KR20220059582A - 폐루프 기반의 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐루프(closed-loop) 기반의 동력 전달 장치와 이를 포함하는 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 구동 장치는 내연기관, 변속기 및 내연기관과 변속기 사이에 구비된 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 동력 전달 장치를 포함한다. 동력 전달 장치는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부과, 기동축, 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 기동축의 축선에 배치되어 상기 내연기관의 출력에 의해 회전하는 임펠러, 기동축의 축선에 임펠러와 이격 배치되어 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너를 포함하는 동력 전달부 및 동력 전달부로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.

Description

폐루프 기반의 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 구동 장치 {Closed-loop based power transmission unit, and drive unit including the same}

본 발명은 폐루프 기반의 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 구동 장치에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 온실가스와 공해로 인해 자연파괴를 넘어 인간의 생존을 위협하는 석유 및 광물 동력원을 최소로 사용해야 한다는 세계적인 분위기 속에서, 전력을 동력원으로 하는 전기자동차, 연료전지 차량 또는 중간 형태의 자동차를 효율적으로 구동시켜 탄소 배출을 최소화하는 방법을 모색하고 있다. 특히, 현재 차량들은 대다수 중간 형태의 하이브리드 자동차로서 탄소 배출을 최소화할 수 있는 방안을 모색중이다.

상기 차량들은 내연기관과 전기 구동장치를 포함하며, 상기 기관들과 차축을 연결하는 기어박스가 포함된다. 상기 기어박스는 상기 기관들에서 생성된 동력을 감속 또는 변속하여 상기 차축으로 전달하기 위한 장치로 이해될 수 있다. 일반적으로 토크컨버터는 내연기관과 기어박스 사이에서 유체를 이용하여 내연기관의 구동력을 기어박스로 전달하는 기능을 수행한다. 토크컨버터는 유체의 유동을 이용하여 동력을 전달하는 역할만을 수행하므로, 동력 손실을 초래하여 차량의 연비를 저하시킬 수 있다. 때문에 보다 효율적으로 동력을 전달할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 기존 구동 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 폐루프(closed-loop) 기반의 새로운 동력 전달 장치 및 이를 이용한 구동 장치를 제공하는데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 제조 방법이 용이하면서도 에너지 효율이 향상된 구동 장치를 제공하는데에 그 목적이 있다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동 장치는 내연기관; 변속기; 및 상기 내연기관과 상기 변속기 사이에 구비된 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 동력 전달 장치를 포함한다. 상기 동력 전달 장치는 상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부; 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 상기 기동축의 축선에 배치되어 상기 내연기관의 출력에 의해 회전하는 임펠러, 상기 기동축의 축선에 상기 임펠러와 이격 배치되어 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너를 포함하는 동력 전달부; 및 상기 동력 전달부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 구동 장치는 기동모터 및 감속기를 포함하는 모터부; 및 상기 기동모터의 일단에 연결된 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 동력 전달 장치를 포함한다. 상기 동력 전달 장치는 상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부; 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 상기 기동축의 축선에 배치되어 상기 모터부의 출력에 의해 회전하는 임펠러, 상기 기동축의 축선에 상기 임펠러와 이격 배치되어 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너를 포함하는 동력 전달부; 및 상기 동력 전달부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 동력 전달 장치는 임펠러, 러너 및 스테이터를 포함하는 토크컨버터; 일단이 내연기관의 출력축에 연결되고 타단이 임펠러의 외주면에 결합되어 상기 내연기관의 출력에 의해 회전하여 상기 임펠러를 회전시키는 프론트커버; 및 상기 토크컨버터 및 상기 프론트커버의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징을 포함한다. 상기 프론트커버의 외주면에는 상기 하우징에 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 임펠러를 회전시키는 복수의 블레이드가 구비된다.

