車輛的驅動裝置的製作方法

2023-05-21 10:35:01

專利名稱：車輛的驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動裝置，特別是將逆變器和電動機容納在一個殼體中的 車輛驅動裝置。
背景技術：
許多現有的混合動力車輛具有這樣的結構逆變器具有固定到地盤的 較大盒狀殼體，電動機殼體(驅動橋)布置在該殼體下方。可以考慮能夠 安裝在儘可能多種混合動力車輛中的混合動力車輛驅動裝置。在此情況 下，如果該裝置採用了兩個殼體，則必須針對每種車輛對這種殼體布置進 行優化。因此難以使部件標準化。
在原理上，希望彼此結合工作的各個單元集成為一體並容納在一個殼
體中。日本專利公開No.2004-343845、 No.2001-119961和No.2003-199293
已經公開了一些混合動力車輛的驅動裝置，它們各自具有集成為一體的電 動機和逆變器。
但是，在日本專利公開No.2004-343845和No.2001-119961所公開的 混合動力車輛驅動裝置中，逆變器僅僅是布置在電動機上，這種結構容易 受到與裝有該裝置的車輛的質心垂直位置提高有關的影響。此外，也沒有 充分考慮到減小該驅動裝置安裝在混合動力車輛上所需的空間。
為了能夠安裝在多種車輛上，希望逆變器和電動機布置在與自動變速 器大體相同的輪廓內，在普通的車輛中，自動變速器是與發動機相鄰的。
在曰本專利公開No.2003-199293中，採用水冷系統作為逆變器單元的 冷卻系統，並採用油冷兄作為電動機單元的冷卻系統，因此結構複雜了
發明內容
'
本發明的一個目的是提供一種車輛驅動裝置，該裝置包括集成的逆變器並具有較小的簡單結構。
總的來說，根據本發明的一種車輛驅動裝置包括第一旋轉電機；用 於潤滑油的循環機構，對第一旋轉電機進行潤滑和冷卻；動力控制單元， 對第一旋轉電機進行控制並通過與潤滑油進行熱交換而得到冷卻；以及殼 體，容納第一旋轉電機、循環機構和動力控制單元，並設有所述循環路 徑。
優選地，動力控制單元包括動力控制元件和板，板具有第一主表 面，動力控制元件安裝在第一主表面上。板具有散熱器突起，散熱器突起 布置在板的第二主表面側以與循環路徑中的潤滑油接觸。
優選地，所述殼體包括油盤，油盤布置在循環路徑的下遊部分，循環 機構包括隨著旋轉電機的旋轉而從油盤抽取潤滑油、並將潤滑油饋送到動 力控制單元上遊的潤滑路徑部分的機構。
優選地，所述車輛包括內燃機，內燃機與第一旋轉電機一起使用來使 車輪旋轉；殼體與內燃機以熱傳導方式接觸。
更優選地，潤滑油的熱量被通過殼體傳遞到內燃機的外殼。
更優選地，內燃機的殼體設有使冷卻水循環的水通道，殼體具有突出 到水通道中的散熱器突起。
優選地，所述車輛包括內燃機。所述車輛驅動裝置還包括第二旋轉 電機，其包括轉子，轉子具有與第一旋轉電機的轉子旋轉軸共軸的旋轉 軸；動力分配機構，其布置成與內燃機的曲軸的旋轉軸共軸且位於第一旋 轉電機與第二旋轉電機之間，並具有第一軸、第二軸和第三軸，第一軸接 收第一旋轉電機的轉子旋轉，第二軸接收第二旋轉電機的轉子旋轉，第三 軸接收曲軸的旋轉。動力控制單元控制第一旋轉電機和第二旋轉電機。殼 體還容納第二旋轉電機以及動力分配機構。
更優選地，動力控制單元包括第一逆變器和第二逆變器，其與第一 旋轉電機和第二旋轉電機分別對應地布置；電壓轉換器，其布置成第一逆 變器和第二逆變器共用。電壓轉換器包括電抗器和電容器，電抗器和電容 '器以分開的方式布置，並分別位於第一旋轉電機、第二旋轉電機和動力分 配機構的相反側。更優選地，所述殼體包括第一容納室，設有第一開口並容納動力控 制單元；第二容納室，設有第二開口並容納第二旋轉電機；分隔件，將第 一容納室和第二容納室彼此分開。分隔件設有孔，孔形成循環路徑的一部 分。
本發明可以實現這樣一種車輛驅動裝置，它與逆變器集成為一體並具 有小而簡單的結構。


圖1的電路圖示出了與根據本發明實施例的混合動力車輛100的電動 發電機控制有關的結構。
圖2的示意示了圖1中動力分配機構PSD和減速器RD的詳細情況。
圖3的立體圖示出了根據本發明實施例的混合動力車輛的驅動裝置20 的外觀。
圖4是驅動裝置20的俯視圖。
圖5是沿圖4中的方向XI看去，驅動裝置20的側視圖。 圖6是沿圖4中的方向X2看去，驅動裝置20的側視圖。 圖7是沿圖4中VII-VII線所取的剖視圖。 圖8是沿圖4中vin-vni線所取的剖視圖。
圖9的框圖示出了本實施例的混合動力車輛驅動裝置的冷卻系統。
圖10示出了電動發電機MG1和氣缸座302的連接部分的截面圖。
圖11是示出了圖9中油循環路徑340的剖視圖。
圖12是沿圖11中XII-XII線的局部剖視圖。
圖13示出了圖9中油循環路徑340的第二示例。
