KR20190060839A - 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량을 위한 전기 차축 트랜스미션 - Google Patents

전기 차량 및 하이브리드 전기 차량을 위한 전기 차축 트랜스미션 Download PDF

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KR20190060839A
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generator
motor
planetary
sun gear
gear
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KR1020197013387A
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Inventor
크리쉬나 커마
윌리엄 에프. 월츠
Original Assignee
데이나 리미티드
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Abstract

전기 구동트레인; 상기 전기 구동트레인에 동작가능하게 연결되는 구동 휠 차축; 및 상기 구동 휠 차축에 연결되는 제 1 휠 및 제 2 휠을 갖는 전기 차축이 제시되며, 상기 전기 구동트레인은 모터/발전기, 상기 모터/발전기에 동작가능하게 연결되는 제 1 유성 기어 세트, 및 상기 제 1 유성 기어 세트에 동작가능하게 연결되는 제 2 유성 기어 세트를 포함하며, 상기 제 1 유성 기어 세트는 제 1 링 기어, 제 1 유성 캐리어 및 제 1 태양 기어를 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 세트는 제 2 링 기어, 제 2 유성 캐리어 및 제 2 태양 기어를 포함한다.

Description

전기 차량 및 하이브리드 전기 차량을 위한 전기 차축 트랜스미션
본 개시 내용은 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량을 위한 전기 차축 트랜스미션에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호가 62/418,127이고 출원일이 2016년 11월 30일인 미국 가출원, 출원번호가 62/434,015이고 출원일이 2016년 12월 14일인 미국 가출원, 출원번호가 62/452,714이고 출원일이 2017년 1월 31일인 미국 가출원에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원들은 여기에 전체로서 참조로 통합된다.
하이브리드 차량들은 내연기관 차량들에 대한 온실 탄소 배출 정부 규제들 및 연료 비용에 크게 기인하여 증가된 대중성 및 수용성을 향유하고 있다. 이러한 하이브리드 차량들은 차량을 추진(propel)시키기 위한 전기 모터뿐만 아니라 내연 기관 모두를 포함한다.
전기 에너지를 저장할뿐만 아니라 소비하기 위한 현재의 전기 차축 설계들에서, 조합 전기 모터/발전기로부터의 회전 샤프트는 기어 트레인, 유성 기어 세트에 의해 휠로 연결된다. 이와 같이, 전기 모터/발전기 유닛을 위한 회전 샤프트는 기어 트레인의 속도 비율에 기초하여 휠과 일체로 회전한다.
이러한 고정 비율 설계들은 많은 단점들을 가지며, 예를 들어, 전기 모터/발전기 유닛은 단지 모터/발전기 유닛의 분당 상대적으로 좁은 범위의 레볼루션들 내에서만 전기를 생성하는 관점 및 또한 추가적인 전력을 내연 기관의 메인 샤프트 또는 휠로 제공하는 관점 모두에서 자신의 가장 효율적인 동작을 달성한다. 이와 같이, 전반적인 전기 또는 하이브리드 전기 차량은 구동 사이클에 걸쳐 최적 효율 미만의 효율에서 동작한다. 그러므로, 전기 및 하이드리드 전기 차량들의 효율을 향상시키는 파워트레인 구성들에 대한 필요성이 요구되고 있다.
전기 차축 파워트레인(electric axle powertrain)이 여기에서 제공된다. 상기 전기 차축 파워트레인은 모터/발전기, 상기 모터/발전기에 동작가능하게 연결되는 제 1 유성 기어(planetary gear) 세트, 및 상기 제 1 유성 기어 세트에 동작가능하게 연결되는 제 2 유성 기어 세트를 포함하는 전기 구동트레인 ― 상기 제 1 유성 기어 세트는 제 1 링 기어, 제 1 유성 캐리어(planet carrier) 및 제 1 태양(sun) 기어를 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 세트는 제 2 링 기어, 제 2 유성 캐리어 및 제 2 태양 기어를 포함함 ―; 상기 전기 구동트레인에 동작가능하게 연결되는 구동 휠(wheel) 차축; 및 상기 구동 휠 차축에 연결되는 제 1 휠 및 제 2 휠을 포함한다.
