JP2022549693A - 一体型の電気駆動システムおよび電気自動車 - Google Patents

Abstract

本願は、一体型の電気駆動システムであって、第１のハウジングと出力軸とを備える電気機械と、第２のハウジングと駆動軸とを備え、出力軸の入力トルクを受け取り、この入力トルクを駆動軸を介して出力するトランスミッションと、第３のハウジングと、電気機械に電力を供給するように構成された電子装置とを備える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は、駆動軸を取り囲んで配置されるように構成されている、一体型の電気駆動システムを提供する。さらに、本願は、上述した一体型の電気駆動システムを備える電気自動車も提供する。本願の一体型の電気駆動システムは、より高度に一体化されたよりコンパクトな構造と、より良好な放熱能とを有していて、電気自動車のスペース最適化および軽量設計を容易にする。

Description

本願は、車両駆動の技術分野、特に一体型の電気駆動システムおよびこの一体型の電気駆動システムを備える電気自動車に関する。

背景技術
エネルギー危機および環境汚染問題が深刻に受け止められ、電気駆動技術が発達するにつれて、ますます多くの車両が、動力用に搭載型の電源を使用して、電気駆動システム（「電気駆動車軸」または「電動車軸」とも呼ばれるｅＡｘｌｅ）によって車両を動かそうとしている。電気駆動システムは、実質的に、電気機械と、トランスミッションと、パワーエレクトロニクスモジュール（例えばインバータ）とを一体化した動力駆動アセンブリである。この種の一体型の電気駆動システムは、電力密度の増加、コンポーネントの個数の削減、高電圧ケーブルの長さの短縮および構造的なコンパクトさの点で明らかな利点を有している。

既存の一体型の電気駆動システムでは、電気機械のハウジングが、トランスミッションハウジングに不動に接続されているかまたはトランスミッションハウジングと一体に形成されており、電気機械の出力軸が、トランスミッション内の変速機構を駆動し、次いで、トランスミッションの駆動軸を駆動して、電気自動車のホイールを駆動する。電気機械とトランスミッションとの間の運動協働関係に基づき、電気機械とトランスミッションとは、通常、電気機械出力軸の延在方向で不動に連結されており、電気機械出力軸とトランスミッション駆動軸とは、レイアウトに応じて、トランスミッションの同じ側または２つの側に配置されるように構成されていてもよい。過度に多くのスペースを占めることを回避するために、パワーエレクトロニクスモジュールが、トランスミッション駆動軸の一方の側、例えば、トランスミッション駆動軸の上側、下側、左側または右側に配置されていてもよい。したがって、トランスミッションと車両ホイールとの間のスペースを、パワーエレクトロニクスモジュールを収容するために使用することができる。しかしながら、このようなレイアウトは相変わらず欠点を有している。例えば、パワーエレクトロニクスモジュールが、トランスミッション駆動軸の一方の側に配置されていると、この側におけるスペースの量が、パワーエレクトロニクスモジュールの寸法を制限して、パワーエレクトロニクスモジュール内の電子装置の配置および放熱に影響を与えてしまい、それと同時に、駆動軸の別の側のスペースが使用されず、このスペースが無駄になってしまう。

したがって、既存の一体型の電気駆動システムを改良して、スペースを十分に利用しかつ効率のよい放熱を達成する必要がある。

発明の概要
本願の目的は、上述した技術的な問題を克服するための一体型の電気駆動システムを提案することである。

このために、本願の１つの態様によれば、一体型の電気駆動システムであって、
第１のハウジングと出力軸とを備える電気機械と、
第２のハウジングと駆動軸とを備え、出力軸の入力トルクを受け取り、この入力トルクを駆動軸を介して出力するトランスミッションと、
第３のハウジングと、電気機械に電力を供給するように構成された電子装置とを備える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は、駆動軸を取り囲んで配置されるように構成されている、
一体型の電気駆動システムが提供される。

