KR20200088281A - 2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 갖는 하이브리드 파워 트레인 - Google Patents

2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 갖는 하이브리드 파워 트레인 Download PDF

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KR20200088281A
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KR
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electric machine
power train
combustion engine
internal combustion
transmission
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KR1020207008330A
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슈테판 레만
안드레아스 트링켄슈
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 토크 전달을 위해 제1 부분 파워 트레인(3)을 통해서는 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)과 상호 작용 연결되고, 토크 전달을 위해 제2 부분 파워 트레인(6)을 통해서는 제2 전기 기계(7)와 상호 작용 연결되는 변속기 입력 샤프트(2)를 갖는, 하이브리드 자동차용 파워 트레인(1)에 관한 것이며, 이 경우 제2 전기 기계(7)는 변속기 입력 샤프트(2)와 토크 전달 방식으로 영구적으로 연결되어 있고, 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)은 토크 전달을 위해 변속기 입력 샤프트(2)와 결합 가능하게 연결될 수 있다.

Description

2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 갖는 하이브리드 파워 트레인
본 발명은, 토크 전달을 위해 제1 부분 파워 트레인을 통해서는 제1 전기 기계 및 내연 기관과 상호 작용 연결되고, 토크 전달을 위해 제2 부분 파워 트레인을 통해서는 제2 전기 기계와 상호 작용 연결되는 변속기 입력 샤프트를 갖는, 하이브리드 자동차용 파워 트레인에 관한 것이다.
하이브리드 차량용 구동 장치는 종래 기술로부터 이미 공지되어 있다. 예컨대, DE 10 2015 222 691 A1호는, 내연 기관, 제1 전기 기계, 제2 전기 기계 및 축전지를 포함하는 하이브리드 차량의 구동 장치 그리고 이와 같은 구동 장치를 제어하기 위한 방법을 개시한다.
또한, DE 10 2015 222 690 A1호는, 내연 기관, 제1 전기 기계, 제2 전기 기계 및 축전지를 포함하는 하이브리드 차량의 구동 장치 그리고 이와 같은 구동 장치를 제어하기 위한 방법을 개시하며, 이 경우 구동 장치는 하이브리드 차량을 구동하기 위해 다음과 같은 세 가지 작동 모드들, 즉 내연 기관이 턴 오프 되어 있는 동안 제2 전기 기계에 의해서 견인 구동 토크가 야기되는 순수 전기식 작동 모드; 견인 구동 토크가 제2 전기 기계에 의해서 야기되고, 내연 기관이 전기 에너지를 생성하기 위해 제1 전기 기계를 구동하는 직렬 하이브리드 작동 모드; 견인 구동 토크가 내연 기관에 의해서 야기되는 병렬 하이브리드 작동 모드에서 작동 가능하며, 이 경우 이 간행물에 공지된 방법은 다음과 같은 단계, 즉 내연 기관이, 내연 기관의 효율에 의존하고 제1 전기 기계의 효율에 의존하는 조합된 효율에 기초하여 일 작동점에서 작동되도록, 직렬 하이브리드 작동 모드에서 구동 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
다른 무엇보다, DE 10 2015 222 692 A1호는, 구동 휠을 구동하기 위한 하이브리드 차량의 구동 장치 그리고 이와 같은 구동 장치를 작동시키기 위한 방법을 개시하며, 이 경우 구동 장치는 내연 기관, 내연 기관과 결합된 제1 전기 기계, 제2 전기 기계, 전기 축전지, 및 내연 기관과 구동 휠 사이의 메인 클러치를 포함하며, 이 경우 이 방법은, 다음과 같은 세 가지 작동 모드들, 즉 내연 기관이 턴 오프 되어 있는 동안 구동 휠에 작용하는 견인 구동 토크가 제2 전기 기계에 의해서 야기되는 순수 전기식 작동 모드; 견인 구동 토크를 야기하기 위하여 제2 전기 기계에 의해 사용되는 전기 에너지를 생성하기 위해 내연 기관이 제1 전기 기계를 구동하는 직렬 하이브리드 작동 모드; 및 견인 구동 토크가 내연 기관에 의해서 야기되는 병렬 하이브리드 작동 모드; 중 제1 작동 모드로 구동 장치를 작동시키는 단계, 및 세 가지 작동 모드들 중 제1 작동 모드로부터 제2 작동 모드로 한 번 이상 교체하는 단계를 포함하며, 이 경우 제1 작동 모드로부터 제2 작동 모드로의 교체 동안 제공되는 견인 구동 토크는, 교체 전에 제공되는 견인 구동 토크와 교체 후에 제공되는 견인 구동 토크 사이에서 적합하게 선택 가능한 프로파일에 상응한다.
