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KR20160073234A - 하이브리드 차량용 구동장치 - Google Patents

하이브리드 차량용 구동장치 Download PDF

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KR20160073234A
KR20160073234A KR1020140181779A KR20140181779A KR20160073234A KR 20160073234 A KR20160073234 A KR 20160073234A KR 1020140181779 A KR1020140181779 A KR 1020140181779A KR 20140181779 A KR20140181779 A KR 20140181779A KR 20160073234 A KR20160073234 A KR 20160073234A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
friction element
planetary gear
gear set
brake
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020140181779A
Other languages
English (en)
Inventor
최금림
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140181779A priority Critical patent/KR20160073234A/ko
Priority to US14/729,391 priority patent/US9676265B2/en
Publication of KR20160073234A publication Critical patent/KR20160073234A/ko
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
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    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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    • F16H3/093—Toothed 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
    • F16H2003/0931—Toothed 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 each countershaft having an output gear meshing with a single common gear on the output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 모터의 양측에 마찰요소(클러치, 브레이크 등)를 배치하여 시동 성능을 대폭 향상시킬 뿐만 아니라 단순한 구조를 통한 전장길이를 대폭 줄일 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치는, 엔진과 모터 사이에 설치된 제1마찰요소; 상기 모터와 출력축 사이에 설치된 제2마찰요소; 및 복수의 회전요소를 가진 유성기어세트;를 포함하고, 상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 차량용 구동장치{HYBRID POWERTRAIN}
본 발명은 하이브리드 차량용 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 양측에 마찰요소(클러치, 브레이크 등)를 배치하여 시동 성능을 대폭 향상시킬 뿐만 아니라 단순한 구조를 통한 전장길이를 대폭 줄일 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하고, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라, 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 변속장치의 일 예를 도시한 도면으로, 엔진(1)과 모터(2) 사이에 임펄스 클러치(3)가 설치되고, 모터(2)와 출력축(4) 사이에는 듀얼 클러치(5, dual clutch)가 설치되어 있다.
이에, 임펄스 클러치(3)에 의해 주행 중의 엔진 시동성이 우수한 장점이 있고, 엔진 시동 시에 발생하는 시동 쇼크(shock)가 출력축(4)으로 전달될 때 듀얼 클러치(5)의 슬립작용에 의해 그 쇼크가 방지될 수 있는 장점이 있다.
하지만, 종래기술에 따른 하이브리드 변속장치는 임펄스 클러치(3)가 설치됨에 따라 전장길이가 증대되는 단점이 있었다.
도 2는 종래기술에 따른 하이브리드 변속장치의 다른 예를 도시한 도면으로, 엔진(11)과 모터(12) 사이에 듀얼 클러치(15)가 설치되고, 모터(12)와 출력축(14)은 직결된다.
이에, 모터(12)와 출력축(14)이 직결됨에 따라 전장길이가 짧은 장점이 있지만, 모터(12)와 출력축(14)의 직결에 의해 엔진(11)의 시동 시에 발생하는 시동 쇼크(shock)가 출력축(14)으로 전달됨을 방지할 수 없고, 시동시간이 길게 이루어지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 해결함과 동시에 종래기술의 여러 장점을 통합하여 창출된 것으로, 모터의 양측에 마찰요소를 각각 배치하여 시동성능을 향상시킴과 더불어, 컴팩트한 구조를 통해 전장길이를 대폭 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량용 구동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 차량용 구동장치는,
엔진과 모터 사이에 설치된 제1마찰요소;
상기 모터와 출력축 사이에 설치된 제2마찰요소; 및
복수의 회전요소를 가진 유성기어세트;를 포함하고,
상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트는 상기 모터의 내경측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 브레이크는 결합작동, 해제작동, 슬립작동이 선택적으로 이루어지도록 구성된다.
상기 제1마찰요소는 듀얼 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 하이브리드 차량용 구동장치는,
엔진에 연결된 입력축;
입력축의 도중에 설치되는 제1마찰요소;
변속기 하우징에 설치되는 모터;
복수의 회전요소를 가진 유성기어세트; 및
상기 모터와 출력축 사이에 설치되는 제2마찰요소;를 포함하고,
상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트는 상기 모터의 내경측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 브레이크는 결합작동, 해제작동, 슬립작동이 선택적으로 이루어지도록 구성된다.
상기 제1마찰요소는 듀얼 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 듀얼 클러치는 상기 입력축의 일측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트는 선기어, 캐리어, 및 링기어를 가지고, 상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 선기어 및 변속기 하우징 사이에 설치되는 브레이크인 것을 특징으로 한다.
