오프셋 전기 기계를 구비한 하이브리드 트랜스미션 및 기어 변화의 제어 방법(HYBRID TRANSMISSION WITH OFFSET ELECTRIC MACHINE AND METHOD FOR CONTROLLING GEAR CHANGES)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2017-0044091
(43) 공개일자 2017년04월24일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
B60K 6/442 (2007.10) B60K 6/48 (2007.10)
B60K 6/547 (2007.10) F16H 3/091 (2006.01)
(52) CPC특허분류
B60K 6/442 (2013.01)
B60K 6/48 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2017-7002246
(22) 출원일자(국제) 2015년05월21일
심사청구일자 없음
(85) 번역문제출일자 2017년01월24일
(86) 국제출원번호 PCT/FR2015/051347
(87) 국제공개번호 WO 2015/197927
국제공개일자 2015년12월30일
(30) 우선권주장
1455850 2014년06월24일 프랑스(FR)
(71) 출원인
르노 에스.아.에스.
프랑스공화국, 에프-92100 불로뉴-비앙꾸르, 께
르 갈로 13-15
(72) 발명자
프레모 니콜라스
프랑스 78470 생 레미 레 쉐브뢰즈 뤼 드 레땅 10
빌레누브 아르노
프랑스 78540 베르뉠레 알레 데 폼미에르 24
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
리앤목특허법인
전체 청구항 수 : 총 22 항
(54) 발명의 명칭 오프셋 전기 기계를 구비한 하이브리드 트랜스미션 및 기어 변화의 제어 방법
(57) 요 약
본 발명은 열 엔진 및 주 구동 전기 기계(8)가 제공된 차량용 하이브리드 트랜스미션에 관한 것으로서, 연결 해
제 클러치 없이 전기 기계(8) 및 열 엔진의 크랭크샤프트(1)에 연결된 2 개의 동심 입력 샤프트(3,4), 차동부
(7)에 의해 차량의 바퀴들에 연결된 출력 샤프트(5) 및, 입력 샤프트(3)로부터 출력 샤프트(5)로 움직임을 전달
하고 입력 샤프트(3,4)들을 결합하기 위한 샤프트(6)를 포함하고, 전기 기계(8)는 열 엔진에 대하여 입력 샤프트
(3,4)들에 대향하는 단부에 배치된 것을 특징으로 한다.
대 표 도 - 도1
공개특허 10-2017-0044091
- 1 -
(52) CPC특허분류
B60K 6/547 (2013.01)
F16H 3/091 (2013.01)
B60K 2006/4816 (2013.01)
F16H 2200/0039 (2013.01)
Y02T 10/6221 (2013.01)
Y02T 10/6234 (2013.01)
Y02T 10/6256 (2013.01)
(72) 발명자
케트피-쉐리프 아메드
프랑스 78990 엘랑쿠르 레지덩스 레 누보 오리종
32
비뇽 앙투완
프랑스 91430 이니 뤼 가브리엘 페리 44
공개특허 10-2017-0044091
- 2 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
구동을 위한 전기 기계(8) 및 내부 연소 엔진이 제공된 차량용 하이브리드 트랜스미션(hybrid transmission)으
로서,
연결 해제 클러치 없이 전기 기계(8) 및 내부 연소 엔진의 크랭크샤프트(1)에 연결되고 동일 중심(concentric)
을 가지는 중실형 주 샤프트(3) 및 중공형 주 샤프트(4),
차동부(7)에 의해 차량 바퀴에 연결된 제 2 샤프트(5) 및,
중실형 주 샤프트(3)로부터 제 2 샤프트(5)로 움직임을 전달하고 주 샤프트(3,4)들을 결합시키는 샤프트(6)를
포함하고,
전기 기계(8)는 내부 연소 엔진에 대하여 주 라인(primary line, 3, 4)의 대향 단부에 배치되는 것을 특징으로
하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
차량 바퀴의 방향으로 차동부(7)로의 움직임 전달을 보장하도록 제 2 샤프트(5)에 의해 유지된 단일 차동 입력
피니언(single differential input pinion, 24)을 가지는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 3
제 2 항에 있어서,
제 1 주 샤프트(3)는, 전달 샤프트(6)로의 영구적인 움직임 전달을 보장하는 고정 기어휘일(17) 및, 제 2 샤프
트(5)의 고정 기어휘일(13,14)과 맞물리는, 하이브리드 또는 연소 엔진 기어들의 2 개의 공전 피니언(idler
pinon, 15,16)들을 유지하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 4
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
제 2 주 샤프트(4)는, 제 2 샤프트(5)의 2 개의 공전 피니언(11,12)들과 맞물리는, 전기 모터 기어들의 2 개의
고정 기어휘일(fixed gearwheel, 9, 10)을 유지하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 5
제 4 항에 있어서,
전달 샤프트(6)는, 제 1 주 샤프트(3)의 고정 기어휘일(17)과 맞물리는 고정 기어휘일(18) 및, 제 1 주 샤프트
(3)의 공전 피니언(16) 및 제 2 주 샤프트(4)의 고정 기어휘일(10)과 각각 맞물리는 2 개의 공전 피니언(19,2
0)을 유지하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 6
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
전달 샤프트(6)의 공전 피니언(19), 주 샤프트(3)의 공전 피니언(16)과 제 2 샤프트(5)의 고정 기어휘일(14) 사
이에 3 중 기어(16, 19, 14)를 가지는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 7
제 3 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
공개특허 10-2017-0044091
- 3 -
중실형 주 샤프트(3)상의 결합 장치(22)를 구비하고, 상기 결합 장치(22)는:
-내부 연소 엔진에 연결된 중실형 제 1 샤프트(3)가 전기 기계(8)를 바퀴에 연결하는 구동 트레인으로부터 결합
해제되거나, 또는 전달 샤프트(6)에 의하여 구동 트레인에 결합되거나, 또는 전기 기계(8)에 결합되는 위치 및,
-내부 연소 엔진에 연결된 주 샤프트(3)가 제 2 샤프트(5)에 직접적으로 결합되는 2 개의 위치들;을 점유할 수
있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 8
제 4 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
제 2 샤프트(5)상의 결합 장치(21)를 구비하며, 상기 결합 장치는:
-전기 기계(8)에 연결된 주 샤프트(4)가 제 2 샤프트(5)로부터 결합 해제되는 위치 및,
-전기 기계(7)에 연결된 주 샤프트(4)가 제 2 샤프트(5)에 직접 결합되는 2 개의 위치들을 점유할 수 있는, 하
이브리드 트랜스미션.
