KR20210040043A - 차량용 전기기계 구동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량용 전기기계 구동 장치에 관한 것으로, 로터 및 스테이터를 포함하는 전기기계 주 구동 모터, 기어 입력, 기어 출력, 적어도 하나의 감속 스테이지, 및 감속 스테이지를 수용하는 변속기 하우징을 포함하는 감속 기어 장치, 제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분으로 감속 스테이지를 통해 유도되는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치 및 감속 스테이지를 통하여 주 구동 모터에 의해 구동가능한 보조 유닛을 포함하고, 보조 유닛은 변속기 하우징의 외부에 배열되고, 스위칭 요소는 변속기 하우징 내에 제공되며, 스위칭 요소는 감속 스테이지로부터 액슬 차동장치로의 구동 연결이 이 스위칭 요소에 의해 전환가능하게 폐쇄되고 전환가능하게 분리될 수 있도록 설계되고 구동 장치에 통합된다.
Description
본 발명은 차량용 전기기계 구동 장치에 관한 것으로, 차량을 구동하기 위해 제공된 전기기계 주 구동 모터를 가지며, 로터 및 스테이터를 포함하고, 로터에 운동학적으로 결합된 감속 기어 장치, 제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분으로 감속 기어 장치의 출력에 존재하는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치 및 예를 들어 파워 스티어링 펌프의 형태인 적어도 하나의 보조 유닛, 공조 압축기 또는 배터리 조립체를 가로질러 유도되는 냉각제 회로를 위한 펌프를 포함하고, 보조 유닛은 주 구동 모터를 통하여 구동가능하다.
위에서 언급한 유형의 전기기계 구동 장치는 제DE 10 2012 010 171 A1호에 공지된다. 이 공지된 구동 장치에서, 주 구동 모터는 2개의 동축으로 결합된 서브 엔진으로 구성되며, 이의 출력은 유성 기어의 3개의 개별 입력으로 유도된다. 이 구동 장치에 제공된 보조 유닛은 내부 서브 엔진의 축에 동축으로 배치되고 이의 로터에 운동학적으로 결합된다.
본 발명은 바람직하게 에너지 관점에서 작동가능하고 바람직하게 구현가능한 전체 구조를 특징으로 하는 모든 전기 작동 차량에 대한 전기기계 구동 장치를 생성할 수 있는 해결방법을 도시하는 목적을 기초로 한다.
상기 목적은 차량용 전기기계 구동 장치에 의해 본 발명에 따라 구현되며, 이 장치는
-로터 및 스테이터를 포함하는 전기기계 주 구동 모터,
-기어 입력, 기어 출력, 적어도 하나의 감속 스테이지, 및 감속 스테이지를 수용하는 변속기 하우징을 포함하는 감속 기어 장치,
-제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분으로 감속 스테이지를 통해 유도되는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치 및
-감속 스테이지를 통하여 주 구동 모터에 의해 구동가능한 보조 유닛을 포함하고,
-보조 유닛은 변속기 하우징의 외부에 배열되고,
-스위칭 요소는 변속기 하우징 내에 제공되며,
-스위칭 요소는 감속 스테이지로부터 액슬 차동장치로의 구동 연결이 전환가능하게 폐쇄되고 전환가능하게 분리될 수 있도록 설계되고 구동 장치에 통합된다.
이는 바람직하게는 차량이 정지되어 있을 때 보조 유닛이 감속 기어를 통해 구동될 수 있는 전적으로 전기기계적으로 작동되는 차량에 대한 구동 장치를 생성하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 특정 양태에 따라서, 액슬 차동장치와 감속 스테이지 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 오버런 모드로 작동할 때 보조 유닛이 액슬 차동장치에 의해 구동될 수 있도록 스위칭 요소와 보조 유닛이 구동 장치에 통합된다. 이는 유리한 방식으로 에너지 변환 없이 보조 유닛의 직접적인 기계적 구동을 달성하는 것을 가능하게 한다.
또한, 구동 장치 내의 보조 유닛과 스위칭 요소의 변속 통합도 또한 달성되는데, 여기서 액슬 차동장치와 감속 스테이지 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 정지할 때 보조 유닛은 감속 스테이지를 통해 주 구동 모터에 의해 구동가능하도록 스위칭 요소와 보조 유닛이 구동 장치에 통합된다.
감속 스테이지는 바람직하게 중간 샤프트를 포함하도록 구성된다. 이 중간 샤프트는 전기 모터의 로터 축에 평행하게 오프셋배열된다. 또한 바람직하게, 감속 스테이지는 제1 기어휠 및 그와 맞물리는 제2 기어휠을 가지며 제2 기어휠은 중간 샤프트 상에 배치되고, 제1 기어휠의 톱니의 개수보다 많은 개수의 톱니를 갖는다. 감속 스테이지는 "저속" 변속 비, 즉 속도 감소 및 토크 증가를 야기한다. 전기 모터에 의해 구동되는 경우 차량이 정지되고 보조 유닛이 동력을 필요로 할 때 변속 하우징의 외부에 있는 보조 유닛이 감속 스테이지의 변속 비 효과를 사용하며, 감속 스테이지의 구동 트레인은 이와는 달리 스위칭 요소의 대응 스위칭 상태를 설정함으로써 액슬 차동장치로부터 분리된다.
스위칭 요소는 바람직하게는 이 스위칭 요소가 중간 샤프트를 제2 기어휠에 전환가능하게 결합하도록 변속기 하우징의 내부 영역에서 구동 장치 내로 통합된다. 대안으로 또는 이 수단과 조합하여, 변속기 하우징의 내부에 있는 스위칭 요소는 이 요소가 상부에 안착된 출력 기어에 중간 샤프트를 전환가능하게 결합하도록 설계될 수 있고 구동 장치 내로 통합될 수 있다.
