KR20210093887A - 두 개의 플래너터리 휠 세트와 복수의 스위칭 장치를 갖는 하이브리드 변속기 유닛； 및 자동차 - Google Patents

두 개의 플래너터리 휠 세트와 복수의 스위칭 장치를 갖는 하이브리드 변속기 유닛； 및 자동차 Download PDF

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KR20210093887A
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로헝 바이유
마티우 린
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차(2)용 변속기 유닛(1)에 관한 것으로서, 변속기 유닛은 플래너터리 기어(3), 전기 기계(7) 및 복수의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)를 갖고, 플래너터리 기어(3)에는 제1 플래너터리 휠 세트(4)와 제2 플래너터리 휠 세트(5)가 장착되고, 전기 기계는 플래너터리 기어(3)의 구성부(6)와 결합되고, 복수의 스위칭 장치 각각은 브레이크 또는 클러치를 형성하고 각각은 활성 위치와 비활성 위치 사이에서 이동 가능하고, 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)들은, 내연 기관(12)과 결합될 수 있는 입력부(13)와 출력부(14) 사이 및/또는 전기 기계(7)와 출력부(14) 사이에서 다양한 변속비를 스위칭하기 위해 작동 가능하게 설치되며, 내연 기관(12)의 구동 상태에서 적어도 두 개의 서로 다른 변속비, 전기 기계(7)의 구동 상태에서 적어도 한 개의 변속비, 그리고 활성 및 비활성 위치의 결과로서 전기 기계(7)의 회복 상태에서 적어도 한 개의 변속비를 구현하기 위해 최대 네 개의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)가 제공된다. 본 발명은 또한 내연 기관(12)과 상기 변속기 유닛(1)을 갖는 자동차(2)에 관한 것이다.

Description

두 개의 플래너터리 휠 세트와 복수의 스위칭 장치를 갖는 하이브리드 변속기 유닛； 및 자동차
본 발명은, 하이브리드 자동차용 변속기 유닛((전용) 하이브리드 변속기로도 알려짐)에 관한 것으로서, 제1 플래너터리 휠 세트와 제2 플래너터리 휠 세트를 갖는 플래너터리 기어, 상기 플래너터리 기어의 구성부와 결합되는 전기 기계, 및 복수의 스위칭 장치를 포함하되, 상기 스위칭 장치 각각은 브레이크 또는 클러치를 형성하고, 각각은 활성 위치와 비활성 위치에서 이동할 수 있으며, 상기 스위칭 장치는, 내연 기관에 결합될 수 있는 입력부와 출력부 사이 및/또는 상기 전기 기계와 상기 출력부 사이에서 서로 다른 변속비를 스위칭하기 위해 작동 가능하게 설치된다. 본 발명은 또한 이러한 변속기 유닛과 내연 기관을 갖는 자동차에 관한 것이다.
하이브리드 변속기의 일반 다양한 설계는 선행 기술로부터 이미 구현되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제2012/0122622 A1호는 입력 요소, 출력 요소 및 단일 모터/발전기를 갖는 하이브리드 변속기를 개시한다.
또한, EP 2 146 855 B1는 차량용 하이브리드 구동 시스템을 개시한다. DE 10 2016 224 458 A1은, 정지 정적 비율이 동일한 플래너터리 휠 세트를 갖는 자동차 변속기를 구현한다. 추가의 선행 기술은 JP 6331058 B2로부터 공지되어 있다.
그러나, 선행 기술로부터 알려진 설계의 단점으로서, 변속기 유닛은, 비교적 많은 수의 스위칭 장치가 존재하기 때문에, 종종 비교적 복잡한 구조를 갖는다는 것이 알려져 있다. 이로 인해, 제조 및 조립 노력이 증가할 뿐만 아니라 공간 요구 사항이 증가한다. 따라서, 각각의 자동차의 내연 기관에 대한 변속기 유닛의 특정 배열은 구현될 수 없거나 상대적으로 어렵게만 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행 기술에서 알려진 단점을 제거하고, 특히 가능하면 가장 단순한 구조를 갖고 컴팩트하게 구현되는 하이브리드 변속기 유닛을 제공하는 것이다.
이것은, 내연 기관의 구동 상태에서 적어도 두 개의 서로 다른 변속비, 전기 기계의 구동 상태에서 적어도 하나의 변속비, 및 전기 기계의 활성 및 비활성 위치를 통해 전기 기계의 회복 상태의 적어도 하나의 변속비를 구현하기 위해, 최대 네 개의 스위칭 장치가 존재하는, 본 발명에 따라 달성된다.
그 결과, 존재하는 스위칭 장치의 수가 현저히 줄어들기는 하지만, 내연 기관과 전기 기계의 하나의 구동 상태에서 서로 다른 변속비가 충분한 동력 변환을 가능하게 한다.
바람직한 추가 구현예는 종속항에서 청구되는데, 이는 하기에서 상세하게 설명된다.
따라서, (최대 네 개의 스위칭 장치 중) 제1 스위칭 장치 및/또는 제2 스위칭 장치가 클러치로 설계되면, 유리하다. 그 결과, 특히 내연 기관이 플래너터리 기어에 잘 결합될 수 있다.
