KR20100124330A - 하이브리드 차량용 구동 장치 - Google Patents

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KR20100124330A
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겐지 혼다
도시유키 유모토
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 차량용 구동 장치(100)는, 엔진 샤프트(1), 제너레이터 샤프트(2) 및 아이들러 샤프트(3)를 포함하고, 이들 샤프트는 평행하게 배치된다. 제너레이터 샤프트(2)는 내측 샤프트(2a)와, 이 내측 샤프트(2a)에 대해 회전 가능하게 부착된 중공형 외측 샤프트(2b)를 적어도 포함한다. 엔진(50)의 크랭크 샤프트(51)에 연결된 엔진 샤프트(1)는, 제너레이터(60)가 동축으로 마련된 내측 샤프트(2a)에, 제너레이터 구동 기어(10)를 통해 접속된다. 모터(70)가 동축으로 마련된 제너레이터 샤프트(2)의 외측 샤프트(2b)는, 모터 구동력 전달 기어(20)를 통해 아이들러 샤프트(3)에 접속된다. 엔진 샤프트(1)와 아이들러 샤프트(3)는 엔진 구동력 전달 기어(30)를 통해 서로 접속된다. 아이들러 샤프트(3)와 차동 장치(45)는 종감속 기어(40)를 통해 서로 접속된다. 차동 장치(45)는 차동 축(46)을 통해 구동 휠(47, 47)에 연결된다. 엔진 구동력 전달 기어(30)를 통한 엔진 샤프트(1)와 아이들러 샤프트(3) 사이의 동력 전달을 접속 또는 접속 해제하는 역할을 하는 클러치(80)가 엔진 샤프트(1)에 마련된다.

Description

하이브리드 차량용 구동 장치{HYBRID VEHICLE DRIVE UNIT}
본 발명은 하이브리드 차량용 구동 장치에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 엔진, 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량용 구동 장치에 관한 것이다.
엔진, 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량용 구동 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 장치가 있다. 이 하이브리드 차량용 구동 장치에서는, 차량의 탑재성을 고려하여, 엔진과 제너레이터를 동축으로 배치하는 한편, 동력 전달 시스템의 전체 길이를 줄이기 위해, 제너레이터와 모터를 병렬로 배치한다.
일본 특허 공개 평성08-91065호 공보
그러나, 엔진 및 제너레이터를 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 동축으로 배치하는 경우, 엔진 결합면의 제약으로 인하여 제너레이터의 외경이 증대될 수 있다. 그래서, 필요한 토크 및 출력을 확보하기 위해, 축방향 치수를 확대시킬 필요가 있다. 이로써, 축방향 길이가 증대되어, 탑재성이 나빠진다. 또한, 제너레이터와 모터를 병렬로 배치하므로, 측면에서(축방향에서) 보았을 때 외형이 커져서, 탑재성이 나빠진다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 과제는, 엔진 결합면의 제약을 받지 않아 제너레이터의 외경을 크게 할 수 있고, 이에 따라 축방향 길이를 줄일 수 있는 하이브리드 차량용 구동 장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 하이브리드 차량용 구동 장치[예컨대, 후술하는 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동 장치(100)]로서,
엔진[예컨대, 실시예의 엔진(50)];
엔진의 출력 샤프트[예컨대, 실시예의 크랭크 샤프트(51)]와 동축으로 배치되어 엔진의 동력을 전달하는 제1 샤프트[예컨대, 실시예의 엔진 샤프트(1)];
제1 샤프트와 평행하게 배치되는 제2 샤프트[예컨대, 실시예의 제너레이터 샤프트(2)]로서, 제1 전달 기구[예컨대, 실시예의 제너레이터 구동 기어(10)]를 통해 제1 샤프트에 연결된 내측 샤프트[예컨대, 실시예의 내측 샤프트(2a)]와, 상기 내측 샤프트의 둘레에 상기 내측 샤프트에 대하여 회전 가능하게 배치된 제1 외측 샤프트[예컨대, 실시예의 모터 이용 외측 샤프트(2b)]를 구비하는 것인 제2 샤프트;
상기 내측 샤프트에 연결된 제1 전동기[예컨대, 실시예의 제너레이터(60)];
제1 전동기와 동축으로 배치되며 제1 외측 샤프트에 연결된 제2 전동기[예컨대, 실시예의 모터(70)];
제2 샤프트에 평행하게 배치되며 제2 전달 기구[예컨대, 실시예의 모터 구동력 전달 기어(20)]를 통해 제1 외측 샤프트에 연결된 제3 샤프트[예컨대, 실시예의 아이들러 샤프트(3)];
제3 샤프트에 연결된 차동 장치[예컨대, 실시예의 차동 장치(45)]; 및
제1 샤프트 상에 배치되며 제3 전달 기구[예컨대, 실시예의 엔진 구동력 전달 기어(30)]를 통해 제1 샤프트와 제3 샤프트를 접속 또는 접속 해제시키는 클러치 유닛[예컨대, 실시예의 클러치(80)]를 포함하는 하이브리드 차량용 구동 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 전동기는, 상기 내측 샤프트의 둘레에 마련되고 상기 내측 샤프트와 함께 회전 가능한 제2 외측 샤프트[예컨대, 실시예의 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)]를 통해 상기 내측 샤프트에 연결되고,
제1 전동기와 제2 전동기는, 각각 제2 외측 샤프트 및 제1 외측 샤프트 상에서, 이들 샤프트의 양단부에 마련된 베어링[예컨대, 실시예의 베어링(61, 62; 71, 72)]에 의해 축 지지되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제3 전달 기구는 클러치 유닛에 연결된 전달부[예컨대, 실시예의 출력 기어(31a)]와 상기 차동 장치에 연결된 피전달부[예컨대, 실시예의 입력 기어(31b)]를 구비하고,