전기 차축 파워트레인이 여기에서 제공된다. 상기 전기 차축 파워트레인은 제 1 모터/발전기, 제 2 모터/발전기 및 상기 제 2 모터/발전기에 동작가능하게 연결되는 유성 기어 세트를 포함하는 전기 구동트레인 ― 상기 유성 기어 세트는 제 1 링 기어, 제 1 유성 캐리어 및 제 1 태양 기어를 포함함 ―; 상기 전기 구동트레인에 동작가능하게 연결되는 구동 휠 차축; 및 상기 구동 휠 차축에 연결되는 제 1 휠 및 제 2 휠을 포함한다.
선호되는 실시예들의 신규한 특징들은 첨부된 청구항들의 상세 내용과 함께 설명된다. 선호되는 실시예들의 특징들 및 장점들의 보다 양호한 이해는 본 발명의 원리들이 이용되는 예시적인 실시예들을 설명하는 다음의 상세한 설명 및 첨부되는 도면들과 관련하여 획득될 것이다.
도 1은 차량의 차동장치(differential), 차축 및 휠들에 구동하게 인게이지된 전기 구동트레인을 갖는 전기 차축 파워트레인의 도시적인 다이어그램이다.
도 2는 모터/발전기, 2개의 유성 기어 세트들 및 2개의 브레이크들을 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 3은 모터/발전기, 3개의 유성 기어 세트들 및 2개의 브레이크들을 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 4는 모터/발전기, 2개의 유성 기어 세트들, 클러치 및 브레이크를 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 5는 모터/발전기, 2개의 유성 기어 세트들, 클러치 및 브레이크를 갖는 다른 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 6은 모터/발전기, 2개의 유성 기어 세트들, 클러치 및 브레이크를 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 7은 모터/발전기, 2개의 유성 기어 세트들 및 클러치를 갖는 다른 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 8은 2개의 모터/발전기들, 유성 기어 세트, 2개의 클러치들, 1-방향 클러치 및 브레이크를 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 9는 도 8의 구동트레인의 동작 모드들을 설명하는 표이다.
도 10은 모터/발전기, 3개의 유성 기어 세트들, 2개의 클러치들 및 브레이크를 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
도 11은 모터/발전기, 3개의 유성 기어 세트들, 3개의 클러치들 및 브레이크를 갖는 전기 구동트레인의 도식적인 다이어그램이다.
본 명세서에서 언급되는 모든 공개공보들, 특허들 및 특허 출원들은 각각의 개별적인 공개공보, 특허 또는 특허 출원이 참조로서 통합되도록 구체적으로 그리고 개별적으로 표시된 것처럼 동일한 범위까지 참조로서 여기에 통합된다.
이제 선호되는 실시예들이 첨부된 도면들과 관련하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 번호들은 명세서에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭한다. 아래의 설명들에서 사용되는 용어는 특정한 구체적인 실시예들의 상세한 설명과 관련하여 사용되기 때문에, 간단하게 임의의 제한적인 또는 한정적인 방식으로 해석되어서는 안된다. 또한, 실시예들은 여러가지의 신규한 특징들을 포함하며, 이러한 특징들 중 어떠한 하나의 특징은 본 개시 내용의 바람직한 속성들을 홀로 책임지지 않거나 또는 설명되는 실시예들을 실시하는데 필수적이지 않다.
이러한 파워트레인은 하이브리드 차량들에서 사용될 전기 파워트레인 구성들 및 아키텍처들과 관련된다. 파워트레인 및/또는 구동트레인 구성들은 하이브리드 차량에서 사용되는 파워 소스들, 예를 들어, 연소 기관들(내부 또는 외부), 모터들, 발전기들, 배터리들 및 기어링(gearing)을 연결시키기 위해 트랜스미션을 사용한다. 여기에서 제시되는 파워트레인들은 HEV, EV 및 연료셀 하이드리드 시스템들에서 적용가능하다. 여기에서 제시되는 실시예들은 전기 차축 또는 하이브리드 전기 차량 구동트레인에서 사용하기 위한 하이브리드 차량 아키텍처들 및/또는 구성들에 관련된다. 여기에서 제시되는 실시예들은 직렬, 병렬, 직렬-병렬, 또는 EV(전기 차량) 모드들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 하이브리드 동작 모드들을 제공하도록 적응(adapt)됨을 이해해야 할 것이다.