圖14是沿圖13中XIV-XIV線所取的剖視圖。
圖15示出了圖9中油循環路徑340的第三示例。
圖16是沿圖15中XVI-XVI線所取的剖視圖。
具體實施方式
下面將參考附圖對本發明的實施例進行說明。相同或相應的部分具有 相同的標號，也不對其進行重複說明。 [車輛部件的說明]
圖1的電路圖示出了與根據本發明實施例的混合動力車輛100的電動 發電機控制有關的結構。
參考圖1，車輛100包括電池單元40、驅動裝置20和控制裝置30， 以及未示出的發動機和車輪。
驅動裝置20包括電動發電機MG1和MG2、動力分配機構PSD、減 速器RD以及對電動發電機MG1和MG2進行控制的動力控制單元21 。
基本上，動力分配機構PSD連接到發動機4以及電動發電機MG1和 MG2,用於在發動機4與電動發電機MG1和MG2之間分配動力。例如， 可以使用行星齒輪機構作為動力分配機構，該行星齒輪機構具有三個旋轉 軸，即太陽輪、行星輪和齒圈。
動力分配機構PSD這些旋轉軸中的兩個旋轉軸連接到發動機4和電動 發電機MG1各自的旋轉軸，另一個旋轉軸連接到減速器RD。減速器RD 與動力分配機構PSD集成為一體，使電動發電機MG2的轉速降低並將其 傳送給動力分配機構PSD。
減速器具有旋轉軸，該旋轉軸通過減速齒輪和差速齒輪(未示出)哦
和到車輪。減速器不是必須的，也可以採用這樣的結構該結構將電動發 電機MG2的旋轉傳送給動力分配機構PSD而不降低其轉速。
電池單元40具有端子41和42。驅動裝置具有端子43和44。車輛 100還包括將端子41與43連接在一起的電纜6以及將端子42與44連接 在一起的電纜8。
電池單元40包括電池B、系統主繼電器SMR3和系統主繼電器 SMR2、以及系統主繼電器SMR1和限流電阻R，其中，系統主繼電器 SMR3連接在電池B的負極與端子42之間，系統主繼電器SMR2連接在 電池B的正極與端子41之間，系統主繼電器SMR1和限流電阻R串聯連 接在電池B的正極與端子41之間。根據從控制裝置30提供的控制信號 SE，使系統主繼電器SMR1 — SMR3開啟和關斷。
7電池單元40包括對電池B各端子之間的電壓VB進行測量的電壓傳 感器10、以及對流到電池B的電流IB進行傳感的電流傳感器11。
二次電池(鎳氫電池、鋰離子電池等)、燃料電池等可以用作電池 B。也可以用大電容的電容器(例如電雙層電容器)作為電能儲存裝置， 來代替電池B。
動力控制單元21包括與電動發電機MG1和MG2分別對應地布置的 逆變器22和14、以及布置為逆變器22和14共用的升壓轉換器12。
升壓轉換器12增大端子43與44之間的電壓。逆變器14將從升壓轉 換器12施加的DC電壓轉換成三相AC電壓，並將其供給電動發電機 MG2。
升壓轉換器12包括電抗器L1，其一端連接到端子43;功率電晶體
元件Ql和Q2，它們串聯連接在升壓轉換器12的各個輸出端子之間，提 供增大的電壓VH; 二極體Dl和D2，它們分別與功率電晶體元件Ql和 Q2並聯；以及濾波電容器C2。濾波電容器C2使被升壓轉換器12增大的 電壓平滑化。
電抗器Ll的另一端連接到功率電晶體元件Ql的發射極和功率電晶體 元件Q2的集電極。二極體Dl的負極連接到功率電晶體元件Ql的集電 極，二極體Dl的正極連接到功率電晶體元件Ql的發射極。二極體D2的 負極連接到功率電晶體元件Q2的集電極，二極體D2的正極連接到功率晶 體管元件Q2的發射極。
逆變器14把從升壓轉換器12提供的DC電壓轉換成三相AC電壓， 並將其供給對車輪進行驅動的電動發電機MG2。在執行再生制動時，逆變 器把由電動發電機MG2產生的電功率返回升壓轉換器12。在該操作中， 控制裝置30控制升壓轉換器12作為降壓轉換器工作。
逆變器14分別包括U相臂15、 V相臂16和W相臂17。 U相臂15、 V相臂16和W相臂17並聯連接在升壓轉換器12的各條輸出線之間。
U相臂包括串聯連接的功率電晶體元件Q3和Q4、以及分別與功率晶 體管元件Q3和Q4並聯連接的二極體D3和D4。 二極體D3的負極連接到 功率電晶體元件Q3的集電極，而正極連接到功率電晶體元件Q3的發射
8極。二極體D4的負極連接到功率電晶體元件Q4的集電極，而正極連接到
功率電晶體元件Q4的發射極。
V相臂包括串聯連接的功率電晶體元件Q5和Q6、以及分別與功率晶 體管元件Q5和Q6並聯連接的二極體D5和D6。 二極體D5的負極連接到 功率電晶體元件Q5的集電極，二極體D5的正極連接到功率電晶體元件 Q5的發射極。二極體D6的負極連接到功率電晶體元件Q6的集電極，二 極管D6的正極連接到功率電晶體元件Q6的發射極。
