KR100944006B1 - 하이브리드차량의 구동장치 - Google Patents

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KR100944006B1
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다다후미 요시다
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도요타 지도샤（주）
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

모터제너레이터와 인버터를 일체형으로 저장하기 위한 케이스(CS0)는 인버터저장공간(IS)을 형성하는 저장부(CI) 및 모터저장공간(MS)을 형성하는 저장부(CM)를 포함한다. 상기 케이스(CS0)는 저장부(CI) 및 저장부(CM)가 일체형으로 형성된 구조를 가진다. 따라서, 하이브리드차량용 모터제너레이터 및 인버터를 일체형으로 저장하는 구동유닛이 인버터로부터의 전자기 노이즈가 상기 구동유닛의 외부로 누출되는 것을 방지하게 된다.

Description

하이브리드차량의 구동장치{DRIVE DEVICE FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드차량의 구동장치에 관한 것으로, 특히 하이브리드차량에 채택되어, 인버터와 모터를 하나의 케이싱 안에 수용한 구동장치에 관한 것이다.
현재의 수많은 하이브리드차량에서는, 인버터가 섀시에 고정된 큰 박스형 케이싱을 구비하고, 모터케이싱(트랜스액슬)이 상기 케이싱 아래에 배치된다. 가능한 한 많은 종류의 차량에 탑재될 수 있는 하이브리드차량용 구동장치를 고려할 때, 이들 케이싱의 최적 배치는 각종 차량에 대해 행해지기 때문에, 케이싱이 2개인 구성에 있어서 상기 장치의 부품을 표준화하는 것은 어렵다.
본래, 동작을 위해 조합될 유닛들은 하나의 케이싱에 수용되어, 서로 일체화되는 것이 좋다. 일본특허공개공보 제2004-343845호(이를 "특허문헌 1"이라고 함, 이하 동일)에는 모터와 인버터를 서로 일체화한 하이브리드차량용 구동장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에서, 구조는 서로 결합되며 각각 전기모터들과 상기 각각의 전기모터들에 대응하는 복수의 인버터들을 수용하는 복수의 케이싱부들로 형성된 구동장치케이싱을 포함한다. 이러한 구조에서, 복수의 인버터는 상기 케이싱부들 가운데 하나에 집합적으로 배치되고, 인버터를 냉각시키는 유로는 상기 인버터들이 제공된 케이싱부와 각각의 인버터들 사이에 형성된다. 상기 구조는 각각의 전기모터에 대응하는 인버터들을 구동장치와 일체화할 수 있고, 추가로 인버터 냉각을 달성할 수 있다.
하지만, 일본특허공개공보 제2004-343845호(특허문헌 1)에 개시된 구동장치케이싱에서는, 각각의 모터를 수용하는 케이싱부들이 인버터를 수용하는 케이싱부에 결합된다. 그러므로, 특허문헌 1에 개시된 하이브리드차량용 구동장치의 구조에 있어서, 인버터 내의 파워 소자의 스위칭 동작에 의해 야기되는 전자기 노이즈(electromagnetic noises)가 상기 케이싱부들이 서로 결합되는 결합부를 통해 누출되기 쉽다. 그러므로, 인버터의 케이싱부가 타 부위들에 결합되는 결합부를 통해 전자기 노이즈가 누출되는 것을 방지하도록 대책이 마련되어야 한다. 대책이 불충분하다면, 누출된 전자기 노이즈가 차량의 다른 기구에 악영향을 끼칠 수도 있다.
인버터는 상기 구조에서 모터 상에 간단히 배치되기 때문에, 상기 구조는 구동장치를 탑재한 차량의 중력 중심의 연직 위치와 연계하여 개선되기 쉽다. 또한, 구동장치를 배치하기 위해 하이브리드차량에 필요한 공간 절감에 충분한 고려가 없게 된다. 여러 종류의 차량에 구동장치의 탑재를 허용하기 위하여, 보통의 차량 내의 엔진에 이웃하는 자동변속기와 실질적으로 같은 외관(contour)으로 인버터와 모터가 배치되는 것이 좋다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하고자 고안되었으며, 본 발명의 목적은 인버터가 일체화된 하이브리드차량용 구동장치로부터의 전자기 노이즈의 외부 누출을 방지하는 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드차량의 구동장치는 동력전달기구, 파워제어유닛, 케이싱, 커버부재 및 고정부재를 포함한다. 상기 동력전달기구는 회전전기기계에 의해 발생되는 동력을 내연기관에 의해 발생되는 동력과 조합시키고, 상기 조합된 동력을 구동축에 제공한다. 상기 파워제어유닛은 회전전기기계를 제어한다. 상기 케이싱은 파워제어유닛을 수용하기 위해 채택된 제1수용부와, 적어도 상기 회전전기기계를 수용하기 위해 채택되어 상기 제1수용부와 일체형으로 형성된 제2수용부를 구비한다. 상기 커버부재는 상기 케이싱에 고정되어, 상기 제1수용부의 개구부를 커버한다.
상기 하이브리드차량의 구동장치에 따르면, 파워제어유닛용 케이싱부(제1 및 제2수용부)와 회전전기기계가 일체형으로 형성되기 때문에, 상기 케이싱부들 사이에 교합면(mating surface)(결합부)이 형성되지 않는다. 그러므로, 상기 구조는 파워제어유닛에 의해 발생되는 전자기 노이즈가 케이싱으로부터 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 전자기 노이즈의 누출에 대한 대책에 필요한 비용을 줄여, 상기 전자기 노이즈가 구동장치로부터 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드차량의 구동장치는 상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합하는 회전축을 가진다. 또한, 상기 제2수용부는 상기 회전전기기계, 상기 댐퍼 및 상기 동력전달기구를 수용하도록 구성된다. 상기 회전축의 방향에 직교하고, 차량-탑재 상태에서 연직방향에 직교하는 방향에서 투영하여 볼 때, 상기 제1수용부는 상기 파워제어유닛이 상기 제2수용부의 차량-탑재 상태에서의 연직방향 사이즈 내에 위치하도록 배치된다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 있어서, 구동장치의 수평방향 사이즈는 작게 유지될 수 있어, 상기 구동장치의 부피 또는 사이즈를 작게 할 수 있으며, 차량-탑재성이 개선될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드차량용 구동장치에 있어서, 상기 파워제어유닛은 상기 회전전기기계에 대응하여 배치된 인버터의 파워 소자를 탑재하고, 차량-탑재 상태로 상기 회전전기기계 상방에 배치되는 회로기판을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 따르면, 상기 제1수용부는 전자기 노이즈를 발생시키는 파워 소자를 탑재한 회로기판을 수용하여, 상기 케이싱으로부터 전자기 노이즈가 외부로 누출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 구조를 달성하게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드차량용 구동장치에 있어서, 상기 파워제어유닛은 상기 회전전기기계에 대응하여 배치된 인버터 및 상기 인버터의 입력 전압을 발생시키도록 구성된 전압컨버터를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전압컨버터는 상기 회전전기기계의 상기 회전축의 일 측에 배치된 리액터, 및 상기 회전전기기계의 상기 회전축의 타 측에 배치된 캐패시터를 포함한다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 따르면, 전압컨버터의 구성요소들인 캐패시터와 리액터가 각각 회전전기기계의 일 측과 타 측에 있는 공간을 이용하여 배치될 수 있다. 그러므로, 상기 구동장치의 사이즈와 필요한 공간이 줄어들 수 있고, 상기 회전전기기계에 대한 중량 밸런스가 개선될 수 있다.
