KR20220088491A - 구동 유닛 및 구동 어셈블리 - Google Patents

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KR20220088491A
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KR
South Korea
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drive unit
shaft
electric rotating
rotating machine
drive
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KR1020227018014A
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English (en)
Inventor
슈테펜 레만
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B60K2006/266—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators with two coaxial motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은, 전기 구동식 자동차, 특히 하이브리드 자동차의 파워트레인용 구동 유닛, 및 구동 어셈블리에 관한 것이다.
구동 유닛(1)은 제1 전기 회전 기계(10) 및 제2 전기 회전 기계(20)뿐만 아니라 제1 샤프트(40) 및 제2 샤프트(41)를 포함하되, 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)는 제1 샤프트(40)에 회전식으로 고정되고 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21)는 제2 샤프트(41)에 회전식 고정된다. 구동 유닛(1)은 추가적으로 분리 클러치(50)를 갖는다. 본 발명에 따라, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20) 중 하나는, 각각의 다른 전기 회전 기계(10, 20)에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 적어도 부분적으로 반경 방향 및 축 방향으로 배열된다.
본 발명에 따른 구동 유닛 및 구동 어셈블리에 의해, 저렴하고 특히 공간을 절약하는 방식으로 최적의 작동을 보장할 수 있다.

Description

구동 유닛 및 구동 어셈블리
본 발명은, 전기 구동식 자동차, 특히 하이브리드 자동차의 파워트레인용 구동 유닛, 및 구동 어셈블리에 관한 것이다.
다양한 구동 유닛이 종래 기술로부터 공지되고, 이는 구동 어셈블리 또는 파워트레인에 포함된다.
DE 11 2015 006 071 T5는 내연 기관의 동력을 사용하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 발전기; 바퀴를 구동하기 위해 전기 에너지에 의해 구동되는 전기 모터; 발전기와 전동기를 수용하는 하우징과 상기 발전기와 전동기를 제어하기 위한 전력 제어 유닛이 있는 하이브리드 차량 구동 시스템을 포함한다. 발전기와 전동기는 하우징 내 동일한 축 상에 나란히 배열된다.
WO 2019 101 264 A1는 하이브리드 자동차용 파워트레인을 개시한다. 파워트레인은, 토크를 전달하기 위해 제1 서브 파워트레인을 통해 내연기관 및 제1 전기 기계에 작동 가능하게 연결되고 토크를 전달하기 위해 제2 서브 파워트레인을 통해 제2 전기 기계에 작동 가능하게 연결된, 변속기 입력 샤프트를 포함한다. 두 개의 전기 기계는 동축상 서로에 대해 인접하게 축 방향으로 배열된다.
US 2016/0218584 A1는 전기 기계를 제어하기 위해 사용되는 제어 유닛을 설명하고, 상기 제어 유닛은 전기 기계를 포함한 구동 유닛의 하우징 상에 장착된다. 이러한 경우, 구동 유닛은, 동축상 서로에 대해 인접하게 축 방향으로 배열된 두 개의 전기 기계를 포함한다.
하이브리드 자동차용 구동 어셈블리에 여러 개의 전기 회전 기계와 구동 유닛을 통합하면 특히 축 방향에서 엄격한 설치 공간 요구 사항을 따라야 한다.
전기 회전 기계 및 내연 기관이 전방 구동과 전기 회전 기계 및 내연 기관의 각각의 회전 축으로 사용되고 내연 기관이 자동차의 길이 방향에 대해 횡방향으로 배열되는, 자동차의 소위 전방 횡단 어셈블리에서 이러한 구동 장치를 사용하는 경우, 특히 구동 어셈블리의 짧은 축 방향 구성이 특히 유리하다.
이에 기초하여, 본 발명의 목적은, 저렴하게 특히 공간 절약적인 방식으로 최적의 작동을 보장할 수 있는, 구동 유닛과 이에 장착된 구동 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위 제1항에 따라 본 발명에 따른 구동 유닛에 의해 달성된다. 구동 유닛의 바람직한 구현예는 청구범위 제2항 내지 제8항에 기술된다.
또한, 구동 유닛을 갖는 구동 어셈블리는 제9항에 따라 제공된다. 구동 어셈블리의 바람직한 구현예가 종속항 제10항에 기술된다.
청구범위의 특징은, 본 발명의 추가 구현예를 포함하는 이하 기술 및 도면 특징으로부터 설명된 것을 포함하여, 임의의 기술적으로 유용한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "축 방향" 및 "반경 방향"이라는 용어는 항상 구동 유닛의 회전 축을 나타내며, 이는 구동 유닛에 의해 포함된 적어도 하나의 전기 회전 기계의 회전 축에 대응한다.
