KR20190112295A - 2차 또는 태그 ｅ-차축들을 위한 온-디맨드 에너지 하베스팅 기능들을 구비하는 연속적인 가변 전기 차축들 - Google Patents

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크리쉬나 커마
윌리엄 에프. 월츠
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데이나 헤비 비히클 시스템즈 그룹 엘엘씨
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Abstract

전기 파워트레인이 제시되며, 여기에 제시된 전기 파워트레인은 자신의 단부들에 커플링된 휠의 세트를 갖는 구동 차축에 동작하게 커플링된 차동 어셈블리; 상기 차동 어셈블리에 연결된 유성 기어 세트 ― 상기 유성 기어 세트는 태양 기어, 복수의 유성 기어들을 지지하는 유성 캐리어, 및 링 기어를 가지며, 상기 유성 캐리어는 상기 차동 어셈블리와 구동하게 체결됨;― 제1 전기 모터/발전기; 제2 전기 모터/발전기; 상기 제1 전기 모터/발전기 및 상기 링 기어에 구동하게 연결된 제1 기어 패스; 및 상기 제1 전기 모터/발전기 및 상기 태양 기어에 구동하게 연결된 제2 기어 패스를 포함한다.

Description

2차 또는 태그 Ｅ-차축들을 위한 온-디맨드 에너지 하베스팅 기능들을 구비하는 연속적인 가변 전기 차축들
본 출원은 출원번호가 62/462,117이고 출원일이 2017년 2월 22일인 미국 가출원에 대한 우선권을 주장하며, 상기 미국 가출원은 전체로서 여기에 참조로 통합된다.
내연 기관 차량에 대한 온실 가스 배출 정부 규제 및 연료 비용의 많은 부분으로 인해 하이브리드 차량들에 대한 수요와 인기가 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 차량들은 차량을 추진(propel)시키기 위해 내연 기관 엔진 뿐만 아니라 전기 모터를 포함하고 있다.
둘 또는 그 이상의 후방 차축들을 갖는 상용 차량들 또는 트레일러들은 단일 차축을 갖는 차량들 및 트레일러들과 비교하여 이러한 차량들이 더 큰 하중(load)들을 운반할 수 있도록 허용한다. 모터 차량을 위한 전형적인 6-휠 구동 배치는 차량의 후방에 탠덤 차축들 및 차량의 전방 단부들에 조향가능한 휠들을 갖는 차축을 포함한다.
종래의 탠덤 차축 드라이브라인(driveline)들은 6x4 드라이브라인들 (즉, 조향 차축 상의 2개의 휠들 및 조향 차축 후방의 탠텀 차축들 상의 4개의 구동 휠들) 또는 6x2 드라이브라인들 (즉, 조향 차축 상의 2개의 휠들 및 두 개의 휠들만 구동 차축 상에 있는 조향 차축 후방의 탠텀 차축들 상의 4개의 구동 휠들)을 포함한다. 탠덤 차축들 내의 임의의 차축은 구동 차축 또는 고정 차축(dead axle)일 수 있다. 추가적인 차축(2차 차축)이 구동 차축일 때, 이러한 차축은 구동 차축 전방에 (푸셔 차축(pusher axle)) 또는 구동 차축 후방에(태그 차축(tag axle)) 위치될 수 있다.
효율적이고 컴팩트한 기존 전기 모터를 사용하여 높은 감속 능력(reduction capability)들을 갖는 전기 태그 차축을 갖는 것이 유용하고 유리할 수 있다.
추가적으로, 높은 토크 비(ratio)들 및 에너지 하베스팅/에너지 회생능력들을 제공할 수 있는 전기 구동 차축을 갖는 것이 유익할 수 있다.
자신의 단부들에 커플링된 휠의 세트를 갖는 구동 차축에 동작가능하게 커플링된 차동 어셈블리; 차동 어셈블리에 연결된 유성 기어 세트 ― 유성 기어 세트는 태양 기어, 복수의 유성 기어들을 지지하는 유성 캐리어, 및 링 기어를 가지며 유성 캐리어는 차동 어셈블리에 구동하게 체결됨 ―; 제1 전기 모터/발전기; 제2 전기 모터/발전기; 제1 전기 모터/발전기 및 링 기어에 구동하게 연결된 제1 기어 패스; 및 제1 전기 모터/발전기 및 태양 기어에 구동하게 연결된 제2 기어 패스를 갖는 전기 파워트레인이 본 명세서에 의해 제시된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 기어 패스는 제1 회전가능한 샤프트에 연결된 제1 부분 및 제2 회전가능한 샤프트에 연결된 제2 부분을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제2 기어 패스는 제3 회전가능한 샤프트에 구동하게 연결된 제1 부분 및 제4 회전가능한 샤프트에 연결된 제2 부분을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 제1 기어 패스 및 제1 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제1 감속 기어 세트를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 제2 기어 패스 및 제2 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제2 감속 기어 세트를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 차동 어셈블리 및 유성 캐리어 사이에 위치하고, 차동 어셈블리 및 유성 캐리어를 선택적으로 체결하도록 구성되는 클러치를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 제1 전기 모터/발전기 및 제1 기어 패스 사이에 위치하는 제3 기어 패스를 포함하고, 제3 기어 패스의 제1 부분은 제2 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제3 기어 패스의 제2 부분은 제1 전기 모터/발전기의 출력 사프트에 구동하게 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 제3 기어 패스 및 제2 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제4 기어 패스를 포함하고, 제4 기어 패스의 제1 부분은 제4 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제4 기어 패스의 제2 부분은 제2 전기 모터/발전기의 출력 샤프트에 구동하게 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들 중 적어도 하나는 에픽사이클릭 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인은 링 기어 및 제1 기어 패스 사이에 위치되는 오버 런 클러치를 포함하고, 오버 런 클러치는 링 기어 및 제1 기어 패스를 선택적으로 체결시키도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 구동 차축에 평행한다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 서로에 대하여 축방향으로 인접한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 회전가능한 샤프트들은 구동 차축과 공동-축방향이다.
몇몇 실시예들에서, 전기 차축은 파워 인출 유닛 및 제2 전기 모터/발전기에 연결된 제2 클러치를 포함하고, 제2 클러치는 파워 인출 유닛 및 전기 파워트레인을 선택적으로 연결시키도록 구성된다.