상기 구조에 있어서, 상기 파워제어유닛은 적어도 일부분이 상기 리액터와 상기 캐패시터 사이 영역에 배치되고, 상기 인버터와 상기 전압컨버터의 파워 소자를 탑재한 회로기판을 더 포함한다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 따르면, 상기 회로기판은 차량-탑재 상태에서 연직방향에서 볼 때 리액터와 캐패시터를 중첩시키지 않도록 배치될 수 있다. 그러므로, 회로기판의 배치로 야기될 수도 있는 구동장치의 차량높이방향으로의 사이즈 증가를 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 차량의 중심이 낮아질 수 있어, 주행 안정성이 향상될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드차량용 구동장치는 상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합하는 회전축을 가진다. 또한, 상기 회전축의 방향에서 투영하여 볼 때, 상기 파워제어유닛은 상기 댐퍼, 상기 회전전기기계 및 상기 동력전달기구를 수용하는 부분의 차량-탑재 상태에서의 수평방향 사이즈 내에 상기 파워제어유닛이 위치하도록 상기 케이싱 내에 배치된다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 따르면, 차량의 전후방향으로의 사이즈가 감소될 수 있어, 상기 구동장치가 소형화될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드차량용 구동장치는 상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합하는 회전축을 가진다. 또한, 상기 회전축의 방향에서 투영하여 볼 때, 상기 파워제어유닛은 상기 댐퍼, 상기 회전전기기계 및 상기 동력전달기구를 수용하는 부분의 차량-탑재 상태에서의 연직방향 사이즈 내에 상기 파워제어유닛이 위치하도록 상기 케이싱 내에 배치된다.
상기 하이브리드차량용 구동장치에 따르면, 차량의 연직방향으로의 사이즈가 감소될 수 있어, 상기 구동장치가 소형화될 수 있다. 결과적으로, 차량의 중심이 낮아질 수 있어, 주행 안정성이 향상될 수 있게 된다.
이에 따라, 인버터가 일체형인 소형화된 하이브리드차량의 구동장치는 상기 인버터의 전자기 노이즈가 구동장치로부터 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 모터제너레이터제어에 관한 구조를 도시한 회로도;
도 2는 도 1의 동력분배장치 및 감속기를 구체적으로 예시하기 위한 개략도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량용 구동장치의 외관을 도시한 사시도;
도 4는 도 3에 도시된 구동장치의 평면도;
도 5a는 비교예로 도시된 구동장치에서의 전자기 노이즈의 누출을 방지하는 구조를 개념적으로 예시한 도면;
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 구동장치에서의 전자기 노이즈의 누출을 방지하는 구조를 개념적으로 예시한 도면;
도 6은 도 4의 X1 방향에서 취한 구동장치의 측면도;
도 7은 도 4의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도;
도 8은 도 4의 X2 방향에서 본 구동장치의 측면도;
도 9는 도 4의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도;
도 10은 도 4의 X-X 선을 따라 취한 단면도;
도 11은 회전축의 방향에서 투영한 케이싱의 도면으로서, 특히 상기 케이싱의 카운터 및 그 안에 수용된 부품을 도시한 도면; 및
도 12는 회전축에 직교하면서 연직방향에 직교하는 방향에서 투영한 케이싱의 도면으로서, 특히 상기 케이싱의 카운터 및 그 안에 수용된 부품을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 하기 설명 및 도면에서, 대응하는 부분들은 동일한 도면 번호들로 표시되고, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.
[차량의 구성요소의 설명]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량(100)의 모터제너레이터의 제어에 관한 구조를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 차량(100)은 배터리유닛(40), 구동장치(20) 및 제어장 치(30) 그리고 도 1에 도시되지 않은 엔진과 차륜도 포함한다.
구동장치(20)는 모터제너레이터(MG1, MG2), 동력분배장치(PSD), 감속기(RD) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 제어하는 파워제어유닛(21)을 포함한다.
동력을 분배하기 위한 동력분배장치(PSD)는 기본적으로 후술하게 될 도 2의 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1, MG2)에 연결된 기구이다. 예를 들어, 상기 동력분배장치는 3개의 회전축, 즉 썬기어, 유성기어 및 링기어를 구비한 유성기어기구로 형성된다.
동력분배장치(PSD)의 회전축 가운데 둘은 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1)의 회전축에 각각 연결되고, 나머지 하나의 회전축은 감속기(RD)에 연결된다. 동력분배장치(PSD)와 일체화되는 감속기(RD)는 모터제너레이터(MG2)의 회전 속도를 감소시켜, 그것을 동력분배장치(PSD)로 전달한다.
상기 감속기의 회전축은 후술하는 바와 같이 리덕션기어 및 차동기어(양자 모두 도시안됨)를 통해 차륜에 결합된다.
배터리유닛(40)은 단자(41, 42)를 구비한다. 구동장치(20)는 단자(43, 44)를 구비한다. 차량(100)은 단자(41, 43)를 서로 연결시키는 파워케이블(6) 및 단자(42, 44)를 서로 연결시키는 파워케이블(8)을 추가로 포함한다.
배터리유닛(40)은 배터리(B), 배터리(B)의 음극과 단자(42) 사이에 연결된 시스템메인릴레이(SMR3) 및 배터리(B)의 양극과 단자(41) 사이에 연결된 시스템메인릴레이(SMR2), 그리고 배터리(B)의 양극과 단자(41) 사이에 직렬로 연결된 시스템메인릴레이(SMR1) 및 제한저항(R)을 포함한다. 시스템메인릴레이(SMR1 ~ SMR3)는 제어장치(30)로부터 제공된 제어신호(SE)에 따라 제어되어 턴 온 및 턴 오프된다.
배터리유닛(40)은 배터리(B)의 단자들간의 전압(VB)을 측정하는 전압센서(10) 및 배터리(B)로 흐르는 전류(IB)를 감지하는 전류센서(11)를 더 포함한다.
배터리(B)는 니켈수소전지 또는 리튬이온전지와 같은 2차전지나 연료전지일 수도 있다. 배터리(B)는 캐패시턴스가 큰 전기이중층 캐패시터로 대체될 수도 있다.
파워제어유닛(21)은 모터제너레이터(MG1, MG2)에 각각 대응하여 배치된 인버터(22, 14) 및 인버터(22, 14)에 공통으로 배치된 승압컨버터(12)를 포함한다.
승압컨버터(12)는 단자(43, 44)들간의 전압을 승압시킨다. 인버터(14)는 승압컨버터(12)로부터 제공되는 DC 전압을 3상 AC로 변환시켜, 그것을 모터제너레이터(MG2)에 제공한다.
