KR100696743B1 - 구동 트레인 - Google Patents

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KR100696743B1
KR100696743B1 KR1020007005009A KR20007005009A KR100696743B1 KR 100696743 B1 KR100696743 B1 KR 100696743B1 KR 1020007005009 A KR1020007005009 A KR 1020007005009A KR 20007005009 A KR20007005009 A KR 20007005009A KR 100696743 B1 KR100696743 B1 KR 100696743B1
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KR
South Korea
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drive
electric machine
gear
clutch
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KR1020007005009A
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라스즐로 만
볼프강 라이크
브루노 뮐러
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루크 라멜렌 운트 쿠플룽스바우 베타일리궁스 카게
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    • 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
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/66—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60K6/22—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/36—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
    • B60K6/365—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings with the gears having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
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    • B60K6/38—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K6/387—Actuated clutches, i.e. clutches engaged or disengaged by electric, hydraulic or mechanical actuating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
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    • B60K6/22—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/405—Housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • 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
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/445—Differential gearing distribution type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/543—Transmission for changing ratio the transmission being a continuously variable transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/02—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of driveline clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60K6/22—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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Abstract

본 발명은 구동 샤프트를 가지는 구동 유닛, 출력 유닛과 이 장치와 상호 작용하는 전기 기계로 구성된, 특히 자동차용 구동 트레인에 관련된다.

Description

구동 트레인{DRIVE TRAIN}
본 발명은, 구동 축을 가지는 내연 기관과 같은 구동 유닛, 구동 트레인과 활성 연결되는 적어도 하나의 전기 기계뿐만 아니라, 기어 입력 축을 가지는 기어박스와 같은, 입력 축을 가지는 출력 유닛 및, 구동 샤프트와 출력 유닛의 입력 샤프트 사이에서 힘을 전달하도록 장착되고 출력 유닛으로부터 구동 유닛을 연결하고 분리할 수 있는 적어도 하나의 클러치로 구성된, 특히 자동차용 구동 트레인에 관련된다.
이런 종류의 장치는 전기 모터와 내연 기관을 가지는 혼성 구동부로서 DE OS 32 30 121에서 공지되어 있고 시동 제너레이터를 가지는 내연 기관으로서 DE PS 41 12 215에 공지되어 있다.
전기 기계는 필요에 맞게, FR OS 81 19324에서 공지된 대로 내연 기관의 회전축과 평행을 이루는 회전축에 대해서 배치되거나 - 예를 들어 DE OS 33 35 923에서 공지된 것처럼 - 내연 기관의 회전축 둘레에서 동축으로 배치된다.
시동 거는 동안 전기 기계의 제한된 토크를 더 잘 이용할 수 있도록 벨트 구동부, 마찰 휠 조립체, 쌍을 이룬 기어 휠 등과 같은 활성 연결부는 대체로 병진 운동하여서 전기 기계는 내연 기관과 같은 구동 유닛보다 더 빠르게 회전한다. 내 연 기관이 작동하고 전기 기계가 동력 발생기로서 작동할 때, 기어박스의 사용을 필요로 하는 이상적인 변속 비율과 효율도를 높이기 위해서 전기 기계를 작동하는 것이 유리하다.
이 목적으로 유성 기어를 포함하는 장치가 DE PS 41 12 215에서 설명되는데 여기에서 변속율은 클러치를 통하여 바깥쪽에서 통제되고 상기 클러치는, 송신기와 제어 장치가 중량과 비용을 증가시킬 때 추가로 필요로 하는 단일-트랙 모터에 의해 옮겨진다.
본 발명의 목적은 전술한 유형의 구동 트레인을 개선시켜서 비용면에서 보다 효율적이고 변속 비율 전환이 용이하며, 가능한 한 어떤 변화도 일으키지 않으면서 실행될 수 있는 구동 유닛의 하우징에 간단히 끼워 맞추어지고 활성 연결부의 유효 수명을 증가시킨 활성 연결부를 전기 기계와 구동 유닛 사이에 제공한다.
이것은, 모터 및 제너레이터로서 사용될 수 있고 구동 트레인과 활성 연결된 적어도 하나의 전기 기계뿐만 아니라 구동 샤프트, 내연 기관과 같은 구동 유닛을 포함하는 특히 자동차용, 구동 트레인에 의해 달성되는데 전기 기계와 구동 트레인 사이의 활성 연결부는 변속 비율을 자동으로 조절하는 적어도 두 단계를 가지고 이 단계는 시동 및 조작 상태로 세분되는 전기 기계의 작동 모드에 따라 달라진다.
동기화, 비동기화 또는 자기저항 원리로 작동될 수 있는 본원의 사상에 따른 전기 기계는 유리하게도 샤프트에 장착될 수 있고 이것은 출력축과 상이하고 내연 기관, 터빈 등으로 형성되는 구동 유닛의 출력축과 평행을 이룬다. 부조립체가 구 동되는 것과 반대로 구동 샤프트의 단부에서 또는 구동 유닛과 출력 유닛 사이의 구동 샤프트 및 전기 기계 사이에 활성 연결부를 제공하는 것이 유리한데, 전기 기계를 포함한 다수의 부조립체를 위해 단 하나의 벨트 구동부가 유리하다.
상기 활성 연결부는 벨트 접촉 장치를 통하여 마찰 잠금 결합되어 연결되는 한 쌍의 전동 디스크로 구성될 수도 있다. 이 전동 디스크는 공지된 벨트 디스크이고 벨트 접촉 장치는 벨트이며 특히 유리하게도 큰 토크 변속 비율에 대해 쌍을 이룬 원추형 풀리가 제공되고, 벨트 접촉 장치로서 체인은 두 개의 원추형 풀리 휠 사이에 마찰 연결부를 형성한다. 그리고 활성 연결부는 적어도 한 쌍의 서로 맞물린 기어휠 또는 마찰 휠로 형성되고 각 쌍의 기어휠 또는 관련된 벨트 접촉 장치를 가지는 각 쌍의 전동 디스크는 각각의 변속 비율 단계에 제공된다.
본 발명에 따른 구동 트레인은, 전기 기계가 시동기로서 사용되지만 다른 용도로서도 이용될 수 있도록 적절히 적용될 수 있다. 이 목적으로 전기 기계의 출력 동력 특성은 설계되어서 이것은 제너레이터와 시동기로서 작동할 뿐만 아니라 출력 유닛으로 토크를 전달할 수도 있고, 여기에서 전기 기계를 가지는 차량의 배타적인 작동에도 적용할 수 있다.
예를 들어 변속 기어박스는, 변속 클러치를 통하여 구동 유닛으로부터 분리될 수 있는 출력 유닛으로서 변속 기어박스가 구비될 수 있는데 여기에서 전기 기계는 출력 유닛으로부터 분리되는 구동 유닛과 활성 연결되고, 필요한 곳에서 활성 연결부는 변속 기어를 구비하며 구동 유닛은 전기 기계와 기어박스로부터 분리될 수 있다. 특히 전기 기계 또는 변속기가 작동 동력의 개선된 이용을 위해 기어박 스에 고정될 때 이런 배치가 고려될 수 있고, 유리하게도 변속 기어가 아이들링(idling) 상태일 때 시동 과정이 일어난다. 이런 전기 기계는 활성 연결되는 자체 샤프트 둘레 또는 기어 입력 축 둘레에서 동축으로 장착될 수 있다. 구동 유닛과 전기 기계 사이의 활성 연결부에 대해 설명할 때 이것은 본원의 실시예에 따른 전기 기계 및, 전기 기계와 작동하는 기어 입력 축 형태인 출력 유닛 사이의 활성 연결부를 포함한다.
또 두 개의 변속 클러치 사이에 전기 기계를 장착하여서 이것은 전기 에너지를 얻고 구동 유닛의 펄스 시동에 필요한 회전 펄스를 얻는 자유 회전 전기 기계와 플라이휠 효과를 이용할 수 있도록 출력 유닛과 구동 유닛으로부터 분리될 수 있고 전기 기계는 구동 샤프트에 장착된, 플라이휠과 같은, 플라이휠 질량부를 따라 장착될 수 있다.
본원에 따르면 기어 조합을 가지는 전기 기계와 구동 유닛 사이에 활성 연결부를 장착하는데 이것은 전기 기계의 작동 속도가 여러 가지 용도에 요구되는 효율도에 보다 적합하도록 할 수 있고 하나의 변속 단계로부터 기어조합 자체를 통하여 자동적으로 다른 변속 단계로 변환되는 것을 제어할 수 있는데 다수의 변속 단계를 제공할 수 있어서 유리하다. 특히 단지 두 개의 기어 변속 단계를 가지는 실시예는 적은 구조 비용 때문에 유리하다. 이 목적으로 시동 제너레이터로서, 즉 구동 유닛의 시동을 걸고 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 장치로서 전기 기계를 사용할 때, 시동 과정을 위해 제 1 변속 단계가 제공되고 전기 에너지를 발생시키는 과정, 즉 실제 작동 모드를 위해 제 2 변속 단계가 제공된다. 제 1 변속 단계는 전기 기 계의 속도를 출력 축의 더 낮은 속도로 변환하여서 보다 높은 토크와 필요한 시동 모멘트가 달성될 수 있다. 작동 모드 중에 제 2 변속 단계는 저속으로 변환되어서 구동 샤프트의 속도는 보다 느려지거나 전기 기계의 샤프트와 동일해지고, 즉 전기 기계로부터 구동 유닛까지 변속 비율은 1:2 내지 2:1의 범위에 있다. 유리하게도 이 단계에서 어떠한 활성 변속도 발생하지 않도록 활성 연결부가 설계된다. 제 1 변속 단계에 대해 변속 비율은 3:2와 7:1 범위 내에 있다. 필요한 곳에서 전기 기계에 대해 엔진 속도를 감속하는 3:2 내지 5:1의 범위에서, 일정하게 기설정된 변속 비율을 제공할 수 있어서, 상기 엔진 속도는 전기 기계의 속도와 비교해 대응하는 변속율만큼 감소된다. 이 일정한 변속은 두 변속 단계에서 첨가될 수 있다.
가변 변속 단계를 설정하기 위해 고정 기어 또는 회전 기어와 같은 모든 종류의 기어가 제공될 수 있고, 상기 활성 연결부는 벨트 구동부, 쌍을 이룬 기어휠, 쌍을 이룬 마찰 휠, 체인 구동부 등으로 형성될 수 있고, 유리하게도 고정 기어인 경우에 활성 연결부는 적어도 한 쌍의 기어휠에 의해 형성될 수 있다.
기어박스에서 일정한 기어휠 조합 또는 힘 경로를 차단하거나 풀어주는 클러치 및 프리휠의 결합체에 의해 변속율을 제어할 수 있는데, 사용 장소에 따라 상승한 속도로 개폐되는 클러치는 바깥쪽에서 제어되지 않고 원심 분리력에 의해 연결되거나 분리될 수 있다. 또 시동기 제너레이터에 의해 발생되는 속도에 따른 전기 신호를 통하여 제어되는 전자석 클러치를 가지는 실시예가 유리하다. 따라서 두 개의 프리휠 또는 하나의 클러치 결합체 및 하나의 프리휠 또는 두 개의 클러치 결합체는 두 개의 다른 변속 단계로 움직인다.
상기 기어박스는, 기어 조합에서 속도가 변할 때, 즉 전기 기계로부터 시동 거는 동안, 구동 유닛으로부터 작동하는 동안 토크가 작동하는 방향을 통하여 변속되고, 예를 들어 제 2 변속 단계를 위한 프리휠은 시동 과정 중에 전기 기계로부터 토크가 전달될 때 로울링하고 작동 중에 구동 유닛으로부터 토크가 전달될 때 제 1 변속 단계를 위한 제 2 프리휠이 로울링한다.
본원의 사상에 따른 기어박스는 선 휠(sun wheel), 적어도 하나의 유성 휠과 중공이 있는 휠을 가지는 유성 기어로 구성되는데 상기 중공 휠은 하우징에 단단히 연결될 수 있다. 상기 웨브는 전기 기계의 샤프트에 회전할 수 있게 고정되어 연결되고 하나의 프리휠 또는 하나의 클러치는 웨브와 전기 기계 사이, 유성 휠과 전기 기계 사이에서 힘을 전달할 때 각각의 변속 단계를 위해 장착된다.
본원에 따른 또다른 유성 기어 형태는 하우징에 결합함으로써 블로킹을 통하여 제 1 변속 단계를 제공할 수 있는 축 방향으로 움직일 수 있는 중공이 있는 휠을 제시하는데, 전기 기계에 단단히 연결된 선 휠로부터, 유성 휠을 통하여 웨브와 구동 요소까지 힘을 전달할 수 있고 보다 낮은 기어, 구동 샤프트에 연결된 웨브에 결합함으로써 제 2 변속 단계로 변환할 수 있고, 여기에서 변속율은 1:1이다. 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠은 유성 기어휠의 스큐우 치형부(skew teeth)를 통하여 제어될 수 있어서 다음 토크에 의해 전기 기계로부터 구동 유닛까지 토크를 전달할 때 축방향 중공 휠은 하우징의 방향으로 움직이고 이것과 포지티브 또는 마찰 로킹 연결부를 형성할 수 있다. 만일 구동 유닛으로부터 토크가 발생한다면 축 방향 중공 휠은 포지티브 또는 마찰 로킹 연결부를 형성하는 웨브의 표면 방향으로 스큐우 치형부를 따라 움직일 수 있다. 포지티브 또는 마찰 로킹 연결부를 형성하도록 중공 휠의 측면에서 부분과 상보적인 하우징과 웨브의 접촉면에 형성된 치형부, 클로오 또는 캠과 같은 장치가 제공될 수 있다. 대응하는 마찰 라이닝을 가지는 접촉면과 같은 장치는 지지부로서 배치되거나 독립적으로 배치될 수 있고, 여기에서 마찰 면은 중공 휠이나 웨브 또는 하우징에 구비될 수 있다.
차량이 계속 움직일 때 전기 기계를 통하여 구동 유닛을 지지하는, 전기 기계의 부스트 작용에 유리하도록 출력 유닛의 방향으로 전기 기계로부터 토크를 전달하는 동안 변속 비율은 시동 과정처럼 바뀌지 않고, 시동 걸 때 속도보다 빠른 속도로 제 1 변속 단계를 로킹한다. 이 목적으로 웨브의 외주 상에서 리세스에 수용된 적어도 하나의 몸체는 중공 휠의 내주 상의 오목한 보어에서 원심력을 증가시킴으로써 보다 빠른 속도로 맞물려서 포지티브 로킹되고 비록 토크 방향이 부스트 작용을 통하여 역전될지라도 변속 단계는 로킹된다. 특히 다수의 원주를 따라 배치된 몸체가 제공될 수 있고 이것은 구형이거나 둥근 핀이어서 중공 휠의 측면에서 리세스의 가장자리는 축 방향과 방사상 방향으로 둥글려져 있다. 또 필요한 곳에서 탄성력이 조절될 때 원심력에 반해 볼을 지지하는 것은 유리하다.
동일한 식으로 기어박스는 변속 단계당 한 쌍의 기어휠로 구조될 수 있고 쌍을 이룬 기어휠은 대응하는 프리휠과 클러치를 결합함으로써 제어된다. 따라서 2단 변속 단계인 경우에 하나의 클러치 또는 하나의 프리휠은 각 변속 단계에 제공된다.
본원의 사상에 따르면 두 변속 단계를 조절하기 위해 다른 디스크 직경을 가 지는 축 방향으로 이격된 두 쌍의 전동 디스크를 가지는 패턴이 유리하고 상기 전동 디스크 각각은 분리된 벨트 접촉 장치를 가지고 구동 샤프트와 전기 기계의 샤프트에 장착되며 하나의 프리휠은 각 쌍의 전동 디스크를 위해 제공되고 두 개의 프리휠은 로울링 방향에 대해 서로 반대 방향으로 놓인다.
기어 조합의 공간 배치는 동축으로 배치된 전기 기계인 경우에 공간상 이유 때문에 회전자의 방사상 내부에서 이루어질 수 있는데 하우징에 고정된 중공 휠은 고정자로부터 형성될 수 있다. 또 전기 기계가 구동 기계의 출력축으로부터 다른 구동부 또는 출력 샤프트를 가지고 활성 연결부가 전동 디스크, 마찰 디스크 또는 기어휠과 같은 두 개의 원반형 전달 요소를 가질 때, 구동 유닛의 측면 또는 전기 기계에서 선택적으로, 전달 요소의 방사상 내부에서 배치되어서, 전기 기계는 짧은 직경으로 만들어질 수 있다. 기어박스가 전기 기계의 측부에 구비된 벨트 풀리의 방사상 내부에 장착되는 곳에서 전기 기계의 하우징은 기어박스를 위한 중공 휠이고 상기 전달 요소는 단독으로 고정된 변속기를 형성할 수 있다.
본원에 따른 또다른 형태는 전기 기계와 구동 유닛 사이에서 제동 장치 및 완충기를 사용하는 것인데, 이것은 구동 유닛과 전기 기계 사이, 특히 기어박스와 구동 유닛 사이에 장착될 수 있다. 이것은 본 발명에서 사용하기 위해 본원에 따라 구조된 공지된 구성 성분이다. 예를 들어 전기 기계의 축에 기어박스를 장착할 때 이것은 회전자의 방사상 내부에 고정되고 구동 유닛 또는 전기 기계에 따로따로 기어박스를 부착할 때 활성 연결부를 형성하는 구성 성분의 방사상 내부, 전동 디스크나 기어휠의 방사상 내부에 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 기계의 하우징 또는 구동 유닛 상의 하우징에 의해 기어박스는 고정될 수 있다. 또 이것은, 전기 기계의 샤프트나 구동 샤프트와 같은, 고정 축 둘레에서 회전할 수 있는 하우징을 장착하도록, 구동 유닛 부분에 체결 장치를 준비하거나 전기 기계가 제거된다면 특히 유리하다. 구동 샤프트에 장착하는 것은 예를 들어 설명되었지만, 전기 기계의 샤프트에 장착하는 것도 포함되고 적용 용도 및 구조 공간의 구성에 따라 유리하다.