상기 클러치 유닛은 상기 전달부의 내측에 마련되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 내지 제3 전달 기구와 클러치 유닛을 구비한 전달 기구 열이 축방향에서 차동 장치의 폭(Ld)의 영역 내에 수용되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 전동기와 제2 전동기는 전달 기구 열에 인접하여 배치되고,
제1 전동기와 제2 전동기의 외경은 제2 샤프트를 중심으로 하는 전달 기구 열의 최대 외경 Dt에 비해 작은 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하이브리드 차량용 구동 장치는,
상기 전달 기구 열과 제2 전동기의 일단부를 수용하는 제1 케이스[예컨대, 실시예의 제1 케이스(52a)];
제1 케이스에 인접하여 고정되고 제1 전동기의 일단부와 제2 전동기의 타단부를 수납하는 제2 케이스[예컨대, 실시예의 제2 케이스(52b)]; 및
제2 케이스에 인접하여 고정되고 제1 전동기의 타단부를 수용하는 제3 케이스[예컨대, 실시예의 제3 케이스(52c)]를 더 포함하고,
제2 전동기의 스테이터[예컨대, 실시예의 스테이터(75)]가 제1 케이스에 고정되며,
제1 전동기의 스테이터[예컨대, 실시예의 스테이터(65)]가 제2 케이스에 고정되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 외측 샤프트와 제2 외측 샤프트를 지지하는 2개 이상의 베어링[예컨대, 실시예의 베어링(61, 72)]을 제2 케이스에 마련하는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하이브리드 차량용 구동 장치는,
제1 샤프트에 평행하게 배치되고, 제4 전달 기구[예컨대, 실시예의 오일 펌프 구동 기어(90)]를 통해 제1 샤프트에 연결되는 제4 샤프트[예컨대, 실시예의 오일 펌프 샤프트(4)]를 더 포함하고,
제4 샤프트에 오일 펌프[예컨대, 실시예의 오일 펌프(95)]가 연결되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하이브리드 차량용 구동 장치[예컨대, 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동 장치(200)]로서,
엔진[예컨대, 실시예의 엔진(50)];
엔진의 출력 샤프트[예컨대, 실시예의 크랭크 샤프트(51)]와 동축으로 배치되며, 엔진의 동력을 전달하는 제1 샤프트[예컨대, 실시예의 엔진 샤프트(1)];
제1 샤프트와 평행하게 배치되는 제2 샤프트[예컨대, 실시예의 제너레이터 샤프트(2)]로서, 제1 전달 기구[예컨대, 실시예의 제너레이터 구동 기어(10)]를 통해 제1 샤프트에 연결된 내측 샤프트[예컨대, 실시예의 내측 샤프트(2a)]와, 상기 내측 샤프트의 둘레에 배치된 외측 샤프트[예컨대, 실시예의 모터 이용 외측 샤프트(2b)]를 구비하는 것인 제2 샤프트;
상기 내측 샤프트에 연결된 제1 전동기[예컨대, 실시예의 제너레이터(60)];
제1 전동기와 동일 축선 상에 배치되며 상기 외측 샤프트에 연결된 제2 전동기[예컨대, 실시예의 모터(70)];
제2 샤프트에 평행하게 배치되며 제2 전달 기구[예컨대, 실시예의 모터 구동력 전달 기어(20)]를 통해 상기 외측 샤프트에 연결된 제3 샤프트[예컨대, 실시예의 아이들러 샤프트(3)]; 및
제3 샤프트에 연결된 차동 장치[예컨대, 실시예의 차동 장치(45)]를 포함하는 하이브리드 차량용 구동 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제3 전달 기구의 전달부는 4점 접촉 볼 베어링[예컨대, 실시예의 베어링(88)]을 통해 제1 케이스에 지지되는 것이, 적용될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 양태에 따르면, 엔진에 의한 구동과 모터에 의한 구동을 선택적으로 또는 동시에 이용할 수 있다. 또한, 제1 전동기를 엔진의 출력 샤프트에 병렬로 배치하므로, 엔진 결합면에 대한 제약이 없어, 제1 전동기의 외경이 증대될 수 있다. 따라서, 제1 전동기의 토크 또는 출력을 공급하기 위하여 축방향 길이를 증대시킬 필요가 없다. 축방향 길이를 줄임으로써, 탑재성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 전달 기구를 통해 제1 전동기와 엔진을 접속함으로써, 엔진과 제1 모터 사이의 속도비를 마음대로 세팅할 수 있다. 따라서, 제1 전동기와 엔진을 함께 제너레이터로서 사용할 때에 제1 전동기와 엔진의 효율적인 영역을 매칭시킬 수 있어, 발전 효율이 향상된다. 또한, 제1 전동기와 제2 전동기는 서로에 대해 동축으로 배치되므로, 측면에서 본 크기가 줄어들 수 있다. 이로써, 탑재성이 향상된다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제1 전동기와 제2 전동기는 개별적으로 지지될 수 있다. 이들 전동기를 개별적으로 지지함으로써, 각각의 진동이 서로에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제3 전달 기구의 전달부의 내측에 클러치 유닛이 마련되어, 제3 전달 기구의 내측의 공간을 효율적으로 사용할 수 있고, 이에 따라 축방향의 길이를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 전달 기구 열을 구성하는 기어와 클러치 유닛이 최종 출력 샤프트인 차동 장치의 폭 Ld의 범위 내에 있다. 