KR20230137384A - 하이브리드 변속기, 및 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인 - Google Patents

하이브리드 변속기, 및 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인 Download PDF

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KR20230137384A
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슈테픈 레만
로랑 바유
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 하이브리드 변속기(1)에 관한 것이다. 하이브리드 변속기(1)는 내연기관(2)에 연결 가능한 입력 샤프트(3) 및 토크 전달 방식으로 입력 샤프트(3)에 연결된 제1 전기 기계(4)를 포함하는 제1 토크 구동 트레인을 포함하고, 제2 전기 기계(5)를 포함하는 제2 토크 구동 트레인을 추가로 포함하고, 또한, 토크 전달 방식으로 제1 토크 구동 트레인 및/또는 제2 토크 구동 트레인에 연결될 수 있거나 연결된 출력 샤프트(6)를 포함하고, 제1 토크 구동 트레인을 출력 샤프트(6)에 대해 토크 전달 방식으로 연결하거나 분리하는 제1 분리 클러치(7)를 포함하며, 하이브리드 변속기(1)에는 제2 토크 구동 트레인을 출력 샤프트(6)에 대해 토크 전달 방식으로 연결하거나 분리하는 제2 분리 클러치(8)가 장착되어 있다. 본 발명은 또한 이러한 하이브리드 변속기(1) 및 하이브리드 변속기(1)의 입력 샤프트(3)에 토크 전달 방식으로 연결된 내연기관(2)을 포함하는, 하이브리드 차량용 구동 트레인(25)에 관한 것이다.

Description

하이브리드 변속기, 및 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인
본 발명은 하이브리드 내연기관에 연결 가능한 입력 샤프트 및 토크 전달 방식으로 입력 샤프트에 연결 가능하거나 연결된 제1 전기 기계/e-machine을 갖는 제1 토크 구동 트레인, 제1 전기 기계와 상이한 제2 전기 기계/e-machine을 갖는 제2 토크 구동 트레인, 토크 전달 방식으로 제1 토크 구동 트레인 및/또는 제2 토크 구동 트레인에 연결 가능하거나 연결된 출력 샤프트/구동 차축, 및 제1 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 제2 토크 구동 트레인을 출력 샤프트에 연결하고, 제2 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 출력 샤프트로부터 제2 토크 구동 트레인을 분리하는 제2 분리 클러치를 구비한, 차량용 하이브리드 변속기에 관한 것이다. 또한, 하이브리드 변속기는 제1 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 제1 토크 구동 트레인을 출력 샤프트에 연결하고 제2 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 출력 샤프트로부터 제1 토크 구동 트레인을 분리하는 제1 분리 클러치를 구비한다. 또한, 본 발명은 이러한 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인에 관한 것이다.
2개의 전기 기계 및 내연기관을 구비한 이러한 하이브리드 변속기는 선행 기술로부터 이미 알려져 있다. 예를 들어, DE 10 2018 103 245 A1은 내연기관, 제1 전기 기계, 제1 전기 기계의 로터의 회전축에 로터에 대해 동축으로 배치된 제2 전기 기계, 내연기관의 출력 샤프트에 회전 불가능한 방식으로 결합되거나 결합 가능한 구동 부품과 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계의 구동 샤프트 사이에 배치된 제1 변속 스테이지, 및 각각의 전기 기계의 구동 샤프트를 휠 구동 샤프트에 결합시키거나 결합시킬 수 있는 변속기 부품 유닛을 구비한 하이브리드 자동차의 구동 트레인용 구동 유닛을 개시한다.
이러한 하이브리드 변속기의 다양한 변속기 구조는 특허 출원 US 2016/0218584 A1, DE 11 2015 006 071 T5 및 WO 2019/101 264 A1으로부터도 알려져 있다.
이러한 하이브리드 변속기는 전용 하이브리드 변속기(“DHT”)로도 지칭된다. 여기에서, 예를 들어 후진 기어를 생략하여 기계식 변속기 부품을 단순화하고, 대신 변속기에 통합된 적어도 하나의 전기 기계가 모든 범위의 기능을 제공하는 데 사용된다. 전용 하이브리드 변속기는 친숙한 변속기 개념, 즉, 이중 클러치 변속기, 토크 컨버터 유성 변속기, 무단 변속기(CVT) 또는 자동 수동 변속기에서 나타날 수 있다. 이와 관련하여, 전기 기계는 변속기의 일부가 되며, 이의 연결은 다른 변속기 샤프트에서 이루어질 수 있다. 병렬 및/또는 직렬 하이브리드 모드 외에도, 하나 이상의 동력 분기식 작동 상태가 유성기어 변속기와 조합하여 제공될 수도 있다.
