KR20190007456A - 트랜스액슬 장치 - Google Patents

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KR20190007456A
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shaft
input shaft
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transaxle
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다이조 오기노
마사히로 마츠시타
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B60L11/14—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
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    • 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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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—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
    • F16H3/087—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
    • F16H3/091—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 including a single countershaft
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
    • F16H3/52—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F16H3/54—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears one of the central gears being internally toothed and the other externally toothed
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • 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
    • F16H37/08—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 with differential gearing
    • F16H37/0806—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 with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
    • F16H37/0813—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 with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts with only one input shaft
    • F16H37/082—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 with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts with only one input shaft and additional planetary reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • 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 Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—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 Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • 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 Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 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
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

엔진(2), 제1 회전 전기 기기(3) 및 제2 회전 전기 기기(4)를 포함하는 하이브리드 차량의 트랜스액슬 장치(1)는, 엔진(2)의 동력 및 제1 회전 전기 기기(3)의 동력을 개별적으로 구동륜 측의 출력축(12)에 전달하며 또한 엔진(2)의 동력을 제2 회전 전기 기기(4)에도 전달한다. 또한, 트랜스액슬 장치(1)는, 엔진(2)의 회전축(2a)과 동축으로 연결되는 입력축(11)과, 적어도 입력축(11)에 개재되어, 고 기어단(11H, 15H) 및 저 기어단(11L, 15L)을 전환하는 전환 기구(20A)를 포함한다.

Description

트랜스액슬 장치
본 발명은, 엔진과 2개의 회전 전기 기기를 포함하는 하이브리드 차량에 사용되는 트랜스액슬 장치에 관한 것이다.
종래, 엔진과 회전 전기 기기(모터, 제너레이터, 및 모터 제너레이터)를 포함하는 하이브리드 차량 중에서, 주행 모드를 전환하면서 주행하는 차량이 실용화되고 있다. 주행 모드는, 차량이 배터리의 충전 전력을 사용해서 모터만으로 주행하는 EV 모드, 차량이 엔진에 의해 제너레이터를 구동하여 전력을 발생시키면서 모터만으로 주행하는 시리즈 모드, 및 차량이 엔진과 모터를 함께 사용해서 주행하는 패럴렐 모드를 포함한다. 주행 모드의 전환은, 트랜스액슬 장치 내에서의 동력 전달 경로 상에 개재된 슬리브나 클러치 등의 기구를 제어함으로써 행해진다. 이 기구는, 예를 들어 엔진과 제너레이터 사이의 동력 전달 경로 내의 축이나, 엔진과 구동륜 사이의 동력 전달 경로 내의 축 상에 배치된다(특허문헌 1 및 2 참조).
일본 특허 공개 공보 제11-170877호 일본 특허 공개 공보 제2013-180680호
그런데, 주행 모드를 전환하지 않고 운전자의 요구 출력이나 차속에 따라서 기어를 전환할 수 있으면, 주행 패턴이 증가하고 따라서 운전성 또는 연비의 개선이 예상된다. 이것을 실현하기 위해서는, 트랜스액슬 장치 내에 복수의 전환가능 기어를 제공할 수 있다. 그러나, 트랜스액슬 장치의 케이싱 내에는 작동유나 윤활유의 기능을 갖는 오일이 저류되어 있기 때문에, 단순히 복수의 기어를 전환하는 기구를 제공하는 경우에는 오일로 인한 저항이 증가할 수 있다. 예를 들어, 기어나 전환 기구가 오일에 잠긴 상태(소위 오일 욕 상태)에서는, 이들 기구가 오일을 휘젖게 되고, 오일 욕 손실(오일 저항)이 증가할 수 있다.
본 발명의 목적은 오일 욕에 의한 손실을 억제하면서 주행 패턴을 증가시킬 수 있는 트랜스액슬 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이 목적에 한하지 않고, 후술하는 발명을 실시하기 위한 실시형태에 나타내는 각 구성에 의해 유도되며, 종래 기술에 의해서는 얻어질 수 없는 작용 및 효과를 발휘하는 것도 본 발명의 다른 목적이다.
(1) 본원에 개시된 트랜스액슬 장치는, 엔진, 제1 회전 전기 기기 및 제2 회전 전기 기기를 포함하고, 상기 엔진의 동력 및 상기 제1 회전 전기 기기의 동력을 개별적으로 구동륜 측의 출력축에 전달하며 또한 상기 엔진의 동력을 상기 제2 회전 전기 기기에도 전달하도록 동작가능한 하이브리드 차량의 트랜스액슬 장치이며, 상기 트랜스액슬 장치는, 상기 엔진의 회전축에 동축으로 연결되는 입력축; 및 적어도 상기 입력축에 개재되어, 고 기어단과 저 기어단을 전환하는 전환 기구를 포함한다. 또한, 상기 제1 회전 전기 기기는, 회전하는 전기자 또는 계자를 포함하고, 적어도 전기 모터 기능을 갖는 전동 발전기(모터 제너레이터) 또는 전기 모터를 의미한다. 또한, 상기 제2 회전 전기 기기는, 회전하는 전기자 또는 계자를 포함하고, 적어도 발전기 기능을 갖는 전동 발전기(모터 제너레이터) 또는 발전기를 의미한다.
(2) 상기 트랜스액슬 장치는 상기 입력축과 상기 출력축의 사이의 동력 전달 경로 상에 배치되는 카운터 축을 더 포함할 수 있고, 상기 전환 기구는 상기 고 기어단 및 상기 저 기어단을 각각 선택하는 2개의 선택 기구를 포함할 수 있으며, 상기 2개의 선택 기구 중 하나가 상기 입력축에 개재될 수 있고, 다른 하나가 상기 카운터 축 상에 위치되며 축 방향에 직교하는 방향에서 상기 하나의 선택 기구와 겹치는 위치에 개재될 수 있다.
(3) 상기 트랜스액슬 장치는 상기 출력축에 개재되는 차동 기어를 더 포함할 수 있으며, 상기 고 기어단은 상기 트랜스액슬 장치의 케이싱 내에서 상기 저 기어단에 대하여 상기 차동 기어의 반대 측에 배치될 수 있다.
(4) 상기 전환 기구는, 상대 회전 불가능하도록 그리고 상기 축 방향으로 활주 가능하도록 상기 입력축에 조합되는 환형 슬리브를 포함할 수 있으며, 상기 슬리브는 상기 축 방향으로 이동함으로써 상기 고 기어단 및 상기 저 기어단 중 적어도 하나의 공회전 기어를 상기 입력축에 대해 회전 연결 상태로 전환할 수 있다.
(5) 상기 트랜스액슬 장치는 상기 제2 회전 전기 기기의 회전축에 동축으로 연결되는 제2 회전 전기 기기 축을 더 포함할 수 있으며, 상기 입력축은 상기 제2 회전 전기 기기 축에 연결될 수 있으며, 상기 슬리브가 이동할 때 상기 제2 회전 전기 기기에 의해 상기 입력축의 회전 속도가 상기 구동륜의 회전 속도로 조정될 수 있다.
(6) 상기 슬리브는 반경 방향 내측에 형성된 스플라인 치형부가 상기 하나의 공회전 기어의 도그 치형부에 계합되도록 하여 상기 회전 연결 상태로 진입한다.
(7) 혹은, 상기 전환 기구는 선 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어와, 상기 유성 기어의 요소 중 2개를 구속할 수 있는 클러치와, 상기 유성 기어의 요소 중 1개를 구속할 수 있는 브레이크를 포함할 수 있다.
(8) 이 경우에, 상기 브레이크는 상기 선 기어를 구속할 수 있다.
고 기어단과 저 기어단을 전환하는 전환 기구에 의해 주행 패턴을 증가시킬 수 있다. 또한, 전환 기구가 입력축에 개재되어 있기 때문에, 전환 기구가 오일 욕 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 오일 욕에 의한 손실을 억제하면서 주행 패턴을 증가시킬 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 트랜스액슬 장치를 포함하는 차량의 내부 구성을 도시하는 상면도이다.
도 2는 도 1의 트랜스액슬 장치를 포함하는 파워 트레인의 모식적인 측면도이다.
도 3은 도 2의 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이다.
도 4는 제1 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이다.
도 5는 제2 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이다.
도 6은 제3 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이다.
도 7a는 제4 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 7b는 공선도이다.
도 8a는 제5 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 8b는 공선도이다.
도 9a는 제6 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 9b는 공선도이다.
도 10a는 제7 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 10b는 공선도이다.
도 11a는 제8 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 11b는 공선도이다.
도 12a는 제9 변형예에 따른 파워 트레인을 나타내는 스켈레톤도이며, 도 12b는 공선도이다.
도면을 참조하여, 실시형태의 트랜스액슬 장치에 대해서 설명한다. 이하의 실시형태 각각은 단지 예시이며, 이하의 실시형태에서 언급되지 않는 다양한 변형 및 기술의 적용을 배제하려는 의도는 없다. 실시형태의 구성은 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 또한, 구성은 적절하게 선택될 수 있거나 적절하게 조합될 수 있다.
[1. 전체 구성]
실시형태의 트랜스액슬(1)(트랜스액슬 장치)은, 도 1에 도시하는 차량(10)에 적용된다. 차량(10)은, 엔진(2), 주행용 모터(3)(전기 모터, 제1 회전 전기 기기), 및 전동 발전기(4)(발전기, 제2 회전 전기 기기)를 포함하는 하이브리드 차량이다. 제너레이터(4)는 엔진(2)에 연결되고, 모터(3)의 작동 상태와 독립적으로 작동가능하다. 또한, 차량(10)에는 EV 모드, 시리즈 모드, 및 패럴렐 모드를 포함하는 3개의 주행 모드가 제공된다. 이들 주행 모드는, 전자 제어 장치(도시하지 않음)에 의해, 차량 상태, 주행 상태, 또는 운전자의 요구 출력에 따라서 택일적으로 선택되고, 따라서 그 종류에 따라 엔진(2), 모터(3), 및 제너레이터(4)는 따로따로 사용될 수 있다. 모터(3)는 발전 기능(제너레이터의 기능)을 가질 수 있고, 제너레이터(4)는 전기 모터 기능(모터의 기능)을 가질 수 있다는 것에 유의해야 한다.
