KR20210144759A - 모터 차량의 하이브리드 구동 시스템용 변속 장치, 구동 시스템 및 모터 차량 - Google Patents

모터 차량의 하이브리드 구동 시스템용 변속 장치, 구동 시스템 및 모터 차량 Download PDF

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KR20210144759A
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KR1020217032925A
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마르쿠스 호페
토르슈텐 피퍼
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 모터 차량(31)의 하이브리드 구동 시스템(1)용 변속 장치(12)에 관한 것으로, 중앙 배열 샤프트(4), 샤프트(4)에 대해 회전 가능하게 장착된 제1 기어 휠(13), 및 샤프트(4)에 대해 회전 가능하게 장착되고 제1 기어 휠(13)에 대해 샤프트(4)를 따라 오프셋된 제2 기어 휠(15), 제1 기어 휠(13)에 직접 활주 가능하게 수용되고 제1 기어 휠(13)에 비회전식으로 연결되는 슬라이딩 슬리브(26)를 갖고, 슬라이딩 슬리브(26)는, 제1 변위 위치에서 샤프트(4)를 제1 기어 휠(13)에 회전 고정 방식으로 연결하되 제2 기어 휠(15)은 샤프트(4)로부터 회전식으로 분리될 수 있도록 설계되고, 제2 변위 위치에서 샤프트(4)를 제1 기어 휠(13)과 제2 기어 휠(15) 모두에 회전식으로 연결하도록 설계되며, 제3 변위 위치에서 두 개의 기어 휠(13, 15)을 서로 회전식으로 연결하되 샤프트(4)가 두 개의 기어 휠(13, 15)로부터 회전식으로 분리될 수 있도록 설계된다. 본 발명은 또한, 이러한 변속 장치(12)를 갖는 구동 시스템(1)과 모터 차량(31)에 관한 것이다.

Description

모터 차량의 하이브리드 구동 시스템용 변속 장치, 구동 시스템 및 모터 차량
본 발명은 모터 차량의 하이브리드 구동 시스템용 변속 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 변속 장치를 구비한 구동 시스템 자체, 및 구동 시스템을 갖는 모터 차량에 관한 것으로서, 상기 구동 시스템은 바람직하게 직렬 하이브리드 구동으로 구현된다. 구동 시스템은 또한, 일반적으로 2개의 전기 모터를 가지며, 그 중 제1 전기 모터는 주로 발전기로 사용되고 제2 전기 모터는 주로 구동 모터로 사용된다. 구동 시스템은, 내연 기관의 출력 샤프트, 전기 모터, 및 출력 측 구동 부재를 작동적으로 연결하는, 변속기 유닛을 추가로 포함한다.
일반적인 구동 시스템은 이미 선행 기술에서 충분히 공지되어 있다. 예를 들어, DE 10 2017 206 510 A1은 직렬/병렬 하이브리드 차량의 변속기 구조를 개시한다.
따라서 "직렬" 하이브리드가 구현되도록 하는 구동 시스템이 이미 공지되어 있고, 이에 의해 내연 기관이 모터 차량의 구동 휠에 직접 구동된다. 그러나, 선행 기술로부터 공지된 설계에서, 다음과 같은 단점 중 적어도 일부가 자주 발생한다. 선행 기술로부터 알려진 구동 시스템은 모터 차량의 최대 속도를 제한한다. 따라서, 해당 차량은 일반적으로 약 180 km/h의 최대 속도만 실현할 수 있다. 이들 구동 시스템은 더 강력한 엔진 및/또는 더 높은 등급의 차량에는 거의 적합하지 않거나 심지어 부적합하다. 다른 단점은, 구동 시스템의 공지된 변속기 구조는, 주 구동이 내연 기관에 의해 제공되는 경우에 두 전기 모터가 최고 속도로 회전함을 의미한다는 것이다. 결과적으로 전기 모터는 높은 구동 속도에서 비교적 높은 항력 손실을 발생시킨다. 이는 결과적으로, 전기 모터와 관련하여 최대 속도와 최대 휠 토크 사이의 설계 절충안을 찾을 필요가 있다는 것이다. 또한, 이는, 제한된 트레일러 작동만 차량으로 가능함을 의미한다. 또한, 전기 모터는 일반적으로 직렬 작동에 불리한 기어비로 내연 기관에 결합된다. 공지된 설계의 다른 단점은, 2개의 전방 전기 모터가 일반적으로 축 방향으로 서로 나란히 배열된다는 점이며, 이는 내연 기관 및 특히 소형 차량의 전방 횡단 설계에서 문제가 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술로부터 알려진 단점을 극복하고, 특히 효율 면에서 개선되고 고속 주행이 가능하고 컴팩트한 디자인을 갖는 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이는 청구항 1의 주제에 의해 달성된다. 따라서, 모터 차량의 하이브리드 구동 시스템용 변속 장치가 제공된다. 변속 장치는, 중앙 배열 샤프트, 상기 샤프트에 대해 회전 가능하게 장착된 제1 기어 휠, 및 상기 샤프트에 대해 회전 가능하게 장착되고 상기 샤프트를 따라 배열되고 상기 제1 기어 휠로부터 오프셋된 제2 기어 휠을 갖는다. 또한, 변속 장치는, 변위 가능한 방식으로 제1 기어 휠에 직접 수용되고 회전 고정 방식으로 제1 기어 휠에 연결되는 슬라이딩 슬리브를 가지며, 상기 슬라이딩 슬리브는, 제1 변위 위치에서 샤프트를 제1 기어 휠에 회전 고정 방식으로 연결하되, 제2 기어 휠이 상기 샤프트로부터 회전식으로 분리되고, 제2 변위 위치에서 샤프트를 제1 기어 휠과 제2 기어 휠 모두에 회전식으로 연결하고, 제3 변위 위치에서 두 개의 기어 휠을 서로 회전식으로 연결하되, 샤프트가 두 개의 기어 휠에서 회전식으로 분리되는 방식으로 구성된다.
