JP2022518046A - 電気自動車またはハイブリッド車のための推進モジュール - Google Patents

電気自動車またはハイブリッド車のための推進モジュール Download PDF

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Abstract

ハイブリッド車または電気自動車のための駆動モジュール（１）であって、ロータおよびステータを有する電気駆動機（２）と、電気エネルギー貯蔵ユニットによって供給される電気エネルギーからステータに電気的に電力が供給されることを可能にする電圧変換器（３）と、ロータによって供給されるトルクを受ける減速システム（５）と、を備え、モジュール（１）は、電気駆動機（２）および電圧変換器（３）を収容する第１のハウジング部（１０）と、減速システム（５）を収容する第２のハウジング部（１１）と、を備え、モジュール（１）は、少なくとも電気駆動機（２）および電圧変換器（３）を冷却するために、同じ液体が第１のハウジング部（１０）内および第２のハウジング部（１１）内を循環することを可能にする冷却回路（１５）を規定し、第２のハウジング部（１１）の表面の全部または一部は、冷却リリーフ（３１）を支持し、液体によって回収された熱をモジュール（１）の外側に向けて放散させることを可能にする。

Description

本発明は、電気自動車またはハイブリッド車のための駆動モジュールに関する。このモジュールは、車両に搭載された電気エネルギー貯蔵ユニットからの電気エネルギーを変換する電圧変換器と、電気駆動機と、電気駆動機の回転速度を車両に必要な速度に適合させることを可能にする減速システムと、を備える。
電気駆動機および電圧変換器を冷却することを可能にする水回路のそのようなモジュールが設けられることが知られている。
本発明の主題は、過度の嵩張りを発生させることなく、その電気駆動機および電圧変換器が効率的に冷却される、電気自動車またはハイブリッド車のための駆動モジュールを提供することである。
本発明は、その一態様によれば、
ハイブリッド車または電気自動車のための駆動モジュールであって、
ロータおよびステータを有する電気駆動機と、
電気エネルギー貯蔵ユニットによって供給される電気エネルギーから前記ステータに電気的に電力が供給されることを可能にする電圧変換器と、
前記ロータによって供給されるトルクを受ける減速システムと、を備え、
前記モジュールは、前記電気駆動機および前記電圧変換器を収容する第１のハウジング部と、前記減速システムを収容する第２のハウジング部と、を備え、前記モジュールは、少なくとも前記電気駆動機および前記電圧変換器を冷却するために、同じ液体が前記第１のハウジング部内および前記第２のハウジング部内を循環することを可能にする冷却回路を規定し、
前記第２のハウジング部の表面の全部または一部は、冷却リリーフを支持し、前記液体によって回収された熱を前記モジュールの外側に向けて放散させることを可能にする、駆動モジュール、
によって、この要求を満たす。
本発明によれば、減速システムを収容するハウジング部の表面は、第１のハウジング部内および第２のハウジング部内を循環する液体によって事前に収集されたカロリーをモジュールの外側に向けて放散するように、リリーフを支持するために使用される。第２のハウジング部に冷却リリーフを設けることにより、空気の表面交換面積を増大させ、それゆえ、モジュールの外側に向けてのカロリーの放散を増大させ、これにより、空気の冷却を改善することが可能になる。これにより、第２のハウジング部は、単独で、または他の部品と組み合わせて、ラジエータとして機能する。これにより、例えば、電圧変換器を冷却するための専用の追加の水回路の必要性を回避し、これにより、嵩張りおよび密閉性の点で関連する欠点を回避する。更に、第２のハウジング部において、電気駆動機および電圧変換器によって事前に加熱された液体を通すことにより、当該第２のハウジング部内に配置された減速システムの性能を向上させることが可能になる。モジュール内を循環する冷却水は油であり得る。減速システムは、例えば、いくつかのピニオンを備え、油はこれらのピニオンを潤滑することを可能にする。
有利には、モジュールは、追加の冷却回路、特に水が通過する追加の冷却回路を備えていない。
冷却剤は、電気駆動機のロータおよび／もしくはステータと直接接触し、ならびに／または、減速システムの全部もしくは一部、特にこの減速システムのピニオンが存在する場合はそのピニオンの全部もしくは一部と直接接触することができる。
冷却リリーフは、第１のハウジング部によって支持されることができ、一方、他の冷却リリーフは、第２のハウジング部によって支持されることができる。第１のハウジング部全体が、例えば、冷却リリーフを支持し、第２のハウジング部全体が、例えば、更なる冷却リリーフを支持する。
