JP2019532607A - 電気モーターを有するハイブリッド駆動モジュール - Google Patents

Abstract

ハイブリッド駆動モジュールは、電気モーター（１１０）と、電気モーター（１１０）に動作可能に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール（３００）と、を備え、パワーエレクトロニクスモジュールが電気モーター（１１０）と一体的である。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド駆動モジュールに、および具体的にはそのようなハイブリッド駆動モジュールの電気モーターに、関する。

乗用車用のハイブリッドパワートレインは、関心を集めており、そのような用途向けの様々な解決策が近年提案されている。特に、既存のパワートレインに加えられる独立したモジュールとしてハイブリッド機能を提供することが、提案されている。既存のハイブリッド駆動モジュールの一例は、第１スプロケットを含み、第１スプロケットは、デュアルマスフライホイールおよび切断クラッチを介して間接的に内燃機関のクランクシャフトに、および第２スプロケットに駆動連結される電気モーター（好ましくは４８Ｖ電気モーター）に、接続されるように意図されている。スプロケットは、純電気駆動、回復、けん引モード、およびブーストなどの様々な駆動モードを可能にするために、ベルトによって連結され、このようにしてベルト駆動を形成する。この従来技術のシステムでは、電気モーター、フライホイール、クラッチ、およびベルト駆動は、既存のパワートレインに加えられることができるスタンドアローンモジュールとして形成される。

ハイブリッド車は、典型的に、電力を電源（例えばバッテリー）から電気モーターに変換するパワーエレクトロニクスユニットを備える。パワーエレクトロニクス装置は、負荷に電力を提供するのに使用される。パワーエレクトロニクス装置は、トランジスタおよび電源スイッチ、整流器などの、ソリッドステート装置を備え得る。他の機能の中で、ハイブリッド車のパワーエレクトロニクス装置は、通常、直流電力を電気モーター用に交流電力に変換する。電力が負荷に提供されることができるように、パワーエレクトロニクス装置は、典型的に、バッテリーへのおよび電気モーターへの高出力ケーブルに接続される。

パワーエレクトロニクス装置の１つの典型的な態様は、それらが、負荷とパワーエレクトロニクス装置との間の実質的な高出力ケーブルを必要とする。高出力ケーブルは、高価でもあり、車両の重量を増加させもする。さらに、パワーエレクトロニクスのパッケージ寸法を減少させることは、重量に関して理想的であるが、パワーエレクトロニクス装置は、相当量の熱を生成し、それに続く発熱により、通常、性能および信頼性が減少する。

向上した性能、信頼性、および減少した重量およびコストのパワーエレクトロニクス装置を有する向上したハイブリッド駆動モジュールは、明らかに理想的である。

従って、本明細書の教示の目的は、従来技術の解決策の不利な点を克服する改良されたハイブリッド駆動モジュールを、提供することである。

第１態様によると、ハイブリッド駆動モジュールが提供される。ハイブリッド駆動モジュールは、電気モーターと、電気モーターに動作可能に連結されたパワーエレクトロニクスモジュールとを備え、パワーエレクトロニクスモジュールが電気モーターと一体的である。電気モーターと一体的であるパワーエレクトロニクスは、重量を削減し、駆動モジュールの部品点数を少なくする。

一実施形態では、ハイブリッド駆動モジュールは、ハウジングと、少なくとも１つのカップリングを介して関連する内燃機関のクランクシャフトに電気モーターを連結するチェーン駆動とを備える。ハウジングは、動作中チェーンからオイルを受け取るように構成されている入口と、電気モーターにオイルを分配するように配置されている出口と、を有するリザーバーをさらに備える。電気モーターおよび統合パワーエレクトロニクスは、このようにして冷却される。

実施形態では、少なくとも１つのカップリングは、パラレル２クラッチシステムの少なくとも１つのクラッチである。そのようなシステムでは、ハイブリッド駆動モジュールは、Ｐ２クラッチシステムの一部を備える。

実施形態では、電気モーターとパワーエレクトロニクスモジュールとは、熱的に接続される。

一実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュールは、電気モーターモジュールを形成する。

パワーエレクトロニクスモジュールは、電気モーターから電力を受け取るように構成されてよい。

実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュールは、車両電子システムに動作可能に連結される。パワーエレクトロニクスモジュールは、ＥＣＵ機能を提供するように構成されてよい。

