KR20200088796A - 가변 출력 변속비를 갖는 하이브리드 자동차용 구동 유닛 - Google Patents

가변 출력 변속비를 갖는 하이브리드 자동차용 구동 유닛 Download PDF

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KR20200088796A
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drive
intermediate gear
shaft
clutch
unit
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KR1020207002856A
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안드레아스 트링켄슈
슈테판 레만
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 내연 기관(3), 제1 전기 기계(4), 제1 전기 기계(4)의 회전자(5)의 회전축(6)에 동축으로 배치된 회전자(8)를 구비한 제2 전기 기계(7), 내연 기관(3)의 출력 샤프트(10)와 일체로 회전하도록 결합되었거나 결합될 수 있는 구동 부품(11)과 제1 전기 기계(4) 및/또는 제2 전기 기계(7)의 구동 샤프트(12, 13) 사이에 배치된 제1 변속단(9), 그리고 개별 전기 기계(4, 7)의 구동 샤프트(12, 13)를 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합되어 있게 또는 결합될 수 있게 하는 변속기 구성 유닛(14)을 포함하는, 하이브리드 자동차의 구동 트레인(2)용 구동 유닛(1)에 관한 것으로, 이 경우 내연 기관(3)의 구동 부품(11)은 제2 변속단(16)을 통해 중간 기어 유닛(17)과 결합되며, 중간 기어 유닛(17)은 통합 클러치(18)를 구비하고, 이 클러치(18)의 위치에 따라 내연 기관(3)이 적어도 제2 변속단(16)을 통해 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합되거나 휠 구동 샤프트(15a, 15b)로부터 분리되도록, 상기 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 연결되어 있다.

Description

가변 출력 변속비를 갖는 하이브리드 자동차용 구동 유닛
본 발명은, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 같은 내연 기관, 제1 전기 기계, 자체 회전자와 관련하여 상기 제1 전기 기계의 회전자의 회전축에 대해 동축으로 배치된 제2 전기 기계, 내연 기관의 출력 샤프트와 일체로 회전하도록 고정 결합되었거나 결합될 수 있는 구동 부품과 제1 전기 기계 및/또는 제2 전기 기계의 구동 샤프트 사이에 배치된 제1 변속단, 그리고 개별 전기 기계의 구동 샤프트를 휠 구동부와 결합시키거나 결합시킬 수 있는 변속기 구성 유닛을 포함하는, 하이브리드 승용차, 트럭, 버스 또는 여타의 유틸리티 차량과 같은 하이브리드 자동차의 구동 트레인용 구동 유닛에 관한 것이다.
본 출원인에게는, 하이브리드 자동차용 구동 트레인이 개시되어 있는, 2017년 11월 23일에 제출된 문서 번호 10 2017 127 695.5호의 미공개 독일 특허 출원이 있다. 상기 구동 트레인도 마찬가지로 서로 작용 관계를 맺을 수 있는 2개의 전기 기계 및 하나의 내연 기관을 구비한다.
또 다른 동류의 종래 기술이 DE 10 2015 222 690 A1호, DE 10 2015 222 691 A1호, DE 10 2015 222 692 A1호, DE 10 2015 222 694 A1호, WO 2017/084 887 A1호, WO 2017 084888 A1호 및 WO 2017/084 889 A1호로부터 공지되어 있다.
하지만 상기 종래 기술로부터는, 이 종래 기술에 공지된 실시예들이 내연 기관과 휠 구동 샤프트 사이에서 복수의 상이한 전체 변속비가 실현됨으로써 상대적으로 큰 구조로 복잡하게 형성되거나, 콤팩트한 실시예의 경우에는 제한된 설치 공간으로 인해 내연 기관과 휠 구동 샤프트 사이에서 복수의 전체 변속비의 구현이 불가능하다는 단점이 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 과제는, 종래 기술로부터 공지된 단점을 제거하고, 특히 가급적 콤팩트하게 구성되며, 내연 기관과 휠 구동 샤프트 사이의 토크 전달 경로를 따라 가급적 가변적으로 조정 가능한 전체 변속비(구동 변속비)를 가능하게 하는 하이브리드 자동차용 구동 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 내연 기관의 구동 부품이 제2 변속단을 통해 중간 기어 유닛과 결합되어 있음으로써 해결되며, 이 경우 중간 기어 유닛은 (제1) 통합 클러치를 구비하고, 나아가 휠 구동부와 연결되어 있음으로써, 상기 (제1) 클러치의 위치에 따라 내연 기관이 적어도 제2 변속단을 통해 휠 구동 샤프트와 결합되거나 휠 구동 샤프트로부터 분리된다.
