KR20200030058A - 하우징의 바깥쪽에 분리 클러치를 포함한 하이브리드 모듈 - Google Patents

하우징의 바깥쪽에 분리 클러치를 포함한 하이브리드 모듈 Download PDF

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KR20200030058A
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KR
South Korea
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clutch
hybrid module
housing
intermediate shaft
release system
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KR1020207001263A
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English (en)
Inventor
지몬 오르트만
필리페 바그너
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 전기 모터로 구동될 수 있는 중간 샤프트(3)와 내연기관의 선택적인 연결 및 분리를 위한 분리 클러치(2)와, 변속기 입력 샤프트(5)로의 선택적인 토크 전달을 위해 마련된 클러치 장치(4)와, 하우징(6)을 포함하는, 자동차의 파워트레인을 위한 하이브리드 모듈(1)에 관한 것으로, 상기 분리 클러치(2)는 하우징(6)의 바깥쪽에 배치되는 반면, 클러치 장치(4)는 하우징(6)의 안쪽에 배치된다.

Description

하우징의 바깥쪽에 분리 클러치를 포함한 하이브리드 모듈
본 발명은 자동차의 파워트레인을 위한 하이브리드 모듈에 관한 것이며, 상기 하이브리드 모듈은, 전기 모터로 구동될 수 있는 중간 샤프트와 내연기관의 선택적인 연결 및 분리를 위한 분리 클러치(K0)와, 변속기 입력 샤프트로의 선택적인 토크 전달(토크 이동)을 위해 마련된 클러치 장치와, 하우징을 포함한다.
종래 기술로부터 하이브리드 모듈들이 충분히 공지되어 있다. 예컨대 DE 10 209 059 944 A1호는, 제1 분리 클러치, 전기 모터 및 제2 분리 클러치를 포함하는 자동차의 파워트레인용 하이브리드 모듈을 개시하고 있으며, 제1 분리 클러치는 파워트레인 내의 연소 엔진과 전기 모터 사이의 토크 흐름 내에 배치되고, 제2 분리 클러치는 전기 모터와 파워트레인 내의 변속기 사이의 토크 흐름 내에 배치되며, 제1 분리 클러치와 제2 분리 클러치는 하나의 공통 습식 챔버 내에 배치된다.
트리플 클러치 또는 3개의 클러치를 포함하는 하이브리드 모듈의 종래 기술에서 공지된 구성은 매우 복잡하며, 특히 축방향으로 볼 때 장착 공간을 상당히 차지한다. 더 나아가, 클러치들이 모두 동일한 (습식) 챔버 내에 배치되어 있는 하이브리드 모듈들 외에도, 분리 클러치가 변속기 또는 하이브리드 모듈의 하우징 바깥쪽에 배치되고, 그에 따라 건식 클러치로서 형성된 하이브리드 모듈들도 이미 공지되어 있다. 그러나 공지된 해결책들의 경우, 건식으로 형성된 분리 클러치 상에서의 작동력이 그리스 윤활식 릴리스 베어링들(grease-lubricated release bearing)을 통해 강하게 제한된다. 더 나아가, 상기 릴리스 베어링들은 추가 장착 공간을 요구한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 종래 기술에서의 단점들을 방지하거나 적어도 완화시키며, 특히 장착 공간 수요가 적고 구성의 복잡성이 감소하며, 특히 분리 클러치에서 높은 작동력이 가능한 트리플 클러치의 배치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는, 일반적인 하이브리드 모듈의 경우, 본 발명에 따라서, 분리 클러치는 하우징의 바깥쪽에 배치되는 반면, 클러치 장치는 하우징의 안쪽에 배치됨으로써 해결된다.
그렇게 하여, 분리 클러치를 건식 클러치로서 형성할 수 있으며, 그에 반해 듀얼 클러치(K1 및 K2)는 하이브리드 모듈 하우징의 안쪽에 배치된다. 이러한 배치를 통해, 특히 축방향으로 장착 공간을 절약할 수 있다.