任意選択的には、パワーエレクトロニクスモジュールは、中空構造であるように構成されており、駆動軸は、パワーエレクトロニクスモジュールの第３のハウジングを貫いている。

任意選択的には、電子装置は、第３のハウジングの内側で駆動軸を取り囲んで配置されている。

任意選択的には、パワーエレクトロニクスモジュールと電気機械とは、トランスミッションの同じ側に配置されており、第３のハウジングは、第１のハウジングに接続されている、または第１のハウジングと一体に形成されており、または第１ハウジングと、第２ハウジングと、第３ハウジングとは、接続されている、または一体形に形成されている。

任意選択的には、第１のハウジング、第２のハウジングおよび第３のハウジングのうちの少なくとも１つに冷却回路が設けられている。

任意選択的には、第１のハウジングの第１の冷却回路と、第３のハウジングの第３の冷却回路とが接続されている。

任意選択的には、第１のハウジングの第１の冷却回路と、第２のハウジングの第２の冷却回路と、第３のハウジングの第３の冷却回路とが接続されている。

任意選択的には、第３のハウジングに、外部回路に接続可能である接続ポートが設けられている。

本願の別の態様によれば、上述した一体型の電気駆動システムを備える電気自動車が提供される。

本願の一体型の電気駆動システムによって、トランスミッションの駆動軸を取り囲むスペースを十分に利用することができ、アセンブリ全体をよりコンパクトにすることができ、設置スペースをより小さくすることができ、冷却回路の配置を容易にすることができ、放熱能をさらに高めることができる。

本願の例示的な実施形態を図面を参照しながら以下に詳しく説明する。当然ながら、以下に説明する実施形態は、単に本願を説明することを意図しているにすぎず、本願の範囲を限定するものではない。
本願の一実施形態による一体型の電気駆動システムの概略的な斜視図である。 対応するハウジングおよび冷却回路だけが残された、図１に示した一体型の電気駆動システムの概略的な断面図である。

発明の詳細な説明
本願の好適な実施形態を例を参照しながら以下に詳しく説明する。本願の実施形態では、本願を説明するための一例として、電気自動車用の一体型の電気駆動システムを挙げている。しかしながら、当業者であれば、こういった例示的な実施形態が本願のいかなる限定をも意味しないことを理解するはずである。さらに、矛盾がなければ、本願の実施形態における特徴同士は互いに組み合わされてもよい。それぞれ異なる図面において、同一または類似のコンポーネントには、同一の参照符号が付してあり、簡潔にするために、別のコンポーネントは省略してあるものの、このことは、本願の一体型の電気駆動システムが別のコンポーネントを含むことができないことを示すものではない。当然ながら、図中のコンポーネントの大きさ、比率関係およびコンポーネントの数量は、本願における限定ではない。

図１に示したように、本願の実施形態による一体型の電気駆動システムは、実質的に、電気機械１０と、トランスミッション２０と、パワーエレクトロニクスモジュール３０とを備えている。電気機械１０は、第１のハウジング１１と出力軸（図１には示さず）とを備えていてもよい。トランスミッション２０は、第２のハウジング２１と駆動軸２２とを備えていてもよい。トランスミッション２０は、電気機械１０の出力軸の入力トルクを受け取り、この入力トルクを駆動軸２２を介して出力して、電気自動車のホイールを回転駆動させる。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、第３のハウジング３１と電子装置（図１には示さず）とを備えていてもよい。この電子装置は、電気機械１０に電力を供給するように構成されている。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、例えばインバータであってもよい。念のために付言しておくと、本願の一体型の電気駆動システムのパワーエレクトロニクスモジュール３０は、図１に示したように、トランスミッション２０の駆動軸２２を取り囲んで配置されるように構成されている。つまり、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、中空構造であるように構成されており、駆動軸２２が、パワーエレクトロニクスモジュール３０の第３のハウジング３１を貫いている。相応して、パワーエレクトロニクスモジュール３０の電子装置は、第３のハウジング３１の内側で駆動軸２２を取り囲んで配置されていてもよい。したがって、パワーエレクトロニクスモジュール３０とトランスミッション２０の駆動軸２２とを内外配置構造として形成することにより、駆動軸２２を取り囲むスペースを十分に利用することができ、装置全体をよりコンパクトにすることができ、設置スペースをより小さくすることができ、相応して、車両において利用されるスペースを増大させることができる。