一実施形態では、車載ＥＣＵ機能は、ハイブリッド駆動センサーを含む。

第２態様では、エンジンアセンブリが提供される。エンジンアセンブリは、内燃機関と、電気モーターおよびパワーエレクトロニクスモジュールを備える開示された実施形態のいずれか１つによるハイブリッド駆動モジュールと、を備える。ハウジングは、前記の内燃機関のエンジンブロックの端部と、前記の端部から外に延びるイヤー構造とによって形成され、パワーエレクトロニクスモジュールは、電気モーターと一体的である。

第３態様では、ハイブリッド車が提供される。ハイブリッド車は、第１態様によるエンジンアセンブリを備える。

本明細書の教示の実施形態は、実施形態がどのように実行されるかについての非限定的例を示す添付図面を参照して、以下でさらに詳しく記載される。

実施形態によるハイブリッド駆動モジュールの概略図を示す。 実施形態によるハイブリッド駆動モジュールの部分の断面図である。 実施形態によるハイブリッド駆動モジュールの部分の等角図である。 実施形態によるハイブリッド駆動モジュールと共に使用するための電気モーターの部分の断面図である。

図１に始まり、車両のエンジンアセンブリ１０の配置図が示されている。車両は、典型的に乗用車であり、エンジンアセンブリ１０は、内燃機関２０および実施形態によるハイブリッド駆動モジュール１００を備える。以下で説明されるように、ハイブリッド駆動モジュール１００は、ハイブリッド駆動モジュール１００と直列に配置されるトランスミッション（図示せず）に追加の駆動トルクを提供するために、内燃機関２０のクランクシャフト２２に機械的に連結される。従って、トランスミッションは、図１からはっきり分かるようにクランクシャフト２２にも連結される。

ハイブリッド駆動モジュール１００は、電気モーター１１０と、電気モーター１１０をクランクシャフト２２に連結するチェーン駆動１２０とを備える。電気モーター１１０は、このため、チェーン駆動１２０の第１スプロケット１２２を駆動し、電気モーター１１０が作動すると、第１スプロケット１２２の回転運動が、チェーン１２６を介して第２スプロケット１２４に伝えられる。

第２スプロケット１２４は、１つ以上のカップリングを介してクランクシャフト２２に駆動連結される。図１に示されている実施形態では、第２スプロケット１２４は、デュアルマスフライホイール１４０から駆動トルクを受ける切断クラッチ１３０の出力に連結される。一般にハイブリッドＰ２システムで表されるパラレル２クラッチシステムについて、切断クラッチ１３０は、Ｃ０クラッチと称されることが多い。別のねじれ減衰／吸収装置に置き換えられ得るデュアルマスフライホイール１４０は、クランクシャフト２２から直接入力トルクを受ける。しかしながら、この実施形態のために、切断クラッチ１３０および／またはデュアルマスフライホイール１４０（またはその代替）は、省略され得る、または別の適切なカップリングに置き換えられ得る。

また図１に示されているのは、さらなる任意のクラッチ１５０であり、ここではローンチクラッチを表している。再びＰ２システムに関し、ローンチクラッチは、Ｃ１クラッチと称されることが多い。ローンチクラッチ１５０は、下流に、すなわち、トランスミッションの上流のハイブリッド駆動モジュール１００の出力側に、配置される。ローンチクラッチ１５０は、トルクコンバーターまたは同様のものに置き換えられ得ることが、理解されるべきである。

電気モーター１１０は、好ましくは４８Ｖモーター／オルタネーターであり、それは、従って車両の既存のパワートレインにハイブリッド機能を提供するのに使用されることができる。他の実施形態も、この出願の範囲内で可能であり、高電圧電気モーターが利用されてよい。具体的には、チェーン駆動１２０の提供は、ベルト駆動が使用される場合と比較すれば、高電圧電気モーターとのモジュール化を可能にする。ベルト駆動は、より強力な高電圧ハイブリッド電気モーターによって提供される非常に高い負荷に決して対応しない。

