KR20220087614A - 하이브리드 차량용 동력전달장치 - Google Patents

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KR20220087614A
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조항철
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현대자동차주식회사
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    • B60K6/54Transmission for changing ratio
    • B60K6/547Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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    • F16H3/08Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/20Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear
    • F16H3/38Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear with synchro-meshing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/00Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06Combinations 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
    • F16H37/065Combinations 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 a plurality of driving or driven shafts
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Abstract

하이브리드 차량용 동력전달장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치는 간단한 구성으로 원가 절감 및 연비를 향상시키도록, 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진의 출력측(크랭크축)과 고정 연결되는 제1축; 상기 제1축과 선택적으로 연결되고, 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되는 제2축; 상기 제1축과 동일축선 상에 배치되어 상기 제2축과 선택적으로 연결되는 제3축; 중공축을 이루어져, 상기 제3축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4축; 상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제5축; 상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제6축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하며, 상기 3개의 회전요소 중 1개의 회전요소는 상기 제2축과 고정 연결되고, 다른 1개의 회전요소는 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고, 나머지 1개의 회전요소는 상기 제4축과 고정 연결되는 유성기어세트; 및 상기 외접 기어 연결부를 형성하는 4개의 기어열을 포함한다.

Description

하이브리드 차량용 동력전달장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 원가 절감 및 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 모드를 구현할 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 원가 절감 및 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서, 상기 엔진의 출력측(크랭크축)과 고정 연결되는 제1축; 상기 제1축과 선택적으로 연결되고, 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되는 제2축; 상기 제1축과 동일축선 상에 배치되어 상기 제2축과 선택적으로 연결되는 제3축; 중공축을 이루어져, 상기 제3축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4축; 상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제5축; 상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제6축; 제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하며, 상기 3개의 회전요소 중 1개의 회전요소는 상기 제2축과 고정 연결되고, 다른 1개의 회전요소는 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고, 나머지 1개의 회전요소는 상기 제4축과 고정 연결되는 유성기어세트; 및 상기 외접 기어 연결부를 형성하는 4개의 기어열을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치가 제공될 수 있다.
상기 유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유성기어세트는 상기 제1 회전요소가 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고, 상기 제2 회전요소가 제4축과 고정 연결되고, 상기 제3 회전요소는 제2축과 고정 연결될 수 있다.
상기 동력전달장치는 상기 축과 축을 선택적으로 연결하는 2개의 클러치와, 회전요소와 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 1개의 브레이크를 더 포함할 수 있다.
상기 2개의 클러치는 상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제1 클러치; 및 상기 제2축과 제3축 사이에 구성되는 제2 클러치로 이루어지고, 상기 1개의 브레이크는 상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크로 이루어질 수 있다.
상기 4개의 기어열은 상기 제3축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열; 상기 제3축에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제5축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열; 상기 제4축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치된 제3 구동기어와, 상기 제5축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및 상기 제4축에 고정 배치된 제4 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어로 이루어지는 제4 기어열을 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2, 제4 피동기어와 제2, 제3 구동기어를 제4축과 제5축에 선택적으로 동기 연결하는 3개의 싱크로메시는 상기 제1 피동기어와 제4 피동기어를 제6축과 선택적으로 동기 연결할 수 있도록 구성되는 제1 싱크로메시; 상기 제3 피동기어와 제4축을 선택적으로 동기 연결하고, 상기 제3축과 제4축을 선택적으로 동시 연결할 수 있도록 구성되는 제2 싱크로메시; 및 상기 제2 피동기어와 제5축을 선택적으로 구동될 수 있도록 구성되는 제3 싱크로메시로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 1개의 모터/제너레이터, 1개의 유성기어세트, 3개의 마찰요소, 8개의 외접기어, 3개의 싱크로메시로 구성하여 전진 6단 및 후진 1단의 변속단을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 간단한 구성에 의하여 생산원가를 절감하고, 경량화로 연비를 향상시킬 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.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위하여 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
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 모터/제너레이터(MG2)를 동력원으로 하며, 6개의 축(TS1 ~ TS6), 1개의 유성기어세트(PG), 3개의 마찰요소(CL1)(CL2)(BK), 4개의 기어열(GT1)(GT2)(GT3)(GT4), 3개의 싱크로메시(SM1)(SM2)(SM3)를 포함하여 이루어지면서 상기 엔진(ENG)의 회전동력과 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 변속하여 도시하지 않은 공지의 디프렌셜로 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 모터/제너레이터(MG)는 보조 동력원으로서, 공지와 같이 모터와 제너레이터 기능을 수행하며, 각각 변속기 하우징(H)에 고정되는 스테이터(ST)와, 상기 스테이터(ST)의 반경방향 내측에서 각각 회전 가능하게 지지되는 로터(RT)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), 모터/제너레이터(MG), 유성기어세트(PG)는 상호간에 상기 6개의 축(TS1 ~ TS6)을 통하여 동력전달이 가능하도록 연결된다.
