KR19990067017A - 혼성 구동장치 - Google Patents

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KR19990067017A
KR19990067017A KR1019980702954A KR19980702954A KR19990067017A KR 19990067017 A KR19990067017 A KR 19990067017A KR 1019980702954 A KR1019980702954 A KR 1019980702954A KR 19980702954 A KR19980702954 A KR 19980702954A KR 19990067017 A KR19990067017 A KR 19990067017A
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electromechanical
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motor
internal combustion
combustion engine
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KR1019980702954A
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헬뮤트 에스펜스취에트
Original Assignee
클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하나의 내연기관과, 하나의 전자기계를 포함하며 상기 기계의 운전성능을 자동차 구동축으로 전달가능한 자동차용 혼성 구동장치에 관한것이다.
상기 내연기관(12) 및 전자기계(14)는 하나의 전자역학 변환기(34)에 의해 접속된다.

Description

혼성 구동장치
자동차용 혼성 구동장치가 공지되어 있다. 이 모터들은 내연기관과 전자기계를 구비하고 있어서, 이 기계들을 통하여 선택적으로 자동차의 구동샤프트를 구동할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 혼성 구동장치의 목적은 내연기관과 전자기계를 혼용함으로써 자동차의 모터를 보다 효율적으로 특히 유해요소가 발생하지 않도록 구성하기 위함이다. 따라서 도시교통에서와 같이 모터의 응력이 비교적 적은 경우에 상기 자동차는 결국 전자기계에 의해 구동된다. 반면 자동차 전용도로에서와 같이 응력이 높은 경우에 또는 내연기관을 턴온(turn-on)시켜 응력이 증가하도록 하였을 경우에는 연비가 향상된다. 더불어 내연기관과 전자기계가 병렬로 또는 직렬배치되어 있거나 이 기계들이 소정의 기계와 기계적으로 연결되어 있는 배선들에 대해서 공지되어 있다. 이와 같은 배선에 대한 예를 들자면 DE-PS 29 43 554에 설명되어 있는 바와 같다. 여기서는 상기 내연기관 및 전자기계가 기계적인 분리커플링에 의해 접속되거나 접속해제 상태에 있게 된다는 점이 단점이다. 구동부 기계가 커플링으로 무충격 연결되어 있다는 상기한 단점 이외에도 상기 내연기관을 전자기계와 접속시킬 시에 회전역률이 부가된다는 단점이 있다. 상기 자동차를 구동하는데에 필요한 회전수변화는 회전역률이 부가되면 감소한다. 따라서 종래의 혼성 구동장치가 자동차에 주는 효율은 부족할 뿐만 아니라 이러한 차량은 승차감에도 역시 제한이 따른다.
본 발명은 청구항 1항의 특징부에 따른 자동차용 혼성 구동장치에 관한 것이다.
본 발명은 아래의 실시예에서 그에 부속된 도면들을 참조하여 상술하기로 한다.
도 1은 혼성 구동장치의 개략적인 배선을 도시한 도면,
도 2는 자동차 구동부를 매우 간략하게 도시한 도면,
도 3은 전자역학 변환기를 개략적으로 절개도시한 단면도,
도 4는 혼성 구동장치 기어부의 개략도,
도 5는 혼성 구동장치의 속도다이어그램.