ハイブリッド駆動モジュール１００は、パワーエレクトロニクスモジュール３００であるパワーエレクトロニクス装置も備える。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０に動作可能に連結される。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０を制御することができる、およびそれに動力を供給することができる。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０と一体的であってよい。統合パワーエレクトロニクスモジュール３００を備える電気モーター１１０は、車両内での高価な高出力ケーブルの必要性を減らす。さらに、高出力ケーブルの総距離は、全ハイブリッド駆動モジュール１００の重量を増加させる。ハイブリッド駆動モジュール１００内での高出力ケーブルの減少は、ハイブリッド駆動モジュール１００の重量を減少させる。パワーエレクトロニクスモジュール３００および電気モーター１１０は、単一パッケージで提供されてよく、電気モーター１１０およびパワーエレクトロニクスモジュールが電気モーターモジュールを形成する。パワーエレクトロニクスモジュール３００および電気モーター１１０は、さらに単一ハウジングで提供されてよい。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、そのような場合、ハイブリッド駆動モジュール１００の外部にない。

パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０に、電気モーター作動に必要な電力および電圧を提供するように構成される。例えば、パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０に４８Ｖを提供し得る。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、高電圧電気モーターに電力を提供することもできる。そのような場合には、パワーエレクトロニクスモジュールは、電気モーターに、例えば、４８Ｖ−７００Ｖを提供するように構成され得る。パワーエレクトロニクスモジュールは、電気モーター１１０で発生する交流電力を受け取るようにも構成され得る。電気モーター１１０で発生する電力は、バッテリーなどのエネルギー貯蔵装置での貯蔵のために直流電力に変換され得る。

パワーエレクトロニクスモジュール３００は、さらに、他の車両システムに電力を提供するように構成され得る。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、ハイブリッド駆動モジュール１００内の他の部品にＥＣＵ機能を提供するようにプログラムされることもでき、電動機制御、センサーデータの処理、アクチュエーターの制御等などである。アクチュエーターを制御する場合、パワーエレクトロニクスモジュール３００は、切断クラッチ１３０のアクチュエーターを制御するように構成され得る。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、ハイブリッド駆動モジュール１００内に含まれるセンサーに電力を提供することもできる。そのような場合には、パワーエレクトロニクスモジュールは、複数の電圧を提供するように構成されてよく、それぞれの電圧が、それぞれの車両システムに必要な電圧に適合する。例えば、センサーは、２４Ｖ電源入力を必要としてよく、パワーエレクトロニクスモジュール３００は、そのような場合には、電気モーター１１０に４８Ｖ電源入力を、センサーに２４Ｖ電源入力を提供してよい。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、適切な電圧を提供するように構成されてよく、例えば３．５Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、４８Ｖ等であるが、これに限定されない。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０によって生成される交流電力を、他の車両システムへの分配のために直流電力に変換するように構成され得る。ある場合には、電気モーター１１０で発生する電力は、バッテリーなどのエネルギー貯蔵装置に最初に伝送される必要はなく、それは、直流電力に変換され、続いて、エネルギー貯蔵装置を通らずに他の車両システムに分配されてよい。

ハイブリッド駆動モジュール１００の全体は、潤滑システムも備え、それは、本明細書に提示された様々な実施形態に従って、チェーン１２６がハイブリッド駆動モジュール１００の回転部分（すなわち、１つ以上のカップリング１３０，１４０）に潤滑オイルを循環させるのに役立つという原理に、基づく。さらに注目すべきは、ローンチクラッチまたはトルクコンバーター１５０も利用する場合、この部品は、ハイブリッド駆動モジュール１００内に配置されることもでき、従って同じ潤滑システムから恩恵を受けることである。

ある実施形態では、潤滑システムは、オイルポンプ１６０によってサポートされることができ、オイルポンプ１６０は、パワーエレクトロニクスモジュール３００によって制御されることもできる。

潤滑オイルは、この開示の文脈内で、あらゆるオートマティック・トランスミッション液、エンジンオイル、または特定の用途に適する他の種類の潤滑および冷却流体をカバーするように、広く解釈されるべきである。

ハイブリッド駆動モジュール１００の全般的な理解のために、図２では、ハイブリッド駆動モジュール１００の部分の断面が示され、ハイブリッド駆動モジュール１００の小型化を示している。

クランクシャフト２２は、デュアルマスフライホイール１４０の１次慣性質量体１４２に入力トルクを提供する。デュアルマスフライホイール１４０の２次慣性質量体１４４は、切断クラッチ１３０の入力側に連結され、ここではリミテッドスリップカップリングの形である。切断クラッチ１３０の出力側は、チェーン１２６を支える第２スプロケット１２４に連結されている。好ましくは、１つ以上のばねが提供されてよく、慣性質量体１４２，１４４を互いに接続し、２次慣性質量体１４４が１次慣性質量体１４２に対して回転できるようになっており、ばねが変形することができ、内燃機関２０から伝えられるねじれ振動を減らす。

