KR20010012487A - 차량용 구동 장치 - Google Patents

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KR20010012487A
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internal combustion
combustion engine
drive device
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로에플러유어겐
볼쯔마틴-피터
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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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
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    • 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
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    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • 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
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    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • 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
    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • 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
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • 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
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/19—Improvement of gear change, e.g. by synchronisation or smoothing gear shift
    • 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
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

견인력이 내연 기관(12)에서 기어 박스(38)로 전달될 때 발생하는 연결이 적어도 하나의 클러치 시스템(16,42)에서의 개방에 의해 차단되는 차량용 구동 장치(10)가 개시된다. 이를 달성하기 위해, 전기 기계(22)를 갖는 장치(21)가 사용되며, 상기 전기 기계는 구동측, 특히 기어 박스(38)의 출력축(36)에 연결되어 있다. 견인력이 적어도 하나의 클러치 시스템(16,42)에 의해 차단될 때, 견인력이 전달됨으로써 주행 안전성과 안락성이 향상된다.

Description

차량용 구동 장치{Drive train for a motor vehicle}
기어 박스, 내연 기관 및 그 사이에 배치된 클러치 시스템으로 구성된 차량용 구동 장치의 경우, 클러치 시스템은 기어 변환시에는 내연 기관에 의해 발생되어 기어에 전달되는 견인력을 중단시킨다. 이 원리에 따른 제약적 견인력 중단(상실)은 주행 안전성 및 주행 안락성을 해치게 된다.
본 발명은 청구의 범위 독립항의 개념에 따른 차량용 구동 장치에 관한 것이다.
도 1은 전기 기계를 구비한 차량용 구동 장치의 개념도.
도 2는 제 1 변형예의 전기 기계를 가진 구동 장치를 나타내는 개념도.
도 3은 제 1 변형예의 전기 기계를 가진 구동 장치의 여러 회전 속도의 경우에 대한 표.
도 4는 제 2 변형예의 전기 기계를 가진 구동 장치를 나타내는 개념도.
청구의 범위 독립항의 특징을 가진 본 발명에 따른 차량용 구동 장치는 상기 선행 기술의 경우에 비해, 기어 변환에 의해 내연 기관의 견인력이 중단되는 경우, 한 장치에 의해 클러치 시스템을 통한 견인력이 전달될 수 있다는 이점을 갖는다. 이것에 의해 주행의 신뢰성 및 안락성이 향상된다. 특히 회전자는 내연 기관에 의해 구동되어 회전되는 가운데 특히 전기 기계를 통해 회전가능하게 내장된 고정자에 의해 견인력을 전달하는 것이 특히 유리하다. 이 경우, 특히 간단한 방법으로 연결이 제어 장치에 의해 조절될 수 있다. 이 고정자를 기어 출력축과 직접 결합하는 것이 특히 효과적이다. 회전자가 회전가능하게 엔진 출력축과 연결되면, 예를 들어 벨트의 어떤 미끄럼에 의한 어떤 불리한 효과도 생기지 않는다. 회전자가 일정한 전동비를 통해 내연 기관의 출력축과 연결되면, 구동 연결 장치의 특정 상황에 적합하는 전동비가 선정될 수 있다. 더욱이 전기 기계가 전기 계기 회로에 전기를 공급하기 위해 및/또는 엔진을 시동하기 위해 사용되면, 여태까지는 통상적으로 요구되었던 성분들이 생략된다. 전기 기계 내로 다시 추가의 고정자 및 회전자가 내장되면, 그 추가의 회전자는 한편으로는 기어 입력축의 회전 속도를 동기화하는데 또한 다른 한편으로는 엔진 시동을 보조하는데 사용될 수 있다. 내연 기관을 시동하기 위해서는, 고정 장치를 통해 기어 출력축을 차단하는 것이 유리하다. 전기 기계를 기어 입력축 주위에 배치하면 반경 방향의 설치 공간에 있어서 특히 공간이용이 경제적이다. 가변 전동비를 갖는 기계식 기어 박스는 견인력 전달을 위한 장치의 특히 견고한 수행을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예는 도면에 표시되어 있고 이하의 기재에서 상세히 설명될 것이다.
