KR20110010723A

KR20110010723A - 병진 자유도를 가진 트랜스미션 유닛

Info

Publication number: KR20110010723A
Application number: KR1020107025237A
Authority: KR
Inventors: 펠릭스 하우슬러
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-02-07
Also published as: US20110062769A1; JP2011521823A; DE102008001791A1; WO2009138080A1; JP5190144B2; DE102008001791B4

Abstract

본 발명은 특히 차량 휠(1)용 트랜스미션 유닛(5)에 관한 것이다. 트랜스미션 유닛(5)은 구동 피니언(13)을 가진 구동 샤프트(11) 및 이에 대해 평행한, 출력 기어 휠(15)을 가진 출력 샤프트(16)를 포함하고, 구동 샤프트(11)와 출력 샤프트(16)는 서로 병진 운동할 수 있다. 작동 장치는 구동 피니언(13) 및 출력 기어 휠(15)과 맞물리는 유성 기어 휠(14)을 특징으로 한다. 유성 기어 휠(14)은 제 1 유성 캐리어(19)와 제 2 유성 캐리어(20)에 공통인, 유성 캐리어 축(21) 상에 지지되고, 제 1 유성 캐리어(19)는 구동 샤프트(11)에 대해 동축으로, 제 2 유성 캐리어(20)는 출력 샤프트(16)에 대해 동축으로 지지된다. 트랜스미션 유닛은 최소의 조립 공간을 필요로 하면서 입력부와 출력부 사이의 병진 분리를 가능하게 한다. 예컨대, 구동된 휠의 압축 운동과 관련해서 휠 허브 모터를 휠 서스펜션으로부터 분리하는 것이 가능하므로, 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량(unsprung mass)이 감소한다.

Description

병진 자유도를 가진 트랜스미션 유닛{TRANSMISSION UNIT HAVING TRANSLATORY DEGREE OF FREEDOM}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른, 특히 차량 휠의 구동을 위한 구동 샤프트 및 출력 샤프트를 포함하고, 상기 구동 샤프트와 출력 샤프트는 서로 병진 운동할 수 있는, 트랜스미션 유닛에 관한 것이다.

구동 샤프트가 출력 샤프트에 대해 병진 운동을 할 수 있는, 즉 구동 샤프트 및 출력 샤프트가 토크를 전달하면서 서로 평행하게 이동될 수 있는, 구동 토크의 전달을 위한 트랜스미션 유닛은 공지되어 있다. 이러한 트랜스미션 유닛에 대한 예는 휠 서스펜션에 있는 측면 샤프트 또는 카던 샤프트(cardan shaft), 또는 체인 또는 벨트를 가진 특별한 구동 트레인이다.

그러나, 병진 운동 자유도를 가진 이러한 공지된 트랜스미션 유닛은 한편으로 복잡하고, 다른 한편으로는 2개의 샤프트의 병진 운동을 구현하기 위한 큰 조립 공간을 필요로 한다. 추가의 구조적 비용을 의미하는, 동력 전달 부재들(벨트, 체인, 카던 조인트)의 길이 보상을 위한 조치가 취해지지 않으면, 실시예에 따라 상기 공지된 트랜스미션 유닛은 상기 2개의 샤프트의 운동의 특정 운동학으로 제한된다.

자동차의 휠들의 구동을 위한 이러한 트랜스미션 유닛의 사용에 대한 실시예에서, 구동 트레인 및 휠 서스펜션/휠 가이드로 이루어진 전체 시스템이 고려되어야 하고, 상기 휠 서스펜션은 통상 다수의 암, 예컨대 종방향 암, 세미-트레일링 암, 컨트롤 암 또는 결합 암을 포함한다.

구동 트레인은 자동차에서 통상 플랜지 연결된 수동 트랜스미션 및 자동 트랜스미션을 가진 내연기관, 하나 또는 2개의 구동 샤프트, 및 휠로 안내되는 측면 샤프트를 가진 하나 또는 다수의 차동 장치(differential)를 포함한다. 이러한 어셈블리, 특히 휠 가이드 암 및 측면 샤프트를 포함함으로써 휠 서스펜션에 할당되는 어셈블리는 자동차의 휠 영역에 매우 큰 조립 공간을 차지하고, 이 조립 공간이 다른 목적을 위해 제공될 수 없어서, 승객, 짐 또는 기술적 어셈블리를 위해 제공될 수 있는 장소를 감소시킨다.

종래의 구동 트레인에 포함되는 어셈블리, 특히 휠 가이드 암 및 구동 샤프트가 임의로 축소 또는 단축될 수 없는데, 그 이유는 그로 인해 휠의 압축 운동시 바람직하지 않은 운동학적 상태가 주어질 것이기 때문이다.

구동 트레인 또는 자동차 구동 장치의 개발은 점점 하이브리드 컨셉의 방향으로 간다. 이것에는 특히 직렬 하이브리드가 있는데, 직렬 하이브리드에서는 내연기관과 구동 휠들 사이의 기계적 연결이 더 이상 이루어지지 않는다. 그 대신 직렬 하이브리드에서 내연기관은 예컨대 제너레이터를 구동시킬 수 있는데, 상기 제너레이터는 구동 휠들과 연결된 전기 모터에 에너지를 공급한다. 유사한 구성이 순수 전기차에도 주어지고, 이 경우 에너지는 내연기관에 의해서가 아니라, 전기 에너지 저장기에 의해 공급된다; 직렬 하이브리드와 전기차 간에 다양한 혼합 변형예가 가능하며 이미 존재한다.