본 발명은 전기 구동식 자동차, 특히 하이브리드 자동차의 구동 트레인용 구동 유닛에 관한 것이다. 구동 유닛은 제1 전기 회전 기계 및 제2 전기 회전 기계, 그리고 제1 샤프트 및 제2 샤프트를 포함하되, 상기 제1 전기 회전 기계의 회전자는 제1 샤프트에 회전 고정 방식으로 연결되고 상기 제2 전기 회전 기계의 회전자는 제2 샤프트에 회전 고정 방식으로 연결된다. 또한, 구동 유닛은 별도 클러치를 갖고, 이를 이용해 제1 전기 기계의 회전자는 토크 전달을 위해 제2 샤프트에 연결 가능하거나 또는 연결된다. 본 발명에 따라, 두 개의 전기 회전 기계 중 하나는, 각각의 다른 전기 회전 기계에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 적어도 부분적으로 반경 방향 및 축 방향으로 배열된다.
일 구현예에서, 내부에 반경 방향으로 배열된 전기 회전 기계는 각각의 다른 전기 회전 기계에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 공간 내에서 전체 반경 방향 및 축 방향으로 배열되는 것이 제공될 수 있다.
분리 클러치는, 제1 전기 회전 기계에서 제2 샤프트로 이어지는 토크 전달 경로에 있거나 배열되고, 또는 이 토크 전달 경로를 개폐하도록 설정된다. 구동 유닛은 분리 클러치를 작동시키기 위한 작동 시스템을 포함할 수 있되, 작동 시스템의 해제 베어링은 1행 또는 2행으로 설계될 수 있다.
유리하게는, 전기 회전 기계의 회전자의 회전 축은 동축으로 위치한다.
두 개의 전기 회전 기계의 반경 방향 안착은 다음과 같은 이점을 갖는데, 두 전기 회전 기계의 회전자 코어와 고정자 코어의 개별 적층을 생산하는 동안, 반경 방향 내부 전기 회전 기계의 회전자, 반경 방향 내부 전기 회전 기계의 고정자 및 또한 반경 방향 외부 전기 회전 기계의 고정자 및 반경 방향 외부 전기 회전 기계의 회전자의 적층은, 모두 단일 펀칭 스트로크로 회로 기판에서 절단될 수 있다는 것이다.
제2 샤프트에 연결하기 위해, 반경 방향 외부 전기 회전 기계의 회전자는, 제2 샤프트에 연결된 회전자 캐리어에 의해 지지될 수 있으며, 특히 회전자는 형태 끼워맞춤 및/또는 강제 끼워맞춤 방식으로 회전자 캐리어에 연결되고, 회전자 캐리어는 형태 끼워맞춤 및/또는 강제 끼워맞춤 방식으로 제2 샤프트에 연결된다.
제1 샤프트 및/또는 제 2 샤프트를 회전 가능하게 장착하기 위해, 구동 유닛은 하나 이상의 부품으로 설계된 중심 베어링 또는 중심 베어링 유닛을 가질 수 있고, 이에 의해 제 1 샤프트 및/또는 제 2 샤프트는 구동 유닛의 하우징에 장착된다. 반경 방향 외부 전기 회전 기계의 회전자 캐리어는 중심 베어링에 직접 장착하거나 중심 베어링 상의 제2 샤프트에 간접적으로 장착될 수 있다. 중심 베어링은, 예를 들어 롤러, 볼 또는 각형 볼 베어링으로 설계된다.
구동 유닛은, 제2 샤프트의 위치에 대해 반경 방향 외측 전기 회전 기계의 회전자 캐리어의 위치를 고정하기 위해, 제1 또는 제2 샤프트 중 하나에 볼트 고정되는 체결 요소를 포함할 수 있다.
유리하게는, 반경 방향 내부 전기 회전 기계는 발전기로서 작동될 수 있다. 반경 방향 내부 전기 회전 기계의 회전자는 상대적으로 작고, 따라서 반경 방향 외부 회전 기계의 회전자보다 낮은 질량 관성 모멘트를 갖는다.
따라서, 반경 방향 외부 전기 회전 기계는 유리하게 구동 유닛으로 사용될 수 있는데, 이는 이 전기 회전 기계의 회전자가 비교적 크고 이에 상응하는 큰 토크를 생성할 수 있기 때문이다.
이것은, 반경 방향 내부 전기 회전 기계 및 반경 방향 외부 전기 회전 기계 모두가 구동 유닛이 장착된 자동차를 구동할 목적으로 사용될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다. 예를 들어, 반경 방향 내부 전기 회전 기계는 구동 장치의 입력 측에 토크를 전달하는 데 사용될 수 있어서, 입력 측에 연결될 수 있는 내연 기관을 시동할 수 있다. 대안적으로, 전기 회전 기계 중 하나 또는 모두는 토크를 또한 제공할 수 있고, 연결된 내연 기관과 함께 구동 유닛의 하이브리드 작동을 구현할 수 있다.
일 구현예에서, 제1 전기 회전 기계는 제2 전기 회전 기계에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 적어도 부분적으로 반경 방향 및 축 방향 배열된다.
