KR102601999B1 - 하이브리드 구동 시스템용 클러치 장치 - Google Patents

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엘마 로렌츠
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Abstract

본 발명은 제1 입력측과 제2 입력측, 그리고 제1 출력측과 제2 출력측을 포함하는 클러치 장치에 관한 것으로, 상기 입력측들 및 출력측들은 공통 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 클러치 장치는 제1 입력측과 제1 출력측 사이의 제1 클러치, 및 제1 입력측과 제2 출력측 사이의 제2 클러치도 포함한다. 추가로 제3 클러치가 제1 입력측과 제2 입력측 사이에 제공된다.

Description

하이브리드 구동 시스템용 클러치 장치
본 발명은 클러치 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 하이브리드 구동 시스템을 위한 클러치 장치에 관한 것이다.
자동차는 전기 기계로서 구현되는 제1 구동 엔진과, 연소 엔진(combustion engine)으로서 구현되는 제2 구동 엔진을 포함한다. 자동차의 구동은 하이브리드 방식으로, 다시 말해 제1 구동 엔진 및/또는 제2 구동 엔진이 임의로 조합되어 수행될 수 있다. 이를 위해, 자동차의 구동 엔진들과 변속기 사이에 클러치 장치가 제공된다.
DE 10 2009 059 944 A1호는 하이브리드 구동 자동차를 위한 클러치 장치에 관한 것이다.
본 발명의 과제는, 하이브리드 구동 시스템에서도 이용될 수 있는 클러치 장치의 구성을 위한 또 다른 변형예들을 제시하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항의 대상에 의해 해결된다. 종속 청구항들에는 바람직한 실시예들이 제시되어 있다.
클러치 장치는 제1 입력측과 제2 입력측, 그리고 제1 출력측과 제2 출력측도 포함하며, 입력측들과 출력측들은 공통 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 클러치 장치는 제1 입력측과 제1 출력측 사이의 제1 클러치, 그리고 제1 입력측과 제2 출력측 사이의 제2 클러치도 포함한다. 추가로, 제3 클러치가 제1 입력측과 제2 입력측 사이에 제공된다.
바람직하게 제1 클러치와 제2 클러치는 축 방향으로 서로에 대해 오프셋된다. 이 경우, 제1 및 제2 클러치를 위한 작동 방향들이 어떤 방식으로 서로 매칭되어 배향되는지와 관련하여 상이한 변형예들을 생각해볼 수 있다.
제1 변형예에서, 제1 및 제2 클러치를 위한 축 방향 작동 방향들은 서로 가까워지는 방향으로 진행한다.
제2 변형예에서, 제1 및 제2 클러치를 위한 축 방향 작동 방향들은 제3 클러치의 방향으로 정렬되어 진행한다.
제3 변형예에서, 제1 및 제2 클러치를 위한 축 방향 작동 방향들은 서로 멀어지는 방향으로 진행한다.
제4 변형예에서, 제1 및 제2 클러치를 위한 축 방향 작동 방향들은 제3 클러치로부터 멀어지는 하나의 방향으로 정렬되어 진행한다.
바람직하게는, 총 3개의 클러치가 공통 하우징 내에 배치되며, 이 공통 하우징은 부분적으로 액상 매체로 채워진다. 액상 매체, 특히 오일은 클러치 구성요소의 냉각, 세정 및 윤활을 위해 이용될 수 있다.
추가로, 바람직하게 클러치들의 작동을 위해 유압 작동 장치들이 제공된다. 클러치들 중 적어도 하나는 바람직하게 유압식으로 작동된다. 제1 및 제2 클러치는 바람직하게 동일한 원리에 의해 작동되며, 특히 두 클러치 모두 유압식으로 작동된다. 바람직하게는 제3 클러치 역시 유압식으로 작동된다. 유압 작동 장치의 작동 유체는 하우징을 적어도 부분적으로 채우는 액상 매체를 포함할 수 있다.
제1 입력측은 전기 기계의 로터와 연결되도록 구성될 수 있다. 특히 로터는 반경 방향 바깥쪽에서 전기 기계의 스테이터에 의해 에워싸일 수 있다. 따라서 클러치 장치와 전기 기계를 서로 통합하는 콤팩트한 구동 유닛이 달성된다.
또한, 제2 입력측은 내연기관의 출력 샤프트와 연결되도록 구성될 수 있다.
이제, 본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 더 정확하게 기재된다.