즉, 상기 6개의 축(TS1 ~ TS6)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1축(TS1)은 엔진(ENG)의 출력측(크랭크 축)과 고정 연결되어 엔진(ENG)로부터 생성된 회전동력을 변속장치로 전달하는 입력축을 의미할 수 있다.
상기 제2축(TS2)은 상기 제1축(TS1)을 회전중심으로 하여 배치되는 상기 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)에 고정 연결되며, 상기 제1축(TS1)과 선택적으로 연결되어 상기 모터/제너레이터(MG)에 항상 연동됨과 동시에 상기 제1축(TS2)의 회전 동력을 선택적으로 전달 받을 수 있다.
또한, 상기 제2축(TS2)은 후단부가 상기 유성기어세트(PG)의 제3 회전요소(N3)와 고정 연결되어 상기 제2축(TS2)의 회전동력을 유성기어세트(PG)로 전달할 수 있다.
상기 제3축(TS3)은 상기 제1축(TS1)의 후측에 동일축선 상으로 배치되며, 상기 제2축(TS2)과 선택적으로 연결되어 상기 제2축(TS2)의 회전 동력을 선택적으로 전달 받을 수 있다.
상기 제4축(TS4)은 중공축을 이루어져, 상기 제3축(TS3)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되며, 전단부가 상기 유성기어세트(PG)의 제2 회전요소(N2)와 고정 연결된다.
이에 따라 상기 제4축(TS4)은 유성기어세트(PG)를 통해 토크 변환이 이루어진 상기 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 전달받을 수 있다.
상기 제5축(TS5)은 제1의 출력축으로서, 상기 축(TS1 ~ TS4)들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 일측단에 제1 출력기어(OG1)가 고정 배치된다.
상기 제6축(TS6)은 제2의 출력축으로서, 상기 축(TS1 ~ TS4)들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 일측단에 제2 출력기어(OG2)가 고정 배치된다.
상기에서 제5축(TS5)의 제1 출력기어(OG1)와 제6축(TS6)의 제2 출력기어(OG2)는 도시하지 않은 디프렌셜의 종감속기어와 외접 기어 연결되어 제5, 제6축(TS5)(TS6)에 전달되는 회전동력을 상기 디프렌셜로 전달한다.
상기 유성기어세트(PG)의 3개의 회전요소(N1)(N2)(N3) 중 제1 회전요소(N1)는 선택적으로 변속기 하우징(H)과 연결되면서 상기 제3 회전요소(N3)로 입력되는 회전동력이 감속되어 제2 회전요소(N2)를 통해 감속 출력이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 제3, 제4축(TS3)(TS4)은 상기 제5, 제6축(TS5)(TS6)과 상기 제1, 제2, 제3, 제4 기어열(TG1)(TG2)(TG3)(TG4)에 의하여 상호 간에 외접 기어 연결되어 회전동력이 전달되도록 구성된다.
상기 제1 기어열(GT1)은 상기 제3축(TS3)에 고정 배치된 제1 구동기어(TPG1)와, 상기 제6축(TS6)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 구동기어(TPG1)와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어(TSG1)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 기어열(GT2)은 상기 제3축(TS3)에 고정 배치된 제2 구동기어(TPG2)와, 상기 제5축(TS3)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 구동기어(TPG2)와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어(TSG2)를 포함하여 이루어진다.