도면에는 내연 기관(12)을 가진 차량용 구동 장치(10)가 도시되어 있는데, 이 장치는 기어 변환시 견인력을 차단하기 위해 출력축(14)을 통해 클러치 시스템(16)에 연결되어 있다. 클러치 시스템(16)에는 출력축(14)과 정합되게 중공축(18)이 연결되어 있다. 중공축(18)은 클러치 시스템(16)의 외측 부분과 강고하게 연결됨으로써 중공축(18)은 내연 기관(12)의 출력축(14)과 회전이 확실하게 연결되어 있다. 또한 중공축(18)의 중심에는 기어 입력축(20)이 배치되어 있다. 기어 입력축(20)은 작동가능하게 클러치 시스템(16)과 연결되어 있고, 즉 클러치 시스템(16)이 폐쇄되었을 때에는 내연 기관(12)의 견인력이 기어 출력축(20)에 전달될 수 있고 클러치 시스템(16)이 개방되었을 때에는 내연 기관(12)에 의해 발생된 견인력이 차단된다.
기어 입력축(20) 주위에는 전기 기계(22)를 가진 장치가 또한 배치되어 있다. 전기 기계(22)는 대체로 제 1 회전자(24) 및 이것과 전자기적 방식으로 유기적으로 작용하는 회전 가능하게 내장된 제 1 고정자(26)로 구성되어 있다. 제 1 회전자(24)는 중공축(18)상에 고정되어 있다. 그래서, 제 1 회전자(24)는 내연 기관(12)의 출력축(14)과 회전이 확실하게 연결되어 있고 그래서 내연 기관(12)에 의해 구동될 수 있다.
전기 기계(22)의 추가 성분은 제 2 회전자(28)로서, 이것은 제 1 회전자(24)와 연결되어 있고 또한 기어 입력축(20)과 회전이 확실하게 결합되어 있다. 제 2 회전자(28) 주위에는 제 2 고정자(30)가 배치되어 있고 이 고정자는 제 2 회전자(28)와 함께 전자기적 상호작용에 참여한다. 제 1 고정자(26)와 제 2 고정자(30)는 이 경우 서로 회전이 확실하게 연결되고 또한 추가의 중공축(32)과 연결되어 있으며 이 중공축은 기어 입력축(20) 주위에 배치되어 있다. 중공축(32) 위에는 바람직하게는 급단으로 변환되는 기어쌍(34)의 제 1 기어(33)가 배치되어 있다. 제 1 기어(33)보다 작은 직경을 가진 기어쌍(34)의 제 2 기어(35)는 기어 입력축(20)에 평행으로 배치된 기어 출력축(36) 위에 배치되어 있다. 이런 방식으로 제 1 고정자(26)와 제 2 고정자(30)는 기어 출력축(36)과 연결되고, 특히 보다 크게 구성된 제 1 고정자(26)가 기어 출력축(36)과 유기적으로 작용한다. 기어 입력축(20)과 기어 출력축(36)은 38로 표시된 기어 박스의 주요 성분으로서 그 장치는 본 실시예에서는 자동 변환 기어 박스로 표시되어 있다. 그래서 그것들은 기능 및 구조에서 공지인 여러 기어를 가진 일반적인 교체형 기어 박스로서 서로 맞무는 기어쌍(40)으로 구성되어 있다. 그리고 서로 맞무는 기어들 중의 하나는 기어 입력축(20) 또는 기어 출력축(36)과 강고히 연결되는 한편 다른 것은 공 기어로서 기어 입력축(20)과 기어 출력축(36)에 내장된다. 각 기어를 변환하기 위해서는 공 기어가 기어 입력축(20) 또는 기어 출력축(36) 위에 축 평행하게 움직일 수 있는 절환 유닛(42)을 통해 회전이 확실하게 연결된다. 그런 만큼 절환 유닛(42)은, 내연 기관(12)에 의해 발생된 견인력의 전달을 중단할 수 있는 클러치 시스템이다. 이 절환 유닛(42)은 예를 들면 클로 클러치 시스템(claw clutch system), 절환 클로 또는 동기화 클러치 시스템과 동기화 소켓일 수 있다. 각 절환 유닛(42)은 각각 기어 조절기(44)에 의해 작동되는데, 도면에는 단지 한 기어 조절기(44)가 도시되어 있다. 기어 조절기(44)에 적당한 기계적 클러치 시스템을 연결함으로써 다수의 절환 유닛(42)을 작동하는 것도 가능하다.