특히 하이드로모터(hydromotor)들, 펌프들, 어큐뮬레이터(accumulator)들과 같은 기계-유압식(hydro-mechanical) 컴포넌트들은 도면들 및 동반하는 텍스트 설명에서 지시되는 전기 머신들을 대신해서 사용될 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다. 또한, 여기에서 제시되는 E-차축 아키텍처들의 실시예들이 모터/발전기로부터 휠로의 가장 높은 효율성 및/또는 동력을 선택하는 관리 제어기를 통합할 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다.
여기에서 제시되는 하이브리드 아키텍처들의 실시예들을 통합하는 전기 또는 하이브리드 전기 차량들이 특히 배터리 관리 시스템을 갖는 고-전압 배터리 팩 또는 울트라커패시터, 온-보드(on-board) 충전기, DC-DC 컨버터들, 다양한 센서들, 액추에이터들 및 제어기들과 같은 그러나 이에 한정되지는 않는 다수의 다른 파워트레인 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
설명하기 위한 목적으로, 레버(lever) 다이어그램들로서 지칭되는 배선도들이 여기에서 사용된다. 또한 레버 아날로지 다이어그램으로서 알려져 있는, 레버 다이어그램은 유성 기어 시스템을 위한 회전 부분들의 해석-시스템 표현이다. 특정 실시예들에서, 레버 다이어그램은 트랜스미션의 기능들을 설명하는데 있어 시각적 도움을 주도록 제공된다. 레버 다이어그램에서, 복합 유성 기어 세트는 종종 단일 수직 라인("레버")에 의해 표현된다. 입력, 출력 및 반응 토크들은 레버 상의 수평력(horizontal force)들에 의해 표현된다. 반응 포인트와 관련되는, 레버 모션은 회전 속력들의 방향을 나타낸다. 예를 들어, 링 기어, 유성 캐리어 및 태양 기어를 갖는 전형적인 유성 기어 세트는 링 기어를 나타내는 노드 "R", 태양 기어를 나타내는 노드 "S" 및 유성 캐리어를 나타내는 노드 "C"를 갖는 수직 라인에 의해 표현된다. 임의의 기계적 연결은 노드 또는 솔리드 점(solid dot)으로서 레버 다이어그램 상에 표시됨을 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 노드는 강성으로(rigidly) 연결된 구동트레인의 2개의 컴포넌트들을 나타낸다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 용어들 "동작하게 접속된", "동작하게 연결된", "동작하게 링크된", "동작가능하게 접속된", "동작가능하게 연결된", "동작가능하게 링크된" 및 유사한 용어들은, 하나의 엘리먼트의 동작이 제 2 엘리먼트의 대응하는, 후속하는 또는 동시적인 동작 또는 액추에이션을 초래하는 엘리먼트들 간의 관계(기계적, 링크, 연결 등)를 지칭한다. 선호되는 실시예들을 기술하기 위해 상기 용어들을 사용하는데 있어, 엘리먼트들을 링크 또는 연결시키는 특정한 구조들 또는 메커니즘들이 전형적으로 기술된다는 것을 유의하도록 한다. 그러나, 구체적으로 다르게 언급되지 않는한, 이러한 용어들 중 하나가 사용될 때, 상기 용어는 실제적인 링크 또는 연결이 다양한 형태들을 취할 수 있다는 것을 나타내며, 이러한 다양한 형태들은 특정 예들에서 관련 기술에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 전기 차축 파워트레인(1)의 일 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 전기 차축 파워트레인(1)은 차동장치(differential)(3)와 동작가능하게 연결되는 전기 구동트레인(2)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 차동장치(3)는 회전 동력(rotational power)을 전달하도록 구현되는 공통 차동 기어 세트이다. 차동장치(3)는 (도 1에서 "5A" 및 "5B"로 라벨링되는) 차량 휠들의 세트(5)를 구동하도록 구성되는 휠 구동 차축(4)과 동작가능하게 연결된다.
