KR20060006016A - 4 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템 - Google Patents

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Abstract

4 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템은 입력 샤프트와 출력 샤프트를 구성하는 제1 샤프트(10)와 제2 샤프트(12), 제3 샤프트(42)의 속력을 증감시키도록 배열된 제1 배리에이터(44, 46)에 연결되는 그 제3 샤프트(42), 그리고 제4 샤프트(48)의 속력을 증감시키도록 배열된 제2 배리에이터(50, 52)에 연결된 그 제4 샤프트(48)를 구비한다. 그 4개의 샤프트(10, 12, 42, 48)들은 복수의 치형 기어 휠들을 포함하는 스퍼 기어형 컴파운드 에피사이클 기어 세트(spur gear compound epicyclic gearset)에 의해서 함께 연결된다. 그 컴파운드 에피사이클 기어 세트는 제1 및 제2 에피사이클 기어세트를 포함하고, 그 제1 에피사이클 기어 세트는 포지티브형으로서 개별적인 세트의 제1 및 제2 유성 휠(21; 22)들과 맞물리는 제2 태양 휠(28) 및 제1 태양 휠(40)을 포함한다. 각각의 제1 유성 휠(21)은 개별적인 제2 유성 휠(26)과 함께 개별적인 공통 유성 샤프트(24)를 중심으로 회전하도록 연결된다. 그 유성 샤프트(24)들은 공통 유성 캐리어(22)에 연결된다. 제2 에피사이클 기어 세트는 네거티브형으로서 제1 태양 휠(40) 및 제3 태양 휠(38)을 포함하고, 그 제3 태양 휠은 한 세트의 유성 휠(39)들과 맞물리며, 각 유성 휠은 개별적인 유성 샤프트(24)를 중심으로 개별적인 제1 및 제2 유성 휠과 함께 회전하도록 연결된다. 각각의 연결된 유성 휠들의 세트의 제1 및 제3 유성 휠(21; 39)들 또는 제1 유성 및 제2 유성 휠(21; 26)들은 직경이 다르고, 함께 연결되어 단계적인 복합 유성 휠을 구성한다.

Description

4 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템{FOUR BRANCH DIFFERENTIAL TRANSMISSION SYSTEMS}
본 발명은 특히 차량에 사용하는 소위 동력 분할 트랜스미션(Power Split Transmissions: "PST")용의 4 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템(Four Branch Differential Transmission System: "FBD")에 관한 것이다. 그러한 트랜스미션들은 기계적인 동력을 두 개의 평행한 경로들을 통해서 전달하고, 그것들의 속력비는 무단 제어 방식으로 변동될 수 있다.
종래의 3 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템들은 태양 기어가 중심 샤프트에 연결되어 내측에 치형이 형성된 링 기어 내에 동심으로 위치하는 유성 기어 트레인을 포함한다. 그 태양 기어와 링 기어 사이에 복수의 유성 기어들이 배치되어 이들 기어와 맞물린다. 유성 기어들은 중심 샤프트상에 동심으로 회전 가능하게 장착된 캐리어(carrier)상의 베어링들에 유지된다. 이러한 전형적인 구조로, 태양 기어와 링 기어가 중심 축선 둘레로 회전하는 것이 가능하다. 유성 기어들은 그것들 자신의 축선상에서 자유로이 회전하고 캐리어에 의해서 그것들의 개별적인 위치에 유지되며, 따라서 중심 축선을 궤도 운동시킨다. 일반적으로, 태양 기어, 링 기어 및 캐리어 중 두 개는 입력 및 출력 샤프트에 연결된다. 이에 따라 세 개 중 하나를 분리된 상태로 둔다. 이 자유로운 브랜치(free branch)가 추가의 제어 구동 장치에 의해서 회전되면, 입력 속력 대 출력 속력의 비가 조정될 수 있다.