바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 청구되며, 하기에서 설명된다.
이로써, 바람직하게는, 분리 클러치가 건식 클러치로서 형성된다. 그렇게 하여, 하이브리드 모듈의 하우징을 통해 한정된 장착 공간의 바깥쪽에 분리 클러치를 배치할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 클러치 장치가 습식 클러치로서 형성된다. 습식 발진 클러치들의 경우, 클러치들의 공기 배출이 더욱 간단하며, 이는 더 적은 드래그 토크가 작용함을 의미한다. 또한, 예컨대 이중 CSC(이중 동심 슬레이브 실린더)의 형태인 작동 유닛 내지 릴리스 장치의 최대로 가능한 작동력이 건식 발진 클러치 유닛의 경우보다 더 높다.
이 경우, 클러치 장치가 제1 부분 클러치(K1) 및 제2 부분 클러치(K2)를 포함한 듀얼 클러치로서 형성되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이를 위해, 특히 바람직하게는, 듀얼 클러치가 반경방향 및 축방향으로 예컨대 전기 모터와 같은 전기 기계의 회전자 안쪽에 배치되며, 부분 클러치들은 반경방향으로 바람직하게 적층되거나 상호 내포 방식으로(nested) 배치된다. 그렇게 하여, 축방향으로의 장착 공간은 더 감소될 수 있는 반면, 반경방향으로의 장착 공간은 적어도 동일하게 유지된다(또는 마찬가지로 감소된다).
또한, 바람직하게는, 분리 클러치가 중간 샤프트 상에 장착되어 이 중간 샤프트와 함께 회전하는 릴리스 시스템을 포함한다. 상기 함께 회전하는 릴리스 시스템은 축방향으로뿐만 아니라 반경방향으로도 장착 공간을 절약한다.
이 경우, 함께 회전하는 릴리스 시스템이 로터리 피드스루(rotary feedthrough)를 포함하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 분리 클러치의 작동을 위한 종래의 릴리스 베어링이 생략될 수 있으며, 그로 인해 추가의 축방향 장착 공간이 절약될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 함께 회전하는 릴리스 시스템은 중간 샤프트 상에 배치된 구동부 하우징(driver housing)을 포함한다. 이러한 배치는, 전달 가능한 힘이 릴리스 베어링과 무관하고, 그로 인해 매우 높게 설계될 수 있다는 큰 장점이 있는데, 그 이유는, 함께 회전하는 릴리스 시스템, 분리 클러치 및 구동부 하우징이 폐쇄된 내부 힘 흐름 경로(force flow course)를 가능하게 하도록 분리 클러치가 구성되기 때문이다. 이는, 건식 단판 클러치가 이용될 수 있게 하고, 엔진 측 구동부(driver)가 직접 이중질량 플라이휠 측(DMF 측)에 장착될 수 있게 한다.
함께 회전하는 릴리스 시스템을 그의 주변 환경에 대해 밀폐하기 위해, 바람직하게는, 함께 회전하는 릴리스 시스템이 중간 샤프트 및 구동부 하우징에 대해 각각 (로드) 씰(rod seal)에 의해 밀폐된다.
분리 클러치의 작동을 위해, 바람직하게는, 함께 회전하는 릴리스 시스템의 제어 내지 작동을 위한 유체 라인이 중간 샤프트 및 하우징을 통과하여 횡방향으로 연장되거나, 변속기 입력 샤프트 안쪽을 따라 연장된다. 이 경우, 특히 바람직하게는, 유체 라인이 반경방향으로 바깥쪽에서부터 중간 샤프트 및 하우징을 통과하여 연장되며, 상기 라인에서부터 함께 회전하는 릴리스 시스템으로의 유체의 전이를 가능하게 하는 로터리 피드스루가 하우징 섹션과 중간 샤프트 사이에 배치되거나, 유체 라인이 변속기 입력 샤프트 안쪽에서 평행하게 연장되며, 이때 로터리 피드스루는 변속기 입력 샤프트의 바깥쪽에 제공된다.