제1 전기 회전 기계는 내부 회전자 모터로 설계되고 제2 전기 회전 기계는 외부 회전자 모터로 설계되며, 여기서 제1 전기 회전 기계의 고정자와 제2 전기 회전 기계의 고정자는 서로 기계적으로 고정된다.
따라서, 일 구현예는, 제1 전기 회전 기계의 회전자가 제2 전기 회전 기계의 고정자에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에 배열되는 것을 제공한다.
본 발명의 추가 구현예에 따라, 두 개의 전기 회전 기계의 고정자는 공통 고정자 캐리어 상에 배열된다.
고정자 캐리어는 차례로 구동 유닛의 하우징에 고정된다.
특히, 이 고정자 캐리어는, 그 반경 위치에 대해 두 개의 전기 회전 기계의 고정자 사이에 배열될 수 있고 그들에 기계적으로 연결될 수 있어서, 정자 캐리어가 두 고정자를 고정하도록 한다.
대안적인 구현예에 따라, 두 개의 전기 회전 기계의 고정자는 고정자 유닛의 통합 구성 요소이다.
이 고정자 유닛은 차례로 드라이브 유닛의 하우징에 고정될 수 있다. 따라서, 이 대안적인 구현예는 개별 고정자 사이에 여분의 고정자 캐리어를 사용하지 않지만, 오히려 두 개의 고정자로만 형성되는 소형 유닛을 포함한다.
고정자 유닛을 구동 유닛의 하우징에 고정하는 것은, 다수의 나사 연결을 사용하여 구현될 수 있다. 나사 연결의 각각의 나사는, 특히 축 방향으로 고정자 유닛을 통과하고 구동 유닛의 하우징에 나사로 고정된다.
구동 유닛의 일 구현예에서, 구동 유닛은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하고, 이들은 하우징 내부를 정의하고, 그 안에 두 개의 전기 회전 기계가 배열되고 그 안에 제1 샤프트 및 제2 샤프트가 적어도 부분적으로 배열된다.
특히, 공통의 고정자 캐리어 또는 고정자 유닛은 제1 하우징에 기계적으로 연결되며, 두 개의 전기 회전 기계의 회전자는 제2 하우징에 장착된다.
특히, 제2 샤프트는 제2 하우징 상에 장착될 수 있고, 제1 샤프트는 제1 하우징 및 제2 샤프트 상에 장착될 수 있다.
또한, 전기 회전 기계를 제어하기 위한 전력 전자부품은 제2 하우징에 의해 지지될 수 있다.
구조적으로 유리한 구현예에서, 두 개의 샤프트는 동축으로 배열된다.
이러한 목적을 위해, 특히 제2 샤프트가 중공 샤프트로 설계되고 제1 샤프트가 제2 샤프트 내의 섹션에서 작동하도록 제공된다.
추가 구현예에 따라, 구동 유닛은 제1 트랜스미션 스테이지를 갖되, 상기 제1 트랜스미션 스테이지는 구동 유닛의 연결 요소에 의해 형성되고, 내부 톱니 기어 휠, 및 제1 샤프트를 포함하고, 외부 톱니를 갖는 요소를 갖되, 내부 톱니 기어 휠의 톱니와 외부 톱니는 연결 요소로부터 제1 샤프트로 회전 운동을 전달할 목적으로 서로 맞물린다.
따라서, 본 발명에 따른 구동 유닛은 소위 하이브리드 트랜스미션으로서 설계된다. 이는 ,구동 유닛이 또한 전기 회전 기계 및 샤프트 외에 트랜스미션도 포함함을 의미한다.
특히, 외부 톱니를 갖는 요소는, 제1 샤프트 상에 회전 고정 방식으로 배열된 기어 휠일 수 있다.
추가 구현예에서, 구동 유닛은 제2 트랜스미션 스테이지를 갖고, 이는 톱니, 특히 제2 샤프트의 외부 톱니 및 제2 샤프트의 톱니와 맞물리는 제1 기어 휠에 의해 형성된다.
구동 유닛이 트랜스미션을 갖는 일 구현예에서, 제1 기어 휠은 트랜스미션의 중간 샤프트에 회전 고정 방식으로 결합될 수 있다.
이 트랜스미션은 출력 영역의 차동 트랜스미션을 포함할 수 있다. 중간 샤프트의 외부 톱니는 차동 트랜스미션의 입력 기어 휠과 맞물릴 수 있으며 그 결과 제3 트랜스미션 스테이지가 실현된다.
따라서, 제2 샤프트는 여기에서 트랜스미션 입력 샤프트로 기능하고 트랜스미션에 작동 가능하게 연결되어, 제2 샤프트에 의해 제공되는 토크 또는 제2 샤프트에 의해 실현되는 회전 운동이, 트랜스미션을 통해 자동차의 다른 트랜스미션 유닛으로 가속 또는 감속 방식으로 전달될 수 있거나, 자동차의 구동 휠에 직접 라우팅될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 유닛은 다음과 같은 이점을 갖는데, 전기 회전 기계의 축 방향 안착으로 인해 두 개의 전기 회전 기계를 갖는 종래의 구동 유닛에서보다 훨씬 더 적은 축 방향 설치 공간이 요구되는 점이다.