상기 제3 기어열(GT3)은 상기 제4축(TS4)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치된 제3 구동기어(TPG3)와, 상기 제5축(TS5)에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어(TPG3)와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어(TSG3)를 포함하여 이루어진다.
상기 제4 기어열(GT4)은 상기 제4축(TS4)에 고정 배치된 제4 구동기어(TP4)와, 상기 제6축(TS6)의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 피동기어(TSG4)와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어(TSG4)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1, 제2, 제4 피동기어(TSG1)(TSG2)(TSG4)와 제2, 제3 구동기어(TPG2)(TPG3)는 제1, 제2, 제3 싱크로메시(SM1)(SM2)(SM3)에 의하여 제4, 제5, 제6축(TS4)(TS5)(TS6)에 선택적으로 동기 연결되도록 구성된다.
즉, 상기 제1 싱크로메시(SM1)는 상기 제1 피동기어(TPG1)와 제4 피동기어(TSG4)를 제6축(TS6)과 선택적으로 동기 연결할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제2 싱크로메시(SM2)는 제3 구동기어(TPG3)와 제4축(TS4)을 선택적으로 동기 연결하고, 제3축(TS3)과 제4축(TS4)을 선택적으로 동시 연결할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제3 싱크로메시(SM3)는 제2 피동기어(TSG2)와 제5축(TS5)을 선택적으로 구동될 수 있도록 구성된다.
상기에서 제1, 제2, 제3, 제4 구동기어(TPG1)(TPG2)(TPG3)(TPG4), 제1, 제2, 제3, 제4 피동기어(TSG1)(TS2)(TS3)(TPG4) 각각의 기어비는 해당 변속기의 설계 조건에 따라 설정된다.
그 일 예로서, 본 발명의 실시예에 따른 동력전달장치에서는 상기 제1 기어열(GT1)을 제1, 제2 변속단의 기어비, 상기 제2 기어열(GT2)을 제4 변속단의 기어비, 제3 기어열(GT3)을 제3 변속단의 기어비, 제4 기어열(GT4)의 제5, 제6 변속단의 기어비로 설정한 것을 예시하고 있다.
상기한 제1, 제2, 제3 싱크로메시(SM1)(SM2)(SM3)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 제1, 제2, 제3 싱크로메시(SM1)(SM2)(SM3)에 적용되는 제1, 제2, 제3 슬리이브(SLE1)(SLE2)(SLE3)는 미도시된 별도의 액추에이터를 구비하며, 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 변속 시, 해당 액추에이터가 제어되도록 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 축과 축, 회전요소와 변속기 하우징(H)가 상호 선택적으로 연결되는 부분에 마찰요소인 2개의 클러치(ECL)(CL)와 1개의 브레이크(BK)가 배치된다.
상기 2개의 클러치(CL1)(CL2)와 1개의 브레이크(BK)의 배치 위치를 살펴보면, 다음과 같다.
상기 제1 클러치(CL1)는 엔진 클러치로서, 상기 제1축(TS1)과 제1축(TS2) 사이에 배치되며, 제1축(TS1)과 제2축(TS2)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 제2 클러치(CL2)는 제2축(TS2)과 제3축(TS3) 사이에 배치되며, 제2축(TS2)과 제3축(TS3)을 선택적으로 연결하여 동력이 전달되도록 한다.
상기 브레이크(BK)는 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)와 변속기 하우징(H) 사이에 배치되며, 유성기어세트(PG)의 제1 회전요소(N1)가 선택적으로 고정 상태가 되도록 한다.
상기에서 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)와 브레이크(BK)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.
상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 해당 축을 통하여 연결된 회전요소와 해당 축이 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 회전요소와 해당 축은 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.
또한, 상기의 기재에서, 선택적 연결(Selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 해당 축이 결합요소(클러치 또는 싱크로메시 등)를 통해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전 가능하도록 연결되는 것을 의미한다.