이러한 전동비(傳動比: transmission ratio) 변경 방법은, 자동 트랜스미션들이 간단히 구성될 수 있기 때문에, 유성 기어 트레인들이 차량용 트랜스미션을 위해 특히 매력적이다. 두 개의 유성 기어 트레인을 연결하면 차동 트랜스미션 시스템을 제작할 수 있으며, 이에 따라 입력부 또는 출력부에 연결되지 않는 두 개의 브랜치들에 연결되는 두 개의 변속 구동 장치(variable speed drives)를 사용하여, 매우 높은 속력 범위에 걸쳐서 전체 전동비를 조정할 수 있다. US 5,558,589호는 농업 차량을 위하여 몇 가지 레짐들(regimes)을 이용하는 그러한 트랜스미션의 실제적인 용례를 보여주고 있다. 두 개의 유성 기어 트레인들이 평행하게 배열되어 차동 트랜스미션 시스템을 형성하며, 이에 따라 일방의 기어 트레인의 캐리어는 타방의 링 기어에 연결된다. 그 두 개의 속력 가변 구동 장치들은 전기 모터들을 구성한다. 차동 트랜스미션 시스템의 전동비를 변경시키는 데에는 하나의 전기 모터의 속력을 조정하는 것으로 충분하다. 그러나, 필요한 범위의 출력 속력에 도달하기 위해서는, 몇 개의 클러치들을 연결 및 분리시킴으로써 얻어지는 몇 가지 전동 레짐들(transmission regimes)이 필요하다.
WO94/08156호 및 WO94/10483호는 차동 트랜스미션 시스템 (라비뇨 기어 트레인(Ravigneaux gear train))을 사용한 몇 가지 다중 레짐 동력 분할 트랜스미션(PST)을 개시하고 있다. 레짐을 변경하기 위해서는 역시 몇 개의 이중 클러치들과 추가적인 기어 박스 부품들이 필요하다.
GB 2,363,173 A호는 자동차용 전기식 단일 레짐(electrical single regime) 동력 분할 트랜스미션을 보여주고 있는데, 이에 의해 두 개의 유성 기어 트레인들이 나란히 배치된다. 그 유성 기어 트레인들은 공통 샤프트상에 장착된 태양 기어들을 매개로 하여, 그리고 제2 기어 트레인의 링 기어에 연결되는 제1 기어 트레인의 캐리어에 의해서 연결된다. 구동 입력부는 플라이휠로부터 유래되며, 이는 제1 기어 트레인의 캐리어에 연결되고, 출력부는 제2 트레인의 캐리어를 통한다. 이러한 구조는 모터들이 일방의 것이 타방의 것에 의해서 발생되는 전기 에너지를 이용하도록 설계되어 있기 때문에 효율이 좋다. 그러므로, 전기 에너지의 손실을 상당 부분 회피할 수 있다.
공지의 차동 트랜스미션 시스템의 유성 기어 트레인들은 일반적으로 나란히 배치되는 2개의 소위 "마이너스 기어 세트들(minus gearsets)"로 구성된다. 마이너스 에피사이클 기어 세트(minus epicyclic gearset)는 3개의 기어 요소들을 합체하는 것으로서, 태양 기어의 일방향 회전으로 유성 기어들이 맞물려 있는 기어 요소가 반대 방향으로 회전하는 반면 캐리어는 고정된 상태로 유지된다. 포지티브 기어 세트에 있어서, 유성 기어들이 맞물리는 기어 요소 및 태양 기어는 캐리어가 고정된 상태로 유지되면 동일한 방향으로 회전한다. 공지의 차동 트랜스미션 시스템은 일반적으로 두 개의 링 기어들을 구비하는데, 이들 링 기어들은 특히 대부분의 기어 트레인들의 경우처럼 높은 정밀도가 필요한 경우에 제조비가 비싸다. 또한, 유성 기어들이 너무 작기 때문에 -2.00 미만(마이너스 기어 트레인)의 기본 Ro 비(링 기어상의 치형의 수를 태양 기어상의 치형의 수로 나눈 것)를 얻기가 어렵 다. 그러나, 많은 용례에서는 낮은 Ro가 요망된다.
EP 1,279,545 A2호도 또한 소위 라비뇨 유성 기어 세트의 용례를 개시하고 있다. 이것은 플러스 기어 트레인과 마이너스 기어 트레인의 조합으로서, 이에 의해 조립체는 오직 하나의 링 기어만을 필요로 한다. 그러나, +2.00 보다 크고 및 -2.00 보다 작은 Ro 비들을 얻을 수 없다고 하는 문제가 여전히 존재한다.
