KR20060053247A - 하이브리드 구동장치 - Google Patents

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KR20060053247A
KR20060053247A KR1020050096474A KR20050096474A KR20060053247A KR 20060053247 A KR20060053247 A KR 20060053247A KR 1020050096474 A KR1020050096474 A KR 1020050096474A KR 20050096474 A KR20050096474 A KR 20050096474A KR 20060053247 A KR20060053247 A KR 20060053247A
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KR
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output shaft
electric motor
shaft
planetary gear
rotor
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KR1020050096474A
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세이고 가노
사토루 와쿠타
가즈히사 오자키
도시하루 이케다
아츠시 이시바시
마사히로 고지마
마사토시 아다치
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아이신에이더블류 가부시키가이샤
도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

동력분배용 플래니터리 기어를 전단(前端)에 배치하면, 출력축이 긴 구조로 되어, 축지지 정밀도의 확보가 곤란함과 함께, 전단측이 대경(大徑)이 되고, 출력축의 중간부터 제2 전기모터의 어시스트 토크가 더해지는 것에 대하여 불합리한 구조가 된다.
출력축(12)을 제1 출력축(121)과 제2 출력축(122)으로 분할한다. 제1 출력축(121)에 동력분배용 플래니터리 기어(21)로부터의 토크를 전달함과 함께, 격벽(B, C)에, 베어링(g, k)을 통하여 양쪽에서 지지한 구조로 지지한다. 제2 출력축(122)에 변속장치(22)로부터의 어시스트 토크를 가함과 함께, 격벽(C, E)에, 베어링(k, y)을 통하여 양쪽에서 지지한 구조로 지지한다.
플래니터리 기어, 출력축, 어시스트 토크, 변속장치

Description

하이브리드 구동장치{Hybrid drive apparatus}
도 1은, 본 발명에 관련된 하이브리드 구동장치가 탑재된, 본 발명에 관련된 자동차를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드 구동장치를 나타낸 구조선도이다.
도 3은, 본 실시형태에 의한 하이브리드 구동장치의 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 4는, 다른 실시형태에 의한 하이브리드 구동장치를 구조선도이다.
도 5는, 다른 실시형태에 의한 하이브리드 구동장치의 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 6은, 본 발명을 적용할 수 있는 하이브리드 구동장치의 변형예를 나타낸 구조선도이다.
도 7은, 다른 변형예에 의한 하이브리드 구동장치를 나타낸 구조선도이다.
도 8은, 또다른 변형예에 의한 하이브리드 구동장치를 나타낸 구조선도이다.
도 9는, 본 출원인 등에 의해서 검토된, 참고예로서의 하이브리드 구동장치의 구성을 나타낸 종단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 자동차
2 : 전륜(前輪)
3 : 후륜(後輪)
5 : 내연엔진
6 ; 엔진 출력축
71∼5 : 하이브리드 구동장치
10 : 입력축
12 : 출력축
121 : 제1 출력축
122 : 제2 출력축
123 : 연장축
13 : 1축
14 : 케이스부재
20 : 제1 전기모터
21 : 동력분배용 플래니터리 기어
22 : 변속장치
23 : 제2 전기모터
24, 28 : 스테이터
25, 29 : 로터
B, C, E : 지지부재(전(前)격벽, 후(後)격벽, 후벽)
g, k, x, y : 베어링부재
M : 마운트 장착부
본 발명은, 자동차에 탑재되는 하이브리드 구동장치 및 이를 탑재한 자동차에 관한 것이고, 특히 FR용 차량에 적용하기에 적합한, 입력축과 출력축이 1축 상에 배치된 하이브리드 구동장치에 관한 것이다.
종래, 하이브리드 구동장치로서, 엔진출력축, 제어용 제너레이터(제1 전기모터) 및 차륜에 전달하는 출력부에, 각각 각 요소를 연결한 플래니터리 기어를 이용하고, 더욱 상기 출력부에 구동(어시스트)용 모터(제2 전기모터)를 연결하여, 엔진출력을, 상기 제너레이터를 제어함으로써 상기 플래니터리 기어로부터의 출력부로 무단계로 변속하고, 더욱이 이 출력부의 동력을 상기 구동용 모터가 적절하게 어시스트하여 출력축에 출력하는, 이른바 기계분배방식(스플릿 타입(split type) 또는 2 모터 타입(2-way type))의 것이 알려져 있다.
상기 구동용 모터와 출력축 사이에 변속장치를 개재한 하이브리드 구동장치가, 예컨대 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2004-066898호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2002-225578호 공보
FR용 자동차에 탑재되는 하이브리드 구동장치는, 입력축과 출력축이, 엔진출력축과 정렬하도록 1축 상에 배치되고, 전후방향으로 긴 구조가 된다. 그리고, 이 하이브리드 구동장치가 차실(車室)에 인접하므로, 특히 FR타입의 자동차가 고급차에 적용되는 일이 많음에 더불어서, 진동에 대해서는 그 저감(低減)이 강하게 요구되는 것이 된다.
이로 인해서, 제어용 제너레이터(제1 전기모터), 동력분배용 플래니터리 기어, 변속장치 및 구동용 모터(제2 전기모터)의 각 요소 중, 가장 중량물인 구동용 모터를 트랜스미션 케이스의 최후단측(엔진과 반대측)에 배치하고, 이 케이스의 후단부를 러버 마운트(rubber mount)에 의해서 차체에 지지하는 것이, 상기 진동의 저감상 바람직하고, 또한 소음발생이 적은 구동용 모터를 차실에 인접하여 배치하는 것은, 차실의 정숙성(靜肅性)으로부터도 바람직하다.
이와 같은 배치에 의하면, 예컨대 도 9에 나타낸 바와 같이, 엔진측부터, 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제어용 제너레이터(제1 전기모터)(20), 변속장치(22) 그리고 최중량물인 구동용 모터(제2 전기모터)(23)가 차례로 배치되게 되어, 이들을 수납하는 일체(一體) 케이스부재로 이루어지는 트랜스미션 케이스(14)의 후단부(14c)가 러버 마운트(51)를 통하여 차체(4)에 지지된다. 이 경우, 출력축(12')은, 하이브리드 구동장치(7')의 대략 전체길이를 관통하는 긴 구조가 된다. 여기서, 도 9에 기재된 하이브리드 구동장치는, 출원인 회사에서 검토한 것으로서, 본 출원시에 있어서 미공개의 것이다.
이 긴 출력축(12')은, 그 제조가 곤란할 뿐만 아니라, 이 출력축의 지지 정밀도를 얻는 것이 곤란하고, 더욱이 상기 하이브리드 구동장치(7')의 배치구조상, 출력축(12')은, 구동장치(7')의 전방으로부터 삽입하여 조립할 필요가 있다. 이로 인하여, 이 출력축(12')은, 전방측이 굵은 지름이(대경(大徑)) 되고, 후방을 향함에 따라서 가는 지름(소경(小徑))이 되는 것이 되는데, 출력축(12')에는, 그 전단측(12'a)에서의 동력분배용 플래니터리 기어(21)로부터의 입력에 더하여, 이 출력축의 중간부분(12'b)으로부터 변속장치(22)를 거친 구동용 모터(23)의 토크가 전달되고, 따라서 출력축(12')은, 상기 동력분배용 플래니터리 기어(21)로부터의 엔진 토크에 구동용 모터의 어시스트 토크가 더해진 후방부분의 토크에 의해서 축경(軸徑)이 설정된다.
출력축(12')은, 상술한 바와 같이, 그 장착을 위하여 전방부분이 굵은 지름이 되는 관계상, 후방부분의 부하토크에 의해서 설정되는 출력축(12')의 지름은, 전체적으로 굵어져서, 하이브리드 구동장치를 콤팩트하게 하여 차량 탑재성을 향상하기 위한 저해요인이 되어 버린다.
