KR20210013053A - 하이브리드 모듈과 자동차용 구동 장치 및 상기의 하이브리드 모듈의 제조 방법 - Google Patents

하이브리드 모듈과 자동차용 구동 장치 및 상기의 하이브리드 모듈의 제조 방법 Download PDF

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KR20210013053A
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stator
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도미니크 바이스
슈테판 레만
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 로터 위치 센서 장치를 포함하는, 내연 기관과 변속기의 결합을 위한 자동차용 하이브리드 모듈 및 내연 기관과 본 발명에 따른 하이브리드 모듈을 지닌 자동차용 구동 장치에 관한 것이다. 상기 내연 기관과 변속기의 결합을 위한 자동차용 하이브리드 모듈은 상기 센서 스테이터(1)가 이를 지지하는 부품에 의해 코킹되는 것을 특징으로 하며, 이때 상기 하이브리드 모듈은 회전축(15)을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전부와 하이브리드 모듈 하우징 및 로터 위치 센서 장치를 포함하고, 이 로터 위치 센서 장치에 의해서는 고정된 하이브리드 모듈 하우징과 관련하여 상기 회전부의 각 위치가 결정될 수 있으며, 이 경우 상기 로터 위치 센서 장치는 상기 하이브리드 모듈 하우징과 기계적으로 고정 연결된 센서 스테이터(1)를 구비한다. 본 발명에 따른 하이브리드 모듈에 의해서는, 설치 공간에 대한 수요와 조립 복잡성이 낮은 동시에 하이브리드 모듈의 회전부의 각 위치 결정을 신뢰할 수 있게 결합할 수 있다.

Description

하이브리드 모듈과 자동차용 구동 장치 및 상기의 하이브리드 모듈의 제조 방법
본 발명은, 로터 위치 센서 장치를 포함하는, 내연 기관과 변속기의 결합을 위한 자동차용 하이브리드 모듈 및 내연 기관과 본 발명에 따른 하이브리드 모듈이 장착된 자동차용 구동 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 하이브리드 모듈의 제조 방법과도 관련이 있다.
자동차를 구동시키기 위한 전기 기계들은 광범위한 내용이 이미 알려져 있다. 여기서 상기 전기 기계는 내연 기관과의 커플링을 제공하는 하이브리드 모듈에 통합되는 등의 방법으로 내연 기관과 결합하여 존재할 수 있다. 하이브리드 모듈은 통상적으로 내연 기관의 기계적 결합을 위한 연결 장치, 상기 기관에서 하이브리드 모듈로 토크를 전달할 수 있으며 상기 하이브리드 모듈을 상기 내연 기관으로부터 분리할 수 있는 분리 클러치, 로터로 구동 토크를 생성하기 위한 전기 기계 및 전기 기 내연 계에서 파워 트레인으로 토크를 전달할 수 있는 추가 클러치 유닛을 포함한다.
배치된 모든 클러치에는 각기 하나의 작동 시스템이 할당되어 있다. 상기 전기 기계는 전기 주행을 가능하게 하며 내연 기관 작동 및 회복(recuperation) 성능을 향상시킨다. 상기 분리 클러치와 그 작동 시스템은 내연 기관의 결합 또는 분리를 보장한다.
이러한 유형의 하이브리드 모듈에서는 통상적으로 전기 모터, 분리 클러치, 추가 클러치 유닛 및 상기 분리 클러치와 추가 클러치 유닛의 작동 시스템, 베어링, 인터미디어트 샤프트 및 하우징 부품이 연결된 내연 기관과 연결된 변속기 사이에 축 방향으로 배치되어 있다.
또한, 전기식 구동 유닛 또는 이러한 구동 유닛이 장착된 하이브리드 모듈의 최적의 작동을 위해 특정 작동 상황에서 전기 기계 로터의 각 위치를 결정해야 한다. 이 목적을 위해 통상적으로는 로터에 대해 동축으로 내장된 리졸버(resolver) 및 각 위치 센서가 사용된다.
기존 기술에는 각 위치가 결정될 수 있는 로터를 포함한 자동차용 전기 기계가 알려져 있다.
WO2014/131408 A2호는 스테이터, 로터 및 로터 위치 센서를 포함하는 전기 기계를 기술한다. 상기 로터 위치 센서는 스테이터의 자기장과 관련하여 로터의 각 위치를 결정하기 위해 사용되며, 동시에 일체로 회전하도록 스테이터에 지지되어 있다.
