KR20140126710A

KR20140126710A - 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인

Info

Publication number: KR20140126710A
Application number: KR1020147022429A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 크노블라우흐; 마르틴 퓌흐트너
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-10-31
Also published as: JP2015507160A; CN104114397B; JP6010140B2; US20150021109A1; DE102012101209A1; WO2013120594A1; KR101990659B1; US9102233B2; CN104114397A

Abstract

본 발명은, 하나 이상의 전기 기계(13, 14), 변속기(21), 차동 장치(22) 및 차축(2)을 포함하는, 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인(2)에 관한 것이며, 이때 차축(2)은 변속기(21) 및 차동 장치(22)를 통해 하나 이상의 전기 기계(13, 14)에 의해 구동될 수 있다. 이러한 구동 트레인에서, 본 발명에 따르면, 차동 장치(22)는 유성형 차동 장치로 구현되며, 유성형 차동 장치(22)는 하나 이상의 전기 기계(13, 14)에 연결되는 하나의 입력부(32, 33), 및 2개의 출력부들(30, 31, 42; 28, 34, 35, 36, 37, 38)을 포함하고, 하나의 제1 출력부(28, 34, 35, 36, 37, 38)는 차축(2)의 제1 차축 섹션(4)에 연결되며, 다른 제2 출력부(30, 31, 42)는 차축(2)의 다른 제2 차축 섹션(5)에 연결되고, 유성 기어 메커니즘(22)의 입력부(32, 33) 및 출력부들(30, 31, 42; 28, 34, 35, 36, 37, 38)의 회전축들은 중간축(53)을 형성하며, 중간축(53)은 하나 이상의 전기 기계(13, 14)의 로터(17)의 축(15)과 상기 구동 가능한 차축(2) 사이에 배치된다.

Description

순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인{DRIVE TRAIN OF A PURELY ELECTRICALLY DRIVABLE MOTOR VEHICLE}

본 발명은, 차동 장치를 구비한 차축, 및 하나 이상의 전기 기계를 포함하며, 제1 차축이 변속기를 통해 하나 이상의 전기 기계에 의해 구동될 수 있는, 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인에 관한 것이다.

4륜 구동을 이용한 농업 차량 또는 전기적으로 구동 가능한 토목공사 차량을 위해 사용되는 상기 유형의 구동 트레인이 DE 600 13 340 T2로부터 알려져 있다. 상기 구동 트레인은 2개의 전기 기계들을 포함하며, 이들은 주행 방향을 기준으로 하나의 차축, 즉 후방 차축의 위에 배치되며, 후방 차축의 앞에 배치된 스퍼 기어와 상호 작용한다. 변속기는 하나의 샤프트 또는 2개의 샤프트들을 통해, 2개의 차축들, 즉 후방 차축 및 전방 차축에 배정된 차동 장치들에 연결된다.

본 발명의 목적은, 상이한 주행 상태들에서 특히 양호한 효율의 주행을 가능하게 하는, 순수하게 전기적으로 작동되도록 의도된 자동차를 위한 구동 트레인을 제공하는 데에 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징부에 따라 설계된 구동 트레인에 의해 달성된다.

따라서, 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인은 유성형 차동 장치(planetary-type differential) 형태의 차동 장치를 포함한다. 여기서, 유성형 차동 장치는 하나 이상의 전기 기계에 연결되는 하나의 입력부, 및 2개의 출력부들을 포함한다. 이하에서 제1 출력부로 지칭되는 하나의 출력부는 이하에서 제1 섹션으로 지칭되는 하나의 차축 섹션에 연결되며, 다른 제2 출력부는 차축의 다른 제2 차축 섹션에 연결된다. 유성형 차동 장치의 입력부 및 출력부들의 공통 회전축들은 하나 이상의 전기 기계의 로터의 축과 제1 차축 사이에 배치되는 중간축을 형성한다.

그러므로, 유성형 차동 장치는 전기 기계의 축과 차륜들 및 그에 따른 자동차의 구동휠들에 배정된 차축 사이에 배치되는 중간축에 배정된다.

구동 트레인의 이러한 구성은 하나 이상의 전기 기계에 의해 유성 기어 세트에 도입된 토크를 차축의 2개의 차축 섹션들로 분산시키는 것을 가능하게 하며, 또한 이러한 구성에 기초한 구동 트레인의 간단한 구조적 개선에 의해 추가적 토크 벡터링 기능을 실현하는 것을 가능하게 한다.

유성 기어 세트는 바람직하게는, 입력부가 유성 기어 세트의 바깥쪽 내부 기어를 포함하고, 하나의 출력부가 유성 기어 세트의 선 기어를 포함하며, 다른 출력부가 유성 기어 세트의 하나 이상의 유성 기어를 구비한 유성 기어 캐리어를 포함하도록 구성된다. 일반적으로, 유성 기어 캐리어는 내부 기어 및 선 기어와 맞물리는 복수의, 예컨대 3개의 유성 기어들을 회전 가능하게 수용한다. 전술한 구성은 구동 트레인의 특히 간단한 설계를 가능하게 하며, 그 결과로 하나 이상의 전기 기계에 의해, 토크는 외부로부터 반경방향으로 유성 차동 장치, 구체적으로는 내부 기어에 도입될 수 있고, 상기 토크는 이후 유성 차동 장치의 반경방향 내부 부품들, 이 경우 하나 이상의 유성 기어를 구비한 유성 기어 캐리어 및 선 기어로 분산될 수 있다.

