KR20030031896A - 자동차용 트랜스미션 - Google Patents

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KR20030031896A
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gear
gears
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shaft
input
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툼박슈테판
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

특히 자동차용 트랜스미션(15, 15a, 15b, 15c)은, 그 링 기어(18, 18c, 19)가 기어 림(12)에 의해 내연 기관의 크랭크축(11, 11a, 11c)과 연결된 2 개의 유성 기어(16, 16c, 17, 17c)를 포함한다. 각 유성 기어(16, 16c, 17)는 각각 하나의 전기 기계(26, 27) 및 기어 샤프트(31, 32)와 커플링되고, 상기 샤프트에는 다양한 변속비를 위해 입력 기어(1E 내지 5E, RE)가 배열된다. 상기의 입력 기어(1E 내지 5E, RE)는 출력 샤프트(40, 40a, 40c) 상에 배열된 출력 기어(1A 내지 5A, RA)와 연결된다. 본 발명에 따라, 일정한 주행 작동시 전체 효율을 높이기 위해 전기 기계 및/또는 유성 기어(16, 16c, 17, 17c)는 바이패스된다. 이를 위해 예컨대 기어 쌍이 사용될 수 있으며 상기 기어는 입력 샤프트(11) 및 기어 샤프트(31, 32)와 서로 연결된다.

Description

자동차용 트랜스미션{Hybrid transmission, particularly for motor vehicles}
상기와 같은 트랜스미션은 US 5, 571, 058에 공지되어 있다. 상기 트랜스미션은 전력을 분기하는 기어와 커플링된 입력 샤프트를 포함한다. 전력을 분기하는 각각의 기어는 전기 기계 중 하나와 커플링된다.
특히 일정한 주행 모드시 전체 효율의 상승은, 서로 다른 4 개의 주행 모드를 가능하게 한다. 이를 위해 각각의 주행 모드에 대해 하나의 클러치가 제공되는데, 즉 4 개의 클러치가 필요하다. 전력속(power flux)은 6 개의 전체 유성 기어 중 적어도 하나에 의해서 항상 이뤄진다. 따라서 상기 트랜스미션의 구조는 복잡하다. 따라서 무게 및 비용이 증가된다.
또한 US 5, 558, 589로부터는 전력속이 항상 적어도 하나의 유성 기어에 의해서 이뤄지는 것이 공지되어 있다. 이 경우 마찬가지로 다수의 클러치가 제공되며, 상기 클러치는 비용을 증가시킨다.
본 발명은 제 1 항, 2 항의 전제부에 따른, 특히 자동차용 트랜스미션에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 기어의 개략도.
도 2 내지 4는 도 1에 대해 변경된 기어의 개략도.
이에 반해 본 발명에 따라 제 1 항, 2 항의 특징을 갖는, 특히 자동차용 트랜스미션은 단순하게 구성되고 이로써 양호한 효율을 갖는 장점을 갖는다. 이를 위해 제 1 항에 따라, 전기 기계 및 유성 기어를 바이패스하면서 입력 샤프트를 출력 샤프트와 커플링하기 위한 수단이 제공된다. 제 2 항에 따라 상기 수단은 전기 기계의 바이패스 하에 입력 샤프트를 커플링하고 유성 기어의 기어 부품들의 상대 운동을 억제하는데에 사용된다.
전기 기계 및 유성 기어의 바이패스 모드시, 전기 기계는 부하 하에 협력할 수 있으며, 즉 부스트 작동, 제동 에너지의 복열 및 제너레이터 작동에 있을 수 있다. 또한 비상 작동, 즉 전기 기계가 고장난 경우에도 무단의 변속비 변화의 완전한 쾌적감을 갖는 주행 작동이 가능하다.
입력 샤프트가 기어 샤프트와 포지티브 연결됨으로써, 넌포지티브 연결에 의한 마모는 방지될 수 있다. 상기 구성은 특히, 입력 샤프트와 기어 샤프트 사이에 기어 쌍이 배열될 때 단순해진다.
또한 2 개의 기어 샤프트를 사용함으로써, 인장력이 차단되지 않으면서 작용이 전환될 수 있다. 또한 2 개의 전기 기계를 이용하여, 2 개의 기어 단 사이의 영역에 무단의 변속이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 트랜스미션의 또 다른 장점 및 바람직한 실시예는 종속항 및 상세한 설명에 제시된다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되며 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1에는 자동차의 구동 로드의 부분이 도시된다. 상기 구동 로드는 무엇보다 도시되지 않은 내연 기관의 크랭크축(11)을 포함하며, 상기 축의 단부에는 기어 림(12)이 배열된다. 또한 상기 크랭크축(11)은 엔진 브레이크(13)와 상호 작용한다. 선택적으로 엔진 브레이크(13) 대신에 프리휠이 사용될 수도 있다. 엔진 브레이크(13)도 제공되지 않고 프리휠도 제공되지 않는 것도 가능하다. 기어 림(12)에는 상기 실시예에서 3중 샤프트 트랜스미션으로서 형성된 트랜스미션(15)이 커플링될 수 있다.
