KR20140099260A

KR20140099260A - 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인

Info

Publication number: KR20140099260A
Application number: KR1020147014946A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 크노플라우흐
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-08-11
Also published as: CN103958240A; CN103958240B; DE102011056046A1; US20140332301A1; US9566852B2; US9199527B2; WO2013083215A1; JP6224609B2; KR101979476B1; WO2013083266A1; US20140335999A1; DE102011056046B4; CN204136752U; JP2015505762A

Abstract

본 발명은, 차동 장치(23)를 구비한 제1 차축(2)과, 차동 장치(26)를 구비한 제2 차축(3)과, 상기 두 차축(2, 3)을 구동하기 위한 하나 이상의 전기 기계(11, 32)를 포함하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1)에 관한 것이다. 이러한 구동 트레인에서는 본 발명에 따라, 하나 이상의 전기 기계(11, 32)가 자동차의 주행 방향(4)에 대해 횡방향으로 배치되고 스퍼 기어 장치(12)를 통해 구동 트레인(1)의 제1 차축(2)에 연결되며, 제1 차축(2) 및 제2 차축(3)은 각각 크라운 휠(25)을 포함하며, 이 크라운 휠들(25)은 샤프트(27)를 통해 연결되고, 상기 샤프트(27)는 각 단부에 각각의 크라운 휠(25)에 결합되는 피니언(28)을 포함한다. 이러한 구동 트레인의 경우, 구조적으로 간단한, 특히 표준화된 수단에 의해, 단 하나의 구동 차축을 사용하여 구동 트레인을 초기 상태로부터 4륜 구동으로 개량할 수 있다.

Description

순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인{DRIVE TRAIN OF A PURELY ELECTRICALLY ALL-WHEEL DRIVABLE MOTOR VEHICLE}

본 발명은, 차동 장치를 구비한 제1 차축, 차동 장치를 구비한 제2 차축, 및 상기 두 차축을 구동하기 위한 하나 이상의 전기 기계를 포함하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인에 관한 것이다.

4륜 구동식 농업 차량 또는 전기 구동식 토목공사 차량에 사용되는 그러한 구동 트레인이 DE 600 13 340 T2호로부터 공지되어 있다. 상기 구동 트레인은 2개의 전기 기계를 포함하며, 이들 전기 기계는 일측 후방 차축 상부에 주행 방향에 대해 종방향으로 배치되며, 후방 차축의 전방에 배치된 스퍼 기어 장치와 상호 작용한다. 이 기어 장치는 하나의 샤프트 또는 2개의 샤프트를 통해 2개의 차축, 즉 후방 차축 및 전방 차축에 할당된 차동 장치들과 연결된다.

본 발명의 과제는, 순수 전기로 작동할 자동차의 구동 트레인으로서, 구조적으로 간단한, 특히 표준화된 수단에 의해, 단 하나의 구동 차축을 이용하여 초기 상태로부터 4륜 구동으로 개량될 수 있는 구동 트레인을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징부에 따라 설계된 구동 트레인에 의해 해결된다.

따라서, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인은 차동 장치를 구비한 제1 차축 및 차동 장치를 구비한 제2 차축을 포함한다. 또한, 상기 구동 트레인은 자동차의 주행 방향에 대해 횡방향으로 배치되는 하나 이상의 전기 기계를 포함한다. 상기 하나 이상의 전기 기계는 스퍼 기어 장치를 통해 구동 트레인의 제1 차축과 연결된다. 제1 차축 및 제2 차축 각각은 크라운 휠을 포함한다. 크라운 휠들은 샤프트를 통해 연결되며, 이 샤프트는 각각의 단부에 각각의 크라운 휠에 결합되는 피니언을 포함한다. 샤프트에 할당된 상기 피니언들 및/또는 대응 크라운 휠들은 크기가 상이할 수 있으며, 그럼으로써 할당된 크라운 휠들과의 상호 작용 시 상이한 변속비를 초래할 수 있다.

특히 단일 전기 기계가 제공되거나, 2개의 전기 기계가 제공되고 그 중 하나가 시프팅 클러치에 의해 분리될 수 있는 것도 가능하다. 그러므로, 2개의 전기 기계를 동시에 구동할 필요가 없다.