변속 장치를 사용하여, 기어 유닛에서 두 전기 모터의 기어비를 서로 독립적으로 선택할 수 있다. 또한, 주로 발전기 역할을 하는 제1 전기 모터와 내연 기관 간의 최적화된 맵 매칭이, 별도의 기어 단에 의해 촉진된다. 변속 장치는 또한, 모터 차량을 훨씬 더 효율적으로 작동시키는 수단을 제공한다. 결과적으로 더 높은 속도(예, 최고 속도 250 km/h)도 가능하다. 또한 견인 모터/구동 모터를 형성하는 제2 전기 모터는 항력 손실을 피하기 위해 더 높은 속도에서 쉽게 "제거"될 수 있다. 제2 전기 모터는 또한, 최대 휠 토크로 간단하게 구성될 수 있으며, 이에 따라 트레일러 작동을 위해 휠 토크도 구성될 수 있다.
바람직한 추가 구현예는 종속항에서 청구되는데, 이는 하기에서 상세하게 설명된다.
따라서, 슬라이딩 슬리브가, (멈춤쇠 유닛의) 멈춤쇠 요소가 각각의 변위 위치에서 잠금식으로 체결하는, 멈춤쇠 윤곽을 갖는 경우에도 유리하다. 이는 변속 장치의 기능을 더욱 향상시킨다.
이러한 맥락에서, 멈춤쇠 요소가 제1 기어에 수용되는 경우에도 편리하다. 이는 변속 장치를 더욱 컴팩트하게 만든다.
슬라이딩 슬리브가, 샤프트와 연동하는 제1 연결 영역, 및 제2 기어와 연동하고 제1 연결 영역에 축 방향으로 가교 배열되는 제2 연결 영역을 갖는 것이 또한 유리하다. 이것은 슬라이딩 슬리브의 특히 컴팩트한 설계를 가능하게 한다.
또한, 상기 제1 연결부에 결합될 수 있는 샤프트의 (제1) 전달 부분이 상기 제1 기어의 제1 축 방향 측을 향하여 배열되고, 제2 연결부에 결합될 수 있는 상기 제2 기어의 (제2) 전달 부분이, 제1 축 방향 측으로부터 등지는 기어의 제2 축 방향을 향해 배열되면 편리하다.
바람직하게는 선형 모터로 구현되는 액추에이터가 레버 메커니즘을 통해 변위 방식으로 슬라이딩 슬리브에 작용하는 경우에, 변속 장치의 특히 신뢰성 기능이 제공된다.
이와 관련하여, 레버 메커니즘의 레버 요소가 슬라이딩 슬리브의 수용 윤곽에서 제1 말단과 체결하고, 하우징에 고정된 피봇 포인트를 중심으로 피봇하기 위한 액추에이터에 의해 제1 말단 반대편의 제2 말단과 함께 작용될 수 있다면, 편리하다.
또한, 본 발명은 하이브리드 모터 차량, 예컨대 승용차, 트럭, 버스 또는 다른 상업용 차량용 구동 시스템에 관한 것으로, 이 구동 시스템은, 회전 방식으로 내연 기관의 출력 샤프트에 결합되거나 결합될 수 있는 모터 샤프트, 제1 회전자 샤프트를 갖고 주 작동 상태에서 발전기로 작동되는 제1 전기 모터, 상기 제1 회전자 샤프트에 대해 반경 방향으로 오프셋 배열된 제2 회전자 샤프트를 갖고 주 작동 상태에서 구동 모터로 작동되는 제2 전기 모터, 상기 모터 차량의 적어도 하나의 휠에 회전식으로 연결될 수 있고 상기 제2 회전자 샤프트에 회전식으로 연결되는 구동부, 및 상기 모터 샤프트, 상기 두 개의 회전자 샤프트 및 상기 구동부 사이에서 작동하도록 삽입된 변속 가능한 변속기 유닛을 포함한다. 변속기 유닛의 변속 위치를 제어하고 전술한 구현예 중 적어도 하나에 따라 구성되고 본 발명에 따르는 변속 장치는, 모터 샤프트, 제1 기어 휠(제1 로터 샤프트에 영구적으로 회전 결합됨), 및 제2 기어 휠(추가적인 유성 기어 단을 통해 제2 회전자 샤프트에 영구적으로 회전 결합됨) 사이에 삽입되고, 다음과 같은 방식으로 작동하고, 제1 변속 위치에서 변속 장치는 모터 샤프트를 제1 회전자 샤프트에 연결하되 제2 변속 위치에서 제2 회전자 샤프트가 모터 샤프트로부터 회전식으로 분리되고, 제1 변속 위치에서 변속 장치는 모터 샤프트를 제1 회전자 샤프트에 회전식으로 연결하되 제2 회전자 샤프트가 모터 샤프트로부터 회전식으로 분리되고, 제2 변속 위치에서 변속 장치는 모터 샤프트를 제1 회전자 샤프트와 제2 회전자 샤프트 모두에 회전식으로 연결하고, 제3 변속 위치에서 변속 장치는 두 개의 회전자 샤프트를 서로 회전식으로 연결하되 모터 샤프트가 두 개의 회전자 샤프트로부터 회전식으로 분리된다.