제1 스위칭 장치가, 제1 플래너터리 휠 세트와 맞물리는 제1 썬 기어와 입력부 사이에 작동 가능하게 설치된 클러치로 설계되어, 제1 스위칭 장치의 활성 위치에서 입력부가 제1 썬 기어와 회전식으로 연결되도록 하고(즉, 입력부와 제1 썬 기어 사이에 구동력이 전달될 수 있음), 제1 스위칭 장치의 비활성 위치에서 입력부가 제1 썬 기어에서 분리되도록(즉, 입력부와 제1 썬 기어 사이에 구동력이 전달될 수 없음) 하는 것이 유리함을 알아 냈다.
제2 스위칭 장치의 부분에 대해, 제1 플래너터리 휠 세트의 제1 플래너터리 캐리어와 입력부 사이에 작동 가능하게 설치된 클러치로 설계되어, 제2 스위칭 장치의 활성 위치에서 입력부가 제1 플래너터리 캐리어와 회전식으로 연결되도록 하고(즉, 입력부와 제1 플래너터리 캐리어 사이에 구동력이 전달될 수 있음), 제2 스위칭 장치의 비활성 위치에서 입력부가 제1 플래너터리 캐리어에서 분리되도록(즉, 입력부와 제1 플래너터리 캐리어 사이에 구동력이 전달될 수 없음) 하는 것이 특히 편리함을 알아 냈다.
또한, (최대 네 개의 스위칭 장치 중) 제3 스위칭 장치 및/또는 제4 스위칭 장치가 브레이크로 설계되면, 편리하다. 이는 다른 변속비도 또한 쉽게 스위칭될 수 있음을 의미한다.
이러한 맥락에서, 제3 스위칭 장치가 제2 썬 기어에 작용하는 브레이크로서 설계하면, 제2 썬 기어가 플래너터리 기어의 제2 플래너터리 휠 세트와 맞물려서, 제3 스위칭 장치의 활성 위치에서 제2 썬 기어의 회전이 차단되고, 제3 스위칭 장치의 비활성 위치에서 제2 썬 기어의 자유 회전이 가능하도록 하는 것이 유리하다.
제4 스위칭 장치의 경우, 제1 썬 기어에 작용하는 브레이크로 설계되면, 제4 스위칭 장치의 활성 위치에서 제1 썬 기어가 회전하는 것을 차단하고 제4 스위칭 장치의 비활성 위치에서 제1 썬 기어의 자유 회전이 가능하도록 하는 것이 또한 유리하다.
또한, 변속기 유닛/플래너터리 기어를 자동차의 나머지 구동으로부터 완전히 분리하기 위해, 추가 스위칭 장치가 변속기 유닛의 출력부에 통합되는 것이 편리하다.
내연 기관의 구동 상태에서 네 개의 서로 다른 변속비, 전기 기계의 구동 상태에서 두 개의 서로 다른 변속비를 구현하고, 전기 기계의 활성 및 비활성 위치를 통해 전기 기계의 회복 상태의 변속비를 구현하기 위해, 최대 네 개의 스위칭 장치가 특히 바람직하게 설계된다. 이러한 맥락에서, 내연 기관이 추가적으로 전기 기계에 구동력을 공급하고 그 다음 발전기로 작동한다는 점에서 이들 최대 네 개의 스위칭 장치를 통해 정지 충전 상태가 형성되면, 특히 유리하다. 더욱이, 내연 기관 및 전기 기계의 구동 상태의 변속비는 바람직하게는 모두 서로 다르다. 더욱이, 최대 네 개의 스위칭 장치가 또한 전기 모드 또는 eCVT 모드(전기 무단 변속기)에서도 후진을 가능하게 하면, 유리하다.
플래너터리 기어의 구조에 대해, 제1 플래너터리 휠 세트와 맞물린 제1 링 기어가, 제2 플래너터리 휠 세트의 제2 플래너터리 캐리어에 회전 불가능하게 결합되고/결합되거나 제1 플래너터리 휠 세트의 제1 플래너터리 캐리어가, 제2 플래너터리 휠 세트와 맞물린 제2 링 기어에 회전 불가능하게 연결되면, 유리하다는 발견했다.
전기 기계의 회전자 고정 구동축이 (바람직하게는 기어 단을 통해) 제1 플래너터리 휠 세트의 제1 플래너터리 캐리어에 회전식으로 결합되면, 전기 기계는, 특히 간단하고 콤팩트한 방식으로 플래너터리 기어에 연결된다. 구동 샤프트는, 바람직하게는 변속기 유닛의 중심 회전축(썬 기어 및 플래너터리 캐리어의 회전축)에 평행하거나 더 바람직하게는 회전축에 동축이 되도록 배열된다.