추가로, DE 10 2015 222 694 A1호는, 구동 휠을 구동하기 위한 하이브리드 차량의 구동 장치 및 이와 같은 구동 장치를 작동시키기 위한 방법을 개시하며, 이 경우 구동 장치는 내연 기관, 내연 엔진과 결합된 제1 전기 기계, 구동 휠과 결합 가능한 제2 전기 기계, 및 전기 축전지를 포함하고, 내연 기관과 구동 휠 사이에 배열된 메인 클러치 및 변속기를 더 포함하며, 이 경우 이 방법은, 변속기의 제1 기어가 맞물려 있는 동안, 제1 기어를 위한 제1 회전 속도에서, 메인 클러치가 닫힌 경우에 구동 휠에 작용하는 견인 구동 토크가 내연 기관에 의해서 생성되는 병렬 하이브리드 작동 모드로 내연 기관을 작동시키는 단계; 견인 구동 토크를 야기하기 위하여 제2 전기 기계에 의해 사용되는 전기 에너지를 생성하기 위해 내연 기관이 제1 전기 기계를 구동하는 직렬 하이브리드 작동 모드로 교체하는 단계; 메인 클러치를 개방하는 단계; 메인 클러치가 개방된 경우에 병렬 하이브리드 작동 모드에서 변속기의 제2 기어를 위한 제2 회전 속도에 맞추어 내연 기관의 회전 속도를 조절하는 단계; 변속기의 제2 기어를 맞물리는 단계; 메인 클러치를 닫는 단계; 및 제2 기어가 맞물려 있는 동안 병렬 하이브리드 작동 모드로 교체하는 단계;를 포함한다.
하지만, 종래 기술은, 항상 2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 갖는 하이브리드 차량의 파워 트레인이 특히 축방향 전체 길이와 관련하여 매우 큰 설치 공간을 요하며, 그리고 예를 들어 기어 휠, 기어 휠 쌍, 베어링 및 샤프트와 같은 다수의 필요 부품들로 인해 매우 많은 비용을 요한다는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 과제는, 종래 기술의 단점들을 피하거나 적어도 줄이는 것이다. 특히, 설치을 공간 절약하는 방식으로 구현될 수 있을 뿐만 아니라 비용 효율적인 방식으로도 구현될 수 있는, 2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 갖는 하이브리드 차량용 파워 트레인이 개발되어야만 한다.
본 발명의 과제는, 종래의 장치에서 본 발명에 따라, 제2 전기 기계가 토크 전달 방식으로 변속기 입력 샤프트와 지속적으로, 다시 말해 영구적으로/단단히/결합 불가능하게 연결되어 있고, 제1 전기 기계 및 내연 기관이 토크 전달을 위해 변속기 입력 샤프트와 결합 가능하게, 다시 말하자면 선택적으로 전환 가능하게 연결될 수 있음으로써 해결된다. 구체적으로 다시 말하자면, 내연 기관을 제1 전기 기계와 결합 가능하게 연결하거나 제2 전기 기계를 변속기 입력 샤프트와 결합 가능하게 연결하는, 종래 기술에 기술된 클러치들(K1 및 K2)이 생략된다. 이와 같은 생략은, 이로 인해 필요한 부품의 수가 현저하게 줄어들 수 있다는 장점을 가지며, 이와 같은 상황은 총 비용에 유리하게 작용한다.
바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 청구되어 있고, 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
또한, 제1 전기 기계와 제2 전기 기계가 서로에 대해 동축으로 배열되어 있는 경우도 바람직하다. 이와 같은 배열에 의해서는, 제1 전기 기계의 토크를 제2 전기 기계의 출력 샤프트로 (그리고 그곳으로부터 변속기 입력 샤프트로) 전달하기 위한 변속 단이 생략될 수 있으며, 이와 같은 상황은 부품의 수에 유리하게 작용하고 이로써 비용에도 유리하게 작용한다.