도 2는 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(110)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(110)은 모터/발전기(111) 및 제 1 유성 기어 세트(112)를 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(112)는 제 1 링 기어(113), 제 1 유성 캐리어(114) 및 제 1 태양 기어(115)를 가진다. 구동트레인(110)은 제 2 유성 기어 세트(116)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(116)는 제 2 링 기어(117), 제 2 유성 캐리어(118) 및 제 2 태양 기어(119)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(111)는 제 1 태양 기어(115)에 연결된다. 제 1 유성 캐리어(114)는 제 1 브레이크(120)에 연결된다. 제 1 링 기어(113)는 제 2 링 기어(117)에 동작가능하게 연결된다. 제 2 유성 캐리어(118)는 제 2 브레이크(121)에 연결된다. 제 2 태양 기어(119)는 제 1 태양 기어(115)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 2 링 기어(117)에 연결된 노드(122)를 통해서 구동트레인(110)으로 그리고 구동트레인(110)으로부터 전달된다.
도 3은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(125)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(125)은 모터/발전기(126) 및 제 1 유성 기어 세트(127)를 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(127)는 제 1 링 기어(128), 제 1 유성 캐리어(129) 및 제 1 태양 기어(130)를 가진다. 구동트레인(125)은 제 2 유성 기어 세트(131)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(131)는 제 2 링 기어(132), 제 2 유성 캐리어(133) 및 제 2 태양 기어(134)를 가진다. 구동트레인(125)은 제 3 유성 기어 세트(135)를 포함하며, 제 3 유성 기어 세트(135)는 제 3 링 기어(136), 제 3 유성 캐리어(137) 및 제 3 태양 기어(138)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(126)는 제 1 태양 기어(130)에 연결된다. 제 1 유성 캐리어(129)는 그라운드 부재(grounded member)이다. 제 1 링 기어(128)는 제 2 태양 기어(134)에 연결된다. 제 2 유성 캐리어(133)는 제 1 브레이크(139)에 연결된다. 제 2 태양 기어(134)는 제 3 태양 기어(138)에 연결된다. 제 3 유성 캐리어(137)는 제 2 브레이크(140)에 연결된다. 제 2 링 기어(132)는 제 3 링 기어(136)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 3 링 기어(136)를 통해 구동트레인(125)으로 그리고 구동트레인(125)으로부터 전달된다.
도 4는 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(141)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(141)은 모터/발전기(142) 및 제 1 유성 기어 세트(143)을 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(143)는 제 1 링 기어(144), 제 1 유성 캐리어(145) 및 제 1 태양 기어(146)를 가진다. 구동트레인(141)은 제 2 유성 기어 세트(147)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(147)는 제 2 링 기어(148), 제 2 유성 캐리어(149) 및 제 2 태양 기어(150)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(142)는 제 1 태양 기어(146)에 연결된다. 제 1 유성 캐리어(145)는 제 2 태양 기어(150)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 유성 캐리어(145)는 클러치(152)를 통해 제 1 링 기어(144)에 동작가능하게 연결된다. 제 1 링 기어(144)는 브레이크(151)에 연결된다. 제 2 링 기어(148)는 그라운드 부재이다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 2 유성 캐리어(149)를 통해 구동트레인(141)으로 그리고 구동트레인(141)으로부터 전달된다.