본 발명은 또한, 가솔린 또는 디젤 엔진과 같은 내연 기관, 및 전술한 구현예 중 적어도 하나에 따른 발명에 따라 입력부를 내연 기관의 출력부 샤프트에 연결하거나 연결 가능한 변속기 유닛을 갖는 자동차에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따라, 네 개의 내연 기관 기어 및 두 개의 전동 기어뿐만 아니라, 플래너터리 휠 세트를 갖는 전용 하이브리드 변속기가 구현된다. 본 발명에 따라, 전용 하이브리드 변속기는, 두 개의 플래너터리 휠 세트, 전기 기계, 및 순수 전기 구동을 위해 내연 기관을 구동 트레인으로 연결하고 이로부터 분리하기 위한 최대 네 개의 스위칭 장치(및 별도의 분리 클러치 없음)를 갖는다.
이하에서, 본 발명은 이제 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은, 제1 예시적인 구현예에 따라 부분적으로 도시된 자동차의 구동 트레인에 설치된, 본 발명에 따른 변속기 유닛의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는, 도 1의 변속기 유닛에 의해 스위칭될 수 있는 모든 기어를 설명하기 위한 다이어그램을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 네 개의 개략적인 단면도를 나타내고, 여기서 토크 흐름이 내연 기관의 구동 상태로 네 개의 서로 다른 변속비/기어에서 나타난다.
도 4a 내지 도 4b는, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 두 개의 개략적인 단면도를 나타내고, 여기서 토크 흐름이 전기 기계의 구동 상태로 두 개의 서로 다른 변속비/기어에서 나타난다.
도 5는, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 개략적인 단면도로 토크 흐름이 정지 충전 상태에서 나타난다.
도 6은, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 개략적인 단면도로 토크 흐름이 회복 상태로 변속비/기어에서 나타난다.
도 7은, 각각의 구동 상태 및 변속비에 할당된 도 1에 따른 구동 트레인의 상이한 특성 곡선을 예시하기 위해 견인력 다이어그램을 나타낸다.
도 8은, 도 1에 따른 본 발명에 따른 변속기 유닛을 포함하는 자동차의 개략도를 나타내며, 여기서 변속기 유닛은 자동차의 전방 차축에 그리고 내연 기관과 가로 배열로 설치된다.
도 9는, 제2 예시적인 구현예에 따른 본 발명에 따라 전송 유닛을 갖는 자동차의 개략도를 나타내며, 여기서 전기 구동 차축은 자동차의 후방 차축에 또한 존재한다.
도 10은, 제2 예시적인 구현예에 따라 부분적으로 도시된 자동차의 구동 트레인에 설치된, 본 발명에 따른 변속기 유닛의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 11은, 도 10의 변속기 유닛에 의해 스위칭될 수 있는 모든 기어를 설명하기 위한 다이어그램을 나타낸다.
도 12a 내지 도 12d는, 도 10과 유사한 변속기 유닛의 네 개의 개략적인 단면도를 나타내고, 여기서 토크 흐름이 내연 기관의 구동 상태로 네 개의 서로 다른 변속비/기어에서 나타난다.
도 13a 내지 도 13b는, 도 10과 유사한 변속기 유닛의 두 개의 개략적인 단면도를 나타내고, 여기서 토크 흐름이 전기 기계의 구동 상태로 두 개의 서로 다른 변속비/기어에서 나타난다.
도 14는, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 개략적인 단면도로 토크 흐름이 충전/연속 작동의 정지 상태에서 나타난다.
도 15는, 도 1과 유사한 변속기 유닛의 개략적인 단면도로 토크 흐름이 회복 상태로 변속비/기어에서 나타난다.
도 16은, 제3 예시적인 구현예에 따라 부분적으로 도시된 자동차의 구동 트레인에 설치된, 본 발명에 따른 변속기 유닛의 개략적인 종방향 단면도를 나타낸다.
도 17은, 도 16의 변속기 유닛에 의해 스위칭될 수 있는 모든 기어를 설명하기 위한 다이어그램을 나타낸다.
도 18은, 제4 예시적인 구현예에 따라 부분적으로 도시된 자동차의 구동 트레인에 설치된, 본 발명에 따른 변속기 유닛의 개략적인 종방향 단면도를 나타낸다.
도 19는, 도 18의 변속기 유닛에 의해 스위칭될 수 있는 모든 기어를 설명하기 위한 다이어그램을 나타낸다.
도면은 본질적으로 단지 개략적이고, 본 발명을 이해하기 위해서만 제공되는 것이다. 동일한 요소는 동일한 참조 부호를 구비한다. 원리상, 다양한 예시적 구현예의 상이한 특징부는 서로 자유롭게 조합될 수도 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 변속기 유닛(1)의 부분에 대해 자동차(2)의 구동 트레인(25)을 명확히 나타낸다. 이 구동 트레인(25)에 설치된 변속기 유닛(1)은 하이브리드 변속기로서 구현되고, 대안적으로 또한 이러한 것으로 지정된다. 변속기 유닛(1)과 구동 트레인(25)의 바람직한 위치는 도 8에 개략적으로 표시한 자동차(2)(여기서 소형 자동차)로 나타나 있다. 구동 트레인(25)을 갖는 변속기(1)가 자동차(2)의 전방 차축에 작동 가능하게 설치되는 것을 본원에서 알 수 있다.