구동 유닛의 상기와 같은 본 발명에 따른 설계를 통해, 내연 기관과 휠 구동부 사이의 연결을 위한 변속비가 가급적 가변적으로 선택될 수 있다. 토크 전달이, 내연 기관으로부터 제1 변속단을 거쳐 개별 구동 샤프트로, 그리고 그곳으로부터 변속기 구성 유닛을 거쳐 휠 구동 샤프트로 이루어지거나, 제2 변속단을 거쳐 바로 중간 기어 유닛을 통해 휠 구동 샤프트로 이루어진다. 또한, 구동 샤프트들을 포함한 전기 기계의 설계를 통해, 구동 유닛의 특히 콤팩트한 구조 및 설계가 구현되었다.
또 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들로써 청구되고, 이하에 더욱 상세하게 설명된다.
종속항에 따르면, 중간 기어 유닛이, 제2 변속단을 통해 내연 기관의 구동 부품과 일체로 회전하도록 고정 연결/결합된 제1 중간 기어 샤프트, 그리고 (제1) 클러치를 통해 제1 중간 기어 샤프트와 작용 연결된/결합될 수 있는 제2 중간 기어 샤프트를 구비하는 것도 바람직하다. 이를 통해, 중간 기어 유닛의 구조가 특히 단순하게 유지된다.
이러한 문맥에서, 제1 중간 기어 샤프트와 제2 중간 기어 샤프트가 서로 동축으로 배치되는 것도 바람직하다. 이는 2개의 중간 기어 샤프트 서로에 대한 특히 콤팩트한 배치를 허용한다.
전기 기계의 제1 구동 샤프트가 또 다른 (제2) 클러치를 통해 제2 전기 기계의 제2 구동 샤프트와 작용 연결되면/결합될 수 있으면, 구동 샤프트와 더 연결된 변속기 구성 유닛의 구성이 가급적 단순하게 유지된다. 그 이유는, 이 경우 구동 샤프트가 바람직하게 내연 기관의 측에 공통의 입력을 구비하고, 변속기 구성 유닛의 측에 공통의 출력을 구비하기 때문이다.
또한, 제1 구동 샤프트가 직접 제1 변속단을 통해 내연 기관의 구동 부품과 일체로 회전하도록 고정 연결/결합되어 있는 것도 바람직하다. 내연 기관의 구동 부품은 특히 바람직하게 구동 플랜지이다. 이로 인해 구동 유닛의 구조도 단순하게 유지된다.
이와 관련하여, 제2 구동 샤프트가 제3 변속단(변속기 구성 유닛)을 통해 휠 구동 샤프트와 계속 회전 방식으로 결합되는 것도 바람직하다.
제2 구동 샤프트가 제3 변속단에 의해 (간접적으로) 또 다른 제3 중간 기어 샤프트와 회전 방식으로 연결/결합되면, 변속기 구성 유닛의 기능성이 확장된다.
따라서, 이와 관련해서는, 활성화 상태에서 제3 중간 기어 샤프트의 회전을 차단하는 파킹록 장치가 제3 중간 기어 샤프트 상에 제공되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 제3 중간 기어 샤프트가 (바람직하게는 또 다른 제4 변속단을 통해) 휠 구동부의 차동 장치와 회전 결합되어 있는 경우도 바람직하다. 이 경우, 휠 구동부는 전형적인 방식으로 차동 장치 외에, 자동차의 구동 휠과 일체로 회전하도록 고정 연결된 휠 구동 샤프트를 구비한다.
이와 관련해서는 마찬가지로, 제2 중간 기어 샤프트가 [바람직하게는 또 다른 (제5) 변속단을 통해] 차동 장치와 회전 방식으로 연결/결합되어 있는 것도 바람직하다. 이로 인해 구조가 마찬가지로 특히 단순하게 유지된다.
또한, 제1 클러치 및/또는 제2 클러치가 각각 마찰 클러치(들), 특히 바람직하게는 다판 클러치(들)로 형성됨으로써, 오버랩 시프팅(overlap shifting)이 가능해지는 것도 바람직하다. 또 다른 실시예들에서는, 제1 클러치 및/또는 제2 클러치가 클로 클러치(들)로서 또는 자기 클러치(들)로서 또는 자기 유동 클러치(들)로서도 구현된다.
또한, 출력 샤프트가 바람직하게 단일 또는 이중 질량 플라이 휠과 같은 비틀림 진동 댐퍼로서 형성된 댐핑 유닛을 통해 그리고/또는 바람직하게 슬립 클러치 형태의 또 다른 (제3) 클러치를 통해 구동 부품과 결합되는 것도 바람직하다. 이로써 구동 부품도 출력 샤프트로부터 분리될 수 있다. 따라서, 작동 중에는 적어도 제1 구동 샤프트도 2개의 전체 변속비를 통해 휠 구동 샤프트와 (차동 장치를 통해) 연결될 수 있다.
