KR101687509B1 - 변속 및 차동 기어 장치, 그리고 모터 및 변속기 유닛 - Google Patents

변속 및 차동 기어 장치, 그리고 모터 및 변속기 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하우징(25), 입력 샤프트(2), 이 입력 샤프트(2)에 대해 동축으로 배치되는 2개의 출력 샤프트(3, 4)를 갖는 변속 및 차동 기어 장치(1)에 관한 것이며, 변속 섹션 및 차동 섹션(5)이 제공되고, 변속 섹션은 2개의 유성 기어 스테이지, 즉 입력 스테이지(6)와 부하 스테이지(7)를 포함하며, 입력 스테이지(6)의 선 기어(12)는 입력 샤프트(2)와 작동적으로 연결되고, 부하 스테이지(7)는 하우징에 고정되는 링 기어(13)를 구비하며, 상기 부하 스테이지의 선 기어(14)는 웨브(15)를 통해 입력 스테이지(6)의 하나 이상의 유성 기어(16)와 작동적으로 연결될 수 있거나 연결되고, 부하 스테이지(7)의 하나 이상의 유성 기어(17)는 웨브(20)를 통해 차동 섹션(5)의 입력 샤프트와 작동적으로 연결된다. 장착 공간에 대한 요구가 감소하게 되며 그리고, 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가, 그에 상응하게 제공되고 및/또는 배치되는 커플링 디바이스(KV)를 통해, 함께 회전하는 방식으로, 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 부하 스테이지(7)의 유성 기어(17)의 유성 캐리어(18b)와 작동적으로 연결될 수 있거나, 또는 그들로부터 분리될 수 있다는 사실에 의해, 사용 유연성이 증가하게 된다.

Description

변속 및 차동 기어 장치, 그리고 모터 및 변속기 유닛{TRANSMISSION AND DIFFERENTIAL GEARING AND ENGINE AND GEARING UNIT}
본 발명은, 하우징, 입력 샤프트, 이 입력 샤프트에 대해 동축으로 배치되는 2개의 출력 샤프트를 포함하는 변속 및 차동 기어 장치에 관한 것이며, 변속 섹션 및 차동 섹션이 제공되고, 변속 섹션은 2개의 유성 기어 스테이지를, 말하자면 입력 스테이지(input stage)와 부하 스테이지(load stage)를 포함하고, 입력 스테이지의 선 기어는 입력 샤프트와 작동적으로 연결되며, 부하 스테이지는 하우징에 고정된 링 기어를 포함하고, 상기 부하 스테이지의 선 기어는 웨브(web)를 통해 입력 스테이지의 하나 이상의 유성 기어와 작동적으로 연결될 수 있거나 연결되며, 부하 스테이지의 하나 이상의 유성 기어는 웨브를 통해 차동 섹션의 입력 샤프트와 작동적으로 연결된다. 그 밖에도, 본 발명은 또한, 전기 모터와, 이 전기 모터에 대해 동축으로 플랜지 결합되는 앞서 언급한 변속 및 차동 기어 장치를 포함하는 모터 및 변속기 유닛에 관한 것이다.
전기 자동차들(E 자동차들)에서 변속기들의 통상적인 구조 형상들은 내연기관들과의 연결을 위한 종래의 변속기를 기반으로 한다. 상기 변속기들은 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에, 다시 말하면 전기 모터(E 모터)의 로터 샤프트와 기어 샤프트들 사이에 축 오프셋을 포함한다. 바퀴들로 향하는 플랜지 샤프트들은 구동 기계들(E 모터 또는 내연기관)에 대해 실질적으로 축 평행하게 상기 구동 기계들의 옆을 그에 상응하게 지나가는 방식으로 안내된다. 여기서 구동 기계의 분리는 대부분 종래의 방식으로, 요컨대 E 모터 바로 뒤쪽에 배치되는 마찰 맞물림식 클러치를 통해 수행된다. 이와 같은 분리 장치의 유형은 예컨대 DE 10 2007 043 016 A1에 기술되어 있다.
수많은 전기 자동차 적용 내지 하이브리드 구동 장치의 경우, 고정된 기어비로만 E 모터를 바퀴들에 연결하거나 바퀴들과 작동적으로 연결하는 것만으로도 충분하다. E 모터는 차량/자동차의 정지 상태에서부터 높은 토크를 제공하고 그에 따라 (내연기관들을 포함하는) 종래의 파워 트레인들에서 필요한 출발 요소를 절약하게 한다. 변속기는 E 모터의 토크를 변환하며, 그럼으로써 차량은 자체의 구속 한계로 출발할 수 있게 된다. 그러나 몇몇 차량 적용에서, 그 결과 결정되는 기어비는, 최대의 E 모터 속도 조건에서 원하는 차량 최종 속도를 달성하기 위해서는 충분하지 않다. 여기서 상기 경우에 추가 기어비는, 전기 구동 장치로, 다시 말하면 E 모터로, 요구되는 "출발 성능" 외에도 자동차의 (최종 효과로) 원하는 최종 속도가 또한 실현될 수 있게 해야만 한다. 그러나 지금까지 순수 전기 자동차를 위한 "2속 변속기"는 변속기 제조업체들에 의해 앞서 기술한 축 평행한 구조로만 실현되었다.