보조 유닛은 입력 샤프트를 갖도록 설계될 수 있고 바람직하게는 이 입력 샤프트는 중간 샤프트에 동축으로 연장되도록 배열된다. 대안으로 외부 보조 유닛은 또한 이의 입력 샤프트가 중간 샤프트에 평행하게 오프셋 배열되도록 구동 장치 내로 통합될 수 있다. 감속 스테이지와 보조 유닛의 변속기 결합은 그 뒤에 바람직하게는 필요한 경우 추가 변속기 기여 자체를 구현하는 변속기 하우징의 외부에서 작동하는 트랙션 메커니즘 드라이브의 포함에 의해 달성된다.
구동 장치는 또한 변속기 하우징 외부에 위치한 복수 개의, 특히 2개의 보조 유닛을 포함할 수 있으며, 제1 보조 유닛은 바람직하게는 중간 샤프트의 축에 동축으로 배열된 입력 샤프트를 가지며, 제2 보조 유닛은 중간 샤프트의 축에 평행하게 오프셋배열된 제2 입력 샤프트를 갖는다. 보조 유닛은 바람직하게는 입력 샤프트가 감소 스테이지를 대향하도록 구동 장치에 통합된다. 감속 스테이지는 바람직하게는 주 구동 전기 모터와 외부 보조 유닛 사이에 축방향으로 위치된다.
스위칭 요소는 바람직하게는 이 요소가 액슬 차동장치와 감속 스테이지 사이의 구동 연결이 제거되고 보조 유닛이 차량 오버런 모드에서 액슬 차동장치를 통하여 구동되는 상태로 구현될 수 있도록 설계되고 구동 장치 내로 통합된다. 이를 위해, 포지티브 또는 마찰 결합된 결합 장치 및/또는 프리휠 장치가 스위칭 요소 내에 제공될 수 있다.
본 발명의 추가 양태에 따라서, 전자 제어 장치가 제공되며, 스위칭 요소의 스위칭 상태는 이 제어 장치를 통해 설정되며, 제어 장치는 차량의 현재 작동 상태를 고려하며 전체 에너지 효율을 고려하는 제어 컨셉에 따라 스위칭 상태를 설정한다. 제어 장치는 배터리 시스템의 현재 또는 모델링된 열 상태, 차량 내부를 가열하기 위한 열 에너지 요구 사항, 냉각 전력 요구 사항 및 보조 유닛의 에너지 요구 사항을 고려할 수 있고 이 입력 정보를 기초로 그 뒤에 예를 들어, 보조 유닛의 에너지 요구 사항을 포함하도록 변환 손실 없이 차량의 오버런 모드에서 이로부터의 에너지가 가능한 보다 효율적으로 사용되는 효과를 갖는 스위칭 상태를 야기한다. 제어 장치는 스위칭 요소가 결합된 경우 유닛이 구동되는 속도를 고려할 수 있고, 예를 들어 일시적으로 제너레이터로 작동되는 주 구동 모터를 통해 보조 유닛의 작동과 병행하여 초기에 에너지 회복을 수행하고 그 뒤에 차량의 느린 감속 속도에서만 보조 유닛의 구동을 위해 주로 탭핑가능한 동력을 사용한다. 추력으로부터 보조 유닛의 직접 기계 구동과 전기 모터를 통한 회복이 모두 오버런 모드에서 수행되는 혼합 상태도 일시적으로 설정될 수 있다. 제어 장치는 특히 보조 유닛이 동력을 필요로 할 때 차량이 오버런 모드에 있을 때 액슬 차동장치의 동력 탭핑에 의해 포함되도록 설계 및 구성될 수 있다.
변속기 하우징 외부에 배치된 보조 유닛은 바람직하게는 이 보조 유닛이 입력 샤프트를 갖고 이 입력 샤프트가 감속 스테이지의 중간 샤프트와 동축으로 배치되도록 설계된다. 보조 유닛은 변속기 하우징에 직접 부착될 수 있으며 이는 링키지, 스트럿 또는 다른 고정 장치를 통해 변속기 하우징에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치는 또한 보조 유닛의 입력 샤프트가 감소 스테이지의 중간 샤프트에 평행하게 오프셋배열되도록 설계될 수 있다. 동력 전달은 특히 벨트 드라이브의 형태로 변속기 하우징 외부 또는 그 내부로 연장되는 구동 트레인 부분에 의해 달성될 수 있다. 구동 장치는 또한 2개의 보조 유닛을 포함하도록 설계될 수 있으며, 여기서 보조 유닛 중 하나는 감소 스테이지의 중간 샤프트에 동축으로 입력 샤프트와 함께 배치되고 제2 보조 유닛은 이 회전 축에 평행하게 오프셋된다.
스위칭 요소는 바람직하게는 액슬 차동장치에 대한 구동 연결이 이를 통해 설정 및 제거될 수 있도록 다기능으로 형성되며, 두 가지 추가 결합 기능, 즉 전기 모터와 보조 유닛의 선택적 결합 및 보조 유닛과 액슬 차동장치의 선택적인 결합이 이에 의해 제공된다. 스위칭 요소는 바람직하게는 중간 샤프트와 액슬 차동장치 사이에 배열되며, 특히 감속 스테이지의 기어 휠에 통합된다.
감속 스테이지는 로터 축에 동축으로 배치된 스퍼 기어를 갖는 스퍼 기어 스테이지로서 설계 될 수 있으며, 이때 중간 샤프트로의 동력 전달은 바람직하게 제2 스퍼 기어에 의해 수행된다.
감속 스테이지는 또한 유성 기어로 설계될 수 있으며 차례로 적어도 2 개의 다른 변속 비를 전환가능하게 제공하도록 설계될 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 변속기 하우징 외부로 연장되는 벨트 드라이브를 통해 감속 스테이지와 외부 보조 유닛의 운동학적 결합을 달성할 수 있고, 여기서 이 벨트 드라이브는 특히 톱니형 벨트, 평평한 또는 V- 벨트, 또는 특히 폴리-V 벨트로 설계될 수 있다.