또한, 유성 기어 단이 유성 기어 유닛에 의해 형성되고, 그 중 썬 기어가 제2 회전자 샤프트에 영구적으로 직접 연결되고, 여러 개의 유성 기어를 지지하는 유성 캐리어가, 제2 기어 휠과 맞물리는 중간 기어 휠에 연결되고, 내부 기어는 제동 장치에 의해 차량 프레임에 고정되어 배열/지지될 수 있는 것이 유리하다. 이는 제2 전기 모터가 편리하게 제어될 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명은 전술한 구현예 중 적어도 하나에 따른 구동 시스템을 구비한 (하이브리드) 모터 차량에 관한 것으로, 여기서 구동부는 모터 차량의 휠에 회전식으로 결합된다.
내연 기관이 차량의 (모터 챠량의) 길이 방향 축을 가로지르는 출력 샤프트로 배열되고/배열되거나 구동부가 구동 차축의 휠에 회전식으로 결합되는 경우에, 모터 차량의 특히 효율적인 설계가 보장된다.
즉, 본 발명에 따라, 변속 장치는 따라서 하이브리드 구조를 위한 변속기 입력 샤프트 또는 중간 샤프트(샤프트)에 실현된다. 변속 요소(변속 장치)는, 해당 동기화 기어와 함께 두 개의 동기화 유닛을 가지며, 이에 의해 변속 슬리브(슬라이딩 슬리브)는 액추에이터에 결합되고 상이한 변속 위치를 위한 래치(래칭 유닛)를 갖는다. 상호 잠금 요소는 발전기와 연결된 기어 휠에 통합되어 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 이제 보다 상세히 설명될 것이고, 이 문맥에서 다양한 예시적 구현예가 또한 나타나 있다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 구동 시스템의 개략 단면도로서, 내연 기관과 2개의 전기 모터를 차동 기어의 구동부에 결합하는 변속기 유닛의 구조를 특히 잘 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예에 따른 구동 시스템의 개략 단면도로서, 제2 전기 모터에 결합된 중간 기어의 배열이 제1 구현예와 본질적으로 상이하다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 각각의 구동 시스템에 사용되고 바람직한 구현 예시에 따라 구현된 변속 장치의 길이 방향 단면도로서, 변속 장치의 변속 위치를 지정하는 슬라이딩 슬리브는, 중앙 모터 샤프트가 제1 전기 모터에 결합된 제1 기어 휠에 회전 연결된 제1 변위 위치에 있다.
도 4는 도 1 및 도 2의 구동 시스템에 의해 구현될 수 있는 다른 작동 상태를 나타내는 다이어그램이다.
도 5는 도 3과 유사한 변속 장치의 길이 방향 단면도로서, 슬라이딩 슬리브는 도 3과 비교하면 변경된 제2 변위 위치에 있고, 여기서 제2 변위 위치는 제2 전기 모터에 결합된 제2 기어 휠과 모터 샤프트는 제1 기어 휠에 회전식으로 연결된다.
도 6은, 도 3과 유사한 변속 장치의 길이 방향 단면도로서, 도 3과 유사하게 슬라이딩 슬리브는 도 5와 비교하면 모터 샤프트가 제1 기어 휠 및 제2 기어 휠로부터 회전 분리되는 제3 변위 위치를 취한다.
도면은 본질적으로 단지 개략적이고, 본 발명을 이해하기 위해서만 제공되는 것이다. 동일한 요소는 동일한 참조 부호를 구비한다. 또한, 다양한 구현예의 상이한 특징부는 원칙적으로 서로 자유롭게 조합될 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 바람직한 제1 구현예에 따른 구동 시스템(1)이 나타나 있다. 구동 시스템(1)은, 참조 번호 31로 표시된 하이브리드 모터 차량에 통합되어 있다. 특히, 이 구현예에서 모터 차량(31)의 구동 차축(32)(여기서는 전방 차축, 대안적으로 후방 차축)도 나타나 있고, 여기서 구동 차축(32)의 휠(9a, 9b)은 구동 시스템(1)의 다양한 기계(내연 기관(3)뿐만 아니라 전기 모터(6, 8))를 통해 구동될 수 있다. 이 구현예에서, 구동 시스템(1)의 내연 기관(3)은 바람직한 전방-횡방향 배열로 위치하고, 여기서 내연 기관(3)의 길이 방향 축, 즉 내연 기관(3)의 출력 샤프트(2)(크랭크샤프트)의 (제1) 회전축(43a)은 횡방향으로, 이 경우에는 모터 차량(31)의 길이 방향 축(차량 길이 방향 축)에 대해 수직으로 배향된다.
직렬 하이브리드 구동부로서의 구동 시스템(1)의 구성에 따라, 구동 시스템(1)은 또한, 내연 기관(3) 이외에 2개의 전기 모터(6, 8)를 갖는다. 제1 전기 모터(6)는 도 1에서 발전기로 지정되고 따라서 주 작동 상태에서 발전기로 사용된다. 그러나, 제1 전기 모터(6)는 원칙적으로, 예를 들어 순수 전기 역전을 위해 구동 모터로서 전환될 수 있다. 제1 전기 모터(6)에 의해 생성된 전력을 소비하는 제2 전기 모터(8)는 구동 모터/주행 모터로서 구현된다.