それらが第１のハウジング部によって支持されようと第２のハウジング部によって支持されようと、冷却リリーフはフィンであり得る。これらのフィンは列に配置することができ、二つの隣り合う列の間に一定または非一定の間隔が存在することができる。これらの列は、すべて同じ方向を有していてもよいし、有していなくてもよい。必要に応じて、同じフィンが、一方では第１のハウジング部上に延び、他方では第２のハウジング部上に延びることができる。
冷却リリーフは、例えば、それらを支持するハウジング部と一体に形成されている。一変形例として、これらの冷却リリーフは、このハウジング部に取り付けられている。
前述のハウジング部の各々は、一体型であり得るか、ハウジングのサブパーツを組み立てることによって形成され得る。
上記のすべてにおいて、モジュールは、冷却回路に取り付けられたポンプを備えることができる。このポンプは、液体、特に油を冷却回路に強制的に循環させることができ、これにより、液体、特に油による電圧変換器および電気機械の均一な冷却を保証することができる。
このようなポンプが存在する場合、このポンプを制御するためのシステムも存在することができ、この制御システムは、電圧変換器の電子基板に完全にまたは部分的に取り付けられることができる。したがって、別の機能がこの電子基板に追加されることにより、モジュールに関連する嵩張りが低減されることが可能になる。
上記のすべてにおいて、モジュールは、冷却回路内を循環する液体の温度のためのセンサを備えることができ、このセンサのための電子機器が、電圧変換器の電子基板に取り付けられることができる。ここでも、電子基板への機能の追加により、モジュールに関連する嵩張りが低減されることが可能になる。一変形例として、センサのための電子機器は、電圧変換器の電子基板から離れて、ケーブルによってそれに接続されることができる。
上記のすべてにおいて、モジュールは、減速システムの摩耗によって生じる金属粒子のためのフィルタを備えることができる。電気駆動機のロータが永久磁石ロータである場合、このフィルタは、磁石が保護されることを可能にする。
必要に応じて、金属粒子フィルタおよびポンプが存在する場合、当該物品は、第１ハウジング部および第２ハウジング部の間の冷却回路の接続部分に配置されることができ、当該接続部分は、例えば、第２ハウジング部から第１ハウジング部へ循環する液体によって通過される。
上記のすべてにおいて、冷却回路は、電気駆動機のステータとのみ直接接触し、そのロータとは直接接触しなくてもよいし、電気駆動機のロータとのみ直接接触し、そのステータとは直接接触しなくてもよい。
一変形例として、上記のすべてにおいて、冷却回路は、ステータと直接接触する第１の分岐と、第１の分岐に平行でロータと直接接触する第２の分岐と、を備えることができる。したがって、この変形例によれば、冷却回路は、その第１の分岐を介してステータと直接接触し、また、その第２の分岐を介してロータと直接接触する。
上記のすべてにおいて、冷却回路は、第１のハウジング部および第２のハウジング部の間の接続部分を備えることができ、この接続部分は、モジュールの外側に向かう追加の熱の放散を可能にしたり、可能にしなかったりする。この接続部分は、第１のハウジング部から第２のハウジング部へ循環する液体によって通過されることができる。このような放熱が可能な場合、それはこの接続部分に固定されたラジエータを介して生じることができるか、またはこの接続部分はコイルの形態で製造されることができる。必要に応じて、モジュールは、この追加の放熱を促進するファンを備えることができる。このファンを制御するためのシステムが存在することができ、この制御システムは、電圧変換器の電子基板に完全にまたは部分的に取り付けられることができる。したがって、別の機能がこの電子基板に追加されることにより、モジュールに関連する嵩張りが低減されることが可能になる。
上記のすべてにおいて、モジュールは、外部との３つのみのインターフェース、すなわち、電気エネルギー貯蔵ユニットからモジュールに電気エネルギーを供給するための第１のインターフェース、モジュールによって生成されたトルクを伝達するための第２のインターフェース、およびモジュールを制御するための情報を交換するための第３のインターフェースを備えることができる。上記のすべてにおいて、第１のハウジング部および第２のハウジング部は、例えば、ネジによって、互いにしっかりと固定されることができる。
上記のすべてにおいて、電気駆動機は、同期機または非同期機であり得る。同期機の場合、巻線形ロータまたは永久磁石ロータを有することができる。電気駆動機によって供給される定格電力は、１０ｋＷ～３５ｋＷの範囲、例えば、１５ｋＷのオーダーであり得る。