그런고로, 본 발명은, 출력축을 분할구조로 함으로써, 상술한 과제를 해결한 하이브리드 구동장치 및 이를 탑재한 자동차를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
청구항 1에 관련된 본 발명은, 내연엔진(5)으로부터의 동력을 입력하는 입력축(10)과,
상기 입력축과 1축(13) 상에 정렬하여 배치되고 또한 구동차륜(3)에 연동하는 출력축(12)과,
상기 1축(13) 상에 배치되고, 스테이터(24)와 로터(25)를 가지는 제1 전기모터(20)와,
상기 1축(13) 상에 배치되고, 상기 입력축(10)에 연결하는 제1 회전요소[CR0(도 2), R0(도 4)]와, 상기 제1 전기모터의 로터(25)에 연결하는 제2 회전요소[R0(도 1), S0(도 4)]와, 상기 출력축(12)에 연결하는 제3 회전요소[S0(도 2), CR0(도 4)]를 가지는 동력분배용 플래니터리 기어(21)와,
상기 1축(13) 상에 배치되고, 스테이터(28)와 로터(29)를 가지는 제2 전기모터(23)와,
상기 1축(13) 상에 배치되고, 상기 제2 전기모터의 로터(29)의 회전을 변속하여 상기 출력축에 전달하는 변속장치(22)를 구비하고,
상기 제1 전기모터(20), 상기 동력분배용 플래니터리 기어(21), 상기 제2 전기모터(23), 및 상기 변속장치(22)를, 케이스부재(14)에 수납함과 함께, 상기 동력분배용 플래니터리 기어(21)를 최전단측으로 하여 상기 1축(13) 상에 정렬하여 배치하고, 또한 상기 케이스부재(14)에 상기 제1 전기모터(20) 및 상기 제2 전기모터(23)의 상기 스테이터(24, 28)를 고정하고,
상기 출력축(12)을, 제1 출력축(121) 및 제2 출력축(122)으로 분할함과 함께 일체로 회전하도록 결합하여 이루어지고,
상기 제1 출력축(121)에 상기 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 상기 제3 회전요소(S0 또는 CR0)를 연결하고, 또한 상기 제2 출력축(122)에 상기 변속장치(22)를 연결한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치에 있다.
청구항 2에 관련된 본 발명은, 상기 제1 출력축(121) 및 상기 제2 출력축(122)의 양단부분을, 상기 케이스부재(14)에 일체인 지지부(B, C, E)에 베어링부재(g, k, y, x, z)를 통하여 직접 또는 간접적으로 지지하여, 이들 제1 및 제2 출력축을 양쪽에서 지지한 구조로 한,
청구항 1 기재의 하이브리드 구동장치에 있다. 여기서, 상기 케이스부재에 일체인 지지부라는 것은, 케이스부재의 일부로서 일체로 성형되어 있는 것에 한정하는 것이 아니고, 볼트, 용접 등의 고착수단에 의해서 케이스부재에 일체로 고착되는 지지부도 포함하는 개념이다.
청구항 3에 관련된 본 발명은, 상기 제2 전기모터(23)를 상기 1축 상의 최후단에 배치하고,
상기 케이스부재의 후단부분(14c)에, 차체(車體)에 마운트(mount)할 수 있는 마운트 장착부(M)를 설치한,
청구항 1 또는 청구항 2 기재의 하이브리드 구동장치에 있다. 여기서, 상기 마운트 장착부를 설치한 케이스부재의 후단부분이라는 것은, 제2 전기모터와 축방향으로 뒤(後)가 되는 부분 및 이 모터보다 축방향의 후방부분을 의미한다.
청구항 4에 관련된 본 발명은, 상기 1축 상에, 전단측부터 차례로, 상기 동 력분배용 플래니터리 기어(21), 상기 제1 전기모터(20), 상기 변속장치(22), 상기 제2 전기모터(23)를 배치한,
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 하이브리드 구동장치에 있다. 여기서, 상기 전단측이라는 것은, 하이브리드 구동장치를 차량에 탑재한 상태에서의 「전단(前端)」이 되는 측, 즉 엔진에 인접하는 측을 의미한다. 이것은, 본 명세서에 있어서 공통이다.
청구항 5에 관련된 본 발명은, 상기 제1 출력축(121)을, 상기 제1 전기모터(20)의 상기 로터(25)를 지지하는 상기 케이스부재의 전(前)격벽(B) 및 후(後)격벽(C)으로 지지하고,
상기 제2 출력축(122)을, 상기 제1 전기모터(20)의 상기 후격벽(B)과, 상기 제2 전기모터(23)의 상기 로터(29)를 지지하는 후벽(E)으로 지지한,
청구항 3 기재의 하이브리드 구동장치에 있다.
청구항 6에 관련된 본 발명은, 상기 제1 출력축(121)에 비하여, 상기 제2 출력축(122)을 굵은 지름으로 한,
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 하이브리드 구동장치에 있다.
청구항 7에 관련된 본 발명은, 전차륜(2) 및 후차륜(3)에 의해서 현가(懸架)되는 차체(4)와,
상기 차체에 탑재되는 내연엔진(5)과,
상기 차체에 탑재되는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 기재된 하이브리드 구동장치(71∼75)를 구비하고,
상기 내연엔진의 출력축(6)을 상기 1축(13) 상에 정렬하고 또한 이 1축을 차체의 전후방향을 향하도록 하여, 상기 차체(4)의 전방부터 차례로, 상기 내연엔진(5), 상기 하이브리드 구동장치(7ㆍㆍㆍ)를 배치하고,
상기 하이브리드 구동장치의 상기 입력축(10)을 상기 내연엔진의 출력축(6)에 연결함과 함께, 상기 하이브리드 구동장치의 상기 출력축(12)을 상기 후차륜(3)에 연동한,
것을 특징으로 하는 자동차에 있다.
여기서, 상기 괄호 안의 부호는, 도면과 대조하기 위한 것인데, 이것에 의해서 특허청구의 범위에 하등 영향을 미치는 것은 아니다.
＜실시예＞
이하, 도면을 따라서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1에, 본 발명에 관련된 자동차, 즉 본 발명에 관련된 하이브리드 구동장치를 탑재한 자동차(1)의 일례를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 자동차(1)는, FR(프론트 엔진ㆍ리어 드라이브)타입의 자동차이고, 동 도면은 그 개략구성을 모식적으로 나타낸 평면도이다. 여기서, 실제 자동차에 있어서는, 동 도면 중의 화살표 F방향이 전측(前側), 화살표 R방향이 후측(後側)이 된다.
동 도면에 나타낸 자동차(1)는, 좌우의 전륜(2, 2) 및 구동차륜이 되는 좌우의 후륜(3, 3)에 의해서 지지된 차체(4)를 구비하고 있다. 차체(4)에 있어서의 전부(前部)에는, 내연엔진(5)이, 그 크랭크축(6)을 전후방향을 향한 상태로 러버 마운트(미도시)를 통하여 탑재되어 있다, 여기서, 동 도면에서는, 크랭크축의 후방 돌출부로 이루어지는 출력축을 크랭크축(6)으로서 도시하고 있다. 내연엔진(5)의 후단에는, 하이브리드 구동장치(7)가 연결되어 있다.
하이브리드 구동장치(7)는, 내연엔진(5)의 크랭크축(6)에 댐퍼장치(8)를 통하여 접속된 입력축(10)과, 제1 전기모터(20), 동력분배용 플래니터리 기어(21), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)(도 2 참조)와, 구동력을 출력하는 출력축(12)을 가지고 있다. 여기서, 입력축(10)과 출력축(12)은, 입력축(10)이 전측, 출력축(12)이 후측에 배치됨과 함께, 1축(13) 상에 설치되어 있다. 이들 입력축(10) 및 출력축(12)은, 차체(4)에 대하여 전후방향을 향해서 배치되어 있고, 상술한 제1 전기모터(20), 동력분배용 플래니터리 기어(21), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)와 함께, 전후방향으로 긴 트랜스미션 케이스(케이스부재)(14) 내에 수납되어 있다. 여기서, 하이브리드 구동장치(7)에 대해서는 후에 상술한다.
하이브리드 구동장치(7)의 출력축(12)은, 상술한 케이스부재(14)의 후단으로부터 돌출되어 더욱 후방으로 뻗어, 플랙시블 커플링(15) 및 공지(公知)의 프로펠러 샤프트(16)(실제로는 유니버설 조인트, 센터 베어링 등을 가지지만, 도시는 생략하고 있다)를 통하여 차동장치(17)에 연결되어 있다. 더욱이, 이 차동장치(17)는 왼쪽 구동축(18L), 오른쪽 구동축(18R)을 통하여 상술한 좌우의 후륜(3, 3)에 연결 되어 있다.
상술한 구성의 자동차(1)에 있어서는, 내연엔진(5)에서 발생된 동력은, 하이브리드 구동장치(7)의 입력축(10)에 입력되어, 후술하는 제1 전기모터(20), 동력분배용 플래니터리 기어(21), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)에 의해서 조정되어서 출력축(12)으로부터 출력된다. 그리고, 조정된 동력이 프로펠러 샤프트(16) 등을 통하여 구동차륜인 좌우의 후륜(3, 3)에 전달되도록 되어 있다.