즉, 결합요소가 해당 축과 회전요소를 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면, 해당 축과 회전요소는 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하고, 결합요소가 해제되면, 해당 축의 연결이 해제된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치에 적용되는 마찰요소의 각 운전 모드별 작동표이다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 1단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 1단에서는 제1 클러치(CL1)와 브레이크(BK)가 작동 제어되고, 제1 싱크로메시(SM1)에 의하여 제1 피동기어(TSG1)와 제6축(TS6)이 동기 연결되고, 제2 싱크로메시(SM2)에 의하여 제2 구동기어(TPG2)와 제3축(TS3)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 감속되어 제4축(TS4)로 전달되며, 상기 제4축(TS4)으로 전달된 회전동력은 제2 싱크로메시(SM2)를 통해 제3축(TS3)으로 전달되고, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제1 기어열(GT1)과 제1 싱크로메시(SM1)를 통해 제6축(TS6)으로 전달된 후, 제2 출력기어(OG2)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 1단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 1단의 변속은 유성기어세트(PG)에서 감속된 후, 제1 기어열(GT1)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 2단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 2단에서는 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)가 작동 제어되고, 제1 싱크로메시(SM1)에 의하여 제1 피동기어(TSG1)와 제6축(TS6)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제3축(TS3)로 전달되며, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제1 기어열(GT1)과 제1 싱크로메시(SM1)를 통해 제6축(TS6)으로 전달된 후, 제2 출력기어(OG2)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 2단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 2단의 변속은 제1 기어열(GT1)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 3단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 3단에서는 제1 클러치(CL1)와 브레이크(BK)가 작동 제어되고, 제2 싱크로메시(SM2)에 의하여 제3 구동기어(TPG3)와 제4축(TS4)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 감속되어 제4축(TS4)로 전달되며, 상기 제4축(TS4)으로 전달된 회전동력은 제2 싱크로메시(SM2)와 제3 기어열(GT3)을 통해 제5축(TS5)으로 전달된 후, 제1 출력기어(OG1)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 3단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 3단의 변속은 유성기어세트(PG)에서 감속된 후, 제3 기어열(GT3)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 4단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 4단에서는 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)가 작동 제어되고, 제3 싱크로메시(SM3)에 의하여 제2 피동기어(TSG2)와 제5축(TS5)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제3축(TS3)로 전달되며, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제2 기어열(GT2)과 제3 싱크로메시(SM3)를 통해 제5축(TS5)으로 전달된 후, 제1 출력기어(OG1)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 4단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 4단의 변속은 제2 기어열(GT2)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 5단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 3단에서는 제1 클러치(CL1)와 브레이크(BK)가 작동 제어되고, 제1 싱크로메시(SM1)에 의하여 제4 피동기어(TSG)와 제6축(TS6)이 동기 연결되고, 제2 싱크로메시(SM2)에 의하여 제2 구동기어(TPG2)와 제3축(TS3)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 제1 브레이크(BK)의 작동에 의하여 유성기어세트(PG)에서 감속되어 제4축(TS4)로 전달되며, 상기 제4축(TS4)으로 전달된 회전동력은 제2 싱크로메시(SM2)에 의하여 제3축(TS3)으로 전달되고, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제1 기어열(GT1)과 제1 싱크로메시(SM1)를 통해 제6축(TS6)으로 전달된 후, 제2 출력기어(OG2)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 5단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 5단의 변속은 유성기어세트(PG)에서 감속된 후, 제4 기어열(GT4)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 6단]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 6단에서는 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)가 작동 제어되고, 제1 싱크로메시(SM1)에 의하여 제4 피동기어(TPG2)와 제6축(TS6)이 동기 연결된다.
이에 따라 엔진모드에서는 엔진(ENG)의 회전동력이 제2축(TS2)으로 전달되고, 하이브리드(HEV) 모드에서는 엔진(ENG)과 모터/제너레이터(MG)의 회전동력이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 제2 클러치(CL2)의 작동에 의하여 제3축(TS3)로 전달되며, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제1 기어열(GT1)과 제1 싱크로메시(SM1)를 통해 제6축(TS6)으로 전달된 후, 제2 출력기어(OG2)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되어 전진 6단의 주행이 이루어진다.
즉, 전진 6단의 변속은 제4 기어열(GT4)의 기어비에 의하여 이루어진다.