따라서, 장치의 축방향 길이가 짧아질 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제1 전동기와 제2 전동기의 외경은 제2 샤프트를 중심으로 하는 전달 기구 열의 최대 외경 Dt에 비해 작으므로, 장치 전체의 반경방향 길이를 줄일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 스테이터가 각각의 케이스에 고정되므로, 제1 전동기와 제2 전동기를 확실하게 유지시킬 수 있고, 조립 성능도 향상될 수 있다. 또한, 제2 케이스를 제1 전동기와 제2 전동기용의 케이스로서 공통으로 사용하므로, 부품의 수를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제1 외측 샤프트를 지지하는 베어링과 제2 외측 샤프트를 지지하는 베어링인 2개 이상의 베어링이, 제1 케이스와 제3 케이스의 사이에 끼어 있는 제2 케이스에 마련된다. 따라서, 베어링은 강고하게 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 엔진 샤프트와는 별개로 오일 펌프 샤프트가 배치되므로, 장치 전체의 축방향 길이를 제한할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제1 전동기를 엔진의 출력 샤프트에 병렬로 배치하므로, 엔진 결합면에 대한 제약이 없어, 제1 전동기의 외경이 증대될 수 있다. 따라서, 제1 전동기의 토크 또는 출력을 공급하기 위하여 축방향 길이를 증대시킬 필요가 없다. 축방향 길이를 줄임으로써, 탑재성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 전달 기구를 통해 제1 전동기와 엔진을 접속함으로써, 엔진과 제1 모터 사이의 속도비를 마음대로 세팅할 수 있다. 따라서, 제1 전동기와 엔진을 함께 제너레이터로서 사용할 때에 제1 전동기와 엔진 각각의 효율적인 영역을 매칭시킬 수 있어, 발전 효율이 향상된다. 또한, 제1 전동기와 제2 전동기는 동축으로 배치된다. 따라서, 측면에서 본 크기가 줄어들 수 있다. 이로써, 탑재성이 향상된다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치에 따르면, 제3 전달 기구의 전달부를 두 단부에서 2개의 깊은 홈 볼 베어링으로 지지할 필요가 없다. 하나의 단부에서 4점 접촉 볼 베어링인 하나의 베어링을 이용하여 지지할 수 있으므로, 부품의 수를 줄일 수 있고, 그에 따라 하이브리드 차량용 구동 장치의 축방향 길이를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 제1 실시예의 개략도.
도 2는 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 단면도로서, 도 4의 B-B 화살표 방향에서 본 도면.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도.
도 4는 도 2에 도시된 하이브리드 차량용 구동 장치의 전달 기구의 관계를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 제2 실시예의 개략도.
이하에서는, 도면을 참조로 하여, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 제1 실시예의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치의 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다. 도 4는 도 2에 도시된 하이브리드 차량용 구동 장치의 전달 기구의 관계를 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)는 엔진 샤프트(1)(제1 샤프트)와, 제너레이터 샤프트(2)(제2 샤프트), 그리고 아이들러 샤프트(3)(제3 샤프트)를 포함하고, 이들 샤프트는 병렬로 배치된다.
제너레이터 샤프트(2)는 내측 샤프트(2a)와, 이 내측 샤프트(2a)에 대해 회전 가능하게 부착된 중공형 외측 샤프트(2b)(제1 외측 샤프트)를 적어도 포함한다.
엔진(50)의 크랭크 샤프트(51)에 연결된 엔진 샤프트(1)는, 제너레이터(60)(제1 전동기)를 엔진 샤프트(1)의 축선 상에 구비한 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)에, 제너레이터 구동 기어(10)(제1 전달 기구)를 통해 접속된다. 모터(70)(제2 전동기)를 그 축선 상에 구비한 제너레이터 샤프트(2)의 외측 샤프트(2b)는 모터 구동력 전달 기어(20)(제2 전달 기구)를 통해 아이들러 샤프트에 접속된다. 엔진 샤프트(1)와 아이들러 샤프트(3)는 엔진 구동력 전달 기어(30)(제3 전달 기구)를 통해 상호 접속되어 있다.
아이들러 샤프트(3)와 차동 장치(45)(차동 기어)는 종감속 기어(40)를 통해 상호 접속되어 있다. 차동 장치(45)는 차동 축(46)을 통해 구동 휠(47, 47)에 연결되어 있다.
엔진 구동력 전달 기어(30)를 통한 엔진 샤프트(1)와 아이들러 샤프트(3) 사이의 동력 전달을 접속 또는 접속 해제하는 역할을 하는 클러치(80)(접속-해제 수단)가 엔진 샤프트(1)에 마련되어 있다.
이들 구성 요소를 주요한 구성 요소로서 구비한 하이브리드 차량용 구동 장치(100)는, 모터(70)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 전달 경로와, 엔진(50)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 다른 전달 경로를 구비하고, 상기 두 전달 경로를 선택적으로 또는 동시에 이용하여 차량을 주행시킨다.
먼저, 도 1을 참조하여, 모터(70)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 전달 경로를 설명한다.
