WO2017116172A1 - 다중모드를 구비한 하이브리드 자동차용 구동장치 - Google Patents

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WO2017116172A1
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planetary gear
gear device
rotating element
clutch
engine
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PCT/KR2016/015492
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금동석
강진건
김현준
바후미투마드어
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한국과학기술원
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    • B60K6/48—Parallel type
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the following embodiments are related to a hybrid drive for an automobile.
  • the hybrid drive system which uses a planetary gear set and two motor generators together with the engine, can act as an electrically variable continuously variable transmission by controlling the speed of the motor generator without a separate transmission and controlling the speed of the motor generator. By doing so, a motor mode, an engine mode, a hybrid mode, and a regenerative braking mode can be realized.
  • the engine can be controlled on / off to further improve fuel efficiency. Also, the use of friction brakes can be minimized during braking to increase regenerative braking efficiency.
  • a widely used method as a power train for a hybrid electric vehicle using two motor generators is an input split type structure in which one of the two motor generators is fixedly connected directly to the output shaft.
  • the power train having the above structure has the best efficiency at the gear ratio which forms a mechanical point at which the speed of the remaining motor generator is not directly connected to the output shaft, and the speed is increased or decreased. This starts to fall, and the decrease in efficiency when the speed ratio decreases is sharply larger than when the speed ratio increases. In other words, as the speed ratio becomes smaller beyond the mechanical point (as the vehicle speed increases), the efficiency of the power train is drastically lowered.
  • one of the methods widely used as a power train for a hybrid electric vehicle using two conventional motor generators is a compound branch in which both motor generators are connected to different rotary elements of the planetary gear system without being directly connected to the output shaft or the input shaft. It has a compound split structure.
  • An object according to an embodiment is to provide a hybrid drive that can have an excellent fuel economy and acceleration performance by arranging and connecting the engine and two motors to the optimum position of the planetary gear in the power divergent hybrid vehicle.
  • the two motor mode is enabled and the object is to greatly improve the acceleration performance.
  • a hybrid driving apparatus includes a first planetary gear device having at least three rotating elements, a first motor, an output shaft, and a second connected to the first, second, and third rotating elements of the first planetary gear device, respectively.
  • a first brake, a second brake, and a first rotating element of the first planetary gear device provided to vary the rotational restraint state of the motor and the first and third rotating elements of the first planetary gear device with respect to the fixed member, respectively.
  • a clutch that is variably connected to the engine and the variable coupling so as to vary the rotational restraint state between the first rotating element and the engine of the first planetary gear device.
  • the apparatus may further include an increase gear located between the clutch and the engine and connected to the clutch and the engine.
  • first, second, and third rotating elements of the first planetary gear device may be first ring gears, first carriers, and first sun gears, respectively.
  • the first ring gear may be connected to the first motor, the first brake and the clutch, the first carrier may be connected to the output shaft, and the first sun gear may be connected to the second motor and the second brake.
  • a hybrid planetary device includes a first planetary gear device having at least three rotating elements, a second planetary gear device variablely connected to the first planetary gear device and having at least three rotating elements.
  • 1 may include a first motor, an output shaft, and a second motor connected to the first, second, and third rotating elements of the planetary gear device.
  • the hybrid device is connected to the first brake, the second brake and the second planetary gear device which are installed to vary the rotational restraint state of the first and third rotary elements of the first planetary gear device with respect to the fixed member, respectively. It may include an engine.
  • the hybrid driving apparatus may further include a clutch that is variably connected to vary the rotational binding state between the first rotational element of the first planetary gear device and the second planetary gear device.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is connected to the engine, the second rotating element of the second planetary gear device is grounded, and the third rotating element of the second planetary gear device is connected by the clutch. It may be variably connected with the first rotating element of the first planetary gear device.
  • the first, second and third rotating elements of the first planetary gear device may be configured of a first ring gear, a first pinion gear and a first sun gear, respectively.
  • the first, second and third rotating elements of the second planetary gear device may be configured of a second ring gear, a second pinion gear and a second sun gear, respectively.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is grounded, and the second rotating element and the third rotating element of the second planetary gear device are first rotated by the clutch.
  • the fourth rotary element of the second planetary gear device may be connected to the engine.
  • first, second, and third rotating elements of the first planetary gear device may be configured with a first ring gear, a first pinion gear, and a first sun gear, respectively.
  • first, second, third, and fourth rotational elements of the second planetary gear device may include a second ring gear, two second pinion gears, and a second sun gear, respectively.
  • first rotary element of the second planetary gear device is grounded, the second rotary element and the third rotary element of the second planetary gear device are connected to the engine, and the fourth of the second planetary gear device.
  • the rotating element may be variably connected to the first rotating element of the first planetary gear device by the clutch.
  • first, second and third rotating elements of the first planetary gear device may be composed of a first ring gear, a first pinion gear, and a first sun gear, respectively.
  • the second, third, and fourth rotating elements may each be composed of a second ring gear, two second pinion gears, and a second sun gear.
  • a hybrid drive device includes a first planetary gear device having at least three rotating elements, a first motor connected to the first, second, and third rotating elements of the first planetary gear device, an output shaft, It may include a second motor.
  • the first brake, the second brake and the first rotating element of the first planetary gear device are installed to change the rotational restraint state of the first and third rotary elements of the first planetary gear device with respect to the fixed member, respectively.
  • a parallel shaft gear variably connected to and an engine coupled to the parallel shaft gear.
  • the hybrid drive device may further include a clutch that is variably connected to vary the rotational restraint state between the first rotational element of the first planetary gear device and the parallel shaft gear.
  • first, second, and third rotating elements of the first planetary gear device may be configured with a first ring gear, a first pinion gear, and a first sun gear, respectively.
  • a hybrid drive device includes a planetary gear device having at least three rotating elements, a second motor variably connected to a first rotating element of the planetary gear device, and a second and a third of the planetary gear device.
  • An output shaft connected to the rotating element, a first motor, an engine variably connected to the second motor, and a first brake installed to vary the rotational restraint state with respect to the fixing member of the first rotating element of the planetary gear device. can do.
  • the hybrid driving apparatus may include a rotational clutch state between the first clutch and the second rotation element of the second motor and the planetary gear device that are variably connected so as to vary the rotational constraint state between the engine and the second motor. It may further include a second clutch for variable connection to be variable.
  • the hybrid driving apparatus may further include a reduction gear or an increase gear located between the first clutch and the engine and connected to the first clutch and the engine.
  • the hybrid driving apparatus may further include a parallel shaft gear positioned between the first clutch and the engine and variably connected to the engine.
  • the hybrid drive apparatus may have an excellent fuel economy and acceleration performance by arranging and connecting an engine and two motors to an optimum position of a planetary gear in a power split hybrid vehicle.
  • 1 shows a hybrid drive including a speed increase gear.