이러한 맥락에서, 직렬 하이브리드 모드는 내연기관이 더 이상 구동축/출력 샤프트에 기계식/토크 전달식 연결을 갖지 않음을 의미하는 것으로 이해된다. 내연기관은 주로 발전기 역할을 하는 제1 전기 기계를 구동하고, 이는 결국 주로 트랙션 모터/구동 모터 역할을 하는 제2 전기 기계에 전력을 공급하거나, 배터리를 충전한다. 구동축은 제2 전기 기계에 의해 구동된다. 이러한 맥락에서, 병렬 하이브리드 모드는 내연기관이 구동축/출력 샤프트에 기계식/토크 전달식 연결을 가짐을 의미하는 것으로 이해된다. 제2 전기 기계는 유휴 상태로 작동하거나, 부스팅하거나 회복할 수 있다.
그러나, 종래 기술은 현재까지 알려진 하이브리드 변속기 개념에서 제2 전기 기계가 종종 병렬 하이브리드 모드에서 유휴 상태로 작동하여, 유도로 인해 상응하는 저항을 생성하고 제2 전기 기계를 능동적으로 회전시켜야 하는 단점을 항상 가지고 있다. 이는 능동 단락 회로가 발생하고 이를 위해 제1 전기 기계에 의해 에너지가 생성되어야 함을 의미한다. 결과적으로 변속기 효율이 감소되어, 특정 작동 지점, 특히 병렬 하이브리드 모드에서 하이브리드 변속기의 효율이 떨어진다.
그에 따라, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 방지하거나 적어도 완화하는 것이다. 특히, 높은 변속 효율을 나타내고 기능성을 제한하지 않으면서 효율적인 하이브리드 변속기 및 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인이 제공될 것이다.
본 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 하이브리드 변속기에 의해 달성된다.
특히, 이 목적은 하이브리드 변속기가 제1 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 제2 토크 구동 트레인을 출력 샤프트에 연결하고 제2 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 출력 샤프트로부터 제2 토크 구동 트레인을 분리하는 제2 분리 클러치를 구비하는 본 발명에 따른 일반적인 장치에서 달성된다. 이는 제2 전기 기계를 분리할 수 있고 더 이상 끌어들일 필요가 없다는 이점이 있다. 이는 특히 병렬 하이브리드 모드에서 하이브리드 변속기의 효율을 향상시킨다. 스위칭 가능한 방식으로 제2 분리 클러치를 통해 제2 전기 기계/제2 토크 구동 트레인을 연결함으로써, 제2 전기 기계는, 예를 들어 가속 동안 신속하게 재연결될 수 있다. 따라서, 일반적으로 내연기관과 구동축/출력 샤프트 사이 또는 제1 전기 기계와 제2 전기 기계 사이에 위치되는 제1 분리 클러치는 개방 상태에서 직렬 구동/직렬 하이브리드 모드 및 폐쇄 상태에서 병렬 구동/병렬 하이브리드 모드를 가능하게 할 수 있고, 제2 분리 클러치는 제2 전기 기계가 분리되는 것을 가능하게 할 수 있다(특히 병렬 작동에서). 직렬과 병렬 사이에서 스위칭될 수 있는 하이브리드 변속기에서 제2 전기 기계의 이러한 선택적 분리는 현재까지 알려지지 않았다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1 전기 기계의 로터는 회전 불가능한 방식으로 입력 샤프트에 장착되며, 이 로터는 무변속 방식으로 입력 샤프트에 연결된다. 또한, 제2 전기 기계의 로터는 입력 샤프트와 동축으로 배치된 로터 샤프트에 회전 불가능한 방식으로 배치된다. 이와 관련하여, 로터 샤프트는 제1 변속 스테이지를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트에 연결되거나 연결 가능할 수 있다. 제2 변속 스테이지를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트에 연결되거나 연결 가능할 수 있는 입력 샤프트 또는 제2 입력 샤프트 섹션도 마찬가지이다. 본 발명에 따르면, 제1 변속 스테이지와 제2 변속 스테이지 둘 모두의 모든 기어 휠은 제1 전기 기계와 제2 전기 기계 사이에 축방향으로 배치된다. 이러한 방식으로 하이브리드 변속기의 컴팩트한 배치를 확인할 수 있다.
유리한 구현예가 종속 청구항으로 청구되어 있고, 이하에서 더 상세하게 설명된다.