따라서, 변속기 유닛(1)은 내연 기관(12)에 결합되거나 결합될 수 있는 입력부(13), 및 출력부에 구동 가능하게 결합되거나 결합될 수 있는 출력부(14), 여기서 자동차(2)의 두 개의 출력부 기어(23a, 23b)를 형성한다. 이것은 변속기 유닛(1)과 함께 내연 기관(12)의 전방-횡 방향 배열이다. 도 1에 개략적으로 나타낸, 내연 기관(12)의 출력부 샤프트(22) 및 변속기 유닛(1)의 출력부 샤프트 (22)(크랭크 샤프트)의 회전축(24)은, 결과적으로 차량의 종방향 축에 대해 대략 수직이 되도록 횡방향으로 배향된다. 도 8 및 도 9는 제2 예시적인 구현예와 관련하여, 횡방향 구성(입력부 및 출력부 샤프트가 동일한 축에 있음)을 나타내며, 본 발명은 물론 종방향 구성(전방에 모터 변속기, 후방 구동 휠에 변속 샤프트)으로도 설치될 수 있다.
하이브리드 변속기로서의 설계에 따라, 변속기 유닛(1)은, 2-단 플래너터리 기어(3), 및 이 플래너터리 기어(3)에 작동 가능하게 연결된 전기 기계(7)를 갖는다. 변속기 유닛(1)의 기본 구조는 도 1에 특히 잘 나타날 수 있다. 따라서, 플래너터리 휠 세트(3)는, 플래너터리 기어(3)의 제1 기어 단을 형성한 제1 플래너터리 휠 세트(4), 및 플래너터리 기어(3)의 제2 기어 단을 형성한 제2 플래너터리 휠 세트(5)를 갖는다. 제1 플래너터리 휠 세트(4)/제1 플래너터리 휠 세트(4)의 개별(제1) 플래너터리 휠(26)은, 한편으로는 제1 썬 기어(15)에 그리고 다른 한편으로는 제1 링 기어(18)와 맞물린다. 제1 플래너터리 휠 세트(4)는, 제1 플래너터리 캐리어(16) 상에 개별(제1) 플래너터리 휠(26)으로 회전식 배열된다.
제1 플래너터리 캐리어(16)는, 플래너터리 기어(3)의 제2 기어 단의 (제2) 링 기어(20)를 동시에 형성함을 알 수 있다. 따라서, 제1 플래너터리 캐리어(16)는 제2 링 기어(20)에 회전 불가능하게 연결되며, 제2 링 기어(20)는 차례로 제2 플래너터리 휠 세트(5)/제2 플래너터리 휠 세트(5)의 (제2) 플래너터리 휠(27)과 맞물린다. 제2 플래너터리 휠 세트(5)의 개별(제2) 플래너터리 휠(27)은, 또한 제2 썬 기어(17)와 맞물린다. 또한, 제1 링 기어(18)는, 제2 플래너터리 휠(27)을 회전 가능하게 지지하는 제2 플래너터리 캐리어(19)에 회전 불가능하게 연결된다. 제2 플래너터리 캐리어(19) 및 제1 링 기어(18)는, 각각 변속기 유닛(1)/플래너터리 기어(3)의 출력부(14)에 직접 비회전 가능하게 연결된다.
전기 기계(7)는 전형적으로 고정자(28), 및 고정자(28)에 대해 회전 가능하게 장착된 회전자(29)를 갖는다. 회전자(29)는 고정자(28) 내에 회전 가능하게 수용된다. 회전자(29)는 전기 기계(7)의 구동 샤프트(21) 상에 비회전 가능하게 부착된다. 구동 샤프트(21)는 회전축이 평행하게, 즉 변속기 유닛 (1)의 중심 회전축(24)으로부터 일정 거리에 배치된다. 또한, 구동 샤프트(21)는 기어 단(30)을 통해 플래너터리 기어(3)의 제1 플래너터리 캐리어(16)/제2 링 기어(20)에 회전 가능하게 결합된다. 그 결과, 전기 기계(7)는, 제1 플래너터리 캐리어(16)/제2 링 기어 (20)의 형태로 플래너터리 기어(3)의 구성부(6)에 작동 가능하게 연결된다. 추가 구현예에서, 전기 기계(7)는 또한, 반드시 회전축(24)에 평행한 구동 샤프트(21)와 함께 배열되는 것이 아니라, 오히려 예를 들어 기어축/회전축(24)에 동축으로, 더욱 바람직하게는 제1 플래너터리 캐리어(16) 상에 부착된다.
도 1에서, 원리적으로 비틀림 진동 댐퍼(31)가 내연 기관(12) 부분의 구동 트레인(25)에 통합될 수 있음을 또한 알 수 있다. 비틀림 진동 댐퍼(31)는, 내연 기관(12)의 출력부 샤프트(22)와 변속기 유닛(1)의 입력부(13) 사이에 바로 배열된다. 비틀림 진동 댐퍼(31)는, 원리적으로 변속기 유닛(1)의 구성부 또는 그것의 별도의 구성 요소로 볼 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 1에서 정확히, 즉 네 개의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)가 변속기 유닛(1)에 통합되어, 그들의 비활성 및 활성 위치를 사용하여 개별 변속비/기어를 구현하며, 도 2 내지 도 6에 나타난 바와 같다.