본 실시예들의 신규한 특징들은 첨부된 청구항들에서 상세하게 설명된다. 실시예들의 특징들 및 장점들에 대한 보다 양호한 이해는 실시예들의 원리들이 이용되는 예시적인 실시예들을 설명하는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 획득될 수 있을 것이다.
도 1은 전기 차축의 일 선호되는 실시예의 개략도이다.
도 2는 전기 차축의 다른 선호되는 실시예의 개략도이다.
도 3은 전기 차축의 다른 선호되는 실시예의 개략도이다.
도 4a는 전기 차축의 다른 선호되는 실시예의 개략도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 전기 차축을 포함하는 탠덤 차축 시스템의 개략도이다.
도 5는 전기 차축의 다른 선호되는 실시예의 개략도이다.
도 6은 전기 차축의 다른 선호되는 실시예의 개략도이다.
본 발명은 그와 다르게 명시적으로 특정되는 경우를 제외하고, 다양한 대안적인 지향(orientation)들 및 단계 시퀀스들을 가정할 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 또한, 첨부된 도면들에서 도시되고 다음의 명세서에서 설명되는 특정한 물품들 및 과정들이 단지 첨부된 청구항들에서 정의되는 본 발명의 개념들의 예시적인 실시예들임을 이해해야 할 것이다. 그리하여, 제시되는 다양한 실시예들과 관련되는 특정한 치수(dimension)들, 방향들, 지향들 또는 다른 물리적 특성들은, 다르게 명시적으로 기술되지 않는다면, 한정하는 것으로서 간주되지 않아야 한다.
하이브리드 및/또는 전기 차량들에 사용될 수 있는 전기 파워트레인의 구성들이 여기에 제공된다. 본 명세서에 개시된 파워트레인들은 높은 토크 비들 및 에너지 하베스팅/에너지 회생 능력들을 제공하는 전기 차축을 제공한다.
몇몇 실시예들에서, 전기 파워트레인들은 탠덤(tandem) 또는 다중 차축 차량 시스템들에서 태그 또는 2 차 차축들로서 차량들로 통합되는 전기 차축들의 일부이다.
여기에 개시된 파워트레인들의 실시예들을 통합하는 전기 또는 하이브리드 전기 챠량들은 배터리 관리 시스템 또는 울트라 커패피터를 구비한 고-전압 배터리 팩, 온 보드 충전기, DC-DC 컨버터들, 다양한 센서들, 액추에이터들 및 제어기들과 같은, 그러나 이에 한정되지는 않는, 복수의 다른 추가적인 파워트레인 컴포넌트들을 포함할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
선호되는 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 이하의 설명들에서 사용된 용어는 특정 실시예들의 상세한 설명과 관련하여 사용되기 때문에 임의의 한정되는 또는 제한적인 방식으로 해석되지 않아야 한다. 더욱이, 실시예들은 여러가지 신규한 특징들을 포함하며, 이러한 특징들 중 어느 하나의 특징이 자신의 바람직한 속성들을 홀로 책임지지 않으며 설명되는 선호되는 실시예들을 실시하는데 필수적이지도 않다.
도 1은 선호되는 일 실시예에 따른 전기 파워트레인(100)의 개략 방식(style)도면이다. 전기 파워트레인(100)은 모터/발전기 구동 파워트레인이고 복수의 동작 모드들로 작동될 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기 차축 파워트레인(100)의 하나의 선호되는 실시예는 차동 어셈블리(104)에 동작가능하게 커플링된 구동트레인(drivetrain)(102)을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(104)는 회전동력을 전달하도록 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다. 차동 어셈블리(104)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 휠들(108a, 108b)이 구동하도록 구성된 구동 차축(106)에 동작가능하게 커플링된다.
차동 어셈블리(104)는 제1 유성 기어 세트(110)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(110)에는 링 기어(112), 유성 캐리어(114) 및 태양 기어(115)가 제공된다. 유성 캐리어(114)는 태양 기어(115)를 링 기어(112)에 커플링하는 복수의 유성 기어들을 회전식으로 지지한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(104)는 유성 캐리어(114)에 직접적으로 커플링된다.
링 기어(112)는 회전가능한 샤프트(116)에 구동하게 연결된다. 샤프트(116)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(또는 기어 세트)(118)의 일부를 갖는다. 기어 패스(118)는 샤프트(116)를 회전가능한 샤프트(120)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(120)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(또는 기어 세트)(122)의 일부를 갖는다. 기어 패스(122)는 샤프트(120)를 제1 모터/발전기(132)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(120)는 축방향으로 구동 차축(106)에 평행하게 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(120)는 구동 차축(106)에 수직하고 기어 패스(118)는 직각 링(right angle ring) 및 피니언 기어 세트이다.
태양 기어(115)는 회전가능한 샤프트(124)에 회전가능하게 연결된다. 샤프트(124)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(126)(또는 기어 세트)의 일부를 갖는다. 기어 패스(126)는 샤프트(124)를 회전가능한 샤프트(130)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(130)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(128)(또는 기어 세트)의 일부를 갖는다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(130)는 축방향으로 구동 차축(106)에 평행하게 연장된다. 기어 패스(128)는 샤프트(130)를 제2 모터/발전기(134)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(124)는 축방향으로 구동 차축(106)에 평행하게 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(124)는 구동 차축(106)에 수직하고 기어 패스(126)는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 모터/발전기들(132, 134)은 운동 에너지를 제공하고 운동 에너지 입력을 전기 에너지 출력으로 변환할 수 있다 (즉, 모터 및 발전기로서 동작). 예를 들어, 차량의 오퍼레이터가 브레이크 페달을 밟으면 발전기는 운동 에너지를 전기 에너지(즉, 회생 제동)로 변환할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 모터/발전기들(132, 134)은 에너지 저장 디바이스에 연결될 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 배터리 팩 또는 커패시터를 갖는 배터리 일 수 있고; 그러나, 다른 실시예들은 특히 연료 전지 전기 차량 구동트레인들(FCEV)에서 울트라 캐패시터 또는 연료 전지를 포함하지만 이에 한정되지 않는 전기 화학적 에너지 변환 디바이스 또는 이들의 조합들을 포함하는 다른 동력원들을 포함할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 파워트레인(100)은 탠덤 차축 또는 다중 차축 시스템의 태그 또는 2차 차축에 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(132, 134)은 구동 차축(106)의 방사방향으로 반대측들(opposite sides) 상에 위치된다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(118, 122, 126 또는 128) 중 적어도 하나는 스텝 기어세트 또는 에피사이클릭(epicyclic) 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기(132)는 구동 차축(106)에 수직하고 기어 패스(122) 또는 기어 패스(118) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 모터/발전기(134)는 구동 차축(106)에 수직하고 기어 패스(128) 또는 기어 패스(126) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(118, 122, 126 또는 128) 중 적어도 하나는 스텝 기어들 또는 에피사이클릭 기어들이다.