그밖에, 전환 가능한 클러치가, 제2 전기 기계를 갖는 제2 부분 파워 트레인과 제1 전기 기계 및 내연 기관을 갖는 제1 부분 파워 트레인 사이에 배열되어 있는 경우도 장점이 된다. 다른 말로 구체적으로 표현하자면, 분리 클러치(K0)가 2개의 전기 기계들 사이에 배열되며, 이와 같은 상황은 바람직한 방식으로 파워 트레인의 콤팩트한 구현 및 이로써 전체 축방향 길이의 축소를 가능하게 한다. 더 나아가, 이로 인해서는, 분리 클러치에서 전달될 토크가 감소되며, 이와 같은 상황은 바람직한 방식으로 더 낮은 설치 공간 수요를 갖는 분리 클러치의 더욱 콤팩트한 설계를 가능하게 한다. 또한, 분리 클러치가 닫힌 경우에는 제1 전기 기계 및 제2 전기 기계가 동일한 회전 속도로 회전하도록, 이들 전기 기계들이 배열 및 설계된 경우도 바람직하다.
더욱이, 단 하나의 클러치가 파워 트레인 내에 배열되어 있는 경우도 바람직하다. 구체적으로 다시 말하자면, 내연 기관과 제1 전기 기계 사이의 클러치 및 제2 전기 기계와 변속기 입력 샤프트 사이의 클러치가 교체 없이 생략된다. 이와 같은 생략에 의해서는, 바람직한 방식으로 필요한 부품의 감소에 도달하게 된다.
또한, 제1 전기 기계가 토크 전달 방식으로 내연 기관과 지속적으로, 다시 말해 영구적으로 연결되어 있는 경우도 장점이 된다. 이로써, 내연 기관과 제1 전기 기계 사이의 클러치가 생략될 수 있다. 이와 같은 생략은, 하이브리드 차량이 어떠한 작동 상태에서도 전기 주행을 위해 오로지 제1 전기 기계에 의해서만 구동되지 않는 경우에만 바람직하다.
또한, 유리한 일 실시예는, 내연 기관과 제1 전기 기계 그리고 제2 전기 기계 사이에 단 하나의 (제1) 변속 단이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 다시 말하자면, 서로에 대한 2개 전기 기계들의 동축 배열 및 2개의 전기 기계들에 대한 내연 기관의 축 평행 배열을 통해서는 단 하나의 변속 단만이 필수적이다. 이로 인해서는, 바람직한 방식으로 또 다른 변속 단을 위한 부품이 추가로 절약된다.
다시 말하자면, 특히 내연 기관이 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계에 대해 축 평행하게 배열되어 있는 경우가 장점이 된다. 이로써, 한 편으로는 단 하나의 공통 변속 단만 필수적이 되고, 다른 한 편으로는 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계의 출력 샤프트로의 내연 기관의 구동 플랜지의 토크 전달이 가능해진다.
본원에서는, 구동 요소로서의 내연 기관으로부터 출발하는 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계와 내연 기관 사이의 변속 단 및 피동 요소로서의 2개의 전기 기계가 고속으로의 변속(i < 1)으로서 형성되어 있는 경우가 특히 바람직하다. 저속으로의 변속은 대안적인 일 실시예에서 또한 가능하다.
또한, 제2 전기 기계의 출력 샤프트와 변속기 입력 샤프트 또는 카운터 샤프트 사이에 또 다른 (제2) 변속 단이 존재하는 경우도 바람직하다. 이로써는, 제1 부분 파워 트레인 및/또는 제2 부분 파워 트레인의 토크가 변속된 상태에서 변속기로 전달될 수 있다.
특히, 구동 요소로서의 제2 전기 기계의 출력 샤프트 및 피동 요소로서의 카운터 샤프트로부터 출발하는 제2 변속 단이 저속으로의 변속(i > 1)으로서 형성되어 있는 경우가 바람직하다. 고속으로의 변속은 대안적인 일 실시예에서 또한 가능하다.
그밖에, 카운터 샤프트와 차동 장치 사이에 또 다른 (제3) 변속 단이 존재하는 경우도 바람직하다. 이로써는, 카운터 샤프트의 토크가 변속된 상태에서 차동 장치로 전달될 수 있다.
특히, 구동 요소로서의 카운터 샤프트 및 피동 요소로서의 차동 장치로부터 출발하는 제3 변속 단이 저속으로의 변속(i > 1)으로서 형성되어 있는 경우가 바람직하다. 고속으로의 변속은 대안적인 일 실시예에서 또한 가능하다.
더욱이, 유리한 일 실시예는, 제1 전기 기계의 출력 샤프트가 제2 전기 기계의 출력 샤프트 내부에 반경 방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다. 이로 인해서는, 2개의 전기 기계들이 바람직한 방식으로 매우 설치 공간 절약 방식으로 배열될 수 있는 한편, 2개 전기 기계들의 기능은 전혀 손상되지 않는다.