제1 스위칭 장치(8)는 클러치로서 구현된다. 제1 스위칭 장치(8)는 입력부(13)와 제1 썬 기어(15) 사이에 작동 가능하게 설치된다. 제1 스위칭 장치(8)를 클러치로 설계함으로써, 자동차(2)가 작동 중인 경우에, 입력부(13) 및 이에 따른 내연 기관(12)의 출력 샤프트(22)는 스위칭 장치(8)의 활성 위치에서 제1 썬 기어 (15)에 회전 불가능하게 결합되고, 스위칭 장치(8)의 비활성 위치에서 제1 썬 기어(15)로부터 회전식으로 분리, 즉 이에 대해 자유롭게 회전 가능하다. 따라서 제1 스위칭 장치(8)의 활성 위치는 폐쇄 클러치 위치인 반면에, 비활성 위치는 개방 클러치 위치이다.
제2 스위칭 장치(9)는 또한 클러치로서 구현된다. 제2 스위칭 장치(9)는 입력부(13)와 제1 플래너터리 캐리어(16) 사이에 작동 가능하게 설치된다. 따라서, 자동차(2)가 작동 중인 경우에 입력부(13) 및 이에 따른 내연 기관(12)의 출력부 샤프트(22)는, 제2 스위칭 장치(9)의 활성 위치에서 제1 플래너터리 캐리어(16)에 회전 불가능하게 연결되고, 제2 스위칭 장치(9)의 비활성 위치에서 제1 플래너터리 캐리어(16)로부터 회전 가능하게 분리되어, 즉 그것에 대해 자유롭게 배열된다. 따라서, 제2 스위칭 장치(9)의 활성 위치는 폐쇄 클러치 위치이고, 제2 스위칭 장치(9)의 비활성 위치는 개방 클러치 위치이다.
제3 스위칭 장치(10)와 제4 스위칭 장치(11)는 각각 브레이크로서 구현된다. 제3 스위칭 장치(10)는 브레이크로, 이는 제2 썬 기어(17)와 상호 작용한다. 따라서, 제3 스위칭 장치(10)는, 차량 프레임에 고정된 자동차(2)의 부위(34)와 관련하여 제2 썬 기어(17)를 제동/유지할 수 있다. 제3 스위칭 장치(10)의 활성 위치에서, 제3 스위칭 장치(10)는, 제2 썬 기어(17)가 차량 프레임에 고정된 자동차(2)의 영역(34)에 대한 회전에서 차단되는 방식으로, 제2 썬 기어(17)에 작용하고; 제3 스위칭 장치(10)의 비활성 위치에서, 제3 스위칭 장치(10)는, 부위(34)에 대한 제2 썬 기어(17)의 자유 회전을 가능하게 하는/허용하는 방식으로, 배열된다.
제4 스위칭 장치(11)는, 제3 스위칭 장치(10)와 실질적으로 동일한 방식으로 작용한다. 그러나, 이는 제2 썬 기어(17)가 아니라 제1 썬 기어(15)에 작용한다.
도 3a 내지 도 6과 연관해서, 구동 트레인(25)의 개별 작동/구동 상태가 나타나 있다. 제(1) 구동 상태는 도 3a 내지 도 3d에 나타나 있다. 이러한 구동 상태에서, 내연 기관(12) 단독 또는 전기 기계(7)에 의해 지원되는 내연 기관(12)은, 출력부 기어(23a, 23b)에 구동 효과를 갖는다. 내연 기관(12)로부터 시작하는 토크 흐름/동력 흐름만이 도 3a 내지 도 3d에 나타나 있다. 도 3a 내지 도 3d에서, 네 개의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)에 의해 구현될 수 있을 시, 서로 다른 네 개의 기어/변속비가 이러한 제1 구동 상태가 나타나 있다.
도 3a에서, 제1 스위칭 장치(8) 및 제3 스위칭 장치(10)는 활성 위치에 있는 반면에, 제2 스위칭 장치(9) 및 제4 스위칭 장치(11)는 비활성 위치에 있다. 따라서, 제1 변속비는 입력부(13), 제1 썬 기어(15), 제1 플래너터리 휠 세트(4), 제1 플래너터리 캐리어(16), 제2 링 기어(20), 제2 플래너터리 휠 세트(5), 제2 플래너터리 캐리어 (19)를 통해 출력부(14)로 구현된다.
도 3b에서, 제2 스위칭 장치(9) 및 제3 스위칭 장치(10)는 활성 위치에서 제2 변속비를 구현하는 반면에, 제1 스위칭 장치(8) 및 제4 스위칭 장치(11)는 비활성 위치에서 스위칭된다. 이 경우에, 구동력은 입력부(13)로부터 제1 플래너터리 캐리어(16), 제2 링 기어(20), 제2 플래너터리 휠 세트(5)를 통해 출력부(14)로 전달된다.