기어 출력축(36)은 작동적으로 차량의 축(46)과 연결되어 있다. 축(46)은 자체 쪽에 두 개의 구동 차륜(48)을 구동한다. 축(46)의 한 쪽에는 50으로 표시된 고정 장치가 표시되어 있는데 그것은 이 실시예에서 차륜 홀더이다.
구동 장치(10)의 제어를 위해 제어 장치(52)가 제공되어 있다. 제어 장치(52)는 예를 들면 엔진 회전 속도, 전달된 토크, 속도, 가속 페달 위치, 기어 레버 위치, 클러치 시스템 상태, 전기 계기용 사용 에너지 등과 같은 신호가 존재하는 여러 입구(54)를 이용할 수 있다. 출구(56)로는 내연 기관(12), 클러치 시스템(16), 전기 기계(22), 기어 조절기(44), 고정 장치(50) 등이 제어된다.
기어를 조작하여 차량이 주행하면, 내연 기관(12)으로부터 출력축(14), 폐쇄된 클러치 시스템(16) 및 기어 입력축(20)을 통해 견인력이 기어 박스(38)에 전달된다. 서로 맞물린 기어쌍(40)을 통해 견인력은 기어 출력축(36)에, 거기서부터 축(46)에 그리고 최종적으로 구동되는 차륜(48)에 전달된다. 기어 변환시에는 우선 클러치 시스템(16)이 개방된다. 이때에는 견인력이 차단된다. 그럼으로써 차량의 가속도가 변한다. 특히 가속(감속) 과정에서는 기어 변환시 일어난 차량의 지연이 지속된다. 그러나 이것은 전기 기계의 사용에 의해 방지된다. 더욱이 클러치 시스템(16)의 개방시에는 내연 기관(12)이, 자체적으로 회전 가능하게 내장된 고정자(26)와 함께 전자기적 상호 작용에 참여하는 회전자(24)를 구동한다. 회전자(24) 및 고정자(26)의 권선은 이때, 회전자(24)로부터 고정자(26)로 힘 전달이 일어나도록 제어 장치(52)에 의해 제어된다. 고정자(26) 및 이것과 연결된 고정자(30)는 기어 입력축(20)의 축선 주위로 회전하게 된다. 그리하여 중공축(32) 및 서로 맞물려 있는 기어쌍(34)도 회전한다. 그래서 기어 출력축(36)도 회전되고 끝으로 차륜(48)의 축(46)이 구동된다. 제어 장치(52)에 의한 전기 기계(22)의 제어는, 바람직하게는 차량의 가속도의 부호가 기어 변환 중 변하지 않도록 행해진다. 따라서 기어 변환시 견인력을 차단하기 위한 클러치 시스템(16)을 갖춘 이 차량용 구동 장치(10)에서는, (그런 기어 변환시) 기어 박스(38)의 구동측에 견인력을 전달하기 위해 예를 들면 전기 기계(22)와 기어쌍(34)을 가진 장치가 제공되어 있다. 이런 기어 박스(38)의 연결에 의해 기어 변환시의 주행 확실성 및 주행 안락성이 현격히 상승될 수 있다.
상기한 기어 변환시 고정자(30) 및 기어 입력축(20)에 고정 배치된 제 2 회전자(28)는 제어 장치(52)에 의해, 제 2 회전자(28)가 요구하는 새로 넣어지는 기어의 동기 회전 속도까지 기어 입력축(20)을 가속 또는 감속(제동)시키도록 제어된다. 이 방법에 의해 절환 유닛(42)은 대단히 간단하게 구성 실시될 수 있는데, 그 이유는 아무 동기화 장치도 더 이상 필요하지 않기 때문이다.