구동 트레인은 특히 하나 이상의 전기 기계가 전기 기계의 로터에 연결되는 구동 출력 샤프트를 포함하도록 구성되고, 구동 출력 샤프트는 변속기의 제1 피니언에 고정 연결되어 함께 회전하며, 제1 피니언은 변속기의 제1 스퍼 기어와 맞물리고, 제1 스퍼 기어는 유성 기어 세트의 내부 기어에 연결된다.

구동 트레인이 2개의 전기 기계들을 포함하는 경우 특히 유리한 것으로 여겨지고, 하나의 전기 기계는 변속기에 영구적으로 결합되며, 다른 전기 기계는 제1 전환 가능한 클러치 또는 프리휠에 의해 상기 변속기로부터 분리될 수 있다. 따라서, 변속기 및 그에 따른 유성형 차동 장치는 하나의 전기 기계 또는 2개의 전기 기계들로 작동될 수 있다. 하나의 전기 기계를 분리시킬 수 있는 이러한 성능은 다양한 주행 상태들을 최적의 방식으로 관리하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 특히 차축이 최대 토크 또는 최대 전력으로 구동되지 말아야 할 때, 상기 차축은 하나의 전기 기계에 의해서만 구동된다. 반대로, 상기 차축을 최대 토크 또는 최대 전력으로 구동하고자 하는 경우, 제2 전기 기계가 활성화된다. 이런 방식으로, 구동 트레인은 차축과 상호 작용하는 단하나의 전기 기계 또는 양 전기 기계에 의해 최적의 효율로 작동될 수 있다.

전기 기계가 분리될 때, 이는 이후 비활성화될 수 있다. 프리휠이 사용되는 경우, 하나의 전기 기계가 예컨대 다른 전기 기계에 의해 추월될 때, 하나의 전기 기계는 더 이상 효율적이 아닌데, 이는 다른 전기 기계가 더 높은 회전 속도로 작동하여, 프리휠을 활성화하기 때문이다.

클러치는 형태 결합식 또는 힘 결합식으로 작동할 수 있다. 클러치가 형태 결합식으로 작동하는 경우, 이는 단지 비교적 낮은 회전 속도차의 존재 시에 전환될 수 있는 반면, 클러치가 힘 결합식으로 작동하는 경우, 상기 클러치는 슬립(slip)으로, 즉 전기 기계의 구동 출력 샤프트와 변속기의 입력 샤프트 사이의 비교적 큰 회전 속도차의 존재 시에 전환될 수 있다.

본 발명의 하나의 특정한 개선에서, 구동 트레인은 분리 가능한 전기 기계가 상기 전기 기계의 로터에 고정 연결되어 함께 회전하는 구동 출력 샤프트를 포함하도록 수정되고, 상기 구동 출력 샤프트는 변속기의 제2 피니언에 고정 연결되어 함께 회전하며, 상기 제2 피니언은 변속기의 제2 스퍼 기어와 맞물린다. 상기 스퍼 기어는 토크-전달 방식으로 제2 전환 가능한 클러치에 의해 유성 기어 세트의 제1 출력부 및/또는 제1 차축 섹션에 연결 가능하고 그리고/또는 제3 전환 가능한 클러치에 의해 제2 출력부 및/또는 제2 차축 섹션에 연결 가능하다.

분리 가능하지 않은 하나의 전기 기계가 작동 중이며, 그에 따라 유성형 차동 장치에 하중을 가하는 경우, 다른 분리 가능한 전기 기계를 결합시킴으로써, 그리고 두 클러치 중 어느 클러치(제2 또는 제3 클러치)가 구동되는지 여부에 따라, 토크 흐름이 상기 전기 기계로부터 변속기 스트랜드를 통해 차축의 하나의 차축 섹션 또는 다른 차축 섹션을 향해, 또는 어떤 방식으로든 양 차축 섹션을 향해 동시에 실현될 수 있다. 다른 한편으로, 분리 가능하지 않은 전기 기계가 작동 중이 아니며, 2개의 전기 기계들이 클러치의 개방 또는 프리휠의 프리휠링으로 인해 토크-전달 방식으로 상호 작용하지 않을 때, 상기 작동 모드가 또한 가능하다.