상기 트랜스미션(15)은 전력을 분기하는 2 개의 기어, 바람직하게는 동일한 링 기어, 특히 2 개의 유성 기어 세트(16, 17)를 포함한다. 각각의 유성 기어 세트(16, 17)는 공지된 바와 같이, 각각 하나의 내부 및 외부의 톱니 링 기어(18, 19), 다수의 유성 기어(21, 22) 및 선 기어(23, 24)를 갖는다. 트랜스미션(15)은 유성 기어 세트(16, 17)의 링 기어(18, 19)가 외부에 맞물림으로써 기어 림(12)에 커플링된다. 크랭크축(11)을 향해 있는 유성 기어 세트(16, 17)의 면에는 전기 기계(26, 27)를 구비한 각각의 선 기어(23, 24)가 커플링된다. 예컨대 전기적 중간 회로에 의해서 자동차의 보드 배터리와 서로 연결된 전기 기계(26, 27)에는 4 개의 사분원 작동(four quadrant operation)을 위한 파워 전자 장치가 설치된다. 유성 기어 세트(16, 17)의 유성 캐리어(28, 29)는 전기 기계(26, 27)와 대향된 면에서기어 샤프트(31, 32)와 연결되고 상기 샤프트는 바람직하게는 카운터 샤프트이다.
상기 양 기어 샤프트(31, 32)는 5 작동 트랜스미션의 입력 기어(1E 내지 5E, RE)를 지지한다. 기어 샤프트(31, 32) 상에 느슨하게 배열된 입력 기어(1E 내지 5E, RE)를 기어 샤프트(31, 32)와 연결하기 위해, 입력 기어(2E와 4E, 1E와 3E 및 5E와 RE) 사이에는 각각 하나의 기어(33, 34, 35)가 회전 불가능하게 배열된다. 기어(33, 34, 35)는 전기적으로 작동 가능한 디스크 머프(36, 37, 38)와 클로 클러치에 의해 각각의 입력 기어(1E 내지 5E, RE)와 맞물리므로 넌포지티브 결합 연결된다. 전기 작동 대신에, 예컨대 다른 유압식 작동도 고려될 수 있다.
입력 기어(1E 내지 5E, RE)는 출력 샤프트(40)에 회전 불가능하게 연결된 입력 기어(1A 내지 5A 및 RA)에 맞물리며, 입력 기어(RE)와 출력 기어(RA) 사이에는 중간 기어(41)가 배열된다. 출력 샤프트(40)를 블로킹 또는 고정할 수 있기 위해, 상기 샤프트는 브레이크(42)와 상호 작용한다. 상기 브레이크(42)는 자동차의 서비스 브레이크일 수도 있다.
또한 크랭크축(11)과 기어 샤프트(32) 사이에 기어 쌍(47)이 배열된다. 기어(48)는 크랭크축(11) 상에 회전 불가능하게 고정되고 기어(49)는 기어 샤프트(31)에 배열된다. 기어(49)와 기어 샤프트(31) 사이에는 주로 클로 클러치인 전환 유닛(50)이 제공된다. 선택적으로 동시 진행으로 전환되는 전환 유닛(50) 또는 다중 디스크 클러치가 사용될 수도 있다. 이로써 기어 쌍(47)과 전환 유닛(50)은 양 전기 기계(26, 27) 및 유성 기어(16)의 바이패스 하에 입력 샤프트(31)를 출력 샤프트(40)와 커플링하기 위한 수단이다. 기어 쌍(47)과 전환유닛(50)은 크랭크축(11)과 기어 샤프트(31) 및 이로써 출력 샤프트(40)를 포지티브하게 연결하는데에 사용된다.
선택적으로, 기어 샤프트(32) 사이에 기어 쌍(47)이 제공되고 양 기어 샤프트(31, 32) 사이에 2 개의 기어 쌍(47)이 제공되는 것도 가능하다. 기어 쌍(47) 대신에 예컨대 톱니 벨트, 체인 또는 다른 적절한 수단이 전기 기계(21, 22) 및 유성 기어(16, 17)를 바이패스하기 위해 사용되는 것도 가능하다. 크랭크축(11) 및 출력 샤프트(40)가 도 1에 도시된 바와 같이 서로 일직선 상에 있으면, 서로 향해 있는 그 단부는 톱니 형성을 통해 서로 연결될 수 있다. 이는 속도가 일정하게 높을 때 고려될 수 있다.