  • 2A and 2B show operation state tables of brakes and clutches for respective modes of the hybrid drive device of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the EV1 mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 4 shows the EV2 mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 5 shows the EV3 mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 6 illustrates a split mode of the hybrid drive of FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a parallel mode of the hybrid drive of FIG. 1.
  • FIG. 8 shows a hybrid drive including a second planetary gear device as a reduction gear or an increase gear.
  • 9 to 11 show the components implementing the second planetary gear device of the hybrid drive device of FIG. 8 and their arrangement.
  • FIG. 14 shows a hybrid drive apparatus according to another embodiment including a reduction gear or an increase gear.
  • FIG. 15 is a table showing operation states of the brakes and the clutches in each mode of the hybrid drive device of FIG. 14.
  • 16A-16D show the EV1 mode of the hybrid drive of FIG.
  • 17 shows the EV2 mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 18 illustrates a split mode of the hybrid drive of FIG. 14.
  • FIG. 19 shows a series mode of the hybrid drive of FIG.
  • a hybrid drive including a parallel shaft gear as a reduction gear or an increase gear.
  • FIG. 1 shows a hybrid drive including a speed increase gear
  • FIGS. 2A and 2B show operation state tables of brakes and clutches for respective modes of the hybrid drive of FIG. 1.
  • 3 shows the EV1 mode of the hybrid drive of FIG. 1
  • FIG. 4 shows the EV2 mode of the hybrid drive of FIG. 1
  • FIG. 5 shows the EV3 mode of the hybrid drive of FIG. 6 shows a split mode of the hybrid drive of FIG. 1
  • FIG. 7 shows a parallel mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 8 shows a hybrid drive device including a second planetary gear device as a speed increase gear
  • FIGS. 9 to 11 show components implementing the second planetary gear device of the hybrid drive device of FIG. 8 and their arrangement.
  • FIG. 12 and 13 show a hybrid drive including a parallel shaft gear as a reduction gear or a speed increase gear.
  • FIG. 14 shows a hybrid drive device according to another embodiment including a reduction gear or an increase gear
  • FIG. 15 shows a table of operating states of brakes and clutches for each mode of the hybrid drive device of FIG. 16A to 16D show the EV1 mode of the hybrid drive of FIG. 14, and
  • FIG. 17 shows the EV2 mode of the hybrid drive of FIG.
  • FIG. 18 shows a split mode of the hybrid drive of FIG. 14, and
  • FIG. 19 shows a series mode of the hybrid drive of FIG. 20 shows a hybrid drive including a parallel shaft gear as a reduction gear or an increase gear.
  • the hybrid drive apparatus 10 includes a first planetary gear device 100 having at least three rotation elements and a first rotation element 110 of the first planetary gear device 100.
  • the second rotating element 120 and the third rotating element 130 may include a first motor EM A 200, an output shaft 300, and a second motor EM B 400. have.
  • a final reducer (FD) may be provided between the second rotating element 120 and the output shaft 300 of the first planetary gear device 100.
  • the hybrid drive device 10 is the first rotation element 110, the third rotation element 130 of the first planetary gear device 100 is installed so as to vary the rotational restraint state with respect to the fixing member, respectively
  • An engine 800 which may include a first brake BK 1; 500 and a second brake BK 2; 600, and is variably connected to the first rotating element 110 of the first planetary gear device 100. It may include.
  • the first planetary gear device 100 of the first rotary element 110 and the engine 800 may include a clutch (Cutch) for variably connected to vary the rotational restraint state.
  • the fixing member may be a transmission case.
  • the hybrid drive apparatus 10 may further include a speed multiplication gear (SMG) 700 positioned between the clutch 900 and the engine 800 and connected to the clutch 900 and the engine 800. Can be.
  • SMG speed multiplication gear
  • first rotational element 110, the second rotational element 120, and the third rotational element 130 of the first planetary gear device 100 may each have a first ring gear R1 and a first carrier C1. It may be a first sun gear S1.
  • the first ring gear R1 is connected to the first motor 200, the first brake 500, and the clutch 900, and the first carrier C1 is connected to the output shaft 300 and the first sun gear.
  • S1 may be connected to the second motor 400 and the second brake 600.
  • Figures 2a and 2b shows the operating state of the clutch and brake for each mode.
  • 2A illustrates a driving mode of the hybrid driving apparatus 10 when only the second brake 600 is provided except for the first brake 500.
  • 2B illustrates a driving mode of the hybrid drive apparatus 10 when both the first brake 500 and the second brake 600 are provided.
  • the first brake 500 may be selectively provided.
  • the operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the EV2 mode may not be implemented as shown in FIG. 2A. Can be.
  • FIG 3 shows an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the EV1 mode of FIGS. 2A and 2B, and only the first motor 200 is operated.
  • the second brake 600 is engaged, and both the first brake 500 and the clutch 900 are released. Accordingly, only the first motor 200 is operated in the EV1 mode, and power is supplied therefrom.
  • the rotation speed of the output shaft 300 is greater than the rotation speed of the second brake 600 and smaller than the rotation speed of the first motor 200.
  • FIGS. 2A and 2B illustrates an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the EV2 mode of FIGS. 2A and 2B, and only the second motor 400 is operated.
  • the first brake 500 is engaged, and the second brake 600 and the clutch 900 are both released. Accordingly, only the second motor 400 operates in the EV2 mode, and power is supplied therefrom.
  • the rotation speed of the output shaft 300 is larger than the rotation speed of the first brake 500 and smaller than the rotation speed of the second motor 400.
  • FIG. 5 illustrates an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the EV3 mode of FIGS. 2A and 2B, in which both the first motor 200 and the second motor 400 are operated.
  • the first brake 500, the second brake 600, and the clutch 900 are all in a released state. Accordingly, in the EV3 mode, both the first motor 200 and the second motor 400 operate and power is supplied therefrom.
  • the output shaft 300, the first motor 200 and the second motor 400 is rotated at each angular speed, each angular speed can rotate while satisfying the speed relationship by the planetary gear.
  • FIG. 6 is a view illustrating an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the split mode of FIGS. 2A and 2B, and operates both the first motor 200, the second motor 400, and the engine 800. do.
  • the clutch 900 is engaged, and the first brake 500 and the second brake 600 are released. Accordingly, the first motor 200 and the second motor 400 are in the split mode.
  • both of the engines 800 are operating, from which power is supplied.
  • the output shaft 300, the first motor 200, the engine 800, and the second motor 400 rotate at respective angular speeds, and each angular speed may rotate while satisfying the speed relationship by the planetary gear. .
  • FIG. 7 illustrates an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the parallel mode of FIGS. 2A and 2B.
  • the first motor 200 and the engine 800 are operated.
  • the second brake 600 and the clutch 900 are engaged, and the first brake 500 is released.
  • the first motor 200 and the engine 800 operate in the parallel mode. From this, power is supplied.
  • the rotational speed of the output shaft 300 is smaller than the rotational speeds of the first motor 200 and the engine 800, but greater than the second brake 600.
  • the hybrid device 10 may include a first planetary gear device 100 having at least three rotation elements and a first planetary gear device that is variably connected to the first planetary gear device.
