KR20140127884A - 하이브리드차용 트랜스액슬 장치 - Google Patents

하이브리드차용 트랜스액슬 장치 Download PDF

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히로마사 다테
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

엔진(6) 및 전동기(4)의 동력을 개별적으로 구동륜(8)측의 출력축(9)에 전달함과 함께, 엔진(6)의 동력을 발전기(5)에도 전달하는 트랜스액슬 장치(1)를 마련한다. 전동기(4)의 회전축(4a)은, 출력축(9)에 대해 연직 방향으로 간격을 두고 배치하고, 발전기(5)의 회전축(5a)은, 출력축(9)에 대해 수평 방향으로 간격을 두고 배치한다. 또한, 트랜스액슬 장치(1)에 클러치(3)를 내장시켜, 엔진(6)으로부터 출력축(9)까지의 동력 전달 경로상에 개장하고, 엔진(6)의 동력의 전달을 단접시킨다. 또한, 트랜스액슬 장치(1)의 측면에서 클러치(3)의 회전축과 동축에 펌프(2)를 배치하고, 출력축(9)의 동력으로 클러치(3)의 구동압을 생성시킨다.

Description

하이브리드차용 트랜스액슬 장치{TRANSAXLE SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은, 엔진, 발전기 및 전동기를 장비하는 하이브리드 차량에 이용되는 트랜스액슬 장치에 관한 것이다.
종래, 엔진(내연 기관) 및 모터(전동기)를 병용하여 차량을 구동하는 하이브리드 차량이 널리 알려져 있다. 하이브리드 차량에서는, 탑재되는 엔진 및 모터의 출력 특성이나 주행 상태 등에 응하여, 구동원의 출력 배분이 다양하게 제어된다. 예를 들면, 마일드 하이브리드 방식의 하이브리드 차량에는, 차량의 주행 상태에 응하여 엔진만으로 주행하는 기능이나, 회생 발전을 실시하는 기능, 모터에 의한 구동력으로 엔진의 구동력을 어시스트하는 기능 등이 실장되어 있다. 이 방식은, 모터에 구하여지는 출력 성능이 비교적 작아도 괜찮고, 하이브리드 방식 이외의 차량과 비교하여 양호한 연비 성능(연료의 절약 비율)을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
이에 대해, 스트롱 하이브리드 방식(strong hybrid system)의 차량에서는, 상기한 기능에 더하여, 모터만으로 주행하는 기능이 추가되어 있다. 즉, 엔진을 완전하게 정지시킨 상태에서 모터를 구동하여, 순수한 전력(electricity) 주행을 실현하는 것이다. 이 방식은, 마일드 하이브리드 방식과 비교하여 연비 성능을 향상시킬 수 있지만, 고출력의 모터나 이에 대응하는 배터리를 차량에 탑재할 필요가 있다.
상기한 바와 같은 하이브리드 시스템의 다기능화에 수반하여, 하이브리드 차량의 파워 트레인의 구조는 복잡화하는 경향에 있다. 예를 들면, 발전용의 제너레이터나 모터, 구동륜의 토오크 및 회전수를 변경하기 위한 감속기, 구동원의 전환에 관한 클러치, 클러치를 구동하기 위한 구동 장치라는 다종의 장치를 이용하여, 구동 방식에 응한 적절한 에너지 경로를 형성할 것이 요구된다.
한편, 차량의 환경 성능이나 연비 성능을 향상시키는데는, 파워 트레인 시스템의 더한층의 소형화, 경량화가 요망된다. 특히, 스트롱 하이브리드 방식의 하이브리드 차량에서는, 탑재되는 모터, 제너레이터의 대형화에 의해 차량 탑재성이 저하되기 쉽기 때문에, 파워 트레인의 소형화는 극히 중요하다.
이와 같은 과제에 대해, 모터와 제너레이터를 축방향으로 중합(mountability) 배치함으로써 파워 트레인의 차량 탑재성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 외경이 동일한 모터와 제너레이터를 동일 축선상에 배치한 하이브리드 차량의 구동 장치가 기재되어 있다. 이와 같은 배치 구성에 의해, 파워 트레인의 측면측의 체격(외관의 면적)이 작아저서, 차량 탑재성을 향상시키는 것이 가능하다고 되어 있다.
특허 문헌 1 : 국제 공개 W02009/128288호
그러나, 상기한 바와 같은 배치 구성에서는, 측면에서의 체격이 작아지는 대신에, 축방향으로의 돌출량이 증대한다. 그 때문에, 차체 구조나 파워 트레인의 탑재 위치에 따라서는 오히려 차량 탑재성이 저하된다는과제가 있다. 본건의 목적의 하나는, 상기한 바와 같은 과제를 감안하여 창안된 것으로, 스페이스 효율 및 차량 탑재성을 향상시킬 수 있는 하이브리드차용 트랜스액슬 장치를 제공하는 것이다.
또한, 이 목적으로 한하지 않고, 후술하는 발명을 실시하기 위한 형태에 나타내는 각 구성에 의해 유도되는 작용 효과로서, 종래의 기술에 의해서는 얻어지지 않는 작용 효과를 이루는 것도 본건의 다른 목적으로서 자리매김할 수 있다.
(1) 여기서 개시한 하이브리드차용 트랜스액슬 장치는, 엔진, 발전기 및 전동기를 장비하는 하이브리드 차량의 파워 트레인에 있어서, 상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 개별적으로 구동륜측의 출력축에 전달함과 함께, 상기 엔진의 동력을 상기 발전기에도 전달하는 트랜스액슬 장치이다.