하기에서는 상술된 트랜스미션(15)으로써 구현될 수 있는 다양한 작동 방식이 서술되며, 트랜스미션(15) 및 내연 기관의 제어와 조절은 전자식 제어 장치에 의해서 이뤄지고: 자동차가 정지해 있을 때 자동차 내연 기관을 시동하기 위해 브레이크(42)가 활성화되는데, 즉 출력 샤프트(40)는 블로킹된다. 또한 양 기어 샤프트(31, 32)에는 각각 하나의 단, 예컨대 제 1, 제 2 단이 입력되며, 이를 위해 디스크 머프(37, 38)는 상응된 입력 기어(1E와 2E)와 함께 커버 내에 위치한다. 하나의 단을 각각의 기어 샤프트(31, 32) 상에 입력함으로써 유성 기어 세트(16, 17)의 유성 캐리어(28, 29)는 고정되고, 즉 선 기어(23, 24)에 의해서 시동 모멘트가 입력될 때 상기 캐리어는 회전되지 않을 수 있다. 이제 양 전기 기계(26, 27)는 보드 배터리에 의해서 전동식으로 작동된다. 전기 기계(26, 27)로부터 선 기어(23, 24)에 유도된 회전 모멘트는 회전되는 유성 기어(21, 22)에 의해 각각의링 기어(18, 19)를 회전시키며 상기 링 기어는 필요한 시동 속도로 크랭크축(11)의 기어 림(12)을 재차 구동시키므로 내연 기관은 시동된다.
일반적인 또는 의미있는 유성 기어 세트(16, 17)의 설계는 대략 4:1의 시동 변속을 일으킨다. 내연 기관의 필요한 시동 회전 모멘트가 대략 200Nm의 크기라고 가정하면, 이로써 각각 전기 모터로서 작용하는 전기 기계(26, 27)는 대략 25Nm을 제공한다. 상기의 필요한 회전 모멘트는 전기 기계(26, 27)의 크기 또는 출력단을 동시에 결정한다.
보충하자면 시동 모드시 양 전기 기계(26, 27)는 고정된 유성 캐리어(28, 29)와 함께, 내연 기관의 시동 후 상기 기계의 편에서 기어 림(12)을 통해 내연 기관에 의해 구동되는 것이 언급된다. 상술된 유성 기어 세트(16, 17)의 변속비에 의거해, 전기 기계(26, 27)는 내연 기관의 대략 4 배의 엔진 속도로 구동된다. 전기 기계(26, 27)의 한계 속도를 넘지 않기 위해, 상기의 경우 내연 기관의 엔진 속도는 시동 모드 중 제한되어야 한다.
하기에서는 동일한 또는 다른 속도로 움직이는 자동차의 정상 작동이 설명된다. 상기의 경우 트랜스미션(15)에서 양 기어 샤프트(31, 32)에는 각각 하나의 단, 예컨대 제 2, 제 3 의 단이 입력된다. 이로써 상응하는 기어(2E, 3E)는 출력 샤프트(40)의 기어(2A, 3A)와 논포지티브하게 연결된다. 양 유성 캐리어(28, 29)의 속도 사이의 지정된 비율은 제 2 단과 제 3 단 사이의 변속비에 상응하여 구성되고, 제 2 단의 유성 캐리어(28)는 제 3 단의 유성 캐리어(29) 보다 더 큰 속도로 회전된다. 또한 출력 샤프트(40)의 속도는 자동차의 주행 속도에 비례한다. 내연기관에 의해 구동된 링 기어(18, 19)는 유성 기어 세트(16, 17)가 동일한 경우 동일한 속도로 회전되기 때문에, 이로써 전기 기계(26, 27)와 커플링된 선 기어(23, 24)의 지정된 속도가 생긴다. 양 전기 기계(26, 27)의 속도 레벨이 변경되면, 내연 기관의 엔진 속도가 일정한 경우 내연 기관의 엔진 속도와 출력 샤프트(40)의 속도 사이의 비율도 변한다. 즉 이는 전기 기계(26, 27)의 속도 레벨의 변화가, 기어 샤프트(31, 32)에 단이 고정 입력된 경우 기어 변속의 (무단) 변화를 일으키는 것을 의미한다.
내연 기관에 의해서 회전 모멘트가 프리세팅된 경우 및 출력 샤프트(40)에 구동 모멘트가 필요한 경우, 양 전기 기계(26, 27)에는 고정 프리세팅된 총합 회전 모멘트가 얻어진다. 또한 내연 기관의 회전 모멘트 및 양 전기 기계(26, 27)의 총합 회전 모멘트는, 브레이크가 작동되지 않는 한 항상 고정된 비율 내에 있다. 따라서 내연 기관의 실제 회전 모멘트는 양 전기 기계(26, 27)의 총합 회전 모멘트로부터 항상 정확하게 유도될 수 있으며, 총합 회전 모멘트는 그 제어부로터 알려진다. 내연 기관의 실제 회전 모멘트의 특성은 통합된 구동 로드 제어부 및 엔진 제어부를 위해 유용하며 또는 상기 제어부를 단순하게 하거나 개선시킬 수 있다.
회전 모멘트가 양 기어 샤프트(31, 32)를 통해 분기됨으로써, 양 전기 기계(26, 27)의 총합 회전 모멘트는 상기 전기 기계 사이에서 임의로 분배될 수 있다. 양 기어 샤프트(31, 32)에 입력된 상이한 단에 의해 전기 기계(26, 27)는 상이한 속도를 포함하며, 그 전력도 변한다.