2개의 전기 모터(6, 8)는 반경 방향으로 서로 오프셋된 회전자 샤프트(5, 7)의 회전축(43b, 43c)으로 배열된다. 제1 전기 모터(6)는 (제2) 회전축(43b)을 중심으로 회전식으로 장착된 제1 회전자 샤프트(5)를 갖는다. 제2 전기 모터(8)는 (제3) 회전축(43c)을 중심으로 회전식으로 장착된 제2 회전자 샤프트(7)를 갖는다. 제1 전기 모터(6)는 전체적으로, 즉 명료함을 위해 여기에 나타내지 않은 고정자 및 회전자(이는 고정자에 대해 회전식으로 배열되고 제1 회전자 샤프트(5)로의 회전 관점에서 고정 연결됨)와 함께 배열되고, 전체 제2 전기 모터(8)에 대해 고정자 및 회전자(이는 고정자에 대해 회전식으로 배열되고 제2 회전자 샤프트(7)로의 회전 관점에서 고정 연결됨)와 함께 제2 회전축(43b)의 반경 방향으로 오프셋된다. 2개의 전기 모터(6, 8)는 또한, 내연 기관(3)의 출력 샤프트(2)의 제1 회전축(43a)에 대해 반경 방향으로 오프셋 배열된다. 차량의 길이 방향 축을 따라 보았을 때, 제1 회전축(43a)은 제2 회전축(43b)과 제3 회전축(43c) 사이에 위치한다.
내연 기관(3)/출력 샤프트(2), 2개의 회전자 샤프트(5, 7)를 갖는 2개의 전기 모터(6, 8) 및 구동 시스템(1)의 구동부(10) 사이에 기어 유닛(11)이 제공되어, 도 4에 나타낸 구동 시스템(1)의 상이한 작동 상태로 전환시킨다. 변속기 유닛(11)은 수동 변속기로 구현되고 다양한 작동 상태로 전환하기 위해 다른 변속 위치로 이동될 수 있다. 변속기 유닛(11)은 본 발명에 따른 변속 장치(12)에 의해 제어되며, 이는 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
기어 유닛(11)은, 회전 고정 방식으로 출력 샤프트(2)에 결합되거나 출력 샤프트(2)의 부위에 의해 직접 구현되는, 중앙 배열 모터 샤프트(4)(또한 샤프트로 단순화됨)를 갖는다. 모터 샤프트(4)는 출력 샤프트(2)와 동축으로 배열되고 따라서 공통의 제1 회전축(43a)을 중심으로 회전 가능하다. 기어 유닛(11)은 또한, 제1 기어 휠(13)을 갖고, 제1 기어 휠(13)은 회전 고정 방식으로 제1 회전자 샤프트(5)에 영구적으로 연결/결합된다. 제1 기어 휠(13)은 모터 샤프트(4)에 동축으로 배열된다. 제1 기어 휠(13)은 중공형 샤프트 기어 휠/중공형 샤프트로 설계되고, 모터 샤프트(4)에 외부로부터 반경 방향으로 회전식으로 장착된다. 제1 기어 휠(13)을 제1 회전자 샤프트(5)에 회전 고정 방식으로 연결하기 위해, 추가(제3) 기어 휠(42)이 제공되며, 제3 기어 휠(42)은 회전 고정 방식으로 제1 회전자 샤프트(5)에 배열되고 제1 기어 휠(13)과 맞물리면서 체결한다. 제3 기어(42)는 또한, 기어 유닛(11)의 일부로 간주된다.
또한, 기어 유닛(11)은 제2 기어 휠(15)을 가지며, 제2 기어 휠(15)은 제2 회전자 샤프트(7)와 결합하는 역할을 한다. 제2 기어(15)는 모터 샤프트(4)의 축 방향, 즉 제1 회전축(43a)을 따라 보았을 때 제1 기어(13)에 인접하게 배열된다. 제2 기어휠(15)도 중공형 샤프트 기어 휠/중공형 샤프트로 또한 구현되고, 모터 샤프트(4)에 외부로부터 반경 방향으로 회전식으로 장착된다. 이 구현예에서, 제2 기어(15)는 중간 기어(20)를 통해 유성 기어 단(14)에 연결된다. 유성 기어 단(14)은 제2 회전자 샤프트(7)에 추가로 회전식 연결된다. 도 1에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 제2 기어(15)와 맞물리는 중간 기어(20)는, 유성 스플리터 기어(16)를 형성하는 유성 기어 단(14)의 유성 캐리어(19)에 회전 고정 방식으로 직접 연결된다. 기어 유닛(11)의 유성 스플리터 기어(16)는, 통상적인 방식으로 썬 기어(17)를 추가로 포함하고, 이는 회전 고정 방식으로 제2 회전자 샤프트(7)에 직접 연결된다. 원주 방향으로 분포되고 유성 캐리어(19)에 회전식으로 장착되는 여러 유성 기어(18)는, 썬 기어(17)와 맞물린다. 계속해서 유성 기어(18)와 맞물리는 링 기어(21)는, 제동 장치(22)와 연동한다. 하우징에 고정된, 즉 차량 프레임에 고정된 제동 장치(22)는 작동 상태에서 차량 프레임에 대해 링 기어(21)를 유지한다. 비활성화된 상태에서, 차량 프레임에 대한 링 기어(21)의 자유로운 회전이 가능하여, 제동 장치(22)가 링 기어(21)를 회전식으로 해제한다.