승압컨버터(12)는 일 단부가 단자(43)에 연결된 리액터(L1), 승압된 전압(VH)을 제공하는 승압컨버터(12)의 출력 단자들 사이에 직렬로 연결된 IGBT 소자(Q1, Q2), IGBT 소자(Q1, Q2)에 병렬로 각각 연결된 다이오드(D1, D2) 및 평활용 캐패시터(C2)를 포함한다. 평활캐패시터(C2)는 승압컨버터(12)에 의해 승압된 전압을 평활화한다. 상기 실시예에서, IGBT 소자는 전력 변환용 파워반도체스위칭소자(이는 "파워 소자"라고도 함, 이하 동일)의 대표예로 기술된다. 따라서, 상기 IGBT 소자는 다른 파워소자로 대체될 수 있다.
리액터(L1)의 나머지 다른 단부는 IGBT 소자(Q1)의 이미터와 IGBT 소자(Q2)의 콜렉터에 연결된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 IGBT 소자(Q1)의 콜렉터에 연결되 고, 다이오드(D1)의 애노드는 IGBT 소자(Q1)의 이미터에 연결된다. 다이오드(D2)의 캐소드는 IGBT 소자(Q2)의 콜렉터에 연결된다. 다이오드(D2)의 애노드는 IGBT 소자(Q2)의 이미터에 연결된다.
인버터(14)는 승압컨버터(12)로부터 제공된 DC 전압을 3상 AC로 변환시켜, 그것을 차륜을 구동하는 모터제너레이터(MG2)로 제공한다. 인버터(14)는 회생 제동에 따라 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 전력을 승압컨버터(12)로 복귀시킨다. 이러한 동작에 있어서, 제어장치(30)는 승압컨버터(12)를 제어하여, 감압 회로로서 동작하게 된다.
인버터(14)는 승압컨버터(12)와 출력라인 사이에 병렬로 연결되는 U상, V상 및 W상 아암(15, 16, 17)을 포함한다.
U상 아암(15)은 직렬로 연결된 IGBT 소자(Q3, Q4) 및 IGBT 소자(Q3, Q4)에 병렬로 연결된 다이오드(D3, D4)를 각각 포함한다. 다이오드(D3)의 캐소드는 IGBT 소자(Q3)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D3)의 애노드는 IGBT 소자(Q3)의 이미터에 연결된다. 다이오드(D4)의 캐소드는 IGBT 소자(Q4)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D4)의 애노드는 IGBT 소자(Q4)의 이미터에 연결된다.
V상 아암(16)은 직렬로 연결된 IGBT 소자(Q5, Q6) 및 IGBT 소자(Q5, Q6)에 병렬로 연결된 다이오드(D5, D6)를 각각 포함한다. 다이오드(D5)의 캐소드는 IGBT 소자(Q5)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D5)의 애노드는 IGBT 소자(Q5)의 이미터에 연결된다. 다이오드(D6)의 캐소드는 IGBT 소자(Q6)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D6)의 애노드는 IGBT 소자(Q6)의 이미터에 연결된다.
W상 아암(17)은 직렬로 연결된 IGBT 소자(Q7, Q8) 및 IGBT 소자(Q7, Q8)에 병렬로 연결된 다이오드(D7, D8)를 각각 포함한다. 다이오드(D7)의 캐소드는 IGBT 소자(Q7)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D7)의 애노드는 IGBT 소자(Q7)의 이미터에 연결된다. 다이오드(D8)의 캐소드는 IGBT 소자(Q8)의 콜렉터에 연결되고, 다이오드(D8)의 애노드는 IGBT 소자(Q8)의 이미터에 연결된다.
이들 아암의 중간점들은 모터제너레이터(MG2)의 각각의 상 코일의 상 단부(phase end)에 연결된다. 보다 구체적으로, 모터제너레이터(MG2)는 3상영구자석동기모터이고, 3개, 즉 U상, V상 및 W상 코일 각각은 중성점(neutral point)에 연결된 일 단부를 구비한다. U상 코일의 나머지 다른 단부는 IGBT 소자(Q3, Q4)의 연결 노드에 연결된다. V상 코일의 나머지 다른 단부는 IGBT 소자(Q5, Q6)의 연결 노드에 연결된다. W상 코일의 나머지 다른 단부는 IGBT 소자(Q7, Q8)의 연결 노드에 연결된다.
전류센서(24)는 모터제너레이터(MG2)를 통해 흐르는 전류를 감지하고, 상기 감지된 전류값, 즉 모터전류값(MCRT2)을 제어장치(30)에 제공한다.
인버터(22)는 인버터(14)와 병렬로 배치되어, 승압컨버터(12)에 연결된다. 인버터(22)는 승압컨버터(12)로부터 제공되는 DC 전압을 변환시켜, 그것을 모터제너레이터(MG1)에 제공한다. 인버터(22)는 승압컨버터(12)에 의해 승압된 전압을 수용하고, 예컨대 엔진 시동을 위해 모터제너레이터(MG1)를 구동시킨다.
또한, 엔진의 크랭크축으로부터 전달되는 회전 토크에 의해 구동되는 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 파워가 인버터(22)에 의하여 승압컨버터(12)로 복 귀된다. 이러한 동작에 있어서, 승압컨버터(12)는 제어장치(30)의 제어 하에 감압(step-down) 회로로서 동작한다.
인버터(22)의 내부 구조는 도시되어 있지는 않지만, 인버터(14)의 내부 구조와 유사하므로 그 설명은 반복하지는 않기로 한다.
제어장치(30)는 토크지령값(TR1, TR2) 뿐만 아니라 모터회전수(MRN1, MRN2), 전압(VB, VL, VH) 및 전류(IB)의 값들을 수신하고, 모터전류값(MCRT1, MCRT2) 및 기동신호(IGON)도 수신한다.
토크지령값(TR1), 모터회전수(MRN1) 및 모터전류값(MCRT1)은 모터제너레이터(MG1)에 관한 것이고, 토크지령값(TR2), 모터회전수(MRN2) 및 모터전류값(MCRT2)은 모터제너레이터(MG2)에 관한 것이다.
전압(VB)은 배터리(B)의 전압이고, 전류(IB)는 배터리(B)를 통해 흐르는 전류이다. 전압(VL)은 승압컨버터(12)에 의해 아직 승압되지 않은 전압이고, 전압(VH)은 승압컨버터(12)에 의해 승압된 전압이다.
제어장치(30)는 승압을 지시하기 위한 제어신호(PWU), 감압을 지시하기 위한 제어신호(PWD) 및 동작의 금지를 지시하기 위한 신호(CSDN)를 승압컨버터(12)에 제공한다.
또한, 제어장치(30)는 승압컨버터(12)로부터 제공된 DC 전압을 모터제너레이터(MG2)를 구동시키기 위해 사용되는 AC 전압으로 변환시키는 구동지시(PWMI2)를 인버터(14)에 제공하고, 모터제너레이터(MG2)에 의해 발생되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환시켜 그것을 승압컨버터(12)측으로 복귀시키는 회생지시(PWMC2)도 제공한 다.