유성 기어 세트(110)는 파워트레인(100)의 작동 모드에 따라 파워 급수 포인트(power summation point) 또는 파워 분할 포인트(power summation point)로서 기능할 수 있다. 유성 기어 세트(110)는 동력이 휠들(108a, 108b)로 흐를 때 모터/발전기들(132, 134)로부터의 파워 급수 포인트로서 기능하고, 모터/발전기들(132, 134)이 발전기들로서 기능할 때 전력 분할 포인트로서 기능한다. 동력 플로우가 휠들(108a, 108b)로부터 나올 때, 유성 기어 세트(110)는 캐리어(114)에서 동력을 분할하고 제공된 운동 에너지는 모터/발전기(들)(132, 134)에 의해 회생(recuperate)될 수 있다.
임의의 주어진 휠 속도에 대해, 제1 모터/발전기(132)(또는, 대안적으로 제2 모터/발전기(134))는 파워트레인(100)으로 동력을 제공하는 모터로서 작동할 수 있고, 제2 모터/발전기(134)(또는 대안적으로 제1 모터/발전기(132))는 발전기로서 작동할 수 있다. 발전기(134)는 에너지 저장 디바이스에 저장된 에너지 레벨 또는 배터리 팩에서의 충전 상태를 지속가능 또는 임계 레벨로 유지할 수 있다. 그렇게 동작함으로써, 에너지 저장 디바이스는 원하는 경우 주문형(on-demand) 부스팅을 위한 에너지를 파워트레인(100)에 제공할 수 있다. 제1 및 제2 모터/발전기들(132, 134)이 발전기들로서 작동하는 경우, 파워트레인(100)은 더 높은 에너지 회생을 제공한다.
모터(132) 및 발전기(134)는 유성 캐리어(114)에 연결된 차동 어셈블리(104)와 함께 휠들로부터 동력을 분리하는 유성 기어 세트(110)의 존재로 인해 독립된 속도들에서 작동할 수 있다. 모터/발전기(132, 134) 속도들은 파워트레인(100)에 더 큰 효율을 제공하는 휠(108a, 108b)속도들로 제한되지 않는다.
전기 파워트레인(100)은 연속 가변 전기 가변 차축에 대하여 제공하는 제1 모터/발전기(132)의 속도를 제어함으로써 고속에서 저속으로의 속도 비의 변화를 연속적으로 제공하는 다중 작동 모드들에서 작동할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 파워트레인(100)의 모든 컴포넌트들은 도시되지 않은 차량 시스템 제어기(VSC)의 관리 제어하에 있다. 각 파워트레인 컴포넌트는 VSC의 관리 제어하에 별도의 제어기를 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 파워트레인(100)은 배터리 관리 시스템(미도시)의 일부로서 별도의 배터리 제어기(미도시)를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기 및/또는 VSC는 파워트레인, 차량, 휠들 등에 제공된 센서들로부터 다수의 전자 신호들을 수신하도록 구성된다. 센서들은 선택적으로 온도 센서들, 속도 센서들, 위치 센서들 등을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제어기 및 VSC는 신호 획득, 신호 중재, 또는 신호 처리를 위한 다른 공지된 방법들과 같은 루틴들을 수행하도록 구성되며 다양한 액추에이터들 및 센서들과 전자적으로 통신하도록 구성된다.
도 2는 또 다른 선호되는 실시예의 전기 파워트레인(200)을 도시한다. 도 2에 도시된 실시예는 파워트레인(100)과 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예의 유사한 특징들은 계속적으로 유사하게 번호가 매겨진다. 도 2에 도시된 변형의 다른 그리고 추가적인 특징들은 아래에서 설명되고 도 1 및 본 명세서에서 도시되고 설명되는 다른 실시예들에 비추어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다.
전기 차축 파워트레인(200)은 차동 어셈블리(204)에 동작가능하게 연결된 구동트레인(202)을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(204)는 회전동력을 전달하도록 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다.
차동 어셈블리(204)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 차량 휠들(208a, 208b)을 구동하도록 구성된 구동 차축(206)에 동작가능하게 커플링된다. 차동 어셈블리(204)는 제1 유성 기어 세트(210)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(210)에는 링 기어(212), 유성 캐리어(214) 및 태양 기어(215)가 제공된다. 유성 캐리어(214)는 태양 기어(215)를 링 기어(212)에 커플링하는 복수의 유성 기어들을 회전식으로 지지한다. 링 기어(212)는 회전가능한 샤프트(216)에 구동하게 연결된다. 샤프트(216)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(218)의 일부를 갖는다. 기어 패스(218)는 샤프트(216)를 회전가능한 샤프트(220)와 구동하게 연결시킨다. 샤프트(220)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(222)의 적어도 일부를 갖는다.