특히, 정상 작동시 양 전기 기계(26, 27)가 오로지 보드 전기 시스템에 의해요구되는 에너지 또는 전력을 발생시키는 제너레이터로서 작용하는 것이 바람직하다. 이는 전기 기계가 특정의 전력을 필요로 하는 경우, 양 전기 기계에 특정의 속도 레벨을 발생시키며 이로써 트랜스미션(15)의 특정의 변속비를 세팅한다. 특정의 경계 내에서 전기 기계(26, 27)를 통해 가능한 변속비의 무단 변경은, 보드 전기 시스템에 의해 요구되는 전력이 제너레이터로서 작동하는 양 전기 기계(26, 27) 사이에 분배됨으로써만 이뤄지며, 양 전기 기계(26, 27) 사이에는 손실과 연관된 전력 분기가 발생되지 않는다.
양 전기 기계(26, 27)에 의해 가능한 변속비의 분산이 상대적으로 작은 영역을 커버할 때 적합하며, 이는 단 교체에 의해 변속비가 크게 변경될 수 있기 때문이다. 단에 대해서 가능한 분산이 예컨대 보드 전기 시스템 전력이 낮은 경우 충분하지 않으면 상기 분산은, (손실과 연관된) 전력 흐름이 양 전기 기계(26, 27) 사이로 허용되거나 또는 원래의 보드 전기 시스템 요구에 의한 보드 배터리의 로드에 대해 증가됨으로써 높아질 수 있다.
일정한 주행 모드시, 무단의 트랜스미션 조정은 하위의 의미이다. 기어 쌍(47) 및 전환 유닛(50)에 의한 기계적 트랜스미션 관통 계수는, 유성 기어(16, 17)로써 도시되며 전력을 분기하는 트랜스미션 부분을 바이패스하고 내연 기관과 출력 샤프트(40)의 운동학적(kinematic) 커플링을 일으킨다. 무단의 주행 작동시의 전기적 전력 전달의 효율도 포함하는 트랜스미션(15)의 전체 효율은 개선될 수 있다.
상기의 운동학적 커플링 또는 이미 공지된 바이패스에 의해, 전기 기계(26,27)의 속도는 동시에 정해진다. 회전 모멘트 및 전기적 전력 흐름은 자동차의 추진력에 더 이상 커플링되지 않는다. 전기적 에너지 보드 전기 시스템은, 배터리로부터 부가의 전력이 자동차에 제공되는 소위 부스트 기능과 마찬가지로 자유롭게 제어될 수 있다. 선택적으로 소위 브레이크 에너지는 복열(recuperation)될 수 있다. 부가적으로 기계적 트랜스미션 관통 계수를 통해 순환하는 전력 흐름(무효 전력)은 방지될 수 있으며, 그렇지 않은 경우 상기 흐름은 특정의 주행 모드시에 일어날 수 있다.
개별적으로, 전환 과정은 하기와 같다:
1. 무단의 작동시 내연 기관의 속도는, 변속비 i = 내연 기관 속도/출력 샤프트(40) 속도가, 기어 쌍(47)에 의한 고정 변속비 및 단(1E/1A, 3E/3A, 5E/5A 또는 RE/RA)에 상응하도록 세팅된다. 기어(49) 또는 기어 쌍(47)의 분리 기어는 기어 샤프트(32)와 동기적으로 회전한다.
2. 전환 유닛(50)은 폐쇄된다. 크랭크축(11)으로부터의 힘의 흐름은 기어 쌍(47), 전환 유닛(50)을 통해, 유성 기어(16, 17) 및 전기 기계(26, 27)의 바이패스 하에, 기어 샤프트(31), 전환 유닛(37, 38)을 통해 기어(1E, 3E, 5E)로부터 기어(1A, 3A, 5A) 중 하나에서 이뤄지고 마지막으로 출력 샤프트(40) 상에서 이뤄진다.
3. 전기 기계(16, 17)는 차단될 수 있거나 또는 다른 기준에 따라 제어될 수 있다. 그럼에도 불구하고 휠로의 전력 전달은 보장된다.
상기 전환 유닛(50) 또는 기계적 트랜스미션 관통 계수가 개방되기 전에, 기어 쌍(47)은 우선 전기 기계(16, 17)가 적절하게 제어됨으로써 릴리스된다. 이 경우 전환 유닛(50)은 개방된다. 기어 쌍(47)을 통해 생긴 변속비는 상술된 주행 모드의 필요에 따라 조정되어야 한다. 따라서 바람직하게 선택 가능한 적어도 하나의 변속비는 오버 드라이브로서 설계되며, 즉 상기 변속비는 예컨대 0.6 내지 0.8의 변속비로써 더 빠른 속도로 변환된다.
도시된 구성에서는, 일정한 기어 단을 통해 서로 다른 고정된 변속비를 실현하는 것이 가능하며, 상기 변속비에 의해 오버 드라이브가 실시된다. 바람직하게 변속비의 구성은, 유성 기어(16, 17)가 바이패스될 시에 전기 기계(16,17)의 유용한 작동점이 구현되도록 된다. 상기 전기 기계는 적어도, 양호한 효율일 때 자동차의 작동을 위해 충분한 전류가 발생되도록 해야 한다.