デュアルマスフライホイール１４０と切断クラッチ１３０とは、クランクシャフト２２の周りに同軸に配置され、それによってハイブリッド駆動モジュール１００の軸方向長さを減少させる。

図３では、エンジンアセンブリ１０が再び示されている。見られるように、ハイブリッド駆動モジュール１００は、ハウジング１７０に囲まれる。ハウジング１７０は、内燃機関２０のエンジンブロック２６の端部２４、端部２４に取り付けられてエンジンブロック２６から外側に延びるイヤー構造１８０、およびハウジング１７０を封止するカセット（図５参照）によって、形成される。イヤー構造１８０は、電気モーター１１０およびチェーンアセンブリ１２０の第１スプロケット１２２を入れるためのスペースを確保するように提供され、デュアルマスフライホイール１４０、切断クラッチ１３０、および第２スプロケット１２４は、端部２４内の円形領域内に適合するように寸法決めされる。

ハウジング１７０は、任意に端部２４内の円形領域に延びる、イヤー構造１８０内に配置されたインサート２００によってリザーバー１９０を形成する。リザーバー１９０は、動作中オイルを含むように、および動作中チェーン１２６に潤滑を提供するように、配置される。

リザーバー１９０の提供は、完全にパッシブな潤滑システムを可能にし、ハイブリッド駆動モジュール１００の回転部分に十分な潤滑を提供するのに外部オイルポンプまたはチャネルを必要としないことを、意味する。具体的には、動作中、チェーン１２６は、オイルがリザーバー１９０に流入するように、第１スプロケット１２２の上端でオイルを注ぐ。リザーバー内のオイルレベルが一定の高さに到達するとき、リザーバー１９０に設けられている出口は、オイルが、チェーン１２６が第１スプロケット１２２と接触する位置でリザーバー１９０を出ることができるようにする。そのような構成により、チェーン１２６は、それ自体の動きによって潤滑される。

リザーバーに運ばれないオイルの量は、最終的には、ハウジング１７０の底に下方に落下する。イヤー構造１８０は、端部２６の円形領域の最下点を少し超える垂直位置に配置されるので、オイルは、第２スプロケット２４、デュアルマスフライホイール１４０、チェーン１２６、および切断クラッチが回転する円形領域の最下領域に行き着く。この理由で、これらの回転部分１２４，１２６，１３０，１４０、特にデュアルマスフライホイール１４０の１次慣性質量体１４２は、オイルを拾い上げ、それを周囲に進ませる。任意に、同じオイルが、回路を通じて、向上した冷却および潤滑のために回転部分に送られてよい。そのような回路は、例えば、ハイブリッド駆動モジュール１００の様々な部品から過度の熱を取り除く熱交換器を含んでよい。

最終的には、このオイルは、リザーバー１９０に再び流入する。このため、リザーバー１９０の入口は、主にチェーンから、しかし他の回転部分１３０，１４０からも、オイルを受けるように寸法決めされる。

磁石２１６は、好ましくは、オイル内に含まれる金属粒子を引き付けるために、リザーバー１９０の底に配置される。任意に、磁石２１６は、フィルターまたは動作中潤滑流体を浄化する他の適切な手段に置き換えられてよい、またはそれと組み合わせられてよい。

上記で提示された実施形態は、潤滑オイルをハイブリッド駆動モジュール１００内で循環させ得るチェーン駆動１２０およびリザーバー１９０を使用して、ハイブリッド駆動モジュール１００全体のパッシブな潤滑システムを利用するという同じ技術概念を全て共有する。

図４では、電気モーター１１０の実施形態が示されている。この例では、電気モーター１１０は、電気モーター１１０の冷却および潤滑のためにリザーバー１９０からオイルを受け取るだけでなく、ハイブリッド駆動モジュール１００の潤滑システム全体のためにチェーン駆動１２０と共にポンプとしての役割も果たすように、構成される。パワーエレクトロニクスモジュール３００は図４で省略されていることに、留意する。