본 발명의 다양한 실시예들은 폐루프 기반의 동력 전달 장치를 제공하여 전달받은 동력을 효율적으로 전달할 뿐 아니라, 자체적으로 생성한 동력을 전달함으로써 친환경적이고 에너지 효율적인 구동 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들은 기존의 토크컨버터를 이용하여 제조 용이하면서도 에너지 효율적인 동력 전달 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 폐루프(closed-loop) 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템을 이용한 동력 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 생성부의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구동 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템이 동력 전달 장치로 기능하는 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 장치를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 폐루프(closed-loop) 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템은 시스템 내부에서 순환하는 유체의 압력을 이용하여 동력을 발생시킨다.

개략적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르는 시스템은 유체 압축부(100), 동력 생성부(200) 및 유체 회수부(300)로 이루어질 수 있으며, 물리적으로 외부와 차단된 복수의 하우징 및 복수의 배관을 통해 고압의 유체를 이동시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 유체 압축부(100)는 유입되는 유체에 압력을 가하여 동력 생성부(200)로 토출하며, 동력 생성부(200)는 고압으로 유입된 유체를 이용하여 내부의 적어도 하나의 블레이드 장치를 회전시켜 동력(즉, 토크)을 발생시킨다. 발생된 토크는 외부로 전달될 수 있다.

이후, 동력 생성부(200)에서 사용된 후 압력이 낮아진 유체는 유체 회수부(300)로 이동되며, 유체 회수부(300)는 유체의 압력을 일정 수준으로 증가시킨 후 유체 압축부(100)로 재이동시킨다. 즉, 유체 회수부(300)는 사용된 유체를 가압하여 중고압의 유체를 유체 압축부(100)로 토출할 수 있다. 유체 회수부(300)는 구현예에 따라, 유체 압축부(100)와 일체로 구현될 수도 있으며, 두 개 이상의 동력 생성부가 유체 압축부(100) 및 유체 회수부(300)와 병렬로 연결될 수도 있다.

한편, 유체는 시스템 내부에서 유동할 수 있는 것으로, 어는점이 낮고 기화점이 높으면서 난연성분을 포함하는 것일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 유체의 지속적인 순환을 이용하여 외부로 동력을 전달하는 동력 장치로서의 기능을 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 시스템은 외부 동력을 전달받아, 이를 증가 또는 감소시켜 전달하는 기능을 수행하는 동력 전달 장치로서 기능할 수도 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 본 시스템이 동력 장치로서 기능하는 방법 및 그 구성을 상세히 설명하고, 도 4 내지 도 7를 참조하여 본 시스템이 동력 전달 장치로서 기능하는 방법 및 그 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템을 이용한 동력 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 생성부(200)의 단면을 도시한 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 동력 장치를 상세히 설명한다.

먼저, 유체 압축부(100)는 유체를 가압하고 토출하기 위한 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 유체 압축부(100)는 고압의 유체가 저장되는 제1 압축탱크(101), 제1 압축탱크(101)의 유체를 가압하는 제1 압축펌프(102), 및 제1 압축펌프(102)를 구동시키는 제1 압축모터(103)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 압축제어기(104)를 통해 제1 압축펌프(102)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제1 압축탱크(101) 및 제1 압축펌프(102)에는 압력센서가 장착되어 내부의 유체의 압력을 측정할 수 있다.

또한, 유체 압축부(100)는 제1 압축탱크(101) 내부의 기체를 제거하기 위한 별도의 기체 회수 모터를 더 포함할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다.

동력 생성부(200)는 회전력을 발생시켜 동력을 생성하는 구성요소들을 포함한다. 동력 생성부(200)는 기동축(206), 기동축(206)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구(230)와 내부의 유체를 외부로 배출되는 적어도 하나의 배출구(240)를 포함하는 하우징(201), 기동축(206)을 중심으로 기동축(206)의 축선에 직각하여 배치되는 적어도 하나의 블레이드 장치(202a, 202b, 202c, 202d; 202)를 포함할 수 있다. 또한, 동력 생성부(200)는 유체 압축부(100)로부터 배출된 유체가 하우징(201) 내부로 유입되는 것을 허용하거나 차단하는 적어도 하나의 밸브(203)를 포함할 수 있다. 이때, 밸브(203)는 솔레노이드(solenoid) 밸브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 유입구(230)는 깔대기 형상으로 형성될 수 있다.