  • First motor 200 connected to the second planetary gear device 700, the first rotary element 110, the second rotary element 120, the third rotary element 130 of the first planetary gear device, The output shaft 300 and the second motor 400 may be included.
  • a final reducer (FD) may be provided between the second rotating element 120 and the output shaft 300 of the first planetary gear device 100.
  • the hybrid device 10 includes a first brake provided to vary the rotational restraint state of the first rotating element 110 and the third rotating element 130 of the first planetary gear device 100 with respect to the fixing member, respectively. 500, the second brake 600 may be included.
  • the hybrid driving apparatus 10 may include an engine 800 connected to the second planetary gear apparatus.
  • the hybrid driving device 10 is a clutch 900 for variably connecting the rotational restraint state between the first rotational element 110 and the second planetary gear device 700 of the first planetary gear device 100. It may further include.
  • the second planetary gear device 700 may be used as a speed increase gear. Such a second planetary gear device 700 is required when the gear ratio is other than one. That is, when the speed increase gear ratio is 1, the speed increase gear like the second planetary gear device 700 is not required.
  • FIGS. 9 to 11 the components implementing the second planetary gear device 700 of the hybrid drive device 10 of FIG. 8 and the arrangement thereof will be described.
  • the first rotary element 110 of the first planetary gear device 100 is the first ring gear (R1)
  • the second rotary element 120 of the first planetary gear device 100 is the first pinion (pinion).
  • P1 the third rotating element 130 of the first planetary gear device 100 may be configured of the first sun gear S1.
  • the second planetary gear device 700 may include three rotating elements.
  • the first rotating element 710 of the second planetary gear device 700 is connected to the engine 800
  • the second rotating element 720 of the second planetary gear device 700 is grounded
  • the third rotating element 730 of the gear device 700 may be variably connected to the first rotating element 110 of the first planetary gear device 100 by the clutch 900.
  • the third rotating element 730 of the second planetary gear device 700 may be composed of a second sun gear (S2).
  • the second planetary gear device 700 may include four rotating elements.
  • the first rotating element 710 of the second planetary gear device 700 is grounded, the second rotating element 720 of the second planetary gear device 700 and the third of the second planetary gear device 700.
  • the rotating element 730 may be variably connected to the first rotating element 110 of the first planetary gear device 100 by the clutch 900, and the fourth rotating element 740 of the second planetary gear device 700 may be used. May be connected to the engine 800.
  • the first rotary element 710 of the second planetary gear device 700 is composed of a second ring gear (R2), the second rotary element 720 and the second planetary planet of the second planetary gear device 700.
  • the third rotating element 730 of the gear device 700 may be composed of two second pinion gears P2-1 and P2-2, respectively.
  • the fourth rotating element 740 of the second planetary gear device 700 may be configured of the second sun gear S2.
  • the second planetary gear device 700 may include four rotating elements.
  • the first rotating element 710 of the second planetary gear device 700 is grounded, and the second rotating element 720 and the second planetary gear device 700 of the second planetary gear device 700 are grounded.
  • the third rotating element 730 may be connected to the engine 800. Therefore, the fourth rotating element 740 of the second planetary gear device 700 may be variably connected to the first rotating element 110 of the first planetary gear device 100 by the clutch 900.
  • the first rotary element 710 of the second planetary gear device 700 is composed of a second ring gear (R2), the second rotary element 720 and the second planetary planet of the second planetary gear device 700.
  • the third rotating element 730 of the gear device 700 may be composed of two second pinion gears P2-1 and P2-2, respectively.
  • the fourth rotating element 740 of the second planetary gear device 700 may be configured of the second sun gear S2.
  • the parallel axis gear 700 other than the second oil gear gear is a reduction gear. Or as an increase gear.
  • the hybrid drive apparatus 10 includes a first planetary gear device 100 having at least three rotating elements and a first planetary gear device 100 of the first planetary gear device 100.
  • the rotating element 110, the second rotating element 120, and the third rotating element 130 may include a first motor 200, an output shaft 300, and a second motor 400, respectively.
  • a final reducer (FD) may be provided between the second rotating element 120 and the output shaft 300 of the first planetary gear device 100.
  • the hybrid drive device 10 is the first rotation element 110, the third rotation element 130 of the first planetary gear device 100 is installed so as to vary the rotational restraint state with respect to the fixing member, respectively
  • a parallel shaft gear 700 and the parallel shaft gear 700 which may include a first brake 500 and a second brake 600, and are variably connected to the first rotating element 110 of the first planetary gear device 100. It may include the engine 800 is connected to.
  • the hybrid driving apparatus 10 includes a clutch 900 that variably connects the rotational restraint state between the first rotating element 110 and the parallel shaft gear 700 of the first planetary gear apparatus 100. It may further include.
  • the hybrid drive device 10 includes a first planetary gear device 100 having at least three rotation elements and a first rotation element of the first planetary gear device 100.
  • the second motor 400 variablely connected to the 110, the output shaft 300 and the first motor connected to the second rotating element 120, the third rotating element 130 of the first planetary gear device 100, respectively ( 200, a first engine variably connected to the second motor 400, and a first rotating element 110 of the first planetary gear device 100 to variably rotate the rotational restraint state with respect to the fixing member. It may include a brake (500).
  • the hybrid drive apparatus 10 may include a first clutch 910 and a second motor 400 and a first planetary gear that are variably connected to vary the rotational restraint state between the engine 800 and the second motor 400.
  • a second clutch 920 may be further included to variably connect the rotational restraint states between the first rotating elements 110 of the apparatus 100.
  • the hybrid drive apparatus 10 includes a speed reduction gear (SPG) located between the first clutch 910 and the engine 800 and connected to the first clutch 910 and the engine 800; Or a speed multiplication gear (SMG) 700.
  • SPG speed reduction gear
  • SMG speed multiplication gear
  • the hybrid drive apparatus 10 may further include a parallel axis gear 700 positioned between the first clutch 910 and the engine 800 and variably connected to the engine 800.
  • a parallel axis gear 700 may be used as the reduction gear or the increase gear.
  • FIG. 15 shows the operation of the clutch and brake in each mode. That is, FIG. 15 shows the driving mode of the hybrid drive apparatus 10 when the first brake 500, the first clutch 910, and the second clutch 920 are all provided.
  • 16A to 16D show an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the EV1 mode of FIG. 15, in which the first brake 500 is always engaged, and the first clutch 910 and the second clutch 920 are shown. Is optionally coupled or released.
  • the first brake 500 is engaged and both the first clutch 910 and the second clutch 920 are released.
  • the first brake 500 and the second clutch 920 are engaged, and the first clutch 910 is released.
  • all of the first brake 500, the first clutch 910, and the second clutch 920 are coupled to each other.
  • the first brake 500 and the first clutch 910 are engaged, and the second clutch 920 is released.
