KR20230011587A - 전기 자동차용 동력 전달 장치 - Google Patents

전기 자동차용 동력 전달 장치 Download PDF

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KR20230011587A
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electric vehicle
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motor
gear
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KR1020210091990A
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이승호
양병훈
박지현
장철호
김민수
박정수
장정모
김요한
이원재
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

전기 자동차용 동력 전달 장치가 개시된다. 상기 동력 전달 장치는 제1하우징에 고정되는 제1스테이터와, 제1스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제1로터를 포함하는 제1모터/제너레이터; 제2하우징에 고정되는 제2스테이터와, 제2스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제2로터를 포함하는 제2모터/제너레이터; 상기 제1로터에 연결되는 제1회전요소, 제1바퀴에 연결되는 제2회전요소, 그리고 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어세트; 제2로터에 연결되는 제4회전요소, 제2바퀴에 연결되는 제5회전요소, 그리고 제3회전요소와 연결되는 제6회전요소를 포함하는 제2유성기어세트; 제1, 2, 3회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제1유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제1클러치; 제4, 5, 6회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제2유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제2클러치; 그리고 서로 연결된 제3회전요소와 제6회전요소를 선택적으로 제3하우징에 고정하는 브레이크를 포함할 수 있다.

Description

전기 자동차용 동력 전달 장치{POWER TRANSMISSION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차용 동력 전달 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 모터를 사용함으로써 다양한 제어 전략의 적용이 가능하고 연비가 향상되며 내구성이 우수한 전기 자동차용 동력 전달 장치에 관한 것이다.
자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 규제 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라, 자동차 메이커들은 전기자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 전기자동차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 미래형 자동차로서 개발하고 있다.
최근, 전기 자동차의 생산 및 판매가 증가함에 따라, 감속기 기술, 다단화 기술, 인휠 기술 등 전기 자동차에 적용 가능한 다양한 기술들의 개발에 박차를 가하고 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 두 개의 모터를 사용함으로써 다양한 제어 전략의 적용이 가능한 전기 자동차용 동력 전달 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치는 제1하우징에 고정되는 제1스테이터와, 제1스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제1로터를 포함하는 제1모터/제너레이터; 제2하우징에 고정되는 제2스테이터와, 제2스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제2로터를 포함하는 제2모터/제너레이터; 상기 제1로터에 연결되는 제1회전요소, 제1바퀴에 연결되는 제2회전요소, 그리고 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어세트; 제2로터에 연결되는 제4회전요소, 제2바퀴에 연결되는 제5회전요소, 그리고 제3회전요소와 연결되는 제6회전요소를 포함하는 제2유성기어세트; 제1, 2, 3회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제1유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제1클러치; 제4, 5, 6회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제2유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제2클러치; 그리고 서로 연결된 제3회전요소와 제6회전요소를 선택적으로 제3하우징에 고정하는 브레이크를 포함할 수 있다.
상기 제1, 2바퀴는 한 쌍의 전륜이고, 상기 동력 전달 장치는 제1, 2바퀴 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1하우징과 제1모터/제너레이터는 제1모터 모듈로 구성되고, 상기 제2하우징과 제2모터/제너레이터는 제2모터 모듈로 구성되며, 상기 제1, 2유성기어세트, 제1, 2클러치, 브레이크, 그리고 제3하우징은 기어 모듈로 구성될 수 있다.
상기 기어 모듈은 제1, 2모터 모듈 사이에 배치될 수 있다.
일부 예에서, 상기 동력 전달 장치는 제1회전요소와 제1로터 사이 또는 제4회전요소와 제2로터 사이에 배치되는 동기장치를 더 포함할 수 있다.
상기 동기장치는 도그 클러치 또는 싱크로나이저 등일 수 있다.
일부 예에서, 제1, 2유성기어세트 각각은 싱글 피니언 유성기어세트이고, 제1회전요소는 제1선기어이며, 제2회전요소는 제1유성 캐리어이고, 제3회전요소는 제1링기어이며, 제4회전요소는 제2선기어이고, 제5회전요소는 제2유성 캐리어이며, 제6회전요소는 제2링기어일 수 있다.
제1링기어와 제2링기어는 일체로 형성될 수 있다.