블레이드 장치(202)는 유입구(230)와 배출구(240)를 제외하고 외부와 차단된 일정한 공간에 유체에 둘러싸인 상태로 배치되며, 일면 또는 양면에 일 방향으로 구비된 다수의 블레이드를 포함할 수 있다. 블레이드 장치(202)는 하우징(201) 내로 유입되는 고압의 유체에 의해 상기 다수의 블레이드가 회전하여 기동축(206)을 회전시킬 수 있다. 즉, 블레이드 장치(202)는 유입된 유체가 상기 블레이드를 타격하면 블레이드를 감싸고 있던 유체와 유입된 유체의 압력차이에 의해 기동축(206)을 중심으로 회전한다. 기동축(206)은 일단 및/또는 타단이 하우징(201)을 관통하여 배치되므로, 기동축(206)이 회전함에 따라 발생된 동력은 기동축(206)에 연결된 외부의 다른 기관(또는 다른 장치)으로 전달될 수 있다.

한편, 기동축(206)에 배치되는 블레이드 장치(202)의 개수는 동력 장치(1)의 기능, 필요 동력 등에 따라 선택적으로 결정될 수 있다. 또한, 하우징(201) 내부의 유체는 블레이드 장치(202)가 잠기도록 기 결정된 양 이상일 수 있다.

복수의 블레이드 장치(202)가 구비될 경우, 각 블레이드 장치(202)는 격벽(204)을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다. 즉, 하우징(201)의 내부에 서로 격벽(204)에 의해 격리되어 유체로 채워진 공간에 각각의 블레이드 장치(202)가 배치됨으로써 서로의 회전에 의해 다른 블레이드 장치가 간섭 받는 것을 방지할 수 있고, 블레이드 장치의 회전력을 기동축(206)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이 경우, 하우징(201)은 격벽(204)에 의해 구분되는 공간 별로 유체의 유입로와 배출로를 구비할 수도 있으나, 필수적인 것은 아니다. 또한, 구현예에 따라, 각 블레이드 장치(202)는 일체로 단일 공간에 배치될 수도 있으며, 격벽이 아닌 적어도 하나의 기어 등으로 구분될 수도 있다.

또한, 복수의 블레이드 장치(202)는 서로 다른 크기로 구현됨으로써, 각각이 회전하면서 발생하는 토크(torque)의 크기를 상이하게 할 수 있다. 이는, 마치 서로 다른 변속비를 갖는 기어가 맞물려 기동축(206)에 서로 다른 토크를 전달하는 종래의 기어박스와 그 기능이 유사할 수 있다. 또한, 각 블레이드 장치(202)는 선택적으로 구동될 수 있다. 이를 통해, 기동축(206)으로부터 발생되는 토크 및 회전 속도가 제어될 수 있다.

하우징(201)은 내부에 유체를 담지한 공간을 적어도 하나 포함하고 있으며, 상기 공간에 두 개 이상의 블레이드 장치(202)를 배치함으로써, 블레이드 장치(202)가 유체에 의해 회전 운동할 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하우징(201)은 금속 또는 금속합금으로 이루어질 수 있다.

상기 하우징(201) 내에는 기동축(206)이 배치되며, 기동축(206)은 하우징(201)의 내부에서 회전한다. 이때, 하우징(201)의 외부로 돌출된 기동축(206)의 일단은 실링부재(미도시됨)로 하우징(201)과 연결됨으로써, 하우징(201)의 내부 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 실링 부재는, 비한정적인 예로서, 고무 오링(oring) 등일 수 있다. 또한 하우징(201)과 기동축(206)의 결합부에는 판형 베어링이 구비될 수도 있다.