EV 모드는, 엔진(2) 및 제너레이터(4)를 정지시킨 상태에서, 구동용 배터리(도시하지 않음)의 충전 전력을 사용해서 모터(3) 만으로 차량(10)을 구동하는 주행 모드이다. EV 모드는, 주행 부하 및 주행 속도가 낮거나 배터리 충전 레벨이 높은 경우에 선택된다. 시리즈 모드는, 엔진(2)에 의해 제너레이터(4)를 구동해서 발전하면서, 전력을 이용해서 모터(3)로 차량(10)을 구동하는 주행 모드이다. 시리즈 모드는, 주행 부하 및 주행 속도가 중간이거나 배터리 충전 레벨이 낮은 경우에 선택된다. 패럴렐 모드는, 주로 엔진(2)에 의해 차량(10)을 구동하고, 적절하게 모터(3)로 차량(10)의 구동을 어시스트하는 주행 모드이며, 주행 부하 및 주행 속도가 높은 경우에 선택된다.
구동륜(8)에는, 트랜스액슬(1)을 통해 엔진(2) 및 모터(3)가 병렬로 연결되고, 엔진(2) 및 모터(3)의 각각의 동력이 구동륜에 개별적으로 전달된다. 또한, 엔진(2)에는, 트랜스액슬(1)을 통해 제너레이터(4) 및 구동륜(8)이 병렬로 연결되고, 엔진(2)의 동력이 구동륜(8) 이외에 제너레이터(4)에도 전달된다.
트랜스액슬(1)은, 차동 기어(18)(차동 장치, 이하 "디퍼렌셜(18)"이라 칭함)를 포함하는 파이널 드라이브(종감속기)와 트랜스미션(감속기)를 일체화하여 얻어지는 동력 전달 장치이며, 구동원과 피구동 장치 사이의 동력 전달을 담당하는 복수의 기구를 포함한다. 실시형태의 트랜스액슬(1)은 고/저 상태(고속단과 저속단) 사이에서 전환가능하도록 구성된다. 차량이 패럴렐 모드에서 주행할 때, 고 기어단 및 저 기어단은 전자 제어 장치에 의해 주행 상태 또는 요구 출력에 따라 전환된다.
엔진(2)은 가솔린이나 경유를 연소시키는 내연기관(가솔린 엔진 또는 디젤 엔진)이다. 엔진(2)은, 크랭크샤프트(2a)(회전축)의 방향이 차량(10)의 차폭 방향에 일치하도록 횡방향으로 배치된 소위 횡방향 엔진이며, 트랜스액슬(1)의 우측면에 고정된다. 크랭크샤프트(2a)는, 구동륜(8)의 드라이브 샤프트(9)에 대하여 평행하게 배치된다. 엔진(2)의 작동 상태는 전자 제어 장치에 의해 제어된다.
모터(3) 및 제너레이터(4)의 양자 모두는, 전기 모터의 기능 및 발전기의 기능을 갖는 전동 발전기(모터 제너레이터)이다. 모터(3)는, 주로 전기 모터로서 기능하여 차량(10)을 구동하고, 회생 시에는 발전기로서 기능한다. 제너레이터(4)는, 엔진(2)을 시동시킬 때 전기 모터(스타터)로서 기능하고, 엔진(2)의 작동 시에는 엔진의 동력에 의해 전력을 발생시킨다. 모터(3) 및 제너레이터(4) 각각의 주위(또는 내부)에는, DC 전류 및 AC 전류를 변환하는 인버터(도시되지 않음)가 제공된다. 모터(3) 및 제너레이터(4) 각각의 회전 속도는 인버터를 제어함으로써 제어된다. 모터(3), 제너레이터(4), 및 각각의 인버터의 각각의 작동 상태는 전자 제어 장치에 의해 제어된다.
본 실시형태의 모터(3)는, 그 외형이 회전축(3a)을 중심축으로서 사용하는 원통형으로 형성되고, 그 저면이 트랜스액슬(1)을 향하는 자세로 트랜스액슬(1)의 좌측면에 대하여 고정되도록 형성된다. 본 실시형태의 제너레이터(4)는, 외형이 회전축(4a)을 중심축으로서 사용하는 원통형으로 형성되고, 모터(3)와 마찬가지로, 그 저면이 트랜스액슬(1)을 향하는 자세로 트랜스액슬(1)의 좌측면에 대하여 고정되도록 형성된다.
도 2는, 엔진(2), 모터(3), 제너레이터(4), 및 트랜스액슬(1)을 포함하는 파워 트레인(7)을 좌측으로부터 본 측면도이다. 이 측면도에서는 엔진(2)을 생략하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 트랜스액슬(1)의 좌측면에는, 모터(3) 및 제너레이터(4) 이외에 펌프(5)가 제공된다. 펌프(5)는, 구동륜(8)의 동력을 이용하여, 작동유나 윤활유로서 기능하는 오일을 유압 회로(도시하지 않음)에 압송하는 유압 발생 장치이다.
본 실시형태의 펌프(5)는, 트랜스액슬(1)의 좌측면 중, 비교적 낮은 위치에 배치된다. 도 2에 도시하는 예에서는, 펌프(5)는 드라이브 샤프트(9)의 아래 위치에서 트랜스액슬(1)의 케이싱(1C)의 저부 근방에 배치된다. 적어도 차량(10)이 정지된 상태에서, 케이싱(1C)의 내부에는 도면에서 도트 패턴 주위의 영역까지 오일이 모이게 된다. 펌프(5)는, 그 일부가 오일의 오일면 아래에 위치되도록 배치된다. 도 3 이후의 스켈레톤도에서, 펌프(5) 및 트랜스액슬(1)은 일체화된 상태(펌프(5)가 케이싱(1C)에 내장된 상태)로 도시되어 있다.
[2. 트랜스액슬]
본 실시형태의 트랜스액슬(1)을 포함하는 파워 트레인(7)의 스켈레톤도를 도 3에 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 트랜스액슬(1)에는 평행하게 배열된 6개의 축(11 내지 16)이 제공된다. 이하, 크랭크샤프트(2a)에 동축으로 연결되는 회전축을 입력축(11)이라 칭한다. 마찬가지로, 드라이브 샤프트(9), 모터(3)의 회전축(3a), 및 제너레이터(4)의 회전축(4a)에 동축으로 연결되는 회전축을, 각각 출력축(12), 모터축(13)(제1 회전 전기 기기 축), 및 제너레이터 축(14)(제2 회전 전기 기기 축)이라 칭한다. 또한, 입력축(11)과 출력축(12) 사이의 동력 전달 경로 상에 배치되는 회전축을 제1 카운터 축(15)이라 칭하고, 모터축(13)과 출력축(12) 사이의 동력 전달 경로 상에 배치되는 회전축을 제2 카운터 축(16)이라 칭한다.
6개의 축(11 내지 16) 모두에서, 양 단부는 베어링(도시하지 않음)을 통해 케이싱(1C)에 의해 축 지지된다. 또한, 입력축(11), 출력축(12), 모터축(13), 및 제너레이터 축(14)의 각각의 축 상에 위치하는 케이싱(1C)의 측면에는 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 축들은 이들 개구를 통해서 크랭크샤프트(2a) 등에 연결된다. 또한, 제1 카운터 축(15)에는 펌프(5)의 회전축이 연결된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 카운터 축(15)은, 6개의 축(11 내지 16) 중에서 가장 낮은 위치(케이싱(1C)의 저부 근방)에 배치되고, 적어도 차량(10)이 정지된 상태에서, 케이싱(1C)의 내부에 고인 오일에 잠긴다(오일 욕 상태). 제1 카운터 축(15) 이외의 축은, 차량(10)이 정지된 상태에서 오일의 오일면보다 상방에 위치하고, 주행 상태에서의 진동이나 차량(10)의 기울기에 의해, 오일의 오일면이 도 2에 도시하는 상태로부터 변화하는 경우에도, 제1 카운터 축(15)과 비교해서 오일에 용이하게 잠기지 않도록 배치된다.
트랜스액슬(1)의 내부에는, 3개의 동력 전달 경로가 형성된다. 구체적으로는, 도 2에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 입력축(11)으로부터 출력축(12)으로 연장되는 동력 전달 경로(이하, "제1 경로(51)"라 칭함), 모터축(13)으로부터 출력축(12)으로 연장되는 동력 전달 경로(이하, "제2 경로(52)"라 칭함), 및 입력축(11)으로부터 제너레이터 축(14)으로 연장되는 동력 전달 경로(이하 "제3 경로(53)"라 칭함)이 형성된다.
제1 경로(51)(제1 기구)는, 엔진(2)으로부터 구동륜(8)으로의 동력의 전달에 관련되는 경로이며, 엔진(2)의 작동 중의 동력의 전달을 담당한다. 제1 경로(51)의 도중에는, 동력 전달 가능/불가능 상태 및 고/저 상태를 전환하는 후술하는 전환 기구(20A)가 개재된다. 제2 경로(52)(제2 기구)는, 모터(3)로부터 구동륜(8)으로의 동력의 전달에 관련되는 경로이며, 모터(3)의 동력의 전달을 담당한다. 제2 경로(52)의 도중에는, 동력의 전달을 가능하게 하거나 불가능하게 하는 후술하는 연결/연결해제 기구가 개재된다. 제3 경로(53)(제3 기구)는, 엔진(2)으로부터 제너레이터(4)로의 동력의 전달에 관련되는 경로이며, 엔진 시동 시 및 엔진(2)에 의한 발전 시의 동력의 전달을 담당한다.