제1클러치는 제1유성 캐리어와 제1링기어를 선택적으로 연결하고, 제2클러치는 제2유성 캐리어와 제2링기어를 선택적으로 연결할 수 있다.
일부 예에서, 제1, 2유성기어세트 각각은 더블 피니언 유성기어세트이고, 제1회전요소는 제1선기어이며, 제2회전요소는 제1링기어이고, 제3회전요소는 제1유성 캐리어이며, 제4회전요소는 제2선기어이고, 제5회전요소는 제2링기어이며, 제6회전요소는 제2유성 캐리어일 수 있다.
제1클러치는 제1선기어와 제1링기어를 선택적으로 연결하고, 제2클러치는 제2선기어와 제2링기어를 선택적으로 연결할 수 잇다.
제1, 2, 3하우징은 하나의 하우징으로 서로 조립될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 두 개의 모터를 두 개의 유성기어세트로 연결함으로써 설계 자유도가 우수하고, 이에 따라 내구성을 고려한 안전 계수를 적용하여 동력 전달 장치를 설계할 수 있다.
모터의 성능을 자유롭게 선택할 수 있는 모듈 구조로 제작함으로써, 다양한 성능을 요구하는 다양한 차량에 적용할 수 있다.
기존의 엔진 룸에 장착이 가능하여 사용할 수 있는 모터와 기어 박스에 제한이 적다. 따라서, 다양한 성능을 요구하는 다양한 차량에 적용할 수 있다.
기계적 구성 요소를 통한 차동 및 토크 벡터링을 구현함으로써 선회 능력이 안정적이고 우수하다.
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.
본 명세서의 실시예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치의 작동표이다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 개시의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 개시의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
여기에서 사용되는 바와 같은 "차량" 또는 "차량의"와 같은 용어 또는 다른 유사한 용어는 철도 차량뿐만 아니라 스포츠 유틸리티 차량(sports utility vehicles; SUVs)를 포함하는 승용차들, 버스들, 트럭들, 다양한 상업용 차량들을 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 상기 차량은 하이브리드 차량을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "전기 자동차" 또는 유사한 용어는 하나 이상의 모터/제너레이터에 의하여 구동되는 차량을 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는, "작동적으로 연결(operably connected)" 또는 이와 유사한 용어는 적어도 두 개의 부재가 직접적 또는 간접적으로 서로 연결되는 것을 의미한다. 작동적으로 연결된 두 개의 부재는 항상 동일한 속도와 동일한 방향으로 회전하는 것은 아니며, 작동적으로 연결된 하나의 부재가 회전하면 작동적으로 연결된 다른 하나의 부재도 회전한다. 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 두 개의 부재가 연결된다는 것은 두 개의 부재가 작동적으로 연결되는 것을 의미한다.
직접 연결(directly connected) 또는 이와 유사한 용어는 적어도 두 개의 부재가 항상 작동적으로 연결되는 것을 의미한다.
또한, 선택적 연결(selectively connected) 또는 이와 유사한 용어는 적어도 두 개의 부재가 결합 요소(예를 들어, 싱크로나이저, 도그 클러치, 클러치, 브레이크 등)의 작동을 통하여 서로 작동적으로 연결되거나 연결되지 않는 것을 의미한다. 즉, 결합요소가 두 개의 부재를 선택적으로 연결하는 경우, 결합요소가 작동하면 두 개의 부재가 작동적으로 연결되지만, 결합요소가 해제되면 두 개의 부재가 연결되지 않는다.
따라서, 선택적 연결 또는 이와 유사한 용어는 작동적 연결 또는 이와 유사한 용어 및 직접 연결 또는 이와 유사한 용어와는 다름을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치(1)는 서로 이격된 차량의 제1, 2바퀴(10a, 10b) 사이에 배치된다. 상기 제1, 2바퀴(10a, 10b)는 한 쌍의 전륜이거나 한 쌍의 후륜일 수 있다. 상기 동력 전달 장치(1)가 한 쌍의 전륜(10a, 10b) 사이에 배치되면, 상기 동력 전달 장치(1)는 기존의 엔진 룸에 장착될 수 있다.
상기 동력 전달 장치(1)는 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 상기 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 사이에 배치된 기어 모듈(6)을 포함한다. 동력 전달 장치(1)가 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)로 구성되어 있으므로, 조립이 간편하다. 또한, 차량에 요구되는 성능에 맞추어 상기 모듈들 중 일부를 바꾸어 조립할 수 있으므로, 상기 동력 전달 장치(1)는 다양한 성능을 요구하는 다양한 차량에 적용될 수 있다.