제1 구현예에서, 제2 기어(15)는 또한 구동부(10)와 비회전 체결 상태에 있다. 구동부(10)는, 제2 기어(15)가 맞물려 체결하는 치형부(24)를 갖는다. 구동부(10)는, 여기서 구동 차축(32)의 차동 기어(23)의 입력 기어로서 설계된다. 따라서 구동부(10)는 나타낸 모터 차량(31)의 2개의 휠(9a, 9b)에 영구적으로 회전식으로 연결된다.
본 발명에 따라, 변속 장치(12)는 모터 샤프트(4)와 2개의 회전자 샤프트(5, 7), 즉 회전자 샤프트(5, 7)에 결합된 2개의 기어 휠(13, 15) 사이에 작동 가능하게 삽입된다. 도 3에 더 상세히 나타낸 변속 장치(12)는, 원칙적으로, 제1 변속 위치에서 모터 샤프트(4)를 제1 회전자 샤프트(5)에 회전식으로 결합/연결하되 제2 회전자 샤프트(7)가 모터 샤프트(4)(뿐만 아니라 제1 회전자 샤프트(5))로부터 회전식으로 분리되는 방식으로 설계된다(도 3). 변속 장치(12)의 제2 변속 위치에서, 모터 샤프트(4)는 제1 회전자 샤프트(5) 및 제2 회전자 샤프트(7) 모두에 회전식으로 연결/결합된다(도 5). 변속 장치(12)의 제3 변속 위치에서, 2개의 회전자 샤프트(5, 7)는 서로 회전식으로 연결/결합하되, 모터 샤프트(4)가 2개의 회전자 샤프트(5, 7)로부터 회전식으로 분리된다(도 6).
변속 장치(12)는 제1 기어 휠(13)에 직접 적어도 부분적으로 통합된다. 변속 장치(12)는, 중앙의 제1 회전축(43a)을 따라 축 방향으로 변위 가능하도록, 제1 기어 휠(13)에 수용되는 슬라이딩 슬리브(26)를 갖는다. 이 슬라이딩 슬리브(26)를 다른 변위 위치로 변위시킴으로써, 변속 장치(12)의 도 3, 5 및 6에 나타낸 변속 장치가 실현될 수 있다. 슬라이딩 슬리브(26)는, 제1 기어(13) 내의 관통 구멍 형태로 수용 구멍(45)에 직접 활주 가능하게 수용되는, 베이스 본체(44)를 갖는다. 슬라이딩 슬리브(26)는 또한, 회전 고정 방식으로 제1 기어(13)에 직접 결합된다. 슬라이딩 슬리브(26)는 모터 샤프트(4) 및 제2 기어(15) 상의 다양한 전달 영역(28, 30)과 상호작용하는 내부 치형부(46)를 갖는다. 베이스 몸체(44)에 추가하여, 슬라이딩 슬리브(26)는, 이와 연관된 슬라이딩 부분(47)을 갖고, 이 슬라이딩 부분(47)은 레버 요소(38)의 제1 말단(39a)에 연결된다. 슬라이딩 부분(47)은, 제1 말단(39a)이 포지티브 체결하는, 반경 방향 외측을 향한 수용 윤곽(40)을 갖는다. 슬라이딩 부분(47)은 베이스 몸체(44)에 부착된다. 축 방향 치형/톱니로 구현되는 내부 치형부(46)는 슬라이딩 부분(47)과 베이스 몸체(44)에 연속적으로 통합된다.
레버 요소(38)는, 선형 모터로서 구현된 액추에이터(36)를 슬라이딩 슬리브(26)에 결합하는 데 사용되는, 레버 메커니즘(37)의 일부이다. 레버 요소(38)는, 피봇 포인트(41)에 대해 하우징(48) 상에 회전식/피봇식으로 지지된다 제1 말단(39a) 반대편에 있는 레버 요소(38)의 제2 말단(39b)은 액추에이터(36)와 직접 작동 관계에 있다. 따라서, 슬라이딩 슬리브(26)는 액추에이터(36)에 의해 변위 위치에서 조절될 수 있다.
슬라이딩 슬리브(26)는, 내부 치형부(46)의 제1 치형 부위를 나타내는, 제1 연결 부위(27)를 갖는다. 제1 연결 영역(27)은 모터 샤프트(4) 부분의 제1 전달 영역(28)(또한 치형 영역으로 구현됨)과 회전 방향으로 포지티브 결합될 수 있다. 도 3에 나타낸 제1 변속 위치(슬라이딩 슬리브(26)의 제1 변위 위치에 대응함)에서, 모터 샤프트(4)는, 제1 연결 영역(27)에서 제1 전달 영역(28)의 맞물림에 의해 회전 고정 방식으로 제1 기어 휠(13)에 연결된다. 도 5는 변속 장치(12)의 제2 변속 위치(슬라이딩 슬리브(46)의 제2 변위 위치에 대응함)를 나타내고, 여기서 제1 연결 영역(27)은 회전 고정 방식으로 제1 전달 영역(28)에 연결되고, 슬라이딩 슬리브(26)의 제2 연결 영역(29)(또한 치형 영역으로도 구현됨)은 제2 기어 휠(15)의 제2 전달 영역(30)(또한 치형 영역으로도 구현됨)과 회전 고정 방식으로 위치한다. 제1 연결 영역(27)은 바람직하게는 슬라이딩 부분(47)에 의해 구현되는 반면에, 제2 연결 영역(29)은 바람직하게는 베이스 몸체(44)에 의해 직접 구현된다. 도 6에 나타낸 변속 장치(12)의 제3 변속 위치(슬라이딩 슬리브(26)의 제3 변속 위치에 대응함)에 따라, 2개의 기어(13, 15)는 최종적으로 회전 고정 방식으로 서로 연결되며, 제1 기어(13) 및 따라서 또한 제2 기어(15)로부터의 모터 샤프트(4)는 회전식으로 분리된다. 따라서, 슬라이딩 슬리브(26)는, 제1 연결 영역(27)을 갖는 제1 전달 영역(28)과 맞물리지 않는다.