청구항 9
제 4 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
전달 샤프트(6)상의 결합 장치(23)를 구비하고, 상기 결합 장치(23)는:
-전달 샤프트(6)가 제 2 샤프트(5)로부터 결합 해제되는 위치,
-전달 샤프트(6)가 내부 연소 엔진으로부터 제 2 샤프트(5)로의 움직임 전달을 보장하는 위치 및,
-전달 샤프트가 2 개의 주 샤프트(3,4)의 결합을 보장하는 위치를 점유할 수 있는 것을 특징으로 하는, 하이브
리드 트랜스미션.
청구항 10
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
전달 샤프트(6)에 결합된 제 2 전기 기계(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 트랜스미션.
청구항 11
제 10 항에 있어서,
제 2 전기 기계(29)가 트랜스미션에 연결될 수 있게 하거나 트랜스미션으로부터 연결 해제될 수 있게 하는 추가
적인 결합 장치(30)를 포함하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 12
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
제 2 전기 기계(29)는 입력 피니언(28)에 의하여 전달 샤프트(6)에 결합되고, 레이 샤프트(lay shaft, 27)에 고
정된 피니언(26)을 통하여 전달 샤프트(6)상의 고정 입력 피니언(25)을 구동하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 13
제 12 항에 있어서,
추가적인 결합 장치(30)는 제 2 전기 기계(29)의 스핀들(spindle)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는, 하이브
리드 트랜스미션.
청구항 14
제 12 항에 있어서,
추가적인 결합 장치(30)는 전달 샤프트(6)의 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
공개특허 10-2017-0044091
- 4 -
청구항 15
제 10 항에 있어서,
전달 샤프트(6)는 전달 샤프트(6) 둘레에 고정 클로우 링(fixed claw ring, 32)을 유지하고, 고정 클로우 링은
결합 장치(23)와 함께 작용하여 주차 브레이크의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션.
청구항 16
제 10 항에 있어서,
전달 샤프트(6)의 제 3 기어 공전 피니언(19)상에 장착된 주차 기어(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이
브리드 트랜스미션.
청구항 17
제 10 항에 있어서,
전달 샤프트(6)의 제 3 기어 공전 피니언(19)상에 장착된 주차 기어(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이
브리드 트랜스미션.
청구항 18
제 10 항에 있어서,
제 2 전기 기계(29)는 전달 샤프트(6)의 결합 피니언(18)을 구동하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미
션.
청구항 19
제 7 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 따라서 구성된, 전달 샤프트(6)의 3 위치 결합 장치(23), 제 2 샤프트
(5)의 3 위치 결합 장치(21) 및, 중실형 주 샤프트(3)의 3 위치 결합 장치(22)를 이용하는, 하이브리드 트랜스
미션상의 기어 변화 제어 방법으로서,
3 개의 결합 장치(22,21,23)들은 3 위치 전기 기어 쉬프트 그룹(electric gear shift group) 및 5 위치 연소
엔진 기어 쉬프트 기능 그룹(combustion engine gear shift functional group)에 의해 제어되는 것을 특징으로
하는, 하이브리드 트랜스미션상의 기어 변화 제어 방법.
청구항 20
제 19 항에 있어서,
3 개의 연소 엔진 기어들(Ice2, Ice3, Ice4)들은, 제 2 전기 기계(29)만으로, 또는 전기 기계(8,29)들 모두가
트랜스미션의 2 개의 전기 기어(A, B)들중 하나에 결합되어 있으면서, 병렬 하이브리드 기능 모드(parallel
hybrid function mode)에서 접근 가능한 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션상의 기어 변화 제어 방법.
청구항 21
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
전기 기어(A, B) 및 전기 기어(B,A)의 변화는 내부 연소 엔진이 연료 주입 없이 회전하게 함으로써 토크하에 발
생되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션상의 기어 변화 제어 방법.