구동 장치는 또한 프리휠 장치를 포함하고 차량이 오버런 모드에 있을 때 이 프리휠 장치는 보조 유닛의 입력 샤프트가 액슬 차동장치로부터 탭핑될 수 있는 에너지로 구동될 수 있고, 그 뒤에 즉, 중간 샤프트에 배열되는 감속 스테이지의 제2 기어보다 더 높은 속도로 회전하도록 설계될 수 있다.
스위칭 요소는 바람직하게는 형태 맞춤 및/또는 마찰 결합 스위칭 요소로서 설계된다. 스위칭 요소는 또한 변속기 장치로서 설계될 수 있고, 이의 스위칭 상태는 예를 들어 링 기어와 같은 변속기 요소를 부착/분리함으로써 설정될 수 있다.
감속 기어 장치는 또한 다-스테이지 전환가능 기어 장치로도 설계될 수 있다. 본 발명에 따른 구동 장치는 주 구동력이 전기 모터에 의해 제공되는 완전 전기 구동 장치이다. 구동 장치는 내연 기관을 포함하지 않는다. 전기 모터는 바람직하게 초기에 독립적인 조립체로 제조된 다음 구동 장치의 조립체의 일부로서 변속기 하우징에 연결될 수 있다. 변속기 하우징을 통해 특히 배럴 하우징 부분의 형태로 모터 하우징의 적어도 일부를 제공하는 것도 가능하다.
액슬 차동장치는 이 액슬 차동장치가 자체 차동 변속기 하우징을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이 하우징은 감속 기어 장치의 하우징에 직접 연결된다. 또한 변속기 하우징에 액슬 차동장치를 수용하거나 또는 감속 기어의 하우징과 일체로 액슬 차동 변속기 하우징을 제조하는 것도 가능하다. 모터 하우징은 또한 변속기 하우징의 일체 부분을 형성할 수 있고, 즉 이와 일체로 구현될 수 있다.
본 발명의 개념은 워터 펌프, 공조 압축기 및 파워 스티어링 펌프와 같은 유닛이 차량이 정지해 있을 때 및 오버런 모드에 있을 때 에너지적으로 바람직한 방식으로 작동될 수 있도록 한다. 본 발명은 외부 보조 유닛에 대한 새로운 유형의 연결을 제안한다. 이는 "지능형" 스위칭 요소와 관련하여 변속기에 보조 유닛을 연결하는 것으로 구성되며, 이를 통해 차량 및/또는 구동 모터(들)의 작동 상태 및/또는 배터리 충전 상태 및/또는 외부 요인(예를 들어, 온도)에 따라 항상 가장 에너지 효율적인 모드에서 보조 유닛을 작동할 수 있다. 이는 차량이 이동할 때 변속기 샤프트를 통해 구동되는 보조 유닛에 의해 보장된다. 특히 차량의 운동 에너지도 사용될 수 있다. 또한 기계식 드라이브는 순수 전기화된 장치에 비해 전체 효율성 체인에서 상당한 이점을 제공한다. 차량이 정지될 때 드라이브는 전기 모터에 직접 연결하여 전기적으로 작동된다. 외부 유닛과 변속기 샤프트 사이의 연결이 해제되어 마찰 손실이 줄어든다. 이 작동 모드는 차량이 정지될 때 고정식 공조와 같은 편의 기능을 제공할 수 있거나 또는 차량이 정지될 후 사후냉각을 위해 워터 펌프를 통해 배터리 냉각 회로를 작동하는 것과 같은 필요한 기능을 보호할 수 있다.
본 발명의 개념은 모든 전기 자동차의 보조 유닛에 의한 에너지 소비를 감소시키고 차량 범위를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 본질적으로 전기 메인 엔진, 변속기 및 적어도 하나의 보조 유닛을 갖는 전기 자동차의 구동 트레인에 관한 것이다. 하기에서 자세히 설명된 도면에 따라서, 변속기는 최종 드라이브와 차동 장치만 포함할 수 있다. 그러나 대안으로, 또한 구동 장치는 추가 변속기 스테이지를 가질 수 있다. 적어도 하나의 보조 유닛은 구동 유닛 또는 변속기의 하우징 외부에 배치된다. 전기 메인 엔진과 변속기는 중간 샤프트를 통해 서로 연결된다. 중간 샤프트는 보조 유닛 또는 유닛들을 구동한다. 변속기 하우징에 위치한 스위칭 요소는 전기 기계, 보조 유닛 및 변속기 사이의 동력 흐름에 배치되고 중간 샤프트에 할당된다.
외부 보조 유닛은 감속 스테이지의 중간 샤프트와 동축 또는 축방향으로 평행하도록 배열될 수 있다. 축방향으로 평행한 배열의 경우, 중간 샤프트와 보조 유닛 사이의 변속기 연결이 형성되며, 바람직하게는 에피사이클릭 변속기에 의해 형성된다. 구동 장치는 바람직하게는 서로 축방향으로 평행하게 배치되고 작동 변속기 연결을 통해 결합되는 2개의 보조 유닛의 선택적인 구동을 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 변속기 하우징 외부에 배치된 적어도 하나의 보조 유닛은 스위칭 요소를 통해 전기 구동 기계에 결합된다. 적어도 2개, 바람직하게는 3개의 "경로"가 이 스위칭 요소에 의해 스위칭될 수 있다. 액슬 차동장치만이 제1 경로를 통해 동력이 공급된다. 전기 모터로부터의 동력은 감속 스테이지를 통하여 보조 유닛으로 제2 경로(차량이 정지할 때)를 통해 유동한다. 동력은 제3 경로를 통해 차동장치로부터 보조 유닛으로 유동한다(차량 오버런 모드에서 변속기 샤프트를 통해 구동).