또한, 본 발명에 따라, 구동 어셈블리가 제공되고, 이는 본 발명에 따른 구동 유닛 및 내연기관을 갖되, 상기 내연기관의 출력 요소는 상기 제1 전기 회전 기계의 회전자에 회전 고정 방식으로 결합되거나 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 구동 유닛과 내연 기관을 포함하여 본 발명에 따른 구동 어셈블리를 갖는 자동차, 특히 하이브리드 차량을 작동시키는 경우, 예를 들어 다음과 같은 구동 작동 모드가 가능하다:
- 전기 구동 및 복구:
분리 클러치는 개방되며, 그 결과 제2 전기 회전 기계가 내연기관 및 제1 전기 회전 기계로부터 결합이 분리된다. 따라서, 제2 전기 회전 기계는 발전기로서 및 견인 기계로서 별도 제어된다. 내연기관 및 제1 전기 회전 기계는 작동 상태에 있지 않다.
- 직렬 구동 및 충전:
분리 클러치는 개방된다. 내연기관은 제1 전기 회전 기계에 의해 시동되며, 내연기관은 제1 전기 기계를 구동할 수 있고, 그에 따라 제1 전기 회전 기계는 자동차의 배터리를 충전하기 위해 발전기로서 제어된다. 제2 전기 회전 기계는 견인 기계로서 제어된다.
- 병렬 하이브리드 구동, 충전, 및 부스팅:
분리 클러치는 폐쇄되며, 그 결과 제1 전기 회전 기계, 제2 전기 회전 기계, 및 내연기관이 서로 결합된다. 자동차는 내연기관에 의해 및/또는 전기 기계 중 하나 또는 모두에 의해 구동된다. 여기서, 두 개의 전기 기계는 발전기및 견인 기계로서 제어될 수 있다.
추가 구현예에서, 구동 어셈블리는 또한 적어도 하나의 휠 구동 샤프트를 포함하고, 그 위에, 구동 어셈블리가 구비된 자동차의 휠이 배열되고, 이는 구동 유닛의 트랜스미션을 통해 구동 유닛의 제2 샤프트에 연결되어, 제2 샤프트에 의해 실현된 회전 운동이 휠 구동 샤프트에 전달될 수 있고 따라서 트랜스미션을 통해 휠에 전달될 수 있도록 한다.
구동 어셈블리의 일 구현예에 따라, 구동 어셈블리는, 구동 유닛의 연결 요소에 회전 고정 방식으로 연결된 진동 댐퍼, 및 내연 기관에 기계적으로 연결된 하우징 요소를 포함하되, 상기 진동 댐퍼는 상기 하우징 요소에 배열된다.
하우징 요소는 유리하게는 구동 유닛의 제2 하우징에 연결된다.
구동 유닛의 냉각 회로의 펌프 액추에이터는 하우징 요소에 장착될 수 있다.
중간 샤프트 및/또는 휠 구동 샤프트가 하우징 요소에 축 방향으로 장착되고 제2 하우징에 장착되는 것이 추가로 제공될 수 있다.
전술한 본 발명은, 바람직한 구현예를 나타낸 연관 도면을 참조하여, 관련 기술적 배경을 기초로 이하에서 더 구체적으로 설명된다. 본 발명은 단순히 개략적인 도면에 의해 제한되지 않으며, 도면에 나타낸 구현예는 나타낸 치수에 제한되지 않는다는 점에 유의해야한다. 도면에서:
도 1은, 본 발명에 따른 구동 유닛을 갖는 구동 어셈블리를 본 발명에 따라 개략적으로 나타낸다.
도 2는, 측단면도로 본 발명에 따른 구동 어셈블리의 단면을 나타낸다.
도 3은, 전기 회전 기계 영역에서 본 발명에 따른 구동 유닛의 단면을 나타낸다.
도 4는, 대안적인 구현예로 전기 회전 기계의 영역에서 본 발명에 따른 구동 유닛의 섹션을 나타낸다.
도 1은. 본 발명에 따른 구동 유닛(1)을 갖는 구동 어셈블리(100)를 본 발명에 따라 개략적으로 나타낸다.
구동 유닛(1)은 제1 전기 회전 기계(10), 제2 전기 회전 기계(20), 제1 샤프트(40) 및 제2 샤프트(41)를 포함한다.
또한, 구동 어셈블리(100)는 내연 기관(110) 및 진동 댐퍼(101)를 포함하되, 내연 기관(110)의 출력 요소(111)는 진동 댐퍼(101)에 결합된다. 진동 댐퍼(101)는, 구동 어셈블리(1)의 입력 측(2)으로서 작용하는 구동 어셈블리(1)의 연결 요소(4)에 또한 연결된다. 내연 기관(110)은 진동 댐퍼(110)를 통해 구동 어셈블리(1)에 결합된다.