따라서 전기 모터에 대해 동축으로 구성되며, 2개의 유성 기어 스테이지(유성 기어 장치)를 구비한 변속 섹션을 포함하는 변속기가 공지되었다. 이 경우, 변속 섹션은, 분리되어 동축으로 연이어 연결되는 유성 기어 장치들을 포함하며, 이렇게 구성되는 변속기는 작은 반경 방향 및 축 방향 장착 공간만을 필요로 하고, 그럼에도 불구하고 변속기는 특히 필요한 전체 기어비를 어떤 문제도 없이 실현한다. 현재 상기 변속기의 다양한 실시예들이 개발되고 개량되고 있으며, 따라서 상기 유형의 변속기의, 파워 트레인으로부터 전기 모터를 분리하는 예컨대 클러치 장치도 공지되었으며, 분리 장치는 전기 기계 방식으로 작동되고 실질적으로 "공간 중립적인 구조로" 변속기 내에 통합될 수 있다.
그 밖에도, 종래 기술에서는 자동차를 위한 또 다른 하이브리드 구동 시스템들도 공지되었다. 따라서 DE 44 31 929 C1로부터는, 출력 피니언과 중간 샤프트 상의 추가 기어 휠 사이에, 별도의 감속 기어 장치, 예컨대 유성 기어 장치가 배치되는 것을 통해, 자동차의 출발 능력을 개량하는 변속기가 공지되었다.
그 밖에도, EP 0 536 230 B1로부터는, 부분적으로 유성 기어 장치로서 형성되는 자동차용 변속기가 공지되었으며, 이 경우 커플링 디바이스들, 특히 기어 시프트 슬리브들에 의해 유성 기어 장치의 링 기어는 여러 부품들과 연결될 수 있다.
그 밖에도, DE 32 30 121 A1로부터는 차량용 하이브리드 구동 시스템이 공지되었으며, 이 경우 상기 유형의 구동 시스템의 특히 효율적이고 효과적인 기능을 달성하기 위해, 플라이휠을 포함하지 않고 형성되는 왕복 피스톤 내연기관의 크랭크 샤프트는, 제1 클러치를 통해 구동 모터를 위한 플라이휠 질량으로서 적용되는 전기 모터의 로터와 직접 연결되어 있거나 연결될 수 있고, 그리고 상기 로터는 추가 클러치를 통해 변속기의 입력 샤프트와 연결되어 있거나 연결될 수 있다. 그러나 이 경우 구성 비용은 매우 높다.
마지막으로, 다양한 기어비들을 위한 입력 기어 휠들이 자체에 배치되는 변속기 샤프트와 각각 연결되는, 2개의 유성 기어 장치를 포함하는 자동차용 변속기가 DE 199 03 936 A1로부터 공지되었다. 여기서 배치되는 유성 기어 장치들은 동일 평면에 배치되며, 각각의 유성 기어 장치는 별도의 전기 기계와 연결되어야 한다. 여기서도, 특히 2개의 제공될 E 모터에 의해 구성 비용은 매우 높다.
끝으로, DE 100 01 602 A1로부터, 구현할 변속단의 개수를 배가하기 위해 유성 기어 세트 또는 유성 기어 장치가 이용되는 변속기가 공지되었으며, 그리고 DE 197 23 776 A1로부터는 차량의 높은 속도 범위를 실현해야 하는 차량용 전기 개별 휠 구동 장치(individual wheel drive)가 공지되었으며, 이 경우 전기 모터와 최종 구동 기어 장치 사이에, 2개 이상의 변속단(speed transmission levels) 사이에서 전환할 수 있는, 변속 기어 장치(transmission gear)가 배치된다.
종래 기술에서 공지된 하이브리드 구동 장치들, 또는 이 하이브리드 구동 장치들을 위해 이용되는 변속기들에서의 문제점은, 설계 작업이 매우 복잡하고 이를 위해 필요한 장착 공간은 매우 크다는 점에 있다. 이는, 특히 자동차의 높은 차량 속도 범위를 충족하기 위해 변속기가 "2단"으로 형성되어야 할 때, 다시 말하면 2개 이상의 변속단, 또는 2개 이상의 기어비를 갖는 변속기로 실현되어야 할 때 관계된다. 이를 위해 제공되는 시프팅 장치들 및 이 시프팅 장치들의 배치 또는 부품들은 지금까지 공지된 변속기들에서 매우 높은 장착 공간을 필요로 한다.
그러므로 본 발명의 과제는, 한편으로 변속기에 의해 2개의 기어비가 실현될 수 있고, 다른 한편으로는 변속기의 장착 공간 요구의 증가가 실질적으로 방지되며, 이와 동시에 변속기의 사용 유연성 및 그 효율성이 개량되도록, 최초에 언급한 변속 및 차동 기어 장치를 형성하고 개선하는 것에 있다.