달리 말하면, 본 발명에서는, 분리 클러치(K0) 및 클러치들(K1 및 K2)이 서로 별도로 제공된다. 따라서 K0 클러치는 하이브리드 모듈의 장착 공간의 바깥쪽에서, 바람직하게는 건식 유형으로 작동해야 한다. 상기 K0 클러치는 로터리 피드스루에 의해 제어된다. 클러치들(K1 및 K2)은 습식 장착 공간 내에서 작동하고, 회전자의 안쪽에 장착되며, 반경방향으로 상호 내포 방식으로 배치된다. 또한, 상기 클러치들은 이중 CSC를 통해 작동된다. 이러한 접근법은 극히 공간 절약적이다. 회전자 위치 센서는 선택적으로, 각각 원하는 유형에 따라, 회전자의 좌측 또는 우측에 배치될 수 있다.
즉, 본 발명은, 제1 및 제2 부분 클러치를 포함하는 듀얼 클러치가 하이브리드 모듈의 안쪽에, 더 구체적으로는 반경방향 및 축방향으로 하이브리드 모듈의 전기 기계의 회전자 안쪽에 제공되어 있는 하이브리드 모듈을 제공한다고 할 수 있다. 분리 클러치는 듀얼 클러치와 별도로 하이브리드 모듈의 하우징의 바깥쪽에 제공된다. 바람직하게 분리 클러치는 건식 클러치이고, 듀얼 클러치는 습식 클러치이다.
본 발명은 하기에서 상이한 실시예들이 도시되어 있는 도면들을 참고로 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 하이브리드 모듈의 예시의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 하이브리드 모듈의 예시의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도면들은 단지 개략화한 것일 뿐이며, 오직 본 발명의 이해를 위해서만 이용된다. 동일한 요소들은 동일한 도면부호들로 식별 표시되어 있다.
또한, 개별 실시예들의 특징들은 다른 실시예들에서도 실현될 수 있다. 다시 말해, 실시예들은 상호 간에 교체될 수 있다.
도 1에는, 예컨대 자동차의 파워트레인을 위해 이용되는 것과 같은 하이브리드 모듈(1)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 하이브리드 모듈(1)은, 전기 모터로 구동될 수 있는 중간 샤프트(3)와 내연기관(미도시)의 선택적인 연결 및 분리를 위해 이용되는 (K0 클러치로도 지칭되는) 분리 클러치(2)와, 변속기 입력 샤프트(5)로의 선택적인 토크 전달을 위해 마련된 클러치 장치(4)를 포함한다.
또한, 하이브리드 모듈(1)은 하우징(6)을 포함하며, 이 하우징은, 분리 클러치(2)와 클러치 장치(4)를 공간적으로 상호 분리하고, 그에 따라 장착 공간을 도 1에서 하우징(6)의 좌측에 배치된 건식 영역(7)과, 도 1에서 하우징의 우측에 배치된 습식 영역(8)으로 분할한다. 습식 영역(8) 내에 위치한 클러치 장치(4)는 (K1 클러치로도 지칭되는) 제1 부분 클러치(9)와 (K2 클러치로도 지칭되는) 제2 부분 클러치(10)를 포함하며, 이들 부분 클러치는 반경방향으로 상호 내포 방식으로 배치됨으로써 축방향으로 매우 적은 장착 공간만을 요구한다.
분리 클러치(2)는, 함께 회전하는 릴리스 시스템(11) 및 구동부 하우징(12)을 포함하는 건식 클러치로서 형성된다. 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)뿐만 아니라 구동부 하우징(12)도, 중간 샤프트(3)와 함께 회전되도록 중간 샤프트(3) 상에 배치된다. 구동부 하우징(12) 상에는 압력판(13)과 대향 압력판(14)이 장착된다. 압력판(13)과 대향 압력판(14) 사이에는, 내연기관 측 구동부(16) 상에 장착된 클러치 디스크들(15)이 배치되며, 상기 구동부는 다시 직접 이중질량 플라이휠(17) 측(DMF 측)에 장착된다. 이는, 대향 압력판(14)이 이중질량 플라이휠(17) 쪽을 향하는 측에서 반경방향 바깥쪽으로 지지 링(36)에 의해 자신의 축방향 운동이 제한되기 때문에 가능하다.