연결 요소(4)는, 연결 요소(4)와 제1 샤프트(40) 사이에 제1 트랜스미션 스테이지(70)가 형성되는 방식으로, 제1 샤프트(40)에 결합된다.
제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)는 제1 샤프트(40)에 회전 고정 방식으로 연결되고, 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21)는 제2 샤프트(41)에 회전 고정 방식으로 연결된다. 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)는, 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)가 제1 샤프트(40) 상에 직접 배치되는 방식으로 제1 샤프트(40)에 연결된다. 대조적으로, 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21)는 회전자 캐리어(30)에 의해 지지되고, 회전자 캐리어(30)는 제2 샤프트(41)에 연결된다.
제1 전기 회전 기계(10)는, 제2 전기 회전 기계(20)에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 반경 방향으로 부분적으로 축 방향 배열된다. 제1 전기 회전 기계(10)는 내부 회전자 모터로 설계되고 제2 전기 회전 기계(20)는 외부 회전자 모터로 설계되며, 여기서 제1 전기 회전 기계(10)의 고정자(12)와 제2 전기 회전 기계(20)의 고정자(22)는 서로 기계적으로 고정된다.
구동 유닛(1)의 분리 클러치(50)는, 입력 측(51)에 의해 제1 샤프트(40)에 연결되고 출력 측(52)에 의해 제2 샤프트(41)에 연결된다. 따라서, 분리 클러치(50)는 제1 샤프트(40)와 제2 샤프트(41) 사이에 토크를 전달하는 역할을 한다. 이에 대응하여, 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)와 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21) 사이의 토크 전달 경로는 분리 클러치(50)에 의해 개폐될 수 있다.
제2 샤프트(41)는 중공 샤프트로 설계되고, 제1 샤프트(40)는 제2 샤프트(41) 내부에 부분적으로 반경 방향 연장된다. 따라서, 두 개의 샤프트(40, 41)는 서로에 대해 동축으로 연장되되, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20)의 회전자(11, 21)는 서로에 대해 동축으로 그리고 샤프트(40, 41)에 대해 동축으로 또한 배열된다.
제2 샤프트(41)는 제2 트랜스미션 스테이지(71)를 통해 중간 샤프트(81)에 연결된다. 중간 샤프트(81)는 제2 샤프트(41)와 평행하게 연장된다.
중간 샤프트(81)는, 토크를 전달하기 위해 구동 유닛(1)의 차동 트랜스미션(80)의 입력 요소에 제3 트랜스미션 스테이지(72)를 통해 연결된다. 차동 트랜스미션(80)은 구동 유닛(1)의 출력 측(3)을 형성한다.
구동 어셈블리(100)가 구비된 자동차의 휠이 배열될 휠 구동 샤프트(103)는, 차동 트랜스미션(80)의 출력을 형성하여, 제2 샤프트(41)에 의해 실현된 회전 운동이 휠 구동 샤프트(103)로, 따라서 휠로, 제2 트랜스미션 스테이지(71)와 제3 트랜스미션 스테이지(72)를 통해 그리고 차동 트랜스미션(80)을 통해 전달될 수 있다.
내연 기관(110)에 의해 제공되는 토크는, 구동 유닛(1)의 제1 샤프트(40)로 진동 댐퍼(101)를 통해 그리고 제1 트랜스미션 스테이지(70)를 통해 전달된다. 분리 클러치(50)가 개방되면, 내연 기관(110)의 토크는 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)에만 전달된다. 이와 같이, 제1 전기 회전 기계(10)는 배터리를 충전하기 위한 발전기 작동에 사용될 수 있다. 분리 클러치(50)가 폐쇄되면, 내연 기관(110)이 제공하는 토크가 제1 샤프트(40)에서 제2 샤프트(41)로 전달된다. 내연 기관(110)의 토크는, 제2 샤프트(41)로부터 제2 트랜스미션 스테이지(71)를 통해 중간 샤프트(81)로, 제3 트랜스미션 스테이지(72)를 통해 차동 트랜스미션(80)으로 전달된다. 토크는, 휠 구동 샤프트(103)에 의해 차동 변속기(80)를 통해, 구동 어셈블리(100)가 장착된 자동차의 휠에 도달한다.
제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)에 의해 제공되는 토크는, 분리 클러치(50)가 개방되는 경우에 제1 트랜스미션 스테이지(70)를 통해 내연 기관(110)으로 전달될 수 있다. 분리 클러치(50)가 폐쇄되는 경우, 제2 트랜스미션 스테이지(71)와 제3 트랜스미션 스테이지(72)를 통해 차동 트랜스미션(80)으로, 따라서 휠 구동 샤프트(103)로 전달된다.
