KR20180094014A - 차량용 구동렬 - Google Patents

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KR20180094014A
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KR
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electric machine
vehicle
air
compressor
drive
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Application number
KR1020187019652A
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English (en)
Inventor
롤란트 노어덴
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B60K6/24—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the combustion engines
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Abstract

본 발명은, 차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계(6)와; 차량(2)의 실내(5)를 냉각시키기 위해 공기 조절 압축기(19)(air conditioning compressor), 증발기(17), 응축기(18), 및 팽창 밸브(16)를 갖는 냉기 회로(14)와; 공기 조절 압축기(19)를 기계식으로 구동시키기 위한 구동 유닛;을 포함하는, 특히 전기차 또는 하이브리드 차량으로서의 차량을 위한 구동렬(1)에 관한 것이며, 이 경우에는 전기 기계(6)가 기계식 압축기-커플링 수단(20)에 의해서 공기 조절 압축기(19)와 기계식으로 결합되어 있음으로써, 결과적으로 차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계(6)는 추가로 공기 조절 압축기(19)의 기계식 구동을 위해서도 이용된다.

Description

차량용 구동렬
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 구동렬, 및 구동렬을 작동시키기 위한 청구항 12의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.
연소 엔진에 의해서만 구동되는, 다시 말해 예를 들어 가솔린 또는 가스와 같은 화석 연료를 사용해서만 구동되는 자동차는 높은 연료 소모를 갖는다. 연료 소모를 줄이기 위하여, 차량으로서의 자동차를 하이브리드 차량으로서 연소 엔진 및/또는 전기 기계에 의해 구동시키거나, 차량을 오로지 전기 기계 하나에 의해서만 구동되는 순수 전기차로서 형성하는 것이 공지되어 있다. 하이브리드 차량 및 전기차는 전기 기계에 의해서 구동되는 경우에는 실내를 가열하기에 충분한 폐열을 갖지 않는다. 전동기로서 작동하는 경우에 나타나는 전기 기계의 높은 효율로 인해, 전동기로서의 전기 기계에서 생성되는 폐열은 실내를 가열시키기에 충분하지 않다. 이와 같은 이유에서 실내는, 전기차 또는 하이브리드 차량이 오로지 전동기로서의 전기 기계에 의해서만 구동되는 경우, 추가의 전기식 저항 가열 장치에 의해서 가열된다. 그렇기 때문에, 단점적으로, 복잡하고 값 비싼 추가의 전기식 저항 가열 장치, 예를 PTC-가열기가 필요하다.
전기 기계 및 전력 전자 장치는 전기 기계용 하우징 및 전력 전자 장치용 하우징이 분리된 별도의 모듈 유닛으로서 형성되어 있다. 전력 전자 장치는 배터리로부터 유래하는 직류를, 전동기를 작동시키기 위한 교류로 변환시킨다. 이와 같은 이유에서, 차량 내부에서는, 전기 기계와 전력 전자 장치 사이에 상응하는 전기식 플러그 커넥터를 갖는 복잡한 전력 연결부가 필요하다. 이와 같은 상황은 단점적으로, 추가의 조립 복잡성과, 또 다른 부품들 및 구성 요소들을 필요로 한다. 전기 기계는 냉각 액체 라인을 갖춘 냉각 회로에 의해서 냉각된다. 순환 펌프가 냉각 액체를 냉각 회로 내에서 또는 냉각 액체 라인 내에서 순환시킴으로써, 결과적으로 이로 인해서는 전기 기계의 폐열이 주변 공기 열 전달기에서 주변 공기로 송출될 수 있다. 하이브리드 차량 내에는, 전기 기계를 냉각시키기 위한 저온 냉각 회로로서의 상기 냉각 회로 외에, 연소 엔진을 냉각시키기 위한 또 하나의 고온 냉각 회로가 더 존재한다.
예를 들어 여름에 외부 온도가 높은 경우, 차량 실내에 공급될 공기를 냉각시키기 위하여, 기계식 공기 조절 압축기를 갖는 냉기 회로가 존재한다. 기계식 공기 조절 압축기는 오로지 기계식 공기 조절 압축기를 구동시킬 목적으로만 제공된 별도의 전동기에 의해서 구동된다. 기계식 공기 조절 압축기를 구동시킬 목적으로만 제공된 이와 같은 전동기는 배터리로부터 유래하는 전기 에너지에 의해서 구동된다. 배터리는 일반적으로, 차량을 구동시키기 위한 전기 기계에도 전기 에너지를 공급하는 고전압 트랙션 배터리(high voltage traction battery)이다. 이로 인해, 단점적으로는, 공기 조절 압축기를 구동시킬 목적으로만 제공되는 추가의 전동기가 필요하다.
DE 10 2009 060 860 A1호는, 특히 전기차 또는 하이브리드 차량의 하나 이상의 차량 구성 요소들 및 차량 실내의 온도를 조절하기 위한 하나 이상의 온도 조절 회로 및 하나 이상의 냉매 회로를 구비한 차량용 공기 조화 시스템을 보여주며, 이 경우에는 온도 조절 회로로부터 열을 흡수하기 위한 하나 이상의 장치 및 온도 조절 회로로 열을 송출하기 위한 하나 이상의 장치가 제공되어 있다.