이제 트랜스미션(15) 내의 전환 과정이 설명되고, 상기 과정은 예컨대 특정의 속도일 경우와 상응되게 부하가 높을 경우 더 높은 주행 속도를 가능하게 해야할 때 변속비를 변화하기 위해서 필요하다. 제 2 기어 샤프트(32)에서는 제 3 샤프트에 의해 5 개의 단이 전환되어야 하는 반면 제 1 기어 샤프트(31)에서는 4 개의 단이 입력되어야 하는 것이 예시로 제시된다. 원래의 전환 과정 전에, 제 2 기어 샤프트(32)에 할당된 전기 기계(27)는 부하 없이 전환되므로, 제 2 기어 샤프트(32) 내의 모멘트는 부품의 관성으로부터 야기된 작은 모멘트를 제외하고 거의 0에 가깝다. 상기 상태에서 힘의 흐름은 제 1 기어 샤프트(31)에 의해서만 일어나며, 상기 샤프트에 할당된 전기 기계(26)는 구동 모멘트의 일부를 지지하고 엔진 또는 제너레이터로서 작동할 수 있다. 제 2 기어 샤프트(32)에 부하가 없게되자 마자, 도입된 제 3 단은 클로 클러치가 분리되고 디스크 머프(37)가 이동됨으로써 빼내질 수 있다. 이어서 제 2 기어 샤프트(32)의 전기 기계(27)는 필요한 동기화 속도를 발생시키며, 상기 속도시 제 2 기어 샤프트(32)는 출력 샤프트(40)에 의해 구동된 제 5 단의 기어(5E)의 속도에 상응하는 속도로 회전된다. 이렇게 이루어질 때, 제 2 기어 샤프트(32)와 기어(5E) 사이는 디스크 머프(38)가 이동됨으로써 포지티브결합된다. 트랜스미션(15)의 제어는 제 2 기어 샤프트(32)를 동기화하기 위해 요구되는 속도를, 전기 기계(26) 및 내연 기관의 속도를 이용하여 산출할 수 있다. 기어 샤프트(31, 32)에서의 속도를 측정하기 위한 부가의 센서들은 필요하지 않다.
고속 기어 또는 저속 기어로 전환할 시의 또 다른 전환 교대는 유사하게 이뤄지고, 모든 전환 교대의 경우 항상 내연 기관의 크랭크축(11)과 출력 샤프트(40) 사이에는 양 기어 샤프트(31, 32)에 의한 포지티브 결합이 존재하므로, 전환 과정은 인장력이 차단되지 않으면서 이뤄질 수 있다.
상기 트랜스미션(15)에 의해 특히 바람직한 소위, 하이브리드 자동차가 작동될 수 있으며 상기 자동차는 전기 모터 및 내연 기관을 포함한다. 예컨대 공기 청정을 근거로 해서 도시 중심부에서 이뤄지는 전기 모터에 의한 자동차 작동은 이를 위해 필요한 에너지를 보드 배터리로부터 공급받는 양 전기 기계(26, 27)에 의해 구현된다. 전기 기계(26, 27)를 통해 유성 캐리어(28, 29)를 거쳐 기어 샤프트(31, 32)에 도입되는 회전 모멘트를 지지하기 위해, 유성 기어 세트(16, 17)의 링 기어(18, 19)는 고정된다. 이는 단순한 방법으로, 엔진 브레이크(13)가 작동됨으로써 이뤄지며 상기 브레이크는 기어 림(12)을 통해 링 기어(18, 19) 상에 작용한다.
내연 기관이 전적으로 전기적으로 주행되는 동안 다시 시동되어야 한다면, 이를 위해 트랜스미션(15)에는 제 2 단 및 후진 단이 도입된다. 이때 전기 기계(27)는 후진으로 회전되며, 즉 엔진 시동을 위해 필요한 회전 방향으로 회전되는 반면 전기 기계(26)는 전진으로 구동된다. 이로써 양 전기 기계(26, 27)로부터 는 동일하게 작용하며 구동되는 회전 모멘트가 출력 샤프트(40)에 도입된다. 도입된 제 2 단과 후진 단 사이의 변속비가 서로 상이하기 때문에, 후진 단에 할당된 제 2 전기 기계(27)의 링 기어(19)에 의해 (엔진 브레이크(13)에 의해 지지된), 링 기어(20)에서보다 더 높은 회전 모멘트가 기어 림(12) 상에 전달된다. 따라서, 엔진 브레이크(13)를 분리하는 것이 시동을 위해서 적합하며, 이로써 기어 림(12) 및 크랭크축(11)은, 제 2 전기 기계(27)로부터의 링 기어(19)를 통해 내연 기관의 요구되는 시동 방향으로 회전된다. 내연 기관이 시동되면, 상술된 기어 교체에 상응되게 제 2 기어 샤프트(32)에서 후진 단이 빼내지며, 대신에 제 1 단 또는 제 3 단이 도입된다.