청구항 제 1 항에 언급된 요지를 포함하는 본 발명에 따르는 혼성 구동장치는 종래의 기술과는 달리 자동차의 승차감을 현격하게 향상시키는 효과가 있다. 내연기관과 전자기계가 전기역학 변환기에 의해 접속되게 함으로써 상기 내연기관과 전자기계를 마모와 충격을 발생시키는 기계적 커플링없이도 동작하는 캐스케이드-배선내에 장착하는 것이 가능하다. 상기 내연기관과 전자기계를 잇는 전자역학 변환기는 사실상 무마모, 무소음 및 직접적으로, 다시 말해 시간적으로 지연됨이 없이 동작한다. 그러므로 상기 자동차의 작동비율면에 있어 매우 효과적인 영향을 준다. 이와 같은 새로운 형태의 혼성 구동장치가 주는 결정적인 효과는 회전역률을 부가하는 대신에 회전수 커플링을 수행한다는 점에 있다. 여기서는 상기한 전자기계를 사용함으로써 내연기관의 회전수를 부가하거나 저하시킬 수 있다. 이로써 상기 내연기관은 최대 효율을 거두는 회전수만큼 지속적으로 효과적으로 운행될 수 있다. 그러므로 상기 구동부 회전수의 변경은 결국 전자기계에 의해 수행된다. 상기 내연기관 및 전자기계의 회전수들을 합산함으로써 기어패스를 크게 확장시킬 수 있다. 이로써 자동차가 주행하는 중에 스위칭과정의 횟수가 급격하게 감소된다. 또한 패스가 확장되기 때문에 전체적으로 비교적 적은, 상세하게는 삼상전력만으로 동작하는 하나의 기어만을 이용할 수 있게 된다. 이를 통해 기어들의 중량이 절감되는 효과가 발생하며, 이는 자동차 전체의 연료소모에 긍정적인 영향을 미친다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속항에 언급된 요지들에 제시되어 있다.
도 1은 자동차용 혼성 구동장치(10)를 개략적으로 도시한 것이다.상기 혼성 구동장치(10)는 내연기관, 다른 하나의 연소모터(12)와 아울러 전자기관, 다른 하나의 전자모터(14)를 구비하고 있다. 상기 연소모터(12)에는 스위칭가능한 제동부(interlock, 13)가 있으며, 이 인터로크에 의해서 상기 연소모터가 잠가진다. 상기 전자모터(14)는 삼상전류(회전전류)-비대칭모터로 구성되어 있다. 상기 전자모터(14)의 이른바 1차 회전자(16)는 상기 연소모터의 구동샤프트(18)에 회전고정되어있다. 상기 1차 회전자(16)에 전력을 공급하기 위하여 여기서는 윤곽만 표시된 마찰링(20)이 구비되어 있다. 상기 전자모터(14)는 또한 이른바 2차 회전자(22)를 구비하고 있는데, 이 2차 회전자는 상기 1차 회전자(16) 쪽으로 축 위에서 운동하도록 지탱되어 있다. 상기 2차 회전자(22)는 구동샤프트(18')에 회전고정되어 있는데, 이 구동샤프트는 상기한 구동샤프트(18)와는 별개로 회전할 수 있도록 장착되어 있다. 상기 1차 회전자(16)와 2차 회전자(22)는 여기서는 윤곽만 도시되어 있는 커플링 스프링(26)에 의해 구동가능한 브릿지 커플링(24)에 의해서 기계적으로 연결가능하다. 상기 브릿지 커플링(24)에 의해서 상기 1차 회전자(16)가 2차 회전자(22)와 기계적으로 연결될 수 있게 되는 것이다. 상기 구동샤프트(18')는 자동전동장치(28)와 기어링되어 있다. 상기 자동전동장치는 여기서는 단지 윤곽만이 도시되어 있는 구동기(actuator, 30)에 의해 구동가능하다. 상기 자동전동장치(28)는 구동된 샤프트(32)를 구비하고 있다. 이 구동된 샤프트(32)에 의해서 상기 혼성 구동장치(10)의 구동력이 자동차의 구동축으로 전달된다. 여기서는 개략적으로 도시되어 있는 자동전동장치(38)는 공통적으로 상기 전자모터(14)와 더불어 전자역학 변환기(34)로서 표시되어 있는 구동라인부(36)를 구성한다.
도 2에는 자동차의 전체 구동부 설비가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 혼성 구동장치(10)의 주 구성요소들은 도 1과 같다. 도 1에서와 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호를 게재하였고 중복하여 설명하지 않기로 한다.