도 5는 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(155)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(155)은 모터/발전기(156) 및 제 1 유성 기어 세트(157)를 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(157)는 제 1 링 기어(158), 제 1 유성 캐리어(159) 및 제 1 태양 기어(160)를 가진다. 구동트레인(155)은 제 2 유성 기어 세트(161)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(161)는 제 2 링 기어(162), 제 2 유성 캐리어(163) 및 제 2 태양 기어(164)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(156)는 제 1 태양 기어(160)에 연결된다. 제 1 유성 캐리어(159)는 제 2 태양 기어(164)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 유성 캐리어(163)는 클러치(166)를 통해 제 2 링 기어(162)에 동작가능하게 연결된다. 제 2 링 기어(162)는 브레이크(165)에 연결된다. 제 1 링 기어(158)는 그라운드 부재이다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 2 유성 캐리어(163)를 통해 구동트레인(155)으로 그리고 구동트레인(155)으로부터 전달된다.
도 6은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(170)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(170)은 모터/발전기(171) 및 제 1 유성 기어 세트(172)를 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(172)는 제 1 링 기어(173), 제 1 유성 캐리어(174) 및 제 1 태양 기어(175)를 가진다. 구동트레인(170)은 제 2 유성 기어 세트(176)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(176)는 제 2 링 기어(177), 제 2 유성 캐리어(178) 및 제 2 태양 기어(179)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(171)는 제 1 태양 기어(175)에 연결된다. 제 1 유성 캐리어(174)는 제 2 태양 기어(179)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 태양 기어(175)는 클러치(180)를 통해 제 2 태양 기어(179)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 링 기어(173)는 브레이크(181)에 연결된다. 제 2 링 기어(177)는 그라운드 부재이다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 2 유성 캐리어(178)를 통해 구동트레인(170)으로 그리고 구동트레인(170)으로부터 전달된다.
도 7은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(182)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(182)은 모터/발전기(183) 및 제 1 유성 기어 세트(184)를 포함하며, 제 1 유성 기어 세트(184)는 제 1 링 기어(185), 제 1 유성 캐리어(186) 및 제 1 태양 기어(187)를 가진다. 구동트레인(182)은 제 2 유성 기어 세트(188)를 포함하며, 제 2 유성 기어 세트(188)는 제 2 링 기어(189), 제 2 유성 캐리어(190) 및 제 2 태양 기어(191)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 모터/발전기(183)는 제 1 태양 기어(187)와 연결된다. 제 1 유성 캐리어(186)는 제 2 태양 기어(191)와 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 링 기어(189)는 브레이크(192)에 연결된다. 제 1 링 기어(185)는 그라운드 부재이다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 유성 캐리어(190)는 클러치(193)를 통해 제 2 태양 기어(191)와 동작가능하게 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 2 유성 캐리어(190)를 통해 구동트레인(182)으로 그리고 구동트레인(182)으로부터 전달된다.
도 8은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(195)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(195)은 제 1 모터/발전기(196), 제 2 모터/발전기(197) 및 유성 기어 세트(198)를 포함하며, 유성 기어 세트(198)는 링 기어(199), 유성 캐리어(200) 및 태양 기어(201)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 구동트레인(195)은 브레이크(202), 제 1 클러치(203) 및 제 2 클러치(204)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 구동트레인(195)은 제 1 모터/발전기(196)와 연결되는 1-방향(one way) 클러치(205)를 포함한다. 제 1 클러치(203)는 제 1 모터/발전기(196) 및 제 2 모터/발전기(197)에 연결된다. 태양 기어(201)는 제 1 모터/발전기(196)에 연결된다. 제 2 클러치(204)는 브레이크(202), 제 2 모터/발전기(197) 및 링 기어(199)에 연결된다. 유성 캐리어(200)는 태양 기어(201)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 유성 캐리어(200)를 통해 구동트레인(195)으로 그리고 구동트레인(195)으로부터 전달된다.