바람직한 구현예에 따르면, 제1 분리 클러치 및 제2 분리 클러치는 2개의 분리 클러치 중 하나가 제1 스위칭 상태에 있고 2개의 분리 클러치 중 다른 하나가 제2 스위칭 상태에 있도록 교번 작동 클러치를 형성할 수 있고/있거나 교번 작동을 위한 공통 액추에이터를 가질 수 있다. 즉, 제1 분리 클러치와 제2 분리 클러치는 교번 방향으로 작동하는 클러치/클러치 유닛, 예를 들어 클로 클러치 유닛을 형성할 수 있으며, 여기서 클러치 유닛의 교번 폐쇄/개방은 동시에 직렬 및 병렬 하이브리드 모드를 스위칭하고, 제2 전기 기계를 연결/분리한다. 대안적으로, 제1 분리 클러치 및 제2 분리 클러치는 시프트 포크와 같은 공통 작동 요소/공통 액추에이터를 통해 교대로 폐쇄될 수 있는 2개의 별개의 클러치, 바람직하게는 클로 클러치로 설계될 수 있다. 이는 2개의 분리 클러치 중 하나가 항상 개방되고 2개의 분리 클러치 중 다른 하나는 항상 폐쇄되는 것을 보장한다. 이 경우, 전기 기계를 통해 차동 장치 속도를 동기화한 후 작은 속도 차이만으로 클로 클러치 유닛 또는 2개의 클로 클러치가 작동된다.
바람직하게는, 제1 분리 클러치는 입력 샤프트에 배치되고 제2 분리 클러치는 중간 샤프트에 배치된다.
대안적으로, 하이브리드 변속기는 제1 분리 클러치 및 제2 분리 클러치가 배치되는 중간 샤프트를 구비할 수 있다. 즉, 클러치 유닛은 공통 샤프트에 배치될 수 있다. 이는 클러치 유닛을 컴팩트한 방식으로 설계하고 작동하기 쉽게 할 수 있다.
대안적인 바람직한 구현예에 따르면, 하이브리드 변속기는 제2 분리 클러치가 배치되는 중간 샤프트를 구비할 수 있으며, 제1 분리 클러치는 입력 샤프트에 배치된다. 이는 2개의 분리 클러치가 서로 상이한, 예를 들어 축 방향으로 오프셋된 샤프트에 배치됨을 의미한다. 이는 간단한 방식으로 상이한 변속비가 실현될 수 있다는 이점이 있다. 또한 하이브리드 변속기는 2개의 샤프트에 이를 배치함으로써 축 방향으로 더 짧고 더 적은 기어 휠로 설계될 수 있다.
또한, 바람직한 구현예에 따르면, 중간 샤프트는 제3 변속 스테이지를 통해 출력 샤프트에 연결된다. 이는 필요한 변속 스테이지의 수를 제한하는 데 사용될 수 있다. 이는 제1 토크 구동 트레인 또는 제2 토크 구동 트레인의 토크가 각각의 경우 총 2개의 변속 스테이지를 통해 출력 샤프트로 변환된다는 이점이 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 제2 전기 기계의 로터는 회전 불가능한 방식으로 로터 샤프트에 장착될 수 있다. 로터 샤프트는 입력 샤프트와 동축으로 배치될 수 있다. 청구되지는 않았지만 대안적으로, 로터 샤프트는 또한 입력 샤프트에 축방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 로터 샤프트는 바람직하게는 제1 변속 스테이지를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 적합한 변속비가 설정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 전기 기계의 로터는 회전 불가능한 방식으로 입력 샤프트에 장착된다. 입력 샤프트는 바람직하게는 제2 변속 스테이지를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 적합한 변속비가 설정될 수 있다.
유리한 추가 개발에 따르면, 제1 변속 스테이지는 제2 변속 스테이지보다 작은 변속비를 가질 수 있다. 이는 구동력이 제1 토크 구동 트레인(내연기관 포함)과 비교하여 제2 토크 구동 트레인(제2 전기 기계 포함)을 통해 더 높은 속도에서 출력 샤프트로 변환된다는 것을 의미한다.
유리한 추가 개발에서, 제1 변속 스테이지의 정확히 하나의 기어 휠이 제2 전기 기계의 로터 샤프트에 제공되고 제2 변속 스테이지의 정확히 하나의 기어 휠이 입력 샤프트 또는 이의 제2 입력 샤프트 섹션에 제공된다.
다른 유리한 추가 개발에서, 제1 및 제2 변속 스테이지의 정확히 2개의 기어 휠이 중간 샤프트에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 이는 아이들러 기어 및 고정 기어이다. 이는 간단하고 공간 절약적인 구조를 가능하게 한다.
바람직한 추가 개발은 중간 샤프트에 위치된 제2 변속 스테이지의 기어 휠이 제3 변속 스테이지의 기어 휠이기도 하여 출력 샤프트에 대한 중간 샤프트의 연결을 나타내는 것을 제공한다. 바람직하게는, 이는 고정 기어이므로 회복을 가능하게 하기 위해서는 입력 샤프트의 아이들러 기어를 후자에 연결하는 것만이 필요하다.