제1모터 모듈(4a)은 제1하우징(2a)과, 제1모터/제너레이터(20a)를 포함한다.
제1하우징(2a)은 제1모터 모듈(4a)을 위한 별도의 하우징, 예를 들어 모터 하우징이거나 차체와 같이 차량 내의 고정된 구조물일 수 있다.
제1모터/제너레이터(20a)는 상기 제1하우징(2a) 내에 배치되며, 제1로터(22a)와 제1스테이터(24a)를 포함한다. 제1로터(22a)는 원통 형상이며 제1하우징(2a) 내에 회전 가능하게 배치된다. 제1스테이터(24a)는 제1로터(22a)를 둘러싸며 제1하우징(2a)에 고정된다. 제1스테이터(24a)에 전류가 인가되면 제1스테이터(24a)는 자기장을 생성하고, 이 자기장에 의하여 제1로터(22a)가 회전하며 구동력을 생성한다. 제1로터(22a)에는 중공의 제1모터축이 연결되어 기어 모듈(6)을 향하여 연장된다.
제2모터 모듈(4b)은 제2하우징(2b)과, 제2모터/제너레이터(20b)를 포함한다.
제2하우징(2b)은 제2모터 모듈(4b)을 위한 별도의 하우징, 예를 들어 모터 하우징이거나 차체와 같이 차량 내의 고정된 구조물일 수 있다.
제2모터/제너레이터(20b)는 상기 제2하우징(2b) 내에 배치되며, 제2로터(22b)와 제2스테이터(24b)를 포함한다. 제2로터(22b)는 원통 형상이며 제2하우징(2b) 내에 회전 가능하게 배치된다. 제2스테이터(24b)는 제2로터(22b)를 둘러싸며 제2하우징(2b)에 고정된다. 제2스테이터(24b)에 전류가 인가되면 제2스테이터(24b)는 자기장을 생성하고, 이 자기장에 의하여 제2로터(22b)가 회전하며 구동력을 생성한다. 제2로터(22b)에는 중공의 제2모터축이 연결되어 기어 모듈(6)을 향하여 연장된다.
기어 모듈(6)은 제3하우징(2c)과 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)를 포함한다.
제3하우징(2c)은 기어 모듈(6)을 위한 별도의 하우징이거나 차체와 같이 차량 내의 고정된 구조물일 수 있다. 제1, 2, 3하우징(2a, 2b, 2c)은, 이에 한정되지 아니하나, 하나의 하우징으로 서로 조립될 수 있다.
제1유성기어세트(PG1)는 제1선기어(S1), 제1유성 캐리어(C1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 회전요소로 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트이다. 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1) 사이에는 하나의 세트의 피니언 기어가 회전 가능하게 배치되어 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1)에 치합되고, 제1유성 캐리어(C1)는 하나의 세트의 피니언 기어를 회전 가능하게 지지한다. 여기서, 제1선기어(S1)는 제1회전요소이며 제1모터축을 통하여 제1로터(22a)에 연결되고, 제1유성 캐리어(C1)는 제2회전요소이며 상기 제1모터축과 제1로터(22a)를 관통하는 제1출력축(12a)을 통하여 제1바퀴(10a)에 연결되고 제1클러치(CL1)를 통해 제1링기어(R1)에 선택적으로 연결되며, 제1링기어(R1)는 제3회전요소이고 브레이크(BK)를 통해 제3하우징(2c)에 선택적으로 연결된다. 여기서, 제1클러치(CL1)는 제1유성기어세트(PG1)의 두 개의 회전요소, 예를 들어 제1유성 캐리어(C1)와 제1링기어(R1)를 연결시켜 제1유성기어세트(PG1)를 록업시킨다.
