KR20190025936A - 자동차용 변속기, 및 자동차용 파워 트레인 - Google Patents

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KR20190025936A
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stg
traction drive
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페터 치머
미햐엘 로스케
유리 파블라코비취
토마스 로제마이어
라파엘 쿠버치크
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은, 자동차용 변속기(G)에 관한 것으로서, 이 경우 변속기(G)는 입력 샤프트(GW1); 출력 샤프트(GW2); 복수의 유성 기어 세트들(P1, P2, P3); 복수의 시프팅 요소들(A, B, C, D, E); 및 입력 샤프트(GW1)에 대해 축 평행하게 배열되어 있고, 일정한 변속비를 통해 스퍼 기어 장치(STG)에 의해서 또는 트랙션 구동 장치에 의해서 입력 샤프트(GW1)와 상호 작용 연결된 전기 기계(EM);를 포함하며, 이 경우에는 시프팅 요소(A, B, C, D, E)의 선택적인 체결에 의해 유성 기어 세트들(P1, P2, P3)을 이용하여 입력 샤프트(GW1)와 출력 샤프트(GW2) 사이에서 다양한 기어 단들이 전환될 수 있으며, 이 경우 시프팅 요소들 중 하나의 시프팅 요소(B)의 작동 요소(BK)는 적어도 섹션별로 반경 방향으로, 입력 샤프트(GW1)에 대해 동축으로 배열된 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치의 요소(STG1) 내부에 배열되어 있고, 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치와 함께 입력 샤프트(GW1)의 회전 축에 대해 직각으로 정렬된 평면(E1)에 배열되어 있다. 본 발명은, 또한 상기와 같은 변속기(G)를 갖는 자동차용 파워 트레인과도 관련이 있다.

Description

자동차용 변속기, 및 자동차용 파워 트레인
본 발명은, 자동차용 변속기, 및 이와 같은 변속기를 갖는 자동차용 파워 트레인에 관한 것이다. 본원에서, 변속기는, 특히 복수의 기어 단들, 더 상세하게 말하자면 변속기의 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이의 고정된 변속비들이 시프팅 요소들에 의해서 바람직하게 자동으로 전환될 수 있는 다단 변속기를 지칭한다. 본원에서, 시프팅 요소들은, 예를 들어 클러치들 또는 브레이크들이다. 이와 같은 변속기들은, 다른 무엇보다 자동차에서, 구동 유닛의 속도 출력 특성 및 토크 출력 특성을 적합한 방식으로 차량의 주행 저항들에 매칭시키기 위해 적용된다.
공개 공보 DE 11 2012 003 406 T5호는, 전동기가 제1 축에 대해 평행한 제2 축 상에 배열되어 있는 하이브리드 구동 장치를 기술한다. 제1 축 상에는, 입력 샤프트 및 카운터 기어를 갖는 변속기가 배열되어 있다. 카운터 기어는 차동 장치를 통해 자동차의 구동 휠들과 연결되어 있다. 전동기는 전륜 구동부로서 형성된 연결 매커니즘을 통해 입력 샤프트와 연결되어 있다. 변속기의 기어 단 형성 섹션은 다만 개략적으로만 도시되어있다.
특허 출원서 DE 10 2009 018 958 A1호는, 하우징; 3개의 유성 기어 세트들; 그리고 제1, 제2 및 제3 샤프트;를 갖는 다단 변속기를 기술하며, 이 경우 제3 샤프트는 제1 및 제2 샤프트에 대해 축 방향으로 오프셋 된 상태로 배열되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 다단 변속기는 제3 샤프트에 대해 동축으로 배열되어 있는 전기 기계를 구비한다. 전기 기계는, 체인 연결부 또는 벨트 연결부를 통해 제2 샤프트와 영구적으로 상호 작용 연결된다.
종래 기술에 공지된 두 가지 장치들은, 자동차의 주행 방향에 대해 횡 방향으로 정렬되어 있는 자동차 파워 트레인에 사용하기 위해서 제공되어 있다. 이들 장치는 통상적으로 가급적 짧은 축 방향 전체 길이에 맞추어 최적화될 수 있는데, 그 이유는 구동 기계와 변속기로 이루어진 축 방향 결합체가 자동차 전방 구조의 종방향 캐리어들 사이에 배치될 수 있기 때문이다.
본 발명의 과제는, 특히 짧은 축 방향 전체 길이를 특징으로 하는 자동차용 변속기를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 1의 특징에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들, 상세한 설명부 및 도면으로부터 명백해진다.