도 3, 5 및 6을 참조하면, 각각의 변위 위치에서 슬라이딩 슬리브(26)를 지지하기 위해 멈춤쇠 유닛(25)이 제공됨을 또한 알 수 있다. 멈춤쇠 유닛(25)은 또한, 제1 기어 휠(13)에 통합된다. 멈춤쇠 유닛(25)은, 제1 기어(13)에 반경 방향으로 변위 가능하게 배열되고 슬라이딩 슬리브(26) 내의 멈춤쇠 윤곽(33)과 연동하는, 멈춤쇠 요소(34)를 갖는다. 멈춤쇠 요소(34)는, 제1 기어 휠(13)에 대해 변위 저항 방식으로 각각의 변위 위치에서 슬라이딩 슬리브(26)를 지지한다.
도 3, 5 및 6에 또한 나타낸 바와 같이, 구현예에서 모터 샤프트(4)는 일반적인 방식으로 하우징(48)에 대해 회전식으로 장착된다. 모터 샤프트(4)가 하우징(48)에 대해 지지되는 2개의 지지 베어링(49) 사이에, 2개의 제1 및 제2 기어 휠(13, 15)이 모터 샤프트(4)의 외부에 장착되어 상대적으로 회전 가능하도록 한다. 제2 기어 휠(15)/제2 전달 영역(30)은 제1 기어 휠(13)의 제2 축 방향 측(35b)에 위치하며, 이는 제1 축 방향 측(35a)을 향해 배열된 제1 전달 영역(28)으로부터 등진다.
따라서, 본 발명에 따라, 도 4에 나타낸 작동 상태는 구동 시스템(1)에 의해 구현될 수 있다. 도 4에서, 용어 "내연 기관"은 일반적으로 내연 기관(3)에 결합된 엔진 샤프트(4)를 지칭하고, 용어 "발전기"는 제1 기어 휠(13)을 지칭하고, 용어 "출력부"는 제2 기어 휠(15)을 지칭한다. 전형적인 직렬 구동 모드에서(변속 장치(12)의 제1 변속 위치에서), 내연 기관(3)은 제1 전기 모터(6)를 구동하고, 이는 차례로 제2 전기 모터(8)에 구동 에너지를 전기적으로 공급한다. 제2 전기 모터(8)는 휠(9a, 9b)에 토크를 인가한다. 제1 전기 모터(6)는, 배터리에 일시적으로 저장되는, 해당 전기 에너지를 생성하는 데 사용된다. (변속 장치(12)의 제3 변속 위치에 따라) 내연 기관(3)이 분리된 전기 구동 상태는, (배터리로부터의 전기 에너지로) 제2 전기 모터(8)를 작동함으로써 효과가 나타난다. 내연 기관 구동 상태는 일반적으로, 내연 기관(3), 제1 전기 모터(6) 및 제2 전기 모터(8)를 제1 기어(13)에 결합함으로써, 변속 장치(12)의 제2 변속 위치에서 발생한다. 정지 충전은 일반적으로, 제1 변속 위치에서도 발생한다.
마지막으로, 도 2를 참조하면, 제1 구현예에 따라 본질적으로 구현되는, 또 다른 바람직한 제2 구현예가 실현된다. 따라서, 간결함을 위해, 이들 2개의 구현예의 차이점만이 논의될 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 기어 휠(15)은 더 이상 구동부(10)와 직접 맞물리는 체결 상태가 아니라, 중간 기어 휠(20)의 개재로 구동부(10)와 간접적으로 회전 연결되어 있다. 따라서 반대로, 중간 기어 휠(20)은 구동부(10) 및 제2 기어 휠(15)과 직접 맞물리면서 체결한다. 또한, 2개의 전기 모터(6, 8)는 도 2와 비교하면, 제1 회전축(43a)에 대해 반대 방향으로 이제 배열되고, 제2 전기 모터(8)는 유성 스플리터 기어(16)와 함께 제1 전기 모터(6)보다 구동 차축(32)에 더 가깝게 배열된다.