대안으로 또는 추가로, 중간 샤프트의 정확히 하나의 기어 휠과 입력 샤프트의 정확히 하나의 기어 휠이 아이들러 기어로 설계될 수 있다. 이어서, 입력 샤프트 또는 중간 샤프트와의 동기화를 위해 제1 및 제2 클러치가 이들 아이들러 기어에 각각 할당된다. 따라서, 제2 전기 기계의 로터 샤프트의 유일한 기어 휠은 고정 기어이다.
바람직한 구현예에 따르면, 제1 전기 기계는 본질적으로 발전기로서 내연기관에 의해 작동될 수 있고 제2 전기 기계는 본질적으로 구동 모터로서 작동할 수 있다. 바람직하게는, 제1 전기 기계는 제2 전기 기계에 전력을 공급하기 위한 발전기의 역할을 한다. 이는 제1 전기 기계가 바람직하게는 제2 전기 기계에 전기적으로 연결됨을 의미한다. 제1 전기 기계는 배터리를 충전하기 위한 발전기의 역할도 할 수 있다. 또한, 제1 전기 기계는 특히 직렬 하이브리드 모드에서 부스팅을 위한 구동 모터/트랙션 모터의 역할을 할 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 하이브리드 변속기는 입력 샤프트에 배치된 비틀림 진동 댐퍼를 구비할 수 있다. 이는 입력 샤프트가 서로에 대해 회전할 수 있고 비틀림 진동 댐퍼를 통해 서로 연결된 2개의 입력 샤프트 섹션을 갖는다는 것을 의미한다. 이와 관련하여, 입력 샤프트 섹션 중 하나는 내연기관에 연결 가능하고 입력 샤프트 섹션 중 다른 하나는 제1 전기 기계에 연결 가능하거나 연결된다.
특히, 이와 관련하여 비틀림 진동 댐퍼가 제1 전기 기계의 로터에 통합될 수 있다. 이는 하이브리드 변속기가 특히 컴팩트하게 설계될 수 있다는 이점을 제공한다.
바람직한 구현예에 따르면, 하이브리드 변속기는 입력 샤프트에 배치된 슬립 클러치를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 구동 트레인은 과부하 보호의 역할을 하는 슬립 클러치에 의해 충격 토크로부터 보호될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 전기 기계 및 제2 전기 기계는 동축으로 배치될 수 있다. 동축 배치는 하이브리드 변속기의 설치 공간 요구 사항이 더욱 최적화되게 할 수 있다. 바람직하게는, 제1 분리 클러치, 제2 분리 클러치, 슬립 클러치, 제1 변속 스테이지 및/또는 제2 변속 스테이지는 제1 전기 기계와 제2 전기 기계 사이에 축방향으로 배치될 수 있다. 대안적으로, 제1 전기 기계 및 제2 전기 기계는 축방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 대안적인 구현예에 따르면, 제1 전기 기계 및 제2 전기 기계는 축방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 설치 공간 요구 사항에 따라, 축방향으로 평행한 배치가 유리할 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 하이브리드 변속기는 제1 토크 구동 트레인과 한편으로는 제2 토크 구동 트레인 사이, 다른 한편으로는 출력 샤프트 사이의 토크 흐름에 배치되는 차동 장치를 구비할 수 있다. 이는 토크 구동 트레인의 토크를 출력 샤프트 또는 2개의 출력 샤프트로 전달할 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 하이브리드 차량용 구동 트레인에 의해 달성된다. 구동 트레인은 본 발명에 따른 하이브리드 변속기 및 토크 전달 방식으로 하이브리드 변속기의 입력 샤프트에 연결된 내연기관을 구비한다. 바람직하게는, 제1 전기 기계는 제2 전기 기계와 내연기관 사이에 축방향으로 배치될 수 있다.
즉, 본 발명은 직렬 구동 또는 직렬/병렬 구동(즉, 직렬과 병렬 사이의 스위칭)을 가능하게 하고 추가적으로 제2 전기 기계(즉, 구동 기계)의 분리를 가능하게 하는 2 e-machine 하이브리드 변속기에 관한 것이다. 동시에 변속기 개념은 스위칭 가능한 직렬/병렬 설계로부터 전기 기계, 전력 전자장치 및/또는 냉각/윤활 부품을 유지할 수 있는 순수한 직렬 변속기 개념으로 용이하게 재설계될 수 있다.
도면의 도움으로, 본 발명을 이하에서 설명한다.
도 1은 제1 구현예에서 본 발명에 따른 하이브리드 변속기 및 이러한 하이브리드 변속기를 구비하는 본 발명에 따른 구동 트레인의 개략도를 도시한다.
도 1a는 제1 스위칭 상태에서의 하이브리드 변속기 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 도시한다.
도 1b는 제2 스위칭 상태에서의 하이브리드 변속기 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 도시한다.