특히 전기차 또는 하이브리드 차량으로서의 차량을 위한 본 발명에 따른 구동렬은 차량의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계와; 차량의 실내를 냉각시키기 위해 공기 조절 압축기(air conditioning compressor), 증발기, 응축기, 및 팽창 밸브를 갖는 냉기 회로와; 공기 조절 압축기를 기계식으로 구동시키기 위한 구동 유닛;을 포함하며, 이 경우에는 차량의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계가 기계식 압축기-커플링 수단에 의해서 공기 조절 압축기와 기계식으로 결합되어 있음으로써, 결과적으로 전기 기계는 추가로 공기 조절 압축기의 기계식 구동을 위해서도 이용되며 그리고/또는 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기, 압축기-커플링 수단, 바람직하게는 구동-커플링 수단 및 바람직하게는 전기 기계용 전력 전자 장치는 하나의 모듈 유닛으로 통합되어 있으며 그리고/또는 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기, 압축기-커플링 수단, 바람직하게는 구동-커플링 수단 및 바람직하게는 전기 기계용 전력 전자 장치는 단일 부재형 또는 다중 부재형의 공동 하우징 내부에 배열되어 있으며 그리고/또는 구동렬은 전기 기계를 냉각시키기 위한 유압식 냉각 회로를 포함하고, 이 냉각 회로는 냉각 액체를 통과시키기 위한 냉각 액체 라인; 순환 펌프; 전기 기계로부터 유래하는 열을 냉각 액체 내로 전달하기 위한 전기 기계 열 전달기; 및 냉각 액체로부터 유래하는 열을 주변 공기로 전달하기 위한 주변 열 전달기;를 포함하며 그리고/또는 냉기 회로의 증발기는 전력 전자 장치로부터 유래하는 폐열을 증발기로 안내하기 위하여 또는 증발기를 이용해서 전력 전자 장치를 냉각시키기 위하여 전력 전자 장치와 열적으로 연결되어 있다. 이로 인해, 전기 기계는 차량의 구동 또는 견인을 위해서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 추가로 기계식 공기 조절 압축기를 구동시키기 위해서도 사용될 수 있다. 이로 인해, 바람직하게는, 오로지 공기 조절 압축기의 구동만을 목적으로 하는 추가의 전동기가 필요치 않게 된다. 이렇게 함으로써, 비용이 줄어들 수 있고, 구동렬의 중량이 축소될 수 있다.
추가의 일 실시예에서는, 기계식 압축기-커플링 수단이 압축기-클러치를 포함함으로써, 결과적으로 전기 기계와 공기 조절 압축기 사이의 기계식 결합은 연결 및 차단 가능하며 그리고/또는 기계식 압축기-커플링 수단은 압축기 샤프트를 포함한다. 이로써, 차량을 구동시키기 위한 전기 기계와 공기 조절 압축기 사이에 있는 기계식 결합은 연결 및 차단될 수 있거나, 결합 가능하고 결합 해제 가능하다. 외부 온도가 상응하게 낮은 경우에 실내를 냉각시키기 위한 냉기 회로가 필요치 않고, 이로써 공기 조절 압축기의 기계식 구동도 필요치 않다면, 전기 기계와 공기 조절 압축기 사이에서 이루어지는 기계식 결합이 분리될 수 있으므로, 결과적으로 전기 기계에 의해서 제공되는 기계 에너지는 공기 조절 압축기의 구동을 위해서 사용되지 않는다. 따라서, 전기 기계와 공기 조절 압축기 사이에서 이루어지는 기계식 결합은, 공기 조절 압축기가 작동되는 경우에만 필요하게 되고 또한 존재하게 된다.
추가의 일 실시예에서, 구동렬은 하나 이상의 구동 휠과 전기 기계를 기계식으로 결합하기 위한 기계식 구동-커플링 수단을 포함한다.
바람직하게, 기계식 구동-커플링 수단은 기계식 변속기 및/또는 구동 샤프트 및/또는 구동-클러치를 포함한다. 전기 기계와 하나 이상의 구동 휠 사이에 있는 기계식 결합은 구동-클러치에 의해서 연결 및 차단 가능하다.
추가의 일 변형예에서, 구동-클러치가 결합 해제되었고 압축기-클러치가 결합된 경우, 전기 기계의 기계 에너지에 의해서는 오로지 공기 조절 압축기만 구동 가능하다. 이로써, 차량의 주차 동안, 다시 말해 차량 정지 상태에서 그리고 실내에 냉각이 필요한 경우, 구동-클러치가 결합 해제된 동안 그리고 압축기-클러치가 결합된 동안에는, 전기 기계의 기계 에너지가 오로지 공기 조절 압축기로만 전달될 수 있다. 따라서, 차량의 주차 또는 정차 동안에도, 공기 조절 압축기에 의해서 구동되는 냉기 회로를 이용한 실내 냉각이 가능하다.