이런 형태의 기어조합은 정적 평형 상태에 대해 결정되지 않았고 본 발명에 따라 제공될 수 있어서 하우징은 구동 축상에서 회전할 수 있게 장착되고 하우징은 벨트 인장 장치가 장착되는 벨트 접촉 장치의 방향으로 레버 아암을 포함한다. 상기 하우징은 접촉 장치에 존재하는 토크에 따라 유지될 수 있으므로 기본 인장을 가지는 접촉 장치의 토크에 따른 인장을 보장한다. 베어링 상의 굽힘력은 아주 작고 베어링의 유효 수명은 연장될 수 있으므로 접촉 장치와 동일한 축 방향 높이에서, 즉 접촉 장치의 평면에서 로울링 베어링 등을 수단으로 전동 하우징 또는 전동 디스크의 베어링을 제공하는 것이 유리하다. 비용면에서 가장 유리한 변속기를 생산하기 위해 - 다른 실시예에서- 미끄럼 베어링과 같은 간단한 구조의 베어링은 구동 유닛의 시동을 걸도록 변속 단계를 위한 플라스틱 베어링 등의 사용을 통하여 달성될 수 있다. 왜냐하면 이 과정은 제너레이터 조작과 비교해 비교적 짧고 마모가 덜 되기 때문이다.
가능한 다른 베어링 구조는 전동 디스크 축과 구동 축을 분리하여서, 한 쌍의 기어휠을 통하여 힘-로킹 작동시 두 축은 함께 연결된다. 이 목적으로 변속기 하우징은 두 축 상에서 회전할 수 있게 장착되고 상기 변속 기어는 구동 샤프트 둘레에서 구성될 수 있다. 토크가 변속기 기어에 적용될 때 변속기 디스크는 구동 샤프트의 회전점 둘레에서 떨어져 움직이지만 접촉 장치의 장력에 의해 유지된다. 전동 디스크 축과 구동 샤프트 축 사이의 거리 d는 작게 선택되어서 안전성을 고려할 때 전동 디스크 축이 완전히 회전하거나 미끄러지는 것을 방지한다. 상위의 선택 가능한 거리 d는 구조물 크기에 의해 제 1 예에서 설정되므로 20㎝〉d〉1㎝ 상태인 거리 d가 유리하다. 이 실시예에서 유성 기어는 전술한 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠과 함께 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 기어 휠 변속기는 정적 평형 상태에 대해 확정된 상태로 구조되지 않고 예를 들어 두 쌍의 기어휠은 두 변속 단계에 대해 배치되므로 두 기어 휠은 로울링 방향에 대해 서로 반대 방향에 놓인 프리휠을 수단으로 구동 샤프트에 장착될 수 있고, 대응하는 기어휠은 구동축에 대해 축방향으로 엇갈려 배치된 전동 디스크와 힘-로킹 맞물려 연결된다. 또 접촉 장치에 대해 전동 디스크가 유지된다.
금속이나 플라스틱 또는 이 결합체로 변속기의 기어휠 또는 변속기와 같은, 구동 트레인의 필수 구성 성분을 제조하는 것이 유리하다. 그리고, 하우징, 커버 및 플랜지와 같은 부분은 펀칭되고, 프레싱되며 디이프-드로잉될 수 있다. 제조 조건의 요구에 따라 연결 장치와 같은 스크류, 리벳, 용접 또는 스테이킹을 사용하는 것이 유리하다.
본 발명에 따르면 벨트 풀리 측부로서 제공된, 동축의 구동 샤프트 측부에 전기 기계를 장착하는 것이 유리하다. 변속 기어와 이격된 구동 샤프트의 측면에 전기 기계를 배치하는 것은 구동 유닛과 변속기 사이에서 축 방향으로 전기 기계를 동축으로 배치하는 것과 이 측부에서 축 방향으로 평행을 이루는 배치와 비교되는 대응하는 구조와 관련해 유리하다.
따라서 전기 기계의 회전자는 그 질량에 따른 관성 모멘트로 플라이휠을 작동할 수 있어서 변속기에 장착된 플라이휠은 클러치 마찰 면을 제외한 변속 기어인 경우에 제거될 수 있어서, 구동 트레인에서 작동하는 완충 장치는 변속기에서 구동 샤프트의 단부나 전기 기계의 영역에 제공될 수 있다. 비틀림 진동 댐핑 장치는 구동 샤프트와 전기 기계의 회전자 사이에 힘을 전달하도록 변속될 수 있으므로 이것은 비틀림 진동으로부터 절연되거나 기존의 회전자 질량부를 통하여 비틀림 진동시키는 경우에 구동 샤프트 상의 비틀림 변형은 분리시킴으로써 감소될 수 있다. 한편으로는 원주 방향으로 작용하는 에너지 어큐뮬레이터가 예를 들어 필요한 질량에 대해 최적인 플라이휠과 같은, 구동 샤프트와 직접 결합된 질량부에 의해, 2차 질량부로서 회전자 질량부에 의해 편향되고 서로에 대해 회전할 수 있으며 전술한 포지티브 특성을 가지는 공지된 이중-질량 플라이휠 효과를 발생시키고, 구동 트레인의 공명 속도는 아이들링 속도 이하의 범위로, 구동 영역의 바깥쪽으로 움직일 수 있다. 예를 들어 전기 기계를 통하여 구동 유닛의 시동을 거는 동안이 아니라 구동 작동할 때, 특정 작동 모드 중에 또는 구동 샤프트와 회전자 사이의 기설정된 변속 단계인 경우에 구동 트레인의 작동 부분에서만 댐퍼를 작동하는 것이 유리하다.
또 제동기와 평행하게 크랭크샤프트 완충기를 작동하는 것이 유리하다. 상기 회전자 질량부는 다른 실시예에서 완충 질량부로서 사용될 수 있다. 회전자와 구동 샤프트 사이의 연결부의 제동 및 회전 강도는 구동 샤프트의 실제 진동수에 적합하게 설정될 수 있다.
비틀림 진동 댐퍼와 크랭크샤프트 완충기를 가지는 일체형 구조 유닛에서 구동 샤프트와 회전자 사이에 변속 기어를 제공하는 것이 유리한데 여기에서 상기 구조 유닛은 오일 또는 그리스와 같은 윤활제로 일부 채워질 수 있고 상기 구성 성분은 영구 윤활로 작동될 수 있다. 차량의 유효 수명동안 작동하고 사일런트 작동하도록 비틀림 진동으로부터 톱니를 형성하는 것이 유리하다.
적어도 두 개의 기어 단을 가지는 구동 샤프트와 회전자 사이에서 변속 기어는 본 발명에 따른 구조에서 예를 들어 스큐우-기어 기어휠의 이동력을 통하여, 원심력 조절을 통하여, 프리휠 등을 통하여 변속 단계 사이에서 자동으로 전환될 수 있다. 작동 상태의 결합을 통하여 다른 변속 단계가 달성될 수 있도록 작동기를 수단으로 작동되는 마찰 클러치 및 자기 스위치로 작동되는 클로오 클러치에 의해, 자기 클러치, 자기 브레이크를 수단으로 기어휠이 제동되고 연결된다는 점에서 다른 실시예는 외부에서 변속기의 활성 변환이 이루어진다. 바깥쪽에서 또는 자동으로 실시되는 변속 과정을 동기화하기 위해서, 로킹 고리 등과 같은 대응하는 동기화 장치가 사용될 수 있는데 이것은 속도에 따른 변속을 허용하고 상기 전기 기계는 활성 제어부에 의해 동기화 속도를 조절하는데 사용될 수 있다. 이 목적으로 변속기에서 고속으로 변속하기 전에, 즉 전기 기계의 고속에서 저속으로 변속하기 전에 전기 기계는 아래로 조절되어서 동기화 과정 중에 이것은 거의 같은 속도로 새로운 변속기의 키이 연결부를 형성하는 변속기 기어의 구성 성분의 회전 부품을 더 빠르게 할 수 있다. 동일한 방식으로 변속기를 저속으로 변속하기 전에 전기 기계의 동력과 그 속도는 일시적으로 전환함으로써 위로 조절될 수 있어서 포지티브 로킹을 수단으로 새로운 변속 단계를 형성하는 두 구성 성분의 다른 속도는 최소화되고 낮은 회전 전기 기계의 기대되는 드래그 토크는 보상되고 전기 기계는 저속 회전 구성 성분에서 구동부로서 가속 작용한다.
1㎾ 내지 2-3㎾ 범위 내에 있는, 전기 기계에 의해 동기화하는데 필요한 동력의 점프는 관련된 동기 속도 및 동기 모멘트로부터 발생된다. 동기화하는 동안 변속을 일으키는 구성 성분의 속도는 정의에 의해 비슷해지므로, 동력에서 점프 현상은 동기화가 시작될 때 최대이다. 클러치와 변속 성분으로 이루어진 구조 형태에 의해 결정된 동기화시에 토크는 가속되는 질량부의 질량 관성에 의해 결정되고 기어 조합의 전동 함수인 각 속도 변화에 의해 결정된다.
전기 기계의 부스트 동력 레벨은 이 때 작동 상태에 따라 달라진다. 만일 이것이 예를 들어 최대 동력을 공급한다면, 이것은 기본적으로 제너레이터 토크를 높일 수 없다. 이 경우에 예를 들어 변속 과정 이전에 배터리를 통하여 다른 소비 또는 공급의 작동을 멈추게 함으로써, 제너레이터 동력을 낮추어줌으로써 달성하는 것이 유리하다. 상기 전기 기계는 동기화 하는 동안 높은 토크를 적용할 수 있는 위치로 설정되는데, 여기에서 전압은 커패시터에서 다른 전기 소비를 제한하지 않도록 충전 전압 이상으로 유지될 수 있다.
변속 단계를 형성하는 두 구성 부품의 키이로 연결된 부분을 구성하도록 가능한 최저 기울기로 전기 기계를 수단으로 동기화 속도를 개시할 수 있다는 점에서 소프트 동기화 과정이 달성될 수 있다.
이것은 전기 기계의 낮은 속도에서 높은 속도로 변환하는 동안 적용하는데 이것은 추가 소비를 인위적으로 작동함으로써 토크를 증가시켜서 변속할 때 부하를 제거한다. 전기 기계가 자동화 작용으로 바뀐다는 점에서 더 큰 효과가 달성될 수 있다. E-기계가 보다 낮은 효율도로 작동할 수 있다는 점에서 더 높은 성능 커패시터가 달성될 수 있다.
빠른 속도로 변환될 때에도 운전자를 위해 가능한 한 원활하게 변속 과정을 실행할 수 있도록 조작하는 동안, 즉 운전 모드에서 변환 속도를 바꿀 수 있다. 예를 들어 배기 가스 터보 충전기를 가지는 모터인 경우에 배기 가스 충전 압력의 운동 에너지를 통하여 크게 증가되는 속도로 설정될 수 있어서, '터보 홀'의 단부에서 증가된 가속도는 변속 과정에 사용되고 동기화 과정 중에 전력 손실을 보상할 수 있다.
구동 트레인, 특히 본 발명에 따른 구동 트레인은 감속 과정 중에 구동 시스템으로 기계 에너지를 공급할 수 있어서 유리한데 이 기계 에너지는 예를 들어 회전자 질량부에서, 플라이휠 내의 회전 에너지로서 기계적으로 저장될 수 있고 다음 가속 과정 또는 내연 기관의 시동 과정을 위해 활용할 수 있으며 전기 에너지로 변환에 의해 저장된다. 타력 주행하는 동안, 개별적으로 또는 결합해서 적용될 수 있는 다음과 같은 유리한 방법을 통하여 구동 유닛의 드래그 토크를 감소시키도록, 전기 기계가 내연 기관으로부터 클러치에 의해 분리될 수 없을 때처럼, 회복 상태에서도 내연 기관과 같은 구동 유닛의 구동 샤프트는 회전한다:
- 타력 주행할 때 밸브의 강제 개방에 의해 부하를 바꾸고 죄어지지 않은 영역을 통하여 손실을 감소시킨다. 이것은 전기 기계, 전자기, 유압 및 공압 밸브 작동인 경우에 달성될 수 있다. 그러나 원칙적으로 기계 고정 부재의 사용이 유리할 수도 있다.
- 'E-가스'를 가지는 차량인 경우에 기존의 세팅 부재를 수단으로, 스로틀 밸브를 개방함으로써 스로틀 손실을 감소시킨다.
- 벨트-구동되거나 전기 오일 및 물 펌프를 사용함으로써 2차 조립체의 마찰력을 감소시킨다. 손실을 최소화하면서 타력 주행하는 동안 필요할 때 작동하도록 특성 장에 의해 제어되는 전기 구동인 경우에 오일 펌프와 물 펌프가 작동될 수 있다.
- 크랭크샤프트에 의해 직접 구동되지 않은 밸브 구동부를 사용하고 타력 주행하는 동안 전원을 끌 때 마찰력을 중단시킨다.
- 변속기를 조절함으로써 엔진 속도와 함께 증가하는 드래그 동력을 제한한다. 예를 들어 무단 변속기(CVT, 동력 하이브리드 변속기)의 계단식 자동조작 또는 자동화된 수동 변속 변속기를 통하여 쉽게 변속기를 세팅할 수 있는데, 이 변속기 조절은 전기 기계의 변속 비율이나 여기에서 발생하는 최적 작동점(조작 속도)에 따라 낮은 드래그 동력에 대해 실행될 수 있고, 하나의 제어 유닛에서 두 값을 평가함으로써 최적 변속 비율을 결정할 수 있다.
- 예를 들어 전기 가열기, 압축기 등과 같은 편안함이 감소되는 것이 즉시 영향을 미치지 않고 차량 안정성을 위해 작용하지 않는다면, 2차 조립체와 소비자의 동력 발생을 제한하거나 정지시킴으로써 타력 주행 상태에서 드래그 동력을 감소시킨다. 제어 유닛을 수단으로 소비부분을 작동시키거나 멈추도록 공통의 인터페이스를 통하여 소비 부분을 상호 연결하는 것이 유리하다. 에너지면에서, 낮은 특정 연료 소비와 높은 평균 압력 하에서 작동되는 동안 내연 기관은 작동될 수 있다.
시동 발생기와 내연 기관을 가지는 구동 트레인에 대해 비용 때문에 상기 조립체는 클러치에 의해 상호 분리될 수 없고, 내연 기관의 드래그 동력 또는 드래그 토크는 다음의 특징 중 하나 또는 여러 특징들에 의해 감소될 수 있다는 점에서 회복력을 높이는 것이 유리하다:
- 압축 및 팽창 손실 감소;
- 타력 주행할 때 제어 및 스로틀 부재에서 흐름 저항을 최소화함으로써 부하 변화 손실을 감소시킨다;
- 예를 들어 내연 기관에 의해 구동되지 않은 타력 주행 밸브 구동부 및 오일 또는 물 펌프와 같은, 내연 기관과 관계없는 2차 조립체를 사용함으로써 마찰력을 감소시킨다;
- 예를 들어 전기 가열기, 기후 제어 장비 등과 같은 절대적으로 필요로 하지 않는 소비 부분의 스위치를 끈다.
전자-기계, 전기-자기, 유압 또는 공압에 의해, 원칙적으로 타력 주행하는 동안 밸브 구동부를 작동하기 위한 기계, 세팅 부재를 수단으로 타력 주행하는 동안 밸브를 강제 개방함으로써 부하를 바꾸고 고정되지 않은 영역을 통하여 손실을 줄일 수 있어서 유리하다. 스로틀 손실은 'E-가스'와 같은 자동 스로틀 밸브 세팅 부재를 가지는 스로틀 밸브를 개방함으로써 줄일 수 있다. 전기로 작동되는 2차 조립체의 마찰력은 특성 장에 의해 제어되는 작동 모드에 의해 손실을 줄이면서 타력 주행하는 동안 작동될 수 있다. 왜냐하면 밸브 구동부의 마찰력은 타력 주행하는 동안 스위치를 내렸을 때 떨어질 수 있기 때문이다.
견인력은 내연 기관의 속도 증가와 더불어 증가하므로 보다 큰 변속 비율 방향으로 CVT-자동화 수동 변속 변속기, 단계식 자동 기어 조합 또는 동력-브랜치 하이브리드 변속기와 같은, 기어조합의 변속 비율을 제공하도록 타력 주행할 때 유리하고, 여기에서 전기 기계의 최적 작동 점과 일치하여 변속이 일어나고 경제적으로 최상의 변속 비율 세팅에 대해 대응하는 제어부를 수단으로 두 매개변수가 설정될 수 있다.
차량 안정성을 위해 직접적인 역할을 하지 않고 편안함의 상실에 의해 분명해지지 않는 소비 부분과 2차 조립체를 모두 정지시킬 때까지 동력 발생은 예를 들어 CAN 버스와 같은 중심 커뮤니케이션 시스템에 의해 제어될 수 있고, 전류 소비 부분은 우선적으로 조절되어서 낮은 특정 연료 소비와 높은 평균 압력 하에서 작동하는 동안 내연 기관은 작동될 수 있다.
본 발명은 도 1-21을 참고로 상세히 설명될 것이다:
도 1a-d 는 본 발명에 따른 구동 트레인의 가능한 배치를 보여준다;
도 2 는 두 프리휠이 본 발명에 따른 전기 기계의 샤프트에 장착되었을 때 변속 기어의 단면도;
도 3 은 프리휠과 클러치를 가지고 전기 기계의 샤프트에 장착된 본 발명에 따른 변속 기어의 단면도;
도 4 는 직경이 다른 두 쌍의 전동 디스크를 가지고 크랭크샤프트에 장착된 본 발명에 따른 변속 기어의 단면도;
도 5 는 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠을 가지고 구동 샤프트에 장착된 본 발명에 따른 변속 기어의 단면도;
도 6 은 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠과 정적 평형 상태에 대해 비정의 구동 축에 장착된 본 발명에 따른 변속 기어의 단면도;
도 7 은 장력 장치를 가지는 한 쌍의 전동 디스크를 나타낸 도면;
도 8 은 구동축에 대해 축 방향으로 엇갈려 배치된 구동 샤프트의 측면에 놓인 전동 디스크와 크랭크샤프트에 장착된 본 발명에 따른 원주 방향의 변속 기어를 나타낸 단면도;
도 9 는 구동 축에서 축 방향으로 갈라진 구동 축의 측부 상에 전동 디스크를 가지는 크랭크샤프트에 장착된 본 발명에 따른 스퍼어 휠 기어를 나타낸 도면;
도 10 내지 17 은 본 발명에 따라 설계된 가능한 대상물의 배치 및 구조를 나타낸 도면;
도 18 은 변속 단계의 외부 로킹을 나타낸 도면;
도 19 는 본원의 다른 실시예에 따라 개선된 효율성을 가지고 구동 축에 장착된 변속 기어를 나타낸 도면;
도 20 은 구동 축 둘레에서 동심으로 장착된 전기 기계를 가지는 실시예를 나타낸 도면;
도 21 은 도 20에 나타낸 배치의 정밀도;
도 22와 23 은 변속 기어에 포함된 전기 기계의 실시예를 나타낸 도면; 및
도 24a- 24c 는 회복하는 동안 전기 기계를 제어하기 위한 방법을 나타낸 도면.