청구항 22
제 21 항에 있어서,
전기 기어(A,B)에서의 변화는:
(a) 제 2 전기 기계(29)의 맞물림 및, 연료 주입 없는 내부 연소 엔진을 통하여, 제 2 전기 기어(B)의 공전 피
니언(12)의 속도에 제 2 전기 기계(29)를 동기화시킴 (단계 2),
(b) 기어의 맞물림 해제(Eva) 및 제 2 전기 기계(29)에 의한 토크의 공급(단계 3),
공개특허 10-2017-0044091
- 5 -
(c) 제 1 전기 기계(8)의 동기화 및 그에 의한 제 2 기어(B)로의 토크 공급(단계 4) 및,
(d) 제 2 전기 기계(29)의 연결 해제로서 발생되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 트랜스미션상의 기어 변화
제어 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 차량용 하이브리드 트랜스미션(hybrid transmission)에 관한 것으로서, 1 차적으로 구동을 위한 내부[0001]
연소 엔진을 포함하고 2 차적으로 전기 기계를 포함하는, 하이브리드 트랜스미션에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명의 대상은 구동을 위한 내부 연소 엔진 및 전기 기계가 제공된 차량을 위한 하이브리[0002]
드 트랜스미션으로서, 이것은 연결 해제 클러치 없이 전기 기계 및 내부 연소 엔진의 크랭크샤프트에 연결된 2
개의 동심 주 샤프트(concentric primary shaft), 차동부에 의해 차량의 바퀴에 연결된 제 2 샤프트 및, 제 1
샤프트로부터 제 2 샤프트로 움직임을 전달하는 샤프트를 포함하는 하이브리드 트랜스미션에 관한 것이다.
본 발명의 다른 대상은 그러한 트래스미션상에서 기어 변화를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 주[0003]
샤프트상의 3 위치 결합 장치, 제 2 샤프트상의 3 위치 결합 장치 및, 전달 샤프트(transfer shaft)상의 3 위치
결합 장치를 이용한다.
배 경 기 술
하이브리드 트랜스미션의 주된 장점은 차량의 운동학적 구동 트레인(kinematic drive train)이 2 개의 에너지[0004]
소스(energy source)인, 내부 연소 엔진 및 전기 모터로부터 얻을 수 있고, 또한 그로부터의 토크 출력이 소위
하이브리드 모드에서 축적될 수 있거나 또는 "순수 연소 엔진" 모드 또는 "순수 전기" 모드에서 별도로 사용될
수 있다는 것이며, 순수 연소 엔진 모드(purely combustion engine mode)에서 전기 기계는 토크를 파워 트레인
에 공급하지 않고, 순수 전기 모드에서 내부 연소 엔진은 토크를 파워 트레인에 공급하지 않는다. 전기 기계를
시동기로서 이용하거나, 또는 배터리를 충전하도록 전기 기계를 전류 발전기로서 이용함으로써, 정지 상태에 있
을 때 또는 주행중일 때 내 연소 엔진을 시동시킬 수 있는 것과 같은, 다른 기능들도 또한 필요하다.
국제 출원 WO 2013060955 는 내부 연소 엔진 및 전기 기계에 각각 연결된 2 개의 동심 주 샤프트(concentric[0005]
primary shaft), 차량 바퀴들에 연결된 제 1 의 2 차 샤프트 및, 주 샤프트로부터 차동부로 움직임을 전달하는
제 2 의 2 차 샤프트를 포함하는 구조에 의하여 이들 모든 기능들을 제공하는 하이브리드 트랜스미션을 개시한
다. 주 샤프트들은 다음의 3 개 위치들을 점유할 수 있는 요소를 통하여 결합된다:
-내부 연소 엔진이 전기 기계를 바퀴에 연결하는 구동 트레인으로부터 결합 해제되거나, 또는 제 2 의 2 차 샤[0006]
프트를 통해 그에 결합되는 위치,
-내부 연소 엔진에 연결된 주 샤프트가 제 1 의 2 차 샤프트에 결합되거나 또는 전기 기계에 연결된 주 샤프트[0007]
에 결합되는 위치,
-내부 연소 엔진에 연결된 주 샤프트가 전기 기계에 연결된 주 샤프트에 결합됨으로서 이들의 토크 출력을 축적[0008]
하는 위치.
이러한 트랜스미션은 4 개의 연소 엔진 또는 하이브리드 기어들 및 2 개의 전기 기어들을 가진다. 이것은 주로[0009]
치수들과 관련된 특정의 단점을 가진다. 트랜스미션의 전체 길이는 4 개의 기어휘일, 2 개의 클로우 클러치 그
룹(claw clutch group) 및 입력 피니언의 정렬에 의해 부과된다. 일부 소형 차량에서는 이러한 축적(stack)이
너무 길다. 크랭크샤프트 축에서 보이는 횡방향 치수 또는 또는 "마스크(mask)"는 많은 적용예들에서 너무 큰
전방 돌출(front overhang)을 부과한다.
또한, 4 개의 엔진 기어들중 2 개(제 2 및 제 4 기어들)는 전기 기어들과 독립적이지만, 기어들중 하나(제 3 기[0010]
어)의 선택은 전기 기어의 선택과 반드시 관련된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 감속 기어들과의 독립성 때문에 내부 연소 엔진 및 전기 기계의 사용시에 커다란 융통성을 가지면서,[0011]
공개특허 10-2017-0044091
- 6 -
종래 기술보다 양쪽 치수들에서 더욱 콤팩트하게 되는 하이브리드 트랜스미션을 제공할 것을 제안한다.
과제의 해결 수단
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 전기 기계가 내부 연소 엔진에 대하여 주 라인의 대향 단부에 배치되는 것을[0012]
제공한다.
바람직스럽게는, 트랜스미션은 차량 바퀴의 방향에서 차동부에 대한 움직임의 전달을 보장하도록 제 2 샤프트에[0013]
의해 유지되는 단일 차동 입력 피니언(single differential input pinion)만을 가진다.
특정의 실시예에서, 트랜스미션은 전달 샤프트에 결합된 제 2 전기 기계를 포함한다. [0014]
트랜스미션의 3 개 결합 장치들은 3 위치 전기 기어 쉬프트 그룹(three-position electric gear shift group)[0015]
및 5 위치 연소 엔진 기어 쉬프트 기능 그룹(five-position combustion engine gear shift functional group)
에 의해 제어될 수 있다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 실시예에 대한 아래의 설명으로부터 명[0016]
확해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.
