KR101961509B1

KR101961509B1 - 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인

Info

Publication number: KR101961509B1
Application number: KR1020147015017A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 크노플라우흐
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2019-03-22
Also published as: WO2013083220A1; DE102011056048A1; JP2015507568A; JP6087944B2; CN103974843A; CN103974843B; US20150306955A1; US9457658B2; KR20140099262A

Abstract

본 발명은 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1)에 관한 것으로, 구동 트레인은 제1 차축(2)과 제2 차축, 그리고 자동차의 주행 방향(3)으로 배치된 2개의 전기 기계(10)를 포함하며, 제1 차축(2)은 기어 장치(11)를 통해 전기 기계들(10)에 의해 구동될 수 있다. 이러한 구동 트레인에서는 본 발명에 따라, 기어 장치(11)와 제1 차축(2)이 하나 이상의 베벨 기어 치형부(20, 7; 20, 27)에 의해 서로 연결되고, 기어 장치(11) 및 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트는 하나 이상의 다른 치형부(22, 23; 22, 28)에 의해 서로 연결된다. 이러한 방식으로, 순수 전기 구동 자동차에서 이러한 구동 트레인을 사용함으로써, 간단한 구성 수단에 의해 4륜 구동을 구현할 수 있다.

Description

순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인{DRIVE TRAIN OF A PURELY ELECTRICALLY ALL-WHEEL DRIVABLE MOTOR VEHICLE}

본 발명은, 제1 차축과 제2 차축, 그리고 자동차의 주행 방향으로 배치되는 2개의 전기 기계를 포함하는 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인에 관한 것으로, 상기 제1 차축은 기어 장치를 통해 전기 기계들에 의해 구동될 수 있다.

44륜 구동식 농업 차량 또는 전기 구동식 토목공사 차량에 사용되는 그러한 구동 트레인이 DE 600 13 340 T2호로부터 공지되어 있다. 상기 구동 트레인은 2개의 전기 기계를 포함하며, 이들 전기 기계는 일측 후방 차축 상부에 주행 방향으로 배치되며, 후방 차축의 앞에 배치된 스퍼 기어 장치와 상호 작용한다. 후방 차축의 전방에 배치된 기어 장치와 상호 작용한다. 이 기어 장치는 일측 샤프트 또는 2개의 샤프트를 통해 2개의 차축, 즉 후방 차축 및 전방 차축에 할당된 차동 장치들과 연결된다.

본 발명의 과제는, 순수 전기식 자동차에서 구조적으로 간단한 수단으로 4륜 구동을 구현할 수 있는 구동 트레인을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징부에 따라 설계된 구동 트레인에 의해 해결된다.

따라서, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인은 제1 차축과 제2 차축, 그리고 자동차의 주행 방향으로 배치되는 2개의 전기 기계를 포함한다. 여기서, 제1 차축은 기어 장치를 통해 전기 기계들에 의해 구동될 수 있다. 중요한 것은, 기어 장치와 제1 차축이 하나 이상의 베벨 기어 치형부에 의해 서로 연결되는 점, 그리고 기어 장치와 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트가 하나 이상의 다른 치형부에 의해 서로 연결되는 점이다. 그러므로, 하나 이상의 베벨 기어 치형부는 주행 방향으로 배치된 전기 기계들의 토크를, 주행 방향에 대해 횡방향으로 배치된 제1 차축에 전달하는 역할을 한다. 상기 제1 차축 외에, 기어 장치는 특히 프로펠러 샤프트 또는 카르단 샤프트 형태의 샤프트를 추가로 구동하고, 상기 샤프트는 차량의 제2 차축에 연결되어 상기 제2 차축도 구동한다.

제1 차축과 전기 기계들 및 이들 사이에 위치하는 기어 장치의 영역이 이처럼 설계됨으로써, 구동 트레인은 매우 컴팩트하게 형성될 수 있다.