몇몇 실시예들에서, 차동 기어 어셈블리(204)는 유성 캐리어(214)에 커플링된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(220)는 구동 차축(205)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(220)는 구동 차축(206)에 수직하고, 기어 패스(218)는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
기어 패스(222)는 샤프트(220)를 제1 모터/발전기(232)의 출력에 구동하게 연결된 감속 기어 세트(223)를 포함하는 감속 유닛(221)에 구동하게 연결시킨다. 태양 기어(215)는 회전가능한 샤프트(224)에 회전가능하게 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(224)는 구동 차축(206)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
샤프트(224)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(226)의 일부를 갖는다. 기어 패스(226)는 샤프트(224)를 회전가능한 샤프트(230)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(230)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(228)의 일부를 갖는다. 기어 패스(228)는 샤프트(230)를 제2 모터/발전기(234)의 출력에 구동하게 연결된 감속 기어 세트(233)를 포함하는 감속 유닛(231)에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(232, 234)은 구동 차축(206)에 평행하게 위치된다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(218, 222, 226 또는 228) 중 적어도 하나는 스텝 기어 세트 또는 에피사이클릭 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기(234)는 구동 차축(206)에 수직하고, 기어 패스(222) 또는 기어 패스(218) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 모터/발전기(234)는 구동 차축(206)에 수직하고, 기어 패스(228) 또는 기어 패스(226) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 감속 기어 세트들(223, 233)은 1차 기어 감속을 제공하는 유성 기어 세트들이다. 초기 기어 감속을 제공함으로써, 유성 기어 세트(210)는 더 낮은 기어 비들을 가질 수 있고, 기어 패스들(218, 222, 226 또는 228)은 전체 기어 패스들의 수를 감소시키는 작은 직경의 기어들을 포함하고, 그에 의해 구동트레인 패키징 요구조건들을 줄일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 감속 유성 기어 세트들(223, 233)은 태양 기어, 링 기어, 및 유성 캐리어에 회전가능하게 장착된 복수의 복합 유성 기어들을 포함할 수 있다. 태양 기어는 모터/발전기들(232,234)의 출력 샤프트들 중 하나에서 일체로 형성될 수 있다. 링 기어는 고정 부재 또는 하우징 어셈블리에 고정된다. 유성 캐리어는 기어 패스(222)에 구동하게 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 감속 기어 세트들(223, 233)은 모터/발전기들(232, 234)의 출력들과 공동-축방향이다.
도 3은 전기 파워트레인(300)의 또 다른 선호되는 실시예를 나타낸다. 도 3에 도시된 실시예는 파워트레인(100)에 대한 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 도 3에 도시된 실시예의 유사한 특징들은 계속적으로 유사하게 번호가 매겨진다. 도 3에 도시된 변형의 다른 그리고 추가적인 특징들은 아래에서 설명되고 도 1 및 본 명세서에서 도시되고 설명되는 다른 실시예들에 비추어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다.
전기 차축 파워트레인(300)은 차동 어셈블리(304)에 동작가능하게 커플링된 구동트레인(302)을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(304)는 회전동력을 전달하도록 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다. 차동 어셈블리(304)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 휠들(308a, 308b)을 구동시키도록 구성된 구동 차축(106)에 동작가능하게 커플링된다.
차동 어셈블리(304)는 제1 유성 기어 세트(310)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(310)에는 링 기어(312), 유성 캐리어(314) 및 태양 기어(315)가 제공된다. 유성 캐리어(314)는 태양 기어(315)를 링 기어(312)에 커플링하는 복수의 유성 기어들을 회전식으로 지지한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(304)는 유성 캐리어(312)에 커플링된다.
링 기어(312)는 회전가능한 샤프트(316)에 구동하게 연결된다. 샤프트(316)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(318)의 일부를 갖는다. 기어 패스(318)는 샤프트(316)를 회전가능한 샤프트(320)와 구동하게 연결시킨다. 샤프트(320)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(322)의 일부는 갖는다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(320)는 구동 차축(306)에 평행하게 축방향으로 연장된다. 기어 패스(322)는 샤프트(320)를 제1 모터/발전기(332)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
태양 기어(315)는 회전가능한 샤프트(324)에 회전가능하게 연결된다. 샤프트(324)는 제2 모터/발전기(334)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(324)는 구동 차축(306)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(332, 334)은 서로에 대하여 축방향으로 인접하고, 회전가능한 샤프트들(316, 및 320)은 구동 차축(306)과 공동-축방향이다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기 및 제2 모터/발전기들의 출력 샤프트들은 동심(concentric)이다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(320)는 제1 및 제2 모터/발전기들의 출력 샤프트들로 전달된다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(318, 322, 326 또는 328) 중 적어도 하나는 스텝 기어 세트 또는 에피사이클릭 기어 세트이다.
도 4a는 전기 파워트레인(400)의 또 다른 선호되는 실시예를 도시한다. 도 4a에 도시된 실시예는 파워트레인(100)에 대한 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 도 4a에 도시된 실시예의 유사한 특징들은 계속적으로 유사하게 번호가 매겨진다. 도 4a에 도시된 변형의 다른 그리고 추가적인 특징들은 아래에서 설명되고 도 1 및 본 명세서에서 도시되고 설명되는 다른 실시예들에 비추어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다.
전기 차축 파워트레인(400)은 차동 어셈블리(404)에 동작가능하게 커플링된 구동트레인(402)를 포함한다. 차동 어셈블리(404)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 휠들(408a, 408b)이 구동시키도록 구성된 구동 차축(406)에 동작가능하게 커플링된다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(404)는 회전동력을 전달하기 위해 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다.
차동 어셈블리(404)는 제1 유성 기어 세트(410)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(410)에는 링 기어(412), 유성 캐리어(414), 및 태양 기어(415)가 제공된다. 링 기어(412)는 회전가능한 샤프트(416)에 구동하게 연결된다. 샤프트(416)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(418)의 일부를 갖는다. 기어 패스(418)는 샤프트(416)를 회전가능한 샤프트(420)와 구동하게 연결시킨다. 샤프트(420)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(422)의 일부는 갖는다. 기어 패스(422)는 샤프트(420)를 제1 모터/발전기(432)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(404)는 유성 캐리어(414)에 커플링된다.
태양 기어(415)는 회전가능한 샤프트(424)에 회전가능하게 연결된다. 샤프트(424)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(426)의 일부를 갖는다. 기어 패스(426)는 샤프트(424)를 회전가능한 샤프트(430)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(430)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(428)의 일부를 갖는다. 기어 패스(428)는 샤프트(430)를 제2 모터/발전기(434)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(424)는 구동 차축(406)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(432, 434)은 구동 차축(406)에 평행하게 위치된다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(418, 422, 426 또는 428) 중 적어도 하나는 스텝 기어 세트 또는 에피사이클릭 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기(432)는 구동 차축(406)에 수직하고 기어 패스(422) 또는 기어 패스(418) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 모터/발전기(434)는 구동 차축(406)에 수직하고 기어 패스(428) 또는 기어 패스(426) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 구동트레인(410)은 제2 모터/발전기(434)를 구동 샤프트에 선택적으로 연결시키는 클러치(440)를 포함한다. 클러치(440)는 제어기와 통신한다.