구동 트레인은 제1 차축 및 전기 기계, 그리고 이들 사이에 위치한 스퍼 기어 장치의 영역에서의 전술한 구성으로 인해 매우 컴팩트하게 형성될 수 있다. 전기 기계의 토크는 스퍼 기어 장치를 통해 매우 높은 효율로 제1 샤프트에 전달될 수 있다.

구동 트레인은 바람직하게 승용차 타입의 자동차에서 사용된다. 상기 승용차는 특히 스포츠카이다. 상기 자동차, 특히 승용차 또는 스포츠카는 바람직하게는 후륜 구동 방식이다. 따라서, 하나 이상의 전기 기계가 구동 트레인 또는 자동차의 후방 영역에 배치된다. 그러므로, 제1 차축은 전기 기계의 전방에 위치한다. 전기 기계에 의해, 먼저 제1 차축이 구동되고, 제1 차축의 크라운 휠과 샤프트와 제2 차축의 크라운 휠을 통해 특히 전방 차축인 제2 차축이 구동된다.

그러나, 원칙적으로, 자동차는 전륜(front wheel) 구동 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우 전기 기계는 구동 트레인의 전방 제2 차축의 영역에, 특히 상기 차축의 전방에 위치한다.

구동 트레인에 할당된 차륜들은 특히 개별적으로 카르단 샤프트를 통해 상기 구동 트레인과 연결된다. 이 경우, 구동 트레인은 리지드 액슬(rigid axle)을 포함하지 않는다.

제1 차축의 차동 장치는 다양하게 설계될 수 있다. 이는 특히 종래의 개방형 차동 장치로 형성되거나, 또는 유성 기어 장치와 브레이크를 구비한 토크-벡터링 차동 장치로 형성된다. 이러한 차동 장치는 선행 기술에 공지되어 있다. 상기 차동 장치는 제1 차축의 차륜들이 전기 기계에 의해 상이한 토크로 구동될 수 있게 한다.

제1 및 제2 차축들의 크라운 휠들은, 샤프트 및 그 피니언들과의 상호 작용 시 제1 차축으로부터 제2 차축으로 토크를 전달하는 역할을 한다. 이 경우, 크라운 휠이 각각 제1 차축 및 제2 차축의 차동 장치에 구비되는 것이 구조상 특히 바람직하다. 특히, 크라운 휠은 차동 장치의 차동 하우징에 연결된다. 또한, 샤프트는 2개의 차축을 연결하거나 분리할 수 있도록, 제어 가능한 클러치, 특히 행온 클러치(hang-on clutch)를 구비할 수 있다.

이는, 다른 차축을 위한 추가적인 전기 기계 없이, 단 하나의 구동축을 구비한 순수 전기 구동 차량을 간단히 4륜 구동으로 개량할 수 있게 한다. 특히 이는 본 발명에 따른 구동 트레인의 필수적인 하위 영역들에 대해, 종래의 4륜 차량들로부터 이미 알려진 기술, 및 그에 따라 내연기관에 의해 구동되는 공지된 4륜 차량들에서 사용되는 기술을 이용할 수 있게 한다. 이는 특히 제1 차축으로부터 제2 차축으로의 토크의 전달과 관련된다. 예컨대, 샤프트가 제어 가능한 클러치, 특히 행온 클러치를 추가로 구비하는 점이 공지되어 있다. 또한 샤프트는 공지된 방식에 의해 프로펠러/카르단 샤프트로 설계될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 구동 트레인에서, 추가적인 수정 없이 종래의 4륜 차량들로부터 이미 알려진, 행온 클러치 및 연결된 차축을 구비한 프로펠러/카르단 샤프트의 조합을 사용할 수 있다.

선택적으로, 스퍼 기어 장치가 시프팅 가능하게 구비될 수 있다. 그러나, 원칙적으로 이는, 변속비가 일정한 기어 장치로 충분하기 때문에, 불필요하다.

