CN108136925A - 集成驱动和发动机组件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种集成驱动和发动机组件。示例集成驱动和发动机组件包括具有同心地围绕输入驱动轴的绕组的电动机、用于将电源输送至电动机的逆变器、连结至输入驱动轴和输出驱动轴的变速器总成，该变速器总成具有行星齿轮，行星齿轮包括多个螺旋齿轮，螺旋齿轮与输入驱动轴和环形齿轮连结。行星齿轮还包括托架，该托架转动地连结至多个螺旋齿轮并将旋转力传递到输出驱动轴。该组件包括壳体，壳体包围电动机、变速器总成和相对于中心轴同轴对齐的输出轴。

Description

集成驱动和发动机组件
技术领域
本公开大体涉及驱动和发动机组件。更具体地说，将驱动和发动机部件集成在一起用于电动车辆。
发明内容
根据一些实施例，本发明可以涉及用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，该集成驱动和发动机组件包括：(a)电动机；(b)用于将电源输送至电动机的逆变器；(c)连结到电动机的变速器总成；(d)连结到变速器总成的输出轴；和(e)壳体，包括：(i)中央部分，其将电动机、变速器总成与输出轴保持处于相对于中心轴线彼此同轴关系；(ii)设置在中央部分底端的下部储层；和(iii)从中央部分的侧壁延伸的逆变器外壳，该逆变器外壳配置为容纳逆变器。
根据一些实施例，本发明可以涉及用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，该集成驱动和发动机组件包括：(a)电动机；(b)用于将电源输送至电动机的逆变器；(c)转动连结到电动机的变速器总成；(d)连结到变速器总成的输出轴；和(e)壳体，包括：(i)圆柱部分，其将电动机、变速器总成与输出轴保持为沿着中心轴相对于彼此同轴关系；(ii)设置在圆柱部分底端的下部储层，下部储层包括用于电动机和变速器总成的润滑剂；和(iii)从圆柱部分的侧壁延伸的逆变器外壳，所述逆变器外壳配置为容纳逆变器，所述逆变器外壳包括内部部分，所述内部部分包括用于冷却逆变器的冷却剂。
根据一些实施例，本发明可涉及用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，该集成驱动和发动机组件包括：(a)具有绕组的电动机，该绕组同心地围绕输入驱动轴；(b)用于将电源输送至电动机的逆变器；(c)连结到输入驱动轴和输出传动轴的变速器总成，该变速器总成包括行星齿轮，包括多个螺旋齿轮，螺旋齿轮与输入驱动轴和环形齿轮连结，该行星齿轮还包括托架，该托架可旋转地连结到多个螺旋齿轮并将旋转力传递至输出驱动轴；和(d)壳体，其包围电动机、变速器总成和输出轴使其相对于中心轴同轴对齐。
附图说明
附图阐释了本公开的某些实施例。可以理解，这些附图不必成比例绘制，而且不需要技术了解的细节或其它难以察觉的细节可以省略。可以理解，该技术不必限制于本文所示的特定实施例。
图1是示例性集成组件的透视图，其包括电动车辆的发动机以及驱动部件。
图2是图1的示例集成组件的透视截面图。
图3是示例集成组件的截面视图侧视图。
图4是图3的示例组件的透视、截面图。
图5是本公开的行星齿轮组件的特写图。
图6示出了图1-5中示例集成组件的示例冷却腔室。
图7示出了示例集成组件的电动机和逆变器之间的直接电连接示例。
具体实施方式
尽管本技术可以采用许多不同形式的附图所示的实施例体现，下面将在多个具体实施例中详细描述，但可以理解，本发明将被认为是该技术原理的范例，而不意图将该技术限制为所示实施例。
此处所用术语仅用于描述特定实施例，而不意图限制本公开。如此处所用，单数形式“一”和“该”也可包括复数形式，除非上下文另有明确说明。进一步理解，用在本说明书中的术语“包括”和/或“包含”规定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除其它一或多个特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在。
将理解，类似或同功的元件和/或组件(此处提到的)可以在附图中以类似的附图标记标识。将进一步了解，多个附图仅是本公开的示意性表示。因此，为使图像清晰，其中一些部件可能与其实际规模相比发生了变形。