도 1a-1d는 예를 들어 시프트 기어, 자동 스텝 기어 또는 무단 변속기(CVT)처럼, 출력 유닛(6,6',6",6'")의 입력 축(5,5',5",5'")과 클러치(4,4',4",4'")에 의해 결합될 수 있는 구동 축(3,3',3",3'")을 가지고, 내연 기관과 같은, 구동 유닛(2,2',2",2'")을 가지는 구동 트레인(1,1',1",1'")의 가능한 배치 방법을 보여준다. 도 1a-1c의 실시예에서 전기 기계(8,8',8",8'")는 구동축(3,3',3")에 연결되고 도 1c에 나타낸 실시예에서 토크 방향에 따라 작동으로 변속하는 변속 기어(9,9',9",9'") 및, 다음 토크를 전달하는 활성 연결부(7,7',7",7'")를 수단으로 입력축(5'")에 연결된다.
도 1a의 실시예에서 활성 연결부(7)는 구동 축(3) 둘레에서 클러치(4)와 구동 유닛(2) 사이에 장착되고 구동 유닛(2)으로부터 변속기(9)를 통하여 전기 기계(8)까지 다음 토크를 전달하고 전기 기계(8)가 토크를 제공할 때에는 반대로 전달한다. 도시되지 않은 본원의 실시예에서 상기 변속 기어(9)는 구동 축(3)에 장착되고 활성 연결부(7)는 전기 기계(8)의 샤프트(8a)와 직접 회전 로킹되어 결합된다. 상기 전기 기계(8)는, 구동 트레인(1)이 설치되는 자동차의 다른 고정된 구성성분이나 구동 유닛(2)과 고정 부분(8b)에 의해 직접 연결된다. 활성 연결부(7)는 벨트와 결합된 벨트 풀리를 가지는 벨트 구동부로서, 예를 들어 체인이나 마찰 또는 기어휠 변속기등과 같은, 접촉 장치와 원추형 풀리 휠을 가지는 구동부로서 형성될 수 있다. 상기 변속 기어(9)는 전기 기계(8)나 구동 유닛(2)의 하우징 또는 자동차의 다른 고정된 구성 성분에 고정될 수 있고 구동 샤프트(3)와 전동 축 사이에서 축 방향 파상 배치로 형성된 레버나 하우징을 가지는 변속기로서 활성 연결부(7)에서 지지될 수 있다.
도 1b는 다음과 같은 차이점을 제외하고는 구동 트레인(1)과 동일한 구동 트레인(1')을 도시한다: 상기 전기 기계(7)는 활성 연결부(7')를 수단으로 출력 유닛(6')과 반대쪽의 구동축(3') 단부에 장착된다. 자동 변속기(9')는 이 목적으로 구동 축(3')에 장착되지만, 본원에 도시되지 않은 실시예에서 전기 기계(8')의 축 둘레에 제공될 수도 있다.
도 1c에 나타낸 실시예는 클러치(4")와 구동 유닛(2") 사이에서 힘의 방향으로 구동 샤프트(3") 둘레에서 동심 배치된 구조인 전기 기계(8")를 지지하고, 이 고정자(8a")는 구동 유닛의 하우징에 고정되고 회전자(8b)는 회전자(8b") 내부에서 방사상으로 형성되는 변속기(9")의 구성 성분인데, 여기에서 구동 샤프트(3")를 가지는 마찰 또는 기어 휠에 의해 활성 연결부(7")가 형성된다.
구동 샤프트(3"") 둘레에서 동축으로 장착된 전기 기계(8")는 -내용이 본원에 포함되는 US 4 458 156에서 설명한 대로- 출력 유닛(6")과 대향한 구동 샤프트의 단부에 장착될 수 있고 본 발명에 따르면 회전자(8b")의 외주 방사상 안쪽에서 구동 유닛(2")과 전기 기계(8") 사이의 변속 비율을 조절하기 위해 대응하는 변속기(9")를 가진다. 이 장점은 예를 들어 변속기 벨에서, 구동부와 출력 유닛(2",6") 사이의 인터페이스에서 보다 큰 변화를 제거한다는 것이다.
본원의 실시예는 도 1d에 나타나 있는데 자동 변속기(9'")는 변속 기어와 같은 출력 유닛(6'")에 포함된다. 도 1a와 1b의 예에 따라 변속기(9'")는 입력축(5'") 둘레 또는 전기 기계(8'")의 샤프트 둘레에 장착될 수 있다. 추천된 활성 연결부(7'")는 기어 조합에서 변속 기능을 가지는 한 쌍의 기어휠이다.
이런 종류의 배치는, 전기 기계가 기어 입력 샤프트 위에 바로 놓이고 활성 연결을 통하여 힘-로킹 연결되도록 한다. 변속기와 출력부 사이에 추가 클러치를 제공할 뿐만 아니라 클러치를 수단으로 내연 기관으로부터 분리될 수 있도록 전기 기계를 장착하는 것이 유리한데 상기 클러치는 변속기의 디자인에 따라 마찰 클러치 또는 확동 로킹 클러치이다.
도 2는 전기 기계의 축(110)을 따라 전동 기어(109)의 상반부를 나타낸 도면인데 본 발명에 따르면 이것은 하우징(115)에 단단히 연결되거나 변속기 하우징(115)의 내주에 형성된 중공 휠(116)과 유성 세트(114), 전기 기계의 샤프트(112)에 눌러지거나 수축 끼워 맞추어진 선 휠(113)을 가지는 유성 기어조합으로서 디자인된다. 상기 유성 세트(114)는 유성 세트(114)의 유성 휠 수와 일치 하는 액슬(118) 수를 가지는 웨브(117)에 의해 장착되고 여기에 유성 휠이 장착된다. 상기 웨브(117)는 액슬(118)을 고정하도록 방사상으로 뻗어있는 플랜지 부분(117a)을 가지고 전기 기계의 액슬(112)에 장착하기 위해 축 방향으로 뻗어있는 슬리브(117b)를 가진다.
회전 가능한 베어링을 나타낸 도시된 실시예에서 두 개의 로울링 베어링(119)이 제공되는데 이것은 이격 고리(119a)를 통하여 축 방향으로 배치되고 고정 링(119a,119c)에 의해 양 면에 고정된다. 방사상 플랜지(117a)와 대향한 웨브의 축 방향 플랜지(117b)의 단부에서 제 1 프리휠(120)은 웨브의 외주에 장착되고 전기 기계에 포함되는 벨트 풀리(121)는 프리휠에 장착되고 여기에서 상기 프리휠(120)은 벨트 풀리(121)에서 스톱(121a)으로서 사용되는 쇼울더에 반해 프레스 되고 반대쪽 면에서 고정 링(121b)을 가지는 축방향 파상 부분에 대해 고정된다. 유성 세트(114)와 이격된 벨트 풀리(121)의 한쪽 면에서 제 2 프리휠(122)은 내주에 장착되는데 이 내주에서 벨트 풀리(121)는 감소된 직경을 가지고 상기 프리휠은 전기 기계의 샤프트(112)에 직접 장착되고 이것은 샤프트(112)에 구비된 쇼울더(112a)를 통하여 한쪽 면에서 축 방향 파상 부분에 대해 고정되고 고정 링(112b)에 의해 다른 쪽 면에서 고정된다. 그루브(121)를 구비한 벨트 풀리(121)의 마찰 면은 벨트를 고정하고 이 벨트는 전기 기계로부터 구동 샤프트 상의 벨트 풀리까지 다음 토크를 전달한다.
변속기(109)의 하우징(115)은 웨브(117)에 의해 완성되므로 유성 세트(114)와 로울링 베어링(119)은 닫힌 공간에서 기름을 치거나 오일욕을 통과할 수 있는데 웨브(117), 하우징(115)과 샤프트(112) 사이의 틈은 씨일(124,125)을 통하여 밀폐된다.
체결 플랜지 또는 체결 요크(126)는 나사로 고정되거나, 리벳으로 고정되거나 전기 기계를 향하고 있는 하우징(115)에 용접되고, 바깥쪽 면에 방사상으로 형성된 리세스(126a)를 수단으로 변속기(109)는 전기 기계의 중심에 놓여 결합된다.
만일 토크가 구동 축의 방향으로 전기 기계에서 공급된다면 제 2 프리휠(122)은 로울링되고 토크는 샤프트(112)로부터 유성 세트(114)를 통하여 웨브(117)까지 전달되고 구동 축으로 이동하기 위해 여기에서 프리휠(120)을 통하여 벨트 풀리(121) 안으로 전달된다. 저속으로 변속되어서 전기 기계는 보다 빠른 속도와 감소된 토크로 구동 유닛의 시동을 걸 수 있다. 이 과정을 보조하기 위해서 저속으로 변속하는 것은 벨트 풀리 직경을 선택함으로써 이루어질 수 있다.
전기 기계의 방향으로 구동 유닛으로부터 토크가 이동하는 경우에 토크는 벨트 풀리(121)로부터 직접 프리휠(122)을 통하여 전기 기계의 샤프트(122)로 전달되고 이것은 작동 모드에서 전류를 발생시킬 수 있는 어떠한 전동 장치 없이 구동된다. 상기 프리휠(120)은 로울링된다.
도 3은 도 2의 제 1 프리휠(120) 대신에 전자석(227)을 통하여 제어되는 클러치(220)를 사용함으로써 변속기(109)를 개조한 변속기(209)를 도시한다.
이 목적으로 상기 전자석(227)은 하우징(215)에 회전할 수 있게 고정되어 연결된 하나의 고리형 코어(229)에 의해 둘러싸여 있고 전자석(227)에 외부 전원을 공급하는 압입-끼워맞춤 연결부(228)를 외주에 가지며 전기 기계에서 전류 방향에 따라 전자석(227)을 개폐하는 제어선을 가진다. 코어(229)는 고정 링(230a,230b)에 의해 각 면의 축 방향 파상 배치 부분에 대해 고정된 베어링(231)을 수단으로 클러치 플랜지(231)에 회전할 수 있게 장착된다. 상기 클러치 플랜지(231)는 샤프트(212)의 중심에 배치되고 전기 기계의 샤프트(212) 그루브(212a)에 맞물리는 공차 스프링을 수단으로 회전할 수 있게 고정되어 연결된다.
클러치 플랜지(231)의 방사상으로 정렬된 부분은 클러치(220)의 접촉 압력판(231a)을 구성하고 클러치(220)와 맞물려 있는 동안 샤프트(212)의 중심에 배치된 압력판(233)에서 단부에 구비된 클로오(220b)와 힘-로킹 결합부를 형성하는 외주 클로오(220a)의 영역에서 단부에서 지지된다. 전자석이 작동하고, 접촉 압력판이 틈(227a)을 통하여 자성을 가지게 될 때 클러치(220)의 연결 과정 동안 상기 압력판(233)은 접촉 압력판(231a)까지 축 방향으로 위로 움직인다. 축 방향으로 작동하는 에너지 어큐뮬레이터를 통하여 전자석(227)의 스위치를 내렸을 때 압력 판은 분리된다.
힘이 전달되는 동안 압력 판(233)은 축 방향으로 움직일 수 있게 연결되고 축 방향으로 튀어나온 노우즈(233a)의 내주에 눌려있는 치형부(233b)를 수단으로 선 휠(213)과 회전할 수 있게 연결되고, 상기 선 휠은 축 방향으로 정렬된 플랜지 부분(213a)을 수단으로 샤프트(212)에서 회전할 수 있게 장착되고 플랜지의 내주에 로울링 베어링(212b)이 끼워 맞추어진다. 기어 림(213b)은 플랜지(213a)의 외주에 제공되고 유성 세트와 맞물린다. 유성 세트를 위한 액슬(218)은 벨트 풀리(221)에 직접 연결되고 상기 벨트 풀리는 유성 세트(214)를 위한 웨브를 형성한다. 하우징(215)은 유성 세트(214)와 축방향으로 평평하게 방사상으로 넓혀지고 내부 치형부(216)와 변속기(209)의 중공 휠을 형성한다.
상기 벨트 풀리(221)는 고정 링(221b,221c)과 축 방향으로 고정된 프리휠(222) 및 베어링(219)을 수단으로 샤프트(212)에 장착된다. 하우징은 씨일(223,224,225)에 의해 벨트 풀리(221) 및 샤프트(212)로부터 밀폐된다.
예를 들어 구동 유닛을 시동 거는 동안 클러치가 닫혀 있을 때, 프리휠(222)은 로울링하고 구동 유닛은 선 휠(213), 유성 세트(214) 및 벨트 풀리를 통하여 전기 기계에 의해 저속으로 설정된 속도로 작동하기 시작한다. 만일 구동 유닛의 속도가 상승한다면 예를 들어 전류가 전기 기계에서 변할 때처럼 정확하게 설정된 지점에서, 클러치(220)는 분리될 수 있고 구동 유닛으로부터 도달한 토크는 프리휠(222)을 통하여 공급되고 변속기 없이 기어 조합(209)을 통하여 샤프트(212)로 전달되며 전기 기계를 구동한다.
도 4는 다른 변속 비율을 가지고 벨트에 각각 연결된 두 쌍의 벨트 풀리를 가지는 토크 방향에 따라 두 변속 단계로부터 자동 조절할 때 변속기(309)에 대한 실시예를 보여주는데, 벨트 풀리(321,334)가 벨트 풀리 쌍에 포함되는 변속 기어(309)만 도시되어 있다.
변속 기어(309)의 고리형으로 축 방향으로 뻗어있는 플랜지(331)는 스크류(303a)를 수단으로 구동 유닛의 구동 축(303) 상에서 두 축 방향 단부 사이의 중심면에서 내주에서 방사상 안쪽으로 향하고 있는 플랜지에 의해 연결되는데 플랜지(331)와 구동축(303) 사이의 회전 강성은 치형부(303b)를 통하여 발생된다. 플랜지의 제 1 고리형 피이스(331b)는 구동 축(303)에 대해 축방향으로 정렬되고 제 2 피이스(331c)는 구동축(303)과 대향해 축방향으로 정렬되어서 고정 링(319a)을 수단으로 축방향 파상 부분에 대해 고정되고 사이에서 축 방향으로 놓인 로울링 베어링(319)과 제 1 프리휠(322a,322b)이 장착된 플랜지(331)의 외주에 고리형 플랫폼이 형성된다. 플랜지 부분(321a)은 플랜지(331)의 부분(331b)에서 구동축(303) 위로 방사상으로 장착된 프리휠(322a) 둘레에 제공되고, 상기 플랜지 부분(321a)은 원주 방향으로 배치된 리세스와 리벳(321a)을 수단으로 외주 영역에서 방사상 바깥쪽으로 정렬된 디스크(321)와 고리 디스크 모양의 부분(321d)을 유지하는데 이 고리 디스크 모양의 부분은, 고리형 쇼울더(321e)가 구동축(303)과 대향해 축방향으로 형성될 때 방사상 바깥쪽에서 용접부(321g)를 수단으로 벨트를 고정하기 위해 벨트 풀리 링(321f)을 유지한다. 상기 플랜지(321a)와 고리 디스크 부분(321d)은 일체형으로 형성될 수도 있다. 가능한 최고 토크를 전달할 수 있도록, 플랜지(335)는 프리휠(322b), 로울링 베어링(319) 및 플랜지(321a)의 외주에서 중심에 놓여 장착되고 외주에 대해 균일하게 이격 배치된 스크류(335a)를 수단으로 단부에서 플랜지(321a)에 연결된다. 로울링 베어링(336)은 플랜지(335)의 외주에서 방사상으로 튀어나온 쇼울더(335)에 장착되고 하우징(315)이 회전할 수 있게 장착된 고정 링(336a)에 의해 고정된다. 축 방향 파상 부분에 대해 하우징을 고정하기 위해서 밀폐하기 위해 덮개 판(315a)이 단부 면에 제공된다. 상기 커버 판은 대응하는 리세스를 구비한 하우징의 방사상 바깥쪽으로 정렬된 플랜지 부분(315c)에서 원주를 따라 배치된 스크류(315a)를 수단으로 고정되고, 축 방향으로 형성된 노우즈(315d)를 수단으로 축 방향으로 로울링 베어링(336)에서 하우징을 배치하며 씨일(324)에 의해 플랜지(335)로부터 하우징(315)을 밀폐한다. 공간을 최적 활용하기 위한 하우징은 플랜지(335,331)의 방사상 윤곽을 따르고 구동 축(303)로부터 최장거리에서 축 방향으로 당겨지며 구동축의 방향으로 축 방향으로 형성된 플랜지(337)를 형성하는데, 프리휠(320a,320b)은 플랜지(337)의 외주에 장착되고 구동축(303)에 단단히 연결된 플랜지(331)의 플랜지 부분(331c)을 유지한다. 스톱은, 세 부분이 각각 용접되는 보강 링(334)과 벨트를 고정하기 위한 벨트 풀리 링(334b), 고리 디스크 모양의 부분(334a)으로부터 형성된 벨트 풀리(334)를 위한 하우징(315) 윤곽의 중간 축 방향 영역의 방사상 돌출 쇼울더(315e)를 수단으로 형성된다.