제2유성기어세트(PG2)는 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(C2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 회전요소로 포함하는 싱글 피니언 유성기어세트이다. 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2) 사이에는 하나의 세트의 피니언 기어가 회전 가능하게 배치되어 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2)에 치합되고, 제2유성 캐리어(C2)는 상기 하나의 세트의 피니언 기어를 회전 가능하게 지지한다. 여기서, 제2선기어(S2)는 제4회전요소이며 동기장치(SYN)를 통하여 제2로터(22b)에 선택적으로 연결되고, 제2유성 캐리어(C2)는 제5회전요소이며 제2모터축과 제2로터(22b)를 관통하는 제2출력축(12b)을 통하여 제2바퀴(10b)에 연결되고 제2클러치(CL2)를 통해 제2링기어(R2)에 선택적으로 연결되며, 제2링기어(R2)는 제6회전요소이고 브레이크(BK)를 통해 제3하우징(2c)에 선택적으로 연결된다. 여기서, 제2클러치(CL2)는 제2유성기어세트(PG2)의 두 개의 회전요소, 예를 들어 제2유성 캐리어(C2)와 제2링기어(R2)를 연결시켜 제2유성기어세트(PG2)를 록업시킨다. 또한, 제1링기어(R1)와 제2링기어(R2)는 일체로 형성되어 하나의 공용 링기어로 작동할 수 있으나, 제1링기어(R1)와 제2링기어(R2)는 반드시 일체로 형성될 필요는 없다. 제1링기어(R1)와 제2링기어(R2)는 별개로 형성되어 서로 연결될 수도 있다. 여기서, 동기장치(SYN)는 도그 클러치나 싱크로나이저 등일 수 있다.
본 명세서에서는 제2선기어(S2)가 동기장치(SYN)를 통해 제2로터(22b)에 선택적으로 연결되는 것을 예시하였으나, 제2선기어(S2)는 제2모터축을 통해 제2로터(22b)에 연결되고 제1선기어(S1)가 동기장치(SYN)를 통해 제1로터(22a)에 선택적으로 연결될 수 있다.
제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b) 중 적어도 하나가 구동력을 생성하면, 기어 모듈(6)은 상기 구동력을 변환하여 제1, 2출력축(12a, 12b)을 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)에 전달한다.
이하, 도 2를 참고로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치의 작동을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치의 작동표이다.
정지 또는 주차
도 2에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 정지 상태는 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 하나의 방식은 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 작동하지 않고, 브레이크(BK)와 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되며, 동기장치(SYN)가 해제되는 것이다. 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되어 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)가 록업된 상태에서 브레이크(BK)가 작동하여 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)의 모든 회전요소가 제3하우징(2c)에 고정된다. 따라서, 운전자가 운전석에 구비된 풋 브레이크를 밟지 않아도 전기 자동차는 움직이지 않으며, 이에 따라 전기 자동차의 주차 모드도 이 방식으로 구현될 수 있다.
다른 하나의 방식은 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 작동하지 않고, 브레이크(BK), 제1, 2클러치(CL1, CL2) 및 동기장치(SYN)가 해제되는 것이다. 이 상태에서는, 제1, 2바퀴(10a, 10b)에 연결된 제1, 2유성 캐리어(C1, C2)가 회전 가능하므로 운전자는 운전석에 구비된 풋 브레이크를 밟아야 할 수도 있다. 따라서, 이 방식으로 구현되는 정지 상태는 전기 자동차의 주행 중 일시적으로 정지할 때 사용될 수 있다.
발진
전기 자동차가 발진할 때에는, 동기장치(SYN)가 계합된 상태에서 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 작동하여 구동력은 제1, 2모터축을 통해 제1, 2선기어(S1, S2)에 전달된다. 이 때, 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되지 않고 브레이크(BK)가 계합되어 상기 구동력에 따른 토크는 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)의 기어비만큼 증가되어 제1, 2유성 캐리어(C1, C2)와 제1, 2출력축(12a, 12b)를 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)로 출력된다.
가속
전기 자동차가 가속할 때에는, 동기장치(SYN)가 계합된 상태에서 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 작동하여 구동력은 제1, 2모터축을 통해 제1, 2선기어(S1, S2)에 전달된다. 이 때, 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되고 브레이크(BK)가 계합되지 않아 상기 구동력에 따른 토크는 변환 없이 제1, 2유성 캐리어(C1, C2)와 제1, 2출력축(12a, 12b)를 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)로 출력된다. 이 때, 제1, 2로터(22a, 22b)의 회전속도와 제1, 2바퀴(10a, 10b)의 회전속도는 동일하다.
정속 주행
전기 자동차가 정속으로 주행할 때에는, 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되어 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)가 록업된 상태에서 상태에서 브레이크(BK)가 해제된다.