W相臂包括串聯連接的功率電晶體元件Q7和Q8、以及分別與功率晶 體管元件Q7和Q8並聯連接的二極體D7和D8。 二極體D5的負極連接到 功率電晶體元件Q7的集電極，二極體D7的正極連接到功率電晶體元件 Q7的發射極。二極體D8的負極連接到功率電晶體元件Q8的集電極，二 極管D8的正極連接到功率電晶體元件Q8的發射極。
各相臂的中間點連接到電動發電機MG2各相線圈的相端。更具體地 說，電動發電機MG2是三相永磁同步電機。三相(即U、 V、 W相)線 圈一側的末端連接到中性點。U相線圈的另一端連接到功率電晶體元件Q3 與Q4的連接節點。V相線圈的另一端連接到功率電晶體元件Q5與Q6的 連接節點。W相線圈的另一端連接到功率電晶體元件Q7與Q8的連接節 點。
在圖l所示的示例中，功率電晶體元件Q1—Q8是絕緣柵場效應雙極 電晶體(IGBT)，但是也可以使用能夠在更高溫度下工作的SiC金屬氧化 物半導體場效應管(MOSFET)等。
電流傳感器對流經電動發電機MG2的電流進行傳感，作為電動機電 流值MCRT2，並將其供給控制裝置30。
逆變器22連接到與逆變器14並聯的升壓轉換器12。逆變器22把從 升壓轉換器12供給的DC電壓轉換成三相AC電壓，並將其供給電動發電 機MG1。逆變器22接收經增大的電壓，並驅動電動發電機MG1，例如用 於使發動機起動。
被發動機曲軸傳送的轉矩所驅動的電動機發電機MG1所產生的電能 被逆變器22返回升壓轉換器12。在該操作中，升壓轉換器12被控制裝置
930控制成作為降壓電路工作。
儘管未示出，單逆變器22具有與逆變器14大體上相同的內部結構，
也不再對其進行重複說明。
控制裝置30接收扭矩命令值TR1和TR2、電動機轉速MRN1和 MRN2、電壓VB、 VL禾B VH、電流值IB、電動機電流值MCRT1和 MCRT2、以及起動信號IGON。
扭矩命令值TR1、電動機轉速MRN1和電動機電流值MCRT1與電動 發電機MG1有關，而扭矩命令值R2、電動機轉速MRN2和電動機電流值 MCRT2與電動發電機MG2有關。
電壓VB是電池B的電壓，電流IB是流經電池B的電流。電壓VL是 升壓轉換器12的尚未經過增大的電壓，電壓VH是升壓轉換器12的經增 大的電壓。
控制裝置30向升壓轉換器12提供指示升壓的控制信號PWU、指示降 壓的控制信號PWD、以及指示關斷操作的信號CSDN。
此外，控制裝置30還向逆變器14提供驅動指令PWMI2和再生指令 PWMC2，驅動指令PWMI2用於將DC電壓(即升壓轉換器12的輸出) 轉換成對電動發電機MG2進行驅動的AC電壓，再生指令WMC2用於將 電動發電機MG2產生的AC電壓轉換成AC電壓並將其返回升壓轉換器 12。
同樣，控制裝置30向逆變器22提供驅動指令PWMI1和再生指令 PWMC1，驅動指令PWMI1用於將DC電壓轉換成對電動發電機MG1進 行驅動的AC電壓，再生指令WMC1用於將電動發電機MGl產生的AC 電壓轉換成DC電壓並將其返回升壓轉換器12。
圖2是對圖1中的動力分配機構PSD和減速器RD進行具體圖示的示 意圖。
參考圖2，這種車輛驅動裝置包括電動發電機MG2;減速器RD， 連接到電動發電機MG2的旋轉軸；車軸，隨著旋轉軸的旋轉而以經過減
速器RD降低的速度旋轉；發動機4;電動發電機MG1;以及動力分配機
構PSD，在減速器RD、發動機4與電動發電機MG1之間分配動力。減速器RD以例如2或更高的減速比將動力從電動發電機MG2傳送給動力分配 機構PSD。
發動機4的曲軸50、電動發電機MG1的轉子32、以及電動發電機 MG2的轉子37彼此共軸旋轉。
在圖2所示的示例中，動力分配機構PSD是行星齒輪，包括太陽輪 51，耦合到中空的太陽輪軸，曲軸50穿過太陽輪軸而共軸延伸；齒圈 52，由曲軸50以可旋轉方式共軸地承載；小齒輪53，布置在太陽輪51與 齒圈52之間，並在繞其自身軸線旋轉的同時圍繞太陽輪51公轉；以及行 星架54，耦合到曲軸50的一端並承載各個小齒輪53的旋轉軸。
動力分配機構PSD具有三個動力輸入/輸出軸，即耦合到太陽輪51的 太陽輪軸、耦合到齒圈52的齒圈殼體、以及耦合到行星架54的曲軸50。 在確定了從這三個軸中的兩者輸入/向這三個軸中的兩者輸出的動力時，從 另一軸輸入/向另一軸輸出的動力就根據向上述兩個軸輸出/從上述兩個軸 輸入的動力而得到確定。
用於帶走動力的分配軸驅動齒輪(counter drive gear) 70布置在齒圈 殼體外側，與齒圈52—體旋轉。分配軸驅動齒輪70連接到傳動減速齒輪 RG，從而在分配軸驅動齒輪70與傳動減速齒輪RG之間傳送動力。傳動 減速齒輪RG對差速齒輪DEF進行驅動。在向下的斜坡等情況下，車輪的 旋轉被傳送到差速齒輪DEF，差速齒輪DEF接著對傳動減速齒輪RG進行 驅動。