본 발명의 목적은 비싼 부품들의 수를 저감하고, +/- 2.00 미만의 Ro 비를 얻을 수 있는 차동 트랜스미션 시스템(FBD)을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 특징 구조에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템은 제1 입력 샤프트와 제2 출력 샤프트를 구비한다. 또한, 제3 샤프트 및 제4 샤프트가 존재하는데, 이들 샤프트는 그것들이 연결되는, 샤프트의 속력(또는 토크)을 제어하는 제1 배리에이터(variator) 및 제2 배리에이터에 개별적으로 연결되는 제3 샤프트 및 제4 샤프트가 존재한다. 각 배리에이터는, 예를 들면, 이들 샤프트들의 속력을 조정할 수 있는 전기 모터이다. 차동 트랜스미션 시스템의 4개의 샤프트들(브랜치들)은 기어들을 매개로 하여 직간접적으로 연결된다. 본 발명에 따르면, 차동 트랜스미션 시스템은 스퍼 기어형 유성 기어 세트들을 포함한다. 링 기어는 필요하지 않다. 본 발명에 따르면, 차동 트랜스미션 시스템은 몇 개의 스퍼 기어형 태양 기어 및 유성 기어들을 사용하는 2개의 유성 기어 세트들을 포함하는데, 이들 기어는 플러스 유성 기어 세트와 마이너스 유성 기어 세트의 조합을 형성한다.
그 두 개의 유성 기어 세트는 각각 두 개의 태양 기어들과 두 세트의 유성 기어들을 포함하며, 이에 따라 하나의 태양 휠과 한 세트의 유성 기어들이 그 두 개의 유성 기어 세트에 공통되며, 그 두 개의 유성 기어 세트는 공통 유성 캐리어를 매개로 연결되는데, 그 유성 캐리어는 두 개의 연결된 캐리어들이거나 단일한 일체형 유닛일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 제3 유성 휠 세트는 공통 캐리어에 연결된 개별적인 유성 샤프트들을 중심으로 하여 회전하도록 장착된 한 세트의 제4 유성 휠들과 맞물리며, 각각의 제4 유성 휠은 각각의 제3 유성 휠과 맞물리며, 이에 의해 제3 태양 휠은 제3 유성 휠들과 간접적으로 맞물려 제3 유성 휠들과 동일한 방향으로 회전한다.
본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템은 내측에 치형이 형성된 임의의 링 기어를 필요로 하지 않는다. 이는 트랜스미션의 직경이 더 작아서, 예컨대 자동차에 바람직한 용례에 있어서 통상적인 트랜스미션이 쉽게 교체될 수 있다. 실제에 있어서, 모든 스퍼 기어들은 외측에 치형이 형성되는데, 이것의 장점은 비싼 링 기어들을 회피하기 때문에 비용이 더 저렴하다는 것이다. 또한, 유성 기어들을 제조 또는 예상되는 부하를 지탱하기에는 너무 작게 제조하지 않고도 2.00 미만의 Ro 비들을 쉽게 얻을 수 있다.
기본적으로, 4개의 샤프트 중 임의의 것이 입력 또는 출력 샤프트에 연결될 수 있다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 공통의 유성 기어 캐리어는 입력 또는 출력 샤프트에 연결되는데, 이는 공통 캐리어도 또한 입력 또는 출력 샤프트에 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 캐리어가 컵 또는 대체로 원통형 형상이라면, 그것의 외주부는 동력의 측방 인출 또는 입력을 가능하게 하는 기어 또는 스프라켓을 형성하거나 수반할 수 있다. 두 개의 기어 세트들을 부분적으로 또는 완전히 덮는 컵 형상이 일반적으로 바람직한데, 그 이유는 컵 형상이 차동 트랜스미션 시스템의 공간 조건을 저감할 수 있기 때문이다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 입력 또는 출력 샤프트는 제2 태양 기어에 견고하게 연결되거나 그 기어와 일체화된다. 이러한 동축 관계는 완전한 구동(through drive)을 가능하게 한다. 배리에이터들은 여러 가지 형태를 취할 수 있지만, 그 배리에이터들이, 바람직하기로는 동축으로 배열된 전기 모터/발전기들을 구비하는 것이 바람직하다.