이제 도 9를 살펴보면, 몇몇 실시예들에서, 구동트레인(195)은 다수의 모드들에서 선택적으로 동작된다. 예를 들어, 로우(low) 동작 모드는 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)의 인게이지 상태(engaged condition) 및 포지티브(positive) 동력 출력을 갖는 제 1 및 제 2 모터/발전기들(196, 197)에 대응한다. 시프트 동작 모드는 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)의 인게이지 상태 및 제 2 모터/발전기(197)의 출력 감소에 대응한다. 제 2 모터/발전기(197) 동력 출력을 갖는 동작 모드는 브레이크(202)의 인게이지 상태와 제 1 클러치(203)의 디스인게이지(disengage) 및 제 2 클러치(204)의 디스인게이지에 대응한다. 제 1 모터/발전기(196)의 출력이 감소하면서 인게이지된 제 2 모터/발전기(197)를 갖는 동작 모드는 제 2 클러치(204)의 인게이지 상태와 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)의 디스인게이지에 대응한다. 하이(high) 동작 모드는 제 2 클러치(204)와 함께 인게이지된 1-방향 클러치(205)와 디스인게이지된 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)에 대응한다. 하이 스피드 및 토크 모드는 인게이지된 제 2 클러치(204)와 디스인게이지된 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)와 포지티브 동력 출력을 갖는 제 1 및 제 2 모터/발전기들(196, 197)에 대응한다. 리버스(reverse) 동작 모드는 인게이지된 제 2 클러치(204)와 디스인게이지된 브레이크(202) 및 제 1 클러치(203)와 포지티브 동력 출력을 갖는 제 2 모터/발전기(197)와 재생(regeneration) 상태의 제 1 모터/발전기(196)에 대응한다.
도 10은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(206)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(206)은 제 1 모터/발전기(207), 제 1 유성 기어 세트(208), 제 2 유성 기어 세트(209) 및 제 3 유성 기어 세트(210)를 포함한다. 제 1 유성 기어 세트(208)는 링 기어(211), 유성 캐리어(212) 및 태양 기어(213)를 가진다. 제 2 유성 기어 세트(209)는 링 기어(214), 유성 캐리어(215) 및 태양 기어(216)를 가진다. 제 3 유성 기어 세트(210)는 링 기어(217), 유성 캐리어(218) 및 태양 기어(219)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 구동트레인(206)은 브레이크(220), 제 1 클러치(221) 및 제 2 클러치(222)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 클러치(221)는 제 1 유성 기어 세트의 링 기어(211)와 연결되고 그라운드된다. 제 2 클러치(222)는 제 3 유성 기어 세트의 링 기어(217)와 연결되고 그라운드된다. 태양 기어(213)는 제 1 모터/발전기(207)에 연결된다. 제 1 유성 기어 세트의 유성 캐리어(212)는 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어(216)에 접속된다. 제 2 유성 기어 세트의 링 기어(214)는 제 3 유성 기어 세트의 링 기어(217)에 접속된다. 제 3 유성 기어 세트의 태양 기어(219)는 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어(216)에 접속된다. 제 2 유성 기어 세트의 유성 캐리어(215)는 브레이크(220)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 3 유성 기어 세트의 유성 캐리어(218)를 통해 구동트레인(206)으로 그리고 구동트레인(206)으로부터 전달된다.
구동트레인(206)은 선택적으로 다수의 모드들에서 동작된다. 예를 들어, 제 1 동작 모드는 브레이크(220) 및 제 1 클러치(221)의 인게이지 상태 및 디스인게이지된 제 2 클러치(222)에 대응한다. 제 2 동작 모드는 제 1 클러치(221) 및 제 2 클러치(222)의 인게이지 상태 및 디스인게이지된 브레이크에 대응한다. 중립 동작 모드는 디스인게이지된 제 1 클러치(221) 및 브레이크(220)에 대응한다.