다음으로, 도 1에 나타낸 자동차(1)에 탑재되는, 본 발명의 제1 실시형태에 관련된 하이브리드 구동장치(71)에 대하여, 도 2 및 도 3을 따라서 설명한다. 우선, 도 2의 구조선도를 참조하여 하이브리드 구동장치(71) 전체의 개략에 대하여 설명하고, 이어서, 도 3을 참조하여 구체적인 구성에 대하여 상술한다. 여기서, 이들 도면에 있어서는, 화살표 F방향이 차체의 전측(내연엔진측), 또한 화살표 R방향이 차체의 후측(차동장치측)으로 되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 구동장치(71)는, 도 1에 있어서의 내연엔진(5)에 가까운 쪽부터 차례로, 즉 전측부터 후측에 걸쳐 차례로 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)를 구비하고 있다. 이들은, 모두 케이스부재(14)(도 1 참조)의 내측에 수납됨과 함께, 1축(13)의 주위에 정렬하여 설치되어 있다. 여기서, 본 실시형태에 있어서는, 출력축(12)은, 전측의 제1 출력축(121)과 후측의 제2 출력축(122)과 케이스부재 후단으로 부터 돌출하는 연장축(123)으로 분할되고, 또한 이들이 일체로 회전하도록 구성되어 있다(도 3 참조). 이하, 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)의 순서로 설명한다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)에 대하여 동축상(同軸狀)으로 배치된 싱글 피니언 플래니터리 기어에 의해서 구성되어 있다. 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 복수의 피니언(P0)을 지지하는 캐리어(제1 회전요소)(CR0)와, 이 피니언(P0)에 각각 맞물리는 선기어(제3 회전요소)(S0) 및 링기어(제2 회전요소)(R0)를 가지고 있다. 이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 그 캐리어(CR0)가 입력축(10)에 연결되고, 또 링기어(R0)가 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 연결되고, 더욱이 선기어(S0)가 출력축(12)에 연결되어 있다. 이와 같은 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)을 통하여 캐리어(CR0)에 입력된 동력을, 제1 전기모터(20)의 회전수 제어에 근거하여, 링기어(R0)를 통하여 제1 전기모터(20)측과, 선기어(S0)를 통하여 출력축(12)측으로 분배하는 것이다. 여기서, 제1 전기모터(20)에 분배된 동력은 발전용으로, 한편, 출력축(12)에 분배된 동력은 자동차(1)의 구동용으로 제공된다.
제1 전기모터(20)는, 케이스부재(14)에 고정된 스테이터(24)와, 이 스테이터(24)의 내경측(여기서, 이하의 설명에서는, 케이스부재(14)의 지름방향의 위치에 대하여, 1축(13)에 가까운 측을 내경측, 먼 측을 외경측이라고 한다.)에 있어서 회전 가능하게 지지된 로터(25)를 가지고 있다. 이 제1 전기모터(20)는, 그 로터(25) 가, 상술한 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 링기어(R0)에 연결되어 있다. 이와 같은 제1 전기모터는, 주로, 링기어(R0)를 통하여 입력되는 동력에 근거하여 발전을 행하고, 인버터(미도시)를 통하여 제2 전기모터(23)를 구동하거나, HV배터리(하이브리드 구동용 배터리 : 미도시)에 대하여 충전을 행하는 것이다.
변속장치(22)는, 1개의 더블 피니언 플래니터리 기어와, 그 피니언을 공통으로 하는 싱글 피니언 플래니터리 기어로 이루어지는, 이른바 라비뇨타입의 플래니터리 기어 유닛(27)을 가지고 있고, 더욱이 제1 브레이크(B1)와, 제2 브레이크(B2)를 가지고 있다.
이 중 플래니터리 기어 유닛(27)은, 2개의 선기어(S1, S2)와, 피니언(P1) 및 피니언(공통의 롱피니언)(P2)을 지지하는 캐리어(CR1)와, 링기어(R1)에 의해서 구성되어 있고, 2개의 피니언(P1, P2) 중, 피니언(P1)은 선기어(S1)와 링기어(R1)에 맞물리고, 또한 공통의 롱피니언인 피니언(P2)은 선기어(S2)와 피니언(P1)에 맞물려 있다. 이 플래니터리 기어 유닛(27)은, 그 링기어(R1)가 제1 브레이크(B1)에 연결되고, 또한 선기어(S2)가 제2 브레이크(B2)에 연결되어 있다. 변속장치(22) 전체적으로는, 입력부재가 되는 선기어(S1)가, 다음에 설명하는 제2 전기모터(23)의 로터(29)에 접속되고, 또한 출력부재가 되는 캐리어(CR1)가, 상술한 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 선기어(S0)와 마찬가지로, 출력축(12)에 연결되어 있다. 이 변속장치(22)는, 후술하는 바와 같이, 제1, 제2 브레이크(B1, B2) 중 한쪽을 맞물리고 또한 다른쪽을 개방하며, 또 그 반대로 한쪽을 개방하고 또한 다른쪽을 맞물림으로써, 감속비가 다른 2단의 감속단으로 절환되도록 되어 있다. 즉, 변속장치(22) 는, 다음에 설명하는 제2 전기모터(23)로부터 선기어(S1)를 통하여 입력된 토크의 크기를 변경하여, 캐리어(CR1)를 통하여 출력축(12)에 전달하도록 되어 있다.
제2 전기모터(23)는, 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23) 중 가장 후방에, 즉 내연엔진(5)으로부터 가장 먼 위치에 배치되어 있다. 제2 전기모터(23)는, 케이스부재(도 1 참조)(14)에 고정된 스테이터(28)와, 이 스테이터(28)의 내경측에 있어서 회전 가능하게 지지된 로터(29)를 가지고 있다. 이 제2 전기모터(23)는, 그 로터(29)가, 상술한 변속장치(22)의 선기어(S1)에 연결되어 있다. 이 제2 전기모터(23)는, 상술한 제1 전기모터(20)와 마찬가지로, 인버터를 통하여 HV배터리에 접속되어 있다. 그러나, 그 주된 기능은 다르다. 즉, 제2 전기모터(23)는, 제1 전기모터(20)가 주로 발전용으로 사용되는 것과는 달리, 주로 자동차(1)의 동력(구동력)을 어시스트하도록 구동모터로서 기능한다. 단, 브레이크시 등에는, 제너레이터로서 기능하여, 차량 관성력을 전기에너지로서 회생하도록 되어 있다.
여기서, 상술한 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23) 중, 제1, 제2 전기모터(20, 23)는, 동력분배용 플래니터리 기어(21)나 변속장치(22)와 비교하여 중량이 가장 무거운, 이른바 중량물로 되어 있다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 중량물의 하나인 제2 전기모터(23)가, 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23) 중 가장 후방, 즉 내연엔진(5)으로부터 가장 먼 위치에 배치되어 있다.
도 3은, 하이브리드 구동장치(71)의 1축(13)을 포함하는 종단면 중, 절반부를 나타내고 있다.
동 도면에 나타낸 하이브리드 구동장치(71)는, 1축(13) 상에 배치된 입력축(10)과 출력축(12)과, 이 1축(13)의 주위에 설치된 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)를 구비하고 있다. 이들은, 모두 입력축(10) 및 출력축(12)과 함께 케이스부재(트랜스미션 케이스)(14) 내에 수납되어 있다. 단, 출력축(12)의 후단측의 연장축(123)은, 케이스부재(14)로부터 후방으로 돌출되어 있다.