도 3a에서, 제3 변속비가 구현되며, 제1 스위칭 장치(8) 및 제2 스위칭 장치(9)는 활성 위치에 있는 반면에, 제3 스위칭 장치(10) 및 제4 스위칭 장치(11)는 비활성 위치에 있다. 구동력은 입력부(13)로부터 제1 썬 기어(15) 및 제1 플래너터리 캐리어(16)로 전달된다. 이로부터, 구동력은 제1 플래너터리 휠 세트(4)와 제1 링 기어(18)를 통해 출력부(14)로 전달된다.
도 3d에 따라 제4 변속비를 구현하기 위해, 제1 스위칭 장치(8) 및 제3 스위칭 장치(10)는 비활성 위치에 있고, 제2 스위칭 장치(9) 및 제4 스위칭 장치(11)는 비활성 위치에 있다. 따라서, 구동력은 입력부(13)로부터 제1 플래너터리 캐리어(16), 제1 플래너터리 휠 세트(4) 및 제1 링 기어(18)를 통해 출력부(14)로 전달된다.
도 4a 및 도 4b는 구동 트레인(25)의 (제2) 구동 상태에 대한 두 변속비를 나타낸다. 이러한 제2 구동 상태는 (자동차(2)의 순전한 전기 구동 경우에) 전기 기계(7)의 구동 상태이다. 도 4a에 따른 제1 변속비에서, 제1, 제2 및 제4 스위칭 장치(8, 9, 11)는 비활성 위치에 있고 제3 스위칭 장치(10)는 활성 위치에 있다. 따라서, 전기 기계(7)의 구동력은 구동 샤프트(21)로부터 제2 링 기어(20), 제2 플래너터리 휠 세트(5) 및 제2 플래너터리 캐리어(19)를 통해 출력부(14)로 전달된다.
도 4b에 따른 전기 기계(7)의 구동 상태의 제2 변속비에 따라, 제1, 제2 및 제3 스위칭 장치(8, 9, 10)는 비활성 위치에서 스위칭되고 제4 스위칭 장치(11)는 활성 위치에서 스위칭된다. 전기 기계(7)의 구동력은 구동 샤프트(21)로부터 제1 플래너터리 캐리어(16), 제1 플래너터리 휠 세트(26) 및 제1 링 기어(20)를 통해 출력부(14)로 전달된다.
도 5에, 구동 트레인(25)의 정지 충전 상태(제3 작동 상태)가 나타나 있다. 여기서, 내연 기관(12)이 작동하면서, 내연 기관(12)으로부터의 구동력은 발전기로서 작동하는 전기 기계(7)에 공급되고 거기에서 배터리에 저장하기 위한 전기 에너지로 변환된다. 이러한 정지 충전 상태에서, 제2 스위칭 장치(9)는 활성 위치에 있는 반면에, 제1, 제3 및 제4 스위칭 장치(8, 10, 11)는 비활성 위치로 스위칭된다. 내연 기관(12)의 구동력은, 제1 플래너터리 캐리어(16)와 기어 단(30)에 의해 형성된 변속비를 통해 전달된다.
도 6에서, 전기 기계(7)의 회복 상태(구동 트레인(25)의 제4 작동 상태)도 또한 나타나고, 여기서 전기 기계(7)는 차례로 발전기 역할을 하고 자동차(2)의 상응하는 운동 에너지가 출력부(14), 제1 링 기어(18), 제1 플래너터리 휠 세트(4), 제1 플래너터리 캐리어(16) 및 전기 기계(7)의 기어 단(30)을 통해(추가 변속비를 통해) 공급된다. 제4 스위칭 장치(11)는 활성 위치에 있는 반면에, 제1 스위칭 장치(8), 제2 스위칭 장치(9) 및 제3 스위칭 장치(10)는 각각 비활성 위치에 배열된다.
도 2의 다이어그램에서도 알 수 있듯이, 두 개의 후진 기어/후진 구동 상태는, (구동 트레인(25)의 제5 작동 상태에 대해) 이들 네 개의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)를 통해 구현될 수 있다(K1은 제1 스위칭 장치(8)이고, K2는 제2 스위칭 장치(9)이고, B1은 제4 스위칭 장치(11)이고, B2는 제3 스위칭 장치(10)임). 이것은 순전히 전기적으로 또는 전기 무단 변속기(eCVT)를 통해 가능하다. 순전히 전기적인 후진에서, 제3 스위칭 장치(10)는 활성 위치에 있는 반면에, 제1, 제2 및 제4 스위칭 장치(8, 9, 11)는 비활성 위치에 배열된다. eCVT 상태에서, 제1 스위칭 장치(8)는 활성화되고 남은 제2 내지 제4 스위칭 장치(9, 10, 11)는 비활성화된다.