차동 트랜스미션 시스템의 전체 전동비는 각기 제1 유성 기어 세트와 제2 유성 기어 세트에 연결되어 출력 속력 및/또는 출력 토크를 조절하는 두 개의 배리에이터들에 의해서 영향을 받는다.
그 배리에이터들은 가역형 공압 또는 유압 기계 같은 임의의 형태일 수 있지만, 바람직하기로는 영구 자석 또는 가변 릴럭턴스형의 가역형 전기 기계, 즉 모터/발전기들인 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 두 개의 모터/발전기들의 스테이터 연결부들은 하나 이상의 제어기들을 매개로 함께 연결되는데, 이들 제어기들은 그 두 개의 모터/발전기들 사이에서 전달되는 전력을 변화시키도록 선택적으로 작동되고, 따라서 트랜스미션 시스템의 전동비를 변화시킬 수도 있다. 배리에이터들은 그것들이 전기식인 경우 전기 케이블이나 버스 바(bus bar)에 의해서, 또는 공압 또는 유압식인 경우 공압/유압 배관에 의해서 상호 연결되어 그들 사이의 전기 또는 유체 동력의 전달을 가능하게 한다. 각 배리에이터는 전류 또는 유체의 흐름, 따라서 트랜스미션의 출력 토크 및/또는 속력을 제어하는 자체적인 제어 유닛을 구비해도 된다.
차동 트랜스미션 시스템의 4개의 샤프트들(브랜치들) 중 하나는 공통 유성 캐리어에 연결되고, 하나는 공통 태양 기어에 연결되며, 서로 다른 태양 기어들에 연결될 수 있고, 이에 따라 이들 샤프트들의 타단부들은 용례, 비(比) 및 범위 조건에 따라 입력 샤프트, 출력 샤프트 및 배리에이터에 연결된다.
제1 유성 기어 세트 및 제2 유성 기어 세트에 추가하여, 차동 트랜스미션 시스템은 또한 추가의 기어 세트에 연결되어 추가의 감속비 또는 가속비들을 제공할 수 있다. 이들 추가적인 기어 세트들은 통상적인 고정 기어 세트들 또는 유성 기어 세트들일 수 있다.
추가적인 기어 세트들은 또한 본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템을 포함할 수 있으며, 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있고, 다른 기본적인 비를 가질 수 있다. 그러므로, 임의의 용례에 적합하게 매우 넓은 출력 범위들을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템에 있어서, 전체 트랜스미션 치수는 차량이나 원동기를 변형할 필요없이 종래의 트랜스미션들을 대체할 수 있을 만큼 충분히 작다.
본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템은 모든 형태의 메인 트랜스미션들에 꼭 적합한 것은 아니지만 출력 속력의 무단 제어가 요망되는 곳에는 어디에나 적용될 수 있다. 따라서, 그것은 발전기, 펌프 및 압축기들을 구동하기에 적합하고, 냉각 펌프, 팬, 과급기, 발전기용 보조 구동 장치로서의 역할을 할 수 있다. 또한, 그것은 자동차, 트랙터, 철도 차량, 항공기, 보트 및 선박, 모터사이클, 군용 차량 등, 모든 형태의 운송 장치에 적용될 수 있다. 그것들의 용도는 또한 고정 플랜트, 토공 기계 및 농업 기계로 확장된다.
본 발명의 또 다른 특징 및 세부 사항은 첨부 도면을 참고로 예로서 주어지는, 자동차용으로 특히 적합한 차동 트랜스미션 시스템의 두 가지 예시적인 실시예들의 후술되는 설명으로 명확해질 것이다.