본 발명에 따른 개념은 다른 실시예에서 구현될 수 있다. 중간 샤프트와 보조 유닛의 축은 서로 동축으로 또는 축방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 축 방향 평행 배열의 경우, 감속 스테이지와 보조 유닛의 로터 축 사이에 변속기 연결이 있다. 제2 또는 추가 보조 유닛은 선택적으로 서로 동축 또는 축방향으로 평행하게 배열되고 추가 전송 스테이지를 통해 서로 연결된다. 서로 축방향으로 평행하도록 배열된 보조 유닛은 예를 들어 트랙션 메커니즘 드라이브에 의해 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 추가 상세사항 및 특징이 도면을 참조하여 하기 설명으로부터 명확해질 것이다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제1 개략도를 도시하며, 상기 장치는 감속 기어의 중간 샤프트와 동축으로 배열되고 변속기 하우징의 외부에 배열된 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 스테이지와 외부 보조 유닛의 선택적인 결합을 위해 변속기 내로 통합된 스위칭 요소를 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제2 개략도를 도시하며, 상기 장치는 또한 변속기 하우징의 외부에 배열된 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 변속기 내로 통합되고 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 기어의 중간 샤프트와 이의 선택적인 결합을 위해 제공된 스위칭 요소를 갖지만 보조 유닛은 여기서 중간 샤프트에 대해 축방향으로 평행하게 오프셋배열된다.
도 3은 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제3 개략도를 도시하며, 상기 장치는 변속기 하우징의 외부에 배열된 2개의 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 변속기 내로 통합되고 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 기어의 중간 샤프트와 이의 선택적인 결합을 위해 제공된 변속기-내부 스위칭 요소를 가지며, 보조 유닛들 중 하나는 중간 샤프트의 축에 동축으로 배열되고, 추가 보조 유닛은 이에 대해 평행하게 축방향으로 오프셋배열된다.
도 4는 상이한 차량 작동 상태에서 본 발명에 따른 구동 장치의 스위칭 상태와 작동 모드를 도시하는 제4 개략도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제1 개략도를 도시하며, 상기 장치는 감속 기어의 중간 샤프트와 동축으로 배열되고 변속기 하우징의 외부에 배열된 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 스테이지와 외부 보조 유닛의 선택적인 결합을 위해 변속기 내로 통합된 스위칭 요소를 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제2 개략도를 도시하며, 상기 장치는 또한 변속기 하우징의 외부에 배열된 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 변속기 내로 통합되고 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 기어의 중간 샤프트와 이의 선택적인 결합을 위해 제공된 스위칭 요소를 갖지만 보조 유닛은 여기서 중간 샤프트에 대해 축방향으로 평행하게 오프셋배열된다.
도 3은 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 구조를 도시하는 제3 개략도를 도시하며, 상기 장치는 변속기 하우징의 외부에 배열된 2개의 보조 유닛뿐만 아니라 바람직하게 변속기 내로 통합되고 액슬 차동장치로 안내되는 구동 트레인 부분 및 감속 기어의 중간 샤프트와 이의 선택적인 결합을 위해 제공된 변속기-내부 스위칭 요소를 가지며, 보조 유닛들 중 하나는 중간 샤프트의 축에 동축으로 배열되고, 추가 보조 유닛은 이에 대해 평행하게 축방향으로 오프셋배열된다.
도 4는 상이한 차량 작동 상태에서 본 발명에 따른 구동 장치의 스위칭 상태와 작동 모드를 도시하는 제4 개략도를 도시한다.
도 1에 따른 도면은 로터(ER) 및 스테이터(ES)를 포함하는 전기기계 주 구동 모터(E), 기어 입력(GE), 기어 출력(GA), 적어도 하나의 감속 스테이지(GR), 및 감속 스테이지(GR)를 수용하는 변속기 하우징(GH)을 포함하는 감속 기어 장치(G), 제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분(DL, DR)으로 감속 기어 장치(GR)의 출력에 존재하는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치(axle differential, AD) 및 주 구동 모터(E)에 의해 구동가능한 보조 유닛(AUX1)을 갖는 전기기계 구동 장치를 도시한다. 보조 유닛(AUX1)은 특히 공조 압축기, 파워 스티어링 펌프, 브레이크 시스템의 전달 모듈 또는 배터리 조립체를 냉각하고 해당 모터 차량의 차량 내부를 가열하기 위한 유체를 순환시키기 위한 냉각수 펌프일 수 있다.
보조 유닛(AUX1)은 변속기 하우징(GH) 외부에 배치되고 감속 스테이지(GR)를 통해 주 구동 모터(E)에 의해 구동될 수 있도록 구동 장치에 통합된다. 스위칭 요소(SE1)가 변속기 하우징(GH)에 제공된다. 이 스위칭 요소(SE1)는 감속 스테이지(GR)로부터 액슬 차동장치(AD)로의 구동 연결이 전환가능하게 폐쇄되고 전환가능하게 분리될 수 있도록 설계되고 구동 장치에 통합된다(도 4의 결합 기능(S1)).
스위칭 요소(SE1)와 보조 유닛(AUX1)을 구동 장치에 통합함에 따라 액슬 차동장치(AD)와 감속 스테이지(GR) 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 오버런 모드로 작동할 때 보조 유닛이 액슬 차동장치에 의해 구동될 수 있다.(도 4의 결합 기능(S3)).
또한, 스위칭 요소(SE1)와 보조 유닛(AUX1)을 구동 장치에 통합함에 따라 액슬 차동장치(AD)와 감속 스테이지(GR) 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 정지한 경우 보조 유닛(AUX1)은 감속 스테이지(GR)를 통해 주 구동 모터(E)에 의해 구동가능하다.(도 4의 결합 기능(S2)).
