KR20200067530A - 하이브리드 차량용 동력전달장치 - Google Patents

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KR20200067530A
KR20200067530A KR1020180154497A KR20180154497A KR20200067530A KR 20200067530 A KR20200067530 A KR 20200067530A KR 1020180154497 A KR1020180154497 A KR 1020180154497A KR 20180154497 A KR20180154497 A KR 20180154497A KR 20200067530 A KR20200067530 A KR 20200067530A
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KR
South Korea
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shaft
gear
axis
planetary gear
fixedly arranged
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KR1020180154497A
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조원민
박기종
신용욱
지성욱
손우철
임기빈
김기동
장우진
황성욱
김기태
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
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Abstract

하이브리드 차량용 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서, 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 유성기어세트; 상기 엔진의 출력축과 고정 연결되고, 상기 유성기어세트의 제2 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1축; 중공축으로 이루어져, 상기 제1축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 상기 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되고, 상기 제1축과 선택적으로 연결되는 제2축; 상기 제1축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1축으로부터 회전동력을 전달받는 제3축; 상기 제3축과 동일 축선 상에 배치되어 상기 제3축과 선택적으로 연결되며, 상기 제3축으로부터 회전동력을 선택적으로 전달받거나, 상기 유성기어세트의 제3 회전요소로부터 회전동력을 전달받아 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제4축; 상기 제3, 제4축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제2 모터/제너레이터와 고정 연결되는 제5축; 및 상기 제5축과 평행하게 배치되며, 상기 제5축으로부터 전달되는 회전동력을 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제6축을 포함하며, 상기 축들은 4개의 기어열에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성된다.

Description

하이브리드 차량용 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3가지의 하이브리드 모드를 동시에 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 운전 상태에 따라 주행모드를 변화하여 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것이다.
자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라 각 자동차 메이커들은 전기 자동차(EV : Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV : Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 자동차는 엔진과 모터/제너레이터의 조합에 따라 모터/제너레이터만으로 구동되는 EV 모드, 엔진과 모터/제너레이터의 동시 구동에 의한 HEV 모드와, 엔진만으로 구동되는 엔진 모드의 구현이 가능하며, 차량 정지시 엔진을 정지시키는 아이들 정지(Idle Stop & Go), 차량의 제동 시 기전의 마찰에 의한 제동 대신에 차량의 운동에너지를 이용하여 모터/제너레이터를 구동한다.
이때, 발생되는 전기 에너지는 배터리에 저장하였다가 차량의 구동 시 재사용하는 회생제동(Regenertive Braking)등의 기술 적용으로 연료 사용을 저감하여 대폭적인 연비 개선 효과를 얻을 수 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.
본 발명의 실시 예는 간단한 구성으로 3가지의 하이브리드 모드를 동시에 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 운전 상태에 따라 주행모드를 변화하여 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서, 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 유성기어세트; 상기 엔진의 출력축과 고정 연결되고, 상기 유성기어세트의 제2 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1축; 중공축으로 이루어져, 상기 제1축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 상기 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되고, 상기 제1축과 선택적으로 연결되는 제2축; 상기 제1축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1축으로부터 회전동력을 전달받는 제3축; 상기 제3축과 동일 축선 상에 배치되어 상기 제3축과 선택적으로 연결되며, 상기 제3축으로부터 회전동력을 선택적으로 전달받거나, 상기 유성기어세트의 제3 회전요소로부터 회전동력을 전달받아 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제4축; 상기 제3, 제4축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제2 모터/제너레이터와 고정 연결되는 제5축; 및 상기 제5축과 평행하게 배치되며, 상기 제5축으로부터 전달되는 회전동력을 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제6축을 포함하며, 상기 축들은 4개의 기어열에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성되는 하이브리드 차량용 동력전달장치가 제공될 수 있다.
상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어질 수 있다.
상기 동력전달장치는 상기 축과 축을 또는 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 3개의 클러치를 더 포함할 수 있다.
상기 3개의 클러치는 상기 제1축과 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 구성되는 제1 클러치; 상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및 상기 제3축과 제4축 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어질 수 있다.