  • the first rotating element 110 is in a stopped state, and the power of the first motor 200 is transmitted to the second rotating element 120 to move the output shaft 300. To drive.
  • FIG. 17 illustrates an operating state of the hybrid drive apparatus 10 according to the EV2 mode of FIG. 15, in which the second clutch 920 is engaged, and both the first clutch 910 and the first brake 500 are released. It is in a state.
  • the power of the second motor 400 is transmitted to the first rotating element 110
  • the power of the first motor 200 is transmitted to the third rotating element 130.
  • power of the first motor 200 and the second motor 400 may be transmitted to the second rotating element 120 to drive the output shaft 300.
  • the above embodiment is only one of various operation modes of the hybrid drive device 10 according to another embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from this description. Do.
  • FIG. 18 is a view illustrating an operating state of the hybrid driving apparatus 10 according to the split mode of FIG. 15.
  • the first clutch 910 and the second clutch 920 are coupled to each other, and the first brake 500 is connected to the first clutch 910. Is off.
  • the power of the engine 800 is added to the power of the second motor 400 via the speed increasing gear or the reduction gear, and the power of the engine 800 and the power of the second motor 400 are controlled by the first rotating element ( 110).
  • the power of the first motor 200 is transmitted to the third rotating element 130. Therefore, power of the first motor 200, the second motor 400, and the engine 800 may be transmitted to the second rotating element 120 to drive the output shaft 300.
  • the above embodiment is only one of various operation modes of the hybrid drive device 10 according to another embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from this description. Do.
  • FIG. 19 illustrates an operating state of the hybrid drive apparatus 10 according to the series mode of FIG. 15.
  • the first clutch 910 and the first brake 500 are coupled to each other, and the second clutch 920 is connected to the first clutch 910. Is off.
  • mechanical power of the engine 800 may be converted into electrical power through the second motor 400.
  • the first rotating element 110 is in a stopped state, and the power of the first motor 200 is transmitted to the third rotating element 130. Therefore, the power of the first motor 200 may be transmitted to the second rotating element 120 to drive the output shaft 300.
  • the engine operates at the optimum efficiency point and is efficient because it can continuously charge the battery. Therefore, the mode assists the continuous use of the efficient electric vehicle mode in the low speed section.
  • a parallel axis gear 700 positioned between the first clutch 910 and the engine 800 and variably connected to the engine 800 may be used as a reduction gear or an increase gear.
  • the hybrid drive device 10 may use the second planetary gear device as the reduction gear or the increase gear 700 as described with reference to FIGS. 8 to 11. .
  • the second planetary gear device may include three rotating elements.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is connected to the engine, the second rotating element of the second planetary gear device is grounded, and the third rotating element of the second planetary gear device is connected to the second motor by the clutch.
  • Variable connection can be made.
  • the first rotary element of the second planetary gear device is a second ring gear
  • the second rotary element of the second planetary gear device is a second pinion gear
  • the third rotary element of the second planetary gear device is a second sun gear.
  • the second planetary gear device may include four rotating elements.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is grounded
  • the second rotating element of the second planetary gear device and the third rotating element of the second planetary gear device can be variably connected to the second motor by a clutch
  • the fourth rotating element of the second planetary gear device may be connected to the engine.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is composed of a second ring gear
  • the second rotating element of the second planetary gear device and the third rotating element of the second planetary gear device are respectively two second pinion gears. It may be configured as.
  • the fourth rotating element of the second planetary gear device may be configured as a second sun gear.
  • the second planetary gear device may include four rotating elements.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is grounded, and the second rotating element of the second planetary gear device and the third rotating element of the second planetary gear device may be connected to the engine. Therefore, the fourth rotating element of the second planetary gear device can be variably connected to the second motor by the clutch.
  • the first rotating element of the second planetary gear device is composed of a second ring gear
  • the second rotating element of the second planetary gear device and the third rotating element of the second planetary gear device are respectively two second pinion gears. It may be configured as.
  • the fourth rotating element of the second planetary gear device may be configured as a second sun gear.
  • the engine and the two motors can be arranged and connected to the optimum position of the planetary gear in the power-branched hybrid vehicle, it is possible to implement excellent fuel economy and acceleration performance.

Landscapes

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Abstract

일 실시예 따른 하이브리드 구동장치는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치, 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제3 회전요소를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크, 제2 브레이크, 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 엔진 및 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 엔진 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여 상기 클러치 및 상기 엔진과 연결되는 감속기어 또는 증속기어를 더 포함할 수 있다.

Description

다중모드를 구비한 하이브리드 자동차용 구동장치
아래의 실시예들은 자동차용 하이브리드 구동장치에 관한 것이다.
유성기어세트와 모터제너레이터 2개를 엔진과 함께 사용하는 하이브리드 구동장치는, 별도의 변속기 없이 모터제너레이터의 속도를 제어함으로써 전기적으로 작동하는 무단변속기의 역할을 수행할 수 있으며, 모터제너레이터의 속도를 제어함으로써 모터모드, 엔진모드, 하이브리드 모드 및 회생제동 모드 등을 구현할 수 있다.
필요에 따라 엔진의 온/오프 제어가 가능하여 연비를 더욱 향상시킬 수 있으며, 제동 시 마찰브레이크의 사용을 최소화하여 회생제동효율을 높일 수 있다.
모터제너레이터 2개를 사용하는 하이브리드 전기 자동차용 파워 트레인으로서 널리 사용되고 있는 방식으로는, 두 모터제너레이터 중 어느 한 모터제너레이터가 출력축에 고정적으로 직결 연결되어 있는 입력분기식(input split type) 구조가 있다.
상기와 같은 구조의 파워트레인은 출력축에 직결되지 않은 나머지 모터제너레이터의 속도가 0이 되는 미케니컬 포인트(Mechanical point)를 형성하는 변속비에서 효율이 가장 좋고, 이를 기준으로 변속비가 증가하거나 감소하면 효율이 떨어지기 시작하며, 변속비가 감소하는 경우의 효율의 저하가 변속비가 증가하는 경우에 비해 급격히 커진다. 즉, 변속비가 상기 미케니컬 포인트를 넘어서 작아짐에 따라(차속이 증가함에 따라) 파워트레인의 효율이 급격히 저하된다.
한편, 종래 모터제너레이터 2개를 사용하는 하이브리드 전기자동차용 파워트레인으로서 널리 사용되고 있는 방식 중 또 하나는, 두 모터제너레이터가 모두 출력축이나 입력축에 직결되지 않고 유성기어장치의 각기 다른 회전요소에 연결된 복합 분기식(compound split) 구조를 가지고 있다.
2008년 10월 01일에 출원된 KR 2008-0096396에는 '차량의 하이브리드 구동장치'에 대하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은, 동력분기식 하이브리드 차량에서 엔진 및 두 개의 모터를 유성기어의 최적 위치에 배치, 연결하여 우수한 연비 및 가속 성능을 가질 수 있는 하이브리드 구동장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 비교적 간단한 구조와 적은 부품을 사용하여, 하이브리드 모드 및 전기차 모드를 구현할 수 있도록 함으로써 넓은 속도 영역에서 차량의 연비성능을 향상시킬 수 있는 차량용 하이브리드 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.