스퍼 기어 장치는 바람직하게는 제1 차축과 전기 기계의 출력 샤프트 사이에 중간 샤프트를 포함한다. 이는 전기 기계의 회전 속도의 더 강력한 다운시프트를 가능하게 한다.

본 발명의 그 밖의 특징들은 종속항들, 첨부 도면, 및 도면에 재현된 바람직한 실시예에 제시되어 있으며, 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 구동 트레인의 실시예의 원리도이다.

도 1에 따른 실시예는 특히 승용차, 구체적으로는 스포츠카인, 순수 전기 구동 자동차의 구동 트레인(1)을 나타낸다.

개별 차륜 현가 장치를 갖는 구동 트레인(1)은 제1 후방 차축(2) 및 제2 전방 차축(3)을 포함한다. 이하에서 짧게 주행 방향으로 지칭되는, 자동차의 전진 주행 방향(4)에 대해, 후방 차축(2)은 좌측 차축 섹션(5) 및 우측 차축 섹션(6)을 갖는다. 전방 차축(3)은 좌측 차축 섹션(7) 및 우측 차축 섹션(8)을 갖는다. 차축 섹션들(5, 6)의 경우 후륜들(9)과 연결되고, 차축 섹션들(7, 8)에는 전륜들(10)이 연결된다. 전술한 차축 섹션들(5~8) 각각은 카르단 샤프트를 포함한다.

후방 차축(2)의 뒤에 구동 트레인(1)의 2개의 전기 기계(11, 32) 및 스퍼 기어 장치(12)가 배치된다. 전기 기계들은 주행 방향(4)에 대해 횡방향으로 배치된다. 따라서, 각각의 출력 샤프트(13)로 형성된 전기 기계들(11, 32)의 회전축은 후방 차축(2)에 평행하게 배치된다. 각각의 전기 기계들(11, 32)의 스테이터는 도면부호 14로 지시되며, 출력 샤프트(13)가 연결되는, 각 전기 기계들(11, 32)의 로터는 도면부호 15로 지시된다. 각각의 로터(15)는 2개의 베어링(16) 내에 지지된다.

스퍼 치형부(spur toothing)를 구비한 기어 장치(12)는, 전기 기계들(11, 32)의 출력 샤프트들(13)과 연결되어 함께 회전하는 피니언(17), 및 상기 피니언과 맞물리는 스퍼 기어(18)를 포함하고, 상기 스퍼 기어는 스퍼 기어 장치(12)의 중간 샤프트(19)에 장착되며, 중간 샤프트(19)에 연결되어 함께 회전한다. 전기 기계(11)에 대향하는 상기 중간 샤프트(19)의 측면에, 스퍼 기어(21)와 상호 작용하는 피니언(20)이 연결된다. 상기 스퍼 기어는 차동 장치를 통해 후방 차축(2)을 구동한다.

전기 기계(11)의 출력 샤프트(13)에는, 시프팅 가능한 분리 클러치(33)가 할당되고, 그에 따라 단 하나의 전기 기계(32)에 의한 구동 또는 2개의 전기 기계(11, 32) 모두에 의한 구동이 가능하다.

출력 샤프트(13)와 중간 샤프트(19)는 서로 평행하게 배치되며, 나아가 중간 샤프트(19)는 후방 차축에 평행하게 배치된다. 중간 샤프트(19)는 베어링들(22) 내에 장착된다.

그러므로, 전기 기계들(11, 32)은 후방 차축(2)을 구동하기 위해 스퍼 기어 장치(12)를 통해 후방 차축(2)과 연결된다. 또한, 상기 전기 구동식 후방 차축(2)은 차동 장치(23)를 구비한다. 차동 장치(23)는 종래의 개방형 차동 장치이거나, 유성 기어 장치와 브레이크(24)를 구비한 토크-벡터링 차동 장치이다. 후방 차축(2)의 차축 섹션들(5, 6)은 베어링들(25) 및 차동 장치(23) 내에 장착된다.