念のために付言しておくと、図１に示した本願の実施形態では、トランスミッション２０の駆動軸２２と電気機械１０とが、互いに平行に配置されている。つまり、トランスミッション２０の駆動軸２２と電気機械１０とが、トランスミッション２０の同じ側に配置されており、相応して、パワーエレクトロニクスモジュール３０と電気機械１０とが、トランスミッション２０の同じ側に配置されている。しかしながら、トランスミッション２０の駆動軸２２と電気機械１０とが、それぞれトランスミッション２０の２つの側に配置されている実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュール３０が、駆動軸２２を取り囲むスペース全体を同じく十分に利用することができ、利用されずに残されるスペースの量を既存の配置構造と比較して減じることができる。

第３のハウジング３１には、接続ポート３２、例えば、ポート拡張ユニット（ＰＥＵ）の補助コンポーネント、例えばＤＣ－ＤＣコネクタが設けられていてもよい。この接続ポート３２は、外部回路、例えば、外部電源の電源回路、コントローラの制御回路等に接続されてもよい。したがって、接続ポート３２も駆動軸２２の周辺のスペースを十分に利用することができ、接続ポート３２の配置が容易になる。

図１に示したように、パワーエレクトロニクスモジュール３０と電気機械１０とが、トランスミッション２０の同じ側に配置されている場合には、パワーエレクトロニクスモジュール３０の第３のハウジング３１は、電気機械１０の第１のハウジング１１に接続されていてもよいし、電気機械１０の第１のハウジング１１と一体に形成されていてもよい。これによって、装置の構造全体をよりコンパクトにすることができ、設置を容易にすることができ、パワーエレクトロニクスモジュール３０から電気機械１０までのケーブル長さを短くすることができ、これによって、コストおよび重量を減じることができる。当然ながら、本願の別の実施形態では、電気機械１０の第１のハウジング１１と、トランスミッション２０の第２のハウジング２１と、パワーエレクトロニクスモジュール３０の第３のハウジング３１とが、密に接続されていてもよいし、一体形に形成されてもよい。このことは、相応して、更なる技術的な効果を達成することができる。

本願の一体型の電気駆動システムが十分な冷却を得ることを可能にするために、電気機械１０の第１のハウジング１１、トランスミッション２０の第２のハウジング２１およびパワーエレクトロニクスモジュール３０の第３のハウジング３１のうちの少なくとも１つに冷却回路が配置されていてもよい。図２には、電気機械１０の第１のハウジング１１に配置された第１の冷却回路４１と、パワーエレクトロニクスモジュール３０の第３のハウジングに配置された第３の冷却回路４３とが示してある。第１の冷却回路４１と第３の冷却回路４３とは、１つの共通の冷却回路４０を形成するように互いに接続されている。当然ながら、本願の別の実施形態では、第１のハウジング１１の第１の冷却回路４１と、第２のハウジング２１の第２の冷却回路（図２には示さず）と、第３のハウジング３１の第３の冷却回路４３とが、互いに接続されていてもよい。したがって、１つの共通の冷却回路を形成することによって、統合されたより高度な冷却を達成することができ、コンポーネントの個数を減じることができ、保守作業を容易にすることができる。さらに、図２には、共通の冷却回路４０の冷却液入口４５および冷却液出口４６も示してある。冷却液入口４５は、第３のハウジング３１に配置されており、冷却液出口４６は、第１のハウジング１１に配置されている。しかしながら、冷却液入口４５と冷却液出口４６とは、同一のハウジングに配置されていてもよい。