마지막으로, 차량이 레버의 중간 또는 모터와 모터 사이에 위치하도록 함으로써 2 motor mode가 가능해지고 가속 성능을 대폭 향상시키는 것을 목적으로 한다.
일 실시예 따른 하이브리드 구동장치는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치, 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제3 회전요소를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크, 제2 브레이크, 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 엔진 및 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 엔진 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여 상기 클러치 및 상기 엔진과 연결되는 증속기어를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 캐리어, 제1 선기어일 수 있다. 그리고, 상기 제1 링기어는 제1 모터, 제1 브레이크 및 클러치와 연결되고, 상기 제1 캐리어는 출력축과 연결되며, 상기 제1 선기어는 제2 모터 및 제2 브레이크와 연결될 수 있다.
다른 실시예에 따른 하이브리드 장치는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치, 상기 제1 유성기어장치와 가변 연결되고, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제2 유성기어장치, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터를 포함할 수 있다. 또한, 하이브리드 장치는 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제3 회전요소를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크, 제2 브레이크 및 상기 제2 유성기어장치에 연결된 엔진를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 구동장치는 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 제2 유성기어장치 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 상기 엔진과 연결되고, 상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소는 접지되며, 상기 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결될 수 있다.
상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어로 구성될 수 있다. 상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제2 링기어, 제2 피니언기어, 제2 선기어로 구성될 수 있다.
상기와 달리, 상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되며, 상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제3 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되고, 상기 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 상기 엔진과 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3, 제4 회전요소는 각각 제2 링기어, 두 개의 제2 피니언기어, 제2 선기어로 구성될 수 있다.
마지막으로, 상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되며, 상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제3 회전요소는 상기 엔진과 연결되고, 상기 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어로 구성될 수 있으며, 상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3, 제4 회전요소는 각각 제2 링기어, 두 개의 제2 피니언기어, 제2 선기어로 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치, 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제3 회전요소를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크, 제2 브레이크와 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 평행축 기어 및 상기 평행축 기어와 연결되는 엔진을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 하이브리드 구동장치는 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 평행축 기어 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어로 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 유성기어장치, 상기 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 제2 모터, 상기 유성기어장치의 제2, 제3 회전요소에 각각 연결되는 출력축, 제1 모터, 상기 제2 모터와 가변 연결되는 엔진 및 상기 유성기어장치의 제1 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 구동장치는, 상기 엔진과 상기 제2 모터 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제1 클러치 및 상기 제2 모터와 상기 유성기어장치의 제1 회전요소 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제2 클러치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 구동장치는, 상기 제1 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여 상기 제1 클러치 및 상기 엔진과 연결되는 감속기어 또는 증속기어를 더 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 하이브리드 구동장치는, 상기 제1 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여 상기 엔진과 가변 연결되는 평행축 기어를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 구동장치는, 동력 분기식 하이브리드 차량에서 엔진 및 두 개의 모터를 유성기어의 최적 위치에 배치, 연결하여 우수한 연비 및 가속 성능을 가질 수 있다.
또한, 비교적 간단한 구조와 적은 부품을 사용하여, 하이브리드 모드 및 전기차 모드를 구현할 수 있도록 함으로써 넓은 속도 영역에서 차량의 연비성능을 향상시킬 수 있다.
마지막으로, 차량이 레버의 중간 또는 모터와 모터사이에 위치하도록 함으로써 2 motor mode가 가능해지고 가속 성능이 대폭 향상될 수 있다.
도1은 증속기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
도2a 및 도2b는 도1의 하이브리드 구동장치의 각 모드별 브레이크 및 클러치의 작동 상태표를 나타낸다.
도3은 도1의 하이브리드 구동장치의 EV1 모드를 나타낸다.
도4는 도1의 하이브리드 구동장치의 EV2 모드를 나타낸다.
도5는 도1의 하이브리드 구동장치의 EV3 모드를 나타낸다.
도6은 도1의 하이브리드 구동장치의 분기식(Split) 모드를 나타낸다.
도7은 도1의 하이브리드 구동장치의 병렬식(Parallel) 모드를 나타낸다.
도8은 감속기어 또는 증속기어로서 제2 유성기어장치를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
도9 내지 도11은 도8의 하이브리드 구동장치의 제2 유성기어장치를 구현하는 구성요소 및 그들의 배열형태를 나타낸다.
도12 및 도13은 감속기어 또는 증속기어로서 평행축 기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
도14는 감속기어 또는 증속기어를 포함한 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
도15는 도14의 하이브리드 구동장치의 각 모드별 브레이크 및 클러치의 작동 상태표를 나타낸다.
도16a 내지 도16d는 도14의 하이브리드 구동장치의 EV1 모드를 나타낸다.
도17은 도14의 하이브리드 구동장치의 EV2 모드를 나타낸다.
도18은 도14의 하이브리드 구동장치의 분기식(Split) 모드를 나타낸다.
도19는 도14의 하이브리드 구동장치의 직렬식(Series) 모드를 나타낸다.
도20은 감속기어 또는 증속기어로서 평행축 기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 하이브리드 구동장치의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 하이브리드 구동장치의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 하이브리드 구동장치의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 증속기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타내고, 도2a 및 도2b는 도1의 하이브리드 구동장치의 각 모드별 브레이크 및 클러치의 작동 상태표를 나타낸다. 도3은 도1의 하이브리드 구동장치의 EV1 모드를 나타내며, 도4는 도1의 하이브리드 구동장치의 EV2 모드를 나타내고, 도5는 도1의 하이브리드 구동장치의 EV3 모드를 나타낸다. 또한, 도6은 도1의 하이브리드 구동장치의 분기식(Split) 모드를 나타내고, 도7은 도1의 하이브리드 구동장치의 병렬식(Parallel) 모드를 나타낸다. 도8은 증속기어로서 제2 유성기어장치를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타내며, 도9 내지 도11은 도8의 하이브리드 구동장치의 제2 유성기어장치를 구현하는 구성요소 및 그들의 배열형태를 나타낸다. 마지막으로, 도12 및 도13은 감속기어 또는 증속기어로서 평행축 기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다. 도14는 감속기어 또는 증속기어를 포함한 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치를 나타내며, 도15는 도14의 하이브리드 구동장치의 각 모드별 브레이크 및 클러치의 작동 상태표를 나타낸다. 도16a 내지 도16d는 도14의 하이브리드 구동장치의 EV1 모드를 나타내며, 도17은 도14의 하이브리드 구동장치의 EV2 모드를 나타낸다. 도18은 도14의 하이브리드 구동장치의 분기식(Split) 모드를 나타내며, 도19는 도14의 하이브리드 구동장치의 직렬식(Series) 모드를 나타낸다. 도20은 감속기어 또는 증속기어로서 평행축 기어를 포함한 하이브리드 구동장치를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예 따른 하이브리드 구동장치(10)는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치(100), 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제2 회전요소(120), 제3 회전요소(130)에 각각 연결된 제1 모터(EM A; 200), 출력축(Vehicle; 300), 제2 모터(EM B; 400)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 유성기어장치(100)의 제2 회전요소(120)와 출력축(300) 사이에는 종감속기(FD(Final Drive))가 구비될 수 있다.