상기 파워 트레인은, 상기 트랜스액슬 장치 내의 상기 엔진으로부터 상기 출력축까지의 동력 전달 경로상에 개장되고, 상기 엔진의 동력의 전달을 단접하는 클러치를 구비한다. 또한, 상기 파워 트레인은, 상기 트랜스액슬 장치의 측면에서 상기 클러치의 회전축과 동축에 배치되고, 상기 출력축의 동력으로 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프를 구비한다. 또한, 상기 발전기가, 상기 출력축에 대해 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖음과 함께, 상기 전동기가, 상기 출력축에 대해 연직 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖는다.
또한, 상기 클러치가, 상기 트랜스액슬의 측면시에 있어서 상기 발전기 및 상기 전동기와 불간섭의 위치에 내장되는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 불간섭의 위치란, 상기 트랜스액슬의 측면시로 상기 발전기 및 상기 발전기와 서로 겹치지 않는(중합하지 않는) 위치를 의미한다. 또한, 상기 발전기 및 상기 전동기는, 모두 상기 트랜스액슬의 측면에 대해 고정된다.
(2) 또한, 상기 엔진이, 그 회전축을 상기 출력축에 대해 평행하게 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 전동기가, 상기 출력축보다도 상방에 배치된 회전축을 갖음과 함께, 상기 클러치가, 상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과 상기 출력축을 접속하는 평면보다도 하방에 배치된 회전축을 클러치축으로서 갖는 것이 바람직하다.
즉, 트랜스액슬의 측면시에 있어서, 입력축 및 클러치축을 통과하는 직선과 클러치축 및 출력축을 통과하는 직선이 일치하지 않고, 클러치축의 위치에서 절선을 이루는 것이 바람직하다.
(3) 또한, 상기 발전기가, 상기 엔진의 회전축을 통과하는 수평면보다도 하방에 배치된 회전축을 갖는 것이 바람직하다.
(4) 또한, 상기 엔진이, 상기 트랜스액슬의 양측면 중 차폭 방향의 일방측에 배치됨과 함께, 상기 발전기, 상기 전동기 및 상기 펌프가, 상기 차폭 방향의 타방측에 배치되는 것이 바람직하다.
(5) 또한, 출력축, 입력축, 전동기축, 발전기축, 클러치축 및 펌프축을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 출력축이, 상기 엔진으로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제1 기구와, 상기 전동기로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제2 기구와의 사이에 끼여 장착되고, 상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 구동륜측에 출력한다. 또한, 상기 입력축이, 상기 엔진으로부터 상기 발전기에의 동력 전달에 관한 제3 기구와 상기 제1 기구와의 사이에 협장되고, 상기 엔진의 회전축에 연결된다.
상기 전동기축이, 상기 전동기의 회전축에 연결되고, 상기 제2 기구에 상기 전동기의 동력을 전달한다. 또한, 상기 발전기축이, 상기 발전기의 회전축에 연결되고, 상기 제3 기구로부터의 동력을 상기 발전기에 전달한다. 또한, 상기 클러치축은, 상기 전동기 및 상기 발전기의 쌍방에 대해 상기 출력축의 축방향으로 중합하지 않는 위치에 내장되고, 상기 제1 기구에 개장되는 클러치의 회전축을 이루어는 축이다. 또한, 상기 펌프축은, 상기 클러치축과 동축에 배치되고, 상기 출력축에 연동하여 회전함과 함께 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프에 연결된다.
또한, 상기 발전기축, 상기 전동기축, 상기 클러치축, 상기 펌프축은, 상기 입력축 및 상기 출력축에 대해 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 엔진의 크랭크축이나 발전기의 회전축, 전동기의 회전축, 클러치의 회전축, 펌프의 회전축, 출력축의 전부가 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.
개시된 하이브리드차용 트랜스액슬 장치에 의하면, 출력축을 중심으로 하여, 발전기, 전동기를 각각 수평 방향, 연직 방향으로 간격을 두고 마련함에 의해, 발전기 및 전동기를 수평 방향으로 좁혀서 배치하는 것이 용이해지고, 파워 트레인 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 전동기의 상하 중 발전기에 가까운 측에 생기는 공간에 펌프 및 출력축을 배치할 수 있고, 트랜스액슬의 측면에 펌프, 발전기 및 전동기를 낭비 없이 배열할 수 있고, 스페이스 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 한 실시 형태에 관한 파워 트레인을 탑재한 차량의 내부 구성을 예시한 상면도.
도 2는 도 1의 파워 트레인의 트랜스액슬 내에 형성되는 동력 전달 경로의 모식도.
도 3은 도 1의 파워 트레인에 마련된 트랜스액슬의 사시도.
도 4는 도 2의 트랜스액슬의 동력 전달 경로를 설명하기 위한 측면도.
도 5는 도 1의 파워 트레인의 아웃라인.
도면을 참조하여 하이브리드 차량의 트랜스액슬 장치에 관해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이하의 실시 형태에서 개시하지 않은 여러 가지의 변형이나 기술의 적용을 배제하는 의도는 없다. 본 실시 형태의 각 구성은, 그들의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있음과 함께, 필요에 응하여 취사선택할 수 있고, 또는 적절히 조합시키는 것이 가능하다.
[1. 파워 트레인]
본 실시 형태의 파워 트레인(7)은, 도 1에 도시하는 차량(10)에 적용된다. 이 차량(10)은, 엔진(6)과 모터(4)를 구동원으로 하여 주행하는 하이브리드 차량이고, 기능적으로는 스트롱 하이브리드 방식에 속한다. 파워 트레인(7)에는, 엔진(6) 및 모터(4) 외에, 제너레이터(5), 트랜스액슬(1), 클러치(3), 펌프(2)가 마련된다. 엔진(6) 및 모터(4)의 구동력은, 트랜스액슬(1)을 통하여 구동륜(8)에 전달되고, 차량(10)을 주행시킨다. 또한, 도 1에 도시하는 차량(10)은, 전륜을 구동륜(8)으로 하는 FF 방식의 차량(10)이다.