이어서, 도 3을 참고해서 트랜스액슬(1)의 구성을 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서, "고정 기어"는 축과 일체화되고 축에 대하여 회전될 수 없는 기어를 의미한다. 또한, "공회전 기어"는 축에 대하여 회전될 수 있도록 피봇식으로 지지되는 기어를 의미한다.
입력축(11)에는 1개의 고정 기어(11a) 및 2개의 공회전 기어(11H, 11L)가 제공되며, 그 내부에 전환 기구(20A)가 개재된다. 고정 기어(11a)는, 케이싱(1C)의 우측면 근방에(우측면에 인접하여) 배치되어 있고, 제너레이터 축(14)에 제공된 고정 기어(14a)와 상시 계합된다. 즉, 입력축(11)과 제너레이터 축(14)은, 2개의 고정 기어(11a, 14a)를 통해서 서로 연결되어 있고, 따라서 엔진(2)과 제너레이터(4) 사이에서 동력이 전달될 수 있다. 또한, 크랭크샤프트(2a) 상에는, 과대 토크를 차단해서 동력 전달 기구를 보호하는 기능을 갖은 토크 리미터(6)가 개재된다.
상이한 치형부 수를 갖는 2개의 공회전 기어(11H, 11L)는, 각각 제1 카운터 축(15)에 제공되고 상이한 치형부 수를 갖는 2개의 고정 기어(15H, 15L)와 상시 계합된다. 본 실시형태에서는, 치형부 수가 적은 하나의 공회전 기어(11L)가 고정 기어(11a)에 인접하여 배치되고, 치형부 수가 많은 다른 공회전 기어(11H)가 케이싱(1C)의 좌측면 근방(하나의 공회전 기어(11L)에 대하여 디퍼렌셜(18)의 반대 측)에 배치된다. 치형부 수가 적은 하나의 공회전 기어(11L)는, 치형부 수가 많은 하나의 고정 기어(15L)와 계합되어 저 기어단을 형성한다. 반대로, 치형부 수가 많은 다른 공회전 기어(11H)는, 치형부 수가 적은 다른 고정 기어(15H)와 계합되어 고 기어단을 형성한다.
즉, 제1 카운터 축(15)에는, 디퍼렌셜(18)에 가까운 위치에 대직경의 고정 기어(15L)가 배치되고, 디퍼렌셜(18)로부터 떨어진 위치에 소직경의 고정 기어(15H)가 배치된다. 제1 카운터 축(15)은, 디퍼렌셜(18)이 내부에 개재된 출력축(12)에 인접하기 때문에, 예를 들어 케이싱(1C)에 있어서의 제1 카운터 축(15)을 따른 부분은 이들 기어의 배치에 의해 외향(디퍼렌셜(18)로부터 멀리 이동하는 방향)으로 직경이 감소될 수 있다. 혹은, 출력축(12)의 개구가 제공되는 케이싱 측면이, 대직경의 고정 기어(15L)와 소직경의 고정 기어(15H) 사이에 제공되는 경우에는, 케이싱(1C)에 있어서의 제1 카운터 축(15)을 따른 부분이 전체적으로 크기가 감소될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 케이싱(1C) 외측에서의 출력축(12)의 연장선 상에는 드라이브 샤프트(9)를 연결하기 위한 공간이 확보된다.
공회전 기어(11H)의 좌측부에 고정 기어(15H)와 계합되는 치면부가 제공되고, 도그 기어(11d)가 이 치면부의 우측으로부터 돌출하는 접촉부와 조합되도록 제공된다. 공회전 기어(11L)의 우측부에 고정 기어(15L)와 계합되는 치면부가 제공되고, 도그 기어(11e)가 이 치면부의 좌측으로부터 돌출하는 접촉부와 조합되도록 제공된다. 각 도그 기어(11d, 11e)의 전방 단부(반경 방향의 외측 단부)에는, 도그 치형부(도시되지 않음)가 제공된다.
전환 기구(20A)는, 2개의 공회전 기어(11H, 11L) 사이에 배치되고, 엔진(2)의 동력 연결/연결해제 상태를 제어하며 고 기어단 및 저 기어단을 전환하도록 동작할 수 있다. 본 실시형태의 전환 기구(20A)는, 입력축(11)에 고정된 허브(21h)와, 상대 회전 불가능하도록 그리고 입력축(11)의 축 방향으로 활주가능하도록 허브(21h)(입력축(11))와 조합되는 환형 슬리브(21s)를 포함한다. 액추에이터(도시되지 않음)가 전자 제어 장치에 의해 제어되며, 따라서 슬리브(21s)는 도면 중의 중립 위치로부터 좌우 양 측으로 이동한다. 슬리브(21s)의 반경 방향 내측에는, 도그 기어(11d, 11e)의 도그 치형부와 계합되는 스플라인 치형부(도시되지 않음)가 형성된다. 스플라인 치형부와 도그 치형부의 계합에 의해, 슬리브(21s)는 도그 기어(11d) 또는 도그 기어(11e)와 계합된다.
슬리브(21s)가 중립 위치에 위치되는 경우, 2개의 공회전 기어(11H, 11L)는 모두 공회전 상태에 있다. 이 경우에는, 엔진(2)이 작동하고 있어도, 엔진(2)의 동력(입력축(11)의 회전)은 출력축(12)에 전달되지 않는다. 즉, 이 경우에는 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 이 경우에는, 제1 카운터 축(15)이 회전하고 있으면(즉, 구동륜(8)이 회전하고 있으면), 2개의 공회전 기어(11H, 11L)는 이 회전에 추종해서 회전(공회전)한다. 여기서, 공회전 기어(11H, 11L)는 입력축(11)에 제공되어 있고 오일 욕 상태에 있지 않기 때문에, 제1 카운터 축(15)의 회전에 따른 회전에 의해 발생되는 마찰은 작다.
슬리브(21s)가 중립 위치로부터 좌우 측 중 어느 한 쪽으로 이동하여 2개의 공회전 기어(11H, 11L)의 도그 기어(11d, 11e) 중 하나와 계합되면, 입력축(11)의 회전은 공회전 기어(11H, 11L) 중 하나에 전달된다. 이하, 이 상태를 회전 연결 상태라 칭한다. 본 실시형태의 트랜스액슬(1)에서는, 슬리브(21s)가 우측으로 이동해서 공회전 기어(11L)의 도그 기어(11e)와 계합됨으로써, 저 기어단의 공회전 기어(11L)를 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 전환한다. 반대로, 슬리브(21s)가 좌측으로 이동해서 공회전 기어(11H)의 도그 기어(11d)와 계합됨으로써, 고 기어단의 공회전 기어(11H)를 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 전환한다.
또한, 본 실시형태의 트랜스액슬(1)은, 슬리브(21s)가 이동할 때, 제너레이터(4)에 의해 입력축(11)의 회전 속도를 구동륜(8)의 회전 속도와 동기화되도록 조정한다. 즉, 슬리브(21s)가 공회전 기어(11H, 11L)의 도그 기어(11d, 11e) 중 하나와 계합되는 경우(고 기어단 또는 저 기어단을 선택하거나, 고 기어단 및 저 기어단을 전환할 때), 그 계합 전에, 입력축(11)의 회전 속도가 제1 카운터 축(15)의 회전 속도로 조정되도록, 전자 제어 장치에 의해 제너레이터(4)의 인버터가 제어된다.
이 제어 방법으로서는, 예를 들어, 입력축(11)과 구동륜(8) 사이의 회전 속도 차(회전차)를 센서로 검출하고, 이 회전 속도 차에 따라서 제너레이터(4)로부터 입력축(11)의 회전에 부하를 가하여 동기화를 실현하는 방법을 예시할 수 있다. 혹은, 구동륜(8)의 회전 속도를 센서로 검출하고, 이 회전 속도와 동기화되도록 제너레이터(4)의 회전 속도를 제어하는 방법을 예시할 수 있다.
제1 카운터 축(15)에는, 저 측 고정 기어(15L)의 우측에 인접해서 고정 기어(15a)가 제공되며, 고 측 고정 기어(15H)의 좌측에 인접해서 펌프(5)가 제공된다. 펌프(5)로부터 압송된 오일은, 제1 카운터 축(15)에 제공된 유로 입구(도시되지 않음)와, 제2 카운터 축(16)에 제공된 유로 입구(5b)를 포함하는 유압 회로 내로 공급된다. 제1 카운터 축(15)의 고정 기어(15a)는, 출력축(12)에 제공된 디퍼렌셜(18)의 링 기어(18a)와 상시 계합된다. 또한, 디퍼렌셜(18)의 링 기어(18a)는, 제2 카운터 축(16) 상의 위치에서 케이싱(1C)의 좌측면 근방에 제공된 고정 기어(16b)와 상시 계합된다.
제2 카운터 축(16)에는, 공회전 기어(16a) 및 클러치(17)를 포함하는 연결/연결해제 기구와, 고정 기어(16b)와 공회전 기어(16a) 사이에 배치되는 파킹 기어(19)가 제공된다. 공회전 기어(16a)는, 클러치(17)의 하나의 계합 요소(17a)에 고정되고, 모터축(13)에 제공된 고정 기어(13a)와 상시 계합되어, 모터축(13)의 회전에 추종해서 회전한다. 클러치(17)는, 모터(3)의 동력 연결/연결해제 상태를 제어하는 다판식 클러치이며, 공회전 기어(16a)에 고정되는 하나의 계합 요소(17a) 및 제2 카운터 축(16)에 고정되는 다른 계합 요소(17b)를 포함한다. 또한, 클러치(17)는 케이싱(1C)의 우측면 근방에 배치된다.