또한, 하이브리드 구동장치(10)는 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제3 회전요소(130)를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치되는 제1 브레이크(BK 1; 500), 제2 브레이크(BK 2; 600)를 포함할 수 있고, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 가변 연결되는 엔진(Engine; 800)을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 엔진(800) 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치(Clutch; 900)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고정부재는 변속기케이스 등이 될 수 있다.
또한, 하이브리드 구동장치(10)는 클러치(900)와 엔진(800) 사이에 위치하여 클러치(900) 및 엔진(800)과 연결되는 증속기어(SMG(Speed Multiplication Gear); 700)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제2 회전요소(120), 제3 회전요소(130)는 각각 제1 링기어(R1), 제1 캐리어(C1), 제1 선기어(S1)일 수 있다. 그리고, 제1 링기어(R1)는 제1 모터(200), 제1 브레이크(500) 및 클러치(900)와 연결되고, 제1 캐리어(C1)는 출력축(300)과 연결되며, 제1 선기어(S1)는 제2 모터(400) 및 제2 브레이크(600)와 연결될 수 있다.
이하에서는, 도2a 및 도2b 내지 도8을 참조하여 일 실시예에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 각 주행 모드별 작동상태를 살펴본다.
도2a 및 도2b는 각 모드별 클러치 및 브레이크의 작동상태를 나타낸 것이다. 도2a는 제1 브레이크(500)를 제외하고 제2 브레이크(600)만을 구비하였을 때의 하이브리드 구동장치(10)의 구동모드를 나타낸 것이다. 도2b는 제1 브레이크(500) 및 제2 브레이크(600) 모두를 구비하였을 때의 하이브리드 구동장치(10)의 구동모드를 나타낸 것이다. 이와 같이 제1 브레이크(500)는 선택적으로 구비될 수 있으며, 제1 브레이크(500)가 구비되지 않을 경우, 도2a에서와 같이 EV2 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태는 구현되지 않을 수 있다.
도3은 도2a 및 도2b의 EV1 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 모터(200)만이 작동된다. 제2 브레이크(600)는 결합되고, 제1 브레이크(500) 및 클러치(900)는 모두 해제되어 있는 상태이다. 그에 따라, EV1 모드에서는 제1 모터(200)만이 작동하고, 이로부터 동력이 공급되는 상태이다. 그리하여 출력축(300)의 회전속도는 제2 브레이크(600)의 회전속도 보다 크고 제1 모터(200)의 회전속도 보다는 작다.
도4는 도2a 및 도2b의 EV2 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제2 모터(400)만이 작동된다. 제1 브레이크(500)는 결합되고, 제2 브레이크(600) 및 클러치(900)는 모두 해제되어 있는 상태이다. 그에 따라, EV2 모드에서는 제2 모터(400)만이 작동하고, 이로부터 동력이 공급되는 상태이다. 그리하여 출력축(300)의 회전속도는 제1 브레이크(500)의 회전속도 보다 크고 제2 모터(400)의 회전속도 보다는 작다.
도5는 도2a 및 도2b의 EV3 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 모터(200) 및 제2 모터(400) 모두 작동된다. 제1 브레이크(500), 제2 브레이크(600) 및 클러치(900)는 모두 해제되어 있는 상태이다. 그에 따라, EV3 모드에서는 제1 모터(200) 및 제2 모터(400) 모두가 작동하고, 이로부터 동력이 공급되는 상태이다. 그리하여 출력축(300), 제1 모터(200) 및 제2 모터(400)는 각각의 각속도로 회전하되, 각각의 각속도는 유성기어에 의한 속도 관계를 만족하며 회전할 수 있다.
도6는 도2a 및 도2b의 분기식(Split) 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 모터(200), 제2 모터(400), 엔진(800) 모두 작동된다. 클러치(900)는 결합되고, 제1 브레이크(500) 및 제2 브레이크(600)는 해제되어 있는 상태이다 그에 따라, 분기식(Split) 모드에서는 제1 모터(200), 제2 모터(400) 및 엔진(800) 모두가 작동하고, 이로부터 동력이 공급되는 상태이다. 그리하여 출력축(300), 제1 모터(200), 엔진(800), 및 제2 모터(400)는 각각의 각속도로 회전하되, 각각의 각속도는 유성기어에 의한 속도 관계를 만족하며 회전할 수 있다.
도7은 도2a 및 도2b의 병렬식(Parallel) 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 모터(200) 및 엔진(800)이 작동된다. 제2 브레이크(600) 및 클러치(900)는 결합되고, 제1 브레이크(500)는 해제되어 있는 상태이다 그에 따라, 병렬식(Parallel) 모드에서는 제1 모터(200) 및 엔진(800)이 작동하고, 이로부터 동력이 공급되는 상태이다. 그리하여 출력축(300)의 회전속도는 제1 모터(200), 엔진(800)의 회전속도 보다 작으나 제2 브레이크(600) 보다 크다.
도8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 하이브리드 장치(10)는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치(100), 제1 유성기어장치와 가변 연결되고 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제2 유성기어장치(700), 제1 유성기어장치의 제1 회전요소(110), 제2 회전요소(120), 제3 회전요소(130)에 각각 연결된 제1 모터(200), 출력축(300), 제2 모터(400)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 유성기어장치(100)의 제2 회전요소(120)와 출력축(300) 사이에는 종감속기(FD(Final Drive))가 구비될 수 있다. 또한, 하이브리드 장치(10)는 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제3 회전요소(130)를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크(500), 제2 브레이크(600)을 포함할 수 있다. 그리고, 하이브리드 구동장치(10)는 제2 유성기어장치에 연결된 엔진(800)를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 구동장치(10)는 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 제2 유성기어장치(700) 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 유성기어장치(700)는 증속기어로서 사용될 수 있다. 이와 같은 제2 유성기어장치(700)는 증속기어비가 1이외의 값일 때 필요하다. 즉, 증속기어비가 1일 때에는, 제2 유성기어장치(700)와 같은 증속기어가 필요하지 아니하다.
이하에서는 도9 내지 도11를 참조하여, 도8의 하이브리드 구동장치(10)의 제2 유성기어장치(700)를 구현하는 구성요소 및 그들의 배열형태를 설명한다.
여기서, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)는 제1 링기어(R1), 제1 유성기어장치(100)의 제2 회전요소(120)는 제1 피너언(Pinion; P1), 제1 유성기어장치(100)의 제3 회전요소(130)는 제1 선기어(S1)로 구성될 수 있다.