엔진(6)은, 가솔린이나 경유를 연소하는 가솔린 엔진, 디젤 엔진이다. 이 엔진(6)은, 이른바 횡치 엔진이고, 크랭크 샤프트(6a) 방향이 차량(10)(차폭 방향)에 일치하도록 횡방향으로 배치되고, 트랜스액슬(1)의 우측면에 대해 고정된다. 크랭크 샤프트(6a)는, 구동륜(8)의 드라이브 샤프트(9)에 대해 평행하게 배치된다. 엔진(6)의 작동 상태는, 도시하지 않은 전자 제어 장치(ECU)로 제어된다.
모터(4)는, 예를 들면 고출력의 영구자석식 동기 전동기이고, 축전 장치에 축적된 전력을 받아 로터를 회전시키는 기능을 갖는다. 모터(4)의 전력 공급원은, 차량(10)에 탑재된 구동용 배터리 장치이다. 구동용 배터리 장치는, 예를 들면 리튬이온 전지나 니켈수소 전지이고, 수백볼트의 고전압 직류 전류를 모터(4)에 공급한다.
모터(4)의 주위(또는 내부)에는, 구동용 배터리 장치로부터 공급되는 직류 전류를 교류 전류(AC)로 변환하는 인버터가 마련된다. 모터(4)의 회전 속도는, 인버터로 변환되는 전류의 교류 주파수에 비례한다. 따라서 인버터를 제어함으로써 모터(4)의 회전 속도를 조절하는 것이 가능하게 된다. 일반적인 모터(4)의 외형은, 로터를 회전시킨 때의 회전체 형상에 응한 것으로 된다. 예를 들면, 로터의 회전축을 통축으로 한 원통형상으로 형성되고, 저면을 트랜스액슬(1)측을 향한 자세로 트랜스액슬(1)의 좌측면에 대해 고정된다. 또한, 모터(4) 및 인버터의 작동 상태는, 도시하지 않은 전자 제어 장치(MCU)로 제어된다.
제너레이터(5)는, 엔진(6)을 시동시키기 위한 스타터로서의 기능을 갖는 전동 발전기이고, 엔진(6)의 작동시에는 엔진 동력으로 발전을 실시하는 것이다. 또한, 이 발전기(5)는, 모터(4)의 전력 공급원인 구동용 배터리 장치를 충전하는 기능이나, 모터(4)에 직접 전력 공급하는 기능도 겸비한다. 제너레이터(5)의 외형은, 예를 들면 회전축을 통축으로 하는 원통형상으로 형성되고, 모터(4)와 마찬가지로 그 저면을 트랜스액슬(1)측을 향한 자세로 트랜스액슬(1)의 좌측면에 대해 고정된다.
트랜스액슬(1)은, 디퍼렌셜 기어를 포함하는 파이널 드라이브와 트랜스미션(감속기)을 일체로 형성한 동력 전달 장치이고, 구동원과 피구동 장치와의 사이의 동력 전달을 담당하는 복수의 기구를 내장한다. 본 실시 형태의 트랜스액슬(1)의 내부에는, 주로 3개의 동력 전달 경로가 형성된다.
[2. 동력 전달 경로]
트랜스액슬(1)의 내부에 형성되는 동력 전달 경로를 모식화하여, 도 2에 도시한다. 트랜스액슬(1)에는, 엔진(6)으로부터 구동륜(8)에의 동력 전달에 관한 제1 경로(31)와, 모터(4)로부터 구동륜(8)에의 동력 전달에 관한 제2 경로(32)와, 엔진(6)으로부터 제너레이터(5)에의 동력 전달에 관한 제3 경로(33)가 마련된다. 구동륜(8)에는, 트랜스액슬(1)을 통하여 엔진(6) 및 모터(4)가 병렬로 접속된다. 또한, 엔진(6)에는, 트랜스액슬(1)을 통하여 제너레이터(5) 및 구동륜(8)이 병렬로 접속된다.
제1 경로(31)(제1 기구)는, 엔진(6)의 크랭크 샤프트(6a)와 드라이브 샤프트(9)와의 사이를 연결하는 동력 전달 경로이고, 엔진(6)의 가동시에 있어서의 동력의 전달을 담당하는 것이다. 제1 경로(31)의 중도에는, 그 동력 전달을 단접하는 클러치(3)가 개장된다. 본 실시 형태의 클러치(3)는, 트랜스액슬(1)에 내장되어 있다. 또한, 제1 경로(31)상에 도시하지 않은 변속 장치를 개장하여도 좋다.
클러치(3)는, 엔진(6)의 동력의 단접 상태를 제어하는 연축기이고, 예를 들면 다판식 클러치이다. 클러치(3)의 내부에는, 엔진(6)으로부터의 구동력이 입력된 구동측의 계합 요소(3a)(구동요소)와, 구동륜(8)측에 구동력을 출력하는 피구동측의 계합 요소(3b)(구동요소)가 마련된다(도 5 참조). 이들의 계합 요소(3a, 3b)는, 펌프(2)로부터 주어지는 유압에 응하여, 서로 이간, 접근(즉 절단, 계합)하는 방향으로 구동된다.
펌프(2)는, 구동륜(8)측의 구동력을 이용하여 작동유를 유압 회로에 압송하는 유압 발생 장치이고, 예를 들면 기어 펌프나 베인 펌프, 피스톤 펌프 등이다. 이 펌프(2)는, 트랜스액슬(1)의 좌측면중, 클러치(3)에 인접하는 위치에 배치된다. 예를 들면, 기어 펌프나 베인 펌프, 피스톤 펌프를 이용한 경우에는, 그들의 회전축이 클러치(3)의 회전축과 일치하도록 부착된다. 펌프(2)에서 발생한 유압은, 클러치(3)의 계합 요소(3a, 3b)를 서로 접근하는 방향으로 구동하도록 작용한다. 즉, 펌프(2)에서 발생하는 유압이 계합 요소(3a, 3b)를 계합시키는데도 충분한 정도 상승한 때에, 클러치(3)가 접속된다.