상기 모터는 상기 유성기어세트의 캐리어를 통해 상기 입력축에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 유성기어세트의 링기어에는 입력기어가 연결되고, 상기 입력기어에는 출력기어가 치합되는 것을 특징으로 한다.
상기 출력기어는 중간축에 설치되고, 상기 중간축은 상기 출력축에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 중간축의 일측에는 상기 출력기어에 인접하여 속도동기화기구가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 속도동기화기구는 싱크로나이저인 것을 특징으로 한다.
상기 속도동기화기구는 도그 클러치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 모터의 양측에 제1 및 제2 마찰요소가 개별적으로 설치되고, 브레이크로 이루어진 제2마찰요소에 의해 시동 쇼크(shock)가 출력축으로 전달됨을 확실하게 방지할 수 있으므로 그 시동성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 종래기술의 임펄스 클러치를 대체하여 브레이크로 이루어진 제2마찰요소를 설치함으로써 전체적인 구조를 매우 컴팩트하게 구현할 뿐만 아니라 원가를 대폭 절감하고, 그 제어가 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 유성기어세트를 모터의 내경(또는 외경) 측에 설치함에 따라 컴팩트한 구조를 구현하여 전장길이를 대폭 감소할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 차량용 구동장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 하이브리드 차량용 구동장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치를 개략적으로 도시한 구성동이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 차량용 구동장치는 엔진(21)에는 입력축(23)이 연결되고, 엔진(21)과 모터(22) 사이에는 제1마찰요소(51)가 설치되며, 모터(22)와 출력축(24) 사이에 설치된 제2마찰요소(52)가 설치된다. 이에, 모터(22)의 양측에 제1마찰요소(51) 및 제2마찰요소(52)가 설치된다.
이와 같이, 모터(22)의 양측에 제1 및 제2 마찰요소(51, 52)가 개별적으로 설치되어 시동 쇼크(shock)가 출력축으로 전달됨을 확실하게 방지할 수 있으므로 그 시동성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동장치는 엔진(21)에 연결된 입력축(23)과, 입력축(23)의 도중에 설치되는 제1마찰요소(51)와, 변속기 하우징(H)에 설치되는 모터(22)와, 모터(22)의 내경 측에 설치된 유성기어세트(30)와, 모터(22)와 출력축(24) 사이에 설치되는 제2마찰요소(52)를 포함한다.
입력축(23)은 변속기 하우징(H)의 내부에 길게 설치되고, 입력축(23)은 그 일측이 엔진(21)에 연결되어 엔진(21)의 회전동력을 입력받도록 구성된다.
제1마찰요소(51)는 입력축(23)의 도중에 설치되고, 제1마찰요소(51)는 듀얼 클러치(dual clutch)로 이루어진다.
모터(22)는 변속기 하우징(H)에 설치되는 고정자 및 상기 고정자의 내경 측에 회전가능하게 설치된 회전자를 포함한다. EV주행 시에는 모터(22)의 회전동력이 중간축(45)을 거쳐 출력축(24)으로 전달되고, 시동 모드 시에는 모터(22)의 회전동력은 입력축(23)을 거쳐 엔진(21) 측으로 전달되도록 구성된다.
유성기어세트(30)는 모터(22)의 내경(또는 외경) 측에 설치된 싱글 피니언 유성기어세트로서 복수의 회전요소로 구성된다. 유성기어세트(30)는 선기어(31), 선기어(31)에 치합되는 캐리어(32), 캐리어(32)에 치합되는 링기어(33)가 조합되어 구성된다.
그리고, 캐리어(32)의 일측은 모터(22)의 회전자에 연결되고, 캐리어(32)의 타측은 입력축(23)에 연결된다. 이에 따라, 모터(22)와 입력축(23)은 유성기어세트(30)의 캐리어(32)를 통해 연결됨으로써 엔진의 시동 시에 모터의 회전동력이 엔진(21) 측으로 효과적으로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명은 유성기어세트(30)가 모터(22)의 내경(또는 외경) 측에 설치됨에 따라 보다 컴팩트한 구조를 구현하여 전장길이를 대폭 감소할 수 있는 장점이 있다.
제2마찰요소(52)는 유성기어세트(30)의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2마찰요소(52)는 유성기어세트(30)의 선기어(31) 및 변속기 하우징(H) 사이에 설치되는 브레이크로 이루어지며, 브레이크는 결합작동, 해제작동, 슬립작동이 선택적으로 이루어지도록 구성된다.