도 2는 제2 구현예에서 본 발명에 따른 하이브리드 변속기 및 이러한 하이브리드 변속기를 구비하는 본 발명에 따른 구동 트레인의 개략도를 도시한다.
도 2a는 제1 스위칭 상태에서의 하이브리드 변속기 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 도시한다.
도 2b는 제2 스위칭 상태에서의 하이브리드 변속기 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 도시한다.
도 3은 직렬 하이브리드 변속기로 변환된 하이브리드 변속기의 개략도를 나타낸다.
도 3a는 하이브리드 변속기 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 도시한다.
도면은 본질적으로 단지 개략적이고, 본 발명을 이해하기 위한 것일 뿐이다. 동일한 요소는 동일한 참조 부호로 제공된다. 개별 구현예의 특징은 필요에 따라 서로 조합될 수 있다.
도 1 및 도 2는 하이브리드 차량을 위한 본 발명에 따른 하이브리드 변속기(1)의 2가지 구현예를 도시한다. 하이브리드 변속기(1)는 내연기관(2)에 연결 가능한 입력 샤프트(3) 및 토크 전달 방식으로 입력 샤프트(3)에 연결 가능하거나 연결된 제1 전기 기계(4)를 갖는 제1 토크 구동 트레인을 구비한다. 하이브리드 변속기(1)는 제1 전기 기계(4)와 상이한 제2 전기 기계(5)를 갖는 제2 토크 구동 트레인을 구비한다. 하이브리드 변속기(1)는 토크 전달 방식으로 제1 토크 구동 트레인 및/또는 제2 토크 구동 트레인에 연결 가능하거나 연결된 출력 샤프트(6)를 구비한다.
하이브리드 변속기(1)는 제1 분리 클러치(7)를 구비한다. 제1 분리 클러치(7)는 제1 스위칭 상태/폐쇄 상태의 제1 토크 구동 트레인을 토크 전달 방식/기계식으로 출력 샤프트(6)에 연결하고, 제2 스위칭 상태/개방 상태의 제1 토크 구동 트레인을 토크 전달 방식/기계식으로 출력 샤프트(6)로부터 분리한다. 제1 분리 클러치(7)는 내연기관(2)과 출력 샤프트(6) 사이 또는 제1 전기 기계(4)와 제2 전기 기계(5) 사이의 토크 흐름에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 분리 클러치(7)의 스위칭 위치에 따라, 내연기관(2)이 기계식으로 분리되는 직렬 하이브리드 모드와 병렬 하이브리드 모드 사이를 스위칭하는 것이 가능하다. 도시된 구현예에서, 제1 분리 클러치(7)는 내연기관(2)과 출력 샤프트(6) 사이에 배치된다.
하이브리드 변속기(1)는 제2 분리 클러치(8)를 구비한다. 제2 분리 클러치(8)는 제1 스위칭 상태/폐쇄 상태의 제2 토크 구동 트레인을 토크 전달 방식/기계식으로 출력 샤프트(6)에 연결하고, 제2 스위칭 상태/개방 상태의 제2 토크 구동 트레인을 토크 전달 방식/기계식으로 출력 샤프트(6)로부터 분리한다. 따라서, 제2 전기 기계(5)는 특히 병렬 하이브리드 모드에서, 즉, 제1 분리 클러치(7)가 개방된 상태에서 제2 분리 클러치(8)에 의해 분리될 수 있다. 스위칭 가능한 방식으로 제2 분리 클러치(8)를 통해 제2 전기 기계(5)/제2 토크 구동 트레인을 연결함으로써, 제2 전기 기계(5)는, 예를 들어 가속 동안 신속하게 재연결될 수 있다.
바람직하게는, 제1 분리 클러치(7) 및 제2 분리 클러치(8)는 교번 작동 클러치 유닛(9)을 형성할 수 있다(도 1 참조). 이는 제1 분리 클러치(7)와 제2 분리 클러치(8)가 교번 방향으로 작동하는 클러치/클러치 유닛(9), 예를 들어 클로 클러치 유닛을 형성함을 의미하며, 여기서 클러치 유닛(9)의 교번 폐쇄/개방은 동시에 직렬 및 병렬 하이브리드 모드를 스위칭하고, 제2 전기 기계(5)를 연결/분리한다. 대안적으로, 제1 분리 클러치(7) 및 제2 분리 클러치(8)는 교번 작동을 위한 공통 액추에이터(미도시)를 가질 수 있다(도 2 참조). 이는 제1 분리 클러치(7) 및 제2 분리 클러치(8)가 시프트 포크와 같은 공통 작동 요소/액추에이터를 통해 교대로 폐쇄될 수 있는 2개의 별개의(예를 들어, 2개의 상이한 샤프트의) 클러치, 바람직하게는 클로 클러치로 설계됨을 의미한다. 따라서, 2개의 분리 클러치(7, 8) 중 하나는 항상 개방되고, 2개의 분리 클러치(7, 8) 중 다른 하나는 항상 폐쇄된다.