케이스부재(14)는, 조립성 등을 고려하여, 1축(13)을 따라서 전후방향으로 복수로 분할된 부분을 각각 접합면에서 접합시켜서 일체로 구성되어 있다. 접합면(H)은, 제2 전기모터(23)의 전부(前部) 근방에 위치하고 있고, 접합면(J)은, 변속장치(22)에 있어서의 제1 및 제2 브레이크(B1, B2) 사이에 배치되어 있다. 이 접합면(J)은, 각 브레이크(B1, B2)의 유압 액츄에이터(37, 43) 사이에 배치되면 좋다. 이 케이스부재(14)에는, 전후방향의 다른 위치에 복수의 격벽, 즉 전측부터 차례로, 격벽(A, B, C, D, E)이 형성되어 있다. 이들 격벽(A∼E) 중, 격벽(A, E)은, 각각 케이스부재(14)의 전단 및 후단 근방에 배치된 벽이고, 전벽(A)과 후벽(E) 사이의 케이스 내 공간은, 격벽(B, C, D)에 의해서, 1축(13)을 따라서 전후방향으로 4개의 공간으로 분할되어 있다. 이들 격벽(A∼E)은, 케이스부재(14)의 강도(强度)멤버로서 작용하는 이외에, 각 베어링(a∼z)(후술)의 지지나, 유압실(40, 45)(후술) 의 형성에 제공된다. 여기서, 상기 격벽(C)이 후술하는 분할출력축(12)의 결합부분을 지지하는데, 이 격벽(C)은, 케이스부재(14)의 일부로서 일체 성형되어 있고, 또한 제2 전기모터(23)의 로터(29)를 지지하는 격벽(D, E)도 케이스부재(14)에 일체 성형되어 있고, 격벽(A, B)은, 케이스부재(14)에 볼트에 의해서 일체로 고착되어 있다. 이로써, 케이스부재(14)의 분할면(접합면)(H, J)을 최소한으로 하면서, 설치가 가능해지고, 또한 출력축(12)의 지지 강성을 높게 할 수 있다.
상술한 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)는, 각각 격벽(A∼E)에 의해서 4분할된 공간 내에 수납되어 있다. 즉, 동력분배용 플래니터리 기어(21)는 격벽(A, B) 사이에, 또한 제1 전기모터(20)는 격벽(B, C) 사이에, 더욱이 변속장치(22)는 격벽(C, D) 사이에, 그리고 제2 전기모터(23)는 격벽(D, E) 사이에 각각 수납되어 있다. 이하, 동력분배용 플래니터리 기어(21)부터 차례로 상술한다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 케이스부재(14)의 격벽(A, B) 사이에 설치되어 있다. 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 상술한 바와 같이, 입력축(10)에 대하여 동축상(同軸狀)으로 배치된 싱글 피니언 플래니터리 기어에 의해서 구성되어 있고, 링기어(제2 회전요소)(R0)와, 선기어(제3 회전요소)(S0)와, 피니언(P0)을 지지하는 캐리어(제1 회전요소)(CR0)를 가지고 있다. 이 중 링기어(R0)는 후방으로 연장되어, 연결부재(71)를 통하여 제1 전기모터(20)의 로터(25)의 샤프트부(이하 보스부 또는 로터 보스부라고 한다)(25a)에 연결되어 있다. 이 연결부재(71)는, 링기어(R0)의 후단에 연결됨과 함께 캐리어(CR0)의 후방을 내경측으로 뻗는 플랜지부 와 이 내경측 단부로부터 후방으로 뻗는 슬리브부를 가지고 있고, 이 슬리브부가 로터 보스부(25a)의 전단에 연결되어 있다. 또한, 캐리어(CR0)는, 그 전측 캐리어 플레이트(CR0b)가 입력축(10)의 외주면에 연결되어 있다. 더욱이 선기어(S0)는, 출력축(12)의 제1 출력축(121)으로부터 전방으로 뻗는 슬리브부(121a)에 연결되어 있다.
여기서, 상술한 바와 같이, 출력축(12)은, 케이스부재(트랜스미션 케이스)(14)의 대략 전체 길이로 뻗는 긴 부재로 이루어지지만, 복수개로 분할되어 있음과 함께 각 분할된 제1, 제2 출력축(121, 122) 및 연장축(123)은, 서로 중합하는 연결부에서 스플라인 끼워맞춤 되어 있고, 일체로 회전한다. 그리고, 상술한 바와 같이, 전측에 위치하는 제1 출력축(121)의 전단측 슬리브부(121a)의 전단부분에서, 동력분배용 플래니터리 기어(21)로부터의 분배출력(즉 내연엔진으로부터의 출력)이 전달된다.
이 동력분배용 플래니터리 기어(21)에 대해서는 이하의 위치에 각각 베어링이 끼워맞춰져 있다. 스러스트 베어링(a)은 격벽(A)의 내경측 후면과 전측 캐리어 플레이트(CR0b) 사이에, 또한 전측 캐리어 플레이트(CR0b)의 내경측 후면과 선기어(S0)의 전단면 사이에 스러스트 베어링(b)이 끼워맞춰져 있다. 슬립 베어링(slip bearing) 또는 니들 베어링(needle bearing)으로 이루어지는 레디얼 베어링(d, e)은, 입력축(10)의 외주면과, 선기어(S0) 및 슬리브부(121a)의 내주면 사이에 끼워맞춰져 있다. 베어링(c, f)은, 연결부재(71)의 플랜지부의 내경측 전면과 후측 캐리 어 플레이트(CR0a) 사이, 연결부재(71)의 슬리브부의 내주면과 슬리브부(121a)의 외주면 사이에 끼워맞춰져 있다. 이들 베어링에 의해서, 캐리어(CR0)는 입력축(10)과 일체로 되어, 또한 링기어(R0)는 제1 전기모터(20)의 로터(25)와 일체로 되어, 더욱이 선기어(S0)는 출력축(12)과 일체로 되어 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력부가 되는 캐리어(CR0)가 입력축(10)에 고정되고, 또한 출력부(동력의 분배처)가 되는 링기어(R0) 및 선기어(S0)가 각각 제1 전기모터(20)의 로터(25)의 전단, 출력축(12)의 전단 연결부(121a)의 전단에 연결되어 있다. 이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)을 통하여 캐리어(CR0)에 입력된 내연엔진(5)(도 1 참조)의 동력을, 링기어(R0)를 통하여 제1 전기모터(20)측과, 선기어(S0)를 통하여 출력축(12)측에 분배하도록 되어 있다. 이때의 동력의 분배 비율은, 다음에 설명하는 제1 전기모터(20)의 회전상태에 근거하여 결정된다. 즉 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 의해서 큰 파워를 발생시킨 경우에는, 제1 전기모터(20)에 의한 발전량이 증가하고, 그만큼, 출력축(12)에 출력되는 동력이 적어진다. 이에 반하여, 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 작은 파워를 발생시킨 경우에는, 제1 전기모터(20)에 의한 발전량이 감소하여, 그만큼, 출력축(12)에 출력되는 동력이 많아진다.
제1 전기모터(20)는, 예컨대 교류 영구자석 동기형(브러시리스 DC 모터)에 의해서 구성되어 있고, 격벽(B, C) 사이에 수납됨과 함께, 입력축(10)의 외경측에 이와 동축상(同軸狀)으로 배치되어 있다. 제1 전기모터(20)는, 케이스부재(14)의 내주면에 고정된 스테이터(24)와, 이 스테이터(24)의 내경측에 소정의 에어갭(G1)을 두고 회전 가능하게 설치된 로터(25)를 가지고 있다. 로터(25)는, 그 내경측에 원통 형상의 보스부(25a)가 형성되어 있어, 이 보스부에 있어서의 전부(前部)의 외주면과 후부(後部)의 외주면에는 각각 단부(段部)(30, 31)가 형성되어 있다. 로터(25)는, 이들 단부(30, 31)와 격벽(B, C) 사이에 전후방향으로 위치결정된 상태로 끼워맞춰진 볼 베어링(h, i)을 통하여, 케이스부재(14)에 의해서, 회전 가능하게 지지되어 있다.
더욱이, 상기 제1 출력축(121)은, 그 전측의 볼 베어링(h) 부분에서, 전단 슬리브(121a)가 로터 보스부(25a)의 내주면에 니들 또는 슬립 베어링(f, g)을 통하여 회전 가능하게 지지되고, 또한 그 후측의 볼 베어링(i) 부분에서, 그 후단 중합부분이 로터 보스부(25a)의 내주면에 니들 또는 슬립 베어링(k)을 통하여 지지되어 있다. 즉, 제1 전기모터(20)의 로터(25)는, 전(前)격벽(B) 및 후(後)격벽(C)에 각각 볼 베어링(h, i)을 통하여 양쪽에서 지지한 구조로 지지되어 있고, 또한 제1 출력축(121)은, 상기 양 격벽(B, C)에, 로터 보스부(25a)를 통하여(즉 간접적으로), 베어링(베어링부재)(f, g 및 k)에 의해서 양쪽에서 지지한 구조로 지지되어 있다. 여기서, 전후방향의 설치위치에 대하여, 베어링(g, f)은 베어링(h)에 대응하는 위치에, 또한 베어링(k)은 베어링(i)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 제1 전기모터(20)는, 로터(25)가 격벽(B, C)에 고정된 베어링(h, i)을 통하여 케이스부재(14)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 로터(25)의 전후방향 및 지름방향의 위치가 정밀도 좋게 확보되고, 따라서 예컨대, 케이스부재(14)를 상하방향 혹은 좌우방향으로 만곡시키도록 하는 힘이 작용한 경우이더라도, 스테이터(24)와 로터(25) 사이에 소정의 에어갭(G1)을 정밀도 좋게 유지할 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 제1 전기모터(20)는, 인버터를 통하여 HV배터리에 접속되어 있다. 이와 같은 구성의 제1 전기모터(20)의 주된 기능은, 상술한 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 선기어(S0)에 분배된 동력에 근거하여 발전을 행하고, 인버터를 통하여 제2 전기모터(23)를 구동하거나, HV배터리에 충전하는 것에 있다.