엔진 샤프트(1)로부터 제너레이터 구동 기어(10)를 통해 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)에 입력된 엔진 구동력은 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)를 회전시킨다. 이로써, 제너레이터(2)의 내측 샤프트(2a)에 고정된 제너레이터(60)가 제너레이터 샤프트(2)와 함께 회전하여 전력을 발생시킨다. 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)에 대해 회전 가능하게 배치된 외측 샤프트(2b)에 접속되어 있는 모터(70)는, 제너레이터(60)에 의해 발생된 전력을 이용하여 제너레이터 샤프트(2)의 외측 샤프트(2b)를 회전시킨다. 그 후, 모터(70)는 그 구동력을 모터 구동력 전달 기어(20)를 통해 아이들러 샤프트(3)에 전달한다. 이렇게 전달된 구동력은 종감속 기어(40), 차동 장치(45) 및 차동 축(46)을 통해 구동 휠(47, 47)에 전달된다. 따라서, 엔진(50)의 구동력 전체가 제너레이터(60)에 의해 전기로 변환되어, "시리즈 운전"이 구현된다.
한편, 엔진(50)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 전달 경로에서는, 엔진 샤프트(1)에 부착된 클러치(80)를 접속시킴으로써, 엔진 샤프트(1)의 구동력이 전달 기어(30)를 통해 아이들러 샤프트(3)에 전달된다. 이렇게 전달된 구동력은 종감속 기어(40), 차동 장치(45) 및 차동 축(46)을 통해 구동 휠(47, 47)에 전달된다.
이 경우에, 엔진 샤프트(1)와 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)는 제너레이터 구동 기어(10)를 통해 항상 상호 접속되어 있으므로, 모터(70)를 회전시키는 전력이 제너레이터(60)에 의해 발생하게 된다. 이로써, 기계와 전기 모두를 이용한 "패러럴 운전"이 가능해진다. 또한, 모터(70) 및 제너레이터(60)에 "제로 토크 제어"를 실행시킴으로써, 드래그 손실을 최소화하여, 차량을 엔진(50)만을 이용해 주행시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)의 구조를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)는, 엔진(50)측으로부터 제1, 제2 및 제3 케이스(52a, 52b 및 52c)를 구비한 구동 장치 케이스(52)에 수용된다. 제1 케이스(52a)는 댐퍼(56)를 수용하는 댐퍼 하우징(53)에 고정된다. 제1, 제2 및 제3 케이스(52a, 52b 및 52c)는 복수의 볼트(54)에 의해 서로 연결되어 있다. 구동 장치 케이스(52) 내에는 엔진 샤프트(1), 제너레이터 샤프트(2) 및 아이들러 샤프트(3)가 서로 평행하게 배치되어 있다.
엔진 샤프트(1)는 엔진(50)의 크랭크 샤프트(51)와 동축으로 배치된다. 엔진 샤프트(1)의 엔진(50)측은 베어링(12)에 의해 댐퍼 하우징(53)에 지지되어 있고, 그 반대측은 베어링(13)에 의해 제1 케이스(52a)에 지지되어 있다. 크랭크 샤프트(51)의 구동력은 구동 플레이트(55) 및 댐퍼(56)를 통해 엔진 샤프트(1)에 전달된다. 엔진 샤프트(1)에 있어서 축방향 중앙 위치에는, 제너레이터 구동 기어(10)를 구성하는 출력 기어(11a)가 마련되어 있고, 출력 기어(11a)를 기준으로 엔진(50)의 반대측에는, 클러치(80)가 마련되어 있다. 출력 기어(11a)의 엔진(50)측에는, 오일 펌프 구동 기어(90)를 구성하는 출력 기어(91a)가 출력 기어(11a)에 인접하여 일체로 마련되어 있다.
클러치(80)는, 디스크 형상의 복수의 클러치 디스크(81), 클러치 플레이트(82) 및 이들 클러치 디스크(81)와 클러치 플레이트(82)를 압박하기 위한 클러치 피스톤(83)을 포함하는 "다판 클러치"이다. 복수의 클러치(81)는, 제1 클러치 유지 부재(84)의 외측 가장자리에 마련된 원통형 외측 허브(85)에 의해 그 외측 가장자리가 유지되어, 축방향으로 이동 가능하다. 복수의 클러치 플레이트(82)는, 제2 클러치 유지 부재(86)에 고정된 원통형 내측 허브(87)에 의해 그 내측 가장자리가 유지되어, 축방향으로 이동 가능하다. 또한, 클러치 디스크(81)와 클러치 플레이트(82)는 서로 평행하게 배치되며, 축방향으로 서로 간격을 두고서 교대로 중첩 배치되어 있다.
엔진 구동력 전달 기어(30)를 구성하는 출력 기어(31a)가 제2 클러치 유지 부재(86)의 외측 가장자리에 회전 가능하게 일체로 부착되어 있다. 또한, 제2 클러치 유지 부재(86)는 그 기부의 내면에서 베어링(88)에 의해 제1 케이스(52a)에 지지되어 있다. 여기서, 베어링(88)은 4점 접촉 볼 베어링이며, 이 베어링(88)은 제1 케이스(52a)에서 제2 클러치 유지 부재(86)의 일단부만을 지지한다.
이렇게 클러치(80)를 구성함으로써, 작동실(97) 내의 유압을 제어하는 것에 의해, 클러치 디스크(81)와 클러치 플레이트(82)가 서로에 대해 접촉 또는 이격할 수 있게 된다. 구체적으로, 작동실(97) 내의 유압을 소정 값까지 낮출 경우, 클러치 피스톤(83)이 엔진(50)측으로 이동한다. 인접한 클러치 디스크(81)와 클러치 플레이트(82)가 이격되어, 클러치(80)는 접속 해제 상태가 된다. 이때, 엔진 샤프트(1)의 구동력은 클러치(80)를 통해 엔진 구동력 전달 기어(30)에 전달되지 않을 것이다.