또한, 제1 전기 기계 및 제2 전기 기계가 (제1) 변속 단 또는 (제2) 변속 단의 일 측에 축 방향으로 배열되어 있고, 내연 기관이 (제1) 변속 단 또는 (제2) 변속 단의 다른 측에 축 방향으로 배열되어 있는 경우도 바람직하다.
추가로는, 제1 전기 기계가 제1 전기 기계의 일 측에서는 변속기 하우징 내에 장착되어 있고, 제1 전기 기계의 다른 측에서는 제2 전기 기계의 출력 샤프트 상에 장착되어 있거나; 제2 전기 기계가 제2 전기 기계의 일 측에서는 변속기 하우징 내에 장착되어 있고, 제2 전기 기계의 다른 측에서는 제1 전기 기계의 출력 샤프트 상에 장착되어 있는; 경우도 장점이 된다.
그밖에, 2개의 베어링을 갖는 제1 전기 기계가 직접적으로 변속기 하우징 내에 장착되어 있고, 제2 전기 기계가 하나의 베어링에 의해서는 간접적으로 제1 전기 기계의 출력 샤프트를 통해 하우징 내에 그리고 하나의 베어링에 의해서는 직접적으로 변속기 하우징 내에 장착되어 있거나, 2개의 베어링을 갖는 제2 전기 기계가 직접적으로 변속기 하우징 내에 장착되어 있고, 제1 전기 기계가 하나의 베어링에 의해서는 직접적으로 변속기 하우징 내에 그리고 하나의 베어링에 의해서는 간접적으로 제2 전기 기계의 출력 샤프트를 통해 하우징 내에 장착되어 있는 경우도 바람직하다.
또한, 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계가 냉각되어 있는 경우도 바람직하다. 특히, 냉각이, 차량 냉각 회로로부터 유래하는 물 냉각에 의해서 이루어지거나, 변속기로부터 유래하는 변속기 오일을 이용한 오일 냉각에 의해서 이루어지는 경우가 바람직하다.
더 나아가서는, 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계가 모터 작동 중에 견인 기계로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 발전기 작동 중에 발전기로서도 사용될 수 있는 경우도 바람직하다. 이와 같은 상황에 의해서는, 파워 트레인을 다양한 작동 모드에서 사용하는 것이 가능하다.
또한, 내연 기관과 제1 및/또는 제2 전기 기계 사이에 댐퍼가 배열되는 경우도 바람직하다. 이로써는, 바람직한 방식으로 진동이 보상될 수 있고, 공명이 영향을 받을 수 있다.
추가로는, 내연 기관과 제1 및/또는 제2 전기 기계 사이에 슬립 클러치가 배열되어 있는 경우도 장점이 된다. 이로써는, 파워 트레인이 과부하로부터 보호될 수 있다.
그밖에, 자동차가 주차된 상태에서, 변속기 입력 샤프트를 고정하기 위한 주차 잠금 장치가 바람직한 방식으로 카운터 샤프트와의 형상 결합 방식의 연결에 의해서 존재하는 경우도 바람직하다. 또한, 주차 잠금 장치가 전자 기계식으로 또는 기계식으로 작동되는 경우도 바람직하다.
더 나아가, 유리한 일 실시예는, 분리 클러치가 바람직한 방식으로 오일 냉각된 다판 클러치(multi-disc clutch)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 분리 클러치가 클로 클러치(claw clutch)로서 형성되어 있는 경우도 바람직하다. 분리 클러치를 전자기 클러치로서 형성하는 것도 가능하다.
또한, 분리 클러치가 중앙 릴리스 시스템에 의해서 작동 가능한 경우도 장점이 된다. 이 경우, 중앙 릴리스 시스템은 유압식으로, 기계식으로 또는 전자 기계식으로 작동될 수 있다. 추가로는, 분리 클러치가 유압식 회전 실행부에 의해서 작동될 수 있는 경우도 바람직하다.
그밖에, 분리 클러치가 상시 폐쇄, 상시 개방 또는 상시 정지 클러치로서 구현되어 있는 경우도 바람직하다. 바람직한 일 실시예에서, 분리 클러치의 일 부분, 예를 들어 내부 디스크 캐리어는 제1 전기 기계의 출력 샤프트와 연결되어 있고, 분리 클러치의 다른 일 부분, 예를 들어 외부 디스크 캐리어는 제2 전기 기계의 출력 샤프트와 연결되어 있다.