감속 스테이지(GR)는 중간 샤프트(GW)뿐만 아니라 제1 기어휠(G1) 및 그와 맞물리는 제2 기어휠(G2)을 포함한다. 제2 기어휠(G2)은 중간 샤프트(GW)에 배치되고, 제1 기어휠(G1)의 톱니의 개수보다 많은 개수의 톱니를 가지므로 감속 스테이지(GR)가 감속을 야기한다. 여기서 스위칭 요소(SE1)는 중간 샤프트(GW)를 제2 기어휠(G2)과 전환가능하게 결합하도록 설계된다. 대안으로, 중간 샤프트(GW)를 그 위에 안착된 출력 기어휠(G3)과 전환가능하게 결합하도록 스위칭 요소(SE1)를 설계하는 것도 가능하다. 중간 샤프트(GW)의 상기 출력 기어휠(G3)은 외부로부터 액슬 차동장치(AD)의 에피사이클릭 하우징(UH)에 직접 및 비틀림 방식으로 고정되게 결합되는 대형 기어(G4)에 반경방향으로 결합된다.
변속기 하우징(GH) 외부에 위치한 보조 유닛(AUX1)은 입력 샤프트(E1)를 가지며, 이 입력 샤프트(E1)는 중간 샤프트(GW)의 축에 동축으로 배열된다.
본 발명에 따른 구동 장치에 있어서, 보조 유닛(AUX1)이 변속기 하우징(GH)의 외부에 배치되고, 또한 변속기 하우징(GH)에 스위칭 요소(SE)가 제공되고, 여기서 스위칭 요소(SE)는 구동 장치로 설계되고 이에 통합되어 로터(ER)와 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 전환가능하게 밀폐되고 분리될 수 있고, 로터(ER)와 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 제거될 때 보조 유닛(AUX1)이 로터(ER)를 통해 선택적으로 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치에서, 보조 유닛(AUX1)은 입력 샤프트(E1)를 가지며, 이 입력 샤프트(E1)는 전기 모터(E)의 로터(ER)의 회전 축(X)에 동축으로 배열된다. 스위칭 요소(SE1)는 또한 중간 샤프트의 축에 동축으로 배열되고, 이의 출력 토크를 스위칭 요소의 출력으로 전환하거나 또는 분리를 야기한다.
스위칭 요소(SE1)는 액슬 차동장치(AD)에 대한 구동 연결이 그와 함께 설정 될 수 있도록 설계된다. 스위칭 요소(SE1)는 이 예시적인 실시예에서 감속 스테이지(GR)에 직접 통합된다. 여기서 감속 스테이지(GR)는 스퍼 기어 스테이지로 설계되며, 스위칭 요소(SE1)는 직경이 작은 제1 스퍼 기어(G1)를 로터 샤프트(RS)에 결합할 수 있도록 한다. 이를 위해 스위칭 요소(SE1)는 형태 맞춤 또는 마찰 결합 스위칭 요소(SE1)로 설계된다. 각 스위칭 상태를 설정하기 위해 제공된 액추에이터는 여기에 도시되지 않고. 이들은 스위칭 요소에 통합될 수 있으며 특히 전자기 또는 유체기계 액추에이터로 설계될 수 있다.
전기 모터(E)와 감속 기어(G)는 공통 하우징 장치(GH)에 통합된다. 액슬 차동장치(AD)는 이 하우징 장치(GH)에 연결되거나 또는 이에 통합된다. 액슬 차동장치는 차동장치 하우징(ADH)에 수용된다. 이는 변속기 하우징(GH)과 일체로 형성되거나 또는 이에 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치에서, 변속기(G)는 입력 측에서 적어도 하나의 전기 구동 모터(E)에 연결되고, 출력 측에서 적어도 하나의 차량 액슬(DL, DR)에 연결된다. 변속기(G)는 유성 기어 세트가 통합될 수 있거나 또는 스퍼 기어 스테이지 또는 유성 기어 세트에 의해 서로 연결되는 하나 이상의 샤프트를 포함한다. 공조 컴프레서, 워터 펌프 등과 같은 보조 유닛(AUX1)은 감속 기어(GR)의 중간 샤프트(GW)에 동축으로 연결된다.
도 2에 따른 도면은 로터(ER) 및 스테이터(ES)를 포함하는 전기기계 주 구동 모터(E), 기어 입력(GE), 기어 출력(GA), 적어도 하나의 감속 스테이지(GR), 및 감속 스테이지(GR)를 수용하는 변속기 하우징(GH)을 포함하는 감속 기어 장치(G), 제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분(DL, DR)으로 감속 기어 장치(GR)의 출력에 존재하는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치(AD) 및 주 구동 모터(E)에 의해 구동가능한 보조 유닛(AUX1)을 갖는 전기기계 구동 장치를 도시한다.
본 발명에 따른 이 구동 장치에 있어서, 또한 보조 유닛(AUX1)이 변속기 하우징(GH)의 외부에 배열되고 스위칭 요소(SE1)는 변속기 하우징(GH) 내에 제공되며, 스위칭 요소(SE1)는 감속 스테이지(GR)와 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 전환가능하게 폐쇄되고 분리될 수 있도록 설계되고 구동 장치에 통합되며, 감속 스테이지(GR)와 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 제거될 때 보조 유닛(AUX1)이 또한 감속 스테이지(GR)를 통하여 선택적으로 구동가능하다.
이 변형에서, 보조 유닛(AUX1)은 보조 유닛(AUX1)의 입력 샤프트(E1)가 중간 샤프트(GW)의 축에 평행하게 오프셋 배열되도록 외부에서 변속기 하우징에 연결된다. 이는 트랙션 메커니즘 드라이브(TM)에 의해 달성된다. 이는 벨트 또는 체인으로 설계된 트랙션 메커니즘(TM3)뿐만 아니라 제1 트랙션 메커니즘 휠(TM1) 및 제2 트랙션 메커니즘 휠(TM2)를 포함한다. 제1 트랙션 메커니즘 휠(TM1)은 중간 샤프트의 축에 동축으로 배열되고 스위칭 요소(SE1)에 의해 감속 스테이지의 제2 스퍼 휠(G2) 또는 중간 샤프트에 전환가능하게 결합될 수 있다. 트랙션 메커니즘 드라이브(TM)는 변속기 하우징(GH) 외부에 배열된다.