상기 4개의 기어열은 상기 제1축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제3축에 고정 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열; 상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제4축에 고정 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열; 상기 제5축에 고정 배치된 제3 구동기어와, 상기 제6축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및 상기 제4축에 고정 배치된 제1 출력기어와, 상기 제5축에 고정 배치된 제2 출력기어와, 상기 제1, 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 상기 디프렌셜의 종감속 기어로 이루어지는 제4 기어열을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 3개의 마찰요소, 1개의 유성기어세트, 9개의 외접기어로 구성하여 3가지의 하이브리드 모드{시리즈 모드(Series Mode), 전자식 무단변속 모드(e-CVT Mode), 패러럴 모드(Parellel Mode)}를 동시에 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 운전 상태에 따라 주행모드를 변화하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 간단한 구성에 의하여 생산원가를 절감하고, 경량화에 기여할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 적용되는 마찰요소의 각 운전 모드별 작동표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
또한, 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 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 엔진(ENG)과 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)를 동력원으로 하며, 6개의 축(TM1 ~ TM6), 3개의 마찰요소(CL1)(CL2)(CL3)를 포함하여 이루어지면서 상기 엔진(ENG)의 회전동력과 상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)의 회전동력을 디프렌셜(DIFF)로 전달할 수 있도록 구성된다.
상기 엔진(ENG)은 주 동력원으로서, 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다.
상기 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)는 보조 동력원으로서, 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 각각 변속기 하우징(H)에 고정되는 제1, 제2 스테이터(ST1)(ST2)와, 상기 제1, 제2 스테이터(ST1)(ST2)의 반경방향 내측에서 각각 회전 가능하게 지지되는 제1, 제2 로터(RT1)(RT2)를 포함하여 이루어진다.
상기 유성기어세트(PG)는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와, 상기 선기어(S)와 외접으로 치합되는 복수의 피니언 기어(P)를 자전 및 공전이 가능하게 지지하는 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC)와, 상기 복수의 피니언 기어(P)와 내접으로 치합되어 상기 선기어(S)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)를 포함한다.
상기 엔진(ENG), 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2), 유성기어세트(PG)는 상호간에 상기 6개의 축(TM1 ~ TM6)을 통하여 동력전달이 가능하도록 연결된다.
즉, 상기 6개의 축(TM1 ~ TM6)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1축(TM1)은 엔진(ENG)의 출력축과 고정 연결되고, 상기 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC)와 선택적으로 연결된다.
이때, 상기 제2축(TM2)은 엔진(ENG)의 회전동력을 전달하는 입력축을 의미할 수 있다.
상기 제2축(TM2)은 중공축으로 이루어져, 상기 제1축(TM1)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)인 선기어(S)와 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)와 고정 연결되고, 상기 제1축(TM1)과 선택적으로 연결된다.
이때, 상기 제2축(TM2)은 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 제1 로터(RT1)와 연결되는 모터축과 일체로 연결되는 축을 의미하며, 상기 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력을 직접 상기 유성기어세트(PG)에 전달하거나, 상기 엔진(ENG)의 회전동력을 선택적으로 상기 유성기어세트(PG)에 전달할 수 있다.
상기 제3축(TM3)은 상기 제1축(TM1)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되는 중간축으로 이루어지며, 상기 제1축(TM1)으로부터 회전동력을 전달받는다.
상기 제4축(TM4)은 상기 제3축(TM3)과 동일축선상에 배치되어 상기 제3축(TM3)과 선택적으로 연결되는 중간축으로 이루어지며, 상기 제3축(TM3)으로부터 회전동력은 선택적으로 전달받거나, 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)로부터 회전동력을 전달받아 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달한다.
상기 제5축(TM5)은 상기 제3, 제4축(TM3)(TM4)과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)와 고정 연결된다.
이때, 상기 제5축(TM5)은 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)의 로터와 연결되는 모터축과 일체로 연결되는 축을 의미할 수 있다.
상기 제6축(TM6)은 상기 제5축(TM5)과 평행하게 배치되는 중간축으로 이루어지며, 상기 제5축(TM5)으로 전달되는 회전동력을 디프렌셜(DIFF)의 종감속 기어(FG)로 전달한다.
상기와 같은 축(TM1 ~ TM6)들은 제1, 제2, 제3, 제4 기어열(TG1)(TG2)(TG3)(TG4)에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성된다.
상기 제1 기어열(TG1)은 상기 제1축(TM1)에 고정 배치된 제1 구동기어(TPG1)와, 상기 제3축(TM3)에 고정 배치되어 상기 제1 구동기어(TPG1)와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(TSG1)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 기어열(TG2)은 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)에 고정 배치된 제2 구동기어(TPG2)와, 상기 제4축(TM4)에 고정 배치되어 상기 제2 구동기어(TPG2)와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어(TSG2)를 포함하여 이루어진다.