도 2는 상기 구동된 샤프트(32)가 변환기어(38)에 의해서 구동된 자동차축(40)에 기어링되어 있음을 도시하고 있다. 또한 자동차 배터리(42)가 구비되어 있는데 이 배터리는 삼상(three-phase)-변환정류기(44)에 전류를 공급하는 역할을 한다. 자동차의 본넷(bonnet)에 전류를 공급하기 위한 비도시된 자동차배터리는 여기서는 상세하게 도시하지 않은 회전전류-발생기(46)에 의해서 종래의 방식대로 부하를 건다. 상기 회전전류-발생기(46)는 상기 전자역학 변환기(34)의 구성요소이다. 또한 전자 제어기기(48)가 설치되어 있다. 이 제어기기는 여기서는 상세하게 나타나 있지 않은 제어파이프에 의해서 전자역학 변환기(34)와, 변환정류기(44)와, 자동차축(40)에 있는 속도감지센서(50)와, 혼성 구동장치(10)에 있는 모터회전수센서(52)와, 저속/고속 기어체인지 기능을 지닌 가스페달(54)과 아울러 브레이크페달(56)과 연결되어 있다.
도 3에는 상기 전자역학 변환기(34)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에는 상기 전자역학 변환기(34)의 주요구성요소들만이 도시되어 있는데, 여기에는 기계적 연결, 전기적 접촉, 베어링 등과 같은 것이 구성부에 속해 있는 것이 분명하게 나타나 있다. 그러나 구체적인 구성 및 배선에 대해서는 상기한 설명의 윤곽에 있어 더 이상 자세히 설명하지는 않기로 한다.
상기한 전자역학 변환기(34)는 하우징(56) 내부에 구동샤프트(18)에 지탱된 1차 회전자(16)를 구비하고 있다. 상기 1차 회전자(16)는 축상으로 이동하도록 지탱된 2차 회전자(22)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 하우징(56) 안으로는 상기 회전전류발생기(46)가 일체화되어 있다. 상기 발생기의 회전하는 클로폴(claw-pole)이 상기 구동샤프트(18)에 지탱되어 있으며 상기 발생기의 고정자 패킷은 하우징(56) 안으로 통합되어 있다. 또한 상기 전자역학 변환기(34)는 삼상-위성기어로서 설계된 자동전동기어(28)를 구비하고 잇다. 상기 자동전동기어(28)에는 제 1 기어브레이크(B1)와 제 2 기어브레이크(B2)가 설치되어 있다. 또한 상기 구동기(30)에 의해 구동가능한 커플링 슬리브(58)와 파크 인터록(60)과 아울러 브릿지 커플링(24)의 커플링 스프링(26)에 의해 1차 회전자(16)를 2차 회전자(22)와 접속시키기 위해 여기되지 않은 상태에 있음이 도시되어 있다. 입구측에는 상기 전자역학 변환기(34) 안으로 상기 연소모터(12)가 구동샤프트(18)와 기어링되어 있다. 출구측에는 상기 구동된 샤프트(32)가 하우징(56) 밖으로 나와 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 혼성 구동장치(10)는 아래의 기능들을 담당한다.
상기 연소모터(12)와 전자모터(14)를 캐스케이드-배선내에 전자역학 변환기(34)에 의해서 병렬배치된 전자동 전동장치(28)와 함께 배치함으로써 전체적으로 자동차를 위한 여러 가지 구동기능들의 매우 단순한 방식으로의 구현이 가능하다. 상기 전자역학 변환기(34)에 의해서 혼성 구동장치(10)의 다중기능들을 구현할 수 있다. 스위칭 가능한 인터로크(13)에 의해 제동된 연소모터(12)에서 상기 전자역학 변환기(34)는 상기 구동샤프트(18')로의 회전전류-비대칭 구동부로서 동작한다. 상기 삼상-변환 정류기(44)는 여기서는 상기 전자모터(14)의 전진/후진동작용 에너지를 정류하는 역할을 한다. 종래의 방식대로 회전전류-비대칭구동할 수 있도록, 상기 변환정류기(33)가 전자모터(14)의 회전수를 단계 없이 조절할 수 있다. 상기 전자모터(14)를 전진뿐만 아니라 후진할 수 있도록 구동할 수 있다는 가능성이 있기 때문에, 거기에 부속된 자동 전동장치(28)내에 커플링과 브레이크가 달린 후진패스의 배선을 장착할 필요가 없다. 따라서 상기한 기어 전동장치(28)는 전체적으로 더욱 간단한 구성을 지니게 되었다.