도 7과 관련하여, 상이한 차량 속도-동력 특성이 개별 변속비/기어에 대한 견인력 다이어그램에 나타나 있다. ICE1, ICE2, ICE3 및 ICE4로 표시된 특성은, 제1 기어(도 3a), 제2 기어(도 3b), 제3 기어(도 3c), 및 제4 기어(도 3d)에서, 내연 기관(12)의 제1 구동 상태(순수 연소 엔진 구동)를 나타낸다. ICE1+EM, ICE2+EM, ICE3+EM 및 ICE4+EM으로 표시된 특성은, 도 3a 내지 도 3d에 구현된 것과 같이 동일한 기어를 사용하여 추가 구동 상태(전기 기계(7)에 의해 지원되는 내연 기관 구동)를 나타낸다. EM1 및 EM2에 의해 식별된 특성은, 구동력이 전기 기계(7)로부터 출력부(14)로 전달되는 경우에, 두 개의 추가 기어에서의 코스를 나타내며 도 4a 및 4b(순전히 전기 구동)를 따른다.
제2 예시적인 구현예는 도 9 내지 도 15와 연관해서 나타내고, 제3 예시적인 구현예는 도 16 및 도 17과 연관해서 나타내고, 제4 예시적인 구현예는 도 18 및 도 19와 연관해서 나타낸다. 이러한 맥락에서, 이들 추가 예시적인 구현예는 구조 및 작동 모드의 관점에서 원리적으로 제1 예시적인 구현예에 대응해서, 간결하게 이 제1 예시적인 구현예와의 차이점만을 설명하는 점에 유의해야 한다.
제2 예시적인 구현예의 변속기 유닛(1)을 갖는 자동차(2)를 예시하는 도 9와 연관해서, 자동차(2)는 원리적으로 전륜 구동이 가능하도록 전기 차축 구동부(32)를 가질 수 있음을 알 수 있다.
도 10을 참조하면, 변속기 유닛(1)의 더욱 상세한 구조가 차례로 나타나 있다. 제1 예시적인 구현예의 변속기 유닛(1)과 비교하여, 변속기 유닛(1)의 출력부(14)를 추가 출력부/출력부 기어(23a, 23b)로부터 분리시킬 수 있는 추가 스위칭 장치(33)가 이제 또한 존재한다. 추가적인 스위칭 장치(33)는 변속기 유닛(1)의 출력부(14)에 통합된다. 본원에서 알 수 있는 바와 같이, 변속기 유닛(1)은 출력부 기어(23a, 23b)로부터 분리될 수 있다. 도 11의 다이어그램에 따라, 그리고 도 14에 따라, 이는 정지 충전의 연속 작동을 가능하게 한다. 개별 변속비는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스위칭 장치(8 내지 11) 및 추가 스위칭 장치(33)(K3)에 의해 구현되고, 작동 상태를 도 12a 내지 도 15에서 명확하게 알 수 있으나, 이들 비율은 다시 제1 예시적인 구현예(도 3a 내지 도 6)의 것들과 대응한다.
제3 예시적인 구현예에 따라, 원리적으로 또한 제4 스위칭 장치(11)를 생략하고 그에 따라 세 개의 스위칭 장치 (8, 9, 10)만을 제공하는 것도 가능하다(도 16). 스위칭 장치(8, 9, 10)는 내연 기관(12)의 구동 상태에서 세 개의 서로 다른 변속비, 배타적으로 전기 기계(7)의 구동 상태에서 하나의 변속비, 충전 정지 상태에서의 하나의 변속비, 및 도 17에 따라 후진을 위한 두 개의 변속비를 구현하는 데 사용될 수 있다.
도 18 및 도 19에서 또한 알수 있는 바와 같이, 원리적으로 추가의 스위칭 장치를 생략하는 것이 가능하다. 이 구현예에서, 두 개의 제3 및 제4 스위칭 장치(10, 11)가 생략되고 제1 및 제2 스위칭 장치(8, 9)만이 제공된다. 제2 썬 기어(17)는 고정 방식으로 영역(34)에 영구 연결된다. 결과적으로, 적어도 두 개의 변속비가, 내연 기관(12)의 하나의 구동 상태에서, 전기 기계(7)의 구동 상태에서 하나의 변속비로, 충전 정지 상태에서의 하나의 변속비로 및 후진 구동의 하나의 변속비로 구현될 수 있다.
즉, DHT 개념(전용 하이브리드 변속기(변속기 유닛(1))은 다음 요소: 두 개의 플래너터리 휠 세트(4, 5); 네 개의 스위칭 요소(8, 9, 10, 11)(두 개의 브레이크 및 두 개의 클러치); 및 전기 기계(7)에 따라 제안된다. 다음 기능은 DHT(1)의 요소: 네 개의 ICE 기어(내연 기관용 전진 기어(들)(12)); 두 개의 EM 기어(전기 기계(7)용 기어); 후진 기어: eCVT 또는 전기; 정지 중에 충전; 모든 기어에서 가능한 부스트 및 회복; 추가 구동 차축을 사용한 연속 작동: 전기 기계(7)를 구동한 내연 기관(12)이 있는 제1 구동 차축으로 수행되며, 여기서 전기 기계(7)는 배터리를 충전하고/충전하거나 동력을 전기 차축(최종 구동부(32)) 및 차량(2)를 구동하는 제2 구동 차축(32)으로 보낸다. K1(8) 및 K2(9)가 이러한 기능을 수행할 시 ICE 분리 클러치가 필요하지 않다. 전기 기계(7)는 (체인 또는 스퍼 기어와) 동축이거나 축 방향으로 평행하도록 배열될 수 있다.