이 상태에서, 제1모터/제너레이터(20a)가 작동하고 제2모터/제너레이터(20b)가 작동하지 않으며 동기장치(SYN)가 해제되면, 제1모터/제너레이터(20a)의 구동력에 따른 토크는 변환 없이 제1, 2유성 캐리어(C1, C2)와 제1, 2출력축(12a, 12b)를 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)로 출력된다. 이 때, 제1로터(22a)의 회전속도와 제1, 2바퀴(10a, 10b)의 회전속도는 동일하다. 이러한 방식으로 구현되는 정속 주행에서는 제2모터/제너레이터(20b)를 작동시키지 않으므로 전기 에너지의 소모를 줄일 수 있다.
또한, 전기 자동차의 정속 주행은 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되고, 브레이크(BK)가 해제되며, 동기장치(SYN)가 계합된 상태에서 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 작동함으로써 구현될 수 있다. 이 경우, 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)의 구동력에 따른 토크는 변환 없이 제1, 2유성 캐리어(C1, C2)와 제1, 2출력축(12a, 12b)를 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)로 출력된다. 이 때, 제1, 2로터(22a, 22b)의 회전속도와 제1, 2바퀴(10a, 10b)의 회전속도는 동일하다.
회생 제동
전기 자동차의 회생 제동은 전기 자동차의 정속 주행과 동일한 방식으로 구현된다. 다만, 전기 자동차의 정속 주행에서 구동력을 제공하던 제1모터/제너레이터(20a) 및/또는 제2모터/제너레이터(20b)는 회생 제동 시 충전하여 전기 에너지를 생성한다. 즉, 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되고, 브레이크(BK)가 해제되며, 싱크로(SYN)가 해제된 상태에서 제1모터/제너레이터(20a)는 발전하고 제2모터/제너레이터(20b)는 정지할 수 있다. 이와는 달리, 제1, 2클러치(CL1, CL2)가 계합되고, 브레이크(BK)가 해제되며, 싱크로(SYN)가 계합된 상태에서 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 발전할 수 있다.
저속 선회
제1, 2클러치(CL1, CL2)가 해제되고 브레이크(BK)가 계합되며 동기장치(SYN)가 계합된 상태에서 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 서로 상이한 속도로 작동함으로써 전기자동차는 저속에서 선회할 수 있다. 즉, 브레이크(BK)가 계합되어 제1, 2링기어(R1, R2)가 정지한 상태에서, 제1선기어(S1)에는 제1모터/제너레이터(20a)의 구동력이 입력되어 제1유성 캐리어(C1)와 제1출력축(12a)을 통해 제1바퀴(10a)로 출력되고 제2선기어(S2)에는 제2모터/제너레이터(20b)의 구동력이 입력되어 제2유성 캐리어(C2)와 제2출력축(12b)을 통해 제2바퀴(10b)로 출력된다. 여기서, 제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b)가 서로 상이한 속도로 작동하므로, 제1, 2바퀴(10a, 10b)도 상이한 속도로 회전하여 전기 자동차는 선회한다.
고속 선회
전기 자동차의 고속 선회는 브레이크(BK)의 작동 여부를 제외하고는 저속 선회와 동일한 방식으로 구현된다. 전기 자동차의 고속 선회에서 브레이크(BK)가 해제됨으로써 상대적으로 빠른 속도에서 전기 자동차가 선회할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치(1)는 차량의 제1, 2바퀴(10a, 10b) 사이에 배치되고, 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)을 포함한다. 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b)은 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b)와 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
기어 모듈(6)은 제3하우징(2c)과 제1, 2유성기어세트(PG1, PG2)를 포함한다.
제3하우징(2c)은 기어 모듈(6)을 위한 별도의 하우징이거나 차체와 같이 차량 내의 고정된 구조물일 수 있다.