변속장치(22)는, 케이스부재(14)의 격벽(C, D) 사이, 즉 케이스부재(14)의 길이방향(1축(13)을 따른 방향)의 거의 중간에 설치되어 있다. 변속장치(22)는, 내경측에 설치된 라비뇨타입의 플래니터리 기어 유닛(27)과, 그 외경측에 있어서의 전측과 후측에 각각 설치된 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2)를 가지고 있다.
이 중 플래니터리 기어 유닛(27)은, 제2 출력축(122) 전단측의 외주면 근방에 배치된 제1 선기어(S1)(이하 단순히 「선기어(S1)」라고 한다.)와, 이 선기어(S1)의 후방에서 선기어(S1)보다 외경측에 배치된 제2 선기어(S2)(이하 단순히 「선기어(S2)」라고 한다.)와, 선기어(S1)의 외경측에 배치된 링기어(R1)와, 선기어(S1) 및 링기어(R1)에 맞물리는 피니언(P1)과, 공통의 롱피니언을 구성하여 선기어(S2) 및 피니언(P1)에 맞물리는 피니언(P2)과, 이들 피니언(P1, P2)을 지지하는 캐리어(CR1)를 가지고 있다.
제2 출력축(122)은, 그 전측이 제1 출력축(121)을 외주측으로 하여 끼워맞춰 져 있고, 또한 그 후측이 연장축(123)을 외주측으로 하여 끼워맞춰져 있으며, 이들 제1 출력축(121) 및 연장축(123)에 의해서 일체로 회전하는 출력축(12)을 구성하고 있다. 그리고, 제2 출력축(122)은, 그 전측을 상기 제1 출력축(121)의 후측과 함께, 제1 전기모터(20)의 로터 지지용 후격벽(C)에, 볼 베어링(i), 로터 보스부(25a), 베어링(k)을 통하여 지지되어 있고, 그 후측을 케이스부재(14)의 후벽(E)에, 볼 베어링(w), 제2 전기모터(23)의 로터 보스부(29a) 및 베어링(x)을 통하여 그리고 베어링(y)을 통하여 연장축(123)과 함께 지지되어, 양쪽에서 지지한 구조에 의해서 케이스부재(14)에 지지되어 있다. 여기서, 상기 후벽(E)은, 제2 전기모터의 로터(29)를 양쪽에서 지지한 구조로 지지하는 후격벽이다.
선기어(S1)는, 제2 출력축(122)의 전반부에 있어서의 외주면에 피감(被嵌)된 슬리브(33)를 통하여 후술하는 제2 전기모터(23)의 로터(29)의 전단에 연결되어 있다. 이 선기어(S1)는, 슬리브(33)와 함께, 제2 출력축(122)의 외주면에 끼워맞춰진 베어링(l, m)을 통하여, 제1 출력축(121)에 의해서 상대회전 가능하게 지지되어 있다.
선기어(S2)는, 그 후단측으로부터 캐리어(CR1)의 후측 캐리어 플레이트(CR1a)를 따라서 외경측으로 뻗는 플랜지부(34) 및 이 플랜지부(34)의 외경측 단부로부터 전방으로 뻗는 드럼부(35)가 일체로 형성되어 있다. 이 드럼부(35)의 외주면과 케이스부재(14) 내주면의 내주 스플라인(14a) 사이에 후술하는 제2 브레이크 (B2)가 개재되어 장착되어 있다. 선기어(S2)는, 상술한 선기어(S1)와 일체인 슬리브(33)의 외주면에 끼워맞춰진 베어링(n, o)과, 플랜지부(34)의 내경측(기단측(基端側))의 전면 및 후면에 각각 끼워맞춰진 베어링(p, q)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 여기서, 베어링(p)은, 후술하는 캐리어(CR1)의 후측 캐리어 플레이트(CR1a)의 내경측 후면과의 사이에 개재되어 장착된 것이고, 또한 베어링(q)은, 격벽(D)의 내경측 전면과의 사이에 개재되어 장착된 것이다.
링기어(R1)는, 그 선단부에, 캐리어(CR1)의 전측 캐리어 플레이트(CR1b)를 따라서 내경측으로 뻗는 플랜지부(36)가 고정되어 있고, 이 플랜지부(36)의 내경측의 전면 및 후면에 끼워맞춰진 베어링(r, s)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 베어링(r)은, 격벽(C)의 내경측 후면과의 사이에 개재되어 장착된 것이고, 또한 베어링(s)은, 캐리어(CR1)의 전측 캐리어 플레이트(CR1b)와의 사이에 개재되어 장착된 것이다. 링기어(R1)의 외주면과 케이스부재(14) 내주면의 내주 스플라인(14a)과의 사이에는, 제1 브레이크(B1)가 개재되어 장착되어 있다.
피니언(P1)은, 캐리어(CR1)에 의해서 회전 가능하게 지지됨과 함께, 내경측에 있어서 상술한 선기어(S1)에, 또한 외경측에 있어서 상술한 링기어(R1)에 맞물려 있다.
피니언(P2)은, 후측에 형성된 대경(大徑) 기어(P2a)와, 전측에 형성된 소경(小徑) 기어(P2b)가 일체로 구성된 공통의 롱피니언이다. 피니언(P2)은, 그 대경 기어(P2a)을 상술한 선기어(S1)에, 또한 그 소경 기어(P2b)를 상술한 피니언(P1)에 맞물리게 하고 있다.
캐리어(CR1)는, 전측 캐리어 플레이트(CR1b)와 후측 캐리어 플레이트(CR1a)에 의해서, 피니언(P1, P2)을 회전 가능하게 지지함과 함께, 전측 캐리어 플레이트(CR1b)가 출력축(12)의 전단 연결부(12c) 후단측의 외주면에 고정되어 있다. 캐리어(CR1)는, 전측 캐리어 플레이트(CR1b)의 내경측 전면과 후면에 끼워맞춰진 베어링(s, t), 및 제2 출력축(122)의 전단측과의 사이에 끼워맞춰진 베어링(u), 및 후측 캐리어 플레이트(CR1a)의 내경측 전면에 끼워맞춰진 베어링(p)에 의해서 상대회전 가능하게 지지되어 있다. 여기서, 베어링(t)은, 상술한 선기어(S1)의 전단면과의 사이에 개재되어 장착되어 있다.
제1 브레이크(B1)는, 다수개의 디스크 및 프릭션 플레이트(friction plate)(브레이크판)를 가지고 있어, 상술한 링기어(R1)의 외주면에 형성된 외주(外周) 스플라인과, 케이스부재(14)의 내주면에 형성된 내주 스플라인(14a)의 사이에 스플라인 결합되어 있다. 제1 브레이크(B1)의 전측에는, 제1 브레이크용 유압 액츄에이터(37)가 설치되어 있다. 유압 액츄에이터(37)는, 제1 브레이크(B1)의 전방에 있어서 전후방향 이동 가능하게 배치된 피스톤(38)과, 격벽(C)의 외경측 후면에 설치되어 피스톤(38)의 전단측이 유밀상(油密狀)으로 끼워맞춰지는 제1 유압실(40)과, 케이스부재(14) 내주면에 고정된 리테이너(41)와 피스톤(38)의 외경측 후면과의 사이에 개재되고 장착되어 피스톤(38)을 전방을 향하여 힘을 가하는 리턴 스프링(압축스프링)(42)을 가지고 있다.