도 1은 클러치 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 제1 변형예에 따른 도 1의 클러치 장치의 다양한 실시예들의 개략도이다.
도 3은 제2 변형예에 따른 도 1의 클러치 장치의 다양한 실시예들의 개략도이다.
도 4는 제3 변형예에 따른 도 1의 클러치 장치의 다양한 실시예들의 개략도이다.
도 5는 제4 변형예에 따른 도 1의 클러치 장치의 다양한 실시예들의 개략도이다.
도 1에는, 예시적인 클러치 장치(100)가 도시되어 있다. 회전축(105)의 둘레에는 제1 입력측(110), 제2 입력측(115), 제1 출력측(120) 및 제2 출력측(125)이 배치된다.
제1 클러치(130)는 제1 입력측(110)과 제1 출력측(120) 사이에 배치되고, 제2 클러치(135)는 제1 입력측(110)과 제2 출력측(125) 사이에 배치되며, 선택적인 제3 클러치(140)는 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 클러치(130 및 135)는 반경 방향으로, 또는 바람직하게는 축 방향으로 서로 상대적으로 오프셋되어 축 방향 듀얼 클러치를 형성한다. 제3 클러치(140)는 바람직하게는 다른 두 클러치(130 및 135) 중 적어도 하나의 클러치에 대해 축 방향으로 오프셋된다.
제1 입력측(110)은 일반적으로 로터(150)와 스테이터(155)를 포함하는 전기 기계(145)와 연결되도록 구성된다. 바람직하게 전기 기계(145)는 내부 로터 유형이며, 로터(150)는 반경 방향으로 스테이터(155)의 안쪽에 위치한다. 이 경우, 더 바람직하게는, 스테이터(155)가 하나 이상의 솔레노이드를 포함하고, 로터(150)는 하나 이상의 영구 자석을 포함한다. 로터(150)는 바람직하게 반경 방향으로 클러치들(130, 135 및 140)의 바깥쪽에 위치하며, 도시된 실시예에서 리벳 결합에 의해 제1 입력측(110)과 연결된다. 제2 입력측(115)은 바람직하게 내연기관, 특히 연소 엔진, 더욱 바람직하게는 왕복형 엔진과 연결되도록 구성된다.
출력측들(120 및 125)은 듀얼 변속기(미도시)의 입력 샤프트들과 연결되도록 구성된다. 듀얼 변속기는 통상 또 다른 변속 기어쌍을 이용하여 공통 출력 샤프트와 입력 샤프트들 각각을 연결하도록 구성된다. 자동차에 파워 트레인이 배치된 경우, 출력 샤프트는 결국 자동차의 구동 휠에 작용할 수 있다. 하나의 변속단을 선택하기 위해서는 대개 클러치들 중 하나(130 또는 135)는 체결되고, 각각 다른 클러치(130, 135)는 개방된다. 바람직하게, 듀얼 변속기는 각각의 변속기 샤프트 상에 복수의 변속 기어쌍을 포함하며, 이들 변속 기어쌍들이 각각 하나의 변속단을 실현한다. 변속 기어쌍은 일반적으로, 자신에 할당된 클러치(130, 135)가 바로 개방되는 출력 샤프트(120, 125)와 연결될 때, 체결되거나 체결 해제될 수 있다.
클러치 장치(100)는 특히 자동차의 파워 트레인 내에서 이용되도록 구성된다. 이 경우, 자동차는 바람직하게 하이브리드 방식으로 구동될 수 있는데, 다시 말해 선택적으로 연소 엔진을 통해 구동되거나, 전기 기계(145)를 통해 구동되거나, 또는 이들 두 구동 엔진 모두를 통해 구동될 수 있다. 연소 엔진이 이용된다면, 제3 클러치(140)가 체결된다. 전기 기계(145)가 이용된다면, 상기 전기 기계는 통상 토크가 전달될 수 있도록 전기적으로 제어된다. 두 구동 엔진은 양의 토크뿐 아니라 음의 토크도 파워 트레인 내로 유입시킬 수 있다. 또한, 전기 기계(145)는 파워 트레인에서 운동 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 이 전기 에너지는 예컨대 에너지 저장 장치 내에 일시적으로 저장될 수 있다. 본원의 클러치 장치(100)는 자신의 콤팩트한 구성으로 인해 특히 자동차 내 전륜 횡치 장착에 적합하다.