계합 요소(17a)는 모터(3)로부터 동력이 입력되는 요소이며, 계합 요소(17b)는 구동륜(8)에 동력을 출력하는 요소이다. 이들 계합 요소(17a, 17b)는, 유로 입구(5b)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라서 서로 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동된다. 클러치(17)가 계합되면, 모터(3)의 동력이 고정 기어(13a) 및 공회전 기어(16a)를 통해 구동륜(8)에 전달되며, 구동륜(8)의 회전은 모터(3)에 전달된다. 즉, 클러치(17)가 계합되면, 모터(3)에 의한 동력 주행 및 회생 발전이 가능해진다. 반대로, 차량이 엔진(2)에 의해 주행되는 상태(모터(3)가 정지됨)에서 클러치(17)가 계합해제되면, 공회전 기어(16a)가 공회전하고, 구동륜(8)의 회전은 모터(3)에 전달되지 않는다. 따라서, 모터(3)는 회전되지 않고, 저항이 감소된다.
유압 회로에 복수의 솔레노이드 밸브(온/오프 솔레노이드 밸브, 리니어 솔레노이드 밸브 등)을 포함하는 압력 조절기가 제공되고, 펌프(5)로부터 압송된 오일이 적절한 유압으로 조정되어 클러치(17)의 계합/계합해제가 제어되는 구성이 채용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 혹은, 펌프(5) 및 다판식 클러치(17)를 대신하여 전자 제어 커플링을 제공하여, 동력의 전달을 전자 제어 장치에 의해 가능하게 하거나 불가능하게 할 수 있다.
파킹 기어(19)는, 파킹 로크 장치를 구성하는 요소이며, 제2 카운터 축(16)에 고정된다. 파킹 기어(19)는, 운전자에 의해 P 레인지가 선택되면, 파킹 스프래그(도시되지 않음)와 계합되어 제2 카운터 축(16)(즉, 출력축(12))의 회전을 금지한다.
디퍼렌셜(18)은, 링 기어(18a)에 전달된 동력을, 디퍼렌셜 케이싱, 피니언축, 디퍼렌셜 피니언, 및 사이드 기어를 통해 출력축(12)에 전달한다.
[3. 작용 및 효과]
(1) 상술한 트랜스액슬(1)에는 전환 기구(20A)가 제공되고, 차량이 패럴렐 모드에서 주행할 때, 주행 상태나 요구 출력에 따라서 고 기어단 및 저 기어단이 전환된다. 즉, 패럴렐 모드에서, 엔진(2)의 동력은 2 단계로 전환되어 전달(출력)될 수 있기 때문에, 주행 패턴을 증가시킬 수 있고, 운전성 및 연비를 개선하고 차량 상품성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 트랜스액슬(1)에서는, 제1 카운터 축(15) 이외의 축이 오일에 쉽게 잠기지 않도록 배치되고, 전환 기구(20A)가 입력축(11)에 개재되기 때문에, 전환 기구(20A)가 오일 욕 상태가 되는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 이에 의해, 오일 욕에 의한 손실을 억제할 수 있고, 트랜스액슬(1)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 차량(10)에서는, 엔진(2) 및 모터(3)의 동력을 개별적으로 출력하는 것이 가능하기 때문에, 고/저 상태를 전환할 때의 토크 누락을 모터(3)의 동력에 의해 커버할 수 있다. 이에 의해, 변속 쇼크를 억제할 수 있고, 고/저 상태를 재빠르게 해할 필요성이 낮아지기 때문에, 전환 기구(20A)의 구성을 간소화할 수 있다.
(2) 상술한 트랜스액슬(1)에서는, 케이싱(1C) 내에서, 고 기어단(공회전 기어(11H) 및 고정 기어(15H))이 저 기어단(공회전 기어(11L) 및 고정 기어(15L))에 대하여 디퍼렌셜(18)의 반대 측에 배치된다. 즉, 출력축(12)에 인접하는 축(제1 카운터 축(15)) 상에는, 디퍼렌셜(18)에 가까운 위치에 대직경의 기어(고정 기어(15L))가 배치되고, 디퍼렌셜(18)로부터 떨어진 위치에 소직경의 기어(고정 기어(15H))가 배치되기 때문에, 케이싱(1C)에 있어서의 제1 카운터 축(15)을 따른 부분을, 예를 들어 외향 방향(디퍼렌셜(18)로부터 멀리 이동하는 방향)에서 전체적으로 직경 또는 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 케이싱(1C)의 대형화를 회피하면서, 케이싱(1C) 외부에서의 출력축(12)의 연장선 상에 드라이브 샤프트(9)를 연결하기 위한 공간을 확보할 수 있다.
(3) 상술한 트랜스액슬(1)에서는, 입력축(11)에 제공된 전환 기구(20A)가 슬리브(21s)를 포함하며, 이 슬리브(21s)가 축 방향으로 이동함으로써, 고 기어단 및 저 기어단 중 적어도 하나의 공회전 기어(11H, 11L)가 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 될 수 있다. 슬리브(21s)를 사용하는 전환 기구(20A)에서는 기어비가 제한되지 않기 때문에, 고 기어단 및 저 기어단의 각각의 기어비를 자유롭게 설정할 수 있다.
또한, 상술한 트랜스액슬(1)에서는, 입력축(11)에 제공된 공회전 기어(11H, 11L) 중 어느 하나는 회전 연결 상태로 되고, 다른 공회전 기어는 토크가 증폭된 제1 카운터 축(15)에 의해 회전된다. 즉, 상술한 실시형태에서와는 달리, 공회전 기어가 엔진(2)의 동력에 의해 회전되는 입력축(11)에 의회 회전되는 경우, 이 공회전 기어가 부분적으로 오일 욕 상태가 되면, 공회전 기어는 증폭 전의 토크(동력)에 의해 회전된다. 결과적으로, 차량(10)을 구동하는 토크(출력 토크)에 대한 공회전 기어의 소비 토크의 비율이 증가한다. 이에 대해, 상술한 실시형태에서와 같이, 공회전 기어(11H, 11L)가 제1 카운터 축(15)에 의해 회전되는 경우, 공회전 기어(11H, 11L)의 일부가 오일 욕 상태가 되더라도, 손실(소비 토크의 비율)을 억제할 수 있다.
(4) 상술한 트랜스액슬(1)에서는, 슬리브(21s)의 이동 시에, 입력축(11)의 회전 속도가 구동륜(8)의 회전 속도로 조정되도록 제너레이터(4)의 인버터가 제어되기 때문에, 슬리브(21s)와 공회전 기어(11H, 11L)의 도그 기어(11d, 11e) 중 하나 사이의 계합(즉, 고 기어단 또는 저 기어단의 선택 또는 고 기어단과 저 기어단의 전환)을 원활하게 행할 수 있다.
(5) 또한, 이와 같이 제너레이터(4)를 사용해서 회전이 동기화되기 때문에, 도그 기어(11d, 11e)의 도그 치형부와 슬리브(21s)의 스플라인 치형부를 계합되게 함으로써 고 기어단 또는 저 기어단을 선택하거나 고 기어단과 저 기어단을 전환할 수 있다. 즉, 고가의 동기화 기구를 사용하지 않을 수 있기 때문에, 전환 기구(20A)는 간소한 구성을 가질 수 있고 저비용으로 제조될 수 있다.
[4. 변형예]
상술한 트랜스액슬(1)은 일례이며, 그 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 이하, 트랜스액슬(1)의 변형예에 대해서 도 4 내지 도 12를 참고해서 설명한다. 도 4 내지 도 12는, 제1 내지 제9 변형예에 따른 트랜스액슬(1)을 포함하는 파워 트레인(7)을 나타내는 스켈레톤도이다. 상술한 실시형태나 변형예와 마찬가지의 구성요소에 있어서는, 그 구성요소에 상술한 실시형태 또는 변형예의 것과 동일한 참조 번호 또는 유사 참조 번호(동일한 번호 및 상이한 알파벳을 갖는 참조 번호)를 부여하고, 그에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 4 내지 도 6에 나타내는 3개의 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는 상술한 실시형태와 마찬가지로 슬리브를 포함하는 전환 기구가 제공된다. 한편, 도 7 내지 도 12에 나타내는 6개의 변형예에 따른 트랜스액슬(1)은 유성 기어, 클러치, 및 브레이크를 포함하는 전환 기구를 포함한다. 상술한 전환 기구(20A)와 마찬가지로, 전환 기구는 적어도 입력축(11)에 개재되고 고 기어단과 저 기어단을 전환하도록 동작가능하다. 이하, 변형예에 대해서 설명한다.
[4-1. 제1 변형예]
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 변형예에 따른 트랜스액슬(1)은, 고 기어단을 형성하는 공회전 기어(11H) 및 고정 기어(15H)와, 저 기어단을 형성하는 공회전 기어(11L) 및 고정 기어(15L)의 배치가 상이한 점을 제이하고 상술한 실시형태와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 본 변형예에서는, 저 기어단이 고 기어단에 대하여 디퍼렌셜 기어(18)의 반대 측에 배치된다. 이러한 구성에서도, (2)를 제외한 효과를 얻을 수 있다.
[4-2. 제2 변형예]
도 5에 도시한 바와 같이, 제2 변형예에 따른 트랜스액슬(1)은, 전환 기구(20B)가, 고 기어단 및 저 기어단을 각각 선택하는 2개의 선택 기구(22, 23)를 포함하는 점을 제외하고 상술한 실시형태와 동일한 구성을 갖는다. 2개의 선택 기구(22, 23) 중 하나는 입력축(11)에 개재되며, 다른 것은 제1 카운터 축(15)에 개재된다. 또한, 이들 선택 기구(22, 23)는 축 방향과 직교하는 방향에서 겹치는 위치에 배치된다.
본 변형예에서는, 선택 기구(22)가, 입력축(11)에 고정된 허브(22h)와, 회전 불가능하도록 그리고 입력축(11)의 축 방향으로 활주 가능하도록 허브(22h)(입력축(11))와 조합되는 환형 슬리브(22s)를 포함한다. 마찬가지로, 선택 기구(23)는, 제1 카운터 축(15)에 고정된 허브(23h)와, 상대 회전 불가능하도록 그리고 제1 카운터 축(15)의 축 방향으로 활주 가능하도록 허브(23h)(제1 카운터 축(15))와 조합되는 환형 슬리브(23s)를 포함한다. 이들 슬리브(22s, 23s) 역시 반경 방향 내측에 스플라인 치형부(도시되지 않음)를 갖는다.