電動發電機MG1包括定子31和轉子32，定子31形成旋轉磁場，轉 子32布置在定子31內側並具有嵌入其中的多個永久磁鐵。定子31包括定 子鐵心33和圍繞定子鐵心33纏繞的三相線圈34。轉子32耦合到太陽輪 軸，太陽輪軸與動力分配機構PSD的太陽輪51—起旋轉。定子鐵心33由 堆疊的薄電磁鋼板形成，並固定到殼體(未示出)。
電動發電機MG1作為電動機工作，該電動機通過由轉子32中嵌入的 永久磁鐵形成的磁場與由三相線圈34形成的磁場之間的相互操作來驅動 轉子32使之旋轉。電動發電機MG1還作為發電機工作，該發電機通過由 永久磁鐵所形成的磁場與轉子32的旋轉之間的相互操作來在三相線圈34
ii的相反端產生電動力。
電動發電機MG2包括形成旋轉磁場的定子36，還包括轉子37，轉子 37布置在定子31內側並具有嵌入其中的多個永久磁鐵。定子36具有定子 鐵心38和圍繞定子鐵心38纏繞的三相線圈39。
轉子37通過減速器RD耦合到齒圈殼體，該齒圈殼體與動力分配機構 PSD的齒圈52—起旋轉。定子鐵心38由堆疊的薄電磁鋼板形成，並固定 到殼體(未示出)。
電動發電機MG2作為發電機工作，該發電機通過由永久磁鐵所形成 的磁場與轉子37的旋轉之間的相互操作來在三相線圈39的相反端產生電 動力。電動發電機MG2還作為電動機工作，該電動機通過由永久磁鐵形 成的磁場與由三相線圈39形成的磁場之間的相互操作來驅動轉子37使之 旋轉。
減速器RD通過下述結構執行減速在該結構中，行星架66(即行星 齒輪的旋轉元件之一)固定到車輛驅動裝置的殼體。更具體地說，減速器 RD具有太陽輪62、齒圈68和小齒輪64，其中太陽輪62耦合到轉子37 的軸，齒圈68與齒圈62—起旋轉，小齒輪64與齒圈68和太陽輪62嚙合 並將太陽輪62的旋轉傳送給齒圈68。
例如，齒圈68的齒數是太陽輪62的兩倍或更多，從而減速板可以是 2或更高。
圖3的立體圖示出了根據本發明實施例的混合動力車輛的驅動裝置20 的外觀。
圖4是驅動裝置20的俯視圖。
參考圖3和圖4，驅動裝置20的殼體可以劃分為殼體104和102。殼 體104主要容納電動發電機MG1，殼體102主要容納電動發電機MG2和 動力控制單元。
殼體104和102分別設有凸緣104和105，這些凸緣由螺釘等固定在 一起以結合成殼體104和102。
殼體102設有開口 108，用於安裝動力控制單元。電容器C2容納在開口 108的左側部分(在車輛行駛方向上的前部)，功率元件板120和端子
基座116、 118容納在中間部分，電抗器Ll容納在右側部分。在該裝置安 裝於車輛上的狀態下，開口108被蓋子封閉。電容器C2和電抗器L1也可 以相反地分別容納在右側部分和左側部分。
這樣，電抗器Ll被布置在電動發電機MG1和MG2旋轉軸的相反兩 側之一，電容器C2被布置在所述旋轉軸的另一側。功率元件板120布置 在電容器C2與電抗器Ll之間的區域。電動發電機MG2布置在功率元件 板120下方。
對各個電動發電機MG1和MG2進行控制的逆變器22和14以及升壓 轉換器的臂單元13布置在功率元件板120上。
垂直堆疊在一起用於供電的母線布置在逆變器14與22之間。 一條母 線從逆變器14的U相臂15、 V相臂16和W相臂17中每一者向電動發電 機MG2的定子鐵心延伸。同樣，三條母線從逆變器22向與電動發電機 MG1的定子鐵心連接的端子基座118延伸。
由於功率元件板120容易發熱，所以在功率元件板120下方布置了下 文將要說明的油路以對其進行冷卻。
從圖1中的電池單元40經電纜向端子43和44供應的電壓由包括電抗 器L1和臂單元13在內的升壓轉換器12增大，由電容器C2平滑化，並被 供給逆變器14和22。
如上所述，升壓轉換器12用於增大要用的電池電壓。因此，電池電 壓可以較低並處於約200V，此外，電動發電機可以受到超過500V的高電 壓驅動。這樣，可以用較小的電流執行供電，從而可以抑制電功率損耗， 還可以實現電動機的高輸出。
驅動裝置20可以具有這樣的結構除了逆變器14和22以及電動發電 機MG1和MG2之外，還一體地包括升壓轉換器12。在此情況下，電抗器 Ll和電容器C2是較大的零件，可能造成與布置位置有關的問題。
圖5是沿圖4中方向XI看去的驅動裝置20側視圖。
參考圖5，殼體102設有開口 109，用於安裝和維護電動發電機。在 該裝置安裝於車輛上的狀態下，開口109由蓋子封閉。電動發電機MG2布置在開口 109內側。轉子38布置在與U、 V、 W 相母線相連的定子36內側。在轉子37的中間部分可以看到中空軸60。
這種混合動力車輛的驅動裝置包括電動發電機Mg2;電動發電機 MG1，具有與電動發電機MG2的轉子共軸的轉子並位於電動發電機MG2 後方；動力分配機構，與曲軸共軸布置並位於電動發電機MG1與MG2之 間；以及圖1中對電動發電機MG1和MG2進行控制的動力控制單元21。