본 실시 형태에서는, 차량(10)의 주행 속도가 소정 차속 이상인 때에 펌프(2)에서 발생하는 유압의 크기로 클러치(3)가 접속되도록, 펌프(2)의 능력이나 계합 요소(3a, 3b)의 계합 특성이 설정되어 있다. 또한, 엔진(6)은 클러치(3)의 계합시에 구동되고, 그 구동력이 제1 경로(31)를 통하여 구동륜(8)에 전달된다. 한편, 차량(10)의 주행 속도가 소정 차속 미만일 때에는 클러치(3)가 절단되고, 엔진(6)이 정지하도록 제어된다. 즉, 클러치(3)의 단접 상태는 차량(10)의 주행 상태에 응하여 제어된다. 따라서 클러치(3)의 유압을 발생시키는 펌프(2)의 구동원은, 엔진(6)이 아니라 구동륜(8)으로 한다.
제2 경로(32)(제2 기구)는, 모터(4)의 회전축(4a)과 드라이브 샤프트(9)와의 사이를 연결하는 동력 전달 경로이고, 모터(4)의 동력 전달을 담당하는 것이다. 모터(4)는, 엔진(6)의 구동력을 어시스트한 기능과 순수한 전력 주행 기능을 겸비하고 있고, 클러치(3)의 단접 상태에 관계없이, 그 작동 상태가 제어된다. 예를 들면, 차량(10)의 발진시나 클러치(3)가 절단되어 있는 저속 주행시에는, 모터(4)의 구동력만으로 차량(10)이 주행한다. 또한, 차량(10)의 주행 속도가 소정 차속 이상이 되면, 주행 상태에 응하여 모터(4)의 구동력이 엔진(6)의 구동력에 가산되고, 또는 모터(4)가 비구동의 상태로 제어된다.
제3 경로(33)(제3 기구)는, 엔진(6)의 크랭크 샤프트(6a)와 제너레이터(5)의 회전축(5a)과의 사이를 연결하는 동력 전달 경로이고, 엔진 시동시의 동력 및 엔진(6)에 의한 발전시의 동력 전달을 담당하는 것이다. 구동륜(8)측부터 제3 경로(33)를 통하고 제너레이터(5)에 입력된 구동력은 전력으로 변환되고, 구동용 배터리 장치나 저전압 배터리에 충전된다.
[3. 트랜스액슬]
상기한 3개의 동력 전달 경로를 내장하는 트랜스액슬(1)(트랜스액슬 장치)의 외관을 도 3에 예시한다. 이 도 3은, 펌프(2)가 접속된 상태의 트랜스액슬(1)의 사시도이다. 트랜스액슬(1)의 케이싱(18)은, 트랜스액슬(1)에 내장되는 다수의 회전축이나 기어류의 형상에 대응하도록, 편평한 중공 원통을 지름 방향으로 연설한 형상으로 형성된다. 또한, 케이싱(18)의 일측면(도 3 중에서는 좌측면)에는, 모터(4)의 회전축(4a), 제너레이터(5)의 회전축(5a), 펌프(2)의 각각을 접속하기 위한 개구구멍(13a, 14a, 15a)이 형성된다. 또한, 케이싱(18)의 다른 측면에는, 엔진(6)의 크랭크 샤프트(6a)를 접속하기 위한 개구구멍(11a)(도 5 참조)이 형성된다. 또한, 드라이브 샤프트(9)를 접속하기 위한 개구구멍(12a)은, 케이싱(18)의 양측면(좌측, 우측)에 형성된다.
이하, 크랭크 샤프트(6a)에 접속되는 트랜스액슬(1) 내의 회전축인 것을 입력축(11)이라고 부른다. 마찬가지로, 드라이브 샤프트(9), 모터(4)의 회전축(4a), 제너레이터(5)의 회전축(5a)의 각각에 접속되는 회전축을, 출력축(12), 모터축(13)(전동기축), 제너레이터축(14)(발전기축)이라고 부른다. 또한, 트랜스액슬(1)에 내장되는 클러치(3)의 회전 중심축을 클러치축(15)이라고 부르고, 펌프(2)의 회전 중심축을 펌프축(16)이라고 부르고, 출력축(12)에 대해 카운터 샤프트인 것을 카운터축(17)이라고 부른다.
트랜스액슬(1) 내의 회전축의 배치를 도 4에 도시한다. 여기서는, 클러치축(15) 및 펌프축(16)이 동축에 배치된다. 또한, 입력축(11), 출력축(12), 모터축(13), 제너레이터축(14), 클러치축(15), 카운터축(17)은 전부, 서로 평행하게 배열된다. 입력축(11)부터 출력축(12)에 이르는 동력 전달 경로는, 제1 경로(31)에 대응한다. 또한, 제2 경로(32)는 모터축(13)부터 출력축(12)에 이르는 동력 전달 경로에 대응하고, 제3 경로(33)는 입력축(11)부터 제너레이터축(14)에 이르는 동력 전달 경로에 대응한다.
제너레이터축(14)부터 모터축(13)에 이르기 까지의 경로는, 도 4 중에 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 1개의 절선 형상을 이루도록 트랜스액슬(1) 내에 수용된다. 이 경로의 양단에 모터(4)와 제너레이터(5)가 접속되고, 경로의 중도에 엔진(6)과 구동륜(8)의 드라이브 샤프트(9)가 접속된다. 드라이브 샤프트(9)에 접속되는 출력축(12)을 기준으로 하면, 제너레이터축(14)은 수평 방향으로 간격을 두고, 출력축(12)보다도 차량 전방에 배치된다. 한편, 모터축(13)은, 수직 방향으로 간격을 두고, 출력축(12)의 연직 상방에 배치된다. 따라서 전체의 동력 전달 경로는 출력축(12)의 위치에서 굴곡한 L자 형상이 된다.