상기 혼성 구동장치(10)의 다른 구동방식에 있어서 상기 전자역학 변환기(34)는 자신의 전자기계를 사용하여 상기 연소모터(12)를 위한 스타터 기능을 담당한다. 여기서 상기 연소모터(12)의 스탠딩 스타팅과 출발시 스타팅은 서로 다르다. 스탠딩 스타팅 시에는 상기 구동샤프트(18')와 구동샤프트(32)가 자동전동장치(28) 내에서 차단되어야 한다. 이미 자동 전동장치(28) 내에 있는 브레이크(B1,B2)를 닫음으로써 상기한 차단동작을 한다. 2차 회전자(22)와 자동차들은 단단하게 연결된다. 스타팅단계에서 필요한 여기 주파수로써 상기 전자모터(14)를 구동하면 1차 회전자(16)가 회전한다. 상기 연소모터(12)가 미소하게 움직이고 스타팅단계를 좀 더 단순화하기 위해서 잠시동안 연소모터(12)의 압축엔진을 끄는 동작이 수행된다. 이와 같이 압축엔진을 끄는 동작은 예를 들자면 스위칭가능한 스토퍼를 연소모터(12)의 배출밸브에 장착함으로써 수행할 수 있다. 상기 연소모터(12)의 시동운전을 통해 부하교체(전환)를 신호화하고 상기 변환 정류기 주파수를 상기 연소모터(12)와 반대로 스위칭한다. 이로써 공전(idle running)이 발생한다. 자동 전동장치(28)내에 있는 브레이크(B2)를 해제한 후에 제 1 패스를 B1로 정의하고, 반대로 동작하는 변환정류기 주파수를 "0"으로 감속시켜 속도를 늦춘다. 변환 정류기 주파수를 "0"으로 맞춤으로써 상기 1차 회전자(16)의 여기 동작이 끝나고 이로 인해 상기 브릿지 커플링(24)이 자체적으로 스위칭-온된다. 상기 공전의 정지단계는 동일한 수단에 의해 이루어진다.
상기 전자모터(14)를 수단으로하여 구동되어 자동차가 주행중일때 상기 연소모터(12)를 시동해야 하는 경우에는 자동차의 운동에너지를 시동단계에 맞추기 위해서 상기 변환정류기(44)에 의해 발생된 주파수를 낮춘다. 이를 위해 상기 인터로크(13)를 들어 올린 다음, 1차 회전자(16)가 샤프트(18)에 의해 시동단계에 있는 연소모터(12)를 구동한다. 상기 연소모터(12) 하나만이 계속 운전되어야 할 경우에는 1차 회전자(16) 및 2차 회전자(22) 사이에 동일한 운전이 일어난다. 이 때 상기 변환정류기는 스위치-오프되고 상기 브릿지 커플링(24)은 자동적으로 스위치-온된다. 상기 연소모터(12)와 전자모터(14)가 공통적으로 계속 운전되어야 하는 경우에는 상기 전자모터(14)와 연소모터(12)의 회전수를 원하는 주행속도에 맞게 조절한다. 앞으로 간 상태에서의 후진은 이에 상응한 방식대로 우선 전자모터(14)의 도움을 받아 이루어진다.