변속기는 입력 샤프트; 출력 샤프트; 복수의 유성 기어 세트들; 복수의 시프팅 요소들; 및 입력 샤프트에 대해 축 평행하게 배열된 전기 기계;를 구비한다. 시프팅 요소들의 선택적인 체결에 의해, 유성 기어 세트들을 이용하여 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에서 다양한 기어 단들이 전환될 수 있다. 전기 기계는, 스퍼 기어 장치에 의해서 또는 트랙션 구동 장치에 의해서 입력 샤프트와 영구적으로 상호 작용 연결되며, 이 경우에는 입력 샤프트와 전기 기계 사이의 변속비가 일정하다.
스퍼 기어 장치는, 전기 기계 회전자의 회전 축에 대해 축 평행하고 입력 샤프트의 회전 축에 대해 축 평행한 회전 축을 갖는 하나 또는 복수의 중간 기어를 구비할 수 있다. 트랙션 구동 장치의 예는 체인, V-벨트 또는 톱니 벨트이다.
본 발명에 따르면, 시프팅 요소들 중 하나의 시프팅 요소의 작동 요소는 적어도 섹션별로 반경 방향으로, 입력 샤프트에 대해 동축으로 배열된 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치의 요소 내부에 배열되어 있다. 이 작동 요소는, 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치와 함께, 입력 샤프트의 회전 축에 대해 직각으로 배열된 평면에 배열되어 있다.
다른 말로 표현하자면, 일 시프팅 요소의 작동 요소는 적어도 섹션별로 반경 방향으로, 입력 샤프트에 대해 동축인 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치의 요소 내부에 중첩되어 있다. 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치의 요소들 및 상기 작동 요소는, 입력 샤프트에 대해 직각으로 정렬되어 있는 공동 평면에 배열되어 있다.
본 발명에 따른 배열에 의해서는, 변속기의 축 방향 전체 길이가 감소할 수 있는데, 그 이유는 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치 및 작동 요소가 더 이상 축 방향으로 연달아 배열되어 있지 않기 때문이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 작동 요소는 유압식으로 작동할 수 있는 피스톤이다. 이와 같은 피스톤은 통상적으로 회전 대칭으로 형성되어 있고, 그렇기 때문에 간단한 방식으로 적어도 섹션별로 반경 방향으로 스퍼 기어 장치 요소 또는 트랙션 구동 장치 요소 내부에 배열될 수 있다.
바람직하게, 피스톤에 압력을 공급하기 위한 유압 유체의 공급 및 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치를 윤활하기 위한 유압 유체의 공급은, 섹션별로 입력 샤프트 내부에 배열되어 있는 상호 분리된 채널들을 통해서 이루어진다. 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치를 윤활하기 위한 채널을 통해서는, 또한 입력 샤프트의 롤링 베어링에도 윤활유가 공급될 수 있다. 입력 샤프트로부터 출발하는 이와 같은 중앙 유압 유체 공급도 마찬가지로 변속기의 콤팩트한 구조 방식에 기여한다.
바람직하게, 변속기는 변속기 외부 구동 유닛에 대한, 예를 들어 내연 기관에 대한 인터페이스를 구비한다. 인터페이스는, 변속기 외부 구동 유닛의 회전 운동을 변속기의 입력 샤프트로 전달하도록 형성되어 있고, 예를 들어 플랜지로서 또는 스플라인으로서 형성될 수 있다. 인터페이스는, 입력 샤프트 상에 형성될 수 있거나, 입력 샤프트와 연결될 수 있는 연결 샤프트 상에 형성될 수 있다. 예를 들어 인터페이스는, 시동 요소로서 이용되고 입력 샤프트와 연결된 유체 역학적인 토크 컨버터에도 형성될 수 있다. 이때, 스퍼 기어 장치 또는 트랙션 구동 장치는, 변속기 외부 구동 유닛에 대한 인터페이스에 대향 배치된 변속기의 축 방향 단부에 배열되어 있다.
변속기는 자동차용 파워 트레인의 구성 부분일 수 있다. 파워 트레인은, 변속기 외에, 또한 변속기 내부 또는 변속기 외부 비틀림 진동 댐퍼를 통해 변속기의 입력 샤프트와 비틀림 탄성 방식으로 연결되어 있거나 분리 클러치를 통해 연결될 수 있는 내연 기관도 구비한다. 출력 샤프트는 변속기 내부 또는 변속기 외부 차동 기어와 상호 작용 연결되어 있으며, 이 경우 차동 기어의 출력 샤프트들은 자동차의 구동 휠들에 연결되어 있다. 전기 기계와 더불어 변속기는 자동차의 복수의 구동 모드들을 가능하게 한다. 전기식 주행 작동에서는, 자동차가 변속기의 전기 기계에 의해서 구동된다. 연소 기관 작동에서는, 자동차가 내연 기관에 의해서 구동된다. 하이브리드 작동에서는, 자동차가 내연 기관에 의해서 구동될 뿐만 아니라 변속기의 전기 기계에 의해서도 구동된다.