출력축(12)부터 제너레이터축(14)까지의 동력 전달 경로상에는, 입력축(11) 및 클러치축(15)이 배치된다. 이 입력축(11)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제너레이터축(14)과 출력축(12)을 접속하는 평면에 대응하는 직선(L1)보다도 상방에 배치된다. 한편, 클러치축(15)은, 입력축(11)과 출력축(12)을 접속하는 평면에 대응하는 직선(L2)보다도 하방에 배치된다. 또한, 클러치축(15)의 위치는, 모터(4), 제너레이터(5)와 중합하지 않는 위치에 설정된다. 예를 들면, 펌프(2)의 외형이 클러치축(15)과 동축의 펌프축(16)을 중심으로 한 원통형상의 경우에는, 그 원통면이 모터(4), 제너레이터(5)에 간섭하지 않도록 위치 결정된다.
이에 의해, 출력축(12)부터 제너레이터축(14)까지의 경로 형상이 상하로 진동하는 번개무늬형상(zigzag)이 되어, 차량 방향의 치수가 단축된다(전,후 방향). 마찬가지로, 제너레이터축(14)은 입력축(11)을 통과하는 수평면에 대응하는 직선(L3)보다도 하방에 배치된다. 제너레이터축(14)과 입력축(11)과의 거리가 일정하면, 제너레이터축(14)을 하방으로 이동시킨 때에, 차량 상면시에 있어서의 제너레이터(5)의 전방으로의 돌출량이 감소한다.
출력축(12)부터 모터축(13)까지의 동력 전달 경로상에는, 카운터축(17)이 배치된다. 카운터축(17)은, 출력축(12)과 모터축(13)을 접속하는 평면에 대응하는 직선(L4)보다도 후방에 배치된다. 이에 의해, 출력축(12)부터 모터축(13)까지의 경로 형상은, 후방을 향하고 돌출한 「L」자형으로 되고, 연직 방향의 치수가 단축된다.
[4. 스켈톤 도]
도 5는, 변속에 관한 기계 요소를 생략한 트랜스액슬(1)의 스켈톤 도이다.
입력축(11)에는, 2개의 기어(11b, 11c)가 마련된다. 일방의 기어(11b)는 제너레이터축(14)에 고정된 기어(14b)와 맞물리고, 제너레이터축(14)에 동력을 전달한다. 제너레이터축(14)은, 제너레이터(5)의 로터(5b)에 결합된 회전축(5a)과 동축에(동일 직선상에 위치하도록) 접속된다. 또한, 제너레이터(5)의 스테이터(5c)는, 제너레이터(5)의 케이싱에 고정된다.
입력축(11)에 고정된 타방의 기어(11c)는, 클러치(3)의 구동측의 계합 요소(3a)에 접속된 기어(15b)와 맞물린다. 이 계합 요소(3a)(구동 요소)에 대향하여 배치되는 피구동측의 계합 요소(3b)(구동 요소)는, 클러치축(15)에 고정된다. 또한, 클러치축(15)에는 출력축(12)측에 동력을 전달하는 기어(15c)도 마련된다. 이 기어(15c)는, 출력축(12)에 고정된 디퍼렌셜 기어(12b)에 맞물려진다.
클러치축(15)의 일단에는, 펌프(2)에 내장되는 회전체(2a)의 펌프축(16)이 동축에 접속된다. 회전체(2a)란, 예를 들면 펌프(2)가 베인 펌프인 경우에는 로터에 상당하고, 피스톤 펌프인 경우에는 피스톤에 상당한다. 회전체(2a)는, 클러치축(15)측부터 전달되는 회전 구동력을 받아 유압을 발생시켜, 작동유를 유압 회로(2b)에 압송한다. 여기서 발생한 유압은 클러치(3)에 전달되어, 계합 요소(3a, 3b)의 구동압으로서 이용된다.
모터축(13)에는 기어(13b)가 마련되고, 카운터축(17)에는 2개의 기어(17b, 17c)가 마련된다. 모터축(13)의 기어(13b)는, 카운터축(17)의 기어(17b)와 맞물리고, 카운터축(17)의 또 일방의 기어(17c)는 출력축(12)에 고정된 디퍼렌셜 기어(12b)에 맞물려진다. 모터축(13)은, 모터(4)의 로터(4b)에 결합된 회전축(4a)과 동축에 접속된다. 또한, 모터(4)의 스테이터(4c)는, 모터(4)의 케이싱에 고정된다.
상기한 바와 같이, 트랜스액슬(1)의 입력축(11)은, 엔진(6)의 동력을 구동륜(8) 측과 제너레이터(5)측의 2계통에 공급하는 축이고, 발전용의 동력 전달 기구와 구동용의 동력 전달 기구의 사이에 협장되어 마련된다. 환언하면, 입력축(11)은 제1 경로(31)와 제3 경로(33)의 분기점에 위치한다.
한편, 출력축(12)은, 엔진(6)측 및 모터(4)측부터의 2계통의 동력을 개별적으로 수취하여 구동륜(8)측에 전달하는 축이고, 엔진 구동용의 동력 전달 경로와 모터 구동용의 동력 전달 경로의 사이에 협장되어 마련된다. 환언하면, 출력축(12)은, 제1 경로(31)와 제2 경로(32)의 합류점에 위치한다.