제2 전기 회전 기계(20)의 로터(21)에 의해 제공된 토크는, 분리 클러치(50)의 변속과 독립적으로, 제2 트랜스미션 스테이지(71) 및 제3 트랜스미션 스테이지(72)를 통해 차동 트랜스미션(80)으로, 따라서 휠 구동 샤프트(103)로 전달된다.
따라서, 구동 어셈블리(100)는 복수의 구동 작동 모드에서 작동될 수 있다.
도 2는. 측단면도로 본 발명에 따른 구동 어셈블리(100)의 단면을 나타낸다.
도 2는, 도 1에 나타낸 개별 구성 요소의 보다 상세한 설명으로서, 내연 기관은 도 2에 나타나 있지 않고,진동 댐퍼(101)에 결합된 내연 기관의 출력 요소(111)는 부분적으로만 나타나 있다.
제1 하우징(60), 제2 하우징(61) 및 하우징 요소(62)는 도 2에서 볼 수 있으며, 이들은 서로 연결되어 구동 어셈블리(100) 또는 구동 유닛(1)의 전체 하우징을 형성한다. 제1 및 제2 하우징(60, 61)은 두 개의 전기 회전 기계(10, 20)를 수용하는 역할을 하며, 하우징 요소(62)는 제1 하우징(60) 및 제2 하우징(61)을 내연 기관(미도시)의 하우징에 결합하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1 하우징(60)은 제2 하우징(61)에 축 방향으로 견고하게 연결되고, 하우징 요소(62)는 제1 하우징(60)과 축 방향으로 반대되는 제2 하우징(61) 측에서 제2 하우징(61)에 견고하게 연결된다.
제1 샤프트(40)는, 단일 행 지지 베어링(92)을 통해 제1 축 방향 말단 영역(42)과 함께 제1 하우징(60)에 장착되고, 니들 베어링(91)을 통해 제2 축 방향 말단 영역(43)과 함께 제2 샤프트(41)의 제2 축 방향 말단 영역(45) 상에서 반경 방향 내부에 장착된다.
제2 샤프트(41)는, 중심 베어링 유닛(90)을 통해 제1 축 방향 말단 영역(44)과 함께 제2 하우징(61)에 장착된다. 이 중심 베어링 유닛(90)은 축 방향으로 서로 가깝게 위치한 두 개의 동축 배열 롤러 베어링을 포함한다.
또한, 전기 회전 기계(10, 20)의 고정자(12, 22)를 지지하는 공통의 고정자 캐리어(32)가 제1 하우징(60)에 견고하게 연결되어, 전기 회전 기계(10, 20)의 고정자(12, 22)는 제1 하우징(60)에 의해 지지된다. 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21)의 회전자 캐리어(30)는 중심 베어링 유닛(90)의 롤러 베어링에 의해 제2 하우징(61)에 장착된다. 회전자 위치 센서(34)의 송신기 요소는 회전자 캐리어(30)에 또한 연결되되, 회전자 위치 센서(34)의 감지기 요소는 제2 하우징(61)에 연결되어, 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21) 또는 회전자 캐리어의 각도 위치 및/또는 회전 속도가 회전자 위치 센서(34)에 의해 감지(30)될 수 있다.
또한, 중간 샤프트(81) 및 휠 구동 샤프트(103)는 각각 전기 회전 기계(10, 20)에 대면하는 축 방향 측에서 제2 하우징(61)에 장착되고 반대 축 방향 측에서 하우징 요소(62)에 장착된다. 구동 유닛(1)의 연결 요소(4)는 이중 행 베어링 유닛(93)을 통해 하우징 요소(62)에 장착된다. 이러한 이중 행 베어링 유닛(93)은 축 방향으로 서로 가깝게 위치한 두 개의 동축 배열 롤러 베어링을 포함한다. 진동 댐퍼(101)는 하우징 요소(62)에 배열된다.
중심 베어링 유닛(90) 및 이중 행 베어링 유닛(93)은, 가능한 구성을 명확히 하기 위해 서로 다른 가능한 구현예에 각각 나타나 있다. 중심 베어링 유닛(90)은 테이퍼형 롤러 베어링 및 각도형 볼 베어링으로 나타나 있는 반면, 이중 행 베어링 유닛(93)은 테이퍼형 롤러 베어링으로 나타나 있다. 그러나, 중심 베어링 유닛(90)과 관련하여 언급된 바와 같이, 각도형 볼 베어링과 같은 다른 베어링도 여기에서 사용될 수 있다.
또한, 전력 전자 장치(102)는 제1 및 제2 하우징(60, 61)의 외부에서 반경 방향으로 배열되며, 여기서 전력 전자 장치(102)는 전기 회전 기계(10, 20)를 제어하도록 설정된다. 또한, 제2 하우징(61) 상의 전기 회전 기계(10, 20) 중 적어도 하나를 냉각하기 위한 냉각 회로의 열 교환기(105)도 제2 하우징(61)과 전력 전자 장치(102) 사이에 배열된다. 이 냉각 회로의 펌프 액츄에이터(104)는 하우징 요소(62)에 의해 지지된다.