트랜스미션 유닛에 필요한 부품의 수 및 그것의 조립 공간 및 질량을 가능한 적게 하기 위해, 이러한 차량 컨셉에서는 부분적으로 전기 모터를 휠들에 직접 할당하고자 하고 가능한 휠들에 가까이에, 또는 휠 허브 모터로서 휠들 자체 내에 수용하고자 한다. 이로 인해, 종래 구동 트레인의 대부분이 필요 없거나, 또는 자동차의 에너지 발생기 및 휠 허브 모터 사이에 쉽고 유연하게 설치되는 전기 라인으로 대체될 수 있다.

추가로, 스프링/댐퍼 유닛을 가진 휠 서스펜션 자체를 휠 림의 내부 공간 내에 또는 휠의 바로 근방에 수용함으로써 더 큰 조립 공간을 얻으려는 노력이 이미 이루어졌다. 이러한 조립 공간은 종래의 휠 서스펜션에서 공지된 암 구성을 위해 필요했다.

DE 698 06 444 T2에는 휠의 림에 통합 가능한 휠 서스펜션이 공지되어 있으며, 이 휠 서스펜션에서는 추가로 예컨대 전기 구동 모터가 적어도 부분적으로 휠 림의 내부 공간 내에 수용될 수 있다. 그러나, 상기 공지된 휠 서스펜션에서는 전기 구동 모터가 각각 휠 캐리어에 플랜지 연결되기 때문에, 구동 모터의 질량이 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량(unsprung mass)에 추가되어야 한다. 자동차의 휠 허브 구동장치에 사용 가능한 전기 모터가 필요한 성능으로 인해 큰 질량을 갖기 때문에, 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량도 매우 커지므로, 쾌적성이 상당한 영향을 받을 수 있다.

EP 0 270 521 A2에는 구동 피니언을 가진 구동 샤프트와 출력 기어 휠을 가진 출력 샤프트를 포함하는 트랜스미션 유닛이 이미 공개되어 있다. 구동 샤프트와 출력 샤프트의 축들은 평행하게 연장한다. 2개의 축들은 서로 병진 운동할 수 있다. 또한, 유성 기어 휠이 제공되고, 상기 유성 기어 휠은 구동 기어 휠 및 출력 기어 휠과 맞물리며 유성 캐리어 축 상에 지지된다. 유성 캐리어 축은 제 1 및 제 2 유성 캐리어에 공통이고, 제 1 유성 캐리어는 구동 샤프트에 대해 동축으로 그리고 제 2 유성 캐리어는 출력 샤프트에 대해 동축으로 지지된다. 이 실시예의 단점은 구동 샤프트와 출력 샤프트가 샤프트의 종 방향으로 중첩됨으로써, 축들의 병진 운동시 이들은 특정 최소 간격으로 서로 스쳐 지나가야 하므로, 불리하게도 비교적 큰 조립 공간이 필요하다.

본 발명의 과제는 선행 기술의 상기 단점을 극복한, 특히 차량 휠용 트랜스미션 유닛을 형성하는 것이다. 특히, 트랜스미션 유닛은 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 병진 분리를 가능하게 하며 동시에 가급적 적은 조립 공간을 필요로 해야 한다. 이로 인해, 특히 휠의 압축 운동과 관련해서 휠 허브 모터가 휠 서스펜션으로부터 분리됨으로써, 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량이 감소되어야 한다.

상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 가진 트랜스미션 유닛에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

공지된 방식으로, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛(특히 자동차의 휠들을 구동하기에 적합한)은 구동 샤프트, 및 상기 구동 샤프트에 대해 평행하게 배치된 출력 샤프트를 포함한다. 구동 샤프트 상에 구동 피니언이 배치되고, 출력 샤프트 상에 출력 기어 휠이 배치된다. 공지된 방식으로, 구동 샤프트와 출력 샤프트가 서로 평행하게 -또는 그들의 각각의 회전 축에 대해 수직 방향으로- 서로 병진 운동할 수 있어서, 병진 이동 또는 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 간격 변동이 토크 전달과 동시에 보상될 수 있다.

본 발명에 따라 트랜스미션 유닛은 유성 기어 휠을 특징으로 하며, 유성 기어 휠은 구동 피니언 및 출력 기어 휠과 맞물린다. 유성 기어 휠은 유성 캐리어 축 상에 지지되고, 상기 유성 캐리어 축은 제 1 유성 캐리어 및 제 2 유성 캐리어에 공통이다. 제 1 유성 캐리어는 구동 샤프트에 대해 동축으로 그리고 제 2 유성 캐리어는 출력 샤프트에 대해 동축으로 지지된다.

본 발명에 따라 트랜스미션 유닛은, 출력 샤프트가 병진 운동을 하고, 상기 병진 운동시 구동 샤프트와 출력 샤프트는 단부면에서 서로 스쳐 지나갈 수 있고, 상대 위치에서 구동 샤프트와 출력 샤프트는 서로 동축으로 위치 설정되는 것을 특징으로 한다.