마찬가지로, 제어장치(30)는 DC 전압을 모터제너레이터(MG1)를 구동시키기 위해 사용되는 AC 전압으로 변환시키는 구동지시(PWMI1)를 인버터(22)에 제공하고, 모터제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환시켜 그것을 승압컨버터(12)측으로 복귀시키는 회생지시(PWMC1)도 제공한다.
도 2는 도 1의 동력분배장치(PSD) 및 감속기(RD)를 구체적으로 예시하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 차량의 구동장치는 모터제너레이터(MG2), 모터제너레이터(MG2)의 회전축에 연결된 감속기(RD), 감속기(RD)에 의해 감소된 속도에서 회전축의 회전에 따라 회전하는 액슬(axle), 엔진(4), 모터제너레이터(MG1), 및 감속기(RD), 엔진(4) 및 모터제너레이터(MG1) 가운데 동력을 분배하는 동력분배장치(PSD)를 포함한다. 감속기(RD)는 동력을 모터제너레이터(MG2)로부터 동력분배장치(PSD)로 전달할 때, 예컨대 2이상의 감속비를 나타낸다.
엔진(4)의 크랭크축(50) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)의 회전자(32, 37)는 서로 동축으로 회전한다.
도 2에 도시된 예시에서는, 동력분배장치(PSD)가 유성기어이고, 크랭크축(50)이 동축으로 연장되는 중공썬기어축에 결합된 썬기어(51), 크랭크축(50)과 동축으로 회전가능하게 배치는 링기어(52), 썬기어(51)와 링기어(52) 사이에 배치되어 그 자신의 축을 중심으로 회전하면서 썬기어(51)를 중심으로 회전하는 피니언기어(53) 및 크랭크축(50)의 일 단부에 결합되어 피니언기어(53)의 회전축을 탑재 하는 유성캐리어(54)를 포함한다.
동력분배장치(PSD)는 썬기어(51)에 결합된 썬기어축, 링기어(52)에 결합된 링기어케이싱 및 유성캐리어(54)에 결합된 크랭크축(50)인 3개의 동력입출력축을 구비한다. 동력이 이들 3개의 축 가운데 2개와 전달될 경우, 나머지 하나의 축과 전달될 동력은 상기 2개의 축과 전달되는 동력들을 토대로 결정된다.
동력을 취하기 위한 카운터구동기어(70)는 링기어(52)와 함께 회전하기 위해 링기어케이싱의 외부에 배치된다. 카운터구동기어(70)는 카운터구동기어(70)와 동력전달감속기어(RG)간의 동력 전달을 위한 동력전달감속기어(RG)에 연결된다. 동력전달감속기어(RG)는 차동기어(DEF)를 구동시킨다. 하향 슬로프 등에서는, 동력전달감속기어(RG)를 구동시키는 차동기어(DEF)로 차륜의 회전이 전달된다.
모터제너레이터(MG1)는 회전 자기장을 형성하는 고정자(31) 및 고정자(31) 내부에 배치되어 그 안에 매입된 복수의 영구자석을 구비한 회전자(32)를 포함한다. 고정자(31)는 고정자코어(33) 및 고정자코어(33) 주위에 권선된 3상 코일(34)을 포함한다. 회전자(32)는 동력분배장치(PSD)의 썬기어(51)와 함께 회전하는 썬기어축에 결합된다. 고정자코어(33)는 얇은 자기 강판 스택으로 형성되고, 케이싱(도시안됨)에 고정된다.
모터제너레이터(MG1)는 회전자(32)에 매입된 영구자석으로 형성된 자기장과 3상 코일(34)로 형성된 자기장간의 상호 작용에 의하여 회전하도록 회전자(32)를 구동시키는 전기모터로서 작동한다. 모터제너레이터(MG1)는 또한 회전자(32)의 회전과 영구자석의 자기장간의 상호 작용에 의하여 3상 코일(34)의 대향하는 단부들 사이에 기전력을 생성하는 발전기로서 작동하기도 한다.
모터제너레이터(MG2)는 회전 자기장을 형성하는 고정자(36)를 포함하고, 고정자(31) 내부에 배치되어 그 안에 매입된 복수의 영구자석을 구비한 회전자(37)도 포함한다. 고정자(36)는 고정자코어(38) 및 고정자코어(38) 주위에 권선된 3상 코일(39)을 구비한다.
회전자(37)는 감속기(RD)에 의해 동력분배장치(PSD)의 링기어(52)와 함께 회전하는 링기어케이싱에 결합된다. 고정자코어(38)는 얇은 자기 강판 스택으로 형성되고, 케이싱(도시안됨)에 고정된다.
모터제너레이터(MG2)는 회전자(37)의 회전과 영구자석의 자기장간의 상호 작용에 의하여 3상 코일(39)의 대향하는 단부들 사이에 기전력을 생성하는 발전기로서 작동한다. 모터제너레이터(MG2)는 또한 3상 코일(39)로 형성된 자기장과 영구자석으로 형성된 자기장간의 상호 작용에 의하여 회전자(37)를 구동 및 회전시키는 전동기로서 작동한다.
감속기(RD)는 유성캐리어(66), 즉 유성기어의 회전 소자들 중 하나가 차량의 구동장치의 케이싱에 고정되는 구조로 감속을 수행한다. 보다 구체적으로, 감속기(RD)는 회전자(37)의 축에 결합된 썬기어(62), 링기어(52)와 함께 회전하는 링기어(68) 및 썬기어(62)의 회전을 링기어(68)로 전달하기 위해 링기어(68)와 썬기어(62)를 맞물리게 하는 피니언기어(64)를 포함한다.
예를 들어, 썬기어(62)의 티스의 수는 링기어(68)의 티스의 수 보다 2배 이상일 수도 있어, 감속비가 2 이상일 수 있다.
[구성요소 배치의 간단한 설명 및 자기 노이즈 누출 방지 구조의 설명]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드차량의 구동장치(20)의 외관을 도시한 사시도이다. 도 4는 구동장치(20)의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 구동장치(20)의 케이싱(101)은 케이싱(104, 102)들로 분할될 수 있다. 케이싱(104)은 주로 모터제너레이터(MG1)를 수용하는 데 사용되고, 케이싱(102)은 주로 모터제너레이터(MG2) 및 파워제어유닛을 수용하는 데 사용된다.
케이싱(104, 102)에는 플랜지(106, 105)가 각각 제공된다. 플랜지(106, 105)를 서로 볼트 등으로 고정시킴으로써, 케이싱(104, 102)이 서로 결합되어 일체화된다.
케이싱(102)에는 파워제어유닛을 부착하기 위한 개구부(108)가 제공된다. 파워제어유닛이 부착된 후, 개구부(108)는 커버(150)에 의해 폐쇄된다. 따라서, 완성된 차량에서는, 전체 구동장치(20)가 케이싱(101) 및 커버(150) 내부에 수용된다.