[5. 작용, 효과]
상기한 파워 트레인(7)에서는, 트랜스액슬(1) 내에서 입력축(11)으로부터 분기된 일방의 동력 전달 경로가 출력축(12)에서 합류되기 때문에, 제너레이터축(14)부터 입력축(11) 및 출력축(12)을 통하여 모터축(13)에 이르는 일련의 경로(일필휘지로 시점과 종점을 접속할 수 있는 경로)가 형성된다. 그 때문에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 동력 전달 성능에 영향을 주는 일 없고, 각각의 축을 굴곡점으로 하여 경로를 임의의 방향으로 절곡하는 것이 용이하여지고, 트랜스액슬(1)에 고정되는 펌프(2)나 모터(4), 제너레이터(5), 엔진(6) 등의 각종 장치의 배치를 비교적 자유롭게 설계하는 것이 가능하게 된다.
(1) 이와 같은 자유도가 높은 동력 전달 구조를 채용한 다음, 상기한 트랜스액슬(1)에서는, 출력축(12)을 중심으로 하여, 모터(4), 제너레이터(5)의 각각이 연직 방향, 수평 방향으로 간격을 두고 마련된다. 이에 의해, 모터(4) 및 제너레이터(5)를 수평 방향으로 좁혀서 배치하는 것이 용이하여지고, 트랜스액슬(1)의 전체를 소형화할 수 있다. 따라서 스페이스 효율 및 차량 탑재성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 측면시에 있어서의 모터(4)의 부착 높이가 제너레이터(5)의 부착 높이와는 다른 높이가 되어, 환언하면, 모터(4)가 제너레이터(5)에 대해 경사의 위치에 배치된다. 그 때문에, 예를 들면 모터(4)의 하방에 빈 스페이스을 확보할 수 있고, 그 빈 스페이스에 펌프(2)나 출력축(12)을 배치할 수 있다. 즉, 트랜스액슬(1)의 측면에서 드라이브 샤프트(9)와 간섭하지 않는 위치에 펌프(2), 모터(4) 및 제너레이터(5)를 낭비 없이 배열할 수 있고, 스페이스 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 파워 트레인(7) 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 탑재 수법을 이용하여, 펌프(2)를 모터(4)나 제너레이터(5)와 측면시로 중합한 위치에 마련하였다고 하여도, 차폭 방향의 치수가 증대하여 버린다. 이에 대해, 상기한 트랜스액슬(1)에서는, 트랜스액슬(1)의 좌측면에서 차폭 방향에의 펌프(2)의 돌출량을 삭감할 수 있고, 차량 전후 방향의 치수도 차폭 방향의 치수도 모두 소형화화할 수 있다.
또한, 트랜스액슬(1)의 측면시로 펌프(2), 모터(4), 제너레이터(5)가 서로 중합하지 않기 때문에, 액세스성을 높일 수 있다. 또한, 트랜스액슬(1)을 분해하는 일 없이 모터(4), 제너레이터(5), 펌프(2)를 분리하는 것이 가능하기 때문에, 정비성을 향상시킬 수 있다.
(2) 또한, 상기한 트랜스액슬(1)에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 클러치(3)의 회전 중심이 되는 클러치축(15)이 직선(L2)보다도 하방1에 배치되기 때문에, 입력축(11)과 출력축(12) 사이의 수평 전후 방향의 거리를 단축할 수 있다. 이에 의해, 트랜스액슬(1)을 전후 방향의 치수에 더욱 좁혀서 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 입력축(11)과 출력축(12) 사이의 수평 전후 방향의 거리를 단축할 뿐이라면, 클러치축(15)을 직선(L2)보다도 상방에 배치하는(위로 볼록의 절선으로 하는) 것도 생각된다. 그러나 이 경우, 클러치축(15)에 고정되는 클러치(3)보다도 입력축(11)에 축을 엔진(6)의 사이즈의 쪽이 크기 대문에, 차량 하면측으로의 트랜스액슬(1)의 돌출량이 커질 우려가 생긴다. 이에 대해, 비교적 사이즈가 작은 클러치(3)를 직선(L2)보다도 하방에 배치하면, 트랜스액슬(1)의 하면을 거의 평탄하게 할 수 있고, 차량 탑재성을 향상시킬 수 있다.
(3) 또한, 상기한 트랜스액슬(1)에서는, 제너레이터(5)의 회전 중심이 되는 제너레이터축(14)이 직선(L3)보다도 하방에 배치되기 때문에, 윗면시에 있어서 제너레이터(5)와 엔진(6)의 크랭크 샤프트(6a)와의 거리를 단축할 수 있다. 이에 의해, 트랜스액슬(1)을 수평 방향으로 더욱 좁혀서 콤팩트하게 할 수 있다.
마찬가지로, 상기한 트랜스액슬(1)에서는, 입력축(11)이 직선(L1)보다도 상방에 배치되기 때문에, 윗면시에 있어서 제너레이터(5)와 드라이브 샤프트(9)와의 거리를 단축할 수 있다. 따라서 트랜스액슬(1)을 수평 방향으로 더욱 좁혀서 콤팩트하게 할 수 있다.
(4) 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기한 트랜스액슬(1)의 우측면에는 엔진(6)만이 배치되고, 좌측면에 펌프(2), 모터(4), 제너레이터(5)가 배치된다. 즉, 펌프(2), 모터(4), 제너레이터(5)의 레이아웃이나 치수 등의 제약으로부터 독립하여, 엔진(6)의 치수나 능력을 선정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 이 파워 트레인(7)에 채용하는 엔진(6)의 사이즈 설정에 관한 자유도를 높일 수 있음과 함께, 펌프(2), 모터(4), 제너레이터(5)에의 열적인 영향을 억제할 수 있다.
또한, 차량(10)의 좌측면 방향으로 펌프(2), 모터(4), 제너레이터(5)가 서로 중합하지 않도록 배치되기 때문에, 차량(10)의 외부로부터의 액세스성을 높일 수 있다. 또한, 트랜스액슬(1)을 분해하는 일 없이, 모터(4), 제너레이터(5), 펌프(2)를 분리하는 것이 가능하기 때문에, 정비성을 향상시킬 수 있다.