보완적인 일 변형예에서는, 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기, 압축기-커플링 수단, 바람직하게는 구동-커플링 수단 및 바람직하게는 전기 기계용 전력 전자 장치가 하나의 모듈 유닛으로 통합되어 있으며 그리고/또는 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기, 압축기-커플링 수단, 바람직하게는 구동-커플링 수단 및 바람직하게는 전기 기계용 전력 전자 장치가 단일 부재형 또는 다중 부재형의 공동 하우징 내부에 배열되어 있다. 이로 인해, 바람직하게는, 예를 들어 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기 및 전력 전자 장치를 위한 별도의 하우징이 필요치 않게 된다. 이와 같은 모듈 유닛 내에는 또한 전력 전자 장치와 전기 기계 사이에 전기식 연결이 이미 존재함으로써, 결과적으로 이로 인해서는 이를 위한 모듈 유닛 외부에서 자동차에 추가의 라인 및 전기식 플러그 커넥터가 생성되지 않는다. 이로 인해, 자동차 또는 차량의 조립이 용이해질 수 있다.
보완적인 일 실시예에서, 구동렬은 전기 기계를 냉각시키기 위한 유압식 냉각 회로를 포함하고, 냉각 회로는 냉각 액체를 통과시키기 위한 냉각 액체 라인; 순환 펌프; 전기 기계로부터 유래하는 열을 냉각 액체 내로 전달하기 위한 전기 기계 열 전달기; 및 냉각 액체로부터 유래하는 열을 주변 공기로 전달하기 위한 주변 열 전달기;를 포함한다. 전기 기계를 냉각시키기 위한 냉각 회로는 저온 냉각 회로이다.
보완적인 일 실시예에서, 냉각 회로 내에는, 냉각 액체로부터 유래하는 열을, 차량 실내로 도입될 공기로 전달하기 위한 난방열 전달기가 설치되어 있다. 이로 인해, 전기 기계에 의해서 송출되는 폐열은 난방열 전달기를 이용하여, 차량 실내로 도입될 공기로 송출될 수 있다. 따라서, 전기 기계의 폐열이 바람직하게는 차량의 실내를 가열하기 위해 사용될 수 있음으로써, 결과적으로 이로 인해서는 전기 에너지가 절약될 수 있다.
추가의 일 실시예에서, 전기 기계의 회전수가 사전에 결정되어 일정하고 토크가 일정한 경우, 차량의 실내로 도입될 공기를 가열하기에 충분한 폐열을 전기 기계로부터 얻기 위해 전기 기계에 의해서 송출되는 폐열이 변동될 수 있도록, 특히 증가할 수 있도록, 전력 전자 장치를 이용하여 전기 기계의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어가 변동될 수 있다. 이로 인해, 전기 기계에 의해서 송출되는 폐열은 전기 기계의 일정한 작동 상태에서 변동될 수 있거나 변동 가능하며, 이로써 차량의 실내를 위한 열 수요에 매칭되거나 매칭 가능하다. 이로써, 전기 기계의 폐열로부터는 실내를 가열하기에 충분한 열이 제공되며, 그 결과 이로 인해서는 바람직하게 실내에 공급되는 공기를 가열하기 위한 추가의 전기식 저항 가열 장치가 전혀 필요치 않게 된다. 실내를 가열하기 위한 열에 대한 수요가 전혀 존재하지 않거나 전기 기계의 기존의 폐열이 실내를 가열시키기에 충분하다면, 전기 기계는, 제공되는 전기 에너지로부터 최대의 효율로 최대값의 기계 에너지가 송출되도록 작동된다. 하지만, 기계 에너지와 관련하여 최적화되었거나 최대화된 상기와 같은 전기 기계의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어에서 전기 기계의 폐열이 실내를 가열시키기에 더 이상 충분치 않다면, 전기 기계의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어는, 전기 기계가 더 큰 폐열량을 제공하도록 전력 전자 장치에 의해서 변동된다. 이와 같은 변동이 예를 들어 고정자의 전자석에 공급되는 전력의 상응하는 변동에 의해 이루어짐으로써, 결과적으로 이로 인해서는 송출되는 기계 에너지가 일정한 경우, 폐열은 더 이상 전자석에 그리고/또는 회전자에 제공되지 않는다. 이 목적을 위해, 전력 전자 장치 내에는 그리고/또는 상응하는 컴퓨터 유닛 내에는, 전기 기계를 필요에 따라 전력 손실 최대화된 방식으로 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하기 위해 상응하는 소프트웨어가 저장되어 있다. 구조적으로 볼 때 전기 기계, 특히 고정자는, 전자석을 상응하게 코일로서 감음으로써 그리고/또는 코일을 회전자에 대해 기하학적으로 배열함으로써, 전기 기계의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어의 상응하는 변동에 의하여, 특히 고정자의 전자석에 공급되는 전력의 상응하는 변동에 의하여, 전기 기계에 의해서 송출되는 폐열의 변동이 제어 가능하도록 그리고/또는 실시 가능하도록 그리고/또는 실시되도록 형성되어 있다.