또한, 하이브리드 변속기(1)는 중간 샤프트(10)를 구비할 수 있다. 제1 구현예에서, 제1 분리 클러치(7) 및 제2 분리 클러치(8)는 중간 샤프트(10)(즉, 공통 샤프트)에 배치된다(도 1 참조). 특히, 교번 작동 클러치 유닛(9)은 따라서 중간 샤프트(10)에 배치된다. 대안적으로, (단지) 제2 분리 클러치(8)가 중간 샤프트(10)에 배치될 수 있고 제1 분리 클러치(7)는 입력 샤프트(3)에 배치될 수 있다(도 2 참조). 따라서, 이는 2개의 분리 클러치(7, 8)가 서로 상이한 샤프트, 여기에서는 축 방향으로 오프셋된 샤프트에 배치될 수 있고 바람직하게는 공통 액추에이터(미도시)를 통해 교대로 작동됨을 의미한다.
제2 전기 기계(5)는 스테이터(11), 및 스테이터(11) 내에 회전 가능하게 장착된 로터(12)를 갖는다. 또한, 제2 전기 기계(5)의 로터(12)는 회전 불가능한 방식으로 로터 샤프트(13)에 장착될 수 있다. 특히, 로터 샤프트(13)는 입력 샤프트(3)와 동축으로 배치될 수 있다(도 1 및 2 참조). 도시되지는 않았지만 대안적으로, 로터 샤프트(13)는 또한 입력 샤프트(3)에 축방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 로터 샤프트(13)는 바람직하게는 제1 변속 스테이지(14)를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트(10)에 연결될 수 있다. 제1 전기 기계(4)는 스테이터(15), 및 스테이터(15) 내에 회전 가능하게 장착된 로터(16)를 갖는다. 또한, 제1 전기 기계(4)의 로터(16)는 회전 불가능한 방식으로 입력 샤프트(3)에 장착될 수 있다. 입력 샤프트(3)는 바람직하게는 제2 변속 스테이지(17)를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트(10)에 연결될 수 있다. 또한, 중간 샤프트(10)는 제3 변속 스테이지(18)를 통해 출력 샤프트(6)에 연결될 수 있다.
바람직한 추가 개발에서, 제1 변속 스테이지(14)는 제2 변속 스테이지(17)보다 작은 변속비를 가질 수 있다. 이는 구동력이 제1 토크 구동 트레인(내연기관(3) 또는 제1 전기 기계(4) 포함)과 비교하여 제2 토크 구동 트레인(제2 전기 기계(5) 포함)을 통해 더 높은 속도에서 출력 샤프트(6)로 변환된다는 것을 의미한다.
특히, 제1 전기 기계(4)는 본질적으로 발전기로서 기능할 수 있다. 제2 전기 기계(5)는 본질적으로 구동 모터로서 기능할 수 있다. 바람직하게는, 제1 전기 기계(4)는 제2 전기 기계(5)에 전력을 공급하기 위한 발전기의 역할을 한다. 이는 제1 전기 기계(4)가 바람직하게는 제2 전기 기계(5)에 전기적으로 연결됨을 의미한다. 또한, 제1 전기 기계(4)는 (제2 전기 기계(5)용) 축전지/배터리를 충전하기 위한 발전기의 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 전기 기계(4)는 구동 모터/트랙션 모터의 역할을 할 수 있다.
또한, 하이브리드 변속기(1)는 입력 샤프트(3)에 배치된 비틀림 진동 댐퍼(19)를 구비할 수 있다. 이는 입력 샤프트(3)가 서로에 대해 회전할 수 있고 비틀림 진동 댐퍼(19)를 통해 서로 연결된 2개의 입력 샤프트 섹션(20, 21)을 갖는다는 것을 의미한다. 이와 관련하여, 제1 입력 샤프트 섹션(20)은 내연기관(2)에 연결 가능하고 제2 입력 샤프트 섹션(21)은 제1 전기 기계(4)에 연결 가능하거나 연결된다. 특히, 비틀림 진동 댐퍼(19)는 제1 전기 기계(4)의 로터(16)에 통합될 수 있다. 특히, 제1 전기 기계(4)는 비틀림 진동 댐퍼(19)를 통해 회전 불가능한 방식으로 내연기관(2)의 플라이휠(22)에 연결된다.
또한, 하이브리드 변속기(1)는 입력 샤프트(3) 또는 제2 입력 샤프트 섹션(21)에 배치된 슬립 클러치(23)(도 1 참조)를 구비할 수 있다.
