KR20180040684A - 하이브리드 구동 시스템용 클러치 장치 - Google Patents

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엘마 로렌츠
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 제1 입력측과 제2 입력측, 그리고 제1 출력측과 제2 출력측을 포함하는 클러치 장치에 관한 것으로, 상기 입력측들과 출력측들은 공통 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 클러치 장치는 제1 입력측과 제1 출력측 사이의 제1 클러치, 및 제1 입력측과 제2 출력측 사이의 제2 클러치도 포함한다. 추가로 제3 클러치가 제1 입력측과 제2 입력측 사이에 제공된다. 제1 유압 작동 장치는 제1 클러치에 할당되고, 제2 유압 작동 장치는 제2 클러치에 할당되며, 제3 유압 작동 장치는 제3 클러치에 할당된다. 작동 장치들 중 하나의 축 방향 작동력을 흡수하는 반경 방향 플랜지는, 반경 방향으로 연장되어 작동 장치들 중 하나로 이어지는 유압 유체용 공급부를 포함한다.

Description

하이브리드 구동 시스템용 클러치 장치
본 발명은 클러치 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 하이브리드 구동 시스템을 위한 클러치 장치에 관한 것이다.
자동차는 전기 기계로서 구현되는 제1 구동 엔진과, 연소 엔진(combustion engine)으로서 구현되는 제2 구동 엔진을 포함한다. 자동차의 구동은 하이브리드 방식으로, 다시 말해 제1 구동 엔진 및/또는 제2 구동 엔진이 임의로 조합되어 수행될 수 있다. 이를 위해, 자동차의 구동 엔진들과 변속기 사이에 클러치 장치가 제공된다.
DE 10 2009 059 944 A1호는 하이브리드 구동 자동차를 위한 클러치 장치에 관한 것이다.
본 발명의 과제는, 하이브리드 구동 시스템에서도 이용될 수 있는 클러치 장치의 구성을 위한 또 다른 변형예들을 제시하는 것이다. 특히 본 발명의 과제는, 클러치들 중 하나의 작동을 위한 작동 장치로 이어지는 유압 공급 라인의 바람직한 안내를 제시하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항의 대상에 의해 해결된다. 종속 청구항들에는 바람직한 실시예들이 제시되어 있다.
클러치 장치는 제1 입력측과 제2 입력측, 그리고 제1 출력측과 제2 출력측도 포함하며, 입력측들과 출력측들은 공통 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 클러치 장치는 제1 입력측과 제1 출력측 사이의 제1 클러치, 그리고 제1 입력측과 제2 출력측 사이의 제2 클러치도 포함한다. 추가로, 제3 클러치가 제1 입력측과 제2 입력측 사이에 제공된다. 제1 유압 작동 장치는 제1 클러치에 할당되고, 제2 유압 작동 장치는 제2 클러치에 할당되며, 제3 유압 작동 장치는 제3 클러치에 할당된다. 작동 장치들 중 하나의 축 방향 작동력을 흡수하는 반경 방향 플랜지는 반경 방향으로 연장되어 작동 장치들 중 하나로 이어지는 유압 유체용 공급부를 포함한다.
제1 클러치와 제2 클러치는 반경 방향으로 오프셋되어 배치될 수 있다. 그러나 제1 클러치와 제2 클러치를 축 방향으로 오프셋되게 배치하는 것이 바람직하다.
플랜지는, 서로 분리되어 반경 방향으로 연장되며 상이한 작동 장치들로, 특히 제1 및 제2 작동 장치로 이어지는 유압 유체용 공급부들을 포함할 수 있다.
상기 공급부는 작동 장치로부터 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 또는 반경 방향으로 안쪽을 향해 연장될 수 있다.
출력측들 중 하나는 동축 보어를 구비한 샤프트를 포함할 수 있으며, 이 경우 공급부는 바람직하게 보어 내로 통한다.