제2 브레이크(B2)는, 상술한 제1 브레이크(B1)의 바로 후방에 배치되어 있 다. 제2 브레이크(B2)는, 다수개의 디스크 및 프릭션 플레이트(브레이크판)를 가지고 있어, 상술한 선기어(S2)와 일체인 드럼부(35) 외주면에 형성된 외주 스플라인과, 케이스부재(14)의 내주면에 형성된 내주 스플라인(14a)과의 사이에 스플라인 결합되어 있다. 제2 브레이크(B2)의 후측에는, 제2 브레이크용 유압 액츄에이터(43)가 설치되어 있다. 유압 액츄에이터(43)는, 제2 브레이크(B2)의 후방에 있어서 전후방향 이동가능하게 배치된 피스톤(44)과, 격벽(D)의 외경측 전면에 설치되어 피스톤(44)의 후단측이 유밀상으로 끼워맞춰지는 제2 유압실(45)과, 격벽(D)에 고정된 리테이너(46)와 피스톤(44)의 내경측 전면과의 사이에 개재되고 장착되어 피스톤(44)을 후방을 향하여 힘을 가하는 리턴 스프링(압축스프링)(47)을 가지고 있다.
상술한 구성의 변속장치(22)는, 제2 전기모터(23)로부터의 출력이 슬리브(33)를 통하여 선기어(S1)에 전달된다. 로우 상태에 있어서는, 제1 브레이크(B1)가 맞물리고, 또한 제2 브레이크(B2)가 해방된다. 따라서, 링기어(R1)가 고정상태, 선기어(S2)가 자유로운 회전상태에 있고, 상기 제1 선기어(S1)의 회전은, 피니언(P1)을 통하여 크게 감속되어 캐리어(CR1)에 전달되고, 이 캐리어(CR1)의 회전이 출력축(12)에 전달된다.
또한, 변속장치(22)의 하이 상태에서는, 제1 브레이크(B1)가 해방되고, 또한 제2 브레이크(B2)가 걸린다. 따라서, 선기어(S2)가 고정상태, 링기어(R1)가 자유로운 회전상태에 있다. 이 상태에서는, 선기어(S1)의 회전은, 피니언(P1)에 전달되고, 또한 피니언(P2)이 정지상태의 선기어(S2)에 맞물려서, 캐리어(CR1)가 규제된 소정 회전으로 공전하고, 이때 출력축(12)에는 비교적 작게 감속된 캐리어(CR1)의 회전이 전달된다.
이와 같이 변속장치(22)는, 로우 상태에 있어서는, 제1, 제2 브레이크(B1, B2)가 각각 맞물리고, 해방됨으로써, 크게 감속된 회전을 출력축(14)에 전달한다. 한편, 하이 상태에 있어서는, 제1, 제2 브레이크(B1, B2)가 각각 해방되고, 맞물림으로써, 비교적 작게 감속된 회전을 출력축(14)에 전달한다. 이와 같이, 변속장치(22)가 2단계로 변속할 수 있으므로, 제2 전기모터(23)의 소형화가 가능하게 된다. 즉, 소형의 전기모터를 사용하여, 예컨대 높은 토크가 필요한 자동차(1)의 발진시에는, 로우 상태에서 충분한 구동토크를 출력축(12)에 전달하고, 또한 출력축(12)의 고(高)회전시에는 하이 상태로 하여, 로터(29)가 고회전이 되는 것을 방지할 수 있다.
제2 전기모터(23)는, 예컨대 교류 영구자석 동기형(브러시리스 DC 모터)에 의해서 구성되어 있고, 출력축(12)의 외경측에 이것과 동축상으로 배치되어 있다. 제2 전기모터(23)는, 케이스부재(14)의 내주면에 고정된 스테이터(28)와, 이 스테이터(28)의 내경측에 소정의 에어갭(G2)을 두고 회전 가능하게 설치된 로터(29)를 가지고 있다. 로터(29)는, 그 내경측에 원통 형상의 샤프트부(이하 보스부 또는 로터 보스부라고 한다)(29a)가 형성되어 있어, 이 보스부(29a)에 있어서의 전부(前部)의 외주면과 후부(後部)의 외주면에는 각각 단부(48, 50)가 형성되어 있다. 로터(29)는, 이들 단부(48, 50)와 격벽(D, E) 사이에 전후방향으로 위치결정된 상태로 끼워맞춰진 볼 베어링(v, w)을 통하여, 케이스부재(14)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 제2 전기모터(23)의 로터(29)는, 그 전측을 전격벽(D)에 볼 베어링(v)을 통하여 지지되고, 후의 후측을 후격벽(후벽)(E)에 볼 베어링(w)을 통하여 지지되어, 양쪽에서 지지한 구조로 지지되어 있다.
또한 보스부(29a)의 전단에는, 상술한 변속장치(22)의 선기어(S1)와 일체인 슬리브(33)가 고정되어 있다. 상호 일체로 형성된 로터(29)와 선기어(S1)는, 제2 출력축(122)의 외주면에 고정된 베어링(l, m, x)을 개재하여, 제2 출력축(122) 사이에서 상대회전 가능하게 되어 있다. 여기서, 베어링(m, x)은, 전후방향의 설치위치에 대하여 각각 베어링(v, w)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 제2 전기모터(23)는, 로터(29)가 격벽(D, E)에 고정된 베어링(v, w)과, 출력축(12)의 외주면에 고정된 베어링(m, x)에 의해서 사이에 끼워넣어지도록 하여 케이스부재(14) 및 출력축(12)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 로터(29)의 전후방향 및 지름방향의 위치가 정밀도 좋게 확보되고, 따라서 예컨대, 케이스부재(14)에 대하여 이것을 상하방향 혹은 좌우방향으로 만곡시키도록 하는 힘이 작용한 경우이더라도, 스테이터(28)와 로터(29) 사이에 소정의 에어갭(G2)을 정밀도 좋게 유지할 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 제2 전기모터(23)는, 제1 전기모터(20)와 마찬가지로, 인버터를 통하여 HV배터리에 접속되어 있다.
상술한 바와 같이 하여 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)가 수납되어 있는 케이스부재(14)는, 최후부(最後部)의 격벽(E)의 내경측에 있어서 후방으로 뻗는 보스부(14b)를 가지고 있어서, 이 보스부(14b)에 의해서, 베어링(y, z)을 통하여 연장축(123)을 회전 가능하게 지지하고 있다.
또한 케이스부재(14)의 후단부분(14c)에 있어서는, 격벽(E)의 외경측이 두껍게 형성되어 장착부(마운트부)(M)를 구성하고 있다. 케이스부재(14)는, 그 전단측의 연결부(14d)가, 차체(4)(도 1 참조)에 러버 마운트된 내연엔진(5)에 접속되어 있고, 후단측이 장착부(M)를 이용하여 차체의 일부(4a)에 러버 마운트되어 있다. 즉, 차체의 일부(4a)에 러버 시트(rubber seat)(51)가 마련되어 있고, 이 러버 시트(51)에는, 볼트(52), 와셔(53), 너트(54)에 의해서, 스테이(55)가 고정되어 있다. 그리고, 케이스부재(14)는, 그 후단부 근방의 장착부(14c)에 나사결합된 볼트(56)에 의해서 상술한 스테이(55)에 장착되어 있다. 여기서, 장착 후에 있어서는, 차체의 일부(4a)측의 볼트(52)와 케이스부재(14)측의 볼트(56)와의 갭(G3)이, 이 볼트(56)의 조여넣는 길이(나사결합길이)보다도 짧아지도록 구성되어 있기 때문에, 만일, 볼트(56)가 느슨해진 경우이더라도, 볼트(56)가 장착부(M)로부터 빠지지 않고, 따라서 케이스부재(14)의 후단측이 차체의 일부(4a)로부터 빠질 우려는 없다. 여기서, 도 3에 나타낸 마운트부(M)는, 제2 전기모터(23)보다 후방의 케이스부재(14c)에 설치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 상기 제2 전기모터(23)와 축방향으로 겹치는 부분의 케이스부재(14)에 설치하여도 좋다.