在圖1所示的動力控制單元21中，電抗器Ll和濾波電容器C2分別 布置在電動發電機MG2旋轉軸相反的兩側，因此處於圖5所示的分開方 式。電動發電機MG1和MG2、動力分配機構以及動力控制單元21被容納 在金屬殼體中併集成為一體。
這樣，電動發電機MG2的定子36突出到殼體102的容納室中較大程 度，所述容納室容納了動力控制單元21。因此，電抗器Ll和電容器C2 分別布置在電動發電機MG2的兩側，從而高效地容納了這些較大的部 件。因此實現了緊湊的混合動力車輛驅動裝置。
圖6的側視圖示出了沿圖4中的方向X2看去的驅動裝置20。在圖6 中，對功率元件進行控制的控制板121布置在功率元件板上方。
圖7是沿圖4中的VII-VII線所取的截面圖。
參考圖6和圖7，發動機的曲軸50連接到阻尼器124，阻尼器14的輸 出軸連接到動力分配機構PSD。
阻尼器124、電動發電機MG1、動力分配機構PSD、減速器RD和電 動發電機MG2沿著從發動機那側到另一側的方向按這種順序共軸布置。 電動發電機MG1的轉子23具有中空軸，阻尼器124的輸出軸穿過該中空 軸延伸。
電動發電機MG1的轉子32的軸在動力分配機構PSD那側與太陽輪 51花鍵連接。阻尼器124的軸耦合到行星架54。行星架54承載小齒輪53 的旋轉軸向以圍繞阻尼器124的軸公轉。在圖2中，小齒輪53與太陽輪 51和齒圈52嚙合，齒圈52形成於齒圈殼體的內周邊。
在靠近減速器Rt>那側，電動發電機MG2的轉子軸60與太陽輪62花 鍵連接。減速器RD的行星架66固定到殼體102的分隔件202。行星架66承載小齒輪64的旋轉軸。在圖2中，小齒輪64與太陽輪62和齒圈68齧 合，齒圈68形成於齒圈殼體的內周邊。
由圖7可見，電動發電機MG1和阻尼器124可以被安裝成穿過殼體 104的位於圖7中右側的開口 lll而組裝，電動發電機MG2可以穿過殼體 102左側的開口 109安裝。減速器RD和動力分配機構PSD可以從凸緣 105與106之間的分界板安裝。
殼體102的開口 109由蓋子71液體墊圈等密封封閉以防止潤滑油洩 漏。蓋子72相對於殼體104的開口 111布置於內側，容納電動發電機 MG1的空間由液體墊圈、油密封件81等密封封閉以防止潤滑油洩漏。
電動發電機MG1的轉子32的軸由球軸承78和77以可旋轉方式承 載，球軸承78和77分別由蓋子72和分隔件203保持。轉子具有中空軸， 阻尼器124的軸穿過該中空軸延伸。球軸承79和80布置在轉子32與阻尼 器124二者的軸之間。
電動發電機MG2的轉子37的軸由球軸承73和74以可旋轉方式承 載，球軸承73和74分別由蓋子71和分隔件202保持。
齒圈殼體在其內周邊處設有減速器RD的齒圈以及動力分配機構 PSD，齒圈殼體以可旋轉方式由球軸承75和76承載，球軸承75和76分 別由分隔件202和203保持。
容納了動力控制單元21的容納室與容納了電動發電機MG2的容納室 由殼體102的分隔件202彼此隔開，但是通過通孔而部分地連接在一起， 端子基座116插入所述通孔中。電動發電機MG2的定子鐵心的母線連接 到端子基座116的一側，逆變器14的母線連接到其另一側。導電材料穿 過端子基座116的內側延伸以使這些母線電連接。這樣，端子基座116被 構造成防止了從電動發電機MG2流出的潤滑油成分通過，但允許電能通 過。
同樣，端子基座118將容納了動力控制單元的空間與容納了電動發電 機MG1的空間連接在一起，從而可以使電能通過單不會使潤滑油成分通 過。
圖8是沿圖4的vin-vni線所取的截面圖。參考圖8，在容納了動力控制單元21的容納室中示出了電抗器Ll的 截面。例如，電抗器Ll具有由堆疊在一起的電磁鋼板形成的鐵心以及圍 繞鐵心纏繞的線圈。
圖2所示減速齒輪RG的旋轉軸130布置在電抗器Ll附近，減速齒輪 RG的分配軸驅動齒輪132布置在中心部分。分配軸驅動齒輪132與圖2 中的分配軸驅動齒輪70嚙合。最終驅動齒輪133與分配軸驅動齒輪132共 軸布置，並與最終驅動齒輪(即所示位於其下方的差速齒輪DEF)嚙合。
如上所述，利用電動發電機MG1和MG2、減速器RD、動力分配機 構PSD以及減速齒輪RG和差速齒輪DEF周圍的空間，布置了動力控制 單元的元件(即功率元件板120、電抗器Ll和電容器C2)。因此，可以 在保持高度較小的同時實現緊湊的混合動力車輛驅動裝置。
圖9的框圖示出本實施例的混合動力車輛驅動裝置的冷卻系統。
參考圖9，水泵304向氣缸座302和氣缸體蓋320饋送冷卻水。在發 動機尚未充分暖機時候，恆溫閥門306選擇旁路通道而不選擇從散熱器延 伸的通道，使得從水泵304排放的冷卻水流經氣缸座302和氣缸體蓋 300，並經過旁路通道326返回水泵304。