한편, 작동실(97) 내의 압력이 상승하여 소정 값보다 높아질 때, 클러치 피스톤(83)은 엔진(50)과는 반대측으로 이동한다. 따라서, 클러치 피스톤(83)은 클러치 디스크(81) 및 클러치 플레이트(82)를 강제하여 엔진(50)과는 반대측을 향해 이동시키고, 이에 의해 클러치 디스크(81) 및 클러치 플레이트(82)는 외측 허브(85)에 고정된 스토퍼(89)와 상기 클러치 피스톤 사이에서 협지된다. 따라서, 인접하는 클러치 디스크(81)와 클러치 플레이트(82)가 마찰 접속되어 클러치(80)가 접속 상태가 되고, 그 결과 제2 클러치 유지 부재(86)는 엔진 샤프트(1)에 직접 접속되어 록업(lock-up) 상태가 된다. 이때, 제너레이터 구동 기어(10)를 구성하는 출력 기어(31a)는 제2 클러치 유지 부재(86)에 부착되므로, 엔진 샤프트(1)의 구동력은 클러치(80)에 의해 엔진 구동력 전달 기어(30)를 통하여 아이들러 샤프트(3)에 전달된다. 엔진 샤프트(1)의 구동력도 또한 제너레이터 구동 기어(10)를 통하여 제너레이터 샤프트(2)에 전달된다는 점을 유의하여야 한다.
제너레이터 샤프트(2)는, 엔진 샤프트(1)에 평행하게 배치되고, 내측 샤프트(2a)와, 이 내측 샤프트(2a)의 둘레에 배치되는 모터 이용 외측 샤프트(2b)(제1 외측 샤프트) 및 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)(제2 외측 샤프트)를 포함한다. 구체적으로, 내측 샤프트(2a)의 엔진측 단부에는, 엔진 샤프트(1)의 제너레이터 구동 기어(10)의 출력 기어(11a)와 맞물리는 입력 기어(11b)가 마련된다. 또한, 내측 샤프트(2a)의 거의 중앙 위치에는 모터 이용 외측 샤프트(2b)가 내측 샤프트(2a)에 대해 회전 가능하게 부착된다. 또한, 내측 샤프트(2a)의 엔진(50)과는 반대측의 단부에 스플라인 결합되어 내측 샤프트(2a)와 함께 회전하는 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)가, 내측 샤프트(2a)에 있어서 모터 이용 외측 샤프트(2b)에 인접하게 부착된다.
제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)는, 제너레이터(60)가 일체로 회전 가능하게 부착되어 있고, 엔진(50)측 단부에서 베어링(61)에 의해 제2 케이스(52b)에 지지되어 있으며, 엔진(50)과는 반대측의 단부에서 베어링(62)에 의해 제3 케이스(52c)에 지지되어 있다. 또한, 베어링(62)과 제너레이터(60)의 사이에는, 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)의 회전각을 검출하기 위한 리졸버(63)의 리졸버 로터(63a)가 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)에 부착되어 있고, 대향하는 위치에 리졸버 스테이터(63b)가 부착되어 있다.
제너레이터(60)는, 내측 단부가 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)에 고정되는 로터(64)와, 제2 케이스(52b)에 고정되어 로터(64)에 대향하게 배치되는 스테이터(65)를 포함한다. 이러한 구조로 인하여, 엔진 샤프트(1)의 구동력은 제너레이터 구동 기어(10)를 통해 제너레이터 샤프트(2)의 내측 샤프트(2a)에 전달되므로, 제너레이터(60)의 로터(64)는 내측 샤프트(2a)로부터 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)를 통해 회전된다. 따라서, 엔진 샤프트(1)의 구동력은 전력으로 변환될 수 있다.
모터 이용 외측 샤프트(2b)에는, 모터(70)가 일체로 회전 가능하게 부착되어 있고, 엔진(50)측 단부에는 모터 구동력 전달 기어(20)를 구성하는 출력 기어(21a)가 부착되어 있다. 또한, 모터 이용 외측 샤프트(2b)는, 모터(70)와 출력 기어(21a)의 사이에 배치되며, 베어링(71)에 의해 제1 케이스(52a)에 지지되어 있고, 엔진(50)과는 반대측의 단부에서는 베어링(72)에 의해 제2 케이스(52b)에 지지되어 있다. 또한, 베어링(71)과 모터(70)의 사이에, 모터 이용 외측 샤프트(2b)의 회전각을 검출하기 위한 리졸버(73)의 리졸버 로터(73a)가 모터 이용 외측 샤프트(2b)에 부착되어 있고, 대향하는 위치에 리졸버 스테이터(73b)가 부착되어 있다.
모터(70)는, 내측 단부가 모터 이용 외측 샤프트(2b)에 고정된 로터(74)와, 제1 케이스(52a)에 고정되어 로터(74)에 대향하게 배치되는 스테이터(75)를 포함한다.