또한, 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(5)는 동축으로 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만 대안적으로, 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(5)는 축방향으로 평행하게 배치될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 하이브리드 변속기(1)는 제1 토크 구동 트레인과 한편으로는 제2 토크 구동 트레인 사이, 다른 한편으로는 출력 샤프트(6) 사이의 토크 흐름에 배치되는 차동 장치(24)를 구비할 수 있다. 도시된 구현예에서, 차동 장치는 중간 샤프트(10)로부터 출력 샤프트(6) 또는 출력 샤프트(6) 둘 모두로 토크를 전달한다.
또한, 본 발명은 하이브리드 변속기(1) 및 토크 전달 방식으로 하이브리드 변속기(1)의 입력 샤프트(3)에 연결 가능하거나 연결된 내연기관(2)을 구비하는, 하이브리드 차량용 구동 트레인(25)에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제1 구현예의 하이브리드 변속기(1)용 클러치 유닛(9)의 제1 및 제2 스위칭 상태에서의 구동 동력 흐름(26)을 각각 도시한다. 도 1a에서, 중간 샤프트(10)의 제2 분리 클러치(8)가 폐쇄된다(그리고 제1 분리 클러치(7)가 개방된다). 직렬 하이브리드 모드가 활성화된다. 제1 전기 기계(4)는 발전기로 역할을 한다. 제1 전기 기계(4)의 발전기 작동을 위해 내연기관(2)에 의해 토크가 제공된다. 도 1b에서, 제1 분리 클러치(7)가 폐쇄된다(그리고 제2 분리 클러치(8)가 개방된다). 병렬 하이브리드 모드가 활성화된다. 제2 전기 기계(5)는 정지 상태를 유지하고/출력 샤프트(6)로부터 분리된다. 제1 전기 기계는 발전기 및 부스팅을 위한 구동 모터로 역할을 할 수 있다. 병렬로부터 직렬 하이브리드 모드로의 신속한 스위칭을 위해, 제2 전기 기계(5)는 중간 샤프트(10)의 동기 속도로 무부하로 회전하고, 제1 분리 클러치(7)는 개방되고 제2 분리 클러치(8)는 폐쇄된다.
도 2a 및 도 2b는 제2 구현예의 하이브리드 변속기(1)용 분리 클러치(7, 8)의 제1 및 제2 스위칭 상태에서의 구동 동력 흐름(26)을 각각 도시한다. 도 2a에서, 중간 샤프트(10)의 제2 분리 클러치(8)가 폐쇄된다(그리고 입력 샤프트(3)의 제1 분리 클러치(7)가 개방된다). 직렬 하이브리드 모드가 활성화된다. 제1 전기 기계(4)는 발전기로 역할을 한다. 제1 전기 기계(4)의 발전기 작동을 위해 내연기관(2)에 의해 토크가 제공된다. 도 2b에서, 입력 샤프트(3)의 제1 분리 클러치(7)가 폐쇄된다(그리고 중간 샤프트(10)의 제2 분리 클러치(8)가 개방된다). 병렬 하이브리드 모드가 활성화된다. 제2 전기 기계(5)는 정지 상태를 유지하고/출력 샤프트(6)로부터 분리된다. 제1 전기 기계는 발전기 및 부스팅을 위한 구동 모터로 역할을 할 수 있다. 병렬로부터 직렬 하이브리드 모드로의 신속한 스위칭을 위해, 제2 전기 기계(5)는 중간 샤프트(10)의 동기 속도로 무부하로 회전하고, 제1 분리 클러치(7)는 개방되고 제2 분리 클러치(8)는 폐쇄된다.
도 3 및 도 3a는 직렬 하이브리드 변속기로 변환된 본 발명에 따른 하이브리드 변속기(1), 및 이의 구동 동력 흐름의 개략도를 각각 도시한다. 이는 변환된 하이브리드 변속기에서 내연기관(2)에 의한 직접 구동이 생략되었음을 의미하며, 이는 특정 배터리 구성(레인지 익스텐더, PHEV)에 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 변속기(1)는 전기 기계(4, 5), 전력 전자장치(미도시) 및 냉각/윤활 부품(미도시)을 유지하면서 병렬과 직렬 사이에서 스위칭 가능한 하이브리드 변속기(1)로부터 직렬 하이브리드 변속기로 용이하게 재설계될 수 있다.