도 1은 측방 구동 출력부를 구비한 제1의 바람직한 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 2는 3.00의 노드 포인트 비(node point ratio)의 전지 구동 범위에 걸쳐 필요한 전력 선도이며,
도 3은 중심 출력부를 구비한 제2의 바람직한 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 차동 트랜스미션 시스템은 공통 유성 캐리어(22)에 의해서 구성되는 출력 샤프트(제1 브랜치)(10)와 출력 샤프트(제2 브랜치)(12)를 구비한다. 기본적으로, 입력부와 출력부를 바꾸는 것이 가능하고, 이는 동일한 노드 포인트 비(node point ratio)(아래에서 논의될 것임)를 초래하지만 다른 브랜치 속력 비들을 유발한다. 이 실시예에서, 입력 샤프트는 엔진 플라이휠에 연결된다. 그것은 전륜 구동 자동차에서 일반적인 바와 같이 측방 구동 출력부를 구비하지만, 그 유성 캐리어(22)는 또한 측방에 위치한 평행한 샤프트에 구동력을 전달하는 기어 또는 스프라켓 형태의 출력 부재를 형성할 수도 있다.
차동 트랜스미션 시스템은 또한 소위 마이너스 유성 기어 세트(18)와 제2의 소위 플러스 기어 세트(20)를 포함한다. 양 기어 세트들은 링 기어가 없으며, 스트레이트 또는 헬리컬 스퍼 기어만으로 구성되어 구성을 매우 콤팩트하게 한다.
마이너스 기어 세트(18)는 입력 샤프트(10)에 의해 지탱되어 한 세트의 유성 휠(21)들과 맞물리는 태양 휠(40)을 구비한다. 각 유성 휠(21)은 개별적인 유성 샤프트(24)에 의해서 회전 가능하게 지탱되고, 그 유성 샤프트는 또 다른 개별적인 유성 휠(39)과 일체인데, 그 또 다른 유성 휠은 유성 휠(21)과 직경이 다르고, 그 유성 휠(21)과 동일한 유성 샤프트(24)에 의해서 지탱된다. 각 유성 휠(39)은 각 유성 휠(32)과 맞물리고, 각 유성 휠(32)은 각 유성 샤프트(34)에 의해서 회전 가능하게 지탱되어, 샤프트(48)에 의해 지탱되는 태양 휠(38)과 맞물린다. 유성 샤프트(24, 34)는 공통의 컵형 캐리어(22)에 의해서 지탱되고, 그 컵형 캐리어(22)는 마이너스 기어 세트 및 플러스기어 세트를 덮고 부분(12)에서 출력 샤프트를 구성한다. 그 캐리어(22)는 자유단이 입력 샤프트(10)상에 지지되는 환형 플랜지(36)를 포함한다.
플러스 기어 세트는 또한 태양 휠(40)과 유성 휠(21)들을 포함한다. 유성 휠(21)들은 또한 추가의 각 유성 휠(26)과 일체이며, 따라서 추가의 각 유성 휠(26)은 각 유성 휠(21)과 일체이다. 그 유성 휠(21, 26)들은 직경이 동일한 경우여서 단일한 유성 휠들을 효과적으로 구성하지만, 그것들은 또한 직경이 다를 수도 있다. 그 유성 휠(26)들은 태양 휠(28)과 맞물린다.
태양 휠(28)은 스테이터(46)가 외측 케이싱(58)에 연결되어 있는 전기 모터/발전기의 로터(52)에 연결되는 샤프트(42)에 연결된다. 그 샤프트(48)는 역시 스테이터(52)가 외측 케이싱(58)에 연결되는 또 다른 모터/발전기의 로터(50)에 연결되는 샤프트(60)에 연결된다.