상기 연소모터(12)에 의해 구동된 자동차에서 상기 전자모터(14)는 스위치-온 된다. 이 때 상기 변환정류기(44)에 의해서 전자모터(14)가 상기 연소모터(12)의 구동샤프트(18)와 동일한 방향으로 회전하도록 제어된다. 이를 통해 상기 연소모터(12)와 전자모터(14)의 회전수 부가가 시작된다. 상기 전자모터(14)의 회전수를 변환정류기(44)에 의해 단계없이 조절함으로써 구동된 샤프트(32)는 회전수를 여러 가지로 달리하여 구동될 수 있게 된다. 이 때 상기 연소모터는 소정 회전수로 계속 구동되는데 여기서 생기는 작동효율은 그보다 크다. 상기 구동된 샤프트(32)의 회전수 변경은 여기서는 결국 전자모터(14)의 회전수를 조절함으로써 이루어진다. 따라서 상기 연소모터(12)의 회전수가 일정할 때에는 그 회전수를 상기 구동된 샤프트(32)에 맞추어야 한다. 예를 들면 상기 연소모터(12)의 최대회전수 이상으로 맞추어야 한다. 상기 전자모터(14)를 알맞게 제어함으로써 상기 구동샤프트(18)의 회전수 역시 감소시킬 수 있다. 이로써 구동된 샤프트(32)의 재생 제동(regenerative braking)이 이루어진다. 상기 연소모터(12)에 의해 형성된 일정한 회전수는 이상에 설명한 바에 의해서 감소된다.
결국 연소모터(12)에 의해 자동차를 구동해야 하는 경우에 상기 전자모터(14)용 여기전류는 스위치-오프 된다. 이러한 경우에는 상기 브릿지 커플링(24)에 의해서 1차 회전자(16)가 2차 회전자(22)와 연결된다. 이로써 상기 연소모터(12)의 구동샤프트(18)는 미끄러지지 않고 상기 구동샤프트(18')와 아울러 상기 전동장치기어(18)와 구동된 축(32)과 연결될 수 있다. 상기 브릿지 커플링(24)은 여기서는 커플링 스프링(26)에 의해 구동가능하며 기계적으로 동기화된, 특히 커플링으로서 구성되어 있다. 이상과 같이 시작된 상기 전자모터(14)의 연결동작을 통하여 예를 들자면 자동차가 후진 및 전진동작이 문제없이 수행할 수 있게 된다.
자동차가 주행하는 동안에 기어(28) 내에서 패스를 교체해야 할 경우에는 전자모터(14)를 사용하여 패스점프를 연결하기 위한 동기화동작을 수행한다. 여기서 상기 전자모터(14)는 변환정류기(44)에 의해서 교체단계에서 한 패스에서 다른 패스로 향하여 자유운전하도록 스위칭된다. 이는 상부이동(upshifting) 뿐만 아니라 내측이동(shift-in) 단계에서도 가능하다. 이러한 동기화동작은 상기 커플링, 브레이크(1) 또는 브레이크(2)의 스위칭부재가 마찰되지 않고 운동할 수 있도록 하며 충격없는 스위칭전환을 보장한다. 상기한 바와 같이 스위칭을 동기화시킴으로써, 요즘 자동기어의 제어압력이 회전역률에 따라 달라지는 것을 방지할 수 있다. 게다가 상기한 자동전동장치(28)에 고가의 자동특수오일을 사용하지 않아도 된다.
상기 혼성 구동장치(10)가 동작 중일 때 본넷용 회전 전류 발생기(46)의 클로폴 기어는 구동샤프트(18)에 의해서 구동된다. 이로 인해 고유한 베어링 및 구동수단들, 예를 들어 V-벨트 또는 그와 유사한 구동수단들의 부가적인 배치가 필요하지 않게 된다. 상기 회전전류 발생기(46)의 고정자는 동시에 전자역학 변환기(34)의 전체 하우징(56)에 통합되어 있다. 상기 회전전류 발생기(46)를 수단으로하여, 전기적으로 내지는 전자적으로 구동되는 자동차의 제반 장비용 본넷 배터리의 충전이 종래의 방식대로 이루어진다. 상기 본넷 배터리는 여기서 전자모터(14)의 구동부 역할을 하는 자동차배터리(42)에 더하여 추가적으로 구비된다.