이와 같이, 브레이크로 이루어진 제2마찰요소(52)의 슬립작동에 의해 시동 쇼크(shock)가 출력축으로 전달됨을 확실하게 방지할 수 있으므로 그 시동성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 종래기술의 임펄스 클러치를 대체하여 브레이크로 이루어진 제2마찰요소(52)를 설치함으로써 전체적인 구조를 매우 컴팩트하게 구현할 뿐만 아니라 원가를 대폭 절감하고, 그 제어가 용이한 장점이 있다.
유성기어세트(30)의 링기어(33)에는 입력기어(41)가 연결된다. 입력기어(41)는 그 내부에 중공부가 형성된 중공형 기어체로 이루어지고, 입력축(23)은 입력기어(41)의 중공부을 관통하여 설치되며, 이에 입력기어(41)는 입력축(23)에 대해 간섭 내지 방지받지 않으면서 자유롭게 회전할 수 있다.
입력기어(41)에는 출력기어(42)가 외접하여 치합되고, 출력기어(42)는 중간축(45)의 도중에 설치되며, 중간축(45)은 입력축(23) 및 출력축(24)에 평행하게 배치되고, 중간축(45)은 파이널기어 등을 통해 출력축(24)에 연결된다.
중간축(45)의 일측에는 속도동기화기구(53)가 설치되고, 속도동기화기구(53)는 출력기어(42)에 인접하여 설치된다.
일 실시예에 따르면, 속도동기화기구(53)는 중간축(45)의 일측에 설치되는 도그 클러치로 이루어진다.
다른 실시예에 따르면, 속도동기화기구(53)는 중간축(45)의 일측에 설치되는 싱크로나이저로 이루어진다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 차량용 구동장치의 작동관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
하이브리드 차량용 구동장치의 EV주행에서는 제1마찰요소(51)인 듀얼 클러치가 해제작동한 상태에서 제2마찰요소(52)인 브레이크가 결합작동하면, 모터(22)의 동력이 유성기어세트(30)의 캐리어(32), 링기어(33)를 거쳐 입력기어(41) 및 출력기어(42)로 전달되고, 중간축(45)의 속도동기화기구(53)에 의해 출력기어(42)가 선택적으로 연결되면 중간축(45)을 거쳐 출력축(24)으로 전달되어 EV주행이 가능해진다.
그리고, 제1마찰요소(51)인 듀얼 클러치가 결합작동하면, 모터(22)의 동력이 캐리어(22)로 전달된 이후에, 캐리어(22)의 타측에 연결된 입력축(23)을 거쳐 엔진(21)으로 전달되어 엔진(21)의 시동이 이루어진다. 이러한 엔진(21)의 시동 시에는 제2마찰요소(52)인 브레이크가 슬립작동함에 따라 엔진(21)의 시동 시에 발생하는 시동 쇼크(shock)가 제2마찰요소(52)에서 충분히 흡수되어 출력축(24)으로 전달됨이 차단되고, 이를 통해 시동성능이 대폭 향상되는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
21: 엔진 22: 모터
23: 입력축 24: 출력축
30: 유성기어세트 51: 제1마찰요소
52: 제2마찰요소 53: 속도동기화기구

Claims (16)

  1. 엔진과 모터 사이에 설치된 제1마찰요소;
    상기 모터와 출력축 사이에 설치된 제2마찰요소; 및
    복수의 회전요소를 가진 유성기어세트;를 포함하고,
    상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유성기어세트는 상기 모터의 내경측에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 브레이크는 결합작동, 해제작동, 슬립작동이 선택적으로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1마찰요소는 듀얼 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  5. 엔진에 연결된 입력축;
    입력축의 도중에 설치되는 제1마찰요소;
    변속기 하우징에 설치되는 모터;
    복수의 회전요소를 가진 유성기어세트; 및
    상기 모터와 출력축 사이에 설치되는 제2마찰요소;를 포함하고,
    상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 어느 하나의 회전요소와 연결되는 브레이크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유성기어세트는 상기 모터의 내경측에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 브레이크는 결합작동, 해제작동, 슬립작동이 선택적으로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1마찰요소는 듀얼 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 듀얼 클러치는 상기 입력축의 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 유성기어세트는 선기어, 캐리어, 및 링기어를 가지고, 상기 제2마찰요소는 상기 유성기어세트의 선기어 및 변속기 하우징 사이에 설치되는 브레이크 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 모터는 상기 유성기어세트의 캐리어를 통해 상기 입력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 유성기어세트의 링기어에는 입력기어가 연결되고, 상기 입력기어에는 출력기어가 치합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 출력기어는 중간축에 설치되고, 상기 중간축은 상기 출력축에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 중간축의 일측에는 상기 출력기어에 인접하여 속도동기화기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 속도동기화기구는 싱크로나이저인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 속도동기화기구는 도그 클러치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 구동장치.
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