또한, 입력축(11)에는, 상술한 공회전 기어(11L)에 비해 치형부 수가 많은 고정 기어(11H')가 선택 기구(22)의 좌측에 제공되고, 제1 카운터 축(15)에는, 상술한 고정 기어(15L)에 비해 치형부 수가 적은 공회전 기어(15H')가 선택 기구(23)의 좌측에 제공된다. 고정 기어(11H') 및 공회전 기어(15H')는 서로 상시 계합된다. 또한, 공회전 기어(15H')의 좌측부에 고정 기어(11H')와 계합되는 치면부가 제공되고, 도그 기어(15d)가 이 치면부의 우측으로부터 돌출하는 접촉부와 조합되도록 제공된다. 또한, 이 도그 기어(15d)의 전방 단부에도 도그 치형부(도시되지 않음)가 제공된다.
슬리브(22s, 23s) 모두가 중립 위치에 위치되는 경우에는, 2개의 공회전 기어(15H', 11L)는 모두 공회전 상태로 되고, 그래서 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 슬리브(23s)가 중립 위치에 위치되는 상태에서, 슬리브(22s)가 공회전 상태로부터 우측으로 이동하여 공회전 기어(11L)의 도그 기어(11e)와 계합되면, 엔진(2)의 동력(입력축(11)의 회전)이 공회전 기어(11L) 및 고정 기어(15L)를 통해 출력축(12)에 전달된다. 즉, 이 경우에는, 저 기어단의 공회전 기어(11L)는 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 된다. 또한, 슬리브(22s)가 중립 위치에 위치되는 상태에서, 슬리브(23s)가 공회전 상태로부터 좌측으로 이동하여 공회전 기어(15H')의 도그 기어(15d)와 계합되면, 엔진(2)의 동력이 고정 기어(11H') 및 공회전 기어(15H')를 통해서 출력축(12)에 전달된다. 즉, 이 경우에는, 고 기어단의 공회전 기어(15H')가 제1 카운터 축(15)에 대하여 회전 연결 상태로 된다.
이러한 구성에서도, 전환 기구(20B)를 구성하는 2개의 선택 기구(22, 23) 중 하나가 입력축(11)에 배치되기 때문에, 오일 욕에 의한 손실을 억제할 수 있다. 또한, 본 변형예에 따르면, 전환 기구(20B)가 2개의 선택 기구(22, 23)를 포함하고, 이들 선택 기구(22, 23)가 축 방향과 직교하는 방향에서 겹치는 위치에 배치되기 때문에, 상술한 전환 기구(20A)를 포함하는 트랜스액슬(1)과 비교하여, 트랜스액슬(1)의 축방향 치수(전체 길이)를 단축할 수 있다.
또한, 2개의 선택 기구(22, 23)를 동시에 작동시켜서 고/저 상태를 전환하기 때문에, 하나의 전환 기구(20A)와 비교하여, 고/저 상태를 전환하는 시간을 단축할 수 있다. 즉, 2개의 선택 기구(22, 23)가 제공되는 경우, 2개의 공회전 기어(15H', 11L) 중 하나를 공회전 상태로부터 회전가능 연결 상태로 전환하고, 다른 것을 회전가능 연결 상태로부터 공회전 상태로 전환한다. 결과적으로, 고/저 상태를 신속하게 전환할 수 있다.
[4-3. 제3 변형예]
도 6에 도시하는 바와 같이, 제3 변형예에 따른 트랜스액슬(1)은, 입력축(11)에 제공된 전환 기구(20C)와 2개의 공회전 기어(11H, 11L)가 상이한 위치 관계 및 상이한 형상을 갖는 점을 제외하고, 상술한 실시형태와 동일한 구성을 갖는다. 본 변형예의 전환 기구(20C)는, 고정 기어(11a)와 저측 공회전 기어(11L) 사이에 배치되어 있고, 2개의 공회전 기어(11H, 11L)는 서로 인접하여 배치된다. 즉, 고측 공회전 기어(11H)는 저측 공회전 기어(11L)보다 케이싱(1C)의 좌측면 근방에 배치된다.
전환 기구(20C)는, 입력축(11)에 고정된 허브(21h)와, 회전 불능하도록 그리고 입력축(11)의 축 방향으로 활주 가능하도록 허브(21h)(입력축(11))와 조합되는 환형 슬리브(21s')를 포함한다. 저측 공회전 기어(11L)는 그 내경이 상술한 실시형태의 것보다 크도록 형성되어 있고, 그 좌측부에 고정 기어(15L)과 계합되는 치면부가 제공되고, 도그 기어(11e)는 치면부의 우측으로부 돌출하는 접촉부와 조합되도록 제공된다. 한편, 고측 공회전 기어(11H)는, 그 좌측 단부에 고정 기어(15H)와 계합되는 치면부가 제공되고, 그 우측 단부에 도그 기어(11d)와 조합되는 접촉부가 제공되며, 이들 사이(중간부)에 외경이 작은 원통부가 형성되도록 형성된다. 원통부는 공회전 기어(11L)의 내부(축선측)를 관통하는 부분이다. 이에 의해, 공회전 기어(11H)의 도그 기어(11d)는 공회전 기어(11L)의 도그 기어(11e)의 우측에 배치된다.
슬리브(21s')의 좌측부에는, 공회전 기어(11H, 11L)의 각각의 도그 기어(11d, 11e)의 도그 치형부와 계합되는 스플라인 치형부가 제공된다. 슬리브(21s')가 도면 중의 중립 위치에 위치되는 경우에는, 2개의 공회전 기어(11H, 11L)는 모두 공회전 상태로 되어, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 슬리브(21s')가 공회전 상태로부터 우측으로 이동하면, 슬리브(21s')는 공회전 기어(11L)의 도그 기어(11e)와 계합되고, 그래서 엔진(2)의 동력이 공회전 기어(11L) 및 고정 기어(15L)를 통해 출력축(12)에 전달된다. 즉, 이 경우에는, 저 기어단의 공회전 기어(11L)는 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 된다.
반대로, 슬리브(21s')가 공회전 상태로부터 좌측으로 이동하면, 슬리브(21s')는 공회전 기어(11H)의 도그 기어(11d)와 계합되고, 그래서 엔진(2)의 동력이 공회전 기어(11H) 및 고정 기어(15H)를 통해서 출력축(12)에 전달된다. 즉, 이 경우에는, 고 기어단의 공회전 기어(11H)가 입력축(11)에 대하여 회전 연결 상태로 된다.
따라서, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)의 구성에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[4-4. 제4 변형예]
도 7a에 도시하는 바와 같이, 제4 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, 싱글 피니언식 유성 기어(30D), 유성 기어(30D)의 요소 중 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35D), 및 유성 기어(30D)의 요소 중 1개를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36D)를 포함하는 전환 기구(20D)가 제공된다. 도 7b는 공선도이며, 도면 중 종축은 회전 속도(혹은 회전 속도비)에 대응하고, 도면 중 횡축의 S, C, 및 R은 각각 선 기어, 캐리어, 및 링 기어에 대응한다.
유성 기어(30D)는, 공회전 기어로서 형성되는 선 기어(31d), 연결 요소(37d)를 통해서 입력축(11)에 연결된 링 기어(33d), 선 기어(31d)와 링 기어(33d) 사이에 배치된 캐리어(32d), 및 캐리어(32d)에 의해 회전 가능하게 지지되고 선 기어(31d) 및 링 기어(33d)와 상시 계합되는 피니언 기어(34d)를 포함한다. 클러치(35D)는, 엔진(2) 및 기어의 동력 연결/연결해제 상태를 제어하고 2개의 계합 요소(35a, 35b)를 포함하는 다판식 클러치이다. 브레이크(36D)는, 유성 기어(30D) 및 클러치(35D)와 함께 기어를 제어하는 다판식 브레이크이며, 2개의 요소(36a, 36b)를 포함한다.
본 변형예의 링 기어(33d)는, 피니언 기어(34d)와 계합되는 내측 치형부 외에, 제너레이터 축(14)의 고정 기어(14a)와 계합되는 외측 치형부를 포함한다. 링 기어(33d)는 입력축(11)에 고정된 연결 요소(37d)에 고정되어 있기 때문에, 엔진(2)의 동력은 연결 요소(37d)를 통해서 링 기어(33d)에 입력된다. 캐리어(32d)에는, 클러치(35D)의 하나의 계합 요소(35a)가 고정된다. 공회전 기어(11b)가 계합 요소(35a)에 고정되고, 공회전 기어(11b)는 제1 카운터 축(15)에 제공된 고정 기어(15b)와 상시 계합된다. 즉, 공회전 기어(11b)는 캐리어(32d)와 함께 회전하며, 엔진(2)의 동력을 출력축(12)에 전달한다. 선 기어(31d)는, 입력축(11)에 대하여 상대 회전 가능하게 피봇식으로 지지되고, 그 좌측부에 피니언 기어(34d)와 계합되는 치면부가 제공되며, 클러치(35D)의 다른 계합 요소(35b)와 브레이크(36D)의 제1 요소(36a)가 치면부의 우측으로부터 돌출하는 돌출부에 고정된다.