변속 기어(309)는 다음과 같이 작동하는데 전기 기계에 의해 구동 유닛의 시동을 거는 동안 전기 기계의 벨트 풀리로부터 두 벨트까지 토크가 전달되고 구동 축 면에서 두 개의 벨트 풀리(321,334)에 토크를 제공한다. 벨트 풀리(334)와 비교해 보다 긴 직경을 가지는 벨트 풀리(321)는 전기 기계의 벨트 풀리의 동일한 직경을 가지고 보다 빠른 전기 기계의 변속 속도를 저속으로 변환할 수 있다. 플랜지(321b,321a)를 통하여 토크는 플랜지(331)와 구동축(303)으로 전달되고 여기에서 프리휠(322a,322b)은 닫혀지고 프리휠(320a,320b)은 로울링된다.
전류 발생기로서 전기 기계를 작동하는 동안 프리휠(322a,322b)은 로울링하고 프리휠(320a,320b)은 닫혀져서 구동 축(303)으로부터 발생한 토크는 플랜지(331), 프리휠(320a,320b)을 통하여 하우징(315)까지 전달되고 여기에서 벨 트 풀리(334)로 전달된다. 보다 작은 직경의 벨트 풀리(334)는 벨트 풀리(321)와 비교해 더 빠른 속도를 전기 기계에 공급하고 변속 비율을 결정하기 위해서 쌍을 이룬 벨트 풀리의 벨트 풀리 직경 비율이 고려되고 여기에서 비슷한 종류의 기본 변속 비율은 두 변속 단계의 원리를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전동 기어(409)의 실시예를 나타낸다. 이것은 지지플랜지(438)를 수단으로 구동축(403)에 장착되고 선 휠(413)에서 원형 오우프닝(413c)을 통하여 죄어지는 스크류(403a)를 수단으로 장착된다. 이 하우징(415)은 L 모양의 횡단면을 가지는 플랜지 부분(437)을 수단으로 구동 유닛의 하우징(402)에서 중심에 배치되고 스크류 서클(402a)에 의해 단단히 결합된다. 축 방향으로 뻗어있는 아암(437a)은 하우징(415)의 대응하는 리세스 안으로 밀어지고 치형부(437b)를 수단으로 회전하여 맞물려 연결된다.
상기 하우징(415)은 하우징 부분(415a,415b,415c)에서 용접되지만 나머지 구성 성분처럼 재성형 기술에 의해 형성된 일체형 부분으로 만들어질 수 있고 선 휠(413), 유성 휠(414) 및 축 방향으로 움직일 수 있는 회전 가능한 중공 휠(416)로 구성된 유성 기어 조합(409a)뿐만 아니라 완충기(440)와 제동 장치(439)를 수용한 챔버(445)를 포함한다.
로울링 베어링(419)은 하우징 부분(415b)과 플랜지 부분(415a)에 의해 방사상으로 형성된 쇼울더(415d)에 대해 플랜지 부분(415a)의 외주에 장착된다. 상기 로울링 베어링(419)은 로울링 베어링(419)을 향하여 열린 U형 횡단면을 가지는 링(419a)의 연장된 아암에서 유극 없이 축 방향으로 고정되는데 여기에서 아암은 플랜지 부분(415a)에서 중심에 배치되고 상기 링은 고정 링(419b)을 수단으로 축 방향 파상 부분에 대해 고정된다. L형 플랜지(442), 벨트 풀리(421), 중간 고리(443) 및 디스크(444)로 구성된 벨트 풀리 케이지(442)는 최소 틈(441)을 형성하면서 하우징(415)의 윤곽을 따라 하우징에 대해 회전할 수 있는 로울링 베어링(419)에 장착되고, 고정 링(419c)과 플랜지 부분(442a)에서 방사상 안쪽으로 정렬된 노우즈(442b)를 통하여 파상 부분에 대해 축 방향으로 고정된다. 상기 L형의 플랜지(442a)는 방사상 바깥쪽으로 정렬된 플랜지의 외주에서 벨트 풀리(421)를 지지하는데 이 풀리는 용접되어 고리형 구성 성분으로서 설계된다. 벨트 풀리(421)와 인접해 중간 고리(443)가 축 방향으로 용접되고 여기에 스크류(444a)를 수단으로 풀리 부분(444)이 죄어진다. 상기 풀리 부분(444)은 내주에서 축 방향으로 두 개의 측면을 가지는 보강부(444b)를 포함하는데 원주 방향으로 분배된 나사산이 있는 보어는 선 휠(413)을 죄어주기 위해 절삭되고, 이 목적으로 스크류(413b)를 죄기 위한 대응한 원형의 구멍과 방사상 바깥쪽으로 정렬된 플랜지(413a)를 포함하여서 선 휠(413)과 풀리(444) 사이에 회전할 수 있게 고정된 연결부와 씨일이 형성된다.
유성 기어조합(409a)의 웨브(417)는 액슬(418)과 사이에 끼워진 슬라이드 베어링(414a,414b)을 수단으로 유성 휠(414)을 고정하고 고정 링(436a)을 통하여 방사상으로 튀어나온 쇼울더(438b)를 통하여 축 방향으로 고정된 로울링 베어링(436)을 수단으로, 구동축(403)에 장착된, 지지 플랜지(438)의 축 방향으로 정렬된 돌출부(438a)에서 회전할 수 있게 장착된다. 웨브(417)의 외주에서 치형부(446)를 수 단으로 제동 장치(439)와 확동 고정 연결된다.
두 개의 변속 단계를 가지는 변속 기어의 작동 원리는 기존의 기하학 1:5를 기초로 저속으로 시동 거는 동안, 전기 기계로부터 벨트 풀리(421)까지 전달되는 속도를 변속하는 것이다. 이를 위해 토크는 벨트 풀리(421)로부터 디스크(444)를 통하여 선 휠(413)까지 전달된다. 상기 선 휠(413)은 스큐우 치형부(413e)를 통하여 선호적으로 세 개의 유성 휠(413)을 구동한다. 상기 웨브(417)는 제동 장치(439)를 통하여 구동축(403)에 의해 차단되어서 중공 휠(416)과 웨브(417)의 축 방향으로 정렬된 플랜지 부분(417a) 사이에서 작동하고 부하 마찰 토크를 제어하기 위해서 구비된 방사상으로 작동하는 스프링 링(449a)을 가지는 세 부분으로 이루어진 슬라이드 베어링(449)에 대해 축 방향으로 구동축(403)의 반작용력보다 낙은 힘으로 중공 휠(416)을 움직이도록 선택된 피치를 가지는 스큐우 치형부(416a)를 통하여, 상기 중공 휠(416)은 구동 축(403)에서 축 방향으로 떨어져 움직이고 중공 휠(416)과 하우징(415) 상의 클로오(claw)(416a,415d)를 수단으로 확동 고정 연결부를 형성한다. 중공 휠의 너무 큰 편향을 방지하도록 클로오(415d)의 단부에서 고정 링(415e)은 하우징 부분(415c)과 연결된다. 확동 고정 연결을 통하여 중공 휠(416)은 하우징(415)에 단단히 연결되므로 구동 축은 치형부(446)의 경로를 통하여 에너지 어큐뮬레이터(448)를 위한 베어링을 가지는 입력 부분(447)에서 출력 부분(438c)까지 유성 기어 조합(409a)의 대응하는 변속 비율로 구동되며 상기 출력 부분에서 에너지 어큐뮬레이터를 고정하고 바이어싱하기 위한 포켓(438d)이 형성되므로, 입력 부분(447)과 출력 부분(438c)은 구동 트레 인에서 발생하는 비틀림 불규칙성을 제동하기 위해 원주를 따라 일부 뻗어있는 적어도 하나의 에너지 어큐뮬레이터(448)에서 작동에 반해 서로에 대해 회전할 수 있다. 이 출력부(438c)로부터 토크는 지지플랜지(438)를 통하여 구동 축(403)에 전달되어서 상기 구동 유닛은 전기 기계와 비교해 감소된 속도로 시동을 걸 수 있다.
완충기(440)는 고리형 질량부(440)를 수단으로 비틀림 불규칙성을 흡수하도록 제동 장치(439)와 평행하게 배치되는데 상기 질량부에서 적어도 하나의 포켓(440b)은 원주 일부분을 따라 뻗어있는 적어도 하나의 에너지 어큐뮬레이터(440c)를 바이어스하고 죄어주도록 눌러지고 이 작용에 대해 질량부(440)는 입력 부분(438d)에 반해 상대 회전할 수 있는데 이 입력 부분은 용접 등에 의해 지지플랜지(438)에 결합된다.
스큐우 치형부(416a)를 통하여 상승하는 토크가 구동 축 방향에서 축 방향으로 나오기 때문에 시동을 건 후에 토크가 역전되고 구동축(403)을 구동한다면 웨브(417)는 중공 휠과 전기 기계의 관성 모멘트에 반해 움직인다. 웨브(417)와 확동 고정 연결부를 형성하도록 클로오(416c)는 단부면에 제공되고 웨브(417)의 대응하는 창 모양의 리세스(417b)와 맞물린다.
클로오(416c)가 손상되는 것을 막기 위해서, 웨브(417)가 움직이고 중공 휠(416)이 정지되어 있을 때 확동 고정 연결로 변환되므로, 로킹 고리(450)가 구비되고 이것은 외주에서 원추형 마찰 맞물림을 통하여 중공 휠(416)과 연결되고 웨브(417)의 대응하는 그루브에서 내주 상의 방사상 내향 노우즈(450a)에 의해 유극을 가지고 매달려 있다. 중공 휠(416)과 웨브(417) 사이의 속도가 동일한 경우 에 로킹 고리(450)의 축 방향으로 정렬된 기어 조합(450b)의 치형부는 -스큐우 치형부(416a)에서 발생하는 토크에 의해 조절될 때- 재설정된 축 방향으로 작동하는 에너지 어큐뮬레이터(450a)의 힘에 반해 중공 휠의 원형 홀(416d)에 맞물리고 클로오(416c,417b) 사이의 확동 고정 연결부를 형성하기 위한 경로를 릴리스한다. 토크 전달이 역전될 때 에너지 어큐뮬레이터(450c)를 수단으로 웨브(417)와 로킹 고리(450)의 축 방향 분리에 의해 부분(450b,416d) 사이의 치형부는 풀어진다.
클로오(416c)와 리세스(417b)를 수단으로 확동 고정 연결부를 형성한 후에 웨브(417)는 유성 세트와 함께 직접 회전한다. 왜냐하면 중공 휠(416)은 웨브로 차단되고 토크는 액슬(418)과 유성 세트(414)를 통하여 선 휠(413)까지, 여기에서 디스크(444)를 통하여 벨트를 통하여 전기 기계를 공급하는 벨트 풀리(421)까지 전동 장치 없이 전달된다.
전기 기계가 부스터로서 사용되어서, 자동차를 위한 단일 구동원으로서 또는 구동 유닛을 보조하도록, 출발 속도보다 속도가 빠른 경우에 전기 기계로부터 토크가 이동할 때 시동 변속으로 새로 변환되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이 목적으로 원심 분리력 장치가 사용되는데 웨브(416)의 외주에서 리세스(451)에 끼워진 원주 방향으로 분배된 보올, 중공 휠에서 대응하는 리세스(453)에서 원심 분리력의 작용 하에 맞물리는 링 세그먼트 또는 핀(452)으로 구성되고 보다 빠른 속도에서 웨브(416)와 중공 휠(417)은 단단히 함께 결합된다. 구동 유닛이 정지하면 새로 시동을 걸 때 보올(452)은 힘의 작용을 받지 않으면서 리세스(449)로 다시 움직일 수 있다. 이 과정의 종반에 리세스(449,453)의 웨지는 적절히 형성될 수 있 고, 이 형태는 축방향과 원주 방향으로 밖으로 펼쳐져 있으며, 보올은 작은 스프링에 의해 다시 프레스될 수 있다.
도 6은 아래에 기술한 특징을 가지고, 도 5의 실시예에 따른 변속 기어의 구조와 작동 방법과 대응하는 변속 기어(509)의 단면도이다.
상기 변속 기어(509)는 구동 유닛에서 하우징(515)에 죄어지지 않지만 정적 평형 상태에 대해 미정의 구조로 형성되는데, 즉 하우징(515)의 지지토크는 벨트 풀리(521)를 통하여 전기 기계의 벨트 풀리를 통하여 장력을 받는 벨트 풀리의 평면을 따라 장착된 방사상으로 뻗어있는 레버(554)를 수단으로 벨트(555)에서 지지되므로, 구동 유닛의 하우징에서 변화는 제거되고 변속 기어(509)는 구동 유닛의 구조 형태를 바꾸지 않으면서 사용될 수 있다. 이 목적으로 벨트 인장 장치(559)를 위해 축 방향으로 보강된 통로(556)는 샤프트(556a)를 수단으로 레버(554)의 방사상 바깥쪽 단부에 제공되는데 상기 샤프트는 샤프트(556a)에 대해 회전할 수 있는 장력 로울러(557)를 베어링(56b)을 수단으로 고정한다. 상기 장력 로울러(557)는 다음 토크와 비례하는 지지토크를 가지는 토크 방향에 따라 벨트(555)의 두 벨트 면 중 한 면에서 유지되므로, 기존의 토크가 작을 때 벨트(555)는 더 작은 부하를 받고 그 유효 수명과 베어링(519,558)의 유효 수명은 연장된다. 레버(554)는, 고정 링(515c)을 수단으로 축 방향 유극 없이 외부 치형부(515b)와 축 방향 돌출부(515a)에서 내부 치형부(554b)를 가지는 하우징(515)의 방향에서 축 방향으로 단부에 형성된 링(554a)을 수단으로 하우징(515)과 회전할 수 있게 고정되어 연결된다. 하우징(515)이 구동 유닛의 회전축 밖으로 기울어지는 것을 방지하기 위 해서 하우징(515) 및 구동축(503)과 맞물리는 지지플랜지(538) 사이의 제 1 로울링 베어링(519) 이외에 다른 로울링 베어링(558)이 제공되는데, 이 추가 로울링 베어링(558)은 벨트 풀리 케이지(543)에 대해 회전할 수 있게 하우징을 유지한다. 두 로울링 베어링(519,558)은 인장 경사 모멘트를 제거하기 위해서 벨트 풀리 RE의 평면 안쪽에 장착된다. 본 발명에 따르면 제 2 조립체는 모든 실시예에서 벨트 구동부에 포함될 수 있어서 이 경우에 경사 모멘트의 최적 경로에 의해 지지력은 개선된다. 벨트(555)를 예비 인장하는 것은 만족스러운 기능을 보장해 준다.
도 7은 벨트 구동부(759)의 실시예를 나타낸다. 에너지 어큐뮬레이터(761)는 변속기 하우징(715)에 연결된 레버(754)에 고정되고 두 개의 장력 로울러(757a,757b)를 직접 연결하는데 여기에서 에너지 어큐뮬레이터(761)는 두 장력 로울러(757a,757b)상에 견인력을 가한다. 벨트(755)의 일부 스트랜드는 각 인장 로울러(757a,757b)와 에너지 어큐뮬레이터(761) 사이로 뻗어있어서 두 개의 벨트 풀리(762,721)를 전기 기계에 장착된 벨트 풀리 액슬(703,762a)에 연결하는 벨트(755)와 구동 샤프트는 에너지 어큐뮬레이터(761)의 힘에 반해 두 면에서 예비 인장된다. 필요한 곳에서 전기 기계의 샤프트와 구동 샤프트 사이의 활성 연결부 형태로 벨트 구동부(659)에서 추가 제 2 조립체가 수용될 수 있다.
도 8에 나타낸 변속 기어(809)는 거리 d에서 벨트 풀리(821)와 구동 축(803)의 다른 두 개의 액슬(803a,865)을 가진다. 상기 벨트 풀리(821)는 액슬(865) 둘레에 장착된 외부 치형부(821e)를 가지는 스텀프(stump)에서뿐만 아니라, 유성 기어조합(809a)을 유지하도록 구동축(803)과 같은 높이로 축 방향으로 형성된 디스크(821c), L형의 플랜지(821b) 및 벨트 표면(821a)에서 방사상으로 연속해서 구조되고, 이 부분은 모두 서로 용접된다. 기어휠(813)은 내부 치형부(813a)에 의해 회전 로킹된 스텀프(821d)에 연결되고 스크류(813b)를 수단으로 고정된다. 로울링 베어링(813c)과 벨트 풀리(821)를 수단으로 기어휠(813)의 회전 가능한 베어링은 원주 방향으로 기어휠(813)을 둘러싸고 있는 하우징(815)에 형성되고, 씨일은 씨일(830)을 수단으로 구비된다. 상기 기어휠(813)은 거리 d를 보상하는 추가 기어휠(866)과 맞물리고 구동 축(803)의 액슬(803a) 둘레에 배치된 유성 기어조합(809a)을 위한 선 휠을 형성하는데, 웨브(817)상에서 액슬(818)을 수단으로 고정된 유성 휠(814)은 선 휠(866) 둘레에 장착되고, 부분(815a,815b)으로 구성된 하우징(815)은 내부 치형부(816)를 수단으로 중공 휠을 형성한다. 상기 하우징(815)은, 축 방향으로 고정되고 밀폐된 로울링 베어링(819,836)을 수단으로, 구동 축(303)에 나사로 고정되고 맞물리는 지지판(838) 상의 한쪽 면에 장착되고 구동 축(803)에서 이격된 지지판(838)의 축 방향 돌출부(838a)의 내주에 부착되고 전달 가능한 토크를 증가시키도록 동일한 방향으로 L형 플랜지(866b)의 외주에 장착된 두 개의 프리휠(820)을 수단으로 지지되는 선 휠(866)의 축 방향으로 형성된 돌출부(866a)에 장착된다. 이 웨브(817)는 세 부분으로 이루어진 제 2 프리휠(822)을 통하여 지지판(838)의 외주에 장착되어서 변속기(809)에 대해 다음과 같은 작동 방법이 실시된다:
만일 토크가 구동축(803)에 적용된다면 액슬(803)은 회전하고 이 방향으로 닫혀지는 프리휠(820) 때문에 선 휠(866)도 회전하여서, 프리휠(822)은 로울링한 다. 토크는 기어휠(813)로 전달되고 전기 기계를 구동하기 위해서 벨트 풀리(821)로 옮겨진다. 지지토크가 인장되는 벨트에 의해 반작용을 받을 때까지 벨트 풀리 액슬(865)은 구동축(803)의 액슬(803a) 둘레에서 길게 회전한다. 관찰된 바에 따르면 액슬(803a,865) 사이의 축 방향 파상 배치 부분의 거리는 충분히 길어서 마찰면(821a)에 가해지는 마찰력에 따라 설정된 만큼 벨트가 인장될 때 액슬(865)은 미끄럼 운동하지 않고 액슬(803a) 둘레에서 완전히 회전하는데, 이것은 정상 조건하에서 거리 d 〉10mm일 때 배제될 수 있다. 거리 d의 상위 값은 변속 기어(809)의 설치 크기에 의해 결정되고 250mm를 초과해서는 안 된다.