2개의 전기 기계들 및 이들에 배정된 변속기 및 클러치들을 포함하는 구동 트레인의 상기 구성은 차축의 2개의 차축 섹션들을 제1 전기 기계에 배정된 변속기 및 이에 배정된 유성형 차동 장치를 통해 제1 전기 기계에 의해서만 구동하는 것, 또는 제2 전기 기계가 사용되는 경우, 구동력을 유성 차동 장치를 지나 전달하고, 대신에 제2 및 제3 클러치를 전환함으로써 각각의 차축 섹션을 제2 전기 기계에 의해 직접 구동하는 것을 가능하게 한다. 차축의 각각의 차축 섹션의 상기 독립적인 구동은 각각의 차축 섹션에 배정된 자동차의 차륜, 즉 차량의 구동휠을 독립적으로 구동하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 차축의 차륜들 또는 차축의 차축 섹션들의 토크 벡터링이 가능하다. 상기 토크 벡터링은 하나 또는 다른 하나의 차륜의 차축 섹션 상의 제동 개입으로 인한 손실을 야기하지 않는다.

전술한 바와 같이, 제2 전기 기계에 의한 토크 벡터링을 위한 토크의 도입은 유성 기어 세트를 통한 제1 전기 기계에 의한 구동 토크의 도입과 중첩될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전기 기계 사이의 제1 클러치가 개방되거나, 프리휠이 활성화된다. 프리휠 내에서 토크 용량이 요구되며, 프리휠에서 회전 속도차가 요구된다.

단하나의 전기 기계(제1 전기 기계)에 의한 자동차의 구동은 낮은 에너지 소비가 중요한 주행 상태들을 관리해야 하는 경우 유리하다. 특히 최대 토크 또는 최대 전력이 사용 가능해야 하는 경우, 제2 전기 기계가 활성화되고, 상기 제2 전기 기계는 제1 전기 기계와 함께 유성형 차동 장치에 하중을 가한다. 반대로, 주행 역학의 관점에서 중요한 주행 상태들을 관리해야 하는 경우, 제1 클러치가 개방 위치로 이동됨에 따라 또는 프리휠이 활성화됨에 따라, 독립적인 차륜 구동을 갖는 구성으로 전환되어야 하므로, 제2 전기 기계는 이후 제2 및/또는 제3 클러치가 체결됨에 따라 독립적으로 차축의 차축 섹션들에 원하는 토크를 가하는데, 상기 토크는 제2 전기 기계에 의해 유성 기어 세트를 통해 차축 섹션(들)에 도입되지 않는다.

2개의 전기 기계들 및 3개의 클러치들은 상기 부품들을 전술한 기능 상태로 전환시킬 수 있는 제어 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

전기 기계(들), 변속기, 유성형 차동 장치 및 차축의 영역에서 구동 트레인의 구조적 공간을 최소화하기 위해, 제2 및 제3 클러치가 유성 기어 세트의 동일한 측면에 서로 인접하여 배치되는 경우 특히 유리한 것으로 여겨진다. 따라서, 상기 2개의 클러치들을 위한 모든 센서들 및 액추에이터들은 조밀한 방식으로 배치될 수 있고, 또한 상기 2개의 클러치들을 위해 비교적 작은 구조적 공간이 요구된다. 기본적으로, 제2 및 제3 클러치가 유성 기어 세트의 반대 측면에 배치되는 것도 마찬가지로 고려할 수 있다. 이 경우, 클러치들의 센서들 및 액추에이터들이 유성 기어 세트의 양 측면에 위치되는 것도 필요할 것이며, 그 결과로 구동 트레인의 폭 및 길이의 관점에서 더 큰 구조적 공간이 요구될 것이다.

제2 클러치 및 제3 클러치가 모두 체결된 상태에서, 차동 장치는 잠금 차동 장치의 기능을 가질 것이다. 그러므로, 클러치들의 상기 전환 상태는 차축-차동 장치 잠금부를 형성할 것이다.

특히, 2개의 전기 기계들과 차축 섹션들 사이의 변속기 스트랜드들은 일정한 변속비를 갖는다.

구성의 관점에서, 구동 트레인은 각각의 출력부가 하나 이상의 유성 기어를 위한 유성 기어 캐리어 및 선 기어에 각각 연결되는 기어휠을 포함하도록 특히 유성 기어 세트의 영역에서 설계되고, 기어휠은 제1 또는 제2 차축 섹션에 각각 고정 연결되어 함께 회전하는 기어휠과 맞물린다.

2개의 전기 기계들, 변속기, 유성형 차동 장치 및 차축들의 영역에서 구동 트레인의 필요 공간은 실질적으로 니들-롤러 베어링들로 설계되는 베어링들에 의해 상당히 최적화될 수 있다. 특히, 차축 섹션들 및/또는 내부 기어 및/또는 선 기어 및/또는 하나 이상의 유성 기어를 위한 유성 기어 캐리어는 니들-롤러 베어링들에 의해 장착된다.

또한, 2개의 차축 섹션들이 하나가 다른 하나의 내부에 장착되는 경우 특히 유리한 것으로 여겨진다.

변속기 및 유성형 차동 장치의 부품들은 특히 스퍼 기어들로 형성된다. 이들은 비교적 작은 구조적 공간 내에 수용될 수 있다.

전기 기계들은 특히 자동차의 주행 방향에 대해 횡방향으로 배치된다.