제1 클러치(130)에는 제1 작동 장치(160)가 할당되고, 제2 클러치(135)에는 제2 작동 장치(165)가 할당되며, 제3 클러치(140)에는 제3 작동 장치(170)가 할당된다. 바람직하게는 총 3개의 작동 장치(160, 165 및 170)가 유압식으로 작동하고, 각각 클러치들(130, 135 및 140) 중 하나로 축 방향 작동력을 가하도록 구성되며, 그럼으로써 클러치들(130, 135 또는 140)의 마찰 부재들은, 마찰 결합을 생성하여 마찰 부재들 간에 토크를 전달하기 위해, 축 방향으로 서로 압축된다. 바람직하게 마찰 부재들은 할당된 작동 장치(160, 165, 170)와 축 방향 스러스트 베어링 사이에서 각각 압착된다. 또한, 바람직하게는, 유압식 작동 장치들(160, 165 및 170)은, 예를 들어 밸브 또는 펌프에 의해 가압된 매체가 목표한 바대로 각각의 작동 장치(160, 165 또는 170)의 유압 작동 챔버 내로 유입되거나, 또는 상기 유압 작동 챔버로부터 방출됨으로써, 각자 능동적으로 제어될 수 있다. 그 대안으로, 예컨대 원심 오일 제어식 작동(centrifugal-oil controlled actuation)도 제공될 수 있다.
3개의 클러치(130, 135 및 140)는 바람직하게는 적어도 부분적으로 액상 매체(180), 특히 오일로 채워질 수 있는 공통 하우징(175) 내에 배치된다. 또한, 매체(180)는 작동 장치들(160, 165 및 170) 중 일 작동 장치의 작동 매체(유압 유체)로서도 이용될 수 있다. 클러치들(130, 135 및 140)은 바람직하게 각각 습식 작동식이며, 서로 독립적으로 단판 클러치 또는 다판 클러치로서 구성될 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)가 이들 클러치(130, 135)를 통한 토크 흐름의 섬세한 개방 및 폐쇄를 허용하기 위해 다판 타입이다. 제3 클러치(140)는 도시한 것처럼 단판 타입일 수도 있는데, 이 경우 제3 클러치(140)는, 슬립 상태에서는 가급적 작동되지 않는 시프팅 클러치로서 구성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 축 방향으로 제1 클러치(130)와 제2 클러치(135) 사이에 반경 방향 플랜지(185)가 스러스트 베어링으로서 위치되며, 이 스러스트 베어링 쪽으로 클러치들(130, 135)이 각각 할당된 작동 장치(160, 165)에 의해 압착될 수 있다. 작동 장치들(160, 165, 170)의 작동력은 바람직하게 클러치 장치(100)의 내부에서 지지되므로, 그에 기인하는 힘은 바깥쪽을 향해 지지되지 않는다.
클러치 장치(100)가 전기 기계(145)를 포함하지 않는 파워 트레인에서 이용된다면, 제3 클러치(140)는 생략될 수도 있다. 이런 경우, 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115)은 서로 일치한다.
도 2 내지 도 5에는, 도 1의 클러치 장치(100)의 상이한 실시예들의 개략도들이 도시되어 있다. 이 경우, 각각 축 방향 화살표와 함께 빗금 표시된 직사각형은 작동 장치(160, 165 또는 170)를 나타내며, 상기 화살표는, 할당된 클러치(130, 135, 140)를 체결하기 위해 작동 장치(160, 165 또는 170)가 작동될 때 축 방향 힘이 어느 방향으로 가해지는지를 지시한다. 제3 작동 장치(170)는 모든 도면에 동일하게 도시되어 있지만, 상이한 실시예들에서도 제공될 수 있다. 특히 작동 방향은 도시된 방향과 반대 방향으로도 진행할 수 있다. 또한, 제3 작동 장치(170)의 지지는 도시된 것과 다른 방식으로도 수행될 수 있으며, 특히 다른 작동 장치들(160, 165) 중 하나의 지지와 조합되어 수행될 수 있다.
더 용이한 참조를 위해, 하기에서 클러치들(130 및 135) 중 일 클러치의 영역으로부터 제3 클러치(140) 쪽을 향하는 축 방향은 "왼쪽으로"라고 지칭하고, 제3 클러치로부터 멀어지는 방향을 향하는 축 방향은 "오른쪽으로"라고 지칭한다. 이런 점에서, 출력측들(120 및 125)은 제3 클러치(140)로부터 이격된 축 방향 측에 위치하는 것으로 가정된다. 달리 표현하면, 출력측들(120, 125)은 두 클러치(130, 135) 모두와 관련하여 제3 클러치(140)에 대해 축 방향으로 대향하여 위치한다. 또한, 더 용이한 이해를 위해, 도시된 모든 실시예에 모든 도면부호가 표시되어 있지는 않으며, 해당 의미들은 다른 실시예들과의 비교에서 간단하고 명백하게 알 수 있다.