도 3 은 제 1 실시예에 대응하는 기능 테이블이다.
도 4 는 제 2 실시예에 대응하는 기능 테이블이다.
도 5 내지 도 7 은 가속 시퀀스의 3 가지 예를 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 2 개의 전기 기계들을 가진 표준적인 하이브리드 기능 모드를 도시한다.
도 9 는 2 개의 전기 기계를 가지고 토크하에 전기 기계의 변화를 도시한다.
도 10, 도 11a 및 도 11b 는 제 2 전기 기계의 연결 해제를 도시한다.
도 12 및 도 13 은 주차 기능의 설치를 위한 2 가지 가능성들을 도시한다.
도 14 는 제 2 전기 기계에 의해 구동되는 트랜스미션을 가진 도 2 의 대안이다.
도 15a 및 도 15b 는 본 발명에 의해 얻어지는 트랜스미션의 마스크(transmission mask)에서의 감소를
도시한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1 에 도시된 차량용 하이브리드 트랜스미션에는 구동을 위한 전기 기계(8) 및 내부 연소 엔진이 제공되고,[0017]
하이브리드 트랜스미션은 연결 해제 클러치 없이 전기 기계(8) 및 내부 연소 엔진(Ice, 미도시)의 크랭크샤프트
(1)에 연결된 2 개의 동심(concentric)의 주 샤프트(3,4)를 포함한다. 이것은 차동부(7)에 의해 차량 바퀴에 연
결된 제 2 샤프트(5) 및, 주 샤프트(3)의 움직임을 제 2 샤프트(5)로 전달하고 제 1 샤프트에 결합되는 샤프트
(6)를 포함한다. 중실(solid)의 주 샤프트(3)는 여과 시스템(2)을 통하여 (댐퍼 허브(damper hub), 이중 질량
플라이휘일 또는 그와 유사한 것을 통하여) 내부 연소 엔진(Ice)의 크랭크샤프트(1)의 러그(lug)에 직접적으로
연결된다. 중공(hollow)의 제 1 샤프트(4)는 내부 연소 엔진에 대하여 제 1 라인(3,4)의 대향 단부에 배치된 전
기 기계(8)에 연결된다. 제 2 샤프트(5)는 차동부(7)의 입력 피니언(input pinion, 24)을 유지한다. 전달 샤프
트(6)는 중실의 주 샤프트(3)에 영구적으로 연결된다. 이것은 주 샤프트로부터 제 2 샤프트로 특정의 트랜스미
션 기어들에서 움직임을 전달하지만, 차동부에 직접적인 입력을 제공하지 않는다. 트랜스미션은 제 2 샤프트
(5)에 의해 유지되는 오직 단일의 차동 입력 피니언(24)을 가짐으로써 차량 바퀴들의 방향에서 움직임의 전달을
보장한다. 중공의 제 1 샤프트(4)는 전기 기어(A, B)의 2 개의 고정된 전기 피니언(9,10)을 유지하여, 제 2 샤
프트(5)의 2 개의 전기 공전 피니언(electric idler pinion, 11,12)과 맞물린다. 제 2 샤프트는 또한 연소 엔
진(또는 하이브리드) 기어들(Ic2, 및 Ic3 또는 Ic4, Ic2 EvA, 및 Ic3 EvA 또는 Ic4 EvA, Ic2 EvB, 및 Ic3 EvB
또는 Ic4 EvB)의 2 개의 고정된 기어휘일(13,14)들을 유지한다. 제 2 및 제 4 기어들의 공전 피니언(15,16)은
공개특허 10-2017-0044091
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중실의 제 1 샤프트(3)에 의해 유지되는데, 제 1 샤프트는 전달 샤프트(6)의 고정된 결합 피니언(18)과 맞물린
고정된 제 1 결합 피니언(17)을 유지한다. 제 3 기어의 공전 피니언(19)은, 제 1 기어에 있는 주 샤프트들의 공
전 결합 피니언(20)과 함께, 전달 샤프트(6)에 의해 유지된다.
트랜스미션은 3 개의 결합 장치(21,22,23)들을 포함한다. 제 1 결합 장치(21) 또는 전기 결합 장치는 제 2 샤프[0018]
트(5)에 의해 유지된다. 이것은 2 개의 전기 기어(A,B)들의 맞물림을 허용한다. 제 2 결합 장치(22)는 중실의
제 1 샤프트(3)에 의해 유지된다. 이것은 제 2 및 제 4 연소 엔진 기어들의 맞물림을 허용한다. 주 샤프트들의
결합(제 1 및 제 5 기어들과 배터리 충전) 및 제 3 기어는 전달 샤프트(6)에 의해 유지되는 제 3 결합 장치(2
3)에 의해 보장된다.
도 2 에 도시된 실시예에서, 동일한 요소들이 동일한 구성으로 도시되어 있다. 트랜스미션은 입력 피니언(28)에[0019]
의해 전달 샤프트(6)에 결합된 제 2 전기 기계(29)를 더 포함하는데, 이것은 레이 샤프트(lay shaft, 27)에 고
정된 피니언(26)을 통하여 전달 샤프트상의 제 2 전기 기계(29)의 고정된 입력 피니언(25)을 구동한다. 도 2 에
도시되지 않았지만 도 10, 도 11a, 도 11b 에 도시된 추가적인 결합 장치(30)는 필요한 경우에 추가될 수 있다.