구동 트레인은 바람직하게는 승용차로 설계된 자동차에서 사용된다. 상기 승용차는 특히 스포츠카이다. 상기 자동차, 특히 승용차 또는 스포츠카는 바람직하게는 후륜 구동으로 형성된다. 따라서, 하나 이상의 전기 기계, 특히 양 전기 기계가 구동 트레인 또는 자동차의 후방 영역에 배치된다. 2개의 전기 기계들이 후방 차축의 뒤에 배치되는 경우 특히 유리한 것으로 여겨진다.

그러나, 자동차는 기본적으로 또한 전륜 구동 구성일 수 있다.

구동 트레인에 배정된 차륜들은 특히 관절연결식 샤프트들에 의해 독립적인 현가 구성으로 장착된다. 그러므로, 구동 트레인은 리지드 차축(rigid axle)을 포함하지 않는다.

본 발명의 다른 특징들은 종속항들, 첨부 도면, 및 도면에 도시된 복수의 바람직한 예시적인 구현예들의 설명으로부터 명백해질 것이지만, 본 발명은 상기 예시적인 구현예들에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 구동 트레인의 제1 바람직한 구현예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 트레인의 제2 바람직한 구현예의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구동 트레인의 제3 바람직한 구현예의 개략도이다.

도 1의 예시적인 구현예는 특히 승용차, 구체적으로는 스포츠카인, 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차를 위한 구동 트레인을 도시한다. 도 1은 자동차의 후방 차축에 배정된 구동 트레인을 도시하며, 또한 자동차의 비구동 전방 차축을 도시한다.

독립적인 차륜 현가 장치를 구비한 구동 트레인(1)은 제1 후방 차축(2)을 포함한다. 이하에서 주행 방향으로 지칭되는 자동차의 전진 주행 방향(3)을 기준으로, 후방 차축(2)은 좌측 차축 섹션(4) 및 우측 차축 섹션(5)을 구비한다. 도면부호 6은 후방 차축(2)의 좌측 차륜 및 우측 차륜을 지시하기 위해 사용되며, 도면부호 7은 후방 차축(2)의 차축 섹션들(4, 5)을 위한 베어링들을 지시하기 위해 사용된다. 후방 차축(2)의 차축 섹션들(4, 5)은 관절연결식 샤프트들을 포함한다.

자동차는 또한 구동되지 않는 제2 전방 차축(8)을 포함한다. 상기 차축(8) 역시 독립적인 차륜 현가 장치를 구비한다. 전방 차축(8)은 좌측 차축 섹션(9) 및 우측 차축 섹션(10)을 포함한다. 도면부호 11은 전방 차축(8)의 좌측 차륜 및 우측 차륜을 지시하기 위해 사용되며, 도면부호 12는 전방 차축(8)의 차축 섹션들(9, 10)을 위한 베어링들을 지시하기 위해 사용된다. 전방 차축(8)의 차축 섹션들(9, 10)도 마찬가지로 관절연결식 샤프트들을 포함한다.

후방 차축(2)은 2개의 전기 기계들(13, 14)에 의해 구동될 수 있다. 좌측 전기 기계(13)만이 작동하거나, 양 전기 기계(13, 14)가 작동한다. 소정의 주행 상태들에서는, 좌측 전기 기계(14)만이 작동한다.

2개의 전기 기계들(13, 14)은 후방 차축(2)의 뒤에서 주행 방향(3)에 대해 횡방향으로 배치된다. 따라서, 구동 출력 샤프트(15)에 의해 나타낸 각각의 전기 기계(13, 14)의 회전축은 주행 방향(3)에 대해 횡방향으로 배치되고, 전기 기계들의 회전축들은 일치한다.

각각의 전기 기계(13 또는 14)의 스테이터는 도면부호 16으로 지시되며, 구동 출력 샤프트(15)가 연결되는 각각의 전기 기계(13 또는 14)의 로터는 도면부호 16으로 지시된다. 각각의 구동 출력 샤프트(15)는 베어링들(18) 내에 장착된다.

전기 기계(13)의 구동 출력 샤프트(15)는 전기 기계(14)에 대향하는 측면에서 피니언(19)에 고정 연결되어 함께 회전한다. 다른 전기 기계(14)의 구동 출력 샤프트(15)는 프리휠 또는 전환 가능한 클러치(20)를 통해 피니언(19)에 연결된다.

2개의 전기 기계들(13, 14)에 배정되며 실질적으로 전기 기계의 구동 출력 샤프트(15)에 의해 한정되는 축과 차축(2) 사이에는, 실질적으로 변속기(21) 및 유성형 차동 장치(22)에 의해 형성되는 기능적 장치가 위치한다. 상기 장치는 마찬가지로 후방 차축(2)의 뒤에 배치된다. 변속기(21)는 피니언(19), 및 상기 피니언과 맞물리는 스퍼 기어(23)를 포함한다. 상기 스퍼 기어는 하우징 절반부(미도시)의 베어링(24) 내에 장착되며, 하우징(미도시)은 중간축에 배정된 부품들을 수용하는 역할을 하고, 이러한 부품들은 이하에 보다 상세히 설명될 것이며, 후방 차축(2)과 전기 기계들(13, 14) 사이에 배치된다. 다른 하우징 절반부(미도시)는 베어링(25)을 수용한다. 이하에 보다 상세히 설명되는 베어링들은 모두 비교적 작은 구조적 공간만을 요구하는 니들-롤러 베어링들이다.