몇몇 실시예들에서, 클러치(440)는 파워 인출 유닛(power take off unit)(422)에 연결된다.
도 4b는 전기 태그 차축(452), 구동 차축(454) 및 PTO 디바이스(442)를 갖는 탠덤(tandem) 차축 시스템(450) 내에 있는 클러치(440)의 위치를 도시한다. 구동 차축(454)을 구동 샤프트에 연결시킴으로써, 구동 차축(454)은 전기적으로 연속적으로 가변적인 기능을 갖는다. 만약 클러치(440)가 체결되면, 차축(454)은 전용 하이브리드 트랜스액슬이 된다.
시스템(450)이 내연 기관 엔진 또는 다른 동력원으로 연결될 때, 클러치(440)가 체결되면, 내연 기관 엔진으로부터의 동력은 발전기로서 모터 발전기(434) 및 모터/발전기(432)에 의해 제공되는 동력으로 추가된다.
몇몇 실시예들에서, 클러치(440)는 도그(dog) 클러치, 클론(clone) 클러치, 습식 클러치 또는 건식 클러치이다.
몇몇 실시예들에서, 클러치(440)는 유압 작동식 습식 클러치 팩이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 체결해제(disconnect) 클러치(444)는 태그 차축(452)의 휠들 중 하나에 추가된다. 전기 태그 차축(452)은 온보드(onboard) 충전기를 갖는 플러그인(plug-in) 하이브리드 차량 실시예에 대한 그리드(grid)로 동력을 내보내는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 차량은 차량이 정지 상태일 때 전기 태그 차축(452)에 의해 동력을 제공받는 보조 파워 유닛을 포함하며, 인출가능한 동력 대 그리드 구성들을 포함할 수 있다.
도 5는 전기 파워트레인(500)의 또 다른 선호되는 실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예는 파워트레인(100)에 대한 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 도 5에 도시된 실시예의 유사한 특징들은 계속적으로 유사하게 번호가 매겨진다. 도 5에 도시된 변형의 다른 그리고 추가적인 특징들은 아래에서 설명되고 도 1 및 본 명세서에서 도시되고 설명되는 다른 실시예들에 비추어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다.
전기 차축 파워트레인(500)은 차동 어셈블리(504)에 동작가능하게 커플링된 구동트레인(502)를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(504)는 회전동력을 전달하기 위해 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다.
차동 어셈블리(504)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 휠들(508a, 508b)이 구동시키도록 구성된 구동 차축(506)에 동작가능하게 커플링된다. 차동 어셈블리(504)는 제1 유성 기어 세트(510)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(510)에는 링 기어(512), 유성 캐리어(514), 및 태양 기어(515)가 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(504)는 유성 캐리어(514)에 선택적으로 구동하게 커플링된다.
클러치(517)는 차동 어셈블리(504)를 캐리어(514)에 선택적으로 커플링시키기 위해 유성 캐리어(514) 및 차동 어셈블리(504) 사이에 위치하게 된다. 클러치(517)가 체결해제되면, 차동 어셈블리(504)는 파워트레인을 차동 어셈블리(504)로부터 체결해제함으로써 항력 손실들(drag losses)을 최소화하는 중립 모드로 작동한다.
몇몇 실시예들에서, 링 기어(512)는 오버 런 클러치(519)에 구동하게 연결된다. 오버 런 클러치(519)는 링 기어(512) 및 샤프트(516)에 구동하게 연결된다.
샤프트(516)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(518)의 일부를 갖는다. 기어 패스(518)는 샤프트(516)를 회전가능한 샤프트(520)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(520)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(522)의 일부를 갖는다. 기어 패스(522)는 샤프트(520)를 제1 모터/발전기(532)의 출력에 구동하게 연결시킨다.
태양 기어(515)는 회전가능한 샤프트(524)에 회전가능하게 연결된다. 샤프트(524)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(526)의 일부를 갖는다. 기어 패스(526)는 샤프트(524)를 회전가능한 샤프트(530)에 구동하게 연결시킨다. 샤프트(530)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(528)의 일부를 갖는다. 기어 패스(528)는 샤프트(530)를 제2 모터/발전기(534)의 출력에 구동하게 연결시킨다. 몇몇 실시예들에서, 샤프트(524)는 구동 차축(506)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(532,534)은 구동 차축(506)에 평행하게 위치된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기(532)는 구동 차축(506)에 수직하고 기어 패스(522) 또는 기어 패스(518)중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(518, 522, 526 또는 528) 중 적어도 하나는 스텝 기어 세트 또는 에피사이클릭 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 모터/발전기(534)는 구동 차축(506)에 수직하고 기어 패스(528) 또는 기어 패스(526) 중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
오버 런 클러치(519)는 모터/발전기(532)가 파워트레인(500)에 의해 역(back) 구동되는 것을 방지한다. 유성 기어 세트(510)의 링 기어(512)는 링-투-태양(RTS:ring-to-sun)비로 인해 태양 기어(515)보다 더 높은 토크를 경험할 수 있다. 모터/발전기(532)가 충분한 토크를 생성할 수 없어 그 결과 링 기어(512) 상의 토크가 RTS 비를 곱한 태양 기어(515) 상의 토크와 동일하지 않으면, 링 기어(512)는 역 구동된다. 오버 런 클러치(519)는 링 기어(512)가 역 회전하는 것을 방지하기 위해 모터/발전기(532)를 따라 링 기어(512) 동력 경로로 배치된다.
몇몇 실시예들에서, 오버 런 클러치(519)는 방향성 오버 런 클러치이다. 방향성 오버 런 클러치(519)는 동력을 공급받으면, 모터/발전기(532)가 회생 모드(regeneration mode)에서 작동할 때와 같이 필요에 따라 모터/발전기(532)가 모터/발전기(532)의 출력의 회전을 반전(reverse)시키도록 허용한다.
제어기는 적어도 클러치(517) 및 오버 런 클러치(519)의 체결을 제어함으로써 파워트레인(500)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 제어기에 의해 송신된 신호에 응답하여, 액추에이터는 오버 런 클러치(519) 및/또는 클러치(517)를 체결할 수 있다.