달리 표현하면, 이로써 본 발명에 따라 2개의 가변 출력 변속비를 갖는 하이브리드 차량용 구동 유닛이 실현된다. 본 발명에 따르면, 하이브리드 차량용 구동 유닛은 하나의 내연 기관, 서로 동축으로 배치된 2개의 전기 기계, 내연 기관과 2개의 전기 기계 사이에 또는 전기 기계의 입력 샤프트와 출력 샤프트(구동 샤프트) 사이에 상응하게 배치된 제1 변속단, 그리고 통합 분리 클러치(제1 클러치)를 구비한 카운터 샤프트(제1 중간 기어 샤프트)와 내연 기관 사이에 배치된 제2 변속단을 포함한다.
본 발명은, 이제 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 바람직한 일 실시예에 따른 본원 구동 유닛의 간소화된 단면도이다.
도 2는 도 1과 유사한 구동 유닛의 간소화된 단면도로서, 여기에는 제1 전체 변속비의 구현 하에서의 내연 기관과 차동 장치 사이의 토크 전달 경로가 추가로 도시되어 있다.
도 3은 도 1과 유사한 구동 유닛의 간소화된 단면도로서, 여기서는 이제 제2 전체 변속비의 구현 하에, 2개의 전기 기계의 구동 샤프트 및 변속기 구성 유닛을 통해 내연 기관과 차동 장치 사이의 또 다른 토크 전달 경로가 도시되어 있다.
도면은 개략화된 것일 뿐이며, 오로지 본 발명의 이해를 위해서만 이용된다. 동일한 요소들에는 동일한 참조 부호들이 부여되어 있다.
도 1에는, 본 발명에 따른 구동 유닛(1)이 그 기본 구조와 관련하여 도시되어 있다. 구동 유닛(1)은 하이브리드 구동 유닛(1)으로서 구현되어 있고, (하이브리드) 자동차의 구동 트레인(2)의 부분이다.
구동 유닛(1)은, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 형태의 내연 기관(3) 및 2개의 전기 기계(4 및 7)를 구비한다. 내연 기관(3)은 크랭크 샤프트로서 형성된 출력 샤프트(10)를 가지며, 이 출력 샤프트는 이하에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이 추가로 구동 부품(11)과 결합된다. 전기 기계(4, 7)는 각각 3상 모터로서 구현되고, 하우징에 고정 배치된 고정자(28, 29) 그리고 상기 고정자(28, 29)에 대해 상대 회전이 가능한 회전자(5, 8)를 각각 하나씩 구비한다. 선택적으로, 제1 전기 기계(4) 및 제2 전기 기계(7)는 오일 또는 물과 같은 유체에 의해 냉각된다.
제1 전기 기계(4)는, 예를 들어 변속기 하우징 내에 고정되어 수용된 고정자(28) 및 이 고정자(28)에 대해 상대 회전이 가능하게 장착된 회전자(5)를 구비한다. 회전자(5)는, 제1 전기 기계(4)에 할당될 수 있는 (제1) 구동 샤프트(12)와 일체로 회전하도록 고정 연결된다. 제1 구동 샤프트(12)는 회전축(6)에 대해 상대 회전이 가능하게 장착된다. 제1 구동 샤프트(12)는 제2 구동 샤프트(13)에 대해 동축으로 배치되며, 제2 구동 샤프트(13)는 다시 제2 전기 기계(7)의 부품으로서 간주될 수 있다. 제1 구동 샤프트(12)는 중실 샤프트로서 구현된다. 제2 구동 샤프트(13)는 제1 구동 샤프트(12)의 반경방향 외측에 배치된 중공 샤프트로서 형성된다. 제2 전기 기계(7)의 회전자(8)는 제2 구동 샤프트(13)와 일체로 회전하도록 고정 연결된다. 또한, 제2 전기 기계(7)도 마찬가지로 예를 들어 변속기 하우징 내에 고정 수용된 고정자(29)를 구비하고, 이 고정자에 대해 회전자(8)가 상대 회전이 가능하게 장착된다.
2개의 제1 및 제2 구동 샤프트(12 및 13)는, 본 실시예에서 롤링 베어링의 형태로 형성된 2개의 (제1) 베어링(30)에 의해 서로 상대 회전이 가능하게 장착된다. 또한, 2개의 제1 및 제2 구동 샤프트(12 및 13)는, 본 실시예에서 롤링 베어링의 형태로 형성된 복수의 (제2) 베어링(31)에 의해 하우징에 고정된 영역에 대해 상대 회전이 가능하게 장착된다. 2개의 (제2) 베어링(31)은 제1 구동 샤프트(12) 상에 직접 배치되고, 또 다른 (제2) 베어링(31)은 제2 구동 샤프트(13) 상에 직접 배치된다.