이것은 제 2 전기 기계(29)가 트랜스미션에 연결될 수 있거나 또는 연결 해제될 수 있게 한다.
설명된 2 가지 모드에서, 트랜스미션은 전달 사프트(6)의 공전 피니언(19), 주 샤프트(3)의 공전 피니언(16) 및[0020]
제 2 샤프트(5)의 고정 기어휘일(14) 사이에서 3 중의 기어 맞물림(16,19,14)을 가진다.
결합 수단(21,22,23)은 그 어떤 유형일 수도 있으며, 클로우 결합(claw couling), 싱크로나이저[0021]
(synchronizer), 습식 클러치(wet clutch) 또는 다른 유형일 수 있다. 전기 기계도 그 어떤 유형일 수 있으며:
물, 공기 또는 오일에 의해 냉각되는, 반경 방향 구성(내측 또는 외측 회전자) 또는 축방향 구성의 그 어떤 유
형으로서의, 자석 기계, 비동기 기계, 자기 저항(reluctance) 기계일 수 있다. 댐퍼 플라이휘일(damper
flywheel, 2)도 그 어떤 유형일 수 있고, 사용되는 여과(filtration)는 대형의 만곡 스프링들, 단일의 경사부
또는 2 개의 경사부(slope)들을 가질 수 있다. 제 1 전기 기계와 마찬가지로, 제 2 전기 기계(29)는 그 어떤 유
형일 수도 있다. 이것은 "위에 더해지는(add-on)" 구성으로 트랜스미션상에 장착될 수 있고 그러한 경우에 기계
및 그것의 트랜스미션은 트랜스미션 케이싱에 조립 오프셋(assembly offset)을 구성하거나, 또는 "안에 더해지
는(add-in)" 구성으로 내부에 통합될 수 있다.
설명된 양쪽 모드들에서:[0022]
- 제 1 주 샤프트(3)는, 전달 샤프트(6)에 대한 움직임의 영구적인 전달을 허용하는 고정 기어휘일(17) 및, 제[0023]
2 샤프트(5)의 고정 기어휘일(13,14)과 맞물리는 하이브리드 기어들 또는 연소 엔진의 2 개의 공전 피니언
(15,16)을 유지한다.
- 제 2 샤프트(5)는 전기 기어(A,B)의 2 개의 공전 피니언(11,12), 제 2, 제 3 및 제 4 기어들의 2 개의 고정[0024]
피니언(13,14) 및, 차동 입력 피니언(24)을 유지한다.
- 전달 샤프트(6)는 제 1 주 샤프트(3)의 고정 기어휘일(17)과 맞물리는 고정 기어휘일(18) 및, 제 1 주 샤프트[0025]
(3)의 공전 피니언(16) 및 제 2 주 샤프트(4)상의 고정 기어휘일(10)과 각각 맞물리는 2 개의 공전 피니언
(19,20)을 유지한다.
3 개 결합 장치들 각각은 3 가지 위치를 가지며, 그들의 상이한 조합들이 도 3 에 도시되어 있다. [0026]
-전기 기계가 정지되어 있으면서 내부 연소 엔진이 결합 해제되거나(Neutral EV) 또는 전기 기어(A 또는 B)를[0027]
통해 바퀴들로 토크를 공급하는(EvA 또는 EvB) 것에 대한, Neutral Ice,
-제 2 연소 엔진 기어 단독이거나, 또는 전기 토크가 기어(A 또는 B)를 통해 공급되는 것에 대한, Ice2, Ice[0028]
EvA, Ice2 EvB
-제 3 연소 엔진 기어 단독이거나, 또는 전기 토크가 기어(A 또는 B)를 통해 공급되는 것에 대한, Ice3, Ice3[0029]
EvA, Ice3 EvB,
-제 4 연소 엔진 기어 단독이거나, 또는 전기 토크가 기어(A 또는 B)를 통해 공급되는 것에 대한, Ice4, Ice4[0030]
EvA, Ice4 EvB,
-주 샤프트들을 전달 샤프트에 의하여 제 1 연소 엔진 기어에 결합시키고, 재충전 모드에서, 제 5 연소 엔진 기[0031]
어에 결합시키는 것에 대한, EvA Ice1, Smart-charge, EvB Ice5.
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중실의 주 샤프트(3)의 결합 장치(22)의 3 개 위치들은 다음과 같다:[0032]
- 내부 연소 엔진에 연결된 주 샤프트(3)가 전기 기계(8)를 휘일들에 연결하는 구동 트레인으로부터 결합 해제[0033]
되거나 (Neutral Ice 및 Ic3), 또는 전달 샤프트(6)를 통해 그에 결합되거나 (coupling), 또는 전기 기계(8)에
결합되는 (coupling column), 위치 및,
- 내부 연소 엔진에 연결된 주 샤프트(3)가 제 2 샤프트(5)에 직접적으로 결합되는 (Ice2 및 Ice4), 2 개의 위[0034]
치들.