달리 표현하면, 유성 기어 휠은 공통의 유성 캐리어 축에 의해 서로 결합되는 2개의 유성 캐리어들에 의해 항상, 유성 기어 휠이 구동 피니언 및 출력 기어 휠과 영구적으로 맞물리도록, 안내된다. 구동 샤프트에 대해 동축으로 지지되는 제 1 유성 캐리어는 유성 기어 휠이 구동 피니언과 맞물리게 한다. 출력 샤프트에 대해 동축으로 지지되는 제 2 유성 캐리어는 유성 기어 휠이 출력 기어 휠과 맞물리게 한다.

예컨대, 종래의 유성 기어 장치와는 달리, 상기 트랜스미션 유닛에서는 선 기어에서 중앙 서스펜션을 중심으로 유성 캐리어가 회전하지 않는다. 오히려, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 유성 캐리어는, 구동 샤프트의 회전축 및 출력 샤프트의 회전축을 중심으로 하는 유성 기어 휠의 조정된 선회 운동이 구동 피니언 및 출력 기어 휠과 유성 기어 휠의 영구 맞물림과 동시에 보장되게 하기 위해 사용된다.

이로 인해, 구동 샤프트와 출력 사프트가 구동 피니언과 출력 기어 휠과 서로 평행하게 병진 운동할 수 있다는 본 발명에 따른 장점이 얻어진다. 구동 피니언과 출력 기어 휠은 단부면에서 서로 스쳐 지나갈 수 있고 동시에 유성 기어 휠에 의한 구동 피니언과 출력 기어 휠 사이의 토크 결합이 유지되며 영구적으로 보장된다.

본 발명에 따른 트랜스미션 유닛이 매우 컴팩트하게 형성될 수 있는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 그것이 예컨대 종래의 유성 기어 장치와 똑같이 작은 공간을 필요로 하기 때문이다. -예컨대 측면 샤프트 또는 카던 샤프트와 같이- 병진 자유도를 가진, 선행 기술에 공지된 구동 트레인에 비해, 본 발명에서는 공지된 해결책의 조립 공간의 일부에만 상응하는, 현저히 감소된 조립 공간이 필요하다.

본 발명은, 유성 기어 휠 내로 구동 피니언과 출력 기어 휠의 공통 맞물림이 보장되는 경우, 구동 피니언과 출력 기어 휠이 구체적으로 어떻게 형성되는지와는 관계없이 구현될 수 있다. 예컨대, 출력 기어 휠은, 구동 피니언에 대해 평행하게 배치되며 구동 피니언과 마찬가지로 유성 기어 휠과 맞물리는 피니언이다. 한편으로는 구동 피니언과 유성 기어 휠 사이 그리고 다른 한편으로는 출력 피니언과 유성 기어 휠 사이에서 2개의 결합된 유성 캐리어에 의한 구동 피니언과 출력 피니언의 맞물림이 보장된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 출력 피니언이 링 기어로서 형성된다. 특히, 본 발명의 상기 실시예는 유성 기어 장치와 유사하고, 구동 피니언은 선 기어에 상응하며, 유성 기어 휠은 유성 기어 장치의 유성 기어 휠에 상응하고, 출력 기어 휠은 유성 기어 장치의 링 기어에 상응한다. 유성 기어 장치와는 달리, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛에서 유성 기어 휠은 하나의 유성 캐리어가 아니라, 2개의 (경우에 따라 기본적인) 유성 캐리어에 의해 안내된다. 제 1 유성 캐리어는 구동 샤프트에 대해 동축으로 (바람직하게는 직접 구동 샤프트 상에) 그리고 제 2 유성 캐리어는 출력 샤프트에 대해 동축으로 (바람직하게는 직접 출력 샤프트 상에) 지지되고, 2개의 유성 캐리어들은 유성 기어 휠의 축과 일치하는 공통의 유성 캐리어 축을 갖는다.

출력 기어 휠로서 링 기어를 가진 본 발명의 실시예는 트랜스미션 유닛이 본 발명에 따른 이전 실시예보다 더 컴팩트하게 형성될 수 있다는 점에서 특히 바람직하다. 동시에, 링 기어에서 이용될 수 있는 운동 공간 내부에서 구동 피니언의 자유 병진 운동 가능성에 의해, 구동 샤프트와 출력 샤프트의 병진 상대 운동의 최대화가 이루어진다.

원칙적으로 본 발명은, 기어 휠 맞물림이 보장된다면, 구동 피니언, 유성 기어 휠 및 출력 기어 휠 사이의 크기 및 기어 비와 관계없이 구현될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 제 1 유성 캐리어 및 제 2 유성 캐리어가 동일한 작용 반경을 갖는다. 달리 표현하면, 구동 샤프트와 유성 기어 휠의 축 사이의 간격이 출력 샤프트와 유성 기어 휠의 축 사이의 간격과 일치하고, 유성 기어 휠의 축은 구동 샤프트와의 간격과 동일한 출력 샤프트와의 간격을 갖는다.