在上下文中，传统的电动车辆包括电动机、变速器和逆变器，它们彼此分开包装或封装。具体地说，逆变器通过电线与电动机相连。这些电线是电磁干扰(EMI)的来源，它会在系统内造成有害影响，例如降低发动机性能。
典型的电动车辆包括相互偏置的变速器和电动机(例如，彼此不同轴)。因此，它们的轴通过齿轮组连结，也不与变速器和电动机同轴对齐。这些配置效率低，体积大，难以集成到车辆平台中。
有利地，本发明描述了能够将电动机、变速器、逆变器系统组合成共同包(例如壳体)的集成驱动和发动机组件，以改进车辆的封装和效率。在一些实施例中，电动机和变速器可以设置为处于彼此并相对于组件的中心轴同轴关系。更详细地说，在一些实施例中，发动机绕组、输出轴和变速器可以在壳体内同轴布置。
用本发明所设想和描述的发动机封装逆变器，减少了互连电缆和连接数量所造成的损失。这种闭合/直接耦合还可以减少发动机和逆变器之间的信号线束噪声。通过消除EMI对周围环境的电力电缆传输和壳体提供的屏蔽，可以减少EMI信号。
将发动机和变速器紧密集成在一起，通过减少对额外壳体的需求，并尽可能合理地共享功能，可以减少零件数量(例如部件成本)，减少系统的总体质量。
这里还描述了两个单独冷却系统的集成。逆变器与发动机和变速器壳体共用冷却隔间，使冷却隔间从逆变器连接到发动机/变速器换热器。这种集成可以减少冷却剂连接的数量和潜在的泄漏点。此外，这些冷却特征之间的更紧密集成减少了泵尺寸和管道损失。
本发明的集成组件提高了电动车辆设计，发动机安装在机动车辆底盘(如底部)。与变速器轴从发动机轴的轴线偏移的设计相比，本发明的集成组件减小了离轴重量和通常连结这些部件的不必要部件。
本文提供了本技术的这些优点和其它优点，并将参照附图1-7对其进行更加详细的讨论。
图1示出了示例集成驱动和发动机组件，下文称为“组件100”。组件100通常包括电动机102、用于向电动机102输出电力的逆变器104、连结到电动机102的变速器总成106、连结到变速器总成106的输出轴108和壳体110。可以肯定的是，壳体110包围了组件100的上述部件中的每一个。
下面参考图2，其中示出了除去逆变器的组件100，以便说明输入路径112和输出路径114，所述路径允许壳体100的逆变器外壳中的冷却剂循环，下面将更详细地描述。
根据一些实施例，壳体110可包括圆柱或中央部分116、下部储层118和逆变器外壳120。在一些实施例中，下部储层118和逆变器外壳120可以彼此垂直布置。
如图3最佳示出，圆柱部分116可被配置成容纳和保持电动机102、变速器总成106和输出轴108的一部分。这些部件彼此之间以及与中心轴线X同轴布置，该中心轴线X通过圆柱部分116延伸。
可以确定的是，输出轴108的末端可延伸到壳体110的圆柱部分116之外。输出轴108可以与电动车辆的传动系(未示出)相连结。
电动机102包括绕组122，其围绕发动机轴124同心布置(同轴对齐)。参照图7示出和描述的，电动机102和逆变器104直接电连结至彼此。这种直接连结可以消除对逆变器104和电动机102之间的电缆的需要。如上文所述，这种直接连结减少了通常由与电动机102和逆变器104连结的电缆产生的EMI。
在一个实施例中，逆变器104包括三相对称母线105，其直接连接到电动机102的电触点，如图7更详细地说明和描述的。
下部储层118布置在圆柱部分116的底端上。下部储层118由联结到圆柱部分116的底端的盘121构成。下部储层118被配置成接收润滑剂，如传动流体或用于润滑电动机102和变速器总成106的其它适当润滑剂。
在一些实施例中，可利用泵126通过输入端口128将润滑剂泵入圆柱部分116。一旦穿过圆柱部分116，润滑剂可以在重力作用下吸引到下部储层118。泵126可以将润滑剂通过圆柱部分116再循环回来。
变速器总成106图示为与发动机轴124和输出轴108相连接。变速器总成106可包括壳体支架130和行星齿轮组件132。在某些实施例中，行星齿轮组件132可以包括环形齿轮134、多个螺旋齿轮(在图3中仅示出其中两个)，例如螺旋齿轮136和螺旋齿轮138，以及输出驱动轴托架140。在一个实施例中，行星齿轮总成132可以包括彼此相同的三个螺旋齿轮。