계속해서, 전기 기계는 로터에 부착된 신호 송신기를 포함하며, 이 경우 상기 신호 송신기는 로터 필드의 자속 밀도(magnetic flux density)의 기준값을 검출하는 기준 송신기를 구비한다. 상기 기준값은 신호 송신기와 로터 위치 간의 각도 오프셋을 결정하기 위해 사용된다.
또한, 방사 방향으로 매우 제한된 설치 공간에 사용되는 로터 위치 센서들이 명시되어 있다. 이러한 유형의 로터 위치 센서는 로터 위치 센서-스테이터와 로터 위치 센서-로터를 포함하며, 이 경우 통상적으로 로터 위치 센서-스테이터는 고정을 위해 나사로 결합된다. 방사 방향 설치 공간이 제한적인 경우, 나사 결합을 실현하기 위해 경우에 따라 코일 요소가 생략되어야 한다. 이는 각 위치를 스캔할 때 전기적 오류 증가로 이어질 수 있다.
결과적으로 하이브리드 모듈의 모든 부품을 매우 콤팩트하게 실현하고 배치할 필요가 있다.
이에 따라 본 발명의 과제는, 설치 공간에 대한 수요와 조립 복잡성이 낮은 동시에 하이브리드 모듈의 회전부의 각 위치 결정을 결합한 하이브리드 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 본 발명의 하이브리드 모듈 및 청구항 9에 따른 본 발명의 하이브리드 모듈 제조 방법으로 해결할 수 있다. 하이브리드 모듈의바람직한 실시 예는 종속항 2 내지 8에 제시되어 있다. 추가로 청구항 10에 따른 하이브리드 모듈을 구비하는 자동차용 구동 장치가 제공된다.
청구항의 특징은 기술적으로 타당한 임의의 방식으로 결합될 수 있으며, 이와 함께 본 발명의 추가 실시 예를 포함하는 하기 설명 및 도면의 특징 역시 사용될 수 있다.
본 발명의 범위에서, "방사 방향” 및 "축 방향"이라는 용어는 항상 하이브리드 모듈의 회전축 또는 하이브리드 모듈의 회전하는 부품과 관련이 있다. 본 발명은 내연 기관과 변속기의 결합을 위한 자동차용 하이브리드 모듈에 관한 것이다. 상기 하이브리드 모듈은 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전부와 하이브리드 모듈 하우징 및 로터 위치 센서 장치를 포함한다. 상기 로터 위치 센서 장치를 통해, 고정된 하이브리드 모듈 하우징에 대한 회전부의 각 위치가 결정될 수 있으며, 이 경우 로터 위치 센서 장치는 상기 하이브리드 모듈 하우징과 기계적으로 고정 연결된 센서 스테이터를 포함한다. 본 발명에 따르면, 센서 스테이터는 이를 지지하는 부품으로 코킹되어 있다.
또한, 하이브리드 모듈은 스테이터 및 로터가 장착된 전기 기계를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 로터는 경우에 따라 로터 암(rotor arm) 상에 회전 가능하게 지지되어 있다. 마찬가지로 하이브리드 모듈에 의해 둘러싸인 클러치 장치는 마찰 클러치(friction clutch)로 형성된 분리 클러치일 수 있고, 이 분리 클러치는 전기 기계의 로터와 일체로 회전하도록 연결되어 있으며, 상기 분리 클러치에 의해서 하이브리드 모듈이 제1 클러치 측, 특히 입력단 측에서 내연 기관에 연결될 수 있으며 제2 클러치 측, 특히 출력단 측은 변속기에 결합될 수 있다.
코킹은 바람직하게는 하이브리드 모듈 하우징에 의해 둘러싸인 공간에 실현된다.
회전부는 경우에 따라 전기 기계의 로터의 필수 구성 부품이거나 이러한 필수 구성 부품과 고정 연결될 수 있다.