부가적으로, 내연 기관의 시동중 상기 내연 기관으로부터 구동 로드에 도입된 회전 모멘트를 통해, 운전자에 대해 바람직하지 않은 덜거덕거림이 일어날 수 있으며 이는 양 전기 기계(26, 27)를 통한 상응된 조절 방법을 통해서 보상될 수 있다.
이미 언급된, 오로지 전기 기계(26, 27)에 의한 자동차의 주행은 불가피하게상대적으로 높은 에너지를 보드 배터리로부터 취한다. 필요한 보드 배터리 용량을 제한하거나 또는 내연 기관의 작동중 재충전을 가능하게 하기 위해, 이미 양 전기 기계(26, 27)의 작동은 제너레이터로서 언급되었다. 특히 전기 기계(26, 27)를 제너레이터로서 구동시키기 위해, 슬라이드 작동중 자동차에 저장된 롤링 에너지를 충분히 이용하는 것은 바람직하다. 이를 위해 내연 기관은 (부하가 없는) 슬라이드 작동시 차단되며, 엔진 브레이크(13)는 활성화된다. 이로써 전기 기계(26, 27)와 커플링된 양 선 기어(23, 24)는 회전되는 유성 캐리어(28, 29)에 의해 구동된다.
상술된 트랜스미션(15)은 여러 방식으로 변경될 수 있다. 예컨대 양 전기 기계(26, 27) 중 적어도 하나에 부가의 브레이크(43, 43a)를 제공하는 것이 필요할 수 있다. 이로써 높은 출력의 상태로부터 자동차를 출발시키는 것이 가능해질 수 있다. 이는, 주행 정지시 양 전기 기계(26, 27)가 이미 언급된 유성 기어 세트(16, 17)의 변속비가 대략 4:1의 경우, 대략 4 배의 엔진 속도로 운행되는 것으로부터 설명된다. 시동시 내연 기관에 의해 상대적으로 높은 시동 모멘트가 크랭크축(11)으로 도입되면, 상기 모멘트는 전기 기계(26, 27)에 의해 지지되어야 하며, 이는 불가피하게 전기 기계(26, 27)에서 단시간에 매우 높은 전기 출력을 이끈다. 적어도 하나의 전기 기계(26, 27)와 상호 작용하는, 적어도 하나의 부가의 브레이크(43, 43a)를 사용함으로써, 브레이크(43, 43a)로부터 시동 모멘트를 수용할 수 있으며 마찰 작동으로 전환될 수 있다. 특히 브레이크(43, 43a)를 와전류 브레이크로서 형성하는 것이 바람직하다. 상기 와전류 브레이크는 부가적으로 가열 시스템(수냉 제너레이터를 위한 예시)의 부품으로서 사용될 수 있으며 단시간에 매우 높은 모멘트를 지지할 수 있다.
상기 트랜스미션(15)은 상기 실시예에서 유성 기어로서 도시되며 설명된다. 유성 기어 대신에 다른 종류의 유성 기어가 사용될 수도 있다. 유성 기어를 사용할 경우 개별 소자들이 상기 유성 기어들의 구성 소자들과 다르게 커플링하는 것도 고려될 수 있다. 따라서 예컨대 내연 기관은 그 회전 모멘트를 유성 캐리어로 도입할 수 있으며, 기어 샤프트는 링 기어들과 커플링될 수 있다.
3 개의 또 다른 변형예는 도 2, 3 및 4에 도시된다.
도 2에는, 도 1에 상응하는 3중 샤프트 트랜스미션 대신에 중공 샤프트 트랜스미션으로서 형성된 트랜스미션(15)이 도시된다. 유성 캐리어(28a, 29a)와 커플링된 크랭크축(11a)은 중공 기어 샤프트(44)에 의해 둘러싸이며, 상기 샤프트 상에는 입력 기어(RE, 1E, 3E 및 5E)가 배열되는 반면, 크랭크축(11a)이 연장되는 경우에 기어 샤프트(45)는 입력 기어(4E, 2E)를 지지한다. 입력 기어(1E 내지 5E, RE)는 출력 기어(1A 내지 5A)와 함께 작용하며 상기 출력 기어는, 중공 기어 샤프트(44), 크랭크축(11a) 및 기어 샤프트(45)에 대해 평행하게 연장된 출력 샤프트(40a) 상에 배열된다.
상기 크랭크축(11a)과 중공 샤프트(44) 사이에, 예컨대 클로 클러치와 같은 장치(51)가 제공되며 상기 장치는 크랭크축(11a)과 중공 샤프트(44) 사이를 회전 불가능하게 연결한다. 이로써 매우 단순한 방법으로 전기 기계(26, 27) 및 유성 기어 세트(16,17)의 바이패스에 도달된다. 도 2에 도시된 트랜스미션(15a)의 장점은 또한 그 좁은 구성 방식에 있다.