추가의 일 실시예에서, 냉기 회로의 증발기는, 전력 전자 장치로부터 유래하는 폐열을 증발기로 안내하기 위하여 또는 증발기를 이용해서 전력 전자 장치를 냉각시키기 위하여 전력 전자 장치와 열적으로 연결되어 있다. 냉기 회로에 의한 전력 전자 장치의 냉각은 전력 전자 장치의 효율의 증가 및 수명의 연장을 가능하게 한다. 또한, 예를 들어 여름에 외부 온도가 높은 경우에도, 전력 전자 장치가 최적화된 온도로 냉각될 수 있음으로써, 결과적으로 전력 전자 장치의 구성 요소들, 예를 들어 파워 반도체 및/또는 컴퓨터 및/또는 박막 커패시터는 열 응력을 단지 적게만 받게 되고, 이로 인해 전력 전자 장치의 더 높은 효율 및 더 긴 수명에 도달하게 된다.
보완적인 일 변형예에서는, 증발기가 전력 전자 장치를 갖는 추가 냉각 회로와 열적으로 연결되어 있거나, 냉기 회로가 차량의 실내로 도입될 공기를 냉각시키기 위한 증발기 및 전력 전자 장치의 영역에 배열된 추가 증발기를 포함하며 그리고/또는 구동렬에 의해서 본 특허 출원서에 기술된 방법이 실시 가능하고 그리고/또는 구동렬은 연소 엔진을 포함하며 그리고/또는 구동렬은 전기 기계에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리를 포함한다. 연소 엔진에 의해서는, 차량의 하나 이상의 구동 휠이 추가로 또한 연소 엔진의 기계 에너지에 의해서도 구동될 수 있다. 이로써, 하나 이상의 구동 휠은 연소 엔진에 의한 기계 에너지에 의해서 그리고/또는 전기 기계에 의한 기계 에너지에 의해서 구동 가능하다. 연소 엔진은 별도의 고온 냉각 회로에 의해서 냉각된다.
또 다른 일 실시예에서, 연소 엔진용 고온 냉각 회로는 고온-냉각 액체 라인, 고온-순환 펌프, 고온-연소 엔진 열 전달기, 고온-주변 공기 열 전달기 및 고온-가열 공기 열 전달기를 포함한다.
구동렬, 특히 전기차 또는 하이브리드 차량으로서의 차량을 위한 구동렬을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 단계들, 즉 전동기로서의 전기 기계 내의 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 전기 기계에 의해서 발생하는 기계 에너지로 차량을 구동시키는 단계, 제너레이터로서의 전기 기계 내의 기계 에너지를 차량의 회생 작동에서의 전기 에너지로 변환하는 단계, 냉기 회로의 공기 조절 압축기를 기계 에너지로 구동시키고, 실내로 도입된 공기를 냉기 회로의 증발기에 의해서 냉각시키는 단계를 포함하며, 이 경우 공기 조절 압축기는 전동기로서의 전기 기계에 의해서 차량의 구동을 위해 발생하는 기계 에너지로 구동되며 그리고/또는 전기 기계의 폐열은 유압식 냉각 회로에 의해서 차량의 실내로 도입되는 공기로 송출되며 그리고/또는 차량을 구동시키기 위한 바람직하게는 단 하나의 전기 기계에 의해서 차량 및/또는 공기 조절 압축기가 구동된다.
보완적인 일 실시예에서, 열적인 회생 작동 동안 공기 조절 압축기는 차량의 운동 에너지에 의해서 구동되며 그리고/또는 전동기로서의 전기 기계의 기계 에너지에 의해서는 차량과 공기 조절 압축기가 특히 동시에 구동된다. 공기 조절 압축기는 압축기-커플링 수단에 의해서 전기 기계와 기계식으로 결합될 수 있다. 이로써, 차량의 회생 작동에서는, 전기 기계에 의해서 전기 에너지가 발생할 수 있으며 그리고/또는 이로써 공기 조절 압축기와의 기계식 결합으로 인한 기계 에너지에 의해서는 차량의 운동 에너지를 이용해서 공기 조절 압축기가 구동될 수 있으며, 이로 인해 차량의 실내의 냉각이 열적인 회생 작동 동안 차량의 운동 에너지에 의해서 실시될 수 있다. 이렇게 함으로써, 차량의 전체 효율이 추가로 최적화될 수 있다.
보완적인 일 실시예에서, 전기 기계의 폐열은 유압식 냉각 회로에 의해서, 차량의 실내로 도입되는 공기로 송출된다. 이로써, 전기 기계의 폐열은 또한 실내의 가열을 위해서도 사용될 수 있다. 이로 인해, 차량 효율의 추가의 최적화가 가능해진다.