在特別冷的時候，從氣缸體蓋的熱水通道328流動的熱水進入形成於 節氣門主體310中的熱水通道，並經過熱水通道330返回水泵304。因流 經氣缸體蓋而被加熱的冷卻水也由熱水通道328和330通向加熱器312。 由此，發動機的熱量也被用來對車輛的駕駛室(cabin)進行加熱。
在發動機得到充分暖機時，恆溫閥門306將入口從旁路通道326切換 到從散熱器308延伸的通道322。由此，從水泵304饋送的冷卻水依次流 經氣缸座302、氣缸體蓋300、通道320、散熱器308和通道322，並返回 水泵304。
如上所述，氣缸座302內部設有冷卻水通道，冷卻水經過圍繞四個氣 缸如圖9中箭頭所示從進入側向排放側流動。這樣，發動機的氣缸座302 被冷卻水的循環保持在適當溫度。
在包括逆變器以及電動發電機MG1和MG2的動力控制單元中，熱傳遞主要是由經過循環路徑340循環的潤滑油執行的。因此，動力控制單元 21包括通過與潤滑油直接進行熱交換而得到冷卻的智能功率模塊
(IPM)，而無需加入使用其他液體介質(例如冷卻水)的冷卻系統。電
動發電機MG1的殼體由螺釘等固定到氣缸座302，由經過金屬部分的接觸
部分進行的熱傳導來執行熱傳遞。
在現有技術中，動力控制單元21 —般由水冷系統來冷卻。但是，可
能在高溫下工作的元件(例如SiC-MOS)可以用作功率電晶體元件，因而 該單元可能在與電動發電機的耐熱溫度大體相等的溫度下工作。因此，可
以消除專用於功率控制單元21的水冷系統，並利用還用於電動發電機的 油冷系統，從而可以使整個結構緊湊。
在採用上述結構的實施例中，動力控制單元21包括逆變器以及電動 發電機MG1和MG2，並主要通過與潤滑油進行熱交換來得到冷卻，但是 也可以通過輻射等方式部分地散熱。
因此，動力控制單元21以及電動發電機MG1和MG2中產生的熱量 由潤滑油傳遞到電動發電機MG1的殼體，並進一歩從該殼體傳遞到氣缸 座302。由於氣缸座302受到冷卻水的冷卻，所以其溫度升高得到抑制。 因此，動力控制單元以及電動發電機MG1和MG2的溫度升高也得到抑 制。
圖10示出了圖9中電動發電機MG1和氣缸座302的連接部分的截面圖。
參考圖10，氣缸座302和氣缸體蓋300形成了燃燒室。火花塞360布 置在燃燒室上部。活塞358在氣缸中垂直往復運動，連杆356將活塞的垂 直運動傳遞到曲軸354以使之變成旋轉運動。曲軸354具有耦合到阻尼器 124的端部。
水套350布置於活塞358垂直運動所在的氣缸旁邊。冷卻水經過水套 350流動，以使形成燃燒室的氣缸冷卻，活塞在所述氣缸中垂直運動。
鰭片351—353布置在電動發電機MG1的殼體104與氣缸座302連接 的部分，並穿過氣缸座302的外壁突出到水套350中。因此，傳遞到殼體 104的熱量由水套350中流動的冷卻水通過鰭片351—353適當地除去。密
17封元件(例如O形環、液體墊圈等)布置在鰭片351—353的配裝部分周
圍，以防止冷卻水洩漏。
圖11是示出圖9中的油循環路徑340的截面圖。
圖11示出了容納室殼體的分界部分的截面，這些容納室分別容納電 動發電機MG2和動力控制單元21，還示出了容納減速齒輪RG和差速齒 輪DEF的部分的截面。
圖12是沿圖11中XII-XII線所取的局部剖視圖。
參考圖11和圖12，殼體102具有分隔件200，分隔件200將其內部分 隔成分別容納動力控制單元21和電動發電機MG2的兩個容納室。用於對 功率元件板120進行冷卻的油路122布置在分隔件200的上表面上，並與 油儲存器370以及電動發電機MG2的容納室連通。液體墊圈等密封了功 率元件板120與分隔件200之間的空間，以防止電動發電機MG2中的潤 滑油向板120洩漏。
潤滑油儲存在殼體底部，處於油水平(oil level) OL。該殼體底部部 分相當於油盤。也可以採用另一種的結構，在該結構中，獨立的油盤安裝 到殼體底部。轉子37等的旋轉使圖2中的分配軸驅動齒輪70旋轉。分配 軸驅動齒輪70使分配軸驅動齒輪132旋轉，分配軸驅動齒輪132接著使差 速齒輪DEF旋轉。
由此，差速齒輪DEF使潤滑油如圖11中的箭頭所示飛濺。油收集盤 (oil catch plate) 386布置在殼體的上部，差速齒輪DEF飛濺的油被儲存 在油儲存器370中。在潤滑油的循環路徑中，油儲存器370位於包括了板 120的動力控制單元的上遊。油儲存器370具有油出口 372，如圖12所 示，油出口 372與板120下方空間的油入口 374、 376和378連通。
用於向油散熱的鰭片390、 392和394布置在板120的後表面上，該表 面與帶有功率元件的表面相反，功率元件的熱量通過這些鰭片而散發到潤 滑油。隨後，潤滑油通過布置在分隔件200中的油出口 380、 382和384排 放到定子36的上部。潤滑油沿著定子36的外周邊流動，並返回殼體的底 部。.