앞서 제시한 과제는, 이제, 그에 상응하게 제공되고 및/또는 배치되는 커플링 디바이스를 통해, 입력 스테이지의 링 기어가, 함께 회전하는 방식으로, 입력 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어 또는 부하 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어와 작동적으로 연결될 수 있거나, 또는 그들로부터 분리될 수 있다는 사실에 의해 해결된다.
특히, 형상 결합 방식으로 형성되는 커플링 디바이스와 이 커플링 디바이스의 각각의 부품들을 통해, 상기 커플링 디바이스는 특히 "공간 중립적인 구조로" 변속기 내에 통합될 수 있다. 이를 위해, 그에 상응하게 이미 제공되어 있는 플랜지 위치들 및/또는 이미 제공되어 있는 하우징 표면들이 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 입력 샤프트 및/또는 또 다른 샤프트들의 이미 존재하는 기어들도 함께 이용될 수 있다. 변속기의 1단 기어비에서 2단 기어비로의 전환은 실질적으로 부하 없이 수행될 수 있는데, 그 이유는 구동 모터의 상대 속도가 동기화될 수 있기 때문이다. 분리는, 커플링 디바이스의 "중립" 시프팅 위치에서 수행된다. 이에 추가로, 차량을 견인하기 위한 "수동" 분리의 가능성도 제공되고 실현된다(기계 또는 전기 방식). 하기 설명에서 훨씬 더 상세하게 설명되는 것처럼, 본 발명에 따른 변속 및 차동 기어 장치는, 연이어 연결되는 2개의 유성 기어 스테이지(유성 기어 장치), 즉 입력 스테이지와 부하 스테이지를 포함한다. 상기 두 유성 기어 스테이지는, 상응하는 연결부들(웨브들)을 통해 서로 고정 연결되고 그에 따라 원하는 변속비를 실현한다. 추가 변속비들, 요컨대 1단 및 2단 기어비는, 상기 연결부들이 분리되거나 변경될 때, 요컨대 앞서 언급한 커플링 디바이스로 분리되거나 변경될 때 생성될 수 있다. 이런 방식으로, 추가 기어 휠 스테이지들(gear wheel stage)이 통합될 필요 없이, 복수 개, 여기서는 특히 2개의 기어비가 실현될 수 있다. 전기 구동 장치들의 경우, 2개의 기어비 사이에서 일반적으로 요구되는 큰 기어비 간격은, 특히 일측 유성 기어 스테이지가 완전하게 단락[연동 회전(interlocked rotation)]될 때 달성된다. 이는 특히 상대적으로 더 높은 변속단에서, 다시 말하면 2단 기어비를 실현할 때 수행되어야 하는데, 그 이유는 여기서 일반적으로 상대적으로 더 오랜 체류 시간이 발생하기 때문이다. 여기서 실현되는 바람직한 실시예의 경우, 이제 1단 기어비는, 커플링 디바이스가, 부하 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어와 입력 스테이지의 링 기어를 함께 회전하는 방식으로 작동적으로 연결하는 것을 통해 실현되며, 2단 기어비는, 커플링 디바이스가, 입력 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어 또는 입력 스테이지의 유성 기어 세트와, 입력 스테이지의 링 기어를 함께 회전하는 방식으로 작동적으로 연결하는 것을 통해 실현된다. 이는 하기에서 상세하게 설명되며, 특히 최초에 언급한 단점들은 방지되고 상응하는 장점들이 달성되며, 이에 추가로 여전히 E 모터의 분리도, 단일축 구동 차량의 연비 효율적인 "세일링 모드(sailing mode)"를 위해, 또는 (부분 부하 모드에서 하나의 차축의 분리를 통해) 양축 구동 차량의 효율 증대를 위해 이용될 수 있다. 차동 섹션은 바람직하게 스퍼 기어 차동 장치로서 형성될 수 있으며, 특히 웨브가 입력 샤프트로서 이용되고, 각각의 선 기어는 출력 샤프트와 연결되는 이중 유성 기어 세트로서 형성될 수 있다. 매우 바람직한 변형예에서, 부하 스테이지의 유성 기어들을 지지하는 볼트들은, 스퍼 기어 차동 장치의 제1 그룹의 유성 기어들을 지지하는 볼트들과 공유될 수 있다. 그 결과로, 본 발명에 따른 변속기의 성능이 증가하며, 장착 공간은 그에 상응하게 최소화된다.
바람직한 방식의 그리고 추가로 개선되는 본 발명에 따른 다양한 변속 및 차동 기어 장치가 제공되며, 이것은 우선 청구항 제1항에 종속되는 청구항들에 언급되어야 할 것이다. 이하에서, 뒤따르는 설명 및 연관된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 커플링 디바이스를 자신의 중립 위치에 위치설정한 상태에서 본 발명에 따른 모터 및 변속기 유닛을 포함하는 자동차의 구동 유닛을 도시한 개략도이다.