1 변속기 유닛
2 자동차
3 플래너터리 기어
4 제1 플래너터리 휠 세트
5 제2 플래너터리 휠 세트
6 구성부
7 전기 기계
8 제1 스위칭 장치
9 제2 스위칭 장치
10 제3 스위칭 장치
11 제4 스위칭 장치
12 내연기관
13 입력부
14 출력부
15 제1 썬 기어
16 제1 플래너터리 캐리어
17 제2 썬 기어
18 제1 링 기어
19 제2 플래너터리 캐리어
20 제2 링 기어
21 구동 샤프트
22 출력 샤프트
23a 제1 구동 기어
23b 제2 구동 기어
24 회전축
25 구동 트레인
26 제1 플래너터리 휠
27 제2 플래너터리 휠
28 고정자
29 회전자
30 기어 단
31 비틀림 진동 댐퍼
32 최종 구동부
33 추가 스위칭 장치
34 영역

Claims (10)

  1. 하이브리드 자동차(2)용 변속기 유닛으로서, 플래너터리 기어(3), 전기 기계(7) 및 복수의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)를 갖고, 플래너터리 기어(3)에는 제1 플래너터리 휠 세트(4)와 제2 플래너터리 휠 세트(5)가 장착되고, 전기 기계는 플래너터리 기어(3)의 구성부(6)와 결합되고, 복수의 스위칭 장치 각각은 브레이크 또는 클러치를 형성하고 각각은 활성 위치와 비활성 위치 사이에서 이동 가능하고, 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)들은, 내연 기관(12)과 결합될 수 있는 입력부(13)와 출력부(14) 사이 및/또는 전기 기계(7)와 출력부(14) 사이에서 다양한 변속비를 스위칭하기 위해 작동 가능하게 설치되며, 내연 기관(12)의 구동 상태에서 적어도 두 개의 서로 다른 변속비, 전기 기계(7)의 구동 상태에서 적어도 한 개의 변속비, 그리고 활성 및 비활성 위치의 결과로서 전기 기계(7)의 회복 상태에서 적어도 한 개의 변속비를 구현하기 위해 최대 네 개의 스위칭 장치(8, 9, 10, 11)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서, 제1 스위칭 장치(8) 및/또는 제2 스위칭 장치(9)가 클러치로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  3. 제2항에 있어서, 제1 스위칭 장치(8)가 입력부(13)와, 제1 플래너터리 휠 세트(4)와 맞물린 제1 썬 기어(15) 사이에 작동 가능하게 설치된 클러치로서 형성되어, 제1 스위칭 장치(8)의 활성 위치에서 입력부(13)가 제1 썬 기어(15)에 회전식으로 연결되고, 제1 스위칭 장치(8)의 비활성 위치에서 입력부(13)가 제1 썬 기어(15)로부터 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제2 스위칭 장치(9)가 입력부(13)와, 제1 플래너터리 휠 세트(4)의 제1 플래너터리 캐리어(16) 사이에 작동 가능하게 설치된 클러치로서 설계되어, 제2 스위칭 장치(9)의 활성 위치에서 입력부(13)가 제1 플래너터리 캐리어(16)에 회전식으로 연결되고, 제2 스위칭 장치(9)의 비활성 위치에서 입력부(13)가 제1 플래너터리 캐리어(16)로부터 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 스위칭 장치(10) 및/또는 제4 스위칭 장치(11)가 브레이크로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  6. 제5항에 있어서, 제3 스위칭 장치(10)가 제2 썬 기어(17)에 작용하는 브레이크로서 형성되고, 제2 썬 기어(17)가 플래너터리 기어(3)의 제2 플래너터리 휠 세트(5)와 맞물려서, 제3 스위칭 장치(10)의 활성 위치에서 제2 썬 기어(17)의 회전이 차단되고, 제3 스위칭 장치(10)의 비활성 위치에서 제2 썬 기어(17)의 자유 회전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제4 스위칭 장치(11)가 제1 썬 기어(15)에 작용하는 브레이크로서 형성되어 제4 스위칭 장치(11)의 활성 위치에서 제1 썬 기어(15)의 회전이 차단되고, 제4 스위칭 장치(11)의 비활성 위치에서 제1 썬 기어(15)의 자유 회전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 플래너터리 휠 세트(4)와 맞물린 제1 링 기어(18)가, 제2 플래너터리 휠 세트(5)의 제2 플래너터리 캐리어(19)에 회전 불가능하게 결합되고/결합되거나 제1 플래너터리 휠 세트(4)의 제1 플래너터리 캐리어(16)가, 제2 플래너터리 휠 세트(5)와 맞물린 제2 링 기어(20)에 회전 불가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계(7)의 회전자 고정 구동 샤프트(21)는 제1 플래너터리 휠 세트(4)의 제1 플래너터리 캐리어(16)에 회전식으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 유닛(1).
  10. 내연 기관(12)과, 그 입력부(13)가 내연 기관(12)의 출력부 샤프트(22)에 연결되거나 연결 가능한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 변속기 유닛(1)을 갖는 자동차(2).
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