구동 트레인은 바람직하게는 승용차 형태의 자동차에서 사용된다. 상기 승용차는 특히 스포츠카이다. 상기 자동차, 특히 승용차 또는 스포츠카는 바람직하게는 후륜 구동 형태이다. 따라서, 전기 기계들은 구동 트레인 또는 자동차의 후방 영역에 배치된다. 그러므로, 전기 기계들은 제1 후방 차축의 인근에 위치한다. 특히, 상기 차축은 전기 기계들의 전방에 배치된다.

그러나, 원칙적으로, 자동차는 전륜(front wheel) 구동 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 전기 기계들은 구동 트레인의 제2 전방 차축의 영역에, 특히 상기 차축의 전방에 위치한다.

구동 트레인에 할당된 차륜들은 특히 개별적으로 프로펠러 샤프트들을 통해 구동 트레인에 연결된다. 이 경우, 구동 트레인은 리지드 액슬(rigid axle)을 구비하지 않는다.

2개의 전기 기계가 일정한 변속비를 통해 서로 연결되는 것이 특히 유리할 것으로 여겨진다.

한 바람직한 실시예에서, 기어 장치의 일측 샤프트는 2개의 전기 기계에 의해 구동 가능하며, 베벨 기어 치형부는 피니언 및 크라운 휠을 구비하고, 상기 피니언은 기어 장치 샤프트에 연결되며, 크라운 휠에 의해 제1 차축의 차동 장치가 구동 가능하다.

또한, 기어 장치의 일측 샤프트는 2개의 전기 기계에 의해 구동 가능하며, 상기 기어 장치 샤프트에 연결된 스퍼 기어는 기어 장치의 타측 샤프트에 연결된 스퍼 기어와 맞물리고, 상기 타측 기어 장치 샤프트는 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트와 연결되는 것이 유리하다.

따라서, 특히 2개의 전기 기계는 일정한 변속비를 통해 서로 연결되며, 크라운 휠을 통해 제1 차축의 차동 장치를 구동하는 피니언을 함께 구동한다. 이 경우, 기어 휠, 특히 피니언 샤프트 상의 스퍼 기어를 이용하여, 기어 휠, 특히 스퍼 기어를 통해, 특히 카르단 샤프트로 설계된 샤프트가 구동된다.

또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 기어 장치는 2개의 출력 샤프트를 구비하고, 각각의 출력 샤프트는 전기 기계들 중 하나에 의해 구동 가능하며, 각각의 출력 샤프트는 각각의 기어 휠을 통해 공통의 차동 장치에 연결되고, 차동 장치의 출력은 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트에 연결된다. 본 실시예에서는 특히 2개의 베벨 기어 치형부가 각각 피니언 및 크라운 휠을 구비하고, 각각의 피니언은 2개의 출력 샤프트 중 하나에 연결되며, 각각의 크라운 휠은 제1 차축의 각각의 차축 절반부에 연결된다.

그러므로, 상기 다른 실시예에 따르면, 기어 장치는, 각각의 크라운 휠을 통해 제1 차축의 좌측 또는 우측 차축 절반부와, 그에 따른 좌륜 또는 우륜을 구동하는 2개의 별개의 피니언을 구비한다. 2개의 피니언 샤프트들은 제2 차축에 연결된 샤프트, 특히 카르단 샤프트에 토크를 도입하기 위해 각각의 기어 휠을 통해 공통의 차동 장치에 연결된다.

구동 트레인에서 기어 장치는, 베벨 기어로 설계된 기어 장치의 출력 기어 휠 또는 베벨 기어들로 설계된 기어 장치의 출력 기어 휠들을 제외하고, 스퍼 기어 장치로 설계되는 것이 매우 바람직할 것으로 여겨진다.