전체적으로 전자역학 변환기(34)에 의해 개별 구성요소들, 예를 들어 전자모터(14), 회전전류 발생기(46), 및 자동 전동장치(28)들과 같은 개별 구성요소들을 각각 따로 조립할 수 있도록 한 매우 컴팩트한 구성부를 제조할 수 있게 된다. 상기 전자역학 변환기(34)는 이로써 완전한 유닛으로서 자동차 조립시에 상기 연소모터(12)와 접속될 수 있게 된다.
상기 전자역학 변환기(34)는 단지 연소모터(12)에 의해서만 구동되는 자동차에서 상기 변환기는 발생기로 변환시켜 사용할 수도 있기 때문에, 상기 자동차 배터리(42)를 자동적으로 충전시킬 수 있다는 다른 하나의 효과를 지닌다. 이로써 상기 전체 혼성 구동장치 전자모터부의 이용수명은 자동차배터리(42)를 중간에 충전하지 않고서도 실제적으로 연장시킬 수 있다.
상기 연소모터(12)와 전자모터(14)를 캐스케이드 배치함으로써 상기 자동전동장치(28)는 최소규모의 구성으로 축소될 수 있다. 상기 기어(28)의 개별 패스들은 -이미 설명한 바와 같이- 상기 연소모터(12)와 전자모터(14)의 회전수를 부가함으로써 더욱 넓힐 수 있다. 이로써 자동차를 분해함에 있어 3단계의 위성기어들만으로도 후진패스 없이 충분하게 된다. 상기 전자역학 변환기(34)내에 사용된 자동 전동장치(28)의 스위칭도식은 도 4에 명확히 도시되어 있다.
도 2에 예를 들어 도시된 제어기기(48)와 아울러 가스페탈(54) 및 브레이크페달(56)의 센서(50,52)에 의해서 상기 자동차를 소정의 원하는 방식대로 구동하기 위해 혼성 구동장치(10)안으로 외부에서 기어링하는 동작이 가능하게 된다. 실제적인 기어링 동작은 원하는 구동성능을 일으키기 위한 가스페달(54)에 의해 이루어진다. 상기 연소모터(12)와 전자모터(14)로 원하는 구동성능을 셋팅시킬시에 상기 연소모터(12)의 회전수는 가스페달(54)의 상태에 의해 효과적으로 회전수가 조절된다. 상기 연소모터(12)의 회전역률은 여기서는 제어기기(48)에 의해서 고정되어 프리셋팅된 모터조정에 따라 조절된다. 이러한 모터조정은 원하는 성능도에 맞추어 미리 주어져 있으며, 상기한 바와 같은 부하에 따라 조정을 수행한다. 여기서 상기 전자역학 변환기(34)의 출력회전수는 구동된 샤프트(32)에 의해 형성되는데 이 회전수는 상기 전자모터(14)의 회전수와 같이 연소모터(12)의 회전수에 부가적으로 주어진 것이다. 성능도에 따라 결정될 연소모터(12)의 회전수가 여기서는 상기 연소모터(12)가 적합한 작동효율을 갖는 일정 대역안에 포함되도록 상기 연소모터의 회전수를 변경할 수 있다. 상기 자동 전동장치(28)의 스위칭지점은 일반적으로는 선택된 자동차 속도 및 공급가능한 전자역학 변환기(34)의 성능에 따라 결정된다. 상기한 바와 같이 예를 들어 센서(50,52)를 사용하여 자동차가 가속상태인지 아니면 감속상태인지에 관한 자동차 정보를 감지함으로써, 상기 혼성 구동장치(10)의 조정(관리)이, 다시 말하자면 상기 연소모터(12) 내지 전자모터(14)의 스위치-온/오프동작이 최상으로 이루어진다.