도 2는, 1단 기어비의 실현을 위해 커플링 디바이스를 위치설정한 상태에서, 요컨대 부하 스테이지의 유성 캐리어와 상응하는 링 기어를 연결한 상태에서, 본 발명에 따른 모터 및 변속기 유닛을 포함하는 자동차의 구동 유닛을 도시한 개략도이다.
도 3은, 2단 기어비의 실현을 위해 커플링 디바이스를 위치설정한 상태에서, 요컨대 입력 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어와 상응하는 링 기어를 연결한 상태에서, 본 발명에 따른 모터 및 변속기 유닛을 포함하는 자동차의 구동 유닛을 도시한 개략도이다.
도 4는 중립 위치에 위치한 커플링 디바이스와 함께 변속기의 실질적인 부품들을 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 5는, 입력 스테이지의 링 기어가 부하 스테이지의 유성 캐리어와 작동적으로 연결된 상태에서, 커플링 디바이스와 함께 도 4의 부품들을 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 6은, 입력 스테이지의 링 기어가 입력 스테이지의 유성 기어의 유성 캐리어와 연결된 상태에서, 커플링 디바이스와 함께 실질적으로 도 4 및 도 5에 도시된 부품들을 도시한 개략도이다.
도 7은 커플링 디바이스의 실질적인 부품들, 요컨대 기어 시프트 슬리브, 또는 커플링 링 및 시프트 포크, 그리고 추가 부품들을 약간 비스듬하게 바라보고 도시한 개략적 사시도이다.
도 1 내지 도 3에, 우선 차량을 위한, 특히 여기서는 상세하게 도시되어 있지 않은 자동차를 위한, 변속 및 차동 기어 장치(1)가 개략도로 도시되어 있으며, 변속 및 차동 기어 장치(1)의 하우징(25) 또한 개략적으로만 지시되어 있다. 변속 및 차동 기어 장치(1)는, 입력 샤프트(2)와, 이 입력 샤프트(2)에 대해 동축으로 배치되는 2개의 출력 샤프트(3 및 4)를 포함한다. 변속 및 차동 기어 장치(1)는, 변속 섹션과, 스퍼 기어 차동 장치(5)로서 형성되는 차동 섹션을 포함한다. 여기서 도면 부호가 부여되지 않은 변속 섹션은, 2개의 유성 기어 스테이지(특히 축 방향으로 연이어 연결되는 2개의 유성 기어 장치), 요컨대 입력 스테이지(6)와 부하 스테이지(7)를 포함한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 통상적인 "반쪽 도면"에서, 변속 및 차동 기어 장치(1)의 상응하는 부재들을 잘 확인할 수 있다. 그러므로 도 1 내지 도 3에는, 그 자체로 회전 대칭형인 장치, 요컨대 변속 및 차동 기어 장치(1)의 실질적인 회전 부품들의 "상측 절반부(upper half)"만이 도시되어 있다. 여기에 도시된 구동 유닛, 요컨대 여기에 도시된 변속 및 차동 기어 장치(1)는, 구동 바퀴들 상으로, 즉 자동차의 구동되는 차축의 바퀴들(9 및 10) 상으로, 구동 모터, 특히 전기 모터(8)에 의해 생성되는 토크를 전달하는 역할을 한다.
도 1 내지 도 3에는, 변속 및 차동 기어 장치(1)의 실질적인 부품들이 개략적으로 도시되어 있으며, 하기에서 훨씬 더 상세하게 다루어지는 커플링 디바이스(KV)의 위치설정, 요컨대 도 1 또는 도 2 및 도 3에서의 커플링 디바이스(KV)의 위치설정이 개략적으로 도시되어 있다. 그러나 여기에 도시된 커플링 디바이스(KV)의 위치설정 및 그 구성은, 하기에서, 특히 도 4 내지 도 6에 따라서 재차 상세하게 설명된다. 그에 앞서, 여기에 도시된 변속 및 차동 기어 장치(1)의 추가 부품들에 대해 훨씬 더 상세하게 다루어지며, 그리고 상기 추가 부품들은 또한 하기에서 훨씬 더 상세하게 설명된다.
바퀴들(9 및 10) 상으로 구동 모터, 여기서는 전기 모터(8)의 토크를 전달하는 도중에 이용되는 변속 및 차동 기어 장치(1)는, 실질적으로 3개의 기능 그룹으로 구성된다. 이는, 입력 스테이지(6), 부하 스테이지(7), 그리고 여기서 스퍼 기어 차동 장치(5)로서도 지칭될 수 있거나 또는 그에 상응하게 형성되는, 차동 스테이지 또는 차동 섹션이다. 개별 스테이지들(6, 7 및 5)은 열거된 순서로 인접해 있으면서 서로 나란히 조밀하게, 또는 축 방향으로 상호 간에 인접하게 배치된다.