도 11은 여기에서 제시되는 전기 차축들의 실시예들에서 선택적으로 사용되는 전기 구동트레인(223)의 일 실시예를 도시한다. 구동트레인(223)은 제 1 모터/발전기(224), 제 1 유성 기어 세트(225), 제 2 유성 기어 세트(226) 및 제 3 유성 기어 세트(227)를 포함한다. 제 1 유성 기어 세트(225)는 링 기어(228), 유성 캐리어(229) 및 태양 기어(230)를 가진다. 제 2 유성 기어 세트(226)는 링 기어(231), 유성 캐리어(232) 및 태양 기어(233)를 가진다. 제 3 유성 기어 세트(227)는 링 기어(234), 유성 캐리어(235) 및 태양 기어(236)을 가진다. 몇몇 실시예들에서, 구동트레인(223)은 제 1 클러치(237), 제 2 클러치(238) 및 제 3 클러치(239)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 클러치(237)는 제 1 유성 기어 세트의 링 기어(228)에 연결되고 그라운드된다. 제 2 클러치(238)는 제 3 유성 기어 세트의 링 기어(234)에 연결된다. 태양 기어(230)는 제 1 모터/발전기(224)에 연결된다. 제 1 유성 기어 세트의 유성 캐리어(229)는 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어(233)에 접속된다. 제 2 유성 기어 세트의 링 기어(231)는 제 1 유성 기어 세트의 링 기어(228)에 접속된다. 제 3 유성 기어 세트의 태양 기어(236)는 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어(233)에 접속된다. 제 2 유성 기어 세트의 유성 캐리어(232)는 제 3 유성 기어 세트의 유성 캐리어(235)에 연결된다. 제 3 클러치(239)는 제 3 유성 기어 세트의 유성 캐리어(235)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 회전 동력은 제 3 유성 기어 세트의 링 기어(234) 및 유성 캐리어(235)를 통해 구동트레인(223)으로 그리고 구동트레인(223)으로부터 전달된다.
구동트레인(223)은 선택적으로 다수의 모드들에서 동작된다. 예를 들어, 제 1 동작 모드는 제 1 클러치(237) 및 제 2 클러치(238)의 인게이지 상태 및 디스인게이지된 제 3 클러치(239)에 대응한다. 제 2 동작 모드는 제 1 클러치(237) 및 제 3 클러치(239)의 인게이지 상태 및 디스인게이지된 제 2 클러치(238)에 대응한다. 중립 동작 모드는 디스인게이지된 제 1 클러치(237), 제 2 클러치(238) 및 제 3 클러치(239)에 대응한다.
배터리는 리튬 이온 또는 납축전지와 같은 고전압 팩뿐만 아니라 울트라커패시터들 또는 어큐뮬레이터들과 같은 다른 공압/유압 시스템들, 또는 다른 형태의 에너지 저장 시스템들일 수 있다는 것을 유의하도록 한다. 여기에서 설명되는 모터/발전기들은 가변 변위 펌프들에 의해 작동되는 하이드로모터들, 전기 머신들, 또는 공압 펌프들에 의해 구동되는 공압 모터들과 같은 임의의 다른 형태의 회전 동력을 나타낼 수 있다. 도면들에서 도시되고 텍스트에서 설명된 전기 차축 파워트레인 아키텍처들은 유압 하이브리드 시스템들에 대하여 또한 기계-유압식 아키텍처를 생성하도록 확장될 수 있다.
위에서의 설명은 특정 컴포넌트들 또는 서브어셈블리들에 대하여 치수(dimension)들을 제공하였음을 유의하도록 한다. 언급된 치수들 또는 치수들의 범위들은 가능한 가장 양호하게 최선 모드와 같은 특정 법적 요구들에 부합하기 위해 제공된다. 그러나, 여기에서 설명되는 발명들의 범위는 오로지 청구항들의 기재 내용에 의해 결정되어야 하며, 결과적으로 언급된 치수들 중 어떤 치수도, 임의의 하나의 청구항이 특정된 치수 또는 특정된 치수의 범위, 청구항의 특징을 기술한 것을 제외하고는, 선호되는 실시예들에 대하여 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
선호되는 실시예들이 여기에서 도시되고 설명되었더라도, 이러한 실시예들이 단지 예시적으로 제공되었다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 이제 본 발명을 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 수치 변화들, 변경들 및 치환들이발생할 것이다. 여기에서 설명되는 실시예들에 대한 다양한 대안들은 선호되는 실시예들을 실시하는데 있어 사용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 다음의 청구항들은 본 발명의 범위를 정의하도록 의도되며, 이러한 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 방법들 및 구조들이 이에 의해 커버되어야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 전기 차축 파워트레인(electric axle powertrain)으로서,
    모터/발전기, 상기 모터/발전기에 동작가능하게 연결되는 제 1 유성 기어(planetary gear) 세트, 및 상기 제 1 유성 기어 세트에 동작가능하게 연결되는 제 2 유성 기어 세트를 포함하는 전기 구동트레인 ― 상기 제 1 유성 기어 세트는 제 1 링 기어, 제 1 유성 캐리어(planet carrier) 및 제 1 태양(sun) 기어를 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 세트는 제 2 링 기어, 제 2 유성 캐리어 및 제 2 태양 기어를 포함함 ―;