또한, 캐패시터(C2)는 개구부(108)의 내부 좌측부(차량의 주행 방향 쪽)에 수용되고, 파워소자기판(120) 및 단자베이스(116, 118)는 그 중앙부에 수용되며, 리액터(L1)는 그 우측부에 수용된다. 차량-탑재 상태에서, 개구부(108)는 리드(lid)에 의해 폐쇄된다. 캐패시터(C2)는 우측부에 수용될 수도 있고, 리액터(L1)는 상기와 대조적으로 좌측부에 수용될 수도 있다.
리액터(L1)는 모터제너레이터(MG1, MG2)들의 회전축의 일 측에 배치되고, 캐패시터(C2)는 상기 회전축의 타 측에 배치된다. 파워소자기판(120)은 캐패시터(C2) 와 리액터(L1) 사이의 영역에 배치된다. 모터제너레이터(MG2)는 파워소자기판(120) 아래 배치된다.
파워소자기판(120)은 모터제너레이터(MG1)를 제어하는 인버터(22), 모터제너레이터(MG2)를 제어하는 인버터(14) 및 승압컨버터의 아암유닛(13)을 탑재한다.
연직방향으로 적층되는 전원용 버스바아는 인버터(14, 22)들 사이의 영역에 배치된다. 상기 버스바아들은 각각 인버터(14)의 U상, V상 및 W상 아암(15, 16, 17)들로부터 모터제너레이터(MG2)의 고정자코일에 연결된 단자베이스(116)로 연장된다. 이와 마찬가지로, 3개의 버스바아는 인버터(22)로부터 모터제너레이터(MG1)의 고정자코일에 연결된 단자베이스(118)로 연장된다.
파워소자기판(120)은 뜨거워지는 경향이 있기 때문에, 그 냉각을 위해 파워소자기판(120) 아래에는 수로가 배치되고, 케이싱(102)에는 수로의 냉각수 입구(114) 및 출구(112)가 제공된다. 이들 입구 및 출구는 플랜지(106, 105)를 통해 케이싱(102) 안으로 유니온 너트를 구동시켜 형성된다.
도 1의 배터리유닛(40)으로부터 파워케이블을 통해 단자(43, 44)들로 공급되는 전압은 리액터(L1) 및 아암유닛(13)을 포함하는 승압컨버터(12)에 의해 승압되고, 캐패시터(C2)에 의해 평활화되며, 인버터(14, 22)로 공급된다.
승압컨버터(12)에 의해 승압되는 배터리 전압을 이용함으로써, 배터리 전압을 대략 200V 정도로 낮추고, 추가로 모터제너레이터를 500V 를 초과하는 고전압으로 구동시켜, 전류가 적은 전원으로 인하여 전기 손실이 억제될 수 있는 동시에, 모터의 고출력도 성취될 수 있다.
모터제너레이터(MG1, MG2) 뿐만 아니라 인버터(14, 22)와 함께 구동장치(20)로서 승압컨버터(12)를 부가적으로 일체화하기 위해서는, 비교적 큰 부품인 리액터(L1)와 캐패시터(C2)의 배치 위치들에 관하여 고려되어야만 한다.
파워소자기판(120) 상에 배치된 파워 소자(IGBT 소자)들은 전력 변환용 스위칭 동작으로 인해 전자기 노이즈를 발생시킨다. 그러므로, 구동장치(20)의 케이싱으로부터 외부로 전자기 노이즈를 누출시키는 구조가 필요하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동장치에서의 전자기 노이즈의 누출을 방지하기 위한 구조를 개념적으로 예시한다. 도 5a는 상기 특허문헌 1에 개시된 것과 유사한 비교예로서, 구체적으로는 인버터와 일체화된 하이브리드차량의 구동장치에서의 전자기 노이즈의 누출방지구조의 일례를 도시한다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 구조를 보여준다.
도 5a를 참조하면, 비교예의 구동장치는 모터제너레이터를 위한 수용공간(MS)을 형성하는 케이싱부재(CS1) 및 인버터와 같은 파워제어유닛을 위한 수용공간(IS)을 형성하는 케이싱부재(CS2)를 포함하고, 이들 케이싱부재(CS1, CS2)는 서로 독립적으로 생성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 각각의 케이싱부재(CS1, CS2)는 인버터와 모터제너레이터를 함께 전기적으로 연결시키는 배선 또는 버스바아를 꺼내기 위한 개구부를 필요로 한다. 고정부재(fx)가 케이싱부재(CS1, CS2)를 함께 결합시켜, 모터제너레이터를 포함하는 구동장치가 인버터와 일체화되도록 한다.
케이싱부재(CS2)는 그 상부에 파워제어유닛을 부착하기 위한 개구부를 제공한다. 상기 개구부는 고정부재(fx)에 의해 케이싱부재(CS2)에 결합된 커버부재(CV) 에 의해 최종적으로 폐쇄된다. 이에 따라, 인버터를 포함하는 파워제어유닛은 구동장치(20)의 외부 공간에 대항 커버부재(CV) 및 케이싱부재(CS2)에 의해 폐쇄된다.
하지만, 비교예의 구조에서는, 케이싱부재(CS2)와 커버부재(CV)의 결합부(교합면)(FS1)를 통해서 뿐만 아니라 케이싱부재(CS2, CS1)의 결합부(교합면)(FS2)를 통해서도 전자기 노이즈가 누출될 가능성이 있다. 그러므로, 전자기 노이즈를 방지하기 위한 적절한 결합 구조가 각각의 교합면(FS1, FS2)에 대해 요구된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 구동장치에서는, 도 5b로부터 알 수 있는 바와 같이, 모터제너레이터를 위한 수용공간(MS)을 형성하는 모터수용부(CM)가 인버터를 포함하는 파워제어유닛을 위한 수용공간(IS)을 형성하는 인버터수용부(CI)와 일체형으로 형성되는 구조를 케이싱(CS0)이 가진다. 보다 구체적으로, 케이싱(CS0)은 도 5a의 교합면(FS2)에 대응하는 부분을 가지지 않고, 서로 연속적으로 형성되는 인버터수용부(CI) 및 모터수용부(CM)를 구비한다. 이렇게 형성된 일체형 구조를 갖는 케이싱(CS0)은 알루미늄합금의 주조에 의하여 생성된다.
또한, 커버부재(CV)는 도 5a의 구조와 유사하게 배치된다. 그러므로, 인버터를 포함하는 파워제어유닛은 커버부재(CV) 뿐만 아니라 인버터수용부(CI) 및 모터수용부(CM)가 서로 일체형으로 형성된 케이싱(CS0)에 의해 구동장치(20) 외부로부터 격리된다.
그러므로, 도 5b에 도시된 구조는 독립적인 케이싱부재들을 함께 결합하기 위한 교합면이 존재하지 않아 파워제어유닛으로부터 구동장치(20)의 외부로의 전자기 노이즈의 외부 누출을 효과적으로 방지할 수 있게 된다는 점에서 도 5a에 도시 된 것과 상이하다. 결과적으로, 전자기 노이즈 누출에 대한 대책에 필요한 비용을 절감하게 되고, 상기 구동장치로부터의 전자기 노이즈의 외부 누출을 방지할 수 있게 된다.