구동 모터, 여기서 전기 모터(8)는, 구동 모터의 도시되어 있지 않은 권선부에 대해 동심으로 배치되고 특히 중공 샤프트로서 형성되는, 출력 샤프트(11)를 포함한다. 상기 출력 샤프트(11)에는, 변속 및 차동 기어 장치(1)의 입력 샤프트이면서 마찬가지로 중공 샤프트로서 형성되는 상기 입력 샤프트(2)가 연결되지만, 그러나 상기 두 부품는 하나의 통합 부품으로서도 형성될 수 있다. 변속 섹션은 (이미 언급한 것처럼) 2개의 유성 기어 스테이지, 즉 입력 스테이지(6)와 부하 스테이지(7)를 포함한다. 입력 스테이지(6)의 선 기어(12)는, 입력 샤프트(2)와 작동적으로 연결되고, 부하 스테이지(7)는 하우징에 고정되는 링 기어(13)를 포함하며, 부하 스테이지(7)의 선 기어(14)는 웨브(15)를 통해 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 하나 이상의 유성 캐리어(18a)와, 특히 입력 스테이지(6)의 유성 기어 세트와 작동적으로 연결될 수 있거나 연결되어 있다. 이 경우, 웨브(15)와 유성 캐리어(18a)는, 각각의 실시예에 따라 분리된 부품들로서 또는 통합되는 부품들로서, 또는 통합 부품으로서 형성될 수 있다. 마지막으로, 부하 스테이지(7)의 하나 이상의 유성 기어(17) 또는 유성 기어 세트는, 웨브(20)를 통해, 또는 유성 캐리어(18b)를 통해 스퍼 기어 차동 장치(5)의 입력 샤프트와 작동적으로 연결된다.
전술한 설명내용에서, 도 1 내지 도 3에서 확인되는 것처럼, 입력 스테이지(6)는, 선 기어(12)와, 유성 기어 세트, 특히 하나 이상의 유성 기어(16), 바람직하게 복수의 유성 기어(16)와, (이제부터 언급되는) 링 기어(19)를 포함하며, 부하 스테이지(7)는, 선 기어(14)와, 유성 기어 세트, 특히 하나 이상의 유성 기어(17), 바람직하게 복수의 유성 기어(17)와, 링 기어(13)를 포함한다는 점을 분명하게 확인할 수 있다.
입력 스테이지(6) 및 부하 스테이지(7)는 함께, 상응하는 전체 기어비를 갖는 변속 및 차동 기어 장치(1)의 변속 섹션을 형성한다.
변속 섹션의 출력 부재로서 부하 스테이지(7)의 웨브(20)가 이용된다. 상기 웨브(20)를 통해, 변속 섹션은 스퍼 기어 차동 장치(5)와 작동적으로 연결되고, 여기서는 상호 간에 치합되는 유성 기어들(21 및 22)의 이중 세트와 연결되어 있다. 스퍼 기어 차동 장치(5)의 통상적인 공지된 배치를 통해서 유성 기어들(21 및 22)은, 상응하는 회전을 변속 및 차동 기어 장치(1)의 각각의 출력 샤프트(3 또는 4) 상으로 전달한다. 이 경우, 유성 캐리어(18b) 및 웨브(20)는 통합 부품으로서 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 확인할 수 있는 것처럼, 추가로, 주차 잠금(parking lock)의 실현을 위해 주차 잠금 기어(23)도 제공되며, 주차 잠금 기어(23)는 상응하는 웨브(24)(또는 주차 잠금 샤프트)를 통해 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16) 또는 그에 상응하는 유성 기어 세트와 연결되는 가운데, 하우징(25) 내에 제공되는 주차 잠금 장치와 맞물린다.
원칙적으로, 상응하는 토크가 유성 기어 스테이지들을 통해 전달될 수 있도록 하기 위해, 상응하는 부품들은 그에 상응하게 작동적으로 연결되어야 하며, 다시 말하면 예컨대 선 기어 또는 링 기어의 자유 회전은 상응하는 유성 기어 스테이지의 분리를 초래할 수 있을 것이고, 그럼으로써 더 이상 토크가 전달되지 않을 수 있게 된다.
최초에 언급한 단점들은, 이제, 그에 상응하게 제공되고 및/또는 배치되는 커플링 디바이스(KV)를 통해, 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가, 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 입력 스테이지(6)의 유성 기어 세트와, 또는 부하 스테이지(7)의 유성 기어(17)의 유성 캐리어(18b)와, 함께 회전하는 방식으로, 작동적으로 연결될 수 있거나, 또는 그들로부터 분리될 수 있다는 사실에 의해 방지된다. 그런 다음, 이처럼 앞서 기술한 대안들에 의해, 1단 및 2단 기어비가 실현된다.