그 밖에도, 출력 샤프트(10)는 이중 질량 플라이 휠 형태의 댐핑 유닛(27)에 의해, 내연 기관(3)에 할당된 구동 부품(11)과 일체로 회전하도록 영구적으로 고정 연결되는 점을 알 수 있다. 상기 댐핑 유닛(27)의 대안으로 또는 그에 추가로, 또 다른 실시예들에서 (제3) 클러치가 상기 위치에서 사용된다. 결과적으로, 제3 클러치의 폐쇄 위치에서는 출력 샤프트(10)가 구동 부품(11)과 일체로 회전하도록 고정 연결되며, 제3 클러치의 개방 위치에서는 구동 부품(11)과 출력 샤프트(10)가 상응하게 자유롭게 서로 상대 회전이 가능하도록/서로 회전할 수 있게 분리된다. 구동 부품(11)은 구동 플랜지로서 형성된다. 구동 부품(11)은 다시, 본 실시예에서 롤링 베어링의 형태로 형성된 (제3) 베어링(32)에 의해 하우징 측에 장착된다. 제3 베어링(32)은 복렬 베어링(32)으로서 형성된다.
구동 부품(11)은 제1 맞물림 영역(33)을 구비하며, 이 맞물림 영역은 제1 구동 샤프트(12)에 부착된 치형부(34)와 치합되어 있다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 치형부(34)는, 회전축(6)을 따라 제1 구동 샤프트(12)의 회전자 연결 영역(35)에 대해 간격을 두고 배치된 제1 구동 샤프트(12)의 (단부) 영역에 배치되어 있다. 회전자 연결 영역(35)에서는 제1 구동 샤프트(12)가 회전자(5)와 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있다. 제1 구동 샤프트(12)는 축방향으로/회전축(6)을 따라 회전자 연결 영역(35)과 치형부(34) 수용 영역 사이에서 제2 구동 샤프트(13)를 관통하여 연장된다. 그렇기 때문에 치형부(34)는, 제2 구동 샤프트(13)로부터 돌출되어 있는 제1 구동 샤프트(12)의 영역에 배치되어 있다. 결과적으로 구동 부품(11)은, 치형부(34)와 제1 맞물림 영역(33)의 연결에 의해 형성된 제1 변속단(9)을 통해 제1 구동축(12)과 일체로 회전하도록 고정 연결된다.
또한, 구동 부품(11)에는 제2 맞물림 영역(37)이 제공된다. 상기 제2 맞물림 영역(37)은, (제1) 중간 기어 샤프트(19)의 치형부(38)와 치합되어 있다. 중간 기어 유닛(17)은, 상기 중간 기어 유닛(17)의 제1 중간 기어 샤프트(19)와 제2 중간 기어 샤프트(20) 사이에서 결합 가능한/분리 가능한 연결 부재로서 이용되는 (제1) 통합 클러치(18)를 구비한다. 제1 클러치(18)는 마찰 클러치로서 구현되어 있다. 제1 클러치(18)의 폐쇄 위치에서는, 제1 중간 기어 샤프트(19)가 제2 중간 기어 샤프트(20)와 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있다. 제1 클러치(18)의 개방 위치에서는, 2개의 중간 기어 샤프트(19 및 20)가 자유롭게 서로 상대 회전이 가능하도록/상호 회전식으로 분리되어 있다. 제1 중간 기어 샤프트(19)는 자신의 (제2) 회전축(42)과 관련하여 제2 중간 기어 샤프트(20)에 대해 동축으로 배치되어 있다. 제2 중간 기어 샤프트(20)는 중공 샤프트로서 구현되어 있고, 제1 중간 기어 샤프트(19)의 반경방향 외측에 배치되어 있다.
제1 중간 기어 샤프트(19)는, 2개의 또 다른 (제4) 베어링(39)에 의해 하우징에 고정된 영역에 대해 상대 회전이 가능하게 배치되어 있다. 제2 중간 기어 샤프트(20)는, 또 다른 (제5) 베어링(40)에 의해 제1 중간 기어 샤프트(19)에 대해 상대 회전이 가능하게 장착되어 있다. 중간 기어 유닛(17)의 이와 같은 형성으로 인해, 구동 부품(11)은 작동 중에, 치형부(38)와 제2 맞물림 영역(37) 간의 연결에 의해 형성된 제2 변속단(16)을 통해 제1 중간 기어 샤프트(19)[중간 기어 유닛(17)의 입력부]와 일체로 회전하도록 영구적으로 고정 연결되어 있다.