이 경우 센서 스테이터와 관련하여 회전 가능하게 지지된 회전부는 로터, 특히 전기 기계의 로터와 고정 연결될 수 있고, 개개의 각 위치에서 센서 스테이터에 의해 신호가 감지될 수 있는 신호 송신기를 구비할 수 있어, 결과적으로 로터 위치 센서 장치에 의해서는 고정된 하이브리드 모듈 하우징과 관련하여 전기 기계의 로터의 각 위치가 결정될 수 있다. 이 경우 회전 가능하게 지지된 회전부의 회전축은 센서 스테이터의 회전축과 일치해야 한다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 코킹에 의해 지지 부품과 센서 스테이터 간의 강제 결합 방식 및/또는 형상 결합 방식의 연결이 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 하이브리드 모듈의 간단하고 안정적인 실시 형태에서, 센서 스테이터를 지지하는 부품은 하이브리드 모듈 하우징이다. 앞서 언급한 실시 형태와는 대조적으로, 상기 센서 스테이터를 지지하는 부품은 회전 하이브리드 모듈 하우징과 일체로 회전하도록 연결된 지지부일 수 있으며, 센서 스테이터는 상기 지지부에 의해 코킹되어 있다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 센서 스테이터는 기본적으로 링 모양으로 형성되어 있으며, 이 경우 상기 센서 스테이터는 코킹에 의해 센서 스테이터를 지지하는 부품의 방사 방향 내측면에 고정되어 있다. 따라서 센서 스테이터의 방사 방향 외측면은 코킹으로부터 방사 방향으로 연장된다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 모듈은 특히 센서 스테이터를 지지하는 부품이 적어도 섹션별로 중공 실린더 형상을 갖도록 실현되며, 이 경우 상기 센서 스테이터는 중공 실린더의 방사 방향 외측면에 배치되어 있다. 이 경우 센서 스테이터는 가급적 중공 실린더에 대해 동축으로 배치된다.
또한, 중공 실린더의 방사 방향 외측면은 적어도 섹션별로 방사 방향 노치 또는 리세스가 있을 수 있다. 이러한 노치 또는 리세스에는 적어도 섹션별로 센서 스테이터가 배치되어 있다. 코킹은 축 방향으로 마주 보며 노치 또는 리세스를 축 방향으로 제한하는 재료 영역이 축 방향으로 센서 스테이터의 양측에 가압됨으로써 실현된다. 이에 따라 축 방향으로 제한되는 재료 영역의 소성 변형에 의해 센서 스테이터의 코킹이 달성된다.
본 발명에 따르면, 코킹은 센서 스테이터의 복수의 외연 섹션에서 실현될 수 있으며, 이 경우 코킹에 의해 센서 스테이터의 하나 이상의 코일이 기계적으로고정되어 있는데, 즉, 바람직한 섹션별 코킹에서와 마찬가지로 코일의 정해진 각 영역에만 고정되어 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 모듈은 센서 스테이터의 코킹이 적은 설치 공간을 필요로 한다는 장점을 가지며, 그 결과 센서 스테이터에서 예를 들어 나사 결합용 구멍 등의 큰 설치 공간을 필요로 하는 고정 요소를 실현할 필요가 없다. 그럼에도 불구하고 센서 스테이터의 충분히 안정적인 고정을 보장할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 하이브리드 모듈 조립 시, 공정 단계로서 센서 스테이터를 고정하기 위한 코킹은 예를 들어 복수의 나사 조인트를 이용한 센서 스테이터 회전 고정 연결을 구현하는 것보다 간단하다. 그러나 특히, 코킹에 의한 센서 스테이터의 고정으로 인해 방사 방향 설치 공간이 낮은 수준으로 필요하므로, 추가 고정 수단을 위한 공간이 필요하지 않고, 그 결과 센서 스테이터의 코일과 함께 고정 수단의 간섭을 감수하지 않고도 전체 센서 스테이터의 코일을 하이브리드 모듈의 하우징에 수용할 수 있다.
본 발명에 따른 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 모듈의 제조 방법 역시 제공된다. 본 발명에 따른 방법에서는 하이브리드 모듈 하우징 및 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전부와 로터 위치 센서 장치가 제공된다. 상기 로터 위치 센서 장치는 센서 스테이터에 의해 상기 하이브리드 모듈 하우징과 기계적으로 고정 연결되며, 이 경우 상기 센서 스테이터는 이를 지지하는 부품에 의해 코킹된다. 이 경우 센서 스테이터를 지지하는 부품은 하이브리드 모듈 하우징의 일부이거나 하이브리드 모듈 하우징과 일체로 회전하도록 연결된 부품일 수 있다. 이에 따라 센서 스테이터와 하이브리드 모듈 하우징의 기계적 고정 연결은 직접적으로 또는 간접적으로 구현될 수 있다.
이 경우 센서 스테이터와 관련하여 회전 가능하게 지지된 회전부는 로터, 특히 전기 기계의 로터와 고정 연결될 수 있고, 개개의 각 위치에서 센서 스테이터에 의해 신호를 감지할 수 있는 신호 송신기를 구비할 수 있어, 결과적으로 로터 위치 센서 장치에 의해 고정된 하이브리드 모듈 하우징과 관련하여 로터의 각 위치가 결정될 수 있다. 이 경우 회전 가능하게 지지된 회전부의 회전축은 센서 스테이터의 회전축과 일치해야 한다.