发动机轴124将扭力(例如旋转力)施加到行星齿轮总成132，以便旋转输出轴108。在一些实施例中，发动机轴124可采用一对推力轴承144和146旋转支撑在驱动轴套筒142中。在一些实施例中，推力轴承146可与壳体支架130相连结。
可以确定，各种推力轴承和壳体支架130功能是将组件100的各种部件，例如发动机轴124、行星齿轮总成132和输出轴108，保持为与圆柱部分116的中心轴X同轴对齐。
具体地说，在图4中,发动机轴124可包括终端部148，其包括螺纹150，该螺纹形成螺旋形图案，该螺旋形图案配置为与螺旋齿轮136的螺纹152和螺旋齿轮138的螺纹154相配合。
在图5中，环形齿轮134可包括在与螺旋齿轮136的螺纹141和螺旋齿轮138的螺纹143相配合的内侧壁139上的螺纹137。环形齿轮134的外侧壁145与圆柱部分116的盖117接触以固定定位环形齿轮134，如图4所示。
根据一些实施例，壳体支架130支撑发动机轴124和输出驱动轴托架140。输出驱动轴托架140同轴地布置在发动机轴124和输出轴108周围。
在一些实施例中，输出驱动轴托架140围绕发动机轴124和输出轴108旋转。输出驱动轴托架140可利用推力轴承156由壳体托架130旋转支撑在盖117的一端，以及利用推力轴承160旋转支撑在盖117的另一端。
在图3中，输出驱动轴托架140包括臂，例如用于行星齿轮总成132的螺旋齿轮中的每个的臂163。在一个实施例中，臂163包括由电枢支撑件166和168支撑在输出驱动轴托架140的各端上的轴164。在某些实施例中，轴164可以在电枢支撑件166和168内自由旋转。
输出轴108直接连结到输出驱动轴托架140，使得由行星齿轮总成132的螺旋齿轮的输出驱动轴托架140的旋转导致输出轴108的旋转。在一些实施例中，输出轴108可利用推力轴承170旋转支承在壳体110的圆柱部分116的外开口处。
再参照图2，示出了逆变器外壳120。逆变器外壳120可包括盖部172和安装部174。所述安装部174可集成到壳体110的圆柱部分116的侧壁中。盖部172可跨过凸缘176和178与安装部174相配合。
参照图1、图3和图6，输入路径112和输出路径114提供用于允许所述组件围绕逆变器104的下部循环冷却剂(见图6)。更详细地，图1示出逆变器104可安装在逆变器外壳120内。逆变器外壳120可使用分隔壁184分为内部180和远端部182。逆变器104可使用密封件或环密封地安装到分隔壁184，所述密封件或环形成逆变器外壳120的内部180和远端部182之间的流体不可渗透屏障。根据一些实施例，可向逆变器104提供能够延伸到逆变器外壳120的内部180并且可以暴露于在内部180内循环的冷却剂的散热器。
在一些实施例中，壳体110可包括由壳体的后开口形成的冷却隔间186，所述壳体的后开口由盖板188包封。例如，圆柱部分116可包括与冷却隔间186中的盖板188配合的凸缘196。
冷却隔间186可包括热交换器和泵。
在一些实施例中，热交换器190可配置为热处理流经逆变器外壳120循环的冷却剂和通过壳体110的圆柱部分116循环的润滑剂。
泵126可以与热交换器190连结，并且可用于循环逆变器外壳120内的冷却剂以及壳体110的圆柱部分116内的润滑剂。泵126还可以通过热交换器190循环冷却剂和润滑剂。因此，热交换器包括冷却剂接口192和润滑剂接口194，其接收和输出各自的流体。
在一些实施例中，所有部件都可以封装在发动机/变速器/逆变器中，并且仅具有从外部连接的冷却剂。
虽然上文已经描述了各种实施例，但应当理解，它们仅以示例的方式呈现，而不是限制。这些描述不打算将技术的范围限制在此处所述的特定形式上。因此，优选实施例的广度和范围不应受到上述示例性实施例中任何一个的限制。应该理解，以上描述是说明性的，而不是限制性的。相反，本说明的目的是涵盖这些替代、修改和等同替换，可包括在所附权利要求书所定义或由本领域普通技术人员所理解的技术的精神和范围内。因此，技术的范围不应参照上述说明确定，而是应参照所附权利要求及其全部等同替换来确定。

Claims (20)

1.一种用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，所述集成驱动和发动机组件包括：
电动机；
逆变器，用于将电力输送至所述电动机；