두 개의 스테이터(46, 52)들의 전기적인 접속부(45, 43)들은 버스 바(55) 및 개별적인 제어 유닛(51)들을 매개로 함께 연결되며, 따라서 그것들은 전력을 교환할 수 있다. 그 버스 바는 또한 축전지에 직접 또는 또 다른 제어 유닛 및/또는 인버터/트랜스포머를 매개로 하여 연결될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터(44, 50)들 및 스테이터(46, 52)들은 유닛(54)으로서 일체화된다. 제1 유성 기어 세트(18) 및 제2 유성 기어 세트(20)는 또한 유닛(56)으로서 일체화된다. 케이싱(58)은 이들 유닛들을 수용하는 두 개의 분리된 격실로 구성된다. 이들 유닛(54, 56)들은 입력 샤프트(10), 제3 샤프트(42) 및 제4 샤프트(48)를 매개로 상호 연결되며, 이들 샤프트는 모두 비교적 작은 직경을 가질 수 있어서, 방사상 샤프트 시일들을 수반함으로써, 두 개의 격실들 사이에 오일 밀봉 시일을 형성할 수 있다. 그러므로, 유닛(54) 내에 오일이 없는 환경을 조성하여 불필요한 오일 유동 손실을 회피할 수 있다.
도 1은 공간을 절약하기 위하여 모터들/발전기들이 어떻게 서로의 내부에 동축으로 배치될 수 있는지를 보여주고 있다. 이 경우, 내측 모터의 로터는 외측 로터이고, 외측 모터의 로터는 내측 로터이다. 사용시 양 모터들이 대개 동일 방향으로 회전하기 때문에, 그것들의 공기 난류화 손실이 최소화될 수 있다.
차동 트랜스미션 시스템의 실제의 작동을 위하여 필요한, 도 1에 단순화되어 도시된 몇 개의 요소, 예를 들면 적절한 베어링들 및 시일들이 전체적으로는 도시되어 있지 않다. 이 또한 그 요소들을 장착하고 차동 트랜스미션 시스템을 조립하는 데 필요한 분해 라인들(split lines) 및 파스너들에도 적용된다.
위성 기어들과 태양 기어들의 치수는 실척(實尺)이 아니다. 실제 치수들은 전달될 토크 및 필요한 비들(ratios)에 좌우되는데, 이는 또한 노드 포인트 비를 결정한다.
사용시, 모터/발전기들 중 하나는 일반적으로 발전기로서 작용하여 전력을 모터로서 작용하는 다른 모터/발전기로 전달한다. 그렇게 전달되는 전력량은 제어기(51, 53)들에 의해 변화되어 차동 트랜스미션 시스템의 전동비를 바꿀 수 있다. 그러므로, 동력은 차동 트랜스미션 시스템을 통해서 기계적, 전기적으로 전달되고, 그에 비례하여 전동비가 변화되며, 이것이 본 발명에 따른 차동 트랜스미션 시스템을 동력 분할 트랜스미션이라 부르는 이유이다. 일반적으로 두 개의 모터/발전기들 사이에서 전달되는 전력이 0인 두 가지 전동비들이 있는데, 이들을 노드 포인트들(node points)이라 부른다. 이들 두 노드 포인트들에서의 전동비들의 비를 노드 포인트 비라 부른다.
도 2의 선도는 상대적인 출력 속력에 대하여 플로팅된 배리에이터들, 즉 두 개의 모터/발전기(44, 46, 50, 52)들 사이에서의 동력 흐름(여기에서는 전력 흐름임)을 보여준다. 이 선도는 전력 스루픗(power throughput)이 100 kW이고 노드 포인트 비(88)가 3인 차동 트랜스미션 시스템에 적용되는데, 이로써 모두 4개의 자유 샤프트(브랜치)(10, 12, 42, 48)를 구비하는 복수의 조합을 갖는 것이 가능하다. 이들 샤프트(10, 12, 42, 48)들 중 두 개는 입력부(10) 및 출력부(12)이고, 다른 두 개의 샤프트(42, 48)들은 모터/발전기(44, 46; 50, 52)들에 연결된다. 그 모터들은 4개의 수학적인 사분면들(mathematical quadrants) 모두에서 작동할 수 있다. 이는 그 모터들이 완전히 가역적이며 모터와 발전기로서 가동할 수 있다는 것을 의미한다. 선도에서는, 무마찰 비하이브리드형(non-hybrid) 동작을 가정하였으며, 따라서, 모터/발전기들 중 하나가 완전한 정지 상태에 이르는 노드 포인트(90, 92)들에서, 배리에이터의 동력은 0이 된다. 이들 노드 포인트(90, 92)들 외측에서는, 모터(44, 46; 50, 52)들 중 하나는 항상 모터로서 동작하고, 다른 것은 발전기로서 동작하며, 외부의 전력 흐름은 없다. 그러므로, 이상적인 조건하에서는 두 개의 모터/발전기 동력의 수학적인 합이 항상 0인데, 모터(44, 46; 50, 52)들 사이의 동력 흐름이 그래프에 주어져 있다. 추가적인 전력이 필요한 경우, 이는 선택적으로 마련되는 전기 배터리에 의해서 공급될 수도 있다. 이 경우, 추가의 동력을 사용할 수 있을 때 관련 제어기가 작동되어 배터리를 재충전시킨다.