만일 전기 기계로부터 토크가 벨트 풀리(821)를 통하여 유입된다면 벨트의 반대쪽 면에서 요구되는 지지토크에 도달할 때까지 변속 기어(809)는 액슬(803a) 둘레에서 회전한다. 토크는 기어휠(813)에 의해 선 휠(866)로 전달되는데 프리휠(820)이 열려 있을 유성 휠(814)을 구동하고, 속도가 감소할 때 토크는 웨브(817)를 통하여 전달되고 닫힌 프리휠(822), 지지플랜지(838)를 통하여 구동 샤프트(803)로 전달되어서 구동 유닛의 시동을 건다.
도 9는 자동 변속기를 조절하기 위한 두 개의 프리휠(920,922)과 두 쌍의 기어휠(967,968)을 가지는 벨트 풀리(921)의 액슬(935)과 구동 축(903)의 축 사이에서 축 방향 파상 부분을 가지는 변속 기어(909)의 실시예를 보여준다.
짝을 이룬 기어휠(967,968)의 제 1 기어휠(967a,968a)은 벨트 풀리 축(95)에 회전할 수 있게 고정되어 장착되고, 제 2 기어휠(967b,968b)은 프리휠(920,922)에 장착되는데 상기 프리휠은 구름 방향에 대해 서로 반대쪽에 있고 구동 샤프트(903) 에 장착된다. 상기 하우징(915)은 변속 기어(909)를 둘러싸고 로울링 베어링(936a,936b)을 수단으로 액슬(903)에 장착된다.
시동을 거는 동안 상기 프리휠(920)은 닫혀지고 프리휠(922)을 로울링하여서, 전기 기계의 속도는 저속으로 변속된다. 발생기를 작동하는 동안 프리휠(922)은 닫혀지고 프리휠(920)은 로울링하여서 보다 작은 변속을 형성한다. 도 8에서 나타낸 것처럼 구동 유닛의 하우징에서 마운팅이 생략될 수 있도록 하우징은 벨트에서 지지된다.
도 10에 나타낸 변속 기어(1009)는 전기 시동기 제너레이터 모터에 의해 유지된다. 이를 위해 슬리브(1038) 형태의 연결부(1038)는 자세히 나타내지 않은 전기 모터의 샤프트(1012)에 연결된다. 이 연결부는 토크 전달을 위해 확동 로킹 연결부(1003)를 통하여 한쪽 면에서 형성되고 축 방향으로 고정하기 위해 나사 연결부(1003a)를 수단으로 다른 쪽 면에서 형성된다.
변속 기어(1009)는 특히 중공 휠(1016)과 같은 다양한 전동 요소를 유지하는 하우징(1010), 유성 휠(1014), 유성 지지부(1017), 선 휠(1018) 및 여러 작동 스위치 성분을 포함한다.
상기 하우징(1010)은 볼 베어링을 포함하는 로울링 베어링(1019)을 통하여, 연결부(103)에 대해 회전할 수 있게 장착된다. 하우징(1010)은 모서리가 있는 횡단면을 가지고 스크류에 의해 제 2 하우징 부분(1021)에 단단히 연결되는 고리형 구성 성분(1020)을 포함한다. 이 하우징 부분(1020)은 특히 치형 벨트와 같은, 무한 변속 장치를 위한, 영역(1022)을 지지한다. 도시된 실시예에서 프로파일 영역(1022)은 하우징 구성성분(1020)에 의해 직접 형성된다.
유성 기어 조합(1009)은 경사 치형부를 구비한 기어휠(1014,1016,1018)을 포함한다. 상기 중공 휠(1016)은 하우징(1010)에서 축 방향으로 움직일 수 있게 수용된다. 이 중공 휠(1010)은 선 휠(1018)에 대해 장착된다. 도시된 실시예에서 선 휠(1018)은 허브 모양의 연결부(1038)를 통하여 직접 형성된다. 베어링(1019)의 볼 베어링은 연결부(1038)에서 직접 수용된다.
벨트 풀리를 형성하는 하우징 부분(1020)은 스크류 연결부(1023)를 통하여 유성 지지부(1017)에 단단히 결합된다. 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠(1016)은 샤프트(1012) 둘레에 뻗어있는 고리형 구성 성분(1025)을 가지는 볼 경사 기구(1024)를 통하여 구동 연결된다. 웨이브 스프링 형태의 에너지 어큐뮬레이터는 중공 휠(1016)과 고리형 구성성분(1025) 사이에서 축 방향으로 장력을 받는다. 이런 고리형 구성성분(1025)은 베어링(1027)을 통하여 하우징(1010)에서 -여기에서는 하우징 부분(1021)에서- 회전할 수 있게 수용된다. 고리형 구성 성분(125)은 하우징(1010)에 대해 축 방향으로 베어링(1027)을 통하여 고정된다. 볼 베어링을 포함하는 베어링(1027)에 의해, 축 방향으로 작용하는 힘을 받아들이는데 이것은 아래에서 자세히 설명한 것처럼 볼 경사 기구(1024)에 의해 발생된다. 고리형 구성 성분(1025)은 클러치 디스크(1029)를 지지하는 축 방향 고리형 쇼울더(1028)를 내부에서 방사상으로 형성한다. 클러치 디스크(1029)의 마찰 면(1030)은 축 방향으로 제한되어 움직일 수 있다. 도면에 나타낸 실시예에서 축 방향 치형부(1031)를 통하여 축 방향 쇼울더(1028)와 클러치 디스크(1029) 사이에 서 이를 위해 연결부가 구비된다. 마찰면(1030)은 바람직한 축 방향 운동을 일으키는 막 형태 또는 판 스프링과 같은 장치에 의해 고리형 구성 성분(1025)에 연결될 수도 있다. 상기 클러치 디스크(1029)는 전자석 브레이크 또는 클러치로서 형성될 수 있는 브레이크나 클러치 조립체(1031)의 구성 성분이다. 도 10은 전자석(1032)을 개략적으로 나타낸다.
전술한 대로 중공 휠(1016)은 축 방향으로 움직일 수 있어서 토크 전달 방향에 따라 전동 기어(1009)의 경사 치형부 때문에 오른쪽 또는 왼쪽으로 축 방향으로 움직일 수 있다. 중공 휠(1016)에 작용하는 축 방향 힘 성분의 방향은 시동 조작과 제너레이터 조작시 상이한 토크 전달 방향에 따라 달라진다.
중공 휠(1016)은 클러치(1033)를 통하여 하우징(1010)에 회전할 수 있게 고정되어 연결할 수 있다. 도면에 나타낸 실시예에서 클러치(1033)는 축 방향 클로오 클러치로서 형성되는데 이 클로오는 원주 방향으로 톱니 모양의 구조를 가진다. 클로오 클러치(1033)를 형성하는 프로파일 영역의 톱니 구조를 통하여 중공 휠(1016)에 가해지는 토크 전달 방향에 따라 중공 휠(1016)에 변위력이 가해질 수 있다. 그리고 대응하는 구성 성분 사이에서 다른 회전 방향으로 토크의 확동-로킹 전달이 발생하는 동안 하우징(1010)과 중공 휠(1016) 사이에서 하나의 회전 방향으로 클러치(1033)는 프리휠처럼 작동한다. 클러치(1033)가 닫혀 있을 때 중공 휠(1016)은 회전할 수 있게 고정되어 연결된 하우징(1010)과 대향한 회전 방향으로 놓여서 유성 지지부(1014)와 구동 연결되므로 상기 유성 기어조합은 단락시킨다. 중간 축(1012)과 하우징(1010) 사이에 i=1인 변속 비율이 제공된다. 제너레이터로 서 샤프트(1012)를 통하여 변속 기어(1009)에 결합된 전기 기계를 작동할 때 i=1인 변속 비율이 존재하도록 변속 기어(1009)는 형성되고 클러치(1031)는 작동 상태에서 열려져 있다.
중공 휠(1016)에 의해 한쪽 면에서 지지되고 유성 지지부(1017)에 의해 다른 쪽 면에서 지지되는 클러치(1033)의 프로파일 영역이 맞물리기 전에 중공 휠(1016)과 유성 지지부(1017) 사이의 일정한 동기화를 일으킬 수 있는 로킹 고리(1034)를 상기 변속 기어(1009)가 포함한다. 클러치(1033)를 닫는데 필요한 축 방향 힘의 일부는 에너지 어큐뮬레이터나 웨이브 스프링(1026)을 통하여 적용될 수 있다. 기어휠(1014,1016,1018)의 경사 치형부는, 차량의 내연 기관처럼 변속 기어(1009)와 구동 연결된 구동 모터에서 전기 기계까지 토크를 전달하는 경우에(이것은 샤프트1012를 통하여 변속 기어1009에 연결된 전기 기계의 제너레이터를 작동하는 경우를 의미한다) 추가 축방향 힘이 왼쪽으로 중공 휠(1016)에서 발생되어서 클러치(1033)를 닫았을 때 유성 기어(1009)가 로킹되도록 정렬된다. 이런 상태에서 고리형 구성 성분(1025)과 연결된 클러치 디스크(1029)는 아이들 상태로 움직이다. 볼 경사 기구(1024)를 통하여 고리형 구성 성분(1025)에 발생되는 축 방향 힘은 베어링(1027)에 의해 축 방향으로 받아들인다.
클러치 조립체 또는 브레이크(1031)를 닫아줌으로써 고리형 구성 성분(1025)은 회전하지 못하도록 고정되므로 전기 기계의 제너레이터가 작동하는 경우에 오른쪽으로 향하고 있는 중공 휠(1016)에서 경사진 기어조합(1009)의 치형부를 통하여 축 방향 힘이 가해진다. 상기 클러치 조립체(1031)와 경사 기구(1024)는 토크를 흡수해야 하는데 이것은 시동기로서 전기 기계를 개방할 때 이 방향에서 반대 방향으로 향한다. 상기 경사 기구(1024)는, 클러치 조립체(1031)에 의해 제동하는 동안 에너지 어큐뮬레이터(1026)의 힘에 반해 좌측에서 우측으로 중공 휠(1016)을 움직인 후 상기 구성 성분(1025)에 대해 위치 설정하거나 고정하도록 형성된다. 이것은, 클러치(1033)를 풀어서 기어 조합(1009)의 변속 기능이 제공된다는 것을 의미한다. 클러치 조립체(1031)를 개방함으로써 벨트 구동부에서 다음 토크 때문에 중공 휠(1016)이 가속되고 동시에 축 방향 활성 에너지 어큐뮬레이터(1026)를 통하여 왼쪽으로 움직여서 유성 지지부(1017)와 중공 휠(1016)의 속도 사이에 동기화가 일어나므로 이 클러치는 다시 닫혀질 수 있고 기어(1009)의 변속 기능은 고정된다. 따라서 변속 기어(1009)는 보다 작은 변속 비율 i=1을 가진다. 변속 기어(1009)를 풀었을 때 변속 비율은 1.5 내지 5, 선호적으로 2 내지 4이다.
상기 클러치 조립체 또는 브레이크(1031)는 샤프트(1012)를 가지는 전기 시동기/제너레이터의 하우징(1035)에 의해 지지된다. 상기 샤프트(1012)는 전기 기계의 회전자에 직접 연결되거나 이 회전자를 지지한다.
도 11에 나타낸 전기 시동기/제너레이터(1100)의 실시예는 프로파일 영역(1122a)을 가지는 벨트 풀리(1122)를 포함한다. 또 이 실시예에서 벨트 풀리(1122)는 하우징(1110)의 일부를 형성하는데 여기에 유성 기어 조합(1109a)이 수용된다. 이 유성 기어조합(1109a)은 연결부(1138)를 가지는데 이 연결부는 1308 부분과 샤프트(1012) 사이의 연결부와 비슷하게 전기 기계의 샤프트(112)에 단단히 연결된다. 슬리브로서 형성된 연결부(1038)는 1138 부분과 일체 구성되는 선 휠(1118)을 지지한다. 상기 유성 지지부(1117)는 벨트 풀리(1122)와 일체 구성된다. 하우징(1110)에서 회전할 수 있게 장착된 중공 휠(1116)은, 벨트 풀리(1122)와 구동 연결된 자동차 내연 기관의 특정 작동 상태에 다라 변속될 수 있는 클러치 조립체(1131)의 구성 성분인 클러치 디스크(1129)에 연결된다. 간단히 상기 클러치 조립체(1131)는 전자석 클러치 또는 브레이크로 형성되거나 이를 구비한다. 중공 휠(1116), 선 휠(1118) 및 유성 휠(1114)을 가지는 변속 기어(1109a)의 치형부는 직선 치형부로서 형성된다.
상기 벨트 풀리(1122)는 프리휠(1133)을 통하여 연결부(1138)에 대해 회전할 수 있게 장착된다. 상기 프리휠(33)은 도 10에 따라 클러치(1033)의 작동을 개시한다. 도 11에 나타낸 실시예의 장점은, 변속 기어에 어떠한 축 방향 힘도 발생하지 않고 도 10에 따른 실시예에서처럼 어떠한 경사 기구도 필요로 하지 않는다는 것이다.
시동 걸 때 클러치(1131)는 닫혀져서 중공 휠(1116)은 회전할 수 없게 고정된다. 클러치 디스크(1129)의 제동을 걸어줌으로써 보다 높은 변속 기어(1109a)의 변속 비율이 달성된다. 중공 휠(1116)이 제동되었을 때 선 휠(1118)과 유성 지지부(1117) 사이의 활성 연결부에 장착된 프리휠(1133)은, 내연 기관을 위한 시동기로서 샤프트(1112)에 연결된 전기 기계의 작동 중에 추월되도록 상기 변속 기어(1109a)는 구성된다. 내연 기관이 작동하고 대응하는 속도를 가질 때, 토크 전달 장치는 완전히 변한다. 이것은, 샤프트(1112)에 연결된 전기 기계가 내연 기관에 의해 구동된다는 것을 의미한다. 이 상태에서 중공 휠(1116) 또는 클러치 디 스크(1129)가 회전하지 못하도록 고정될 때, 제너레이터 조작을 위해 보다 빠른 유성 기어(1109a)의 변속 비율이 제공된다. 만일 중공 휠(1116) 또는 클러치 디스크(1129)를 풀어준다면 이것은 실제로 자유롭게 회전할 수 있고 제너레이터 조작시 유성 기어조합(1109a)의 기어휠에 의해 벨트 풀리(1122)로부터 샤프트(1112)까지 어떠한 구동력도 전달될 수 없어서, 프리휠(1133)은 차단되고 벨트 풀리(1122)는 샤프트(1112)와 동기 회전한다. 중공 휠(1116)이 제동될 때, 제너레이터 조작시 샤프트(1112)는 구성성분(1122)보다 빠르게 회전하여서 프리휠(1133)의 프리휠 기능은 활성 상태가 된다.
전기 시동기/제너레이터 기계에 대해 도 12와 13에 나타낸 변속 기어(1200)는, 도 10과 11에서 설명한 것과 비슷한 방식으로 전기 기계의 회전자 샤프트(1212)에 구동 방향으로 연결된다. 상기 벨트 풀리(1222)는 유성 지지부(1217)에 연결되고 샤프트(1212)는 선 휠(1218)에 연결된다. 유성 휠(1214), 유성 지지부(1217) 및 선 휠(1218)을 포함하는 유성 기어조합은 경사 치형부를 가지는데 이 치형부를 통하여 중공 휠(1216)은 토크 전달에 따라 축 방향으로 움직일 수 있으므로 기존의 토크 전달 방향에 따라 변속 기어(1200)의 여러 단으로 변속할 수 있다.
상기 중공 휠(1216)은 브레이크(1031)와 비슷하게 작동하는 브레이크(1231)를 통하여 회전하지 못하도록 단단히 고정된 구성 성분(1238)에 대해 축 방향으로 움직일 수 있다.
유성 세트(1214,1216,1218)의 기어휠은 경사 치형부를 포함한다. 중공 휠(1216)은 치형부 영역에서 발생된 힘에 의해 축 방향으로 움직일 수 있도록 경사 각이 선택된다. 만일 샤프트(1212)가 중공 휠(1218)을 구동하고 내연 기관의 크랭크샤프트가 유성 지지부(1217)를 통하여 구동된다면 중공 휠(1216)은 경사 치형부를 통하여 왼쪽으로 움직이고 고정된 외부 구성 성분(1238)에 반해 일정한 압력을 받는다. 다음 지지모멘트는 예를 들어 톱니 모양 부분, 클로오 등과 같은 확동 고정 연결부(1233)를 통하여 접촉면에서 전달된다. 상기 중공 휠(1216)은 단단히 고정되어 있으므로, 이 작동 상태에서 상기 구성 성분(1238)이 브레이크(1231)를 통하여 회전할 수 있게 고정되어 유지되기 때문에, 상기 배치를 통하여 가장 큰 변속기를 저속으로 바꿀 수 있는데 이것은 디스크(1222)를 통해 내연 기관의 시동을 걸 수 있다. 만일 디스크(1222) 또는 유성 지지부(1217)가 크랭크샤프트에 의해 구동되고 샤프트(1217)가 선 휠(1218)에 의해 구동된다면 중공 휠(1216)에서 힘의 방향은 반대로 된다. 이것은 우측으로 움직이고 유성 지지부(1217)에 대해 프레스된다. 중공 휠(1216)과 고정 구성 성분(1238) 사이의 연결은 저지되고 다른 연결부는 유성 지지부(1217)와 중공 휠(1216) 사이의 힘 또는 키이 연결부(1235)(도 13)를 통하여 형성된다. 상기 유성 세트는 차단되고 선 휠(1218), 유성 지지부(117), 유성 휠(1214)과 중공 휠(1216)은 일체형 강성 유닛으로서 샤프트(1212)와 함께 회전한다. 따라서 제너레이터 조작에 대해 1의 변속 비율이 발생한다.