本願の別の実施形態によれば、電気自動車は、上述した一体型の電気駆動システムを備えていてもよく、さらに、車体構造、動力バッテリ、操舵構造および制動構造等を備えていてもよい。これらについては、本明細書ではこれ以上説明しない。

本願の一体型の電気駆動システムは、より高度に一体化されたよりコンパクトな構造と、より良好な放熱能とを有していて、電気自動車に設置される場合には、電気自動車のスペース最適化および軽量設計を容易にする。

本願を特定の実施形態を参照しながら詳しく上述してきた。上述しかつ図示した全ての実施形態は、明らかに一例と解すべきものであり、本願を限定するものではない。例えば、好適な実施形態では、電気自動車用の一体型の電気駆動システムを本願を説明するための一例として挙げたが、本願は、電気自動車の分野だけでなく、駆動作用を提供するために一体型の電気駆動システムを使用することが必要となるあらゆる分野に適用することもできる。当業者であれば、本願の範囲から逸脱することなく、本願に対する様々な変更または修正を行うことができ、このような全ての変更または修正は本願の範囲内にある。

Claims (9)

1. 一体型の電気駆動システムであって、
   第１のハウジング（１１）と出力軸とを備える電気機械（１０）と、
   第２のハウジング（２１）と駆動軸（２２）とを備え、前記出力軸の入力トルクを受け取り、該入力トルクを前記駆動軸（２２）を介して出力するトランスミッション（２０）と、
   第３のハウジング（３１）と、前記電気機械（１０）に電力を供給するように構成された電子装置とを備えるパワーエレクトロニクスモジュール（３０）と、
   を備える、一体型の電気駆動システムにおいて、
   前記パワーエレクトロニクスモジュール（３０）は、前記駆動軸（２２）を取り囲んで配置されるように構成されていることを特徴とする、一体型の電気駆動システム。
2. 前記パワーエレクトロニクスモジュール（３０）は、中空構造であるように構成されており、前記駆動軸（２２）は、前記パワーエレクトロニクスモジュール（３０）の前記第３のハウジング（３１）を貫いていることを特徴とする、請求項１記載の一体型の電気駆動システム。
3. 前記電子装置は、前記第３のハウジング（３１）の内側で前記駆動軸（２２）を取り囲んで配置されていることを特徴とする、請求項２記載の一体型の電気駆動システム。
4. 前記パワーエレクトロニクスモジュール（３０）と前記電気機械（１０）とは、前記トランスミッション（２０）の同じ側に配置されており、前記第３のハウジング（３１）は、前記第１のハウジング（１１）に接続されている、または前記第１のハウジング（１１）と一体に形成されており、もしくは、前記第１のハウジング（１１）と、前記第２のハウジング（２１）と、前記第３のハウジング（３１）とは、接続されている、または一体形に形成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の一体型の電気駆動システム。
5. 前記第１のハウジング（１１）、前記第２のハウジング（２１）および前記第３のハウジング（３１）のうちの少なくとも１つに冷却回路が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の一体型の電気駆動システム。
6. 前記第１のハウジング（１１）の第１の冷却回路（４１）と、前記第３のハウジング（３１）の第３の冷却回路（４３）とが接続されていることを特徴とする、請求項５記載の一体型の電気駆動システム。
7. 前記第１のハウジング（１１）の第１の冷却回路（４１）と、前記第２のハウジング（２１）の第２の冷却回路と、前記第３のハウジング（３１）の第３の冷却回路（４３）とが接続されていることを特徴とする、請求項５記載の一体型の電気駆動システム。
8. 前記第３のハウジング（３１）に、外部回路に接続可能である接続ポート（３２）が設けられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の一体型の電気駆動システム。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の一体型の電気駆動システムを備える電気自動車。

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