또한, 하우징(201)은 하우징(201)의 내부로부터 유체를 유입하여 저장하는 유체 저장소(205)를 더 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 하우징(201)의 내부 공간과 유체 저장소(205)가 연결되어 있다. 유체 저장소(205)는 회수된 유체를 유체 회수펌프(220)를 이용하여 유체 압축부(100) 또는 유체 회수부(300)로 보낼 수 있다. 이와 같이 유체 저장소(205)를 구비함으로써 개별적으로 유체 회수파이프의 구조를 단순화할 수 있으며 하우징(201)에서 배출되는 유체의 압력을 감쇠함으로써 제2 압축제어기(304) 및 제2 압축펌프(302)의 고장을 방지할 수 있다.

한편, 유체가 저장되는 하우징(201)과 유체 저장소(205)는 유체 정화장치(208, 210)를 포함함으로써 유체 내부의 기체, 물 또는 불순물을 제거하여 유체의 물리적 특성이 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 유체 정화장치(208, 210)은 구배 또는 홈을 포함하는 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 동력 생성부(200)는 유체 회생 압축장치(207)를 더 포함할 수 있다. 유체 회생 압축장치(207)는 밸브(207a)를 통해 하우징(201)의 내부의 유체를 유입 저장하거나 유체 회생 압축장치(207) 내의 유체를 하우징(201)으로 다시 배출할 수 있다. 이때 밸브(207a)는 솔레노이드 밸브일 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.

상기 유체 회생 압축장치(207)는 외부 동력에 의해 기동축(206)이 회전됨에 따라 하우징(201) 내부의 압력이 높아진 고압의 유체를 저장할 수 있다. 고압의 유체는 동력 장치(1)의 초기 구동 시 등에, 하우징(201)으로 배출됨으로써 유체 압축부(100)에서 유체가 유입되기 이전에 신속하게 동력 생성부(200)를 구동시키는데에 이용될 수 있다.

다음으로, 동력 생성부(200)에서 사용된 유체는 유체 회수부(300)로 회수될 수 있다. 유체 회수부(300)는 회수된 유체를 일정한 압력으로 가압할 수 있다. 예를 들어, 유체 회수부(300)는 회수된 유체의 압력을 제1 압축탱크(101)의 내부 압력을 기준으로 70% 내지 90%로 상승시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 통해, 유체 압축부(100)와 동력 생성부(200) 간의 압력 차이로 인한 파손 등을 방지할 수 있으며, 유체가 동력 생성부(200)에서 역류하는 것을 방지할 수 있다.

유체 회수부(300)는 상기의 기능을 수행하기 위하여, 회수된 유체를 저장하는 제2 압축탱크(301), 제2 압축탱크(301)의 유체를 기 결정된 압력으로 압축하는 제2 압축펌프(302) 및 제2 압축모터(303)를 포함할 수 있다.

또한, 제2 압축제어기(304)를 통해 제2 압축펌프(302)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제2 압축탱크(301) 및 제2 압축펌프(302)는 압력센서를 구비하여 각각의 유체의 압력을 측정할 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에서는 도시되지 않았으나, 유체 회수부(300)에서 가압된 중고압의 유체는 바로 동력 생성부(200)로 유입될 수도 있다. 이 경우, 상기 중고압의 유체는 저속구동용 에너지원으로 사용될 수 있다.

또한, 유체 압축부(100)의 제1 압축모터(103)와 유체 회수부(300)의 제2 압축모터(303)는 동력을 제공받기 위해 배터리에 연결될 수 있으며, 동력 장치(1)의 각 구성요소들은 다양한 센서들 및 전기적 제어 장치에 연결될 수 있다.