[엔진 및 하이브리드(HEV)모드 후진]
엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드 후진에서는 상기 제1단과 마찬가지로 제1 클러치(CL1)와 브레이크(BK)가 작동 제어되고, 제1 싱크로메시(SM1)에 의하여 제1 피동기어(TSG1)와 제6축(TS6)이 동기 연결되고, 제2 싱크로메시(SM2)에 의하여 제2 구동기어(TPG2)와 제3축(TS3)이 동기 연결된다.
그리고 엔진 모드 또는 하이브리드(HEV)모드에서의 후진은 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력으로만 구동이 가능하며, 상기 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력만이 제2축(TS2)로 전달된다.
그러면 제2축(TS2)의 회전동력은 유성기어세트(PG)에서 감속되어 제4축(TS4)로 전달되며, 상기 제4축(TS4)으로 전달된 회전동력은 제2 싱크로메시(SM2)를 통해 제3축(TS3)으로 전달되고, 상기 제3축(TS3)으로 전달된 회전동력은 제1 기어열(GT1)과 제1 싱크로메시(SM1)를 통해 제6축(TS6)으로 전달된 후, 제2 출력기어(OG2)를 통해 도시하지 않은 디프렌셜로 출력되면서 후진 주행이 이루어진다.
즉, 후진 변속은 모터/제너레이터(MG)의 역회전 회전동력이 유성기어세트(PG)에서 감속된 후, 제1 기어열(GT1)의 기어비에 의하여 이루어진다.
또한, 전기자동차 모드(EV)에서는 엔진(ENG)의 회전동력 없이 모터/제너레이터(MG)의 회전동력만으로 주행이 이루어지며, 그 변속과정은 엔진(ENG)이 구동되지 않고, 제1 클러치(CL1)가 작동하지 않을 뿐 상기 엔진 및 하이브리드 모드의 변속과정과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 1개의 모터/제너레이터, 1개의 유성기어세트, 3개의 마찰요소, 8개의 외접기어, 3개의 싱크로메시로 구성하여 전진 6단 및 후진 1단의 변속단을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 의한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 간단한 구성에 의하여 생산원가를 절감하고, 경량화로 연비를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제한할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 든다고 할 것이다.
BK... 브레이크
CL1,CL2... 제1, 제2 클러치
ENG... 엔진
PG... 유성기어세트
MG1,MG2... 제1, 제2 모터/제너레이터
N1,N2,N3... 제1, 제2, 제3 회전요소
TS1,TS2,TS3,TS4,TS5,TS6... 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6축
GT1, GT2, GT3, GT4... 제1, 제2, 제3, 제4 기어열
SM1,SM2,SM3... 제1, 제2, 제3 싱크로메시
TPG1,TPG2,TPG3,TPG4... 제1, 제2, 제3, 제4 구동기어
TSG1,TSG2,TSG3,TSG4... 제1, 제2, 제3, 제4 피동기어

Claims (13)

  1. 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서,
    상기 엔진의 출력측(크랭크축)과 고정 연결되는 제1축;
    상기 제1축과 선택적으로 연결되고, 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되는 제2축;
    상기 제1축과 동일축선 상에 배치되어 상기 제2축과 선택적으로 연결되는 제3축;
    중공축을 이루어져, 상기 제3축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4축;
    상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제5축;
    상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제6축;
    제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하며, 상기 3개의 회전요소 중 1개의 회전요소는 상기 제2축과 고정 연결되고, 다른 1개의 회전요소는 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고, 나머지 1개의 회전요소는 상기 제4축과 고정 연결되는 유성기어세트; 및
    상기 외접 기어 연결부를 형성하는 4개의 기어열;
    을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    상기 제1 회전요소가 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고,
    상기 제2 회전요소가 제4축과 고정 연결되고,
    상기 제3 회전요소는 제2축과 고정 연결되는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달장치는
    상기 축과 축을 선택적으로 연결하는 2개의 클러치와, 회전요소와 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 1개의 브레이크를 더 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2개의 클러치는
    상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제1 클러치; 및
    상기 제2축과 제3축 사이에 구성되는 제2 클러치로 이루어지고,
    상기 1개의 브레이크는
    상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크;
    로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 기어열은