제 2 샤프트의 결합 장치(21)는 다음의 위치를 점유할 수 있다. [0035]
- 전기 기계(8)에 연결된 주 샤프트(4)가 제 2 샤프트(5)로부터 결합 해제되는 위치(Neutral Ev), 및, [0036]
- 전기 기계(7)에 연결된 주 샤프트(4)가 제 2 샤프트(5)에 직접적으로 결합되는 2 개의 위치들(EvA 및 EvB). [0037]
전달 샤프트의 결합 장치(21)는 다음의 3 개의 위치들을 점유할 수 있다:[0038]
- 전달 샤프트(6)가 제 2 샤프트(5)로부터 결합 해제되는 위치(Neutral Ice, Ic2, Ic4),[0039]
- 전달 샤프트가 내부 연소 엔진으로부터 제 2 샤프트(5)로의 움직임의 전달을 보장하는 위치(Ice3) 및, [0040]
- 전달 샤프트가 2 개의 주 샤프트(3,4)를 결합시키는 위치(Coupling). [0041]
도 4 는 제 2 실시예에 해당하며, 도 3 과 같지만 제 2 전기 기계가 추가된 것으로서, 상기 제 2 전기 기계는[0042]
HSG 로 표시된 "고전압 시동 제네레이터(high voltage start generator)" 이다. 제 2 전기 기계(29) 단독으로
또는 양쪽 전기 기계(8,29)들이 2 개의 전기 기어(A, B)들중 하나에 결합되어 있으면서, 3 개의 연소 엔진 기어
들(Ice2, Ice3, Ice4)들이 패러렐 하이브리드 기능 모드(parallel hybrid function mode)에서 접근 가능하다.
도 3 및 도 4 에 따라서, 트랜스미션의 기능은 전달 샤프트 및 주 샤프트의 결합 장치(22,23)들의 위치들의 3X3[0043]
조합들중 5 개에 제한될 수 있다. 선택된 조합들은 기어(Ice2 및 Ice4)와 기어(Ice3 및 coupling)에 대하여 각
각 이용된다. 2 개 연소 엔진 기어들의 의도적이지 않은 맞물림에 기인한 트랜스미션 차단을 회피하도록, 이들
2 가지 장치들은 수동 기어박스의 통상적인 선택/쉬프트 시스템에 의해 제어될 수 있는데, 쉬프트 라인(shift
line)은 그것의 기어가 맞물리기 전에 선택된다: 도 3 에서 15 개의 위치 표에 의해 도시된 모든 기어들을 맞물
리도록 그리고 트랜스미션의 우수한 기능에 필요한 모든 기어 변화들을 작동시키도록, 3 개의 결합 장치
(22,21,23)들은 3-위치 전기 기어 쉬프트 그룹 및 5-위치 연소 엔진 기어 쉬프트 기능 그룹에 의해 유리하게 제
어된다.
도 5 는 전기 구동을 최소화시키는 가속 시퀀스를 도시하는데, 이것은 특히 "주중(midweek)" 사용 모드에 적절[0044]
한 것으로, 몇 개의 여정(journey) 사이에 배터리들을 재충전할 수 있는 가능성을 가진다. 차량은 전기 기어
(EvA)에서 시동된다. 예를 들어 대략 70 km/h 로 발생되는, 전기 기어(EvB)로의 쉬프트는 다음 시퀀스에서 토크
중단(torque interruption)과 함께 달성된다:전기 토크의 연결 해제, EvA 의 공전 피니언(11)의 맞물림 해제,
EvB 의 공전 피니언(12)이 제 2 샤프트(5)의 속도에 도달하도록 부하 없는 상태에서의 전기 기계의 동기화, 기
어(B)의 맞물림 및 토크의 재연결(reconnection). 다음에 기어(EvB Ic4)가 선택될 수 있다: 트랙션(traction)
은 기어(EvB)상의 전기 모터에 의해 유지되고, 내부 연소 엔진은 (특정의 시동 장치를 이용하여) 시동되고 다음
에 부하가 없는 상태에서 기어(Ic4)의 공전 피니언(14)의 속도까지 동기화되고, 내부 연소 엔진(Ice)이 맞물리
고, 다음에 토크 레벨이 그것과 전기 기계(8) 사이에서 조절된다. 연료 소비를 최적화시키고 전기 기계의 구동
손실을 회피하도록, 전기 기계는 연결 해제되고 정지될 수 있다. 그러나, 가속시의 토크 추가(부스트(boost))를
위하여 또는 재생(regeneration)을 위하여 다시 연결될 수 있다.
도 6 은 "주중 안락 모드(midweek comfort mode)"로서 알려진 사용 모드에서, 토크의 손실 없이 전기 구동으로[0045]
이루어지는 시퀀스이다. 차량은 예를 들어 대략 70 km/h 까지 전기 기어(EvA)로 시동된다. 내부 연소 엔진이 시
동되고, 다음에 기어(Ic3)의 공전 피니언(19)의 속도에 도달할 때가지 무부하(no load)에서 가동된다. 내부 연
소 엔진이 맞물리고, 다음에 토크 레벨은 그것과 전기 기계(8) 사이에서 조절된다. 다음에 예를 들어 대략 80
km/h 에서 기어(EvA Ic3)로부터 기어(EvB Ic3)로의 쉬프트(shift)가 발생되는데, 피니언(11)을 맞물림 해제시키
기 전에 전기 모터 토크를 연결 해제시키고, 기어(EvB)의 속도에 도달하도록 무부하에서 전기 기계를 동기화시
키고, 피니언(12)에 맞물림으로써 그렇게 된다. 100 km/h 를 초과하면, 전기 트랙션(electric traction)을 기어
(EvB)에 유지하면서, EvB Ic3 로부터 EvB Ic4 로 쉬프트가 이루어질 수 있다. 내부 연소 엔진으로부터의 토크는
연결 해제되고, 다음에 EvB 로 전달된다; 내부 연소 엔진은 (추가적인 마찰 장치들로써 또는 추가적인 마찰 장
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치들이 없이) 브레이크 작용이 가해지고 감속된다. Ice4 의 공전 피니언(12)의 속도에 도달될 때, 내부 연소 엔
진(Ice)이 맞물린다. 다시 내부 연소 엔진과 전기 기계(8) 사이에 토크가 분배된다.