폐루프 시스템 내의 유체의 순환을 제어하기 위하여, 유체 압축부(100), 동력 생성부(200) 및 유체 회수부(300) 사이에는 유체가 흐르는 배관들이 구비될 수 있다. 제1 압축펌프(102)에서 제1 압축탱크(101)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제1 배관, 제1 압축탱크(101)에서 동력 생성부(200)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제2 배관, 동력 생성부(200)에서 제2 압축펌프(302)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제3 배관, 제2 압축펌프(302)에서 제2 압축탱크(301)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제4 배관, 및 제2 압축탱크(301)에서 제1 압축펌프(102)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제5 배관을 포함할 수 있다. 각 배관에는 유체의 입출력을 제어하기 위한 밸브가 배치될 수 있다. 한편, 상기의 배관 외에도 폐루프 시스템을 유지하는 내에서 더 많은 배관이 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구동 장치(10)의 일부를 도시한 예이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템이 동력 전달 장치로 기능하는 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(10)는 앞서 설명한 폐루프 시스템을 동력 전달 장치(1)로서 활용한다. 즉, 동력 전달 장치(1)는 내연기관(2)과 변속기(3) 사이에 구비되어, 내연기관(2)의 동력을 변속기(3)로 전달하거나 필요한 동력을 자체적으로 생성하여 변속기(3)로 전달할 수 있다. 동력 전달 장치(1)는 도 2 및 도 3에서 설명한 동력 장치와 관련되므로, 중복되는 설명은 생략한다.

내연기관(2)은 복수의 기통(20a)을 가지는 가솔린 내연기관 또는 디젤 내연기관으로서, 공통레일(20b)을 따라 각 기통(20a)의 연소실에 연료가 분사됨에 따라 내연기관(2)의 출력축(또는 크랭크 샤프트)(21)을 회전시킨다. 출력축(21)의 일단은 내연기관(2)의 출력을 회전력으로 전환시키는 플라이휠(flywheel)(22)에 결합된다. 플라이휠(22)은 필수적인 것은 아니며, 구현예에 따라 생략될 수 있다.

동력 전달 장치(1)는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체동력 압축부(100), 순환하는 유체를 이용하여 내연기관(2)의 동력을 변속기(3)로 전달하거나 자체적으로 동력을 생성하는 동력 전달부(500), 및 동력 전달부(500)로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부(100)로 토출하는 유체 회수부(300)를 포함한다. 동력 전달 장치(1)의 유체 압축부(100) 및 유체 회수부(300)는 앞서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

동력 전달부(500)는 기동축(506), 기동축(506)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부(300)로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징(501), 기동축(506)의 축선에 배치되어 내연기관(2)의 출력에 의해 회전하는 임펠러(impeller)(502), 기동축(506)의 축선에 임펠러(502)와 이격 배치되어 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축(506)을 회전시키는 복수의 블레이드(504)를 포함하는 러너(runner)(또는 터빈(turbine))(503)를 포함한다.

기동축(506)은 하우징(501)의 외부로 노출된 일단은 내연기관(2)에 연결되며, 타단은 변속기(3)에 연결된다. 상기 일단은 내연기관(2)의 출력축에 연결된 플라이휠(22)과 연결될 수 있다. 예컨대, 기존 변속기 입력축(도 7의 72 참조)이 결합하는 위치에 기동축(506)의 끝단이 연결될 수 있다. 또는, 플라이휠(22)의 외주면에 맞물림 기어로 연결될 수도 있으나, 특별히 제한되지 않는다. 플라이휠(22)이 구비되지 않을 경우, 기동축(506)의 일단은 내연기관(2)의 출력축(21)에 직접 연결될 수도 있다. 이 경우, 기동축(506)의 일단에는, 내연기관(2)의 출력축(21)에 연결되기 위한 적어도 하나의 기어가 결합될 수 있다.

기동축(506)의 타단은 변속기(3)의 입력축(31)에 직접 연결(예컨대, 기어 맞물림 연결)될 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.

임펠러(502)는 종래의 토크컨버터의 임펠러와 그 기능이 유사하나, 내연기관(2) 측에 배치된다는 점에서 차별된다. 임펠러(502)는 내연기관(2)의 출력에 의해 회전하는 기동축에 의해 회전한다.