1 하이브리드 변속기
2 내연기관
3 입력 샤프트
4 제1 전기 기계
5 제2 전기 기계
6 출력 샤프트
7 제1 분리 클러치
8 제2 분리 클러치
9 클러치 유닛
10 중간 샤프트
11 스테이터
12 로터
13 로터 샤프트
14 제1 변속 스테이지
15 스테이터
16 로터
17 제2 변속 스테이지
18 제3 변속 스테이지
19 비틀림 진동 댐퍼
20 제1 입력 샤프트 섹션
21 제2 입력 샤프트 섹션
22 플라이휠
23 슬립 클러치
24 차동 장치
25 구동 트레인
26 구동 전력 흐름

Claims (11)

  1. 하이브리드 차량용 하이브리드 변속기(1)로서, 내연기관(2)에 연결 가능한 입력 샤프트(3) 및 토크 전달 방식으로 입력 샤프트(3)에 연결된 제1 전기 기계(4)를 갖는 제1 토크 구동 트레인, 제2 전기 기계(5)를 갖는 제2 토크 구동 트레인, 토크 전달 방식으로 상기 제1 토크 구동 트레인 및/또는 상기 제2 토크 구동 트레인에 연결 가능하거나 연결된 출력 샤프트(6), 제1 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 상기 제1 토크 구동 트레인을 출력 샤프트(6)에 연결하고 제2 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 출력 샤프트(6)로부터 상기 제1 토크 구동 트레인을 분리하는 제1 분리 클러치(7)를 구비하며, 제1 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 상기 제2 토크 구동 트레인을 출력 샤프트(6)에 연결하고 제2 스위칭 상태에서 토크 전달 방식으로 출력 샤프트(6)로부터 상기 제2 토크 구동 트레인을 분리하는 제2 분리 클러치(8)를 갖는 하이브리드 트랜스미션(1)에 있어서,
    제1 전기 기계(4)의 로터(16)는 회전 불가능한 방식으로 입력 샤프트(3)에 장착되고,
    로터(16)는 무변속 방식으로 입력 샤프트(3)에 연결되고,
    제2 전기 기계(5)의 로터(12)는 회전 불가능한 방식으로 로터 샤프트(13)에 장착되고,
    로터 샤프트(13)는 입력 샤프트(3)와 동축으로 배치되고,
    로터 샤프트(13)는 제1 변속 스테이지(14)를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트(10)에 연결되거나 연결 가능하고,
    입력 샤프트(3)는 제2 변속 스테이지(17)를 통해 토크 전달 방식으로 중간 샤프트(10)에 연결되거나 연결 가능하고,
    제1 및 제2 변속 스테이지(14, 17) 둘 모두의 기어 휠은 제1 전기 기계(4)와 제2 전기 기계(5) 사이에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  2. 제1 항에 있어서, 제1 분리 클러치(7)는 입력 샤프트(3)에 배치되고 제2 분리 클러치(8)는 중간 샤프트(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  3. 제1항 또는 제2 항에 있어서, 중간 샤프트(10)는 제3 변속 스테이지(18)를 통해 출력 샤프트(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  4. 제1항 또는 제2 항에 있어서, 제1 변속 스테이지(14)의 정확히 하나의 기어 휠이 로터 샤프트(13)에 제공되고 제2 변속 스테이지(17)의 정확히 하나의 기어 휠이 입력 샤프트(3), 특히 제2 입력 샤프트 섹션(21)에 제공되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  5. 제4항에 있어서, 제1 및 제2 변속 스테이지(14, 17)의 정확히 2개의 기어 휠이 중간 샤프트(10)에 제공되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  6. 제5항에 있어서, 제2 변속 스테이지(17)와 연관된 중간 샤프트(10)의 기어 휠은 또한 제3 변속 스테이지(18)의 기어 휠이고 중간 샤프트(10)를 출력 샤프트(6)에 연결하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  7. 제5항에 있어서, 중간 샤프트(10)의 정확히 하나의 기어 휠이 아이들러 기어로 설계되고 입력 샤프트(3), 바람직하게는 제2 입력 샤프트 섹션(21)의 정확히 하나의 기어 휠이 아이들러 기어로 설계되며, 제1 및 제2 분리 클러치(7, 8)는 각각 정확히 하나의 아이들러 기어를 입력 샤프트(3) 및 중간 샤프트(10)와 각각 동기화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4)는 본질적으로 발전기로서 내연기관(2)에 의해 작동되고 제2 전기 기계(5)는 본질적으로 구동 모터로서 작동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하이브리드 변속기(1)는 입력 샤프트(3)에 배치되고 제1 전기 기계(4)의 로터(16)에 통합되는 비틀림 진동 댐퍼(19)를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하이브리드 변속기(1)는 입력 샤프트(3)에 배치된 슬립 클러치(23)를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 변속기(1), 및 토크 전달 방식으로 하이브리드 변속기(1)의 입력 샤프트(3)에 연결되는 내연기관(2)을 구비하는, 하이브리드 차량용 구동 트레인(25).
KR1020237028777A 2021-05-03 2022-03-29 하이브리드 변속기, 및 하이브리드 변속기를 구비한 구동 트레인 KR20230137384A (ko)

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