보완적인 일 변형예에서, 회전수가 일정하고 전기 기계에 의해서 송출되는 토크가 일정한 동안, 전기 기계에 의해서 냉각 회로로 송출되는 폐열은, 차량 실내로 도입될 공기를 가열하기에 충분한 폐열을 전기 기계로부터 얻기 위해 변동, 특히 증가하며 그리고/또는 냉각 회로에 의해서 주변 공기 열 전달기로 그리고/또는 난방열 전달기로 송출되는 열량은 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단에 의해서 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어되며 그리고/또는 방법은 본 특허 출원서에 기술된 구동렬에 의해서 실시된다. 전기 기계의 폐열은 작동 상태가 일정한 경우에 변동될 수 있고, 이로써 실내를 가열하기 위한 열 수요에 매칭될 수 있다. 이로 인해, 실내에 공급될 공기를 가열하기 위한 추가의 전기식 저항 가열 장치는 바람직하게 필요치 않게 된다. 냉각 회로에 의해서 주변 공기 열 전달기로 그리고/또는 난방열 전달기로 송출되는 열량은 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단, 예를 들어 하나 이상의 체크 밸브 또는 3-방향-밸브에 의해서 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있다. 이로써, 실내를 가열시키기 위한 열 수요에 따라, 전기 기계로부터 유래하는 폐열은 난방열 전달기에 그리고/또는 주변 공기 열 전달기에 공급될 수 있다. 실내를 가열시키기 위한 열 수요가 존재하지 않는다면, 이로써 전기 기계의 전체 폐열은 주변 공기 열 전달기에 의해서 주변 공기로 송출된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 구동렬의 개략도를 도시하고,
도 2는 전기 기계, 변속기, 공기 조절 압축기, 압축기-커플링 수단, 구동-커플링 수단 및 전기 기계용 전력 전자 장치를 갖는 모듈 유닛의 매우 간략한 단면도를 도시하며,
도 3은 전기차 또는 하이브리드 차량으로서의 차량에 대한 도면을 도시한다.
도 3에 도시된 차량(2)은, 차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 구동렬(1)을 구비한다. 고전압 배터리(13), 예를 들어 리튬-이온-배터리(13)로서의 배터리(13)는 구동렬(1)에 전기 에너지를 공급하기 위해서 이용된다. 구동렬(1)이 차량(2)을 구동시키기 위해 전기 기계(6) 뿐만 아니라 연소 엔진(45)까지도 구비하는 경우, 차량은 하이브리드 차량(4)이며, 구동렬(1)이 차량(2)을 구동시키기 위해 전기 기계(6) 하나만을 구비하는 경우, 차량은 전기차(3)이다.
도 1에는, 구동렬(1)이 매우 개략적으로 도시되어 있다. 전기 기계(6)는 회전자(9) 그리고 전자석을 갖는 고정자(10)를 포함한다. 전기 기계(6)는, 전동기(7)로서 배터리(13)로부터 유래하는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하거나, 제너레이터(8)로서 차량(2)의 회생 작동에서, 배터리(13)를 회생 작동에서 충전시키기 위해 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 전기 기계(6)의 전기 기계 하우징(11) 내부에는 또한 전기 기계 열 전달기(37)가 배열되어 있다. 회전자(9)의 일 측에는 압축기-커플링 수단(20)으로서의 압축기 샤프트(22)가 고정되어 있다. 압축기 샤프트(22)에는 또한 압축기-클러치(21)가 존재하고, 압축기 샤프트(22)는 냉기 회로(14)의 공기 조절 압축기(19)와 기계식으로 결합되어 있다. 압축기-클러치(21)가 결합된 경우에는, 회전자(9)와 기계식 공기 조절 압축기(19) 간에 기계적인 결합 또는 연결이 존재함으로써, 결과적으로 회전자(9) 및 압축기 샤프트(22)에 의해서 공기 조절 압축기(19)로 전달되는 기계 에너지에 의해서는 공기 조절 압축기(19)가 구동된다. 압축기-클러치(21)가 결합 해제된 상태에서는, 회전자(9) 또는 전기 기계(6)와 공기 조절 압축기(19) 간에 기계적인 결합이 존재하지 않는다.
냉기 회로(14)는, 공기 조절 압축기(19) 또는 압축기(19) 옆에 냉매 라인(15), 팽창 밸브(16), 증발기(17), 응축기(18), 추가 팽창 밸브(43) 및 추가 증발기(42)를 포함한다. 증발기(17)는 공기 조화 시스템(41) 내부에 배열되어 있고, 차량(2)의 실내(5)로 도입될 또는 도입된 공기를 냉각시키기 위해서 이용된다. 이로써, 증발기(17)에 의해서는 실내(5)가 냉각될 수 있다.
회전자(9)의 다른 측에서는, 회전자(9)가 구동-커플링 수단(23)에 의해서 구동 휠(44)과 연결되어 있다. 이 경우, 구동-커플링 수단(23)은 구동 샤프트(25), 기계식 변속기(24), 예를 들어 차동 변속기(24) 및 구동-클러치(26)를 포함한다. 구동-클러치(26)가 결합된 상태에서는, 전기 기계(6)의 회전자(9)와 구동 휠(44) 간에 기계식 결합이 존재한다. 구동-클러치(26)가 결합 해제된 상태에서는, 전기 기계(6)와 구동 휠(44) 간에 기계식 결합 또는 연결이 존재하지 않는다. 구동렬(1)은 또한 선택적으로 연소 엔진(45)을 포함하며, 이 연소 엔진은 연소 엔진 샤프트(47) 및 연소 엔진-클러치(46)에 의해서 각각 기계식으로 변속기(24)와 결합되어 있고, 이로써 또한 차량(2)의 구동 휠(44)과도 기계식으로 결합되어 있고, 또는 연소 엔진-클러치(46)가 결합 해제되는 경우에는 연소 엔진(45)과 하나 이상의 구동 휠(44) 간의 기계식 결합이 중단된다.