상기 제3 기어열(TG3)은 상기 제5축(TM5)에 고정 배치된 제3 구동기어(TPG3)와, 상기 제6축(TM6)에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어(TPG3)와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(TSG3)를 포함하여 이루어진다.
상기 제4 기어열(TG4)은 상기 제4축(TM4)에 고정 배치된 제1 출력기어(OG1)와, 상기 제5축(TM5)에 고정 배치된 제2 출력기어(OG2)와, 상기 제1 출력기어(OG1) 및 상기 제2 출력기어(OG2)와 외접 기어 연결되는 상기 디프렌셜(DIFF)의 종감속기어(FG)를 포함하여 이루어진다.
상기에서 제1, 제2, 제3 구동기어(TPG1)(TPG2)(TPG3), 제1, 제2, 제3 피동기어(TSG1)(TS2)(TS3), 제1, 제2 출력기어(OG1)(OG2), 종감속기어(FG)의 각각의 기어비는 해당 변속기의 설계 조건에 따라 설정된다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 축과 축을 상호 선택적으로 연결되는 부분에 3개의 마찰요소인 클러치(CL1)(CL2)(CL3)가 배치된다.
상기 3개의 클러치(CL1)(CL2)(CL3)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.
상기 제1 클러치(CL1)는 제1축(TM1)과 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2) 사이에 배치되며, 제1축(TM1)과 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)를 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제2 클러치(CL2)는 제1축(TM1)과 제2축(TM2) 사이에 배치되며, 제1축(TM1)과 제2축(TM2)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제3 클러치(CL3)는 제3축(TM3)과 제4축(TM4) 사이에 배치되며, 제3축(TM3)과 제4축(TM4)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기에서 제1, 제2, 제3 클러치(CL1)(CL2)(CL3)로 이루어지는 각 마찰요소는 유압제어장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압마찰결합유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합유닛으로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 적용되는 마찰요소의 각 운전 모드별 작동표이다.
[전기 자동차 주행모드(EV 주행모드)]
EV 주행모드에서는 엔진(ENG)이 정지된 상태에서 제2 모터/제너레이터(MG2)의 구동된다.
이에 따라 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력은 제5축(TM5), 제3 구동기어(TPS3), 제3 피동기어(TSP3), 제6축(TM6), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 전기 자동차 모드 주행이 가능하도록 한다.
[시리즈 모드(Series Mode)]
시리즈 모드(Series Mode)에서는 엔진(ENG) 및 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)가 구동되는 상태에서 제2 클러치(CL2)가 작동 제어된다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력과 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2축(TM2)에서 합류되어 유성기어세트(PG)로 입력된다.
그리고 상기 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력은 제5축(TM5), 제3 기어열(TG3), 제6축(TM6), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달된다.
이때, 상기 종감속 기어(FG)는 제4축(TM4)을 통해 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)와 기계적으로 외접 기어 연결됨으로써, 엔진(ENG) 및 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)가 상호 보완적으로 제어되면서 시리즈 주행이 이루어진다.
[e-CVT 모드]
e-CVT(Electrically Continuously Variable Transmission)는 한개 이상의 유성기어세트와 두개의 모터/제너레이터로 구성되어 모터/제너레이터가 CVT처럼 무단 변속 기능을 하는 전기식 CVT라고 볼수 있다.
이러한 e-CVT 모드에서는 엔진(ENG) 및 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)가 구동되는 상태에서 제1 클러치(CL1)가 작동 제어된다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력이 제1 클러치(CL1)의 작동에 의하여 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)인 유성캐리어(PC)로 입력되고 있는 상태에서 상호 기계적으로 연결되어 있는 제1, 제2 모터/제너레이터(MG1)(MG2)의 상호 보완적인 제어에 의하여 무단 변속이 이루어지면서 e-CVT 모드 주행이 이루어진다.
[패러럴 모드 1단]
패러럴 모드 1단은 제1, 제2 방법(1-1)(1-2)으로 구현할 수 있는데, 제1 방법(1-1)은 엔진(ENG)과 제1 모터/제너레이터(MG1)가 구동되고 있는 상태에서 제2, 제3 클러치(CL2)(CL3)를 작동 제어한다.