도 2는 트랜스미션 스테이지(70, 71, 72)의 상세한 구조를 또한 나타낸다.
제1 트랜스미션 스테이지(70)는, 연결 요소(4)가 제1 샤프트(40)의 제2 축 방향 말단 영역(43) 상의 외부 톱니(46)와 맞물리는 내부 톱니 기어 휠(5)을 포함하는 방식으로 설계된다.
제2 샤프트(41)는, 제1 기어 휠(82)과 맞물리는 외부 톱니(47)를 제2 축 방향 말단 영역(45) 상에 또한 갖되, 제 1 기어 휠(82)은 회전 고정 방식으로 중간 샤프트(81)에 배열되어, 제2 트랜스미션 스테이지(71)는 제2 샤프트(41)와 중간 샤프트(81) 사이에 형성되도록 한다.
중간 샤프트(81)의 외부 톱니(84)는 차동 트랜스미션(80)의 입력 요소로서 제2 기어 휠(83)과 맞물려, 그 결과로 제3 트랜스미션 스테이지(72)가 중간 샤프트(81)와 차동 트랜스미션(80) 사이에 형성된다.
분리 클러치(50)는 마찰 끼워맞춤 다중 플레이트 클러치에 대응하며, 이의 입력 측(51)은, 제1 샤프트(40) 상의 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11) 옆에 축 방향으로 배열된 내부 디스크에 의해 형성되며, 분리 클러치(50)의 외부 디스크는 출력 측(52)으로서 제2 샤프트(41)에 연결된다.
분리 클러치(50)를 작동시키기 위한 작동 시스템(53)은, 중앙 베어링 유닛(90)의 반경 방향 외부에 있는 제2 하우징(61)에 배열되며, 작동 시스템(53)의 압력 패드는 회전자 캐리어(30)를 통해 축 방향으로 연장되어, 작동 시스템(53)에 의해 제공된 작동력을 분리 클러치(50)로 전달하여 이를 폐쇄하도록 한다.
제2 샤프트(41)의 제1 축 방향 말단 영역(44)에 나사 결합되는 고정 나사(35)도 제공되어, 고정 나사(35)의 나사 머리가, 회전자 캐리어(30) 및 중앙 베어링 유닛(90)의 두 롤러 베어링에 축 방향 인장력을 인가하고, 그 결과 제2 샤프트(41)에 대한 회전자 캐리어(30) 및 중앙 베어링 유닛(90)의 축 방향 위치가 고정된다.
도 3은, 전기 회전 기계(10, 20) 영역에서 본 발명에 따른 구동 유닛(1)의 단면을 나타낸다.
단면은, 도 2의 구동 유닛(1)의 구현예와 동일한 구동 유닛(1)을 나타낸다.
공통 고정자 캐리어(32)가 캐리어 나사(33)에 의해 제1 하우징(60)에 연결되는 것을 도 3에서 볼 수 있다. 이를 위해, 캐리어 나사(33)는 공통 고정자 캐리어(32)의 반경 방향 연장 섹션을 통해 축 방향으로 안내되고, 축 방향으로 제1 하우징(60) 내로 나사 결합된다.
또한, 공통 고정자 지지부(32)의 반경 방향 내측에 지지되는 제1 전기 회전 기계(10)의 고정자(12)는, 공통 고정자 캐리어(32)의 반경 방향 외측에 지지되는 제2 전기 회전 기계(20)의 고정자(22)에 대해 축 방향으로 오프셋된다.
도 3의 구동 유닛(1)에 대한 대안으로서, 도 4는 대안적인 구현예로 전기 회전 기계(10, 20)의 영역에서 본 발명에 따른 구동 유닛(1)의 섹션을 나타낸다.
여기서 도 3과의 차이는, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20)의 고정자(12, 22)가 고정자 유닛(31)의 일체식 구성 요소라는 점이다.
이 고정자 유닛(31)은, 축 방향으로 전체 고정자 유닛(31)을 관통하고 축 방향으로 제1 하우징(60)에 나사 결합되는, 캐리어 나사(33)에 의해 제1 하우징(60)에 고정된다. 따라서, 이 대안적인 구현예는 개별 고정자(12, 22) 사이에 여분의 고정자 캐리어를 사용하지 않지만, 오히려 두 개의 고정자(12, 22)로만 형성되는 소형 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 구동 유닛 및 구동 어셈블리에 의해, 저렴하고 특히 공간 절약적인 방식으로 최적의 작동을 보장할 수 있다.