중공 샤프트(27)가 베어링(25)에 의해 스퍼 기어(23) 내부에 반경방향으로 장착되며, 상기 중공 샤프트(27)는 반경방향으로 연장된 플랜지(28)와 함께 구조적 유닛을 형성하고, 상기 구조적 유닛은 축방향으로 작용하는 베어링(26)에 의해 스퍼 기어(23) 내에 장착된다. 다른 중공 샤프트(30)가 베어링(29)에 의해 중공 샤프트(27) 내부에 반경방향으로 장착된다. 유성형 차동 장치(22)의 선 기어(31)가 중앙 영역에서 상기 다른 중공 샤프트 상에 고정 연결되어 함께 회전하는 식으로 수용된다. 스퍼 기어(23)는 내부에서 반경방향으로 유성형 차동 장치(22)의 내부 기어(33)에 연결되는 축방향으로 연장된 환상 칼라(32)와 구조적 유닛을 형성한다. 유성형 차동 장치(22)의 3개의 유성 기어들(34)[이들 중 하나(34)만 도시됨]이 내부 기어(33) 및 선 기어(31)와 맞물린다. 유성 기어들(34)은 플랜지(28), 전자의 플랜지에 평행하게 배치되는 플랜지(35), 및 상기 플랜지들(28, 35)을 연결하는 저널들(36)에 의해 형성된 유성 기어 캐리어 내에 장착되며, 각각의 저널(36)은 유성 기어(34)를 회전 가능하게 수용한다. 반경방향으로 연장된 플랜지(35)는 외부에 반경방향으로 스퍼 치형부(38)를 구비한 중공 샤프트(37)에 연결된다. 따라서, 중공 샤프트(27), 플랜지(28), 3개의 저널들(36), 플랜지(35), 중공 샤프트(37) 및 스퍼 치형부(38)는 하나의 부품을 형성한다. 내부에서 반경방향으로, 상기 부품은 상기 베어링(29)에 의해 중공 샤프트(27)의 영역에 장착되며, 중공 샤프트(30)의 베어링(39)에 의해 중공 샤프트(37)의 영역에 장착된다. 중공 샤프트(37)의 영역에서, 부품은 반경방향으로 외향 연장된 환상 칼라(41) 상에서 베어링(40)을 통해 축방향으로 지지되고, 이 환상 칼라는 중공 샤프트(30)와 구조적 유닛을 형성하며, 외부에서 반경방향으로 스퍼 치형부(42)를 구비한다. 스퍼 치형부(38)의 피치원 및 톱니수는 스퍼 치형부(42)의 피치원 및 톱니수에 상응한다.

스퍼 기어(43)가 스퍼 치형부(38)를 구비한 중공 샤프트(37)와 맞물리고, 그에 따라 유성 기어들(34)을 구비한 유성형 차동 장치(22)의 영역과 맞물리며, 상기 스퍼 기어는 중공 샤프트(44)와 구조적 유닛을 형성하고, 이 중공 샤프트는 스퍼 기어(43)로부터 이격되는 단부의 영역에서 차축(2)의 관절연결식 샤프트(46)에 연결된다. 중공 샤프트(43), 연결부(45), 및 관절연결식 샤프트(46)는 좌측 차축 섹션(4)을 형성한다. 연결부(45)는 베어링(7) 내에 장착된다.

스퍼 기어(43)와 동일한 피치원 및 동일한 톱니수를 갖는 스퍼 기어(47)가 유성형 차동 장치(22)의 선 기어(31)에 배정되는 중공 샤프트(37)의 스퍼 치형부(38)와 맞물린다. 상기 스퍼 기어(47)는 스퍼 기어(43)로부터 이격되는 측면에서 연결부(48)에 연결되고, 이 연결부는 베어링(7) 내에 장착되며, 우측 후륜(6)을 위한 관절연결식 샤프트(49)에 연결된다. 스퍼 기어(43)로부터 이격되는 측면에서, 스퍼 기어(47)는 중공 샤프트(44)의 거의 전장에 걸쳐 연장되는 베어링 로드(50)를 구비한다. 베어링 로드(50)는 서로 비교적 넓은 간격으로 배치되는 2개의 베어링들(51)에 의해, 스퍼 기어(43)에 배정된 중공 샤프트(44) 내의 스퍼 기어(47)의 반경방향 장착에 기여한다. 베어링(52)이 스퍼 기어(43) 내의 스퍼 기어(47)의 축방향 장착에 기여한다.

관절연결식 샤프트(49), 연결부(48) 및 베어링 로드(50)는 우측 차축 섹션(5)을 형성한다.