본 발명의 한 바람직한 개선예에 따르면, 구동 트레인에서 2개의 전기 기계가 모두 동기식 기계 또는 비동기식 기계이거나, 또는 일측 전기 기계는 동기식 기계이고, 타측 전기 기계는 비동기식 기계이도록 제공된다. 차량 구동 시, 일측 전기 기계가 차단될 수 있다. 특히, 비동기식 기계가 차단되는데, 이는 상기 비동기식 기계는 자기 저항 없이 계속 작동될 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 전기 기계를 분리할 필요가 없다. 그러나, 원칙적으로, 동기식 기계 형태의 전기 기계가 스위치 오프되는 것도 당연히 가능하다. 일측 전기 기계가 스위치 오프되면, 구동 트레인이 타측 전기 기계에 의해 작동됨으로써, 이 타측 전기 기계를 통해 후방 및 전방 차축들의 차륜들이 구동된다.

본 발명의 그 밖의 특징들은 종속항들, 첨부 도면, 및 도면에 재현된 바람직한 실시예에 제시되어 있으며, 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 구동 트레인의 제1 구현예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 트레인의 제2 구현예의 개략도이다.

도 1에 따른 실시예는 특히 승용차, 구체적으로는 스포츠카인, 순수 전기 구동 자동차의 구동 트레인을 나타낸다. 도 1에는 구동 트레인 중, 자동차의 후방 차축에 할당된 영역만이 도시되어 있다.

개별 차륜 현가 장치를 갖는 구동 트레인(1)은 제1 후방 차축(2) 및 제2 전방 차축(미도시)을 포함한다. 이하에서 짧게 주행 방향으로 지칭되는 자동차의 전진 주행 방향(3)에 대해, 후방 차축(2)은 좌측 차축 섹션(4) 및 우측 차축 섹션(5)을 갖는다. 2개의 차축 섹션(4, 5)은 후방 차축(2)의 차동 장치(6)에 의해 구동된다. 차동 장치(6)는 크라운 휠(7)을 포함한다. 후방 차축(2)의 좌륜 및 우륜은 도면부호 8로 지시되고, 후방 차축(2)의 차축 섹션들(4, 5)을 위한 베어링들은 도면부호 9로 지시된다. 후방 차축(2)의 차축 섹션들(4, 5) 및 전방 차축의 차축 섹션들은 프로펠러 샤프트들을 포함한다.

후방 차축(2)은 기어 장치(11)를 통해 2개의 전기 기계(10)에 의해 구동 가능하다. 이 경우, 기어 장치(11)는 후방 차축(2) 뒤에 배치되며, 기어 장치(11) 뒤에 2개의 전기 기계(10)가 배치된다. 전기 기계들(10)은 모두 주행 방향(3)으로 배치되고, 그에 따라 전기 기계(10)의 출력 샤프트(12)로 형성된 각 전기 기계(10)의 회전축이 주행 방향(3)으로 배치된다.

각각의 전기 기계(10)의 스테이터는 도면부호 13으로 지시되며, 출력 샤프트(12)가 연결되는, 각 전기 기계(10)의 로터는 도면부호 14로 지시된다. 각각의 출력 샤프트(12)는 베어링들(15) 내에 지지된다.

기어 장치(11)는 실질적으로 스퍼 기어 장치로서 형성된다. 스퍼 기어 형태의 피니언(16)이 각각의 출력 샤프트(12)에 연결되어 함께 회전한다. 전기 기계들(10)의 2개의 출력 샤프트(12)에 할당된 피니언들(16)은 기어 장치(1)의 공통의 스퍼 기어(17)와 맞물리고, 이 스퍼 기어(17)는 샤프트(18)에 연결된다. 상기 샤프트(18)는 베어링들(19) 내에 지지된다. 주행 방향(3)으로 연장된 샤프트(18)의 전방 단부의 영역과 베벨 기어 형태의 피니언(20)이 연결된다. 상기 피니언은 크라운 휠(7)과 맞물려서, 함께 베벨 기어 치형부를 형성한다. 따라서, 피니언(20)은 전기 기계들(10)을 통해 구동 가능하며, 상기 피니언을 통해 크라운 휠(7)이 구동 가능하고, 상기 크라운 휠은 후방 차축(2)의 차동 장치(6)를 구동함으로써, 차축 섹션들(4, 5)을 통해 2개의 후륜(8)이 구동된다.