스위칭 요소(SE1)는 감속 스테이지(GR), 특히 이의 제2 스퍼 기어(G2)에 통합된다. 감속 스테이지(GR)는 2개의 스퍼 기어(G1, G2)를 포함한다. 제1 스퍼 기어(G1)는 전기 모터의 로터 샤프트(RS)에 의해 구동되며, 외부로부터 감속 스테이지(GR)의 제2 스퍼 기어(G2)로 반경 방향으로 결합된다. 감속 스테이지(GR)로부터의 추가 동력 전달은 중간 샤프트에 배열된 제3 스퍼 기어(G3)에 의해 수행된다. 이 제3 스퍼 기어(G3)는 액슬 차동장치(AD)의 대형 휠 또는 크라운 휠을 형성하는 제4 스퍼 기어(G4)와 결합되고, 이를 위해 비틀림 고정 방식으로 액슬 차동장치(AD)의 웹 또는 에피사이클릭 하우징(UH)에 연결된다. 스위칭 요소(SE1)는 동력을 외부 보조 유닛(AUX1)에 전달한다. 이 전달은 스위칭 요소(SE1)을 통해 전환가능, 즉 폐쇄 및 분리가능하다.
도 3의 실시예는 본 발명에 따른 전기기계 구동 장치의 제3 변형예를 도시하며, 이 장치는 로터(ER) 및 스테이터(ES)를 포함하는 전기기계 주 구동 모터(E), 기어 입력(GE), 기어 출력(GA), 적어도 하나의 감속 스테이지(GR), 및 감속 스테이지(GR)를 수용하는 변속기 하우징(GH)을 포함하는 감속 기어 장치(G), 제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분(DL, DR)으로 감속 기어 장치의 출력에 존재하는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치(AD) 및 감속 스테이지(GR)를 통하여 주 구동 모터(E)에 의해 각각 구동가능한 제1 보조 유닛(AUX1) 및 제2 보조 유닛(AUX2)을 갖는다.
본 발명에 따른 이 구동 장치에 있어서, 보조 유닛(AUX1, AUX2)이 변속기 하우징(GH)의 외부에 배치되고, 또한 변속기 하우징(GH)에 스위칭 요소(SE1)가 제공되고, 여기서 스위칭 요소(SE1)는 구동 장치로 설계되고 이에 통합되어 감속 스테이지의 제2 기어휠(G2)과 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 전환가능하게 밀폐되고 분리될 수 있고, 로터(ER)와 액슬 차동장치(AD) 사이의 구동 연결이 제거될 때 외부 보조 유닛(AUX1, AUX2)이 감속 스테이지에 의해 구동될 수 있다.
이 변형예에서, 외부 보조 유닛(AUX1)은 입력 샤프트(E1)를 가지며, 이 입력 샤프트(E1)는 중간 샤프트(GW)의 회전축에 동축으로 배열된다. 보조 유닛(AUX2)은 보조 유닛(AUX2)의 입력 샤프트(E2)가 중간 샤프트의 축에 평행하게 오프셋 배열되도록 구동 장치에 통합된다. 이는 변속기 하우징(GH)에 대해 외부에 있는 트랙션 메커니즘 드라이브(TM)에 의해 차례로 달성된다. 이는 벨트 또는 체인으로 설계된 트랙션 메커니즘(TM3)뿐만 아니라 제1 트랙션 메커니즘 휠(TM1) 및 제2 트랙션 메커니즘 휠(TM2)를 포함한다. 제1 트랙션 메커니즘 휠(TM1)은 로터 축(X)에 동축으로 배열되고, 스위칭 요소(SE)에 의해 감속 스테이지의 로터 샤프트 또는 제1 스퍼 휠(G1)에 스위칭가능하게 결합될 수 있다.
스위칭 요소(SE1)는 능동적으로, 예를 들어 자기 클러치, 다중 디스크 클러치, 또는 수동적으로, 예를 들어 프리휠로서 결합되거나 또는 해제될 수 있다. 동시에, 이 하나의 스위칭 요소(SE1)는 전기 모터 및 보조 유닛이 서로 독립적으로 또는 동시에 변속기로부터 및 따라서 차량의 구동 트레인으로부터 분리될 수 있게 한다. 이 기능 통합은 구성 요소의 개수를 감소시킨다.
스위칭 요소(SE1)는 유성 기어 세트와 같은 일정 또는 가변 변속기/감속 스테이지를 포함할 수 있다. 스위칭 요소(SE1)는 예를 들어 이중 질량 플라이휠과 유사한 스프링 댐퍼 요소에 의해 구동 트레인 및/또는 조립체에 대해 댐핑 또는 결합 효과를 동시에 가질 수 있다. 스위칭 요소(SE1)는 또한 예를 들어 기어 스테이지(GR)의 기어휠 내부에 통합될 수 있다.
도 4에 따른 도시는 선택된 차량 작동 상태와 관련하여 본 발명에 따른 구동 장치의 작동 모드를 도시한다. 여기서 스위칭 요소(SE1)는 세 가지 결합 기능(S1, S2, S3)을 제공할 수 있도록 설계된다. 제1 결합 기능(S1)은 전기 모터(E)로부터 액슬 차동장치(AD)로 동력 전달을 가능하게 한다. 제2 결합 기능에 따라 전기 모터(E)로부터 보조 유닛(AUX1)으로 동력 전달이 가능하다. 제3 결합 기능에 따라 액슬 차동장치(AD)로부터 보조 유닛(AUX1)로 동력 전달이 가능하다. 차량의 상이한 작동 상태에 따른 스위칭 요소(SE)의 결합 기능(S1, S2, S3)의 설정은 표 T1 및 T2에 도시되어 있다. "폐쇄된" 사양은 토크가 전달됨을 의미하고 "개방" 사양은 토크를 전달할 수 없음을 의미한다.