그러므로, 도 1은 구동 가능한 후방 차축(2) 및 유성형 차동 장치(22) 형태의 차동 장치, 2개의 전기 기계들(13, 14), 및 하나 또는 양 전기 기계(13, 14)에 의해 제1 후방 차축(2)을 구동하기 위한 변속기(21)를 포함하는 구동 트레인(1)을 도시한다. 유성형 차동 장치(22)는 환상 칼라(32)를 통한 입력부, 유성 기어들(34)에 배정된 중공 샤프트(37)를 통한 제1 출력부, 및 선 기어(31)에 배정된 중공 샤프트(30)를 통한 제2 출력부를 포함한다. 유성형 차동 장치(22)의 입력부 및 출력부들의 공통 회전축은 후방 차축(2)과 전기 기계들(13, 14)의 구동 샤프트들(15)에 의해 형성된 축 사이에 도면부호 53으로 지시된 중간축을 형성한다.

지금까지 설명된 도 1에 따른 구동 트레인(1)의 작동 모드는 다음과 같다:

프리휠(20)이 프리휠링 상태이거나 클러치(20)가 개방된 상태에서, 특히 낮은 연비를 갖는 모드의 주행을 원하는 경우, 전기 기계(13)만이 작동한다. 이러한 상황은 부분-하중 작동으로 지칭될 수 있고, 따라서 제2 후방 차축에서 최대 토크 또는 최대 전력이 사용 가능해져야 할 필요가 없다.

단지 전기 기계(13)에 의한 작동의 경우, 전기 기계의 구동 출력 토크는 구동 출력 샤프트(15) 및 피니언(19)을 통해 스퍼 기어(23)에 도입되고, 그에 따라 유성형 차동 장치(22)와 관련하여, 내부 기어(33)는 스퍼 기어(23)와 구조적 유닛을 형성하기 때문에 대응하여 함께 회전한다. 내부 기어(33)의 회전 운동으로 인해, 유성 기어들(34)은 상기 내부 기어 상에서 롤링하고, 선 기어(31)는 유성 기어들(34) 상에서 롤링한다. 이는 유성 기어들(34)을 통해 스퍼 치형부(38)를 구비한 중공 샤프트(37)가 회전 운동하도록 설정되는 동시에, 환상 칼라(41) 및 스퍼 치형부(42)를 구비한 중공 샤프트(30) 역시 회전하도록 설정되는 효과가 있다. 회전으로 인해, 스퍼 기어들(43, 47)이 회전하고, 그로 인해 차륜들(6)이 구동된다. 주지의 방식으로, 차동 장치 또는 유성형 차동 장치(22)는 후방 차축(2)의 2개의 차륜들(6) 사이의 차동 보상을 가능하게 한다.

더 높은 토크 또는 더 높은 전력, 특히 최대 토크 또는 최대 전력이 후방 차축(2)에서 사용 가능해야 하는 경우, 전기 기계(13) 외에도, 다른 전기 기계(14)가 활성화된다. 전기 기계(13)의 회전 속도에 대한 전기 기계(14)의 소정의 회전 속도에 도달하면, 프리휠이 비활성화되거나 클러치(20)가 체결되어, 전기 기계(14)를 피니언(19)에 토크-전달 방식으로 연결한다. 그러므로, 더 높은 토크가 피니언(19)에 작용하고, 그에 따라 상기 더 높은 토크는 유성 기어 세트(22)를 통해 후방 차축(2)의 차축 섹션들(4, 5)에 공급된다. 따라서, 더 높은 레벨의 전력이 또한 차축 섹션들(4, 5)에 작용한다.

도 2에 따른 구현예는, 전기 기계(14)가 전기 기계(13)와 무관하게 중간축(53) 상의 부품들과 상호 작용 상태에 놓일 수 있으며, 추가 클러치들에 의해 토크 벡터링이 실현될 수 있다는 점에서, 도 1에 따른 구현예와 상이하다. 간단함을 위해, 도 2에 따른 구현예에서는, 구성 또는 기능의 관점에서 도 1에 따른 구현예의 부품들에 대응하는 부품들이 동일한 도면부호들로 지시되었다.

도 2의 구현예에서, 피니언(54)이 프리휠 또는 전환 가능한 클러치(20)의 전단에서 좌측 전기 기계(13)의 구동 출력 샤프트(15)에 고정 연결되어 함께 회전하며, 이 피니언은 피니언(19)보다 현저히 더 큰 피치원을 갖는다. 상기 피니언(54)은 구동 장치(57)에 의해 구동될 수 있는 다판 클러치(56)에 의해 환상 칼라(41)와 토크-전달 방식으로 연결될 수 있는 스퍼 기어(55)와 맞물리고, 이 환상 칼라(41)는 선 기어(51)에 배정되며, 예장형 형태로 이루어지고, 스퍼 치형부(42)를 구비한다. 도 1에 따른 구현예와 달리, 상기 환상 칼라(41)는 전기 기계(14)에 대향하는 중간축(53)의 측면에 배치된다. 따라서, 다판 클러치(56)가 체결됨에 따라, 스퍼 기어(55)의 회전 운동은 환상 칼라(41) 및 스퍼 치형부(42)에 전달되며, 이어서 스퍼 기어(47)에 전달되어, 좌측 차축 섹션(4)을 구동한다.