제1유성기어세트(PG1)는 제1선기어(S1), 제1유성 캐리어(C1), 그리고 제1링기어(R1)를 그 회전요소로 포함하는 더블 피니언 유성기어세트이다. 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1) 사이에는 두 개의 세트의 피니언 기어가 회전 가능하게 배치되며, 하나의 세트의 피니언 기어는 제1선기어(S1)에 치합되고, 다른 하나의 세트의 피니언 기어는 제1링기어(R1)와 하나의 세트의 피니언 기어에 치합되어 제1유성 캐리어(C1)는 두 개의 세트의 피니언 기어를 회전 가능하게 지지한다. 여기서, 제1선기어(S1)는 제1회전요소이며 제1모터축을 통하여 제1로터(22a)에 연결되고, 제1링기어(R1)는 제2회전요소이며 상기 제1모터축과 제1로터(22a)를 관통하는 제1출력축(12a)을 통하여 제1바퀴(10a)에 연결되고 제1클러치(CL1)를 통해 제1선기어(S1)에 선택적으로 연결되며, 제1유성 캐리어(C1)는 제3회전요소이고 브레이크(BK)를 통해 제3하우징(2c)에 선택적으로 연결된다. 여기서, 제1클러치(CL1)는 제1유성기어세트(PG1)의 두 개의 회전요소, 예를 들어 제1선기어(S1)와 제1링기어(R1)를 연결시켜 제1유성기어세트(PG1)를 록업시킨다.
제2유성기어세트(PG2)는 제2선기어(S2), 제2유성 캐리어(C2), 그리고 제2링기어(R2)를 그 회전요소로 포함하는 더블 피니언 유성기어세트이다. 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2) 사이에는 두 개의 세트의 피니언 기어가 회전 가능하게 배치되며, 하나의 세트의 피니언 기어는 제2선기어(S2)에 치합되고, 다른 하나의 세트의 피니언 기어는 제2링기어(R2)와 하나의 세트의 피니언 기어에 치합되어 제2유성 캐리어(C2)는 두 개의 세트의 피니언 기어를 회전 가능하게 지지한다. 여기서, 제2선기어(S2)는 제4회전요소이며 제2모터축을 통하여 제2로터(22b)에 연결되고, 제2링기어(R2)는 제5회전요소이며 상기 제2모터축과 제2로터(22b)를 관통하는 제2출력축(12b)을 통하여 제2바퀴(10b)에 연결되고 제2클러치(CL2)를 통해 제2선기어(S2)에 선택적으로 연결되며, 제2유성 캐리어(C2)는 제6회전요소이고 브레이크(BK)를 통해 제3하우징(2c)에 선택적으로 연결된다. 여기서, 제2클러치(CL2)는 제2유성기어세트(PG2)의 두 개의 회전요소, 예를 들어 제2선기어(S2)와 제2링기어(R2)를 연결시켜 제2유성기어세트(PG2)를 록업시킨다.
본 명세서에서는 제2선기어(S2)가 동기장치(SYN)를 통해 제2로터(22b)에 선택적으로 연결되는 것을 예시하였으나, 제2선기어(S2)는 제2모터축을 통해 제2로터(22b)에 연결되고 제1선기어(S1)가 동기장치(SYN)를 통해 제1로터(22a)에 선택적으로 연결될 수 있다.
제1, 2모터/제너레이터(20a, 20b) 중 적어도 하나가 구동력을 생성하면, 기어 모듈(6)은 상기 구동력을 변환하여 제1, 2출력축(12a, 12b)을 통해 제1, 2바퀴(10a, 10b)에 전달한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치의 작동은 본 발명의 제1실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치의 작동과 매우 유사하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치(1)는 차량의 제1, 2바퀴(10a, 10b) 사이에 배치되고, 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)을 포함한다. 본 발명의 제3실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)은 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)과 매우 유사하다. 다만, 본 발명의 제3실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)에서 제2선기어(S2)는 제2모터축을 통하여 제2로터(22b)에 연결된다. 즉, 본 발명의 제3실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)는 제2선기어(S2)와 제2로터(22b) 사이에 동기장치(SYN)가 존재하지 않는다.
동기장치(SYN)의 존재 여부 및 이에 따른 동기장치(SYN)의 작동을 제외하고는 본 발명의 제3실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)의 구성 및 작동은 본 발명의 제1실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)의 구성 및 작동과 매우 유사하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치를 도시한 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시 예에 따른 전기 자동차용 동력 전달 장치(1)는 차량의 제1, 2바퀴(10a, 10b) 사이에 배치되고, 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)을 포함한다. 본 발명의 제4실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)은 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1, 2모터 모듈(4a, 4b) 및 기어 모듈(6)과 매우 유사하다. 다만, 본 발명의 제4실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)에서 제2선기어(S2)는 제2모터축을 통하여 제2로터(22b)에 연결된다. 즉, 본 발명의 제4실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)는 제2선기어(S2)와 제2로터(22b) 사이에 동기장치(SYN)가 존재하지 않는다.