클러치들(130 및 135)을 고려할 때, 하기 도면들에서는 예시적으로 제1 클러치(130)는 더 왼쪽에 위치하고 제2 클러치(135)는 더 오른쪽에 위치한다. 제1 클러치(130)는 제1 작동 장치(160)에 할당되어 제1 출력측(120)에서 토크를 공급한다. 제2 클러치(135)는 제2 작동 장치(165)에 할당되어 제2 출력측(125)에서 토크를 공급한다.
도 2에는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)의 작동 방향들이 축 방향으로 서로 가까워지는 방향으로 배향되는 클러치 장치(100)의 실시예들이 도시되어 있다.
도 2a에서, 토크는 클러치들(130 및 135)로부터 각각 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 유도되어 오른쪽으로 출력측들(120 또는 125)로 안내된다.
도 2b에서, 토크는 상응하는 방식으로, 그러나 여기서는 반경 방향 내측으로 유도된다.
도 2c에서, 두 클러치(130, 135)의 토크는, 출력측들(120, 125)에 도달하기 위해, 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 유도되어 축 방향으로 왼쪽으로, 그리고 그곳으로부터 반경 방향으로 안쪽을 향해 안내된다.
도 2d에서, 작동 장치들(160, 165)은 플랜지(185)의 오른쪽 옆에 축 방향으로 서로 나란히 위치한다. 제1 작동 장치(160)는 왼쪽으로의 축 방향 편향을 통해 제1 클러치(130)에 작용한다.
도 2e에서, 토크는 제1 클러치(130)로부터 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 유도된 다음, 축 방향으로 오른쪽으로, 그리고 반경 방향으로 안쪽을 향해 전달된다. 제2 클러치(135)의 토크는 간단히 반경 방향으로 안쪽을 향해 유도된다.
도 2f에서는, 토크가 제2 클러치(135)로부터 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 유도된 다음, 축 방향으로 왼쪽으로 그리고 반경 방향으로 안쪽을 향해 전달되는 반면, 제1 클러치(130)의 토크는 간단히 반경 방향으로 안쪽을 향해 유도되는, 반전된 편향이 수행된다.
도 2g에서, 제1 클러치(130)의 토크는 반경 방향 바깥쪽에서 축 방향으로 오른쪽으로, 그리고 그곳으로부터 반경 방향으로 안쪽을 향해 편향된다. 제2 클러치(135)의 토크는 간단히 반경 방향 안쪽으로 유도된다.
도 2h에서, 제2 클러치(135)의 토크는 반경 방향 바깥쪽으로 유도되어 축 방향으로 오른쪽으로 편향되고 반경 방향으로 안쪽을 향해 전달된다. 제1 클러치(130)의 토크는 반경 방향 안쪽으로 분기된다.
도 3에는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)의 작동 방향들이 축 방향으로 제3 클러치(140)의 방향으로 정렬되어, 다시 말해 선택된 도면에서는 왼쪽으로 진행하는 클러치 장치(100)의 실시예들이 도시되어 있다.
도 3a에서는, 토크 안내는 도 2a에서처럼 수행되나, 제1 클러치(130)를 위한 축 방향 스러스트 베어링으로서 이용되는 추가 플랜지(305)가 제공되어 있다.
도 3b 내지 도 3h의 실시예들은 도 2b 내지 도 2h의 실시예들에 상응하며, 매번 추가 플랜지(305)가 제1 클러치(130)를 위한 스러스트 베어링으로서 이용된다.
도 4에는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)의 작동 방향들이 축 방향으로 서로 멀어지는 방향으로 진행하는 클러치 장치(100)의 실시예들이 도시되어 있다. 이 경우 작동 장치들(160, 165)은 바람직하게는 축 방향으로 서로 인접한다. 도시된 실시예들에서는 다시 추가 플랜지(305)가 제1 클러치(130)를 위한 스러스트 베어링을 형성하기 위해 이용된다.
도시된 실시예들은, 클러치들(130, 135)을 통해 공급되는 토크의 전달과 관련하여, 쌍을 이루는 방식으로 도 3의 실시예들에 상응하며, 이때 실시예 4b는 제공되지 않는다는 점에 유의한다.