중공 샤프트(30)를 통해 연장된 샤프트(58)를 통해, 스퍼 기어(55)는 구동 장치(60)에 배정되는 다판 클러치(59)의 클러치 절반부를 구동한다. 다판 클러치(59)가 체결될 때, 샤프트(58)의 회전 운동은 스퍼 치형부(38)를 구비한 중공 샤프트(37)에 전달되며, 이어서 스퍼 기어(43)에 전달되어, 우측 차축 섹션(5)을 구동한다.

전기 기계(14)가 분리될 때, 특히 전기 기계(14)가 정지 상태이며, 프리휠이 활성화되거나 클러치(20)가 개방 위치에 놓일 때, 후방 차축(2)은 전적으로 전기 기계(13)에 의해 구동된다. 이는 기본적으로는 도 1과 관련하여 설명된 방식으로 변속기(21) 및 유성형 차동 장치(22)를 통해 이루어진다. 이러한 작동 상태에서, 2개의 다판 클러치들(56, 59)이 개방된다.

더 높은 토크로 후방 차축(2)을 구동하기 위해 또는 구동 전력을 증가시키기 위해, 전기 기계(14)는 종전과 같이 다판 클러치들(56, 59)이 개방된 상태에서 작동하도록 설정되며, 프리휠이 바이패스되거나 클러치(20)가 체결된다. 그러므로, 추가 토크 또는 추가 전력이 도 1에 따른 구현예와 관련하여 설명된 방식으로 변속기(21)의 피니언(18) 및 유성형 차동 장치(22)를 통해 후방 차축(2)에 도입된다.

클러치(20)가 개방된 상태 또는 프리휠링 기능 상태에서는, 토크 벡터링 모드의 주행이 가능하며, 이는 특히 전기 기계(13)가 계속 작동 중인 상태에서 이루어진다. 다른 전기 기계(14)는 전원을 공급받아서, 피니언(54)을 통해 스퍼 기어(55)를 구동한다. 다판 클러치(56)가 구동 장치(57)에 의해 체결되는 경우, 추가 토크가 다판 클러치(56)에 의해 스퍼 치형부(42)를 구비한 환상 칼라(41)에 도입되기 때문에, 추가 토크는 스퍼 기어(47)를 통해 좌측 차축 섹션(4)에 전달된다. 다판 클러치(56)는 개방되지만, 반대로 다판 클러치(59)는 체결되는 경우, 추가 토크가 스퍼 기어(55)로부터 샤프트(58) 및 다판 클러치(59)를 통해 스퍼 치형부(38)를 구비한 중공 샤프트(37)로 도입되고, 이어서 스퍼 기어(43)를 통해 우측 차축 섹션(5)에 도입된다. 여기서, 토크 용량, 또는 2개의 전기 기계들(13, 14)의 구동 출력 샤프트들 간의 회전 속도차가 프리휠에서 요구된다. 양 다판 클러치(56, 59)가 체결되는 경우, 차동 장치(22)는 차축-차동 장치 잠금부로 작동한다. 기본적으로, 구동 트레인(1)이 전기 기계(14)에 의해서만 구동되는 것 역시 가능하다. ΔT는 토크 벡터링에 의해 상이한 토크들이 차축 섹션들(4, 5)에 적용될 수 있다는 것을 나타낸다.

도 2에 따른 구현예에서, 다판 클러치들(56, 59)은 변속기(21) 및 유성형 차동 장치(22)의 반대 측면에 배치된다. 이 경우, 액추에이터들 및 센서들을 각각의 다판 클러치의 영역 및 그에 따른 상이한 영역들에 구비하는 것이 필요하다. 이는 구조적 관점 및 제어 관점에 있어서 더 큰 비용을 수반한다.

도 3은 도 2에 따른 구현예의 수정예를 도시하는데, 이는 2개의 다판 클러치들(56, 59)이 서로 인접하게 배치되기 때문에 더 조밀하다. 간단함을 위해, 도 3에 따른 구현예에서는, 구성 또는 기능의 관점에서 도 1 또는 도 2에 따른 구현예들의 부품들에 상응하는 부품들이 동일한 도면부호들로 지시된다.

도 3에 따른 구현예에서, 샤프트(58)는 베어링들(61)에 의해 선 기어(31)를 구비한 중공 샤프트(30) 내에 장착된다.

중공 샤프트(30)는 베어링(62)에 의해 베어링 로드(63) 내에 장착되며, 이 베어링 로드는 베어링(62)으로부터 이격되는 단부의 영역에서 베어링(24) 내에 장착된다. 도 3에 따른 구현예에서, 다판 클러치(56)가 스퍼 기어(55)에 인접하게 배치될 뿐만 아니라, 다판 클러치(59) 역시 스퍼 기어(55) 내에 장착된다. 따라서, 다판 클러치가 체결될 때 토크 흐름이 스퍼 기어(55)로부터 직접 중공 샤프트(30) 및/또는 중공 샤프트(27) 내로 진행된다. 도 2에 따른 구현예에 구비된 바와 같은 토크 전달을 위한 샤프트(58)는 도 3에 따른 구현예에 요구되지 않는다.