공급부는 반경 방향 외부면 상에서 폐쇄 몸체에 의해 폐쇄될 수 있고, 폐쇄 몸체는 반경 방향으로 전기 기계에 인접하며, 상기 전기 기계는 반경 방향으로 제1 입력측의 바깥쪽에 장착된다. 이 경우, 폐쇄 몸체의 추가 고정은 더 이상 요구되지 않을 수 있다. 그로 인해 클러치 장치의 조립 또는 분해가 간소화될 수 있다.
바람직하게 총 3개의 클러치는, 부분적으로 액상 매체로 채워져 있는 공통 하우징 내에 배치된다. 액상 매체는 특히 오일을 포함할 수 있다. 작동 장치들 중 하나가 유압식이라면, 그 작동 장치의 작동 매체는 상기 매체와 동일한 유체를 포함할 수 있다.
제1 입력측은 바람직하게 전기 기계의 로터와 연결되도록 구성된다. 로터는 바람직하게 반경 방향 바깥쪽에서 전기 기계의 스테이터에 의해 에워싸인다. 제2 입력측은 바람직하게 내연기관의 출력 샤프트와 연결되도록 구성된다.
이제 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더 정확하게 기재된다.
도 1은 클러치 장치의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 클러치 장치의 또 다른 실시예들을 각각 도시한 도면이다.
도 1에는, 예시적인 클러치 장치(100)가 도시되어 있다. 회전축(105)의 둘레에는 제1 입력측(110), 제2 입력측(115), 제1 출력측(120) 및 제2 출력측(125)이 배치된다.
제1 클러치(130)는 제1 입력측(110)과 제1 출력측(120) 사이에 배치되고, 제2 클러치(135)는 제1 입력측(110)과 제2 출력측(125) 사이에 배치되며, 선택적인 제3 클러치(140)는 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 클러치(130 및 135)는 반경 방향으로, 또는 바람직하게는 축 방향으로 서로 상대적으로 오프셋되어 축 방향 듀얼 클러치를 형성한다. 제3 클러치(140)는 바람직하게는 다른 두 클러치(130 및 135) 중 적어도 하나의 클러치에 대해 축 방향으로 오프셋된다.
제1 입력측(110)은 일반적으로 로터(150)와 스테이터(155)를 포함하는 전기 기계(145)와 연결되도록 구성된다. 바람직하게 전기 기계(145)는 내부 로터 유형이며, 로터(150)는 반경 방향으로 스테이터(155)의 안쪽에 위치한다. 이 경우, 더 바람직하게는, 스테이터(155)가 하나 이상의 솔레노이드를 포함하고, 로터(150)는 하나 이상의 영구 자석을 포함한다. 로터(150)는 바람직하게 반경 방향으로 클러치들(130, 135 및 140)의 바깥쪽에 위치하며, 도시된 실시예에서 리벳 결합에 의해 제1 입력측(110)과 연결된다. 제2 입력측(115)은 바람직하게 내연기관, 특히 연소 엔진, 더욱 바람직하게는 왕복형 엔진과 연결되도록 구성된다.
출력측들(120 및 125)은 듀얼 변속기(미도시)의 입력 샤프트들과 연결되도록 구성된다. 듀얼 변속기는 통상 또 다른 변속 기어쌍을 이용하여 공통 출력 샤프트와 입력 샤프트들 각각을 연결하도록 구성된다. 자동차에 파워 트레인이 배치된 경우, 출력 샤프트는 결국 자동차의 구동 휠에 작용할 수 있다. 하나의 변속단을 선택하기 위해서는 대개 클러치들 중 하나(130 또는 135)는 체결되고, 각각 다른 클러치(130, 135)는 개방된다. 바람직하게, 듀얼 변속기는 각각의 변속기 샤프트 상에 복수의 변속 기어쌍을 포함하며, 이들 변속 기어쌍들이 각각 하나의 변속단을 실현한다. 변속 기어쌍은 일반적으로, 자신에 할당된 클러치(130, 135)가 바로 개방되는 출력 샤프트(120, 125)와 연결될 때, 체결되거나 체결 해제될 수 있다.