전기 기계(6)의 작동 동안에는, 전기 기계(6)에 의해서 폐열이 송출된다. 이 경우, 폐열은 전기 기계 열 전달기(37)에 의해 전기 기계 하우징(11) 내부에서 냉각 회로(34)로 송출된다. 냉각 회로(34)는 냉각 액체를 갖는 냉각 액체 라인(35)을 포함하고, 냉각 액체는 순환 펌프(36)에 의해서 순환된다. 냉각 회로(34)는 또한 냉각 회로(34)의 냉각 액체 내의 폐열을 주변 공기로 전달하기 위한 주변 공기 열 전달기(38)를 포함한다. 냉각 회로(34) 내에 또한 난방열 전달기(40)도 설치되어 있음으로써, 결과적으로 난방열 전달기(40)에 의해서는 전기 기계(6)의 폐열이, 실내(5)로 도입되는 공기로 송출된다. 난방열 전달기(40)는 증발기(17)와 함께 공기 조화 시스템(41) 내부에 배열되어 있다. 주변 공기 열 전달기(38)에 의해서 주변의 공기로 그리고/또는 난방열 전달기(40)에 의해서 실내(5)의 공기로 송출되는, 전기 기계(6)로부터 유래하는 폐열의 분배는 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단(48)에 의해서 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있다. 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단(48)은 2개의 체크 밸브(39) 그리고 순환 펌프(36)를 포함한다. 도 1에 도시된 순환 펌프(36)의 펌핑 방향으로 볼 때, 전기 기계(6)로부터 배출되는 냉각 액체는 오로지 난방열 전달기(40) 내로만 도입되고, 그곳으로부터 재차 역으로 전기 기계(6)로 안내된다. 순환 펌프(36)가 또한 도 1에 도시된 것과 반대인 이송 방향으로도 냉각 회로(34)를 통해 냉각 액체를 안내할 수 있음으로써, 결과적으로 이로 인해서는 2개 체크 밸브(39)의 형성으로 인해, 상기와 같은 반대 방향에서는(도시되지 않음) 전기 기계(6)로부터 배출되는 냉각 액체가 오로지 주변 공기 열 전달기(38) 내로만 도입된다. 따라서, 순환 펌프(36)가 냉각 액체를 도 1에 도시된 이송 방향으로 이송하는 시간 또는 도 1에 도시된 이송 방향과 반대로 이송하는 시간을 상응하게 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어함으로써, 전기 기계(6)로부터 유래하는 폐열을 주변 공기 열 전달기(38)에 그리고/또는 난방열 전달기(40)에 분배하는 것이 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있다. 그와 달리(도시되지 않음), 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단(48)은 또한 상응하는 3-방향-밸브일 수도 있으며, 이 3-방향-밸브에 의해 전기 기계(6)로부터 배출되는 냉각 액체의 체적 유량이 주변 공기 열 전달기(38) 및/또는 난방열 전달기(40)에 분배될 수 있음으로써, 결과적으로 도면에 도시되지 않은 본 변형예에서는 순환 펌프(36)가 한 가지 이송 방향으로만 작동될 수 있다.
구동-커플링 수단(23)이 결합 해제되고 압축기-클러치(21)가 결합된 경우에는, 차량(2)의 주차 또는 정차 중에도 전기 기계(6)에 의해서 공기 조절 압축기(19)가 구동될 수 있다. 실내(5)에 냉각 수요가 존재하지 않는다면, 결합 해제된 압축기-클러치(21) 및 결합된 구동-커플링 수단(23)에 의해서는, 전기 기계(6)의 기계 에너지가 오로지 차량(2)을 구동시킬 목적으로만 사용될 수 있다. 압축기-클러치(21)가 결합되고 구동-커플링 수단(23)이 결합된 동안의 차량(2) 회생 작동에서는, 열적인 회생 작동에서, 차량의 운동 에너지가 공기 조절 압축기(19)의 구동을 위해서도 사용될 수 있고, 이로 인해 차량(2)의 효율이 추가로 개선될 수 있다. 따라서, 열적인 회생 작동에서는, 실내(5)에 냉각 수요가 존재하게 된다. 추가 팽창 밸브(43) 및 전기 기계(6)에 전력을 공급하기 위한 전력 전자 장치(12)에 있는 추가 증발기(42) 및 냉기 회로(14)에 의해서는, 냉기 회로(14)에 의해서 추가로 전력 전자 장치(12)도 냉각될 수 있다. 냉기 회로(14) 내에는 상응하는 밸브(도시되지 않음)가 배열되어 있으며, 이 밸브에 의해서는 냉기 회로(14)의 냉매가 다만 증발기(17)를 통해서, 다만 추가 증발기(42)를 통해서 또는 동시에 증발기(17)와 추가 증발기(42)를 통해서 안내될 수 있다.