제1 구동 샤프트(12)와 제2 구동 샤프트(13) 사이에서는 또한 (제2) 클러치(21)가 작용한다. 제2 클러치(21)도 마찬가지로 마찰 클러치로서 구현되어 있다. 제2 클러치(21)의 제1 클러치 부품(43)은 제1 구동 샤프트(12)와 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있다. 제1 클러치 부품(43)은, 제1 구동 샤프트(12) 상의 회전자 연결 영역(35)과 동일한 측에서 제2 구동 샤프트(13)에 대해 상대적으로 배치되어 있다. 제2 클러치(21)의 제2 클러치 부품(44)은 제2 구동 샤프트(13)와 일체로 회전하도록 고정 연결되어 있다. 제2 클러치(21)의 상기 두 클러치 부품(43, 44)은 전형적인 방식으로 제2 클러치(21)의 폐쇄 위치에서는 일체로 회전하도록 서로 고정 연결/결합되어 있고, 제2 클러치(21)의 개방 위치에서는 서로에 대해 자유롭게 상대 회전이 가능하도록 배치되어 있고/회전식으로 분리되어 있다.
제2 클러치(21)의 제2 클러치 부품(44)은, 제2 구동 샤프트(13)의 제1 단부 영역에 배치되어 있으며, 상기 제1 단부 영역은 제1 전기 기계(4)의 회전자(5) 쪽을 향해 있다. 상기 제1 단부 영역과 축방향으로 반대편에 놓인 제2 구동 샤프트(13)의 제2 단부 영역에는 치형부(45)가 부착되어 있다. 상기 치형부(45)에 의해 제2 구동 샤프트(13)가 변속기 구성 유닛(14)과 작용 연결되어 있다. 변속기 구성 유닛(14)도 마찬가지로 중간 기어 유닛으로서 구현되어 있고, 주변을 둘러싸는 변속기 유닛과 함께 중간 기어 유닛(17)의 부분 유닛을 형성한다. 그렇기 때문에, 반대로 중간 기어 유닛(17)도 변속기 구성 유닛으로서 간주될 수 있다.
변속기 구성 유닛(14)은 (제3) 중간 기어 샤프트(23)를 구비한다. 제3 중간 기어 샤프트(23)는, 치형부(45)와 맞물리는 제1 맞물림 영역(46)을 구비한다. 이로 인해, 제2 구동 샤프트(13)는 치형부(45) 및 제1 맞물림 영역(46)에 의해 형성된 (제3) 변속단(22)을 통해 변속기 구성 유닛(14)/제3 중간 기어 샤프트(23)와 연결된다.
제1 맞물림 영역(46) 외에, 제3 중간 기어 샤프트(23)는, 상기 제1 맞물림 영역(46)에 대해 축방향으로 이격 배치된 제2 맞물림 영역(47)을 구비한다. 상기 제2 맞물림 영역(47)은 휠 구동부(36)의 차동 장치(24)와 작용 연결되어 있다. 제2 맞물림 영역(47)은 차동 장치(24)의 치형부(48)와 치합된다. 치형부(48)는 예를 들어 차동 장치(24)의 외부 맞물림 구동 휠에 의해 형성된다. 제2 맞물림 영역(47)과 치형부(48) 사이의 연결은 (제4) 변속단(25)을 형성한다. 따라서, 제2 구동 샤프트(13)는 작동 중에, 제4 변속단(25)과 제3 변속단(22)의 조합에 의해 차동 장치(24)와 회전식으로 연결되어 있다. 제3 중간 기어 샤프트(23)는 또한 2개의 (제6) 베어링(41)에 의해 하우징에 고정된 영역에 대해 상대 회전이 가능하게 배치된다.
차동 장치(24) 외에, 휠 구동부(36)는 전형적인 방식으로 자동차의 구동 휠과 각각 회전 연결된 2개의 휠 구동 샤프트(15a, 15b)를 구비한다. 차동 장치(24)는 각각 하나의 출력(49a, 49b)에 의해, 작동 중에 휠 구동 샤프트(15a, 15b) 중 하나와 연결되어 있다.
또한, 제2 중간 기어 샤프트(20)는 치형부(50)를 구비한다. 상기 치형부(50)는, 편의상 도 1에 도시되지는 않았으나, 차동 장치(24)의 치형부(48)와 치합된다. 치형부(48)와 치형부(50) 사이의 연결은 (제5) 변속단(26)을 형성한다.