도9를 참조하면, 제2 유성기어장치(700)는 세 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 그리하여, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 엔진(800)과 연결되고, 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720)는 접지되며, 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 클러치(900)에 의하여 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 가변 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 제2 링기어(R2), 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720)는 제2 피니언기어(P2), 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 제2 선기어(S2)로 구성될 수 있다.
도10을 참조하면, 제2 유성기어장치(700)는 네 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 그리하여, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 접지되고, 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720) 및 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 클러치(900)에 의하여 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 가변 연결될 수 있고, 제2 유성기어장치(700)의 제4 회전요소(740)는 엔진(800)에 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 제2 링기어(R2)로 구성되고, 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720) 및 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 각각 두 개의 제2 피니언기어(P2-1, P2-2)으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 유성기어장치(700)의 제4 회전요소(740)는 제2 선기어(S2)로 구성될 수 있다.
도11을 참조하면, 제2 유성기어장치(700)는 네 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 여기서는 도10과 달리, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 접지되고, 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720) 및 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 엔진(800)과 연결될 수 있다. 따라서, 제2 유성기어장치(700)의 제4 회전요소(740)가 클러치(900)에 의하여 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 가변 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치(700)의 제1 회전요소(710)는 제2 링기어(R2)로 구성되고, 제2 유성기어장치(700)의 제2 회전요소(720) 및 제2 유성기어장치(700)의 제3 회전요소(730)는 각각 두 개의 제2 피니언기어(P2-1, P2-2)으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 유성기어장치(700)의 제4 회전요소(740)는 제2 선기어(S2)로 구성될 수 있다.
도12를 참조하면, 기어비가 1이외의 값을 가짐에 따라 추가적인 기어가 필요한 경우, 또 다른 실시예에로서, 상기 제2 유상기어장치가 아닌 평행축(Parallel axis) 기어(700)가 감속기어 또는 증속기어로서 사용될 수 있다.
도13을 참조하면, 상기 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치는(10)는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치(100), 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제2 회전요소(120), 제3 회전요소(130)에 각각 연결된 제1 모터(200), 출력축(300), 제2 모터(400)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 유성기어장치(100)의 제2 회전요소(120)와 출력축(300) 사이에는 종감속기(FD(Final Drive))가 구비될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 구동장치(10)는 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제3 회전요소(130)를 각각 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크(500), 제2 브레이크(600)을 포함할 수 있고, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110와 가변 연결되는 평행축 기어(700) 및 상기 평행축 기어(700)와 연결되는 엔진(800)을 포함할 수 있다.
그리고, 하이브리드 구동장치(10)는 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 평행축 기어(700) 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치(900)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110), 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어(R1), 제1 피니언기어(P1), 제1 선기어(S1)로 구성될 수 있다.
도14를 참조하면, 또 다른 실시예 따른 하이브리드 구동장치(10)는, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치(100), 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)와 가변 연결되는 제2 모터(400), 제1 유성기어장치(100)의 제2 회전요소(120), 제3 회전요소(130)에 각각 연결되는 출력축(300), 제1 모터(200), 제2 모터(400)와 가변 연결되는 엔진(800) 및 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110)를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크(500)를 포함할 수 있다.
하이브리드 구동장치(10)는, 엔진(800)과 제2 모터(400) 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제1 클러치(910) 및 제2 모터(400)와 제1 유성기어장치(100)의 제1 회전요소(110) 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제2 클러치(920)를 더 포함할 수 있다.
또한, 하이브리드 구동장치(10)는, 제1 클러치(910)와 엔진(800) 사이에 위치하여 제1 클러치(910) 및 엔진(800)과 연결되는 감속기어(SPG(Speed Reduction Gear); 700) 또는 증속기어(SMG(Speed Multiplication Gear); 700)를 더 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 하이브리드 구동장치(10)는, 제1 클러치(910)와 엔진(800) 사이에 위치하여 엔진(800)과 가변 연결되는 평행축(Parallel axis) 기어(700)를 더 포함할 수 있다. 즉, 평행축(Parallel axis) 기어(700)가 감속기어 또는 증속기어로서 사용될 수 있다.
이하에서는, 도15 내지 도19를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 각 주행 모드별 작동상태를 살펴본다.
도15는 각 모드별 클러치 및 브레이크의 작동상태를 나타낸 것이다. 즉, 도15는 제1 브레이크(500), 제1 클러치(910) 및 제2 클러치(920)를 모두를 구비하였을 때의 하이브리드 구동장치(10)의 구동모드를 나타낸 것이다.
도16a 내지 도16d는 도15의 EV1 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 브레이크(500)는 항상 결합되고, 제1 클러치(910) 및 제2 클러치(920)는 선택적으로 결합 또는 해제되어 있는 상태이다.
도16a의 경우, 제1 브레이크(500)가 결합되고, 제1 클러치(910) 및 제2 클러치(920)는 모두 해제되어 있는 상태이다. 도16b의 경우, 제1 브레이크(500) 및 제2 클러치(920)는 결합되고, 제1 클러치(910)는 해제되어 있는 상태이다. 도16c의 경우, 제1 브레이크(500), 제1 클러치(910) 및 제2 클러치(920) 모두 결합되어 있는 상태이다. 도16d의 경우, 제1 브레이크(500) 및 제1 클러치(910)는 결합되고, 제2 클러치(920)는 해제되어 있는 상태이다. 그리하여 제2 클러치(920)의 상태와 관계 없이, 제1 회전요소(110)는 정지된 상태이며, 제1 모터(200)의 동력이 제2 회전요소(120)으로 전달되어 출력축(300)을 구동하게 된다.
도17은 도15의 EV2 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제2 클러치(920)은 결합되고, 제1 클러치(910) 및 제1 브레이크(500)는 모두 해제되어 있는 상태이다. 그리하여 제2 모터(400)의 동력은 제1 회전요소(110)에 전달되고, 제1 모터(200)의 동력은 제3 회전요소(130)로 전달된다. 따라서, 상기 제1 모터(200) 및 제2 모터(400)의 동력은 제 2 회전요소(120)로 전달되어 출력축(300)을 구동시킬 수 있다. 다만, 위의 실시예는 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 다양한 작동 모드 중 하나일 뿐이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
도18은 도15의 분기식(Split) 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 클러치(910) 및 제2 클러치(920)은 결합되고, 제1 브레이크(500)는 해제되어 있는 상태이다. 그리하여 엔진(800)의 동력은 증속 기어 또는 감속 기어를 거쳐 제2 모터(400)의 동력과 더해지고, 상기 엔진(800)의 동력 및 상기 제2 모터(400)의 동력은 제1 회전요소(110)로 전달된다. 또한, 제1 모터(200)의 동력은 제3 회전요소(130)로 전달된다. 따라서, 상기 제1 모터(200), 제2 모터(400) 및 엔진(800)의 동력은 제 2 회전요소(120)로 전달되어 출력축(300)을 구동시킬 수 있다. 다만, 위의 실시예는 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 다양한 작동 모드 중 하나일 뿐이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
도19은 도15의 직렬식(Series) 모드에 따른 하이브리드 구동장치(10)의 작동상태를 나타낸 것으로, 제1 클러치(910) 및 제1 브레이크(500)는 결합되고, 제2 클러치(920)은 해제되어 있는 상태이다. 그리하여 엔진(800)의 기계적인 동력은 제2 모터(400)을 통하여 전기적 동력으로 변환될 수 있다. 또한, 제1 회전요소(110)는 정지된 상태이며, 제1 모터(200)의 동력은 제3 회전요소(130)로 전달된다. 따라서, 상기 제1 모터(200)의 동력은 제 2 회전요소(120)로 전달되어 출력축(300)을 구동시킬 수 있다. 직렬식 모드의 경우 엔진이 최적의 효율점에서 운전되며 지속적으로 배터리를 충전할 수 있기 때문에 효율이 좋다. 따라서, 저속 구간에서 효율이 좋은 전기차 모드를 지속적으로 이용할 수 있도록 보조해주는 모드이다.