아이들러 샤프트(3)는, 제너레이터 샤프트(2)에 평행하게 배치되어 있고, 엔진(50)측으로부터 순차적으로, 종감속 기어(40)를 구성하는 출력 기어(41a)와, 엔진 샤프트(1)의 출력 기어(31a)와 맞물리며 엔진 구동력 전달 기어(30)를 구성하는 입력 기어(31b), 그리고 제너레이터 샤프트(2)에 대해 회전 가능하게 부착된 모터 이용 외측 샤프트(2b)의 출력 기어(21a)와 맞물리며 모터 구동력 전달 기어(20)를 구성하는 입력 기어(21b)를 포함한다. 아이들러 샤프트(3)는 엔진(50)측 단부가 베어링(57)에 의해 댐퍼 하우징(53)에 지지되고, 엔진(50)과는 반대측의 단부가 베어링(58)에 의해 제1 케이스(52a)에 지지되어 있다.
전술한 구조로 인하여, 모터(70)가 제너레이터(60)로부터 공급된 전력에 의해 회전되어, 모터 이용 외측 샤프트(2b)가 회전된다. 또한, 모터 이용 외측 샤프트(2b)의 출력 기어(21a)가 아이들러 샤프트(3)의 입력 기어(21b)와 맞물려, 모터(70)의 구동력이 아이들러 샤프트(3)에 전달된다.
또한, 엔진 구동력 전달 기어(30)를 구성하는 엔진 샤프트(1)의 출력 기어(31a)가 아이들러 샤프트(3)의 입력 기어(31b)와 맞물려, 클러치(80)의 접속 중에, 엔진(1)의 구동력이 아이들러 샤프트(3)에 전달된다.
차동 장치(45)는, 아이들러 샤프트(3)에 평행하게 배치된 차동 축(46)을 구비하며, 엔진(50)측의 단부에서 베어링(59a)에 의해 댐퍼 하우징(53)에 지지되고, 엔진(50)과는 반대측의 단부에서 베어링(59b)에 의해 제1 케이스(52a)에 지지된다. 차동 장치(45)는, 종감속 기어(40)를 구성하는 입력 기어(41b)를 구비하고, 이 입력 기어(41b)가 아이들러 샤프트(3)의 출력 기어(41a)와 맞물려, 아이들러 샤프트(3)에 입력된 모터(70)의 구동력 및/또는 엔진(50)의 구동력이 차동 축(46)에 전달되고, 더 나아가 차동 축(46)을 경유하여 구동 휠(47, 47)에 전달된다.
전술한 바와 같이 구성된 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 있어서, 제너레이터 구동력 전달 기어(10), 모터 구동력 전달 기어(20) 및 엔진 구동력 전달 기어(30)로 구성되는 전달 기구 열이, 도 2에 도시된 바와 같이 차동 장치(45)의 축방향 길이(폭) Ld의 영역 내에 수용된다. 또한, 제너레이터 샤프트(2)에 동축으로 배치된 제너레이터(60) 및 모터(70)의 외경 D1은, 도 4에 도시된 바와 같이 제너레이터 샤프트(2)를 중심으로 하는 전달 기구 열의 최대 외경 Dt에 비해 작다.
또한, 엔진 샤프트(1)에 고정된 오일 펌프 구동 기어(90)(제4 전달 기구)를 구성하는 출력 기어(91a)가, 엔진 샤프트(1)에 평행하게 배치된 오일 펌프 샤프트(4)(제4 샤프트)의 입력 기어(91b)와 맞물려, 엔진 샤프트(1)의 구동력을 오일 펌프(95)에 전달한다. 오일 펌프(95)는, 클러치(80)의 작동 유압을 발생시키고 각 구성 요소를 윤활 및 냉각하기 위해 오일을 압송한다.
제2 케이스(52b)에 부착된 제너레이터(60)를 외측으로부터 덮는 제3 케이스(52c)에는, 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)에 부착된 리졸버(63a)에 대향하는 위치에 리졸버 스테이터(63b)가 부착되어 있다. 리졸버(63)는 제너레이터(60)의 스테이터(65)의 엔진(50)과는 반대측인 코일 단부의 내측에 둘러지도록 배치된다.