표 T1에 지정된 작동 상태(1)에서 전기 모터(E)가 활성화되고 스위칭 요소(SE1)는 결합 기능(S1)을 제공하며, 이에 따라 로터 샤프트의 토크가 감속 기어 스테이지(GR)를 통해 액슬 차동장치에 공급된다. 보조 유닛(AUX1)이 이 상태에서 활성화되는 경우 결합 기능(S2 및/또는 S3)도 또한 제공된다.
차량이 표 T1의 작동 상태(2)에 따라 오버런 모드에 있고 초과 오버런 동력이 있는 경우, 결합 기능(S1) 및 결합 기능(S3)는 스위칭 요소(SE1)에 의해 설정된다. 회복 작동 모드에서 동력 변환은 이제 전기 모터(E)를 통해 이루어지며, 또한 보조 유닛(AUX1)의 기계식 구동은 액슬 차동장치(AD)에서 전력을 탭핑함으로써 직접 수행된다.
크루징 작동(cruising operation)이라 불리는 것에서, 즉, 표 T1의 작동 상태(3)에 따라 임의의 원하는 상당한 제동 효과 없이 차량이 계속 원활하게 주행하고 결합 기능(S1, S2)이 제거되고 결합 기능(S3)만이 활성화되는 것이다. 보조 유닛(AUX1)은 이제 전력 소비 없이 액슬 차동장치(AD)에 의해 직접 구동된다. 표 T1의 작동 상태(4)에 따라 차량이 정지할 때, 결합 기능(S1 및 S3)이 비활성화되고 보조 유닛은 결합 기능(S2)를 통해 전기 모터(E)에 의해 직접 구동된다.
보조 유닛(AUX1)이 조치를 필요로 하지 않고 차량이 정지할 때(예를 들어 주차 시) 전기 모터(E)가 꺼진다. 이 상태에서 스위칭 요소(SE1)는 이 상태에서 특정 결합 기능이 필요하지 않기 때문에 임의의 상태도 취할 수 있다. 그러나 여기에서 결합 기능(S1 및 S3)을 활성화하여 유지 토크를 약간 증가시키고 의도하지 않은 롤링 시 제동 효과를 발생시키고 필요한 경우 전기 모터(E)를 트리거링하여 능동 제동 효과를 발생시킬 수 있다.
결합 기능(S1, S2)은 형태 맞춤 결합 스위칭 요소 또는 적절하게 활성화가능 클러치를 통해 구현될 수 있다. 결합 기능(S3)는 프리휠링에 의해 달성될 수 있고 차량이 오버런 모드에 있을 때 자동으로 야기될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치는 보조 유닛의 신규한 유형의 연결에 관한 것이다. 변속기 내부 또는 변속기에 보조 유닛의 연결은 "지능형" 스위칭 요소와 연결하여 달성하여, 차량 및/또는 구동 모터(들)의 작동 상태 및/또는 배터리 충전 상태 및/또는 외부 요인(예를 들어 온도)에 따라 항상 가장 에너지 효율적인 모드에서 보조 유닛을 작동할 수 있다.
이는 차량이 이동할 때 변속기 샤프트를 통해 구동되는 보조 유닛에 의해 보장된다. 특히 차량의 운동 에너지가 사용될 수 있다. 또한 기계식 드라이브는 일반적으로 순수히 전기화된 유닛(electrified unit)에 비해 전체 효율 체인에서 상당한 이점을 갖는다. 차량이 정지되어 있을 때 드라이브는 전기 모터에 직접 연결을 통하여 전기화된다. 유닛과 변속기 샤프트 사이의 연결이 해제되어 마찰 손실이 감소된다. 이 작동 모드는 차량이 정지할 때 고정식 공조와 같은 편의 기능을 제공하거나 차량이 정지한 뒤에 사후냉각을 위해 워터 펌프를 통해 배터리 냉각 회로를 작동하는 것과 같은 필요한 기능의 보호를 허용한다.
본 발명에 따른 구동 장치는 입력 측에 있는 적어도 하나의 전기 구동 모터와 출력 측에 적어도 하나의 차량 액슬에 연결된 변속기를 포함한다. 변속기는 구동샤프트, 하나 이상의 중간 샤프트 및 하나 이상의 출력 샤프트로 구성된다. 변속기는 하나 이상의 유성 기어 세트 및/또는 스퍼 기어 스테이지를 포함할 수 있다. 공조 압축기, 워터 펌프 등과 같은 보조 유닛은 중간 샤프트에 동축으로 및 이에 평행하게 연결된다(도 1). 그러나, 예를 들어 벨트 또는 체인 드라이브를 통해 연결이 가능하며, 여기서 구동 휠 중 하나 또는 구동 풀리 중 하나는 동축으로 연결되고 트랙션 메커니즘 드라이브는 중간 샤프트에 축방향으로 평행하도록 배열된다(도 2). 필요한 경우 체인 또는 벨트 드라이브는 종래의 가이드 및/또는 장력 레일 또는 편향 및/또는 장력 롤러가 장착될 수 있다.
유닛을 중간 샤프트에 연결하고 본원에 기재된 변속 요소와의 조합은 중간 샤프트가 완전하고 독립적인 모듈로 설계될 수 있고 나머지 변속기의 설계/구성이 유닛의 연결에 의해 영향을 받지 않는다는 이점이 있다. 예를 들어, 개조 또는 단순히 선택적 설비가 가능하다. 추가로, 중간 샤프트의 속도는 전기 모터 또는 변속기 입력 샤프트의 속도보다 낮기 때문에 변속기 입력 샤프트에 연결되었을 때보다 마찰이 작은 상태로 유닛이 작동할 수 있다. 여기에서 전기 기계 및 보조 유닛(들)은 외부에서 변속기 하우징에 연결되어 검증된 구성요소를 사용할 수 있고 유지 보수가 용이하며 필요한 경우 이러한 구성요소를 교체할 수 있다.