또한, 파워 트레인이, 변속기 입력 샤프트가 순수 전기식으로 구동되고 회생 제동이 가능해진 제1 작동 모드에서의 작동을 가능하게 하는 경우도 장점이 된다. 제1 작동 모드에서는, 분리 클러치는 개방되었고, 제1 전기 기계 및 내연 기관, 다시 말해 제1 부분 파워 트레인은 변속기 입력 샤프트로부터 분리되었다. 이로써, 다만 제2 전기 기계만 구동 기계로서 사용된다. 다시 말해, 제2 전기 기계는 견인 기계로서(전기 주행/구동의 경우) 그리고 발전기로서(제동시 회생 제동의 경우) 사용된다.
또한, 파워 트레인이, 직렬 하이브리드 작동이 실시되는 제2 작동 모드에서의 작동을 가능하게 하는 경우도 바람직하다. 다시 말해, 제2 전기 기계는 변속기 입력 샤프트를 위한 견인 기계로서 작용하고, 내연 기관은 전기 에너지를 생성하기 위해 제1 전기 기계를 구동한다. 제2 작동 모드에서는, 분리 클러치가 개방되어 있다.
더 나아가서는, 파워 트레인이, 병렬 하이브리드 작동이 실시되는 제3 작동 모드에서의 작동을 가능하게 하는 경우도 바람직하다. 다시 말하자면, 내연 기관 및 추가로 제1 및/또는 제2 전기 기계가 변속기 입력 샤프트에 토크를 가한다. 따라서, 분리 클러치는 닫혀 있다.
또한, 클러치가 개방되어 있고, 다만 제2 전기 기계만 변속기 입력 샤프트를 위한 구동 기계로서 작용하는, 순수 전기식 구동을 위한 제1 작동 모드에서의 작동; 및/또는 클러치가 개방되어 있고, 제2 전기 기계가 변속기 입력 샤프트를 위한 구동 기계로서 작용하며, 내연 기관이 전기 에너지를 생성하기 위한 제1 전기 기계를 위한 구동 기계로서 작용하는, 직렬 하이브리드 구동을 위한 제2 작동 모드에서의 작동; 및/또는 내연 기관 및 추가로 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계가 변속기 입력 샤프트를 위한 구동 기계로서 작용하는, 병렬 하이브리드 구동을 위한 제3 작동 모드에서의 작동;이 가능하도록, 파워 트레인이 설계된 경우도 장점이 된다.
본 발명은, 도면부를 참조하여 이하에서 설명된다. 도면부에서,
도 1은 하이브리드 자동차를 위한 본 발명에 따른 파워 트레인의 개략도를 도시하고,
도 2는 제1 베어링 구성을 갖는 본 발명에 따른 파워 트레인의 개략도를 도시하며,
도 3은 제2 베어링 구성을 갖는 파워 트레인의 개략도를 도시하고,
도 4는 도 3에 도시된 파워 트레인의 종단면도를 도시하며, 그리고
도 5는 도 4에 비해 확대된, 파워 트레인의 일 부분의 종단면도를 도시한다.
도면부는, 다만 개략적인 성격만을 가지며, 오로지 본 발명의 이해를 돕기 위해서만 이용된다. 동일한 요소들은 동일한 참조 부호로 표시되어 있다.
도 1은, 하이브리드 자동차를 위한 본 발명에 따른 파워 트레인(1)의 개략도를 보여준다. 파워 트레인(1) 내에서, 변속기 입력 샤프트(2)는 토크 전달을 위해 제1 부분 파워 트레인(3)을 통해서 제1 전기 기계(E-Machine)(4) 및 내연 기관(VKM)(5)과 결합 가능하게 상호 작용 연결되어 있다. 변속기 입력 샤프트(2)는, 제2 부분 파워 트레인(6)을 통해 제2 전기 기계(E-Machine)(7)와 영구적으로 상호 작용 연결되어 있다. 제2 전기 기계(7)는 각각의 작동 상태에서 변속기 입력 샤프트(2)와 연결되어 있는 한편, 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)은 클러치/분리 클러치(8)를 통해 변속기 입력 샤프트(2)로부터 분리될 수 있다.