[구성요소 배치의 상세한 설명과 전자기 노이즈 누출을 방지하기 위한 구조]
이하, 케이싱 내의 구동장치(20)의 구성요소들의 배치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 도 4의 X1 방향에서 본 구동장치(20)의 측면도이다.
도 6을 참조하면, 케이싱(102)에는 모터제너레이터의 부착 및 유지보수를 위해 개구부(109)가 제공된다. 차량-탑재 상태에서, 개구부(109)는 리드(도시안됨)에 의해 폐쇄된다.
모터제너레이터(MG2)는 개구부(109) 내부에 배치된다. 회전자(37)는 U상, V상 및 W상 버스바아(bus bar)에 연결된 고정자(36) 내부에 배치된다. 중공축(60)은 회전자(37)의 중앙부에서 볼 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 모터제너레이터(MG2)의 고정자(36)는 케이싱(102) 내의 파워제어유닛(21)을 수용하는 공간(IS) 안으로 크게 돌출된다. 그러므로, 리액터(L1) 및 캐패시터(C2)가 각각 모터제너레이터(MG2)의 일 측과 타 측에 배치되어, 큰 부품이 효율적으로 수용되도록 한다. 이는 하이브리드차량의 소형화된 구동장치를 달성할 수 있다.
또한, 파워제어유닛(21)의 수용공간 상방에 형성된 개구부는 고정부재, 즉 볼트(152)에 의해 케이싱(102)에 고정된 커버(150)에 의해 폐쇄된다. 도 5b를 참조 하여 앞서 기술된 바와 같이, 케이싱(102)은 모터제너레이터(MG2)의 수용공간(수납실)(MS)을 형성하는 수용부가 파워제어유닛(21)의 수용공간(수납실)(IS)을 형성하는 수용부와 일체형으로 형성되는 구조를 가진다. 일체형으로 형성되는 케이싱(102)과 커버(150)간의 교합면은 내부로부터의 전자기 노이즈의 누출을 방지하도록 구성되어야만 한다.
도 7은 도 4의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 모터제너레이터(MG2)의 단면 및 파워제어유닛(21)을 수용하는 수납실의 단면을 보여준다.
하이브리드차량용 구동장치는 모터제너레이터(MG2), 도 7의 모터제너레이터(MG2) 뒷편에 배치되어 모터제너레이터(MG2)의 것과 동축인 회전자를 구비한 모터제너레이터(MG1) 및 크랭크축과 동축으로 배치되어 모터제너레이터(MG1, MG2)들 사이에 위치한 동력분배장치 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 제어하는 파워제어유닛(21)을 포함한다. 파워제어유닛(21)은 모터제너레이터(MG2)의 회전 중심축의 일 측과 타 측에 분할된 형태로 배치되는 리액터(L1) 및 평활캐패시터(C2)를 각각 구비한다. 모터제너레이터(MG1, MG2), 동력분배장치 및 파워제어유닛(21)은 금속 케이싱에 일체화되어 수용된다.
파워소자기판(120)을 향한 모터제너레이터(MG2)의 윤활유의 누출을 방지하기 위하여, 케이싱(102)에는 두 공간 사이의 격벽(200)이 제공된다. 격벽(200)은 그 최상면에 파워소자기판(120)을 냉각하기 위한 수로(122)가 제공된다. 수로(122)는 앞서 설명된 냉각수 입구(114) 및 냉각수 출구(112)와 연통되어 있다.
버스바아(128)는 단자(44)로부터 파워소자기판(120)으로 음의 전원전위를 전달한다. 또다른 버스바아(도시안됨)는 단자(43)로부터 리액터(L1)로 양의 전원전위를 전달한다.
리덕션기어의 회전축(130)을 탑재한 부분은 상기 파워제어유닛을 수용하는 수납실 안으로 돌출된다.
이하, 모터제너레이터(MG2)의 단면에 관하여 설명하기로 한다. 고정자(36)의 코일(39)의 권선부는 고정자 내부에서 반경방향에서 가시적이며, 회전자(37), 케이싱격벽(202) 및 상기 회전자의 중공축(60)은 상기 권선부 내부에서 반경방향으로 가시적이다.
도 8은 도 4의 X2 방향에서 본 구동장치(20)의 측면도이다. 도 7에서, 파워소자를 제어하는 제어기판(121)은 파워소자기판 상방에 배치된다.
도 9는 도 4의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 엔진의 크랭크축(50)은 댐퍼(124)에 연결되되, 그 중 출력축은 동력분배장치(PSD)에 연결된다.
댐퍼(124), 모터제너레이터(MG1), 동력분배장치(PSD), 감속기(RD) 및 모터제너레이터(MG2)는 이러한 순서로 엔진 부근 측에서 타 측을 향해 동축으로 배치된다. 모터제너레이터(MG1)의 회전자(32)는 중공축을 구비하되, 이를 통해 댐퍼(124)의 출력축이 연장된다.
모터제너레이터(MG1)의 회전자(32)의 축은 동력분배장치(PSD) 부근 측에 위치한 썬기어(51)와 스플라인-인게이징(spline-engaged)된다. 댐퍼(124)의 축은 댐 퍼(124)의 축을 중심으로 회전하기 위해 피니언기어(53)의 회전축을 탑재한 유성캐리어(54)에 결합된다. 피니언기어(53)는 링기어케이싱의 내주부 상에 형성된 도 2의 링기어(52) 및 썬기어(51)와 맞물린다.
감속기(RD) 부근의 모터제너레이터(MG2)의 회전자축(60)의 일부분은 썬기어(62)와 스플라인-피트(spline-fitted)된다. 감속기(RD)의 유성캐리어(66)는 케이싱(102)의 격벽(202)에 고정된다. 유성캐리어(66)는 피니언기어(64)의 회전축을 탑재한다. 피니언기어(64)는 링기어케이싱의 내주부 상에 형성된 도 2의 링기어(68) 및 썬기어(62)와 맞물린다.
도 9로부터 알 수 있듯이, 모터제너레이터(MG1) 및 댐퍼(124)는 케이싱(104)의 도 9의 우측에 있는 개구부(111)를 통해 부착될 수 있고, 모터제너레이터(MG2)는 케이싱(102)의 좌측 개구부(109)를 통해 부착될 수 있다. 감속기(RD) 및 동력분배장치(PSD)는 플랜지(105, 106)의 교합 평면을 통해 부착될 수 있다.
케이싱(102)의 개구부(109)는 리드(71), 윤활유의 누설을 방지하기 위한 리퀴드개스킷 등에 의해 타이트하게 폐쇄된다. 리드(72)는 케이싱(104)의 개구부(111) 뒷편에 배치되고, 모터제너레이터(MG1)를 수용하는 공간은 윤활유의 누설을 방지하기 위한 리퀴드개스킷, 오일시일(81) 등에 의해 타이트하게 폐쇄된다.