클러치(35D)는, 입력축(11)의 좌측 단부에 제공된 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 계합 요소(35a, 35b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동된다. 즉, 클러치(35D)는, 유성 기어(30D)의 요소 중, 선 기어(31d)와 캐리어(32d)를 유압에 따라서 해방 또는 구속한다. 또한, 브레이크(36D)는 선 기어(31d)의 돌출부의 전방 단부측에 배치되고, 제2 요소(36b)는 케이싱(1C)의 우측면에 고정된다. 브레이크(36D)는, 입력축(11)의 우측 단부에 제공된 유로 입구(5d)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 2개의 요소(36a, 36b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되며, 선 기어(31d)를 구속 또는 해방한다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에서는, 클러치(35D)가 계합되거나 브레이크(36D)가 선 기어(31d)를 구속하는 상태에서, 링 기어(33d)에 입력된 동력이 캐리어(32d)로부터 출력되고, 공회전 기어(11b) 및 고정 기어(15b)를 통해서 제1 카운터 축(15)(구동륜(8))에 전달된다. 한편, 클러치(35D)가 계합해제되고 브레이크(36D)가 선 기어(31d)를 해방하고 있는 경우에는, 링 기어(33d)에 입력된 동력은 구동륜(8)에 전달되지 않는다. 즉, 이 경우에는 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 또한, 링 기어(33d)에 입력된 엔진(2)의 동력은, 클러치(35D) 및 브레이크(36D)의 상태에 관계없이, 고정 기어(14a)로부터 제너레이터(4)에도 전달된다.
클러치(35D)가 계합된 상태에서 브레이크(36D)가 해방되면, 선 기어(31d)와 캐리어(32d)가 구속되어서 함께 회전한다. 이 경우에, 공선도는 도 7b의 좌측에 도시된다. 회전 속도는 3개의 요소 모두에 대해 동일하기 때문에, 기어비는 1이 된다. 한편, 클러치(35D)가 계합해제된 상태에서 브레이크(36D)가 선 기어(31d)를 구속하면, 선 기어(31d)의 회전이 금지된다. 이 경우에, 공선도는 도 7b의 우측에 도시되어 있으며, 캐리어(32d)(출력)의 회전 속도는 링 기어(33d)(입력)의 회전 속도보다 작아진다.
즉, 선 기어(31d)의 회전이 금지되면, 엔진(2)의 회전이 감속되어(토크가 증폭되어) 캐리어(32d)로부터 출력되기 때문에, 기어비는 1보다 커진다. 즉, 이 경우에는, 선 기어(31d)와 캐리어(32d)가 구속된 상태(1의 기어비 상태)에서, 저 기어단이 성립된다. 공선도로부터 명백해진 바와 같이, 선 기어(31d)의 회전을 금지되기 때문에, 캐리어(32d)나 링 기어(33d)의 회전이 금지되는 경우와 비교하여, 저 기어단의 기어비가 고 기어단의 기어비(1의 기어비)에 가까운 값이 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에서는, 전환 기구(20D)의 클러치(35D) 및 브레이크(36D)를 제어함으로써, 고 기어단(1의 기어비) 및 저 기어단이 전환될 수 있다. 또한, 클러치(35D)의 계합/계합해제 상태와 브레이크(36D)의 구속/해방 상태를 전환함으로써 고/저 상태를 전환할 수 있기 때문에, 슬리브(21s)의 전환 제어와 비교하여 제어가 용이하고, 전환시의 소리의 발생을 억제할 수 있다.
그런데, 엔진(2)의 동력에 의해 차량이 주행하는 패럴렐 모드는, 주행 부하 및 주행 속도가 높은 경우에 선택되는 주행 모드이다. 따라서, 패럴렐 모드에서 고 기어단과 저 기어단의 기어비를 설계할 때에 고차속 영역에서의 기어의 전환을 상정하기 때문에, 기어비는 서로 가까워질 필요가 있다. 이에 대해, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에서는, 브레이크(36D)가 선 기어(31d)를 구속하기 때문에, 고 기어단과 저 기어단의 기어비를 서로 가깝게 할 수 있다.
또한, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 전환 기구(20D)가 입력축(11)에 제공되기 때문에, 오일 욕에 의한 손실을 억제할 수 있다.
[4-5. 제5 변형예]
도 8a에 도시하는 바와 같이, 제5 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, 싱글 피니언식 유성 기어(30E), 유성 기어(30E)의 요소 중 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35E), 및 유성 기어(30E)의 요소 중 1개를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36E)를 포함하는 전환 기구(20E)가 제공된다. 본 변형예의 트랜스액슬(1)은, 입력축(11)으로부터 전환 기구(20E)의 유성 기어(30E)까지의 동력 전달 경로가 상이하고, 전환 기구(20E)의 구성이 상이한 점에서, 제4 변형예와 상이하다.
본 변형예의 입력축(11)은, 상술한 실시형태의 입력축(11)과 비교해서 축방향 길이가 짧고, 그 좌측 단부가 제1 연결 요소(37e)에 고정된다. 제1 연결 요소(37e)는, 그 중심에서 입력축(11)에 고정되고, 그 반경 방향 외측 단부에서 제2 연결 요소(38e)에 고정된다. 제2 연결 요소(38e)는, 입력축(11)에 제공된 공회전 기어(11c)와 유성 기어(30E)의 링 기어(33e)를 연결하기 위해 사용된다. 공회전 기어(11c)는 제너레이터 축(14)의 고정 기어(14a)와 상시 계합된다. 따라서, 엔진(2)의 동력은, 입력축(11)으로부터 제1 연결 요소(37e) 및 제2 연결 요소(38e)를 통해 공회전 기어(11c)(제너레이터(4)) 및 링 기어(33e)에 전달된다.
입력축(11)의 좌측에는, 입력축(11)과 동축이며 입력축(11)으로부터 이격되어 배치되는 제2 축(39)이 제공된다. 제2 축(39)의 양 단부는 베어링(도시하지 않음)을 통해서 케이싱(1C)에 의해 축 지지되어 있다. 제2 축(39)에는, 유성 기어(30E)의 선 기어(31e)가 고정 기어로서 제공되며, 클러치(35E)의 하나의 계합 요소(35b)와 브레이크(36E)의 제1 요소(36a)가 고정된다. 또한, 본 변형예의 캐리어(32e)에는, 클러치(35E)의 다른 계합 요소(35a)가 고정되며, 상술한 공회전 기어(11b)가 고정된다.
클러치(35E)는, 제2 축(39)의 좌측 단부에 제공된 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 계합 요소(35a, 35b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되고, 유압에 따라 선 기어(31e)와 캐리어(32e)를 해방 또는 구속한다. 한편, 브레이크(36E)에서는, 제1 요소(36a)가 제2 축(39)에 고정되고, 제2 요소(36b)가 케이싱(1C)의 좌측면에 고정된다. 브레이크(36E)는, 유로 입구(5d)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라 2개의 요소(36a, 36b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되고, 선 기어(31e)를 구속 또는 해방한다.
따라서, 본 변형예의 트랜스액슬(1)에서도, 제4 변형예와 마찬가지로, 클러치(35E)가 계합되어 있거나 브레이크(36E)가 선 기어(31e)를 구속하는 상태에서는, 링 기어(33e)에 입력된 동력이 캐리어(32e)로부터 출력되어서, 공회전 기어(11b) 및 고정 기어(15b)를 통해서 제1 카운터 축(15)(구동륜(8))에 전달된다. 한편, 클러치(35E)가 계합해제되고 브레이크(36E)가 선 기어(31e)를 해방하고 있을 경우에는, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 링 기어(33e)에 입력된 엔진(2)의 동력은, 클러치(35E) 및 브레이크(36E)의 상태에 관계없이, 고정 기어(14a)로부터 제너레이터(4)에도 전달된다.
클러치(35E)가 계합된 상태에서 브레이크(36E)가 해방되면, 선 기어(31e)와 캐리어(32e)가 구속되어서 함께 회전한다. 이 경우에, 공선도가 도 8b의 좌측에 도시되어 있다. 또한, 클러치(35E)가 계합해제된 상태에서 브레이크(36E)가 선 기어(31e)를 구속하면, 선 기어(31e)의 회전이 금지된다. 이 경우, 공선도가 도 8b의 우측에 도시되어 있다. 이들 공선도로부터 명백해진 바와 같이, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에서도, 제4 변형예와 마찬가지로, 전환 기구(20E)의 클러치(35E) 및 브레이크(36E)를 제어함으로써, 고 기어단("1"의 기어비)와 저 기어단을 전환할 수 있다. 또한, 제4 변형예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[4-6. 제6 변형예]
도 9a에 도시하는 바와 같이, 제6 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, 싱글 피니언식 유성 기어(30F), 유성 기어(30F)의 요소 중 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35F), 및 유성 기어(30F)의 구성요소 중 하나를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36F)를 포함하는 전환 기구(20F)가 제공된다. 본 변형예의 트랜스액슬(1)은, 유성 기어(30F)에 대한 동력 입력/출력 경로가 상이하고 전환 기구(20F)의 구성이 상이한 점에서, 제5 변형예와 상이하다.
본 변형예의 입력축(11)에서도, 상술한 제5 변형예와 마찬가지로, 그 좌측 단부가 제1 연결 요소(37f)에 고정된다. 여기서, 제1 연결 요소(37f)는 그 반경 방향 외측 단부에서 캐리어(32f)에 고정된다. 또한, 캐리어(32f)에는 입력축(11)에 제공된 공회전 기어(11c)가 고정된다. 또한, 공회전 기어(11c)는 제너레이터 축(14)의 고정 기어(14a)와 상시 계합된다. 따라서, 엔진(2)의 동력은 입력축(11)으로부터 제1 연결 요소(37f)를 통해서 캐리어(32f)에 전달되며, 공회전 기어(11c)를 통해서 제너레이터(4)에 전달된다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에도, 제5 변형예와 마찬가지로 제2 축(39)이 제공된다. 또한, 이 제2 축(39)에는, 유성 기어(30F)의 선 기어(31f)가 고정 기어로서 제공되며, 클러치(35F)의 하나의 계합 요소(35b) 및 브레이크(36F)의 제1 요소(36a)가 고정된다. 또한, 본 변형예의 링 기어(33f)에는, 제2 연결 요소(38f)를 통해서 공회전 기어(11b)가 연결된다. 제2 연결 요소(38f) 및 공회전 기어(11b)의 양자 모두는, 제2 축(39)에 대하여 회전 가능하게 제공되고, 링 기어(33f)와 함께 회전한다. 제2 연결 요소(38f)에는, 클러치(35F)의 다른 계합 요소(35a)가 고정된다.