도 5에는, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)의 작동 방향들이 축 방향으로 제3 클러치(140)로부터 멀어지는 방향으로 정렬되어 진행하는 클러치 장치(100)의 실시예들이 도시되어 있다. 다시 말해, 선택된 도면에서, 작동 장치들(160 및 165)은 오른쪽으로 작용한다. 여기서 추가 플랜지(505)는 제2 클러치(135)를 위한 축 방향 스러스트 베어링으로서의 역할을 하기 위해 이용된다.
도시된 실시예들 5a 내지 5h는 마찬가지로 쌍을 이루는 방식으로 실시예들 3a 내지 3h에 상응하며, 이는 각각 클러치들(130, 135)로부터 공급되는 토크의 안내에 관련된다.
앞에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 기재한 구성요소들 또는 특징들의 여러 조합을 통해, 클러치 장치(100)는 구체적인 사용 목적에 가변적으로 매칭될 수 있다. 특히 제3 클러치(140)를 포함/미포함하는 상응하는 변형예들로 클러치 장치(100)를 간단하게 제공할 수 있다. 그럼으로써 클러치 장치(100)는, 특히 전기 기계(145)를 포함하거나 포함하지 않는 중소형 자동차에서, 즉 하이브리드 구동 시스템 또는 일반 구동 시스템에서 이용될 수 있다. 변속기의 변속 시 구동력 없는 토크 전달은, 클러치 장치(100)를 듀얼 변속기와 결합된 듀얼 클러치로서 설계함으로써 이용될 수 있다.
100: 클러치 장치
105: 회전축
110: 제1 입력측
115: 제2 입력측
120: 제1 출력측
125: 제2 출력측
130: 제1 클러치
135: 제2 클러치
140: 제3 클러치
145: 전기 기계
150: 로터
155: 스테이터
160: 제1 작동 장치
165: 제2 작동 장치
170: 제3 작동 장치
175: 하우징
180: 액상 매체
185: 플랜지
305: 추가 플랜지
505: 추가 플랜지

Claims (10)

  1. 클러치 장치(100)로서,
    - 입력측들(110, 115)과 출력측들(120, 125)이 공통 회전축(105)을 중심으로 회전할 수 있는 조건에서,
    - 제1 입력측(110) 및 제2 입력측(115);
    - 제1 출력측(120) 및 제2 출력측(125);
    - 제1 입력측(110)과 제1 출력측(120) 사이의 제1 클러치(130);
    - 제1 입력측(110)과 제2 출력측(125) 사이의 제2 클러치(135); 및
    - 제1 입력측(110)과 제2 입력측(115) 사이의 제3 클러치(140);를 포함하고,
    제1 클러치(130)와 제2 클러치(135)는 축 방향으로 오프셋되고, 제1 클러치(130)와 제2 클러치(135)는 공통 회전축(105)의 둘레의 전기 기계(145)의 로터(150)와 반경방향으로 중첩되고, 로터(150)는 제1 입력측(110)과 연결되는, 클러치 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)를 위한 축 방향 작동 방향들은 서로 가까워지는 방향으로 진행하는, 클러치 장치(100).
  3. 제1항에 있어서, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)를 위한 축 방향 작동 방향들은 제3 클러치(140)의 방향으로 정렬되어 진행하는, 클러치 장치(100).
  4. 제1항에 있어서, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)를 위한 축 방향 작동 방향들은 서로 멀어지는 방향으로 진행하는, 클러치 장치(100).
  5. 제1항에 있어서, 제1 클러치(130) 및 제2 클러치(135)를 위한 축 방향 작동 방향들은 제3 클러치(140)로부터 멀어지는 하나의 방향으로 정렬되어 진행하는, 클러치 장치(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 총 3개의 클러치(130, 135, 140)는, 부분적으로 액상 매체(180)로 채워져 있는 공통 하우징(175) 내에 배치되는, 클러치 장치(100).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 클러치들(130, 135, 140)의 작동을 위한 유압 작동 장치들(160, 165, 170)이 제공되는, 클러치 장치(100).
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 입력측(110)은 전기 기계(145)의 로터(150)와 연결되도록 구성되는, 클러치 장치(100).
  9. 제8항에 있어서, 로터(150)는 반경 방향 바깥쪽에서 전기 기계(145)의 스테이터(155)에 의해 에워싸이는, 클러치 장치(100).
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 입력측(115)은 내연기관의 출력 샤프트와 연결되도록 구성되는, 클러치 장치(100).
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