도20을 참조하면, 제1 클러치(910)와 엔진(800) 사이에 위치하여 엔진(800)과 가변 연결되는 평행축(Parallel axis) 기어(700)가 감속기어 또는 증속기어로서 사용될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도8 내지 도11에서 설명한 바와 같이 또 다른 실시예 따른 하이브리드 구동장치(10)도 감속기어 또는 증속기어(700)로서 제2 유성기어장치를 사용할 수 있음은 자명하다.
보다 자세하게는, 제2 유성기어장치는 세 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 그리하여, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 엔진과 연결되고, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소는 접지되며, 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 클러치에 의하여 제2 모터와 가변 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 제2 링기어, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소는 제2 피니언기어, 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 제2 선기어로 구성될 수 있다.
또한, 제2 유성기어장치는 네 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 그리하여, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되고, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 클러치에 의하여 제2 모터와 가변 연결될 수 있고, 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 엔진에 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 제2 링기어로 구성되고, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 각각 두 개의 제2 피니언기어으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 제2 선기어로 구성될 수 있다.
뿐만 아니라, 제2 유성기어장치는 네 개의 회전요소를 포함할 수 있다. 여기서는 위와 달리, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되고, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 엔진과 연결될 수 있다. 따라서, 제2 유성기어장치의 제4 회전요소가 클러치에 의하여 제2 모터와 가변 연결될 수 있다.
이때, 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 제2 링기어로 구성되고, 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 각각 두 개의 제2 피니언기어으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 제2 선기어로 구성될 수 있다.
상기 설명한 하이브리드 구동장치(10)의 실시예를 통하여, 동력분기식 하이브리드 차량에서 엔진 및 두 개의 모터를 유성기어의 최적 위치에 배치, 연결시킬 수 있고 그에 따른 우수한 연비 및 가속 성능을 구현할 수 있다.
또한, 비교적 간단한 구조와 적은 부품을 사용하여, 하이브리드 모드 및 전기차 모드를 구현할 수 있도록 함으로써 비교적 넓은 구간에서 차량의 연비성능을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (22)

  1. 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치;
    제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터;
    상기 제1 유성기어장치의 제3 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제2 브레이크;
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 엔진; 및
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 엔진 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치;
    를 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크;를 더 포함할 수 있는 하이브리드 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여, 상기 클러치 및 상기 엔진과 연결되는 감속기어 또는 증속기어;
    를 더 포함하는, 하이브리드 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 캐리어, 제1 선기어이고,
    상기 제1 링기어는 제1 모터, 제1 브레이크 및 클러치와 연결되고,
    상기 제1 캐리어는 출력축과 연결되며,
    상기 제1 선기어는 제2 모터 및 제2 브레이크와 연결되는, 하이브리드 구동장치.
  5. 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치;
    상기 제1 유성기어장치와 가변 연결되고, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제2 유성기어장치;
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터;
    상기 제1 유성기어장치의 제3 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제2 브레이크; 및
    상기 제2 유성기어장치에 연결된 엔진;
    을 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크;를 더 포함할 수 있는 하이브리드 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 제2 유성기어장치 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 클러치;
    를 더 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 상기 엔진과 연결되고,
    상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소는 접지되며,
    상기 제2 유성기어장치의 제3 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는, 하이브리드 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어이고,
    상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제2 링기어, 제2 피니언기어, 제2 선기어인, 하이브리드 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되며,
    상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제3 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변연결되고,
    상기 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 상기 엔진과 연결되는, 하이브리드 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어이고,
    상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3, 제4 회전요소는 각각 제2 링기어, 두 개의 제2 피니언기어, 제2 선기어인, 하이브리드 구동장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 유성기어장치의 제1 회전요소는 접지되며,
    상기 제2 유성기어장치의 제2 회전요소 및 제3 회전요소는 상기 엔진과 연결되고,
    상기 제2 유성기어장치의 제4 회전요소는 상기 클러치에 의하여 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변연결되는, 하이브리드 구동장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어이고,
    상기 제2 유성기어장치의 제1, 제2, 제3, 제4 회전요소는 각각 제2 링기어, 두 개의 제2 피니언기어, 제2 선기어인, 하이브리드 구동장치.
  14. 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치;
    제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소에 각각 연결된 제1 모터, 출력축, 제2 모터;
    상기 제1 유성기어장치의 제3 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변시킬 수 있도록 설치된 제2 브레이크;
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변연결되는 평행축 기어; 및
    상기 평행축 기어와 연결되는 엔진;
    을 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크;를 더 포함할 수 있는, 하이브리드 구동 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 상기 평행축 기어 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변연결하는 클러치;
    를 더 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 유성기어장치의 제1, 제2, 제3 회전요소는 각각 제1 링기어, 제1 피니언기어, 제1 선기어인, 하이브리드 구동장치.
  18. 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제1 유성기어장치;
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소와 가변 연결되는 제2 모터;
    상기 제1 유성기어장치의 제2, 제3 회전요소에 각각 연결되는 출력축, 제1 모터;
    상기 제2 모터와 가변 연결되는 엔진; 및
    상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소를 고정부재에 대하여 회전구속상태를 가변 시킬 수 있도록 설치된 제1 브레이크;
    를 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 엔진과 상기 제2 모터 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제1 클러치; 및
    상기 제2 모터와 상기 제1 유성기어장치의 제1 회전요소 상호간의 회전구속상태를 가변할 수 있도록 가변 연결하는 제2 클러치;
    를 더 포함하는, 하이브리드 구동장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여, 상기 제1 클러치 및 상기 엔진과 연결되는 감속기어 또는 증속기어;
    를 더 포함하는, 하이브리드 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여, 상기 엔진과 가변 연결되는 평행축 기어;
    를 더 포함하는, 하이브리드 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1 클러치와 상기 엔진 사이에 위치하여, 적어도 3개의 회전요소를 구비한 제2 유성기어장치;
    를 더 포함하는, 하이브리드 장치.
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