도 7 은 강력한 가속 요청에 대한 시퀀스의 예를 나타내며, 이것은 제 2 전기 기계(29)의 지원으로 적용 가능하[0046]
다. 차량은 여전히 전기 기어(EvA)에서 시동된다. 대략 25 km/h 에서, 내부 연소 엔진은 기어(Ice2)에서 시동된
다. 대략 82 km/h 에서, 전기 기계는 기어(EvA)로부터 기어(EvB)로 전환될 수 있고, 다음에 대략 100 km/h 에서
기어(EvB Ic3)로 쉬프트된다. 이러한 "킥 다운(kick down)" 유형의 시퀀스에서, 전기 기계 및 내부 연소 엔진으
로부터의 토크는 주 라인(primary line)의 동일한 피니언을 통하여 지나가지 않는다. 전기 기계 및 내부 연소
엔진의 전체 토크를 제한 없이 바퀴로 전동시킬 수 있다.
제 2 전기 기계의 존재는 다수의 기능들이 트랜스미션에 추가될 수 있게 한다. 내부 연소 엔진의 시동은 시동[0047]
소음 없이 조용하고 신속하게 이루어질 수 있다. 시동의 신속성은 운전의 즐거움을 위하여 필수적이고, 특히 추
월시에 추가적인 파워를 제공하는데 필수적이다. 이러한 신속성은 트랙션을 위하여 더 이상 필요 없게 되자마자
연결 해제를 허용하기도 한다. 다음에 연료 소비가 절감될 수 있으며, 특히 감속시에 엔진 제동(braking)을 제
거함으로써, 전기 기계의 재생 파워(regenerative power)를 최대화시켜서 연료 소비가 절감된다. 또한, 소위 "
항해(sailing)" 모드에서, 엔진 제동 없이, 전기 기계 단독만으로 저부하(low load)를 유지할 수 있다.
제 2 전기 기계(29)는 "e-동기화(synchronization)"로 불리우는 전기 동기화에 의하여 기어 변화에서 향상이 이[0048]
루어질 수 있다. 전기 기계의 토크 제어는 내부 연소 엔진의 토크 제어보다 더 빠르고 더 정확하기 때문에, 직
접 출력을 가진 제 2 전기 기계의 추가는 기어 쉬프트 동안에 무부하에서 내부 연소 엔진의 미세한 제어를 가능
하게 한다. 구체적으로, 쉬프트 시간 및 맞물림 충격이 감소된다. 특히, 내부 연소 엔진의 속도가 느려져야만
하는, 단 기어(short gear)로부터 장 기어(long gear)로의 쉬프트시에 내부 연소 엔진의 플라이휘일의 관성에
의해 저장된 운동 에너지(kinetic energy)를 회복할 수 있다.
위에서 지적된 바와 같이, 2 개의 전기 기계를 가지고, 트랜스미션은 표준적인 하이브리드 모드들을 가진다. 이[0049]
것은 연료 소비 및 운전의 즐거움과 관련하여, 예를 들어 도시에서 사용하거나 또는 혼잡시에 특히 잘 적합화된
다. 이러한 모드들은 또한 트랙션과 독립적으로 촉매 변환기(catalytic converter)를 최적의 충전 레벨로 가열
하는데 유용하다. 따라서 배터리에 생산된 에너지를 저장하면서, 배출(emission)이 감소될 수 있다.
마지막으로, 제 2 전기 기계(29)의 추가는 내부 연소 엔진을 시동시키지 않지만(연소 없이, 즉, 전기 모드에서)[0050]
그것을 무부하로 구동시킴으로써 토크 하에서 전기 기어들의 (EvA 로부터 EvB 로 그리고 그 역으로)변화를 허용
한다. 전기 기어(A, B 및 B, A)들의 변화는 토크하에서 발생되어, 연료를 주입하지 않으면서 내부 연소 엔진이
회전하게 한다. 제 1 전기 기계(8)에 의해 발생되는(단계 1), 제 1 기어(A)로부터의 이러한 도 9 의 시퀀스는
다음과 같다:
(a) 제 2 전기 기계(29)의 맞물림 및, 연료 주입 없는 내부 연소 엔진을 통하여, 제 2 전기 기어(EvB)의 공전[0051]
피니언(12)의 속도에 대한 제 2 전기 기계(29)의 동기화 (단계 2),
(b) 기어(EvA)의 맞물림 해제 및 제 2 전기 기계(29)에 의한 토크의 공급 (단계 3),[0052]
(c) 제 1 전기 기계(8)의 동기화 및 그에 의한 제 2 기어(EvB)로의 토크 공급(단계 4),[0053]
(d) 제 2 전기 기계(29)의 연결 해제. [0054]
단계(2)와 단계(4) 사이에서 하나의 기계로부터 다른 기계로 토크가 일시적으로 전달된다. 제 2 전기 기계의 보[0055]
상 파워 레벨은 무부하로 구동될 때 내부 연소 엔진의 드래그(drag)로부터 빠진다. 킥 다운(kick down) 모드 또
는 발을 떼어 놓으면서(foot off) EvA 로부터 EvB 로 쉬프트하는 것은 동일한 조건들에서 토크하에 발생되는데,
여기에서 엔진 제동(engine braking)은 후자의 경우에 유지된다.