본 발명의 일 실시예가, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에 상세하게 기술되어 있다. 도면부에서,
도 1은 본 발명에 따른 변속기의 개략도를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 변속기의 일 영역의 단면도를 도시하며, 그리고
도 3은 자동차용 파워 트레인을 도시한다.
도 1은, 입력 샤프트(GW1), 출력 샤프트(GW2), 제1 유성 기어 세트(P1), 제2 유성 기어 세트(P2), 제3 유성 기어 세트(P3), 5개의 시프팅 요소들(A, B, C, D, E), 전기 기계(EM), 비틀림 진동 댐퍼(TS), 연결 샤프트(AN), 및 분리 클러치(K0)를 구비하는 변속기(G)의 개략도를 보여준다.
3개의 유성 기어 세트들(P1, P2, P3)은 입력 샤프트(GW1)에 대해 동축으로 배열되어 있다. 출력 샤프트(GW2)는 제1 유성 기어 세트(P1)의 웹과 그리고 제3 유성 기어 세트(P3)의 링 기어와 영구적으로 연결된다. 제1 유성 기어 세트(P1)의 링 기어는 제2 유성 기어 세트(P2)의 웹과 영구적으로 연결된다. 제2 유성 기어 세트(P2)의 링 기어는 제3 유성 기어 세트(P3)의 웹과 영구적으로 연결된다. 제2 유성 기어 세트(P2)의 태양 기어는 입력 샤프트(GW1)와 영구적으로 연결된다. 시프팅 요소(A)의 체결에 의해서, 제1 유성 기어 세트(P1)의 태양 기어가 변속기(G)의 하우징(GG)에 대하여 일체로 회전하도록 결합된 상태로 고정될 수 있다. 시프팅 요소(B)의 체결에 의해서는, 입력 샤프트(GW1)가 제3 유성 기어 세트(P3)의 태양 기어와 연결될 수 있다. 시프팅 요소(C)의 체결에 의해서는, 제3 유성 기어 세트(P3)의 태양 기어가 일체로 회전하도록 결합된 상태로 고정될 수 있다. 시프팅 요소(D)의 체결에 의해서는, 제3 유성 기어 세트(P3)의 웹이 일체로 회전하도록 결합된 상태로 고정될 수 있다. 시프팅 요소(E)의 체결에 의해서는, 입력 샤프트(GW1)가 제3 유성 기어 세트(P3)의 웹과 연결될 수 있다.
시프팅 요소(A, B, C 및 E)는 예를 들어 강제 결합 방식의 시프팅 요소로서 형성되어 있는 한편, 시프팅 요소(D)는 예를 들어 형상 결합 방식의 시프팅 요소로서 형성되어 있다.
변속기(G)는, 예를 들어 내연 기관으로서 형성될 수 있는 변속기 외부 구동 유닛에 대한 인터페이스(GA)를 구비한다. 인터페이스(GA)는, 변속기 외부 구동 유닛의 속도를 입력 샤프트(GW1)로 전달하도록 설계되어 있다. 인터페이스(GA)와 입력 샤프트(GW1) 사이에는 비틀림 진동 댐퍼(TS) 및 분리 클러치(K0)가 배열되어 있다. 분리 클러치(K0)의 체결에 의해서, 입력 샤프트(GW1)는, 인터페이스(GA)가 배열되어 있는 연결 샤프트(AN)와 연결될 수 있다.
출력 샤프트(GW2)는, 출력 샤프트(GW2)에 대해 축 평행하게 배열되어 있고 도면에 도시되지 않은 차동 기어(AG)와 출력 샤프트(GW2) 간의 출력 전달을 위해서 이용되는 스퍼 기어 치형부를 일 섹션에 구비한다. 차동 기어(AG)는 변속기(G)의 구성 부분일 수 있다.
전기 기계(EM)는, 하우징(GG)에 대하여 일체로 회전하도록 고정 연결된 고정자 및 회전 가능한 회전자를 구비하고, 입력 샤프트(GW1)에 대해 축 평행하게 배열되어 있다. 회전자는 스퍼 기어 장치(STG)를 통해서 입력 샤프트(GW1)에 대해 영구적으로 상호 작용 연결된다. 스퍼 기어 장치(STG)는 도시된 실시예에서, 하우징(GG)에 회전 가능하게 지지되어 있는 중간 기어를 구비한다. 이 중간 기어는, 입력 샤프트(GW1)에 동축으로 배열된 스퍼 기어 장치(STG)의 요소(STG1)와 맞물린다. 이때, 시프팅 요소(B)를 작동시키기 위한 작동 요소(BK)가 반경 방향으로 요소(STG1)의 내부에 배열되어 있다. 스퍼 기어 장치(STG)의 구성 부분 그리고 작동 요소(BK)는, 입력 샤프트 축에 대해 수직으로 정렬된 평면(E1)에 배열되어 있다. 스퍼 기어 장치(STG)에 대해 대안적으로, 예를 들어 체인 장치와 같은 트랙션 구동 장치도 사용될 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 변속기(G)의 부분 단면도를 보여준다.