또한, 본 발명에 따르면 본 발명의 하이브리드 모듈, 구동 유닛, 특히 내연 기관 및 변속기를 구비한 자동차용 구동 장치가 제공되며, 이 경우 상기 하이브리드 모듈은 하이브리드 모듈의 하나 이상의 클러치 장치를 통해 상기 구동 유닛 및 변속기와 기계적으로 연결되었거나 연결될 수 있다.
상기의 발명을 하기에서 바람직한 실시 예를 표현한 관련 도면을 참조하여 관련 기술 배경에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 개략적인 도면으로 제한되지 않으며, 이 경우 도면의 도시 예는 도시된 치수로 제한되지 않음에 유의한다. 도면부:
도 1에는 센서 스테이터를 지지하는 부품에 의해 코킹되는 상기 센서 스테이터가 사시도로 도시되어 있다.
도 2에는 센서 스테이터를 지지하는 부품에 의해 코킹되는 상기 센서 스테이터가 단면도로 도시되어 있다.
도 1에는 센서 스테이터를 지지하는 부품에 의해 코킹되는 상기 센서 스테이터(1)가 사시적 정면도로 도시되어 있다. 여기서 상기 센서 스테이터를 지지하는 부품은 지지부(5)이며, 이 지지부는 상기 센서 스테이터(1)의 내부에 방사 방향으로 배치되어 있다. 또한, 센서 스테이터(1)의 회전축(15)이 도시되어 있으며, 이 회전축을 중심으로 상기 센서 스테이터 및 지지부(5)가 회전한다. 센서 스테이터(1) 및 지지부(5)는 기본적으로 링 모양으로 형성되어 있으며, 이 경우 상기 센서 스테이터(1)는 코킹(3)에 의해 상기 지지부(5)의 방사 방향 내측면(4)에 고정되어 있고, 그 결과 상기 지지부(5)가 상기 센서 스테이터(1)에 대해 동축으로 배치되어 있다. 이때 고정은 지지부(5)의 방사 방향 외측면(6)에 의해 형성되어 있고 적어도 균일하게 서로 이격되어 배치된 복수의 코킹(3) 또는 코킹된 영역을 통해 실현된다. 이 경우 개개의 코킹(3)은 센서 스테이터(1)의 외연 섹션(20)에서 실현되었다.
센서 스테이터(1)는 복수의 코일 요소(2) 및 신호 전송 유닛의 접촉을 위한 연결 장치(10)를 포함한다. 이때 개개의 코일 요소(2)는 센서 스테이터(1)의 방사 방향 외측면에서 방사 방향 외측 방향으로 연장된다. 이 경우 코일 요소(2)는 서로 밀접하게 이격되어 센서 스테이터(1)의 외연 세그먼트들 상에 배치되어 있다. 연결 장치(10)는 마찬가지로 센서 스테이터(1)의 방사 방향 외측면에서도, 코일 요소(2)의 배열에 대등하게 배치되어 있다. 이때 연결 장치(10)는 외연에서 2개의 코일 요소(2) 사이에 위치한다. 연결 장치(10)는 제어 기술상 코일 요소(2)와 연결되어 결과적으로 신호가 코일 요소(2)로부터 상기 연결 장치(10)를 통해 전송될 수 있다. 따라서 연결 장치(10)에 연결된 제어 요소는 센서 스테이터(1)의 도움으로 로터 위치를 검출하고, 상응하게 전기 기계를 제어할 수 있다.
도 2는 센서 스테이터를 지지하는 부품에 의해 코킹되는 상기 센서 스테이터(1)를 절단된 부분 측면도로 도시한다. 이 경우 센서 스테이터(1)의 측면도는 회전축(15)에 의해 방사 방향으로 제한되어 있다. 도 1에서와 같이, 지지하는 부품은 마찬가지로 지지부(5)이며, 이 지지부는 센서 스테이터(1) 내부에서 방사 방향으로 상기 센서 스테이터에 대해 동축으로 배치되어 있다. 상기 지지부(5)는 섹션별로 중공 실린더 형상 및 일체 실린더 형상을 갖는다. 이때 상기 중공 실린더의 섹션은 센서 스테이터(1)의 방향으로 배향되어 있으며, 이 경우 상기 일체 실린더 섹션은 센서 스테이터(1)로부터 떨어져 마주보는 지지부(5)의 측면에 위치한다. 이 경우 중공 실린더의 섹션은 상기 중공 실린더의 방사 방향 외측면(6)에서 중공 실린더 재킷의 축 방향 단부에 노치(11)를 형성한다. 이때 개개의 노치(11)는 축 방향으로 재료 영역(12)에 의해 제한되어 있다. 센서 스테이터(1)의 방사 방향 내측면(4)은 노치(11) 내에 위치 설정되어 있으며, 이 경우 재료 영역(12)은 축 방향으로 센서 스테이터(1)의 양측에 가압되어 상기 센서 스테이터를 개개의 노치(11) 내에 코킹한다.