도 10 은 설명된 제 2 실시예의 세부를 도시하며, 이것은 내부 연소 엔진(Ice)으로부터의 제 2 전기 기계(29)의[0056]
결합 해제를 허용한다. 제 2 전기 기계(29)의 스핀들(spindle)에 의해 유지되는 추가적인 결합 장치(30)는 그것
에서의 기계적 구동 손실 또는 전자기적 구동 손실을 제거한다. 이러한 구성은 연료 소비를 감소시킬 수 있게
한다. 자동차 도로에서의 오랜 운전중에 그것의 장점을 느낄 수 있다. 장치(30)는 그 어떤 유형일 수도 있으며,
예를 들어, 장치(30)에 통합되거나 또는 통합되지 않은, 전자석에 의해 작동되는 클로우 클러치(claw clutch)일
수 있다.
도 11a 및 도 11b 는 제 2 실시예의 다른 세부를 도시하며, 이것은 내부 연소 엔진으로부터의 제 2 전기 기계의[0057]
결합 해제를 허용한다. 추가적인 결합 장치(30)는 전달 샤프트(6)의 단부에서, 그것의 고정된 결합 피니언(18)
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의 외부에 배치된다. (특히 자동차 도로상에서의) 제 2 기계(29) 및 전달 샤프트(6)에서의 구동 손실이 제거되
어 연료 손실이 감소되거나, 또는 전기 기어(EvA 또는 EvB)에서의 제 1 전기 기계의 파워로써 파워를 축적한다.
제 2 기계(29)는 2 개의 전기 기어(EvA 및 EvB) 사이에서 토크하의 쉬프트(shift)시에 전기적 보상 레벨
(electrical compensation level)을 증가시키도록 작용할 수도 있다.
도 12 에 도시된 바와 같이, 주 샤프트(23)의 결합 장치는 주차 기능을 수행하기 위하여 전달 샤프트(6) 둘레에[0058]
고정 클로우 링(fixed claw ring, 32)을 포함할 수 있다. 클로우 링(32)은 그것의 결합 장치(23)와 협동하여 주
차 브레이크의 기능을 수행한다. 내부 연소 엔진과 관련된 쉬프트/선택 기능의 5 개 위치들은 중립(Neutral),
주차(Park), 제 1, 제 2 및, 제 3 위치가 될 것이다.
도 13 은 트래스미션상의 주차 기어의 원래 설치를 도시한다. 전달 샤프트의 인접성은 통상적으로 제 2 샤프트[0059]
상에 주차 기능을 설치하는 것을 어렵게 하며, 따라서 주차 기어(33)는, 주차 기어 액튜에이터의 설치를 위하여
충분히 접근 가능하게 하면서, 바퀴에 직접적으로 링크된 전달 샤프트(6)의 제 3 기어 공전 피니언(19)상에 배
치된다.
마지막으로, 도 14 는 제 2 실시예의 다른 변형을 도시하며, 여기에서 제 2 전기 기계(29)는 전달 샤프트(6)의[0060]
결합 피니언(18)을 구동한다.
본 발명에 의해 제안된 하이브리드 트랜스미션(hybrid transmission)의 이용에 대한 여러가지 장점 및 가능성들[0061]
이 있다. 이것은 공지된 하이브리드 트랜스미션에 길이에 비하여 길이가 감소된다. 그러한 길이는 오직 5 개의
기어휘일 및 2 개의 클러치 그룹들의 정렬에 의해 결정되며, 제 2 라인에서의 차동 입력 피니언의 생략에 의하
여 대략 15 mm 의 감소를 허용한다.
위에서 지적된 바와 같이, 단일 입력 피니언의 존재는 트랜스미션의 마스크(mask)에서 감소를 허용하는데, 따라[0062]
서 이것은 소형 차량에 보다 용이하게 통합될 수 있다. 도 15a 및 도 15b 는 공지된 하이브리드 트랜스미션(도
15a)에 비교된 마스크에서의 감소를 도시하며, 이것은 차동부(7)로의 입력을 제공하는 2 개의 제 2 샤프트
(5,5')를 포함한다. 2 개의 제 2 샤프트 및 2 개의 입력 피니언(도 15a)을 가지고, 입력 피니언의 위치는 2 개
의 제 2 샤프트들에 상대적인 인접성에 의해 결정된다. 이것은 대형 링의 사용을 필요로 하는데, 이는 양쪽 입
력 피니언들과 동시에 맞물릴 수 있도록 하기 위하여 그리고 짧은 감소(short reduction)를 달성하기 위하여 그
러한 것이다. 이러한 제약(constraint)은 충돌의 경우에 점유자의 안전을 위하여 엔진 베이(engine bay)에서의
트랜스미션 설치의 문제 및, 특히 소형 차량에서 조향 링의 위치 선정의 문제를 부과한다. 본 발명에 따르면(도
15b), 트랜스미션은 오직 단일의 제 2 샤프트(5)를 가지며, 전달 샤프트(6)를 통한 움직임은 단일의 제 2 샤프
트(5)를 통하여 차동부로 전달된다. 이러한 구조는 소형 차동 링의 사용을 허용한다. 마스크는 감소된다. 따라
서 소형 차량에 보다 훨씬 용이하게 통합된다.
마지막으로, 전기 모드 및 내부 연소 엔진 모드에서의 기어 변화의 독립성은, 운전자의 토크 수요, 방음 및 차[0063]
량 연료 소비 사이에서의 최상의 절충을 유지하면서, 전기 및 연소 엔진 기어들의 사용에서 큰 융통성을 제공한
다.
부호의 설명
3. 제 1 주 샤프트 6. 전달 샤프트[0064]
9.10. 고정 기어 휘일 17. 고정 기어 휘일
13,14. 고정 기어 휘일 15. 공전 피니언
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