다시 말해, 본 발명에 따른 구동 시스템(1)은, 휠(9a, 9b)에 직접 연소 엔진을 통한 구동을 제공하는, 하이브리드 차량용 구조를 제공한다. 이러한 차량 또는 변속기 개념의 경우에 다음 구동 모드가 표시되어야 한다: A) 직렬 구동: 연소 엔진(3)과 발전기(6)는 견인 모터(8)에 동력을 공급하기 위해 전기 에너지를 생성한다; B) 연소 엔진(3)이 분리된 상태에서 배터리로부터 전기 구동; C) 연소 엔진 작동: 연소 엔진(3)은 휠(9a, 9b)에 직접 연결된다; D) 정지 충전: A)와 같이 차량(31)이 정지된 경우에만. 변속 요소(12)의 개별 구동 모드 및 변속 상태는, 도 4에 따른 표에 그래픽으로 나타나 있다. 발전기(6)는 각각의 구동 모드에서 활성화되고 따라서 상부 구조/구동 시스템(1)의 중심 요소임을 알 수 있다. 그 결과, 예를 들어 두 개의 연결 요소(27, 29)를 사용하여 입력부와 출력부를 연결하기 위한 기술적 설계가 가능하다. 이 경우, 제1 연결 요소(27)는 모터 샤프트(4)와 제1 기어 휠(13) 사이에 배열되고, 제2 연결 요소(29)는 제1 기어 휠(13)과 제2 기어 휠 사이에 배열된다. 모든 유형의 포지티브 또는 마찰, 정수압, 자기 또는 기타 연결도 생각할 수 있다. 작동을 위해 단 하나의 액추에이터 시스템(36)을 필요로 하고 도 3, 5 및 6과 호환되는 시스템을 사용하는 것이 특히 유리하다.
변속 요소(12)는 이중 변속 동기화에 기초하여 설계된다. 기존 구성과 대조적으로, 이것은 중립 위치가 아니라 중앙 위치에서 3개의 요소(4, 13, 15) 모두를 연결한다. 도 3에서, 슬라이딩 슬리브(26)는 좌측에 위치한다. 따라서, 직렬 작동이 구현되고 연소 엔진(3)과 발전기(6)의 연결이 존재한다. 도 5에서, 슬라이딩 슬리브(26)는 중앙에 위치한다. 이것은, 내연 기관(3)이 휠(9a, 9b) 및 발전기(6)에 연결되는, 내부 연소 작동을 가능하게 한다. 도 6에서 슬라이딩 슬리브는 우측에 있다. 이 경우에, 발전기(6)가 출력부에 연결되어 배터리로부터 전기 구동이 가능하다. 변속 요소(12)는, 연결된 싱크로 기어가 있는 2개의 동기화 유닛뿐만 아니라, 작동 요소를 위해 체결한 슬라이딩 슬리브(12)와 개별 변속 위치를 위한 잠금 장치(25)로 구성된다. 잠금 요소(34)는 제1 기어(13)에 통합된다. 기어 휠(13)은 관통 구멍이 제공되며, 이에 의해 슬라이딩 슬리브(26)는 양쪽 횡방향 요소를 연결하고, 여전히 하나의 작동 시스템으로만 작동될 수 있다.
1 구동 시스템
2 출력 샤프트
3 내연 기관
4 모터 샤프트
5 제1 회전자 샤프트
6 제1 전기 모터
7 제2 회전자 샤프트
8 제2 전기 모터
9a 제1 휠
9b 제2 휠
10 구동부
11 기어 유닛
12 변속 장치
13 제1 기어 휠
14 유성 기어 단
15 제2 기어 휠
16 유성 스플리터 기어
17 썬 기어
18 유성 기어
19 유성 캐리어
20 중간 기어 휠
21 중공형 기어
22 제동 장치
23 차동 기어
24 치형
25 도킹 유닛
26 슬라이딩 슬리브
27 제1 연결 영역
28 제1 전달 범위
29 제1 톱니 부위
30 제2 전달 영역
31 모터 차량
32 구동 차축
33 멈춤쇠 윤곽
34 멈춤쇠 요소
35a 제1 측면
35b 제2 측면
36 액추에이터
37 레버 메커니즘
38 레버 요소
39a 제1 말단
39b 제2 플랜지 요소
40 수용 윤곽
41 피봇 포인트
42 제3 제동 요소
43a 제1 회전축
43b 제2 회전축
43c 제3 회전축
44 베이스 몸체
45 수용 구멍
46 내부 치형
47 슬라이딩 부분
48 하우징
49 지지 베어링

Claims (10)

  1. 모터 차량(31)의 하이브리드 구동 시스템(1)용 변속 장치(12)로서, 중앙 배열 샤프트(4), 샤프트(4)에 대해 회전 가능하게 장착된 제1 기어 휠(13), 및 샤프트(4)에 대해 회전 가능하게 장착되고 제1 기어 휠(13)에 대해 샤프트(4)를 따라 오프셋된 제2 기어 휠(15)(제2 치형 휠(15)은 샤프트(4)에 대해 회전 가능하게 장착되고 제1 치형 휠(13)에 대해 샤프트(4)를 따라 오프셋됨), 변위 가능하도록 제1 치형 휠(13)에 직접 수용되고 회전 고정 방식으로 제1 치형 휠(13)에 연결되는 슬라이딩 슬리브(26)를 포함하고, 슬라이딩 슬리브(26)는, 제1 변위 위치에서 샤프트(4)를 제1 기어 휠(13)에 회전 고정 방식으로 연결하되 제2 기어 휠(15)이 샤프트(4)로부터 회전식으로 분리되도록 형성되며, 제2 변위 위치에서 샤프트(4)를 제1 기어 휠(13)과 제2 기어 휠(15) 모두에 회전 고정 방식으로 연결하도록 형성되고, 제3 변위 위치에서 두 개의 기어 휠(13, 15)을 서로 회전 고정 방식으로 연결하되 샤프트(4)가 두 개의 기어 휠(13, 15)로부터 회전식으로 분리되도록 형성되는, 변속 장치.