도 6은 전기 파워트레인(600)의 또 다른 선호되는 실시예를 도시한다. 도 6에 도시된 실시예는 파워트레인(100)에 대한 유사한 컴포넌트들을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예의 유사한 특징들은 계속적으로 유사하게 번호가 매겨진다. 도 6에 도시된 변형의 다른 그리고 추가적인 특징들은 아래에서 설명되고 도 1 및 본 명세서에서 도시되고 설명되는 다른 실시예들에 비추어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다.
전기 파워트레인(600)은 차동 어셈블리(604)에 동작가능하게 커플링된 구동트레인(602)을 포함한다. 차동 어셈블리(604)는 자신의 단부들상에서 한 세트의 휠들(608a, 608b)이 구동시키도록 구성된 구동 차축(606)에 동작가능하게 커플링된다. 차동 어셈블리(604)는 제1 유성 기어 세트(610)에 구동하게 연결된다. 제1 유성 기어 세트(610)에는 링 기어(612), 유성 캐리어(614) 및 태양 기어(615)가 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(604)는 회전동력을 전달하도록 구현된 공통 차동 기어 세트를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 차동 어셈블리(604)는 유성 캐리어(614)에 구동하게 커플링된다.
링 기어(612)는 회전가능한 샤프트(616)에 구동하게 연결된다. 샤프트(616)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(618)의 일부를 갖는다. 기어 패스(618)는 샤프트(616)를 회전가능한 샤프트(620)에 선택적으로 구동하게 연결시킨다. 샤프트(616)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(622)의 일부를 갖는다. 기어 패스(622)는 샤프트(616)를 샤프트(620)에 선택적으로 구동하게 연결시킨다. 샤프트(620)는 제1 모터/발전기(632)의 출력에 구동하게 부착된다. 태양 기어(615)는 회전가능한 샤프트(624)에 회전가능하게 연결된다.
샤프트(624)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(626)의 일부를 갖는다. 기어 패스(626)는 샤프트(624)를 회전가능한 샤프트(630)에 선택적으로 구동하게 연결시킨다. 샤프트(630)는 자신으로 구동하게 연결된 기어 패스(628)의 일부를 갖는다. 기어 패스(628)는 샤프트(630)를 샤프트(624)에 선택적으로 구동하게 연결시킨다. 샤프트(630)는 제2 모터/발전기(634)의 출력에 구동하게 부착된다.
몇몇 실시예들에서, 샤프트(624)는 구동 차축(606)에 평행하게 축방향으로 연장된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 모터/발전기들(632, 634)은 구동 차축(606)에 평행하게 위치한다.
몇몇 실시예들에서, 제1 모터/발전기(632)는 구동 차축에 수직하고 기어 패스(622) 또는 기어 패스(618)중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 기어 패스들(618, 622, 626 또는 628) 중 적어도 하나는 스텝 기어 세트 또는 에피사이클릭 기어 세트이다.
몇몇 실시예들에서, 제2 모터/발전기(634)는 구동 차축(606)에 수직하고 기어 패스(628) 또는 기어 패스(626)중 하나는 직각 링 및 피니언 기어 세트이다.
파워트레인(600)은 셀렉터 슬리브(633)의 위치에 의존하여 적어도 두 가지 동작 모드들에 위치하도록 구성될 수 있다. 제1 동작 모드에서는, 파워트레인(600)은 저속 동작 모드로 작동한다. 제2 동작 모드에서는, 파워트레인(600)은 고속 동작 모드로 작동한다.
제어기는 적어도 셀렉터 슬리브(633)의 위치를 조정함으로써 파워트레인(600)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 동작 모드들 사이에서 스위칭하기 위해, 셀렉터 슬리브(633)는 클러칭 동작에 의해 샤프트(620)를 어느 한쪽의 기어 패스(622 및 618)와 체결한다. 셀렉터 슬리브(633)내에 형성된 환형 리세스(recess)에 배치된 시프트 포크(shift fork)(635)는 샤프트(620)의 축을 따라 셀렉터 슬리브(633)를 제1 위치, 제2 위치, 또는 중립 위치로 이동시킨다. 제어기에 의해 송신된 신호에 응답하여, 액추에이터는 셀렉터 슬리브(633)의 위치를 조정한다.
제1 위치 또는 저속 동작 모드에서는, 셀렉터 슬리브(633)는 기어 패스(622) 및 샤프트(620)와 구동하게 체결된다. 동력은 모터/발전기(632)로부터 셀렉터 스플라인(selector spline)을 통해 기어 패스(622)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(616)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다.
제2 위치 또는 고속 동작 모드에서는, 셀렉터 슬리브(633)는 기어 패스(618) 및 샤프트(620)와 구동하게 체결된다. 동력은 모터/발전기(632)로부터 셀렉터 스플라인(selector spline)을 통해 기어 패스(618)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(616)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다.
중립 위치에서는 셀렉터 슬리브(633)는 기어 패스(622) 또는 기어 패스(618)중 어느 쪽과도 체결되지 않으며, 셀렉터 슬리브(633)는 중립 위치에 있다.
파워트레인(600)은 셀렉터 슬리브(637)의 위치에 의존하여 다수의 동작 모드들에 위치하도록 구성된다. 제1 동작 모드에서는, 파워트레인(600)은 고속 동작 모드로 작동한다. 제2 동작 모드에서는, 파워트레인(600)은 저속 동작 모드로 작동한다. 고속 및 저속 동작 모드들에서는, 비(ratio)들이 기어 패스들 및 유성 기어 세트의 비들에 의해 결정된 범위(range)내에서 연속적으로 가변된다.
유사하게, 제어기는 적어도 셀렉터 슬리브(637)의 위치를 조정함으로써 파워트레인(600)의 동작 모드를 제어할 수 있다. 동작 모드들 사이에서 스위칭하기 위해, 셀렉터 슬리브(637)는 샤프트(630)를 클러칭 동작에 의해 어느 한 쪽의 기어 패스(626 및 628)에 체결시킨다. 셀렉터 슬리브(637)내에 형성된 환형 리세스(recess)에 배치된 시프트 포크(639)는 샤프트(630)의 축을 따라 셀렉터 슬리브(637)를 제1 위치, 제2 위치, 또는 중립 위치로 이동시킨다. 제어기에 의해 송신된 신호에 응답하여, 액추에이터는 셀렉터 슬리브(637)의 위치를 조정한다.
제1 위치 또는 저속 동작 모드에서는, 셀렉터 슬리브(637)는 기어 패스(626) 및 샤프트(630)에 구동하게 체결된다. 동력은 모터/발전기(634)로부터 셀렉터 스플라인을 통해 기어 패스(626)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(624)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다.