도 3에 도시된 트랜스미션(15b)은 도 1에 따른 트랜스미션(15)과는 특히, 양 전기 기계(26, 27)가 서로 나란하고 양 유성 기어 세트(16b, 17b)가 (트랜스미션(15a)와 마찬가지로) 서로 반사 대칭으로 배열되는 점이 구분된다. 기어 샤프트(32)에는 유성 기어 세트(17b) 외에도 전환 유닛(50)이 배열된다. 전환 유닛(50)은, 유성 기어 세트(17b)의 링 기어(17bH)에 형성된 포트형 플랜지(52)와 기어 샤프트(32)를 회전 불가능하게 연결한다. 따라서 링 기어(17bH)와 유성 캐리어(17bP)가 회전 불가능하게 서로 연결될 수 있으므로, 이들은 동일한 각속도로써 회전된다. 회전 모멘트는 이제 크랭크축(11) 상에 배열된 기어(53)로부터 링 기어(17bH)의 외부 톱니(54)로 전달된다. 회전 모멘트는 상기 링 기어(17bH)로부터 전환 유닛(50)을 통해, 4 개의 다른 변속비 1E/1A, 3E/3A 또는 5E/5A 또는 RE/RA가 선택될 수 있는 기어 샤프트(32) 상에 전달된다. 이로써 전환 유닛(50)은, 유성 기어 세트(17b)로서 형성된 출력 트랜스미션의 기어 부품의 상대 운동을 억제하기 위해 사용되며, 따라서 상기 출력 트랜스미션은 블록으로서 회전된다. 그럼에도 불구하고 물론, 기어 샤프트(32)와 동일한 속도를 갖는 전기 기계(27)를 작동하는 것이 가능한데, 이는 선 기어(17bS)가 링 기어(17bH) 및 유성 캐리어(17bP)와 동일한 속도를 갖기 때문이다.
선택적으로 크랭크축(11)과 기어 샤프트(32) 사이에는, 제 1 실시예와 마찬가지로 기어 쌍(47)이 제공될 수 있으며, 전환 유닛(50)은 크랭크축(11)에 배열된다. 따라서 양 전기 기계(26, 27) 및 유성 기어 세트(16b, 17b)의 트랜스미션(15a)에서와 같이, 일렬 배열을 통해 상대적으로 컴팩트한 트랜스미션이 이루어질 수 있다.
특히 바람직한 변형예는 도 4에 도시된 트랜스미션(15c)이다. 상기 트랜스미션은, 유성 기어(16c)의 유성 기어(21c)가 이중으로 실시되고 강성의 샤프트를 통해 연결되는 점이 트랜스미션(15a)과 상이하다. 유성 캐리어(28c)의 좌측면의 제 1 유성 기어(21c)는 전기 기계(26)와 연결된 선 기어(23c)와 연결되며, 유성 캐리어(28c)의 우측면 상에서는 제 2 유성 기어(21c)가 구동 장치의 링 기어(18c)와 연결된다. 이로써 구성시 현재의 시프트 트랜스미션과 유사한 매우 컴팩트한 트랜스미션이 얻어지며, 전기 기계는 커플링을 위한 일반적인 시프트 트랜스미션의 경우 필요한 구성 공간을 취한다.
상기 선 기어(23c)는 엔진 브레이크(43) 옆에 배열된 전환 유닛(50)을 통해 회전 불가능하게 크랭크축(11c)과 연결될 수 있다. 따라서 상기 선 기어(23c)는 유성 캐리어(28c)와도 연결될 수 있다. 이는 트랜스미션 부품, 즉 유성 기어(21c), 선 기어(23c) 및 유성 캐리어(28c)의 상대 운동을 억제한다. 유성 기어(21c)가 자신의 축 둘레에서 회전하는 것이 아니기 때문에 링 기어(18c)는 동일한 속도로 구동된다. 링 기어(18c)는 기어(1E, RE, 3E 및 5E)가 배열된 기어 샤프트(32)를 재차 구동시킨다. 이로써 기어 부품들의 상대 운동은 전환 유닛(50)에 의해 방지될 수 있다.
선택적 또는 부가적으로 브레이크(43a) 옆에도 하나의 전환 유닛이 배열될 수 있다. 따라서 변속비 2E/2A 및 4E/4A가 사용될 수 있다.
물론 트랜스미션(15a, 15b 또는 15c)에 도 1에 따른 트랜스미션(15)에 상응되게 적어도 하나의 부가의 브레이크(43, 43a)를 설치하는 것도 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 트랜스미션(15, 15a, 15b, 15c)에 단지 하나의 링 기어(16, 17) 또는 전기 기계와 커플링되며 전력을 분기하는 트랜스미션이 제공되는 것도 가능하다. 실제로 입력 샤프트(31, 32)를 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링하기 위한 수단은 적어도 하나의 전기 기계(26, 27) 및 적어도 하나의 링 기어(16, 16c, 17, 17c)를 바이패스함으로써 제공된다. 이는 단순한 구성에도 불구하고 높은 전체 효율을 가져온다. 적어도 하나의 전기 기계 및 적어도 하나의 링 기어가 바이패스된 상태시, 전기 기계는 부하에도 불구하고 협력할 수 있으며, 즉 복열시의 부스트 작동 및 제너레이터 작동에 있을 수 있다. 변속비가 계속 무단으로 변경되는 것이 가능하므로, 예컨대 전기 기계(26, 27)의 고장과 같은 비상 작동시에도 완전한 승차 쾌적감이 얻어진다.