클러치 장치(100)는 특히 자동차의 파워 트레인 내에서 이용되도록 구성된다. 이 경우, 자동차는 바람직하게 하이브리드 방식으로 구동될 수 있는데, 다시 말해 선택적으로 연소 엔진을 통해 구동되거나, 전기 기계(145)를 통해 구동되거나, 또는 이들 두 구동 엔진 모두를 통해 구동될 수 있다. 연소 엔진이 이용된다면, 제3 클러치(140)가 체결된다. 전기 기계(145)가 이용된다면, 상기 전기 기계는 통상 토크가 전달될 수 있도록 전기적으로 제어된다. 두 구동 엔진은 양의 토크뿐 아니라 음의 토크도 파워 트레인 내로 유입시킬 수 있다. 또한, 전기 기계(145)는 파워 트레인에서 운동 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 이 전기 에너지는 예컨대 에너지 저장 장치 내에 일시적으로 저장될 수 있다. 본원의 클러치 장치(100)는 자신의 콤팩트한 구성으로 인해 특히 자동차 내 전륜 횡치 장착에 적합하다.
제1 클러치(130)에는 제1 작동 장치(160)가 할당되고, 제2 클러치(135)에는 제2 작동 장치(165)가 할당되며, 제3 클러치(140)에는 제3 작동 장치(170)가 할당된다. 바람직하게는 총 3개의 작동 장치(160, 165 및 170)가 유압식으로 작동하고, 각각 클러치들(130, 135 및 140) 중 하나로 축 방향 작동력을 가하도록 구성되며, 그럼으로써 클러치들(130, 135 또는 140)의 마찰 부재들은, 마찰 결합을 생성하여 마찰 부재들 간에 토크를 전달하기 위해, 축 방향으로 서로 압축된다. 바람직하게 마찰 부재들은 할당된 작동 장치(160, 165, 170)와 축 방향 스러스트 베어링 사이에서 각각 압착된다. 또한, 바람직하게는, 유압식 작동 장치들(160, 165 및 170)은, 예를 들어 밸브 또는 펌프에 의해 가압된 매체가 목표한 바대로 각각의 작동 장치(160, 165 또는 170)의 유압 작동 챔버 내로 유입되거나, 또는 상기 유압 작동 챔버로부터 방출됨으로써, 각자 능동적으로 제어될 수 있다. 그 대안으로, 예컨대 원심 오일 제어식 작동(centrifugal-oil controlled actuation)도 제공될 수 있다.
3개의 클러치(130, 135 및 140)는 바람직하게는 적어도 부분적으로 액상 매체(180), 특히 오일로 채워질 수 있는 공통 하우징(175) 내에 배치된다. 또한, 매체(180)는 작동 장치들(160, 165 및 170) 중 일 작동 장치의 작동 매체(유압 유체)로서도 이용될 수 있다. 클러치들(130, 135 및 140)은 바람직하게 각각 습식 작동식이며, 서로 독립적으로 단판 클러치 또는 다판 클러치로서 구성될 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)가 이들 클러치(130, 135)를 통한 토크 흐름의 섬세한 개방 및 폐쇄를 허용하기 위해 다판 타입이다. 제3 클러치(140)는 도시한 것처럼 단판 타입일 수도 있는데, 이 경우 제3 클러치(140)는, 슬립 상태에서는 가급적 작동되지 않는 시프팅 클러치로서 구성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 축 방향으로 제1 클러치(130)와 제2 클러치(135) 사이에 반경 방향 플랜지(185)가 스러스트 베어링으로서 위치되며, 이 스러스트 베어링 쪽으로 클러치들(130, 135)이 각각 할당된 작동 장치(160, 165)에 의해 압착될 수 있다. 작동 장치들(160, 165, 170)의 작동력은 바람직하게 클러치 장치(100)의 내부에서 지지되므로, 그에 기인하는 힘은 바깥쪽을 향해 지지되지 않는다.