상기 변속 기어(1200)는 적어도 하나의 에너지 어큐뮬레이터(1238)를 통하여 방사상 안쪽으로 눌러지는 원심 분리력 성분(1237)과 원심 분리력 클러치(1236)를 포함한다. 상기 변속 기어(1200)는 도 13에 나타낸 변속 상태에서 내연 기관의 구 동 속도 또는 벨트 풀리(1222)의 속도에 따라 원심 분리력 클러치(1236)를 통하여 추가로 차단될 수 있다.
도 12와 13에 나타낸 변속 기어(1200)는 도 5에 나타낸 변속 기어(409)와 유사한 작동 방법 및 기능을 가지는데 도 12와 13에 따른 구조는 어떠한 제동기 또는 완충기도 포함하지 않는다. 대부분의 경우에 본원의 실시예에서 제동기 또는 완충기를 구비하는 것이 유리하다. 그러나 변속 기어(1200)를 포함하고 지지하는 전기 시동기/제너레이터와 댐퍼 및 필요한 곳에서 추가로 존재하는 완충기가 변속 기어(1200)를 구동하는 내연 기관의 크랭크샤프트 위에 배치된다면 유리하다. 상기 댐퍼 또는 완충기는 공지된 대로 내연 기관의 측부에 구비된 벨트 풀리에 포함될 수 있다.
도 10 내지 13에 다른 변속 기어 구조를 사용함으로써 내연 기관은 보다 빠른 출발 토크로 작동될 수 있다. 대응하는 구조의 변속 기어를 통하여 벨트 구동부에서, 즉 전기 기계의 속도를 증가시키지 않도록 보다 높은 변속 비율이 유지되므로 내연 기관의 시동을 거는데 필요한 토크와 여기에 필요한 속도는 준비 상태로 되어 있다. 제너레이터 조작에 대해 전기 기계의 샤프트에 전달된 속도를 높이지 않는 변속 비율이 요구된다. 또 전기 기계의 회전자에 대해 보다 느린 속도는 본 발명에 따른 구조에 의해 달성되고 전기 시동기/제너레이터에서 변속 기어에 의해 달성될 수 있다. 시동기/제너레이터에서 변속 기어 배치의 장점은, 이 변속 기어의 크기를 작게 만들 수 있다는 것이다.
도 14는 구동 트레인(1301) 내부에 전기 시동기/제너레이터 기계(1308)를 배 치하는 다른 방법을 보여준다. 상기 구동 트레인(1301)은 구동 유닛(1302), 예를 들어 내연 기관을 포함하는데 이 내연 기관의 출력 축(1303)은 클러치(1304)를 통하여 플라이휠 질량부(1310)에 연결될 수 있다. 회전할 수 있게 장착된 플라이휠 질량부(1310)는 제 2 클러치(1304)를 통하여 출력 유닛(1306)의 입력축(1305), 예를 들어 변속 기어에 연결될 수 있다. 이런 종류의 플라이휠(1310)과 클러치(1304, 1304a)의 가능한 디자인에 대해 DE OS 2917 138, DE OS 29 31 513 및 DE OS 27 48 697을 참고할 수 있다. 상기 전기 기계(1308)는 벨트나 체인 구동부 또는 필요한 곳에서 기어휠 연결부를 통하여 플라이휠(1310)과 구동 방향으로 연결된다. 유리하게도 변속 기어(1309)는 전기 기계(1308)에 연결될 수 있는데 이 기어(1309)는 전기 기계(1308) 회전자의 샤프트와 동축으로 장착된다. 상기 변속 기어(1309)는 전술한 기어 조합 중 하나에 따라 형성될 수 있고, 특히 도 2,3,10,11,12와 13에 따른 구조 중 하나를 취한다.
도 15는 도 1c의 구동 트레인(1")과 비슷한 구동 트레인(1401)의 실시예를 보여주는데 여기에서 변속 기어(1406)는 무단 변속기(CVT)를 가지는 벨트 접촉 기어박스로서 만들어진다. 기어(1406)의 변속은 공지된 대로 기어 입력 축(1454)과 기어 출력 축(1453)에 장착된 두 쌍의 원추형 풀리(1450,1451)를 수단으로 일어나는데 각각은 두 개의 원추형 풀리(1450a,1450b,1451a,1451b)를 포함하고 이 접촉 장치(1452)는 원추형 풀리(1450a,1450b 및 1451a,1451b) 사이에서 축 방향으로 마찰 접촉하도록 설정되고 쌍을 이룬 원추형 풀리의 원추형 풀리는 유압식, 기계식 또는 전기 변위 장치에 의해 서로에 대해 축방향으로 움직일 수 있으므로 접촉 장 치의 직경을 조절함으로써 변속 기어(1406)의 출력축(1453)과 내연 기관(1402) 사이에 바람직한 변속 비율이 설정될 수 있다.
상기 전기 기계(1408)는 기어 입력 축(1454) 둘레에서 동축을 이루는 변속 기어(1406)와 내연 기관(1402) 사이에서 힘이 전달되도록 장착되고 생산 조건에 의해 발생되는 차이점을 제외하고 내연 기관(1402)의 크랭크샤프트(1402a) 축 방향 연장부를 보여주며 시동 클러치(1404)는 두 샤프트(1402a,1454) 사이에 구비된다. 특히 시동 클러치(1404)는 전기 기계(1408)와 기어(1406) 사이의 힘 이동 방향으로 제공되는데 이것은 건식 클러치로서 클러치 벨에서 변속 기어(1406)의 바깥쪽에 장착될 수 있고 기어박스에 고정되었을 때 하우징은 습식 클러치로서 설계될 수 있다. 상기 클러치(1404)는 비틀림 진동을 제동하기 위해 비틀림 진동 댐퍼에 끼워맞추어질 수 있고 분할된 플라이휠의 일부로서 형성되는데, 여기에서 전기 기계(1408)의 회전자(1408a)는 제 1 플라이휠 질량부로서 형성되고 클러치(1404)는 제 2 플라이휠 질량부로서 형성되며 회전 방향과 반대로 두 부분(1408a,1404)을 회전시키는 동안 제동 장치는 알려진 것처럼 활성 상태이다.
필요하다면 변속 기어(1409)는 회전자의 외주 내에서 방사상으로 크랭크샤프트(1402a)와 회전자(1408a) 사이의 힘 전달 방향으로 장착되고 구동 장치(1401)의 작동 상태에 따라 알맞은 변속 비율로 자동 조절한다.
이 작동 상태는, 클러치(1404)가 열려있는 곳에서 내연 기관(1402)의 시동 상태이고 - 클러치(1404)가 닫혀져 있고 차량이 로울링할 때 에너지 보존을 위해 멈추는 내연 기관(1402)은 전기 기계(1408)의 보조를 받거나 받지 않으면서 클러치(1404)를 닫아줌으로써 작동하기 시작한다- 변속기(1409)는 전기 기계(1408)의 속도를 저속으로 바꾸고 제너레이터를 조작하는데 여기에서 전기 기계(1408)의 속도는 전달되지 않거나 빠르게 된다. 또 두 모터-내연 기관(1402)과 전기 기계(1408)-가 차량을 구동하는 작동 모드와 임펄스 개시 및 회복이 가능하고, 임펄스 개시 및 회복은, 내연 기관의 압축 작용과 관련된 드래그 토크가 일부 상승될 수 있도록 작동 주기에 관계없이 제어될 수 있는, 압전과 같은 전기로 제어할 수 있는 연소 챔버 밸브(1402b)를 포함할 때만 가능하다.
밸브(1402b)가 열려있는 임펄스 상태인 경우에 내연 기관은 전기 기계(1408)를 통하여 가속되고 밸트(1402b)는 닫혀진다. 회복시에 상기 전기 기계(1408)는 차량을 감속하는데 사용되는데 감속 토크는 에너지 어큐뮬레이터로 향하고 있는 전기 에너지를 발생시킴으로써 형성된다. 내연 기관의 밸브(1402b)는 내연 기관의 드래그 토크를 감소시키도록 열려져서 필요한 곳에서 밸브를 닫아줌으로써, 특히 전기 기계(1408)에 부하가 걸리지 않았을 때 차량에 추가 제동력이 가해진다. 분명히 상기 제어 및 조절 과정은 컴퓨터 유닛에 의해 이루어지고 이 작동 상태에서 연료 공급은 적절히 조절되어서 연료 소비를 감소시키는데 모든 팽창 과정을 겪지 않고 작업 비이트에서 밸브(1402b)를 열어줌으로써 압축에 의해 개방되는 각 실린더는 연료를 공급받지 않는다.
도 16과 17은 전기 기계(1508,1608)와 구동 휠(1560,1660) 사이에서 힘이 이동할 때 부가 클러치(1504a,1604a)와 다른 종류의 클러치(1504,1604)를 가지고, 구동 트레인(1401)과는 상반되지만, 도 15의 실시예(1401)와 유사한 구동 트레인(1501,1601)의 실시예를 보여주는데 구동 트레인(1501)의 전기 기계(1508)는 기어 입력 축(1554) 둘레에서 동심으로 장착되고 전기 기계(1608)는 기어 입력 축(1654)과 평행하게 장착되며 활성 연결부(1607)를 통하여 힘-로킹 맞물려 결합된다.
상기 클러치(1504,1604)는 구동 유닛(1502,1602)과 전기 기계(1508,1608) 사이의 힘 이동 방향으로 장착되어서 나머지 구동 트레인과 내연 기관(1502,1602)의 분리가 가능하므로 내연 기관(1502,1602)의 드래그 모멘트에 관계없이 회복될 수 있다. 그리고 클러치(1504,1604)는 닫혀 있고 클러치(1504a,1604a)는 열려있을 때 직접 시동이 가능하고 클러치(1504a,1604a)가 열려있을 때 임펄스 시동이 가능한데 여기에서 전기 기계(1508,1608) 또는 회전자(1508a,1608a)에 제공된 질량부의 가속 이후에 클러치는 닫혀지고 내연 기관(1502,1602)은 시동이 걸린다. 내연 기관(1502,1602)의 속도를 안정시키기 위해서 클러치(1504,1604)가 열려있는 아이들 상태 중에, 크랭크샤프트(1502a,1602a)에 추가 플라이휠 질량부(1502c,1602c)를 제공하는 것이 유리한데, 이 경우에 클러치(1504,1604)를 개방하는 동안 구동 유닛(1502,1602)을 정지시키는 것이 유리하고 클러치(1504,1604)가 닫혀있을 때 구동 유닛은 자동으로 시동이 걸린다. 회전자(1508a,1608a)의 플라이휠 질량부는 회복 과정 중에 기계 에너지 어큐뮬레이터로서 사용될 수 있다. 이 장점에 따르면 도 15-17의 무단 변속기(1406,1506,1606)를 사용할 때 휠(1560,1660)에서 회전자(1508a,1608a)로 변속하는 것은 기어박스에 의해 빠르게 설정되어서 회전자의 빠른 가속과 더불어 빠른 감속이 달성되므로 이것은 전기 에너지를 대체하여 또 는 보충하는 회전 에너지 형태로 기계 에너지를 저장할 수 있다. 차량의 다음 가속 과정에서 기어 변속기(1406,1506,1606)의 대응하는 세팅에 의해 휠로 에너지가 전달될 수 있다. 기계 회복은 변환 손실을 제거함으로써 에너지면에서 보다 유리하다.
전기 기계(1508)와 변속기(1506,1606) 사이의 힘 이동 방향으로 클러치(1504a,1604b)가 장착될 수 있다. 상기 클러치(1504,1604,1504a,1604a)는 건식 또는 습식 클러치로서 형성될 수 있고 기어박스 하우징에 통합되거나 기어박스(1506,1606)의 클러치 벨에 통합된다. 그리고 CVT로서 도 15-17에 나타낸 변속 기어(1406,1506,1606)는 예를 들어 자동 스텝 기어, 수동 변속 기어 등과 같은 다른 종류의 기어조합에 의해 대체될 수도 있다.
도 18은 도 5의 변속 기어(409)와 비슷한 변속 기어(1609)의 실시예를 보여준다. 반면에 변속 기어(401)에서 원심 분리력에 의해 제어되는 로킹 기구는 활성 상태인 경우에, 즉 전기 기계를 구동하는 경우에 고속으로 변속기를 설정하고 예를 들어 원심분리력에 의해 부스트 작동할 때, 본원의 실시예에서 각각의 두 변속 단계는 바깥쪽에서 제어할 수 있는 로킹 기구(1680)를 통하여 잠글 수 있다.
상기 로킹 기구(1680)는 바깥쪽에서 제어할 수 있는 전자석(1681), 원주 방향으로 배치된 유닛으로 구성되고, 각각은 플런저(1682), 풀(pull) 유형의 웨지(1683) 및 볼(1685)과 같은 로킹 부재를 포함하고, 전자석(1681)은 선 휠(1613)의 축 방향 쇼울더(1613f) 내주에 매달려 있는 축 방향으로 작동하는 에너지 어큐뮬레이터(1684)의 작용에 반해 축 방향으로 전술한 풀 유형의 웨지(1683)에 장력을 가한다. 상기 로킹 볼(1685)은 중공 휠(1616)과 축 방향 쇼울더(1613f) 사이에 축 방향 확동-고정 연결부를 형성함으로써 중공 휠(1616)의 축 방향 위치를 고정한다. 이를 위해 이것은 쇼울더(1613f)에서 방사상 바깥쪽으로 두 변속 단계와 관련된 원주 그루브(1686a,1686b)로 전자석(1681)을 통하여 작동하는 동안 풀-유형의 웨지(1683)에 움직이는데 풀 유형의 웨지(1683)는 이 목적으로 대응하는 경사 구조(1683a)를 가진다. 전자석(1681)에 에너지를 공급하여서 에너지 어큐뮬레이터(1684)의 축 방향 작용에 반해 풀 유형의 웨지를 움직일 때 로킹 볼(1685)은 다시 방사상 안쪽으로 움직이고, 상기 중공 휠(1616)은 만입된 풀 유형의 웨지(1683)의 프로우필(1683a)로 방사상 안쪽으로 볼(1685)을 밀어주는 그루브(1686a나 1686b) 및 전기 기계에 의해 움직인다.
두 변속 상태는 V-벨트 표면(1618)을 통과하는 선 휠(1613) 상의 회전 구동부와 작용하는 전기 기계와 로킹 장치(1680)를 수단으로 고정될 수 있고, 상기 전기 기계는 기어 변속시에 동기 작동으로 움직인다. 도 18에 나타낸 상태에서, 중공 휠(1616)은 치형부(1616c)를 통하여 하우징에서 제동되고 저속으로 변속되며, 내연 기관이 작동하기 시작하고 전기 기계를 구동할 때 토크는 역전되며, 상기 변속기는 경사 치형부(1616a)를 통하여 중공 휠(1616)을 축 방향으로 움직임으로써 고속으로 바뀌지 않는데 왜냐하면 중공 휠(1616)의 그루브(1686a)와 축 방향으로 키이로 연결되는 부분을 형성하는 로킹 볼(1685)은 이를 방지하기 때문이다. 동력이 전자석(1681)에 공급된 후에만 볼(1685)이 방사상 안쪽으로 움직이므로 풀-유형의 웨지(1683)는 중공 휠(1616)의 축 방향 운동을 풀어준다. 상기 중공 휠(1616) 은 점선으로 나타낸 위치(1616')로 축 방향으로 움직이고 기어의 직접 변속이 이루어진다. 이 위치는 다시 고정될 수 있는데 로킹 볼(1685)이 에너지 어큐뮬레이터(1684)의 작용에 반해 풀-유형의 웨지(1683)의 축 방향 변위를 통하여 움직이고 경사면(1683a)을 통하여 그루브(1686b)의 방사상 안쪽으로 움직이기 때문이다. 토크 방향이 바뀔 때, 예를 들어 부스터 작용 또는 전기 기계에 의한 차량의 일반 작동시에 높은 변속 단계가 유지된다.
도 19에 나타낸 변속 기어(1709)의 실시예는 도 5의 변속 기어(409)와 비슷하고 좁은 틈을 통하여 그리스나 오일의 전단 손실을 줄여줌으로써 작동 효율도가 개선된다.
이 목적으로 구동 유닛의 하우징에서 호울더(1702)에 의해 부착된 하우징(1715)은, 서로에 대해 회전하는 인접한 표면 사이의 좁은 틈을 줄여줌으로써 회전 부분과 구조 공간에 대해 개선된다. 이런 목적으로 도 5에서 변속 기어(409)와 비교해 작동 원리의 변화가 요구된다. 유성 세트(1714)와 중공 휠(1716) 사이의 치형부(1715a)의 기울기 방향은 역전되어서 중공 휠은 변속 단계를 저속으로 바꾸도록 호울더(1702)의 방향에서 축 방향으로 움직이고, 1716c를 수단으로 하우징(1715)과 키이로 연결되어서, 전기 기계로부터 발생한 토크는 선 휠(1713)에 연결된 벨트 풀리(1743)를 통하여 도입되고, 유성 세트(1714)를 통하여 웨브(1717)로 이동하며 여기에서 웨브(1717)와 연결된 내연 기관의 구동축(1703)으로 이동하는데 이 때 내연 기관의 시동이 걸린다.
구동 축(1702)에서 이격된 중공 휠(1716)의 경사 치형부(1716a) 때문에 토크 방향이 역전되면 축 방향으로 움직이게 되므로 중공 휠(1716)과 하우징(1715) 사이의 확동 고정 연결부는 상승되고 치형부(1717a)를 통하여 상기 중공 휠은 방사상 바깥쪽으로 정렬된 플랜지(1717b)를 통하여 웨브(1717)에 연결되며 이 플랜지는 외주에 축 방향 쇼울더(1717c)를 가지며 방사상 플랜지(1717)로 전이할 때 댐퍼(1739)와 완충기(1740)의 자유 단부는 원주에 장착된다. 상기 댐퍼(1739)는 도 5에서처럼 구동축과 유성 세트 사이의 힘 이동 방향으로 장착되지 않고, 웨브(1717)와 중공 휠(1716) 사이에 장착되며, 고속으로 변속하는 경우에만 활성 상태이므로 내연 기관의 시동을 거는 동안 진동 상태에서 분리되어서, 이것은 보다 약한 구조를 가지게 된다.