제2 전방 차축을 구동할 수 있도록, 제1 후방 구동 차축(2) 및 제2 전방 차축(3)은 각각 크라운 휠(25)을 포함한다. 일측 크라운 휠(25)은 차동 장치(23)에 구비되며, 특히 상기 차동 장치(23)의 차동 하우징에 연결된다. 타측 크라운 휠(25)은 전방 차축(3)의 차동 장치(26)에 구비되며, 마찬가지로 특히 상기 차동 장치(26)의 차동 하우징에 연결된다. 2개의 크라운 휠(25)은, 이들 각각의 단부에 피니언(28)을 지지하는 샤프트(27)를 통해 연결된다. 샤프트(27)는 추가로 행온 클러치 타입의 제어 가능한 클러치(29)를 포함한다. 각각의 피니언(28)이 각각의 크라운 휠(25)에 결합되기 때문에, 토크는 샤프트(27)에 의해 제1 후방 구동 차축(2)으로부터 제2 전방 차축(3)으로 전달될 수 있다. 크라운 휠들(25) 및/또는 피니언들(28)은 크기가 상이할 수 있다.

차동 장치(23)가 토크-벡터링 차동 장치로서 형성되면, 차축 섹션들(5, 6)로 상이한 토크들이 도입될 수 있다. 토크 벡터링의 가능성은 도 1에서 도면부호 ΔT로 지시된다.

이는, 추가적인 전기 기계 없이, 따라서 단 하나의 전기 기계(11)만을 이용하여, 후방 차축(2)의 실시예에 따라, 단 하나의 구동축을 구비한 순수 전기 구동 차량을 4륜 구동으로 개량할 수 있게 한다. 특히, 순수 전기 차량 내에서, 추가적인 수정 없이, 종래의 4륜 차량들로부터 알려진, 특히 행온 클러치 형태의 클러치(29) 및 연결된 차축을 구비한 프로펠러/카르단 샤프트 형태의 샤프트(27)의 조합을 사용할 수 있다.

클러치(29)의 양측에 배치된, 샤프트(27)의 베어링들은 도면부호 30으로 지시되어 있다. 각각의 차축 섹션들(7, 8)은 베어링(31) 및 차동 장치(26)에 장착된다.

Claims

차동 장치(23)를 구비한 제1 차축(2), 차동 장치(26)를 구비한 제2 차축(3), 및 상기 두 차축(2, 3)을 구동하기 위한 하나 이상의 전기 기계(11, 32)를 포함하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인(1)에 있어서,
상기 하나 이상의 전기 기계(11, 32)는 자동차의 주행 방향(4)에 대해 횡방향으로 배치되며, 스퍼 기어 장치(12)를 통해 구동 트레인(1)의 제1 차축(2)에 연결되고, 제1 차축(2) 및 제2 차축(3)은 각각 크라운 휠(25)을 포함하며, 상기 크라운 휠들(25)은 샤프트(27)를 통해 연결되고, 상기 샤프트(27)는 그 각각의 단부에, 각각의 크라운 휠(25)에 결합되는 피니언(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항에 있어서, 제1 차축(2)은 자동차의 후방 차축인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제2항에 있어서, 하나 이상의 전기 기계(11, 32)는 후방 차축(2)의 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 승용차, 특히 스포츠카의 구동 트레인(1)인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 단일 전기 기계(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 2개의 전기 기계(11, 32)를 포함하고, 일측 전기 기계(11)는 시프팅 가능한 클러치(33)에 의해 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 차축(2)의 차동 장치(23)는 종래의 개방형 차동 장치이거나, 특히 유성 기어 장치와 브레이크(24)를 구비한 토크-벡터링 차동 장치인 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 차축(2)의 차동 장치(23) 및/또는 제2 차축(3)의 차동 장치(26)는 크라운 휠(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제8항에 있어서, 크라운 휠(25)은 차동 장치의 차동 하우징에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 스퍼 기어 장치(12)는 전기 기계(11)의 출력 샤프트(13) 또는 전기 기계들(11, 32)의 출력 샤프트들(13)과 제1 차축(2) 사이에 중간 샤프트(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 스퍼 기어 장치(12)는 시프팅이 불가능할 수도 있고, 시프팅이 가능할 수도 있는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트(27)는 제어 가능한 클러치(29), 특히 행온 클러치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 순수 전기식 4륜 구동 자동차의 구동 트레인.