모터제너레이터(MG1)의 회전자(32)의 축은 리드(72)에 의해 유지되는 볼베어링(78) 및 격벽(203)에 의해 유지되는 볼베어링(77)에 의해 회전가능하게 탑재된다. 회전자(32)는 중공축을 가지며, 이를 통해 댐퍼(124)의 축이 연장된다. 니들베어링(79, 80)은 회전자(32)의 축과 댐퍼(124)의 축 사이에 배치된다.
모터제너레이터(MG2)의 회전자(37)의 축은 리드(71)에 의해 유지되는 볼베어링(73) 및 격벽(202)에 의해 유지되는 볼베어링(74)에 의해 회전가능하게 탑재된다.
동력분배장치(PSD)의 링기어 및 감속기(RD)의 링기어들이 그 내주부에 제공된 링기어케이싱은 격벽(202)에 의해 유지되는 볼베어링(75) 및 격벽(203)에 의해 유지되는 볼베어링(76)에 의해 회전가능하게 탑재된다.
파워제어유닛(21)을 수용하는 수납실과 모터제너레이터(MG2)를 수용하는 수납실은 케이싱(102)의 격벽(202)에 의해 서로 격리되지만, 단자베이스(116)가 삽입되는 관통구멍을 통해 부분적으로 연결된다. 모터제너레이터(MG2)의 고정자코일의 버스바아는 단자베이스(116)의 일 측에 연결되고, 인버터(14)의 버스바아는 그 타 측에 연결된다. 이들 버스바아들을 전기적으로 연결시키기 위해서는, 도전성 부재가 단자베이스(116)를 통해 연장된다. 따라서, 단자베이스(116)는 윤활유 성분이 모터제너레이터(MG2)측으로부터 유동하는 것을 허용하지 않으면서도, 전기가 흐르도록 구성된다.
마찬가지로, 단자베이스(118)는 파워제어유닛을 수용하는 공간과 모터제너레이터(MG1)를 수용하는 공간을 서로 연결시켜, 윤활유 성분은 지나가지 않으면서 전기가 흐르도록 한다.
도 10은 도 4의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 리액터(L1)의 단면이 파워제어유닛(21)을 수용하는 수납실에 도시되어 있다. 리액터(L1)는 전자기 강판 스택으로 형성된 코어 및 그 주위 에 권선된 코일을 구비한다.
도 7에 도시된 리덕션기어(RG)의 회전축(130)은 리액터(L1) 부근에 배치되고, 리덕션기어(RG)의 카운터피구동기어(132)는 중앙 위치에 배치된다. 카운터피구동기어(132)는 도 2의 카운터구동기어(70)와 맞물린다. 최종 구동기어(133)는 카운터피구동기어(132)와 동일한 축 상에 배치되고, 최종 구동기어(133)와 맞물리는 최종 피구동기어인 차동기어(DEF)는 최종 구동기어(133) 아래에 도시되어 있다.
도 11은 회전축의 방향에서 투영된 케이싱의 도면으로서, 특히 상기 케이싱의 카운터와 그 내부에 수용된 부품을 보여준다.
도 11은 차량의 구동장치의 케이싱 내부에서, 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼(124), 댐퍼(124)와 동축인 회전자와 상기 회전자 주위에 배치된 고정자를 구비한 모터제너레이터(MG2), 댐퍼(124)와 모터제너레이터(MG2)로부터 토크를 수신하는 동력분배장치(PSD), 댐퍼(124)의 회전축에 실질적으로 평행하게 연장되어 그로부터 반경방향으로 시프트되는 회전축을 갖고 동력분배장치(PSD)로부터 토크를 수신하는 리덕션기어(RG), 댐퍼(124)의 회전축에 실질적으로 평행하게 연장되어 그로부터 반경방향으로 시프트된 회전축을 갖고 토크를 차륜에 전달하기 위해 리덕션기어(RG)와 맞물리는 차동기어(DEF), 모터제너레이터(MG2)를 제어하는 기판(120) 및 리액터(L1)와 캐패시터(C2)를 포함하는 파워제어유닛(21)을 보여준다. 상기 케이싱은 댐퍼(124), 모터제너레이터(MG2), 리덕션기어(RG), 차동기어(DEF) 및 파워제어유닛(21)을 수용한다.
회전축의 방향에서 투영된 케이싱의 도면인 도 11에서, 차량-탑재 상태의 차 량구동장치는 차동기어(DEF)를 수용하는 케이싱부의 외측 에지와 댐퍼(124)를 수용하는 케이싱(104)의 외측 에지 사이에 결정되는 X3의 수평방향 사이즈를 가진다. 그러므로, 파워제어유닛을 형성하는 리액터(L1), 기판(120) 및 캐패시터(C2)가 사이즈 X3 내에 위치하는 것을 알 수 있다.
도 11에서, 차량-탑재 상태의 구동제어장치는 Y3의 연직방향 크기 또는 높이를 가진다. 차동기어(DEF)를 수용하는 케이싱부의 외측 에지는 사이즈 Y3의 하단을 형성한다. 댐퍼(124)를 수용하는 케이싱부의 외측 에지는 사이즈 Y3의 상단을 형성한다. 그러므로, 파워제어유닛(21)을 형성하는 캐패시터(C2), 기판(120) 및 리액터(L1)가 사이즈 Y3 내에 배치되는 것을 알 수 있다.
회전축의 방향에서 투영된 케이싱의 도면에서, 차량-탑재 상태의 파워제어유닛(21)을 수용하는 케이싱부는 댐퍼(124), 모터제너레이터(MG2), 리덕션기어(RG) 및 차동기어(DEF)를 수용하는 나머지 케이싱부의 공간의 높이를 초과하지 않는 높이를 가진다. 상기 케이싱의 구조 및 파워제어유닛(21)의 배치는 이러한 높이들의 관계를 충족하도록 결정된다. 이에 따라, 차량이 중력 중심을 낮은 위치에 가질 수 있으며, 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 차량-탑재 상태의 수평방향과 연계하여, 상기 케이싱의 구조 및 파워제어유닛(21)의 배치는 파워제어유닛(21)을 수용하는 케이싱부가 타 케이싱부의 공간의 투영부(projected portion) 내부에 위치하도록 결정된다. 이에 따라, 차량의 구동장치가 소형화된 외형을 가진다.
도 12는 회전축에 직교하면서 연직방향에 직교(perpendicular to vertical direction)하는 방향에서 투영된 케이싱의 도면으로서, 특히 상기 케이싱의 카운터 및 그 내부에 수용된 부품을 보여준다.
도 12를 참조하면, 차량-탑재 상태의 케이싱의 연직방향에 직교하는 방향에서의 사이즈 X3은 마찬가지로 모터제너레이터(MG2)를 수용하는 케이싱부의 리드의 외측 에지와 댐퍼(124)를 수용하는 케이싱부의 외측 에지 사이에 형성되고, 파워제어유닛(21)을 형성하는 캐패시터(C2), 기판(120) 및 리액터(L1)가 사이즈 Z3 내에 배치되는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 11을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 연직(즉, 높이) 방향에서의 사이즈 Y3은 댐퍼(124), 모터제너레이터(MG2), 리덕션기어(RG) 및 차동기어(DEF)를 수용하는 부분에 의해 결정된다. 회전축에 직교하고, 그리고 차량-탑재 상태에서 연직방향에 직교하는 방향에서 투영된 케이싱의 도면에서, 기판(120), 리액터(L1) 및 캐패시터(C2)를 포함하는 파워제어유닛(21)을 수용하는 케이싱부는 나머지 케이싱부, 즉 댐퍼(124), 모터제너레이터(MG2), 리덕션기어(RG) 및 차동기어(DEF)를 수용하는 부분의 공간 내에 포함된다.