    상기 전기 구동트레인에 동작가능하게 연결되는 구동 휠 차축; 및
    상기 구동 휠 차축에 연결되는 제 1 휠 및 제 2 휠
    을 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 태양 기어는 상기 제 2 태양 기어에 연결되는, 전기 차축 파워트레인.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 캐리어에 연결되는 제 1 브레이크, 및 상기 제 2 유성 캐리어에 연결되는 제 2 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 링 기어는 상기 제 2 링 기어에 연결되는, 전기 차축 파워트레인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 3 링 기어, 제 3 유성 캐리어 및 제 3 태양 기어를 포함하는 제 3 유성 기어 세트를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 캐리어에 연결되는 제 1 브레이크 및 상기 제 3 유성 캐리어에 연결되는 제 2 브레이크를 더 포함하며, 상기 제 1 유성 캐리어는 그라운드 부재(grounded member)인, 전기 차축 파워트레인.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 링 기어는 상기 제 2 태양 기어에 연결되고, 상기 제 2 태양 기어는 상기 제 3 태양 기어에 연결되는, 전기 차축 파워트레인.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 링 기어는 상기 제 3 링 기어에 연결되는, 전기 차축 파워트레인.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 캐리어 및 상기 제 1 링 기어를 선택적으로 인게이지(engage)하도록 적응되는 클러치, 및 상기 제 1 링 기어와 연결되는 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 2 태양 기어에 연결되고, 상기 제 2 링 기어는 그라운드 부재인, 전기 차축 파워트레인.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 캐리어 및 상기 제 2 링 기어를 선택적으로 인게이지하도록 적응되는 클러치, 및 상기 제 2 링 기어와 연결되는 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 2 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 링 기어는 그라운드 부재인, 전기 차축 파워트레인.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 캐리어 및 상기 제 1 태양 기어 및 상기 제 2 태양 기어를 선택적으로 인게이지하도록 적응되는 클러치를 더 포함하고, 상기 제 1 링 기어와 연결되는 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 2 링 기어는 그라운드 부재인, 전기 차축 파워트레인.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유성 캐리어 및 상기 제 2 태양 기어를 선택적으로 인게이지하도록 적응되는 클러치, 및 상기 제 2 링 기어와 연결되는 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 2 태양 기어에 연결되고, 상기 제 1 링 기어는 그라운드 부재인, 전기 차축 파워트레인.
  17. 전기 차축 파워트레인으로서,
    제 1 모터/발전기, 제 2 모터/발전기 및 상기 제 2 모터/발전기에 동작가능하게 연결되는 유성 기어 세트를 포함하는 전기 구동트레인 ― 상기 유성 기어 세트는 제 1 링 기어, 제 1 유성 캐리어 및 제 1 태양 기어를 포함함 ―;
    연속적으로 가변하는 상기 전기 구동트레인에 동작가능하게 연결되는 구동 휠 차축; 및
    상기 구동 휠 차축에 연결되는 제 1 휠 및 제 2 휠
    을 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 모터/발전기 및 상기 제 2 모터/발전기를 선택적으로 연결하도록 적응되는 제 1 클러치를 더 포함하고, 상기 제 2 모터/발전기 및 상기 제 1 링 기어를 선택적으로 연결하도록 적응되는 제 2 클러치를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 링 기어 및 상기 제 2 클러치에 연결되는 브레이크를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 모터/발전기는 상기 제 1 태양 기어에 연결되는, 전기 차축 파워트레인.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 모터/발전기에 연결되는 1-방향(one-way) 클러치를 더 포함하는, 전기 차축 파워트레인.
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