러너(503)는 복수의 블레이드를 포함하며 변속기(3) 측에 배치된다는 점에서 차별된다. 러너(503)는 하우징(501) 내부로 유입된 고압의 유체가 복수의 블레이드를 타격함에 따라 회전하여 기동축(506)을 회전시킨다. 즉, 본 발명의 동력 전달 장치(1)는 내연기관(2)의 출력 외에도 러너(503)를 통해 추가적인 동력(즉, 토크)을 생성할 수 있다. 따라서, 종래의 토크컨버터와 달리 내연기관(2)의 출력이 유체에 의해 분산되어 효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 러너(503)의 회전속도를 제어함으로써 종래의 토크컨버터와 달리 유체의 와류가 발생하지 않으므로 스테이터(stator)를 생략할 수 있다.

추가로, 필요한 동력이 내연기관(2)으로부터 임펠러(502)에 전달되지 않을 경우, 러너(503)는 독립적으로 동작하여 변속기(3) 및/또는 내연기관(2)으로 생성된 동력을 전달할 수 있다. 러너(503)가 동력을 생성하는 방법에 대해서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략한다.

러너(503)는 유체 압축부(100)로부터 고압의 유체가 유입되기 이전이라도, 외부 동력에 의해 하우징(501) 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고 다시 하우징(501)으로 배출하는 유체 회생 압축장치(207)를 통해 고압의 유체를 일시적으로 유입받음으로써 필요한 동력을 생성할 수 있다. 또한, 이렇게 발생된 동력은 내연기관(2) 및/또는 변속기(3)로 전달될 수 있다.

한편 도 4 및 5에서는 도시되지 않았으나, 임펠러(502) 또한, 하우징(501)에 유입되는 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 포함할 수 있다. 임펠러(502)는 내연기관(2)으로부터 전달되는 출력 이외에, 하우징(501)으로 유입되는 고압의 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드에 의해 회전하여 기동축(506)을 회전시킴으로써 추가적인 동력을 생성할 수 있다. 즉, 본 발명의 동력 전달 장치(1)는 하우징(501)에 유입된 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드에 의해 기동축(506)을 회전시킴으로써 자체적으로 생성한 동력을 기동축(506)을 통해 내연기관(2) 및 변속기(3)로 전달할 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에서는 동력 전달 장치(1)의 일단에 내연기관(2)이 배치되는 것으로 설명하였으나, 구현예에 따라 전기 구동 장치의 모터가 배치될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 장치(20)를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 장치(20)는 기동모터 및 감속기를 포함하는 모터부(601)와 모터부의 일단에 연결된 폐루프 시스템 기반의 동력 전달 장치(1')를 포함한다. 본 동력 전달 장치(1')는 도 4 및 도 5의 동력 전달 장치(1)와 관련되므로, 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명의 동력 전달 장치(1')는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부(100); 기동축(506), 기동축(506)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징(501), 기동축(506)의 축선에 배치되어 모터부(601)의 출력에 의해 회전하는 임펠러(502), 기동축(506)의 축선에 임펠러(502)와 이격 배치되어 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축(506)을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너(503)를 포함하는 동력 전달부(500); 및 동력 전달부(500)로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부(100)로 토출하는 유체 회수부(300)를 포함한다.

임펠러(502)는 기동축(506)의 모터부(601) 측에 배치되며, 러너(503)는 타측에 배치된다. 러너(503)는 유입된 유체가 타격하는 복수의 블레이드에 의해 기동축을 회전시킴으로써 생성된 동력을 외부(즉, 다른 기관)로 전달할 수 있다.

동력 전달부(500)는 외부로 노출된 기동축(506)의 일단에 결합된 제1 기어(61)를 구비하고, 상기 제1 기어(61)는 모터부(601)의 출력축(63) 일단에 결합된 제2 기어(62)와 맞물릴 수 있다. 모터부(601)의 출력축(63)은 기동축(506)에 연결되어 기동축(506)으로 동력을 전달하거나 전달받는 기능을 수행할 수 있다.