이어서, 도 4 및 도 5를 따라서, 일부 변경한 하이브리드 구동장치(72)에 대하여 설명한다. 여기서, 본 실시형태는, 도 2 및 도 3에 나타낸 것과, 동력분배용 플래니터리 기어(21) 및 출력축(12)이 상이할 뿐이고, 다른 부분에 대해서는 마찬가지이므로, 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본 하이브리드 구동장치(72)도 마찬가지로, 전측(내연엔진측)으로부터 1축(13) 상에 차례로, 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)가 배치되어 있고, 또한 케이스부재(트랜스미션 케이스)(14)의 대략 전체 길이를 관통하여, 출력축(12)이 배치되어 있다. 출력축(12)은, 전측부터 제1 출력축(121), 제2 출력축(122), 연장축(123)으로 분할되어 있다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 그 링기어(제1 회전요소)(R0)가 입력축(10)에, 그 캐리어(제3 회전요소)(CR0)가 제1 출력축(121)에, 그 선기어(제2 회전요소)(S0)가 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 각각 연결되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 출력축(121)의 축경(軸徑)은, 제2 출력축(122)의 축경보다 가늘게, 더욱이 제2 출력축(122)의 축경은, 연장축(123)보다 가늘게 형성되어 있고, 제1 출력축(121)의 후단부는, 제2 출력축(122)을 외주측으로 하여 중합하여, 제2 출력축(122)의 전단부와 스플라인 끼워맞춰져 있고, 제2 출력축(122)의 후단부는, 연장축(123)을 외주측으로 하여 중합하여, 연장축(123)의 전단부와 스플라인 끼워맞춰져 있다. 제1 출력축(121)의 전측은 슬리브부(121a)로 되어 있고, 이 슬리브부(121a)의 내주면에 니들 또는 슬립 베어링(d, e)을 통하여 입력축 (10)이 회전 가능하게 지지되어 있다.
입력축(10)에는, 외경측으로 돌출하여 플랜지부(10a)가 일체로 (또는 별체로) 형성되어 있고, 이 플랜지부의 선단에, 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 링기어(R0)가 맞물림ㆍ고정되어 있다. 제1 출력축의 슬리브부(121a)의 선단에는, 외경측으로 돌출하여 플랜지부(121b)가 일체로 (또는 별체로) 형성되어 있고, 이 플랜지부(121b)는, 캐리어(CR0)의 전판(前板)을 구성하고 있다. 상기 슬리브부(121a)의 외경측에는, 니들 또는 슬립 베어링(f, g)을 개재하여 선기어(S0)를 일체로 형성한 슬리브축(75)이 피감(被嵌)하고 있고, 이 슬리브축(75)의 후단부는, 제1 전기모터(20)의 로터 보스부(샤프트)(25a)의 전단부에 일체로 끼워맞춰져 있다.
제1 전기모터(20)는, 앞의 실시형태와 마찬가지로, 전격벽(B) 및 후격벽(C)에 의해서 구획된 공간에 수납되어 있고, 또한 그 로터 보스부(25a)가, 이들 양 격벽(B, C)에 각각 볼 베어링(베어링부재)(h, i)을 통하여, 양쪽에서 지지한 구조에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 더욱이, 제1 출력축(121)은, 그 전측이 전격벽(B)의 볼 베어링(h)에 있어서, 중합하여 일체의 보스부(25a) 및 슬리브축(75)을 통하여 (즉 간접적으로) 니들 또는 슬립 베어링(베어링부재)(g)에 지지됨과 함께, 그 후단측이 후격벽(C)에, 중합하여 일체의 제2 출력축(122)의 전단부와 함께 레디얼 베어링(베어링부재)(k)에 의해서 (즉 직접적으로) 지지되어, 따라서 제1 출력축(121)은, 제1 전기모터(20)의 격벽(B, C)에, 베어링부재(g, k)를 통하여 양쪽에서 지지한 구조에 의해서 지지되어 있다. 여기서, 입력축(10)은, 플랜지부(10a)를 축방향으로 사이에 끼워 지지하는 스러스트 베어링(a, b)에 의해서, 또한 제1 출력축(121)은, 플랜지부(121b)를 축방향으로 사이에 끼워 지지하는 스러스트 베어링(b, c)에 의해서, 축방향에 대하여 위치결정되어 있다.
제2 출력축(122)은, 그 전단부를 상기 제1 출력축(121)와 함께 격벽(C)에 (직접적으로) 베어링(베어링부재)(k)에 의해서 지지됨과 함께, 그 후단부를 후벽(E)에 (직접적으로), 중합하여 일체로 되어 있는 연장축(123)의 전단부와 함게 베어링(베어링부재)(y)에 의해서 지지되어 있고, 따라서 제2 출력축(122)은, 전기모터의 로터를 지지하는 격벽(C, E)에, 베어링(k, y)을 통하여 양쪽에서 지지한 구조에 의해서 지지되어 있다.
제1 출력축(121)에는, 동력분배용 플래니터리 기어(21)의 링기어(R0)로부터 동력이 전달되고, 제2 출력축(122)에는, 이 제1 출력축(121)으로부터의 동력에 더하여, 변속장치(22)로부터 제2 전기모터(23)로부터의 어시스트 구동력이 전달된다. 따라서, 제1 출력축(121)에 비하여, 제2 출력축(122) 쪽이 전달토크량이 크고, 그만큼 축경이 굵은 쪽이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 연장축(123)을 케이스부재(14b)에 베어링(y, z)을 개재하여 장착한 후, 제2 전기모터(23)와 함께 후(後)케이스부재(14e)를 장착한다. 그리고, 변속장치(22) 및 제1 전기모터(20)를 장착한 전( 前)케이스부재(14a)를 제2 출력축(122)을 전방으로부터 끼워넣음으로써 장착한다. 그 후, 동력분배용 플래니터리 기어(21)와 함께 제1 출력축(121)을 전방으로부터 장착하고, 그리고 마지막으로 입력축(10)을 전방으로부터 끼워넣음으로써, 본 하이브리드 구동장치(72)가 조립된다.
이로써, 상기 전달토크에 따른 제1 출력축(121)을 가는 지름으로 하고, 또한 제2 출력축(122)을 굵은 지름으로 한 출력축(12)이, 장착된다. 또한, 제2 출력축(122)의 전측을 지지하는 베어링(k)과 제1 브레이크(B1)의 유압 액츄에이터(37)가, 축방향으로 겹치도록 배치되어 있어서, 하이브리드 구동장치의 축방향의 콤팩트화가 도모된다. 더욱이, 제2 출력축(122)의 전측을 지지하는 베어링(k)과, 제1 전기모터(20)의 로터 샤프트(보스부)(25a)가, 지름방향으로 겹치도록 배치되어 있어서, 하이브리드 구동장치의 지름방향의 콤팩트화가 도모되고 있다.
이어서, 본 발명을 적용할 수 있는 하이브리드 구동장치의 변형예를, 도 6 내지 도 8을 따라서 설명한다. 여기서, 도 6 내지 도 8은, 구조선도이므로, 출력축의 분할구조 및 지지구조는, 명확하지는 않지만, 앞의 실시형태와 마찬가지로 출력축의 구조가 적용된다.
도 6에 나타낸 하이브리드 구동장치(73)는, 도 1에 있어서의 내연엔진(5)에 가까운 측부터 차례로, 즉 전측부터 후측에 걸쳐서 차례로 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)를 구비하고 있다. 이들은, 모두 케이스부재(14)(도 1 참조)의 내측에 수납됨과 함께, 1축(13)의 주위에 정렬하여 설치되어 있다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)에 대하여 동축상으로 배치된 싱글 피니언 플래니터리 기어에 의해서 구성되어 있다. 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 복수의 피니언(P0)을 지지하는 캐리어(제1 회전요소)(CR0)와, 이 피니언(P0)에 각각 맞물리는 선기어(제2 회전요소)(S0) 및 링기어(제3 회전요소)(R0)를 가지고 있다. 이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 그 캐리어(CR0)가 입력축(10)에 연결되고, 또한 선기어(S0)가 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 연결되고, 더욱이 링기어(R0)가 출력축(12)에 연결되어 있다. 이와 같은 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)을 통하여 캐리어(CR0)에 입력된 동력을, 제1 전기모터(20)의 회전제어에 근거하여, 선기어(S0)를 통하여 제1 전기모터(20)측과, 링기어(R0)를 통하여 출력축(12)측에 분배하는 것이다. 여기서, 제1 전기모터(20)에 분배된 동력은 발전용으로, 한편, 출력축(12)에 분배된 동력은 자동차(1)의 구동용으로 제공된다.
도 7에 나타낸 하이브리드 구동장치(74)는, 전측부터 후측에 걸쳐 차례로 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)를 구비하고 있다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 출력축(12)에 대하여 동축상으로 배치된 더블 피니언 플래니터리 기어에 의해서 구성되어 있다. 동력분배용 플래니터리 기 어(21)는, 복수의 피니언(P0)(P01 및 P02)을 지지하는 캐리어(제3 회전요소)(CR0)와, 이 피니언(P01, P02)에 각각 맞물리는 선기어(제2 회전요소)(S0) 및 링기어(제1 회전요소)(R0)를 가지고 있다. 이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 그 링기어(R0)가 입력축(10)에 연결되고, 또한 선기어(S0)가 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 연결되고, 더욱이 캐리어(CR0)가 출력축(12)에 연결되어 있다. 이와 같은 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)을 통하여 링기어(R0)에 입력된 동력을, 제1 전기모터(20)의 회전제어에 근거하여, 선기어(S0)를 통하여 제1 전기모터(20)측과, 캐리어(CR0)를 통하여 출력축(12)측에 분배하는 것이다.