이상의 설명에서 이해되듯이, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 클러치(80)를 접속 혹은 접속 해제함으로써, 엔진(50)으로부터의 전달 경로와 모터(70)로부터의 전달 경로를 선택적으로 또는 동시에 이용하여, 구동을 행할 수 있다. 또한, 제너레이터(60)는 엔진(50)의 크랭크 샤프트(51)와 병렬로 배치되므로, 엔진(50)의 결합면에 제약이 없어, 필요 사양에 따라 제너레이터(60)의 외경을 크게 할 수 있다. 또한, 제너레이터(60)의 토크 또는 출력을 공급하기 위해 축방향 길이를 증대시킬 필요가 없다. 따라서, 하이브리드 차량용 구동 장치(100) 전체의 축방향 길이를 줄일 수 있어, 탑재성이 우수해진다. 또한, 제너레이터 구동 기어(10)를 통해 엔진(50)과 제너레이터(60)를 연결함으로써, 엔진(50)과 제너레이터(60)의 효율적인 영역이 매칭되도록, 엔진(50)과 제너레이터(60) 사이의 속도비를 마음대로 세팅할 수 있어, 발전 효율이 향상된다. 또한, 제너레이터(60)와 모터(70)는 동일 축선 상에 배치되므로, 반경 방향의 길이가 비교적 큰 제너레이터(60)와 모터(70)는 축선 방향으로 중첩될 수 있다. 따라서, 측면에서(축방향에서) 본 치수가 줄어든다. 이로써, 탑재성이 향상된다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 제너레이터 샤프트(2)를 중공으로 만들어, 내측 샤프트(2a)의 외측에 모터 이용 외측 샤프트(2b)와 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)를 마련하고, 이들 외측 샤프트는 그 양단부가 베어링(71, 72: 61, 62)에 의해 각각 지지된다. 이 때문에, 모터(70)와 제너레이터(60)를 개별적으로 지지할 수 있어, 각각의 진동이 서로에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 엔진 구동력 전달 기어(30)는 일측에서 클러치(80)에 접속되고 타측에서 차동 장치(45)에 접속되며, 클러치(80)는 출력 기어(31a)의 내측에 배치된다. 이 때문에, 엔진 샤프트(1)와 출력 기어(31a) 사이의 공간을 효율적으로 사용할 수 있어, 축방향의 길이를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 제너레이터 구동력 전달 기어(10), 모터 구동력 전달 기어(20) 및 엔진 구동력 전달 기어(30)로 구성된 전달 기구 열이, 차동 장치(45)의 폭(축방향 길이) Ld의 영역 내에 수용되므로, 전달 기구 열의 최종 출력 샤프트를 갖는 차동 장치(45)의 폭의 범위 내에 들어가, 전달 기구 열의 축방향 길이가 줄어든다. 따라서, 하이브리드 차량용 구동 장치(100) 전체의 축방향 길이가 줄어들 수 있고 전달 손실도 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 제너레이터 샤프트(2) 상에 동축으로 배치된 제너레이터(60) 및 모터(70)의 외경 D1은, 제너레이터 샤프트(2)를 중심으로 한 전달 기구 열의 최대 외경 Dt에 비해 작으므로, 하이브리드 차량용 구동 장치(100) 전체가 소형화될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 모터(70)의 스테이터(75)가 제1 케이스(52a)에 고정되고, 제너레이터(60)의 스테이터(65)가 제2 케이스(52b)에 고정된다. 이러한 식으로, 각 스테이터(75, 65)를 각 케이스(52a, 52b)에 고정함으로써, 제너레이터(60)와 모터(70)는 확실하게 유지 및 보호될 수 있어, 조립성도 향상될 수 있다. 또한, 제2 케이스(52b)는 제너레이터(60) 및 모터(70)용 케이스로서 공통으로 사용되므로, 부품의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 적어도 2개의 베어링(72, 61), 즉 엔진(50)과는 반대측에서 모터 이용 외측 샤프트(2b)를 지지하는 베어링(72)과 엔진(50)측에서 제너레이터 이용 외측 샤프트(2c)를 지지하는 베어링(61)이 제2 케이스(52b)에 배치된다. 이 때문에, 이들 베어링(72, 61)은 제1 케이스(52a)와 제3 케이스(52c) 사이에 확실히 협지된 제2 케이스(52b)에 강고히 고정될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 엔진 샤프트(1)와는 별개로 오일 펌프 샤프트(4)가 배치되어, 축방향 길이를 억제할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치(100)에 따르면, 엔진 구동력 전달 기어(30)의 출력 기어(31a)를 구비한 제2 클러치 유지 부재(86)의 일단부만이 4점 접촉 볼 베어링인 베어링(88)을 통해 제1 케이스(52a)에 지지된다. 따라서, 제2 클러치 유지 부재(86)의 양단부가 2개의 깊은 홈 볼 베어링에 의해 지지되는 경우와 비교해 보면, 부품의 수를 삭감할 수 있고, 하이브리드 차량용 구동 장치(100)의 축방향 길이를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예인 전술한 하이브리드 차량용 구동 장치(100)는, 모터(70)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 전달 경로와, 엔진(50)의 구동력을 구동 휠(47, 47)에 전달하여 차량을 주행시키는 다른 전달 경로를 구비하고, 상기 두 전달 경로를 선택적으로 또는 동시에 이용하여 차량을 주행시킨다. 그러나, 본 발명의 하이브리드 차량용 구동 장치는 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 적절하게 변형 또는 개량될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 "시리즈 운전"만을 허용하는 하이브리드 차량용 구동 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예의 하이브리드 차량용 구동 장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 클러치(80) 및 엔진 구동력 전달 기어(30)를 구비하지 않는 것 이외에는, 전술한 실시예에 따른 하이브리드 차량용 구동 장치(100)와 동일한 구조를 가지므로, "시리즈 운전"만을 허용한다. 도 5에서, 제1 실시예의 구성 요소와 유사한 것에는 유사한 도면 부호가 부여되어 있다.
본 출원은 2008년 4월 14일에 출원된 일본 특허 출원(특허 출원 제2008-104670호)을 기초로 하며, 이 출원의 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.