클러치 장치(100)가 전기 기계(145)를 포함하지 않는 파워 트레인에서 이용된다면, 제3 클러치(140)는 생략될 수도 있다. 이런 경우, 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115)은 서로 일치한다.
도시된 실시예에서는, 비록 다른 실시예들에서는 예컨대 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)의 반경 방향 배치가 선택될 수 있다고 하더라도, 3개의 클러치(130, 135 및 140)는 축 방향으로 배치된다. 도시된 축 방향 구조에서, 반경 방향 플랜지(185)는 바람직하게 축 방향으로 클러치들(130 및 135) 사이에 위치한다.
본원의 제안에 따라, 플랜지(185)는 특히 매체(180)에 상응할 수 있는 유압 유체(180)를 위해 반경 방향으로 연장되는 공급부(190)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 공급부(190)는 반경 방향으로 플랜지(185)를 완전히 통과하여 연장된다. 반경 방향 외부면 상에서 공급부(190)는 전기 기계(145)의 로터(150)에 의해 폐쇄되는데, 이런 폐쇄는 또 다른 실시예에서는 제1 입력측(110)에 의해서도 수행될 수 있다. 반경 방향 내부면 상에서 공급부(190)는, 제1 출력측(120) 내의 반경 방향 보어가 제1 출력측(120)의 동축 보어(195) 내로 이어지는 영역에서 개방된다. 이 경우, 제1 출력측(120)은 바람직하게 중공 샤프트로서 구현되고, 보어(195)는 바람직하게 회전축(105)에 대해 동심으로 연장된다.
플랜지(185)의 반경 방향 중앙 영역에 제1 작동 장치(160)가 배치되며, 이 제1 작동 장치는 예컨대 축 방향 보어에 의해 공급부(190)와 유체공학적으로 연결되는 유압 작동 챔버(205)를 포함한다. 종합하면, 도시된 실시예의 경우 작동 장치(160)는, 가압된 유체(190)가 축 방향으로 제1 출력측(120) 내로 유입됨으로써 활성화될 수 있다. 제1 작동 장치(160)의 복원은 바람직하게, 특히 다이어프램 스프링으로서 형성될 수 있는 탄성 부재(210)에 의해 수행된다.
도시된 실시예에서, 제1 작동 장치(160)의 유압 피스톤은 반경 방향으로 안쪽을 향해 제1 출력측(120)의 영역 내에까지 연장된다. 회전수의 영향하에 반경 방향 바깥쪽으로 밀려나오는 유체(180)가 제1 작동 장치(160)를 의도치 않게 개방하는 점을 방지하기 위해, 바람직하게는 작동 챔버(205)의 바깥쪽에 존재하면서 동일한 회전수의 영향을 받는 유체(180)가 피스톤의 외부면 상으로 안내되게 함으로써, 원심 오일 보상(centrifugal oil compensation)을 제공한다.
제2 작동 장치(165)는, 도 1에 도시된 것처럼, 동일한 방식으로 유압 유체를 공급받을 수 있다. 제2 작동 장치(165)는 제1 작동 장치(160)와 반사 대칭으로 구성되고, 제2 작동 장치(165)로 이어지는 공급 라인들은 바람직하게 마찬가지로 제1 작동 장치(160)의 공급 라인들과 반사 대칭으로 연장된다. 플랜지(185)는 바람직하게, 제1 작동 장치(160)를 위한 공급부(190)로부터 분리되어 연장되는 추가 공급부(190)를 포함한다. 반경 방향 안쪽 단부에는 두 공급부(190)의 개구들이 바람직하게 축 방향으로 오프셋되어 위치한다. 유체(180)가 샤프트, 특히 제1 출력측(120)을 통과하여 공급부들(190)로 전달된다면, 샤프트는 이를 목적으로 바람직하게 분리된 보어들을 구비한다. 공급부들 중 하나는 2개의 동심 샤프트 사이, 특히 출력측들(120과 125) 사이에서 축 방향으로 연장되는 환형 갭 내에서 종결될 수도 있다.