도 5에 예를 들어 도시된 속도다이어그램을 참조하면 본 발명에 따른 혼성 구동장치(10)의 구동비율을 명확히 알 수 있다. 상기 속도 다이어그램에는 혼성 구동장치(10)로 구동된 자동차의 주행속도에 대한 상기 구동샤프트(32)의 회전수가 도시되어 있다.전체적으로 세 개의 곡선으로 도시되어 있는데, 여기서 통과하도록 그어진 실선(70)은 연소모터(12)와 전자모터(14)를 함께 구동했을 경우를 도시한 선이고, 쇄선(72)은 연소모터(12)에 의해 구동했을 경우를 도시한 선이며, 점선(74)은 전자모터(14)를 구동했을 경우를 도시한 선이다. 이 도면에서 상기 특성곡선은 각각 완전부하가 걸렸을 때 출발한 것이다.
상기 혼성 구동장치(10)에 의해 구동된 자동차는 일반적으로 전진 및 후진 동작시에 전자모터를 사용하면 약 55 km/h까지 주행한다. 경사가 가파른 길에서는 상기 연소모터(12)가 스위치-온되고 그에 따른 주행시에 상기 전동장치(28)의 스위치 과정을 약 75 kmh까지 막을 수 있다. 정상 동작시에 상기 자동차를 상기 연소모터(12)와 전자모터(14)를 혼용하여 구동하면 자동차는 약 55-80 kmh의 속도로 주행한다. 이 때 주성능은 상기 연소모터(12)가 담당한다. 이 모터는 조건에 따라 회전수를 조절하여 소비에 맞는 대역 이내로 주행한다. 상기 구동샤프트(32)의 주행에 필요한 회전수에 대한 차이값은 전자모터(14)가 보충한다. 상기 연소모터(12)의 회전수와 구동샤프트(32)의 회전수간의 차이값 역시 마이너스값일 수 있다. 즉 다시 말하자면 이럴때에는 상기 전자모터(14)가 발생기로서 동작하게 된다. 이로써 이상에서 설명한 바와 같이 자동차 배터리(42)의 충전을 매우 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 기어(28)의 각 패스들간의, 그리고 연소모터(12) 내지는 전자모터의 스위치-온/오프간의 스위칭(변환)동작은 자동적으로 이루어지며, 상기 제어기기(48)에 의해 조절된다. 80-150 kmh까지의 속도에서는 도 5에 명확히 도시된 바와 같이 상기 혼성기어(10)의 구동은 결과적으로 연소모터(12)에 의해 이루어진다. 이 동작이 진행되는 동안에 부가성능, 예를 들어 추월단계가 필요하면 상기 전자모터(14)를 사용한다. 이 전자모터는 상기 연소모터(12)의 회전수를 중복하여 이로써 상기 구동된 샤프트(32)에 더욱 높은 회전수를 전한다. 상기 전자모터(14)의 스위칭-온 동작은 여기서는 가스페달(54)을 저속으로 기어체인지시킴으로써 전환된다. 동시에 상기한 대로 급한 경사길에서는 그에 해당하는 패스전환이 상기 기어(28)부에서 이루어진다. 이로 인해 상기 혼성 구동장치(10)의 성능제어가 이루어진다.
상기 혼성 구동장치(10)의 푸쉬 동작시에 종래의 브레이크 지지는 연소모터(12) 및/또는 전자모터(14)에 의해 이루어진다. 상기 연소모터(12)로의 연료공급은 여기서는 중지되어 있다. 상기 제어기기(48)는 상기 연소모터(12)에 의한 모터제동에 비하여 전자모터(14)에 의한 재생제동이 우위를 차지하도록 보장하는 역할을 한다. 이로써 동시에 자동차배터리(42) 충전동작이 이루어진다. 상기 가스페달(54) 내지는 브레이크페달(56)의 고속-기어체인지 기능을 통해서 자동적으로 상기 혼성 구동장치(10)가 능동적인 브레이크동작을 수행하도록 기어링될 수 있다.