상술된 바와 같이, 파워제어유닛의 구성요소, 즉 파워소자기판(120), 리액터(L1) 및 캐패시터(C2)는, 모터제너레이터(MG1, MG2), 감속기(RD) 및 동력분배장치(PSD) 이외에도 리덕션기어(RG)와 차동기어(DEF)가 배치되는 구조 주위에 남아 있는 공간을 이용하여 배치된다. 이에 따라, 하이브리드차량용 구동장치는 높이가 낮으면서 소형화된 구조를 가진다.
도 11에 도시된 바와 같이, 모터제너레이터(MG2)의 대향하는 측의 공간들은 각각 리액터(L1) 및 캐패시터(C2)를 배치하는 데 사용되고, 일 측에만 있는 공간을 이용하는 구조는 채택되지 않는다. 이에 따라, 모터제너레이터(MG2)에 대한 중량 밸런스가 향상될 수 있고, 필요 공간도 더욱 줄어들 수 있게 된다.
동력분배장치(PSD), 동력분배장치(PSD)로부터 토크를 수신하는 리덕션기어(RG) 및 토크를 차륜에 전달하도록 리덕션기어(RG)와 맞물리는 차동기어(DEF)는 전체로서, 모터제너레이터(MG1, MG2)에 의해 발생되는 동력을 엔진에 의해 발생되는 동력과 합성하여, 상기 합성된 동력을 구동축에 전달하는 "동력전달기구"에 대응한다.
각각의 리덕션기어(RG) 및 차동기어(DEF)는 동력분배장치(PSD)로부터 토크를 수신하는 동력전달기어에 대응한다. 하지만, 리덕션기어(RG) 및 차동기어(DEF)가 핵심적인 것은 아니며, 본 발명은 리덕션기어(RG)를 구비하지 않은 차량 또는 차동기어(DEF)가 구동장치와 일체화되지 않은 후륜구동차량에도 적용가능하다.
또한, 본 발명은 예컨대 엔진이 가속되고 있을 때 주행을 보조하기 위한 전동기를 이용하는 병렬 하이브리드 및 단 하나의 모터가 구동장치 일체화된 구조에도 적용가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상술된 바와 같이, 하이브리드차량용 구동장치의 케이싱 및 특히 인버터를 포함하는 파워제어유닛과 일체화된 케이싱이, 일체형으로 형성되는 모터제너레이터수용부 및 파워제어유닛(인버터)수용부를 구비하여, 구동장치로부터의 전자기 노이즈의 외부 누출이 방지될 수 있도록 한다.
상술된 구동장치의 구조에 따르면, 구동장치를 포함하는 하이브리드차량은 중력 중심을 낮은 위치로 유지할 수 있고, 차량의 주행 안정성이 종래의 구조에 비해 향상될 수 있다. 또한, 엔진룸의 필요 공간이 감소될 수 있다.
인버터를 포함하는 파워제어유닛 부분은 트랜스액슬 옆 나머지 공간, 즉 모터제너레이터(MG2) 및 동력분배장치 옆 공간을 이용하여 낮으면서도 소형화된 공간을 차지하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 트랜스액슬 부분이 종래의 가솔린 차량에 근접한 형태 또는 외관을 가질 수 있게 되어, 각종 차량에 탑재될 수 있는 하이브리드차량용 구동장치를 달성할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명을 상세히 기술 및 예시하였지만, 이는 단지 예시일 뿐 제한하려는 의도는 전혀 없으며, 본 발명의 범위가 첨부된 청구범위에 의해 해석된다는 것은 자명하다.

Claims (7)

  1. 회전전기기계와,
    내연기관이 발생한 동력에 상기 회전전기기계가 발생한 동력을 합성하여 구동축에 전달하는 동력 전달 기구와,
    상기 회전전기기계의 제어를 행하는 파워제어유닛과,
    상기 파워제어유닛을 수용하기 위한 제1수용부와, 적어도 상기 회전전기기계를 수용하기 위한 제2수용부가 일체 성형된 구조를 갖는 케이스와,
    상기 제1수용부의 개구부를 덮도록 상기 케이스에 대하여 고정되는 커버 부재를 구비하며,
    상기 파워제어유닛은 상기 제1수용부를 구성하는, 상기 케이스의 벽면에 의해서 형성된 오목부 내에 수납되는, 하이브리드 차량의 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합(matching)하는 회전축을 가지며,
    상기 제2수용부는 상기 회전전기기계, 상기 댐퍼 및 상기 동력전달기구를 수용하도록 구성되고,
    상기 제1수용부는, 상기 회전축의 방향에 직교하면서 차량-탑재 상태에서의 연직방향에 직교하는 방향에서 투영하여 볼 때, 상기 파워제어유닛이 차량-탑재 상태에서 상기 제2수용부의 연직방향 사이즈 내에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파워제어유닛은 상기 회전전기기계에 대응하여 배치된 인버터의 파워 소자를 탑재하고, 차량-탑재 상태에서, 상기 회전전기기계 상방에 배치되는 회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파워제어유닛은, 상기 회전전기기계에 대응하여 배치된 인버터 및 상기 인버터의 입력 전압을 발생시키도록 구성된 전압컨버터를 포함하고,
    상기 전압컨버터는, 상기 회전전기기계의 상기 회전축의 일 측에 배치된 리액터, 및 상기 회전전기기계의 상기 회전축의 타 측에 배치된 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파워제어유닛은 적어도 일부분이 상기 리액터와 상기 캐패시터 사이 영역에 배치되고,
    상기 인버터와 상기 전압컨버터의 파워 소자를 탑재한 회로기판을 더 포함하 는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합하는 회전축을 가지며,
    상기 파워제어유닛은, 상기 회전축의 방향에서 투영하여 볼 때, 차량-탑재 상태에서, 상기 댐퍼, 상기 회전전기기계 및 상기 동력전달기구를 수용하는 부분의 수평방향 사이즈 내에 상기 파워제어유닛이 위치하도록 상기 케이싱 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내연기관의 크랭크축에 결합된 댐퍼를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 회전전기기계는 상기 댐퍼의 회전축과 정합하는 회전축을 가지며,
    상기 파워제어유닛은, 상기 회전축의 방향에서 투영하여 볼 때, 차량-탑재 상태에서, 상기 댐퍼, 상기 회전전기기계 및 상기 동력전달기구를 수용하는 부분의 연직방향 사이즈 내에 상기 파워제어유닛이 위치하도록 상기 케이싱 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 구동장치.
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