축 방향으로 형성된 쇼울더(1716d)에서 오목한 곳에 놓인 원주 방향으로 배치된 오우프닝(1716e)을 통하여 원심 분리력에 따라 방사상 바깥쪽으로 맞물리는 원주를 따라 배치된 원심 분리력 세그먼트(1752)에 의해 높은 변속 단계에서 중공 휠(1716)이 고정되고 에너지 어큐뮬레이터(1752b)의 방사상 작용에 대해 고속으로 변속 단계를 바꾸는 동안 원주 방향으로 배치된 방사상으로 확대된 댐퍼(1739)의 쇼울더(1752a)에 상기 원심 분리력 세그먼트가 맞물리고 부스트 과정과 같은, 고속에서 토크가 역전되는 경우에, 변속 단계에서 중공 휠을 고정한다.
속도가 감속될 때, 방사상 활성 에너지 어큐뮬레이터(1752b)는 원심 분리력 세그먼트(1752)를 분리하고 중공 휠(1716)의 로킹을 들어올린다.
이 배치에서 변속 기어(1709)는 회전할 수 있고 국부적으로 고정된 부분과 경계면 사이에 틈을 가지지 않으므로 챔버(1785) 내에 포함된 윤활제는 전단 손실 을 감소시키므로 변속 기어(1709)의 효율도는 증대된다.
도 20은 구동 트레인의 단면도인데 상기 변속 기어(1809)는 전기 기계(1808)의 방사상 내부에 장착되고 내연 기관(1802)의 크랭크샤프트(1803)와 같은 구동 축에 직접 장착된다. 상기 변속 기어(1809)는 차량을 작동하기 위해 변속 기어와 이격된 면, 크랭크샤프트(1803)의 벨트 풀리 부분에 장착된다. 동력 조종 펌프, 기후 제어 장치 및 밸브 구동부와 같은 나머지 2차 출력부는 전기 등에 의해 다른 방식으로 조작될 수 있다.
전기 기계(1808)와 변속 기어(1809)로 구성된 시동기 제너레이터 유닛(1801a)은 구동 유닛(1802)의 하우징(1802a)에서 완전한 유닛으로서 장착된다. 이 전기 기계(1808)는 회전자(1808b)와 고정자(1808c) 사이의 틈(1808a)에 대해 기조절되어 장착될 수 있으므로, 이 목적으로 조립체 어댑터(1802b)는 서로에 대해 위치 설정된 하우징(1815)과 고정자(1808c)를 유지하고 변속 기어(1809)의 웨브(1817)는 중심에 놓이고 회전할 수 있게 고정되어 장착되며 -여기에서 적어도 하나의 축 방향으로 정렬된 볼트(1803a) 형태인- 구동 축(1803)과 확동 연결부를 형성하는 축 방향 단면에 의해 중심에 놓이게 되고 고정 장치(1802a)에 의해 구동 유닛(1802)의 하우징(1802a)에 회전할 수 있게 고정되어 연결되므로, 상기 웨브(1817)는 중심 스크류(1803b)를 가지는 구동 유닛(1802)으로부터 구동 축(1803)까지 변속 기어(1809)의 입력부로서 죄어지고 조립체 공구를 통과하도록 선 휠(1813)의 중심 오우프닝(1813a)은 클로저 캡(1813b)으로 밀폐할 수 있다.
본원에 나타낸 실시예에서 조립체 어댑터(1802b)는 원주를 따라 분배된 축 방향으로 형성된 텅(1802d)을 수단으로 외주에서 축 방향으로 고정되고 회전할 수 있게 고정된 고정자(1808c)를 유지하는 성형된 판금 부분으로 만들어지는데 여기에서 고정자는 텅(1802d)에 나사로 죄어지고, 용접되거나 리벳으로 결합된다. 성형된 판금 부분(1802b)의 내주 영역에서 하우징(1815)을 유지하기 위한 축 방향 쇼울더(1802e)가 배치되고, 쇼울더의 방사상 바깥쪽에 구동 유닛(1802)의 하우징(1802a)과 회전 결합되는 변속 하우징(1815)을 연결하기 위한 축 방향으로 정렬된 볼트(1802f)가 놓이며 이것은 대응하는 형태의 리세스(1817a,1802g)에서 축 방향으로 맞물린다. 이런 형태의 판금 부분(1802a)은 스크류 또는 중공 리벳과 같은 원주를 따라 배치된 체결 수단에 의해 구동 유닛(1802)의 하우징(1802a)에서 축 방향으로 고정된다.
회전자 내부에서 방사상으로 장착된 변속 기어(1809)는, 치형부와 유성 세트(1814) 사이에서 경사 치형부(1816a)를 수단으로 축 방향으로 움직이고 토크 방향에 따라 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠(1816)을 가지는 도 5, 18과 19에 나타낸 형태(409,1609,1709)와 비슷하게 작동하고 치형부(1815a,1817a)를 수단으로 두 개의 변속 단계로 이동하는데 중공 휠(1816)은 치형부(1815a)에 의해 하우징(1815)에 회전할 수 있게 고정되어 연결되고 유성 세트(1814)를 통하여 회전자(1808b)로부터 플랜지 부분(1813c)을 통하여 선 휠(1813)까지 공급되는 토크는 웨브(1817)로 전달되며 이것은 저속으로 변속함으로써 구동 축(1803)의 회전에 의해 구동 유닛(1802)의 작동을 개시한다.
구동 유닛(1802)이 작동하고 제너레이터 조작이 시작될 때처럼, 토크 방향이 바뀌는 동안, 중공 휠(1861)은 경사 치형부(1816a)를 통하여 축 방향 성분의 힘을 받고 이 힘은 축 방향 변위를 일으키고 하우징(1815)과 치형부(1815)의 확동 로킹 연결부를 분리하며 비틀림 진동 댐퍼(1848)의 입력부(1848a)와 치형부(1817a)에 의해 확동 고정 연결부를 형성하는데 상기 댐퍼의 출력부(1848b)는 회전자(1808b) 및 선 휠(1813)과 회전할 수 있게 고정되어 연결되고, 입력부(1848a)와 출력부(1848b)는 원주 방향으로 장착된 에너지 어큐뮬레이터(1848c)의 작용에 반해 서로에 대해 회전할 수 있어서 댐퍼(1848)가 삽입되었을 때 회전자(1808b)와 선 휠(1813)은 웨브(1817) 및 구동 축(1803)과 각각 연결되고 제 2 변속 단계는 1:1 변속 비율로 변속된다.
변환 과정을 용이하게 하기 위해서 축 방향으로 움직일 수 있는 중공 휠을 가지는 나머지 변속 기어(409,1609,1709)에서 유리한 것처럼 중공 휠(1816)은 웨브(1817)에 대해 제동되어서 중공 휠(1816)이 조금 회전할 때, 중공 휠(1816)의 축 방향 운동 없이 중공 휠(1816)과 유성 세트(1814)의 기어휠이 맞물리는 것을 방지한다. 이런 목적으로 본원 실시예에서 중공 휠(1816)의 기어 림(1816b)은 원주를 따라 배치된 3개의 스프링 세그먼트(1816c)로 축 방향으로 장력을 가하는데 상기 세그먼트는 방사상 안쪽으로 오목한 오우프닝(1817c)에서 방사상 안쪽으로 형성된 텅(1816d)을 수단으로 확동 고정되어 연결되고 원주 방향으로 웨브(1817)에 대해 중공 휠(1816)이 움직이는 동안 사이에 마찰 토크를 증대시켜서 힘의 축 방향 성분을 증가시킨다. 또 오우프닝(1817c)과 연결된 스프링 세그먼트(1816c)는 치형부(1817a)를 위한 동기화 작용을 한다. 이 작용은 도 21에 자세히 나타나 있는데 도 21은 중공 휠(1816)(도 20)의 기어 림(1816b) 부분을 나타내는데 여기에서 스프링 클립(1816c)은 내주와 측면 둘레에 맞물려 부착되고 튀어나온 텅(1816h)을 수단으로 마찰 접촉한다. 방사상 안쪽으로 정렬된 텅(1816b)은 웨브(1817)의 외주에 형성된 리세스(1817c)에 맞물린다. 텅(1816d)과 기어 림(1816b)은 스톱(1817c")까지 웨브(1817)에 대해 제 1 부분(1817')에서 중공 휠(1816)과 함께 움직이도록 리세스(1817c)는 형성된다. 이것은 국부적으로 고정된 지지부(185)와 중공 휠(1816) 사이에 고정된 연결부가 분리될 때 저속에서 고속으로 토크를 바꿀 때 중공 휠(1816)의 축 방향 운동과 일치한다. 텅(1816d)은 오우프닝(1817c)의 제 2 부분(1817c")으로 원주를 따라 보다 빠르게 회전하는 웨브(1817)로 인해 움직이게 되고 경사 치형부(1816a)의 축 방향 힘 성분에 의해 텅(1816d)과 중공 휠(1816)은 축 방향으로 움직이고 두 구성 부품(1816,1848a) 사이의 속도가 동일할 때 치형부(1817a)의 동기화 고정 연결부가 형성될 수 있도록 기어 림(1816a)과 웨브(1817) 사이의 차동 속도가 영(0)이 될 때까지, 댐퍼(1848a)(도 20)의 출력부와 중공 휠(1816) 사이에 치형부(1817a)의 고정된 연결부를 형성하기 전에 상기 스톱(1817c")은 중공 휠(1816)의 축 방향 운동을 정지시킨다. 토크 방향의 변화는 오우프닝(1817c)에서 텅(1816d)의 운동에 대해 반대로 움직이도록 하지만, 이것은 두 부분(1848b,1816)의 운동에 대해 중요하지 않다. 왜냐하면 이 방향으로 어떠한 동기환 조작도 발생하지 않기 때문이다. 동기화 과정은 치형부(1815a)를 위해 제공될 수 있지만 도 20에 나타낸 실시예에서 이것은 생략된다. 왜냐하면 이 변속 단계로 변속은 대개 아주 속도가 느릴 때 일어나기 때문이다.
도 20에 나타낸 실시예의 빠른 변속 단계의 고정은 3개의 원주 방향으로 배치된 원심 분리력 세그먼트(1852)를 수단으로 이루어지는데 이 세그먼트는 중공 휠(1816)로 방사상으로 놓이고 스톱까지 방사상으로 원심 분리력의 작용에 의해 중공 휠에서 방사상 바깥쪽에 구비된 오우프닝을 통하여 방사상으로 편향되며 중공 휠(1816)로 닫힌 치형부(1817a)인 경우에 댐퍼(1848)에 구비된 축 방향 쇼울더(1848d)의 자유 단부와 함께 축 방향 고정 연결부를 형성하며 속도가 떨어질 때까지 빠른 변속 단계를 형성하는 위치에서 경사 치형부(1816a)에 의해 발생되는 축 방향 힘 성분에 반해 토크 방향을 바꾸는 동안 중공 휠(1816)을 유지하고 원심 분리력 세그먼트에 장착된 에너지 어큐뮬레이터는 원심 분리력 세그먼트(1852)를 보다 작은 반경으로 움직이고 중공 휠(1816)을 축 방향으로 풀어주어서 변속기가 저속으로 설정될 수 있다. 도 18에서 로킹 장치(1680)를 수단으로 다른 기구에 의해 고정될 수도 있다.
시동기 제너레이터(1801a)를 위한 각 구성 성분의 배치 및 구조는 도 20에 나타나 있는데, 이 직경은 전기 기계(1808) 및 동력 요구에 의해 예비 설정된다. 회전자(1808b)의 방사상 안쪽에서 변속 기어(1809)는 원주 방향 기어로서 장착되고 상기 기어는 고정 기어 또는 마찰 휠 기어로서 형성될 수 있는데 두 경우에 전자기, 유압, 공압등에 의해 발생할 수 있는 변속 단계의 이동은 내장된 클러치, 브레이크 및 대응하는 배치의 프리휠에 의해 바깥쪽에서 발생한다.
본 발명의 구조는 원주 기어 조합(1809)을 사용하는 것을 제안하는데 여기에서 웨브(1817)는 크랭크샤프트(1803)와 같은 구동 샤프트와 힘-로킹 연결되고 선 휠은 회전자(1808b)에 연결되는 반면에 중공 휠(1816)은 댐퍼(1848)가 삽입된 선 휠(1813) 또는 하우징(1815)과 확동 고정 연결부를 형성한다. 원주 기어 조합은 구동축(1816)과 회전자(1808b) 사이에서 둘 이상의 변속 단계를 형성하도록 장착될 수도 있다. 도시된 실시예에서 웨브(1817)는 방사상 다단 허브로서 형성되는데 웨브(1816)의 직경에 포함되는 세 개의 유성 휠을 포함하는 유성 세트(1814)와 구동 축(1803) 상의 마운팅 사이에서, 하우징은 베어링(1836)에 의해 지지되고 이 베어링은 하나가 다른 하나 위에 장착되는 두 부분(1817,1815)의 상대 운동을 감소시키는 이중 베어링이다. 본원의 실시예에서 하우징(1815)은 하우징 기능보다 국부적으로 고정된 지지부의 기능을 수행하는데, 왜냐하면 변속기 기어 조합(1809)에 의해 걸쳐진 체적은 선 휠(1813)에 연결된 플랜지(1813c)에 의해 제한되고, 회전자 지지부(1813c)는 선 휠(1813)에 연결되고, 상기 회전자 지지부(1813d)는 축 방향 쇼울더로서 형성되며 단부에서 플랜지 부분(1813c)에 나사로 고정되고 L형 횡단면을 가지는 플랜지 부분(1813e)은 다른 쪽 단부에서 회전자 지지부에 결합되고 지지부(1815)에서 축 방향으로 정렬된 아암(1813f)에 의해 유지되어서, 윤활제로 일부 채워진 닫힌 챔버(1885)를 형성한다. 그리고 챔버(1885)는 씨일(1890)을 수단으로 지지부(1815)와 플랜지(1813e) 사이에서 방사상으로 밀폐되고 씨일(1891)을 수단으로 지지부(1815)와 웨브(1817) 사이에서 바깥쪽에서 밀폐된다.
중공 휠(1816)뿐만 아니라 지지부(1815)는 성형 판금부로 형성되고 중공 휠(1816)은 힘 로킹 연결부와 결합된 경사 치형부를 가지는 기어 림(1816f)을 내주에 구비한 고리면(1816e)에서 유지한다.
비틀림 진동을 감소시키도록 제공된 장치(1848,1839)는 회전자(1808b)의 방사상 내부에서 변속 기어(1809)의 외주에 장착되고 완충기(1839)는 원주를 따라 교대로 놓인 유성 휠 압입-끼워맞춤 액슬(1814d)을 수단으로 원주를 따라 작용하는 에너지 어큐뮬레이터(1839b)의 작용에 반해 완충기 질량부(1838a)에 연결된 플랜지(1739)를 수단으로 완충기 질량부(1839a)에 연결되고 압입-끼워맞춤 볼트(1814e)는 웨브(1817)에 결합된다. 상기 완충기는 변속 기어(1809)의 전체 작동 영역에 대해 두 변속 단계에서 활성 상태이다. 완충기의 배치는 다른 실시예에서 구동축(1803)의 다른 쪽 단부에 제공될 수도 있다.
상기 댐퍼(1848)는, 치형부(1817a)가 닫혀 있을 때 빠른 변속으로 전환되고 선 휠(1813)에 연결된 플랜지(1813c)와 입력부(1848a) 사이에서 작동하는 마찰 장치(1840)를 가지며, 이 마찰 장치는 플랜지 부분(1813c)에 대해 축 방향으로 텐션 디스크(1840a)에 장력을 부여하는 축 방향으로 작동하는 에너지 어큐뮬레이터(1840b)와 마찰 디스크(1840a)로 구성된다. 상기 댐퍼(1848)는 구동 축(1803)의 다른 쪽 단부에 배치된, 에너지 어큐뮬레이터(1848c)의 출력부에서 힘의 이동 방향으로 장착된 질량부와 회전자(1808b)의 플라이휠 질량부에 의해 구성되어서 트윈-질량부 플라이휠 효과는 출발 속도 이하의 공명 속도로 감소시키는데 구동 유닛(1802)으로부터 구동 트레인으로 전달되는 비틀림 진동을 특히 효과적으로 제동할 수 있다.
전체 플라이휠 질량을 최소화하기 위해서 플라이휠 질량부는 개선되는데 상기 회전자 질량부는 구동면에 플라이휠 질량부를 가지고 실제 플라이휠은 기어박스 에서 작게 만들어지며 구조 공간을 줄일 수 있다. 예를 들어 변속 기어인 경우에 플라이휠의 크기는 클러치 압력 판으로 제한되어서 구조 공간은 다른 시스템, 예를 들어 변속 기어 및 클러치의 자동 액터를 위해 더 크게 부여된다. 또 반작용하는 전기 기계(1808)의 활성 변화를 통하여 비틀림 진동을 감쇄시키도록 저속 구동 유닛(1802)에서 스위치가 켜지므로 전기 기계(1808)를 '전기 플라이휠 질량부'로서 사용하는 것이 유리하다.
도 2는 내연 기관(2002), 가변 벨트 접촉 기어박스(CVT)로서 설계된 변속 기어(2006) 및, 힘의 방향에 대해 변속기(2006)에 포함된 전기 기계(2008)를 가지는 구동 트레인(2001)의 실시예를 개략적으로 나타내는데 여기에서 전기 기계는 기어박스(2006)에 장착되거나 기어 하우징(2006a) 바깥쪽에 장착되며 힘 변속기(2009)는 제 1 샤프트(2005)와 회전자(2008b) 사이의 직접 연결에 의해 제 1 샤프트(2005)에서 전기 기계(2008)에 직접 장착되거나 벨트, 기어휠 기어조합에 의해 장착될 수 있다. 이런 활성 연결부(2009)는 자동-변속 기어이거나 고정된 변속기이다.