전체적으로 상기 혼성 구동장치(10)에 의해서 자동차의 구동이 일어나며, 이로써 상기한 혼성 구동장치는 연소모터와 전자모터를 함께 혼용할 수 있으며 이로 인해 전체적으로 연료가 절감되며 높은 승차감을 얻을 수 있는 구동부가 구현된다는 효과를 지니고 있다. 상기 전자모터(14)는 고속/저속 운전 서보모터로서 상기 연소모터(12)를 가동했을 경우에 뿐만 아니라 중지했을 경우에도 마찬가지로 패스를 전환할 시에 자동 전동장치(28)내에서 중단없이 커플링을 통해 동기화가 되도록한다. 이로써 스위칭의 질이 현격한 향상을 보이며 상기한 기어(28)에 드는 기술적인 비용도 실제적으로 절감되었다. 특히 연소모터(12) 및 전자모터(14)의 회전수를 부가함으로써 혼성 구동장치(10) 전체의 중량계수가 크게 증가될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연기관과 전자기계를 포함하고 있으며, 상기 기계들의 구동성능을 자동차 구동축으로 전달하는 자동차용 혼성 구동장치에 있어서,
    상기 내연기관(12) 및 전자기계(14)는 전자역학 변환기(34)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전자역학 변환기(34)는 전자기계(14)와 자동 전동장치(28)를 포함하고 있으며 구동라인 유닛(36)을 구성하는데, 상기 구동샤프트(18)는 상기 내연기관(12)과, 그리고 구동된 샤프트(32)는 자동차축(40)과, 기계적이며 전기적인 회전대역으로 캐스케이드 접속상태에 있는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전자역학 변환기(34)는 상기 구동샤프트(18)와 회전고정 연결된 1차 회전자(16)와, 상기 구동샤프트(18)와는 무관하게 회전가능하도록 지탱된 구동샤프트(18') 위에 장착된 2차 회전자(22)를 구비한 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 샤프트(18,18')는 공통 회전축(19)을 구비한 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 회전자(22)와 1차 회전자(16)는 상호대향하여 축상에서 운동할 수 있도록 지탱되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 회전자(16)와 상기 2차 회전자(22)와 더불어 구동샤프트(18,18')는 하나의 브릿지 커플링(24)에 의해 상호간에 기계적으로 접속가능하며, 그 폐쇄동작은 스프링(26)에 의해서 그리고 개방동작은 2차 이동 회전자(22)의 상기 스프링(26)에 대한 여기동작을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자역학 변환기(34)는 하나의 회전전류-발생기(46)를 구비하고, 그 회전자는 상기 구동샤프트(18) 위에 회전고정되도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자동 전동장치(28)는 후진패스가 없는 삼상-위성기어임을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관(12)과 전자기계(14)는 구동라인을 외부에서 중단시키지 않고서도 개별적으로 운전가능한 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관(12)은 특히 적합한 회전수 대역으로 구동될 수 있으며, 상기 전자기계(14)는 구동회전수의 수요과잉 또는 수요부족을 전달하며, 전체적으로 동일한 회전역률은 상기 내연기관(12)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수요과잉이 발생하면 브레이크 에너지를 발생시킴으로써 자동적으로 배터리 부하전류로서 다시 돌아서 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기계(14)는 스탠딩 스타터로서 내연기관(12)에 이용가능한 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기계(14)는 효과적으로 사용된 위성기어의 기계적인 구배차를 보충할 수 있는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 패스 전환시에 패스점프를 연결하기 위한 동기화동작은 상기 전자기계(14)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 혼성 구동장치.
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