따라서, 제1 부분 파워 트레인(3)은 토크 전달을 위해 분리 클러치(8)를 통해서 제2 부분 파워 트레인(6)과 그리고 이로써 변속기 입력 샤프트(2)와 연결될 수 있다. 제1 전기 기계(4)는 제2 전기 기계(7)에 대해 동축으로 배열되어 있다. 내연 기관(5)은, 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(7)에 대해 축 평행하게 배열되어 있다. 내연 기관(5)은, 토크 전달 방식으로 제1 변속 단(i1)(9)을 통해서 제1 전기 기계(4)와 영구적으로, 다시 말하자면 분리 불가능하게 연결되어 있다. 제1 변속 단(9)은, 내연 기관(5)의 구동 플랜지(11) 상의 치형부(10)에 의해서 그리고 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13) 상의 치형부(12)에 의해서 형성된다. 제1 변속 단(9)은, 내연 기관(5)으로부터 출발하여, 고속으로의 변속, 즉 i1 < 1이다. 출력 샤프트(13)는, 제1 전기 기계(4)가 발전기 작동에서 사용되는 경우에는 구동 샤프트로서도 기능을 할 수 있다. 하지만, 제1 전기 기계(4)의 출력/구동 샤프트(13)는 간략화를 위해 이하에서 출력 샤프트(13)로서 지칭된다.
제1 전기 기계(4)는, 회전자(14) 및 회전자에 대해 동심으로 그리고 반경 방향으로 외부에 배열된 고정자(15)를 구비한다. 회전자(14)는, 회전자 캐리어(16)를 통해서 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13)와 단단히 연결되어 있다. 출력 샤프트(13)는, 분리 클러치(8)의 일 부분과 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있다.
제2 전기 기계(7)는, 회전자(17) 및 회전자에 대해 동심으로 그리고 반경 방향으로 외부에 배열된 고정자(18)를 구비한다. 회전자(17)는, 회전자 캐리어(19)를 통해서 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)와 단단히 연결되어 있다. 출력 샤프트(20)는, 제2 전기 기계(7)가 발전기 작동에서 사용되는 경우에는 구동 샤프트로서도 기능을 할 수 있다. 하지만, 제2 전기 기계(7)의 출력/구동 샤프트(20)는 간략화를 위해 이하에서 출력 샤프트(20)로서 지칭된다. 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)가 분리 클러치(8)의 다른 일 부분과 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있음으로써, 결과적으로 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)는 분리 클러치(8)가 닫힌 경우에는 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13)와 일체로 회전하도록 고정 결합되어 있다.
제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)는, 토크 전달 방식으로 제2 변속 단(i2)(22)을 통해서 변속기 입력 샤프트(2) 또는 카운터 샤프트(21)와 영구적으로, 다시 말하자면 분리 불가능하게 연결되어 있다. 제2 변속 단(22)은, 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20) 상의 치형부(23)에 의해서 그리고 카운터 샤프트(21) 상의 치형부(24)에 의해서 형성된다. 제2 변속 단(22)은, 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)로부터 출발하여, 저속으로의 변속, 즉 i2 > 1이다.
카운터 샤프트(21)는, 토크 전달 방식으로 제3 변속 단(i3)(26)을 통해서 차동 장치(25)와 연결되어 있다. 제3 변속 단(26)은, 카운터 샤프트(21) 상의 치형부(27)에 의해서 그리고 차동 장치(25) 상의 치형부(28)에 의해서 형성된다. 제3 변속 단(26)은, 카운터 샤프트(21)로부터 출발하여, 저속으로의 변속, 즉 i3 > 1이다. 주차 잠금 장치(29)는, 카운터 샤프트(21) 상에 카운터 샤프트(21)와의 또는 통합된 치형부(31)와의 형상 결합 방식의 연결부(30)를 통해서 형성되어 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 파워 트레인(1)의 개략도를 보여준다. 제1 전기 기계(4)의 회전자(14)는 제1 베어링(32) 및 제2 베어링(33)을 통해서 도면에 도시되지 않은 변속기 하우징 내에 장착되어 있다. 제2 전기 기계(4)의 회전자(17)는, 제1 베어링(34)을 통해서는 변속기 하우징 내에 그리고 제2 베어링(35)을 통해서는 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13) 상에 장착되어 있다. 출력 샤프트(20)는 또 다른 베어링(36)을 통해서 출력 샤프트(13) 상에 장착되어 있다. 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20)는 중공 샤프트로서 형성되어 있으며, 중공 샤프트 내에서는 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13)가 반경 방향 내부에 배열되어 있다. 제1 전기 기계(4)는, 내연 기관으로부터 다른 쪽을 향하는 제2 전기 기계(7)의 측에 축 방향으로 배열되어 있다. 분리 클러치(8)는, 제1 전기 기계(4)와 제2 전기 기계(7) 사이에 축 방향으로 배열되어 있다. 분리 클러치(8)는, 내연 기관으로부터 다른 쪽을 향하는 제2 전기 기계(7)의 측에 축 방향으로 배열되어 있다.