모터부(601)는 기동모터 및 감속기 이외에, 기동모터의 동작을 제어하는 기동모터 제어기를 더 포함할 수 있다. 기동모터는 전기자동차 등에 사용하는 일반적인 전기모터일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 감속기 또한, 기동모터의 회전력을 적절한 비율로 감속하는 기능을 수행하는 것으로서 특별히 제한되지 않는다.

또한, 구동 장치(20)는 모터부(601)의 출력축(63)의 타단에 연결된 발전부(602)를 더 포함할 수 있다. 발전부(602)는 기동축(506)의 회전에 의해 전기를 생성한다. 발전부(602)는 모터부(601) 또는 기동축(506)을 통해 들어오는 기어 연결축의 에너지를 배터리에 충전하는 발전기를 포함하며, 이를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 발전기는 회전운동을 통해 전기를 발생시킬 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않는다.

또한, 본 발명의 동력 전달 장치(1')는 외부 동력에 의해 하우징(501) 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고 다시 하우징(501)으로 배출하는 유체 회생 압축장치(도 2 및 도 5의 207 참조)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 고압의 유체를 일시적으로 유입받음으로써 필요한 동력을 생성할 수 있다. 또한, 이렇게 발생된 동력은 모터부(601) 및/또는 발전부(602)로 전달될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 장치(1")를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 장치(1")는 임펠러(702), 러너(703) 및 스테이터(704)를 포함하는 토크컨버터; 일단이 내연기관의 출력축(71)에 연결되고 타단이 임펠러(702)의 외주면에 결합되어 상기 내연기관의 출력에 의해 상기 임펠러를 회전시키는 프론트커버(705); 및 토크컨버터 및 프론트커버(705)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구(706) 및 내부의 유체를 배출하는 적어도 하나의 배출구(707)를 포함하는 하우징(701)을 포함한다. 그리고 프론트커버(705)의 외주면에는 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 임펠러(702)를 회전시키는 복수의 블레이드(708)가 구비될 수 있다. 복수의 블레이드(708)는 프론트커버(705)에 방사상으로 형성될 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.

또한, 동력 전달 장치(1")는 하우징(701)으로 가압된 유체를 배출하는 유체 압축부(100) 및 하우징(701)에서 배출되는 유체를 회수하여 유체 압축부(100)로 토출하는 유체 회수부(300)를 더 포함한다. 즉, 동력 전달 장치(1")는 종래의 토크컨버터를 그대로 유지하면서도, 토크컨버터가 구비된 하우징(701) 내부로 고압의 유체를 유입시켜 프론트커버(705)의 외주면에 형성된 복수의 블레이드(708)를 타격하여 임펠러(702)의 회전력을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 토크컨버터에서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 내연기관의 출력이 없는 경우, 상기 유입된 유체에 의해 프론트커버(705)가 회전함으로써 내연기관의 출력축(71)을 회전시킬 수 있다. 또한, 프론트커버(705)에 결합된 임펠러(702)에 의해 토크컨버터 내부의 유체가 회전하므로, 러너(703)의 회전하여 변속기의 입력축(72)을 회전시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 동력 전달 장치(1")는 동력을 자체적으로 생성하여 내연기관 및/또는 변속기로 전달할 수 있다.

하우징(701)은 유체를 담지한 공간으로서 유입구(706) 및 배출구(707)를 제외하고는 실링부재(미도시됨)를 통해 외부로 유체가 빠져나가지 않도록 할 수 있다. 또한 상기 유체는 토크컨버터 내에서 이용될 수 있다.

또한, 본 발명의 동력 전달 장치(1")는 외부 동력에 의해 하우징(701) 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고 다시 하우징(701)으로 배출하는 유체 회생 압축장치(도 2 및 도 5의 207 참조)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 고압의 유체를 일시적으로 유입받음으로써 내연기관의 출력축(71) 및/또는 변속기의 입력축(72)을 회전시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