特に、電気モーター１１０の回転シャフト１１２には、リザーバー１９０からのオイルを受け取る軸方向入口が設けられる。回転シャフト１１２の内部の通路１１３は、オイルを、それが１つ以上の径方向ドリリング１１４に到達するまで、運び、径方向ドリリング１１４では、オイルが出てロータアセンブリ１１５を打つ。ロータアセンブリが回転するにつれて、それは、オイルをシャフト１１２から引き上げ、それをロータアセンブリ１１５を通過させ、オイルをエンドターン１１６に飛ばす。冷却オイルは、随意に、熱を取り出すためにエレクトロニクスに使用される熱交換器を通り得る。

出口穴１１４がロータアセンブリ１１５でシャフト１１２の中心線から径方向距離があり、これは、オイルを引き出すポンプ作用を作り出す。オイルは、その後、再び再循環されるためにカセット２２０にドレインバックし得る。

油冷式モーター１１０は、水冷式電気モーターと比較してはるかに高い連続パフォーマンスレベルを可能にする。これは、油性クーラントが、電気機械の高温部品、すなわち、ステータの銅エンドターンに、および磁石を冷却するためにロータアセンブリに、直接適用されるという事実による。

電気モーター１１０と一体的であるパワーエレクトロニクスモジュール３００を備えるシステムでは、パワーエレクトロニクスモジュール３００によって発生する熱は、電気モーター１１０に消散し得る。そのようなシステムでは、電気モーター１１０の冷却は、パワーエレクトロニクスモジュール３００も冷却されるという影響を与える。電気モーターおよびエレクトロニクスパワーモジュールは、冷却のためにリザーバー１９０からオイルを受け取る。パワーエレクトロニクスモジュール３００は、リザーバー１９０からのオイルによって直接冷却されてもよい。上記のようなシステムでは、パワーエレクトロニクスモジュール３００は、電気モーター１１０に動作可能にも熱的にも連結され得る。

改良された概念は、本明細書に記載される実施形態に決して限定されず、いくつかの変更が、添付の「特許請求の範囲」の要旨から逸脱することなく実現可能であることが、言及されるべきである。

Claims (11)

1. ハイブリッド駆動モジュールであって、電気モーター（１１０）と、電気モーター（１１０）に動作可能に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール（３００）と、を備え、パワーエレクトロニクスモジュールが電気モーター（１１０）と一体的である、ハイブリッド駆動モジュール。
2. 請求項１に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、ハイブリッド駆動モジュールは、ハウジング（１７０）と、少なくとも１つのカップリング（１３０，１４０）を介して関連する内燃機関（２０）のクランクシャフト（２２）に電気モーター（１１０）を連結するチェーン駆動（１２０）と、を備え、前記ハウジング（１７０）は、動作中チェーン（１２６）からオイルを受け取るように構成されている入口（２１２）と、電気モーター（１１０）にオイルを分配するように配置されている出口（２１４，２１４’）と、を有するリザーバー（１９０）をさらに備える、ハイブリッド駆動モジュール。
3. 請求項２に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、少なくとも１つのカップリング（１３０，１４０）は、パラレル２クラッチシステムの少なくとも１つのクラッチである、ハイブリッド駆動モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、電気モーター（１１０）とパワーエレクトロニクスモジュール（３００）とは、熱的に接続される、ハイブリッド駆動モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、パワーエレクトロニクスモジュール（３００）は、電気モーターモジュールを形成する、ハイブリッド駆動モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、前記パワーエレクトロニクスモジュール（３００）は、電気モーター（１１０）から電力を受け取るように構成されている、ハイブリッド駆動モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、前記パワーエレクトロニクスモジュール（３００）は、車両電子システムに動作可能に連結されている、ハイブリッド駆動モジュール。
8. 請求項７に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、前記パワーエレクトロニクスモジュール（３００）は、ＥＣＵ機能を提供するように構成されている、ハイブリッド駆動モジュール。
9. 請求項８に記載のハイブリッド駆動モジュールであって、前記車載ＥＣＵ機能は、ハイブリッド駆動センサーを含む、ハイブリッド駆動モジュール。
10. エンジンアセンブリであって、内燃機関（２０）と、電気モーター（１１０）およびパワーエレクトロニクスモジュール（３００）を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動モジュール（１００）と、を備え、前記ハウジング（１７０）は、前記内燃機関（２０）のエンジンブロック（２６）の端部（２４）と、前記端部（２４）から外に延びるイヤー構造（１８０）と、によって形成され、パワーエレクトロニクスモジュール（３００）は、電気モーター（１１０）と一体的である、エンジンアセンブリ。
11. 請求項１０に記載のエンジンアセンブリ（１０）を備えるハイブリッド車。

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