주행 중인 차량에 있어서는 기어 출력축(36)이 회전한다. 기어쌍(34)은 고정자(26)에서 볼 때에는 급단으로 변했기 때문에, 역으로 말하면 기어 출력축(36)에서 볼 때에는 서단으로(느리게) 변환되었다. 그럼으로써 고정자(26)는 내연 기관(12)의 회전 속도와 직접 결합된 회전자(24)보다는 낮은 회전 선속도를 갖게 확실히 할 수 있다. 이 회전 속도차에 의해 전기 기계(22)는 차량의 전기 계기 회로의 전기 공급에 사용될 수 있다. 이때 양호하게 차량이 정지했을 때에도 그 공급은 보장되는데, 그 이유는 고정자(26)의 회전 속도는 영이지만 회전자(24)는 내연 기관(12)에 의해 발생된 토크에 의해 회전되기 때문이다. 언제나 요구되는 전기 에너지가 충분하도록, 회전자(24)에는 제어기(52)에 의해 예를 들면 여자 전류가 공급된다.
전기 기계(22)는 내연 기관(12)의 시동에도 사용된다. 먼저 고정 장치(50)에 의해 기어 출력축(36)의 회전이 방지된다. 클러치 시스템(16)이 개방된 경우에는 내연 기관(12)에서 연소 과정이 시작될 때까지 제어 장치(52)에 의해 전기 기계(22)의 회전자(24)는 회전 운동을 하게 된다. 또한, 내연 기관(12)의 시동은 회전자(28)에 의해 발생되는 임펄스 시동에 의해 지원될 수 있다. 여기서 회전자(28)에 의해 기어 입력축(20)은 기어가 넣어질 필요 없이 가속된다. 이제 클러치 시스템(16)이 폐쇄되면, 기어 입력축(20) 및 회전자(28)의 임펄스가 내연 기관(12)의 시동을 위해 이용된다.
전기 기계(22)의 변형도 고려될 수 있다. 예를 들면 제 1 고정자(26)와 제 2 고정자(30)가 단일 고정자로 통합될 수 있다. 그래서 두 개의 별도의 권선이 생략된다. 그러나 제 2 고정자(30)가 사용되면, 이 고정자는 제 1 고정자(26)로부터 분리되어 예를 들면 회전이 확실하게 내장되지 않을 수도 있다. 그럼으로써 예를 들면 제 2 회전자(28)와 제 2 고정자(30) 사이의 회전 속도 차가 커지고 그래서 전기 효율도 상승한다. 여기서 상기 기재에서도 가능했던 것처럼 기어쌍(34) 중의 한 기어의 톱니가 제 1 고정자(26)의 외주에 형성될 수 있다.
그 절환 유닛(42)에 동기화 장치가 부착된 기어 박스(38)가 사용되고 또한 예를 들면 공간 확보가 요구될 때에는, 제 2 회전자(28)와 제 2 고정자(30)는 생략될 수 있다. 동기화 장치들의 존재에 의해, 더 이상 기어 입력축(20)의 회전 속도가 회전자(28)에 의한 동기화 회전 속도에 적합화될 필요가 없다.
전기 기계(22)를 기어 입력축(20) 주위에 배치하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 반경 방향으로 설치 공간이 충분히 있으면, 전기 기계(22)의 회전자(24)는 일정한 전동부를 통해, 예를 들면 벨트 및 벨트 풀리에 의해 출력축(14)에 결합될 수도 있다. 그래서 구동 장치(10)의 특정 상황에 적합할 수 있는 전동부를 가진 벨트 풀리가 선정될 수 있다. 고정자(26)의 기어 출력축(36)과의 연결도 다르게 실시될 수도 있다. 예를 들면 고정자(26)의 회전 운동이 벨트를 통해 기어 출력축(36)과 차륜(48) 사이의 어떤 부재에 전달될 수 있다. 이제 중요한 것은, 기어 변환시에도 견인력이 기어 박스(38)의 구동측에 전달될 수 있으므로, 전달하려는 견인력이 전기 기계(22)에 의해 기어 박스(38)의 구동측에 전달된다는 점이다.