함께 회전하는 릴리스 시스템(11)은, 유체 라인(18)을 통해 안내되는 유체가 피스톤(19) 내로 이송될 수 있게 하는 로터리 피드스루(미도시)를 포함하고, 피스톤은 마찬가지로 중간 샤프트(3)와 함께 회전하면서 릴리스 시스템(11)을 변위시키기 위해 이용되며, 그럼으로써 분리 클러치(2)가 작동되게 된다. 피스톤(19)은, 건식 영역(7) 내부에서의 유체 방출(누설)을 방지하기 위해, 바람직하게는 로드 씰로서 형성되어 있는 씰들(20, 21)을 통해 건식 영역(7)에 대해 밀폐된다.
분리 클러치(2)의 압력판(13) 및 대향 압력판(14)을 지지하는 구동부 하우징(12)은 단일 부재형으로 또는 다중 부재형으로 형성될 수 있다. 피스톤(19)은 분리 클러치(2)의 클러치 패키지에 축방향 힘을 가한다.
변속기 입력 샤프트(5)는, 여기에 도시된 실시예에서는 2개 부재형으로 형성되며, 안쪽이 중공 형태이다. 중공 챔버(22) 안쪽에는, 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)에 유체를 공급하는 유체 라인(18)이 연장된다. 이 경우, 유체 라인(18)은 변속기 입력 샤프트(5)에 대해 평행하게 연장되며, 씰 링(23)을 통해 변속기 입력 샤프트(5)의 중공 챔버(22)에 대해 밀폐된다. 중간 샤프트(3)는, 중간 샤프트(3)와 변속기 입력 샤프트(5) 간의 상대 회전을 가능하게 하기 위해, 베어링(24)을 통해 변속기 입력 샤프트(5) 상에 장착된다. 그러므로 중간 샤프트(3)와 변속기 입력 샤프트(5)는 베어링(24)의 영역에서 축방향으로 중첩되며, 중간 샤프트(3)는 반경방향으로 변속기 입력 샤프트(5)의 바깥쪽에, 그리고 변속기 입력 샤프트의 둘레를 따라 연장되는 방식으로 배치된다. 따라서, 중간 샤프트(3)도 마찬가지로 도면부호 35가 부여되어 있는 중공 챔버를 포함한다. 하우징(6)은 베어링 장치(25)를 통해 중간 샤프트(3) 상에 지지된다.
습식 영역(8) 내부에 전기 모터 형태의 전기 기계(26)가 배치된다. 전기 모터(26)는 고정자(27)와 회전자(28)를 포함한다. 회전자(28)의 위치의 검출을 위해 회전자 위치 센서(29)가 제공된다.
고정자(27)는 하우징(6)과 일체로 회전할 수 있게 연결되거나, 하우징 상에 회전 고정 방식으로 부착되며(여기서는 미도시), 회전자(28)는 중앙 베어링(30)을 통해 하우징(6) 상에서 지지된다.
반경방향으로 회전자(28)의 안쪽에는, 제1 부분 클러치(9)와 제2 부분 클러치(10)가 반경방향으로 상호 내포 방식으로 배치되도록, 클러치 장치(4)가 배치된다. 클러치 장치(4)는, 이중 CSC(31)라고도 지칭될 수 있는, 이중으로 형성된 CSC(Concentric Slave Cylinder)(31)를 통해 작동된다. 그 대안으로, 회전자 위치 센서(29)는 좌측에도 배치될 수 있다. 여기에 도시된 실시예는 드래그 토크가 극히 작고, 축방향으로 매우 짧은 구조이다.