이로 인해, 본 발명에 따라, 구동 부품(11)은 제2 변속단(16)을 통해 중간 기어 유닛(17)과 결합되어 있으며, 이 경우 중간 기어 유닛(17)은 제1 통합 클러치(18)를 구비하고, 이로써 차동 장치(24)를 통해 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 계속 결합될 수 있다. 제1 클러치(18)의 위치에 따라, 내연 기관(3)은, 제1 작동 모드에서 제2 변속단(16) 및 제5 변속단(26)을 통해 휠 구동부(36)/차동 장치(24)와 결합되어 있거나[제1 클러치(18)의 폐쇄 위치], 제2 작동 모드에서 휠 구동부(36)/차동 장치(24)로부터 회전식으로 분리되어 있다[제1 클러치(18)의 개방 위치].
도 2 및 도 3과 관련해서는 2개의 작동 모드가 구현되며, 이 경우 내연 기관(3)과 차동 장치(24) 사이에서 각각 실현된 토크 전달 경로(52, 53)가 도시되어 있다.
도 2에서는, 제2 클러치(21)가 개방되어 있고, 제1 클러치(18)는 폐쇄되어 있다. 그 결과, 토크 전달[제1 토크 전달 경로(52)]은 구동 부품(11)으로부터 제2 변속단(16)을 거쳐 제1 중간 기어 샤프트(19)로, 그리고 제1 클러치(18), 제2 중간 기어 샤프트(20) 및 제5 변속단(25)을 거쳐 차동 장치(24)로, 그리고 그곳으로부터 개별 휠 구동 샤프트(15a, 15b)로 이루어진다. 이로 인해, 출력 샤프트(10)/구동 부품(11)은 [변속단(16 및 25) 및 차동 장치(24)의 변속비에 의해 형성되는] 제1 전체 변속비를 통해 개별 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합/연결되어 있다.
도 3에서는, 제1 클러치(18)가 개방되어 있고, 제2 클러치(21)는 폐쇄되어 있다. 그 결과, 토크 전달[제2 토크 전달 경로(53)]은 구동 부품(11)으로부터 제1 변속단(9), 제1 구동 샤프트(12), 제2 클러치(21), 제2 구동 샤프트(13), 제3 변속단(22), 제4 변속단(25), 및 차동 장치(24)를 거쳐 휠 구동 샤프트(15a, 15b) 쪽으로 이루어진다. 이로 인해, 출력 샤프트(10)/구동 부품(11)은 [변속단(9, 22 및 25) 및 차동 장치(24)의 변속비에 의해 형성된] 제2 전체 변속비를 통해 개별 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합/연결되어 있다.
도 1로 돌아가서 더 알 수 있는 사실은, 파킹록 장치(51)(간단히 파킹록이라고도 지칭됨)가 제3 중간 기어 샤프트(23)와 작용 연결되어 있으며, 이 파킹록 장치가 자신의 활성 상태에서는 제3 중간 기어 샤프트(23)의 회전을 차단하고, 비활성 상태에서는 제3 중간 기어 샤프트(23)의 회전을 가능하게/허용되게 한다는 것이다. 파킹록 장치(51)는 전기적으로 작동되고/자신의 상태들 간에 전환될 수 있다.
또한, 원칙적으로, 제1 및 제2 클러치(18, 21)가 각각 다판 클러치로서 형성된다는 점도 주지해야 한다. 또 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 클러치(18, 21)는 상호 독립적으로 각각 클로 클러치(claw clutch)로서 또는 자기 클러치로서 또는 자기 유동 클러치로서 형성된다.
달리 표현하면, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 구동 유닛(1)은 하나의 내연 기관(3), 서로 동축으로 배치된 2개의 전기 기계[EM1; 제1 전기 기계(4) 및 EM2; 제2 전기 기계(7)], 내연 기관(3)과 상기 두 전기 기계(4, 7) 사이 또는 이들의 입력 샤프트 및 출력 샤프트[제1 구동 샤프트(12) 및 제2 구동 샤프트(13)] 사이의 변속단[제1 변속단(9)], 및 통합 분리 클러치[제1 클러치(18)]를 갖는 제1 중간 기어 샤프트(19)와 내연 기관(3) 사이의 변속단[제2 변속단(16)]을 구비한다. 즉, 2개의 분리 요소(KO 및 K1)[제1 클러치(18) 및 제2 클러치(21)]가 제공된다. 분리 클러치(18, 21)는 각각 다판 클러치로서 또는 클로 클러치로서 또는 자기 클러치 또는 자기 유동 클러치로서 구현된다. 전기적으로 작동되는 파킹록 장치(51)도 존재한다. 선택적으로, 제1 전기 기계(4) 및/또는 제2 전기 기계(7)가 오일 또는 물과 같은 유체에 의해 냉각된다. 또한, 구동 유닛(1) 내에 파워 전자 장치도 통합되어 있다.