減速システムは、２個～１５個のピニオンを備えることができる。減速システムは、単一のギヤ比を規定することができ、この単一のギヤ比の値は、例えば、２～５０の範囲である。一変形例として、減速システムは、３つの別個のギヤ比を規定するように構成されることができる。
電圧変換器は、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の電界効果トランジスタを実装するインバータ／整流器であり得る。
本発明の更なる主題は、その別の主題によれば、上記で規定されたモジュールと、電気エネルギー貯蔵ユニット、特に４２Ｖ～５４Ｖの範囲、例えば４８Ｖ、の定格電圧を供給する電気エネルギー貯蔵ユニットと、を備える、アセンブリである。
前述のモジュールは、４２Ｖ～５４Ｖの範囲、例えば４８Ｖ、の定格電圧を供給する電気エネルギー貯蔵ユニットに特に適しており、電気駆動機および電圧変換器で放出された熱は、追加の水回路を必要とすることなく、その中を循環する液体と冷却リリーフによって、モジュールの外側に向かって放散されることができる。変形例において、電気エネルギー貯蔵ユニットは、より高い定格電圧、例えば最大４００Ｖの値、を供給することができる。
このようなアセンブリは、少なくとも一つのホイールであって、このホイールを駆動するためにモジュールによって生成されたトルクがホイールに付与されるようにモジュールが結合された少なくとも一つのホイールを更に備えることができる。モジュールは、ホイールに直接結合されるか、車両のフロントアクスルディファレンシャルまたはリアアクスルディファレンシャルに取り付けられることができる。必要に応じて、いくつかの同様のモジュールが車両に搭載されることができる。
本発明によるモジュールの他の適用も可能である。
図１は、本発明の一実施形態によるモジュールを高度に模式的に示す。 図２は、図１のモジュールをより具体的に示す。 図３は、車両内の同じ用途のモジュールの変形例を模式的に示す。 図４は、車両内の同じ用途のモジュールの変形例を模式的に示す。
本発明の第１の実施形態によるモジュール１が、図１を参照して模式的に示されている。このモジュール１は、電気自動車またはハイブリッド車を駆動するために使用される。このモジュール１は、この場合、ロータおよびステータを有する電気駆動機２と、電気エネルギー貯蔵ユニットによって供給される電気エネルギーからステータに電気的に電力が供給されることを可能にする電圧変換器３と、車両を駆動することを目的としてロータによって供給されるトルクを受ける減速システム５と、を備えている。図１では、図面を分かりやすくするために、電圧変換器３は、電気駆動機２および減速システムから離れているように示されているが、検討例では、電圧変換器３、電気駆動機２および減速システム５は、実際には同じブロックを形成している。この検討例では、電気駆動機２は、１０ｋＷ～３５ｋＷの範囲の定格電力を供給する、同期式の永久磁石回転機である。この同期機のステータは、ステータのカーカス上に巻かれた導体または互いに接続されたピンによって形成された電気巻線を備えることができる。電気的なステータの巻線は、例えば、三相巻線、または二つの三相巻線によって形成された巻線である。
検討例では、電圧変換器３は、車両の駆動モードにおいて、電気エネルギー貯蔵ユニットの直流電圧が電気駆動機２のステータに電気的に電力を供給するための交流電圧に変換されることを可能にし、回生モードにおいて、電気駆動機２のステータの端子に誘起される交流電圧が整流されることを可能にするインバータ／整流器である。電圧変換器３は、例えば、いくつかのスイッチングアームを実装しており、各アームは、例えば、電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等の制御可能なスイッチを備えている。
電圧変換器３は、駆動モードまたは回生モードに応じて、例えば、４２Ｖ～５４Ｖの範囲の定格電圧、例えば、４８Ｖの定格電圧を有する電気エネルギー貯蔵ユニットの電圧を受信または印加する。
説明例では、減速システム５は、電気機械２によって供給されるトルクを車両のホイールに伝達するために噛み合ういくつかのピニオンを備えている。減速システム５のピニオンは、例えば、単一のギヤ比が可能であるように、または、一変形例として、二つの別個のギヤ比もしくは三つの別個のギヤ比が可能であるように構成されている。
検討例では、図３～図４に示すように、モジュール１は、車両の前車軸または後車軸のいずれかの車軸に取り付けられている。このモジュール１は、例えば、この車軸にネジ止めされるか、またはサイレントブロックによってこの車軸に接続されている。この設置では、減速システム５から出力されるトルクは、差動装置によってこの車軸の異なるホイール３５の間で分配される。