전기 기계(6), 공기 조절 압축기(19), 변속기(14), 압축기-커플링 수단(20), 구동-커플링 수단(23) 및 전력 전자 장치(12)는 하나의 공동 하우징(28)을 갖는 모듈 유닛(27) 내에 배열되어 있다(도 2). 하우징(28)은 2개 부분으로 형성되어 제1 부분(29) 및 제2 부분(30)을 포함한다. 하우징(28)의 2개 부분(29, 30)은 연결 수단(31), 예를 들어 나사 연결부에 의해 서로 연결되어 있다. 모듈 유닛(27)의 하우징(28)을 통해서는, 구동 샤프트(25)뿐만 아니라 압축기 샤프트(23)도 안내된다. 또한, 외측에서 하우징(28)에는, 냉기 회로(14)의 2개 냉매 라인(15)과 모듈 유닛(27)을 연결하기 위한 2개의 인터페이스(32)도 형성되어 있다. 그밖에, 냉각 회로(34)의 2개의 냉각 액체 라인(35)과 모듈 유닛(27)을 유압식으로 연결하기 위한 2개의 인터페이스(33)도 존재한다. 인터페이스(32, 33)는 예를 들어 연결 튜브 및/또는 나사 연결부 및/또는 베이어닛 연결부이다. 이와 같은 상황은, 차량(2)의 제조 및 조립의 경우에 구성 요소(6, 12, 19, 20, 23, 24)의 고도의 집적을 가능하게 한다. 이로써, 고전압을 이용한 구성 요소, 다시 말해 전력 전자 장치(12) 및 전기 기계(6)의 집적으로 인해 차량(2)에서의 안전이 개선될 수 있다.
전체적으로 볼 때, 본 발명에 따른 구동렬(1) 및 구동렬(1)을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법과는 중요한 장점들이 연계되어 있다. 전기 기계(6)는 공기 조절 압축기(19)를 구동시키기 위해서도 사용될 수 있고, 이와 같은 사용은 차량(2)의 정차 중에도 가능하다. 이로써, 바람직하게는, 오로지 공기 조절 압축기(19)만을 구동시키기 위한 추가의 전동기가 필요치 않게 된다. 이로 인해, 구동렬(1)을 제조하기 위한 비용 및 중량도 바람직하게 절감될 수 있다. 전기 기계(6)에 의해서 발생하는 폐열의 개회로 제어 가능성 및/또는 폐회로 제어 가능성으로 인해, 전기 기계(6)에 의해서 발생하는 폐열이 실내(5)를 가열하기에 충분하게 됨으로써, 결과적으로 이에 의해서는 실내(5)로 도입된 공기를 가열하기 위한 추가의 전기식 저항 가열 장치가 필요치 않게 된다. 그럼으로써, 추가의 비용 및 중량이 절감될 수 있는데, 그 이유는 실내(5)로 도입된 공기를 가열하기 위한 전기식 저항 가열 장치가 필요치 않기 때문이다.

Claims (15)

  1. 특히 전기차(3) 또는 하이브리드 차량(4)으로서의 차량(2)을 위한 구동렬(1)이며, 상기 구동렬은
    - 차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계(6)와;
    - 차량(2)의 실내(5)를 냉각시키기 위해 공기 조절 압축기(19), 증발기(17), 응축기(18), 및 팽창 밸브(16)를 갖는 냉기 회로(14)와;
    - 공기 조절 압축기(19)를 기계식으로 구동시키기 위한 구동 유닛;을 포함하는, 상기 구동렬에 있어서,
    차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 전기 기계(6)는 기계식 압축기-커플링 수단(20)에 의해서 공기 조절 압축기(19)와 기계식으로 결합되어 있음으로써, 결과적으로 전기 기계(6)는 추가로 공기 조절 압축기(19)의 기계식 구동을 위해서도 이용되는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  2. 제1항에 있어서,
    기계식 압축기-커플링 수단(20)은 압축기-클러치(21)를 포함함으로써, 결과적으로 전기 기계(6)와 공기 조절 압축기(19) 사이의 기계식 결합은 연결 및 차단 가능하며, 그리고/또는 기계식 압축기-커플링 수단(20)은 압축기 샤프트(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    구동렬(1)은 하나 이상의 구동 휠(44)과 전기 기계(6)를 기계식으로 결합하기 위한 기계식 구동-커플링 수단(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  4. 제3항에 있어서,
    기계식 구동-커플링 수단(23)은 기계식 변속기(24) 및/또는 구동 샤프트(25) 및/또는 구동-클러치(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  5. 제4항에 있어서,
    구동-클러치(26)가 결합 해제되었고 압축기-클러치(21)가 결합된 경우, 전기 기계(6)의 기계 에너지에 의해서는 오로지 공기 조절 압축기(19)만 구동 가능한 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    전기 기계(6), 변속기(24), 공기 조절 압축기(19), 압축기-커플링 수단(20), 바람직하게는 구동-커플링 수단(23) 및 바람직하게는 전기 기계(6)용 전력 전자 장치(12)가 하나의 모듈 유닛(27)으로 통합되어 있으며, 그리고/또는