제2 위치 또는 고속 동작 모드에서는, 셀렉터 슬리브(637)는 기어 패스(628) 및 샤프트(630)에 구동하게 체결된다. 동력은 모터/발전기(634)로부터 셀렉터 스플라인을 통해 기어 패스(628)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(624)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다.
중립 위치에서는, 셀렉터 슬리브(637)는 기어 패스(626) 또는 기어 패스(628) 중 어느 쪽과도 체결되지 않으며, 셀렉터 슬리브(637)는 중립 위치에 있다.
셀렉터 슬리브들(633, 637) 및 시프트 포크들(635, 639)은 구동하는 그리고 구동되는 부분의 선택적인 체결을 허용하는 임의의 클러칭 디바이스로 대체될 수 있음을 이해하도록 한다. 몇몇 실시예들에서, 클러치는 시프트 포트 대신에 이용될 수 있다. 클러치는, 이에 한정되진 않지만, 도그 클러치, 클론 클러치, 유압 작동식 습식 클러치 팩을 포함하는 습식 또는 건식 클러치일 수 있다. 저속 범위가 요구된다면, 셀렉터 스플라인(selector spline)은 기어 패스(622)와 체결된다. 동력은 모터/발전기(632)로부터 셀렉터 스플라인을 통해 기어 패스(622)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(616)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다.
고속 범위가 요구된다면, 셀렉터 스플라인은 기어 패스(618)와 체결된다. 동력은 모터/발전기(632)로부터 셀렉터 스플라인을 통해 기어 패스(618)로, 유성 기어 세트(610)를 통해 샤프트(616)로, 차동 어셈블리(604)로, 그리하여, 구동 차축(606)을 통해 휠들(608a, 608b)로 전달된다. 기어 패스(622) 또는 기어 패스(618) 중 어느 것도 체결되지 않을 때, 셀렉터 슬리브(637)는 중립 위치에 있다.
몇몇 실시예들에서, 오버 런 클러치(미도시)는 모터/발전기(632)가 파워트레인(600)에 의해 역 구동되는 것을 방지한다. 유성 기어 세트(610)의 링 기어(612)는 링-투-태양(RTS)비로 인해 태양 기어(615)보다 더 높은 토크를 경험할 수 있다. 모터/발전기(632)가 충분한 토크를 생성할 수 없어 그 결과 링 기어(612) 상의 토크가 RTS 비를 곱한 태양 기어(615) 상의 토크와 동일하지 않은 경우, 링 기어(612)는 역 구동된다. 오버 런 클러치(619)는 링 기어(612)가 역 회전하는 것을 방지하기 위해 모터/발전기(632)를 따라 링 기어(612) 동력 경로로 배치된다.
여기에 개시된 전기 파워트레인들은 1차 구동 차축들, 제2 구동 차축들, 또는 이들 모두로서 선택적으로 사용됨을 또한 유의해야 한다.
각 기어 패스는 유성 기어들을 포함하는 다중 기어들을 포함할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 기어 패스들 중 적어도 하나는 태양 기어, 링 기어, 및 유성 캐리어에 의해 지지되는 복수의 유성 기어들을 가지는 유성 기어 세트이며, 링 기어 또는 유성 캐리어 중 하나는 고정 부재 또는 하우징에 그라운드(grounded)될 수 있다.
추가적인 클러치들/브레이크들, 스텝 비들이 가변하는 동력 경로 특성들을 획득하기 위해 여기에 개시된 하이브리드 파워트레인들에 선택적으로 제공됨을 이해해야 할 것이다. 여기에 개시된 동력 경로들로의 전기 머신들의 연결들은 예시를 위해 제공되는 것이고, 전기 머신들을 여기에 개시된 파워트레인들의 다른 컴포넌트들과 커플링하는 것은 설계자의 수단 내에 있음을 유의해야 한다.
배터리는 리튬이온 또는 납-산(lead-acid) 배터리들과 같은 고전압 팩일 뿐만 아니라 울트라 커패시터들 또는 어큐뮬레이터들(accumulators) 같은 다른 공압/유압 시스템들 또는 다른 형태의 에너지 저장 시스템들일 수 있음에 유의해야 한다.
여기에 설명된 모터/발전기들은 가변 변위 펌프들, 전기 머신들, 공압 펌프들에 의해 구동되는 공압 모터들 등에 의해 작동되는 하이드로 모터(hydromotor)들을 나타낼 수 있다.
선호되는 실시예들이 여기에 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예로서 제공되는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 다수의 변형들, 변경들 및 대체들은 이제 실시예들로부터 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이루어질 것이다. 여기에 설명된 실시들예에 대한 다양한 대안들은 실시예들을 실시하는데 적용될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
본 명세서에 설명된 다양한 실시예들은 아래의 양상들로 제공된다;
양상 1. 자신의 단부들에 커플링된 휠들의 세트를 갖는 구동 차축(drive axle)에 동작가능하게 커플링된 차동 어셈블리; 차동 어셈블리에 연결된 유성 기어 세트 ― 유성 기어 세트는 태양 기어, 복수의 유성 기어들을 지지하는 유성 캐리어, 및 링 기어를 가지며, 유성 캐리어는 차동 어셈블리에 구동하게 체결됨(drivingly engagede) ―; 제1 전기 모터/발전기; 제2 전기 모터/발전기; 제1 전기 모터/발전기 및 링 기어에 구동하게 연결된 제1 기어 패스(gear pass); 및 제1 전기 모터/발전기 및 태양 기어에 구동하게 연결된 제2 기어 패스를 포함하는 전기 파워트레인.
양상 2. 양상 1에 있어서, 제1 기어 패스의 제1 부분은 제1 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제1 기어 패스의 제2 부분은 제2 회전가능한 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
양상 3. 양상 1 및 2 중 어느 한 양상에 있어서, 제2 기어 패스의 제1 부분은 제3 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제2 기어 패스의 제2 부분은 제4 회전가능한 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
양상 4. 양상 1 내지 3 중 어느 한 양상에 있어서, 제1 전기 모터/발전기 및 제1 기어 패스 사이에 위치하는 제1 감속 기어 세트를 더 포함하는, 전기 파워트레인.