제3 작동 장치(170)는, 도시된 실시예에서, 하우징(175)의 일부분 내에 통합되어 배치된다. 이 경우, 유압 공급부는 통상 플랜지(185)의 영역을 통과하여 연장되지 않는다. 여기서 제3 클러치(140)에 작용하는 작동력은 작동 부재(215)에 의해 전달되고, 제3 작동 장치(170)와 제3 클러치(140) 사이의 회전 운동은 예컨대 구름 베어링(220)에 의해 결합 해제된다.
도 2에는, 도 1의 클러치 장치(100)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 여기에 도시된 실시예는 주로, 제3 작동 장치(170)가 플랜지(185)의 영역에 배치된다는 점에서 도 1의 실시예와 구분된다. 바람직하게는, 유압 작동 챔버들(205)을 한정하고, 할당된 유압 피스톤들에 의해 폐쇄되는 축 방향 함몰부들을 플랜지(185)가 제공함으로써, 3개의 작동 장치(160, 165 및 170)가 플랜지(185)와 함께 통합 형성된다. 여기서 제3 클러치(140)를 위한 작동 부재(215)는 제1 클러치(130)의 반경 방향 외부면 상에서 축 방향으로 연장된다.
도시된 실시예에서 공급부(190)는 반경 방향 외부면 상에서 여기서는 구체(ball)로서 구현된 폐쇄 몸체(222)에 의해 폐쇄된다. 폐쇄 몸체(222)의 고정은 바람직하게 전기 기계(145)의 반경 방향 바깥쪽에 위치하는 로터(150)에 의해 수행된다.
제1 및 제2 작동 장치(160 및 165)로 이어지는 공급부들(190)은 플랜지(185) 내에서 반경 방향으로 안쪽을 향하는 대신 바깥쪽을 향해 연장되고, 예컨대 서로 분리된 라인들(225) 내로 통하며, 도 2에는 이들 라인 중 단 하나만 도시되어 있다. 이 경우, 라인들(225)은 예를 들어 반경 방향으로 제2 클러치(135)의 바깥쪽에서 축 방향으로 연장된다.
도 3에는, 도 1의 클러치 장치(100)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 실시예와 달리, 여기서는 제2 클러치(135)의 반경 방향 외부면 상에서 플랜지(185)를 통과하는 공급부가 라인(225)에 의해 실현된다. 그 대안으로, 작동 장치들(160 및 165)을 위한 공급부들(190)이 반경 방향으로 안쪽을 향해 안내될 수 있거나(도 1 참조), 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 안내될 수 있다(도 2 참조).
또한, 도 4에는, 도 1의 클러치 장치(100)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시된 실시예는, 주로 작동 장치들(160 및 165)을 위한 공급부들(190)의 안내에 있어서 도 2에 도시된 실시예와 차이가 있다. 두 공급부(190) 모두 플랜지(185) 내에서 먼저 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 연장되고, 반경 방향으로 제2 클러치(135)의 바깥쪽에서 축 방향으로 우측을 향해 연장된다. 그곳에서 공급부들(190)은 서로 분리된 라인들(225)로 전이되고, 이 라인들은 바람직하게 회전축(105) 둘레의 주연부에서 오프셋되어 반경 방향으로 안쪽을 향해 안내된다.
바람직하게, 라인들(225)은 회전축(105)을 중심으로 하는 라인들(225)의 회전과 무관하게 라인들(225)에 대한 유압 연결을 보장하는 결합 해제 장치(230)에서 종결된다. 실질적으로 결합 해제 장치(230)는, 라인(225) 내로 통하는 반경 방향 통로(240)를 구비한 반경 방향 외부 부재(235)와, 축 방향으로 상기 통로(240)에 대향해 있는 환형 그루브(250)를 구비한 반경 방향 내부 부재(245)를 포함한다. 상기 장치는 도 1의 실시예에서 플랜지(185)와 제1 출력측(120) 사이의 유압 유체(180)의 안내부와 유사하다.