스퍼 기어(17)와 피니언(20) 사이에서 기어 장치(1)의 샤프트(18)는 추가 스퍼 기어(22)와 연결된다. 상기 추가 스퍼 기어(22)는 샤프트(24)에 연결된, 기어 장치(11)의 스퍼 기어(23)와 맞물리고, 상기 샤프트의 스퍼 기어(23) 반대편 단부는 샤프트(미도시), 특히 카르단 샤프트를 위한 연결부로서 이용된다. 구동 트레인의 후방 차축(2)의 영역으로부터 앞쪽을 향해 전방 차축의 영역 내로 뻗은 상기 카르단 샤프트를 통해, 구동 트레인의 전방 차축으로의 2개의 전기 기계(10)의 토크 연결이 이루어진다. 샤프트(24)의 연결점(25)과 전방 차축 사이의 이러한 연결은 선행 기술로부터 일반적으로 알려진 방식으로 이루어질 수 있고, 이때 샤프트 또는 카르단 샤프트에는 제어 가능한 클러치, 특히 행온 클러치(hang-on clutch)가 할당될 수 있다.

따라서, 도 1에 따른 실시예는 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1)의 설계를 도시하되, 상기 2개의 전기 기계(10)는 일정한 변속비를 통해 서로 연결되며, 공동으로 피니언(20)을 구동하고, 이 피니언(20)은 크라운 휠(7)을 통해 후방 차축(2)의 차동 장치(6)를 구동한다. 피니언 샤프트(18) 상의 기어 휠(22)을 이용하여, 기어 휠(23)을 통해 (카르단) 샤프트 및 그와 더불어 전방 차축이 구동된다.

도 2에 따른 구동 트레인(1)의 구현예에서, 도 1에 따른 구현예에 대응하는 구성요소들, 그 구성, 또는 그 기능은 편의상 동일한 도면 부호들로 지시된다.

도 2에 따른 구현예에서 2개의 샤프트(18)가 자동차의 주행 방향(3)으로 평행하게 배치된다는 점에서, 도 2의 구현예에 따른 구동 트레인(1)은 도 1의 구현예에 따른 구동 트레인(1)과 실질적으로 상이하다. 각각의 샤프트(18)는 스퍼 기어(17), 스퍼 기어(22), 및 피니언(20)을 구비한다. 따라서, 일측 전기 기계(10)는 이에 할당된 피니언(16)을 통해 일측 샤프트(18)를 구동하고, 타측 전기 기계(10)는 이에 할당된 피니언(16)을 통해 타측 샤프트(18)를 구동한다. 전기 기계들의 동일한 회전 속도를 고려할 때, 일측 샤프트(18)는 타측 샤프트(18)와 동일한 속도로 구동된다. 각각의 샤프트(18)의 피니언(20)은 크라운 휠(27)과 맞물리며, 이 크라운 휠(27)은 좌측 차축 섹션(4) 또는 우측 차축 섹션(5)에 연결된다. 구동 트레인의 이러한 설계에서는, 후륜들(8)이 개별적으로 구동되므로, 전기 기계들(10)의 상이한 토크들에 의해 전기 토크 벡터링이 가능하다.

2개의 전기 기계(10)를 구동 트레인(1)의 전방 차축(미도시)에 강제 결합식으로 연결하기 위해, 각각 스퍼 기어(17)와 피니언(20) 사이에 배치되는, 2개의 샤프트(18)의 2개의 스퍼 기어(22)가 유성 차동 장치(29)의 스퍼 기어들(21, 28)과 맞물리고, 연결점(25)으로 표시된 차동 장치(29)의 출력은 샤프트(미도시), 특히 카르단 샤프트를 통해 연결되며, 이를 통해 구동 트레인(1)의 전방 차축이 구동된다.