이 실시예는 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 최대 축 오프셋 또는 최대 병진 운동 자유도가 얻어진다는 점에서 바람직하다. 다른 결정적인 장점은 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 운동 자유도의 범주에서 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 임의의 병진 운동에 의해 기하학적 이유로 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 회전수 에러가 발생하지 않는 형태로 나타난다. 이는 이 경우 동일한 작용 반경을 갖는, 트랜스미션 유닛의 유성 캐리어가 병진 운동시 동일한 각 크기 만큼 선회됨으로써, 회전 각 또는 회전수 에러가 트랜스미션 유닛 내부에서만 발생하며 외부로는 완전히 보상되는 것과 관련된다.

본 발명의 다른 특히 바람직한 실시예에 따라, 유성 캐리어는 각각 2개의 베어링 점을 포함하는 선회 레버로서 형성된다. 이 실시예도 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 매우 컴팩트한 실시에 기여한다. 이 실시예에서, 유성 캐리어의 기능적 과제는 트랜스미션 유닛의 유성 기어 휠을 구동 샤프트 및 출력 샤프트에 연결하거나, 또는 구동 샤프트 및 출력 샤프트에 대해 선회 가능하게 지지하고 동시에 유성 기어 휠과 구동 피니언 사이 그리고 유성 기어 휠과 출력 기어 휠 사이의 정확한 간격, 그에 따라 톱니 맞물림을 보장하는 것으로 줄어든다.

본 발명은 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 병진 상대 운동의 구조적 실시와는 관계없이 구현된다. 트랜스미션 유닛의 병진 상대 운동은 예컨대 공지된 암 장치에 의해 휠 서스펜션에 적용되는 경우 실시될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 트랜스미션 유닛은 추가의 선형 가이드를 특징으로 한다. 선형 가이드에 의해 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 선형 병진 상대 운동이 보장되고, 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 운동 자유도가 소정 병진 운동으로 제한된다. 이러한 선형 가이드는 특히 휠 서스펜션에서의 암 장치에 비해 최소의 조립 공간만을 필요로 한다는 점에서 특히 바람직하다.

특히 이러한 배경에서, 다른 바람직한 실시예에 따라, 트랜스미션 유닛이 휠 구동 장치로서 형성되고 휠 림 내에 통합된다. 출력 기어 휠은 동시에 휠 허브에 직접 연결된다. 바람직하게는 트랜스미션 유닛이 휠 허브 구동 장치로서 형성되고 구동 모터에 직접 연결된다.

이러한 방식으로, 매우 컴팩트한 휠 허브 구동 장치가 형성될 수 있고, 상기 휠 허브 구동 장치는 구동된 휠의 수직 압축 운동을 아무 영향 없이 허용할 수 있으며, 이를 위해 통상의 구동 부재, 예컨대 측면 샤프트 또는 체인 구동부를 필요로 하지 않는다는 결정적인 장점을 갖는다. 오히려, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛은 이 실시예에서 구동되는 휠의 자유 -특히 수직의- 압축 운동을 가능하게 하고, 동시에 휠 허브에서 나온 휠의 구동 샤프트는 휠의 수직 운동을 따르지 않으며 수직 방향으로 고정될 수 있어서, 예컨대 차량 섀시에 직접 지지되거나 또는 축- 또는 휠 구동 장치와 직접 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 트랜스미션 유닛을 직접 연결된 구동 모터를 포함하는 휠 허브 구동 장치로서 실시하는 경우, 구동 모터가 -예컨대 휠 허브에 직접 배치됨에도 불구하고- 휠 허브 또는 휠 캐리어와 고정 연결될 필요가 없으며, 휠의 압축 운동과 관련해서 상기 휠로부터 완전히 분리되어 배치될 수 있다는 결정적인 장점이 얻어진다. 달리 표현하면, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛을 포함하는 휠 허브 구동 장치의 구동 모터가 특히 차체 또는 섀시에 고정되어 배치될 수 있는 반면, 구동된 휠은 구동 장치에 의해 영향을 받지 않고 그 압축 운동을 할 수 있다. 이로 인해, 구동 모터가 항상 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량(unsprung mass)에 더해지는, 선행 기술에 공지된 휠 허브 구동 장치의 단점이 제거된다. 이로 인해, 본 발명에 의해 통상의 휠 서스펜션과 유사한 서스펜션 쾌적성을 제공하는 휠 허브 구동 장치를 형성하는 것이 가능하다.

휠 허브 구동 장치의 구동 모터로서, 임의의 모터가 사용될 수 있다. 예컨대, 유압 모터가 가능하다. 특히, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛을 전기- 또는 하이브리드 구동 장치를 구비한 승용차의 분야에 사용한다는 사실을 기초로, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 휠 허브 구동 장치의 구동 모터는 전기 모터이다.

이로 인해, 예컨대 배터리에 의해 또는 발전기를 가진 내연기관에 의해 발생된 전류를 공급받을 수 있는 매우 컴팩트한 전기 휠 허브 구동 장치가 얻어진다. 휠 허브 구동 장치는 설명된 선형 가이드를 포함할 수 있고, 상기 선형 가이드에 의해 휠의 수직 압축 운동이 안내될 수 있다. 이로 인해, 자동차의 구동된 휠과 그 구동 장치 및 서스펜션에 대한 조립 공간이 결정적으로 - 종래의 구동 트레인 및 휠 서스펜션에서 필요한 조립 공간의 일부로- 감소할 수 있다.