클러치(35F)는, 제5 변형예와 마찬가지로, 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 계합 요소(35a, 35b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되며, 선 기어(31f)와 링 기어(33f)를 유압에 따라서 해방 또는 구속한다. 또한, 브레이크(36F)에서는, 제5 변형예와 마찬가지로, 제1 요소(36a)가 제2 축(39)에 고정되고, 제2 요소(36b)가 케이싱(1C)의 좌측면에 고정된다. 브레이크(36F)는, 유로 입구(5d)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 2개의 요소(36a, 36b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되고, 선 기어(31f)를 구속 또는 해방한다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에서는, 클러치(35F)가 계합되어 있거나 브레이크(36F)가 선 기어(31f)를 구속하는 상태에서, 캐리어(32f)에 입력된 동력이 링 기어(33f)로부터 출력되고, 공회전 기어(11b) 및 고정 기어(15b)를 통해서 제1 카운터 축(15)(구동륜(8))에 전달된다. 한편, 클러치(35F)가 계합해제되고 브레이크(36F)가 선 기어(31f)를 해방하고 있을 경우에는, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 또한, 캐리어(32f)에 입력된 엔진(2)의 동력은, 클러치(35F) 및 브레이크(36F)의 상태에 관계없이, 공회전 기어(11c)로부터 제너레이터(4)에도 전달된다.
클러치(35F)가 계합된 상태에서 브레이크(36F)가 해방되면, 선 기어(31f)와 링 기어(33f)가 구속되어서 함께 회전한다. 이 경우에, 공선도는 도 9b의 좌측에 도시되어 있다. 회전 속도는 3개의 요소 모두에 대해 동일하기 때문에, 기어비는 1이 된다. 한편, 클러치(35F)가 계합해제된 상태에서 브레이크(36F)가 선 기어(31f)를 구속하면, 선 기어(31f)의 회전이 금지된다. 이 경우에, 공선도는 도 9b의 우측에 도시된 바와 같으며, 링 기어(33f)(출력)의 회전 속도가 캐리어(32f)(입력)의 회전 속도보다 커진다.
즉, 선 기어(31f)의 회전이 금지되면, 엔진(2)의 회전이 증속되어 링 기어(33f)로부터 출력되기 때문에, 기어비는 1보다 작아진다. 즉, 이 경우에는, 선 기어(31f)와 링 기어(33f)가 구속된 상태("1"의 기어비의 상태)에서 고 기어단이 성립된다. 공선도로부터 명백해진 바와 같이, 선 기어(31f)의 회전이 금지되기 때문에, 캐리어(32f)나 링 기어(33f)의 회전이 금지되는 경우와 비교하여, 고 기어단의 기어비가 저 기어단의 기어비("1"의 기어비)에 가까워진다.
따라서, 본 변형예의 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 제4 변형예와 마찬가지로 고 기어단과 저 기어단("1"의 기어비)가 전환되기 때문에, 제어가 쉽고, 고/저 상태를 전환할 때의 소리의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 제4 변형예와 마찬가지로 브레이크(36F)가 선 기어(31f)를 구속하기 때문에, 고 기어단과 저 기어단의 기어비를 서로 가깝게 할 수 있다. 또한, 본 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 전환 기구(20F)가 입력축(11)에 제공되기 때문에, 오일 욕에 의한 손실을 억제할 수 있다.
[4-7. 제7 변형예]
도 10a에 도시하는 바와 같이, 제7 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, 스텝 피니언식 유성 기어(30G), 유성 기어(30G)의 요소 중 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35G), 및 유성 기어(30G)의 요소 중 1개를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36G)를 포함하는 전환 기구(20G)가 제공된다. 즉, 본 변형예의 트랜스액슬(1)은, 유성 기어(30G)가 스텝 피니언식인 점에서 제4 내지 제6 변형예와 상이하다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에는, 제5 변형예와 마찬가지로 제2 축(39)이 제공된다. 입력축(11)의 좌측 단부는, 클러치(35G)의 하나의 계합 요소(35a)에 고정된다. 선 기어(31g)는 고정 기어로서 제2 축(39)에 제공되고, 캐리어(32g)는 계합 요소(35a)에 고정된다. 또한, 서로 치형부 수가 다른 2개의 피니언 기어(34g, 34g')가 캐리어(32g)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 치형부 수가 많은 하나의 피니언 기어(34g)가 선 기어(31g)와 상시 계합되고, 치형부 수가 적은 다른 피니언 기어(34g')가 링 기어(33g)와 상시 계합된다.
링 기어(33g)는 연결 요소(38g)를 통해서 공회전 기어(11b)에 연결된다. 연결 요소(38g) 및 공회전 기어(11b)는 모두 제2 축(39)에 대하여 상대 회전 가능하게 제공되고, 링 기어(33g)와 함께 회전한다. 공회전 기어(11b)는, 제1 카운터 축(15)의 고정 기어(15b)와 상시 계합된다. 즉, 본 변형예에서는, 엔진(2)의 동력은 캐리어(32g)에 입력되고, 링 기어(33g)로부터 출력된다.
제2 축(39)에는, 선 기어(31g)의 우측에 클러치(35G)의 다른 계합 요소(35b)가 고정되고, 선 기어(31g)의 좌측에 브레이크(36G)의 제1 요소(36a)가 고정된다. 브레이크(36G)의 제2 요소(36b)는 케이싱(1C)에 고정된다는 것에 유의해야 한다. 클러치(35G)는, 제5 변형예와 마찬가지로, 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라서 계합 요소(35a, 35b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되고, 선 기어(31g)와 캐리어(32g)를 유압에 따라서 해방 또는 구속한다. 또한, 브레이크(36G)는, 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 2개의 요소(36a, 36b)의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동되어서, 선 기어(31g)를 구속 또는 해방한다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에서는, 클러치(35G)가 계합해제되고 브레이크(36G)가 선 기어(31g)를 해방하는 경우에는, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 한편, 클러치(35G)가 계합된 상태에서 브레이크(36G)가 해방되면, 선 기어(31g)와 캐리어(32g)가 구속되어서 함께 회전한다. 이로 인해, 도 10b의 좌측의 공선도에 도시하는 바와 같이, 기어비는 1이 된다. 한편, 클러치(36G)가 계합해제된 상태에서 브레이크(36G)가 선 기어(31g)를 구속하면, 선 기어(31g)의 회전이 금지된다. 이로 인해, 도 10b의 우측의 공선도에 도시하는 바와 같이, 링 기어(33g)(출력)의 회전 속도가 캐리어(32g)(입력)의 회전 속도보다 커진다. 즉, 이 경우에는, 엔진(2)의 회전이 증속되어서 링 기어(33g)로부터 출력되기 때문에, 기어비는 1보다 작아진다(고 기어단).
따라서, 본 변형예의 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 고 기어단과 저 기어단("1"의 기어비)를 전환할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태 및 제4 변형예와 동일한 구성으로부터 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[4-8. 제8 변형예]
도 11a에 도시하는 바와 같이, 제8 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, CR-CR식 유성 기어(30H), 유성 기어(30H)의 요소 중 적어도 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35H), 및 유성 기어(30H)의 요소 중 1개를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36H)를 포함하는 전환 기구(20H)가 제공된다. 여기서, 도 11b에 나타내는 공선도에서, 우측 열의 유성 기어의 요소에는 대시(')를 첨부한다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에는, 제7 변형예와 마찬가지인 제2 축(39)이 제공된다. 입력축(11)의 좌측 단부는 클러치(35H)의 하나의 계합 요소(35a)에 고정된다. 또한, 유성 기어(30H)에서는, 좌측 열의 캐리어(32h)와 우측 열의 링 기어(33h')가 연결되고, 좌측 열의 링 기어(33h)와 우측 열의 캐리어(32h')가 연결된다. 좌측 열의 캐리어(32h)는 제1 카운터 축(15)의 고정 기어(15b)와 상시 계합되는 공회전 기어(11b)에 연결된다. 즉, 엔진(2)의 동력은 좌측 열의 캐리어(32h)로부터 출력된다.
또한, 좌측 열의 선 기어(31h)는 제2 축(39)에 고정 기어로서 제공되고, 우측 열의 선 기어(31h')는 제2 축(39)에 공회전 기어로서 제공된다. 제2 축(39)의 우측 단부에는 클러치(35H)의 다른 계합 요소(35b)가 고정되어 있고, 이 계합 요소(35b)가 입력축(11)에 고정된 계합 요소(35a)와 계합됨으로써, 좌측 열의 선 기어(31h)에 대하여 엔진(2)의 동력이 입력된다. 또한, 클러치(35H)의 다른 계합 요소(35b')는, 우측 열의 캐리어(32h')에도 고정된다. 또한, 우측 열의 선 기어(31h')에는, 브레이크(36H)의 제1 요소(36a)가 고정된다. 또한, 브레이크(36H)의 제2 요소(36b)는 케이싱(1C)에 고정된다.
클러치(35H)는, 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 입력축(11)에 고정된 계합 요소(35a)에서 2개의 계합 요소(35b, 35b')의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동된다. 2개의 계합 요소(35b, 35b') 모두가 계합해제된 경우에는, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 또한, 계합 요소(35a, 35b)가 서로 계합된 상태에서는, 엔진(2)의 동력이 좌측 열의 선 기어(31h)에 전달된다.
계합 요소(35b)에 추가하여 계합 요소(35a)에 계합 요소(35b')가 계합되고 브레이크(36H)가 해방되면, 좌측 열의 선 기어(31h), 좌측 열의 링 기어(33h)(우측 열의 캐리어(32h')) 및 좌측 열의 캐리어(32h)(우측 열의 링 기어(33h'))가 구속되어서 함께 회전한다. 이 경우에, 공선도는 도 11b의 좌측에 도시된 바와 같다. 회전 속도는 6개의 요소 모두에 대해 동일하기 때문에, 기어비는 1이 된다. 한편, 계합 요소(35b) 만이 계합 요소(35a)에 계합되고 브레이크(36H)가 우측 열의 선 기어(31h')를 구속하면, 선 기어(31h')의 회전이 금지된다. 이 경우, 공선도는 도 11b의 우측에 나타내는 바와 같고, 좌측 열의 캐리어(32h)(출력)의 회전 속도가 좌측 열의 선 기어(31h)(입력)의 회전 속도보다 작아진다.