モジュール１について更に詳細に説明する。このモジュール１は、図２に明確に見られるように、電気駆動機２および電圧変換器３を受容する第１のハウジング部１０を備えている。この第１のハウジング部１０は、一体型であってもよいし、ハウジングサブパーツを一緒に組み立てることによって形成されてもよい。また、モジュール１は、減速システム５を受容する第２のハウジング部１１を備えている。第１のハウジング部１０および第２のハウジング部１１は、この場合、例えば、ネジによってしっかりと固定されている。
図１に見られるように、モジュール１は、同じ液体、この場合は油が第１のハウジング部１０内および第２のハウジング部１１内を循環することを可能にする冷却回路１５を規定している。したがって、この液体は、電気駆動機２および電圧変換器３がそこからカロリーを除去することによって冷却されることを可能にする。
冷却回路１５は、この場合、
電気駆動機２および電圧変換器３を冷却するための第１のハウジング部１０を通る部分と、
第１のハウジング部１０および第２のハウジング部１１の間の第１の接続部分２０と、
油が減速システム５の個々のピニオンを潤滑することができる、第２のハウジング部１１を通る部分と、
第２のハウジング部１１および第１のハウジング部１０の間の第２の接続部分２１と、
を備える。
図１に見られるように、二つの平行な分岐２２、２３が冷却回路１５に設けられることができ、油は、電気駆動機２のロータと直接接触するとともにステータとも直接接触して第１のハウジング部内を循環するようになっている。図示しない一変形例では、冷却回路は平行な分岐を有しておらず、電気機械２のロータおよびステータのうちの一つのみが油と直接接触する。
図１に見られるように、検討例では、冷却回路は、
冷却回路１５内、この場合、第１のハウジング部１０内、次に第１の接続部分２０内、次に第２のハウジング部１１内、次に第２の接続部分２１内、次に再び第１のハウジング部１０内に進行方向を課すポンプ２７と、
冷却回路内を循環する液体の温度のためのセンサ２８と、
減速システム５の摩耗によって生じる金属粒子のためのフィルタ２９と、
を備えることもできる。
ポンプは、モジュールの内側または外側に取り付けられることができる。
必要に応じて、ポンプ２７を制御するためのシステムは、電圧変換器３の電子基板に完全にまたは部分的に取り付けられることができ、センサ２８の電子機器も、電圧変換器の電子基板に取り付けられることができる。したがって、モジュールに関連する嵩張りを低減するために、いくつかの機能が電圧変換器３の電子基板に追加される。
図３および図４に見られるように、冷却回路１５が前述のポンプ２７およびフィルタ２９を備えている場合、当該ポンプおよびフィルタは、電気駆動機２および電圧変換器３によって形成される回路内の熱源の上流側に配置されるように、回路の第２の接続部分２１内に配置されることができる。
図３の例では、冷却回路の第１の接続部分２０は、ハウジング部１０及びハウジング部１１の間の単なる接合機能を提供している。しかしながら、図４を参照して見られるように、本発明はこれに限定されない。
図４では、一変形例によれば、第１の接続部分２０は、熱がモジュールの外側に向かって放散することを可能にする。この放散は、例えば、第１の接続部分２０に関連するラジエータ３０によって、または、この第１の接続部分２０をコイルの形態で製造することによって提供される。第１の接続部分におけるこの熱の放散を更に高めるために、ファンがモジュールに設けられることができる。このファンを制御するためのシステムは、電圧変換器３の電子基板に完全にまたは部分的に取り付けられることができる。
本発明によれば、冷却回路１５は、以下に説明するように、電気駆動機２および電圧変換器３によって排出される熱をモジュール１の外側に向けて放散するために、冷却リリーフ３１と協働する。
図２は、冷却リリーフ３１が第２のハウジング部１１の表面によって支持されることを示している。検討例では、これらの冷却リリーフは、第２のハウジング部１１と一体に形成されたフィンである。
また、図２に見られるように、フィンでもある他の冷却リリーフ３２は、第１のハウジング部１０の表面によって支持される。第１のハウジング部１０の表面全体および第２のハウジング部１１の表面全体が、フィンを支持することができる。フィンの使用は、油が第１のハウジング部１０および第２のハウジング部１１を通過する際に油によって収集された熱のモジュール１の外側に向かう放散を促進する。
図３および図４に見られるように、フィンは、第１のハウジング部１０によって支持されようと第２のハウジング部１１によって支持されようと、すべて同じ形状を有することができ、一定の間隔で離間することができる。フィンは、一の列から次の列まで互い違いに配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。