도 1에는 자신의 중립 위치에 있는 커플링 디바이스(KV)가 도시되어 있고, 도 2에는 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가 부하 스테이지(7)의 유성 캐리어(18b)와 연결되어 있는 상태로 커플링 디바이스(KV)가 도시되어 있으며, 도 3에는 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a)와 또는 입력 스테이지(6)의 유성 기어 세트와 작동적으로 연결되어 있는 상태의 위치설정으로 커플링 디바이스(KV)가 도시되어 있다. 후자의 경우에, 입력 스테이지(6)는 "블록으로서" 통과하고, 그에 따라서 변속 및 차동 기어 장치(1)의 추가의 2단 기어비를 실현한다. 이는, 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가 부하 스테이지(7)의 유성 캐리어(18b)와 작동적으로 연결되는, 특히 함께 회전하는 방식으로 연결되는 경우에, 특히 7.0과 11.3 사이, 특히 9.5의 변속비를 실현하는, 1단 기어비가 변속 및 차동 기어 장치(1) 내에서 실현되며, 그리고 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가, 함께 회전하는 방식으로, 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 입력 스테이지(6)의 유성 기어 세트와 연결되어 있고 그에 따라 전체 스데이지가 "블록으로서" 회전한다면, 변속기 내에 2단 기어비가 실현되며, 후자의 경우에는, 특히 3.2와 4.2 사이, 특히 3.9의 변속기 내에서의 전체 기어비가 실현되는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3에는, 커플링 디바이스(KV)가 공간 중립적인 구조로 변속 및 차동 기어 장치(1) 내에 통합되어 있다는 것이 도시되어 있지만, 각각의 부품들의 구체적인 기술적 구현/배치가 어떻게 실현되는지가 도 4 내지 도 6을 통해 도시되며, 이에 대해서는 이하에서 지금부터 더 상세하게 다루어진다.
우선, 커플링 디바이스(KV)는, 연결 또는 분리가 상응하는 부재들 상에 제공되는 형상 맞춤 요소들에 의해 실현되는 방식으로, 특히 그로 인해 형상 결합이 실현되는 방식으로, 형성되고 및/또는 구현된다. 커플링 디바이스(KV)는 커플링 링(26)과, 커플링 기어(27)와, (제2 커플링 기어로서도 지칭될 수 있는) 구동 링(28)을 포함한다.
도 4 내지 도 6에는, 각각의 부품들, 요컨대 커플링 링(26)과, 커플링 기어(27)와, 구동 링(28)을 포함하는 커플링 디바이스(KV)가 분명한 형태로 도시되어 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 커플링 디바이스(KV), 요컨대 (동기 링으로서도 지칭될 수 있는) 커플링 링(26)의 상이한 위치설정 상태에서도, 요컨대 상기 커플링 링이 우측 방향으로 또는 좌측 방향으로 변위될 때, 변속기, 다시 말하면 변속 및 차동 기어 장치(1)의 장착 공간은 확대되지 않아도 되며, 이는 특히 이미 최초에 언급한 장점들을 제공한다. 커플링 디바이스(KV) 또는 이 커플링 디바이스의 부품들은, 상응하는 부재들/부품들의 연결 또는 분리가, 불필요하게 큰 장착 공간 요구를 취하지 않는, 제공되는 형상 맞춤 요소들을 통해 실현되기 때문에, 최초에 기술한 장점들은 그에 상응하게 실현될 수 있다.
하기 내용은 이제 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된다.
커플링 디바이스(KV)는, 이 커플링 디바이스가 우선 축 방향으로 변위될 수 있으면서 함께 회전하는 방식으로 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)와 연결되는 커플링 링(26)을 포함하도록 형성된다. 이를 위해, 커플링 링(26)의 내주면은 내접 스플라인부를 포함하고 링 기어(19)의 외주면은 외접 스플라인부를 포함하며, 상기 내접 스플라인부 및 상기 외접 스플라인부는 상호 간에 맞물린다.
도 4에는, 자신의 중립 위치에 있는 커플링 디바이스(KV)가 도시되어 있으며, 여기서 커플링 링(26)은, 커플링 기어(27)와 함께, 그 밖에도 구동 링(28)과 함께 회전하는 방식으로 연결된다. 그러나 커플링 링(26)은 링 기어(19) 상에 축 방향으로 변위 가능하게 배치되고, 커플링 링(26)과 링 기어(19)는 상호 간에 맞물리는 스플라인부를 포함하기 때문에, 커플링 링(26)에 의해 링 기어(19)는, 함께 회전하는 방식으로, 요컨대 커플링 기어(27) 또는 구동 링(28)과 연결될 수 있다.
이 경우, 구동 링(28)은 유성 캐리어(18b)와 작동적으로 연결되거나 또는 함께 회전하는 방식으로 연결된다.
커플링 기어(27)는, 도 4 내지 도 6에서 확인할 수 있는 것처럼, 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a)와 작동적으로 연결된다.
이제 입력 스테이지(6)의 유성 기어들(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 그 유성 캐리어들(18a)과 커플링 기어(27)를 작동적으로 연결하기 위해, 커플링 기어(27)의 외주면 상에는 커플링 링(26)의 스플라인부에 대응하는 톱니부가 제공된다. 다시 말해, 커플링 링(26)이 우측 방향으로 변위될 때, 도 6에 도시된 것처럼, 커플링 링(26)의 내주면 상의 스플라인부는 커플링 기어(27)의 외주면 상에 제공된 톱니부와 맞물리며, 그럼으로써 두 부품는 함께 회전하는 방식으로 서로 연결되며, 그런 다음 최종 효과로 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)는 함께 회전하는 방식으로 입력 스테이지(6)의 유성 기어들(16)의 유성 캐리어(들)(18a)와 연결되며, 그럼으로써 상기 경우에 전체 유성 기어 스테이지는 "블록으로서" 회전하고, 그에 따라 변속기, 요컨대 변속 및 차동 기어 장치(1)의 2단 기어비가 실현되고 체결된다. 그러므로 도 6은 도 3의 개략도에 상응한다. 그러므로, 2단 기어비의 효과적인 연결 또는 실현을 위해, 커플링 링(26)은, 도 6에 도시된 것처럼, 커플링 기어(27) 위로 변위될 수 있다(요컨대 여기서는 우측 방향으로 이동하게 된다).