견인력을 기어 박스(38)의 구동측에 전달하는 기능은 다른 장치에 의해서도 만족될 수 있다. 내연 기관(12)의 출력축(14)으로부터 기어 박스는, 역시 출력측에서 기어 출력축(36)에 작용하는, 예를 들면 이중 원추 풀리-와인딩 기어 박스 형태의 무단 가변(연속적으로 변하는) 전동부에 의해 구동되게 하는 것도 고려해 볼 수 있다. 정상 주행시에는 그 전동부는, 무단 가변 전동부를 가진 기어 박스가 부하 전달없이 공회전되도록, 제어 장치(52)에 의해 조절된다. 그러나 기어 변환시에는, 그 전동부는, 차량이 그 속도를 불연속적으로 변화시키지 않고 계속적으로 견인력을 얻도록, 필요한 동력 전달을 즉각 수행한다. 그러나 이 경우 무단 가변 전동부를 가진 기어 박스를 위한 추가 클러치 시스템이 필요한데 그 이유는 차량이 정차하고 내연 기관이 작동 중일 때에 견인력이 전달되지 않게 해야 하기 때문이다.
도 2에는 변형된 전기 기계(22a)를 가진 구동 장치(10a)가 도시되어 있다. 전기 기계(22a)의 회전자(58)는 기어 입력축(20) 주위에 배치된 중공축(60)을 갖고 있다. 전기 기계(22a)의 고정자(62)는 예를 들면 기어 하우징에 회전이 확실하게 고정되어 있다. 중공축(60)에는 유성 기어 박스(66)로 구성된 분할(분기) 기어 박스의 태양 기어(64)가 배치되어 있고 그럼으로써 전기 기계(22a)의 회전자(58)는 태양 기어(64)와 연결되어 있다. 유성 기어 박스(66) 대신에 다른 순환-기어 박스가 분할 기어 박스로서 제공될 수도 있다. 그래서 전기 기계(22a)는 유성 기어 박스(66)와 유기적으로 작용한다. 전기 기계(22a)와 유성 기어 박스(66)는 장치(21a)의 구성 성분이다. 태양 기어(64)는 유성 기어 박스(66)의 유성 캐리어(70) 내에 배치된 유성 기어(68)와 맞물려 있다. 유성 캐리어(70)는 회전이 확실하게 기어 입력축(20)에 연결되어 있다. 또는 유성 캐리어(70)는 엔진 출력축(14)과도 연결되어 있다. 유성 기어(68)가 그 안에서 순환하는 유성 기어 박스(66)의 중공 기어(72)는 기어 입력축(20)에 배치된 중공축(74)과 연결되어 있다. 그래서 중공 기어(72)는 기어 출력축(36)에 작용한다. 또한 구동 장치(10a)의 기어 박스(38)내에는 주차 저지기(76)가 배치되어 있다.
회전자(58)의 회전 속도(nR)에 대해 다음이 성립한다:
상기 식에 있어서,
nR은 회전자(58)의 회전 속도이고,
nGe는 기어 입력축(20)의 회전 속도이며,
nH는 중공 기어(72)의 회전 속도이고,
a는 순환-기어 박스로 구성된 분할 기어 박스의 표준 전동비(변속비)이다.
유성 기어 박스(66)의 표준 전동비(a)에는 다음이 성립한다:
상기 식에 있어서,
ZM은 중공 기어(72)의 톱니 수이고,
ZS는 태양 기어(64)의 톱니 수이다.
따라서, 회전자(26)의 회전 속도(nR)는 다음과 같이 된다:
중공 기어(72)의 회전 속도(nH)는, 외부 결합단으로 사용되고 기어(33)는 톱니 수(Z33)를, 기어(35)는 톱니 수(Z35)를 가진 기어쌍(34)의 전동비에 의존한다. 여기서 다음 전동비가 얻어진다:
또한 중공 기어(72)의 회전 속도(nH)는, 기어가 넣어졌을 때에는 회전 속도(nGe)에 대해 기어 의존적 일정 비를 갖는 차량 속도에 의존한다. 차량의 기동화에 따라 기어쌍(35)의 전동비(i)가 선정된다.