즉, 선 기어(31h')의 회전이 금지되면, 엔진(2)의 회전이 감속되어서(토크가 증폭되어서) 캐리어(32h)로부터 출력되기 때문에, 기어비는 1보다 커진다(저 기어단). 따라서, 본 변형예의 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 고 기어단("1"의 기어비)와 저 기어단을 전환할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태 및 제4 변형예와 동일한 구성으로부터 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[4-9. 제9 변형예]
도 12a에 도시하는 바와 같이, 제9 변형예에 따른 트랜스액슬(1)에는, 라비뇨식 유성 기어(30J), 유성 기어(30J)의 요소 중 적어도 2개를 구속하도록 동작가능한 클러치(35J), 및 유성 기어(30J)의 요소 중 1개를 구속하도록 동작가능한 브레이크(36J)를 포함하는 전환 기구(20J)가 제공된다.
즉, 유성 기어(30J)는, 싱글 피니언식 유성 기어(우측 열)와 더블 피니언식 유성 기어(좌측 열)의 조합에 의해 획득되며, 우측 열의 피니언 기어(34j')가 좌측 열의 피니언 기어(34j)와 상시 계합되는 롱 피니언으로서 제공된다. 또한, 캐리어(32j) 및 링 기어(33j)는 2개의 유성 기어 열에 공용된다. 또한, 도 12b에 나타내는 공선도에서는, 좌측 열의 선 기어(31j)를 "S"로 나타내고, 우측 열의 선 기어(31j')를 "S'"로 나타낸다.
본 변형예의 트랜스액슬(1)에서는, 입력축(11)에 대하여 클러치(35J)의 하나의 계합 요소(35a)가 고정된다. 유성 기어(30J)에서는, 링 기어(33j)가 연결 요소(38j)를 통해서 공회전 기어(11b)에 연결된다. 연결 요소(38j) 및 공회전 기어(11b)의 양자 모두는 입력축(11)에 대하여 상대 회전 가능하게 제공되고, 링 기어(33j)와 함께 회전한다. 또한, 공회전 기어(11b)는 제1 카운터 축(15)의 고정 기어(15b)와 상시 계합된다. 즉, 본 변형예에서는, 엔진(2)의 동력이 링 기어(33j)로부터 출력된다.
좌우의 선 기어(31j, 31j') 모두는 입력축(11)에 공회전 기어로서 제공된다. 또한, 클러치(35J)의 다른 계합 요소(35b, 35b')는 좌우의 선 기어(31j, 31j')에 각각 고정된다. 또한, 우측 열의 선 기어(31j')에는, 브레이크(36J)의 제1 요소(36a)가 고정된다. 브레이크(36J)의 제2 요소(36b)는 케이싱(1C)에 고정된다는 것에 유의해야 한다.
클러치(35J)는, 유로 입구(5c)로부터 유입하는 오일의 유압에 따라, 입력축(11)에 고정된 계합 요소(35a)에서 2개의 계합 요소(35b, 35b')의 이격 방향(계합해제 방향) 및 접근 방향(계합 방향)으로 구동된다. 2개의 계합 요소(35b, 35b') 모두가 계합해제된 경우에는, 엔진(2)의 동력의 전달이 차단된다. 또한, 계합 요소(35a, 35b)가 서로 계합된 상태에서는, 엔진(2)의 동력이 좌측 열의 선 기어(31j)에 전달된다. 즉, 본 변형예에서는, 엔진(2)의 동력이 좌측 열의 선 기어(31j)에 입력된다.
계합 요소(35a)에 계합 요소(35b, 35b')가 계합되고 브레이크(36J)가 해방되면, 좌우의 선 기어(31j, 31j')가 구속되어서 함께 회전한다. 이 경우, 공선도는 도 12b의 좌측에 나타내는 바와 같다. 회전 속도는 4개의 모든 요소에서 동일하기 때문에, 기어비는 1이 된다. 한편, 계합 요소(35b)만이 계합 요소(35a)에 계합되고 브레이크(36J)가 우측 열의 선 기어(31j')를 구속하면, 선 기어(31j')의 회전이 금지된다. 이 경우에, 공선도는 도 12b의 우측에 나타내는 바와 같고, 링 기어(33j)(출력)의 회전 속도가 좌측 열의 선 기어(31j)(입력)의 회전 속도보다 작아진다.
즉, 선 기어(31j')의 회전이 금지되면, 엔진(2)의 회전이 감속되어서(토크가 증폭되어서) 링 기어(33j)로부터 출력되기 때문에, 기어비는 1보다 커진다(저 기어단). 따라서, 본 변형예의 트랜스액슬(1)에서도, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 고 기어단("1"의 기어비)와 저 기어단을 전환할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태 및 제4 변형예와 동일한 구성으로부터 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[5. 기타]
본 발명의 실시형태 및 변형예를 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태 등으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 고 기어단과 저 기어단을 전환하는 전환 기구로서, 슬리브(21s) 등 대신에, 다판식 클러치가 제공될 수 있다. 또한, 전환 기구가 유성 기어, 클러치, 및 브레이크를 포함하는 경우, 선 기어 이외의 요소가 브레이크에서 구속되고, 2개의 요소가 클러치에 의해 구속되도록, 고 기어단과 저 기어단을 전환할 수 있다.
또한, 트랜스액슬(1)에 대한 엔진(2), 모터(3), 제너레이터(4), 및 펌프(5)의 상대 위치는 상술한 위치로 한정되지 않는다. 상대 위치에 따라, 트랜스액슬(1) 내의 6개의 축(11 내지 16)의 배치를 설정할 수 있다. 또한, 트랜스액슬(1) 내의 축에 제공된 기어의 배치도 예시이며, 상술한 예로 한정되지 않는다. 모터(3)로부터 구동륜(8)으로의 동력의 전달에 관련되는 제2 경로(52)의 도중에 개재되는 클러치(17)는 생략될 수 있다.
1 트랜스액슬(트랜스액슬 장치)
1C 케이싱
2 엔진
2a 크랭크샤프트(회전축)
3 모터(전기 모터, 제1 회전 전기 기기)
4 제너레이터(발전기, 제2 회전 전기 기기)
8 구동륜
10 차량
11 입력축
12 출력축
14 제너레이터 축(제2 회전 전기 기기 축)
15 제1 카운터 축(카운터 축)
18 디퍼렌셜(차동 기어)
20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20J 전환 기구
21s, 21s', 22s, 23s 슬리브
22, 23 선택 기구
30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30J 유성 기어
31d, 31e, 31f, 31g, 31h, 31h', 31j, 31j' 선 기어
32d, 32e, 32f, 32g, 32h, 32h', 32j 캐리어
33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 33h', 33j 링 기어
35D, 35E, 35F, 35G, 35H, 35J 클러치
36D, 36E, 36F, 36G, 36H, 36J 브레이크

Claims (8)

  1. 엔진, 제1 회전 전기 기기 및 제2 회전 전기 기기를 포함하고, 상기 엔진의 동력 및 상기 제1 회전 전기 기기의 동력을 개별적으로 구동륜 측의 출력축에 전달하며 또한 상기 엔진의 동력을 상기 제2 회전 전기 기기에도 전달하도록 동작가능한 하이브리드 차량의 트랜스액슬 장치이며, 상기 트랜스액슬 장치는,
    상기 엔진의 회전축에 동축으로 연결되는 입력축; 및
    적어도 상기 입력축에 개재되어, 고 기어단과 저 기어단을 전환하는 전환 기구를 포함하는 트랜스액슬 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력축과 상기 출력축 사이의 동력 전달 경로 상에 배치되는 카운터 축을 더 포함하고,
    상기 전환 기구는 상기 고 기어단 및 상기 저 기어단을 각각 선택하는 2개의 선택 기구를 포함하며,
    상기 2개의 선택 기구 중 하나가 상기 입력축에 개재되고, 다른 하나가 상기 카운터 축 상에 위치되며 축 방향에 직교하는 방향에서 상기 하나의 선택 기구와 겹치는 위치에 개재되는 트랜스액슬 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 출력축에 개재되는 차동 기어를 더 포함하며,
    상기 고 기어단은 상기 트랜스액슬 장치의 케이싱 내에서 상기 저 기어단에 대하여 상기 차동 기어의 반대 측에 배치되는 트랜스액슬 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환 기구는 상대 회전 불가능하도록 그리고 상기 축 방향으로 활주 가능하도록 상기 입력축과 조합되는 환형 슬리브를 포함하며,
    상기 슬리브는 축 방향으로 이동함으로써 상기 고 기어단 및 상기 저 기어단 중 적어도 하나의 공회전 기어를 상기 입력축에 대하여 회전 연결 상태로 전환하는 트랜스액슬 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 회전 전기 기기의 회전축에 동축으로 연결되는 제2 회전 전기 기기 축을 더 포함하며,
    상기 입력축은 상기 제2 회전 전기 기기 축에 연결되며, 상기 슬리브가 이동할 때 상기 제2 회전 전기 기기에 의해 상기 입력축의 회전 속도가 상기 구동륜의 회전 속도로 조정되는 트랜스액슬 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬리브는 반경 방향 내측에 형성된 스플라인 치형부가 상기 하나의 공회전 기어의 도그 치형부에 계합되도록 하여 상기 회전 연결 상태로 진입하는 트랜스액슬 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전환 기구는 선 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어와, 상기 유성 기어의 요소 중 2개를 구속할 수 있는 클러치와, 상기 유성 기어의 요소 중 1개를 구속할 수 있는 브레이크를 포함하는 트랜스액슬 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 선 기어를 구속하는 트랜스액슬 장치.
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