도 8에 나타낸 하이브리드 구동장치(75)는, 전측부터 후측에 걸쳐 차례로 동력분배용 플래니터리 기어(21), 제1 전기모터(20), 변속장치(22), 제2 전기모터(23)를 구비하고 있다.
동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 출력축(12)에 대하여 동축상으로 배치된 더블 피니언 플래니터리 기어에 의해서 구성되어 있다. 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 복수의 피니언(P0)(P01 및 P02)을 지지하는 캐리어(제2 회전요소)(CR0)와, 이 피니언(P01, P02)에 각각 맞물리는 선기어(제3 회전요소)(S0) 및 링기어(제1 회전요소)(R0)를 가지고 있다. 이 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 그 링기어(R0)가 입력축(10)에 연결되고, 또한 캐리어(CR0)가 제1 전기모터(20)의 로터(25)에 연결되고, 더욱이 선기어(S0)가 출력축(12)에 연결되어 있다. 이와 같은 동력분배용 플래니터리 기어(21)는, 입력축(10)을 통하여 링기어(R0)에 입력된 동력을, 제1 전기모터(20)의 회전제어에 근거하여, 캐리어(CR0)를 통하여 제1 전기모터(20)측과, 선기어(S0)를 통하여 출력축(12)측에 분배하는 것이다.
청구항 1에 관련된 본 발명에 의하면, 동력분배용 플래니터리 기어를 최전단측에 배치함에 따라, 출력축이 긴 구조로 됨에도 불구하고, 출력축을 분할하였으므로, 분할한 제1 출력축 및 제2 출력축은, 하나의 출력축에 비하여 짧아져서, 제조가 용이해짐과 함께, 장착성도 향상하고, 더욱이 제1 출력축에 동력분배용 플래니터리 기어로부터의 출력을 전달하고, 또한 제2 출력축에, 상기 제1 출력축으로부터의 출력에 더하여 변속장치로부터의 출력을 전달하므로, 전달 토크에 따른 제1 출력축 및 제2 출력축의 축경(軸徑)의 설계가 가능해진다.
청구항 2에 관련된 본 발명에 의하면, 제1 출력축 및 제2 출력축을 케이스부재에 일체(一體)인 지지부에 의해서 양쪽에서 지지한 구조로 하였으므로, 출력축의 지지 정밀도를 향상하여, 하이브리드 구동장치의 신뢰성을 확보할 수 있음과 함께, 장수명화(長壽命化)가 가능해진다.
청구항 3에 관련된 본 발명에 의하면, 최중량물인 제2 전기모터를 최후단에 배치하고, 이 제2 전기모터가 위치하는 케이스부재의 후단부분을 차체에 마운트 가능하게 하였으므로, 내진동성(耐振動性)을 향상함과 함께, 소음발생이 적은 제2 전기모터를 차실(車室)에 근접하여 배치하였으므로, 차실의 정숙성(靜肅性)을 향상할 수 있다.
청구항 4에 관련된 본 발명에 의하면, 제1 전기모터를 동력분배용 플래니터 리 기어에 인접하여, 제2 전기모터를 변속장치에 인접하여 배치하였으므로, 동력전달이 합리적으로 된다.
청구항 5에 관련된 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 출력축을, 제1 또는 제2 전기모터의 로터를 지지하는 격벽 또는 후벽으로 지지하므로, 출력축 지지용의 특별한 지지부재를 필요로 하지 않고, 제1 및 제2 출력축의 지지 정밀도를 향상함과 함께, 하이브리드 구동장치의 콤팩트화, 특히 축방향의 콤팩트화가 가능하게 된다.
청구항 6에 관련된 본 발명에 의하면, 전달토크에 대응하여, 전측(前側)의 제1 출력축의 축경(軸徑)을, 후측(後側)의 제2 출력축의 축경보다 가늘게 하였으므로, 특히 제1 출력축과 제2 출력축의 중합연결부의 구조가, 굵은 지름이 되는 제2 출력축을 외경측으로 하여, 케이스부재의 지지부에 공통하는 것이 되어, 지지구조가 합리적으로 됨과 함께, 가는 지름이 되는 제1 출력축 상에 제1 전기모터를 배치하여, 제1 전기모터의 용량을, 콤팩트한 구조로 확보할 수 있다.
청구항 7에 관련된 본 발명에 의하면, 본(本) 하이브리드 구동장치를 FR타입의 자동차에 탑재하여, 연비가 좋은, 진동을 경감한 정숙성이 뛰어난 자동차를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 내연엔진으로부터의 동력을 입력하는 입력축과,
    상기 입력축과 1축 상에 정렬하여 배치되고 또한 구동차륜에 연동하는 출력축과,
    상기 1축 상에 배치되고, 스테이터와 로터를 가지는 제1 전기모터와,
    상기 1축 상에 배치되고, 상기 입력축에 연결하는 제1 회전요소와, 상기 제1 전기모터의 로터에 연결하는 제2 회전요소와, 상기 출력축에 연결하는 제3 회전요소를 가지는 동력분배용 플래니터리 기어와,
    상기 1축 상에 배치되고, 스테이터와 로터를 가지는 제2 전기모터와,
    상기 1축 상에 배치되고, 상기 제2 전기모터의 로터의 회전을 변속하여 상기 출력축에 전달하는 변속장치를 구비하고,
    상기 제1 전기모터, 상기 동력분배용 플래니터리 기어, 상기 제2 전기모터, 및 상기 변속장치를, 케이스부재에 수납함과 함께, 상기 동력분배용 플래니터리 기어를 최전단측으로 하여 상기 1축 상에 정렬하여 배치하고, 또한 상기 케이스부재에 상기 제1 전기모터 및 상기 제2 전기모터의 상기 스테이터를 고정하고,
    상기 출력축을, 제1 출력축 및 제2 출력축으로 분할함과 함께 일체로 회전하도록 결합하여 이루어지고,
    상기 제1 출력축에 상기 동력분배용 플래니터리 기어의 상기 제3 회전요소를 연결하고, 또한 상기 제2 출력축에 상기 변속장치를 연결한 것을 특징으로 하는 하 이브리드 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 출력축 및 상기 제2 출력축의 양단부분을, 상기 케이스부재에 일체인 지지부에 베어링부재를 통하여 직접 또는 간접적으로 지지하여, 이들 제1 및 제2 출력축을 양쪽에서 지지한 구조로 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 전기모터를 상기 1축 상의 최후단에 배치하고,
    상기 케이스부재의 후단부분에, 차체(車體)에 마운트(mount)할 수 있는 마운트 장착부를 설치한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1축 상에, 전단측부터 차례로, 상기 동력분배용 플래니터리 기어, 상기 제1 전기모터, 상기 변속장치, 상기 제2 전기모터를 배치한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 출력축을, 상기 제1 전기모터의 상기 로터를 지지하는 상기 케이스부재의 전(前)격벽 및 후(後)격벽으로 지지하고,
    상기 제2 출력축을, 상기 제1 전기모터의 상기 후격벽과, 상기 제2 전기모터의 상기 로터를 지지하는 후벽(後壁)으로 지지한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 출력축에 비하여, 상기 제2 출력축을 굵은 지름으로 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치.
  7. 전(前)차륜 및 후(後)차륜에 의해서 현가(懸架)되는 차체와,
    상기 차체에 탑재되는 내연엔진과,
    상기 차체에 탑재되는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 기재된 하이브리드 구동장치를 구비하고,
    상기 내연엔진의 출력축을 상기 1축 상에 정렬하고 또한 이 1축을 차체의 전후방향으로 향하도록 하여, 상기 차체의 전방부터 차례로, 상기 내연엔진, 상기 하이브리드 구동장치를, 배치하고,
    상기 하이브리드 구동장치의 상기 입력축을 상기 내연엔진의 출력축에 연결함과 함께, 상기 하이브리드 구동장치의 상기 출력축을 상기 후차륜에 연동한 것을 특징으로 하는 자동차.
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