기어 변환시에는 내연 기관(12)에 의해 발생된 견인력이 기어 박스(38)에서 중단된다. 견인력은, 절환 유닛(42)과 기어 박스(38)에 있는 공 기어와의 회전가능한 연결이 기어 조절 장치(44)에 의한 절환 유닛(42)의 이동에 의해 차단됨으로써, 중단된다. 이제 기어 변환시 견인력은 유성 캐리어(70)를 통해 전달된다. 그래서 클러치 시스템(16)이 폐쇄된다. 내연 기관(12)에 의해 토크로서 작용하는 견인력은 유성 캐리어(70) 내에 전달된다. 동시에 제어 장치(52)는 역시 토크로서 작용하는 견인력을 발생하는 전기 기계(22a)를 제어한다. 내연 기관(12)과 전기 기계(22a)의 토크의 합과 중공 기어(72)에 작용하는 토크의 합은 영이다. 그래서 지원되는 내연 기관(12)의 토크는 전기 기계(22a)에 의해 지원되어 기어 출력축에 전달될 수 있다. 그래서 기어 출력축(36)도 구동되고 끝으로 축(46)을 통해 차륜(48)이 구동된다. 회전자(28) 및 그래서 전기 기계(22a)의 회전 속도(nR)는 제어 장치(52)에 의해, 차량의 가속도가 기어 교환시 전혀 변하지 않거나 또는 단지 조금만 변하도록, 조절된다. 특히 구동 장치(10a)의 지지가 유지되도록, 가속도는 변하지 않게 된다. 이 지지(고정 유지)에 의해 내연 기관(12)에 의한 진동과 충격을 전혀 받지 않게 된다.
전기 기계(22a)가 작은 전력을 위해 설계된 경우에는, 내연 기관(12)의 토크가 대단히 높은 때에는 전기 기계(22a)가 전체 토크를 전달할 수 없게 될 수가 있다. 그런 경우에는 내연 기관(12)의 토크가 제어 장치(52)에 의해 감소된다. 도 3의 표에는, 통상적인 구동 장치(10a)의 구체적 전동비에 따른, 전기 기계(22a)의 회전 속도(nR) 및 전기 기계(22a)에 의해 공급되는 토크가 표시되어 있다. 이를 위한 파라미터는 다음과 같다:
유성 기어 박스(66)의 표준 전동비(a),
기어쌍(35)의 전동비(i),
기어 입력축(20)의 회전 속도(nGe)가 있는 칸,
주행 차량을 위한 기어(1 내지 5)의 전동비가 있는 5 개의 칸, 및
기어 출력축의 회전 속도(nGa)가 영인 정지한 차량에 대한 칸.
기어(1 내지 5) 및 정지 차량의 값 아래에는 전기 기계(22a)의 결과적 회전 속도(nG)가 각각 표시되어 있다. 예를 들면 기어 입력축의 회전 속도가 2400 l/분에서 2 번 기어로부터 3 번 기어로 절환되어야 하면, 전기 기계(22a)는 2 번 기어에서는 회전 속도(nR) 8700 l/분으로 회전한다. 그때 전력 용량 6 kW의 전기 기계(22a)는 내연 기관(12)의 토크 21 Nm를 감당할 수 있다. 내연 기관(12)의 토크가 이 보다 크면, 그 토크는 이 값으로 감소되어야 한다. 그 경우 전기 기계(22a)는 그의 토크를 내연 기관(12)의 토크를 지지하는데 이용한다. 거기에는 기어 박스(38)가 (연결)중개한다. 2 번 기어는 뽑아질 수 있다. 내연 기관(12)의 토크를 약간 하강함으로써 기어 입력축(20)의 토크가 적합화된다. 기어 박스(38)가 클러치 시스템(42)에 의해 개방되어 있는 시간 동안에는 전기 기계(22a)는 유성 기어 박스(66)를 통해 그의 토크 및 내연 기관(12)의 토크를 기어 출력축(36)에 전달한다. 그리하여 기어 변환 중 견인력 중단은 일어나지 않는데, 그 이유는 전기 기계(22a)의 토크와 내연 기관(12)의 토크가 변환 중에도 제대로 얻어지고 있기 때문이다.