중간 샤프트는 또한 전기 모터와 보조 유닛을 서로 독립적으로 또는 동시에 변속기 및 차량의 구동 트레인으로부터 분리할 수 있는 스위칭 요소가 장착된다. 그러나 구동 트레인으로부터 완전히 분리되더라도 전기 모터와 보조 유닛 사이에는 여전히 연결이 존재한다.
스위칭 요소는 능동적으로, 예를 들어 자기 클러치, 또는 수동적으로, 예를 들어 프리휠로서 결합되거나 또는 해제될 수 있다. 스위칭 요소는 유성 기어 세트와 같이 일정하거나 가변적인 변속기/감속 스테이지를 포함할 수 있다. 스위칭 요소는 예를 들어 DMF와 유사한 스프링 댐퍼 요소에 의해 구동 트레인 및/또는 조립체에 댐핑 또는 분리 효과를 동시에 가질 수 있다. 예를 들어, 스위칭 요소는 중간 샤프트의 기어휠에 통합될 수도 있다. 다른 작동 상태에 해당하는 요소의 스위칭 상태는 도 4의 일 예에 대해 자세히 설명된다.
동축으로 연결된 보조 유닛은 또한 예를 들어 체인 또는 톱니형 벨트 드라이브를 통해 추가 보조 유닛에 연결될 수 있다(도 3). 이 경우 연결된 모든 보조 유닛은 추가로 구동 샤프트에 추가 결합 및/또는 댐핑 및/또는 분리 요소를 가질 수 있다. 이는 차량의 작동 상태 및 다른 요소에 따라 각 개별 유닛의 개별 작동을 허용한다. 동시에, 유닛은 구동 트레인의 비틀림 진동으로부터 분리될 수 있어서 보다 균일하고 효율적인 작동을 보장하고 및/또는 구동 트레인 및 따라서 차량에 간접적으로 연결 공정의 가능한 부정적인 영향을 방지한다.
Claims (10)
- 차량용 전기기계 구동 장치로서,
-로터(ER) 및 스테이터(ES)를 포함하는 전기기계 주 구동 모터(E),
-기어 입력(GE), 기어 출력(GA), 적어도 하나의 감속 스테이지(GR), 및 감속 스테이지(GR)를 수용하는 변속기 하우징(GH)을 포함하는 감속 기어 장치(G),
-제1 및 제2 휠 구동 트레인 부분(DL, DR)으로 감속 스테이지(GR)를 통해 유도되는 구동력을 분기시키기 위한 액슬 차동장치(axle differential, AD) 및
-감속 스테이지(GR)를 통하여 주 구동 모터(E)에 의해 구동가능한 보조 유닛(AUX1)을 포함하고,
-보조 유닛(AUX1)은 변속기 하우징(GH)의 외부에 배열되고,
-스위칭 요소(SE1)는 변속기 하우징(GH) 내에 제공되며,
-스위칭 요소(SE1)는 감속 스테이지(GR)로부터 액슬 차동장치(AD)로의 구동 연결이 전환가능하게 폐쇄되고 전환가능하게 분리될 수 있도록 설계되고 구동 장치에 통합되는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치. - 제1항에 있어서, 액슬 차동장치(AD)와 감속 스테이지(GR) 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 오버런 모드로 작동할 때 보조 유닛(AUX)이 액슬 차동장치(AD)에 의해 구동될 수 있도록 스위칭 요소(SE1)와 보조 유닛(AUX1)이 구동 장치에 통합되는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 액슬 차동장치(AD)와 감속 스테이지(GR) 사이의 구동 연결이 제거되고 차량이 정지할 때 보조 유닛(AUX1)은 감속 스테이지(GR)를 통해 주 구동 모터(E)에 의해 구동가능하도록 스위칭 요소(SE1)와 보조 유닛이 구동 장치에 통합되는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 감속 스테이지(GR)는 중간 샤프트(GW)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제4항에 있어서, 감속 스테이지(GR)는 제1 기어휠(G1) 및 그와 맞물리는 제2 기어휠(G2)을 가지며 제2 기어휠(G2)은 중간 샤프트(GW) 상에 배치되고, 제1 기어휠(G1)의 톱니의 개수보다 많은 개수의 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 스위칭 요소(SE1)는 제2 기어휠(G2)과 중간 샤프트(GW)를 전환가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 스위칭 요소(SE1)는 중간 샤프트의 상부에 배열된 출력 기어(G3)와 중간 샤프트를 전환가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 보조 유닛(AUX1)은 입력 샤프트(E1)를 가지며, 이 입력 샤프트(E1)는 중간 샤프트(GW)에 동축으로 배열되거나 또는 보조 유닛(AUX1)은 입력 샤프트(E1)를 가지며, 이 입력 샤프트(E1)는 중간 샤프트(GW)에 평행하게 오프셋 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 제1 보조 유닛(AUX1)과 제2 보조 유닛(AUX2)이 제공되고, 제1 보조 유닛(AUX1)은 중간 샤프트(GW)의 축에 동축으로 배열되는 입력 샤프트(E1)를 가지며, 제2 보조 유닛(AUX2)은 중간 샤프트(GW)의 축에 평행하게 오프셋배열되는 제2 입력 샤프트(E2)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 보조 유닛(AUX1)은 이의 입력 샤프트(E1)가 감속 스테이지(GR)를 대향하도록 구동 장치 내로 통합되는 것을 특징으로 하는 전기기계 구동 장치.
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