바람직하게는 구동 모터의 모터 샤프트가 직접 구동 샤프트를 형성하고, 트랜스미션 유닛의 구동 피니언이 직접 모터 샤프트에 배치된다. 이로 인해, 구동 모터가 구동된 휠 상에 직접 배치되거나, 또는 구동 모터 및 림의 형태 및 크기에 따라 휠 림 내부에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 특히 바람직한 실시예에 따라, 트랜스미션 유닛이 트랜스미션 하우징으로서 형성된 휠 캐리어 내에 배치된다. 따라서, 트랜스미션 유닛의 기어 휠들이 트랜스미션 하우징으로서 형성된 휠 캐리어의 내부 공간 내에 배치됨으로써, 휠 허브 구동 장치로서 형성된 트랜스미션 유닛이 매우 컴팩트하고 강하게 실시된다.

선형 가이드의 베어링 부시에 대한 베어링 하우징은 예컨대 휠 캐리어와 일체로 형성되거나 또는 휠 캐리어와 직접 연결될 수 있다. 이로 인해, 휠 캐리어는 휠의 가이드 및 지지의 과제 및 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 캡슐화의 과제를 수행할 뿐만 아니라, 휠 서스펜션의 가동 부분을 형성한다. 달리 표현하면, 예컨대 선형 가이드의 베어링 부시 또는 슬라이딩 면이 배치된, 선형 가이드의 베어링 하우징은 휠 캐리어와 일체로 형성되거나 또는 휠 캐리어와 직접 연결될 수 있고, 이는 휠 서스펜션의 좌굴 내성 및 가벼운 구성을 가능하게 한다.

특히, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛에 직접 플랜지 연결된 구동 모터를 기초로, 바람직하게는 구동 모터의 샤프트 측과 트랜스미션 유닛 사이에 탄성 벨로우즈가 제공된다. 이로 인해, 휠의 압축시 생긴, 휠과 한편으로는 트랜스미션 유닛 및 다른 한편으로는 섀시에 배치된 구동 모터 사이의 상대 운동이 보상될 수 있다. 모터의 구동 샤프트와 트랜스미션 유닛이 주변 환경으로부터 보호된다.

당업자는 상기 설명으로부터 본 발명의 운동학적 원리가 기어 휠 트랜스미션에 제한되지 않는다는 것을 알 수 있다. 이러한 사실을 기초로, 트랜스미션 유닛은 기어 휠 대신에 마찰 휠을 가지며, 그 직경 비는 특히 트랜스미션 유닛의 기어 휠의 톱니 수 비율에 비례하도록 선택될 수 있다.

본 발명에 의해, 선행 기술의 단점을 극복한, 특히 차량 휠용 트랜스미션 유닛이 형성된다.

이하에서, 본 발명이 실시예를 도시하는 도면을 참고로 상세히 설명된다.

도 1은 휠 허브 구동 장치에 통합된 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 실시예의 사시도.
도 2는 구동 모터가 분해된 상태에서 도 1에 따른 트랜스미션 유닛을 구비한 휠 허브 구동 장치의 사시도.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 휠 허브 구동 장치의 트랜스미션 유닛의, 도 1 및 도 2에 상응하는 확대 사시도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 트랜스미션 유닛을 구비한 휠 허브 구동 장치의 단면도.
도 5는 휠이 완전히 인장된 상태인, 도 1 내지 도 4에 따른 트랜스미션 유닛을 구비한 휠 허브 구동 장치의 측면도.
도 6은 휠이 중립 스프링 상태인, 도 1 내지 도 5에 따른 트랜스미션 유닛을 구비한 휠 허브 구동 장치의, 도 5에 상응하는 측면도.
도 7은 휠이 부분적으로 압축된 상태인, 도 1 내지 도 6에 따른 트랜스미션 유닛을 구비한 휠 허브 구동 장치의, 도 5 및 도 6에 상응하는 측면도.

도 1에는 휠 허브 구동 장치로서 형성되거나 또는 휠 허브 구동 장치 내에 통합된, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛의 실시예가 사시도로 도시된다.

먼저, 타이어(2) 및 림(3)을 가진 차량 휠(1), 및 트랜스미션 유닛(5) 및 구동 모터(6)를 가진 휠 허브 구동 장치(4)가 나타난다. 도시된 휠 허브 구동 장치(4)는 휠 서스펜션으로서 여기에 개략적으로만 형성된 선형 가이드를 구비하고, 상기 선형 가이드는 도시된 실시예에서 2개의 가이드 로드들(7) 및 2개의 베어링 하우징들(8)을 포함한다. 베어링 하우징(8)은 가이드 부시로서 사용되거나 또는 가이드 부시를 포함하므로, 가이드 로드(7) 상에서 수직 방향으로 상하로 슬라이딩할 수 있다. 휠 서스펜션에 속하는 스프링/댐퍼 유닛은 편의상 도면에 도시되지 않는다.

구동 모터(6)가 (도시되지 않은) 차량 섀시와 고정 연결되는 한편, 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛(5)을 가진 휠(1)이 수직 압축 운동(9)을 실시할 수 있기 때문에, 구동 모터(6)와 트랜스미션 유닛(5) 사이에는 탄성 벨로우즈(10)가 배치되고, 상기 벨로우즈(10)는 휠(1)과 구동 모터(6) 사이의 상대 운동시 구동 샤프트(11) 또는 트랜스미션 유닛(5)을 탄성적으로 보호한다.