도시된 실시예에서 내연 기관(2002)은, 비틀림 진동 댐퍼(2039)가 설치되는 출력부 상의 크랭크샤프트(2002a)를 수단으로 기어 입력 축(2005a)에 연결된다. 기어 입력 축(2005a)은 클러치(2004)를 수단으로 제 1 샤프트(2005)와 연결할 수 있다. 제 1 샤프트(2005)는, 제 2 샤프트(2053)에 회전할 수 있게 고정되어 장착된 제 2 풀리 세트(2051)를 가지는 접촉 장치(2052)에 의해 힘 로킹 연결되는 벨트 접촉 기어박스(2006)의 제 1 풀리 세트(2050)를 회전할 수 있게 고정하여 유지한 다. CVT의 기능은 공지되어 있고 DE 195 44 644에서 자세히 설명된다. 제 2 샤프트(2053)는 제 2 클러치(2057)를 통하여 차동 장치(2059)와 다음 구동 장치(2060)와 분리될 수 있다. 클러치(2004,2057)는 마찰 클러치, 선호적으로 오일욕에서 작동하는 다판 클러치이다. 후진 장치는 구동 트레인(2001)에 구비된다.
상기 전기 기계(2008)는 내연 기관(2002)과 대향해 기어 입력 축(2005)의 단부에서 도 22의 구동 트레인(2001)에 구비된다. 이 배치는 카아던 샤프트 없이 후륜에 내연 기관(2002)을 횡단 정면 설치하거나 종방향 정면 설치하는 배치에 대해 유리하다. 이 목적으로 기어 입력 축(2005)은 연장될 수 있고 샤프트 밀폐 고리를 수단으로 밀폐된 하우징(2006a)으로부터 바깥쪽으로 튀어나와 있다. 상기 전기 기계92008)는 기어 입력 축(2005)에서 동축으로 장착되는데 고정자는 하우징(2006a)에 회전할 수 있게 고정되어 연결되고 회전자는 기어 입력 축(2005)에 회전할 수 있게 고정되며, 다른 가동 직경에서 접촉 장치를 안내하여서 가변 변속 비율을 설정할 수 있는 풀리 세트(2009a,2009b)를 가지는 스퍼어 휠과 같은 변속기를 삽입하였을 때 축방향으로 평행하게 장착되는데 이런 세팅은 원심 분리력에 의해 자동으로 또는 제어 장치에 의해 바깥쪽에서 이루어질 수 있다. 동축으로 장착된 전기 기계(2008)인 경우에 기어 입력 축과 회전자 사이의 힘 로킹 연결부에서 회전자의 방사상 내부에 맞추어져 제공될 수 있는 중간 변속기(2009)의 사용은, 전기 기계(2008)의 속도가 기어 입력 축(2005)의 속도 범위에 적합하도록 허용하는데 감소된 구조물 크기는 중량과 비용을 절감시킨다.
도 23은 아래의 차이점을 제외하고는 도 22의 구동 트레인(2001)과 동일한 구동 트레인(2101)의 실시예를 개략적으로 나타낸다.
전기 기계(2108)는 클러치(2104)와 동축의 풀리 세트(2150) 사이에서 축 방향으로 장착되거나 도시된 대로 축 방향으로 평행하게 장착된다. 상기 전기 기계(2108)는 기어박스 하우징의 안쪽 또는 바깥쪽에서 축방향으로 평행하게 장착될 수 있는데 기어박스(2109) 내부에 장착되었을 때 전기 기계(2108)는 기어박스 오일에 대해 캡슐 속에 들어가 있다. 캡슐로 싸는 것은 본 발명에 따른 변속 기어(2109)에 통합된 모든 전기 기계에 대해 유리하다는 것은 분명하다. 전기 기계를 위한 케이블링은 변속 기어(2109)를 제어하기 위해 제공된 케이블 트리에서 수행되고 동일한 플러그 연결부와 같은 동일한 인터페이스는 변속 성분과 전기 기계를 공급하기 위해 유리하다.
도 24a 내지 24c는 새로운 가속에 대해 감속 차량을 구동시킬 때 타력 주행으로부터 토크 경로의 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 24a는 회복 없는 자동차에 대한 시간 t에 따른 토크 경로 M을 나타내는데 내연 기관은 타력 주행 토크 M(schub) 이상으로 차량을 감속한다. I에서 동력의 요구는 가속 페달을 작동함으로써 운전자에 의해 요청되고, 내연 기관은 완전 동력 특성 곡선 Ⅲ을 따라 차량이 움직일 수 있을 때까지 Ⅱ 지점에서 속도가 증가할 때까지 다소 순조롭게 구동 상태로 바뀐다.
도 24b는 선행 기술에 따른 회복 공정을 가지는 자동차의 타력 주행/구동 상태를 나타낸다. 그래프의 원점에서 시간 T에 따른 구동륜에서 토크 M의 의존도는 구동 트레인으로 전기 에너지를 발생시키도록 전기 기계에서 공급되는 제동 모멘트 M(rek)에 의해 부여된다. 경제적인 목적으로 내연 기관은 여기에서 작동되지 않는다. 운전자에 의해 동력이 요구될 때 내연 기관은 Ia에서 다시 시동이 걸려야 한다. 이것은 토크 M(gen)을 추가로 필요로 하는 제너레이터 작동시에 전기 기계를 움직이는 동안 차량의 나머지 운동 에너지를 활용함으로써 일어난다. 조인트는 Ia와 Ib 사이의 기간동안 차량에서 발생하고, 즉 차량은 처음에 가속되지 않고 감속되고 내연 기관이 Ib에서 시동이 걸릴 때까지 임의로 토크가 증가하지 않고 토크는 속도가 증가함에 따라 Ⅱ 지점까지 증가하며 Ⅲ 영역에서 전 부하에서 작동된다. 도 24a에 따른 차량의 토크 경로와 비교해, 이런 종류의 움직임은 다수의 운전자에 의해 차량의 안전한 움직임에 대해 지지하기 어려운 것으로 간주되고 불편한 것으로 간주된다.
이런 문제점의 한 가지 해결 방법은 도 24c에서 전기 기계를 제어하기 위한 방법으로 나타내었다. 전기 기계가 토크 M(rek)을 가지는 전류를 발생시킴으로써 차량을 제동하는 제동 모멘트 M(rek)에서 시작하여, Ia에서 운전자에 의해 동력이 요구될 때, 내연 기관의 시동이 차량의 예비-구동에 대해 토크 M(E)를 구성하기 전에 전기 기계는 구동 모드로 즉시 전환된다. 상기 내연 기관은 Ia와 Ib 사이에서 시동이 걸리고 구동 클러치의 부재시에 또는 구동 클러치가 닫혔을 때 차량의 운동 에너지와 전기 기계의 토크 M(E) 각각은 시동시에 일부를 공유하고, 구동 클러치의 존재하에 이것은 충격을 방지하기 위해서 미끄럼 작동되거나 일시적으로 개방되며 상기 전기 기계만 가지고 내연 기관의 시동을 건다. 도 24c에 나타낸 실시예에 따라 운전자에 의해 동력을 요구한 후에 전기 기계는 토크 M(E)를 즉시 증가시키고 차량의 예비 구동 및 내연 기관의 시동을 보조한다. Ib에서 내연 기관의 시동이 걸리고 속도 증가에 의해 토크 M(BKM)을 증대시키는데 이것은 Ⅱ 지점에서 전동력 곡선 Ⅲ으로 변한다.
동력 Ia에 대한 요구 시점으로부터 Ⅱ 지점에서 전 동력 곡선 Ⅲ으로 모멘트 곡선 M(BKM)의 전이까지, 고속 구배 및 구배 제로 영역 없이 두 토크 M(E)와 M(BKM)의 합계가 원활한 변화를 일으키도록 전기 기계는 조절된다. 내연 기관의 시동을 걸기 전에 시간의 흐름에 따라 배치된 Ic 지점까지 동력 요구 출발지에서 전기 기계는, Ic 지점에서 다시 감속된 후에 영구 토크로 가속되거나 영구 토크 이상으로 가속되며, 내연 기관이 전 동력 영역 Ⅲ에 있는 Ⅱ 지점에서, 제로 순차 이동과 제너레이터 조작으로 변화가 토크 M(gen)을 가지고 발생한다. 이 상태에서 전기 기계는 구동 장치로 추가 토크를 전달하지 않으면서 내연 기관의 시동 충격을 줄이는 데만 사용될 수도 있다. 이 목적으로 전기 기계는 변속기에 따라 작동하고, 제너레이터 조작시에 내연 기관의 속도를 제동하거나 구동 모드에서 가속시킨다.
다음과 같은 특허는 본원의 내용에 대해 완전히 포함된다:
DE 198 12 417, DE 198 38 036, DE 198 33 784, DE 199 25 332, DE 199 18 787.
본 출원에서 제출된 특허청구범위는 넓은 특허보호를 얻기 위해 편견 없는 용어를 제출한다. 본 출원인은 명세서 또는 도면에서 이제까지 서술된 특징 이상 을 요구할 권리를 가진다.
각각의 적절한 종속항의 특징을 통하여 독립항의 주제의 다른 설계를 언급한 종속항에서 사용된 참증은 언급한 종속항의 특징을 위한 독립된 주제 보호를 얻음으로 없어도 되는 것으로 간주되지 않는다.
그러나, 상기 종속항의 주제는 역시 선행하는 청구항의 주제로부터 독립된 설계를 가지는 독립된 발명을 형성한다.
본 발명은 역시 명세서의 실시예에 제한되지 아니한다. 다양한 수정과 변경 도면에서 얻어지는 개별 특징 또는 요소 또는 과정 단계의 조합 수정을 통하여 발명적인 특히 변형, 요소 및 조합 또는 물질 그리고 일반적인 서술과 연결되어 서술된 실시예 및 새로운 과정 단계에서 새로운 주제 또는 제조, 시험 및 작업 과정에 관한 한 과정 단계의 순서에서 조합 가능한 특징이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

Claims (67)

  1. 구동축(3,3',3",3'")을 가진 구동유닛(2,2',2',2'")을 포함하고, 상기 구동축의 회전축과 평행한 회전축을 가진 한 개이상의 전기기계(8,8',8",8'")를 포함하며, 모터 및 제너레이터로서 이용되는 상기 전기기계의 회전축이 구동축과 떨어져 장착되고 연결부(7,7',7",7'")를 통해 상기 구동축과 연결되는 자동차용 구동트레인(1,1',1",1'")에 있어서,
    상기 전기기계(8,8',8",8'") 및 구동축(3,3',3",3'")사이에 배열된 상기 연결부(7,7',7",7'")가 두 개이상의 변속단계들을 가지고 전기기계의 작동모드에 의존하여 변속단계들을 자동으로 전환하며, 전기기계의 상기 작동모드는 상기 구동유닛(2,2',2",2'")의 시동상태와 작동상태를 포함하고, 상기 구동유닛(2,2',2",2'")과 전기기계(8,8',8",8'")사이에서 상기 구동유닛에 대한 전기기계의 변속비가 직접 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  2. 제 1 항에 있어서, 전기기계(8,8',8",8'")는 구동유닛(2,2',2",2'")의 구동축 및 출력유닛(6,6',6",6'")의 입력축(5,5',5",5'")과 연결되고, 상기 출력유닛(6,6',6",6'")은 한 개이상의 클러치(4,4',4",4'")에 의해 구동유닛(2,2',2",2'")으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  3. 제 1 항에 있어서, 전기기계(8')는 연결부(7')를 통해 출력유닛(6')과 떨어진 구동축(3')의 단부와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  4. 제 1 항에 있어서, 시동상태에서 구동유닛(2,2',2",2'")에 대한 전기기계(8,8',8",8'")의 변속비가 3:2내지 10:1인 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부(7,7',7",7'")가 한 쌍이상의 전동디스크들 및 전동디스크들을 구속상태로 마찰연결하는 접촉수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  6. 제 5 항에 있어서, 전동디스크들이 벨트풀리들에 의해 구성되고, 상기 접촉수단이 벨트에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  7. 제 5 항에 있어서, 두 개이상의 전동디스크들이 두 쌍이상의 원추형 풀리들에 의해 형성되고, 각 쌍의 원추형 풀리들사이에서 마찰접촉상태로 안내되는 체인에 의해 상기 접촉수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  8. 제 7 항에 있어서, 각 쌍의 원추형 풀리들을 축방향으로 연속조정하고 체인의 서로 다른 운동직경을 조정하여 원추형 풀리들의 변속비가 연속조정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부(7,7',7",7'")는 한 쌍이상의 기어휠들로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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  14. 제 1 항에 있어서, 변속단계들이 토크방향에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  15. 제 14 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2",2'")으로부터 전기기계(8,8',8",8'")로 토크가 전달될 때 형성되는 변속비는 전기기계로부터 구동유닛으로 토크가 전달될 때 형성되는 변속비보다 작은 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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  17. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부(7,7',7",7'")가 두 개이상의 변속단계들을 형성하기 위하여, 상기 전기기계(8,8',8",8'")와 구동유닛(2,2',2",2'")사이에 한 개이상의 변속기어(9,9',9",9'")가 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  18. 제 17 항에 있어서, 한 개이상의 내부기어를 가진 유성기어에 의해 상기 변속기어(9,9',9",9'")가 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  19. 제 17 항에 있어서, 두 쌍이상의 기어휠을 가진 고정기어에 의해 상기 변속기어(9,9',9",9'")가 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  20. 제 17항 내지 제 19항 중 한 항에 있어서, 서로 다른 변속단계를 위한 상기 변속기어(9,9',9",9'")는 두 개이상의 클러치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  21. 제 17항 내지 제 19항 중 한 항에 있어서, 두 개이상의 변속단계를 위한 상기 변속기어(9,9',9",9'")가 한 개이상의 프리휠과 한 개이상의 클러치의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  22. 제 17항 내지 제 19항 중 한 항에 있어서, 두 개이상의 변속단계를 위한 상기 변속기어(9,9',9",9'")는 두 개이상의 프리휠들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  23. 제 17 항에 있어서, 두 개의 변속단계들을 제어하기 위하여 한 개이상의 클러치가 원심분리력 클러치에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  24. 제 19 항에 있어서, 두 개의 변속단계들을 제어하기 위하여 한 개이상의 클러치가 전자기 클러치에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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  29. 제 18 항에 있어서, 유성기어의 내부기어는 변속기의 하우징에 고정된 구성성분에 회전할 수 있게 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  30. 제 18 항에 있어서, 전기기계(8,8',8",8'")에 의해 선휠이 구동되어 제 1 변속단계가 형성되고, 한 개이상의 유성휠을 고정하는 웨브에 의해 출력이 형성되며, 제 1 변속단계에서 하중이 전달될 때 제 1 프리휠 또는 제 1 클러치를 통해 토크가 전달되고, 제 2 변속단계에서 하중이 전달되는 제 2 프리휠이 바이패스되거나 제 2 클러치가 분리되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  31. 제 18 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2",2'")에 의해 유성휠을 고정하는 웨브가 구동되어 제 2 변속단계가 형성되고, 선휠을 통해 전기기계(8,8',8",8'")로 출력이 형성되며, 제 1 프리휠이 바이패스되거나 제 1 클러치가 분리되고 제 2 프리휠 또는 제 2 클러치가 구동유닛(2,2',2",2'")의 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  32. 제 18 항에 있어서, 전기기계(8,8',8",8'")에 의해 한 쌍의 기어휠들이 구동되어 제 1 변속단계가 형성되고, 제 1 변속단계에서 하중이 전달될 때 제 1 프리휠 또는 제 1 클러치를 통해 제 1 쌍의 기어휠들 중 제 1 기어휠로 토크가 전달되며, 제 2 변속단계에서 하중이 전달되는 제 2 프리휠이 바이패스되거나 제 2 클러치가 분리되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  33. 제 18 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2",2'")에 의해 제 2 쌍의 기어휠들이 구동되어 제 2 변속단계가 형성되고, 제 1 프리휠이 바이패스되거나 제 1 클러치가 분리되며, 제 2 변속단계에서 하중이 전달될 때 제 2 프리휠 또는 제 2 클러치가 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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  36. 제 1 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2",2'")과 전기기계(8,8',8",8'")사이에 배열되고 변속을 위한 변속기어는 구동유닛(2,2',2",2'")의 구동축(3,3',3",3'") 또는 출력유닛(6,6',6",6'")의 입력축에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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  40. 삭제
  41. 제 1 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2',2'")의 구동축과 전기기계(8,8',8",8'")의 샤프트(8a)는 제동장치를 형성하기 위해 에너지 어큐뮬레이터의 작용에 대해 서로 회전운동하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  42. 제 1 항에 있어서, 구동유닛(2,2',2",2'")와 전기기계(8,8',8",8'")사이에서 완충기(440)가 힘이동방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 제 1 항에 있어서, 토크방향에 따라 설정되는 두 개의 변속단계들이 경사치형부들을 가진 유성기어에 의해 조정되고, 상기 유성기어는 축방향으로 이동하고 회전가능한 내부기어, 구동축에 연결되는 웨브에 장착된 한 개이상의 유성휠(1214)들 및 전기기계(8,8',8",8'")의 전동디스크에 연결된 선휠(1218)을 포함하며, 내부기어가 축방향으로 이동하여 회전가능하게 고정된 구성성분에 내부기어가 연결될 때 제 1 변속단계가 형성되고, 상기 웨브에 내부기어가 연결될 때 제 2 변속단계가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  46. 제 45 항에 있어서, 시동과정에서 요구되는 속도보다 빠른 속도로 제 1 변속단계가 구속되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 웨브의 외주부분에 장착된 몸체들에 의해 제 1 변속단계가 구속되고, 상기 몸체가 원심력작용에 의해 형성된 힘-로킹연결상태로 내부기어의 내주부분에서 리세스내에 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  48. 삭제
  49. 제 45 항에 있어서, 상기 내부기어는 한쪽에서 내부기어를 차단하는 구동트레인의 비회전 구성성분과 고정연결되고 다른 한쪽측부에서 웨브와 고정되는 고정연결부(1233)를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 고정연결부(1233)는 톱니부분, 클로오(claw) 및 마찰라이닝을 포함한 마찰연결부인 것을 특징으로 하는 자동차용 구동트레인.
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