본 발명에 따른 하이브리드 모듈에 의해서는, 설치 공간에 대한 수요와 조립 복잡성이 낮은 동시에 하이브리드 모듈의 회전부의 각 위치 결정이 신뢰할 수 있게 결합될 수 있다.
1 : 센서 스테이터 2 : 코일 요소
3 : 코킹 4 : 센서 스테이터의 방사 방향 내측면
5 : 지지부 6 : 지지부의 방사 방향 외측면
10 : 연결 장치 11 : 노치
12 : 재료 영역 15 : 센서 스테이터의 회전축
20 : 외연 섹션

Claims (10)

  1. 회전축(15)을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전부와 하이브리드 모듈 하우징 및 로터 위치 센서 장치를 포함하며, 이 로터 위치 센서 장치에 의해서는 고정된 하이브리드 모듈 하우징과 관련하여 상기 회전부의 각 위치가 감지될 수 있으며, 상기 로터 위치 센서 장치가 상기 하이브리드 모듈 하우징과 기계적으로 고정 연결된 센서 스테이터(1)를 구비하는, 내연 기관과 변속기의 결합을 위한 자동차용 하이브리드 모듈로서, 상기 센서 스테이터(1)가 이를 지지하는 부품에 의해 코킹된 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코킹에 의해, 상기 지지 부품과 센서 스테이터(1) 간의 강제 결합 방식및/또는 형상 결합 방식의 연결이 실현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코킹에 의해, 상기 지지 부품과 센서 스테이터(1) 간의 강제 결합 방식 및/또는 형상 결합 방식의 연결이 실현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  4. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 스테이터(1)를 지지하는 부품이 상기 하이브리드 모듈 하우징과 일체로 회전하도록 연결된 지지부(5)이고, 이 지지부에 의해 상기 센서 스테이터(1)가 코킹된 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 스테이터(1)가 기본적으로 링 모양으로 형성되어 있고, 상기 센서 스테이터는 코킹에 의해 상기 센서 스테이터를 지지하는 부품의 방사 방향 내측면에 고정된 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 스테이터(1)를 지지하는 부품이 적어도 섹션별로 중공 실린더 형상을 가지며, 상기 센서 스테이터(1)는 상기 중공 실린더의 방사 방향 외측면(6)에 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중공 실린더의 방사 방향 외측면이 적어도 섹션별로 방사 방향 노치(11)들 또는 리세스들을 가지며, 이들 노치 또는 리세스 내에 적어도 섹션별로 상기 센서 스테이터(1)가 배치되어 있고, 그리고 상기 코킹은 축 방향으로 마주 보고 그리고 상기 노치811) 또는 리세스를 축 방향으로 제한하는 재료 영역(12)들이 축 방향으로 상기 센서 스테이터(1)의 양측에 가압되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코킹이 상기 센서 스테이터(1)의 복수의 둘레 섹션(20)에서 실현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 모듈의 제조 방법으로서, 상기 방법에서는 하이브리드 모듈 하우징 및 회전축(15)을 중심으로 회전 가능하게 지지된 회전부와 로터 위치 센서 장치가 제공되고, 그리고 상기 로터 위치 센서 장치가 센서 스테이터(1)에 의해 상기 하이브리드 모듈 하우징과 기계적으로 고정 연결되며, 상기 센서 스테이터(1)는 이를 지지하는 부품에 의해 코킹되는, 하이브리드 모듈의 제조 방법
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 모듈 및 구동 유닛, 특히 내연 기관과 변속기를 포함하는 구동 장치로서, 상기 하이브리드 모듈이 이 하이브리드 모듈의 하나 이상의 클러치 장치를 통해 상기 구동 유닛 및 변속기와 기계적으로 연결되어 있거나 연결될 수 있는 구동 장치.
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