그러면 엔진(ENG)의 회전동력과 제1 모터/제너레이터(MG1)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제2축(TM2)에서 합류되어 유성기어세트(PG)로 입력된다.
그리고 상기 엔진(ENG)의 회전동력 일부는 제1 기어열(TG1)을 통해 제3축(TM3)로 전달된 후에, 제3 클러치(CL4)의 작동에 의하여 제4축(TM4)로 전달된다.
이에 따라 상기 유성기어세트(PG)로부터 출력되는 회전동력과, 제3축(TM3)로부터 전달되는 회전동력이 제4축(TM4)에서 합류되어 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 출력되면서 패러럴 모드 1단의 제1 방법(1-1)으로 주행이 이루어진다.
이때, 제2 모터/제너레이터(MG)는 구동 또는 비구동으로 선택될 수 있다.
또한, 페러럴 1단의 제2 방법(1-2)은 엔진(ENG)과 제2 모터/제너레이터(MG2)이 구동되고 있는 상태에서 제3 클러치(CL3)를 작동 제어한다.
그러면 엔진(ENG)의 회전동력은 제1축(TM1)과 제1 기어열(TG1)을 통해 제3축(TM3)로 전달된 후에, 제3 클러치(CL4)의 작동에 의하여 제4축(TM4)로 전달된다.
그리고 제4축(TM4)에 전달된 회전동력은 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 출력되면서 패러럴 모드 1단의 제2 방법(1-2)으로 주행이 이루어진다.
이때, 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 제5축(TM5), 제3 기어열(TG3), 제6축(TM6), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 엔진(ENG)의 보조 동력으로 작동된다.
[패러럴 모드 2단]
패러럴 모드 2단에서는 엔진(ENG)과 제2 모터/제너레이터(MG2)가 구동되고 있는 상태에서 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)의 작동에 의하여 유성기어세트(PG)의 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)인 선기어(S)와 유성캐리어(PC2)로 입력된다.
그러면 유성기어세트(PG)에서는 동일 회전수로 엔진(ENG)의 회전동력이 입력되기 때문에 직결의 상태가 되면서 입력 그대로를 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)로 출력하게 되며, 상기 링기어(R)의 회전동력은 제2 기어열(TG2), 제4축(TM4), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 패러럴 2단 주행이 이루어진다.
이때, 제2 모터/제너레이터(MG2)의 회전동력이 제5축(TM5), 제3 기어열(TG3), 제6축(TM6), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 엔진(ENG)의 보조 동력으로 작동된다.
[엔진 주행 모드 1단]
엔진 주행 모드 1단에서는 엔진(ENG)이 구동되고 있는 상태에서 제3 클러치(CL3)를 작동 제어한다.
그러면 엔진(ENG)의 회전동력은 제1축(TM1)과 제1 기어열(TG1)을 통해 제3축(TM3)로 전달된 후에, 제3 클러치(CL4)의 작동에 의하여 제4축(TM4)로 전달된다.
그리고 제4축(TM4)에 전달된 회전동력은 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 출력되면서 엔진 주행 모드 1단으로 주행이 이루어진다.
즉, 엔진(ENG)의 회전 동력이 제1 기어열(TG1)와 제4 기어열(TG4)의 기어비에 의하여 변속되어 출력되면서 엔진 주행 모드 1단의 주행이 이루어진다.
[엔진 주행 모드 2단]
엔진 주행 모드 2단에서는 엔진(ENG)이 구동되고 있는 상태에서 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)를 작동 제어한다.
이에 따라 엔진(ENG)의 회전동력은 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)의 작동에 의하여 유성기어세트(PG)의 제1, 제2 회전요소(N1)(N2)인 선기어(S)와 유성캐리어(PC2)로 입력된다.
그러면 유성기어세트(PG)에서는 동일 회전수로 엔진(ENG)의 회전동력이 입력되기 때문에 직결의 상태가 되면서 입력 그대로를 제3 회전요소(N3)인 링기어(R)로 출력하게 되며, 상기 링기어(R)의 회전동력은 제2 기어열(TG2), 제4축(TM4), 제4 기어열(TG4)을 통해 디프렌셜(DIFF)로 전달되면서 엔진 주행 모드 2단 주행이 이루어진다.