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 커플링 링(26)은 좌측 방향으로도 변위될 수 있으며, 이런 경우에 커플링 링(26)은 구동 링(28)과 맞물리게 된다. 이미 언급한 것처럼, 구동 링(28)은 부하 스테이지(7)의 유성 캐리어(18b) 상에, 특히 함께 회전하는 방식으로, 배치되고 및/또는 고정되며, 여기에는 표시되어 있지 않은 외접 기어부를 포함한다. 커플링 링(26)은 구동 링(28)의 톱니부와 맞물릴 수 있는 내접 스플라인부를 포함하고 효과적인 연결을 위해 적어도 부분적으로 구동 링(28) 상으로 끼워질 수 있다. 커플링 링(26)과 구동 링(28)의 효과적인 연결은 도 5에 도시되어 있으며, 도 5는 실질적으로 도 2의 개략도에 상응한다. 그러므로 도 2와 도 5는 변속기 내에서, 즉 변속 및 차동 기어 장치(1) 내에서 1단 기어비의 실현을 나타낸다.
그러므로 도 1 내지 도 6에는, 변속 및 차동 기어 장치(1), 및 전기 모터(8)와 이 전기 모터에 대해 동축으로 플랜지 결합되는 변속 및 차동 기어 장치(1)를 포함하는 모터 및 변속기 유닛이 각각 도시되어 있다. 이 경우, 전기 모터(8)의 모터 출력 샤프트(11)는 변속기(1)의 입력 샤프트(2)와 연결되어 있고 중공 샤프트로서 형성되어 있으며, 이 중공 샤프트는 변속기의 출력 샤프트들 중 하나의 출력 샤프트(3)에 의해 동축으로 관통된다.
마지막으로, 도 7에는, "동기 링"으로서도 지칭될 수 있는 커플링 링(26)의 실현 및 작동이 각각 개략도로 도시되어 있다. 도 7에서 충분히 확인할 수 있듯이, 커플링 링(26)은 시프트 포크(29)를 통해 그에 상응하게 안내되고, 상기 시프트 포크는 하우징(25) 내에서 다시금 2개의 지지점(30)에서 회동 가능하게 지지되며, 그리고 상기 시프트 포크(29) 자체는 서보 모터(31)를 통해 작동될 수 있다. 서보 모터(31)의 작동을 통해, 시프트 포크(29)는 그에 상응하게 수월하게 회동될 수 있으며, 그럼으로써 커플링 링(26)은 축 방향으로 그에 상응하게 변위될 수 있다.
여기서 본 발명에 따라 도시된 변속 및 차동 기어 장치(1)에 의해, 이미 최초에 부분적으로 언급한 상응하는 장점들이 달성될 수 있는데, 상기 장점들은 여기서도 재차 참조되지만, 그러나 추가로 하기에서도 재차 설명된다.
도시된 커플링 디바이스(KV)는 공간 중립적인 구조로 변속 및 차동 기어 장치(1) 내에 통합될 수 있다. 이를 위해, 동일한 플랜지 위치들 및/또는 동일한 연결부들 및 지지 표면들이 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 샤프트들의 이미 존재하는 기어들도 이용될 수 있다. 그런 다음, 1단 기어비에서 2단 기어비로 기어비들의 전환은 특히 부하 없이 수행될 수 있고, 전기 모터(8)의 상대 속도는 동기화된다. 커플링 디바이스(KV)의 중립 위치에서, 전기 모터(8)로부터 변속기의 상응하는 분리가 실현되며, 이는 높은 토크에서도 가능해진다. 커플링 디바이스(KV), 특히 커플링 링(26)의 작동은 별도의 서보 모터(31)를 통해 (기계, 전기 또는 유압 방식으로도) 그에 상응하게 실현되며, 차량을 견인하기 위한 수동 분리의 가능성도 제공된다.
이제 2개의 기어비가 변속 및 차동 기어 장치(1) 내에서 실현되는 것을 통해, 전체 변속기의 더 높은 유연성 및 더 향상된 성능이 제공되고, 특히 2단 기어비가 실현되며, 요컨대 유성 기어 스테이지인 입력 스테이지(6)의 유성 캐리어(18a)와 상기 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)의 연결이 2단 기어비를 실현하며, 이 경우에 입력 스테이지(6)는 "블록으로서" 회전하며, 그리고 전체 기어비에 대해서는 실질적으로 부하 스테이지(7) 만이 임무를 수행한다.