1 구동 유닛
2 구동 유닛의 입력 측
3 구동 유닛의 출력 측
4 구동 유닛의 연결 요소
5 연결 요소의 내부 톱니 기어 휠
10 제1 전기 회전 기계
11 제1 전기 회전 기계의 회전자
12 제1 전기 회전 기계의 고정자
20 제2 전기 회전 기계
21 제2 전기 회전 기계의 회전자
22 제2 전기 회전 기계의 고정자
30 제2 전기 회전 기계의 회전자 캐리어
31 고정자 유닛
32 공통 고정자 캐리어
33 캐리어 스크류
34 회전자 위치 센서
35 고정 스크류
40 제1 샤프트
41 제2 샤프트
42 제1 샤프트의 제1 축 방향 말단 영역
43 제1 샤프트의 제2 축 방향 말단 영역
44 제2 샤프트의 제1 축 방향 말단 영역
45 제2 샤프트의 제2 축 방향 말단 영역
46 제1 샤프트의 외부 톱니
47 제2 샤프트의 외부 톱니
50 분리 클러치
51 분리 클러치의 입력 측
52 분리 클러치의 출력 측
53 작동 시스템
60 제1 하우징
61 제2 하우징
62 하우징 요소
70 제1 트랜스미션 스테이지
71 제2 트랜스미션 스테이지
72 제3 트랜스미션 스테이지
80 차동 트랜스미션
81 중간 샤프트
82 제1 기어 휠
83 제2 기어 휠
84 중간 샤프트의 외부 톱니
90 중심 베어링 유닛
91 니들 베어링
92 지지 베어링
93 이중 행 베어링 유닛
100 구동 어셈블리
101 진동 댐퍼
102 전력 전자 장치
103 휠 구동 샤프트
104 펌프 액추에이터
105 열 교환기
110 내연기관
111 내연기관의 출력 요소

Claims (10)

  1. 전기 구동 자동차, 특히 하이브리드 자동차의 파워트레인용 구동 유닛(1)으로서, 제1 전기 회전 기계(10) 및 제 2 전기 회전 기계(20) 그리고 제1 샤프트(40) 및 제2 샤프트(41)를 갖되, 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)는 제1 샤프트(40)에 회전식으로 고정되고, 제2 전기 회전 기계(20)의 회전자(21)는 제2 샤프트(41)에 회전식으로 고정되고, 구동 유닛(1)은 분리 클러치(50)를 추가로 갖고, 이를 이용해 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)가 토크 전달을 위해 제2 샤프트(41)에 연결 가능하거나 연결되고, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20) 중 하나가 각각의 다른 하나의 전기 회전 기계(10, 20)에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 적어도 부분적으로 반경 방향 및 축 방향 배열되는 것을 특징으로 하는, 구동 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 제1 전기 회전 기계(10)는 제2 전기 회전 기계(20)에 의해 반경 방향으로 경계가 정해진 영역 내에서 적어도 부분적으로 반경 방향 및 축 방향 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  3. 제2항에 있어서, 제1 전기 회전 기계(10)는 내부 회전자 모터로 설계되고 제2 전기 회전 기계(20)는 외부 회전자 모터로 설계되며, 제1 전기 회전 기계(10)의 고정자(12)와 제2 전기 회전 기계(20)의 고정자(22)는 서로 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  4. 제3항에 있어서, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20)의 고정자(12, 22)는 공통 고정자 캐리어(32) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  5. 제3항에 있어서, 두 개의 전기 회전 기계(10, 20)의 고정자(12, 22)는 고정자 유닛(31)의 일체식 구성 요소인 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 샤프트(40, 41)가 동축으로 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 유닛(1)은 제1 트랜스미션 스테이지(70)를 갖되, 제1 트랜스미션 스테이지(70)는 구동 유닛(1)의 연결 요소(4)에 의해 형성되고, 내부 톱니 기어 휠(5) 및 제1 샤프트(40)를 포함하고, 외부 톱니(46)를 갖는 요소를 갖되, 내부 톱니 기어 휠(5)의 톱니와 외부 톱니(46)는 연결 요소(4)로부터 제1 샤프트(40)로 회전 운동을 전달할 목적으로 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 유닛(1)은 제2 트랜스미션 스테이지(71)를 갖고, 이는 톱니, 특히 제2 샤프트(41)의 외부 톱니(47) 및 제2 샤프트(41)의 톱니와 맞물리는 제1 기어 휠(82)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 구동 유닛(1)과 내연 기관(110)을 갖고, 내연 기관(110)의 출력 요소(111)에 의해 제1 전기 회전 기계(10)의 회전자(11)에 회전 고정 방식으로 결합되거나 또는 결합될 수 있는 구동 어셈블리(100).
  10. 제9항에 있어서, 구동 어셈블리(100)는, 구동 유닛(1)의 연결 요소(4)에 회전 고정 방식으로 연결된 진동 댐퍼(101), 및 내연 기관(110)에 기계적으로 연결된 하우징 요소(62)를 포함하되, 진동 댐퍼(101)는 하우징 요소(62)에 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 어셈블리(100).
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