도 5에는, 도 1의 클러치 장치(100)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 실질적으로 도 2에 도시된 실시예에 상응한다.
앞에 기술한 도 1 내지 도 5의 실시예들의 특징들은, 클러치 장치들에 대해 통상의 기술자가 용이하게 인식할 수 있는 것처럼, 개별적으로 임의로 서로 조합될 수 있다.
100: 클러치 장치
105: 회전축
110: 제1 입력측
115: 제2 입력측
120: 제1 출력측
125: 제2 출력측
130: 제1 클러치
135: 제2 클러치
140: 제3 클러치
145: 전기 기계
150: 로터
155: 스테이터
160: 제1 작동 장치
165: 제2 작동 장치
170: 제3 작동 장치
175: 하우징
180: 액상 매체
185: 플랜지
190: 공급부
195: 보어
205: 유압 작동 매체
210: 탄성 부재
215: 작동 부재
220: 구름 베어링
222: 폐쇄 몸체
225: 라인
230: 결합 해제 장치
235: 외부 부재
240: 통로
245: 내부 부재
250: 환형 그루브

Claims (10)

  1. 클러치 장치(100)로서, 이 클러치 장치는,
    - 입력측들(110, 115)과 출력측들(120, 125)이 공통 회전축(105)을 중심으로 회전할 수 있는 조건에서,
    - 제1 입력측(110) 및 제2 입력측(115);
    - 제1 출력측(120) 및 제2 출력측(125);
    - 제1 입력측(110)과 제1 출력측(120) 사이의 제1 클러치(130);
    - 제1 입력측(110)과 제2 출력측(125) 사이의 제2 클러치(135);
    - 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115) 사이의 제3 클러치(140);
    - 제1 클러치(130)에 할당된 제1 유압 작동 장치(160); 제2 클러치(135)에 할당된 제2 유압 작동 장치(165); 그리고 제3 클러치(140)에 할당된 제3 유압 작동 장치(170); 및
    - 상기 작동 장치들(160, 165, 170) 중 하나의 축 방향 작동력을 흡수하는 반경 방향 플랜지(180);를 포함하며,
    - 상기 플랜지(185)는, 반경 방향으로 연장되어 작동 장치들(160, 165, 170) 중 하나로 이어지는 유압 유체(180)용 공급부(190)를 포함하는, 클러치 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 제1 클러치(130)와 제2 클러치(135)는 축 방향으로 서로 오프셋되는, 클러치 장치(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플랜지(185)는, 서로 분리되어 반경 방향으로 연장되며 제1 작동 장치(160) 및 제2 작동 장치(165)로 이어지는 유압 유체(180)용 공급부들(190)을 포함하는, 클러치 장치(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급부는 작동 장치(160, 165, 170)로부터 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 연장되는, 클러치 장치(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급부는 작동 장치(160, 165, 170)로부터 반경 방향으로 안쪽을 향해 연장되는, 클러치 장치(100).
  6. 제5항에 있어서, 출력측들(120, 125) 중 하나는 동축 보어(195)를 구비한 샤프트를 포함하고, 공급부(190)는 상기 보어(195) 내로 통하는, 클러치 장치(100).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 공급부(190)는 반경 방향 외부면 상에서 폐쇄 몸체(220)에 의해 폐쇄되고, 상기 폐쇄 몸체는 반경 방향으로 전기 기계(150)에 인접하며, 상기 전기 기계는 반경 방향으로 제1 입력측(110)의 바깥쪽에 장착되는, 클러치 장치(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 총 3개의 클러치(130, 135, 140)는, 부분적으로 액상 매체(180)로 채워져 있는 공통 하우징(175) 내에 배치되는, 클러치 장치(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 입력측(110)은 전기 기계(145)의 로터(150)와 연결되도록 구성되는, 클러치 장치(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 입력측(115)은 내연기관의 출력 샤프트와 연결되도록 구성되는, 클러치 장치(100).
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