在圖11和圖12所示的修改形式中，車輛的驅動裝置包括電動發電
18機MG2;用於潤滑油的潤滑機構，潤滑油對電動發電機MG2進行潤滑和
冷卻；動力控制單元21，對電動發電機MG2進行控制，布置在潤滑油的 循環路徑上並由潤滑油冷卻；以及殼體，容納了電動發電機MG2、循環機 構和動力控制單元，並設有潤滑油的循環路徑。
差速齒輪DEF和油收集盤386對應於"潤滑油的潤滑機構"，油儲存 器370和油路122對應於"潤滑油的循環路徑"的一部分。
"潤滑油的循環機構"中的差速齒輪DEF對應於"隨著旋轉電機的旋 轉而從油盤抽取潤滑油、並將潤滑油饋送到動力控制單元上遊的潤滑路徑 部分的機構"。
動力控制單元21包括板120，板120具有第一主表面，第一主表面帶 有動力控制元件、電容器C2和電抗器L1，其位置如圖5所示。板120在 其第二主表面上設有散熱器鰭片390、 392和394，這些散熱器鰭片與循環 路徑中的潤滑油接觸。
如上所述，電動發電機的潤滑油被用來冷卻功率電晶體元件部分，該 部分可能在電動發電機受到驅動時發熱。例如，在工作過程中，各個部分 達到下列溫度。定子鐵心達到約160°C，潤滑油達到120。C，功率電晶體 元件是高溫工作元件(例如SiC-MOS)時候達到200°C。相反，發動機外 殼被冷卻水冷卻到100。C或更低。
因此，在電動發電機內側循環的潤滑油的熱量被釋放到外殼側，從而 執行冷卻而不必在集成電動機和逆變器的部分中布置冷卻水路徑。因此， 可以降低質心，減少所需的空間，並改善設計和布置的靈活性。
圖13示出了圖9中油循環路徑340的第二示例。
圖14是沿圖13中XIV-XIV線所取的剖視圖。
如圖13和圖14所示，由差速齒輪DEF舀起的油對分配軸驅動齒輪 132進行潤滑。部分潤滑油被分配軸驅動齒輪132飛濺，由油收集盤386A 接收，並保持在油儲存器370A中。油儲存器370A布置在潤滑油的潤滑路 徑中，特別是位於包括板120的動力控制單元的上遊。
在圖13和圖14所示的修改形式中，差速齒輪DEF、分配軸驅動齒輪 132和油收集盤386A對應於"潤滑油的潤滑機構"，油儲存器370A和油路122對應於"潤滑油的循環路徑"的一部分。
"潤滑油的循環機構"中的差速齒輪DEF和分配軸驅動齒輪123對應 於"隨著旋轉電機的旋轉而從油盤抽取潤滑油、並將潤滑油饋送到動力控 制單元上遊的潤滑路徑部分的機構"。
圖13和圖14所示的修改形式可以實現與圖11和圖12所示示例大體 上相同的效果。
圖15示出了圖9中油循環路徑40的第三示例。
圖16是沿圖15中XVI-XVI線所取的截面圖。
參考圖15和圖16，油潤滑路徑的這種第三示例採用了次擺線 (trochoid)油泵400，泵400從殼體底部的油儲存器抽取潤滑油，並將其 饋送到油路407。油路407的出口在潤滑油的潤滑路徑中位於包括板120 的動力控制單元的上遊。
油泵400包括驅動齒輪402，與差速齒輪DEF嚙合；內部轉子 404，具有耦合到驅動齒輪402以與之一起旋轉的軸；以及外部轉子406， 具有與內部轉子404嚙合的內部齒。
如圖16所示，油路的輸出口 407與油入口 374、 376、 378連通，布置 在板120底部的鰭片390、 392和394向潤滑油釋放熱量。然後，潤滑油經 過油出口 380、 382和384流到定子36的上部上，並穿過定子36的外壁返
回到殼體底部的油儲存器。
在圖15和圖16所示的修改形式中，油泵400對應於"潤滑油的循環 機構"中"隨著旋轉電機的旋轉而從油盤抽取潤滑油、並將潤滑油饋送到 動力控制單元上遊的潤滑路徑部分的機構"，油路407和122對應於"潤 滑油的循環路徑"的一部分。
圖15和圖16所示的修改形式可以實現與圖11和圖12所示示例大體 上相同的效果。
根據本實施例，如上所述，與傳統結構中相反，不必在電動機與逆變 器之間布置水冷裝置，因而可以減小尺寸和所需空間。此外，還可以減小 安裝在車輛上的裝置在大致垂直方向上的尺寸，因此可以降低質心。