도 2는 구동 모터(6)가 분해된 상태에서 트랜스미션 유닛(5)을 더 양호하게 나타내는 도 1에 따른 휠 허브 구동 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 부재에 추가해서, 도 2에는 특히 트랜스미션 유닛(5)의 구동 샤프트(11)가 나타난다. 트랜스미션 유닛(5)의 하우징 내 슬릿형 긴 홀(12)에 의해, 도 2에서 이미 트랜스미션 유닛(5)의 하우징에 대한 또는 구동된 휠(1)에 대한 구동 샤프트(11)의 병진 운동 가능성(9)이 명확히 나타난다(도 2의 2중 화살표(9) 참고).

즉, 구동 샤프트(11)(및 구동 샤프트(11)와 동일한 샤프트를 가진 구동 모터(6)) 및 선형 가이드(7, 8)의 가이드 로드(7)가 섀시에 고정되어 위치 설정되는 한편, 트랜스미션 유닛(5)의 그 밖의 구성 부분, 트랜스미션 유닛의 하우징 및 구동된 휠(1)은 수직 압축 운동(9)을 실시할 수 있다.

도 3은 하우징 커버 없는, 도 1 및 도 2에 따른 휠 허브 구동 장치의 트랜스미션 유닛(5)을 확대 도시한다. 트랜스미션 유닛(5)의 중요한 구성 부분, 즉 구동 피니언(13), 유성 기어 휠(14) 및 여기서 링 기어(15)로서 형성된 출력 기어 휠이 명확히 나타난다.

구동 피니언(13)은 (도시되지 않은) 구동 모터(6)의 구동 샤프트(11) 상에 직접 고정되는 한편, 출력 기어 휠(15)은 휠 축(16) 또는 휠 허브(17)에 직접 연결된다. 후자는 특히 도 4의 단면도에 나타난다. 출력 기어 휠(15)은 트랜스미션 하우징으로서 형성된 휠 캐리어(18)에 의해 둘러싸이고, 상기 휠 캐리어(18)는 동시에 선형 가이드의 베어링 부시 또는 베어링 하우징(8)을 형성하거나 포함한다.

구동 피니언(13), 유성 기어 휠(14) 및 링 기어(15) 외에, 도 3 및 도 4에는 2개의 유성 캐리어(19, 20)가 도시된다. 유성 캐리어들(19, 20)은 도시된 실시예에서 각각 2개의 베어링 점을 가진 선회 레버로서 형성된다. 제 1 유성 캐리어(19)는 모터의 구동 샤프트(11) 상에 지지되는 한편, 제 2 유성 캐리어(20)는 휠 축(16) 상에 지지되고, 상기 휠 축(16)은 동시에 출력 기어 휠(15)의 샤프트를 형성한다.

유성 기어 휠(14)의 축(21)은 2개의 유성 캐리어들(19, 20)에 공통인 유성 캐리어 축(21)을 형성한다. 제 1 유성 캐리어(19)는 구동 피니언(13)과 유성 기어 휠(14) 사이의 일정한 간격과 톱니 맞물림을 제공하는 한편, 제 2 유성 캐리어(20)는 유성 기어 휠(14)과 링 기어(15) 사이의 일정한 간격 및 톱니 맞물림을 제공한다. 즉, 구동 샤프트(11) 및 출력 샤프트 또는 휠 축(16)은 도면과 관련해서 수직 방향으로 병진 운동(9)을 실시할 수 있고(도 3의 2중 화살표(9) 참고), 동시에 총 3개의 기어 휠(13, 14, 15)의 톱니 맞물림, 그에 따라 구동 샤프트(11)와 출력 샤프트(16) 사이의 토크 전달은 항상 유지된다. 휠 캐리어 또는 트랜스미션 하우징(18)을 가진 휠(1)은 수직 압축 운동(9)을 할 수 있는 한편, 구동 샤프트(11) 및 구동 모터(6)는 차량 섀시와 고정 연결됨으로써, 자동차의 스프링 위 질량(sprung mass)에 포함된다.

3개의 기어 휠들(13, 14, 15)의 도시된 상대 위치의 경우, - 예컨대 압축 운동 중에 구동 샤프트(11)와 출력 샤프트(16)가 서로 정확히 동축으로 위치 설정되는 경우-, 경우에 따라 유성 기어 휠(14)의 위치와 관련한 운동학적 미달 결정이 이루어질 수 있다. 이 경우, 유성 기어 휠(14)과 2개의 평행하게 위치 설정된 유성 캐리어들(19, 20)이 -유성 기어 장치 내의 유성 휠과 유사하게- 구동 샤프트와 출력 샤프트의 동축 축선을 중심으로 회전할 수 있으며, 이는 여기서 바람직하지 않은데, 그 이유는 이 경우 토크 전송이 중단될 것이며 트랜스미션이 규정되지 않은 상태로 될 수 있기 때문이다.