  2. 제1항에 있어서, 슬라이딩 슬리브(26)는 멈춤쇠 윤곽(33)을 가지며, 멈춤쇠 윤곽(33)의 각각의 변위 위치에서 멈춤쇠 요소(34)가 잠금식으로 체결하는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  3. 제2항에 있어서, 멈춤쇠 요소(34)가 제1 기어 휠(13)에 수용되는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 슬라이딩 슬리브(26)는 샤프트(4)와 상호작용하는 제1 연결 부위(27), 및 제2 기어 휠(15)과 상호작용하고 제1 연결 부위(27)로부터 축 방향으로 오프셋 배열되는 제2 연결 부위(29)를 갖는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  5. 제4항에 있어서, 제1 연결 부위(27)에 결합될 수 있는 샤프트(4)의 전달 부위(28)는 제1 기어 휠(13)의 제1 축 방향 측(35a)을 향해 배열되고, 제2 연결 부위(29)에 결합될 수 있는 제2 기어 휠(15)의 전달 부위(30)는 제1 기어 휠(13)의 제2 축 방향 측(35b)을 향해 배열되고, 상기 제2 축 방향 측은 상기 제1 축 방향 측(35a)과 등지는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터(36)가 레버 메커니즘(37)을 통해 변위 방식으로 슬라이딩 슬리브(26)에 작용하는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  7. 제6항에 있어서, 레버 메커니즘(37)의 레버 요소(38)가 슬라이딩 슬리브(26) 상의 수용 윤곽(40)에서 제1 말단(39a)과 체결하고, 하우징에 고정된 피봇 포인트(41)를 중심으로 피봇하기 위해 액추에이터(36)에 의해 제1 말단(39a) 반대편의 제2 말단(39b)과 함께 작용될 수 있는 것을 특징으로 하는, 변속 장치(12).
  8. 하이브리드 모터 차량(31)용 구동 시스템(1)(바람직하게는 직렬 하이브리드 구동)으로서, 회전 방식으로 내연 기관(3)의 출력 샤프트(2)에 결합되거나 결합될 수 있는 모터 샤프트(4), 제1 회전자 샤프트(5)를 갖고 주 작동 상태에서 발전기로 작동되는 제1 전기 모터(6), 제1 회전자 샤프트(5)에 대해 반경 방향으로 오프셋 배열된 제2 회전자 샤프트(7)를 갖고 주 작동 상태에서 구동 모터로 작동되는 제2 전기 모터(8), 및 모터 차량(31)의 적어도 하나의 휠(9a, 9b)(제2 전기 모터(8)는 주 작동 상태에서 구동 모터로 작동됨), 제2 회전자 샤프트(7)에 회전식 연결되고 모터 차량(31)의 적어도 하나의 휠(9a, 9b)에 회전식 연결될 수 있는 구동부(10), 및 모터 샤프트(4), 두 개의 회전자 샤프트(5, 7) 및 구동부(10) 사이에서 작동하도록 삽입된 변속 가능한 변속기 유닛을 포함하되, 변속기 유닛(11)의 변속 위치를 제어하고 제1항 내지 제7항 중 적어도 한 항에 따라 설계된 변속 장치(12)는, 모터 샤프트(4), 제1 회전자 샤프트(5)에 영구적으로 회전 결합되는 제1 기어 휠(13), 및 제2 회전자 샤프트(7)에 영구적으로 회전 결합되는 제2 기어 휠(15)사이에 추가적인 유성 기어 단(14)을 통해 삽입되고, 변속 장치(12)는, 모터 샤프트(4), 제1 회전자 샤프트(5)에 영구적으로 회전 결합되는 제1 기어 휠(13), 및 제2 회전자 샤프트(7)에 영구적으로 회전 결합되는 제2 기어 휠(15) 사이에 추가적인 유성 기어 단(14)을 통해 삽입됨으로써 제1 변속 위치에서 변속 장치(12)는 모터 샤프트(4)를 제1 회전자 샤프트(5)에 연결하되 제2 회전자 샤프트(7)는 모터 샤프트(4)로부터 회전식으로 분리되도록 하고, 제2 변속 위치에서 모터 샤프트(4)를 제1 회전자 샤프트(5)와 제2 회전자 샤프트(7) 모두에 회전식 연결하고, 제3 변속 위치에서 두 개의 회전자 샤프트(5, 7)를 서로 회전식으로 연결하되 모터 샤프트(4)가 두 개의 회전자 샤프트(5, 7)로부터 회전식으로 분리되도록 하는 구동 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 유성 기어 단(14)이 유성 서브기어(16)에 의해 형성되고, 그 중 유성 스플리터 기어(16)의 썬 기어(17)가 제2 회전자 샤프트(7)에 영구적으로 직접 연결되고, 다중 유성 기어(18)를 갖는 유성 캐리어(19)가, 제2 기어 휠(15)과 맞물리는 중간 기어(20)에 연결되고, 중공형 기어(21)는 제동 장치(22)에 의해 차량 프레임에 고정 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  10. 제8항 또는 제9항에 따른 구동 시스템(1)을 갖는 모터 차량(31)으로서, 구동부(10)가 모터 차량(31)의 휠(9a, 9b)에 회전식으로 결합되는, 모터 차량.
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