连结至所述电动机的变速器总成；
连结至所述变速器总成的输出轴；以及
壳体，包括：
中央部分，其将所述电动机、变速器总成以及输出轴保持为处于相对于中心轴线彼此同轴关系；
设置在所述中央部分的底端的下部储层；以及
逆变器外壳，其从所述中央部分的侧壁延伸，所述逆变器外壳配置用以容纳所述逆变器。
2.根据权利要求1所述的集成驱动和发动机组件，其中所述电动机包括发动机绕组，该发动机绕组与所述电动机的输入驱动轴同心。
3.根据权利要求1-2所述的集成驱动和发动机组件，其中所述变速器总成包括行星齿轮，所述行星齿轮包括多个螺旋齿轮，所述多个螺旋齿轮将旋转力从所述电动机的输入驱动轴传递至输出轴。
4.根据权利要求3所述的集成驱动和发动机组件，其中所述变速器总成还包括环形齿轮，其固定连结于所述中央部分的盖。
5.根据权利要求1-4所述的集成驱动和发动机组件，其中所述电动机与所述逆变器通过所述逆变器的三相母线直接电连结。
6.根据权利要求1-5所述的集成驱动和发动机组件，其中所述中央部分包括由所述壳体的用盖板包封的后开口形成的冷却隔间。
7.根据权利要求1-6所述的集成驱动和发动机组件，其中所述逆变器外壳的内部部分与所述中央部分的冷却室利用输入路径和输出路径流体连通。
8.根据权利要求7所述的集成驱动和发动机组件，进一步包括冷却剂接口和润滑剂接口。
9.根据权利要求8所述的集成驱动和发动机组件，还包括热交换器，所述热交换器热处理通过电动机和变速器循环的润滑剂，其中润滑剂收集在所述下部储层中，并且其中所述热交换器热处理通过所述逆变器外壳循环的冷却剂。
10.根据权利要求9所述的集成驱动和发动机组件，其中所述润滑剂使用所述润滑剂接口循环，并且所述冷却剂使用冷却剂接口经由所述逆变器外壳循环。
11.一种用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，所述集成驱动和发动机组件包括：
电动机；
用于向所述电动机输送电力的逆变器；
旋转连结到所述电动机的变速器总成；
连结到所述变速器总成的输出轴；以及
壳体，包括：
圆柱部分，其将所述电动机、变速器总成和输出轴保持处于彼此沿中心轴线同轴关系；
设置在所述圆柱部分的底端上的下部储层，所述下部储层包括用于电动机和变速器总成的润滑剂；以及
逆变器外壳，其从所述圆柱部分的侧壁延伸，所述逆变器外壳配置用以容纳逆变器，所述逆变器外壳包括内部部分，所述内部部分包括用于冷却所述逆变器的冷却剂。
12.根据权利要求11所述的集成驱动和发动机组件，其中所述下部储层垂直于所述逆变器外壳设置。
13.根据权利要求11-12所述的集成驱动和发动机组件，其中所述下部储层和所述逆变器外壳的内部部分通过所述圆柱部分的向后设置的冷却隔间流体连通。
14.根据权利要求13所述的集成驱动和发动机组件，其中所述逆变器外壳的远端部分被密封以防止冷却剂进入所述远端部分。
15.根据权利要求14所述的集成驱动和发动机组件，其中所述内部部分与所述远端部分通过分隔壁分隔开。
16.一种用于机动车辆的集成驱动和发动机组件，所述集成驱动和发动机组件包括：
电动机，具有绕组，所述绕组同心地围绕输入驱动轴；
用于向所述电动机输送电力的逆变器；
变速器总成，连结到所述输入驱动轴和输出驱动轴，所述变速器总成包括行星齿轮，所述行星齿轮包括多个螺旋齿轮和环形齿轮，所述多个螺旋齿轮与所述输入驱动轴连结，所述行星齿轮还包括托架，所述托架可旋转地连结到所述多个螺旋齿轮并将旋转力传递至所述输出驱动轴；和
壳体，其包封所述电动机、变速器总成和输出轴使其相对于中心轴线同轴对齐。
17.根据权利要求16所述的集成驱动和发动机组件，其中所述电动机与所述逆变器通过所述逆变器的三相母线的对称输出突出部直接电连结。
18.根据权利要求16-17所述的集成驱动和发动机组件，其中所述壳体包括冷却隔间，所述冷却隔间由壳体的后开口形成，所述后开口由盖板包封。
19.根据权利要求16-18所述的集成驱动和发动机组件，其中所述逆变器外壳的内部部分利用输入路径和输出路径与所述中央部分的冷却室流体连通。
20.根据权利要求19所述的集成驱动和发动机组件，其中传动流体在所述壳体内循环，所述冷却剂在所述壳体的所述逆变器外壳内循环。
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