1 : 엔진 샤프트(제1 샤프트)
2 : 제너레이터 샤프트(제2 샤프트)
2a : 내측 샤프트
2b : 모터 이용 외측 샤프트(제1 외측 샤프트)
2c : 제너레이터 이용 외측 샤프트(제2 샤프트)
3 : 아이들러 샤프트(제3 샤프트)
4 : 오일 펌프 샤프트(제4 샤프트)
10 : 제너레이터 구동 기어(제1 전달 기구)
11a : 출력 기어
11b : 입력 기어
12, 13 : 베어링
20 : 모터 구동력 전달 기어(제2 전달 기구)
21a : 출력 기어
21b : 입력 기어
30 : 엔진 구동력 전달 기어(제3 전달 기구)
31a : 전달 기어(전달부)
31b : 입력 기어(피전달부)
40 : 종감속 기어
41a : 출력 기어
41b : 입력 기어
45 : 차동 장치(차동 기어)
46 : 차동 축
47 : 구동 휠
50 : 엔진
51 : 크랭크 샤프트
52 : 구동 장치 케이스
52a : 제1 케이스
52b : 제2 케이스
52c : 제3 케이스
53 : 댐퍼 하우징
54 : 볼트
55 : 구동 플레이트
56 : 댐퍼
57, 58, 59a, 59b : 베어링
60 : 제너레이터(제1 전동기)
61, 62 : 베어링
63 : 리졸버
63a : 리졸버 로터
63b : 리졸버 스테이터
64 : 로터
65 : 스테이터
70 : 모터(제2 전동기)
71, 72 : 베어링
73 : 리졸버
73a : 리졸버 로터
73b : 리졸버 스테이터
80 : 클러치(클러치 유닛)
81 : 클러치 디스크
82 : 클러치 플레이트
83 : 클러치 피스톤
84 : 제1 클러치 유지 부재
85 : 외측 허브
86 : 제2 클러치 유지 부재
87 : 내측 허브
88 : 베어링(4점 접촉 볼 베어링)
89 : 스토퍼
90 : 오일 펌프 구동 기어
91a : 출력 기어
91b : 입력 기어
95 : 오일 펌프
97 : 작동실
100, 200 : 하이브리드 차량용 구동 장치

Claims (10)

  1. 하이브리드 차량용 구동 장치로서,
    엔진;
    엔진의 출력 샤프트와 동축으로 배치되어 엔진의 동력을 전달하는 제1 샤프트;
    제1 샤프트와 평행하게 배치되는 제2 샤프트로서, 제1 전달 기구를 통해 제1 샤프트에 연결된 내측 샤프트와, 상기 내측 샤프트의 둘레에 상기 내측 샤프트에 대하여 회전 가능하게 배치된 제1 외측 샤프트를 구비하는 것인 제2 샤프트;
    상기 내측 샤프트에 연결된 제1 전동기;
    제1 전동기와 동축으로 배치되며 제1 외측 샤프트에 연결된 제2 전동기;
    제2 샤프트에 평행하게 배치되며 제2 전달 기구를 통해 제1 외측 샤프트에 연결된 제3 샤프트;
    제3 샤프트에 연결된 차동 장치; 및
    제1 샤프트 상에 배치되며, 제3 전달 기구를 통해 제1 샤프트와 제3 샤프트를 접속 또는 접속 해제시키는 클러치 유닛
    을 포함하는 하이브리드 차량용 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 전동기는, 상기 내측 샤프트의 둘레에 마련되고 상기 내측 샤프트와 함께 회전 가능한 제2 외측 샤프트를 통해 상기 내측 샤프트에 연결되며,
    제1 전동기와 제2 전동기는, 각각 제2 외측 샤프트 및 제1 외측 샤프트 상에서, 이들 샤프트의 양단부에 마련된 베어링에 의해 축 지지되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 전달 기구는, 클러치 유닛에 연결된 전달부와 상기 차동 장치에 연결된 피전달부를 구비하고,
    상기 클러치 유닛은 상기 전달부의 내측에 마련되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 내지 제3 전달 기구와 클러치 유닛을 구비한 전달 기구 열이, 축방향에서 차동 장치의 폭의 영역 내에 수용되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 제1 전동기와 제2 전동기는 전달 기구 열에 인접하여 배치되고,
    제1 전동기와 제2 전동기의 외경은 제2 샤프트를 중심으로 하는 전달 기구 열의 최대 외경에 비해 작은 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전달 기구 열과 제2 전동기의 일단부를 수용하는 제1 케이스;
    제1 케이스에 인접하여 고정되고 제1 전동기의 일단부와 제2 전동기의 타단부를 수용하는 제2 케이스; 및
    제2 케이스에 인접하여 고정되고 제1 전동기의 타단부를 수용하는 제3 케이스
    를 더 포함하고,
    제2 전동기의 스테이터가 제1 케이스에 고정되며,
    제1 전동기의 스테이터가 제2 케이스에 고정되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제1 외측 샤프트와 제2 외측 샤프트를 지지하는 2개 이상의 베어링이 제2 케이스에 마련되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 샤프트에 평행하게 배치되며, 제4 전달 기구를 통해 제1 샤프트에 연결되는 제4 샤프트를 더 포함하고,
    제4 샤프트에 오일 펌프가 연결되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
  9. 하이브리드 차량용 구동 장치로서,
    엔진;
    엔진의 출력 샤프트와 동축으로 배치되어 엔진의 동력을 전달하는 제1 샤프트;
    제1 샤프트와 평행하게 배치되는 제2 샤프트로서, 제1 전달 기구를 통해 제1 샤프트에 연결된 내측 샤프트와, 상기 내측 샤프트의 둘레에 배치된 외측 샤프트를 구비하는 것인 제2 샤프트;
    상기 내측 샤프트에 연결된 제1 전동기;
    제1 전동기와 동축으로 배치되며 상기 외측 샤프트에 연결된 제2 전동기;
    제2 샤프트에 평행하게 배치되며 제2 전달 기구를 통해 상기 외측 샤프트에 연결된 제3 샤프트; 및
    제3 샤프트에 연결된 차동 장치
    를 포함하는 하이브리드 차량용 구동 장치.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 전달 기구의 전달부는 4점 접촉 볼 베어링을 통해 제1 케이스에 지지되는 것인 하이브리드 차량용 구동 장치.
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