第１のハウジング部１０および第２のハウジング部１１を通って循環する液体の存在と、モジュールの表面の被覆率が増大する冷却リリーフとの協働により、例えば、水を使用する追加の冷却回路の使用を回避することが可能である。

Claims (14)

  1. ハイブリッド車または電気自動車のための駆動モジュール（１）であって、
    ロータおよびステータを有する電気駆動機（２）と、
    電気エネルギー貯蔵ユニットによって供給される電気エネルギーから前記ステータに電気的に電力が供給されることを可能にする電圧変換器（３）と、
    前記ロータによって供給されるトルクを受ける減速システム（５）と、を備え、
    前記モジュール（１）は、前記電気駆動機（２）および前記電圧変換器（３）を収容する第１のハウジング部（１０）と、前記減速システム（５）を収容する第２のハウジング部（１１）と、を備え、前記モジュール（１）は、少なくとも前記電気駆動機（２）および前記電圧変換器（３）を冷却するために、同じ液体が前記第１のハウジング部（１０）内および前記第２のハウジング部（１１）内を循環することを可能にする冷却回路（１５）を規定し、
    前記第２のハウジング部（１１）の表面の全部または一部は、冷却リリーフ（３１）を支持し、前記液体によって回収された熱を前記モジュール（１）の外側に向けて放散させることを可能にする、駆動モジュール（１）。
  2. 前記冷却剤は油である、請求項１に記載のモジュール。
  3. 追加の冷却回路、特に水が通過する追加の冷却回路を備えていない、請求項１または２に記載のモジュール。
  4. 前記冷却回路（１５）に取り付けられたポンプ（２７）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のモジュール。
  5. 前記ポンプ（２７）を制御するためのシステムを備え、この制御システムは、前記電圧変換器（３）の電子基板に完全にまたは部分的に取り付けられている、請求項４に記載のモジュール。
  6. 前記冷却回路（１５）内を循環する前記液体の温度のためのセンサ（２８）を備え、このセンサの電子機器は、前記電圧変換器（３）の電子基板に取り付けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載のモジュール。
  7. 前記減速システム（１５）の摩耗によって生じる金属粒子のためのフィルタ（２９）を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のモジュール。
  8. 前記冷却剤は、前記電気駆動機（２）の前記ロータおよび／もしくは前記ステータと直接接触し、ならびに／または、前記減速システム（１５）の全部もしくは一部と直接接触する、請求項１～７のいずれか一項に記載のモジュール。
  9. 前記冷却回路（１５）は、前記電気駆動機（２）の前記ステータおよび前記ロータのうちの一つのみと直接接触する、請求項１～８のいずれか一項に記載のモジュール。
  10. 前記冷却回路（１５）は、前記ステータと直接接触する第１の分岐（２２）と、前記第１の分岐（２２）に平行で前記ロータと直接接触する第２の分岐（２３）と、を備える、請求項１～９のいずれか一項に記載のモジュール。
  11. 前記冷却回路（１５）は、前記第１のハウジング部（１０）および前記第２のハウジング部（１１）の間の接合部分（２１）を備え、この接合部分（２１）は、ラジエータ（３０）を介して、またはコイルの形態で製造されることによって、前記モジュール（１）の外側に向かう追加の熱の放散を可能にする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のモジュール。
  12. 外部との３つのみのインターフェース、すなわち、前記電気エネルギー貯蔵ユニットから前記モジュール（１）に電気エネルギーを供給するための第１のインターフェース、前記電気駆動機（３）によって生成されたトルクを伝達するための第２のインターフェース、および前記モジュール（１）を制御するための情報を交換するための第３のインターフェースを備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載のモジュール。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のモジュール（１）と、
    エネルギー貯蔵ユニット、特に４２Ｖ～５４Ｖの範囲、例えば４８Ｖ、の定格電圧を供給する電気エネルギー貯蔵ユニットと、を備える、アセンブリ。
  14. ホイールであって、このホイールを駆動するために前記モジュールによって生成されたトルクが前記ホイールに付与されるように前記モジュール（１）が結合されたホイールを更に備える、請求項１３に記載のアセンブリ。
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