    상기 제3축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열;
    상기 제3축에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제5축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열;
    상기 제4축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치된 제3 구동기어와, 상기 제5축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및
    상기 제4축에 고정 배치된 제4 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어로 이루어지는 제4 기어열;
    을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제4 피동기어와 제2, 제3 구동기어를 제4축과 제5축에 선택적으로 동기 연결하는 3개의 싱크로메시는
    상기 제1 피동기어와 제4 피동기어를 제6축과 선택적으로 동기 연결할 수 있도록 구성되는 제1 싱크로메시;
    상기 제3 피동기어와 제4축을 선택적으로 동기 연결하고, 상기 제3축과 제4축을 선택적으로 동시 연결할 수 있도록 구성되는 제2 싱크로메시; 및
    상기 제2 피동기어와 제5축을 선택적으로 구동될 수 있도록 구성되는 제3 싱크로메시;
    로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  8. 엔진과 모터/제너레이터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서,
    상기 엔진의 출력측(크랭크축)과 고정 연결되는 제1축;
    상기 제1축과 선택적으로 연결되고, 제1 모터/제너레이터에 고정 연결되는 제2축;
    상기 제1축과 동일축선 상에 배치되어 상기 제2축과 선택적으로 연결되는 제3축;
    중공축을 이루어져, 상기 제3축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되는 제4축;
    상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4 축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제5축;
    상기 축들과 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 상기 제3, 제4축과 외접 기어 연결되어 상기 제3, 제4축으로부터 전달되는 회전동력을 출력하는 제6축;
    제1, 제2, 제3 회전요소를 보유하며, 상기 3개의 회전요소 중 1개의 회전요소는 상기 제2축과 고정 연결되고, 다른 1개의 회전요소는 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고, 나머지 1개의 회전요소는 상기 제4축과 고정 연결되는 유성기어세트;
    상기 축과 축을 선택적으로 연결하고, 상기 유성기어세트의 회전요소와 변속기 하우징을 선택적으로 연결하는 3개의 마찰요소; 및
    상기 외접 기어 연결부를 형성하는 4개의 기어열;
    을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    싱글 피니언 유성기어세트로 이루어지며, 제1, 제2, 제3 회전요소는 선기어, 유성캐리어, 링기어로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유성기어세트는
    상기 제1 회전요소가 변속기 하우징과 선택적으로 연결되고,
    상기 제2 회전요소가 제4축과 고정 연결되고,
    상기 제3 회전요소는 제2축과 고정 연결되는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 마찰요소는
    상기 제1축과 제2축 사이에 구성되는 제1 클러치;
    상기 제2축과 제3축 사이에 구성되는 제2 클러치; 및
    상기 유성기어세트의 제1 회전요소와 변속기 하우징 사이에 구성되는 브레이크;
    로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 4개의 기어열은
    상기 제3축에 고정 배치된 제1 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제1 구동기어와 외접 기어 연결되는 제1 피동기어로 이루어지는 제1 기어열;
    상기 제3축에 고정 배치된 제2 구동기어와, 상기 제5축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제2 구동기어와 외접 기어 연결되는 제2 피동기어로 이루어지는 제2 기어열;
    상기 제4축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치된 제3 구동기어와, 상기 제5축에 고정 배치되어 상기 제3 구동기어와 외접 기어 연결되는 제3 피동기어로 이루어지는 제3 기어열; 및
    상기 제4축에 고정 배치된 제4 구동기어와, 상기 제6축의 외주측에 회전 간섭 없이 배치되어 상기 제4 구동기어와 외접 기어 연결되는 제4 피동기어로 이루어지는 제4 기어열;
    을 포함하는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제4 피동기어와 제2, 제3 구동기어를 제4축과 제5축에 선택적으로 동기 연결하는 3개의 싱크로메시는
    상기 제1 피동기어와 제4 피동기어를 제6축과 선택적으로 동기 연결할 수 있도록 구성되는 제1 싱크로메시;
    상기 제3 피동기어와 제4축을 선택적으로 동기 연결하고, 상기 제3축과 제4축을 선택적으로 동시 연결할 수 있도록 구성되는 제2 싱크로메시; 및
    상기 제2 피동기어와 제5축을 선택적으로 구동될 수 있도록 구성되는 제3 싱크로메시;
    로 이루어지는 하이브리드 차량용 동력전달장치.
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