모든 출력 속력 범위를 사용하면, 이들 트랜스미션들은 모두 두 개의 노드 포인트(90, 92)들을 가지며, 차동 트랜스미션 시스템이 정확히 설계되면 이들 노드 포인트들 모두 포지티브이고, 이 경우 1과 3의 상대적인 출력 속력에서 노드 포인트 비는 3이 된다. 이 노드 포인트 비가 차동 트랜스미션 시스템의 가장 중요한 특징이다. 그것은 충분한 부하에서의 총 출력 속력 범위(배수로 표현됨) φ를 결정하고, 이 예에서 전력 스루풋의 최대 배리에이터 동력 27%가 된다. 노드 포인트 비(88)들이 커질수록 배리에이터 동력들이 높아진다. 상하 φ 포인트(90, 92)들은 배리에이터들 사이에서 전달되는 최대의 음(-) 양(+) 동력들이 동일하여 모터(45, 46; 50, 52)들이 이들 최대 동력을 위해서 설계될 수 있도록 선택된다.
낮은 노드 포인트(90) 미만에서는 스루풋 동력 조건들이 일반적으로 더 낮아서, 차량이 정지해 있는 경우, 심지어 완전 출력 토크에서도 이론적으로 이 동력이 0이 된다. 이러한 동력 저감은 속력 또는 φ 비의 폭을 사실상 무한대로 취하는 데 이용될 수 있다. 그래프는 공칭 동력 스루풋의 1/2, 1/4 및 1/10에서의 부분적인 부하 곡선들을 보여주고 있다. 또한, 입력 속력이 변화하면 곡선들은 이동된다. 그러므로, 더 낮은 동력에서는 기어들을 변경하거나 임의의 클러치나 커플링을 사용하는 일이 없이 공칭의 배리에이터 동력을 초과하지 않고도 가역시키는 것이 가능하다.
도 3은 원리상 도 1과 유사하지만, 후륜 구동 차량용 트랜스미션들의 경우에 통상적인 것 처럼, 출력 샤프트가 입력 샤프트와 동심이고 그 반대측에 배치되어 있는 구조를 보여주고 있다. 또한, 이러한 설계로, 차동 트랜스미션 시스템을 내연 기관이나 원동기의 어떤 단부에 배치하는 것도 가능하고, 또한 두 개의 출력부들의 출력 속력 및/또는 토크를 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 이는 차동 트랜스미션 시스템을 구비한 전륜(全輪) 구동 차량(All Wheel Drive vehicles) 및 각 휠의 최종 구동의 실현을 가능하게 하며, 이에 따라 구동 샤프트들은 차동 트랜스미션 시스템과 바퀴들을 직접 연결시킬 수 있다. 그러면, 통상적인 액슬 차동 기어들(axle differentials)은 생략될 수 있다.
도 1과 비하여, 도 3은 케이싱(58) 내에 지지되고 훨씬 더 긴 동심으로 장착된 입력 샤프트(10)를 보여주는데, 모터 격실(54)은 입력측으로 향하여 이동되어 있다. 연소 기관에 의해서 구동되는 구동 시스템의 경우, 이는 추가적인 장점을 갖는데, 즉 통상적으로 건조한 모터 공간 옆에 건조한 플라이휠 하우징이 위치하고, 여기에서는 오일 시일이 불필요하다. 그러면, 오일로 윤활되는 기어 하우징은 최종 구동 감속 기어 트레인과 일체화될 수 있고, 이들 양자 모두 단일한 밀봉 유닛을 형성할 수 있다.