(5) 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 상기한 파워 트레인(7)에서는 트랜스액슬(1)에 내장된 축의 배치를 궁리함에 의해 트랜스액슬(1) 자체를 콤팩트하게 하고 있다. 따라서 파워 트레인(7)의 스페이스 효율을 향상시키기 위한 수법으로서는 합리적이고, 무리가 없는 동력 전달을 실현하면서 장치 전체의 소형화가 가능하다.
[6. 변형례]
상술의 실시 형태에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제너레이터축(14)을 출력축(12)보다도 수평 전방향에 배치하고, 모터축(13)을 출력축(12)의 연직 윗방향에 배치한 것을 예시하였지만, 제너레이터축(14) 및 모터축(13)의 출력축에 대한 상대 위치는 이것으로 한정되지 않는다. 또한, 드라이브 샤프트(9)의 연직 방향에 배치 가능한 사이즈에 제한이 있는 것이나, 스트롱 하이브리드 방식의 하이브리드 차량에서는 모터(4)를 드라이브 샤프트(9)의 부근에 배치시키는 것이 바람직한 것 등으로부터, 출력축(12)에 대해 연직 방향으로 간격을 띠운 위치에 모터(4)를 배치하는 것이 바람직하다.
따라서 제너레이터(5)는, 출력축(12)에 대해 수평 방향으로 간격을 띠운 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 적어도, 모터(4)와 제너레이터(5)와의 수평 방향 위치 및 연직 방향 위치를 서로 다르게 함에 의해, 모터(4)의 상하의 어느 한쪽에 빈 스페이스를 확보할 수 있고, 그 빈 스페이스를 이용하여 드라이브 샤프트(9)와 펌프(2)를 배치할 수 있다.
또한, 상술의 실시 형태에서는, 트랜스액슬(1)에 내장된 입력축(11), 출력축(12), 모터축(13), 제너레이터축(14), 클러치축(15), 카운터축(17)이 전부 평행하게 배치된 것을 예시하였지만, 이들의 축은 반드시 평행할 필요는 없다. 따라서 동력 전달 경로상에 회전축 방향을 변환하는 자재(自在) 조인트를 개장하여도 좋고, 베벨기어나 스큐기어 등을 이용하여 축의 연재 방향을 경사시켜도 좋다.
또한, 트랜스액슬(1) 내에서의 동력 전달 경로의 구체적인 형상은, 도 4에 2점쇄선으로 도시하는 것으로 한하지 않고, 여러 가지 생각된다. 예를 들면, 제너레이터축(14)을 직선(L3)보다 상방으로 이동시켜도 좋고, 입력축(11)을 직선(L1) 보다 하방으로 이동시켜도 좋다. 적어도, 동력 전달 경로의 형상의 일부를 번개 무늬형상으로 함으로써, 차량(10)의 주행성능을 손상시키는 일 없이 트랜스액슬(1)을 콤팩트하게 할 수 있다.
[7. 부기]
이상의 실시 형태 및 변형례에 관해, 또한 이하의 부기를 개시한다.
(부기 A-1)
엔진, 발전기 및 전동기를 장비하는 하이브리드 차량의 파워 트레인으로서,
상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 개별적으로 구동륜측의 출력축에 전달함과 함께, 상기 엔진의 동력을 상기 발전기에도 전달하는 트랜스액슬과,
상기 트랜스액슬 내의 상기 엔진으로부터 상기 출력축까지의 동력 전달 경로상에 개장되고, 상기 엔진의 동력의 전달을 단접하는 클러치와,
상기 트랜스액슬의 측면에서 상기 클러치의 회전축과 동축에 배치되고, 상기 출력축의 동력으로 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프를 구비하고,
상기 발전기가, 상기 출력축에 대해 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖음과 함께,
상기 전동기가, 상기 출력축에 대해 연직 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖는 파워 트레인.
(부기 A-2)
상기 엔진이, 그 회전축을 상기 출력축에 대해 평행하게 되도록 배치되고,
상기 전동기가, 상기 출력축보다도 상방에 배치된 회전축을 갖음과 함께,
상기 클러치가, 상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과 상기 출력축을 접속하는 평면보다도 하방에 배치된 회전축을 클러치축으로서 갖는 부기 A-1 기재된 파워 트레인.
(부기 A-3)
상기 발전기가, 상기 엔진의 회전축을 통과하는 수평면보다도 하방에 배치된 회전축을 갖는 부기 A-1 또는 2에 기재된 파워 트레인.
(부기 A-4)
상기 엔진이, 상기 트랜스액슬의 양측면 중 차폭 방향의 일방측에 배치됨과 함께,
상기 발전기, 상기 전동기 및 상기 펌프가, 상기 차폭 방향의 타방측에 배치되는 부기 A-1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 파워 트레인.
(부기 A-5)
상기 트랜스액슬이,
상기 엔진으로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제1 기구와, 상기 전동기로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제2 기구와의 사이에 협장되고, 상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 구동륜측에 출력하는 출력축과,
상기 엔진으로부터 상기 발전기에의 동력 전달에 관한 제3 기구와 상기 제1 기구와의 사이에 협장되고, 상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과,
상기 전동기의 회전축에 연결되고, 상기 제2 기구에 상기 전동기의 동력을 전달하는 전동기축과,
상기 발전기의 회전축에 연결되고, 상기 제3 기구로부터의 동력을 상기 발전기에 전달하는 발전기축과,
상기 전동기 및 상기 발전기의 쌍방에 대해 상기 출력축의 축방향으로 중합하지 않는 위치에 내장되고, 상기 제1 기구에 개장되는 클러치의 회전축을 이루는 클러치축과,
상기 클러치축과 동축에 배치되고, 상기 출력축에 연동하여 회전함과 함께 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프에 축을 펌프축을 갖는 것을 부기 A-1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 파워 트레인.
