상기 제1 부재(322)와 나란하게 수평방향으로 연장된다.
상기 제1 격벽(130)의 내측 단부에 일체로 연결되고 일측으로 연장되는 상기 연장부(132)는 상기 제1 부재(322)와 상기 제2 부재(324) 사이에 배치되고, 상기 연장부(132)와 상기 제1 부재(322) 사이에 상기 제1 베어링(150)이 개재된다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 모터(125)의 회전부분으로써, 제1 회전자(R1) 및 상기 제1 회전자(R1)와 상기 출력축(105)을 연결하는 제1 전달경로(122) 상에 배치되는 회전부재(도 4의 320)에 대한 무게중심선(310)이 상기 제1 베어링(150)의 중심부를 지난다.
따라서, 상기 제1 회전자(R1)가 고속으로 회전하더라도, 상기 제1 베어링(150)이 상기 제1 모터(125)의 회전부분을 견고하게 지지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2와 동일 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 특징적인 차이점에 대해서 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 모터(125)의 회전부분에서, 상기 제1 회전자(R1)의 일측에 중량부재(400)가 배치된다.
상기 중량부재(400)의 추가에 의해서 상기 제1 회전자(R1)에 대한 회전모멘트가 증가되어, 상기 출력축(105)의 회전안전성이 향상되고, 상기 엔진(100)의 출력변동에 따른 진동과 소음을 효과적으로 줄일 수 있다.
상기 중량부재(400)는 상기 제1 회전자(R1)의 회전방향을 따라서 연속적으로 형성되거나, 설정된 간격을 두고 형성될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진 105: 출력축
110: 입력축 115: 변속기
120: 제1 클러치 122: 제1 전달경로
125: 제1 모터 R1: 제1 회전자
S1: 제1 고정자 135: 제2 모터
R2: 제2 회전자 S2: 제2 고정자
130: 제1 격벽 132: 연장부
140: 하우징 145: 제2 격벽
150: 제1 베어링 155: 제2 베어링
160: 제1 레졸버 165: 제2 레졸버
170: 제2 클러치 172: 제2 전달경로
174: 클러치 320: 회전부재
322: 제1 부재 324: 제2 부재
326: 제3 부재

Claims (11)

  1. 엔진의 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 모터;
    상기 제1 모터의 제1 회전자에서 상기 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 전달경로 상에 설치되는 제1 클러치;
    변속기의 입력축으로 회전력을 출력하는 제2 모터; 및
    상기 출력축에서 상기 제2 모터의 제2 회전자로 회전력을 전달하는 전달경로 상에 설치되는 제2 클러치
    를 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모터와 상기 제2 모터 사이에 배치되는 제1 격벽;
    상기 제2 모터와 상기 변속기 사이에 배치되는 제2 격벽;
    상기 제1 격벽과 상기 출력축 사이에 개재되는 제1 베어링; 및
    상기 제2 격벽과 상기 입력축 사이에 개재되는 제2 베어링
    을 더욱 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 격벽을 기준으로 상기 제1 회전자의 회전속도를 감지하는 제1 레졸버; 및
    상기 제2 격벽을 기준으로 상기 제2 회전자의 회전속도를 감지하는 제2 레졸버
    를 더욱 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  4. 엔진의 출력축으로 회전력을 전달하는 제1 모터;
    변속기의 입력축으로 회전력을 출력하는 제2 모터; 및
    상기 출력축에서 상기 제2 모터의 제2 회전자로 회전력을 전달하는 전달경로 상에 설치되는 클러치
    를 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 모터와 상기 제2 모터 사이에 배치되는 제1 격벽에서 수평방향으로 연장되는 연장부; 및
    상기 연장부와 상기 출력축 사이에 배치되는 제1 베어링
    을 더욱 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 모터에서 회전하는 회전부분의 무게중심선이 상기 베어링의 영역 안에 포함되는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 모터의 회전하는 회전부분의 무게중심선이 상기 베어링의 중심부를 지나는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 모터의 회전부분은 상기 제1 회전자와 상기 출력축을 연결하는 회전부재를 포함하고,
    상기 회전부재는,
    상기 출력축 상에 스플라인 결합되는 제1 부재;
    상기 제1 부재의 일단부에 일체로 연결되고 외측으로 연장되는 제2 부재; 및
    상기 제2 부재의 외측 단부에서 상기 연장부와 마주하도록 연장되는 제3 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 베어링은 상기 제1 부재와 상기 연장부 사이에 개재된, 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1 모터의 회전자의 일측에 장착되는 중량부재
    를 더욱 포함하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중량부재는 상기 회전자의 회전방향을 따라서 배치된, 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중량부재는 상기 회전자의 회전방향을 따라서 연속적으로 형성 또는 설정된 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 두 개의 모터를 갖는 동력 시스템.
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