제1 변속 단(9)은, 내연 기관(5)과 제2 전기 기계(7) 사이에 그리고 이로써 또한 내연 기관(5)과 제1 전기 기계(4) 사이에 축 방향으로 배열되어 있다. 제2 변속 단(22)은, 제1 변속 단(9)과 제2 전기 기계(7) 사이에 축 방향으로 배열되어 있다. 베어링(36)은, 제2 변속 단(22)의 높이에 축 방향으로 배열되어 있다.
내연 기관(5)은, 댐퍼(37) 및 슬립 클러치(38)를 통해서 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13)에 연결되어 있다. 내연 기관(5)의 구동 플랜지(11)는 2개의 베어링(39)을 통해서 변속기 하우징 내에 장착되어 있다. 구동 플랜지(11)의 치형부(10)는, 내부에 톱니가 형성된 내접 기어로서 형성되어 있다. 출력 샤프트(13)의 치형부(12) 및 출력 샤프트(20)의 치형부(23)는 각각 외부에 톱니가 형성된 스퍼 기어로서 형성되어 있다. 카운터 샤프트(21)는, 2개의 베어링(40)을 통해서 변속기 하우징 내에 장착되어 있다. 카운터 샤프트(21)의 치형부(24, 27)는, 각각 외부에 톱니가 형성된 스퍼 기어로서 형성되어 있다. 차동 장치(25)의 치형부(28)는, 외부에 톱니가 형성된 스퍼 기어로서 형성되어 있다.
도 3은, 출력 샤프트(13) 및 출력 샤프트(20)의 대안적인 장착을 보여준다. 나머지 특징부들은 도 2의 특징부들에 상응하고, 간략화를 위해 재차 설명되지 않는다. 제2 전기 기계(7)의 회전자(17)는, 제1 베어링(34) 및 제2 베어링(41)을 통해서 변속기 하우징 내에 장착되어 있다. 제1 전기 기계(4)의 회전자(14)는, 제1 베어링(32)을 통해서는 변속기 하우징 내에 장착되어 있고, 제2 베어링(42)을 통해서는 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20) 상에 장착되어 있다. 출력 샤프트(13)는, 또 다른 베어링(36)을 통해서 출력 샤프트(20) 상에 장착되어 있다.
도 4 및 도 5는, 파워 트레인(1)의 종단면도를 보여준다. 이 경우, 일 실시예에서 분리 클러치(8)는, 유압식 중앙 릴리스 시스템(43)을 통해서 작동되는 다판 클러치로서 형성되어 있다. 다른 일 실시예에서는, 분리 클러치(8)가 클로 클러치로서 형성되어 있으며, 이 경우에는 슬라이딩 슬리브(44)가 분리 클러치(8)를 개방하거나 닫기 위하여 전기 모터(45)에 의해서 전동식으로 이동될 수 있다.
내연 기관(5)은, 크랭크 샤프트 플랜지(46)를 통해서 그리고 비틀림 진동 댐퍼로서 형성된 댐퍼(37)를 통해서 구동 플랜지(11)와 연결되어 있다. 도 4 및 도 5에는 또한 변속기 하우징(47)이 도시되어 있으며, 변속기 하우징 내에는 출력 샤프트(13)가 베어링(32, 42)을 통해서, 출력 샤프트(20)가 베어링(34, 41)을 통해서, 구동 플랜지(11)가 베어링(39)을 통해서, 그리고 카운터 샤프트(21)가 베어링(40)을 통해서 장착되어 있다. 베어링(32, 34, 41, 42)은 볼 롤러 베어링으로서 형성되어 있는 한편, 베어링(39)은 O자 형상으로 배열된 테이퍼 롤러 베어링으로서 형성되어 있고, 베어링(40)은 X자 형상으로 배열된 테이퍼 롤러 베어링으로서 형성되어 있다.
도 5에서 다판 클러치로서 구현된 분리 클러치(8)는, 샤프트 허브 연결부를 통해 출력 샤프트(20)와 일체로 회전하도록 고정 연결된 외부 플레이트 캐리어(48), 및 제1 전기 기계(4)의 회전자 캐리어(16)와 일체형으로 형성된 내부 플레이트 캐리어(49)를 구비한다.