여기에 도시된 실시예의 큰 장점은, 전달될 수 있는 힘이 릴리스 베어링과 무관하고, 그로 인해 매우 높게 설계될 수 있다는 점이다. 그로 인해, 여기에 도시된 것처럼, 건식 단판 클러치를 여기서는 분리 클러치(2)로서 이용할 수 있다. 건식 클러치들을 위해 사용될 수 있는 종래 릴리스 베어링들은 자신의 그리스 윤활을 통해 최대 작동력이 상당히 제한된다.
중간 샤프트(3)는 반경방향 샤프트 씰 링(32)을 통해 변속기 입력 샤프트(5)의 중공 챔버(22)에 대해 밀폐된다. 이로써 피스톤(19)이 압력을 형성할 수 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 제1 실시예에 대부분 상응하는 하이브리드 모듈(1)의 가능한 제2 실시예가 도시되어 있다. 그러므로 하기에서는 단지 두 실시예의 차이점만을 다룬다.
도 1에 도시된 제1 실시예와 달리, 여기서는 유체 라인(18)이 반경방향으로 바깥쪽에서 유입되면서 하우징(6) 및 중간 샤프트(3)를 통해 안내된다. 여기에 도시된 실시예에서는, 하우징(6)과 중간 샤프트(3) 사이에 로터리 피드스루(33)가 존재한다. 변속기 입력 샤프트(5)의 중공 챔버(22)는, 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)의 피스톤(19) 내에서 압력 형성을 가능하게 하기 위해, 마개(34)에 의해 중공 챔버(35)에 대해 기밀 및 액밀 방식으로 폐쇄된다.
1: 하이브리드 모듈
2: 분리 클러치(K0)
3: 중간 샤프트
4: 클러치 장치
5: 변속기 입력 샤프트
6: 하우징
7: 건식 영역
8: 습식 영역
9: 제1 부분 클러치(K1)
10: 제2 부분 클러치(K2)
11: 함께 회전하는 릴리스 시스템
12: 구동부 하우징
13: 압력판
14: 대향 압력판
15: 클러치 디스크
16: 구동부
17: 이중질량 플라이휠
18: 유체 라인
19: 피스톤
20: 씰
21: 씰
22: 중공 챔버
23: 씰 링
24: 베어링
25: 베어링 장치
26: 전기 기계 / 전기 모터
27: 고정자
28: 회전자
29: 회전자 위치 센서
30: 중앙 베어링
31: 이중 CSC
32: 반경방향 샤프트 씰 링
33: 로터리 피드스루
34: 마개
35: 중공 챔버
36: 지지 링

Claims (10)

  1. 전기 모터로 구동될 수 있는 중간 샤프트(3)와 내연기관의 선택적인 연결 및 분리를 위한 분리 클러치(2)와, 변속기 입력 샤프트(5)로의 선택적인 토크 전달을 위해 마련된 클러치 장치(4)와, 하우징(6)을 포함하는, 자동차의 파워트레인을 위한 하이브리드 모듈(1)에 있어서,
    분리 클러치(2)는 하우징(6)의 바깥쪽에 배치되는 반면, 클러치 장치(4)는 하우징(6) 안쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서, 분리 클러치(2)는 건식 클러치로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 클러치 장치(4)는 습식 클러치로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 클러치 장치(4)는 듀얼 클러치(9, 10)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  5. 제4항에 있어서, 듀얼 클러치(9, 10)는 반경방향 및 축방향으로 전기 기계(26)의 회전자(28) 안쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 분리 클러치(2)는, 중간 샤프트(3) 상에 장착되어 상기 중간 샤프트와 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  7. 제6항에 있어서, 상기 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)은 로터리 피드스루(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)은 중간 샤프트(3) 상에 배치된 구동부 하우징(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 함께 회전하는 릴리스 시스템(11)은 각각 씰(20; 21)에 의해 중간 샤프트(3) 및 구동부 하우징(12)에 대해 밀폐되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 라인(18)이 중간 샤프트(3)를 통해 횡방향으로 연장되거나, 변속기 입력 샤프트(5)를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 자동차 파워트레인용 하이브리드 모듈(1).
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