따라서, 통합 분리 클러치(18)를 갖는 추가의 중간 기어 샤프트(9)는 내연 기관(3)과 출력부(36) 또는 차량 휠들 사이에서 또 다른 변속 가능성을 가능하게 한다. 제1 중간 기어 샤프트(9)는, 변속단(16)에 의해 내연 기관(3)에 연결되어 있고, 또 다른 변속단[제5 변속단(26)]에 의해 차동 기어(48)에 연결되어 있다. 하이브리드 차량의 주행 전략에 따라, 상기 구동 유닛(1)에 의해 상호 독립적인 2개의 상이한 변속단(전체 변속비)이 조정될 수 있다. 제1 변속단(제2 전체 변속비)에서는, 내연 기관(3)으로부터 휠로의 토크 흐름이 (제3) 중간 기어 샤프트(23)에 의해 이루어진다. 이때, 제1 중간 기어 샤프트(19) 상의 분리 클러치(K0 18)는 개방되어 있다. 분리 클러치(K1 21)는 결합/폐쇄되어 있고, 내연 기관(3)의 초기 토크를 계속해서 차동 장치(24) 또는 차량 휠들로 전달한다. 내연 기관(3)을 구동부로서 사용하는 차량 고속 상태에서는, 분리 클러치(K1 21)가 개방되어 있고, 제1 중간 기어 샤프트(19) 상의 통합 분리 클러치(K0 18)는 폐쇄되어 있다. 제1 중간 기어 샤프트(19) 및 차동 장치(24)에 의해 차량 휠들로 내연 기관(3)의 토크 흐름이 이루어진다. 상기 기어 변속비(제1 전체 변속비)에서는, 구동 기계(EM2 7)가 활성 및/또는 비활성일 수 있다(도 3). 연료 소비 및 CO2 배출에 있어서, 내연 기관(3)과 차량 출력부(36) 사이의 짧은 변속단이 특히 바람직하다. 2개의 변속단(제1 및 제2 전체 변속비) 사이에서 오버랩 시프팅이 이루어지는 경우에는, 2개의 클러치(18, 21)가 모두 마찰 결합식 클러치(마찰 클러치)로서 구현되는 것이 특히 바람직하다.
도 1에서, 참조 부호 (9)는 내연 기관(3) 또는 구동 플랜지(11)와, 2개의 전기 기계(EM1 4 및 EM2 7) 또는 상기 두 전기 기계(EM1 4 및 EM2 7)의 입력 샤프트 및 출력 샤프트(12 및 13) 사이의 제1 변속단을 나타내고; 참조 부호 (21)은 분리 클러치(K1)를 나타내며; 참조 부호 (22)는 2개의 전기 기계(EM1 4 및 EM2 7)의 입력 샤프트 및 출력 샤프트(12 및 13)와 (제3) 중간 기어 샤프트(23) 사이의 (제3) 변속단을 나타내고; 참조 부호 (23)은 제3 중간 기어 샤프트를 나타내며; 참조 부호 (25)는 제3 중간 기어 샤프트(23)와 차동 장치(24) 사이의 (제4) 변속단을 나타내며; 참조 부호 (24)는 차동 장치를 나타내고; 참조 부호 (51)은 파킹록 장치를 나타내며; 참조 부호 (11)은 구동 플랜지를 나타내고; 참조 부호 (12)는 제1 전기 기계(EM1 4)의 입력 샤프트 및 출력 샤프트를 나타내며; 참조 부호 (13)은 제2 전기 기계(EM2 7)의 입력 샤프트 및 출력 샤프트를 나타내고; 참조 부호 (27)은 선택적으로 통합 슬립 클러치를 구비하는 댐퍼(댐핑 유닛)를 나타내며; 참조 부호 (16)은 제1 중간 기어 샤프트(19)와 구동 플랜지(11) 사이의 (제2) 변속단을 나타내고; 참조 부호 (26)은 제2 중간 기어 샤프트(19)와 차동 장치(24) 사이의 (제5) 변속단을 나타내며; 참조 부호 (19)는 제1 중간 기어 샤프트를 나타내고; 참조 부호 (18)은 분리 클러치(KO)(제1 클러치)를 나타낸다.
따라서, 하이브리드 차량용 구동 유닛(1)은, 휠들에 대한 내연 기관(3)의 2개의 상이한 출력 변속비(전체 변속비)를 가능하게 한다. 통합 분리 클러치(18)와 추가 중간 기어 샤프트(19)가 구동 유닛(1) 내에 통합됨으로써, 휠들에 대한 내연 기관(3)의 제2 변속단(제1 전체 변속비)이 가능하다. 휠에 대한 내연 기관의 상이하게 전환 가능한 2가지 변속비는, 주행 모드에 따라 CO2 소비에 바람직하다.