上文已經結合不採用動力控制單元水冷系統的示例說明了一些實施例。但是，油冷系統也可以用作動力控制單元的冷卻系統的一部分，從而 使水冷系統可以簡化並減小尺寸。已經結合將本發明應用於混合動力車輛 的示例說明了上述實施例。但是，本發明不限於這種結構，也可以應用到 電動汽車、燃料電池汽車等。
儘管已經詳細說明和圖示了本發明，但是顯然，這僅僅是示例方式而 不應認為是限制方式，本發明的範圍由權利要求項來解釋。
權利要求
1.一種車輛驅動裝置，包括第一旋轉電機；用於對所述第一旋轉電機進行潤滑和冷卻的潤滑油的循環機構；動力控制單元，其對所述第一旋轉電機進行控制並通過與所述潤滑油進行熱交換而得到冷卻；以及殼體，其容納所述第一旋轉電機、所述循環機構和所述動力控制單元，並設有所述循環路徑。
2. 根據權利要求1所述的車輛驅動裝置，其中， 所述動力控制單元包括動力控制元件，和板，其具有第一主表面，所述動力控制元件安裝在所述第一主表面 上；並且所述板具有散熱器突起，所述散熱器突起布置在所述板的第二主表面 側以與所述循環路徑中的所述潤滑油接觸。
3. 根據權利要求1所述的車輛驅動裝置，其中，所述殼體包括油盤，所述油盤布置在所述循環路徑的下遊部分，並且 所述循環機構包括隨著所述旋轉電機的旋轉而從所述油盤抽取所述潤滑油、並將所述潤滑油饋送到所述潤滑路徑位於所述動力控制單元上遊的部分的機構。
4. 根據權利要求1所述的車輛驅動裝置，其中，所述車輛包括內燃機，所述內燃機與所述第一旋轉電機一起使用來使 車輪旋轉；並且所述殼體與所述內燃機以熱傳導方式接觸。
5. 根據權利要求4所述的車輛驅動裝置，其中， 所述潤滑油的熱量通過所述殼體被傳遞到所述內燃機的外殼。
6. 根據權利要求5所述的車輛驅動裝置，其中， ' 所述內燃機的所述外殼設有使冷卻水循環的水通道，並且所述殼體具有突出到所述水通道中的散熱器突起。
7. 根據權利要求l所述的車輛驅動裝置，其中，所述車輛包括內燃機；所述車輛驅動裝置還包括第二旋轉電機，其包括轉子，所述轉子具有與所述第一旋轉電機的轉子旋轉軸共軸的旋轉軸；和動力分配機構，其布置成與所述內燃機的曲軸的旋轉軸共軸且位於所 述第一旋轉電機與所述第二旋轉電機之間，並具有第一軸、第二軸和第三 軸，所述第一軸接收所述第一旋轉電機的所述轉子的旋轉，所述第二軸接 收所述第二旋轉電機的所述轉子的旋轉，所述第三軸接收所述曲軸的旋轉；所述動力控制單元控制所述第一旋轉電機和所述第二旋轉電機；並且 所述殼體還容納所述第二旋轉電機以及所述動力分配機構。
8. 根據權利要求7所述的車輛驅動裝置，其中， 所述動力控制單元包括第一逆變器和第二逆變器，其與所述第一旋轉電機和所述第二旋轉電機分別對應地布置，以及電壓轉換器，其布置成所述第一逆變器和所述第二逆變器共用；並且 所述電壓轉換器包括電抗器和電容器，所述電抗器和所述電容器以分開的方式布置，並分別位於所述第一旋轉電機、所述第二旋轉電機和所述動力分配機構其中 一者的相反側。
9. 根據權利要求7所述的車輛驅動裝置，其中， 所述殼體包括第一容納室，其設有第一開口並容納所述動力控制單元； 第二容納室，其設有第二開口並容納所述第二旋轉電機；和 分隔件，其將所述第一容納室與所述第二容納室彼此分開；並且 所述分隔件設有孔，所述孔形成所述循環路徑的一部分。
全文摘要
一種車輛的驅動裝置，包括電動發電機；潤滑油循環機構，用於對電動發電機進行潤滑和冷卻；動力控制單元，用於控制電動發電機，並布置在潤滑油循環路徑中與潤滑油接觸以進行熱交換；殼體，容納電動發電機、循環機構和動力控制單元，並設有所述潤滑油循環路徑。優選地，動力控制單元包括動力控制元件和具有第一主表面的襯底(120)，動力控制元件安裝在第一主表面上。襯底(120)在其第二主表面側具有散熱鰭片(390、392、394)，散熱鰭片與潤滑油循環路徑中的潤滑油接觸。
文檔編號F16H48/10GK101496261SQ20068004016
公開日2009年7月29日 申請日期2006年10月25日 優先權日2005年10月26日
發明者田原安晃, 立松和高, 遠藤康浩 申請人:豐田自動車株式會社