양상 5. 양상 1 내지 4 중 어느 한 양상에 있어서, 제2 전기 모터/발전기 및 제2 기어 패스 사이에 위치하는 제2 감속 기어 세트를 더 포함하는, 전기 파워트레인.
양상 6. 양상 1 내지 5 중 어느 한 양상에 있어서, 유성 캐리어 및 차동 어셈블리 사이에 위치하는 클러치를 더 포함하고, 클러치는 유성 캐리어 및 차동 어셈블리를 선택적으로 체결시키도록 구성되는, 전기 파워트레인.
양상 7. 양상 1 내지 6 중 어느 한 양상에 있어서, 제1 기어 패스 및 제1 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제3 기어 패스를 더 포함하고, 제3 기어 패스의 제1 부분은 제2 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제3 기어 패스의 제2 부분은 제1 전기 모터/발전기의 출력 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
양상 8. 양상 1 내지 7 중 어느 한 양상에 있어서, 제3 기어 패스 및 제2 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제4 기어 패스를 더 포함하고, 제4 기어 패스의 제1 부분은 제4 회전가능한 샤프트에 연결되고, 제4 기어 패스의 제2 부분은 제2 전기 모터/발전기의 출력 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
양상 9. 양상 1 내지 8 중 어느 한 양상에 있어서, 기어 패스들 중 적어도 하나는 에피사이클릭 기어 세트인, 전기 파워트레인.
양상 10. 양상 1 내지 9 중 어느 한 양상에 있어서, 링 기어 및 제1 기어 패스 사이에 위치되는 오버 런 클러치를 더 포함하고, 오버 런 클러치는 링 기어 및 제1 기어 패스를 선택적으로 체결시키도록 구성되는, 전기 파워트레인.
양상 11. 양상 1 내지 10 중 어느 한 양상에 있어서, 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 구동 차축에 평행한, 전기 파워트레인.
양상 12. 양상 1 내지 11 중 어느 한 양상에 있어서, 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 서로에 대하여 축방향(axially)으로 인접하는, 전기 파워트레인.
양상 13. 양상 1 내지 12 중 어느 한 양상에 있어서, 제1 및 제2 회전가능한 샤프트들은 구동 차축과 공동-축방향(coaxial)인, 전기 파워트레인.
양상 14. 양상 1 내지 13 중 어느 한 양상의 전기 파워트레인을 포함하는, 전기 차축.
양상 15. 양상 14에 있어서, 파워 인출 유닛(power take off unit) 및 제2 전기 모터/발전기에 연결된 제2 클러치를 더 포함하고, 제2 클러치는 파워 인출 유닛 및 전기 파워트레인을 선택적으로 연결시키도록 구성되는, 전기 차축.

Claims (15)

  1. 전기 파워트레인(electric powertrain)으로서,
    자신의 단부들에 커플링된 휠들의 세트를 갖는 구동 차축(drive axle)에 동작가능하게 커플링된 차동 어셈블리;
    상기 차동 어셈블리에 연결된 유성 기어 세트, ― 상기 유성 기어 세트는 태양 기어, 복수의 유성 기어들을 지지하는 유성 캐리어, 및 링 기어를 가지며, 상기 유성 캐리어는 상기 차동 어셈블리에 구동하게 체결됨(drivingly engagede) ―;
    제1 전기 모터/발전기;
    제2 전기 모터/발전기;
    상기 제1 전기 모터/발전기 및 상기 링 기어에 구동하게 연결된 제1 기어 패스(gear pass); 및
    상기 제1 전기 모터/발전기 및 상기 태양 기어에 구동하게 연결된 제2 기어 패스를 포함하는, 전기 파워트레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기어 패스의 제1 부분은 제1 회전가능한 샤프트에 연결되고, 상기 제1 기어 패스의 제2 부분은 제2 회전가능한 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 기어 패스의 제1 부분은 제3 회전가능한 샤프트에 연결되고, 상기 제2 기어 패스의 제2 부분은 제4 회전가능한 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전기 모터/발전기 및 상기 제1 기어 패스 사이에 위치하는, 제1 감속 기어 세트를 더 포함하는, 전기 파워트레인.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전기 모터/발전기 및 상기 제2 기어 패스 사이에 위치하는, 제2 감속 기어 세트를 더 포함하는, 전기 파워트레인.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유성 캐리어 및 상기 차동 어셈블리 사이에 위치하는 클러치를 더 포함하고, 상기 클러치는 상기 유성 캐리어 및 상기 차동 어셈블리를 선택적으로 체결시키도록 구성되는, 전기 파워트레인.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기어 패스 및 상기 제1 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제3 기어 패스를 더 포함하고, 상기 제3 기어 패스의 제1 부분은 상기 제2 회전가능한 샤프트에 연결되고, 상기 제3 기어 패스의 제2 부분은 제1 전기 모터/발전기의 출력 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 기어 패스 및 상기 제2 전기 모터/발전기 사이에 위치하는 제4 기어 패스를 더 포함하고, 상기 제4 기어 패스의 제1 부분은 상기 제4 회전가능한 샤프트에 연결되고, 상기 제4 기어 패스의 제2 부분은 상기 제2 전기 모터/발전기의 출력 샤프트에 구동하게 연결되는, 전기 파워트레인.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어 패스들 중 적어도 하나는 에피사이클릭(epicyclic) 기어 세트인, 전기 파워트레인.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 기어 및 상기 제1 기어 패스 사이에 위치되는 오버 런(over run) 클러치를 더 포함하고, 상기 오버 런 클러치는 상기 링 기어 및 상기 제1 기어 패스를 선택적으로 체결시키도록 구성되는, 전기 파워트레인.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 상기 구동 차축에 평행한, 전기 파워트레인.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전기 모터/발전기들은 서로에 대하여 축방향(axially)으로 인접한, 전기 파워트레인.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회전가능한 샤프트들은 구동 차축과 공동-축방향(coaxial)인, 전기 파워트레인.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 전기 파워트레인을 포함하는, 전기 차축.
  15. 제14항에 있어서,
    파워 인출 유닛(power take off unit) 및 상기 제2 전기 모터/발전기에 연결된 제2 클러치를 더 포함하고, 상기 제2 클러치는 상기 파워 인출 유닛 및 상기 전기 파워트레인을 선택적으로 연결시키도록 구성되는, 전기 차축.
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