Claims (9)

  1. 입력 샤프트와 출력 샤프트를 구성하는 제1 샤프트(10)와 제2 샤프트(12), 제3 샤프트(42)의 속력을 증감시키도록 배열된 제1 배리에이터(44, 46)에 연결되는 그 제3 샤프트(42), 그리고 제4 샤프트(48)의 속력을 증감시키도록 배열된 제2 배리에이터(50, 52)에 연결된 그 제4 샤프트(48)를 구비하고, 상기 4개의 샤프트(10, 12, 42, 48)들이 복수의 치형 기어 휠들을 포함하는 스퍼 기어형 컴파운드 에피사이클 기어 세트(spur gear compound epicyclic gearset)에 의해서 함께 연결되는 4 브랜치형 차동 트랜스미션 시스템에 있어서,
    컴파운드 에피사이클 기어 세트는 제1 및 제2 에피사이클 기어 세트들을 포함하고, 그 제1 에피사이클 기어 세트는 포지티브형으로서 개별적인 세트의 제1 및 제2 유성 휠(21; 22)들과 맞물리는 제2 태양 휠(28) 및 제1 태양 휠(40)을 포함하고, 각각의 제1 유성 휠(21)은 개별적인 제2 유성 휠(26)과 함께 개별적인 공통 유성 샤프트(24)를 중심으로 회전하도록 연결되고, 유성 샤프트(24)들은 공통 유성 캐리어(22)에 연결되며, 제2 에피사이클 기어 세트는 네거티브형으로서 제1 태양 휠(40) 및 제3 태양 휠(38)을 포함하고, 그 제3 태양 휠은 한 세트의 제3 유성 휠(39)들과 맞물리며, 각 유성 휠은 개별적인 유성 샤프트(24)를 중심으로 개별적인 제1 및 제2 유성 휠과 함께 회전하도록 연결되며, 각각의 연결된 유성 휠들의 세트의 제1 및 제3 유성 휠(21; 39)들 또는 제1 유성 및 제2 유성 휠(21; 26)들은 직경이 다르고, 함께 연결되어 단계적인 복합 유성 휠(stepped composite planet wheel)을 구성하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제3 유성 휠(38)들 세트는 공통 캐리어(22)에 연결된 개별적인 유성 샤프트(34)들을 중심으로 하여 회전하도록 장착된 한 세트의 제4 유성 휠(32)들과 맞물리고, 각 제4 유성 휠(32)은 개별적인 제3 유성 휠(39)과 맞물림으로써, 제3 태양 휠(38)이 간접적으로 제3 유성 휠(39)들과 맞물리고 그 제3 유성 휠들과 동일한 방향으로 회전하는 것인 트랜스미션 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공통 캐리어(22)는 입력 및 출력 샤프트(10, 12)들 중 하나에 연결되는 것인 트랜스미션 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공통 캐리어(22)는 적어도 부분적으로 상기 제1 및 제2 에피사이클 기어 세트들을 에워싸는 것인 트랜스미션 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 태양 휠(40)은 입력 및 출력 샤프트(10,12)들 중 하나에 연결되는 것인 트랜스미션 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 입력 및 출력 샤프트(10, 12)들이 동축인 트랜스미션 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배리에이터들은, 바람직하기로는 동축으로 배열되는, 전기 모터/발전기(44, 46; 50, 52)들을 포함하는 것인 트랜스미션 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 두 개의 모터/발전기(44, 46; 50, 52)들의 스테이터 연결부들은 하나 또는 그 이상의 제어기(51, 53)들을 매개로 함께 연결되고, 그 제어기들은 두 개의 모터/발전기들 사이에서 전달되는 전력을 변화시키고 따라서 트랜스미션 시스템의 전동비를 변화시키도록 선택적으로 작동되는 것인 트랜스미션 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배리에이터(44, 46; 50, 52)들이 수용되는 건조 공간(54)과 컴파운드 에피사이클 기어 세트가 수용되는 오일 윤활 공간(56)으로 분할되는 외측 케이싱을 포함하는 것인 트랜스미션 시스템.
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