유성 기어 휠(14) 위치의 이러한 운동학적 미달 결정을 없애기 위해, 도시된 실시예에서 록킹 핀(22)이 유성 캐리어(19)에 배치된다. 록킹 핀(22)은 구동 샤프트(11)의 도시된 압축 중심 위치의 직접적인 주변 영역에서 적합하게 형성된 록킹부 내로 맞물린다(편의상 도시되지 않음). 예컨대 트랜스미션 하우징(18)의 하우징 커버 내에 배치될 록킹부 내로 록킹 핀(22)의 맞물림에 의해, 제 1 유성 캐리어(19)가 구동 샤프트(11)의 도시된 중심 위치의 영역에서 -제공된 바와 같이- 순간 축으로서 유성 캐리어 축(21)을 중심으로 하는 선회 운동을 할 수 있지만, 구동 샤프트(11)를 중심으로 하는 선회 운동을 할 수 없는 것이 보장될 수 있다. 록킹 핀(22) 및 대응 록킹부 내로 상기 록킹 핀(22)의 맞물림에 의해, 구동 샤프트(11)와 출력 샤프트(16)의 도시된 동축 위치에서 유성 기어 휠(14)의 위치의 운동학적 미달 결정이 없어질 수 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 트랜스미션 유닛을 가진 휠 허브 구동 장치를 휠 축(16)을 따른 종 단면도로 도시한다. 휠 축(16)은 동시에 트랜스미션 유닛(5)의 출력 샤프트(16)를 형성하고, 도 3 및 도 4에 따른 트랜스미션 위치에서, 구동 모터(6)의 모터 샤프트(11)를 형성하는 트랜스미션 유닛의 구동 샤프트(11)와 동축인 위치에 있다. 도 4에는 또한 휠 캐리어를 형성하며 선형 가이드(7, 8)의 베어링 하우징 또는 베어링 부시(8)를 형성하거나 또는 포함하는, 트랜스미션 유닛의 하우징(18)이 잘 나타난다.

트랜스미션 유닛(5)의 하우징 벽(18)의 바로 내부에 링 기어(15)가 배치되고, 상기 링 기어(15)는 휠 허브(17) 또는 구동된 휠(1)의 휠 축(16)과 상대 회전 불가능하게 연결된다. 링 기어(15)의 내부에는 절단 도시된 유성 기어 휠(14)이 나타나고, 상기 유성 기어 휠은 제 1 유성 캐리어(19)에 의해 구동 피니언(13)과 맞물린 상태로 유지되고, 동시에 제 2 유성 캐리어(20)에 의해 그의 선회 가능한 유성 위치로(도 5 내지 도 7의 각도 세그먼트(26) 참고) 그리고 링 기어(15)와 맞물린 상태로 유지된다. 또한, 도 4에는 디스크 브레이크가 도시되며, 그 브레이크 디스크(23)는 종래의 방식으로 휠 허브 및 림과 연결되는 한편, 브레이크 캘리퍼(24)는 트랜스미션 하우징 또는 휠 캐리어(18)에 직접 플랜지 연결된다.

도 5 내지 도 7에는 완전히 인장된 위치(도 5), 중립 위치(도 6), 및 부분 압축된 위치(도 7)에서, 구동된 휠(1)의 압축 운동의 과정이 도시된다. 가이드 로드들(7)은 각각 섀시에 고정된다. 차량 섀시는 도 5 내지 도 7에서 빗금친 블록(25)으로 개략적으로 도시된다. 먼저, 휠 캐리어(18)와 연결된 베어링 하우징 또는 베어링 부시(8)가 가이드 로드(7) 상에서, 휠(1)의 압축 운동에 후속해서, 어떻게 상하로 슬라이딩하는지가 나타난다.

또한, 도 5 내지 도 7에는 구동 피니언(13), 유성 기어 휠(14) 및 출력 기어 휠(15)로 이루어진 본 발명에 따른 트랜스미션 유닛(5)의 작동 방식이 잘 나타난다. 여기서도 링 기어(15)로서 형성된 출력 기어 휠이 휠 축(16)과 고정 연결되는 한편, 구동 피니언(13)은 (여기에 도시되지 않은) 구동 모터(6)의 구동 샤프트(11) 상에 직접 놓인다(도 3 및 도 4 참고). 특히, 파선의 보조 선(H)에 의해, 구동 피니언(13)이 휠(1)의 압축 운동(9)과 관계없이 항상 차량 섀시(빗금친 블록 25)에 대한 고정된 상대 위치를 유지하는 한편, 구동 피니언(13)과 링 기어(15) 사이의 토크 전달과 톱니 맞물림은 휠 축(16)을 중심으로 하는 선회 운동을 실시하는 유성 기어 휠(14)에 의해 이루어진다. 유성 기어 휠(14)의 선회 운동의 범위는 도 5 내지 도 7에서 점선 각도 세그먼트(26)로 표시된다.