동기장치(SYN)의 존재 여부 및 이에 따른 동기장치(SYN)의 작동을 제외하고는 본 발명의 제4실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)의 구성 및 작동은 본 발명의 제2실시 예에 따른 동력 전달 장치(1)의 구성 및 작동과 매우 유사하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
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.
1: 동력 전달 장치 2a, 2b, 2c: 제1, 2, 3하우징
4a, 4b: 제1, 2모터 모듈 6: 기어 모듈
10a, 10b: 제1, 2바퀴 12a, 12b: 제1, 2출력축
20a, 20b: 제1, 2모터/제너레이터 22a, 22b: 제1, 2로터
24a, 24b: 제1, 2스테이터 S1, S2: 제1, 2선기어
C1, C2: 제1, 2유성 캐리어 R1, R2: 제1, 2링기어
CL1, CL2: 제1, 2클러치 BK: 브레이크
PG1, PG2: 제1, 2유성기어세트

Claims (12)

  1. 제1하우징에 고정되는 제1스테이터와, 제1스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제1로터를 포함하는 제1모터/제너레이터;
    제2하우징에 고정되는 제2스테이터와, 제2스테이터 내에서 회전 가능하게 배치되는 제2로터를 포함하는 제2모터/제너레이터;
    상기 제1로터에 연결되는 제1회전요소, 제1바퀴에 연결되는 제2회전요소, 그리고 제3회전요소를 포함하는 제1유성기어세트;
    제2로터에 연결되는 제4회전요소, 제2바퀴에 연결되는 제5회전요소, 그리고 제3회전요소와 연결되는 제6회전요소를 포함하는 제2유성기어세트;
    제1, 2, 3회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제1유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제1클러치;
    제4, 5, 6회전요소 중 두 개의 회전요소를 선택적으로 연결하여 제2유성기어세트를 선택적으로 록업시키는 제2클러치; 그리고
    서로 연결된 제3회전요소와 제6회전요소를 선택적으로 제3하우징에 고정하는 브레이크;
    를 포함하는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2바퀴는 한 쌍의 전륜이고,
    상기 동력 전달 장치는 제1, 2바퀴 사이에 배치되는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1하우징과 제1모터/제너레이터는 제1모터 모듈로 구성되고,
    상기 제2하우징과 제2모터/제너레이터는 제2모터 모듈로 구성되며,
    상기 제1, 2유성기어세트, 제1, 2클러치, 브레이크, 그리고 제3하우징은 기어 모듈로 구성되는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기어 모듈은 제1, 2모터 모듈 사이에 배치되는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제1회전요소와 제1로터 사이 또는 제4회전요소와 제2로터 사이에 배치되는 동기장치를 더 포함하는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동기장치는 도그 클러치 또는 싱크로나이저인 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    제1, 2유성기어세트 각각은 싱글 피니언 유성기어세트이고,
    제1회전요소는 제1선기어이며, 제2회전요소는 제1유성 캐리어이고, 제3회전요소는 제1링기어이며,
    제4회전요소는 제2선기어이고, 제5회전요소는 제2유성 캐리어이며, 제6회전요소는 제2링기어인 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    제1링기어와 제2링기어는 일체로 형성되는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    제1클러치는 제1유성 캐리어와 제1링기어를 선택적으로 연결하고,
    제2클러치는 제2유성 캐리어와 제2링기어를 선택적으로 연결하는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    제1, 2유성기어세트 각각은 더블 피니언 유성기어세트이고,
    제1회전요소는 제1선기어이며, 제2회전요소는 제1링기어이고, 제3회전요소는 제1유성 캐리어이며,
    제4회전요소는 제2선기어이고, 제5회전요소는 제2링기어이며, 제6회전요소는 제2유성 캐리어인 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제1클러치는 제1선기어와 제1링기어를 선택적으로 연결하고,
    제2클러치는 제2선기어와 제2링기어를 선택적으로 연결하는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    제1, 2, 3하우징은 하나의 하우징으로 서로 조립되는 전기 자동차용 동력 전달 장치.
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