1: 구동 유닛
2: 구동 트레인
3: 내연 기관
4: 제1 전기 기계
5: 제1 전기 기계의 회전자
6: 회전축
7: 제2 전기 기계
8: 제2 전기 기계의 회전자
9: 제1 변속단
10: 출력 샤프트
11: 구동 부품
12: 제1 구동 샤프트
13: 제2 구동 샤프트
14: 변속기 구성 유닛
15a: 제1 휠 구동 샤프트
15b: 제2 휠 구동 샤프트
16: 제2 변속단
17: 중간 기어 유닛
18: 제1 클러치
19: 제1 중간 기어 샤프트
20: 제2 중간 기어 샤프트
21: 제2 클러치
22: 제3 변속단
23: 제3 중간 기어 샤프트
24: 차동 장치
25: 제4 변속단
26: 제5 변속단
27: 댐핑 유닛
28: 제1 전기 기계의 고정자
29: 제2 전기 기계의 고정자
30: 제1 베어링
31: 제2 베어링
32: 제3 베어링
33: 구동 부품의 제1 맞물림 영역
34: 제1 구동 샤프트의 치형부
35: 회전자 연결 영역
36: 휠 구동부
37: 구동 부품의 제2 맞물림 영역
38: 제1 중간 기어 샤프트의 치형부
39: 제4 베어링
40: 제5 베어링
41: 제6 베어링
42: 제2 회전축
43: 제1 클러치 부품
44: 제3 클러치 부품
45: 제2 구동 샤프트의 치형부
46: 제3 중간 기어 샤프트의 제1 맞물림 영역
47: 제3 중간 기어 샤프트의 제2 맞물림 영역
48: 차동 장치의 치형부
49a: 제1 출력
49b: 제2 출력
50: 제2 중간 기어 샤프트의 치형부
51: 파킹록 장치
52: 제1 토크 전달 경로
53: 제2 토크 전달 경로

Claims (10)

  1. 내연 기관(3), 제1 전기 기계(4), 자체 회전자(8)와 관련하여 제1 전기 기계(4)의 회전자(5)의 회전축(6)에 대해 동축으로 배치된 제2 전기 기계(7), 내연 기관(3)의 출력 샤프트(10)와 일체로 회전하도록 결합되었거나 결합될 수 있는 구동 부품(11)과 제1 전기 기계(4) 및/또는 제2 전기 기계(7)의 구동 샤프트(12, 13) 사이에 배치된 제1 변속단(9), 그리고 개별 전기 기계(4, 7)의 구동 샤프트(12, 13)를 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합되어 있게 하거나 결합될 수 있게 하는 변속기 구성 유닛(14)을 포함하는, 하이브리드 자동차의 구동 트레인(2)용 구동 유닛(1)에 있어서,
    내연 기관(3)의 구동 부품(11)이 제2 변속단(16)을 통해 중간 기어 유닛(17)과 결합되며, 중간 기어 유닛(17)은 통합 클러치(18)를 구비하고, 이 클러치(18)의 위치에 따라 내연 기관(3)이 적어도 제2 변속단(16)을 통해 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 결합되거나 휠 구동 샤프트(15a, 15b)로부터 분리되도록, 상기 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서, 중간 기어 유닛(17)이, 제2 변속단(16)을 통해 내연 기관(3)의 구동 부품(11)과 일체로 회전하도록 고정 연결된 제1 중간 기어 샤프트(19), 그리고 제1 클러치(18)를 통해 제1 중간 기어 샤프트(19)와 작용 연결된 제2 중간 기어 샤프트(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  3. 제2항에 있어서, 제1 중간 기어 샤프트(19)와 제2 중간 기어 샤프트(20)가 서로 동축으로 배치된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전기 기계(4)의 제1 구동 샤프트(12)가 또 다른 클러치(21)를 통해 제2 전기 기계(7)의 제2 구동 샤프트(13)와 작용 연결된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 구동 샤프트(12)가 직접 제1 변속단(9)을 통해 내연 기관(3)의 구동 부품(11)과 일체로 회전하도록 고정 연결된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 구동 샤프트(13)가 제3 변속단(22)을 통해 휠 구동 샤프트(15a, 15b)와 계속 회전 방식으로 결합된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  7. 제6항에 있어서, 제2 구동 샤프트(13)가 제3 변속단(22)을 통해 또 다른 제3 중간 기어 샤프트(23)와 계속 회전 방식으로 결합된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 제3 중간 기어 샤프트(23)가 차동 장치(24)와 회전 결합된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 중간 기어 샤프트(20)가 차동 장치(24)와 회전식으로 연결된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 출력 샤프트(10)가 댐핑 유닛(27) 및/또는 슬립 클러치를 통해 구동 부품(11)과 결합된 것을 특징으로 하는, 구동 유닛(1).
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