(부기 B-1)
구동륜에 대해 엔진 및 전동기를 병렬로 접속하여 이루어지고, 상기 엔진의 동력으로 발전하는 발전기를 구비하는 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치로서,
상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 구동륜측에 출력하는 출력축과,
상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과,
상기 출력축에 대해 연직 방향으로 간격을 두고 상기 전동기의 회전축에 연결되는 전동기축과,
상기 출력축에 대해 수평 방향으로 간격을 두고 상기 발전기의 회전축에 연결되는 발전기축과,
상기 전동기 및 상기 발전기의 쌍방에 대해 상기 출력축의 축방향으로 중합하지 않는 위치에 내장되고, 상기 엔진으로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달 경로에 개장되는 클러치의 회전축을 이루는 클러치축과,
상기 클러치축과 동축에 배치되고, 상기 출력축에 연동하여 회전함과 함께 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프에 축을 펌프축을 구비하는 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치.
(부기 B-2)
상기 입력축이, 상기 출력축에 대해 평행하게 배치되고,
상기 전동기축이, 상기 출력축보다도 상방에 배치됨과 함께,
상기 클러치축이, 상기 입력축과 상기 출력축을 접속하는 평면보다도 하방에 배치되는 부기 B-1 기재된 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치.
(부기 B-3)
상기 발전기축이, 상기 입력축을 통과하는 수평면보다도 하방에 배치되는 부기 B-1 또는 2에 기재된 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치.
(부기 B-4)
상기 입력축이, 양단 중 차폭 방향의 일방측에 상기 엔진을 연결됨과 함께,
상기 발전기축, 상기 전동기축 및 상기 펌프축이, 상기 차폭 방향의 타방측에 상기 발전기, 상기 전동기 및 상기 펌프를 각각 연결되는 부기 B-1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치.
(부기 B-5)
상기 출력축이, 상기 엔진으로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제1 기구와, 상기 전동기로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제2 기구와의 사이에 협장되고,
상기 입력축이, 상기 엔진으로부터 상기 발전기에의 동력 전달에 관한 제3 기구와 상기 제1 기구와의 사이에 협장되고, 상기 제2 기구에 상기 전동기의 동력을 전달하고,
상기 발전기축이, 상기 제3 기구로부터의 동력을 상기 발전기에 전달하는 부기 B-1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 하이브리드 차량용 트랜스액슬 장치.
1 : 트랜스액슬(트랜스액슬 장치)
11 : 입력축
12 : 출력축
13 : 모터축
14 : 발전기축
15 : 클러치축
16 : 펌프축
17 : 카운터축
2 : 펌프
3 : 클러치
4 : 모터
5 : 발전기
6 : 엔진
7 : 파워 트레인
8 : 구동륜
9 : 드라이브 샤프트

Claims (5)

  1. 엔진, 발전기 및 전동기를 장비한 하이브리드 차량의 파워 트레인에 있어서, 상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 개별적으로 구동륜측의 출력축에 전달함과 함께, 상기 엔진의 동력을 상기 발전기에도 전달하는 트랜스액슬 장치로서,
    상기 파워 트레인이,
    상기 트랜스액슬 장치 내의 상기 엔진으로부터 상기 출력축까지의 동력 전달 경로상에 개장되고, 상기 엔진의 동력의 전달을 단접하는 클러치와,
    상기 트랜스액슬 장치의 측면에서 상기 클러치의 회전축과 동축에 배치되고, 상기 출력축의 동력으로 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프를 구비하고,
    상기 발전기가, 상기 출력축에 대해 수평 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖음과 함께,
    상기 전동기가, 상기 출력축에 대해 연직 방향으로 간격을 두고 배치된 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는, 하이브리드차용 트랜스액슬 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진이, 그 회전축을 상기 출력축에 대해 평행하게 되도록 배치되고,
    상기 전동기가, 상기 출력축보다도 상방에 배치된 회전축을 갖음과 함께,
    상기 클러치가, 상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과 상기 출력축을 접속하는 평면보다도 하방에 배치된 회전축을 클러치축으로서 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드차용 트랜스액슬 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발전기가, 상기 엔진의 회전축을 통과하는 수평면보다도 하방에 배치된 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드차용 트랜스액슬 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진이, 상기 트랜스액슬 장치의 양측면 중 차폭 방향의 일방측에 배치됨과 함께,
    상기 발전기, 상기 전동기 및 상기 펌프가, 상기 차폭 방향의 타방측에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차용 트랜스액슬 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진으로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제1 기구와, 상기 전동기로부터의 상기 구동륜에의 동력 전달에 관한 제2 기구와의 사이에 협장되고, 상기 엔진 및 상기 전동기의 동력을 구동륜측에 출력하는 출력축과,
    상기 엔진으로부터 상기 발전기에의 동력 전달에 관한 제3 기구와 상기 제1 기구와의 사이에 협장되고, 상기 엔진의 회전축에 연결되는 입력축과,
    상기 전동기의 회전축에 연결되고, 상기 제2 기구에 상기 전동기의 동력을 전달하는 전동기축과,
    상기 발전기의 회전축에 연결되고, 상기 제3 기구로부터의 동력을 상기 발전기에 전달하는 발전기축과,
    상기 전동기 및 상기 발전기의 쌍방에 대해 상기 출력축의 축방향으로 중합하지 않는 위치에 내장되고, 상기 제1 기구에 개장되는 클러치의 회전축을 이루는 클러치축과,
    상기 클러치축과 동축에 배치되고, 상기 출력축에 연동하여 회전함과 함께 상기 클러치의 구동압을 생성하는 펌프에 연결되는 펌프축을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드차용 트랜스액슬 장치.
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