1, 1', 1": 동력 전달 장치
10,20: 구동 장치
100: 유체 압축부
101: 제1 압축탱크 102: 제1 압축펌프 103: 제1 압축모터
104: 제1 압축제어기
200: 동력 생성부
201: 하우징 202: 블레이드 장치 203: 밸브 204: 격벽
205: 유체 저장소 206: 기동축 207: 유체 회생 압축장치
220: 유체 회수펌프 230: 유입구 240: 배출구
500, 700: 동력 전달부
501, 701: 하우징 502, 702: 임펠러(impeller)
503, 703: 러너(runner) 504, 708: 블레이드
506, 706: 기동축
300: 유체 회수부
301: 제 2 압축탱크 302: 제2 압축펌프 303: 제2 압축모터
304: 제2 압축제어기
2: 내연기관 3: 변속기
601: 모터부 602: 발전부

Claims (13)

1. 내연기관;
   변속기; 및
   상기 내연기관과 상기 변속기 사이에 구비된 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 동력 전달 장치를 포함하되,
   상기 동력 전달 장치는
   상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부;
   기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 상기 기동축의 축선에 배치되어 상기 내연기관의 출력에 의해 회전하는 임펠러, 상기 기동축의 축선에 상기 임펠러와 이격 배치되어 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너를 포함하는 동력 전달부; 및
   상기 동력 전달부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함하는 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러는 상기 내연기관 측에 배치되며, 상기 러너는 상기 변속기 측에 배치되는 것인 구동 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기동축은
   상기 내연기관의 출력축의 일단에 결합된 플라이휠에 연결되는 것인 구동 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러는
   상기 하우징에 유입되는 유체에 의해 타격되어 회전하는 복수의 블레이드를 포함하는 것인 구동 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 임펠러 및 상기 러너는
   상기 하우징에 유입된 유체에 의해 회전하는 상기 복수의 블레이드에 의해 상기 기동축을 회전시키며,
   상기 기동축이 회전함에 따라 발생된 동력은 상기 기동축에 연결된 상기 내연기관 및 상기 변속기로 전달되는 것인 구동 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 동력 전달 장치는
   외부 동력에 의해 상기 하우징 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고, 상기 유체를 상기 하우징으로 배출하는 유체 회생 압축장치를 더 포함하는 것인 구동 장치.
7. 기동모터 및 감속기를 포함하는 모터부; 및
   상기 기동모터의 일단에 연결된 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 동력 전달 장치를 포함하되,
   상기 동력 전달 장치는
   상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부;
   기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 상기 기동축의 축선에 배치되어 상기 모터부의 출력에 의해 회전하는 임펠러, 상기 기동축의 축선에 상기 임펠러와 이격 배치되어 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드를 포함하는 러너를 포함하는 동력 전달부; 및
   상기 동력 전달부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함하는 구동 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 구동 장치는,
   상기 모터부의 타단에 연결되어, 상기 기동축의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전부를 더 포함하는 것인 구동 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 동력 전달 장치는
   외부 동력에 의해 상기 하우징 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고, 상기 유체를 상기 하우징으로 배출하는 유체 회생 압축장치를 더 포함하는 것인 구동 장치.
10. 임펠러, 러너 및 스테이터를 포함하는 토크컨버터;
    일단이 내연기관의 출력축에 연결되고 타단이 임펠러의 외주면에 결합되어 상기 내연기관의 출력에 의해 회전하여 상기 임펠러를 회전시키는 프론트커버; 및
    상기 토크컨버터 및 상기 프론트커버의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징을 포함하되,
    상기 프론트커버의 외주면에는 상기 하우징에 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 임펠러를 회전시키는 복수의 블레이드가 구비된 것인 동력 전달 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 동력 전달 장치는
    상기 하우징으로 가압된 유체를 배출하는 유체 압축부; 및
    상기 하우징에서 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 더 포함하는 것인 동력 전달 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 동력 전달 장치는
    외부 동력에 의해 상기 하우징 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고, 상기 유체를 상기 하우징으로 배출하는 유체 회생 압축장치를 더 포함하는 것인 동력 전달 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드는 상기 프론트커버의 외주면에 방사상으로 형성되는 것인 동력 전달 장치.

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