1: 파워 트레인
2: 변속기 입력 샤프트
3: 제1 부분 파워 트레인
4: 제1 전기 기계
5: 내연 기관
6: 제2 부분 파워 트레인
7: 제2 전기 기계
8: 분리 클러치
9: 제1 변속 단
10: 치형부
11: 구동 플랜지
12: 치형부
13: 구동/출력 샤프트
14: 회전자
15: 고정자
16: 회전자 캐리어
17: 회전자
18: 고정자
19: 회전자 캐리어
20: 구동/출력 샤프트
21: 카운터 샤프트
22: 제2 변속 단
23: 치형부
24: 치형부
25: 차동 장치
26: 제3 변속 단
27: 치형부
28: 치형부
29: 주차 잠금 장치
30: 형상 결합 방식의 연결부
31: 통합된 치형부
32: 제1 베어링
33: 제2 베어링
34: 제1 베어링
35: 제2 베어링
36: 베어링
37: 댐퍼
38: 슬립 클러치
39: 베어링
40: 베어링
41: 제2 베어링
42: 제2 베어링
43: 중앙 릴리스 시스템
44: 슬라이딩 슬리브
45: 전기 모터
46: 크랭크 샤프트 플랜지
47: 변속기 하우징
48: 외부 디스크 캐리어
49: 내부 디스크 캐리어

Claims (10)

  1. 토크 전달을 위해 제1 부분 파워 트레인(3)을 통해서는 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)과 상호 작용 연결되고, 토크 전달을 위해 제2 부분 파워 트레인(6)을 통해서는 제2 전기 기계(7)와 상호 작용 연결되는 변속기 입력 샤프트(2)를 갖는, 하이브리드 자동차용 파워 트레인(1)에 있어서,
    제2 전기 기계(7)는 변속기 입력 샤프트(2)와 토크 전달 방식으로 영구적으로 연결되어 있고, 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)은 토크 전달을 위해 변속기 입력 샤프트(2)와 결합 가능하게 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 자동차용 파워 트레인(1).
  2. 제1항에 있어서, 제1 전기 기계(4)와 제2 전기 기계(7)는 서로에 대해 동축으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전환 가능한 클러치(8)가, 제2 전기 기계(7)를 갖는 제2 부분 파워 트레인(6)과 제1 전기 기계(4) 및 내연 기관(5)을 갖는 제1 부분 파워 트레인(3) 사이에 배열되어 있으며, 클러치(8)가 닫힌 경우에 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(7)는 동일한 회전 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단 하나의 클러치(8)가 파워 트레인(1) 내에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4)는 토크 전달 방식으로 내연 기관(5)과 영구적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관(5)과 제1 전기 기계(4) 그리고 제2 전기 기계(7) 사이에 단 하나의 변속 단(9)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13)가 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20) 내부에 반경 방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  8. 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(7)는 변속 단(9)의 일 측에 축 방향으로 배열되어 있고, 내연 기관(5)은 변속 단(9)의 다른 측에 축 방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  9. 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4)는 일 측에서는 변속기 하우징(47) 내에 장착되어 있고, 다른 측에서는 제2 전기 기계(7)의 출력 샤프트(20) 상에 장착되어 있거나; 제2 전기 기계(7)는 일 측에서는 변속기 하우징(47) 내에 장착되어 있고, 다른 측에서는 제1 전기 기계(4)의 출력 샤프트(13) 상에 장착되어 있는; 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 파워 트레인(1)은, 클러치(8)가 개방되어 있고, 다만 제2 전기 기계(7)만 변속기 입력 샤프트(2)를 위한 구동 기계로서 작용하는, 순수 전기식 구동을 위한 제1 작동 모드에서의 작동; 및/또는 클러치(8)가 개방되어 있고, 제2 전기 기계(7)가 변속기 입력 샤프트(2)를 위한 구동 기계로서 작용하며, 내연 기관(5)이 전기 에너지를 생성하기 위한 제1 전기 기계(4)를 위한 구동 기계로서 작용하는, 직렬 하이브리드 구동을 위한 제2 작동 모드에서의 작동; 및/또는 내연 기관 및 추가로 제1 전기 기계(4) 및/또는 제2 전기 기계(7)가 변속기 입력 샤프트(2)를 위한 구동 기계로서 작용하는, 병렬 하이브리드 구동을 위한 제3 작동 모드에서의 작동;이 가능하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 파워 트레인(1).
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