따라서, 상기 실시예에 따르면, 기어 장치(1)는 각각의 크라운 휠(27)을 통해 후방 차축(2)의 좌우륜(8)을 구동하는 2개의 별개의 피니언(20)을 구비한다. 2개의 피니언 샤프트(18)는 토크를 (카르단) 샤프트에 도입하기 위해 각각의 기어 휠(22)을 통해 공통의 차동 장치(29)에 연결된다.

도 1에 따른 실시예의 2개의 전기 기계(10)의 경우, 일측 전기 기계(10)는 동기식 기계일 수 있고, 타측 전기 기계(10)는 비동기식 기계일 수 있다. 특히, 비동기식 기계는 단 하나의 전기 기계(10)를 이용한 차량의 구동에 적합하고, 이때 타측 전기 기계(10), 즉 동기식 기계는 스위치 오프된다. 비동기식 기계는 자기 저항 없이 계속 작동할 수 있다.

Claims

제1 차축(2)과 제2 차축, 그리고 2개의 전기 기계(10)를 포함하는 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1)이며, 상기 제1 차축(2)은 기어 장치(11)를 통해 전기 기계들(10)에 의해 구동 가능한, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인에 있어서,
기어 장치(11)와 제1 차축(2)은 하나 이상의 베벨 기어 치형부(20, 7; 20, 27)에 의해 서로 연결되고, 기어 장치(11)와 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트는 하나 이상의 다른 치형부(22, 23; 22, 28; 22, 21)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1).
제1항에 있어서, 제1 차축(2)은 자동차의 후방 차축인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제2항에 있어서, 전기 기계들(10)은 후방 차축(2)의 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 승용차의 구동 트레인인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계들(10)은 일정한 변속비 또는 시프팅 기어 장치를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 장치(11)의 일측 샤프트(18)는 2개의 전기 기계(10)에 의해 구동 가능하며, 베벨 기어 치형부(20, 7)는 피니언(20) 및 크라운 휠(7)을 구비하고, 상기 피니언(20)은 기어 장치 샤프트(18)에 연결되며, 상기 크라운 휠(7)에 의해 제1 차축(2)의 차동 장치(6)가 구동 가능한 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 장치(11)의 일측 샤프트(18)는 2개의 전기 기계(10)에 의해 구동 가능하며, 기어 장치 샤프트(18)에 연결된 스퍼 기어(22)는 기어 장치의 타측 샤프트(24)에 연결된 스퍼 기어(23)와 맞물리며, 상기 기어 장치의 타측 샤프트(24)는 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 장치(11)는 2개의 출력 샤프트(18)를 구비하고, 각각의 출력 샤프트(18)는 전기 기계들(10) 중 하나에 의해 구동 가능하며, 각각의 출력 샤프트(18)는 각각의 기어 휠(22)을 통해 공통의 차동 장치(29)에 연결되고, 상기 차동 장치(29)의 출력은 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제8항에 있어서, 2개의 베벨 기어 치형부들(20, 27)이 각각 피니언(20) 및 크라운 휠(27)을 구비하고, 상기 각각의 피니언(20)은 2개의 출력 샤프트(18) 중 하나에 연결되며, 상기 각각의 크라운 휠(27)은 제1 차축(2)의 각각의 차축 절반부(4 또는 5)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 장치(11)는, 베벨 기어로 설계된 기어 장치(11)의 출력 기어 휠(20)을 제외하고, 스퍼 기어 장치로 설계되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 차축을 구동하기 위한 샤프트는 카르단 샤프트로 설계되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 전기 기계(10)가 모두 동기식 기계 또는 비동기식 기계이거나, 또는 일측 전기 기계(10)는 동기식 기계이고, 타측 전기 기계(10)는 비동기식 기계인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.