    전기 기계(6), 변속기(24), 공기 조절 압축기(19), 압축기-커플링 수단(20), 바람직하게는 구동-커플링 수단(23) 및 바람직하게는 전기 기계(6)용 전력 전자 장치(12)가 단일 부재형 또는 다중 부재형의 공동 하우징(28) 내부에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    구동렬(1)은 전기 기계(6)를 냉각시키기 위한 유압식 냉각 회로(34)를 포함하고, 냉각 회로(34)는 냉각 액체를 통과시키기 위한 냉각 액체 라인(35); 순환 펌프(36); 전기 기계(6)로부터 유래하는 열을 냉각 액체 내로 전달하기 위한 전기 기계 열 전달기(37); 및 냉각 액체로부터 유래하는 열을 주변 공기로 전달하기 위한 주변 열 전달기(38);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  8. 제7항에 있어서,
    냉각 회로(34) 내에는 냉각 액체로부터 유래하는 열을, 차량(2)의 실내(5)로 도입될 공기로 전달하기 위한 난방열 전달기(40)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    전기 기계(6)의 회전수가 사전에 결정되어 일정하고 토크가 일정한 경우, 차량(2)의 실내(5)로 도입될 공기를 가열하기에 충분한 폐열을 전기 기계(6)로부터 얻기 위해 전기 기계(6)에 의해서 송출되는 폐열이 변동될 수 있도록, 특히 증가할 수 있도록, 전력 전자 장치(12)를 이용하여 전기 기계(6)의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어가 변동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    냉기 회로(14)의 증발기(17)는 전력 전자 장치(12)로부터 유래하는 폐열을 증발기(17)로 안내하기 위하여 또는 증발기(17)를 이용해서 전력 전자 장치(12)를 냉각시키기 위하여 전력 전자 장치(12)와 열적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    냉기 회로(14)는 차량(2)의 실내(5)로 도입될 공기를 냉각시키기 위한 증발기(17) 및 전력 전자 장치(12)의 영역 내에 배열된 추가 증발기(42)를 포함하며,
    그리고/또는
    구동렬(1)에 의해서, 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 따른 방법이 실시될 수 있으며,
    그리고/또는
    구동렬(1)은 연소 엔진(45)을 포함하며,
    그리고/또는
    구동렬(1)은 전기 기계(6)에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동렬.
  12. 구동렬(1), 특히 전기차(3) 또는 하이브리드 차량(4)으로서의 차량(2)을 위한 구동렬(1)을 작동시키기 위한 방법이며,
    - 전동기(7)로서의 전기 기계(6) 내의 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 전기 기계(6)에 의해서 발생하는 기계 에너지로 차량(2)을 구동시키는 단계,
    - 제너레이터(8)로서의 전기 기계(6) 내의 기계 에너지를 차량(2)의 회생 작동에서의 전기 에너지로 변환하는 단계,
    - 냉기 회로(14)의 공기 조절 압축기(19)를 기계 에너지로 구동시키고, 실내(5)로 도입되는 공기를 냉기 회로(14)의 증발기(17)에 의해서 냉각시키는 단계를 포함하는, 구동렬의 작동 방법에 있어서,
    공기 조절 압축기(19)는, 차량(2)의 구동 또는 견인을 위한 전동기(7)로서의 전기 기계(6)에 의해서 발생하는 기계 에너지로 구동되는 것을 특징으로 하는, 구동렬의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    열적인 회생 작동 동안, 공기 조절 압축기(19)는 차량(2)의 운동 에너지에 의해서 구동되며,
    그리고/또는
    전동기(7)로서의 전기 기계(6)의 기계 에너지에 의해서는 차량(2)과 공기 조절 압축기(19)가 특히 동시에 구동되는 것을 특징으로 하는, 구동렬의 작동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    전기 기계(6)의 폐열이 유압식 냉각 회로(34)에 의해서, 차량(2)의 실내(5)로 도입되는 공기로 송출되는 것을 특징으로 하는, 구동렬의 작동 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    회전수가 일정하고 전기 기계(6)에 의해서 송출되는 토크가 일정한 동안, 전기 기계(6)에 의해서 냉각 회로로 송출되는 폐열은, 차량(2)의 실내(5)로 도입될 공기를 가열하기에 충분한 폐열을 전기 기계(6)로부터 얻기 위해 변동되며, 특히 증가하며,
    그리고/또는
    냉각 회로(14)에 의해서 주변 공기 열 전달기(38)로 그리고/또는 난방열 전달기(40)로 송출되는 열량은 개회로 제어 수단 및/또는 폐회로 제어 수단(48)에 의해서 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어되며,
    그리고/또는
    상기 방법은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 따른 구동렬(1)에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는, 구동렬의 작동 방법.
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