운동학에 의해, 도 5 내지 도 7에서 출력 기어 휠(15)이 -도시된 실시예에서와 같이- 링 기어로서만 형성될 수 있는 것이 아니라, 링 기어(15) 대신에 출력 피니언도 휠 축(16) 상에 직접 배치될 수 있다. 유성 기어 휠(14)은 그러한 경우 -2개의 변하지 않은 유성 캐리어(19, 20)에 의해- 구동 피니언(13) 및 휠 축(16)에 있는 중앙 출력 피니언과 영구적으로 맞물린다(도 3 참고). 링 기어(15) 대신에, 휠 축(16)에 연장해서, 유성 기어 휠(14)과 맞물리는 출력 피니언(도시되지 않음)도 배치될 수 있다. 출력 피니언과 구동 피니언(13) 사이의 병진 운동 가능성(9)은, 유성 기어 휠(14)(도시된 바와 같이)의 폭 크기가 구동 피니언(13)과 출력 피니언(도시되지 않음)의 폭들의 합에 상응하므로 구동 피니언(13) 및 출력 피니언은 압축 운동(9)시 단부면에서 서로 스쳐 지나갈 수 있어서, 변함없이 보장된다.

결과적으로, 본 발명에 의해 최소 조립 공간을 필요로 하면서 구동부와 출력부 사이의 완전한 병진 분리를 보장할 수 있는 트랜스미션 유닛이 형성될 수 있다. 본 발명에 의해, 특히 구동된 휠의 압축 운동과 관련해서 휠 허브 모터를 휠 서스펜션으로부터 완전히 분리하는 것이 가능하므로, 휠 서스펜션의 스프링 아래 질량(unsprung mass)이 결정적으로 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 조립 공간을 매우 절감하는 휠 허브 구동 장치 또는 휠 서스펜션이 구현될 수 있다.

본 발명에 의해, 특히 자동차 구동 장치의 비용 절감 및 조립 공간 절감, 사용 가능성의 확장, 및 예컨대 하이브리드 구동 장치의 분야에 적용시 휠 허브 구동장치의 쾌적성의 개선이 이루어진다.

1 차량 휠
2 타이어
3 림
4 휠 허브 구동 장치
5 트랜스미션 유닛
6 구동 모터
7 가이드 로드
8 가이드 부시
9 압축 운동
10 탄성 중합체 벨로우즈
11 구동 샤프트, 모터 샤프트
12 긴 홀
13 구동 피니언
14 유성 기어 휠
15 출력 기어 휠, 링 기어
16 휠 축, 출력 샤프트
17 휠 허브
18 트랜스미션 하우징, 휠 캐리어
19 제 1 유성 캐리어
20 제 2 유성 캐리어
21 유성 캐리어 축
22 록킹 핀
23 브레이크 디스크
24 브레이크 캘리퍼
25 차량 섀시
26 각도 세그먼트

Claims

트랜스미션 유닛, 특히 차량 휠(1)용 트랜스미션 유닛(5)으로서, 상기 트랜스미션 유닛(5)은 구동 피니언(13)을 가진 구동 샤프트(11) 및 출력 기어 휠(15)을 가진 출력 샤프트(16)를 포함하고, 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)의 축들은 평행하게 연장하고, 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)는 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)의 회전 축에 대해 수직 방향(9)으로 서로 병진 운동할 수 있고, 유성 기어 휠(4)이 제공되고, 상기 유성 기어 휠(14)은 상기 구동 피니언(13)과 상기 출력 기어 휠(15)과 맞물리고, 제 1 유성 캐리어(19)와 제 2 유성 캐리어(20)에 공통인 유성 캐리어 축(21) 상에 지지되고, 상기 제 1 유성 캐리어(19)는 상기 구동 샤프트(11)에 대해 동축이고, 상기 제 2 유성 캐리어(20)는 상기 출력 샤프트(16)에 대해 동축으로 지지되는, 트랜스미션 유닛에 있어서,
상기 출력 샤프트(16)는 병진 운동(9)을 하며, 상기 운동시 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)는 단부면에서 서로 스쳐 지나갈 수 있고, 상대 위치에서 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)는 서로 동축으로 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항에 있어서, 상기 출력 기어 휠(15)은 링 기어인 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 유성 캐리어(19)는 상기 구동 샤프트(11) 상에 직접 지지되고, 상기 제 2 유성 캐리어(20)는 상기 출력 샤프트(16) 상에 직접 지지되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유성 캐리어(19)와 상기 제 2 유성 캐리어(20)는 동일한 작용 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 캐리어들(19, 20)은 각각 2개의 베어링 점을 포함하는 선회 레버로서 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 샤프트(11)와 상기 출력 샤프트(16)의 병진 상대 운동 가능성(19)을 위해 선형 가이드(7, 8)가 제공되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스미션 유닛(5)은 휠 구동 장치로서 형성되고, 휠 림 내에 통합되고, 상기 출력 기어 휠은 휠 허브와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 7항에 있어서, 상기 트랜스미션 유닛(5)은 휠 허브 구동 장치로서 형성되고, 구동 모터(6)와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 8항에 있어서, 상기 구동 모터(6)는 전기 모터인 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 7항 또는 제 8항에 있어서, 모터 샤프트는 상기 트랜스미션 유닛(5)의 상기 구동 샤프트(11)를 형성하고, 상기 구동 피니언(13)은 상기 모터 샤프트 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스미션 유닛(5)은 트랜스미션 하우징으로서 형성된 휠 캐리어(18) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.
제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 모터 하우징(6)과 휠 캐리어(18) 사이에 벨로우즈(10)가 배치되는 것을 특징으로 하는 트랜스미션 유닛.