유사한 구동 장치(10a)의 배치에서는 클러치 시스템(16)이 생략될 수 있다. 그 경우 출발을 위한 필요한 견인력은 전기 기계(22a)에 의해 내연 기관(12)에 의해 발생된 견인력을 이용하는 가운데 유성 기어 박스(66)를 통해 기어 출력축(36)에 전달될 수 있으며, 이것은 제 1 기어의 동기 회전 속도가 도달될 때까지 지속된다.
도 4에 표시된 구동 장치(10b)의 전기 기계(22a)의 경우에는 회전자(58)를 위한 중공축이 생략될 수 있다. 장치(21b)의 전기 기계(22b)는 이를 위해 내연 기관(12)에서 먼 기어 입력축(20)의 단부에 배치되어 있다. 유성 기어 박스(66)는 기어 박스(38)와 전기 기계(22b) 사이에 배치되어 있다. 중공축(78)과 절환 유닛(42)을 통해 유성 기어 박스(66)의 중공 기어(72)는 기어쌍(34)과 결합될 수 있다. 기어들이 변속되는 사이에 전기 기계(22a)가 그 회전 속도가 절환될 수 있는 것은 유리한 점이다. 그럼으로써 좁은 회전 속도 범위를 위한 EM이 설계될 수 있다. 내연 기관(12)의 시동시에는 고정 장치(50) 또는 주차 저지기(76)에 의한 억류는 포기될 수 있다. 또한 다른 방법도 고려될 수 있다. 예를 들면 회전자(58)는 유성 캐리어(70)와 연결될 수 있고 내연 기관(12)은 태양 기어(64) 또는 중공 기어(72)를 구동할 수 있다. 유성 기어 박스(66)의 다른 성분들은 거기에 대응적으로 교체될 수 있다.

Claims (13)

  1. 견인력을 내연 기관(12)에서 자동 절환형 기어 박스(38)로 전달하며 기어 변환시 기어 박스(38)에서의 견인력을 차단시키기 위한 하나 이상의 클러치 시스템(16,42)을 구비하고, 기어 박스(38)에서 견인력의 중단시 기어 박스(38)의 연결에 의해 기어 박스(38)의 구동측에 견인력을 전달하기 위한 장치(21,21a,21b)가 배치되어 있는 차량용 구동 장치에 있어서,
    상기 장치(21,21a,21b)는 전기 기계(22,22a,22b)를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 견인력을 전달하기 위한 전기 기계(22)는 하나이상의 회전 가능하게 수용된 제 1 고정자(26)와, 상기 제 1 고정자(26)와 유기적으로 작용하고 내연 기관(12)에 의해 구동되는 제 1 회전자(24)를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 고정자(26)는 기어 출력축(36)에 작용하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 회전자(24)는 회전가능하게 내연 기관(12)의 출력축(14)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 회전자(24)는 일정한 전동비를 갖게 내연 기관(12)의 출력축(14)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(22)는 차량의 전기 계기 회로에 전기를 공급하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(22)는 내연 기관(12)을 시동하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(22)는 전기 기계(22)가 기어 입력축(20)의 회전 속도를 동기화하는데 사용될 수 있도록, 제 2 고정자(30) 및 제 2 고정자(30)와 유기적으로 작용하고 기어 입력축(20)과 회전가능하게 연결된 제 2 회전자(28)를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 출력축(36)의 회전을 방지하기 위한 고정 장치(50,60)가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계(22)는 기어의 입력축(20) 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 기계(22a,22b)는 기어 출력축(36)에 작용하는 분할 기어 박스(66)와 유기적으로 작용하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 분할 기어 박스는 기어 이-순환 기어 박스(66)인 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 전기 기계(22a)의 회전자(58)는 유성 기어 박스(66)의 태양 기어(64)와 연결되고, 태양 기어(64)는 유성 기어(68)와 맞물리고, 유성 캐리어(70)는 내연 기관(12)에 의해 구동될 수 있으며, 중공 기어 이(72)가 기어 출력축(36)에 작용하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 장치.
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