1: 변속 및 차동 기어 장치 2: 입력 샤프트
3: 출력 샤프트 4: 출력 샤프트
5: 스퍼 기어 차동 장치 6: 입력 스테이지
7: 부하 스테이지 8: 전기 모터
9: 바퀴 10: 바퀴
11: 전기 모터의 출력 샤프트 12: 입력 스테이지의 선 기어
13: 부하 스테이지의 링 기어 14: 부하 스테이지의 선 기어
15: 입력 스테이지의 웨브 16: 입력 스테이지의 유성 기어
17: 부하 스테이지의 유성 기어 18a: 입력 스테이지의 유성 캐리어
18b: 부하 스테이지의 유성 캐리어 19: 입력 스테이지의 링 기어
20: 부하 스테이지의 웨브 21: 유성 기어
22: 유성 기어 23: 주차 잠금 기어
24: 웨브, 주차 잠금 샤프트 25: 하우징
26: 커플링 링 27: 커플링 기어
28: 구동 링 29: 시프트 포크
30: 지지점 31: 서보 모터
KV: 커플링 디바이스

Claims (10)

  1. 하우징(25), 입력 샤프트(2), 이 입력 샤프트(2)에 대해 동축으로 배치되는 2개의 출력 샤프트(3, 4)를 포함하는 변속 및 차동 기어 장치(1)로서,
    변속 섹션 및 스퍼 기어 차동 장치(5)로서 형성되는 차동 섹션이 제공되고, 상기 변속 섹션은 2개의 유성 기어 스테이지, 즉 입력 스테이지(6)와 부하 스테이지(7)를 포함하며, 상기 입력 스테이지(6)의 선 기어(12)가 상기 입력 샤프트(2)와 작동적으로 연결되고, 상기 부하 스테이지(7)는 상기 하우징에 고정되는 링 기어(13)를 포함하며, 상기 스테이지의 선 기어(14)는 웨브(15)를 통해 상기 입력 스테이지(6)의 하나 이상의 유성 기어(16)와 작동적으로 연결될 수 있거나 연결되며, 상기 부하 스테이지(7)의 하나 이상의 유성 기어(17)는 웨브(20)를 통해 상기 스퍼 기어 차동 장치(5)의 입력 샤프트와 작동적으로 연결되는, 상기 변속 및 차동 기어 장치에 있어서,
    상기 입력 스테이지(6)의 링 기어(19)가, 그에 상응하게 제공되고 배치되는 커플링 디바이스(KV)를 통해, 함께 회전하는 방식으로, 선택적으로 상기 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 상기 부하 스테이지(7)의 유성 기어(17)의 유성 캐리어(18b)와 작동적으로 연결될 수 있거나, 또는 그들로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커플링 디바이스(KV)는, 연결 또는 분리가 상응하는 부재들 상에 제공되는 형상 맞춤 요소들에 의해 실현되는 방식으로, 형성되거나 구현되는 것을 특징으로 변속 및 차동 기어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 웨브(24)(또는 주차 잠금 샤프트)가, 하우징(25) 내에 제공되는 주차 잠금 장치와 맞물리는 주차 잠금 스퍼 기어(23)와 연결되는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 커플링 디바이스(KV)는, 커플링 링(26), 커플링 기어(27), 및 구동 링(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 커플링 링(26)은 상기 링 기어(19) 상에서 축 방향으로 변위 가능하게 배치되며, 상기 커플링 링(26)과 상기 링 기어(19)는 상호 간에 맞물리는 스플라인부를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 커플링 기어(27)는 상기 입력 스테이지(6)의 유성 기어(16)의 유성 캐리어(18a) 또는 유성 캐리어들(18a)과 작동적으로 연결되며, 그리고 상기 커플링 기어(27)의 외주면 상에는 상기 커플링 링(26)의 스플라인부에 대응하는 톱니부가 제공되는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    효과적인 연결을 위해, 상기 커플링 링(26)은 상기 커플링 기어(27) 위로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 구동 링(28)은, 함께 회전하는 방식으로, 상기 부하 스테이지(7)의 유성 기어(17)의 유성 캐리어(18b) 또는 상기 부하 스테이지(7)의 웨브와, 작동적으로 연결되며, 그리고 그 상에 배치되거나 고정되며, 상기 구동 링(28)은 돌출 영역에 외접 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    효과적인 연결을 위해, 상기 커플링 링(26)은 적어도 부분적으로 상기 구동 링(28) 위로 미끄럼 이동하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 변속 및 차동 기어 장치.
  10. 전기 모터, 및 이 전기 모터에 대해 동축으로 플랜지 결합되는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 변속 및 차동 기어 장치(1)를 포함하는, 모터 및 변속기 유닛에 있어서,
    상기 전기 모터(8)의 모터 출력 샤프트(11)는 변속기의 입력 샤프트(2)와 연결되어 있으면서 중공 샤프트로서 형성되고, 상기 중공 샤프트는 상기 변속기(1)의 출력 샤프트들 중 하나의 출력 샤프트(3)에 의해 동축으로 관통되는 것인, 모터 및 변속기 유닛.
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