즉, 엔진(ENG)의 회전 동력이 제2 기어열(TG2), 제4 기어열(TG4)의 기어비에 의하여 변속되어 출력되면서 엔진 주행 모드 2단의 주행이 이루어진다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 3개의 마찰요소, 1개의 유성기어세트, 9개의 외접기어로 구성하여 3가지의 하이브리드 모드{시리즈 모드(Series Mode), 전자식 무단변속 모드(e-CVT Mode), 패러럴 모드(Parellel Mode)}를 동시에 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 운전 상태에 따라 주행모드를 변화하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 간단한 구성에 의하여 생산원가를 절감하고, 경량화에 기여할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
ENG... 엔진
PG... 유성기어세트
MG1,MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
N1,N2,N3... 제1, 제2, 제3 회전요소
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6축
TG1, TG2, TG3, TG4... 제1, 제2, 제3, 제4 기어열
TPG1,TPG2,TPG3... 제1, 제2, 제3 구동기어
TSG1,TSG2,TSG3... 제1, 제2, 제3 피동기어
DIFF... 디프렌셜
FG... 종감속기어

Claims (9)

  1. 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서,
    제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 유성기어세트;
    상기 엔진의 출력축과 고정 연결되고, 상기 유성기어세트의 제2 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1축;
    중공축으로 이루어져, 상기 제1축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 상기 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되고, 상기 제1축과 선택적으로 연결되는 제2축;
    상기 제1축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1축으로부터 회전동력을 전달받는 제3축;
    상기 제3축과 동일 축선 상에 배치되어 상기 제3축과 선택적으로 연결되며, 상기 제3축으로부터 회전동력을 선택적으로 전달받거나, 상기 유성기어세트의 제3 회전요소로부터 회전동력을 전달받아 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제4축;
    상기 제3, 제4축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제2 모터/제너레이터와 고정 연결되는 제5축; 및
    상기 제5축과 평행하게 배치되며, 상기 제5축으로부터 전달되는 회전동력을 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제6축을 포함하며,
    상기 축들은 4개의 기어열에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성되는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달장치는
    상기 축과 축을 또는 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 3개의 클러치를 더 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 3개의 클러치는
    상기 제1축과 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
    상기 제3축과 제4축 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 기어열은
    상기 제1축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제3축에 고정 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열;
    상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제4축에 고정 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열;
    상기 제5축에 고정 배치된 제3 구동기어와, 상기 제6축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및
    상기 제4축에 고정 배치된 제1 출력기어와, 상기 제5축에 고정 배치된 제2 출력기어와, 상기 제1, 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 상기 디프렌셜의 종감속 기어로 이루어지는 제4 기어열을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  6. 엔진과 제1, 제2 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서,
    제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하는 유성기어세트;
    상기 엔진의 출력축과 고정 연결되고, 상기 유성기어세트의 제2 회전요소와 선택적으로 연결되는 제1축;
    중공축으로 이루어져, 상기 제1축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 상기 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되고, 상기 제1축과 선택적으로 연결되는 제2축;
    상기 제1축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제1축으로부터 회전동력을 전달받는 제3축;
    상기 제3축과 동일축선상에 배치되어 상기 제3축과 선택적으로 연결되며, 상기 제3축으로부터 회전동력을 선택적으로 전달받거나, 상기 유성기어세트의 제3 회전요소로부터 회전동력을 전달받아 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제4축;
    상기 제3, 제4축과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제2 모터/제너레이터와 고정 연결되는 제5축; 및
    상기 제5축과 평행하게 배치되며, 상기 제5축으로부터 전달되는 회전동력을 디프렌셜의 종감속 기어로 전달하는 제6축을 포함하며,
    상기 축과 축, 또는 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 3개의 클러치를 포함하며, 상기 축들은 4개의 기어열에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성되는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 3개의 클러치는
    상기 제1축과 유성기어세트의 제2 회전요소 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
    상기 제3축과 제4축 사이에 구성되는 제3 클러치로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 4개의 기어열은
    상기 제1축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제3축에 고정 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열;
    상기 유성기어세트의 제3 회전요소에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제4축에 고정 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열;
    상기 제5축에 고정 배치된 제3 구동기어와, 상기 제6축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및
    상기 제4축에 고정 배치된 제1 출력기어와, 상기 제5축에 고정 배치된 제2 출력기어와, 상기 제1, 제2 출력기어와 외접 기어 연결되는 상기 디프렌셜의 종감속 기어로 이루어지는 제4 기어열을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
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