도 3은, 자동차의 파워 트레인을 개략적으로 보여준다. 내연 기관(VKM)은 비틀림 진동 댐퍼(TS)를 통해 변속기(G)의 연결 샤프트(AN)와 연결되어 있다. 내연 기관(VKM)은 비틀림 진동 댐퍼(TS)를 통해 또한 그에 대해 대안적으로 변속기(G)의 입력 샤프트(GW1)와 직접 연결될 수도 있다. 파워 트레인은, 또한 동력 흐름 중에 내연 기관(VKM)과 변속기(G)의 입력 샤프트(GW1) 사이에 배열되어 있는 유체 역학적인 토크 컨버터도 포함할 수 있다. 이와 같은 토크 컨버터는 또한 록-업 클러치(lock-up clutch)도 포함할 수 있다. 통상의 기술자는, 파워 트레인의 개별 구성 요소의 배열 및 공간적인 위치를 외부 한계 조건에 따라 자유롭게 구성할 것이다. 출력 샤프트(GW2)는 차동 기어(AG)와 상호 작용 연결되어 있으며, 상기 차동 기어를 통해서는 출력 샤프트(GW2)에 인가되는 출력이 자동차의 구동 휠들(DW)에 분배된다.
G: 변속기
GG: 하우징
GW1: 입력 샤프트
GW2: 출력 샤프트
EM: 전기 기계
P1: 제1 유성 기어 세트
P2: 제2 유성 기어 세트
P3: 제3 유성 기어 세트
A: 시프팅 요소
B: 시프팅 요소
C: 시프팅 요소
D: 시프팅 요소
E: 시프팅 요소
BK: 작동 요소
STG: 스퍼 기어 장치
STG1: 스퍼 기어 장치의 요소
E1: 평면
GA: 인터페이스
K0: 분리 클러치
TS: 비틀림 진동 댐퍼
AN: 연결 샤프트
VKM: 내연 기관
AG: 차동 기어
DW: 구동 휠

Claims (5)

  1. 자동차용 변속기(G)이며, 변속기(G)는 입력 샤프트(GW1); 출력 샤프트(GW2); 복수의 유성 기어 세트들(P1, P2, P3); 복수의 시프팅 요소들(A, B, C, D, E); 및 입력 샤프트(GW1)에 대해 축 평행하게 배열되어 있고, 일정한 변속비를 통해 스퍼 기어 장치(STG)에 의해서 또는 트랙션 구동 장치에 의해서 입력 샤프트(GW1)와 상호 작용 연결된 전기 기계(EM);를 포함하며,
    시프팅 요소들(A, B, C, D, E)의 선택적인 체결에 의해 유성 기어 세트들(P1, P2, P3)을 이용하여 입력 샤프트(GW1)와 출력 샤프트(GW2) 사이에서 다양한 기어 단들이 전환될 수 있는, 자동차용 변속기(G)에 있어서,
    시프팅 요소들 중 하나의 시프팅 요소(B)의 작동 요소(BK)가
    - 적어도 섹션별로 반경 방향으로, 입력 샤프트(GW1)에 대해 동축으로 배열된 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치의 요소(STG1) 내부에 배열되어 있으며, 그리고
    - 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치와 함께 입력 샤프트(GW1)의 회전 축에 대해 직각으로 정렬된 평면(E1)에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차용 변속기(G).
  2. 제1항에 있어서, 작동 요소(BK)는 유압식으로 작동할 수 있는 피스톤인 것을 특징으로 하는, 자동차용 변속기(G).
  3. 제2항에 있어서, 피스톤을 작동시키기 위한 유압 유체의 공급 및 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치를 윤활하기 위한 유압 유체의 공급은, 섹션별로 입력 샤프트(GW1) 내부에 배열되어 있는 상호 분리된 채널들을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동차용 변속기(G).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기(G)는 일 단부에 변속기 외부 구동 유닛에 대한 인터페이스(GA)를 구비하고, 상기 인터페이스에 의해서는 변속기 외부 구동 유닛의 회전 운동이 입력 샤프트(GW1)로 전달될 수 있으며, 스퍼 기어 장치(STG) 또는 트랙션 구동 장치는, 변속기 외부 구동 유닛에 대한 인터페이스(GA)에 대향 배치된 변속기(G)의 단부에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차용 변속기(G).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 변속기(G)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 파워 트레인.
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