시프트 트랜스미션 형태의 상술된 트랜스미션(15, 15a, 15b, 15c) 대신에, 예컨대 자동 단 형태의 다른 기어도 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 전력을 분기하는 적어도 하나, 주로 2 개의 기어(16, 16c, 17, 17c), 바람직하게는 링 기어들과 커플링되고, 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링될 수 있거나 커플링된 입력 샤프트(11, 11a, 11c) 및, 전력을 분기하는 적어도 하나의 기어(16, 16c, 17, 17c)와 커플링된 2 개의 전기 기계(26, 27)를 구비한 자동차용 트랜스미션(15, 15a, 15b, 15c)에 있어서,
    상기 2 개의 전기 기계(26, 27) 및, 전력을 분기하는 적어도 하나의 기어(16, 16c, 17, 17c)가 바이패스되면서, 입력 샤프트(11, 11a, 11c)를 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링하기 위한 수단(47, 50, 51)이 제공되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  2. 전력을 분기하는 적어도 하나, 주로 2 개의 기어(16, 16c, 17, 17c), 바람직하게는 링 기어들과 커플링되고, 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링될 수 있거나 커플링된 입력 샤프트(11, 11a, 11c) 및, 전력을 분기하는 적어도 하나의 기어(16, 16c, 17, 17c)와 커플링된 2 개의 전기 기계(26, 27)를 구비한 자동차용 트랜스미션(15, 15a, 15b, 15c)에 있어서, 상기 2 개의 전기 기계(26, 27)의 바이패스 하에 입력 샤프트(11, 11a, 11c)를 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링하고, 전력을 분기하는 적어도 하나의 기어(16, 16c, 17, 17c)의 기어 부품의 상대 운동을 억제하기 위한 수단(47, 50, 51)이 제공되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수단(47, 50, 51)은 출력 샤프트(40, 40a)와 커플링될 수 있는 적어도 하나의 기어 샤프트(31, 32, 44) 또는 출력 샤프트(40, 40a)와 입력 샤프트(11, 11a, 11c)의 포지티브 연결에 사용되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수단(47)은 적어도 하나의 기어 쌍이며, 하나의 기어(48)는 입력 샤프트(11, 11a, 11c) 상에, 적어도 하나의 기어(49)는 기어 샤프트(31, 32) 중 적어도 하나에 배열되고, 압력 샤프트(11, 11a, 11c) 상의 기어(48) 사이 또는 기어 샤프트(31, 32) 중 적어도 하나에 있는 적어도 하나의 기어(49) 사이에 전환 유닛(50), 바람직하게는 클로 클러치가 제공되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전력을 분기하는 트랜스미션으로서 2 개의 링 기어(16, 17)가 제공되며, 전기 기계(26, 27)는 입력 샤프트(11, 11a, 11c)에 또한 출력 샤프트(40, 40a, 40c)에도 커플링되지 않고, 양 전기 기계(26, 27)의 속도는 서로 무관하게 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 기어 샤프트(31, 32)상에는 입력 기어(1E 내지 5E, RE)가 배열되며, 상기 기어는 출력 샤프트(40, 40a)에 배열된 출력 기어(1A 내지 5A, RA) 내에 맞물리고, 입력 기어(1E 내지 5E, RE) 및 출력 기어(1A 내지 5A, RA)를 기어 샤프트(31, 32) 및 출력 샤프트(40, 40a)와 논포지티브 연결하기 위한 소자(34 내지 38)가 제공되며, 전환 중지를 제외하고는 항상 양 기어 샤프트(31, 32)와 출력 샤프트(40, 40a) 사이에 논포지티브 연결이 구성되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 기어 샤프트는 입력 샤프트(11a)를 포함하는 중공 샤프트(44)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링 기어는 그 링 기어(18, 19)가 입력 샤프트(11, 11a, 11c)와, 그 선 기어(23, 23a, 24, 24a)는 전기 기계(26, 27)와, 그 유성 캐리어(28, 29)는 기어 샤프트(31, 32)와 커플링된 유성 기어(16, 17)이며 또는 상기 링 기어는 그 링 기어(18, 19)가 기어 샤프트(31, 32, 44)와, 그 선 기어(23, 24)는 전기 기계(26, 27)와, 그 유성 캐리어(28, 29)는 입력 샤프트(11, 11a, 11c)와 커플링된 유성 기어(16, 17)인 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 무단의 변속비에 도달하기위해, 양 전기 기계(26, 27)의 속도는 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 샤프트(11)와 출력 샤프트(40, 40a)는 각각 브레이크 장치(13, 42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전기 기계(26, 27)는 브레이크 장치(43, 43a)와 상호 작용되게 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션.
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