Claims

하나 이상의 전기 기계(13, 14), 변속기(21), 차동 장치(22) 및 차축(2)을 포함하며, 차축(2)은 변속기(21) 및 차동 장치(22)를 통해 하나 이상의 전기 기계(13, 14)에 의해 구동될 수 있는, 순수하게 전기적으로 구동 가능한 자동차의 구동 트레인(2)에 있어서,
차동 장치(22)는 유성형 차동 장치 형태이며, 유성형 차동 장치(22)는 하나 이상의 전기 기계(13, 14)에 연결되는 하나의 입력부(32, 33), 및 2개의 출력부들(30, 31, 42; 28, 34, 35, 36, 37, 38)을 포함하고, 하나의 제1 출력부(28, 34, 35, 36, 37, 38)는 차축(2)의 제1 차축 섹션(4)에 연결되며, 다른 제2 출력부(30, 31, 42)는 차축(2)의 다른 제2 차축 섹션(5)에 연결되고, 유성 기어 세트(22)의 입력부(32, 33) 및 출력부들(30, 31, 42; 28, 34, 35, 36, 37, 38)의 회전축들은 중간축(53)을 형성하며, 중간축(53)은 하나 이상의 전기 기계(13, 14)의 로터(17)의 축(15)과 구동 가능한 차축(2) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항에 있어서, 입력부(32, 33)는 유성 기어 세트(22)의 바깥쪽 내부 기어(33)를 포함하고, 하나의 출력부(30, 31, 42)는 유성 기어 세트(22)의 선 기어(31)를 포함하며, 다른 출력부(28, 34, 35, 36, 37, 38)는 유성 기어 세트(22)의 하나 이상의 유성 기어(34)를 구비한 유성 기어 캐리어(28, 35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 전기 기계(13, 14)는 전기 기계(13, 14)의 로터(17)에 연결되는 구동 출력 샤프트(15)를 포함하고, 구동 출력 샤프트(15)는 변속기(21)의 제1 피니언(19)에 고정 연결되어 함께 회전하며, 제1 피니언은 변속기(21)의 제1 스퍼 기어(23)와 맞물리고, 제1 스퍼 기어(23)는 유성 기어 세트(22)의 내부 기어(33)에 연결되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 2개의 전기 기계들(13, 14)을 포함하되, 하나의 제1 전기 기계(13)는 변속기(21)에 영구적으로 결합되며, 다른 제2 전기 기계(14)는 제1 전환 가능한 클러치(20) 또는 프리휠(20)에 의해 상기 변속기로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제4항에 있어서, 분리 가능한 전기 기계(14)는 전기 기계의 로터(17)에 고정 연결되어 함께 회전하는 구동 출력 샤프트(15)를 포함하고, 구동 출력 샤프트(15)는 변속기(21)의 제2 피니언(54)에 고정 연결되어 함께 회전하며, 제2 피니언(54)은 변속기(21)의 제2 스퍼 기어(55)와 맞물리고, 스퍼 기어(55)는 토크-전달 방식으로 제2 전환 가능한 클러치(59)에 의해 유성 기어 세트(22)의 제1 출력부(28, 34, 35, 36, 37, 38) 또는 2개의 차축 섹션들 중 하나(4 또는 5)에 연결되고 그리고/또는 제3 전환 가능한 클러치(56)에 의해 제2 출력부(30, 31, 42) 또는 2개의 차축 섹션들 중 다른 하나(4 또는 5)에 연결되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제5항에 있어서, 제2 및 제3 클러치(56, 59)는 유성 기어 세트(22)의 동일한 측면에 서로 인접하여 배치되거나, 유성 기어 세트(22)의 반대 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 출력부(30, 31, 42; 28, 34, 35, 36, 37, 38)는 하나 이상의 유성 기어(34)를 위한 유성 기어 캐리어(28, 35) 또는 선 기어(31)에 연결되는 기어휠(42; 38)을 포함하고, 기어휠(42 또는 38 각각)은 하나 또는 다른 하나의 차축 섹션(4, 5)에 각각 고정 연결되어 함께 회전하는 기어휠(47 또는 43 각각)과 맞물리는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 차축 섹션들(4, 5)은 하나가 다른 하나의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 차축 섹션들(4, 5) 및/또는 내부 기어(33) 및/또는 선 기어(31) 및/또는 하나 이상의 유성 기어(34)를 위한 유성 기어 캐리어(28, 35)는 니들-롤러 베어링들에 의해 장착되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 가능한 차축(2)은 자동차의 후방 차축인 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제10항에 있어서, 하나 이상의 전기 기계(13, 14)는 후방 차축(2) 인근에, 특히 후방 차축(2)의 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 트레인은 승용차, 특히 스포츠카의 구동 트레인(1)인 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기(21) 및/또는 유성형 차동 장치(22)는 스퍼 기어(들)의 형태인 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 전기 기계(13) 또는 양 전기 기계(13, 14)는 자동차의 주행 방향(3)에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 트레인(1)은 독립적인 차륜 현가 구성을 가지며, 구동된 차축(2)은 관절연결식 샤프트들을 구비한 2개의 차축 섹션들(4, 5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 트레인.